JP6774341B2 - 窒素除去システムおよび窒素除去方法 - Google Patents
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Description
(a)NO3−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させる。
(b)NO2−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させる。
(c)NH4−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を増加させる。
(d)NO3−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させ、ある設定値以下になったら曝気量を増加させる。
(e)NO2−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させ、ある設定値以下になったら曝気量を増加させる。
このように、有機炭素を第2反応槽に添加すると共に第2反応槽でも曝気量の増減制御を実施することにより、第2反応槽で曝気のON−OFF制御を実施した場合と比較して、窒素除去速度を向上させることができる。
(a)NO3−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させる。
(b)NO2−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させる。
(c)NH4−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を増加させる。
(d)NO3−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させ、ある設定値以下になったら曝気量を増加させる。
(e)NO2−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させ、ある設定値以下になったら曝気量を増加させる。
このように、有機炭素を第2反応槽に添加すると共に第2反応槽でも曝気量の増減制御を実施することにより、第2反応槽で曝気のON−OFF制御を実施した場合と比較して、窒素除去速度を向上させることができる。
ここで、本発明の窒素除去システムおよび窒素除去方法は、少なくともアンモニア性窒素を含有し、任意に亜硝酸性窒素、硝酸性窒素および有機性窒素などのその他の窒素を更に含有し得る窒素含有排水の処理に用いることができる。具体的には、本発明の窒素除去システムおよび窒素除去方法は、特に限定されることなく、例えば、下水、し尿、食品排水、工場排水、その他の産業排水等の窒素含有排水の処理に用いることができる。
なお、本発明の窒素除去システムおよび窒素除去方法で処理される窒素含有排水は、有機物などの有機炭素を更に含有していることが好ましい。
図1に、本発明の窒素除去システムの一例の概略構成を示す。図1に示す窒素除去システム100は、一次処理装置10と、一次処理装置10の下流側に設けられた第1反応槽20と、第1反応槽20の下流側に設けられた第2反応槽30と、曝気装置のブロア22,32の動作を制御する制御装置40とを備えている。
ここで、一次処理装置10からは、被処理水としての窒素含有排水が流出する。具体的には、図1に示す窒素除去システム100では、少なくともアンモニア性窒素および有機炭素を含有する窒素含有排水が一次処理装置10から流出する。なお、一次処理装置としては、特に限定されることなく、例えば浮上ろ材を用いて固液分離を行う固液分離槽等の任意の固液分離装置などが挙げられる。
なお、窒素含有排水は、第2反応槽30内へと直接供給されてもよい。また、窒素含有排水は、第1ポンプ11および/または第2ポンプ12を使用せずに自然流下によって第1反応槽20および/または第2反応槽30へと送られてもよい。
第1反応槽20は、撹拌装置21と、ブロア22および散気管23で構成される曝気装置と、センサ24とを備えている。また、第1反応槽20内には、微生物膜を担持させた複数の担体25が充填されている。そして、第1反応槽20では、第1ポンプ11を使用して一次処理装置10から送出された窒素含有排水が脱窒処理される。
なお、担体25には、BOD酸化細菌やアンモニア以外の溶解性窒素を分解しアンモニアとする好気性細菌などが更に担持されていてもよく、少なくともBOD酸化細菌が更に担持されていることが好ましい。また、担体25に担持された微生物膜においては、通常、亜硝酸型硝化反応に寄与する亜硝酸型硝化細菌が優占種として外側に存在し、該亜硝酸型硝化細菌に取り囲まれる形態で嫌気性アンモニア酸化反応に寄与する嫌気性アンモニア酸化細菌が優占種として内側に存在している。このような微生物膜の担体への担持は、例えば、担体の表面に、それらの菌を含む汚泥を少量付着させた後、その担体を、下水等の溶解性窒素を含有する水を収容した槽に投入して、数日間放置し、菌を増殖させることにより行うことができる。
第2反応槽30は、第1反応槽20に直列接続されており、第2反応槽30では、第1反応槽流出水と第2ポンプ12を使用して一次処理装置10から送出された窒素含有排水との混合液が脱窒処理される。即ち、図1に示す窒素除去システム100では、第2ポンプ12は、有機炭素を含む窒素含有排水を第2反応槽30内に添加する炭素源供給機構として機能する。
そして、第2反応槽30は、撹拌装置31と、ブロア32および散気管33で構成される曝気装置と、センサ34とを備えている。また、第2反応槽30内には、微生物膜を担持させた複数の担体35が充填されている。
なお、担体35には、BOD酸化細菌やアンモニア以外の溶解性窒素を分解しアンモニアとする好気性細菌などが更に担持されていてもよく、少なくともBOD酸化細菌が更に担持されていることが好ましい。また、担体35に担持された微生物膜においては、通常、亜硝酸型硝化反応に寄与する亜硝酸型硝化細菌が優占種として外側に存在し、該亜硝酸型硝化細菌に取り囲まれる形態で嫌気性アンモニア酸化反応に寄与する嫌気性アンモニア酸化細菌が優占種として内側に存在している。このような微生物膜の担体への担持は、上述した担体25と同様にして行うことができる。
制御装置40は、ブロア22を制御して第1反応槽20の曝気量を制御する。また、制御装置40は、ブロア32を制御して第2反応槽30の曝気量も制御する。
具体的には、制御装置40は、第1反応槽20では、第1反応槽20から流出する第1反応槽流出水のアンモニア性窒素(NH4−N)濃度、亜硝酸性窒素(NO2−N)濃度および硝酸性窒素(NO3−N)濃度の一つ以上をセンサ24で計測し、下記(a)と(b)と(c)との組み合わせ、下記(a)と(c)との組み合わせ、下記(b)と(c)との組み合わせ、下記(d)単独および下記(e)単独からなる群より選択される何れかの基準を用いて曝気量の調整を行う。
また、制御装置40は、第2反応槽30では、第2反応槽30から流出する第2反応槽流出水のアンモニア性窒素(NH4−N)濃度、亜硝酸性窒素(NO2−N)濃度および硝酸性窒素(NO3−N)濃度の一つ以上をセンサ34で計測し、下記(a)と(b)と(c)との組み合わせ、下記(a)と(c)との組み合わせ、下記(b)と(c)との組み合わせ、下記(d)単独および下記(e)単独からなる群より選択される何れかの基準を用いて曝気量の調整を行う。
(a)NO3−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させる。
(b)NO2−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させる。
(c)NH4−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を増加させる。
(d)NO3−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させ、ある設定値以下になったら曝気量を増加させる。
(e)NO2−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させ、ある設定値以下になったら曝気量を増加させる。
即ち、第2反応槽への有機炭素の添加を実施せず、且つ、第2反応槽で曝気のON−OFF制御を実施した場合には、第2反応槽において、BOD酸化細菌などの従属栄養細菌量が少ないことに起因して担体の微生物膜が薄くなるとともに、曝気時には、好気性従属栄養細菌(BOD酸化細菌)によるDO消費がほとんど期待できない。従って、担体に担持された微生物膜内に無酸素域を確保できなくなる。そのため、曝気時には、NO2−Nが消費されず、バルクのNO2−N濃度は増加する。一方、無曝気状態では、生物膜全域が無酸素域となり、曝気時に生成して残留したNO2−Nが嫌気性アンモニア酸化反応により消費される。そして、第2反応槽においてこれらの反応(アンモニアの亜硝酸型硝化反応と嫌気性アンモニア酸化反応)が交互に繰り返し行われるため、窒素除去速度が十分には向上しない。
一方、第2反応槽への有機炭素の添加を実施し、且つ、第2反応槽で上記制御(曝気量の増減制御)を実施した場合には、従属栄養細菌量が多いことに起因して担体の微生物膜が厚くなる。また、アンモニアの亜硝酸型硝化反応に加えて、有機炭素の酸化にもDOが消費される。従って、担体に担持された微生物膜内に無酸素域が確保される。そのため、アンモニアの亜硝酸型硝化反応と嫌気性アンモニア酸化反応とを同時に進行させ、窒素除去速度を十分に向上させることができる。
また、本発明の窒素除去方法は、特に限定されることなく、上述した窒素除去システム100などの本発明の窒素除去システムにおいて実施することができる。
また、本発明の窒素除去方法は、第2脱窒工程では、第2反応槽内に有機炭素を添加しつつ脱窒を行い、第1脱窒工程および第2脱窒工程では、それぞれ、各反応槽から流出する反応槽流出水のアンモニア性窒素(NH4−N)濃度、亜硝酸性窒素(NO2−N)濃度および硝酸性窒素(NO3−N)濃度の一つ以上を計測し、下記(a)と(b)と(c)との組み合わせ、下記(a)と(c)との組み合わせ、下記(b)と(c)との組み合わせ、下記(d)単独および下記(e)単独からなる群より選択される何れかの基準を用いて曝気量の調整を行う。
(a)NO3−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させる。
(b)NO2−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させる。
(c)NH4−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を増加させる。
(d)NO3−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させ、ある設定値以下になったら曝気量を増加させる。
(e)NO2−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させ、ある設定値以下になったら曝気量を増加させる。
また、被処理水である窒素含有排水は、アルカリ性となるよう調整した状態で脱窒処理されることが好ましく、pHを7.3〜8.5にした状態で脱窒処理されることがより好ましい。
なお、第2反応槽の容積は、第1反応槽の容積の1.4倍以上2.0倍以下であることが好ましく、1.6倍以上1.8倍以下であることがより好ましい。
具体的には、例えば、上述した一例では第1反応槽および第2反応槽を別々の水槽として設けたが、各反応槽は一つの水槽内に窒素含有排水の流通を完全には遮断しない隔壁を設けることにより区画形成されたものであってもよい。また、第2反応槽の後段には追加の反応槽が更に設けられていてもよい。なお追加の反応槽を設ける場合、当該反応槽においては、有機炭素を添加しつつ第2反応槽と同様の曝気量の増減制御を実施することが好ましい。
また、第2反応槽に添加する有機炭素は、メタノール等であってもよい。但し、コストの観点からは有機炭素を含む窒素含有排水であることが好ましい。
第1ポンプ11および第2ポンプ12を有さず、被処理水としての窒素含有排水を自然流下させる以外は図1に示すのと同様の構成を有する窒素除去システムを準備した。なお、窒素除去システムでは、センサ24およびセンサ34として亜硝酸性窒素(NO2−N)濃度計を使用し、制御装置40では以下の曝気量制御を行った。
た。
そして、以下の条件で窒素含有排水の処理を行い、溶解性窒素の除去速度を算出したところ、3.1mg/L/時であった。
[処理条件]
・第1反応槽容積:8.5L
・第2反応槽容積:15L
・被処理水量(第1反応槽への流入量と第2反応槽への流入量との合計):3.3L/時
・第1反応槽に流入させた被処理水の量:1.65L/時
・第2反応槽に直接流入させた被処理水の量:1.65L/時
・被処理水TOC濃度:31mg/L
・第1反応槽有機物負荷:154mg−TOC/m2−担体/時
・第2反応槽有機物負荷:98mg−TOC/m2−担体/時
・被処理水溶解性窒素濃度:30mg/L
・第1反応槽溶解性窒素負荷:3.7g−N/m2−担体/日
・第2反応槽溶解性窒素負荷:3.3g−N/m2−担体/日
・処理水TOC濃度:8.2mg/L
・処理水溶解性窒素濃度:9.1mg/L
[曝気量制御内容]
第1反応槽および第2反応槽のそれぞれにおいて、NO2−N濃度が2.2mg/L以上になったら曝気量を減少させ、NO2−N濃度が1.8mg/L以下になったら曝気量を増加させる。
処理条件および曝気量の制御内容を以下のように変更した以外は実施例1と同様にして窒素含有排水の処理を行い、溶解性窒素の除去速度を算出したところ、1.6mg/L/時であった。
[処理条件]
・第1反応槽容積:15L
・第2反応槽容積:15L
・被処理水量(第1反応槽への流入量と第2反応槽への流入量との合計):3.6L/時
・第1反応槽に流入させた被処理水の量:3.6L/時
・第2反応槽に直接流入させた被処理水の量:0L/時
・被処理水TOC濃度:27mg/L
・第1反応槽有機物負荷:160mg−TOC/m2−担体/時
・第2反応槽有機物負荷:30mg−TOC/m2−担体/時
・被処理水溶解性窒素濃度:24mg/L
・第1反応槽溶解性窒素負荷:3.4g−N/m2−担体/日
・第2反応槽溶解性窒素負荷:2.6g−N/m2−担体/日
・処理水TOC濃度:7.9mg/L
・処理水溶解性窒素濃度:10.7mg/L
[曝気量制御内容]
第1反応槽では、NO2−N濃度が2.2mg/L以上になったら曝気量を減少させ、1.8mg/L以下になったら曝気量を増加させる。
第2反応槽では、NO2−N濃度が1.5mg/L以上になったら曝気を停止し、0.3mg/L以下になったら曝気を開始する。
11 第1ポンプ
12 第2ポンプ
20 第1反応槽
30 第2反応槽
40 制御装置
21,31 撹拌装置
22,32 曝気装置
22,32 ブロア
23,33 散気管
24,34 センサ
25,35 担体
100 窒素除去システム
Claims (10)
- 窒素含有排水から窒素を除去する窒素除去システムであって、
第1反応槽と、前記第1反応槽の下流側に直列接続された第2反応槽とを備え、
前記第1反応槽および前記第2反応槽は、それぞれ、反応槽内を曝気する曝気装置を有し、
前記第1反応槽および前記第2反応槽には、それぞれ、亜硝酸型硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌との少なくとも2種を優占種として含む微生物膜を担持させた担体が充填されており、
前記第2反応槽内に有機炭素を添加する炭素源供給機構と、
前記第1反応槽の曝気量および前記第2反応槽の曝気量を制御する制御装置と、
を更に備え、
前記制御装置は、前記第1反応槽では、第1反応槽から流出する第1反応槽流出水のアンモニア性窒素(NH4−N)濃度、亜硝酸性窒素(NO2−N)濃度および硝酸性窒素(NO3−N)濃度の一つ以上を計測し、下記(a)と(b)と(c)との組み合わせ、下記(a)と(c)との組み合わせ、下記(b)と(c)との組み合わせ、下記(d)単独および下記(e)単独からなる群より選択される何れかの基準を用いて曝気量の調整を行い、前記第2反応槽では、第2反応槽から流出する第2反応槽流出水のアンモニア性窒素(NH4−N)濃度、亜硝酸性窒素(NO2−N)濃度および硝酸性窒素(NO3−N)濃度の一つ以上を計測し、下記(a)と(b)と(c)との組み合わせ、下記(a)と(c)との組み合わせ、下記(b)と(c)との組み合わせ、下記(d)単独および下記(e)単独からなる群より選択される何れかの基準を用いて曝気量の調整を行う、窒素除去システム。
(a)NO3−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させる。
(b)NO2−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させる。
(c)NH4−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を増加させる。
(d)NO3−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させ、ある設定値以下になったら曝気量を増加させる。
(e)NO2−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させ、ある設定値以下になったら曝気量を増加させる。 - 前記窒素含有排水が有機炭素を含有し、
前記炭素源供給機構が前記窒素含有排水を前記第2反応槽に添加する、請求項1に記載の窒素除去システム。 - 前記第2反応槽の容積が前記第1反応槽の容積よりも大きい、請求項2に記載の窒素除去システム。
- 前記第1反応槽および前記第2反応槽における有機物負荷が、それぞれ、110mg−BOD/m2−担体/時間以上または40mg−TOC/m2−担体/時間以上である、請求項1〜3の何れかに記載の窒素除去システム。
- 前記第1反応槽および前記第2反応槽における溶解性窒素負荷が、それぞれ、2.5g/m2−担体/日以上11.5g/m2−担体/日以下である、請求項1〜4の何れかに記載の窒素除去システム。
- 窒素含有排水から窒素を除去する窒素除去方法であって、
亜硝酸型硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌との少なくとも2種を優占種として含む微生物膜を担持させた担体が充填された第1の反応槽において、曝気下、嫌気性アンモニア酸化反応を利用して脱窒を行う第1脱窒工程と、
前記第1反応槽の下流側に直列接続され、且つ、亜硝酸型硝化細菌と嫌気性アンモニア酸化細菌との少なくとも2種を優占種として含む微生物膜を担持させた担体が充填された第2の反応槽において、曝気下、嫌気性アンモニア酸化反応を利用して脱窒を行う第2脱窒工程と、
を含み、
前記第2脱窒工程では、前記第2反応槽内に有機炭素を添加しつつ脱窒を行い、
前記第1脱窒工程および前記第2脱窒工程では、それぞれ、各反応槽から流出する反応槽流出水のアンモニア性窒素(NH4−N)濃度、亜硝酸性窒素(NO2−N)濃度および硝酸性窒素(NO3−N)濃度の一つ以上を計測し、下記(a)と(b)と(c)との組み合わせ、下記(a)と(c)との組み合わせ、下記(b)と(c)との組み合わせ、下記(d)単独および下記(e)単独からなる群より選択される何れかの基準を用いて曝気量の調整を行う、窒素除去方法。
(a)NO3−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させる。
(b)NO2−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させる。
(c)NH4−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を増加させる。
(d)NO3−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させ、ある設定値以下になったら曝気量を増加させる。
(e)NO2−N濃度がある設定値以上になったら曝気量を減少させ、ある設定値以下になったら曝気量を増加させる。 - 前記窒素含有排水が有機炭素を含有し、
前記第2脱窒工程では、前記窒素含有排水を前記第2反応槽に添加する、請求項6に記載の窒素除去方法。 - 前記第2反応槽の容積が前記第1反応槽の容積よりも大きい、請求項7に記載の窒素除去方法。
- 前記第1反応槽および前記第2反応槽における有機物負荷を、それぞれ、110mg−BOD/m2−担体/時間以上または40mg−TOC/m2−担体/時間以上とする、請求項6〜8の何れかに記載の窒素除去方法。
- 前記第1反応槽および前記第2反応槽における溶解性窒素負荷を、それぞれ、2.5g/m2−担体/日以上11.5g/m2−担体/日以下とする、請求項6〜9の何れかに記載の窒素除去方法。
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