(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物と還元性窒素を含む廃水を嫌気槽と好気槽により循環処理した後に最終沈澱処理する活性汚泥循環変法による廃水の窒素除去方法において、 固形物滞留時間を管理すると共に、嫌気槽の酸化還元電位を脱窒反応に適した０ｍＶ〜−３００ｍＶ（Ａｇ／ＡｇＣｌ基準）に維持するように、嫌気槽を曝気および／または表面攪拌し、好気槽の溶存酸素を＋２ｍｇ／Ｌ以上かつ好気槽の酸化還元電位を＋５０ｍＶ〜＋２００ｍＶ（Ａｇ／ＡｇＣｌ基準）に維持するように、好気槽を曝気および／または表面攪拌することを特徴とする活性汚泥循環変法による廃水の窒素除去方法。
【請求項２】
嫌気槽の酸化還元電位を−１００ｍＶ〜−２００ｍＶ（Ａｇ／ＡｇＣｌ基準）に維持するように、嫌気槽を曝気および／または表面攪拌することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
水温１５℃以上で、固形物滞留時間を５日以上とすることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
活性汚泥用固定化担体を好気槽および／または嫌気槽に添加することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機物と還元性窒素を含む廃水を嫌気槽（脱窒槽）と好気槽（硝化槽）により循環処理した後に最終沈澱処理する活性汚泥循環変法により廃水中の窒素を除去する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、活性汚泥循環変法による廃水の窒素除去においては、固形物滞留時間（ＳＲＴ：Sludge Retention Time)および硝化槽の溶存酸素（ＤＯ：Disolved Oxygen)の管理により、窒素を安定して除去し、良好な処理水質を維持できるとされていた。
【０００３】
すなわち、嫌気槽と好気槽で構成される反応タンク内での固形物滞留時間（ＳＲＴ）を長くとれば、水温が低い期間でも硝化細菌の増殖が進みアンモニアの硝化が起こり易い。また、硝化が進んで硝酸や亜硝酸を含む活性汚泥混合液を、炭素系有機物が存在する条件下で溶存酸素（ＤＯ）の無い状態に保てば、脱窒細菌が働き窒素除去が進行する。
【０００４】
上記従来の方法は、主として都市廃水を処理対象としており、その限りにおいては良好な処理水質が得られていた。
しかし、本発明者が検討を行った結果、工場廃水、工場廃水が流入する都市下水、汚泥脱離液などを処理対象とした場合、都市下水と比較して窒素分や有機物濃度が高いため、固形物滞留時間ＳＲＴと溶存酸素ＤＯを管理する従来の方法では十分な窒素除去を行えないことが分かった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、窒素分濃度と有機物濃度が高い廃水でも十分な窒素除去を行うことができる、活性汚泥循環変法による廃水の窒素除去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】
上記の目的は、本発明によれば、有機物と還元性窒素を含む廃水を嫌気槽と好気槽により循環処理した後に最終沈澱処理する活性汚泥循環変法による廃水の窒素除去方法において、固形物滞留時間を管理すると共に、嫌気槽の酸化還元電位を脱窒反応に適した０ｍＶ〜−３００ｍＶ（Ａｇ／ＡｇＣｌ基準）に維持するように、嫌気槽を爆気および／または表面攪拌し、好気槽の溶存酸素を＋２ｍｇ／Ｌ以上かつ好気槽の酸化還元電位を＋５０ｍＶ〜＋２００ｍＶ（Ａｇ／ＡｇＣｌ基準）に維持するように、好気槽を曝気および／または表面攪拌することを特徴とする活性汚泥循環変法による廃水の窒素除去方法によって達成される。
【０００７】
本発明は、本発明者が新規に見出した下記の原理に基づいている。
すなわち、嫌気槽の酸化還元電位（ＯＲＰ：Oxidation Reduction Potential ）が低下し過ぎると、好気槽でいくら曝気しても好気槽のＯＲＰは上昇せず、好気槽内で硝化反応が進行せず、結局嫌気槽内での脱窒反応への反応物質の供給がなされないため、窒素除去が行われない。従来の知見では、好気槽のＤＯを２ｍｇ／Ｌ以上に保てば硝化反応が進むとされており、嫌気槽の嫌気度が硝化細菌に与える影響が無視されてきた。
【０００８】
これは、嫌気槽の嫌気度が大き過ぎると、好気槽から嫌気槽に循環してきた活性汚泥中の硝化細菌の活性が低下してしまい、好気槽での硝化反応が進行しなくなるためである。
そこで、本発明の方法においては、嫌気槽の酸化還元電位（ＯＲＰ）を適度な範囲に制御することにより、硝化細菌の活性を維持し、好気槽での硝化反応の進行を確保する。
【０００９】
従来の方法では固形物滞留時間ＳＲＴと硝化槽の溶存酸素ＤＯを管理していた。これに対して、本発明の方法では固形物滞留時間ＳＲＴと酸化還元電位ＯＲＰを管理するが、これに加えて更に好気槽の溶存酸素ＤＯも管理するようにしてもよい。
従来から知られているように、好気槽での硝化反応は下記式（１）（２）によりアンモニアが亜硝酸へ、亜硝酸が硝酸へ酸化される過程で代表され、嫌気槽での脱窒反応は下記式（３）（４）（５）により硝酸が亜硝酸へ、亜硝酸および硝酸が窒素ガスへ還元される過程で代表される。
【００１０】
〔好気槽での硝化反応〕
ＮＨ４＋＋（３／２）Ｏ２→ＮＯ２−＋Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋・・・(1)
ＮＯ２−＋（１／２）Ｏ２→ＮＯ３−・・・・・・・・・・・(2)
〔嫌気槽での脱窒反応〕
２ＮＯ３−＋２（Ｈ２）→２ＮＯ２−＋２Ｈ２Ｏ・・・・・・(3)
２ＮＯ２−＋３（Ｈ２）→Ｎ２＋２ＯＨ−＋２Ｈ２Ｏ・・・・(4)
２ＮＯ３−＋５（Ｈ２）→Ｎ２＋２ＯＨ−＋４Ｈ２Ｏ・・・・(5)
好気槽の溶存酸素ＤＯは基本的には硝化細菌の活性すなわち硝化反応の反応速度の指標であり、これに対して嫌気槽の酸化還元電位ＯＲＰは処理水中の酸化物質と還元物質の比すなわち嫌気槽での脱窒反応の平衡の位置を示す指標である。現実に起こり得る好気槽の溶存酸素ＤＯと嫌気槽の酸化還元電位ＯＲＰとの対応関係には、下記の４通りの場合がある。
【００１１】
まず、好気槽の溶存酸素ＤＯが高く、嫌気槽の酸化還元電位ＯＲＰが０〜−３００ｍＶの嫌気度の場合は、好気槽で十分な量の溶存酸素ＤＯの存在により硝化細菌の活性が高く硝化反応が十分に進行し、同時に嫌気槽での脱窒反応も十分に進行している。すなわち、好気槽での硝化反応が十分進行していることによりアンモニアの酸化による亜硝酸および硝酸が十分に生成しており、嫌気槽での脱窒反応へ反応物質が十分に供給され平衡の位置が反応物質側（上記式(3) 〜(5) で左側）ではなく生成物質側（右）へ寄っている。この場合は、十分に窒素除去された良好な処理水質が得られる。この良好な処理水質に対して、好気槽の溶存酸素ＤＯが高いことと嫌気槽の酸化還元電位ＯＲＰが０〜−３００ｍＶの範囲にあることが、正しく対応している。
【００１２】
次に、好気槽の溶存酸素ＤＯは高いが、嫌気槽の酸化還元電位ＯＲＰが−３００ｍＶ以下までの嫌気度に低下した場合、好気槽で十分な溶存酸素ＤＯが存在するにも係わらず、前記のように嫌気槽通過中に嫌気度が大きすぎて硝化細菌の活性が低下する等、溶存酸素ＤＯ以外の要因で硝化細菌の活性が低下し好気槽での硝化反応が進行しておらず、その結果、嫌気槽での脱窒反応も反応物質の不足により進行していない。すなわち、硝化反応の平衡（上記式（１））が生成物質側（右）ではなく反応物質側（左）に寄っている。結局この場合には、窒素除去が十分に行われず処理水質が悪化する。この処理水質の悪化に対して、好気槽の溶存酸素ＤＯが高いことは正しく対応していない。嫌気槽の酸化還元電位ＯＲＰが低すぎることが正しく対応している。
【００１３】
さらに好気槽のＤＯが高く、しかも嫌気槽のＯＲＰが０ｍＶ以上となる場合がある。これは都市下水などに雨水が混入する場合などに見られる。この場合、ＳＲＴが５日以上あれば硝化反応（１），（２）は進行するが、脱窒反応（３）（４）（５）は進行しにくい。この処理水質の悪化に対しては、嫌気槽のＯＲＰが高すぎることが対応している。好気槽のＤＯが高いことは正しく対応していない。
【００１４】
最後に、好気槽の溶存酸素ＤＯが低い場合には硝化反応および有機物の分解も進行しないので、嫌気槽の脱窒反応への反応物質の供給も無く、酸化還元電位ＯＲＰも必然的に低くなる。この場合は、処理水質は当然悪化する。この処理水質の悪化に対して、好気槽の溶存酸素ＤＯが低いことと嫌気槽の酸化還元電位ＯＲＰが低すぎることは、いずれも正しく対応している。
【００１５】
上記第２、第３の場合のように、好気槽の溶存酸素ＤＯが高くても、溶存酸素ＤＯ以外の要因によって硝化細菌の活性が低下し硝化反応が進行しない場合があるため、従来のように固形物滞留時間ＳＲＴと好気槽の溶存酸素ＤＯのみの管理では、処理水質を正確に制御できない。
これに対して本発明においては、固形物滞留時間ＳＲＴと嫌気槽の酸化還元電位ＯＲＰとを適当な範囲に管理するので、酸化還元電位ＯＲＰにより処理水質を直接監視し正確に制御することができる。
【００１６】
特に、都市廃水に比べて窒素分の濃度が高い工業廃水を処理する場合には、嫌気槽の嫌気度が大きくなり易く、その結果、嫌気槽通過中に硝化細菌の活性が低下し、好気槽の溶存酸素ＤＯが高くても、硝化反応が進行せず処理水質が悪化する場合がある。好気槽の溶存酸素ＤＯを管理指標とする従来の方法ではこの場合に正確に対処して良好な水質を得ることができないが、本発明の方法では嫌気槽の酸化還元電位ＯＲＰの制御により常に安定して十分に窒素除去を行い良好な処理水質を得ることができる。
【００１７】
このように嫌気槽の酸化還元電位ＯＲＰを制御することの必要性は、窒素分濃度が比較的低い都市廃水を前提としていた従来の方法では見逃されてきた新たな視点である。
より具体的には、嫌気槽の酸化還元電位ＯＲＰを脱窒反応に適した０ｍＶ〜−３００ｍＶ（Ａｇ／ＡｇＣｌ基準。以下、酸化還元電位ＯＲＰについては全て同様。）、より厳密には−１００〜−２００ｍＶに維持するように、嫌気槽を曝気および／または表面攪拌することが望ましい。嫌気槽の脱窒反応を進行させるために必要な嫌気状態を確保するには酸化還元電位ＯＲＰを０ｍＶ以下にすることが望ましい。これは脱窒細菌は嫌気状態はもちろん、好気状態でも増殖し得る通性細菌であり、好気状態では亜硝酸および硝酸から酸素を奪うよりも外囲環境から酸素を奪うようになり、脱窒反応が進行しないためである。
【００１８】
嫌気槽通過中に硝化細菌の活性が低下し過ぎないようにするためには嫌気槽の酸化還元電位ＯＲＰを−３００ｍＶ以上にすることが望ましい。−３００ｍＶ以下になるとＨ2 Ｓの発生等により、硝化菌が阻害を受けると思われる。
嫌気槽の酸化還元電位ＯＲＰを脱窒反応に適した範囲に制御するのと併せて、好気槽の酸化還元電位ＯＲＰも硝化反応に適した範囲に制御することが望ましい。その場合は、好気槽の酸化還元電位ＯＲＰを硝化反応に適した＋５０ｍＶ〜＋２００ｍＶに維持するように、好気槽を曝気および／または表面攪拌することが望ましい。酸化還元電位ＯＲＰを＋５０ｍＶ以上とすることにより、硝化反応が進行する。特に上限はないが、＋２００ｍＶ以上より高くしても、硝化反応の進行が更に促進されることはなく、余分な曝気あるいは表面攪拌が無駄になる。
【００１９】
また、固形物滞留時間ＳＲＴおよび嫌気槽の酸化還元電位ＯＲＰの管理と併せて、従来のように好気槽の溶存酸素ＤＯ管理を行うことも望ましい。酸化還元電位ＯＲＰにより処理水質を直接監視することができるが、酸化還元電位ＯＲＰが低下し処理水質が悪化した際に、好気槽の溶存酸素ＤＯも監視していれば、水質悪化の原因が好気槽の溶存酸素ＤＯであるか否かが直ちに分かる。好気槽の溶存酸素ＤＯも管理する場合には、好気槽の溶存酸素ＤＯを＋２ｍｇ／Ｌ以上に維持するように、好気槽を曝気および／または表面攪拌することが望ましい。
【００２０】
本発明の方法によれば、水温が１５℃以上の場合、十分に窒素除去を行い良好な処理水質を得るには、固形物滞留時間ＳＲＴは５日以上とれば十分である。
さらに、処理効率を上昇させるために、好気槽および／または嫌気槽に、ウレタンフォーム担体、プラスチックス担体、ポリアクリルアミドなどのゲル担体などの浮遊担体を添加しても、かまわない。槽容量あたり１０〜２０Ｖ／Ｖ％添加することにより、効率を２０〜４０％向上できる。高炉水砕スラグや砂などの無機系単体を１〜５Ｗ／Ｖ％添加しても効率を向上できる。
【００２１】
【実施例】
〔実施例１〕
図１に、本発明の活性汚泥循環変法による窒素除去方法を行う廃水処理装置の配置例を模式的に示す。有機物と還元性窒素を含む廃水が同図の左端から嫌気槽に流入し、更に嫌気槽から好気槽に移動し、好気槽で生成した硝化液は嫌気槽へ循環する。嫌気槽と好気槽により循環処理した後に最終沈澱池で沈澱処理され、処理水として図の右端から排出される。
【００２２】
図１の装置により特に窒素分の多い皮革工場の廃水を下記条件で処理した。
〔廃水〕（平均値。単位：ｍｇ／Ｌ）
ｐＨ      ：８．９
ＢＯＤ    ：８５３
ＣＯＤ    ：５８０
Ｓ−ＣＯＤ：４０８
ＴＯＣ    ：４０５
ＳＳ      ：５０６
Ｍ−Ａｌｋ：３７９
Ｔ−Ｎ    ：２４７
Ｋ−Ｎ    ：２４７
ＮＨ4 −Ｎ：８９
ＮＯ2 −Ｎ：０．２０
ＮＯ3 −Ｎ：０．１８
0003639679.tif 000002
（注）嫌気槽のＯＲＰ制御は曝気により実施。曝気には、基準として空気を、補助として純酸素を用いた。
【００２３】
得られた処理結果を図２に示す。図中、白抜きのプロットは嫌気槽の曝気を行わず酸化還元電位ＯＲＰを無制御とした場合の結果であり、黒塗りのプロットは嫌気槽の曝気を行って酸化還元電位ＯＲＰを−２００ｍＶに制御した場合の結果である。
まず、従来のように嫌気槽の酸化還元電位ＯＲＰを制御しない場合（白抜きプロット）は、固形物滞留時間ＳＲＴを５７日までとってもＴ−Ｎ除去率は５０％に達せず、良好な処理水質が得られない。この場合、嫌気槽の酸化還元電位ＯＲＰは−３００〜−４００ｍＶまで低下しており、好気槽は、酸素で曝気して溶存酸素ＤＯが１０ｍｇ／Ｌ以上あるにもかかわらず酸化還元電位ＯＲＰが上昇せず０ｍＶ以下であった。
【００２４】
これに対して、本発明により嫌気槽の酸化還元電位ＯＲＰを−２００ｍＶに制御した場合（黒塗りプロット）は、固形物滞留時間ＳＲＴが５日以上の全実験範囲でＴ−Ｎ除去率は常に安定して約８５％に達しており、良好な処理水質が得られた。この場合、好気槽の酸化還元電位ＯＲＰは＋３０ｍＶ以上に維持されていた。
〔実施例２〕
実施例１と同様の廃水処理を行った。図３に、処理開始後の経過日数に対して、処理水中の窒素濃度の変化と嫌気槽および好気槽の酸化還元電位ＯＲＰの変化を示す。ただし、処理開始後２０日目までは嫌気槽の曝気による酸化還元電位ＯＲＰ制御なし、２０日目以降は嫌気槽の曝気により酸化還元電位ＯＲＰを−２００ｍＶに制御した。
【００２５】
嫌気槽の曝気なしの最初の処理期間は、アンモニア性窒素ＮＨ4 −Ｎも総窒素Ｔ−Ｎともに処理前の廃水と同等の高い水準のままであり、窒素除去が有効に行われていない。この期間は、好気槽の酸化還元電位ＯＲＰも、現実には設定値の＋５０ｍＶにすることができず、０ｍＶ以下に低迷したままである。好気槽での硝化が進行しないため、亜硝酸性窒素ＮＯ2 −Ｎおよび硝酸性窒素ＮＯ3 −Ｎが低レベルで推移している。
【００２６】
これに対して、嫌気槽を曝気して酸化還元電位ＯＲＰの制御を開始し、−２００ｍＶに制御すると、処理水のＮＨ4 −Ｎは急激に低下して実質的に０となった。この期間は、好気槽の酸化還元電位ＯＲＰも設定どおり＋５０ｍＶに制御できている。硝化槽での硝化の進行により、亜硝酸性窒素ＮＯ2 −Ｎおよび硝酸性窒素ＮＯ3 −Ｎが高レベルで推移している。
【００２７】
このように嫌気槽を曝気して酸化還元電位ＯＲＰを適正値に制御することにより、好気槽の酸化還元電位ＯＲＰも適正値に制御可能になり、十分に窒素除去することができる。
〔実施例３〕
実施例１と同様の廃水処理を行った。図４に、好気槽の酸化還元電位ＯＲＰと処理水の窒素濃度との関係を示す。
【００２８】
嫌気槽の曝気をしないと、前記のように酸化還元電位ＯＲＰが−３００〜−４００ｍＶ程度に低下し、好気槽の酸化還元電位ＯＲＰも０ｍＶ以下（負の値）から上昇することができず、同図に示したようにアンモニア性窒素ＮＨ4 −Ｎが非常に高いレベルで残存しており、亜硝酸性窒素ＮＯ2 −Ｎおよび硝酸性窒素ＮＯ3 −Ｎも低レベルにあり、好気槽での硝化および嫌気槽での脱窒が効果的に進行していない。
【００２９】
嫌気槽の曝気を行い酸化還元電位ＯＲＰを−２００ｍＶに制御すると、好気槽の酸化還元電位ＯＲＰを＋３０ｍＶ以上に上昇させることができるようになり、同図に示したようにアンモニア性窒素ＮＨ4 −Ｎが消失し、亜硝酸性窒素ＮＯ2 −Ｎおよび硝酸性窒素ＮＯ3 −Ｎも高レベルに上昇しており、好気槽での硝化および嫌気槽での脱窒が共に順調に進行している。
【００３０】
好気槽の硝化反応を安定に進行させるには、好気槽の酸化還元電位ＯＲＰが＋５０ｍＶ以上とすることが望ましい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の活性汚泥循環変法による廃水の窒素除去方法によれば、窒素分濃度の高い廃水でも十分に窒素除去を行うことができる。特に低水温期においてはその効果が顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の方法を行うための装置の配置例を示す模式図である。
【図２】図２は、嫌気槽の酸化還元電位ＯＲＰを本発明により制御した場合と、従来のように制御なしの場合について、種々の固形物滞留時間ＳＲＴに対する総窒素Ｔ−Ｎ除去率との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、従来のように嫌気槽の曝気なしの期間と、その後に本発明により嫌気槽を曝気して酸化還元電位ＯＲＰを制御した期間とについて、廃水処理開始からの経過日数と、処理水の窒素濃度および好気槽・嫌気槽の酸化還元電位ＯＲＰとの関係を示すグラフである。
【図４】図４は、従来のように嫌気槽の曝気なしの場合と、本発明により嫌気槽を曝気して酸化還元電位ＯＲＰを制御した場合とを含めて、好気槽の酸化還元電位ＯＲＰと処理水の窒素濃度との関係を示すグラフである。
【図１】
0003639679.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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