(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水の処理中に、塩濃度が変化する排水を生物により硝化脱窒する硝化脱窒装置で用いられる生物脱窒方法において、海水の塩分濃度未満の低塩濃度の時にはメタノールを脱窒工程の水素供与体に用い、海水の塩分濃度以上の高塩濃度の時には、酢酸ナトリウム、グリセロール、グルコースの内の少なくとも何れか一つを脱窒工程の水素供与体に用いることを特徴とする生物脱窒方法。
【請求項２】
排水の処理中に、海水の塩分濃度以上の高塩濃度を有する排水を生物により硝化脱窒する硝化脱窒装置で用いられる生物脱窒方法において、酢酸ナトリウム、グリセロール、グルコースの内の少なくとも何れか一つを脱窒工程の水素供与体に用いることを特徴とする生物脱窒方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排水・し尿処理及び発電所で発生する排水の処理等、塩濃度の変化する排水、及び高塩濃度排水の生物脱窒方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の排水処理設備、し尿処理設備、又は発電所から発生するアンモニアを含有する排水の処理施設等では、生物を利用した硝化脱窒方法が広く適用されている。このような従来の生物硝化脱窒装置を図５に示す。
硝化槽５１の排水中のアンモニアは硝化菌の働きにより、式（１）、式（２）の反応で硝酸にまで酸化される。
ＮＨ4 + ＋1.５Ｏ2 ─→  ＮＯ2 - ＋Ｈ2 Ｏ＋２Ｈ+   ……式（１）
ＮＯ2 - ＋0.５Ｏ2   ─→ＮＯ3 -                   ……式（２）
そして、硝化菌の働きによって生成した硝酸は、脱窒槽５２において、脱窒菌の働きにより式（３）の反応で窒素ガスに還元され、排水中から除去される。
２ＮＯ3 - ＋１０Ｈ+ ─→Ｎ2 ＋４Ｈ2 Ｏ＋２ＯＨ-   ……式（３）
この時、式（３）の水素は排水中に添加した有機化合物（水素供与体タンク５７からのもの）の分解反応から供与される。このことから、これらの有機化合物は水素供与体と呼ばれる。工業的には安価で取扱いの容易なメタノールが水素供与に用いられることが多い。
その後、排水は再曝気槽５３から沈澱槽５４を経て、処理水として後の工程に送られる。なお、沈澱槽５４に沈澱した汚泥は、循環ポンプ６０によって硝化槽５１に返送される。
【０００３】
メタノールを水素供与体に用いた従来の技術において、高塩濃度排水を対象とした硝化脱窒に関しては、土木学会第４６回年次学術講演会要旨集（１９９１）306 頁に記載されたような海水の１／２相当の塩濃度の排水を対象とした方法や、海水同等の塩濃度の排水を対象とした方法が散見される程度であった。
しかし、処理対象の排水が海水の塩分濃度以上の高塩濃度になった場合、塩濃度の影響により脱窒速度が低下し、処理水中に硝酸、亜硝酸が流出する現象が見られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような現状に鑑み、塩濃度の変化する排水、及び高塩濃度排水の生物脱窒方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載された発明は、排水の処理中に、塩濃度が変化する排水を生物により硝化脱窒する硝化脱窒装置で用いられる生物脱窒方法において、海水の塩分濃度未満の低塩濃度の時にはメタノールを脱窒工程の水素供与体に用い、海水の塩分濃度以上の高塩濃度の時には、酢酸ナトリウム、グリセロール、グルコースの内の少なくとも何れか一つを脱窒工程の水素供与体に用いることを特徴とする。
請求項２に記載された発明は、排水の処理中に、海水の塩分濃度以上の高塩濃度を有する排水を生物により硝化脱窒する硝化脱窒装置で用いられる生物脱窒方法において、酢酸ナトリウム、グリセロール、グルコースの内の少なくとも何れか一つを脱窒工程の水素供与体に用いることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、脱窒工程の水素供与体として、高塩分排水を処理するにあたり、酢酸ナトリウム、グリセロール、グルコースの内の少なくとも何れか一つを用いることにより、硝化脱窒装置を高塩分排水に対して、高性能かつ安定に運転するものである。
上記式（３）においては、脱窒菌が硝酸を窒素ガスに還元するために、水素供与体となる有機物の分解により生成する水素を必要とする。したがって、脱窒工程が順調に行われるためには、第一に有機化合物の分解反応が安定して行われることが必要である。
【０００７】
本発明においては、高い塩濃度の排水を処理するときに、脱窒工程の水素供与体として微生物が利用・分解しやすい、酢酸ナトリウム、グリセロール、グルコースの内の少なくとも何れか一つを利用する。これにより、排水処理施設での脱窒反応を高性能かつ安定化できる。なお、低塩濃度では、コスト等の観点から従来通り、メタノールを使用するが、好適な効果を奏する場合には、高い塩濃度の排水を処理するときに用いるのと同じ、酢酸ナトリウム、グリセロール、グルコースの内の少なくとも何れか一つを用いることもできる。
【０００８】
本発明にいう高い塩濃度とは、各種の塩分の総量が海水の塩分濃度以上であることを意味し、具体的にはいわゆる標準海水（海水１ｋｇ中に３５．０ｇの塩類を含むもの）の塩濃度以上の濃度をいう。低塩濃度とは、この標準海水の塩濃度未満の濃度をいう。
【０００９】
図１は本発明に係る生物脱窒方法を実施するための装置の一実施の形態を概念的を示すものである。この装置は、図５に示した装置の脱窒槽５２及び水素供与体タンク５７及びポンプ等と置き代わって、図５のような装置に組み込むことができる。
この装置は、処理対象水を含む原水槽１、脱窒汚泥を付着させた担体１リットルが充填してあるリアクタ２、処理対象水を送液する送液ポンプ３、水素供与体（メタノール又は酢酸ナトリウム）を含む水素供与体貯槽４、及び水素供与体を注入する注入ポンプ５より構成されている。
運転開始時の原水槽１には処理対象水が保持される。原水槽１内の処理対象水は送液ポンプ３によってリアクタ２に送られ、硝酸の処理が行われた後、処理水として排出される。
【００１０】
この時、同時に水素供与体貯槽４内の水素供与体が注入ポンプ５によってリアクタ２内に注入される。水素供与体の注入量は硝酸の窒素ガスへの還元に必要な水素の理論量と水素供与体が供しうる水素の理論量から算出し、これに水素供与体が細胞合成などに利用される量を加味した値を用いる。具体的には、メタノールの場合ＣＨ3 ＯＨ／ＮＯ3 −Ｎ比が３．０、酢酸ナトリウムの場合ＣＨ3 ＣＯＯ- ／ＮＯ3 −Ｎ比が４．０等となるようにリアクタ２に注入する。
このような装置を用いることによって、前記式（３）による脱窒工程が施される。
【００１１】
【実施例】
以下に本発明の実施例を挙げる。
実施例１
（回分試験）
中部電力株式会社碧南火力発電所の排水処理設備に設けられた生物窒素除去装置の脱窒槽より採取した脱窒汚泥を濾過により回収し、表１の低塩濃度模擬排水（１０，０００ｍｇ−Ｃｌ／リットル）に懸濁した。この脱窒汚泥には種類は特定していないが、脱硝菌や脱窒菌が混合して含まれている。この試験液１００ｍｌ（汚泥濃度：２，０００ｍｇ／リットル）に基質（最終濃度：５０ｍｇ−Ｎ／リットル）、及び水素供与体（最終濃度：５００ｍｇ／リットル）を添加し、２５℃で１２〜１８時間反応させた。基質には亜硝酸ナトリウムを用い、水素供与体には、メタノール、酢酸メタノール、酢酸ナトリウム（有機酸類の一種）、グリセロール（アルコール類の一種）、又はグルコース（糖類の一種）を用いた。
【００１２】
反応後、試験液中の亜硝酸濃度を測定し、亜硝酸濃度の減少量から、脱窒速度を求め、それぞれの水素供与体を用いたときの脱窒速度を比較した。
濾過により試験液から脱窒汚泥を回収し、同様の操作を表１の低塩濃度模擬排水で１回、表２の高塩濃度模擬排水（４０，０００ｍｇ−Ｃｌ／リットル）で更に２回繰り返した。
【００１３】
この結果、図２に示すように水素供与体にメタノールを用いた場合には、高塩濃度排水において脱窒速度が低塩濃度模擬排水の時の５０％程度に低下することが確認できた。これに対して、水素供与体に酢酸ナトリウム（グラフＡ）、グルコース（グラフＢ）又はグリセロール（グラフＣ）を用いた場合、低塩濃度模擬排水においてはメタノールを用いた時と同等、又はそれ以上の脱窒速度が得られ、さらに高塩濃度模擬排水においても脱窒速度が大きく低下することがなく、低塩濃度模擬排水を用いたときと同等又はそれ以上の脱窒速度を維持できることが確認できた。
【００１４】
これより、水素供与体に酢酸ナトリウム、グリセロール、又はグルコースを用いることにより、海水の塩分濃度以上の高塩濃度の排水においても、海水の塩分濃度未満の低塩濃度の時と同等の安定した運転が可能であることが確認できた。
【００１５】
実施例２
（連続通水試験１）
図１の装置を用い、水素供与体として、メタノール又は酢酸ナトリウムを用い、連続通水試験を行った。
運転開始時の原水槽１には処理対象水として、５７ｐｐｍの硝酸態様窒素が含まれた表１の低塩濃度模擬排水を入れた。原水槽１内の処理対象水は送液ポンプ３によってリアクタ２に送り、硝酸の処理を行った。
水素供与体の注入量は硝酸の窒素ガスへの還元に必要な水素の理論量と水素供与体が供しうる水素の理論量から算出し、これに水素供与体が細胞合成などに利用される量を加味した値を用いた。具体的には、メタノールの場合ＣＨ3 ＯＨ／ＮＯ3 −Ｎ比が３．０、酢酸ナトリウムの場合ＣＨ3 ＣＯＯ- ／ＮＯ3 −Ｎ比が４．０となるようにリアクタ２に注入した。
【００１６】
図３のグラフＤに示すように通水を行った。表１の低塩濃度模擬排水で１週間通水した後、原水槽１内の低塩濃度模擬排水に表２に高塩濃度模擬排水を徐々に混合し、原水槽１内の処理対象水の塩濃度を１週間で高塩濃度模擬排水の塩濃度に上昇させた。高塩濃度模擬排水で４週間通水した後、原水槽１内の高塩濃度模擬排水に表１の低塩濃度模擬排水を徐々に混合し、原水槽１内の処理対象水の塩濃度を１週間で低塩濃度模擬排水の塩濃度に降下させた。
【００１７】
この結果、図３のグラフＥに示すように水素供与体にメタノールを用いたときには、塩濃度変化開始後３週間前後から処理性能が低下し、処理水中に硝酸及び亜硝酸の流出が見られるようになった。
これに対して、図３のグラフＦに示すように水素供与体に酢酸ナトリウムを用いた場合には、塩濃度変化開始後６週間、良好な処理性能を維持し、処理水中に硝酸及び亜硝酸の流出がないことが確認できた。これにより、水素供与体に酢酸ナトリウムを用いることにより、海水の塩分濃度以上の高塩濃度での脱窒性能を安定化できることがわかる。
【００１８】
実施例３
（連続通水試験２）
実施例２と同じ装置を用いて、別の試験を行った。
水素供与体にメタノールを用いて、図４のグラフＧに示すように表１の低塩濃度模擬排水で通水した後、原水槽１内の低塩濃度模擬排水に表２の高塩濃度模擬排水を徐々に混合し、原水槽１内の処理対象水の塩濃度を３週間で高塩濃度模擬排水の塩濃度に上昇させた。高塩濃度模擬排水で４週間通水した後、原水槽１内の高塩濃度模擬排水に表１の低塩濃度模擬排水を徐々に混合し、原水槽１内の処理対象水の塩濃度を３週間で低塩濃度模擬排水の塩濃度に降下させた。
【００１９】
表１の低塩濃度模擬排水で通水した後、原水槽１内の低塩濃度模擬排水に表２に高塩濃度模擬排水を徐々に混合し、原水槽１内の処理対象水の塩濃度を１週間で高塩濃度模擬排水の塩濃度に上昇させた。高塩濃度模擬排水で１週間通水した後、水素供与体を酢酸ナトリウムに変更して、続けて、高塩濃度模擬排水で通水した。
【表１】
0003697037.tif 000002
【表２】
0003697037.tif 000003
※人工海水：インスタントオーション、菱和海洋開発株式会社
【００２０】
この結果、図４のグラフＨに示すように、水素供与体にメタノールを用いた場合は、塩濃度が上昇することにより、処理性能が低下し、処理水中に硝酸、及び亜硝酸の流出が見られた。処理性能の低下は、塩濃度を降下させても回復しなかった。
再度塩濃度を上昇させると、これに伴って処理性能も低下した。ここで、水素供与体を酢酸ナトリウムに変更すると、徐々に処理性能が回復し、処理水中に硝酸、及び亜硝酸が流出しなくなった。
これより、水素供与体をメタノールから酢酸ナトリウムに変更することによって、海水の塩分濃度以上の高塩濃度での脱窒性能を安定化できることが確認できた。
【００２１】
以上、実施例１〜３において、水素供与体に酢酸ナトリウム、グリセロール、グルコースを用いることにより、海水の塩分濃度以上の高塩濃度での脱窒性能を安定化できることが確認できた。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、従来処理の困難であった高塩濃度排水の生物による硝化脱窒を、高効率かつ安定に行うことができるので、産業上、環境保護上非常に有利であり、例えば排水・し尿処理、発電所で発生する排水の処理などに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための装置の一実施の形態を説明する概念図である。
【図２】実施例１の試験結果を示すグラフである。
【図３】実施例２の試験結果を示すグラフである。
【図４】実施例３の試験結果を示すグラフである。
【図５】従来の生物硝化脱窒装置を説明する概念図である。
【符号の説明】
１  原水槽
２  リアクタ
３  送液ポンプ
４  水素供与体貯槽
５  注入ポンプ
５１  硝化槽
５２  脱窒槽
５４  沈澱槽
５５  アルカリタンク
５６  燐酸タンク
５７  水素供与体タンク
５８  排水受槽
５９  原水ポンプ
６０  循環ポンプ
６１  ブロワ
【図１】
0003697037.tif 000004
【図２】
0003697037.tif 000005
【図３】
0003697037.tif 000006
【図４】
0003697037.tif 000007
【図５】
0003697037.tif 000008