(57)【要約】【課題】独立栄養性脱窒微生物および従属栄養性脱窒微生物を同一槽内に共存させ、生物脱窒する排水処理において、効率のよい排水処理プロセスを提供するとともに、装置構造の単純化、コスト削減、工期の短縮を実現できる生物脱窒方法および装置を提供する。【解決手段】アンモニア性窒素含有排水の生物学的処理方法であって、処理対象となる排水の少なくとも一部を直接脱窒槽に供給するとともに脱窒槽に供給しなかった残りの排水を硝化槽に供給する排水供給工程と、硝化槽に供給されてきた排水を硝酸化する硝化工程と、直接脱窒槽に供給されてきた排水中のアンモニア性窒素と硝化槽から脱窒槽に供給される排水中の上記硝化工程で硝酸化された硝酸性窒素を、脱窒槽において電子供与体を供給することにより脱窒する脱窒工程とを含むことを特徴とする生物脱窒方法、および生物脱窒装置。【選択図】図１
2008023485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア性窒素含有排水の生物学的処理方法であって、
処理対象となる排水の少なくとも一部を直接脱窒槽に供給するとともに脱窒槽に供給しなかった残りの排水を硝化槽に供給する排水供給工程と、
硝化槽に供給されてきた排水を硝酸化する硝化工程と、
前記直接脱窒槽に供給されてきた排水中のアンモニア性窒素と、前記硝化槽から前記脱窒槽に供給される排水中の前記硝化工程で硝酸化された硝酸性窒素を、脱窒槽において電子供与体を供給することにより脱窒する脱窒工程と、
を含むことを特徴とする生物脱窒方法。
【請求項２】
前記脱窒工程に流動床式生物処理装置を用いることを特徴とする、請求項１に記載の生物脱窒方法。
【請求項３】
前記硝化工程に流動床式生物処理装置を用いることを特徴とする、請求項１または２に記載の生物脱窒方法。
【請求項４】
前記流動床式生物処理装置における生物担体として、スポンジ、ゲル、グラニュール、プラスチック成型品のうちの少なくとも一つを用いることを特徴とする、請求項２または３に記載の生物脱窒方法。
【請求項５】
アンモニア性窒素含有排水の生物学的処理装置であって、
処理対象となる排水の少なくとも一部を硝化槽をバイパスさせて直接脱窒槽に供給するとともに脱窒槽に供給しなかった残りの排水を硝化槽に供給する排水供給手段と、
硝化槽に供給されてきた排水を硝酸化する硝化手段と、
前記直接脱窒槽に供給されてきた排水中のアンモニア性窒素と、前記硝化槽から前記脱窒槽に供給される排水中の前記硝化手段で硝酸化された硝酸性窒素を、脱窒槽において電子供与体を供給することにより脱窒する脱窒手段と、
を含むことを特徴とする生物脱窒装置。
【請求項６】
前記脱窒手段に流動床式生物処理装置を用いることを特徴とする、請求項５に記載の生物脱窒装置。
【請求項７】
前記硝化手段に流動床式生物処理装置を用いることを特徴とする、請求項５または６に記載の生物脱窒装置。
【請求項８】
前記流動床式生物処理装置における生物担体として、スポンジ、ゲル、グラニュール、プラスチック成型品のうちの少なくとも一つを用いることを特徴とする、請求項６または７に記載の生物脱窒装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ANAMMOX微生物と硝酸を脱窒する独立又は従属栄養性脱窒微生物を単一の槽内に共存させて排水を処理することにより、低コストで残留窒素の少ない高品質な処理水を得ることができる生物脱窒方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、排水中のアンモニア性窒素は、アンモニア性窒素をアンモニア酸化細菌により亜硝酸性窒素に酸化し、更にこの亜硝酸性窒素を亜硝酸酸化細菌により硝酸性窒素に酸化する硝化工程と、これらの亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素を従属栄養性細菌である脱窒菌により、有機物を電子供与体として利用して窒素ガスにまで分解する脱窒工程との２段階の生物反応を経て窒素ガスにまで分解される。しかし、このような従来の硝化脱窒法では、脱窒工程において電子供与体としてメタノールなどの有機物を多量に必要とし、また硝化工程では多量の酸素が必要であるため、ランニングコストが高いという欠点がある。
【０００３】
これに対して、近年、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微生物（自己栄養細菌）を利用し、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを反応させて脱窒する方法が提案された。この独立栄養性脱窒微生物（以下「ANAMMOX 微生物」と称する場合がある。）による脱窒処理は、以下のようなANAMMOX 反応で進行する。
ＮＨ4 + ＋１．３２ＮＯ2 - →Ｎ2 ＋０．２６ＮＯ3 - ＋２Ｈ2 Ｏ
【０００４】
ANAMMOX微生物は絶対嫌気性微生物であり、微量の酸素で阻害を受けること、有機物が残留していると阻害を受けること、特に硫化水素が発生するような絶対嫌気性条件下では著しい阻害を受けることが言われている。しかしながら、上記ANAMMOX 反応を利用した排水処理は、排水中のアンモニア性窒素や有機性窒素の１／２を亜硝酸性窒素に硝化させるだけで、硝酸性窒素にまで酸化する必要がなく、酸素供給の点からも省エネルギー的であり、またこれまでの従属栄養性脱窒微生物の硝酸呼吸による脱窒反応のように水素供与体を必要とすることもないので、外部からメタノール等の水素供与体の添加が不要であること、更には独立栄養性脱窒微生物であることから、菌体転換率が小さく、余剰汚泥の発生量も極めて小さいなどの大きな利点があるため、効率的な排水処理プロセスとして期待されている。
【０００５】
一方、ANAMMOX反応では硝酸性窒素を脱窒することが出来ず、そのため脱窒前段の硝化工程においてアンモニア性窒素の亜硝酸型処理を行わなければならず、生物処理により亜硝酸型処理を行うためには空気量、、水温、ｐＨ、炭酸供給量の制御等の厳密な操作が必要とされ、長期間に及ぶ安定した亜硝酸化制御が困難であった。
【０００６】
更に、ANAMMOX微生物は残留有機物の阻害を受けることから、電子供与体として有機物を必要とする従属栄養性の脱窒菌と同一槽内に共存させて、硝酸性窒素の処理を行うことは困難とされてきた。そのため、遅分解性固形有機物を添加することでANAMMOX反応により副生する少量の硝酸のみを従属栄養性脱窒微生物により脱窒させる手法や（特許文献１）、連続処理ではなく回分式で処理反応を多工程に分割して行うことによりANAMMOX反応後の処理水中に残存する亜硝酸性窒素と硝酸性窒素を従属栄養性の脱窒菌により脱窒する手法が提案されている（特許文献２）。また、一般的にANAMMOX微生物は増殖速度が遅いとされていることから、増殖促進剤としてヒドラジン、メタノール等を装置立ち上げ時に少量添加する手法も提案されている（特許文献３）。なお、本明細書では、ANAMMOXや脱窒に関して、「微生物」、「細菌」、「菌」という文言を使用することがあるが、これらは全て同義語を意味するものとする。
【特許文献１】特開2004-283758号公報
【特許文献２】特開2003-39092号公報
【特許文献３】特開2003-1292号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような現状に鑑み、本発明は、独立栄養性脱窒微生物および従属栄養性脱窒微生物を同一槽内に共存させることにより、生物脱窒する排水処理において、効率のよい排水処理プロセスを提供するとともに、装置構造の単純化、コスト削減、工期の短縮等を実現できる、生物脱窒方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的に沿う本発明に係る生物脱窒方法は、アンモニア性窒素含有排水の生物学的処理方法であって、
処理対象となる排水の少なくとも一部を直接脱窒槽に供給するとともに脱窒槽に供給しなかった残りの排水を硝化槽に供給する排水供給工程と、
硝化槽に供給されてきた排水を硝酸化する硝化工程と、
前記直接脱窒槽に供給されてきた排水中のアンモニア性窒素と、前記硝化槽から前記脱窒槽に供給される排水中の前記硝化工程で硝酸化された硝酸性窒素を、脱窒槽において電子供与体を供給することにより脱窒する脱窒工程と、
を含むことを特徴とする方法からなる。
【０００９】
また、本発明に係る生物脱窒装置は、アンモニア性窒素含有排水の生物学的処理装置であって、
処理対象となる排水の少なくとも一部を硝化槽をバイパスさせて直接脱窒槽に供給するとともに脱窒槽に供給しなかった残りの排水を硝化槽に供給する排水供給手段と、
硝化槽に供給されてきた排水を硝酸化する硝化手段と、
前記直接脱窒槽に供給されてきた排水中のアンモニア性窒素と、前記硝化槽から前記脱窒槽に供給される排水中の前記硝化手段で硝酸化された硝酸性窒素を、脱窒槽において電子供与体を供給することにより脱窒する脱窒手段と、
を含むことを特徴とする装置からなる。
【００１０】
すなわち、本発明に係る生物脱窒方法および装置は、処理対象となる排水の一部を硝化槽をバイパスさせて、電子供与体添加下において硝酸化した残りの排水とともに脱窒槽に供給することにより、適切なアンモニア性窒素と硝酸性窒素の比率にて、効率よく低コストにて脱窒を行うようにしたものである。
【００１１】
この本発明に係る生物脱窒方法および装置においては、脱窒工程に流動床式生物処理装置を用いることが好ましい。また、硝化工程にも流動床式生物処理装置を用いることができる。流動床式生物処理装置における生物担体としては、例えば、スポンジ、ゲル、グラニュール、プラスチック成型品のうちの少なくとも一つを用いることができる。
【００１２】
脱窒工程に、固定床と比較し設置が容易で既存設備の改造が容易な流動床型の生物処理装置を用いることにより、槽内構造を単純化できると共に、工期、コストを削減することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る生物脱窒方法および装置によれば、排水の一部を硝化槽をバイパスさせて直接脱窒槽に供給することによって、アンモニア性窒素と硝酸性窒素を適切な比率で脱窒槽に供給することが可能になり、脱窒槽において効率的な処理が可能となる。また、亜硝酸化の処理が不要で長時間にわたり安定した処理が可能となる。
【００１４】
また、脱窒装置を流動床式の装置とすることで、既存設備の改良が容易となり、また、装置構造も簡素になるので、工期、コストの削減が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明について、望ましい実施の形態とともに詳細に説明する。
図１は、本発明に係る方法の実施に好適な窒素含有排水処理装置の一例を示す概略構成図である。比較のために、図２に従来の脱窒装置の一例の概略構成を、図３に従来のＡＮＡＭＭＯＸ反応による処理装置の一例の概略構成を、それぞれ示す。
【００１６】
例えば半導体産業において排出されるような、アンモニア性窒素含有排水を硝化槽、脱窒槽、酸化槽よりなる排水処理装置において処理する場合に、図１に示すような構成で本発明を実施することにより、低コストでの排水処理が可能となる。
【００１７】
具体的には、例えば図１に示すように、排水１中のアンモニア性窒素を硝酸性窒素とする硝化槽２と、当該硝化槽２からの処理水（排水）中の硝酸性窒素を脱窒する脱窒槽３と、脱窒槽３において処理された排水中に残存する有機物を処理する酸化槽４よりなるような排水処理装置において、排水１の一部を硝化槽２をバイパスさせて直接脱窒槽３に供給する。脱窒槽３では独立栄養性脱窒微生物による反応（ＡＮＡＭＭＯＸ反応）で電子供与体として利用されるアンモニア性窒素はバイパスラインＢにより供給され、従属栄養性脱窒微生物による反応（脱窒反応）で電子供与体として利用される有機物はラインＹにより供給される。本発明は上記ＡＮＡＭＭＯＸ反応処理と脱窒反応処理を共存処理させることにより実施が可能となる。つまり、硝化槽２でアンモニアを硝酸にし、脱窒とＡＮＡＭＭＯＸ反応を行う脱窒槽３でバイパスされてきたアンモニアを添加するとともに、メタノールを添加し、脱窒菌およびＡＮＡＭＭＯＸ菌の相互作用（脱窒菌からＡＮＡＭＭＯＸ菌への亜硝酸の受け渡し）によって硝酸とアンモニアを窒素にして処理し、余剰に添加したメタノールが存在する場合にはそれを酸化槽４で処理する。なお、電子供与体として添加する有機物としてはメタノール、イソプロピルアルコール、プロピオン酸、ギ酸、酢酸（有機酸類）、アラニン、グルコース等の溶解性有機物（アルコール類）の他、油等の難溶解性の液状有機物も考えられる。その他に、槽内に水素ガス、還元態硫黄化合物を供給し、水素ガスや還元態硫黄化合物を電子供与体として用いる独立栄養性の脱窒菌を用いてもよい。
【００１８】
なお、電子供与体とはANAMMOX微生物の場合はアンモニアであり、他の独立脱窒微生物の場合は水素であり、還元態硫黄、従属栄養性脱窒菌の場合は有機物である。また、電子受容体はANAMMOX微生物にとっては亜硝酸であり、他の独立脱窒微生物の場合は硝酸または亜硝酸であり、還元態硫黄、従属栄養性脱窒菌の場合も硝酸または亜硝酸である。
【００１９】
この際、脱窒槽に電子供与体として供給されるアンモニア性窒素は硝化槽からの処理水中に残存する形として、又は、処理対象であるアンモニア性窒素含有排水の一部をバイパスして、脱窒槽に供給することが可能である。
【００２０】
また、脱窒槽に供給される硝化槽処理水及びアンモニア性窒素含有排水中に、従属栄養性脱窒細菌が電子供与体として利用するのに十分な有機物や独立栄養性の脱窒菌が利用するのに十分な電子供与体が含まれる場合には、メタノール等の供給は不要である。
【００２１】
更に、脱窒槽内で供給したメタノールなどの有機物が脱窒槽で消費されて残存していない場合には、後段の酸化槽４は不要である。
【００２２】
なお、硝酸の亜硝酸化手段は生物処理によるものに限られず、また、脱窒槽においてｐＨ等を調整し処理を行うことは一般的手段として用いられるものである。
【００２３】
更に、生物処理の早期立ち上げの観点から、増殖速度の遅い独立栄養性脱窒細菌を事前に汚泥や担体に付着させた状態等で集積しておいたものを脱窒槽に添加してもよい。
【００２４】
また、硝化槽において脱窒槽へ供給する排水中の亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素の比率を制御することにより、脱窒槽における独立栄養性脱窒細菌と従属栄養性脱窒細菌の増殖速度を制御し共存させることが可能である。
【００２５】
また、脱窒槽へ供給される排水中の亜硝酸性窒素量、及び、硝酸性窒素量から脱窒槽へ添加する電子供与体（メタノール等）量を制御することによっても、独立栄養性脱窒細菌と従属栄養性脱窒細菌の増殖速度を制御し、より理想的な条件で共存させることが可能である。
【００２６】
本発明との比較のために、図２に従来の脱窒による処理態様の一例を示し、図３に従来のＡＮＡＭＭＯＸ反応による処理態様の一例を示す。図２に示す例では、硝化槽２でアンモニアを硝酸にし、脱窒槽３ａでメタノールを添加し硝酸を窒素にして処理し、余剰に添加したメタノールを酸化槽４で処理する。図３に示す例では、硝化槽２でアンモニアを亜硝酸にし、ＡＮＡＭＭＯＸ槽３ｂでアンモニアを添加し、亜硝酸とアンモニアを窒素にして処理する。この場合、メタノールの添加は無いので酸化槽は不要である。
【００２７】
つまり、図２に示す従来の脱窒処理では、脱窒槽３ａへの電子供与体としてのメタノールの添加は行われるが、アンモニアの一部を硝化槽２をバイパスさせて脱窒槽３ａに供給することは考えられておらず、図３に示す従来のＡＮＡＭＭＯＸ処理では、アンモニアの一部を硝化槽２をバイパスさせてＡＮＡＭＭＯＸ槽３ｂに供給することは考えられるものの、ＡＮＡＭＭＯＸ槽３ｂに電子供与体としての有機物等（メタノール等）を供給することは考えられていない。
【００２８】
これら従来処理に対し、本発明では、アンモニアの一部の適切な量を硝化槽２をバイパスさせて直接脱窒槽３に供給し、脱窒槽３において、硝化槽２からの処理水とバイパス供給されたアンモニア性窒素含有排水を、電子供与体としての有機物等（メタノール等）を添加した条件下にて（電子供与体としての有機物等（メタノール等）が存在する条件下にて）、かつ、独立栄養性脱窒細菌と従属栄養性脱窒細菌が適切に共存した条件下にて、脱窒処理を行うようにしている。つまり、脱窒処理とＡＮＡＭＭＯＸ処理が、互いに阻害し合うことなく、進行できるようにしたものである。原水のバイパスラインへの供給量は20〜60％が好ましい。この範囲にすることによりより安定的に共存処理が可能となる。
【００２９】
図４、図５は、本発明の実施に好適な生物脱窒装置の例を示すものである。
例えば、脱窒槽３内に脱窒を行う微生物である従属栄養性又は独立栄養性の脱窒菌の、グラニュール（汚泥の造粒体）又は微生物担体を添加し、単純な装置構造で担体の設置コスト、工期を抑えて排水処理が可能となる。また、装置構造がシンプルであり、メンテナンスが容易であると共に、既存設備への本手法の適用にあたっては担体を添加するだけでよく改良が容易である。
【００３０】
担体としては、スポンジ、ゲル、プラスチック成型品、各種グラニュール（脱窒グラニュール、硝化グラニュール、ＡＮＡＭＭＯＸグラニュール等）等を利用することができる。好適には、親水性のポリウレタンスポンジやポリビニルアルコール（PVA）ゲルを利用することができる。図４に示す例では、親水性ポリウレタンスポンジ担体５を用いており、図５に示す例では、親水性ポリウレタンスポンジ担体５とＰＶＡゲル担体６を用いている。また、本手法における、嫌気微生物が硝酸を亜硝酸まで還元し、その亜硝酸をＡＮＡＭＭＯＸ菌が利用し脱窒を行うという特性に鑑み、両細菌が同一担体内に存在し亜硝酸の移動が容易となるような、各細菌が付着しやすい素材を組み合わせた担体を用いてもよい。
【００３１】
なお、生物脱窒槽３内を流動させる手段としては、水中攪拌機７（図４に例示）や水中ポンプ８（図５に例示）の設置により流動を起こす手法が考えられ、特に、ドラフトチューブ９（図５に例示）を設置することで、より低エネルギーで強い攪拌を得ることができる。
【００３２】
表１〜表３に、PVAゲル及び親水性ポリウレタンスポンジ担体を用いた脱窒方法の試験結果を示す（試験Ｎｏ．１〜５）。具体的には、表１に試験条件を示すが（○印は存在していることを示している）、密閉可能な容器内に表２に示す組成の溶液を作製し、前述のゲル及び担体を水溶液に対し体積比でそれぞれ５％計10％となるように添加した後に、独立栄養性脱窒菌及び従属栄養性脱窒菌を担体に付着させるための種汚泥として添加した。その後、容器内を窒素ガスで封入し嫌気条件とし、一日に数回容器を手で振り容器内部を攪拌した。そして、所定時間毎に酸素に触れないように窒素雰囲気下で容器内の溶液を採取し、アンモニア性窒素、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素の各濃度を測定した。なお、アンモニア性窒素の測定には、インドフェノール青吸光光度法（JIS(1998年),K0102,P145）を用い、硝酸性窒素・亜硝酸性窒素の測定にはイオンクロマトグラフィーを用いた。
【００３３】
その結果、表３に試験結果を示すように、担体存在下で独立栄養性脱窒菌（ＡＮＡＭＭＯＸ菌）と従属栄養性脱窒菌が共存している系においてはメタノールの添加により硝酸及びアンモニア性窒素濃度が減少し（表６、No.4,No.5）、生物学的脱窒によりアンモニア性窒素と硝酸性窒素が同時に除去されることが確認された。
【００３４】
【表１】
2008023485.tif 000003
【００３５】
【表２】
2008023485.tif 000004
【００３６】
【表３】
2008023485.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、半導体製造分野等のあらゆる分野におけるアンモニア性窒素含有排水の生物脱窒処理に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施例に係る方法を実施するための排水処理装置の概略構成図である。
【図２】従来の脱窒装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】ANAMMOX反応による処理装置の一例を示す概略構成図である。
【図４】本発明の実施に好適な生物脱窒装置の一例を示す概略斜視図である。
【図５】本発明の実施に好適な生物脱窒装置の別の例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  アンモニア性窒素含有排水
２  硝化槽
３  脱窒槽
４  酸化槽
５  親水性ポリウレタンスポンジ担体
６  ＰＶＡゲル担体
７  水中攪拌機
８  水中ポンプ
９  ドラフトチューブ
Ｂ  バイパスライン
【図１】
2008023485.tif 000006
【図２】
2008023485.tif 000007
【図３】
2008023485.tif 000008
【図４】
2008023485.tif 000009
【図５】
2008023485.tif 000010