(57)【要約】【課題】窒素除去装置に緊急事態が発生した場合でも安定した排水の処理を行うことができ、装置コストおよび運転コストの低減を図ることができる排水処理装置を提供する。【解決手段】硝酸態窒素およびアンモニア態窒素を含む排水を貯留する原水タンクと、該排水中の硝酸態窒素およびアンモニア態窒素を除去する窒素除去装置を備えた排水処理装置において、該窒素除去装置に供給される排水の性状および該窒素除去装置で処理された排水の性状を検出する排水処理性状検出器と、前記排水中の硝酸態窒素およびアンモニア態窒素を吸着除去する金属担持活性炭層およびイオン交換体層を備えた吸着塔と、前記排水処理性状検出器で検出した排水の性状値が一定値を超えた場合に前記原水タンクの排水を該吸着塔に供給する制御手段とを有する排水処理装置。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硝酸態窒素およびアンモニア態窒素を含む排水を貯留する原水タンクと、該原水タンクから供給された排水中の硝酸態窒素およびアンモニア態窒素を除去する窒素除去装置を備えた排水処理装置において、該窒素除去装置に供給される排水の性状および該窒素除去装置で処理された排水の性状を検出する排水処理性状検出器と、前記排水中の硝酸態窒素およびアンモニア態窒素を吸着除去する金属担持活性炭層およびイオン交換体層を備えた吸着塔と、前記排水処理性状検出器で検出した排水の性状値が所定値を超えた場合に該吸着塔に供給する制御手段とを有すること特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記吸着塔で処理された排水中の硝酸態窒素濃度およびアンモニア態窒素濃度を検出する濃度検出器と、該吸着塔内の金属担持活性炭層およびイオン交換体層を再生する再生液を貯留する再生液タンクと、該濃度検出器で検出した硝酸態窒素濃度およびアンモニア態窒素濃度が所定値を超えた場合に該吸着塔への排水の供給を停止して前記再生液を該吸着塔に供給する制御手段と、該吸着塔から排出される使用済再生液を貯留する使用済再生液タンクと、該使用済再生液タンク内の使用済再生液を前記硝酸体窒素除去装置の前流に供給する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の排水処理装置。
【請求項３】
前記金属担持活性炭層とイオン交換体層が吸着塔内に排水流れ方向に交互に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の排水処理装置。
【請求項４】
前記吸着塔を２塔以上設置し、該吸着塔への排水の供給と再生液の供給を各吸着塔間で交互に行う制御手段を設け、該吸着塔で排水の処理を連続的に行うようにしたことを特徴とする請求項２または３に記載の排水処理装置。
【請求項５】
前記金属担持活性炭が活性炭に鉄を担持させたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排水処理装置に関し、さらに詳しくは排水中の硝酸態窒素やアンモニア態窒素を除去する窒素除去装置に排水供給量の増大、排水性状の急変、該装置の処理能力低下などの緊急事態が生じた場合でも安定して排水の処理を行うことができる排水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
硝酸態窒素やアンモニア態窒素を含有する排水を未処理のまま放流すると、海水や湖沼の富栄養化が進み、海の青潮、赤潮の発生や湖沼の悪臭の発生などの原因となる。また排水中の硝酸態窒素およびアンモニア態窒素は、２００４年から実施される総量規制中のトータル窒素分として規制の対象となっており、安定した排水の処理方法が要望されている。
従来から硝酸態窒素等の処理には生物脱窒法による窒素除去装置が用いられている（例えば、特許文献１、２）。しかし、生物脱窒法では、排水の処理能力が微生物の繁殖（活動）状況に大きく影響を受け、例えば、微生物が死滅するなどの突発的な事故が発生した場合、従来の装置では迅速な対応ができず、排水保管槽の許容量を超えると前流の装置（例えば、製造装置）を停止する必要が生じるなどの問題があった。
また、近年ではイオン交換樹脂を利用する方法、逆浸透膜法や電解法などによる方法が提案されている（例えば、特許文献３）。しかし、これらの方法でも装置のメンテナンス時や装置の故障時には上記と同様の問題があり、装置停止時のための排水保管槽等を併設する必要があり、また装置停止が長引く場合には、前流の製造装置を停止する必要があった。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２７７４８９号公報
【特許文献２】
特開平９−１１７７９３号公報
【特許文献３】
特開２００２−２４８４７４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決し、窒素除去装置に供給する排水の供給量や性状が変化した場合や該装置の処理能力が低下した場合でも硝酸態窒素およびアンモニア態窒素の除去を確実に行うことができ、設備コストおよび運転コストの低減を図ることができる排水処理装置に関する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願で特許請求する発明は以下の通りである。
（１）硝酸態窒素およびアンモニア態窒素を含む排水を貯留する原水タンクと、該原水タンクから供給された排水中の硝酸態窒素およびアンモニア態窒素を除去する窒素除去装置を備えた排水処理装置において、該窒素除去装置に供給される排水の性状および該窒素除去装置で処理された排水の性状を検出する排水処理性状検出器と、前記排水中の硝酸態窒素およびアンモニア態窒素を吸着除去する金属担持活性炭層およびイオン交換体層を備えた吸着塔と、前記排水処理性状検出器で検出した排水の性状値が所定値を超えた場合に該吸着塔に供給する制御手段とを有すること特徴とする排水処理装置。
【０００６】
（２）前記吸着塔で処理された排水中の硝酸態窒素濃度およびアンモニア態窒素濃度を検出する濃度検出器と、該吸着塔内の金属担持活性炭層およびイオン交換体層を再生する再生液を貯留する再生液タンクと、該濃度検出器で検出した硝酸態窒素濃度およびアンモニア態窒素濃度が所定値を超えた場合に該吸着塔への排水の供給を停止して前記再生液を該吸着塔に供給する制御手段と、該吸着塔から排出される使用済再生液を貯留する使用済再生液タンクと、該使用済再生液タンク内の使用済再生液を前記硝酸体窒素除去装置の前流に供給する手段を有することを特徴とする（１）に記載の排水処理装置。
（３）前記金属担持活性炭層とイオン交換体層が吸着塔内に排水流れ方向に交互に配置されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の排水処理装置。
（４）前記吸着塔を２塔以上設置し、該吸着塔への排水の供給と再生液の供給を各吸着塔間で交互に行う制御手段を設け、該吸着塔で排水の処理を連続的に行うようにしたことを特徴とする（２）または（３）に記載の排水処理装置。
（５）前記金属担持活性炭が活性炭に鉄を担持させたものであることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の排水処理装置。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面により説明する。
図１は、本発明の一実施例を示す排水処理装置の系統図である。
図１において、排水処理装置は、硝酸態窒素およびアンモニア態窒素を含む排水を貯留する原水タンク２０と、原水タンク２０から供給された排水中の硝酸態窒素およびアンモニア態窒素を除去する窒素除去装置２１と、窒素除去装置２１に供給される排水の性状および該装置２１で処理された排水の性状を検出する排水処理性状検出器５と、金属担持活性炭層１およびゼオライト層２をそれぞれ備えた吸着塔３Ａ、３Ｂと、排水処理性状検出器５で検出された排水の性状値が一定値を超えた場合に原水タンク２０の排水を吸着塔３Ａ、３Ｂに供給する排水供給切替弁４と、供給された排水を吸着塔３Ａ、３Ｂのいずれか一つに選定して供給する吸着塔切替弁７と、吸着塔３Ａ、３Ｂで処理された排水を貯留する調整槽１３と、調整槽１３の排水中の硝酸態窒素濃度およびアンモニア態窒素濃度を検出する濃度検出器１４と、吸着塔３Ａ、３Ｂの金属担持活性炭層１およびゼオライト層２を再生する再生液を貯留する再生液タンク９と、該再生液タンク９内の再生液を吸着塔３Ａ、３Ｂのいずれか一つに選定して供給する再生液切替弁８と、吸着塔３Ａ、３Ｂから排出される使用済再生液を貯留する使用済再生液タンク１２と、使用済再生液タンク１２の使用済再生液を窒素除去装置２１の前流に供給する戻りライン１５と、吸着塔３Ａ、３Ｂから排出される処理排水または使用済再生液をそれぞれ調整槽１３または使用済再生液タンク１２に導く排水切替弁１０、１１とから主として構成される。
【０００８】
このような構成において、生産設備等から排出された排水は、原水タンク２０に貯留された後、原水ポンプにより窒素除去装置２１に供給され、ここで排水中の硝酸態窒素およびアンモニア態窒素が除去され、図示しない処理排水槽に導かれる。窒素除去装置２１としては脱窒反応槽等を備えた従来公知の装置が用いられる。排水処理性状検出器５では、窒素除去装置２１に供給される排水の性状および該装置２１で処理された排水の性状が検出される。排水処理性状検出器５で検出する排水の性状としては、排水の供給量、供給される排水および処理された排水中の硝酸態窒素濃度およびアンモニア態窒素濃度等が挙げられる。該排水処理性状検出器５で検出された排水の性状値が一定値を超えると、該性状値の信号が信号ライン５ａを介して排水供給切替弁４に送られる。排水供給切替弁４では、該性状値の信号に基づいて弁の切替えが行われ、原水タンク２０の排水が、配管６、吸着塔切替弁７および配管７ａを介して吸着塔３Ａに導かれる。なお、吸着塔３Ａへの排水の供給は原水タンク２０から供給される排水の一部であっても全部であってもよい。吸着塔３Ａに供給された排水は、吸着塔３Ａ内に配置された金属担持活性炭層１およびゼオライト層２を順次通過し、この通過の過程で排水中の硝酸態窒素とアンモニア態窒素が吸着除去される。吸着塔３Ａで処理された排水は、排水切替弁１０の切替えにより配管１０ｂを介して調整槽１３に送られ、貯留槽１３に貯留された処理排水の硝酸態窒素濃度およびアンモニア態窒素濃度が濃度検出器１４により測定され、該濃度が一定値以下である場合には、処理排水槽に送られる。
【０００９】
濃度検出器１４での測定値が一定値を超えた場合にはその測定値信号が信号ライン１４ａを介して再生液切替弁８および吸着塔切替弁７に送られる。吸着塔切替弁７では、測定値信号に基づいて弁の切替えが行われ、排水の吸着塔３Ａへの供給が停止され、該排水は配管７ｂにより吸着塔３Ｂに供給される。また再生液切替弁８では、上記測定値信号に基づいて弁の切替えが行われ、再生液タンク９に貯留された再生液が配管８ａを介して吸着塔３Ａに導かれる。これにより、吸着塔３Ａでは金属担持活性炭層１およびゼオライト層２の再生が行われ、吸着塔３Ｂでは排水の処理が行われる。吸着塔３Ａで再生に使用した使用済再生液は、排水切替弁１０の切替えにより配管１０ａを介して使用済再生液タンク１２に貯留される。また吸着塔３Ｂでは、排水が吸着塔３Ｂ内の金属担持活性炭層１およびゼオライト層２を順次通過し、この通過の過程で排水中の硝酸態窒素とアンモニア態窒素の吸着除去が行われ、処理された排水が、排水切替弁１１の切替えにより配管１１ｂを介して調整槽１３に導かれる。
【００１０】
調整槽１３に貯留された処理排水は、硝酸態窒素濃度およびアンモニア態窒素濃度が濃度検出器１４により測定され、該測定値が一定値を超えた場合には上記の操作とは逆の操作が行われ、吸着塔３Ｂで金属担持活性炭層１およびゼオライト層２の再生が、吸着塔３Ａで排水の処理が行われる。すなわち、再生液切替弁８の切替えにより吸着塔３Ａへの再生液の供給を停止し、吸着塔切替弁７の切替えにより吸着塔３Ａに排水を供給して排水の処理を行うとともに、吸着塔３Ｂへの排水の供給を停止して再生液を供給し、さらに使用済再生液を排水切替弁１１の切替えにより配管１１ａを介して使用済再生液タンク１２に導く。該使用済再生液には、金属担持活性炭層１およびゼオライト層２から遊離した硝酸態窒素とアンモニア態窒素が濃縮されて含有しているため、該使用済生成液は使用済再生液タンク１２に一旦貯留された後、戻りライン１５により窒素除去装置２１の前流に供給され、窒素除去装置２１により硝酸態窒素およびアンモニア態窒素が除去される。
【００１１】
本発明において、金属担持活性炭に担持させる金属には特に限定はなく、例えば、鉄、コバルト、ニッケル等が用いられるが、特に鉄が好ましい。金属の担持量は、処理する排水中の硝酸態窒素やアンモニア態窒素の濃度に応じて適宜選定するのが好ましい。またイオン交換体としては、上記したゼオライトのほか、シリカゲル、酸化アルミニウム、イオン交換樹脂等を用いることができる。
金属担持活性炭は、下記の反応式（１）  により排水中の硝酸態窒素（硝酸態イオン）を吸着し、塩素イオンを放出する。
Ｉ・ＡＣ・Ｃｌ２  ＋４ＮＯ３  −１→Ｉ・ＡＣ・（ＮＯ３）４  ＋２Ｃｌ−１  …（１）
さらに金属担持活性炭層を通過した排水は、後流のゼオライトと接触し、下記の反応式（２）  により排水中のアンモニア態窒素（アンモニウムイオン）がゼオライトに吸着、補足され、Ｎａイオンを放出する。
Ｚ・Ｎａ＋ＮＨ４  ＋  →Ｚ・ＮＨ４  ＋Ｎａ＋                          …（２）
【００１２】
金属担持活性炭層およびゼオライト層はそれぞれ所定量の硝酸態イオンおよびアンモニウムイオンを吸着すると破過（吸着停止）する。図３には金属担持活性炭の硝酸イオンの破過特性を、図４にはゼオライトのアンモニウムイオンの破過特性を示した。この場合には、上記したように、バルブの切換等により、排水を併設された他の吸着塔に供給して排水の処理が行われる。
硝酸態窒素およびアンモニア態窒素を含有する排水が他の吸着塔によって処理されている間、破過した金属担持活性炭層およびゼオライト層は、例えば、以下のようにして再生される。
金属担持活性炭層およびゼオライト層に、例えば０．５モル／Ｌ−ＮａＣｌ水溶液などの再生液を供給し、金属担持活性炭およびゼオライトに吸着した硝酸態イオンおよびアンモニウムイオンを下記反応式（３）および（４）  により遊離させて金属担持活性炭およびゼオライトを再生する。
【００１３】
Ｉ・ＡＣ・（ＮＯ３）４  ＋２Ｃｌ−１→Ｉ・ＡＣ・Ｃｌ２  ＋４ＮＯ３  −    …（３）
Ｚ・ＮＨ４  ＋Ｎａ＋  →Ｚ・Ｎａ＋ＮＨ４  ＋                          …（４）
上記式（１）  、（２）  の反応後の処理排水は、調整層を経て処理排水槽に送られ、また式（３）  、（４）  の反応後の使用済処理液は、使用済処理液タンクに一旦蓄えられた後、戻りラインを介して窒素除去装置に送られて処理される。
再生液としては上記したＮａＣｌ水溶液のほか、公知の再生液が用いられる。再生液の濃度も排水中の硝酸態窒素濃度およびアンモニア態窒素濃度などにより適宜選定される。
【００１４】
以上のように、本発明の排水処理装置を用いて排水を処理することにより、供給される排水の性状や供給量が変化したり、硝酸態窒素処理装置の処理能力が低下した場合でも、併設された吸着塔により排水中の硝酸態窒素およびアンモニア態窒素を除去することができる。また吸着塔の再生に使用した使用済再生液に硝酸態窒素およびアンモニウ態窒素を濃縮して含有させることができるため、これを窒素除去装置に戻して処理することにより、該装置で処理する排水量を低減させることができ、効率的な処理により安全な窒素および水として系外に排出することができる。
【００１５】
図２は、本発明の他の実施例を示す排水処理装置の説明図である。図２において、図１の排水処理装置と異なる点は、使用済再生液タンク１２を設置する代わりに曝気槽１６を設置して該曝気槽１６に使用済再生液を貯留するようにし、かつ該使用済再生液中に空気ブロワ１７により空気を供給するようにした点である。このような装置によれば、曝気槽１６において使用済再生液中のアンモニウムイオンを供給された空気により酸化して硝酸態窒素とした後、使用済再生液を窒素除去装置に戻すことができるため、該窒素除去装置での負荷を低減することができ、さらに効率のよい装置の運行が可能となる。
【００１６】
【実施例】以下に本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１
図１の排水処理装置を用いて排水の処理を行った。金属担持活性炭としては鉄を担時させた活性炭を用い、またイオン交換体としてはゼオライトを用いた。供給する排水の硝酸態濃度は１００ｐｐｍ、アンモニア態濃度は１０ｐｐｍであった。排水の供給は日量３００ｔであるため、吸着塔１塔当たりの吸着材の量は、鉄担時活性炭４ｍ３  、ゼオライト２．５ｍ３  とした。
排水処理は、窒素除去装置で１日間連続処理した後、吸着塔に切替えるという条件で排水処理を実施した。この結果、吸着塔により処理した排水の濃度は、硝酸態およびアンモニア態ともに数ｐｐｍであった。
また吸着塔より排出される排水の濃度が数ｐｐｍより上昇してきた時点で、飽和したものとみなし、排水を他の吸着塔に供給して排水処理を連続的に行うとともに、飽和した吸着塔には再生液を投入した。この鉄担持活性炭およびゼオライトの再生液には０．５モル／Ｌ−ＮａＣｌ水溶液を用い、３０ｍ３  の再生液により９９％が再生された。
使用済再生液中のアンモニア濃度は１０００ｐｐｍ以下、硝酸態窒素の濃度は５００ｐｐｍ以下となり、この使用済再生液を窒素除去装置に戻して再度排水処理を実施した。これにより、排水処理を性能よく効率よく運行することが可能となった。
【００１７】
実施例２
図２の排水処理装置を用いて排水の処理を行った。金属担持活性炭としては鉄を担時させた活性炭を用い、またイオン交換体としてはゼオライトを用いた。供給する排水の硝酸態濃度は１００ｐｐｍ、アンモニア態濃度は５０ｐｐｍであった。排水の供給は日量３００ｔであるため、吸着塔１塔当たりの吸着材の量は、鉄担時活性炭４ｍ３  、ゼオライト２．５ｍ３  とした。
排水処理は、窒素除去装置で１日間連続処理した後、吸着塔に切替えるという条件で排水処理を実施した。この結果、吸着塔に通水した排水の濃度は、硝酸態およびアンモニア態ともに数ｐｐｍであった。
また吸着塔より排出される排水の濃度が数ｐｐｍより上昇してきた時点で、飽和したものとみなし、排水を他の吸着塔に供給して排水の処理を連続的に行うとともに、飽和した吸着塔には再生液を投入した。この鉄担持活性炭およびゼオライトの再生液には０．５モル／Ｌ−ＮａＣｌ水溶液を用い、３０ｍ３  の再生液の使用で９９％が再生された。
使用済再生液中のアンモニア濃度は１０００ｐｐｍ以下、硝酸態窒素の濃度は５００ｐｐｍ以下となった。この使用済再生液を曝気槽に貯留し、かつ空気を供給して酸化し、使用済再生液中のアンモニアイオンを硝酸態窒素とした後、戻しラインを介して窒素除去装置に戻して再度排水処理を実施した。これにより、窒素除去装置内に設置された曝気槽における負荷を低減できるため、排水の処理をさらに効率良く運行することが可能とった。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の排水処理装置によれば、窒素除去装置の処理能力が低下した場合、供給される排水量が増大した場合または排水の性状が急激に変化した場合でも、該排水の一部または全部を併設された吸着塔に供給することにより連続した排水の処理が可能となり、装置停止時用の排水保管槽等を別途に用意する必要がなく、また前流の生産装置等を停止するなどの問題を生じることがないため、設備コストおよび運転コストの低減が可能となる。
また吸着塔を２塔以上設置することにより吸着塔での排水処理と吸着塔の再生処理を同時にかつ交互に行うことにより排水の処理を連続的に行うことができるため、効率のよい排水処理が可能となる。
また吸着塔の再生に使用した使用済再生液に硝酸態イオンおよびアンモニアイオンを濃縮して含有させることができるため、この使用済再生液を窒素除去装置に戻して処理することにより、該装置への排水の供給量を低減でき、さらに効率のよい処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す排水処理装置の説明図。
【図２】本発明の他の実施例を示す排水処理装置の説明図。
【図３】鉄担持活性炭の硝酸イオンの破過特性を示す図。
【図４】ゼオライトのアンモニウムイオンの破過特性を示す図。
【符号の説明】
１…金属担持活性炭層、２…ゼオライト層、３Ａ、３Ｂ…吸着塔、４…排水供給切替弁、５…排水処理性状検出器、５ａ…信号ライン、６、７ａ、７ｂ…配管、７…吸着塔切替弁、８…再生液切替弁、８ａ、８ｂ…配管、９…再生液タンク、１０、１１…排水切替弁、１２…使用済再生液タンク、１２…調整槽、１４…濃度検出器、１４ａ…信号ライン、１５…戻りライン、１６…曝気槽、１７…空気ブロワ、２０…原水タンク、２１…窒素除去装置。
【図１】
2004298666.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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