JP3215349B2

JP3215349B2 - 窒素含有排水の硝化脱窒方法

Info

Publication number: JP3215349B2
Application number: JP09053697A
Authority: JP
Inventors: 極松原
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1997-04-09
Filing date: 1997-04-09
Publication date: 2001-10-02
Anticipated expiration: 2017-04-09
Also published as: JPH10277543A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水等のような窒
素含有排水の改良された脱窒方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、下水等のような窒素含有排水の脱
窒方法には、通常、図５に例示するような硝化液循環法
が用いられている。この方法では、先ず脱窒槽１１で主
として硝化液中の亜硝酸態および硝酸態の窒素分がＮ₂
ガスとして取り出されるが、分解されなかった原水中の
窒素含有物を次の硝化槽１２において亜硝酸態および硝
酸態に酸化分解して、先の脱窒槽１１に返送、循環する
ようにして、排水中の有機物を利用して脱窒した後、沈
殿槽１４で汚泥を分離し、処理水とされる。このとき、
沈殿槽１４から抜き出された汚泥の一部は、返送汚泥と
して先頭の脱窒槽１１に送り返される。

【０００３】この場合の脱窒率は、硝化液の循環率で決
定されるので、脱窒効果を高めようとすれば、その循環
率を増加させる必要があるが、そのためには硝化液を循
環させるためのポンプなどの動力が増加するほか、脱窒
槽の容量を拡大しなければ対応できないという問題があ
った。

【０００４】また、脱窒率を高める方法として、図６に
例示するようなメタノール添加法も実用化されている。
この方法では、反応槽として、硝化槽１２、脱窒槽１
１、および再曝気槽１３を配列して、硝化槽１２におい
ては原水を曝気して窒素含有物を亜硝酸態および硝酸態
に酸化分解し、次いで脱窒槽１１では、メタノールを添
加しながら亜硝酸態および硝酸態窒素をＮ₂ガスに分解
し除去するのであるが、相当量のメタノールを消費する
ので、下水のように処理量が大量になる場合の処理方法
としては適当ではなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するためになされたものであり、脱窒率の向上
を企図する脱窒方法であり、メタノールのような添加薬
品を必要とせず、設備を比較的コンパクトに構成するこ
とが可能となる窒素含有排水の脱窒方法を提供する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の問題は、窒素含有
排水をゼオライト吸着槽、硝化槽、脱窒槽、および再曝
気槽にて処理して窒素分を除去する方法であって、ゼオ
ライト吸着槽と硝化槽と脱窒槽に、ポリビニルアルコー
ルからなり比重が１．０５〜１．３０の範囲の担体に、
粉状合成ゼオライトを被覆した担体、または粉状合成ゼ
オライトを内部に包括固定したゼオライト担持担体を添
加し、ゼオライト吸着槽において排水中のアンモニア性
窒素を吸着分離させ、硝化槽において硝化した後に、脱
窒槽においてその硝化液を脱窒するに際して、前記ゼオ
ライト吸着槽からアンモニア性窒素を吸着分離させた排
水を取り出して脱窒槽に送り込み、前記硝化液に混合し
て脱窒反応を行うとともに、脱窒槽からエアリフトポン
プを用いてゼオライト担持担体を取り出してゼオライト
吸着槽に返送して、ゼオライト吸着槽と脱窒槽の間を循
環させることを特徴とする窒素含有排水の硝化脱窒方法
により解決することができる。

【０００７】また、上記の問題は、窒素含有排水をゼオ
ライト吸着槽、硝化槽、脱窒槽、および再曝気槽にて処
理して窒素分を除去する方法であって、ゼオライト吸着
槽と硝化槽と脱窒槽に、発泡ポリプロピレン、発泡ポリ
エチレン、発泡ポリメチルペンテン、または発泡ナイロ
ンからなり比重が０．９５〜０．９９の範囲の担体に粉
状合成ゼオライトを担持したゼオライト担持担体を添加
し、ゼオライト吸着槽において排水中のアンモニア性窒
素を吸着分離させ、硝化槽において硝化した後に、脱窒
槽においてその硝化液を脱窒するに際して、前記ゼオラ
イト吸着槽からアンモニア性窒素を吸着分離させた排水
を取り出して脱窒槽に送り込み、前記硝化液に混合して
脱窒反応を行うとともに、脱窒槽からベルトコンベヤま
たはフライトコンベヤを用いてゼオライト担持担体を取
り出してゼオライト吸着槽に返送して、ゼオライト吸着
槽と脱窒槽の間を循環させることを特徴とする窒素含有
排水の硝化脱窒方法により解決することができる。

【０００８】

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態につい
て、図１、２を参照して説明する。この実施形態では、
窒素含有排水である原水から含有窒素分を除去するため
の反応槽としては、ゼオライト吸着槽２、硝化槽３、脱
窒槽４、および再曝気槽５を用いる。この除去反応の
後、沈殿槽６にて汚泥を沈澱分離した処理水が排出さ
れ、抜き出された汚泥の一部は、先の硝化槽３へ返送汚
泥として戻され、他は余剰汚泥として排出される。

【００１０】本発明では、このように各反応槽の順に原
水が処理されるのであるが、先ず、先頭のゼオライト吸
着槽２には、導入された原水に含まれるアンモニア性窒
素を吸着するためのゼオライト担持担体が添加してあ
る。このゼオライト担持担体としては、図１の場合のよ
うに、ポリビニルアルコールからなり比重が１．０５〜
１．３０の範囲の担体に粉状合成ゼオライトを被覆した
担体、または粉状合成ゼオライトを内部に包括固定した
担体のように、比較的比重の重い担体が使用されるが、
その他にも、図２の場合のように、発泡ポリプロピレ
ン、発泡ポリエチレン、発泡ポリメチルペンテン、また
は発泡ナイロンからなり比重が０．９５〜０．９９の範
囲の担体に粉状合成ゼオライトを担持した担体のよう
に、比較的比重の軽い担体も同様に使用することができ
る。

【００１１】図１の事例は、前記の比重の重いゼオライ
ト担持担体を使用した場合を例示するものである。ここ
で、ゼオライト吸着槽２に導入された原水に含まれるア
ンモニア性窒素は、予め添加されていたゼオライト担持
担体に選択的に吸着されるが、このゼオライト担持担体
は、アンモニア性窒素を伴って、次の硝化槽３に流入し
て、硝化反応によりアンモニア性窒素は亜硝酸態または
硝酸態窒素に変化して、ゼオライト担持担体から遊離す
る。これらは、さらに脱窒槽４に流入して脱窒されるの
である。一方、ゼオライト吸着槽２において、アンモニ
ア性窒素を分離したものの、その他有機物を含む原水
は、後半部分に設けられたポンプ２１で汲み上げられ、
後段の脱窒槽４の前半部分に直接に送り込まれる。この
場合、スクリーン２２により担体はポンプ側に流入しな
いよう隔てられている。そして、この脱窒槽４におい
て、硝化槽３から流入してきた亜硝酸態または硝酸態窒
素を含む硝化液と混合され、この原水中の有機物を利用
して脱窒反応が促進されることになる。

【００１２】このように、硝化槽３において、ゼオライ
ト担持担体に吸着していたアンモニア性窒素は硝化反応
により変化して離脱するので、ゼオライト担持担体の吸
着機能が再生する。そして、完全に吸着機能が再生した
ゼオライト担持担体は、次の脱窒槽４の後半部分に設け
られているエアリフトポンプ４１で汲み上げられ返送パ
イプ４２を通って、先のゼオライト吸着槽２の前半部分
に返送される。なお、ゼオライト吸着槽２から直接に送
られてきた原水中の有機性窒素が脱窒槽４において、ア
ンモニア性窒素に変化したときには、このアンモニア性
窒素をゼオライト担持担体が吸着した状態で、ゼオライ
ト吸着槽２へ返送されるので、アンモニア性窒素が後段
の再曝気槽５へ流出することはない。

【００１３】そして、本発明では、ゼオライト担持担体
が、このように原水に含まれるアンモニア性窒素を吸着
して、硝化、脱窒という順に処理が行われ、さらに脱窒
槽４からゼオライト吸着槽２に返送されるというよう
に、ゼオライト担持担体が、原水中のアンモニア性窒素
および脱窒反応で生じるアンモニア性窒素を吸着して、
硝化反応を特に促進するという好ましい循環が行われる
のである。

【００１４】この図１に示される実施形態で用いられる
ゼオライト担持担体は、ポリビニルアルコールからなり
比重が１．０１〜１．０５程度の担体であり、その組織
は極めて脆弱であるところから、その移送に当たっては
空気泡の上昇流を利用したエアリフトポンプ４１を応用
するのが好ましく、また、ゼオライト吸着槽２、硝化槽
３、脱窒槽４の各境界の流通開口は、ゼオライト担持担
体の流通を阻害しないような大きさで、適宜な深さに設
ければよい。また、必要に応じて、脱窒槽４と再曝気槽
５との境界には、図２に示すようなスクリーン４４を設
け、ゼオライト担持担体の流通を阻止するように構成し
てもよい。

【００１５】この実施形態における諸元を例示すると、
ゼオライト担持担体の各反応槽に対する添加量は５〜３
０ｖｏｌ％、その循環率は２０〜４０％程度がよい。ま
た、各反応槽での処理時間（滞留時間）は、ゼオライト
吸着槽が約０．５〜１時間、硝化槽が約１〜３時間（硝
化速度４〜７ｋｇN ／ｍ³担体）、脱窒槽が約２〜５時
間（脱窒速度２．５〜３ｋｇN ／ｍ³担体）、および再
曝気槽が約２〜３時間でよい。また、活性汚泥の濃度
は、活性汚泥法並みの５００〜３０００ｍｇ／ｌ程度で
よい。

【００１６】次に本発明による２、３の特性について説
明すると、先ず、図３は、原水のアンモニア性窒素が２
５ｍｇ／ｌの場合のゼオライト吸着槽の滞留時間とアン
モニア性窒素の除去率の関係を担体添加率をパラメータ
にして示したグラフであり、これによれば、ゼオライト
担持担体の添加率が１０〜３０ｖｏｌ％であるときのゼ
オライト吸着槽２の滞留時間は０．５時間でよく、また
５ｖｏｌ％のときでも１時間の滞留時間で充分であるこ
とが分かる。

【００１７】また、図４は、担体添加量に対する担体循
環率の比率（倍）と循環担体濃度（ｖｏｌ％）およびＴ
−Ｎ除去率の関係を、担体添加率１０ｖｏｌ％の場合に
ついて示したグラフである。これによると、Ｔ−Ｎ除去
率は、担体添加量に対する担体循環率の比率が１〜４倍
のとき、７５〜８５％の高い値が得られる。一方、循環
担体の濃度は、担体添加量に対する担体循環率の比率が
１．７倍以上のとき、６０ｖｏｌ％以下になって、硝化
槽３における担体の流動化が可能となり、硝化のための
曝気ができるようになる。従って、Ｔ−Ｎ除去率を７５
〜８５％の高いレベルに維持し、かつ硝化槽３における
担体の流動化を確保するためには、担体添加量に対する
担体循環率の比率として２〜４倍が好ましいことが分か
る。例えば、図の場合、原水に対する担体添加率（反応
槽容積に対する担体添加量）は１０ｖｏｌ％であるか
ら、担体の循環率を原水の２０〜４０ｖｏｌ％に設定す
れば、硝化槽３における担体の流動化が可能になるとと
もに、Ｔ−Ｎ除去率を７５〜８５％程度にすることがで
きるのである。

【００１８】なお、この実施形態では、脱窒槽４の後段
に設けられている再曝気槽４は、散気装置から空気が送
り込まれて好気状態を保持して、残余の有機物を分解す
るためのものである。また、沈澱槽６から抜き出された
汚泥の一部は、先の硝化槽３へ返送汚泥として戻されて
いるが、これを先頭のゼオライト吸着槽２へ返送するよ
うにしてもよく、その場合には、原水中のリン分の除去
も可能とすることができる。

【００１９】次に、図２を参照して、前記の比重の軽い
０．９５〜０．９９程度のゼオライト担持担体を使用し
た場合の実施形態について説明する。この実施形態で
は、窒素含有排水から含有窒素分を除去するためのゼオ
ライト吸着槽２、硝化槽３、脱窒槽３、および再曝気槽
４を用い、沈殿槽６にて汚泥を沈澱分離した処理水を排
出するという基本的構成、また、ゼオライト担持担体の
ゼオライト吸着槽２から脱窒槽３に至るまでの作用、お
よびゼオライト吸着槽２において、アンモニア性窒素を
分離した原水をポンプ２１で汲み上げ、後段の脱窒槽４
に送り込む操作などにおいて、先の実施形態の場合と同
様である。

【００２０】その相違点は、その脱窒槽４からゼオライ
ト担持担体を汲み上げてゼオライト吸着槽２へ返送する
のに、ベルトコンベヤまたはフライトコンベヤのような
コンベヤ４３を用いている点にある。この場合のゼオラ
イト担持担体は、その組織は比較的丈夫で形状を保持す
る性質があるうえ、比重が１以下であって被処理水の上
層に浮遊しやすいから、その移送にあたっては、前記の
ように、ベルトコンベヤまたはフライトコンベヤのよう
な形式のコンベヤを応用するのが好ましい。なお、脱窒
槽４と再曝気槽５との境界には、スクリーン４４を設け
てゼオライト担持担体が再曝気槽５側に流入するのを阻
止している。また、ゼオライト吸着槽２から原水を汲み
出すときに、スクリーン２２を設けて浮遊するゼオライ
ト担持担体の流入を阻止して、ポンプ２１で汲み出すの
が適当である。

【００２１】次に、この第２の実施形態に具体化された
本発明の処理効果を従来例と対比して表１、２に示す。
この結果によれば、本発明と比較例の処理容量は、同じ
１００ｍ³／日であり、またその処理時間は、比較例が
８時間、本発明がそれより短い６時間であるが、本発明
では、その処理水の性状は、Ｔ−Ｎ、ＮＯ₃−Ｎとも大
幅に改善されている他、Ｔ−Ｐも改善されたうえ、ＳＳ
も改善される傾向が認められたのである。

【００２２】

【表１】（注１）ゼオライト吸着槽への返送率（％）（注２）ゼオライト吸着槽、硝化槽および脱窒槽の各添
加率（％）

【００２３】

【表２】（注）従来法および本発明の処理水の欄のかっこ内数値
は除去率％を示す。

【００２４】

【発明の効果】本発明の窒素含有排水の硝化脱窒方法
は、以上に説明したように構成されているので、次に示
すような優れた効果がある。（１）メタノールのような添加薬品を必要とせず、含有
窒素を７５〜８５％の高率で除去することができる。（２）担体により微生物の利用効率が向上し、硝化速度
を大きくすることができ、その結果硝化槽のコンパクト
化が可能となる。また、脱窒速度も大きくできるので脱
窒槽のコンパクト化も可能となる。（３）担体に吸着されたアンモニア性窒素は硝化により
担体から遊離して、生物再生されるから、担体の耐用命
数が長くなる。（４）原水の有機物に変動があっても、安定した脱窒が
可能である。よって本発明は従来の問題点を解消した窒
素含有排水の硝化脱窒方法として、その工業的価値は極
めて大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を説明するためのフロー図。

【図２】他の実施形態を説明するためのフロー図。

【図３】本発明のゼオライト吸着槽滞留時間とＮＨ₄−
Ｎ除去率の関係を示すグラフ。

【図４】本発明の担体循環率とＴ−Ｎ除去率の関係を示
すグラフ。

【図５】従来の脱窒方法を説明するためのフロー図。

【図６】他の従来の脱窒方法を説明するためのフロー
図。

【符号の説明】

２ゼオライト吸着槽、２１ポンプ、３硝化槽、４
脱窒槽、４１エアリフトポンプ、４２返送パイ
プ、５再曝気槽、６沈殿槽。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】窒素含有排水をゼオライト吸着槽、硝化
槽、脱窒槽、および再曝気槽にて処理して窒素分を除去
する方法であって、ゼオライト吸着槽と硝化槽と脱窒槽
に、ポリビニルアルコールからなり比重が１．０５〜
１．３０の範囲の担体に、粉状合成ゼオライトを被覆し
た担体、または粉状合成ゼオライトを内部に包括固定し
たゼオライト担持担体を添加し、ゼオライト吸着槽にお
いて排水中のアンモニア性窒素を吸着分離させ、硝化槽
において硝化した後に、脱窒槽においてその硝化液を脱
窒するに際して、前記ゼオライト吸着槽からアンモニア
性窒素を吸着分離させた排水を取り出して脱窒槽に送り
込み、前記硝化液に混合して脱窒反応を行うとともに、
脱窒槽からエアリフトポンプを用いてゼオライト担持担
体を取り出してゼオライト吸着槽に返送して、ゼオライ
ト吸着槽と脱窒槽の間を循環させることを特徴とする窒
素含有排水の硝化脱窒方法。
【請求項２】窒素含有排水をゼオライト吸着槽、硝化
槽、脱窒槽、および再曝気槽にて処理して窒素分を除去
する方法であって、ゼオライト吸着槽と硝化槽と脱窒槽
に、発泡ポリプロピレン、発泡ポリエチレン、発泡ポリ
メチルペンテン、または発泡ナイロンからなり比重が
０．９５〜０．９９の範囲の担体に粉状合成ゼオライト
を担持したゼオライト担持担体を添加し、ゼオライト吸
着槽において排水中のアンモニア性窒素を吸着分離さ
せ、硝化槽において硝化した後に、脱窒槽においてその
硝化液を脱窒するに際して、前記ゼオライト吸着槽から
アンモニア性窒素を吸着分離させた排水を取り出して脱
窒槽に送り込み、前記硝化液に混合して脱窒反応を行う
とともに、脱窒槽からベルトコンベヤまたはフライトコ
ンベヤを用いてゼオライト担持担体を取り出してゼオラ
イト吸着槽に返送して、ゼオライト吸着槽と脱窒槽の間
を循環させることを特徴とする窒素含有排水の硝化脱窒
方法。