JP5934083B2 - 硝酸及び亜硝酸を含む排水の処理装置及び処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、硝酸及び亜硝酸を含む排水の処理装置及び処理方法に関する。
水中に含まれるアンモニア態窒素、硝酸態窒素、亜硝酸態窒素等の窒素成分は、環境水の富栄養化の原因であり、排水中の濃度に基準が設けられている。一般的に、排水中のアンモニア態窒素は、硝化と脱窒という２段階の生物処理によって窒素ガスまで分解処理されている。硝化は好気性の硝化菌による反応であるのに対し、脱窒は嫌気性の脱窒菌による反応であるため、両方の反応を進行させるために、好気槽と嫌気槽の２種類の反応槽が必要である。従来法で利用される脱窒菌は従属栄養細菌であり、活性を維持するために脱窒槽に水素供与体としての有機物等を添加しなければならない。この際、亜硝酸と硝酸とでは還元に要する有機物量が異なるために、それぞれを正確に測定して注入量を制御すれば、薬品使用量の最適化に効果があるとともに処理水質の安定にもつながる。
しかしながら、従来のオンライン分析法においてイオン電極法式では硝酸は測定できるが亜硝酸は測定できない。ＵＶ式センサを用いた紫外線吸光度法式では硝酸及び亜硝酸を含むＮＯｘとして測定されてしまう。したがって、硝酸と亜硝酸をオンラインでそれぞれ同時に測定する方法は存在していなかった。
亜硝酸の測定方法としては、例えば、日本工業規格ＪＩＳ Ｋ０１０２ ４３．１（亜硝酸イオンＮＯ２−）の４３．１．１ナフチルエチレンジアミン吸光光度法の項において、試料としてスルファニルアミド（４−アミノベンゼンスルホンアミド）を加えて亜硝酸イオンによって試料をジアゾ化させて、生じる赤い色のアゾ化合物の吸光度を測定して亜硝酸イオンの量を見積もる方法が開示されている。また、ＪＩＳ Ｋ０１０２ ４３．１．２イオンクロマトグラフ法の項においては、イオンクロマトグラフ法による亜硝酸イオンの測定方法も開示されている（例えば、非特許文献１参照）。
また、特許文献１には、海水中の硝酸イオン及び亜硝酸イオンの濃度測定方法において、波長２１５〜２４０ｎｍの範囲で吸光光度法による紫外吸光スペクトルを計測して硝酸イオン及び亜硝酸イオンを計測する方法が開示されている。
また、特許文献２には、３３６ｎｍ、３４７ｎｍ、３５９ｎｍ、３７２ｎｍ、３８６ｎｍの波長のうち、少なくとも一つの波長について測定した紫外線吸光度スペクトルから、液体中の亜硝酸濃度を算出する方法が開示されている。
日本工業規格ＪＩＳ Ｋ０１０２ ４３．１（亜硝酸イオンＮＯ２−）
しかし、非特許文献１のイオンクロマトグラフ法では、準備及び測定等に非常に手間がかかるため、液体中の亜硝酸濃度を迅速に測定することには適していないものと考えられる。また、上記ナフチルエチレンジアミン吸光光度法でも同様である。
また、特許文献１による測定方法では、波長２１５〜２４０ｎｍの範囲のうち亜硝酸イオンに起因する吸光度スペクトルのいずれの波長のピークが亜硝酸イオンに由来するか不明なまま測定を行っているため、どのように実施すれば亜硝酸イオンを測定できるかについて十分な記載がない。
また、特許文献２による測定方法では、液体中に含まれる硝酸濃度によって、亜硝酸に由来するピークのピーク高さが変化するため、液体中の硝酸濃度を測定して、亜硝酸の紫外線吸光度スペクトルの波長３８６ｎｍにおけるピーク高さを補正することによって、より正確な亜硝酸濃度を得ている。しかし、液体中の硝酸濃度も頻繁に変動するような排水については都度補正する必要があり、排水中の亜硝酸濃度を迅速に測定することには適していないものと考えられる。
そこで、本発明の目的は、排水中の硝酸濃度及び亜硝酸濃度を迅速に測定することが可能な硝酸及び亜硝酸を含む排水の処理装置及び処理方法を提供することである。
本発明の硝酸及び亜硝酸を含む排水の処理装置は、硝酸及び亜硝酸を含む排水に水素供与体を添加する水素供与体添加手段と、 前記水素供与体が添加された前記排水を嫌気的に生物処理する脱窒槽と、前記排水中の前記硝酸及び前記亜硝酸濃度を測定する紫外線吸光度法式センサと、前記排水中の前記硝酸濃度を測定するイオン電極法式センサと、前記紫外線吸光度法式センサにより測定された前記硝酸及び前記亜硝酸濃度と、前記イオン電極法式センサにより測定された前記硝酸濃度とにより求められる前記排水中の硝酸濃度及び亜硝酸濃度に基づいて、前記水素供与体添加手段により前記排水中に添加される前記水素供与体の添加量を制御する制御部と、を備える。
また、前記硝酸及び亜硝酸を含む排水の処理装置において、前記水素供与体の添加量は、前記求められた亜硝酸濃度に１．１を乗じた濃度の亜硝酸の還元に必要な水素供与体量と前記求められた硝酸濃度の硝酸の還元に必要な水素供与体量との和であることが好ましい。
また、前記硝酸及び亜硝酸を含む排水の処理装置において、前記水素供与体の添加量は、前記求められた亜硝酸濃度の亜硝酸の還元に必要な水素供与体量に１．１を乗じた量と前記求められた硝酸濃度の硝酸の還元に必要な水素供与体量との和であることが好ましい。
また、本発明の硝酸及び亜硝酸を含む排水の処理方法は、硝酸及び亜硝酸を含む排水に水素供与体を添加する水素供与体添加工程と、前記排水中の前記硝酸及び前記亜硝酸濃度を紫外線吸光度法式により測定する第１測定工程と、前記排水中の前記硝酸濃度をイオン電極法式により測定する第２測定工程と、前記水素供与体が添加された前記排水を嫌気的に生物処理する脱窒工程と、を備え、前記水素供与体添加工程では、前記紫外線吸光度法式により測定された前記硝酸及び前記亜硝酸濃度と、前記イオン電極法式により測定された前記硝酸濃度とにより求められる前記排水中の硝酸濃度及び亜硝酸濃度に基づいて、前記排水中に添加する前記水素供与体の添加量を制御する。
また、前記硝酸及び亜硝酸を含む排水の処理方法において、前記水素供与体の添加量は、前記求められた亜硝酸濃度に１．１を乗じた濃度の亜硝酸の還元に必要な水素供与体量と前記求められた硝酸濃度の硝酸の還元に必要な水素供与体量との和であることが好ましい。
また、前記硝酸及び亜硝酸を含む排水の処理方法において、前記水素供与体の添加量は、前記求められた亜硝酸濃度の亜硝酸の還元に必要な水素供与体量に１．１を乗じた量と前記求められた硝酸濃度の硝酸の還元に必要な水素供与体量との和であることが好ましい。
本発明によれば、排水中の硝酸濃度及び亜硝酸濃度を迅速に測定することが可能な硝酸及び亜硝酸を含む排水の処理装置及び処理方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
図１は、本実施形態に係る排水処理装置の構成の一例を示す概略構成図である。図１に示す排水処理装置１は、排水流入ライン１０ａ，１０ｂと、排水貯留槽１２と、脱窒槽１４と、処理水排出ライン１６と、イオン電極法式センサ１８と、紫外線吸光度法式センサ２０と、水素供与体貯留タンク２２と、水素供与体添加ライン２４と、水素供与体添加手段としての水素供与体ポンプ２６と、制御部２８と、を備えるものである。
排水貯留槽１２には、排水流入ライン１０ａが接続されている。また、排水流入ライン１０ｂの一端は排水貯留槽１２に接続され、他端は脱窒槽１４に接続されている。また、脱窒槽１４には処理水排出ライン１６が接続されている。水素供与体添加ライン２４の一端は水素供与体貯留タンク２２に接続され、他端は水素供与体ポンプ２６を介して脱窒槽１４に接続されている。排水貯留槽１２内には、イオン電極法式センサ１８及び紫外線吸光度法式センサ２０が設置されている。両センサと制御部２８、及び制御部２８と水素供与体ポンプ２６とはそれぞれ電気的に接続されている。詳細は後述するが、両センサにより検出された検出値が制御部２８に送信され、制御部２８は検出値に基づいて、水素供与体ポンプ２６の出力等を調節して、水素供与体の添加量を制御する。
脱窒槽１４の内部には、攪拌手段としての攪拌装置３０を設置することが望ましい。攪拌装置３０を設置することにより、脱窒槽１４内の微生物と排水との接触効率を高めることができる。図１に示す攪拌装置３０は、モータ、シャフト、攪拌羽根を備え、モータの駆動により、シャフトが回転し、シャフトの回転に伴って攪拌羽根が回転する。なお、図１に示す攪拌装置３０は一例であって、この構成に制限されるものではない。また、脱窒槽１４には、撹拌効率を高める点で、槽内に整流板を設置してもよい。
次に、図１に示す排水処理装置１の動作について説明する。
硝酸及び亜硝酸を含む排水は、排水流入ライン１０ａを通り、排水貯留槽１２に貯留される。排水貯留槽１２内では、紫外線吸光度法式センサ２０により、排水中の硝酸及び亜硝酸濃度（ＮＯｘ濃度）が検出され、イオン電極法式センサ１８により、排水中の硝酸濃度が検出される。本明細書において、硝酸濃度とは、硝酸態窒素濃度のことであり、亜硝酸濃度とは亜硝酸態窒素濃度のことである。検出された濃度値は、制御部２８に送信される。その後、排水貯留槽１２内の排水は、排水流入ライン１０ｂを通り、脱窒槽１４に供給される。また、水素供与体ポンプ２６により、水素供与体貯留タンク２２から水素供与体添加ライン２４を通して脱窒槽１４に水素供与体が供給される。水素供与体の添加量については、後述するが、制御部２８により、硝酸濃度及び亜硝酸濃度に基づいて制御される。そして、脱窒槽１４内では、水素供与体が存在する嫌気状態において、脱窒菌の作用により、排水中の硝酸、亜硝酸が、窒素ガスに還元される。脱窒槽１４内で、硝酸、亜硝酸が脱窒反応により減少するとｐＨが上昇する。そこで、脱窒菌の活性が高いｐＨ６〜８となるよう、脱窒槽１４にｐＨ調整剤を添加することが好ましい。脱窒槽１４内で脱窒処理された処理水は、処理水排出ライン１６を通して系外へ排出される。
以下に、脱窒槽１４内に供給する水素供与体の添加量について説明する。
本実施形態で用いられる水素供与体としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸、水素ガス、アセトン、グルコース等が挙げられるが、これに制限されるものではなく、水素供与体として従来公知のもの全てを使用することができる。
例えば、水素供与体としてメタノールを用い、メタノール（水素供与体）によって硝酸及び亜硝酸が還元される場合、以下の反応式（１），（２）として表される。
６ＮＯ３ −＋５ＣＨ３ＯＨ → ３Ｎ２＋５ＣＯ２＋７Ｈ２Ｏ＋６ＯＨ− （１）
２ＮＯ２ −＋ＣＨ３ＯＨ → Ｎ２＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ＋２ＯＨ− （２）
６ＮＯ３ −＋５ＣＨ３ＯＨ → ３Ｎ２＋５ＣＯ２＋７Ｈ２Ｏ＋６ＯＨ− （１）
２ＮＯ２ −＋ＣＨ３ＯＨ → Ｎ２＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ＋２ＯＨ− （２）
上記反応式（１），（２）から、メタノールの添加量は、硝酸に含まれる窒素量の１．９倍（重量比）、亜硝酸に含まれる窒素量の１．１７倍（重量比）となる。このことから分かるように、亜硝酸を還元するために必要な水素供与体の添加量は硝酸を還元するために必要な水素供与体量より少なくてよい。したがって、排水中の硝酸濃度及び亜硝酸濃度をそれぞれ測定し、硝酸及び亜硝酸の還元に必要な水素供与体量を求めることは、薬品使用量の最適化に効果があるとともに処理水質の安定にもつながる。
本発明者らは、これまでリアルタイムに測定、モニタリングすることができなかった亜硝酸濃度の測定方法について鋭意検討した結果、紫外線吸光度法式センサ２０の測定値からイオン電極法式センサ１８の測定値を差し引いた値が、排水中の亜硝酸濃度と高い相関があることを見出した。本実施形態では、紫外線吸光度法式センサ２０では、排水中の硝酸及び亜硝酸濃度を硝酸濃度と見なして測定され、イオン電極法式センサ１８では、排水中の硝酸濃度が測定されるため、紫外線吸光度法式センサ２０により測定された排水中の硝酸及び亜硝酸濃度とイオン電極法式センサ１８により測定された排水中の硝酸濃度から、排水中の硝酸濃度及び亜硝酸濃度を求めている。そして、それらの濃度に基づいて水素供与体の添加量を制御する。より具体的には、例えば、紫外線吸光度法式センサ２０により測定された排水中の硝酸及び亜硝酸濃度値が制御部２８に送信され、また、イオン電極法式センサ１８により測定された排水中の硝酸濃度値が制御部２８に送信される。そして、制御部２８において、測定された紫外線吸光度法式センサ２０により測定された排水中の硝酸及び亜硝酸濃度値から、イオン電極法式センサ１８により測定された排水中の硝酸濃度値を差し引くことにより、排水中の亜硝酸濃度が求められる。制御部では、イオン電極法式センサ１８により測定された排水中の硝酸濃度の硝酸に含まれる窒素量の例えば１．９倍量の水素供与体及び上記求めた排水中の亜硝酸濃度の亜硝酸に含まれる窒素量の例えば１．１７倍量の水素供与体が添加されるように、水素供与体ポンプ２６の吐出量（出力）が調節される。本実施形態では、水素供与体添加手段として、ポンプを例としたが、これに制限されるものではなく、例えば、電磁弁等でもよい。すなわち、制御部により、上記のように求められた硝酸及び亜硝酸濃度に基づいて、電磁弁の開閉度が調節され、水素供与体の添加量が制御されてもよい。
紫外線吸光度法式センサ２０のみを用いた場合には、排水中の硝酸及び亜硝酸はすべて硝酸とみなされてしまうため、過剰に水素供与体が添加され、処理水中の有機体炭素濃度が上昇し、薬品添加コストも上昇するが、本実施形態によれば、紫外線吸光度法式センサ２０のみを用いた場合より、処理水中の有機体炭素濃度の上昇及び薬品添加コストを抑えることができる。また、イオン電極法式センサ１８のみを用いた場合には、排水中の亜硝酸が検出されずに水素供与体添加量が不足して十分な処理が行われず、処理水中の全窒素濃度が上昇してしまうことがあるが、本実施形態によれば、亜硝酸濃度も求めることができるため、イオン電極法式センサ１８のみを用いた場合に比べて、必要な水素供与体添加量を供給することができ、処理水中の全窒素濃度の上昇を抑制することができる。
本実施形態では、紫外線吸光度法式センサ２０及びイオン電極法式センサ１８により、排水中の亜硝酸濃度及び硝酸濃度をそれぞれ迅速に測定することができる。その結果、脱窒槽１４に供給される排水中の硝酸及び亜硝酸に濃度変動が生じても、紫外線吸光度法式センサ２０及びイオン電極法式センサ１８により、リアルタイムに測定した排水中の亜硝酸濃度及び硝酸濃度に基づいて、水素供与体の添加量を制御することが可能となり、処理水中の有機体炭素濃度の上昇、薬品添加コストの上昇、処理水中の全窒素濃度の上昇等を抑制することができる。
水素供与体の添加量は、紫外線吸光度法式センサ２０及びイオン電極法式センサ１８により求められた亜硝酸濃度の亜硝酸の還元に必要な水素供与体量と、イオン電極法式センサ１８により求められる硝酸濃度の硝酸の還元に必要な水素供与体量の和である。亜硝酸の還元に必要な水素供与体量は、例えばメタノールの場合、紫外線吸光度法式センサ２０及びイオン電極法式センサ１８により求められた亜硝酸濃度の亜硝酸に含まれる窒素量の１．１７倍量を基準として算出されることが好ましく、１．１７〜２．１倍量の水素供与体であることがより好ましい。また、紫外線吸光度法式センサ２０及びイオン電極法式センサ１８により求められる亜硝酸濃度は、紫外線吸光度法では亜硝酸イオンに対する測定感度が硝酸イオンに対する測定感度よりも劣るため、排水中の亜硝酸の実濃度より１０％低くなる場合がある。したがって、亜硝酸の還元に必要な水素供与体の添加量は、上記求めた亜硝酸濃度に１．１を乗じた濃度の亜硝酸の還元に必要な水素供与体量であること、或いは、上記求めた亜硝酸濃度の亜硝酸の還元に必要な水素供与体量に１．１倍を乗じた量であることが好ましい。一方、硝酸の還元に必要な水素供与体量は、例えばメタノールの場合はイオン電極法式センサ１８により求められる硝酸濃度の硝酸に含まれる窒素量の１．９倍量を基準として算出されることが好ましく、２．０〜３．２倍量の水素供与体であることがより好ましい。すなわち、水素供与体の種類に関わらず、亜硝酸の還元に必要な水素供与体量は硝酸の還元に必要な水素供与体量の３分の２程度ということである。
以下に、紫外線吸光度法式センサ２０及びイオン電極法式センサ１８の原理について説明する。
紫外線吸光度法式センサ２０の原理は、以下の通りである。センサに内蔵されたＵＶ光源からパルス出力されたＵＶ光が、センサ先端部のスリット内の測定液を通過し、反対側の受光部で受光される。スリット内の測定液中の硝酸及び亜硝酸は特定範囲のＵＶ光を吸収し、その吸収量が硝酸及び亜硝酸濃度に比例する。紫外線吸光度法式センサ２０としては、例えば、ＷＴＷ社製のＮｉｔｒａ Ｖｉｓ７００ ＩＱ等が挙げられる。また、イオン電極法式センサ１８の原理は以下の通りである。センサ内の硝酸イオン交換薄膜が硝酸を含む溶液と接触すると、溶液中のイオン濃度に応じて電極の電位差が発生する。この電位を測定し、予め作成した検量線からイオン濃度を算出する。また、イオン電極法式センサ１８としては、例えば、ＷＴＷ社製のＶＡＲｉＯＮ７００ ＩＱ等が挙げられる。
図２は、本実施形態に係る排水処理装置の構成の他の一例を示す概略構成図である。図２に示す排水処理装置２において、図１に示す排水処理装置１と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図２に示す排水処理装置２は、脱窒槽１４の前段に設けられる排水貯留槽１２に代えて硝化槽３２を備えるものである。そして、硝化槽３２内に紫外線吸光度法式センサ２０及びイオン電極法式センサ１８が設置されている。また、硝化槽３２には、槽内に酸素を供給し且つ攪拌するためのエアレーション装置３４が設置されている。硝化槽３２には、排水流入ライン１０ａが接続されている。また、排水流入ライン１０ｂの一端は硝化槽３２に接続され、他端は脱窒槽１４に接続されている。なお、図２に示す排水処理装置２では、脱窒槽１４を硝化槽３２の後段に設置した構成を例として説明するが、必ずしもこれに制限されるものではなく、脱窒槽１４を硝化槽３２の前段に設置した構成であってもよい。
以下に、本実施形態の排水処理装置２の動作について説明する。
本実施形態の処理対象となる排水は、例えば、アンモニア、有機体窒素等を含有する排水であり、例えば、生活排水、食品工場排水、発電所排水、電子産業排水等の産業排水等が挙げられる。アンモニア、有機体窒素等を含有する排水は、排水流入ライン１０ａから硝化槽３２に供給される。そして、硝化槽３２内では、エアレーション装置３４により曝気されながら、すなわち好気条件下で、主に、硝化菌により、排水中のアンモニウム、有機体窒素が硝酸、亜硝酸に硝化される。なお、硝化菌は、例えば、排水中に含まれるアンモニウムイオンを亜硝酸に硝化する独立栄養性細菌のアンモニア酸化細菌、アンモニウムイオンを硝酸に硝化する独立栄養性細菌の亜硝酸酸化細菌等を含むものから構成される。
硝化槽３２内では、上記のようにアンモニア、有機体窒素が硝酸にまで硝化されるとｐＨが低下する。そこで、細菌の活性が高いｐＨ６〜８となるよう、アルカリ剤を硝化槽３２に添加することが好ましい。使用するアルカリ剤は水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられるが特に限定はない。
また、硝化槽３２内では、紫外線吸光度法式センサ２０により、排水中の硝酸及び亜硝酸濃度（ＮＯｘ濃度）が検出され、イオン電極法式センサ１８により、排水中の硝酸濃度が検出される。検出された濃度値は、制御部２８に送信される。硝化槽３２内で処理された一次処理水は、排水流入ライン１０ｂを通り、脱窒槽１４に供給される。また、水素供与体ポンプ２６により、水素供与体貯留タンク２２から水素供与体配管を通して脱窒槽１４に水素供与体が供給される。水素供与体の添加量については、前述した通り、制御部２８により、硝酸濃度及び亜硝酸濃度に基づいて制御される。そして、脱窒槽１４内では、水素供与体が存在する嫌気状態において、脱窒菌の作用により、排水中の硝酸、亜硝酸が、窒素ガスに還元される。脱窒槽１４内で脱窒処理された処理水は、処理水排出ライン１６を通して系外へ排出される。
本実施形態によれば、硝化槽３２内の排水（一次処理水）中の硝酸及び亜硝酸濃度を紫外線吸光度法式センサ２０及びイオン電極法式センサ１８により迅速に測定すること、すなわち、脱窒槽１４に流入する直前の亜硝酸及び硝酸濃度を迅速に測定することができる。その結果、脱窒槽１４に供給される排水中の硝酸及び亜硝酸に濃度変動が生じても、紫外線吸光度法式センサ２０及びイオン電極法式センサ１８により、リアルタイムに測定した排水（一次処理水）中の亜硝酸濃度及び硝酸濃度に基づいて、水素供与体の添加量を制御することが可能となり、処理水中の有機体炭素濃度の上昇、薬品添加コストの上昇、処理水中の全窒素濃度の上昇等を抑制することができる。
図３は、本実施形態に係る排水処理装置の構成の他の一例を示す概略構成図である。図３に示す排水処理装置３において、図１に示す排水処理装置１と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図３に示す排水処理装置３は、脱窒槽１４の後段に設けられる酸化槽３６を更に備えるものである。酸化槽３６には、槽内に酸素を供給し且つ攪拌するためのエアレーション装置３８が設置されている。排水流入ライン１０ｃの一端は脱窒槽１４に接続され、他端は酸化槽３６に接続されている。また、処理水排出ライン１６は酸化槽３６に接続されている。
以下に、本実施形態の排水処理装置３の動作について説明する。
硝酸及び亜硝酸を含有する排水は、排水流入ライン１０ａから排水貯留槽１２に供給される。そして、排水貯留槽１２内では、紫外線吸光度法式センサ２０により、排水中の硝酸及び亜硝酸濃度（ＮＯｘ濃度）が検出され、イオン電極法式センサ１８により、排水中の硝酸濃度が検出される。検出された濃度値は、制御部２８に送信される。そして、排水貯留槽１２内の排水は、排水流入ライン１０ｂを通り、脱窒槽１４に供給される。また、水素供与体ポンプ２６により、水素供与体貯留タンク２２から水素供与体配管を通して脱窒槽１４に水素供与体が供給される。水素供与体の添加量については、前述した通り、制御部２８により、硝酸濃度及び亜硝酸濃度に基づいて制御される。そして、脱窒槽１４内では、水素供与体が存在する嫌気状態において、脱窒菌の作用により、排水中の硝酸、亜硝酸が、窒素ガスに還元される。脱窒槽１４内で脱窒処理された排水（一次処理水）は、排水流入ライン１０ｃから酸化槽３６に供給される。酸化槽３６内では、エアレーション装置３８により曝気されながら、主に一次処理水中に残存する有機体炭素（水素供与体）が酸化処理される。酸化槽３６内で酸化処理された処理水は、処理水排出ライン１６から系外へ排出される。酸化槽３６ではｐＨのコントロールは必要ないが、排水濃度が高濃度の場合には、脱窒処理で生成する無機炭素も高濃度になるため、酸化処理（曝気）により、無機炭素が二酸化炭素として放出されることで、ｐＨが上昇する場合がある。そして、処理水のｐＨが排水基準や環境基準が満たされない場合等は、塩酸等の酸を酸化槽３６に添加して、処理水の基準値となるように調整することが好ましい。
本実施形態によれば、排水中の硝酸及び亜硝酸濃度を紫外線吸光度法式センサ２０及びイオン電極法式センサ１８により迅速に測定すること、すなわち、脱窒槽１４に流入する直前の亜硝酸及び硝酸濃度を迅速に測定することができる。その結果、亜硝酸及び硝酸の還元に必要な水素供与体を適切に制御することができるため、例えば、一次処理水中の有機体炭素濃度の上昇を抑えることができる。したがって、酸化槽３６で処理する有機体炭素（水素供与体）の負荷の上昇を抑えることができるため、酸化槽３６の容積を小さくすることが可能となる。
以下、硝化・脱窒反応におけるその他の条件について説明する。
本実施形態の排水処理において、排水の温度が低いと、硝化・脱窒工程での処理速度が低下するため、必要に応じて、硝化槽、脱窒槽に加温設備を設置し、槽内の排水を加温して各処理を行ってもよい。硝化反応、脱窒反応の温度は１０〜４０℃の範囲であることが好ましい。
排水中にＳＳ成分、過酸化水素、フッ素イオンが混入している場合、過酸化水素やフッ素イオン等は生物に対し阻害性を有するため、硝化反応や脱窒反応を行う前に、予め除去しておくことが好ましい。これらの阻害性物質の処理方法としては、既存の技術を使用することができ、過酸化水素の処理においては、酵素を添加する方法、還元剤を注入する方法、活性炭に接触させる方法等が挙げられる。また、ＳＳ成分等は凝集沈殿により処理することができ、フッ素イオンの処理においては、カルシウムを添加してフッ化カルシウムとして除去する方法、イオン交換樹脂にて処理する方法等が挙げられる。
硝化工程及び脱窒工程を行う前に、Ｃａ等を用いてフッ素イオンを予め除去すると、本実施形態で処理する排水中にＣａが含まれる場合がり、ｐＨによっては、脱窒処理で無機炭素とカルシウムが反応して炭酸カルシウムが析出する可能性がある。その場合には、脱窒工程のｐＨをランゲリア指数を参考に決定することで、炭酸カルシウムの析出を防ぐことができる。これらは、槽内を攪拌することができないＵＳＢでは適用できない対処方法である。本実施形態では、排水中のＣａイオン濃度が２００ｍｇ／Ｌ以上であっても、ｐＨ調整により、炭酸カルシウムの析出を抑制することができる。
以下、実施例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
硝酸ナトリウム及び亜硝酸ナトリウムを純水に溶解し、表１に示す標準液を作成し、紫外線吸光度法式センサ（ＷＴＷ社製のＮｉｔｒａ Ｖｉｓ７００ ＩＱ）及びイオン電極法式センサ（ＷＴＷ社製のＶＡＲｉＯＮ７００ ＩＱ）で標準液の濃度を測定した。表１に、標準液中の硝酸濃度、亜硝酸濃度、両濃度の合計（ＮＯｘ−Ｎ）、紫外線吸光度法式センサによる測定値Ａ（濃度値）、及びイオン電極法式センサによる測定値Ｂ（濃度値）、及び測定値Ａ−測定値Ｂ（＝ＮＯ２−Ｎ）をまとめた。
硝酸ナトリウム及び亜硝酸ナトリウムを純水に溶解し、表１に示す標準液を作成し、紫外線吸光度法式センサ（ＷＴＷ社製のＮｉｔｒａ Ｖｉｓ７００ ＩＱ）及びイオン電極法式センサ（ＷＴＷ社製のＶＡＲｉＯＮ７００ ＩＱ）で標準液の濃度を測定した。表１に、標準液中の硝酸濃度、亜硝酸濃度、両濃度の合計（ＮＯｘ−Ｎ）、紫外線吸光度法式センサによる測定値Ａ（濃度値）、及びイオン電極法式センサによる測定値Ｂ（濃度値）、及び測定値Ａ−測定値Ｂ（＝ＮＯ２−Ｎ）をまとめた。
図４は、標準液の亜硝酸濃度と硝酸濃度の合計（ＮＯｘ−Ｎ）と紫外吸光度法式硝酸センサの測定値の関係を示す図である。表１及び図４から分かるように、標準液の亜硝酸濃度と硝酸濃度の合計（ＮＯｘ−Ｎ）と紫外線吸光度法式センサの測定値はほぼ一致した。
図５は、標準液の亜硝酸濃度と、紫外線吸光度法式センサの測定値からイオン電極法式センサの測定値を差し引いた値との関係を示す図である。紫外線吸光度法式センサの測定値からイオン電極法式センサの測定値を差し引いた値は、標準液の亜硝酸濃度に比べ、最大で約１０％程度低濃度となる傾向であったが、濃度の増減に対する比例係数はほぼ一定であった。
＜実施例２＞
図６は、実施例２で用いた排水処理装置の構成を示す模式図である。図６に示す排水処理装置４は、第１硝化槽４０と、第２硝化槽４２と、脱窒槽４４と、酸化槽４６と、沈殿槽４８と、排水流入ライン５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅと、処理水排出ライン５２と、汚泥返送ライン５４と、イオン電極法式センサ５６と、紫外線吸光度法式センサ５８と、水素供与体貯留タンク６０と、水素供与体添加ライン６２と、水素供与体ポンプ６４と、制御部６６と、を備えるものである。第１硝化槽４０には排水流入ライン５０ａが接続されている。排水流入ライン５０ｂの一端は第１硝化槽４０に接続され、他端は第２硝化槽４２に接続され、排水流入ライン５０ｃの一端は第２硝化槽４２に接続され、他端は脱窒槽４４に接続され、排水流入ライン５０ｄの一端は脱窒槽４４に接続され、他端は酸化槽４６に接続され、排水流入ライン５０ｅの一端は酸化槽４６に接続され、他端は沈殿槽４８に接続され、汚泥返送ライン５４の一端は沈殿槽４８の底部に接続され、他端は排水流入ライン５０ａに接続されている。また、沈殿槽４８には、処理水排出ライン５２が接続されている。水素供与体添加ライン６２の一端は水素供与体貯留タンク６０に接続され、他端は脱窒槽４４に接続されている。第１硝化槽４０及び第２硝化槽４２内にはエアレーション装置６８，７０が設置され、さらに第２硝化槽４２内にはイオン電極法式センサ５６と、紫外線吸光度法式センサ５８とが設置されている。イオン電極法式センサ５６及び紫外線吸光度法式センサ５８と制御部６６とは電気的に接続されており、両センサの測定値が制御部６６に送信されるようになっている。制御部６６と水素供与体ポンプ６４とは電気的に接続されており、両センサにより測定された測定値（硝酸及び亜硝酸濃度値）に基づいて、水素供与体ポンプ６４の出力を調節し、水素供与体の添加量が制御されるようになっている。
図６は、実施例２で用いた排水処理装置の構成を示す模式図である。図６に示す排水処理装置４は、第１硝化槽４０と、第２硝化槽４２と、脱窒槽４４と、酸化槽４６と、沈殿槽４８と、排水流入ライン５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅと、処理水排出ライン５２と、汚泥返送ライン５４と、イオン電極法式センサ５６と、紫外線吸光度法式センサ５８と、水素供与体貯留タンク６０と、水素供与体添加ライン６２と、水素供与体ポンプ６４と、制御部６６と、を備えるものである。第１硝化槽４０には排水流入ライン５０ａが接続されている。排水流入ライン５０ｂの一端は第１硝化槽４０に接続され、他端は第２硝化槽４２に接続され、排水流入ライン５０ｃの一端は第２硝化槽４２に接続され、他端は脱窒槽４４に接続され、排水流入ライン５０ｄの一端は脱窒槽４４に接続され、他端は酸化槽４６に接続され、排水流入ライン５０ｅの一端は酸化槽４６に接続され、他端は沈殿槽４８に接続され、汚泥返送ライン５４の一端は沈殿槽４８の底部に接続され、他端は排水流入ライン５０ａに接続されている。また、沈殿槽４８には、処理水排出ライン５２が接続されている。水素供与体添加ライン６２の一端は水素供与体貯留タンク６０に接続され、他端は脱窒槽４４に接続されている。第１硝化槽４０及び第２硝化槽４２内にはエアレーション装置６８，７０が設置され、さらに第２硝化槽４２内にはイオン電極法式センサ５６と、紫外線吸光度法式センサ５８とが設置されている。イオン電極法式センサ５６及び紫外線吸光度法式センサ５８と制御部６６とは電気的に接続されており、両センサの測定値が制御部６６に送信されるようになっている。制御部６６と水素供与体ポンプ６４とは電気的に接続されており、両センサにより測定された測定値（硝酸及び亜硝酸濃度値）に基づいて、水素供与体ポンプ６４の出力を調節し、水素供与体の添加量が制御されるようになっている。
排水の組成及び各槽の寸法等は以下の通りである。
第１硝化槽：寸法３８２ｍｍφ×５２８ｍｍ高さ、容量２５Ｌ（水面高さ 約２２５ｍｍ）、処理方法は浮遊式活性汚泥法
第２硝化槽：寸法１４０ｍｍ×１４０ｍｍ×５５０ｍｍ高さ、容量５．１Ｌ（水面高さ約３２０ｍｍ）、処理方法は浮遊式活性汚泥法
第１及び第２硝化槽内の水温：２０℃
第１及び第２硝化槽内のＤＯ濃度：５ｍｇ／Ｌ
脱窒槽：寸法３８２ｍｍφ×５２８ｍｍ高さ、容量２２Ｌ（水面高さ 約１９０ｍｍ）、処理方法は従属栄養脱窒処理
酸化槽：寸法２００ｍｍ×２００ｍｍ×２５０ｍｍ高さ、容量４．５Ｌ（水面高さ 約１１３ｍｍ）
沈殿槽：寸法φ１００ｍｍ×２００ｍｍ高さ、容量１５Ｌ
第１硝化槽：寸法３８２ｍｍφ×５２８ｍｍ高さ、容量２５Ｌ（水面高さ 約２２５ｍｍ）、処理方法は浮遊式活性汚泥法
第２硝化槽：寸法１４０ｍｍ×１４０ｍｍ×５５０ｍｍ高さ、容量５．１Ｌ（水面高さ約３２０ｍｍ）、処理方法は浮遊式活性汚泥法
第１及び第２硝化槽内の水温：２０℃
第１及び第２硝化槽内のＤＯ濃度：５ｍｇ／Ｌ
脱窒槽：寸法３８２ｍｍφ×５２８ｍｍ高さ、容量２２Ｌ（水面高さ 約１９０ｍｍ）、処理方法は従属栄養脱窒処理
酸化槽：寸法２００ｍｍ×２００ｍｍ×２５０ｍｍ高さ、容量４．５Ｌ（水面高さ 約１１３ｍｍ）
沈殿槽：寸法φ１００ｍｍ×２００ｍｍ高さ、容量１５Ｌ
実施例２では、排水が排水流入ライン５０ａから第１硝化槽４０に供給され、硝化処理される。硝化処理された一次排水が排水流入ライン５０ｂから第２硝化槽４２に供給され、硝化処理される。第２硝化槽４２では、紫外線吸光度法式センサ５８により硝酸及び亜硝酸濃度が測定され、イオン電極法式センサ５６により硝酸濃度が測定され、それらの測定値が制御部６６に送信される。第２硝化槽４２で硝化処理された二次排水が排水流入ライン５０ｃから脱窒槽４４に供給される。また、制御部６６は、測定値に基づいて、硝酸濃度及び亜硝酸濃度を求め、求めた亜硝酸濃度の亜硝酸に含まれる窒素量の１．１７倍量の水素供与体と、求めた硝酸濃度の硝酸に含まれる窒素量の１．９倍量の水素供与体との和を水素供与体量の添加量として、脱窒槽４４内に水素供与体が供給されるように、水素供与体ポンプ６４の出力を制御する。脱窒槽４４で脱窒処理された三次排水が排水流入ライン５０ｄから酸化槽４６に供給され、酸化処理された後、酸化処理された四次排水が排水流入ライン５０ｅから沈殿槽４８に供給され、四次排水中の汚泥が排水から分離される。沈殿槽４８の上澄水を処理水として、処理水排出ライン５２から取り出され、沈殿槽４８の底部に堆積した汚泥は汚泥返送ライン５４から排水流入ライン５０ａを経由して第１硝化槽４０に供給される。
実施例２における排水は塩化アンモニウムを添加して、ＮＨ４−Ｎ濃度２００ｍｇ／Ｌとなるようにそれぞれ調製した合成排水を用いた。
図７は、第２硝化槽における全窒素濃度に対する亜硝酸濃度（亜硝酸態窒素濃度）の比率と脱窒槽に添加した水素供与体（メタノール）の添加量との関係を示す図である。図７に示すように、全窒素濃度（ＴＮ）に対して亜硝酸濃度が多くなるにつれて、脱窒槽に供給する水素供与体量は少なくなった。例えば、特許文献４に示されているように、硝酸態窒素の脱窒のために必要なメタノールの添加量は、硝酸に含まれる窒素量の２．８倍量必要であると知られている。しかし、図７に示されるように、全窒素濃度に対して亜硝酸濃度（硝酸態窒素濃度）が７０％含まれる場合には、硝酸及び亜硝酸に含まれる全窒素量の１．５倍量の水素供与体を添加すればよく、従来知られている水素供与体の添加量より少なくて済むことがわかる。すなわち、亜硝酸濃度及び硝酸濃度をそれぞれ求め、求めた濃度の硝酸及び亜硝酸を還元するために必要な水素供与体の添加量を求めた実施例２では、水素供与体の添加量を適切に制御することができる。
１〜４ 排水処理装置、１０ａ〜１０ｃ，５０ａ〜５０ｅ 排水流入ライン、１２ 排水貯留槽、１４，４４ 脱窒槽、１６，５２ 処理水排出ライン、１８，５６ イオン電極法式センサ、２０，５８ 紫外線吸光度法式センサ、２２，６０ 水素供与体貯留タンク、２４，６２ 水素供与体添加ライン、２６，６４ 水素供与体ポンプ、２８，６６ 制御部、３０ 攪拌装置、３２ 硝化槽、３４，３８，６８，７０ エアレーション装置、３６，４６ 酸化槽、４０ 第１硝化槽、４２ 第２硝化槽、４８ 沈殿槽、５４ 汚泥返送ライン。
Claims (6)
- 硝酸及び亜硝酸を含む排水に水素供与体を添加する水素供与体添加手段と、
前記水素供与体が添加された前記排水を嫌気的に生物処理する脱窒槽と、
前記排水中の前記硝酸及び前記亜硝酸濃度を測定する紫外線吸光度法式センサと、
前記排水中の前記硝酸濃度を測定するイオン電極法式センサと、
前記紫外線吸光度法式センサにより測定された前記硝酸及び前記亜硝酸濃度と、前記イオン電極法式センサにより測定された前記硝酸濃度とにより求められる前記排水中の硝酸濃度及び亜硝酸濃度に基づいて、前記水素供与体添加手段により前記排水中に添加される前記水素供与体の添加量を制御する制御部と、を備えることを特徴とする硝酸及び亜硝酸を含む排水の処理装置。 - 前記水素供与体の添加量は、前記求められた亜硝酸濃度に１．１を乗じた濃度の亜硝酸の還元に必要な水素供与体量と前記求められた硝酸濃度の硝酸の還元に必要な水素供与体量との和であることを特徴とする請求項１記載の硝酸及び亜硝酸を含む排水の処理装置。
- 前記水素供与体の添加量は、前記求められた亜硝酸濃度の亜硝酸の還元に必要な水素供与体量に１．１を乗じた量と前記求められた硝酸濃度の硝酸の還元に必要な水素供与体量との和であることを特徴とする請求項１記載の硝酸及び亜硝酸を含む排水の処理装置。
- 硝酸及び亜硝酸を含む排水に水素供与体を添加する水素供与体添加工程と、
前記排水中の前記硝酸及び前記亜硝酸濃度を紫外線吸光度法式により測定する第１測定工程と、
前記排水中の前記硝酸濃度をイオン電極法式により測定する第２測定工程と、
前記水素供与体が添加された前記排水を嫌気的に生物処理する脱窒工程と、を備え、
前記水素供与体添加工程では、前記紫外線吸光度法式により測定された前記硝酸及び前記亜硝酸濃度と、前記イオン電極法式により測定された前記硝酸濃度とにより求められる前記排水中の硝酸濃度及び亜硝酸濃度に基づいて、前記排水中に添加する前記水素供与体の添加量を制御することを特徴とする硝酸及び亜硝酸を含む排水の処理方法。 - 前記水素供与体の添加量は、前記求められた亜硝酸濃度に１．１を乗じた濃度の亜硝酸の還元に必要な水素供与体量と前記求められた硝酸濃度の硝酸の還元に必要な水素供与体量との和であることを特徴とする請求項４記載の硝酸及び亜硝酸を含む排水の処理方法。
- 前記水素供与体の添加量は、前記求められた亜硝酸濃度の亜硝酸の還元に必要な水素供与体量に１．１を乗じた量と前記求められた硝酸濃度の硝酸の還元に必要な水素供与体量との和であることを特徴とする請求項４記載の硝酸及び亜硝酸を含む排水の処理方法。
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