(57)【要約】【課題】高い負荷においても安定した脱窒処理を行うことの出来る上向流式汚泥床法と、この処理方法を効果的に実施することのできる処理装置を提供する。【解決手段】脱窒菌を含有した汚泥を保持した脱窒槽により、廃水を生物学的に高い負荷において安定した脱窒処理をする方法であって、該脱窒処理をガス・液・固液分離部を多段に有する上向流式汚泥床処理装置を用いて行う生物学的脱窒方法。装置本体側壁との角度が３５度以下、かつ各占有面積が装置断面積の２分の１以上となる邪魔板により形成されるガス、液及び固液分離部を多段に取り付け、被処理水を流入する被処理水送液管を底部に配設し、装置内に脱窒菌を含有する汚泥を保持した上向流汚泥床処理装置からなる生物学的脱窒装置。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱窒菌を含有した汚泥を保持した脱窒槽により、廃水を生物学的に高い負荷において安定した脱窒処理をする方法であって、該脱窒処理をガス・液・固液分離部を多段に有する上向流式汚泥床処理装置を用いて行なうことを特徴とする生物学的脱窒方法。
【請求項２】
前記ガス・液・固液分離部内部に気体を吹き込むことにより、ガス・液・固液分離部内部でのスカムの形成を防止し、かつ汚泥床を混合することを特徴とする請求項１記載の生物学的脱窒方法。
【請求項３】
被処理液に消泡剤を添加することにより、前記ガス・液・固液分離部内部での発泡及びスカムの形成を防止することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の生物学的脱窒方法。
【請求項４】
装置本体側壁との角度が３５度以下、かつ各占有面積が装置断面積の２分の１以上となる邪魔板により形成されるガス、液及び固液分離部を多段に取り付け、被処理水を流入する被処理水送液管を底部に配設し、装置内に脱窒菌を含有する汚泥を保持した上向流汚泥床処理装置からなることを特徴とする生物学的脱窒装置。
【請求項５】
前記上向流嫌気性汚泥床処理装置が、電子供与体及び／又は消泡剤を注入し、流入水のリアクター内部での通水速度を０．５〜５ｍ／ｈになるように調節した被処理水を被処理水送液管から流入する請求項４記載の生物学的脱窒装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水、し尿、各種工場等より排出される廃水中の酸化態窒素（ＮＯｘ−Ｎ）を、生物学的に還元して脱窒処理する生物学的脱窒方法及び装置に関し、更に詳しくは、特にガス・液・固液分離部（以下「ＧＳＳ部」とも記す）を多段に有する脱窒菌、とりわけグラニュール汚泥を保持した上向流式汚泥床処理方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生物学的脱窒方法としては、担体に脱窒菌を固定する方法や上向流式汚泥床法（以下ＵＳＢ法とも記す）が採用され、そのＵＳＢ法には一般に図２に示すような装置が用いられている。なお、被処理水を以下「原水」ともいう。
図２の装置では、底部に原水供給管１が接続した原水供給部及び脱窒菌グラニュール汚泥層２３を有し、汚泥層２３の上方にガス衝突部２４、ガス捕集部２５、処理水９の流出部を有する脱窒槽２２において脱窒するものであり、脱窒菌の付着担体を用いることなく、脱窒菌が自己造粒したグラニュール汚泥を形成させ、脱窒槽２２内に高濃度の微生物を保持するものである。このような装置では、脱窒菌グラニュール汚泥層２３の堆積していない装置の上部が、浮上してきたガスをグラニュール汚泥と分離するとともに処理水とグラニュール汚泥を分離するＧＳＳ部５として構成され、装置下部が脱窒菌グラニュール汚泥を堆積させ、脱窒反応を行う反応部として構成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、脱窒菌をグラニュールとして保持する上向流式汚泥床法には、いまなお、以下に示すような課題がある。
（ａ）脱窒処理で発生する窒素ガスを付着あるいは内包したグラニュール汚泥が浮上し、処理水とともに流出するため、脱窒槽内の脱窒菌グラニュール汚泥量が減少し、処理の悪化を招くおそれがある。
（ｂ）ＧＳＳ部が装置全体の１／３〜１／２を占めており、実際の脱窒反応を行う反応部のスペースが制限されているため、装置全体が大型になる。
（ｃ）前記（ａ）、（ｂ）の理由により、高負荷処理が困難となる。
【０００４】
こうしたことから、本発明は、脱窒菌、とりわけグラニュール汚泥保持量を高めることにより、高い負荷においても安定した脱窒処理を行うことの出来る上向流式汚泥床法と、この処理方法を効果的に実施することのできる脱窒処理装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下に記載する手段によって前記課題を解決した。
（１）脱窒菌を含有した汚泥を保持した脱窒槽により、廃水を生物学的に高い負荷において安定した脱窒処理をする方法であって、該脱窒処理をガス・液・固液分離部を多段に有する上向流式汚泥床処理装置を用いて行なうことを特徴とする生物学的脱窒方法。
（２）前記ガス・液・固液分離部内部に気体を吹き込むことにより、ガス・液・固液分離部内部でのスカムの形成を防止し、かつ汚泥床を混合することを特徴とする前記（１）記載の生物学的脱窒方法。
（３）被処理液に消泡剤を添加することにより、前記ガス・液・固液分離部内部での発泡及びスカムの形成を防止することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の生物学的脱窒方法。
【０００６】
（４）装置本体側壁との角度が３５度以下、かつ各占有面積が装置断面積の２分の１以上となる邪魔板により形成されるガス、液及び固液分離部を多段に取り付け、被処理水を流入する被処理水送液管を底部に配設し、装置内に脱窒菌を含有する汚泥を保持した上向流汚泥床処理装置からなることを特徴とする生物学的脱窒装置。
（５）前記上向流嫌気性汚泥床処理装置が、電子供与体及び／又は消泡剤を注入し、流入水のリアクター内部での通水速度を０．５〜５ｍ／ｈになるように調節した被処理水を被処理水送液管から流入する請求項４記載の生物学的脱窒装置。
【０００７】
本発明では、脱窒により発生する窒素ガスを多段に設置したＧＳＳ部から速やかに回収し、発生ガス・処理水・汚泥の分離回収性能を高めることで、脱窒菌、とりわけグラニュール汚泥の保持量を高める効果があり、高負荷処理が可能となる。
本発明は、ガス、液及び固液分離部を多段に取り付け、嫌気性菌を含有する汚泥を保持した上向流嫌気性汚泥床処理装置を、嫌気性菌を含有する汚泥に代えて脱窒菌を含有する汚泥を入れ、脱窒作用が生じるようにして、生物学的脱窒処理を行うようにしたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されない。
図１は、生物学的脱窒処理方法を実施するのに好ましい本発明の上向流式汚泥床処理装置の一形態の概要を例示した図である。
なお、実施の形態及び実施例を説明するための全図において、同一機能を有する構成要素は同一符号を用いて示す。
図１において、下部に原水送液管１が連通し、上下を閉塞した筒状のリアクター２が設けてある。リアクター２内部の左右両側壁には、それぞれに一方の端部を固定し、他方の端部を反対側の側壁方向に向かって下降しながら延びる邪魔板３が設けてある。
【０００９】
邪魔板３は、上下方向に３箇所左右交互に設けてあって、リアクター側壁との間にそれぞれ鋭角の区分スラッジゾーン４ａ〜４ｃを形成している。リアクター２側壁と邪魔板３のなす角度θは３５度以下の鋭角であることが好ましく、邪魔板３の占有面積は装置断面積の１／２以上である。
なお、角度θは邪魔板３が下向きであるから、側壁に対して上向きの大きい角度と下向きの小さい角度の２つがあるが、この場合、小さいほうの角度で表す。θが３５度を越える角度の場合には、スラッジゾーン４ａ〜４ｃの邪魔板３にグラニュール汚泥が堆積し、デッドスペースを生じやすくなるため、流動性が不十分となり、高負荷処理が困難となる場合がある。
また、邪魔板３の占有面積が１／２以下だと、発生ガスの捕捉が不十分となり、気液固の分離に不具合を生じる。すなわち、リアクターの中心よりガスが上方へ抜けてしまい、後記のＧＳＳ部５にガスを十分に集積することができなくなる。
【００１０】
区分スラッジゾーン４ａ〜４ｃの上部はＧＳＳ部５を形成している。反応が開始すると発生ガスが集まる気相部５ａには、外部と通じる発生ガス回収配管６の排出口を設けてある。
気相部５ａから接続されている発生ガス回収配管６の吐出口は、水を充填した水封槽７の水中内で開口している。開口位置は水圧が異なる適宜な水深位にあり、水封槽７には発生ガス回収配管６から吐き出されたガス流量を測定するガスメータ８が設けてある。ガスメータ８の先には、ガスホルダー１１が設けられている。また、リアクター２上端には上澄み液を排出する処理水配管９が開口している。
【００１１】
本発明の処理の対象となる原水は、アンモニア性窒素、有機性窒素、酸化態窒素を含む廃水であり、アンモニア性窒素及び有機性窒素は好気性処理などにより酸化態窒素としてから本発明に供する。
【００１２】
本発明の酸化態窒素の脱窒方法には、従属栄養細菌である脱窒菌により、原水中の有機物、あるいは系外から添加されるメタノールなどの有機物を電子供与体として利用する方法や、独立栄養性の脱窒菌により、アンモニア性窒素や硫黄などを電子供与体として利用する方法が適用できる。
【００１３】
リアクター２は、脱窒菌からなるグラニュール汚泥を投入して使用するのが好ましいが、グラニュール汚泥でなくてもよい。脱窒菌は上記従属栄養細菌の脱窒菌、あるいは独立栄養性の脱窒菌の何れも適用できる。原水は送液管１からリアクター２へ導入する。原水を処理水の循環液や系外から供給する希釈水等により、必要に応じて適宜希釈を行い、流入水のリアクター２内部での通水速度が０．５〜５ｍ／ｈとなるように調節することで、リアクター内部のグラニュール汚泥層の流動状態が良好となる。流入水のリアクター２内部での通水速度を６ｍ／ｈ以上にすると、脱窒菌グラニュール汚泥が処理水とともに流出しやすくなるため、通水速度を５ｍ／ｈ以下とすることが好ましい。
【００１４】
リアクター２内では脱窒菌からなるグラニュール汚泥の介在によって酸化態窒素が分解し、窒素ガスが発生する。発生したガスは、各区分スラッジゾーン４ａ〜４ｂ上端のＧＳＳ部５に別れて集まり、それぞれに気相部５ａを形成し、発生ガス回収配管６を通じて水封槽７に至る。こうした発生ガスは、ガスメータ８でその排出量が記録され、ガスホルダー１１に送られる。発生ガスの一部は、区分スラッジゾーン４ａ〜４ｂ内でグラニュール汚泥に付着し、その見かけ比重を軽減させるとともに、グラニュール汚泥を同伴してＧＳＳ部５の水面に達する。こうした発生ガスは、気泡を形成して水面気泡部５ｂに一時的に滞留する。水面気泡部５ｂに集合した気泡はやがて破裂し、発生ガスとグラニュール汚泥とが分離され、グラニュール汚泥はもとの比重を回復して水中に潜り、発生ガスは、発生ガス回収配管６から水封槽７を経由して系外に排出される。酸化態窒素が分解して清澄になって水は、リアクター上端から処理水配管９を経由して系外に排出される。
【００１５】
各ＧＳＳ部５の気相部５ａのガス圧は異なるので、その差圧は水封槽７で調整するとよい。原水送液側に近い順に水封圧は高く保つ必要がある。ガス回収の圧調整は水封槽７を使う方法以外にも多くの方法がある。例えば圧力弁等を使用してもよい。本発明の上向流式汚泥床処理方法では、各区分スラッジゾーン毎にそこで発生する発生ガスを回収できるため、リアクター単位断面積当たりの発生ガス量が少なくなる。特に処理水を流出させる処理水配管９に最も近い所では、リアクターの単位断面積当たりのガス量が小さくなる。そのため、グラニュール汚泥の系外流出量は非常に少なくすることができる。
【００１６】
発泡性の原水の場合には、ＧＳＳ部５内の気相部５ａ及び発生ガス回収配管６が閉塞し、発生ガスの回収が困難となる。このような場合、リアクター２流入水に予め消泡剤１０を加えることで、ＧＳＳ部５内での発泡を抑えることができる。ＧＳＳ部５内に消泡剤を滴下、噴霧する方法に比べ、本手法は密閉空間での消泡に効果的である。消泡剤１０は原水性状に応じた消泡効果を有する消泡剤を使用する。消泡剤の種類としてはシリコーン系消泡剤、アルコール系消泡剤の何れも適用が可能である。
【００１７】
原水が高ＳＳ等の理由により、スカムを形成しやすい場合には、ＧＳＳ部５内の気泡部５ｂ表面及び内部にスカムを形成し、発生ガスの回収が困難となる。このような場合には、発生ガス吹き込み配管１４を散気管１２に接続し、ガスホルダー１１内の発生ガスをＧＳＳ部５内に供給することで、スカムの破壊あるいはスカムの形成防止が可能となる。散気管１２から吹き込まれる気泡によりスカムが破壊され、破壊されたスカムはリアクター２内の液の流れとともに処理水として排出される。
【００１８】
各ＧＳＳ部で吹き込みガスを回収できるため、リアクター単位断面積当たりの発生ガス量が少なく、特に処理水を流出させる処理水配管に最も近い所では、リアクターの単位断面積当たりのガス量が小さくなり、グラニュール汚泥の系外流出量を極く少なくすることができる機能は損なわれない。散気管はリアクターの下部あるいは各ＧＳＳ部の下部に配置する。吹き込みガスによりグラニュール汚泥層が撹拌され、グラニュール汚泥と流入廃水の接触は良好となり、特に、リアクター本体内に流入する酸化態窒素負荷量が少ない場合には、これにより発生するガスの量も少ないため、吹き込みガスによるグラニュール汚泥層の撹拌の効果は大きい。
【００１９】
ＧＳＳ部５内部のスカムを破壊・除去するために、ＧＳＳ部５内に吹き込む気体は酸素を含まない、脱窒処理に影響を与えない気体が好ましく、特に発生する窒素ガスを使用することが望ましい。なお、従属栄養細菌である脱窒菌を適用する場合は、通性として嫌気性細菌であるため、処理水のＯＲＰが−１００ｍＶ以下を維持し、脱窒処理に影響を与えない条件であれば、空気等の酸素を含む気体を使用することができる。
ガスを吹き込む頻度は、廃水の性状にもよるが１日に１回から１週間に１回とすることで、ＧＳＳ部内部のスカムを破壊・除去する効果がある。また、ガスを吹き込む頻度を１日に１回以上とすることで、汚泥層の撹拌効果がさらに高まる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００２１】
図３〜４に多段型脱窒処理の実験に用いた装置の概要を示す。Ａ系列は上向流式汚泥床法の従来法であり、図３に、図２の原水供給管１中にメタノール１５を注入する方式の従来法として図示するものである。Ｂ系列は傾斜する邪魔板を３ヶ取り付け、装置側壁と邪魔板との角度を３０度とし、散気管を取り付け、発生ガスの吹込みを行った系列であり、図４に示す。Ｂ系列は本発明に基づく系列である。
【００２２】
図４において、原水は、リアクター２の下端に接続した原水送液管１より流入し、リアクター２上部の処理水配管９より処理水を得る。リアクター２内には有機物を分解、浄化する際に発生したガスが集まるＧＳＳ部５を有し、その上端には外部と通じる発生ガス回収配管６の排出口を設けてある。脱窒処理の電子供与体としてメタノール１５を注入した。
【００２３】
液層部の容量は１ｍ３であり、リアクター内の水温は２０〜２５℃である。原水には、化学工場から排出される廃水（酸化態窒素１００ｍｇ／リットル）に、無機栄養塩類（リンなど）を添加したものを用いた。メタノールをＢＯＤとして３００ｍｇ／リットルとなるように注入した。
Ｂ系列では発生ガスの吹込みを１時間当たり１回とした。
【００２４】
図５に実験経過と脱窒処理成績の変化を示す。両系列とも処理水酸化態窒素濃度を見ながら酸化態窒素負荷量を徐々に上げた。
実験経過後約８０日目まではほぼ同じ負荷量で処理できた。約８０日目以降、酸化態窒素負荷が３ｋｇ／ｍ３／ｄ以上になると、Ａ系列では処理水酸化態窒素濃度が高くなり、９０日目では酸化態窒素除去率が５０％に低下した。Ａ系列では、負荷の上昇により、発生した窒素ガスを付着あるいは内包したグラニュール汚泥が浮上し、処理水とともに流出したため、脱窒槽内の脱窒菌グラニュール汚泥量が減少し、処理性能が低下した。
【００２５】
一方、ＧＳＳ部を多段に配置したＢ系列では、酸化態窒素負荷が５ｋｇ／ｍ３／ｄにおいても処理水酸化態窒素濃度は５ｍｇ／リットル以下、酸化態窒素除去率９５％以上の処理が可能であった。第１表に定常状態における処理成績の比較を示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
本発明に基づくＢ系列では酸化態窒素負荷５ｋｇ／ｍ３／ｄ、ＣＯＤ除去率９５％、処理水ＶＳＳ４０〜８０ｍｇ／リットルであった。一方、Ａ系列の従来法では、酸化態窒素負荷２．５ｋｇ／ｍ３／ｄ、ＣＯＤ除去率９５％、処理水ＶＳＳ４０〜８０ｍｇ／リットルであった。このようにＢ系列の本発明に基づく方法では、高い酸化態窒素負荷で運転しているにもかかわらず、脱窒処理成績が安定していた。また、処理水ＶＳＳ濃度は従来法とほぼ同じであった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、ガス・液・固分離部を多段に配置することにより、脱窒により発生する窒素ガスを速やかに回収し、発生ガス・処理水・浮上汚泥の分離回収性能を高めることで、脱窒菌、とりわけグラニュール汚泥の保持量を高める効果があり、高い酸化態窒素負荷においても、安定した処理を行うことの出来る生物学的脱窒方法と、そのような装置を提供することができ、高い酸化態窒素負荷の上向流式汚泥床法（ＵＳＢ法）の運転において、常時安定した脱窒処理成績が得られるので、極めて有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の上向流脱窒処理装置の一形態を例示した模式図。
【図２】従来の上向流脱窒処理装置の一形態を例示した模式図。
【図３】実験に用いた従来法の上向流脱窒処理装置の概略を例示した模式図。
【図４】実験に用いた本発明の上向流脱窒処理装置の概略を例示した模式図
【図５】実験経過と酸化態窒素負荷、酸化態窒素及び除去率の変化を示す図。
【符号の説明】
１　　原水送液管
２　　リアクター
３　　邪魔板
４　　区分スラッジゾーン
５　　ＧＳＳ部
５ａ　気相部
５ｂ　気泡部
６　　発生ガス回収配管
７　　水封槽
８　　ガスメータ
９　　処理水配管
１０　　消泡剤
１１　　ガスホルダー
１２　　散気管
１３　　汚泥層
１４　　発生ガス吹込配管
１５　　メタノール
２１　　流入水
２２　　脱窒槽
２３　　細菌グラニュール汚泥層
２４　　ガス衝突部
２５　　ガス捕集部
２６　　窒素ガス
【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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