JP2003024982A - 生物脱窒方法及び生物脱窒装置 - Google Patents
生物脱窒方法及び生物脱窒装置Info
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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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/m3/dayとなる。
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/m3/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/m3/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/m3/
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/m3/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。
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。
を示す系統図である。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
槽内に500〜20,000mg/L程度、好ましくは
1000〜8000mg/L程度保持される。
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。
モニア性窒素として0.01〜20kg/m3/day
であり、好ましくは0.02〜2kg/m3/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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
り具体的に説明する。
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
0cm2である。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
の負荷0.4kg−N/m3/day、亜硝酸性窒素の
容積当たりの負荷0.52kg−N/m3/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/m3/dayで増加したため、窒素の除去速
度は0.82kg−N/m3/dayとなった。沈殿槽
3の水面積負荷は0.8m/dayであった。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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/m3/day、亜硝酸性窒素の容積当たりの負荷
1.0kg−N/m3/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/m3/dayであった。
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。
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。
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。
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。
の形態を示す系統図である。
系統図である。
6)
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 (6)
- 【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。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001216950A JP2003024982A (ja) | 2001-07-17 | 2001-07-17 | 生物脱窒方法及び生物脱窒装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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