JP4951826B2 - 生物学的窒素除去方法 - Google Patents
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Description
【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む原水を好気条件下にアンモニア酸化細菌と接触させて、原水中のアンモニア性窒素の少なくとも一部を亜硝酸性窒素に硝化した後、硝化液を、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細菌の作用により生物脱窒する生物学的窒素除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排液中に含まれるアンモニア性窒素は河川、湖沼及び海洋などにおける富栄養化の原因物質の一つであり、排液処理工程で効率的に除去する必要がある。一般に、排水中のアンモニア性窒素は、アンモニア性窒素をアンモニア酸化細菌により亜硝酸性窒素に酸化し、更にこの亜硝酸性窒素を亜硝酸酸化細菌により硝酸性窒素に酸化する硝化工程と、これらの亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素を従属栄養性細菌である脱窒菌により、有機物を電子供与体として利用して窒素ガスにまで分解する脱窒工程との２段階の生物反応を経て窒素ガスにまで分解される。
【０００３】
しかし、このような従来の硝化脱窒法では、脱窒工程において電子供与体としてメタノールなどの有機物を多量に必要とし、また硝化工程では多量の酸素が必要であるため、ランニングコストが高いという欠点がある。
【０００４】
これに対して、近年、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独立栄養性細菌（自己栄養細菌）を利用し、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを反応させて脱窒する方法が提案された。この方法であれば、有機物の添加は不要であるため、従属栄養性の脱窒菌を利用する方法と比べて、コストを低減することができる。また、独立栄養性の細菌は収率が低く、汚泥の発生量が従属栄養性細菌と比較すると著しく少ないので、余剰汚泥の発生量を抑えることができる。更に、従来の硝化脱窒法で観察されるＮ２Ｏの発生がなく、環境に対する負荷を低減できるといった特長もある。
【０００５】
この独立栄養性脱窒細菌（以下「ＡＮＡＭＭＯＸ菌」と称す場合がある。）を利用する生物脱窒プロセスは、Strous, M et al. (1998) Appl. Microbiol. Biotechnol.Vol.50,p.589-596に報告されており、以下のような反応でアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素が反応して窒素ガスに分解されると考えられている。
【０００６】
【化１】
【０００７】
即ち、ＡＮＡＭＭＯＸ菌を利用して脱窒処理を行う場合、ＡＮＡＭＭＯＸ菌を保持するＡＮＡＭＭＯＸ反応槽に流入する被処理水（原水）は、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を含む必要がある。このため、従来においては、例えば、アンモニア性窒素を含む排水を予め硝化処理し、排水中のアンモニア性窒素の一部をアンモニア酸化細菌により亜硝酸性窒素に酸化したものを原水として導入している。この原水は、上記反応式から明らかなように、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とがモル比０．４３：０．５７で反応するため、アンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）と亜硝酸性窒素（ＮＯ２−Ｎ）をこのような割合で含むことが好ましい。
【０００８】
なお、反応生成物として窒素の他に硝酸が生成するため、ＡＮＡＭＭＯＸ工程の後段にメタノール等の有機物の共存下で生物脱窒を行う脱窒工程を設けることにより、窒素の除去率を高め、良好な水質の処理水を得ることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記ＡＮＡＭＭＯＸ反応式に示すように、ＡＮＡＭＭＯＸ反応では、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素がモル比０．４３：０．５７で反応するが、濃度、流量に変動のある排水に対して常にアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とのモル比が０．４３：０．５７となるようにＡＮＡＭＭＯＸ工程に流入させて反応させることは難しく、従って、ＡＮＡＭＭＯＸ工程の処理水中にはアンモニア性窒素又は亜硝酸性窒素が残留することが多い。
【００１０】
また、ＡＮＡＭＭＯＸ菌は有機物、酸素、低ｐＨなどの種々の因子によって阻害を受けることが知られており、高い活性を安定して維持し、アンモニア性窒素、亜硝酸性窒素を高度に除去することは難しい。これらの因子でＡＮＡＭＭＯＸ菌が阻害を受けて活性が低下した場合には、ＡＮＡＭＭＯＸ工程の処理水中にアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素が残留することになる。
【００１１】
ＡＮＡＭＭＯＸ工程の処理水中に残留した亜硝酸性窒素は、硝酸の除去のためにＡＮＡＭＭＯＸ工程の後段に設けられる、メタノール等の有機物の共存下で生物脱窒させる脱窒工程において除去されるため、ＡＮＡＭＭＯＸ工程の処理水中に残留する亜硝酸性窒素がプロセス全体の窒素除去率を悪化させることにはならない。
【００１２】
しかしながら、ＡＮＡＭＭＯＸ工程の処理水中に残留したアンモニア性窒素は、後段の脱窒工程では除去できないため、プロセス全体の窒素除去率の低下を引き起こす。
【００１３】
本発明は上記従来の問題点を解決し、アンモニア性窒素を含む原水を好気条件下にアンモニア酸化細菌と接触させて、原水中のアンモニア性窒素の少なくとも一部を亜硝酸性窒素に硝化した後、硝化液を、ＡＮＡＭＭＯＸ菌の作用により生物脱窒するに当たり、この脱窒工程の処理水のアンモニア性窒素の残留を防止して、高い窒素除去率を安定して得る方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の生物学的窒素除去方法は、アンモニア性窒素を含む原水を好気条件下にアンモニア酸化細菌と接触させて、原水中のアンモニア性窒素の少なくとも一部を亜硝酸性窒素に硝化する亜硝酸化工程と、該亜硝酸化工程の硝化液を、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細菌の作用により生物脱窒する脱窒工程と、を有し、該脱窒工程の流出液を有機物が添加される脱窒槽に導入して脱窒処理する生物学的窒素除去方法において、下記(1)〜(4)のいずれか１又は２以上の制御を行って、前記脱窒工程を、アンモニア性窒素律速条件に維持することを特徴とする。
(1) 脱窒工程内、又はその処理水中のアンモニア性窒素濃度を測定し、その測定値に基いて亜硝酸化工程のｐＨを調整する。
(2) 脱窒工程内、又はその処理水中のアンモニア性窒素濃度を測定し、その測定値に基いて亜硝酸化工程の溶存酸素濃度を調整する。
(3) 脱窒工程内、又はその処理水中のアンモニア性窒素濃度を測定し、その測定値に基いて亜硝酸化工程の液温を調整する。
(4) 脱窒工程内、又はその処理水中のアンモニア性窒素濃度を測定し、その測定値に基いて亜硝酸化工程に、又は亜硝酸化工程から脱窒工程に移行する硝化液に、又は脱窒工程に亜硝酸性窒素を添加する。
【００１５】
本発明の方法によれば、脱窒工程をアンモニア性窒素律速条件に維持することにより、プロセス全体の処理水中にアンモニア性窒素を残留させないようにし、高い窒素除去率を安定して得ることができる。
【００１６】
脱窒工程をアンモニア性窒素律速条件とするためには、具体的には、脱窒工程内の、又はその処理水中のアンモニア性窒素濃度を測定し、その測定値に基いて、次の(1)〜(4)のような制御の１又は２以上を行えば良い。
(1) 亜硝酸化工程のｐＨを調整する。
(2) 亜硝酸化工程のＤＯ濃度を調整する。
(3) 亜硝酸化工程の液温を調整する。
(4) 亜硝酸化工程に、又は亜硝酸化工程から脱窒工程に移行する硝化液に、又は脱窒工程に亜硝酸性窒素を添加する。
【００１７】
なお、従来、アンモニアイオン濃度の測定には、試薬を用いて比色で定量する方法、伝導度を測定するイオンクロマトグラフ法、イオン電極法などがある。これらの中でも、特にイオン電極の使用が設備費や測定の迅速性・信頼性の観点からも好ましい。イオン電極の原理は、基本的にｐＨ電極と類似であり、測定対象とする成分を選択的に通過する隔膜を用いて、電極内のイオン濃度差から対象成分の液濃度を検出するものである。いずれの方法も機器を用いて濃度計算されることから、濃度を電気的に出力することができるため、この信号をもとに、アンモニア性窒素濃度を監視・制御できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の生物学的窒素除去方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の生物学的窒素除去方法の実施の形態を説明する生物脱窒装置の系統図である。
【００２０】
図１において、原水はまず亜硝酸化槽１に導入され、原水中のアンモニア性窒素がアンモニア酸化細菌により曝気下亜硝酸性窒素に酸化される（亜硝酸化工程）。
【００２１】
亜硝酸化槽１の流出液（硝化液）はＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２に導入され、撹拌下、ＡＮＡＭＭＯＸ菌によるＡＮＡＭＭＯＸ反応でアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素が除去される（脱窒工程）。
【００２２】
ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液は次いで脱窒槽３に導入され、メタノール等の有機物が添加され、撹拌下、ＡＮＡＭＭＯＸ反応で生成した硝酸が脱窒細菌により嫌気条件下で窒素ガスに分解される。また、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液中に亜硝酸性窒素が残留する場合には、この亜硝酸性窒素も窒素ガスに分解される。
【００２３】
脱窒槽３の流出液は次いで再曝気槽４に導入され、残留するＢＯＤ成分が好気処理される。この再曝気槽４の流出液は沈殿槽４で固液分離され、分離液が処理水として排出される。沈殿槽４の分離汚泥は、必要に応じて一部が余剰汚泥として系外に引き抜かれ、残部は亜硝酸化槽１及び／又は脱窒槽３に返送される。
【００２４】
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い。原水は無機物を含んでいても良い。
【００２５】
一般的には、下水、し尿、嫌気性消化脱離液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た後、亜硝酸化槽１に導入することが好ましい。
【００２６】
前述の如く、ＡＮＡＭＭＯＸ反応では、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とがモル比０．４３：０．５７で反応するため、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流入水はこのような割合でアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを含むことが好ましい。このため、
(1) 原水の全量を亜硝酸化槽１に導入し、原水中のアンモニア性窒素の一部、好ましくは約１／２を亜硝酸性窒素に酸化し、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を含む硝化液をＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２に導入する。
或いは、
(2) 原水の一部、好ましくは約１／２を亜硝酸化槽１に導入してアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に酸化し、亜硝酸性窒素を含む硝化液と、アンモニア性窒素を含む原水の残部とをＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２に導入する。
ことにより、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流入水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の割合がＡＮＡＭＭＯＸ反応当量となるようにするのが好ましい。
【００２７】
しかしながら、このように亜硝酸化工程の亜硝酸化率や原水流量等を調整しても、原水の水質や流量に変動がある場合や、亜硝酸化槽１やＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の不可避的な条件変動等により、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２に流入するアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との割合が好適範囲外となり、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の処理水中にアンモニア性窒素が残留するようになる場合がある。また、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２内のＡＮＡＭＭＯＸ菌が有機物、酸素、低ｐＨなどの種々の因子によって阻害を受けることで活性が低下し、これによりＡＮＡＭＭＯＸ反応槽の処理水中にアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素が残留する場合もある。
【００２８】
そこで、本発明においては、このような生物脱窒処理において、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の処理水のアンモニア性窒素濃度を測定し、この測定結果に基づいて次の(1)〜(4)の制御を行うことにより、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液中にアンモニア性窒素が残留しないように調整を行う。
【００２９】
(1) 亜硝酸化槽１のｐＨを調整する。
(2) 亜硝酸化槽１のＤＯ濃度を調整する。
(3) 亜硝酸化槽１の液温を調整する。
(4) 亜硝酸化槽１に、又は亜硝酸化槽から脱窒工程に移行する硝化液に、又は脱窒工程に、亜硝酸性窒素を添加する。
【００３０】
このため、図１に示す装置では、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液中の亜硝酸性窒素濃度を測定するアンモニアイオン電極設置部６が設けられており、アンモニアイオン電極設置部６からの測定結果が入力される制御器７より制御信号を出力し、具体的には次のような制御を行う。
【００３１】
(1) 亜硝酸化槽１のｐＨを調整する場合には、アンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されたときに、亜硝酸化槽１にＮａＯＨ，ＫＯＨ，Ｃａ（ＯＨ）２等のアルカリを添加するなどして亜硝酸化槽１の液ｐＨを上げ、アンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されなくなるようにする。
【００３２】
(2) 亜硝酸化槽１のＤＯ濃度を調整する場合には、アンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されたときに、亜硝酸化槽１の曝気量を増加させるか、曝気ガスの酸素濃度を高めるなどして、亜硝酸化槽１の液のＤＯ濃度を上げることにより、アンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されなくなるようにする。
【００３３】
(3) 亜硝酸化槽１の液温を調整する場合には、アンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されたときに、亜硝酸化槽１、又は亜硝酸化槽１の流入原水をヒーター等で加温するなどして亜硝酸化槽１の液温を上げることにより、アンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されなくなるようにする。
【００３４】
上記(1)〜(3)のように、亜硝酸化槽１のｐＨ、ＤＯ濃度、液温を上げることにより、亜硝酸化槽１におけるアンモニア性窒素の亜硝酸性窒素への転換率を高め、硝化液中の亜硝酸性窒素濃度を高めることによってＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２に流入するＮＨ４−Ｎ／ＮＯ２−Ｎ比を減少させてＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の処理水のアンモニア性窒素濃度を低減し、アンモニア性窒素が実質的に残留しないようにすることができる。
【００３５】
一般に、亜硝酸化槽１のｐＨ、ＤＯ濃度、温度は、
ｐＨ：６．０〜８．５、好ましくは６．５〜７．５
ＤＯ濃度：０．０５〜２．５ｍｇ／Ｌ、好ましくは０．１〜１．５ｍｇ／Ｌ
温度：１０〜４０℃、好ましくは２５〜３５℃
であることから、亜硝酸化槽１のｐＨ、ＤＯ濃度、温度は上記範囲で制御することが好ましい。
【００３６】
なお、亜硝酸化槽１のｐＨ、ＤＯ濃度、液温を上げることにより、アンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されなくなった場合には、再び亜硝酸化槽１のｐＨ、ＤＯ濃度、液温を再びアンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されるように元の値に或いは更に低い値に下げ、アンモニア性窒素の検出により再び上記調整を行うようにしても良い。
【００３７】
(4) 亜硝酸化槽１、又は亜硝酸化槽１からＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２に流入する硝化液に又はＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２に亜硝酸性窒素を添加する場合には、アンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されたときに、上記いずれかの箇所に亜硝酸、亜硝酸ナトリウム等の亜硝酸塩、或いは亜硝酸性窒素含有排水を添加して、アンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されなくなるようにする。
【００３８】
このように亜硝酸性窒素を添加することによって、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽に流入するＮＨ４−Ｎ／ＮＯ２−Ｎ比を減少させてＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の処理水のアンモニア性窒素濃度を低減し、アンモニア性窒素が実質的に残留しないようにすることができる。
【００３９】
亜硝酸性窒素を添加することによりアンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されなくなった場合には、亜硝酸性窒素の添加を停止する。亜硝酸性窒素の添加を停止したことにより、アンモニア性窒素が再び検出されるようになった場合には、亜硝酸性窒素の添加を再開する。
【００４０】
(5) 亜硝酸化槽１への原水の流量を調整する場合には、アンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されたときに、例えば原水の一部を亜硝酸化槽１に導入し、残部をＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２に導入している場合において、亜硝酸化槽１への原水の流量を増加させ、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２への亜硝酸性窒素を含む硝化液の流量を増加させると共に、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２へのアンモニア性窒素を含む原水流量を低減することで、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２に流入するＮＨ４−Ｎ／ＮＯ２−Ｎ比を減少させてＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の処理水のアンモニア性窒素濃度を低減し、アンモニア性窒素が実質的に残留しないようにする。
【００４１】
このように流量を調整することによりアンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されなくなった場合には、元の流量に戻す。その後、アンモニア性窒素が再び検出されるようになった場合には、再び上記流量制御を行う。
【００４２】
上記(1)〜(5)の制御は、２以上を併用しても良い。
【００４３】
また、上記(1)〜(5)の制御は、アンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出された場合に直ちに実施しても良く、アンモニア性窒素が所定時間維続して検出された場合に実施しても良い。
【００４４】
このようにして、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液中にアンモニア性窒素が検出されないようにＡＮＡＭＭＯＸ反応をアンモニア性窒素律速条件で行うことにより、後段の脱窒槽３では除去し得ないアンモニア性窒素の残留による水質悪化を防止して、高水質の処理水を安定に得ることが可能となる。
【００４５】
なお、亜硝酸化槽１以外の各反応槽における好適な反応条件は次の通りである。
［ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２］
ｐＨ ：６〜９、特に６．５〜８．０
ＤＯ濃度 ：０〜２．５ｍｇ／Ｌ、特に０〜０．２ｍｇ／Ｌ
温度 ：１０〜４０℃、特に２０〜３５℃
ＢＯＤ濃度：０〜５０ｍｇ／Ｌ、特に０〜２０ｍｇ／Ｌ
窒素負荷 ：０．１〜１０ｋｇ−Ｎ／ｍ３・ｄａｙ、特に０．２〜５ｋｇ−
Ｎ／ｍ３・ｄａｙ
［脱窒槽３］
ｐＨ ：６〜９、特に６．５〜８．０
ＤＯ濃度：０〜２．５ｍｇ／Ｌ、特に０〜０．２ｍｇ／Ｌ
温度 ：１０〜４０℃、特に２０〜３５℃
［再曝気槽４］
ｐＨ ：６〜９、特に６．５〜８．０
ＤＯ濃度：０．５〜５．０ｍｇ／Ｌ、特に１．５〜４．０ｍｇ／Ｌ
温度 ：１０〜４０℃、特に２０〜３５℃
【００４６】
図１の生物脱窒装置は、本発明の生物学的窒素除去方法の実施に好適な生物脱窒装置の一例を示すものであって、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。
【００４７】
例えば、再曝気槽４は必ずしも必要とされず、ＢＯＤ成分が少ない場合にはこれを省略しても良い。また、原水のアンモニア性窒素濃度が低く、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽で生成する硝酸量が少ない場合には脱窒槽３を省略しても良い。また、亜硝酸化槽１やＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２等の反応槽の型式には特に制限はなく、図１に示すような汚泥懸濁方式の他、固定床、流動床、グラニュール法、担体添加法等の生物膜法によるものであっても良いが、本発明は特に、後段に脱窒槽３を有する場合において顕著な効果を得ることができる。また、亜硝酸化槽、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽それぞれの後段に、沈殿槽、膜分離装置などの固液分離装置を設けても良いし、亜硝酸化槽はエアリフト型曝気槽であっても良く、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽はエアの代りに窒素ガスを用いたガスリフト型反応槽であっても良く、また、ＡＮＡＭＭＯＸ菌のグラニュール汚泥床を形成したＵＳＢ（Upflow Sludge Bed；上向流汚泥床）反応槽であっても良い。このような反応槽であれば、後段の沈殿槽を省略することができる。また、脱窒槽３や再曝気槽４の型式も任意であり、沈殿槽４の代りに膜分離装置等の固液分離装置を設けることも可能である。
【００４８】
図１に示す如く、汚泥懸濁方式の完全混合型のＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２を用いた場合、アンモニアイオン電極設置部６はＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２内に設けても良く、この場合のアンモニアイオン電極設置部の位置には特に制限はないが、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２がＵＳＢ反応槽のようなプラグフロー型の場合には、反応槽の流入側と流出側とではアンモニア性窒素濃度に差異があるため、アンモニアイオン電極設置部は反応槽の流出口付近に設けるのが好ましい。
【００４９】
【実施例】
以下に比較例及び実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００５０】
比較例１
１，２００ｍｇ−Ｎ／Ｌのアンモニアを含む下水汚泥の嫌気消化処理後の脱水濾液を原水として、図１に示す装置に２０Ｌ／ｄａｙの流量で通水して窒素除去処理を行った。各槽の運転条件は次の通りとした。
亜硝酸化槽（容積１５Ｌ）：ｐＨ７．０、ＤＯ０．４ｍｇ／Ｌ、温度３０℃に調整
ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽（容積１５Ｌ）：２ｍｍ角のスポンジ担体を体積比で
４０％添加、温度３０℃に調整、
流出部に１．５ｍｍのスクリーン
脱窒槽（容積５Ｌ）：２５％メタノールを５０ｍＬ／ｄａｙで添加、
温度３０℃に調整
再曝気槽（容積２Ｌ）：ＤＯ２ｍｇ／Ｌ、温度３０℃に調整
【００５１】
なお、沈殿槽で分離された汚泥は、亜硝酸化槽に返送し、亜硝酸化槽の浮遊汚泥濃度が１，０００ｍｇ／Ｌを超えないように適宜余剰汚泥として引き抜いた。
【００５２】
上記条件で５０日間運転を行ったときの原水と処理水（沈殿槽分離液）の全窒素濃度の経日変化を調べ、結果を図２に示した。
【００５３】
実施例１
アンモニアイオン電極設置部６で、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液のアンモニア濃度を検知し、アンモニアが検出された場合には亜硝酸化槽１に１Ｎ ＮａＯＨ水溶液を添加してｐＨを７．３に上げるように、アンモニアが検出されなくなった場合には再びｐＨを７．０に維持するようにｐＨ調整を行ったこと以外は比較例１と同条件で運転を行い、処理水の全窒素濃度の経日変化を図２に示した。
【００５４】
実施例２
アンモニアイオン電極設置部６で、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液のアンモニア濃度を検知し、アンモニアが検出された場合には亜硝酸化槽１の曝気量を増加させてＤＯが０．８ｍｇ／Ｌとなるように、アンモニアが検出されなくなった場合には再び曝気量を減少させてＤＯ０．４ｍｇ／Ｌに維持するようにＤＯ濃度の調整を行ったこと以外は比較例１と同条件で運転を行い、処理水の全窒素濃度の経日変化を図２に示した。
【００５５】
実施例３
アンモニアイオン電極設置部６で、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液のアンモニア濃度を検知し、アンモニアが検出された場合には亜硝酸化槽１を加温して３３℃となるように、アンモニアが検出されなくなった場合には加温を停止し温度３０℃に維持するように液温の調整を行ったこと以外は比較例１と同条件で運転を行い、処理水の全窒素濃度の経日変化を図２に示した。
【００５６】
実施例４
アンモニアイオン電極設置部６で、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液のアンモニア濃度を１時間おきに検知し、アンモニアが１時間連続で検出された場合には、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２に０．２５ｍｏｌ／ＬのＮａＮＯ２水溶液を５ｍＬ添加するようにしたこと以外は比較例１と同条件で運転を行い、処理水の全窒素濃度の経日変化を図２に示した。
【００５７】
比較例２
比較例１において、原水を二分して、１０Ｌ／ｄａｙを亜硝酸化槽１に通水し、１０Ｌ／ｄａｙをＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２に直接通水したこと以外は同条件で運転を行い、原水と処理水（沈殿槽流出水）の全窒素濃度の経日変化を調べ、結果を図３に示した。
【００５８】
実施例５
アンモニアイオン電極設置部６で、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液のアンモニア濃度を検知し、アンモニアが検出された場合には亜硝酸化槽１への原水通水量を１２Ｌ／ｄａｙ、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２への原水通水量を８Ｌ／ｄａｙとし、アンモニアが検出されなくなった場合には通水量を元の各１０Ｌ／ｄａｙに戻すように、原水及び硝化液の流量を調整したこと以外は比較例２と同条件で運転を行い、処理水の全窒素濃度の経日変化を図３に示した。
【００５９】
図１，２より次のことが明らかである。即ち、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液のアンモニア濃度に基く制御を行わなかった比較例１，２では、処理水中に最大２５ｍｇ−Ｎ／Ｌ、平均１２ｍｇ−Ｎ／Ｌの窒素が残留した。この窒素成分は殆どがアンモニア性窒素であった。
【００６０】
これに対し、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液のアンモニア濃度に基く制御を行った実施例１〜５では処理水の全窒素濃度はいずれも常に２ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下であり、良好な処理水質を安定して得ることができた。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の生物学的窒素除去方法によれば、アンモニア性窒素を含む原水を好気条件下にアンモニア酸化細菌と接触させて、原水中のアンモニア性窒素の少なくとも一部を亜硝酸性窒素に硝化した後、硝化液を、ＡＮＡＭＭＯＸ菌の作用により生物脱窒するに当たり、この脱窒工程の処理水のアンモニア性窒素の残留を防止して、高い窒素除去率を安定に得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の生物学的窒素除去方法の実施の形態を説明する生物脱窒装置の系統図である。
【図２】 比較例１と実施例１〜４における原水と処理水の全窒素濃度の経日変化を示すグラフである。
【図３】 比較例１と実施例５における原水と処理水の全窒素濃度の経日変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 亜硝酸化槽
２ ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽
３ 脱窒槽
４ 再曝気槽
５ 沈殿槽
６ アンモニアイオン電極設置部
７ 制御器
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンモニア性窒素を含む原水を好気条件下にアンモニア酸化細菌と接触させて、原水中のアンモニア性窒素の少なくとも一部を亜硝酸性窒素に硝化した後、硝化液を、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細菌の作用により生物脱窒する生物学的窒素除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排液中に含まれるアンモニア性窒素は河川、湖沼及び海洋などにおける富栄養化の原因物質の一つであり、排液処理工程で効率的に除去する必要がある。一般に、排水中のアンモニア性窒素は、アンモニア性窒素をアンモニア酸化細菌により亜硝酸性窒素に酸化し、更にこの亜硝酸性窒素を亜硝酸酸化細菌により硝酸性窒素に酸化する硝化工程と、これらの亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素を従属栄養性細菌である脱窒菌により、有機物を電子供与体として利用して窒素ガスにまで分解する脱窒工程との２段階の生物反応を経て窒素ガスにまで分解される。
【０００３】
しかし、このような従来の硝化脱窒法では、脱窒工程において電子供与体としてメタノールなどの有機物を多量に必要とし、また硝化工程では多量の酸素が必要であるため、ランニングコストが高いという欠点がある。
【０００４】
これに対して、近年、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独立栄養性細菌（自己栄養細菌）を利用し、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを反応させて脱窒する方法が提案された。この方法であれば、有機物の添加は不要であるため、従属栄養性の脱窒菌を利用する方法と比べて、コストを低減することができる。また、独立栄養性の細菌は収率が低く、汚泥の発生量が従属栄養性細菌と比較すると著しく少ないので、余剰汚泥の発生量を抑えることができる。更に、従来の硝化脱窒法で観察されるＮ２Ｏの発生がなく、環境に対する負荷を低減できるといった特長もある。
【０００５】
この独立栄養性脱窒細菌（以下「ＡＮＡＭＭＯＸ菌」と称す場合がある。）を利用する生物脱窒プロセスは、Strous, M et al. (1998) Appl. Microbiol. Biotechnol.Vol.50,p.589-596に報告されており、以下のような反応でアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素が反応して窒素ガスに分解されると考えられている。
【０００６】
【化１】
即ち、ＡＮＡＭＭＯＸ菌を利用して脱窒処理を行う場合、ＡＮＡＭＭＯＸ菌を保持するＡＮＡＭＭＯＸ反応槽に流入する被処理水（原水）は、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を含む必要がある。このため、従来においては、例えば、アンモニア性窒素を含む排水を予め硝化処理し、排水中のアンモニア性窒素の一部をアンモニア酸化細菌により亜硝酸性窒素に酸化したものを原水として導入している。この原水は、上記反応式から明らかなように、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とがモル比０．４３：０．５７で反応するため、アンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）と亜硝酸性窒素（ＮＯ２−Ｎ）をこのような割合で含むことが好ましい。
【０００８】
なお、反応生成物として窒素の他に硝酸が生成するため、ＡＮＡＭＭＯＸ工程の後段にメタノール等の有機物の共存下で生物脱窒を行う脱窒工程を設けることにより、窒素の除去率を高め、良好な水質の処理水を得ることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記ＡＮＡＭＭＯＸ反応式に示すように、ＡＮＡＭＭＯＸ反応では、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素がモル比０．４３：０．５７で反応するが、濃度、流量に変動のある排水に対して常にアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とのモル比が０．４３：０．５７となるようにＡＮＡＭＭＯＸ工程に流入させて反応させることは難しく、従って、ＡＮＡＭＭＯＸ工程の処理水中にはアンモニア性窒素又は亜硝酸性窒素が残留することが多い。
【００１０】
また、ＡＮＡＭＭＯＸ菌は有機物、酸素、低ｐＨなどの種々の因子によって阻害を受けることが知られており、高い活性を安定して維持し、アンモニア性窒素、亜硝酸性窒素を高度に除去することは難しい。これらの因子でＡＮＡＭＭＯＸ菌が阻害を受けて活性が低下した場合には、ＡＮＡＭＭＯＸ工程の処理水中にアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素が残留することになる。
【００１１】
ＡＮＡＭＭＯＸ工程の処理水中に残留した亜硝酸性窒素は、硝酸の除去のためにＡＮＡＭＭＯＸ工程の後段に設けられる、メタノール等の有機物の共存下で生物脱窒させる脱窒工程において除去されるため、ＡＮＡＭＭＯＸ工程の処理水中に残留する亜硝酸性窒素がプロセス全体の窒素除去率を悪化させることにはならない。
【００１２】
しかしながら、ＡＮＡＭＭＯＸ工程の処理水中に残留したアンモニア性窒素は、後段の脱窒工程では除去できないため、プロセス全体の窒素除去率の低下を引き起こす。
【００１３】
本発明は上記従来の問題点を解決し、アンモニア性窒素を含む原水を好気条件下にアンモニア酸化細菌と接触させて、原水中のアンモニア性窒素の少なくとも一部を亜硝酸性窒素に硝化した後、硝化液を、ＡＮＡＭＭＯＸ菌の作用により生物脱窒するに当たり、この脱窒工程の処理水のアンモニア性窒素の残留を防止して、高い窒素除去率を安定して得る方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の生物学的窒素除去方法は、アンモニア性窒素を含む原水を好気条件下にアンモニア酸化細菌と接触させて、原水中のアンモニア性窒素の少なくとも一部を亜硝酸性窒素に硝化する亜硝酸化工程と、該亜硝酸化工程の硝化液を、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細菌の作用により生物脱窒する脱窒工程と、を有し、該脱窒工程の流出液を有機物が添加される脱窒槽に導入して脱窒処理する生物学的窒素除去方法において、下記(1)〜(4)のいずれか１又は２以上の制御を行って、前記脱窒工程を、アンモニア性窒素律速条件に維持することを特徴とする。
(1) 脱窒工程内、又はその処理水中のアンモニア性窒素濃度を測定し、その測定値に基いて亜硝酸化工程のｐＨを調整する。
(2) 脱窒工程内、又はその処理水中のアンモニア性窒素濃度を測定し、その測定値に基いて亜硝酸化工程の溶存酸素濃度を調整する。
(3) 脱窒工程内、又はその処理水中のアンモニア性窒素濃度を測定し、その測定値に基いて亜硝酸化工程の液温を調整する。
(4) 脱窒工程内、又はその処理水中のアンモニア性窒素濃度を測定し、その測定値に基いて亜硝酸化工程に、又は亜硝酸化工程から脱窒工程に移行する硝化液に、又は脱窒工程に亜硝酸性窒素を添加する。
【００１５】
本発明の方法によれば、脱窒工程をアンモニア性窒素律速条件に維持することにより、プロセス全体の処理水中にアンモニア性窒素を残留させないようにし、高い窒素除去率を安定して得ることができる。
【００１６】
脱窒工程をアンモニア性窒素律速条件とするためには、具体的には、脱窒工程内の、又はその処理水中のアンモニア性窒素濃度を測定し、その測定値に基いて、次の(1)〜(4)のような制御の１又は２以上を行えば良い。
(1) 亜硝酸化工程のｐＨを調整する。
(2) 亜硝酸化工程のＤＯ濃度を調整する。
(3) 亜硝酸化工程の液温を調整する。
(4) 亜硝酸化工程に、又は亜硝酸化工程から脱窒工程に移行する硝化液に、又は脱窒工程に亜硝酸性窒素を添加する。
【００１７】
なお、従来、アンモニアイオン濃度の測定には、試薬を用いて比色で定量する方法、伝導度を測定するイオンクロマトグラフ法、イオン電極法などがある。これらの中でも、特にイオン電極の使用が設備費や測定の迅速性・信頼性の観点からも好ましい。イオン電極の原理は、基本的にｐＨ電極と類似であり、測定対象とする成分を選択的に通過する隔膜を用いて、電極内のイオン濃度差から対象成分の液濃度を検出するものである。いずれの方法も機器を用いて濃度計算されることから、濃度を電気的に出力することができるため、この信号をもとに、アンモニア性窒素濃度を監視・制御できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の生物学的窒素除去方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の生物学的窒素除去方法の実施の形態を説明する生物脱窒装置の系統図である。
【００２０】
図１において、原水はまず亜硝酸化槽１に導入され、原水中のアンモニア性窒素がアンモニア酸化細菌により曝気下亜硝酸性窒素に酸化される（亜硝酸化工程）。
【００２１】
亜硝酸化槽１の流出液（硝化液）はＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２に導入され、撹拌下、ＡＮＡＭＭＯＸ菌によるＡＮＡＭＭＯＸ反応でアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素が除去される（脱窒工程）。
【００２２】
ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液は次いで脱窒槽３に導入され、メタノール等の有機物が添加され、撹拌下、ＡＮＡＭＭＯＸ反応で生成した硝酸が脱窒細菌により嫌気条件下で窒素ガスに分解される。また、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液中に亜硝酸性窒素が残留する場合には、この亜硝酸性窒素も窒素ガスに分解される。
【００２３】
脱窒槽３の流出液は次いで再曝気槽４に導入され、残留するＢＯＤ成分が好気処理される。この再曝気槽４の流出液は沈殿槽４で固液分離され、分離液が処理水として排出される。沈殿槽４の分離汚泥は、必要に応じて一部が余剰汚泥として系外に引き抜かれ、残部は亜硝酸化槽１及び／又は脱窒槽３に返送される。
【００２４】
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い。原水は無機物を含んでいても良い。
【００２５】
一般的には、下水、し尿、嫌気性消化脱離液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た後、亜硝酸化槽１に導入することが好ましい。
【００２６】
前述の如く、ＡＮＡＭＭＯＸ反応では、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とがモル比０．４３：０．５７で反応するため、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流入水はこのような割合でアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを含むことが好ましい。このため、
(1) 原水の全量を亜硝酸化槽１に導入し、原水中のアンモニア性窒素の一部、好ましくは約１／２を亜硝酸性窒素に酸化し、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を含む硝化液をＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２に導入する。
或いは、
(2) 原水の一部、好ましくは約１／２を亜硝酸化槽１に導入してアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に酸化し、亜硝酸性窒素を含む硝化液と、アンモニア性窒素を含む原水の残部とをＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２に導入する。
ことにより、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流入水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の割合がＡＮＡＭＭＯＸ反応当量となるようにするのが好ましい。
【００２７】
しかしながら、このように亜硝酸化工程の亜硝酸化率や原水流量等を調整しても、原水の水質や流量に変動がある場合や、亜硝酸化槽１やＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の不可避的な条件変動等により、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２に流入するアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との割合が好適範囲外となり、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の処理水中にアンモニア性窒素が残留するようになる場合がある。また、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２内のＡＮＡＭＭＯＸ菌が有機物、酸素、低ｐＨなどの種々の因子によって阻害を受けることで活性が低下し、これによりＡＮＡＭＭＯＸ反応槽の処理水中にアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素が残留する場合もある。
【００２８】
そこで、本発明においては、このような生物脱窒処理において、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の処理水のアンモニア性窒素濃度を測定し、この測定結果に基づいて次の(1)〜(4)の制御を行うことにより、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液中にアンモニア性窒素が残留しないように調整を行う。
【００２９】
(1) 亜硝酸化槽１のｐＨを調整する。
(2) 亜硝酸化槽１のＤＯ濃度を調整する。
(3) 亜硝酸化槽１の液温を調整する。
(4) 亜硝酸化槽１に、又は亜硝酸化槽から脱窒工程に移行する硝化液に、又は脱窒工程に、亜硝酸性窒素を添加する。
【００３０】
このため、図１に示す装置では、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液中の亜硝酸性窒素濃度を測定するアンモニアイオン電極設置部６が設けられており、アンモニアイオン電極設置部６からの測定結果が入力される制御器７より制御信号を出力し、具体的には次のような制御を行う。
【００３１】
(1) 亜硝酸化槽１のｐＨを調整する場合には、アンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されたときに、亜硝酸化槽１にＮａＯＨ，ＫＯＨ，Ｃａ（ＯＨ）２等のアルカリを添加するなどして亜硝酸化槽１の液ｐＨを上げ、アンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されなくなるようにする。
【００３２】
(2) 亜硝酸化槽１のＤＯ濃度を調整する場合には、アンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されたときに、亜硝酸化槽１の曝気量を増加させるか、曝気ガスの酸素濃度を高めるなどして、亜硝酸化槽１の液のＤＯ濃度を上げることにより、アンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されなくなるようにする。
【００３３】
(3) 亜硝酸化槽１の液温を調整する場合には、アンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されたときに、亜硝酸化槽１、又は亜硝酸化槽１の流入原水をヒーター等で加温するなどして亜硝酸化槽１の液温を上げることにより、アンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されなくなるようにする。
【００３４】
上記(1)〜(3)のように、亜硝酸化槽１のｐＨ、ＤＯ濃度、液温を上げることにより、亜硝酸化槽１におけるアンモニア性窒素の亜硝酸性窒素への転換率を高め、硝化液中の亜硝酸性窒素濃度を高めることによってＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２に流入するＮＨ４−Ｎ／ＮＯ２−Ｎ比を減少させてＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の処理水のアンモニア性窒素濃度を低減し、アンモニア性窒素が実質的に残留しないようにすることができる。
【００３５】
一般に、亜硝酸化槽１のｐＨ、ＤＯ濃度、温度は、
ｐＨ：６．０〜８．５、好ましくは６．５〜７．５
ＤＯ濃度：０．０５〜２．５ｍｇ／Ｌ、好ましくは０．１〜１．５ｍｇ／Ｌ
温度：１０〜４０℃、好ましくは２５〜３５℃
であることから、亜硝酸化槽１のｐＨ、ＤＯ濃度、温度は上記範囲で制御することが好ましい。
【００３６】
なお、亜硝酸化槽１のｐＨ、ＤＯ濃度、液温を上げることにより、アンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されなくなった場合には、再び亜硝酸化槽１のｐＨ、ＤＯ濃度、液温を再びアンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されるように元の値に或いは更に低い値に下げ、アンモニア性窒素の検出により再び上記調整を行うようにしても良い。
【００３７】
(4) 亜硝酸化槽１、又は亜硝酸化槽１からＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２に流入する硝化液に又はＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２に亜硝酸性窒素を添加する場合には、アンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されたときに、上記いずれかの箇所に亜硝酸、亜硝酸ナトリウム等の亜硝酸塩、或いは亜硝酸性窒素含有排水を添加して、アンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されなくなるようにする。
【００３８】
このように亜硝酸性窒素を添加することによって、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽に流入するＮＨ４−Ｎ／ＮＯ２−Ｎ比を減少させてＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の処理水のアンモニア性窒素濃度を低減し、アンモニア性窒素が実質的に残留しないようにすることができる。
【００３９】
亜硝酸性窒素を添加することによりアンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されなくなった場合には、亜硝酸性窒素の添加を停止する。亜硝酸性窒素の添加を停止したことにより、アンモニア性窒素が再び検出されるようになった場合には、亜硝酸性窒素の添加を再開する。
【００４０】
(5) 亜硝酸化槽１への原水の流量を調整する場合には、アンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されたときに、例えば原水の一部を亜硝酸化槽１に導入し、残部をＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２に導入している場合において、亜硝酸化槽１への原水の流量を増加させ、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２への亜硝酸性窒素を含む硝化液の流量を増加させると共に、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２へのアンモニア性窒素を含む原水流量を低減することで、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２に流入するＮＨ４−Ｎ／ＮＯ２−Ｎ比を減少させてＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の処理水のアンモニア性窒素濃度を低減し、アンモニア性窒素が実質的に残留しないようにする。
【００４１】
このように流量を調整することによりアンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出されなくなった場合には、元の流量に戻す。その後、アンモニア性窒素が再び検出されるようになった場合には、再び上記流量制御を行う。
【００４２】
上記(1)〜(5)の制御は、２以上を併用しても良い。
【００４３】
また、上記(1)〜(5)の制御は、アンモニアイオン電極設置部６でアンモニア性窒素が検出された場合に直ちに実施しても良く、アンモニア性窒素が所定時間維続して検出された場合に実施しても良い。
【００４４】
このようにして、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液中にアンモニア性窒素が検出されないようにＡＮＡＭＭＯＸ反応をアンモニア性窒素律速条件で行うことにより、後段の脱窒槽３では除去し得ないアンモニア性窒素の残留による水質悪化を防止して、高水質の処理水を安定に得ることが可能となる。
【００４５】
なお、亜硝酸化槽１以外の各反応槽における好適な反応条件は次の通りである。
［ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２］
ｐＨ ：６〜９、特に６．５〜８．０
ＤＯ濃度 ：０〜２．５ｍｇ／Ｌ、特に０〜０．２ｍｇ／Ｌ
温度 ：１０〜４０℃、特に２０〜３５℃
ＢＯＤ濃度：０〜５０ｍｇ／Ｌ、特に０〜２０ｍｇ／Ｌ
窒素負荷 ：０．１〜１０ｋｇ−Ｎ／ｍ３・ｄａｙ、特に０．２〜５ｋｇ−
Ｎ／ｍ３・ｄａｙ
［脱窒槽３］
ｐＨ ：６〜９、特に６．５〜８．０
ＤＯ濃度：０〜２．５ｍｇ／Ｌ、特に０〜０．２ｍｇ／Ｌ
温度 ：１０〜４０℃、特に２０〜３５℃
［再曝気槽４］
ｐＨ ：６〜９、特に６．５〜８．０
ＤＯ濃度：０．５〜５．０ｍｇ／Ｌ、特に１．５〜４．０ｍｇ／Ｌ
温度 ：１０〜４０℃、特に２０〜３５℃
【００４６】
図１の生物脱窒装置は、本発明の生物学的窒素除去方法の実施に好適な生物脱窒装置の一例を示すものであって、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。
【００４７】
例えば、再曝気槽４は必ずしも必要とされず、ＢＯＤ成分が少ない場合にはこれを省略しても良い。また、原水のアンモニア性窒素濃度が低く、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽で生成する硝酸量が少ない場合には脱窒槽３を省略しても良い。また、亜硝酸化槽１やＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２等の反応槽の型式には特に制限はなく、図１に示すような汚泥懸濁方式の他、固定床、流動床、グラニュール法、担体添加法等の生物膜法によるものであっても良いが、本発明は特に、後段に脱窒槽３を有する場合において顕著な効果を得ることができる。また、亜硝酸化槽、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽それぞれの後段に、沈殿槽、膜分離装置などの固液分離装置を設けても良いし、亜硝酸化槽はエアリフト型曝気槽であっても良く、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽はエアの代りに窒素ガスを用いたガスリフト型反応槽であっても良く、また、ＡＮＡＭＭＯＸ菌のグラニュール汚泥床を形成したＵＳＢ（Upflow Sludge Bed；上向流汚泥床）反応槽であっても良い。このような反応槽であれば、後段の沈殿槽を省略することができる。また、脱窒槽３や再曝気槽４の型式も任意であり、沈殿槽４の代りに膜分離装置等の固液分離装置を設けることも可能である。
【００４８】
図１に示す如く、汚泥懸濁方式の完全混合型のＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２を用いた場合、アンモニアイオン電極設置部６はＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２内に設けても良く、この場合のアンモニアイオン電極設置部の位置には特に制限はないが、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２がＵＳＢ反応槽のようなプラグフロー型の場合には、反応槽の流入側と流出側とではアンモニア性窒素濃度に差異があるため、アンモニアイオン電極設置部は反応槽の流出口付近に設けるのが好ましい。
【００４９】
【実施例】
以下に比較例及び実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００５０】
比較例１
１，２００ｍｇ−Ｎ／Ｌのアンモニアを含む下水汚泥の嫌気消化処理後の脱水濾液を原水として、図１に示す装置に２０Ｌ／ｄａｙの流量で通水して窒素除去処理を行った。各槽の運転条件は次の通りとした。
亜硝酸化槽（容積１５Ｌ）：ｐＨ７．０、ＤＯ０．４ｍｇ／Ｌ、温度３０℃に調整
ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽（容積１５Ｌ）：２ｍｍ角のスポンジ担体を体積比で
４０％添加、温度３０℃に調整、
流出部に１．５ｍｍのスクリーン
脱窒槽（容積５Ｌ）：２５％メタノールを５０ｍＬ／ｄａｙで添加、
温度３０℃に調整
再曝気槽（容積２Ｌ）：ＤＯ２ｍｇ／Ｌ、温度３０℃に調整
【００５１】
なお、沈殿槽で分離された汚泥は、亜硝酸化槽に返送し、亜硝酸化槽の浮遊汚泥濃度が１，０００ｍｇ／Ｌを超えないように適宜余剰汚泥として引き抜いた。
【００５２】
上記条件で５０日間運転を行ったときの原水と処理水（沈殿槽分離液）の全窒素濃度の経日変化を調べ、結果を図２に示した。
【００５３】
実施例１
アンモニアイオン電極設置部６で、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液のアンモニア濃度を検知し、アンモニアが検出された場合には亜硝酸化槽１に１Ｎ ＮａＯＨ水溶液を添加してｐＨを７．３に上げるように、アンモニアが検出されなくなった場合には再びｐＨを７．０に維持するようにｐＨ調整を行ったこと以外は比較例１と同条件で運転を行い、処理水の全窒素濃度の経日変化を図２に示した。
【００５４】
実施例２
アンモニアイオン電極設置部６で、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液のアンモニア濃度を検知し、アンモニアが検出された場合には亜硝酸化槽１の曝気量を増加させてＤＯが０．８ｍｇ／Ｌとなるように、アンモニアが検出されなくなった場合には再び曝気量を減少させてＤＯ０．４ｍｇ／Ｌに維持するようにＤＯ濃度の調整を行ったこと以外は比較例１と同条件で運転を行い、処理水の全窒素濃度の経日変化を図２に示した。
【００５５】
実施例３
アンモニアイオン電極設置部６で、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液のアンモニア濃度を検知し、アンモニアが検出された場合には亜硝酸化槽１を加温して３３℃となるように、アンモニアが検出されなくなった場合には加温を停止し温度３０℃に維持するように液温の調整を行ったこと以外は比較例１と同条件で運転を行い、処理水の全窒素濃度の経日変化を図２に示した。
【００５６】
実施例４
アンモニアイオン電極設置部６で、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液のアンモニア濃度を１時間おきに検知し、アンモニアが１時間連続で検出された場合には、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２に０．２５ｍｏｌ／ＬのＮａＮＯ２水溶液を５ｍＬ添加するようにしたこと以外は比較例１と同条件で運転を行い、処理水の全窒素濃度の経日変化を図２に示した。
【００５７】
比較例２
比較例１において、原水を二分して、１０Ｌ／ｄａｙを亜硝酸化槽１に通水し、１０Ｌ／ｄａｙをＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２に直接通水したこと以外は同条件で運転を行い、原水と処理水（沈殿槽流出水）の全窒素濃度の経日変化を調べ、結果を図３に示した。
【００５８】
実施例５
アンモニアイオン電極設置部６で、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液のアンモニア濃度を検知し、アンモニアが検出された場合には亜硝酸化槽１への原水通水量を１２Ｌ／ｄａｙ、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２への原水通水量を８Ｌ／ｄａｙとし、アンモニアが検出されなくなった場合には通水量を元の各１０Ｌ／ｄａｙに戻すように、原水及び硝化液の流量を調整したこと以外は比較例２と同条件で運転を行い、処理水の全窒素濃度の経日変化を図３に示した。
【００５９】
図１，２より次のことが明らかである。即ち、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液のアンモニア濃度に基く制御を行わなかった比較例１，２では、処理水中に最大２５ｍｇ−Ｎ／Ｌ、平均１２ｍｇ−Ｎ／Ｌの窒素が残留した。この窒素成分は殆どがアンモニア性窒素であった。
【００６０】
これに対し、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液のアンモニア濃度に基く制御を行った実施例１〜５では処理水の全窒素濃度はいずれも常に２ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下であり、良好な処理水質を安定して得ることができた。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の生物学的窒素除去方法によれば、アンモニア性窒素を含む原水を好気条件下にアンモニア酸化細菌と接触させて、原水中のアンモニア性窒素の少なくとも一部を亜硝酸性窒素に硝化した後、硝化液を、ＡＮＡＭＭＯＸ菌の作用により生物脱窒するに当たり、この脱窒工程の処理水のアンモニア性窒素の残留を防止して、高い窒素除去率を安定に得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の生物学的窒素除去方法の実施の形態を説明する生物脱窒装置の系統図である。
【図２】 比較例１と実施例１〜４における原水と処理水の全窒素濃度の経日変化を示すグラフである。
【図３】 比較例１と実施例５における原水と処理水の全窒素濃度の経日変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 亜硝酸化槽
２ ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽
３ 脱窒槽
４ 再曝気槽
５ 沈殿槽
６ アンモニアイオン電極設置部
７ 制御器
Claims (5)
- アンモニア性窒素を含む原水を好気条件下にアンモニア酸化細菌と接触させて、原水中のアンモニア性窒素の少なくとも一部を亜硝酸性窒素に硝化する亜硝酸化工程と、
該亜硝酸化工程の硝化液を、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細菌の作用により生物脱窒する脱窒工程と、
を有し、該脱窒工程の流出液を有機物が添加される脱窒槽に導入して脱窒処理する生物学的窒素除去方法において、
下記(1)〜(4)のいずれか１又は２以上の制御を行って、前記脱窒工程を、アンモニア性窒素律速条件に維持することを特徴とする生物学的窒素除去方法。
(1) 脱窒工程内、又はその処理水中のアンモニア性窒素濃度を測定し、その測定値に基いて亜硝酸化工程のｐＨを調整する。
(2) 脱窒工程内、又はその処理水中のアンモニア性窒素濃度を測定し、その測定値に基いて亜硝酸化工程の溶存酸素濃度を調整する。
(3) 脱窒工程内、又はその処理水中のアンモニア性窒素濃度を測定し、その測定値に基いて亜硝酸化工程の液温を調整する。
(4) 脱窒工程内、又はその処理水中のアンモニア性窒素濃度を測定し、その測定値に基いて亜硝酸化工程に、又は亜硝酸化工程から脱窒工程に移行する硝化液に、又は脱窒工程に亜硝酸性窒素を添加する。 - 前記(1)の制御において、前記アンモニア性窒素濃度の測定でアンモニア性窒素が検出されたときに、亜硝酸化工程にアルカリを添加して亜硝酸化工程の液ｐＨを上げることを特徴とする請求項１に記載の生物学的窒素除去方法。
- 前記(2)の制御において、前記アンモニア性窒素濃度の測定でアンモニア性窒素が検出されたときに、亜硝酸化工程の曝気量を増加させるか、曝気ガスの酸素濃度を高めて、亜硝酸化工程の液の溶存酸素濃度を上げることを特徴とする請求項１に記載の生物学的窒素除去方法。
- 前記(3)の制御において、前記アンモニア性窒素濃度の測定でアンモニア性窒素が検出されたときに、亜硝酸化工程、又は亜硝酸化工程の流入水を加温することにより亜硝酸化工程の液温を上げることを特徴とする請求項１に記載の生物学的窒素除去方法。
- 前記(4)の制御において、前記アンモニア性窒素濃度の測定でアンモニア性窒素が検出されたときに、亜硝酸化工程に、又は亜硝酸化工程から脱窒工程に移行する硝化液に、又は脱窒工程に、亜硝酸塩、或いは亜硝酸性窒素含有排水を添加することを特徴とする請求項１に記載の生物学的窒素除去方法。
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