(57)【要約】      （修正有）【課題】比較的簡単な管理によって、窒素含有廃液の硝化・脱窒処理を長期間安定して維持できる窒素含有廃液の処理方法を提供する。【解決手段】アンモニア性窒素を含有する廃液を活性汚泥槽２０に供給し、空気噴出装置２１により前記廃液に対して空気曝気と曝気停止とを交互に繰り返し、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１サイクルとした間欠曝気処理を行う窒素含有廃液の処理方法であって、ｐＨ計２６により前記活性汚泥槽内のｐＨを経時的に測定し、前記間欠曝気処理の１サイクルにおけるｐＨの最大値と最小値との差分を求め、この差分が予め定めた値を下回った場合には、前記間欠曝気処理の１サイクル当たりの前記活性汚泥槽への廃液供給量を低下させる。【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活性汚泥槽に供給し、前記廃液に対して空気曝気と曝気停止とを交互に繰り返し、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１サイクルとした間欠曝気処理を行う窒素含有廃液の処理方法であって、
前記活性汚泥槽内のｐＨを経時的に測定し、前記間欠曝気処理の１サイクルにおけるｐＨの最大値と最小値との差分を求め、この差分が予め定めた値を下回った場合には、前記間欠曝気処理の１サイクル当たりの前記活性汚泥槽への廃液供給量を低下させることを特徴とする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、アンモニア性窒素等を含有する窒素含有廃液を生物化学的に処理して、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としての汚泥や、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。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工程（好気工程）と、硝化工程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工程（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。
【０００５】
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。
【０００６】
この単一の活性汚泥槽による間欠曝気処理は、装置の小型化が可能であるという利点を有するものの、最適条件での運転を続けるには高度の工程管理が必要とされており、活性汚泥槽内における処理状態をリアルタイムで把握する必要がある。
【０００７】
例えば下記特許文献２には、窒素含有廃液のｐＨを記憶手段に逐次記憶させ、記憶されたｐＨ値の経時的変化より好気工程および嫌気工程におけるｐＨ変化速度並びにｐＨ変化幅を演算手段に演算させて、ｐＨ変化速度が標準速度に達したのち事実上０になる時点の出現の有無に基づき、硝化反応および脱窒反応の進行状況を診断する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】特開平８−３２３３９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
間欠曝気処理による硝化・脱窒処理は、常に安定した状態を維持し続けるとは限らず、例えば、活性汚泥槽へ導入する窒素含有廃液の温度が変動すると、硝化菌や脱窒菌の活性が低下することがある。その他、好気・嫌気条件の不備、槽内の微生物の減少、阻害物質混入等の外乱によっても、硝化菌や脱窒菌の活性が低下する場合がある。そして、硝化菌や脱窒菌の活性が低下した状態で間欠曝気処理を継続すると、窒素含有廃液中の窒素を十分に処理しきれなくなり、徐々に活性汚泥槽内の窒素濃度が増加していき、最終的には硝化・脱窒処理が破綻してしまう。
【０００９】
そこで、活性汚泥槽内での処理状態を把握する必要があり、上記特許文献２では、ｐＨの測定値を様々な演算加工に供し、その演算結果から総合的に活性汚泥槽内での処理状態を診断しているが、ｐＨ測定値を種々の演算に供していることから、演算工程が複雑であるという問題があった。
【００１０】
また、硝化菌や脱窒菌の活性に低下が認められた場合、何らかの措置が必要となると考えられるが、上記特許文献１、２には、硝化・脱窒処理の破綻を防止する手段について具体的に開示されていない。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、比較的簡単な管理によって、窒素含有廃液の硝化・脱窒処理を長期間安定して維持できる窒素含有廃液の処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、間欠曝気処理について種々検討した結果、硝化菌や脱窒菌の活性が低下すると、間欠曝気処理の１サイクルにおけるｐＨの最大値と最小値との差分が小さくなり、これが硝化・脱窒処理の破綻をきたすきざしとなることを見出し、この事実に基づいて本発明をなすに至った。
【００１３】
すなわち、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活性汚泥槽に供給し、前記廃液に対して空気曝気と曝気停止とを交互に繰り返し、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１サイクルとした間欠曝気処理を行う窒素含有廃液の処理方法であって、前記活性汚泥槽内のｐＨを経時的に測定し、前記間欠曝気処理の１サイクルにおけるｐＨの最大値と最小値との差分を求め、この差分が予め定めた値を下回った場合には、前記間欠曝気処理の１サイクル当たりの前記活性汚泥槽への廃液供給量を低下させることを特徴とする。
【００１４】
硝化菌や脱窒菌の活性低下に伴ない、間欠曝気処理の１サイクルにおけるｐＨの最大値と最小値との差分は低下する傾向があることから、間欠曝気処理時において、活性汚泥槽内のｐＨを経時的に測定し、間欠曝気処理の１サイクルにおけるｐＨの最大値と最小値との差分を求めることで、特に複雑な演算処理等を行わなくとも硝化菌や脱窒菌の活性状態を容易に把握できる。そして、このｐＨの差分が、予め定めた値を下回った場合、間欠曝気処理１サイクルにおける活性汚泥槽への窒素含有廃液の供給量を低下させることで硝化菌や脱窒菌にかかる負荷が軽減されるので、間欠曝気処理にて未処理のアンモニア性窒素が生じにくくなり、窒素含有廃液の硝化・脱窒処理が途中で破綻することなく、長期間安定して窒素含有廃液を処理し続けることが出来る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、間欠曝気処理時において、活性汚泥槽内のｐＨを経時的に測定し、間欠曝気処理の１サイクルにおけるｐＨの最大値と最小値との差分を求め、このｐＨの差分が、予め定めた値を下回った場合、間欠曝気処理１サイクルにおける活性汚泥槽への窒素含有廃液の供給量を低下させることで硝化菌や脱窒菌にかかる負荷が軽減し、間欠曝気処理にて未処理のアンモニア性窒素が生じて徐々に蓄積されることを防止できるので、窒素含有廃液の硝化・脱窒処理が途中で破綻することなく、長期間安定して窒素含有廃液を処理し続けることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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方法に用いられる廃液処理装置の一例が示されている。
【００１７】
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。
【００１８】
この廃液処理装置は、窒素含有廃液を間欠曝気法にて硝化・脱窒処理する活性汚泥槽２０を備えている。活性汚泥槽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、活性汚泥槽２０内に酸素を含む気体（通常空気）を供給し、窒素含有廃液を曝気できるように構成されている。また、活性汚泥槽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によって活性汚泥槽２０内の廃液を攪拌できるように構成されている。また、活性汚泥槽２０の上部にはｐＨ計２６が配置されており、槽内のｐＨを経時的に測定できるように構成されている。
【００１９】
活性汚泥槽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。
【００２０】
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。
【００２１】
また、活性汚泥槽２０から伸びる配管Ｌ２は、最終沈殿池３０と接続している。最終沈殿池３０では、活性汚泥槽２０で硝化・脱窒処理された廃液（以下、「処理済廃液」と記載する）を、自然沈降や膜分離等によって処理水と汚泥とに分離する。最終沈殿池３０の側壁には、配管Ｌ３が接続されており、処理済廃液を分離処理して得られる処理水を系外に排出できるように構成されている。また、最終沈殿池３０の底部には配管Ｌ４が接続されており、最終沈殿池３０の底部に堆積した汚泥を系外に排出できるように構成されている。
【００２２】
次に、この廃液処理装置を用いた、本発明による窒素含有廃液の処理方法の一実施形態について説明する。
【００２３】
まず、供給ポンプＰ１を稼動させて、廃液貯留槽１０から活性汚泥槽２０に窒素含有廃液を供給する。
【００２４】
活性汚泥槽２０では、まず、ブロア２２を稼動させて、空気噴出装置２１のノズルから活性汚泥槽２０内の窒素含有廃液に空気を供給し、曝気処理する（好気工程）。この状態では、硝化菌の作用によって、窒素含有廃液中のアンモニア性窒素は、亜硝酸性窒素や硝酸性窒素へと酸化（硝化反応）される。
【００２５】
そして、所定時間経過後、ブロア２２の稼動を停止し、モータ２３を稼動させて攪拌羽根２５により活性汚泥槽２０内の窒素含有廃液を攪拌する。この状態では、活性汚泥槽２０内の窒素含有廃液には溶存酸素が無い状態（嫌気工程）となり、脱窒菌の作用によって、亜硝酸性窒素や硝酸性窒素は、窒素ガスへと還元（脱窒反応）される。
【００２６】
このように、好気工程と嫌気工程とをそれぞれ交互に繰り返すことで、窒素含有廃液に含まれるアンモニア性窒素を、窒素ガスにまで分解することができる。この場合、活性汚泥槽２０内に１サイクル当たりで供給される窒素含有廃液に含まれるアンモニア性窒素の全てが硝化、脱窒されて、未処理のアンモニア性窒素が残存しないように、１サイクル当たりの窒素含有廃液の供給量や、１サイクルの時間を調節する必要がある。未処理のアンモニア性窒素が残存する場合には、徐々にｐＨが高くなり、硝化菌や、脱窒菌の活性が低下して、最終的には硝化・脱窒処理が破綻してしまう。
【００２７】
しかしながら、未処理のアンモニア性窒素が残存しないように、１サイクルの時間を調節して運転をした場合でも、例えば、活性汚泥槽２０へ導入する窒素含有廃液の温度の変動や、好気・嫌気条件の不備、槽内の微生物の減少、阻害物質混入等の外乱等の要因によって、硝化菌や脱窒菌の活性が低下することがある。そのような場合に、同じ条件で間欠曝気処理を継続すると、窒素含有廃液中のアンモニア性窒素を十分に処理しきれず、アンモニア性窒素が残存、蓄積して徐々にｐＨが高くなり、最終的には硝化・脱窒処理が破綻してしまう。
【００２８】
図２には、図１に示すような廃液処理装置を用いた廃液処理方法において、上記のような硝化・脱窒処理が破綻するときのｐＨを経時的に測定した結果が示されている。この例は、活性汚泥槽２０の容積１００００Ｌ、窒素含有廃液の流入量１０００Ｌ／Ｄａｙ、滞留時間１０日（好気工程６０分、嫌気工程６０分）、水温２８℃の条件で窒素含有廃液を間欠曝気処理していたときに発生した状況を示している。
【００２９】
図２に示されるように、１サイクルにおけるｐＨの最大値と最小値との差分をΔｐＨとすると、硝化・脱窒処理が安定していた経過時間１００分頃のΔｐＨは約０．１であったのに対し、硝化・脱窒処理が破綻しはじめた経過時間６００分頃のΔｐＨは約０．７になり、硝化・脱窒処理が完全に破綻した経過時間１４００分頃のΔｐＨは約０．５になっている。それと共に、硝化・脱窒処理の破綻が進行するにつれて、活性汚泥槽２０内のｐＨが次第に上昇している。これは、供給される窒素含有廃液中のアンモニア性窒素が処理しきれずに残存し、蓄積されていることを示している。
【００３０】
そこで、本発明では、窒素含有廃液を間欠曝気処理にて硝化・脱窒処理するに当たり、活性汚泥槽２０内のｐＨを経時的に測定し、間欠曝気処理の１サイクルにおけるｐＨの最大値と最小値との差分（以下、「ΔｐＨ」と記載する）を算出する。そして、算出されたΔｐＨが、あらかじめ定めた値を下回った場合には、間欠曝気処理１サイクル当たりの活性汚泥槽２０への窒素含有廃液の供給量を低減させることとした。なお、上記ΔｐＨは、間欠曝気処理の複数サイクルの平均値を用いてもよい。
【００３１】
こうして、間欠曝気処理１サイクル当たりに活性汚泥槽２０内に供給される窒素含有廃液の供給量を低減させることにより、硝化菌による硝化反応や、脱窒菌による脱窒反応を完全に進行させて、処理しきれずに残存するアンモニア性窒素の発生を防止できる。その結果、活性汚泥槽２０内のｐＨの上昇を防ぎ、硝化・脱窒反応を良好に維持させることができる。そして、硝化・脱窒反応を良好に維持させることにより、硝化菌、脱窒菌の菌数や活性が次第に回復してくるので、間欠曝気処理１サイクル当たりの活性汚泥槽２０への窒素含有廃液の供給量を徐々に増やして、定常の運転状態にもどすことができる。
【００３２】
本発明において、間欠曝気処理１サイクル当たりの活性汚泥槽２０への窒素含有廃液の供給量を減らす場合の上記ΔｐＨの設定値は、活性汚泥槽２０の規模や、窒素含有廃液の性状や、間欠曝気処理の運転条件によって適宜設定されるが、一般的には、０．１〜１の間で定められた下限値を下回ったとき活性汚泥槽２０への窒素含有廃液の供給量を低減することが好ましい。
【００３３】
また、本発明においては、上記ΔｐＨの減少が認められなくなるまで、窒素含有廃液の供給量を、定常運転時における該窒素含有廃液の供給量から連続的又は段階的に低下させ続けることが好ましい。例えば、ΔｐＨの設定値を複数設けておき、ΔｐＨの最初の設定値となった時点で１段階供給量を減らす。それでもさらにΔｐＨが減少傾向となり、ΔｐＨが次の設定値になれば、更に１段階流入量を減らす運転を行う。
【００３４】
そして、ΔｐＨの減少が認められなくなった時点で、活性汚泥槽２０内の硝化脱窒速度を、従来公知の方法、例えば、硝化速度を、好気工程における活性汚泥槽内の硝酸性窒素、亜硝酸性窒素を測定し、その合計量の増加速度として算出し、また、脱窒速度を、嫌気工程における活性汚泥槽内の硝酸性窒素、亜硝酸性窒素を測定し、その合計量の減少速度として算出する。そして、硝化脱窒能力の回復が認められた時点で、窒素含有廃液の供給量を徐々に増加させて、定常運転時の廃液供給量に戻すことが好ましい。
【００３５】
このように、本発明によれば、間欠曝気処理時において、活性汚泥槽２０内のｐＨを経時的に測定して、ΔｐＨを算出し、このΔｐＨが予め定めた値を下回った場合には、間欠曝気処理１サイクルにおける活性汚泥槽への窒素含有廃液の供給量を低下させることにより、窒素含有廃液の硝化・脱窒処理が途中で破綻することなく、長期間安定して硝化・脱窒処理をし続けることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の窒素含有廃液の処理方法に用いられる廃液処理装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】図１に示すような廃液処理装置を用いた廃液処理方法において、硝化・脱窒処理が破綻するときのｐＨを経時的に測定した結果を示す図表である。
【符号の説明】
【００３７】
１０：廃液貯留槽
２０：活性汚泥槽
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：ｐＨ計
３０：最終沈殿池
【図１】
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【図２】
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