(57)【要約】【課題】窒素含有廃液を間欠曝気処理によって処理する際にあたり、嫌気工程における有機物の好気的分解を防止して、該有機物を嫌気工程において必要とされる水素供与体として有効利用する窒素含有廃液の処理方法を提供すること。【解決手段】アンモニア性窒素を含有する廃液を間欠曝気槽２０に供給し、該間欠曝気槽２０内で該廃液に対して空気曝気による好気工程と、曝気停止による嫌気工程とを交互に繰り返す間欠曝気処理を行い、廃液中のアンモニア性窒素を窒素ガスに転換して除去する窒素含有廃液の処理方法において、各サイクルにおける廃液の間欠曝気槽２０への供給を、嫌気工程開始から廃液中の溶存酸素濃度の低下時間によって定めた所定時間後に開始し、嫌気工程の修了時までには完了する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア性窒素を含有する廃液を間欠曝気槽に供給し、該間欠曝気槽内で該廃液に対して空気曝気による好気工程と、曝気停止による嫌気工程とを交互に繰り返す間欠曝気処理を行い、前記廃液中のアンモニア性窒素を窒素ガスに転換して除去する窒素含有廃液の処理方法において、
各サイクルにおける前記廃液の前記間欠曝気槽への供給を、前記嫌気工程開始から前記廃液中の溶存酸素濃度の低下時間によって定めた所定時間後に開始し、前記嫌気工程の修了時までには完了するようにしたことを特徴とする窒素含有廃液の処理方法。
【請求項２】
前記間欠曝気槽に溶存酸素計を設置し、嫌気工程開始後の処理液中の溶存酸素を測定して、溶存酸素濃度が所定値以下となった後に、前記廃液の供給を開始する請求項１記載の窒素含有廃液の処理方法。
【請求項３】
好気工程で生成された亜硝酸又は硝酸の脱窒反応に必要とされる時間に基づいて、嫌気工程開始後から前記廃液の供給を開始するまでの限界遅延時間を設定しておき、前記間欠曝気槽に溶存酸素計を設置し、嫌気工程開始後の処理液中の溶存酸素を測定して、前記限界遅延時間内に溶存酸素濃度が所定値以下となった場合には、その時点で前記廃液の供給を開始し、前記限界遅延時間内に溶存酸素濃度が所定値以下とならなかった場合には、前記限界遅延時間が経過したときに前記廃液の供給を開始する請求項１記載の窒素含有廃液の処理方法。
【請求項４】
前記間欠曝気槽に溶存酸素計を設置し、所定サイクル数毎に、嫌気工程開始後の処理液中の溶存酸素を測定して、溶存酸素濃度が所定値以下となるのに必要な時間を設定し、嫌気工程開始後から上記で定めた所定時間が経過したときに前記廃液の供給を開始する請求項１記載の窒素含有廃液の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニア性窒素を含有する廃液を生物化学的に処理し、窒素ガスとして除去する窒素含有廃液の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生ごみ等や下水の余剰汚泥等の有機性廃棄物（以下、「有機物」と記載する）をメタン菌等の存在下でメタン発酵処理し、メタンガスとしてエネルギーを回収する方法が、省資源、循環型社会形成の一環として採用されている。
【０００３】
メタン発酵処理では、有機物をメタンと炭酸ガスに分解することができるが、有機物を１００％分解できるわけではなく、メタン発酵処理後の発酵廃液中には有機物が残存している。また、このメタン発酵廃液には、発酵残渣もしくはメタン発酵槽で増殖した菌体を含む汚泥や、有機物の分解生成物であるアンモニアも含まれている。したがって、発酵廃液は、そのまま下水道や河川には放流できず、有機物と窒素成分を分解除去し、放流レベル以下にまで低減することが必要とされている。
【０００４】
メタン発酵廃液の処理には、活性汚泥処理法の一つである間欠曝気式活性汚泥処理（以下、「間欠曝気処理」と記載する）が広く用いられている。
【０００５】
間欠曝気処理とは、上記メタン発酵廃液のようなアンモニア性窒素を含有する廃液（以下、「窒素含有廃液」と記載する）に対し、空気曝気と曝気停止を交互に繰り返し、アンモニアと有機物とを、活性汚泥に培養させた微生物の食物として利用して分解除去する処理方法である。すなわち、アンモニア性窒素を、好気状態で硝化菌により亜硝酸窒素や硝酸性窒素に酸化させる硝化反応（好気工程）と、硝化反応で得られた亜硝酸性窒素や硝酸性窒素を、嫌気状態で脱窒菌の作用により還元して窒素ガスにまで分解する脱窒反応（嫌気工程）とからなる２段階の生物反応によって、窒素含有廃液中のアンモニアを窒素ガスとして除去する方法である。
【０００６】
この間欠曝気処理には、例えば、下記特許文献１に開示されているような、単一の活性汚泥槽において、好気条件と嫌気条件とを繰り返し、時間的に区分して処理する方法等が知られている。
【０００７】
また、処理効率を向上させるにあたって様々な試みがなされており、例えば下記特許文献２には、間欠曝気槽の運転温度を２５〜３５℃に制御して、アンモニアの酸化が終了する時間を検知し、曝気時間をアンモニアの酸化が終了する１〜１．５倍に設定することにより、硝化反応を亜硝酸型で制御して窒素含有廃液を処理する方法が開示されている。
【０００８】
また、下記特許文献３には、間欠曝気槽に被処理液を供給し、活性汚泥の存在下に間欠的に曝気を行って好気工程と嫌気工程を繰り返し、好気工程ではＢＯＤの除去と窒素の硝化を行い、嫌気工程では脱窒に必要な量の水素供与体を別途、嫌気工程の１／２以上の時間にわたって注入して脱窒を行うことが開示されている。
【特許文献１】特開平４−１０４８９６号公報
【特許文献２】特開２００５−１４４３０６号公報
【特許文献３】特開平１１−２１６４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
嫌気工程における脱窒反応では、反応に水素供与体が必要である。このため、系外から有機物などの水素供与体を添加する必要があることから、嫌気工程における有機物の有効利用が処理コストの低下につながる。
【００１０】
ここで、好気工程から嫌気工程へ切替えた直後の間欠曝気槽内の廃液には酸素が溶存している。このため、嫌気工程へ切替えると同時に、間欠曝気槽へ有機物を供給すると、間欠曝気槽内は、しばらくの間好気状態が続くので、供給された有機物が好気的分解され易く、後の脱窒反応に利用できなくなることがあった。
【００１１】
その結果、有機物の供給量が増加して、処理コストがかかったり、窒素含有廃液の処理効率が劣るという問題点があった。特に、間欠曝気槽内の活性汚泥濃度が低い場合や、好気性微生物の活性が低下している場合は、溶存酸素の低下速度が遅いので、このような問題が生じやすかった。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、窒素含有廃液を間欠曝気処理によって処理する際にあたり、嫌気工程における有機物の好気的分解を防止して、該有機物を嫌気工程において必要とされる水素供与体として有効利用する窒素含有廃液の処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明の窒素含有廃液の処理方法は、アンモニア性窒素を含有する廃液を間欠曝気槽に供給し、該間欠曝気槽内で該廃液に対して空気曝気による好気工程と、曝気停止による嫌気工程とを交互に繰り返す間欠曝気処理を行い、前記廃液中のアンモニア性窒素を窒素ガスに転換して除去する窒素含有廃液の処理方法において、各サイクルにおける前記廃液の前記間欠曝気槽への供給を、前記嫌気工程開始から前記廃液中の溶存酸素濃度の低下時間によって定めた所定時間後に開始し、前記嫌気工程の修了時までには完了するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、窒素含有廃液を間欠曝気処理によって処理する際に、各サイクルにおける前記廃液の前記間欠曝気槽への供給を、前記嫌気工程開始から前記廃液中の溶存酸素濃度の低下時間によって定めた所定時間後に開始し、前記嫌気工程の終了時までには完了するようにしたことにより、供給された窒素含有廃液中の有機物が好気的分解されることを防止でき、嫌気工程において必要とされる水素供与体として有効に利用されるため、メチルアルコールなどの資源の添加が必要なくなるか、あるいはその添加量を減少させることができるので、窒素含有廃液の処理コストを低減できる。
【００１５】
本発明の好ましい態様の一つにおいては、前記間欠曝気槽に溶存酸素計を設置し、嫌気工程開始後の処理液中の溶存酸素を測定して、溶存酸素濃度が所定値以下となった後に、前記廃液の供給を開始する。これによれば、嫌気工程開始後の処理液中の溶存酸素を測定して、溶存酸素濃度が所定値以下となった後に、前記廃液の供給を開始することにより、残存する酸素が充分に減少した時点で廃液を供給することが可能となるため、廃液中の有機物が好気的分解されることをより確実に防止できる。
【００１６】
本発明の別の好ましい態様においては、好気工程で生成された亜硝酸又は硝酸の脱窒反応に必要とされる時間に基づいて、嫌気工程開始後から前記廃液の供給を開始するまでの限界遅延時間を設定しておき、前記間欠曝気槽に溶存酸素計を設置し、嫌気工程開始後の処理液中の溶存酸素を測定して、前記限界遅延時間内に溶存酸素濃度が所定値以下となった場合には、その時点で前記廃液の供給を開始し、前記限界遅延時間内に溶存酸素濃度が所定値以下とならなかった場合には、前記限界遅延時間が経過したときに前記廃液の供給を開始する。これによれば、嫌気工程開始後の処理液中の溶存酸素を測定して、前記限界遅延時間内に溶存酸素濃度が所定値以下となった場合には、その時点で前記廃液の供給を開始し、前記限界遅延時間内に溶存酸素濃度が所定値以下とならなかった場合には、前記限界遅延時間が経過したときに前記廃液の供給を開始することにより、嫌気工程において廃液中の有機物ができるだけ有効に利用されるようにすると共に、好気工程で生成された亜硝酸又は硝酸の脱窒反応が充分になされるようにすることができる。
【００１７】
本発明の更に別の好ましい態様においては、前記間欠曝気槽に溶存酸素計を設置し、所定サイクル数毎に、嫌気工程開始後の処理液中の溶存酸素を測定して、溶存酸素濃度が所定値以下となるのに必要な時間を設定し、嫌気工程開始後から上記で定めた所定時間が経過したときに前記廃液の供給を開始する。これによれば、所定サイクル数毎に、嫌気工程開始後の処理液中の溶存酸素を測定して、溶存酸素濃度が所定値以下となるのに必要な時間を設定し、嫌気工程開始後から上記で定めた所定時間が経過したときに前記廃液の供給を開始することにより、残存する酸素が充分に減少した時点で廃液を供給することが可能となるため、廃液中の有機物が好気的分解されることを効果的に防止できると共に、溶存酸素濃度の測定を各サイクル毎に行う必要がないので、操作を簡略化することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、窒素含有廃液を間欠曝気処理によって処理する際において、供給された窒素含有廃液中の有機物が好気的分解されることを防止でき、嫌気工程において必要とされる水素供与体として有効に利用できる。このため、メチルアルコールなどの資源の添加が必要なくなるか、あるいはその添加量を減少させることができ、窒素含有廃液の処理コストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明について図面を用いて更に詳細に説明する。図１には、本発明の窒素含有廃液の処理に用いる処理装置の一実施形態の概略構成図が示されている。
【００２０】
本発明において処理対象となる窒素含有廃液とは、アンモニア性窒素を含む水であれば特に限定はなく、糞尿、生ゴミ、食品加工残滓等の有機性廃棄物をメタン発酵処理した際に排出されるメタン発酵処理廃液等が一例として挙げられる。
【００２１】
この処理装置は、窒素含有廃液を間欠曝気法にて硝化・脱窒処理する間欠曝気槽２０を備えている。
【００２２】
間欠曝気槽２０の底部には、空気噴出装置２１が配置されており、外部に設置したブロア２２を稼動させることで、間欠曝気槽２０内に酸素を含む気体（通常空気）を供給し、槽内の廃液を曝気できるように構成されている。
【００２３】
間欠曝気槽２０の上部もしくは側壁には、モータ２３と、攪拌軸２４と、攪拌羽根２５とからなる攪拌機が設けられており、攪拌羽根２５によって間欠曝気槽２０内の廃液を攪拌できるように構成されている。
【００２４】
間欠曝気槽２０の上部には、溶存酸素計２６及び温度計２７が配置されており、槽内の処理液の溶存酸素及び温度を経時的に測定できるように構成されている。
【００２５】
間欠曝気槽２０の下部又は側部には、温度調節装置２８が設けられており、温度計２７での測定値に基づいて温度調節装置２８を作動させて、間欠曝気槽３内の温度を所定温度に調節できるように構成されている。
【００２６】
間欠曝気槽２０は、廃液貯留槽１０から伸びる配管Ｌ１と接続している。この配管Ｌ１には、途中に供給ポンプＰ１が配置されている。
【００２７】
上記廃液貯留槽１０としては、特に限定はなく、貯留タンクのようなものでもよく、有機性廃棄物をメタン菌等でメタン発酵処理するメタン発酵処理槽等であってもよい。
【００２８】
また、間欠曝気槽２０から伸びる配管Ｌ２は、図示しない次工程に接続している。
【００２９】
次に、この廃液処理装置を用いた、本発明の窒素含有廃液の処理方法の第１の実施形態について説明する。
【００３０】
まず、供給ポンプＰ１を稼動させて、廃液貯留槽１０から間欠曝気槽２０に窒素含有廃液を供給する。
【００３１】
間欠曝気槽２０では、まず、ブロア２２を作動させて、空気噴出装置２１のノズルから間欠曝気槽２０内の廃液に空気を供給して曝気処理する（好気工程）。この状態では、硝化菌（アンモニア酸化菌、亜硝酸酸化菌）の作用によって、該廃液中のアンモニア性窒素が、亜硝酸性窒素や硝酸性窒素へと酸化（硝化反応）される。
【００３２】
間欠曝気槽２０内の廃液の溶存酸素濃度は、０．５〜３ｍｇ／Ｌとなるように空気曝気量を調整することが好ましく、１．５〜２．５ｍｇ／Ｌとなるように空気曝気量を調整することがより好ましい。上記廃液の溶存酸素濃度が上記範囲内であれば、硝化菌の活性を向上できる。
【００３３】
また、硝化反応に関係する微生物は、アンモニア酸化菌と亜硝酸酸化菌であるが、アンモニア酸化菌と亜硝酸酸化菌の増殖速度には違いがあり、１５℃程度以上の温度条件においては、亜硝酸酸化菌よりアンモニア酸化菌の増殖速度の方が速く、高温条件ほどその差は大きくなることが知られている。
【００３４】
そして、亜硝酸型の間欠曝気処理は、硝酸型の間欠曝気処理に比べて好気工程における空気曝気量や、嫌気工程における有機物の消費量を低減できるので、処理コストを低減できることが知られている。
【００３５】
したがって、好気工程時における間欠曝気槽２０内の廃液の温度は、２５〜３５℃が好ましい。好気工程時において、上記廃液の温度を上記範囲内とすることで、アンモニア酸化菌の活性を損なうことなく、亜硝酸酸化菌のみを選択的に減少できるので、間欠曝気処理を亜硝酸型で運転することができる。
【００３６】
また、好気工程時間、すなわち、空気曝気時間は、アンモニア性窒素を前記亜硝酸性窒素に転換させる反応が終了する時間の１〜１．５倍とすることが好ましい。空気曝気を、アンモニア性窒素を前記亜硝酸性窒素に転換させる反応が終了する時間未満（１倍未満）とした場合、アンモニア酸化菌は増殖するより、死滅および系外に流出する量が勝ってしまうため、アンモニア酸化菌は徐々に減少し、アンモニアの酸化が進行しなくなるおそれがある。また、空気曝気の時間が、アンモニア性窒素を前記亜硝酸性窒素に転換させる反応が終了する時間の１．５倍を超えると、亜硝酸酸化菌も増殖できる条件となり、亜硝酸から硝酸への反応が進むので、亜硝酸型の間欠曝気処理で運転することが困難となる。
【００３７】
そして、所定時間経過後、ブロア２２を停止して、空気曝気を停止する（嫌気工程）。
【００３８】
ここで、上述したように、ブロア２２を停止して、好気工程から嫌気工程へ切替えた直後の間欠曝気槽２０内の窒素含有廃液には、酸素が残存している。
【００３９】
本発明においては、ブロア２２を停止してから、間欠曝気槽２０内の廃液の溶存酸素濃度の低下時間によって定めた所定時間後に、供給ポンプＰ１を作動させて、間欠曝気槽２０内に廃液貯留槽１０から窒素含有廃液を一定量供給し、モータ２３を稼動させて攪拌羽根２５により間欠曝気槽２０内の廃液を攪拌する。
【００４０】
具体的には、この実施形態においては、間欠曝気槽２０内の廃液の溶存酸素濃度を、溶存酸素計２６により測定し、該廃液の溶存酸素が所定値以下、好ましくは０ｍｇ／Ｌとなった後に、供給ポンプＰ１を作動させて、廃液貯留槽１０から間欠曝気槽２０へ窒素含有廃液を供給する。
【００４１】
このように、間欠曝気槽２０内の廃液の溶存酸素濃度が所定値を下回った時点で、間欠曝気槽２０へ窒素含有廃液を供給することで、窒素含有廃液中の有機物が好気状態に曝されにくくなって、好気的分解されにくくなり、窒素含有廃棄物中の有機物を脱窒反応において有効利用できる。この結果、メチルアルコールなどの資源の添加が必要なくなるか、あるいはその添加量を減少させることができるので、窒素含有廃液の処理コストを低減できる。
【００４２】
嫌気工程における廃液貯留槽１０からの窒素含有廃液の供給は、供給開始の初期の段階で、そのサイクルで必要とする窒素含有廃液の供給が終了するように供給してもよく、嫌気工程中連続的に供給してもよい。脱窒反応で必要な有機物を嫌気工程の初期の段階で投入することで、そのサイクルにおいて、有機物が不足することがなく、脱窒反応を安定して行うことができる。
【００４３】
好気工程時間と嫌気工程時間の合計は、タイマー等によって１〜４時間にサイクル時間を設定することが好ましい。この場合、好気工程時間は、１サイクルで供給された窒素含有廃液中のアンモニア態窒素が全て亜硝酸又は硝酸態窒素に変換されるのに必要な時間を考慮して定められ、嫌気工程時間は、好気工程を経た廃液中に存在する亜硝酸及び硝酸態窒素が全て脱窒されるのに必要な時間を考慮して定められる。
【００４４】
次に、図１の処理装置を用いた、本発明の窒素含有廃液の処理方法の第２の実施形態について説明する。
【００４５】
基本的には、上記第１の実施形態と同様にして窒素含有廃液の処理が行われる。
【００４６】
この実施形態においては、ブロア２２を停止（嫌気工程）して、間欠曝気槽２０内を好気工程から嫌気工程へ切替えた後の廃液貯留槽１０からの窒素含有廃液の供給を以下のようにすることが上記第１の実施形態との相違点である。
【００４７】
すなわち、この実施形態では、好気工程を経た廃液中に存在する亜硝酸及び硝酸態窒素を嫌気工程中に全て脱窒するのに必要な時間を考慮して、嫌気工程開始後から窒素含有廃液の供給を開始するまでの限界遅延時間を設定する。そして、嫌気工程開始から、間欠曝気槽２０内の廃液の溶存酸素濃度を溶存酸素計２６で測定し、該廃液の溶存酸素が限界遅延時間内に溶存酸素濃度が所定値以下、好ましくは０ｍｇ／Ｌとなった場合、その時点で供給ポンプＰ１を作動させて廃液貯留槽１０からの窒素含有廃液の供給を開始する。一方、限界遅延時間内に溶存酸素濃度が上記所定値以下とならなかった場合には、限界遅延時間が経過した時点で供給ポンプＰ１を作動させて廃液貯留槽１０からの窒素含有廃液の供給を開始する。
【００４８】
ここで、限界遅延時間は、例えば、下式（１）に示すようにして設定することが好ましい。すなわち、予め、通常負荷運転時に脱窒に要する時間（脱窒時間）を測定しておき、この脱窒時間を嫌気工程で設定した時間内に確保できるようにして設定する。
【００４９】
嫌気工程に要する時間−脱窒時間＝限界遅延時間・・・（１）
この態様によれば、上記限界遅延時間内に、間欠曝気槽２０内の廃液の溶存酸素濃度が所定値以下となった場合には、その時点で廃液貯留槽１０からの窒素含有廃液の供給を開始することで、間欠曝気槽２０へ供給した窒素含有廃液中の有機物が好気状態に曝されにくくなるので、好気的分解されにくく、有機物を脱窒反応に有効利用できる。
【００５０】
また、間欠曝気槽２０内の活性汚泥濃度が低い場合や、硝化菌等の好気性微生物の活性が低下している場合は、溶存酸素の低下速度が遅く、嫌気工程時間内に、溶存酸素濃度が所定値以下にならない場合がある。このため、限界遅延時間内に、溶存酸素濃度が所定値以下とならなかった場合には、限界遅延時間が経過した時点で廃液貯留槽１０からの窒素含有廃液の供給を開始することで、活性の低下していた好気性微生物が、廃液中の有機物を栄養源とすることでその活性が上昇する。その結果、溶存酸素濃度の低下が促進されるので、嫌気工程時に供給する窒素含有廃液中の有機物の好気的分解を最小限に抑制でき、脱窒反応において有機物を有効的に利用できる。
【００５１】
次に、図１の処理装置を用いた、本発明の窒素含有廃液の処理方法の第３の実施形態について説明する。
【００５２】
基本的には、上記第１の実施形態と同様にして窒素含有廃液の処理が行われる。
【００５３】
この実施形態においては、ブロア２２を停止（嫌気工程）して、間欠曝気槽２０内を好気工程から嫌気工程へ切替えた後の廃液貯留槽１０からの窒素含有廃液の供給を、所定サイクル数毎に、間欠曝気槽２０内の窒素含有廃液の溶存酸素濃度を測定して該窒素含有廃液の溶存酸素が所定値以下となるのに必要な時間を設定し、嫌気工程開始後から上記で定めた所定時間が経過したときに、廃液貯留槽１０からの窒素含有廃液の供給を開始することが、上記第１の実施形態との相違点である。
【００５４】
例えば、窒素含有廃液の水質が安定しており、性状等が特に変動しにくい場合においては、嫌気工程開始後から、上記で定めた所定時間が経過した時点で、廃液貯留槽１０からの窒素含有廃液の供給を開始することにより、残存する酸素が充分に減少した時点で廃液貯留槽１０から窒素含有廃液を供給することが可能となるため、廃液中の有機物が好気的分解されることを効果的に防止できると共に、溶存酸素濃度の測定を各サイクル毎に行う必要がないので、操作を簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の窒素含有廃液の処理に用いる処理装置の一実施形態の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０：廃液貯留槽
２０：間欠曝気槽
２１：空気噴出装置
２２：ブロア
２３：モータ
２４：攪拌軸
２５：攪拌羽根
２６：溶存酸素計
２７：温度計
２８：温度調節装置
Ｐ１：供給ポンプ
【図１】
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