(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一槽において、槽内の一部が隔壁により、槽内の底部から曝気してエアリフト循還流を形成する曝気部と非曝気部に仕切られており、投入される有機物性窒素化合物を含有する被処理液に対し、仕切られた該曝気部と該非曝気部との間を双方向で流動させる工程と、該曝気部にて硝化を行う好気工程と、該非曝気部にて脱窒を行う嫌気工程と、該単一槽からの流出液を膜分離装置に導入して、分離液を処理液として取出し、濃縮汚泥を該単一槽に返送する工程とを含んでなることを特徴とする生物学的窒素除去方法。
【請求項２】
前記非曝気部に、前記被処理液または有機炭素源もしくはその両方を注入することを特徴とする請求項１に記載の生物学的窒素除去方法。
【請求項３】
前記被処理液が、連続的に投入されることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の生物学的窒素除去方法。
【請求項４】
前記有機炭素源が、メタノールであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の生物学的窒素除去方法。
【請求項５】
前記非曝気部に、溶存酸素測定計あるいは酸化還元電位測定計もしくはその両方を設置し、その測定値に基づいて有機炭素源注入量を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の生物学的窒素除去方法。
【請求項６】
前記曝気部の液流出部に、酸化態窒素濃度測定計を設置し、その測定値に基づいて有機炭素源注入量を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の生物学的窒素除去方法。
【請求項７】
前記非曝気部の上部に、溶存酸素測定計または酸化還元電位測定計もしくはその両方を設置し、その測定値に基づいて曝気部の酸素供給量を制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の生物学的窒素除去方法。
【請求項８】
前記曝気部に、アンモニア性窒素濃度測定計を設置し、その測定値に基づいて酸素供給量を制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の生物学的窒素除去方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、有機物性窒素化合物を含む有機性廃水の生物学的窒素除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機物性窒素化合物を含む有機性廃水の処理方法として生物脱窒法が知られている。それは、曝気で作った好気雰囲気下、被処理廃水に含まれているアンモニア性窒素を硝化菌の作用により、亜硝酸性窒素または硝酸性窒素に酸化する硝化反応と、かかる亜硝酸性窒素または硝酸性窒素を脱窒菌の作用下により、嫌気雰囲気下窒素ガスに還元する脱窒反応によって行われる。この生物脱窒法の重要な役割を担っているのは硝化菌と脱窒菌であるが、これらの菌が機能するためには、炭素源が必要とされている。
【０００３】
この生物窒素除去法の脱窒反応においては、一般的に下記式１と２の反応が考えられる。
ＮＯ2-＋３（Ｈ2）→Ｎ2＋２ＯＨ-＋２Ｈ2Ｏ          （１）
２ＮＯ3-＋５（Ｈ2）→Ｎ2＋２ＯＨ-＋４Ｈ2Ｏ          （２）
ここで、（Ｈ2）として原液中のＢＯＤ成分中に含まれるものを極力利用することが望ましい。亜硝酸性窒素に比べると安定性の高い硝酸性窒素の脱窒反応には、脱窒する窒素量に対してより高い（Ｈ2）量、すなわち、ＢＯＤ成分の量が必要となる。
【０００４】
従来の方法では、好気雰囲気下の硝化反応と、嫌気雰囲気下の脱窒反応とは、硝化槽と脱窒槽において別々に行っていた。この場合、かかる曝気硝化槽における好気雰囲気下での硝化反応においては、流入するアンモニア性窒素を確実に硝酸性窒素まで硝化してしまうので、脱窒反応ではより多くのＢＯＤ成分が必要となる。
【０００５】
また、上記通りに、脱窒槽における脱窒反応においてのＢＯＤ／Ｔ−Ｎが３以上であることが必要となることから、ＢＯＤ成分の濃度が低い被処理廃水を処理するためには、主に脱窒槽に炭素源を補うメタノール等を添加しなければならない。しかし、このコストは極めて負担が大きいものである。
この様に、従来技術では脱窒反応でＢＯＤ成分の濃度を確保することが困難であるため、脱窒機能が低下あるいは不安定化する、もしくは処理コストが嵩むという問題があった。
【０００６】
そこで、考案されたのは、図４示す有機性窒素化合物を比較的高濃度で含む廃水を処理する方法がある。この方法では、完全混合型の反応槽２１で、高い活性汚泥濃度・容積負荷に設定した、ＢＯＤ成分を含んだ被処理廃水２８を間欠投入することと、曝気空気量を過不足ないように制御することにより、アンモニア性窒素の硝化を亜硝酸性窒素までで止めると共に、単一の反応槽で硝化反応と脱窒反応とを同時に行い、反応効率を高める処理方法である。
【０００７】
この方法では、被処理廃水を間欠投入するにより、被処理廃水の投入時には、かかる廃水の高い酸素消費活性を利用することにより槽内を比較的嫌気状態にして脱窒反応が卓越する時間帯を確保し、投入停止時には、槽内を比較的好気状態に維持し硝化反応が卓越する時間帯を確保することができるためである。
【０００８】
さらに、溶存酸素濃度を必要以上に高くしない様にするために、曝気空気量を過不足ないように制御することで、曝気を行いつつ嫌気環境をつくり、高い脱窒機能を維持する。よって、この間欠曝気槽で行う硝化・脱窒方法では、プロセスを簡易化でき、かつ、ｐＨ調整用アルカリや炭素源用メタノールなどの薬品の使用量を少なくするという基本的利点がある。
【０００９】
しかしながら、この方法では、被処理廃水の濃度が低下した場合には、被処理廃水の間欠投入間隔や活性汚泥濃度、曝気空気量などを再検討して運転条件を適正化することで対処しているが、このような運転条件の適正化によっても十分な脱窒機能が得られず、安定しない場合もある。
【００１０】
また、曝気を行いながら高い脱窒機能を維持するためには、曝気状態でも反応槽内に安定した嫌気部分を確実に形成する必要がある。原液濃度が高い場合は、活性汚泥フロック内部に十分な安定嫌気部が形成されるが、原液濃度が低下した場合は反応槽単位容積当りの酸素消費速度が低下するため活性汚泥フロック内の酸素濃度勾配が小さくなりフロック内部に十分な安定嫌気部が形成されない問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、被処理廃水の濃度が低くても、煩雑な間欠投入または精密曝気の制御がなくても、連続的に被処理廃水を投入しても、単一反応槽内に十分な安定嫌気部を形成できる、かつ、高効率かつ安定な脱窒機能を維持できる生物学的窒素除去方法の提供が課題として残っている。
【００１２】
【課題を解決する手段】
上記課題は、単一槽において、槽内の一部が隔壁により、曝気してエアリフト循還流を形成する曝気部と非曝気部に仕切られており、投入される有機物性窒素化合物を含有する被処理液に対し、仕切られた該曝気部と該非曝気部との間を双方向で流動させる工程と、該曝気部にて硝化を行う好気工程と、該非曝気部にて脱窒を行う嫌気工程とを含んでなることを特徴とする生物学的窒素除去方法によって解決される。
【００１３】
本発明の対象となる被処理廃水は、有機物性窒素化合物を含有する廃水全般を含み、とくに有機物性窒素化合物の濃度が１０００ｐｐｍ以上である高濃度の廃水が好ましい。例えば、し尿、浄化槽汚泥、家畜糞尿、水産加工廃水などである。
【００１４】
本発明に用いる単一槽においては、硝化反応においてアンモニア性窒素の酸化をＮＯ2−Ｎに止めることで、後の脱窒反応において必要とするＢＯＤ成分の濃度を抑えることができるため、空気の量を極力抑え、酸素の溶解効率を向上させるには、その単一槽を深層化することが好ましい。たとえば、その深さが１０ｍ程度で十分な機能が期待できる。
【００１５】
また、本発明の単一槽に設けられる隔壁は、かかる槽を完全に２つに仕切ってはならない。被処理廃水が双方向に流動できるように、かかる単一槽を２つのゾーンに分けることが必要である。つまり、かかる隔壁により、該単一槽を被処理廃水が双方向に流動できる、曝気してエアリフト循還流を形成できる曝気部と、非曝気部とに分けることである。
【００１６】
また、エアを送り込む装置、例えば、曝気装置を曝気部に設けることが好ましく、特に、曝気循環部の底に設けることが好ましい。このによって、被処理廃水を曝気装置によって起こした上昇するエアリフトに乗せ、曝気部から非曝気部に流しこみ、さらに曝気部までに流して循環流を作り出すことができる。
【００１７】
本発明の単一槽に、例えば上記の循環流が生じると共に、曝気部においては、好気環境をつくり、非曝気部においては、嫌気環境をつくることができ、さらにそれぞれの部間の移動が速やかなため、曝気部にて発生した亜硝酸性窒素が硝酸性窒素まで硝化されるまで脱窒することを可能にできる。また、曝気部への酸素供給は、空気、純酸素もしくは高濃度酸素ガスのいずれでもよい。
【００１８】
また、嫌気雰囲気下での脱窒反応において高濃度のＢＯＤ成分が必要のため、被処理廃液の導入を単一槽の非曝気部に配置することが好ましい。かかる被処理廃水の投入法は、連続でも、間欠でもよく、とくに限定されるものではないが、本発明では、連続投入することが好ましい。また、上記循環流を確保するために、単一槽を左右に仕切る隔壁の上部と下部に空隙、或いは、穴を設けることが好ましい。
【００１９】
また、上記循環流における被処理廃水の状態を正確に把握するために、所要な場所に溶存酸素計や酸化還元電位計、酸化態窒素濃度測定計、アンモニア性窒素濃度測定計等を適宜に単一槽に設けることができる。
【００２０】
また、上記単一槽からの流出液は、単一槽に接続している個液分離槽に導入され、固液分離手段により固液分離し、分離液を処理液として取出し、濃縮汚泥を単一槽に返送する。単一槽において高負荷で処理を行う場合、活性汚泥濃度を高く維持する必要があり、このような高汚泥濃度の流出液は沈降分離では分離困難であるが、膜分離装置を用いることにより固液分離が可能である。
【００２１】
【発明の実施の態様】
以下添付図面に従って、本発明にかかる生物学的窒素除去方法の好ましい実施形態について詳述するが、それに限るものではない。
本願発明の第１の実施態様において、図１に示すように、エアリフト反応槽、曝気装置、隔壁、ブロワと固液分離槽等で構成されている。
【００２２】
この実施態様では、エアリフト反応槽１に設けた隔壁４により、エアリフト反応槽の内部に、大きな溶存酸素濃度勾配を発生させ、好気ゾーン６（曝気部：硝化反応卓越）と嫌気ゾーン５（非曝気部：脱窒反応卓越）を確実に存在させ、かつ、両者の中間に微好気ゾーンを存在させることができる。その結果、好気ゾーンでは溶存酸素濃度（ＤＯ）と酸化還元電位（ＯＲＰ）がともに正であり、嫌気ゾーンではそれらの濃度がともに負であり、中間の微好気ゾーンでは、ＤＯが正で、ＯＲＰが負である。
【００２３】
このようにして、エアリフト反応槽の内部に明確な好気ゾーン・嫌気ゾーンを形成することにより、活性汚泥フロック内部に十分な嫌気部が形成されなくても曝気状態で高い脱窒機能を維持することができる。
また、本実施態様において、被処理廃水の濃度および液性に合わせて、隔壁の長さ、設置位置、曝気空気量、被処理廃水の投入位置などの基本諸元を最適化すること、及び、エアリフト循環流量で槽内混合状態を調整することにより、最大限の効果をあげることができる。さらに、被処理廃水の投入は連続でも間欠でもよい。
【００２４】
本発明の第２の実施態様は、図２に示すように、非曝気部にメタノールなど脱窒反応の有機炭素源となる有機物を注入する処理方法である。これは、被処理廃水中の有機物濃度が大幅に低下した場合に、化学量論関係からどうしても外部注入する必要がある。
ここで使用する有機炭素源となる有機物とは、比較的生物易分解性の有機物で、例えば、メタノール、エタノール、酢酸などであり、純物質（薬品）でも何らかの廃水・排水に含有される形でも実質的に注入できればよい。
また、その注入位置を非曝気部規定することが好ましく、その注入方法は連続でも間欠でもよい。これにより許容範囲を満たなく、低濃度の被処理廃水に対しても高効率かつ安定な脱窒機能を維持できる。
【００２５】
本発明の第３の実施態様は、図３に示すように、実施態様２において、さらに、非曝気部の所定位置に溶存酸素測定計あるいは酸化還元電位測定計若しくはその両方を設置し、その測定値に基づいて有機炭素源注入量を制御する処理方法である。
【００２６】
その設置する位置は対象液によって異なるが、適正に溶存酸素等の測定ができる位置であれば足りる。
これにより、被処理廃水の濃度が許容範囲を越えたり、満たさなかったり、変動しても、過不足のない有機炭素源の注入を可能とする制御で、安定した脱窒機能を維持し、過剰注入を抑えた運転経費の低い処理方法を提供することができる。
【００２７】
本発明の第４の実施態様は、実施態様２において、さらに、曝気部の液流出部８の近傍に酸化態窒素濃度測定計を設置し、その測定値に基づいて有機炭素源注入量を制御する処理方法である。
これにより、エアリフト反応槽から流出した未分解の残留酸化態窒素の量を検出して、その測定値に基づいて直接的に有機炭素源量を制御することで、より安定した脱窒機能と最適化した有機炭素源の使用量を具備した処理方法を提供できる。
【００２８】
本発明の第５の実施態様は、非曝気部の上部に溶存酸素測定計及び酸化還元電位測定計を設置し、その測定値に基づいて曝気部の酸素供給量を制御する処理方法である。
これは、硝化反応と脱窒反応がほぼ完全に同時進行する、非曝気部の上部の微好気ゾーンにおける指標として溶存酸素と酸化還元電位を測定することにより、両者の測定値を総合的に評価することで両反応の高効率かつ安定に行うことを可能とする。
【００２９】
本発明の第６の実施態様は、曝気部にアンモニア性窒素濃度測定計を設置し、その測定値に基づいて酸素供給量を制御する処理方法である。
これにより、未反応で流出するアンモニア性窒素を測定し酸素供給量を制御することで直接的な曝気部において硝化反応を卓越し、硝化機能を高めることができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、被処理廃水の濃度が低下しても高効率かる安定な脱窒機能を維持することが可能である。かかる被処理廃水を連続して投入することができるので、従来のような間欠投入や精密な曝気制御を行わなくても高い効率の窒素除去を維持することができ、運転操作が大幅に簡易化する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施態様１の概念図である。
【図２】  本発明の実施態様２の概念図である。
【図３】  本発明の実施態様３の概念図である。
【図４】  従来の間欠曝気槽の概念図である。
【符号の説明】
１ エアリフト反応槽
２ 曝気装置
３ 固液分離
４ 隔壁
５ 嫌気ゾーン
６ 好気ゾーン
７ ブロワ
８ 処理液流出部
９ 余剰汚泥
１０ 処理水
１１ 返送汚泥
１２ 被処理廃水
１３ メタノール
１４ 溶存酸素計
１５ 酸化還元電位計
２１ 反応槽
２２ 曝気装置
２３ 固液分離
２４ ブロワ
２７ 処理水
２８ 原液
２９ 返送汚泥
【図１】
0003649632.tif 000002
【図２】
0003649632.tif 000003
【図３】
0003649632.tif 000004
【図４】
0003649632.tif 000005