(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硝酸カルシウム含有排水に酸を添加して脱窒反応槽にて生物脱窒処理する方法において、該脱窒反応槽の窒素負荷量に応じて前記酸の添加量を制御することを特徴とする生物脱窒処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硝酸カルシウム含有排水の生物脱窒処理に当り、炭酸カルシウムスケールの発生を防止する目的で酸を添加して処理する方法に係り、詳しくは、この方法において必要最少量の酸添加量で炭酸カルシウムスケールの発生を確実に防止して効率的な生物脱窒処理を行う生物脱窒処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学工場や医薬製造工場、その他ステンレス製造工場等から排出される排水には、硝酸を含む酸性排水がある。従来、これらの硝酸含有排水の処理には、消石灰やカセイソーダを用いた中和処理を行った後、生物脱窒処理を行う方式が一般的には採用されている。この中和処理においては、特に中和剤のコスト低減を目的として、安価な消石灰が多く使用されている。中和処理に消石灰を用いた場合、排水中の硝酸は、中和処理後、カルシウムと結合した硝酸カルシウム［Ｃａ（ＮＯ3）2］の形態となっている。この硝酸カルシウムを含む排水を生物脱窒処理すると、脱窒反応槽で発生した重炭酸塩［ＨＣＯ3-］とカルシウムが反応して、炭酸カルシウム［ＣａＣＯ3］を生成し、脱窒反応槽内や配管内のスケール発生源となる。
【０００３】
そこで、従来においては、この炭酸カルシウムのスケールの生成を防止するために、脱窒反応槽内に酸を注入し、炭酸カルシウムを溶解性の塩化カルシウム［ＣａＣｌ2］とすることが一般的に行われている。この場合、酸の添加量の制御手段としては、脱窒反応槽内に設置したｐＨ計と塩酸注入ポンプとを連動し、炭酸カルシウムの発生が少ないｐＨ７以下となるように酸注入量を調整する方法が採られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、多くの場合、脱窒反応槽内に流入する処理対象排水はアルカリ度が高く、このためｐＨ７以下となるように塩酸注入量を調整する従来の制御方法では、多量の酸が必要となる。また、ｐＨ計のセンサー部分に炭酸カルシウムが析出するために、ｐＨ計の誤作動を招き、酸注入量に過不足が生じ、必要以上の酸を注入することで薬剤コストが高騰したり、酸注入量不足で炭酸カルシウムのスケールが発生したりする場合がある。このようなｐＨ計の誤作動を防止するためには、頻繁にｐＨ計のメンテナンスを行うことが必要となる。
【０００５】
本発明は上記従来の問題点を解決し、硝酸カルシウム含有排水の生物脱窒処理に当り、炭酸カルシウムスケールの発生を防止する目的で酸を添加して処理する方法において、必要最少量の酸添加量で炭酸カルシウムスケールの発生を確実に防止して効率的な生物脱窒処理を行うことができる生物脱窒処理方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の生物脱窒処理方法は、硝酸カルシウム含有排水に酸を添加して脱窒反応槽にて生物脱窒処理する方法において、該脱窒反応槽の窒素負荷量に応じて前記酸の添加量を制御することを特徴とする。
【０００７】
一般に、生物脱窒処理においては、処理対象排水中にＢＯＤ源が含まれていない場合や、ＢＯＤ濃度が脱窒反応を行わせるに不足している場合は、補助用脱窒基質として、メタノール等の水素供与体を添加することが行われている。この水素供与体としてメタノールを用い、酸として塩酸を用いた場合の、硝酸カルシウムの脱窒反応は下式に示す通りである。
【０００８】
５ＣＨ3ＯＨ＋３Ｃａ（ＮＯ3）2＋６ＨＣｌ
→５ＣＯ2＋３Ｎ2＋３ＣａＣｌ2＋１３Ｈ2Ｏ
量論的には、３モルの硝酸カルシウムを脱窒するには、５モルのメタノールが必要とされ、中和用に６モルの塩酸が必要である。即ち、窒素１ｋｇの脱窒には、塩酸（純塩酸）は重量比で２．６ｋｇが必要となる（ここで、この窒素１ｋｇの脱窒に必要な純塩酸量を「対窒素塩酸係数」と称す。）。或いは、水素供与体として１ｋｇのメタノールを添加する脱窒反応において、塩酸（純塩酸）は１．３７ｋｇ必要となる（同様に、このメタノール１ｋｇを用いた脱窒に必要な純塩酸量を「対メタノール塩酸係数」と称す。）。
【０００９】
従って、脱窒反応槽に流入する排水の窒素負荷量又は水素供与体としてのメタノール添加量を測定し、窒素負荷量に対窒素塩酸係数を、或いはメタノール添加量に対メタノール塩酸係数を乗じた塩酸量を添加することにより、量論的には排水中のカルシウムを塩化カルシウム［ＣａＣｌ2］として溶解させて炭酸カルシウムの発生を防止することが可能であると考えられる。
【００１０】
しかし、実際の排水中には少量ながらＢＯＤ源が含まれていたり、或いは含有されるＢＯＤ源と窒素との存在割合が変動したりするため、水素供与体としてのメタノールの形態にのみ基いた対メタノール塩酸係数を用いた塩酸添加量の制御では、ＢＯＤ源が排水中には含まれず水素供与体として投入したメタノールのみがＢＯＤ源となる場合以外は対応し得ない。
【００１１】
従って、本発明においては、窒素負荷量に対応した対窒素塩酸係数から塩酸添加量を制御する。
【００１２】
ただし、上記脱窒反応式から求めた対窒素塩酸係数＝２．６は量論的に得られた値であり、実際に適用する係数は、処理対象排水を用いた予備検討から求める必要がある。即ち、実際には、窒素の一部（ないしメタノールの一部）は脱窒汚泥の増殖に用いられるため、窒素１ｋｇの脱窒に必要とされる塩酸量は上記対窒素塩酸係数よりも低くなるため、実制御で用いる対窒素塩酸係数は、予備実験を行うなどして求める必要がある（なお、対メタノール塩酸係数についても同様のことが言える。）。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
本発明の方法は、硝酸カルシウム含有排水に酸を添加して脱窒反応槽で生物脱窒処理するに当り、該脱窒反応槽の窒素負荷量に応じて酸添加量を制御すること以外は通常の処理条件で実施することができる。
【００１５】
実際の処理設備においては、通常、原水である硝酸カルシウム含有排水の窒素濃度及び水量を連続的に測定し、脱窒反応槽への流入窒素負荷量を求め、当該原水を用いて予め行った予備実験で求めた対窒素塩酸係数をこの窒素負荷量に乗じて塩酸添加量を演算し、この結果に基いて塩酸の添加制御を行うことができる。
【００１６】
なお、前述の説明では、水素供与体としてメタノールを例示したが、本発明において、添加する水素供与体としてはメタノールに何ら限定されず、エタノール、酢酸等の従来の生物脱窒処理で用いられている水素供与体であれば適用可能である。このような水素供与体は、脱窒反応槽に直接添加しても良く、また、原水の流入配管に注入して原水と共に脱窒反応槽に導入しても良い。同様に塩酸についても脱窒反応槽に直接添加しても良く、また、硝酸カルシウム含有排水の流入配管に注入しても良い。
【００１７】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００１８】
実施例１
水素供与体としてメタノールを用い、消石灰で中和処理を行っているステンレス製造工場から排出される洗浄排水の生物脱窒処理設備で、本発明の実証確認運転を行った。この洗浄排水は硝酸性窒素濃度が２００〜３５０ｍｇ−Ｎ／Ｌの範囲で変動し、処理設備の脱窒反応槽容量当たりの窒素負荷量は、０．２〜２．４ｋｇ／ｍ3／日の範囲で大幅な変動を生じている。また、脱窒反応槽に流入する中和処理液のカルシウム濃度は３００〜６００ｍｇ／Ｌの範囲で変動している。
【００１９】
同排水を用いた予備脱窒試験の結果から、排水中のカルシウムを塩化カルシウムとするための塩酸量は、窒素負荷量に対して純塩酸として重量比で２．３（即ち、対窒素塩酸係数＝２．３）であった（これは、比重１．１８の３５％塩酸として窒素１ｋｇに対し５．６Ｌに相当する。）。
【００２０】
この予備試験から得られた対窒素塩酸係数＝２．３を用い、窒素負荷量から求めた塩酸投入量を実際に脱窒反応槽に投入する方式で運転を行った。即ち、原水流量と８分間隔で測定した窒素濃度とから窒素負荷量を求め、この窒素負荷量をシーケンサーに取り込み、この窒素負荷量に予備試験から得た対窒素塩酸係数＝２．３を乗じて塩酸投入量を演算し、この演算結果に基いて塩酸投入ポンプの回転数を制御することにより、塩酸の投入制御を行った。
【００２１】
その結果、１日の３５％塩酸の平均投入量は、排水１ｍ3当たり１．７３Ｌとなった。この運転時の平均窒素負荷量は１．３ｋｇ／ｍ3／日、原水の平均窒素濃度は３１０ｍｇ／Ｌであり、処理水の窒素濃度は１ｍｇ／Ｌ以下であった。また、原水の平均カルシウム濃度は４３０ｍｇ／Ｌ、処理水中のカルシウム濃度は４２１ｍｇ／Ｌであった。このカルシウム収支からカルシウムの多くは塩化カルシウムとして溶解し、炭酸カルシウムとして析出しているカルシウムはわずかであると予想された。脱窒反応槽内のｐＨは７．３〜７．５の範囲であった。
【００２２】
比較例１
実施例１と同一の生物脱窒処理設備において、同等の原水水質及び負荷量で運転を行う場合において、従来のｐＨ計に基づく塩酸投入量の制御により、脱窒反応槽内のｐＨが７．２〜７．３となるようにｐＨ計と連動する塩酸投入ポンプで塩酸投入量を制御したところ、１日の３５％塩酸の投入量は、排水１ｍ3当たり２．０〜２．５Ｌとなった。
【００２３】
実施例１及び比較例１から、窒素負荷量に対応して塩酸投入量を制御することにより、従来のｐＨ計による塩酸投入量制御の場合に比べて、使用する塩酸量を１４〜３０％低減できることが確認された。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の生物脱窒処理方法によれば、窒素負荷量に基いて適正な塩酸投入量制御を行うことができるため、
▲１▼  従来のｐＨ計に基づく塩酸投入量制御に比べて、使用する塩酸量を大幅に低減できる。
▲２▼  ｐＨ計のメンテナンスの問題が解消され、また、ｐＨ計の誤作動による塩酸投入量の過不足の問題もなくなる。
▲３▼  炭酸カルシウムスケールの発生を確実に防止することができる。
▲４▼  既設の装置にも、簡易な演算設備、窒素負荷量測定装置、塩酸投入ポンプの制御装置を設置することで容易に適用可能である。
といった効果が奏され、安定かつ効率的な生物脱窒処理を行える。