JP2003024982A

JP2003024982A - 生物脱窒方法及び生物脱窒装置

Info

Publication number: JP2003024982A
Application number: JP2001216950A
Authority: JP
Inventors: Akishi Hori; 晃士堀
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2001-07-17
Publication date: 2003-01-28

Abstract

(57)【要約】【課題】アンモニア性窒素を含有する原水を、アンモ
ニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容
体とする脱窒微生物のＡＮＡＭＭＯＸ菌により亜硝酸性
窒素の存在下に生物脱窒するに当たり、ＡＮＡＭＭＯＸ
菌を懸濁状態で増殖させて生物脱窒を行い、脱窒処理液
からＡＮＡＭＭＯＸ菌を沈殿分離する際に、沈殿槽にお
けるＡＮＡＭＭＯＸ菌の浮上を防止し、系内にＡＮＡＭ
ＭＯＸ菌を高濃度に保持することにより高負荷で効率的
な生物脱窒を行う。【解決手段】沈殿槽３に導入する脱窒槽２の流出液中
のアンモニア性窒素濃度と亜硝酸性窒素濃度の両方又は
いずれか一方を０〜５ｍｇ／Ｌとする。脱窒槽を複数直
列に設け、後段の脱窒槽２の流出液を沈殿槽３に導入す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アンモニア性窒素
を含有する原水を、アンモニア性窒素を電子供与体と
し、亜硝酸性窒素を電子受容体とする脱窒微生物の作用
で亜硝酸性窒素の存在下に生物脱窒する生物脱窒方法及
び生物脱窒装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水中の窒素除去方法として、硝化
細菌によりアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素や硝酸性窒
素に酸化し、次にメタノール等の電子供与体を添加しつ
つ脱窒細菌により亜硝酸性窒素や硝酸性窒素を窒素ガス
に還元して、水中から窒素を除去する方法が知られてい
る。

【０００３】この方法はアンモニア性窒素を窒素ガスに
酸化するために必要な酸化力よりも過剰の酸素を必要と
するため、酸素を多く必要とし、この酸素を微生物に供
給するためのエネルギーコストが高くつく。また、脱窒
反応のために電子供与体としてメタノール等の有機物を
添加するためのコストがかかり、またこの有機物を摂取
して増殖した脱窒細菌が余剰汚泥となるため、廃棄物の
処分コストも高くつくという問題がある。特に、硝酸性
窒素は亜硝酸性窒素に比べてより酸化された状態にある
ため、このための酸素供給コストも高く、また、これを
還元するための電子供与体もより多く必要であり、発生
する余剰汚泥量も多い。

【０００４】これに対して、近年、無酸素条件下でアン
モニア性窒素を電子供与体、亜硝酸性窒素を電子受容体
として両者を反応させ、窒素ガスを生成することができ
る独立栄養性の脱窒微生物群を利用した脱窒方法が知ら
れるようになった（Microbiology 142(1996), p2187-21
96等）。以下ではこの反応をＡＮＡＭＭＯＸ反応と呼
び、この独立栄養性脱窒微生物群をＡＮＡＭＭＯＸ菌と
呼ぶ。この方法によれば、亜硝酸性窒素の持つ酸化力を
利用してアンモニア性窒素を酸化することができるた
め、理論量と同程度の酸素消費量で窒素除去を行うこと
ができ、エネルギーを節約することができる。また、メ
タノール等の有機物を添加する必要がないため、そのた
めのコストも節約できる。この微生物は独立栄養細菌で
あり、有機物を利用して脱窒を行う細菌に比べると、還
元する亜硝酸性窒素当たりに発生する余剰汚泥量が５分
の１以下であり、廃棄物の発生量を大幅に低減すること
ができるという利点もある。

【０００５】この脱窒反応を行う際に、亜硝酸性窒素は
排水中のアンモニア性窒素の一部を酸化することにより
生成させても良く、また、亜硝酸性窒素を含む他の排水
や薬品を混合しても良い。

【０００６】ＡＮＡＭＭＯＸ菌による生物脱窒槽の形式
としては、砂や合成樹脂、ゲルなどの微生物の付着に適
した担体を充填したカラムに上向流で原水を通水し、担
体表面で窒素化合物と微生物を接触させて脱窒反応を進
行させる方式が用いられる。この場合、担体としては比
表面積が大きいものが好適であり、特に粒径０．１〜１
０ｍｍ程度の顆粒状、ひも状、筒状、歯車状などの形状
が知られている。担体は水中で緩やかに流動しているこ
とが好ましく、脱窒により発生するガスや、外部から注
入するガス、撹拌機などにより流動される。

【０００７】また、水中に浮遊状態で生育する脱窒微生
物を利用することもできる。この場合には、脱窒処理液
を固液分離することにより、系外への微生物の流出を防
止し、系内の微生物濃度を高めることで脱窒槽容積当た
りの反応速度を高めることが好ましい。この場合、固液
分離手段としては、沈殿、浮上、遠心分離、濾過など従
来公知の各種のものが適用可能である。

【０００８】ＡＮＡＭＭＯＸ菌の比増殖速度は、最大で
約０．０６５ｄａｙ^−１（１日当たり１．０６５倍に増
殖）と遅く、多量の菌体を確保することが非常に困難で
ある。特に、ＡＮＡＭＭＯＸ菌を最大速度で増殖させる
ためには、アンモニア性窒素、亜硝酸性窒素、炭酸根等
のこの菌の基質となる物質を十分に供給する必要がある
が、担体に付着させて増殖させた場合には、付着した生
物膜の内側まで基質を浸透させることが難しく、従って
最大速度よりも遅い速度で増殖させることになり、効率
が悪い。また、生物膜の内側深くまで基質を浸透させる
ためには液中の基質濃度を高く保つ必要があるが、一方
で、基質、特に亜硝酸性窒素が高濃度に存在するとＡＮ
ＡＭＭＯＸ菌が阻害を受け、増殖しなくなったり死滅し
たりして逆効果となる問題もある。また、実際の生物脱
窒装置として稼動させる場合に、担体表面でＡＮＡＭＭ
ＯＸ菌が十分増殖するまでは最大負荷をかけられないた
め、立ち上がりが遅い。これを回避するために予めＡＮ
ＡＭＭＯＸ菌が十分に付着した担体を脱窒槽に投入する
ことも可能であるが、このためには稼動させる生物脱窒
装置と同等の大きさの反応槽で、予めＮＡＭＭＯＸ菌を
培養しておく必要があり、培養装置のコストがかかり、
設置スペースも必要となる。また、培養したＡＮＡＭＭ
ＯＸ菌の運搬費用もかさむ。

【０００９】本発明者は、このような、担体を用いてＡ
ＮＡＭＭＯＸ菌の増殖させる場合の問題を解決するため
に検討した結果、ＡＮＡＭＭＯＸ菌を懸濁状態で増殖さ
せて利用することも可能であることを知見した。この場
合には、菌体は粒径０．１ｍｍ以下の比較的小さなフロ
ックを形成しているため、基質の浸透が律速となって増
殖が妨げられることはなく、容易に最大能力を発揮して
脱窒を行うことができる。また、ＡＮＡＭＭＯＸ菌を高
濃度に濃縮させることができるため、装置を立ち上げる
際のＡＮＡＭＭＯＸ菌の供給も容易である。

【００１０】ＡＮＡＭＭＯＸ菌を懸濁状態で増殖させて
脱窒を行うためには、脱窒処理液から菌体を分離し、濃
縮された菌体を再び脱窒槽へ戻す必要がある。このため
の分離・濃縮手段としては、沈殿、遠心濃縮、濾過、加
圧浮上濃縮等によるものがあるが、このうち最も安価で
操作も簡単なものは沈殿による方法である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、脱窒処
理液からＡＮＡＭＭＯＸ菌を沈殿分離する際、一部は沈
殿しても一部は浮上して系外へ流出するために、高い回
収率で沈殿分離することができず、このためにＡＮＡＭ
ＭＯＸ菌を系内に高濃度に保持することができず、脱窒
性能を高く維持することができないという問題があっ
た。沈殿槽底部での汚泥の滞留時間を２時間以内、好ま
しくは１時間以内とすることで、このような浮上を防止
することができる場合もあったが、確実ではなかった。

【００１２】本発明はこのような問題を解決し、ＡＮＡ
ＭＭＯＸ菌を懸濁状態で増殖させて生物脱窒を行い、脱
窒処理液からＡＮＡＭＭＯＸ菌を沈殿分離する際に、沈
殿槽におけるＡＮＡＭＭＯＸ菌の浮上を防止し、系内に
ＡＮＡＭＭＯＸ菌を高濃度に保持することにより効率的
な生物脱窒を行う生物脱窒方法及び生物脱窒装置を提供
することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明（請求項１）の生
物脱窒方法は、アンモニア性窒素を含有する原水を、ア
ンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子
受容体とする脱窒微生物の作用により亜硝酸性窒素の存
在下に生物脱窒する脱窒工程と、脱窒工程の処理液を固
液分離し、分離液を処理水として排出する固液分離工程
とを有する生物脱窒方法において、固液分離する脱窒工
程の処理液中のアンモニア性窒素濃度と亜硝酸性窒素濃
度の両方又はいずれか一方を０〜５ｍｇ／Ｌとすること
を特徴とする。

【００１４】本発明（請求項２）の生物脱窒方法は、ア
ンモニア性窒素を含有する原水を、アンモニア性窒素を
電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体とする脱窒
微生物の作用により亜硝酸性窒素の存在下に生物脱窒す
る脱窒槽に導入して脱窒処理し、該脱窒槽の流出液を沈
殿槽に導入して固液分離し、分離液を処理水として排出
すると共に分離汚泥を前記脱窒槽に返送する生物脱窒方
法において、脱窒槽を複数直列に設け、最後段の脱窒槽
の流出液を該沈殿槽に導入することを特徴とする。

【００１５】本発明の生物脱窒装置は、アンモニア性窒
素を含有する原水の流入口と処理液の流出口を有し、ア
ンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子
受容体とする脱窒微生物の作用により原水を亜硝酸性窒
素の存在下に生物脱窒する複数の脱窒槽と、該脱窒槽の
処理液を固液分離する沈殿槽と、該沈殿槽で分離された
分離液を処理水として排出する手段と、該沈殿槽で分離
された分離汚泥を前記第１の脱窒槽へ返送する手段とを
備えてなり、前記複数の脱窒槽は、前段側の脱窒槽の処
理水が後段側の脱窒槽に導入されて脱窒処理されるよう
に直列に接続されており、最終段の脱窒槽の処理液が前
記沈殿槽に導入されることを特徴とする。

【００１６】ＡＮＡＭＭＯＸ菌のフロックや、ＡＮＡＭ
ＭＯＸ菌が付着した担体が沈殿槽で浮上する原因は、沈
殿槽内に存在するアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素に
より、沈殿槽内でＡＮＡＭＭＯＸ反応が生じ、窒素ガス
が生成することにあると考えられる。

【００１７】また、回分式の場合にも、脱窒工程におけ
る処理液のアンモニア性窒素濃度と亜硝酸性窒素濃度の
いずれか一方或いは各々両方を５ｍｇ／Ｌ以下となるま
で脱窒処理を行った後、固液分離工程に移行することに
より、ＡＮＡＭＭＯＸ菌の浮上を防止することができ
る。

【００１８】本発明者の検討によれば、アンモニア性窒
素濃度及び亜硝酸性窒素濃度が共に５ｍｇ／Ｌ以上の時
に、このような現象が顕著であった。

【００１９】本発明の請求項１の生物脱窒方法では、沈
殿槽に導入する脱窒槽の流出液のアンモニア性窒素濃度
と亜硝酸性窒素濃度のいずれか一方或いは各々両方を５
ｍｇ／Ｌ以下とし、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素と
のＡＮＡＭＭＯＸ反応による窒素ガスの生成を防止する
ことにより、ＡＮＡＭＭＯＸ菌の浮上を防止する。

【００２０】なお、通常、活性汚泥を沈殿させる際、硝
酸性窒素が５〜１０ｍｇ／Ｌ共存すると、活性汚泥が内
性呼吸による還元反応によりこれらの硝酸性窒素を脱窒
し、窒素ガスを発生して浮上するという報告もあるが、
ＡＮＡＭＭＯＸ菌の場合には硝酸性窒素を脱窒しないた
めに、硝酸性窒素は１０ｍｇ／Ｌ以上存在しても汚泥が
浮上することはない。但し、ＡＮＡＭＭＯＸ菌と共に、
脱窒を行う従属栄養微生物が系内に多く存在する場合
は、硝酸性窒素の脱窒による窒素ガス発生に起因する汚
泥の浮上を防止するために、硝酸性窒素を５ｍｇ／Ｌ以
下とするのが好ましい。

【００２１】このような従属栄養微生物の存在量の判定
を行うためには、グルコースやエタノール、メタノー
ル、酢酸等の有機物を添加して、ＶＳＳ（懸濁物質の強
熱減量）当たりの脱窒速度が０．００５〜０．０２ｋｇ
−Ｎ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙ又はそれ以上の脱窒能力を
持つ場合には、従属栄養微生物が多いと判断することが
できる。ただし、内生呼吸のレベルによっては問題とな
らない場合もあり、また、沈殿槽の滞留時間又は沈殿し
た汚泥の濃度によって汚泥の浮上性は左右されるため、
これらを総合的に考慮するのが好ましい。

【００２２】このように沈殿槽に流入する液のアンモニ
ア性窒素及び／又は亜硝酸性窒素濃度を５ｍｇ／Ｌ以下
とする場合、脱窒槽を１槽のみ用いても良いが、脱窒槽
内は通常完全混合に近い状態に撹拌されるため、脱窒槽
内の液もアンモニア性窒素濃度及び／又は亜硝酸性窒素
濃度が５ｍｇ／Ｌ以下となり、ＡＮＡＭＭＯＸ菌と接触
するこれらの基質との親和性が律速となってＡＮＡＭＭ
ＯＸ菌が最大能力を発揮できない場合がある。特に、脱
窒槽内の部分的に撹拌状態の悪いところでは、これらの
いずれかの基質が欠乏し、脱窒槽内のＡＮＡＭＭＯＸ菌
の全てを有効に利用できないという不具合が発生し易
い。

【００２３】これに対して、本発明の請求項２の方法又
は請求項５の装置により、脱窒槽を２槽以上の直列配置
とすれば、沈殿槽直前の１槽を除く脱窒槽には十分に基
質を供給し、基質律速とならない条件でＡＮＡＭＭＯＸ
反応を行わせることができる。このためにＡＮＡＭＭＯ
Ｘ菌を最大能力付近まで有効に活用することが可能とな
る。一方、沈殿槽直前の脱窒槽では、前段で取り残した
基質を十分に除去する余裕を持たせることができるため
に、沈殿槽にはアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の少な
くとも一方を十分に低濃度として供給することができ、
汚泥浮上の問題を確実に回避して安定した沈降分離を行
うことが可能となる。

【００２４】また、脱窒槽を複数直列に設けた場合にお
いて、請求項４の方法又は請求項６の装置により、原水
を分割注入することにより、上流側の脱窒槽が原水によ
り希釈されるのを防止して、ＡＮＡＭＭＯＸ菌濃度を高
く保つことができるために、容積当たりの反応速度を高
く取ることが可能となり、槽容積を小さくすることがで
きる。

【００２５】即ち、例えば、沈殿槽からの返送汚泥濃度
が２０，０００ｍｇ／Ｌであり、原水量が返送汚泥量の
３倍であった場合、原水と返送汚泥の全てを第１段目の
脱窒槽に投入すると、汚泥濃度は原水により希釈され、
５０００ｍｇ／Ｌとなる。このとき、ＶＳＳ当たりのア
ンモニア性窒素除去能力が０．２ｋｇ−Ｎ／ｋｇ−ＶＳ
Ｓ／ｄａｙであったとすると、容積当たりのアンモニア
性窒素除去能力は１ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／ｄａｙとなる。

【００２６】これに対して、４槽直列に配置した等容積
の脱窒槽の第１段目から第３段目までの３槽に原水を３
等分して投入し、返送汚泥を第１段目の脱窒槽に投入す
ると、第１段目の脱窒槽の汚泥濃度は１０，０００ｍｇ
／Ｌ、容積当たりのアンモニア性窒素除去速度は２ｋｇ
−Ｎ／ｍ^３／ｄａｙとなり、第２段目の脱窒槽では汚泥
濃度６６７０ｍｇ／Ｌ、容積当たりのアンモニア性窒素
除去速度１．３３ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／ｄａｙ、第３段目〜
第４段目の脱窒槽では汚泥濃度５０００ｍｇ／Ｌ、容積
当たりのアンモニア性窒素除去速度１ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／
ｄａｙとなる。この場合には、分割注入を行った場合の
４槽分の平均の負荷は１．３３（＝（２＋１．３３＋１
＋１）÷４）ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／ｄａｙとなり、脱窒槽の
合計容積を約２５％（＝（１−１／１．３３）×１０
０）縮減することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の生
物脱窒方法及び生物脱窒装置の実施の形態を詳細に説明
する。

【００２８】図１は本発明の生物脱窒装置の実施の形態
を示す系統図である。

【００２９】この生物脱窒装置は、第１の脱窒槽１と、
第２の脱窒槽２と沈殿槽３とで主に構成される。第１の
脱窒槽１及び第２の脱窒槽２にはそれぞれ撹拌機１Ｍ，
２Ｍが設けられ、沈殿槽３には脱窒処理液が流入するフ
ィードウェル３Ｆと集泥用のレーキ３Ｍが設けられてい
る。これら脱窒槽１，２及び沈殿槽３は密閉構造とされ
ており、各槽１，２，３から脱窒ガスを排出する脱窒ガ
ス排出管１５ａ，１５ｂ，１５Ａ，１５Ｂ及び１５が設
けられている。

【００３０】原水は原水流入管１１より第１の脱窒槽１
に導入され、脱窒処理された後、連通管１２より第２の
脱窒槽２に移送される。第２の脱窒槽２の脱窒処理液は
連通管１３より沈殿槽３に移送され沈殿分離される。沈
殿槽３で分離された分離液は処理水流出管１４より処理
水として系外へ排出され、分離汚泥はポンプＰを備える
汚泥返送管１５により第１の脱窒槽１に返送される。

【００３１】本発明においては、このような生物脱窒装
置により、第２の脱窒槽２から沈殿槽３に流入する脱窒
処理液のアンモニア性窒素濃度と亜硝酸性窒素濃度のい
ずれか一方又は双方を５ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは３ｍ
ｇ／Ｌ以下、より好ましくは１ｍｇ／Ｌ以下となるよう
に負荷、その他の条件を調整する。沈殿槽３に流入する
脱窒処理液のアンモニア性窒素濃度及び亜硝酸性窒素濃
度が共に５ｍｇ／Ｌを超えると、沈殿槽３においてＡＮ
ＡＭＭＯＸ菌による脱窒反応が進行し、発生する窒素ガ
スにより汚泥の浮上、流出の問題が生じる。

【００３２】なお、ＡＮＡＭＭＯＸ菌による脱窒処理で
は、硝酸性窒素が生成するため、通常の場合、図１に示
すような生物脱窒装置の後段には硝酸性窒素を除去する
ための脱窒装置が設けられ、沈殿槽３からの処理水は更
に脱窒処理される。この脱窒処理においては、亜硝酸性
窒素も同時に除去される。従って、処理水中に亜硝酸性
窒素が残留しても後段の脱窒装置で除去できるが、アン
モニア性窒素が残留した場合には、更に残留するアンモ
ニア性窒素を除去するための硝化脱窒装置を設ける必要
が生じることから、本発明では、亜硝酸性窒素よりもア
ンモニア性窒素を低濃度に維持することが後段での処理
水質の向上や装置構成の簡略化の面で好ましい。従っ
て、一般的には、沈殿槽３に流入する脱窒処理液のアン
モニア性窒素濃度が５ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは３ｍｇ
／Ｌ以下、より好ましくは１ｍｇ／Ｌ以下となるように
処理を行うのが好ましい。特に、この濃度を１ｍｇ／Ｌ
以下とした場合には、沈殿槽における汚泥の滞留時間を
２４時間程度の長い時間にした場合でも、汚泥の浮上を
確実に防止することができる。

【００３３】このような本発明の方法を効果的に実施す
るためには、沈殿槽３の入口におけるアンモニア性窒素
濃度及び／又は亜硝酸性窒素濃度を監視し、アンモニア
性窒素濃度を低く保つ場合において、沈殿槽３入口のア
ンモニア性窒素濃度が高いようであれば、この生物脱窒
装置に流入するアンモニア性窒素負荷を下げるか亜硝酸
性窒素負荷を上げる操作を行い、亜硝酸性窒素濃度を低
く保つ場合において、沈殿槽３入口の亜硝酸性窒素濃度
が高いようであれば、この生物脱窒装置に流入する亜硝
酸性窒素負荷を下げるかアンモニア性窒素負荷を上げる
操作を行えば良い。

【００３４】なお、沈殿槽３入口のアンモニア性窒素濃
度及び亜硝酸性窒素濃度のいずれか一方が十分に低い場
合でも他方の残留濃度が大きく、全窒素濃度が高い場合
には、不足している側の窒素負荷を上げるか、過剰とな
っている側の窒素負荷を下げることにより全窒素濃度を
下げることが望ましい。

【００３５】このような負荷調整は、沈殿槽の前段の脱
窒槽におけるＡＮＡＭＭＯＸ反応速度や流入する原水の
アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との比率が既知である
か、容易に推測できる場合には、このような濃度測定を
行わずに机上計算のみで対応することもできる。

【００３６】沈殿槽３の入口での濃度の監視は一定時間
毎に手動又は自動の水質分析、好ましくは自動の水質分
析により行われる。このための測定手段としては、特に
制限はなく、フローインジェクション法による測定手
段、イオン電極による測定手段、紫外線分析計による測
定手段、その他従来公知の測定手段をいずれも用いるこ
とができる。

【００３７】原水の水質や脱窒槽の運転条件が安定して
いる場合には、一旦沈殿槽入口のアンモニア性窒素濃度
及び／又は亜硝酸性窒素濃度を調整した後は、通常一定
期間は同様の状態を維持できるため、負荷調整は必ずし
も毎日行う必要はなく、半年程度調整が不要な場合もあ
る。

【００３８】第１の脱窒槽１及び第２の脱窒槽２には、
ＡＮＡＭＭＯＸ菌が懸濁状態で保持されるが、ＡＮＡＭ
ＭＯＸ菌は水よりもわずかに重い比重の担体、例えば比
重１．００１〜１．５程度の担体に付着増殖させても良
い。

【００３９】ＡＮＡＭＭＯＸ菌は通常ＶＳＳとして脱窒
槽内に５００〜２０，０００ｍｇ／Ｌ程度、好ましくは
１０００〜８０００ｍｇ／Ｌ程度保持される。

【００４０】このようなＡＮＡＭＭＯＸ菌に対する負荷
はアンモニア性窒素として０．０２〜１．０ｋｇ／ｋｇ
−ＶＳＳ／ｄａｙ程度、特に０．０６〜０．５ｋｇ／ｋ
ｇ−ＶＳＳ／ｄａｙ程度であることが好ましい。ＡＮＡ
ＭＭＯＸ反応でアンモニア性窒素と反応する亜硝酸性窒
素はアンモニア性窒素の約１．３倍であるため、通常
は、アンモニア性窒素の負荷に応じてその１．３倍程度
の亜硝酸性窒素が負荷されるが、いずれか一方が過剰に
負荷される場合もある。

【００４１】脱窒槽の容積当たりの負荷は、一般にアン
モニア性窒素として０．０１〜２０ｋｇ／ｍ^３／ｄａｙ
であり、好ましくは０．０２〜２ｋｇ／ｍ^３／ｄａｙで
あるが、脱窒槽に流入するアンモニア性窒素及び亜硝酸
性窒素量に対して、脱窒槽中にＡＮＡＭＭＯＸ菌以外の
懸濁物質が多いほど採用し得る負荷は低くなり、また、
ＢＯＤや硫黄化合物、鉄化合物などの脱窒槽内でＡＮＡ
ＭＭＯＸ菌以外の菌体のエネルギー源となり、これらの
菌体を増殖させる物質が多く含まれているほど採用し得
る負荷は低くなる。

【００４２】濃縮されたＡＮＡＭＭＯＸ菌を含む沈殿槽
３の分離汚泥は、上流の任意の脱窒槽に返送することが
できるが、一般的には最も上流側の脱窒槽１に返送する
のが好ましい。この汚泥返送方法としては、渦巻きポン
プやスネークポンプ、ガスリフトポンプ等の従来公知の
いずれの手段を採用しても良いが、特に担体を用いた場
合には、開口部の大きいガスリフトポンプを用いるのが
好ましい。この場合、ガスリフトポンプに吹き込むガス
は酸素を含有しないガスであることが好ましく、ＡＮＡ
ＭＭＯＸ反応により生成した窒素ガスを主体とするガス
などが好適に用いられる。

【００４３】なお、空気等の酸素含有ガスであっても、
エアリフトポンプ通過後に窒素ガスと接触させたり、亜
硫酸塩などの脱酸素剤を加えたり、従属栄養細菌の作用
でＤＯ濃度を下げるなどの処理を施すことにより、返送
汚泥を速やかに無酸素状態に戻すことにより、使用する
ことができる。

【００４４】沈殿槽３の水面積負荷又は上昇流速は０．
１〜１００ｍ／ｄａｙ、特に３〜２０ｍ／ｄａｙとする
のが好ましく、汚泥の滞留時間は０．５〜２４時間、特
に１〜１２時間程度とするのが好ましい。

【００４５】本発明においては、沈殿槽に流入する脱窒
処理液のアンモニア性窒素濃度又は亜硝酸性窒素濃度の
いずれか一方又は双方を低く抑えることで、このような
条件において、沈殿槽における汚泥の浮上、流出を確実
に防止することができる。

【００４６】図１の生物脱窒装置は、２槽の脱窒槽を直
列に設けたものであるが、本発明の方法は図２に示す如
く、脱窒槽を１槽のみ設けた生物脱窒装置であっても実
施することができる。なお、図２の生物脱窒装置は図１
の生物脱窒装置における第２の脱窒槽を省略したもので
あり、図２において、図１の生物脱窒装置と同一機能を
奏する部材には同一符号を付してある。

【００４７】ただし、沈殿槽に流入する脱窒処理液のア
ンモニア性窒素濃度又は亜硝酸性窒素濃度と窒素負荷の
制御の点からは、２槽以上の脱窒槽を直列に設けた生物
脱窒装置が好適に使用される。この場合、脱窒槽の数が
過度に多くても生物脱窒装置が過大となり好ましくな
い。一般的には、１０槽以下、特に２〜６槽の脱窒槽を
用いるのが好ましい。また、脱窒槽は２槽以上直列に配
置される部分があれば良く、２槽以上の脱窒槽が並列に
設置されている部分があっても良い。

【００４８】２槽以上の脱窒槽を直列に設ける場合、前
述の如く、沈殿槽からの返送汚泥は最も上流側の脱窒槽
に返送するのが好ましい。

【００４９】また、このように２槽以上の脱窒槽を直列
に設けた場合、原水は第１段目の脱窒槽のみに導入する
場合に限らず、複数の脱窒槽に分割して導入しても良
く、この場合には高濃縮されたＡＮＡＭＭＯＸ菌を含む
返送汚泥が第１段目の脱窒槽で原水により低濃度に希釈
されるのを防止することができ、生物脱窒装置全体の容
積負荷を大きくして生物脱窒装置を小型化することがで
きる。ただし、沈殿槽の直前の脱窒槽には、原水を導入
しないか、或いは導入する場合でも、他の脱窒槽よりも
少なくすることが好ましく、従って、沈殿槽の直前の脱
窒槽以外の脱窒槽に、下流側の脱窒槽ほど原水流入量が
少なくなるように、原水を分割注入するのが好ましい。

【００５０】なお、２槽以上の脱窒槽を直列に設ける場
合、各槽の容積比は、原水の分割注入の有無、原水水
質、目標とする水質、各槽の負荷等に応じて適宜決定さ
れる。

【００５１】本発明において、脱窒槽内にはＡＮＡＭＭ
ＯＸ菌以外の他の脱窒細菌や硝化細菌、その他の菌体や
活性汚泥が存在しても良く、脱窒槽において、これらの
菌体によりＡＮＡＭＭＯＸ反応以外の反応を行わせても
良い。特に脱窒細菌との組み合わせは好適である。

【００５２】本発明において、処理対象となる原水は、
アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を含む水であり、有
機物及び有機性窒素を含むものであってもよいが、これ
らは脱窒処理前に予めアンモニア性窒素になる程度まで
分解しておくことが好ましく、また、溶存酸素濃度が高
い場合には、必要に応じて溶存酸素を除去しておくこと
が好ましい。原水は無機物を含んでいてもよい。また、
原水はアンモニア性窒素を含む液と亜硝酸性窒素を含む
液を混合したものであってもよい。例えば、アンモニア
性窒素を含む排水を硝化細菌の存在下に好気性処理を行
い、アンモニア性窒素の一部、好ましくはその４５〜７
０％、特に５０〜６０％を亜硝酸に部分酸化したものを
原水とすることができる。更には、アンモニア性窒素を
含む排水の一部を硝化細菌の存在下に好気性処理を行
い、アンモニア性窒素を亜硝酸に酸化し、アンモニア性
窒素を含む排水の残部と混合したものを原水としても良
い。

【００５３】一般的には、下水、し尿、汚泥消化脱離
液、その他工場排水、埋立浸出水等のアンモニア性窒
素、有機性窒素及び有機物を含む排水が処理対象となる
場合が多いが、この場合、これらを好気性又は嫌気性処
理して有機物を分解し、有機性窒素をアンモニア性窒素
に分解し、さらに部分亜硝酸化或いは、一部についての
亜硝酸化を行った液を原水とすることが好ましい。

【００５４】

【実施例】以下に実験例及び実施例を挙げて本発明をよ
り具体的に説明する。

【００５５】実験例１図２に示す生物脱窒装置を用いて、アンモニア性窒素濃
度１００ｍｇ／Ｌ、亜硝酸性窒素濃度１４０ｍｇ／Ｌ、
重炭酸ナトリウム２００ｍｇ／Ｌ、及び微量のカルシウ
ムイオン、マグネシウムイオンその他の微量元素を含有
する合成排水を、窒素ガスで脱酸素した水を原水として
処理を行った。用いた生物脱窒装置の脱窒槽１の容積は
１Ｌ、沈殿槽３の容積は０．５Ｌで沈殿槽３の面積は５
０ｃｍ^２である。

【００５６】脱窒槽１と沈殿槽３は各々密閉し、上部の
気相部分を連通して、脱窒により発生した窒素ガスは系
外へ排出した。この排ガス排出管は、外気が逆流しない
ように水封した。

【００５７】脱窒槽１内にはｐＨ計を設け、槽内液のｐ
Ｈが上昇したら炭酸ガスを導入することにより、槽内液
をｐＨ７．５に調整した。

【００５８】脱窒槽１内に、別の反応槽でフィル＆ドロ
ー方式で培養したＡＮＡＭＭＯＸ菌を主体とする汚泥を
１０００ｍｇ−ＶＳＳ／Ｌとなるように投入し、原水を
３Ｌ／ｄａｙの流量で通水した。また、沈殿槽３の分離
汚泥は２Ｌ／ｄａｙで脱窒槽１に返送した。

【００５９】その結果、運転開始から２日以内に沈殿槽
３での汚泥の浮上が観察され、処理水中に汚泥が流出し
た。

【００６０】このときの沈殿槽３内液のアンモニア性窒
素濃度を測定したところ、汚泥が浮上し始めたときに７
ｍｇ／Ｌであり、その後急速に上昇して２０ｍｇ／Ｌと
なった。なお、亜硝酸性窒素濃度は、２５〜３５ｍｇ／
Ｌであった。

【００６１】沈殿槽３での汚泥の浮上により、脱窒槽１
内の汚泥濃度が急速に低下したために、運転開始から３
回目に運転を停止したが、このときの脱窒槽１内の汚泥
濃度は８００ｍｇ−ＶＳＳ／Ｌに低下していた。

【００６２】実験例２実験例１の運転停止後、流出した汚泥を回収し、脱窒槽
１内の汚泥濃度が１００ｍｇ−ＶＳＳ／Ｌとなるように
脱窒槽１に投入し、原水を２Ｌ／ｄａｙの流量で通水し
て運転を再開した。

【００６３】その結果、沈殿槽３内での汚泥の浮上を生
じることなく運転を行うことができた。このときの沈殿
槽３内液のアンモニア性窒素濃度は１ｍｇ／Ｌ以下であ
った。なお、亜硝酸性窒素濃度は１３０〜１３５ｍｇ／
Ｌであった。

【００６４】その後、脱窒槽１内の汚泥濃度の上昇に応
じて、原水の通水流量を徐々に増加させたところ、運転
開始から約２ヶ月後には脱窒槽内の汚泥濃度は２０００
ｍｇ−ＶＳＳ／Ｌにまで増加し、原水流量も４Ｌ／ｄａ
ｙまで増やすことができた。

【００６５】ただし、この間、数回、負荷（原水流入
量）が過剰となることにより、沈殿槽３内液のアンモニ
ア性窒素濃度が６〜１０ｍｇ／Ｌとなり、その都度汚泥
が浮上して流出する問題が生じた。この場合には、流出
した汚泥を回収して脱窒槽１に戻し、負荷を若干下げる
ことで対応した。

【００６６】この結果、アンモニア性窒素の容積当たり
の負荷０．４ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／ｄａｙ、亜硝酸性窒素の
容積当たりの負荷０．５２ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／ｄａｙまで
負荷を高めることができた。なお、硝酸性窒素は０．１
ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／ｄａｙで増加したため、窒素の除去速
度は０．８２ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／ｄａｙとなった。沈殿槽
３の水面積負荷は０．８ｍ／ｄａｙであった。

【００６７】このときの沈殿槽３の汚泥のＳＶＩ（スラ
ッジ容積指数）を測定したところ、２０〜５０ｍＬ／ｇ
であり、比較的沈降性が良好なために沈殿槽３の水面積
負荷は活性汚泥と同程度で良いことを確認した。但し、
分散状態で浮遊し、上澄み側に残るフロックが存在する
ために、活性汚泥の場合よりもやや水面積負荷を低く取
ることが安全であると判断された。

【００６８】実施例１実験例２では、沈殿槽３における一応の汚泥浮上防止効
果が得られるが、負荷の管理が困難であり、負荷が過剰
になることでアンモニア性窒素の残留による汚泥の浮上
が起きた。

【００６９】そこで、実験例１，２で用いた生物脱窒装
置の脱窒槽１と沈殿槽３との間に、図１に示す如く、容
積０．５Ｌの第２の脱窒槽２を直列に設けた生物脱窒装
置で原水の処理を行った。なお、沈殿槽３の分離汚泥は
第１の脱窒槽１に返送した。

【００７０】この生物脱窒装置では、第１の脱窒槽１で
原水のアンモニア性窒素の８０％以上が除去されている
ことを確認した後、５％負荷を上げ、その後第１の脱窒
槽１で負荷の８０％以上が除去されるまでＡＮＡＭＭＯ
Ｘ菌の増殖を行うことを繰り返して負荷を上げていった
ところ、沈殿槽３内液のアンモニア性窒素は常に１ｍｇ
／Ｌ以下に保つことができ、沈殿槽３での汚泥の浮上、
流出の問題は全く生じなかった。

【００７１】第１の脱窒槽１と第２の脱窒槽２とでは同
じ汚泥濃度であるため、容積当たりのアンモニア性窒素
除去能力は同じである。従って、第１の脱窒槽１と第２
の脱窒槽２との合計のアンモニア性窒素除去能力に等し
い負荷をかけた場合には、第１の脱窒槽１の容積は、第
１の脱窒槽１と第２の脱窒槽２との合計の容積の６７％
であるから、第１の脱窒槽１におけるアンモニア性窒素
の除去率も全体の６７％となる。

【００７２】しかし、本実施例では、ＡＮＡＭＭＯＸ菌
の増殖に応じて、ＡＮＡＭＭＯＸ菌のアンモニア性窒素
除去能力に余裕を残して負荷をかけるために、第１の脱
窒槽１におけるアンモニア性窒素の除去率を全体の７５
〜８０％に設定した。この場合、残りの２０〜２５％を
第２の脱窒槽２で除去するために必要な第２の容積は、
第１の脱窒槽と同じ汚泥濃度において、第１の脱窒槽２
の容積の２５〜３３％、即ち、２５０〜３３０ｍＬであ
る。

【００７３】しかし、本実施例では、第２の脱窒槽２の
容積を５００ｍＬとしたため、１７０〜２５０ｍＬの容
積分の余裕を確保することができ、アンモニア性窒素を
高度に除去することができたために、沈殿槽３内液のア
ンモニア性窒素濃度を１ｍｇ／Ｌ以下に安定させること
ができ、これにより、沈殿槽３内の汚泥の浮上、流出を
確実に防止することができた。

【００７４】実験例２のように、脱窒槽を１槽のみ設け
た場合には、流入負荷を管理することが困難であり、過
剰負荷によるアンモニア性窒素の残留、それによる汚泥
の浮上、流出を防止することができない場合があるが、
本実施例のように、脱窒槽を２槽直列に設けることで、
確実な負荷管理を行って、アンモニア性窒素濃度を安定
して低く抑え、沈殿槽における汚泥の浮上、流出を確実
に防止することができる。

【００７５】本実施例では、ＡＮＡＭＭＯＸ菌の増殖に
応じて、適宜負荷を増加することができ、また、汚泥の
流出の問題もないために、従来法に比べて汚泥の増殖速
度を２倍にすることができ、従来において、窒素除去能
力が２倍に上がるまでに約４０日を要していたのに対
し、その日数を約２０日に短縮することができた。そし
て、アンモニア性窒素の容積当たりの負荷０．８ｋｇ−
Ｎ／ｍ^３／ｄａｙ、亜硝酸性窒素の容積当たりの負荷
１．０ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／ｄａｙまで処理可能であること
が確認された。なお、硝酸性窒素は０．２ｋｇ−Ｎ／ｍ
^３／ｄａｙで増加したため、総合的な窒素の除去速度は
１．６ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／ｄａｙであった。

【００７６】以上の結果から明らかなように、本発明に
よれば、沈殿槽におけるＡＮＡＭＭＯＸ菌の浮上を効果
的に防止することができ、浮遊状態のＡＮＡＭＭＯＸ菌
を安定的に利用しつつ増殖させることが出来る。この結
果、脱窒槽の迅速な立ち上げが可能になり、脱窒槽内の
ＡＮＡＭＭＯＸ菌が持つ活性を有効に利用することがで
きる。また、ＡＮＡＭＭＯＸ菌の運搬を安価に行うこと
も可能である。

【００７７】また、２槽以上直列に脱窒槽を設けること
で、最大活性に対して現在かかっている負荷を把握し易
くなり、負荷の余裕分を容易に把握でき、常に適切な負
荷をかけることが可能となる。

【００７８】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の生物脱窒方
法及び生物脱窒装置によれば、ＡＮＡＭＭＯＸ菌を懸濁
状態で増殖させて生物脱窒を行い、脱窒処理液からＡＮ
ＡＭＭＯＸ菌を沈殿分離する際に、沈殿槽におけるＡＮ
ＡＭＭＯＸ菌の浮上を防止し、系内にＡＮＡＭＭＯＸ菌
を高濃度に保持することにより高負荷で効率的な生物脱
窒を行うことができる。

【００７９】特に、請求項４の生物脱窒方法及び請求項
６の生物脱窒装置によれば、沈殿槽からの返送汚泥が原
水により希釈されるのを防止して、前段の脱窒槽に高濃
度でＡＮＡＭＭＯＸ菌を保持してより一層高負荷の生物
脱窒処理を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の生物脱窒方法及び生物脱窒装置の実施
の形態を示す系統図である。

【図２】本発明の生物脱窒方法の他の実施の形態を示す
系統図である。

【符号の説明】

１第１の脱窒槽（脱窒槽）２第２の脱窒槽３沈殿槽

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年７月２６日（２００１．７．２
６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６３】その結果、沈殿槽３内での汚泥の浮上を生
じることなく運転を行うことができた。このときの沈殿
槽３内液のアンモニア性窒素濃度は１ｍｇ／Ｌ以下であ
った。なお、亜硝酸性窒素濃度は５〜１０ｍｇ／Ｌであ
った。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アンモニア性窒素を含有する原水を、ア
ンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子
受容体とする脱窒微生物の作用により亜硝酸性窒素の存
在下に生物脱窒する脱窒工程と、脱窒工程の処理液を固液分離し、分離液を処理水として
排出する固液分離工程と、を有する生物脱窒方法におい
て、固液分離する脱窒工程の処理液中のアンモニア性窒素濃
度と亜硝酸性窒素濃度の両方又はいずれか一方を０〜５
ｍｇ／Ｌとすることを特徴とする生物脱窒方法。
【請求項２】アンモニア性窒素を含有する原水を、ア
ンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子
受容体とする脱窒微生物の作用により亜硝酸性窒素の存
在下に生物脱窒する脱窒槽に導入して脱窒処理し、該脱
窒槽の流出液を沈殿槽に導入して固液分離し、分離液を
処理水として排出すると共に分離汚泥を前記脱窒槽に返
送する生物脱窒方法において、脱窒槽を複数直列に設け、最後段の脱窒槽の流出液を該
沈殿槽に導入することを特徴とする生物脱窒方法。
【請求項３】沈殿槽に導入する最後段の脱窒槽の流出
液中のアンモニア性窒素濃度と亜硝酸性窒素濃度の両方
又はいずれか一方を０〜５ｍｇ／Ｌとすることを特徴と
する請求項２に記載の生物脱窒方法。
【請求項４】原水を複数直列に設けられた脱窒槽に分
割注入することを特徴とする請求項２又は３に記載の生
物脱窒方法。
【請求項５】アンモニア性窒素を含有する原水の流入
口と処理液の流出口を有し、アンモニア性窒素を電子供
与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体とする脱窒微生物
の作用により亜硝酸性窒素の存在下に原水を生物脱窒す
る複数の脱窒槽と、該脱窒槽の処理液を固液分離する沈殿槽と、該沈殿槽で分離された分離液を処理水として排出する手
段と、該沈殿槽で分離された分離汚泥を前記第１の脱窒槽へ返
送する手段とを備えてなり、前記複数の脱窒槽は、前段側の脱窒槽の処理水が後段側
の脱窒槽に導入されて脱窒処理されるように直列に接続
されており、最終段の脱窒槽の処理液が前記沈殿槽に導入されること
を特徴とする生物脱窒装置。
【請求項６】原水を複数の脱窒槽に分割注入する手段
を備えたことを特徴とする請求項５に記載の生物脱窒装
置。