JP2016112556A - 好気性流動床による被処理水の生物学的処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1においては、コークス炉ガス液(安水)を生物学的に処理するに際し、無酸素条件の脱窒槽と好気性雰囲気の硝化槽とを用い、前段の脱窒槽に後段の硝化槽からの硝化液を循環させてコークス炉ガス液中のチオシアン酸を水素供与体として利用する方法が提案されており、この方法は、無酸素条件の脱窒槽でチオシアン酸イオンと硝酸又は亜硝酸を除去し、また、好気性雰囲気の硝化槽でアンモニア性窒素を硝酸又は亜硝酸に酸化する方法である。しかしながら、この方法においては、最低でも2つの処理槽(実施例では2つの脱窒槽と2つの硝化槽が用いられている。)を設置する必要があり、既存の処理槽を有する設備ではその適用が現実的でないほか、無酸素条件の脱窒槽において水素供与体として利用するチオシアン酸成分が不足すると、処理コスト高の原因となるメタノール等の薬品を別途添加する必要が生じる。更に、この方法は、非特許文献1に開示されている通り、好気性条件下でチオシアン酸イオンを除去する場合に比べて除去速度が著しく遅い。
先ず、被処理水中のチオシアン酸イオンを除去する微生物には付着性があることを知見し、また、この付着性微生物については、無酸素条件よりも好気性雰囲気の方がより速くチオシアン酸イオンを除去できることを確認した。そして、これらの知見から、好気性流動床による生物学的処理を検討する過程で、驚くべきことには、微生物の馴致処理の過程ではチオシアン酸イオンの除去とアンモニウムイオンの亜硝酸イオンへの酸化とが同時に生じることが認められたが、生物処理槽内において微生物馴致処理後の水理学的滞留時間を微生物馴致処理時の水理学的滞留時間よりも短くすると、チオシアン酸イオンを分解する微生物は好気性流動床に留まり易くて流出され難く、また、アンモニウムイオンを分解する微生物は好気性流動床に留まり難くて流出され易く、結果として、アンモニウムイオンの亜硝酸イオンへの酸化が抑制され、チオシアン酸イオンが選択的に除去されることを知見した。
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。
(1) 流動担体が装入された生物処理槽内にチオシアン酸イオン及びアンモニウムイオンを含有する被処理水を連続的に導入すると共に曝気して前記流動担体に微生物を定着させて好気性流動床を構成し、この好気性流動床の生物学的処理により前記被処理水を連続的に処理する方法であって、
前記生物処理槽内には、生物処理槽内の処理水若しくはこの槽内から排出される処理水のチオシアン酸イオン及び亜硝酸イオンをモニタリングしながら、前記流動担体に微生物を定着させて好気性流動床を構成する微生物馴致処理の第1段処理から第N段処理へと水理学的滞留時間を段階的に又は連続的に変化させて被処理水を導入し、
第2段処理以降の水理学的滞留時間については、被処理水中のチオシアン酸イオンの除去及び処理水中の亜硝酸イオンの生成抑制が確認されるまで、前段処理の水理学的滞留時間よりも短くなるように制御し、
亜硝酸イオンの生成を抑制しつつチオシアン酸イオンを選択的に除去することを特徴とする好気性流動床による被処理水の生物学的処理方法。
(2) 前記第2段処理以降における水理学的滞留時間の制御は、被処理水中のチオシアン酸イオンの除去及び処理水中の亜硝酸イオンの生成抑制が確認された後も、引き続いて前記第1段処理の水理学的滞留時間よりも短くなるように行われることを特徴とする前記(1)に好気性流動床による被処理水の生物学的処理方法。
(3) 前記第2段処理以降における水理学的滞留時間の制御は、被処理水中のチオシアン酸イオンの除去及び処理水中の亜硝酸イオンの生成抑制が確認された後も、引き続き短縮された水理学的滞留時間を維持するように行われることを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の好気性流動床による被処理水の生物学的処理方法。
(4) 前記第2段処理以降における水理学的滞留時間の制御は、被処理水中のチオシアン酸イオンの除去及び処理水中の亜硝酸イオンの生成抑制が確認された後には、前記処理水のチオシアン酸イオン及び亜硝酸イオンの濃度に応じて、前段処理の水理学的滞留時間に対して延長又は短縮するように行われることを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の好気性流動床による被処理水の生物学的処理方法。
(5) 前記生物処理槽内への被処理水の導入は、前記水理学的滞留時間を段階的に変化させて行われることを特徴とする前記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の好気性流動床による被処理水の生物学的処理方法。
(6) 前記生物処理槽内の処理水若しくはこの槽内から排出される処理水のpH値をモニタリングし、前記生物処理槽内の処理水若しくはこの槽内から排出される処理水のチオシアン酸イオン濃度が所定の値以上になり、更に前記処理水のpH値が7.0未満に低下した際に、前記生物処理槽内のpH値を7.0〜8.5の範囲に調整することを特徴とする前記(1)〜(5)のいずれか一項に記載の好気性流動床による被処理水の生物学的処理方法。
図2において、被処理水の生物学的処理設備は、生物処理槽1と沈降槽2とを基に構成されている。前記生物処理槽1には配管3を介して処理対象となる被処理水が連続的に導入され、また、この生物処理槽1内には、微生物を定着させる流動担体10が装入されると共に、汚濁物質のチオシアン酸イオンを除去し得る微生物が生息する図示外の微生物植種源が投入される。また、この槽内には、エアポンプ9から空気が送り込まれて曝気され、生物処理槽1内において旋回流が形成され、また、この旋回流に乗って前記流動担体10が流動し、この生物処理槽1内での所定の水理学的滞留時間の間に微生物馴致処理(第1段処理)が行われ、流動担体10に微生物植種源又は被処理水由来の微生物が定着して好気性流動床が形成される。そして、生物処理槽1内に導入された被処理水は、この生物処理槽1内に所定の水理学的滞留時間だけ滞留している間に、チオシアン酸イオンが除去されて処理水となり、この処理水が配管4を介して沈降槽2に送り込まれ、更に、この沈降槽2内で固液分離されて上澄み部分が最終処理水となり、この最終処理水が配管5を介してこの生物学的処理設備の系外に排出されるようになっている。
すなわち、先ず、第1段処理の微生物馴致処理により処理水中のチオシアン酸イオン濃度が一定期間(例えば、1週間程度)上昇せずに目標値以下で安定したことを確認した後、第2段処理時の水理学的滞留時間を少し(例えば、元の24時間の3/4程度まで)短縮し、その後のチオシアン酸イオン濃度及び亜硝酸イオン濃度(更には、COD濃度)の動向を観察し、そして、処理水のチオシアン酸イオン濃度が目標値を超えて上昇することがない場合にはその短縮された第2段処理時の水理学的滞留時間で処理を一定期間(例えば、1週間程度)継続し、また、処理水のチオシアン酸イオン濃度が目標値を超えて上昇するようであれば、第2段処理時の水理学的滞留時間を元の第1段処理時の水理学的滞留時間に戻して再び微生物馴致処理を行う。次に、短縮された第2段処理時の水理学的滞留時間で処理を一定期間(例えば、1週間程度)継続した後、再び第2段処理時の水理学的滞留時間を少し(例えば、先の18時間の2/3程度まで)短縮させ、第2段処理時と同様に第3段処理を行い、更に同様にして第N段処理まで上記と同様の操作を繰り返して行う。この操作により、処理水の亜硝酸濃度(更にはCOD濃度)が徐々に減少する。処理水のチオシアン酸イオン濃度及び亜硝酸イオン濃度(更には、COD濃度)の全てが一定期間(例えば、1週間程度)安定して目標値を達成した時点でこの操作を終了すればよい。さらに操作を継続することで、より高速に処理することが可能であるが、担体に定着できる微生物の量には限界があるため、短縮できる水理学的滞留時間には限界があることに注意が必要である。このような段階的制御の方法によれば、例えば、第2段処理以降の水理学的滞留時間を第1段処理(微生物馴致処理)時の3倍程度まで短縮すること(24時間⇒8時間)が可能であり、上述の通り、処理水中のチオシアン酸イオン濃度及び亜硝酸イオン濃度(更には、COD濃度)の全てが目標値を達成する第2段処理以降の水理学的滞留時間を見つけ出して操業すればよい。
工業用水と自然海水とを体積比2:3で混合して得られた溶媒中に、表1に示す培養試験用の溶質を表1に示す濃度で溶解し、それぞれ表1に示す好気性条件下で用いる培養試験液Aと無酸素条件下で用いる培養試験液Bとを調製した。なお、培養試験液B中の亜硝酸ナトリウムの濃度については、濃度100mg/Lのチオシアン酸イオンを除去するのに必要な量を算出し、決定した。
これらの培養試験において、培養開始時及び培養終了時にそれぞれ分析用試料を採取し、チオシアン酸イオンの濃度を測定し、1時間当たりのチオシアン酸イオン除去速度を求めた。得られた好気性培養試験と無酸素培養試験の結果を図3に示す。
表2に示す溶質組成を有する人工排水(被処理水)を用意し、6本の100mL-プラスチックボトル内にそれぞれ被処理水50mLを仕込むと共に、塩酸水溶液又は水酸化ナトリウム水溶液を用いて、各プラスチックボトル内の被処理水のpHをそれぞれ6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、及び8.5に調整した。また、これら各プラスチックボトル内の被処理水中には、以下に示す実施例1でチオシアン酸イオン除去能を有する微生物の定着が確認されている微生物定着流動担体5個を装入し、各プラスチックボトルをそれぞれ振とう器にセットし、150rpm往復振盪の下に室温及び培養期間6時間の培養試験を行った。
図4に示す結果から明らかなように、生物学的処理の際のpHが7.0未満であると、チオシアン酸イオン除去速度が遅くなる傾向にあり、pH7.5のチオシアン酸イオン除去速度を100%とした場合、pH6.0では81%にまで低下していた。
このため、アンモニウムイオンの酸化による亜硝酸イオンの生成等に起因してpHが低下したような場合には、必要によりpHを7.0以上に調整することが好ましいことが判明した。
工業用水と自然海水とを体積比2:3で混合して得られた溶媒中に、表2に示す溶質を表2に示す濃度で溶解し、人工排水(被処理水)を調製した。
また、実施例1及び対照例の生物学的処理において、領域内の水理学的滞留時間を8時間に短縮して操業した運転開始後8〜10日目の処理水について、チオシアン酸イオン及び亜硝酸イオンの濃度を調べた結果を表3に示す。
すなわち、実施例1及び対照例のいずれの場合も、微生物馴致処理(第1段処理)の際には運転開始後よりチオシアン酸イオンの除去が認められたが、アンモニウムイオンの酸化による亜硝酸イオンの生成も確認された。
しかしながら、その後の領域内の水理学的滞留時間を短くする制御を行った場合には、実施例1及び対照例のいずれの場合も共に亜硝酸イオンの生成を抑制できたが、チオシアン酸イオンの除去に関しては、領域内の水理学的滞留時間を12時間に短縮した際に、対照例ではチオシアン酸イオン除去率が77%程度までであったのに対し、実施例1では90%以上で安定しており、また、領域内の水理学的滞留時間を8時間に短縮した際には、対照例ではチオシアン酸イオン除去率が62%程度に過ぎなかったのに対し、実施例1では90%以上で安定していた。
工業用水と自然海水とを体積比2:3で混合して得られた溶媒中に、表4に示す溶質を表4に示す濃度で溶解し、人工排水(被処理水)を調製した。この実施例2においては、実施例1の溶質に加えて、コークス炉排水に含まれる主なCOD成分のフェノール及びチオ硫酸イオンを追加した。
すなわち、実施例1及び2のいずれの場合も、微生物馴致処理(第1段処理)の際には運転開始後よりチオシアン酸イオンの除去が認められたが、アンモニウムイオンの酸化による亜硝酸イオンの生成も確認された。
しかしながら、その後の領域内の水理学的滞留時間を短くする制御を行った場合には、実施例1では水理学的滞留時間を8時間に短縮した後に、また、実施例2では水理学的滞留時間を10時間に短縮した後に、いずれの場合も共にチオシアン酸イオンの除去率が90%以上で安定しつつ、亜硝酸イオンの生成を抑制することができた。
更に、実施例2では、水理学的滞留時間を10時間に維持した後に24時間まで延長したが亜硝酸イオンの生成抑制を維持していた。
Claims (6)
- 流動担体が装入された生物処理槽内にチオシアン酸イオン及びアンモニウムイオンを含有する被処理水を連続的に導入すると共に曝気して前記流動担体に微生物を定着させて好気性流動床を構成し、この好気性流動床の生物学的処理により前記被処理水を連続的に処理する方法であって、
前記生物処理槽内には、生物処理槽内の処理水若しくはこの槽内から排出される処理水のチオシアン酸イオン及び亜硝酸イオンをモニタリングしながら、前記流動担体に微生物を定着させて好気性流動床を構成する微生物馴致処理の第1段処理から第N段処理へと水理学的滞留時間を段階的に又は連続的に変化させて被処理水を導入し、
第2段処理以降の水理学的滞留時間については、被処理水中のチオシアン酸イオンの除去及び処理水中の亜硝酸イオンの生成抑制が確認されるまで、前段処理の水理学的滞留時間よりも短くなるように制御し、
亜硝酸イオンの生成を抑制しつつチオシアン酸イオンを選択的に除去することを特徴とする好気性流動床による被処理水の生物学的処理方法。 - 前記第2段処理以降における水理学的滞留時間の制御は、被処理水中のチオシアン酸イオンの除去及び処理水中の亜硝酸イオンの生成抑制が確認された後も、引き続いて前記第1段処理の水理学的滞留時間よりも短くなるように行われることを特徴とする請求項1に好気性流動床による被処理水の生物学的処理方法。
- 前記第2段処理以降における水理学的滞留時間の制御は、被処理水中のチオシアン酸イオンの除去及び処理水中の亜硝酸イオンの生成抑制が確認された後も、引き続き短縮された水理学的滞留時間を維持するように行われることを特徴とする請求項1又は2に記載の好気性流動床による被処理水の生物学的処理方法。
- 前記第2段処理以降における水理学的滞留時間の制御は、被処理水中のチオシアン酸イオンの除去及び処理水中の亜硝酸イオンの生成抑制が確認された後には、前記処理水のチオシアン酸イオン及び亜硝酸イオンの濃度に応じて、前段処理の水理学的滞留時間に対して延長又は短縮するように行われることを特徴とする請求項1又は2に記載の好気性流動床による被処理水の生物学的処理方法。
- 前記生物処理槽内への被処理水の導入は、前記水理学的滞留時間を段階的に変化させて行われることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の好気性流動床による被処理水の生物学的処理方法。
- 前記生物処理槽内の処理水若しくはこの槽内から排出される処理水のpH値をモニタリングし、前記生物処理槽内の処理水若しくはこの槽内から排出される処理水のチオシアン酸イオン濃度が所定の値以上になり、更に前記処理水のpH値が7.0未満に低下した際に、前記生物処理槽内のpH値を7.0〜8.5の範囲に調整することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の好気性流動床による被処理水の生物学的処理方法。
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