(57)【要約】【課題】流量変動が生じたとしても、常に亜硝酸型の硝化となる硝化脱窒方法とする。【解決手段】所定の周期で散気及び非散気が繰り返される反応槽２に、所定温度以上のアンモニア性窒素含有液Ｐ１を流通させる。この際、アンモニア性窒素含有液Ｐ１の流量変動に応じて、散気時間を変動させて、散気にあたる水理学的滞留時間が、実質的に変動しないようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周期で散気及び非散気が繰り返される反応槽に、所定温度以上のアンモニア性窒素含有液を流通させる、生物学的な亜硝酸型の硝化脱窒方法であって、
前記アンモニア性窒素含有液の原水及び処理水の少なくともいずれか一方の流量変動に応じて、散気時間を変動させて、散気にあたる水理学的滞留時間が、実質的に変動しないようにする、ことを特徴とする亜硝酸型の硝化脱窒方法。
【請求項２】
所定の周期で散気及び非散気が繰り返される反応槽に、所定温度以上のアンモニア性窒素含有液を流通させる、生物学的な亜硝酸型の硝化脱窒方法であって、
基準流量と、この流量条件下で亜硝酸型の硝化となる基準散気時間と、を得ておき、
前記アンモニア性窒素含有液の流量を測定して、（（この測定流量／前記基準流量）×前記基準散気時間）×０．６５〜１．３５となるように、散気時間を変動させる、ことを特徴とする亜硝酸型の硝化脱窒方法。
【請求項３】
所定温度を２５℃以上とし、かつ散気にあたる水理学的滞留時間を、１０〜１００時間とする、請求項１又は請求項２記載の亜硝酸型の硝化脱窒方法。
【請求項４】
所定の周期で散気及び非散気が繰り返される反応槽に、所定温度以上のアンモニア性窒素含有液を流通させる、生物学的な亜硝酸型の硝化脱窒方法であって、
アンモニア性窒素含有液の温度と、アンモニア性窒素硝化菌の増殖に必要な最短の散気にあたる水理学的滞留時間との関係式Ａ、亜硝酸性窒素硝化菌の増殖に必要な最短の散気にあたる水理学的滞留時間との関係式Ｂ、をそれぞれ得ておき、
前記アンモニア性窒素含有液の流量及び温度を測定し、この測定流量の変動に応じて、散気時間を変動させて、散気にあたる水理学的滞留時間が、前記測定温度を前記関係式Ａに代入した値以上、前記関係式Ｂに代入した値以下となるようにする、ことを特徴とする亜硝酸型の硝化脱窒方法。
【請求項５】
請求項１〜４記載の方法によって、アンモニア性窒素含有液を硝化脱窒するにあたり、
反応槽に電子供与体たる有機物を供給して、従属栄養性菌によって脱窒する、ことを特徴とするアンモニア性窒素含有液の硝化脱窒方法。
【請求項６】
請求項１〜４記載の方法によって、アンモニア性窒素含有液を硝化脱窒するにあたり、
アンモニア性窒素を電子供与体とし亜硝酸性窒素を電子受容体とする独立栄養性菌によって脱窒する、ことを特徴とするアンモニア性窒素含有液の硝化脱窒方法。
【請求項７】
所定温度以上のアンモニア性窒素含有液が流通する反応槽と、この反応槽を所定の周期で散気する散気手段と、を有する生物学的な亜硝酸型の硝化脱窒設備であって、
前記アンモニア性窒素含有液の流量測定手段と、
（（この手段で得た測定流量／基準流量）×この基準流量条件下で亜硝酸型硝化となる基準散気時間）×０．６５〜１．３５となるように、散気時間を制御する散気時間制御手段と、を有する、ことを特徴とする亜硝酸型の硝化脱窒設備。
【請求項８】
散気手段が、メンブレン式散気装置である、請求項７記載の亜硝酸型の硝化脱窒設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物学的な亜硝酸型の硝化脱窒方法、汚泥などのアンモニア性窒素含有液の硝化脱窒方法及び亜硝酸型の硝化脱窒設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
汚泥などのアンモニア性窒素含有液を、硝化脱窒する方法としては、好気性条件下において、アンモニア性窒素硝化菌によって、アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に硝化（酸化）し、亜硝酸性窒素硝化菌によって、亜硝酸性窒素を硝酸性窒素に硝化（酸化）し、更に嫌気性条件下において、脱窒菌によって、亜硝酸性窒素や硝酸性窒素を分子状窒素に還元して脱窒する方法がある。しかしながら、この硝化脱窒方法は、多量の酸素や、メタノール等の有機物、酸素を散気するための動力などを必要とするため、ランニングコストがかさむとの問題がある。
【０００３】
そこで、この問題が解決された方法として、アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に硝化した後、硝酸性窒素に硝化することなく（亜硝酸型の硝化）、亜硝酸性窒素をそのまま分子状窒素に還元して脱窒する方法が提案されている。この方法の具体的な提案としては、例えば、溶存酸素（ＤＯ：Dissolved oxygen）濃度を低く抑える方法（例えば、特許文献１参照。）や、溶存酸素濃度を低く抑えた場合において、溶存酸素濃度が不均一になるのを防止するために、アンモニア性窒素の濃度に基づいて、曝気風量を制御する方法（例えば、特許文献２参照。）などがある。
【０００４】
しかしながら、これら溶存酸素濃度を低く抑える方法は、アンモニア性窒素が硝酸性窒素となるまで硝化が進まないようにする（以下、単に「硝化超過の防止」ともいう。）という点では有用であるが、アンモニア性窒素が亜硝酸性窒素となるまで硝化が確実に進むようにする（以下、単に「硝化不足の防止」ともいう。）という点では有用ではなく、「亜硝酸型の硝化」に必要な酸素量が不足する可能性がある。また、後者の「曝気風量を制御する方法」は、溶存酸素濃度が均一になるようにするには有用であるが、「亜硝酸型の硝化」に必要な酸素量が不足する可能性を、解消することはできない。
【０００５】
そこで、この問題を有しない方法として、いわゆるＳＨＡＲＯＮプロセスと呼ばれる硝化脱窒方法が注目される。この方法は、アンモニア性窒素含有液を高温とした場合において、アンモニア性窒素硝化菌の増殖速度の方が、亜硝酸性窒素硝化菌の増殖速度よりも速くなることから、この増殖速度差を利用して、「硝化超過の防止」を図るものである（例えば、特許文献３〜５、非特許文献１及び非特許文献２参照。）。
【０００６】
しかしながら、ＳＨＡＲＯＮプロセスは、反応槽にアンモニア性窒素含有液を流通させる方法であるため、アンモニア性窒素含有液の流量が経時的に変動すると、このアンモニア性窒素含有液の水理学的滞留時間（アンモニア性窒素含有液が反応槽に流入してから流出するまでの時間）も変動してしまい、硝化超過・硝化不足となる可能性がある。
【特許文献１】特開２００３−５３３８２号公報
【特許文献２】特開２００３−１０８８３号公報
【特許文献３】欧州特許第０８２６６３９号明細書
【特許文献４】米国特許第５８６３４３５号明細書
【特許文献５】米国特許第６１８３６４２号明細書
【非特許文献１】Wat.Sci.Techi.Vol.29，No.10-11，pp377-384，(1994)
【非特許文献２】Wat.Sci.Techi.Vol.37，No.9，pp135-142，(1998)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする主たる課題は、流量変動が生じたとしても、常に亜硝酸型の硝化となる硝化脱窒方法及び設備、並びにかかる硝化脱窒方法を利用したアンモニア性窒素含有液の硝化脱窒方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題を解決した本発明は、次のとおりである。
〔請求項１記載の発明〕
所定の周期で散気及び非散気が繰り返される反応槽に、所定温度以上のアンモニア性窒素含有液を流通させる、生物学的な亜硝酸型の硝化脱窒方法であって、
前記アンモニア性窒素含有液の原水及び処理水の少なくともいずれか一方の流量変動に応じて、散気時間を変動させて、散気にあたる水理学的滞留時間が、実質的に変動しないようにする、ことを特徴とする亜硝酸型の硝化脱窒方法。
【０００９】
〔請求項２記載の発明〕
所定の周期で散気及び非散気が繰り返される反応槽に、所定温度以上のアンモニア性窒素含有液を流通させる、生物学的な亜硝酸型の硝化脱窒方法であって、
基準流量と、この流量条件下で亜硝酸型の硝化となる基準散気時間と、を得ておき、
前記アンモニア性窒素含有液の流量を測定して、（（この測定流量／前記基準流量）×前記基準散気時間）×０．６５〜１．３５となるように、散気時間を変動させる、ことを特徴とする亜硝酸型の硝化脱窒方法。
【００１０】
〔請求項３記載の発明〕
所定温度を２５℃以上とし、かつ散気にあたる水理学的滞留時間を、１０〜１００時間とする、請求項１又は請求項２記載の亜硝酸型の硝化脱窒方法。
【００１１】
〔請求項４記載の発明〕
所定の周期で散気及び非散気が繰り返される反応槽に、所定温度以上のアンモニア性窒素含有液を流通させる、生物学的な亜硝酸型の硝化脱窒方法であって、
アンモニア性窒素含有液の温度と、アンモニア性窒素硝化菌の増殖に必要な最短の散気にあたる水理学的滞留時間との関係式Ａ、亜硝酸性窒素硝化菌の増殖に必要な最短の散気にあたる水理学的滞留時間との関係式Ｂ、をそれぞれ得ておき、
前記アンモニア性窒素含有液の流量及び温度を測定し、この測定流量の変動に応じて、散気時間を変動させて、散気にあたる水理学的滞留時間が、前記測定温度を前記関係式Ａに代入した値以上、前記関係式Ｂに代入した値以下となるようにする、ことを特徴とする亜硝酸型の硝化脱窒方法。
【００１２】
〔請求項５記載の発明〕
請求項１〜４記載の方法によって、アンモニア性窒素含有液を硝化脱窒するにあたり、
反応槽に電子供与体たる有機物を供給して、従属栄養性菌によって脱窒する、ことを特徴とするアンモニア性窒素含有液の硝化脱窒方法。
【００１３】
〔請求項６記載の発明〕
請求項１〜４記載の方法によって、アンモニア性窒素含有液を硝化脱窒するにあたり、
アンモニア性窒素を電子供与体とし亜硝酸性窒素を電子受容体とする独立栄養性菌によって脱窒する、ことを特徴とするアンモニア性窒素含有液の硝化脱窒方法。
【００１４】
〔請求項７記載の発明〕
所定温度以上のアンモニア性窒素含有液が流通する反応槽と、この反応槽を所定の周期で散気する散気手段と、を有する生物学的な亜硝酸型の硝化脱窒設備であって、
前記アンモニア性窒素含有液の流量測定手段と、
（（この手段で得た測定流量／基準流量）×この基準流量条件下で亜硝酸型硝化となる基準散気時間）×０．６５〜１．３５となるように、散気時間を制御する散気時間制御手段と、を有する、ことを特徴とする亜硝酸型の硝化脱窒設備。
【００１５】
〔請求項８記載の発明〕
散気手段が、メンブレン式散気装置である、請求項７記載の亜硝酸型の硝化脱窒設備。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、流量変動が生じたとしても、常に亜硝酸型の硝化となる硝化脱窒方法及び設備、並びにかかる硝化脱窒方法を利用したアンモニア性窒素含有液の硝化脱窒方法となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
〔アンモニア性窒素含有液〕
本実施の形態において、硝化脱窒の対象となるアンモニア性窒素含有液は、その発生源、種類などが特に限定されない。発生源としては、例えば、下水汚泥、一般あるいは産業最終処分場等の汚泥や、嫌気性消化汚泥脱水分離液、乾燥機凝縮液などを、例示することができる。
【００１８】
ただし、アンモニア性窒素の濃度（ＮＨ4−Ｎ濃度）が、３００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上、特に５００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上の高濃度である場合には、本発明の効果が有用に発揮される。
【００１９】
〔亜硝酸型の硝化脱窒方法及び硝化脱窒設備〕
図１及び図２に、本実施の形態の硝化脱窒設備フローの例を示した。
本設備は、アンモニア性窒素含有液Ｐ１の反応槽２と、この反応槽２内を散気する散気手段３と、反応槽２内を撹拌する撹拌手段８と、を主に有する。
【００２０】
散気手段３としては、酸素移動効率が高いメンブレン式散気装置を用いるのが好ましい。メンブレン散気装置は、平均径が１ｍｍ程度（他の散気装置では、２〜４ｍｍ程度。）の超微細気泡を発生する。したがって、酸素移動効率が高く、散気のための動力が少なくて足りるため、省エネ効果（従来比で、３０〜５０％程度。）を期待することができる。
【００２１】
反応槽２は、アンモニア性窒素含有液Ｐ１（原水）が、管等からなる供給路５を通して連続的に流入し、処理済液Ｐ２（処理液）として、管等からなる排液路６を通して連続的に流出する。つまり、反応槽２は、アンモニア性窒素含有液Ｐ１が、連続的に流通する。
【００２２】
本方法・設備においては、アンモニア性窒素含有液Ｐ１が、反応槽２に流入する前に、あるいは流入した後に、加熱されるなどして、少なくとも反応槽２内では、所定温度以上となっている（なお、アンモニア性窒素含有液Ｐ１が、もともと所定温度以上であれば、当然、加熱等する必要がない。）。アンモニア性窒素含有液Ｐ１が所定温度以上となっているのは、所定温度未満では、アンモニア性窒素硝化菌の増殖速度よりも亜硝酸性窒素硝化菌の増殖速度の方が速く、硝化超過となるおそれがあるが、他方、所定温度以上では、アンモニア性窒素硝化菌の増殖速度の方が亜硝酸性窒素硝化菌の増殖速度よりも速くなり、散気時間を制御することによって、硝化超過を防止することができるためである。したがって、本方法・設備における所定温度とは、アンモニア性窒素硝化菌の増殖速度の方が亜硝酸性窒素硝化菌の増殖速度よりも速くなる温度であり、通常２５℃以上、好ましくは３０℃以上、より好ましくは３５℃以上である。他方、上限温度は、生物学的処理が可能な温度であれば足り、特に限定されるものではない。通常、４０℃以下、好ましくは３７℃以下である。
【００２３】
本方法・設備の散気手段３は、いわゆるエアレーション等の散気を、所定の周期で繰り返すものである。したがって、反応槽２は、所定の周期で散気及び非散気が繰り返され、これにより、反応槽２は、所定の周期で好気及び嫌気を繰り返すことになる。そして、本方法・設備においては、散気時間が、アンモニア性窒素含有液Ｐ１の流量変動に応じて、変動し、これにより、アンモニア性窒素含有液Ｐ１の散気にあたる水理学的滞留時間が、実質的に変動しないようになっている。したがって、アンモニア性窒素含有液Ｐ１の流量変動が生じたとしても、硝化超過や硝化不足に転じることはなく、また、本方法・設備は、溶存酸素濃度を低く抑えるものでもないため、常に「亜硝酸型の硝化」となる。なお、「散気にあたる水理学的滞留時間」とは、散気されている水理学的滞留時間（好気的滞留時間）のことであり、「非散気にあたる水理学的滞留時間」（嫌気的滞留時間）との合計時間が、アンモニア性窒素含有液Ｐ１が反応槽２に流入してから流出するまでの時間（水理学的滞留時間）となる。
【００２４】
アンモニア性窒素含有液Ｐ１の流量変動を測定する方法は、特に限定されない。例えば、アンモニア性窒素含有液Ｐ１の流量を測定する流量測定手段４を、図１に示すように、流入路５に備え、あるいは図２に示すように排液路６に備えることなどができる。本方法・設備においては、更に流量測定手段４で得られた測定流量が、図示しない散気時間制御手段によって、散気時間制御信号に変換されて、信号線７によって、散気手段３に送られ、もって、各散気時間が制御される。
【００２５】
以上、本方法・設備は、アンモニア性窒素含有液Ｐ１の流量が変動しても、散気にあたる水理学的滞留時間が変動しないようにするものであるから、散気及び非散気を繰り返す所定の周期（時間）は、最大流量時の水理学的滞留時間（最短の水理学的滞留時間）以下とする。通常は、例えば、所定の周期が１５〜１３００時間、このうち散気時間が１０〜１００時間、好ましくは所定の周期が２０〜１０００時間、このうち散気時間が２０〜８０時間、より好ましくは所定の周期が３６〜４８時間、このうち散気時間が２４〜３６時間となる。
【００２６】
散気にあたる水理学的滞留時間が変動しないようにする方法は、特に限定されない。本方法・設備においては、あらかじめ行った実験や文献等から、基準流量と、この流量条件下で亜硝酸型の硝化となる基準散気時間と、を得ておき、「（先の流量測定手段４で得られた測定流量／基準流量）×基準散気時間」の０．６５〜１．３５倍となるように、好ましくは０．８５〜１．１５倍となるように、より好ましくは１倍となるように、各散気時間を変動させる。例えば、基準流量を１、基準散気時間を１とし、このときの散気にあたる水理学的滞留時間が３６、非散気にあたる水理学的滞留時間が１８であったと仮定した場合、測定流量の変動にともなう散気時間の変動は、表１及び図３に示すようになる。なお、散気時間は、「（測定流量／基準流量）×基準散気時間」の１倍とした。また、図中黒塗り菱形は、測定流量及び散気時間を、黒塗り三角は、散気にあたる水理学的滞留時間を、×印は、非散気にあたる水理学的滞留時間を、黒塗り四角は、（全）水理学的滞留時間を、それぞれ示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
散気時間の算出にあたって、「（測定流量／基準流量）×基準散気時間」の０．６５倍以上とするのは、これよりも短くすると、アンモニア性窒素が残存し過ぎる（硝化不足）ためである。他方、「（測定流量／基準流量）×基準散気時間」の１．３５倍以下とするのは、これよりも長くすると、硝酸型の硝化が行われてしまう（硝化超過）ためである。
【００２９】
ところで、アンモニア性窒素含有液Ｐ１が、嫌気性消化汚泥脱水分離液（下水汚泥等を嫌気性条件下で消化した後、脱水した場合に、分離される液。通常、アンモニア性窒素を高濃度で含む。）である場合においては、所定温度を２５℃以上、好ましくは３０℃以上、より好ましくは３５℃以上とし、かつ散気にあたる水理学的滞留時間を、０．５〜３日、好ましくは１〜２．５日、より好ましくは１．５〜２日とすると、亜硝酸型の硝化となる。
【００３０】
もっとも、この点に関して、厳密には、図４に示すように、アンモニア性窒素含有液Ｐ１の温度（横軸）に応じて、アンモニア性窒素硝化菌及び亜硝酸性窒素硝化菌の増殖速度（縦軸。ただし、最短滞留時間（最短の散気にあたる水理学的滞留時間）として表示。増殖速度が速くなるほど、最短滞留時間は短くて足りる反比例の関係にある。）が変化し、したがって亜硝酸型の硝化とするために必要な散気にあたる水理学的滞留時間も変わってくる。そこで、アンモニア性窒素含有液Ｐ１の温度と、アンモニア性窒素硝化菌の増殖に必要な最短の散気にあたる水理学的滞留時間との関係式Ａ、亜硝酸性窒素硝化菌の増殖に必要な最短の散気にあたる水理学的滞留時間との関係式Ｂ、をそれぞれ得ておき、アンモニア性窒素含有液Ｐ１の流量及び温度を測定し、測定流量の変動に応じて、各散気時間を変動させて、散気にあたる水理学的滞留時間が、測定温度を前記関係式Ａに代入した値以上、前記関係式Ｂに代入した値以下となるようにすると、より確実に亜硝酸型の硝化とすることができる。
【００３１】
〔脱窒方法〕
以上のように、反応槽２において、亜硝酸型の硝化脱窒を行うにあたっては、例えば、反応槽２にメタノール等の電子供与体たる有機物を供給して、例えば、脱窒菌等の従属栄養性菌によって脱窒することができる。もっとも、本発明の方法は、散気時間が変動するものであるため、散気時間の長さによっては、非散気時間が短くなり脱窒するには不十分な長さとなることもある。そこで、処理済液Ｐ２を、図示しない別のタンク等に流入して、嫌気性条件下で脱窒することもできる。
【００３２】
また、本脱窒は、例えば、アンモニア性窒素を電子供与体とし亜硝酸性窒素を電子受容体とするＡＮＡＭＭＯＸ菌等の独立栄養性菌によって行うこともできる。本発明の方法によると、より正確にアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との割合を調節することができるため、独立栄養性菌を効果的に働かせることができる。
【実施例１】
【００３３】
次に、本発明の実施例を説明する。
（１）流量変動に応じて散気時間を変動させた場合における、処理済液のＮＨ4−Ｎ濃度（ｍｇ−Ｎ／Ｌ）を調べた。結果を図５に示した。なお、運転条件は、ｐＨ６．７〜６．８、温度３５〜３７℃、溶存酸素濃度０〜１．９ｍｇ／Ｌであった。また、図中黒塗り四角は、流量（ｍ3／日）を、×印は、水理学的滞留時間（ＨＲＴ（ｈｒ））を、黒塗り三角は、処理済液のＮＨ4−Ｎ濃度（ｍｇ−Ｎ／Ｌ）を、それぞれ示す。図５から、処理済液のＮＨ4−Ｎ濃度（ｍｇ−Ｎ／Ｌ）が低く保たれていることが分かり、したがって、本方法によると、硝化不足が生じないことがわかる。
【００３４】
（２）次に、流量の変動に応じて散気時間を変動させた場合における、ＮＯ3−Ｎ濃度（ｍｇ−Ｎ／Ｌ）を調べた。結果を図６に示した。なお、運転条件は、ｐＨ６．７〜６．８、温度３５〜３７℃、溶存酸素濃度０〜１．９ｍｇ／Ｌであった。また、図中×印は、原水のＮＨ4−Ｎ濃度（ｍｇ−Ｎ／Ｌ）を、黒塗り三角は、処理済液のＮＨ4−Ｎ濃度（ｍｇ−Ｎ／Ｌ）を、黒塗り菱形は、処理済液のＮＯ2−Ｎ濃度（ｍｇ−Ｎ／Ｌ）を、黒塗り四角は、処理済液のＮＯ3−Ｎ濃度（ｍｇ−Ｎ／Ｌ）を、それぞれ示す。  図６から、処理済液のＮＯ3−Ｎ濃度（ｍｇ−Ｎ／Ｌ）が低く保たれていることが分かり、したがって、本方法によると、硝化超過が生じないことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、生物学的な亜硝酸型の硝化脱窒方法、汚泥などのアンモニア性窒素含有液の硝化脱窒方法及び亜硝酸型の硝化脱窒設備として、適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】設備フローの例である。
【図２】設備フローの例である。
【図３】散気時間の制御例である。
【図４】温度と細菌の増殖速度との関係を示す図である。
【図５】アンモニア性窒素の濃度変化を示す図である。
【図６】硝酸性窒素の濃度変化を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
２…硝化槽、３…散気手段、４…流量測定手段、８…撹拌手段、Ｐ１…アンモニア性窒素含有液、Ｐ２…処理済液。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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