(57)【要約】【課題】被処理液中の硝酸等の窒素酸化物を脱窒菌グラニュール等を充填した生物脱窒装置で除去するための除去方法に関し、低コストでグラニュール汚泥の膨張を良好にするとともにグラニュール同士の結合を防ぎ、硝酸性窒素（窒素酸化物）の除去効率を高めることを課題とする。【解決手段】硝酸等の窒素酸化物を含有する被処理水を生物脱窒装置へ通水して脱窒処理することにより硝酸等の窒素酸化物を除去する除去方法において、前記生物脱窒装置への被処理水の通水速度を２〜８m/h とすることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硝酸等の窒素酸化物を含有する被処理水を生物脱窒装置３へ通水して脱窒処理することにより硝酸等の窒素酸化物を除去する除去方法において、前記生物脱窒装置への被処理水の通水速度を２〜８m/h とすることを特徴とする硝酸等の窒素酸化物の除去方法。
【請求項２】
硝酸等の窒素酸化物を含有する被処理水を生物脱窒装置３へ通水して脱窒処理することにより硝酸等の窒素酸化物を除去する除去方法において、前記生物脱窒装置への被処理水の通水速度を2.5 〜６m/h とすることを特徴とする硝酸等の窒素酸化物の除去方法。
【請求項３】
硝酸等の窒素酸化物を含有する被処理水を生物脱窒装置３へ通水して脱窒処理することにより硝酸等の窒素酸化物の除去する除去方法において、前記生物脱窒装置内の脱窒菌グラニュールの膨張率が２％以上となるように前記被処理水を生物脱窒装置へ通水することを特徴とする硝酸等の窒素酸化物の除去方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理液中の硝酸等の窒素酸化物を脱窒菌グラニュール等を充填した生物脱窒装置で除去するための除去方法に関する。さらに詳しくは、カルシウム等の二酸化炭素と反応し炭酸塩を形成する陽イオンを含む排水の脱窒方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、地下水、河川水、湖水等には、硝酸や亜硝酸が含有されている場合があり、たとえば水道の原水として使用する場合には、硝酸や亜硝酸の含有されるべき基準があるため、原水から硝酸等を除去する必要がある。
【０００３】
そして、このような硝酸除去のための方法として、従来より種々の方法が採用されており、たとえば特許文献１や特許文献２のような発明もなされている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−103799号公報
【特許文献２】
特開2000−70986 号公報
【０００５】
これらの発明は、硝酸を含有する原水を、電気透析装置によって濃縮水と脱塩水とに分離し、分離された濃縮水を、脱窒菌グラニュールが充填された生物脱窒装置へ供給して脱窒処理して硝酸を除去するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、カルシウム（Ｃａ）分を多く含む排水では、生物脱窒反応で発生するＣＯ2と反応して炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3)結晶物が生成する。
生物脱窒反応では、ＯＨ-イオンも発生し、生物脱窒装置内のｐＨが上昇するため、ＣａＣＯ3の生成が促進される。
【０００７】
グラニュール汚泥には脱窒菌とＣａＣＯ3結晶物が混在しており、ＣａＣＯ3 量が増加するとグラニュール汚泥の比重が増加し、従来の通水速度ではグラニュール汚泥が膨張し難くなり、浮遊し難くなる。これにより、グラニュールと被処理水の接触が不良になり、処理効率が低下する。また、グラニュール同士が結合して塊となることにより、さらに接触不良部が生じ、効率が著しく低下する。
【０００８】
スケールの発生を防止するためには、上記特許文献２に記載されているように、酸の注入によりｐＨを下げる等の方法もあるが、このような酸の注入はランニングコストの上昇を招くことにもなる。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、低コストでグラニュール汚泥の膨張を良好にするとともにグラニュール同士の結合を防ぎ、硝酸性窒素（窒素酸化物）の除去効率を高めることを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その課題を解決するための手段は、硝酸等の窒素酸化物を含有する被処理水を生物脱窒装置へ通水して脱窒処理することにより硝酸等の窒素酸化物を除去する除去方法において、前記生物脱窒装置への被処理水の通水速度を２〜８m/h とすることである。
【００１１】
被処理水の通水速度が２m/h 未満であれば、脱窒菌グラニュールを好適に膨張させることができず、従って被処理水と脱窒菌との接触が良好に行われないので、窒素酸化物の除去効率を高めることができないからである。
特に、カルシウム（Ｃａ）分を50mg/l以上含有するような被処理水では、2.5m/h以上とすることが好ましい。
【００１２】
一方、被処理水の通水速度が８m/h を超えると、脱窒菌グラニュールが生物脱窒装置から不用意に流出するおそれがあり、また通水速度を得るための循環ポンプが必要となり、そのための多大な動力も必要となる。また、循環ポンプを設けた場合、ポンプ内でのＣａＣＯ3等のスケーリングによるトラブルが発生するおそれがある。
【００１３】
特に、被処理水の通水速度を６m/h 以下とすると、系内に循環ポンプを設置するようなことが不要となる。
【００１４】
尚、上記のような観点からは、被処理水の通水速度のより好ましい範囲は2.5 〜６m/h であり、最も好ましい範囲は３〜５m/h である。
【００１５】
また上記課題を解決するための他の手段は、硝酸等の窒素酸化物を含有する被処理水を生物脱窒装置へ通水して脱窒処理することにより硝酸等の窒素酸化物を除去する除去方法において、前記生物脱窒装置内の脱窒菌グラニュールの膨張率が２％以上となるように前記被処理水を生物脱窒装置へ通水することであり、より好ましくは脱窒菌グラニュールの膨張率が３％以上となるように前記被処理水を生物脱窒装置へ通水することである。
【００１６】
膨張率が２％未満であると、被処理水と脱窒菌との接触が良好に行われないので、窒素酸化物の除去効率を高めることができないからである。
【００１７】
ここで、膨張率とは、通水停止時のグラニュール充填層の高さをＨ0とし、通水後に液層との界面が上昇したグラニュール充填層の高さをＨ1とした場合に、（Ｈ1−Ｈ0）／Ｈ0×100 で求められる数値をいう。
【００１８】
尚、本発明においては、膨張率の上限を定めていないが、要は生物脱窒装置から脱窒菌グラニュールが不用意に流出しなければよく、たとえば当初のグラニュール充填層の高さＨ0 が生物脱窒装置の高さの半分であれば、理論上は膨張率が100％まで許容されることとなる。従って、膨張率の上限が定められていなくとも、請求項３記載の発明が不明確となるものではない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、先ず一実施形態の硝酸除去方法を説明するに際し、その方法に用いる装置の構成を図面に従って説明する。
【００２０】
図１において、１は原水槽で、地下水等の硝酸を含む原水が貯留されている。
【００２１】
２は、前記原水槽１からの原水が供給されて原水中の硝酸イオン等を濃縮するための膜分離装置としての電気透析装置で、陽イオン交換膜や陰イオン交換膜等を備え、原水である硝酸含有水を脱塩処理した処理水と、硝酸の濃度が高まった濃縮水とに分離するためのものである。この電気透析装置２は、両側の電極が変換できる極性変換式のものである。
【００２２】
17は、前記電気透析装置２で分離された濃縮水を貯留するための濃縮水貯留槽である。
【００２３】
３は、前記濃縮水貯留槽17に貯留された濃縮水を脱窒処理するための上向流スラッジブランケット（ＵＳＢ）型の生物脱窒装置で、その底部には、濃縮水が導入される導入管４が配設されている。
【００２４】
５は、脱窒菌を含有するグラニュール堆積層で、前記生物脱窒装置３の底部に積層されている。６は前記グラニュール堆積層５に含有された脱窒菌から発生する窒素ガスを分離するためのガス衝突部で、傘状に形成されている。
【００２５】
７は、生物脱窒装置３内で発生したガスを捕集するためのガス捕集部で、底面が開口する略円錐台状に形成され、前記ガス衝突部６のわずか上部に設けられている。そして、ガス捕集部７で捕集された窒素ガスは、引抜管８から排出されることとなる。
【００２６】
９は、生物脱窒装置３内の処理水を生物脱窒装置３の外部に流出するための処理水流出用パイプで、該生物脱窒装置３の上部液面の近辺に設けられている。10は、生物脱窒装置３内の酸化還元電位を測定するための酸化還元電位測定装置で、センサーによって酸化還元電位を検知しうるように構成されている。
【００２７】
11は、水素供与体として前記生物脱窒装置３内に供給するためのメタノールを貯留するためのメタノール貯留槽で、脱窒反応に必要な理論注入量より少ない量（本実施形態では理論注入量の50〜80％）の水素供与体を生物脱窒装置３へ連続的にする第１流路12と、前記酸化還元電位測定装置10で測定された酸化還元電位に応じて制御しながらメタノールを注入する第２流路13との２つの流路を介して、前記電気透析装置２と生物脱窒装置３間の濃縮水の流路14に接続されている。そして、第１流路12及び第２流路13には、それぞれポンプ15、16が設けられている。
【００２８】
そして、このような構成からなる硝酸除去装置を用いて、硝酸除去を行う硝酸除去方法について次に説明する。
【００２９】
先ず、前記原水槽１から地下水等の原水を電気透析装置２に供給する。その原水中には硝酸が含有され、またカルシウム分が含有されている。原水の水質によっては電気透析装置２の前段で凝集沈澱や砂濾過等の前処理が行われる。
【００３０】
電気透析装置２に供給された原水は、脱塩処理された処理水と、濃縮された濃縮水とに分離され、処理水はそのまま利用され、濃縮水は流路14を介して濃縮水貯留槽17へ供給される。
【００３１】
濃縮水貯留槽17へ供給された濃縮水は、次に流路14を介して生物脱窒装置３へ通水される。本実施形態では３m/h の通水速度で通水されている。
【００３２】
生物脱窒装置３に通水された濃縮水は、生物脱窒装置３内を下から上に向かうような上向流で流れる。このとき、生物脱窒装置３の底部には脱窒菌を含有するグラニュール堆積層が積層されているため、原水は上向流で脱窒菌グラニュールと接触される。
【００３３】
脱窒菌グラニュールと接触するうちに原水中の窒素酸化物は脱窒菌により窒素ガスに転化されて濃縮水は処理水として浄化されながら生物脱窒装置３の上方へ流れていく。
【００３４】
この場合において、本実施形態では３m/h の通水速度で濃縮水が生物脱窒装置３に通水されているため、生物脱窒装置３内の脱窒菌グラニュール汚泥の膨張が促進され、濃縮水と脱窒菌の接触が良好に行われることで、硝酸性窒素の除去効率が向上するのである。また、グラニュール同士の衝突等の物理的作用により、グラニュールの粒径が大きくなることや、塊になることを防ぐこととなる。
【００３５】
このような通水速度で濃縮水を通水した結果、本実施形態では３％の膨張率であったため、濃縮水と脱窒菌の接触が良好に行われることで、硝酸性窒素の除去効率が向上する。
【００３６】
生物脱窒装置３内で転化された窒素ガスは、原水の上向流及び浮上ガスによって生物脱窒装置３の上部に移動される。そして処理水は、処理水排出管９から浄化水として排出される。排出された浄化水は、必要に応じてｐＨ調整等の処理をして河川等に放流される。
【００３７】
この生物脱窒装置３内において、硝酸を窒素に転化するための反応は、その反応を生じさせる水素供与体の量が不足していれば、十分に行われない。従って、水素供与体としてのメタノールが、メタノール貯留槽11から生物脱窒装置３へ注入されることとなる。
【００３８】
メタノール貯留槽11からのメタノールは、第１流路12を介して連続的に濃縮水の流路14に注入される。
【００３９】
一方、第２流路13を介して濃縮水の流路14に注入されるメタノールは、酸化還元電位測定装置10で制御されながらメタノール貯留槽11から供給される。
【００４０】
この場合、第１流路12を介して連続的に注入されるメタノールの量は、生物脱窒装置３内で脱窒反応を生じさせるに必要な理論メタノール量の50〜80％とされる。また、第２流路13を介してメタノールが制御されながら注入される場合の還元電位測定装置10の制御値は、−100mv 〜−200mv とされる。
【００４１】
尚、上記実施形態では、生物脱窒装置３への濃縮水の通水速度を３m/h としたが、通水速度はこれに限定されるものではなく、本発明においては上述のように２〜８m/h の範囲の通水速度で通水されることとなる。
【００４２】
通水速度のより好ましい範囲は上述のように2.5 〜６m/h であり、さらに好ましい範囲は３〜５m/h であり、最も好ましい範囲は３〜3.5m/hである。
【００４３】
また、上記実施形態では、電気透析装置２として、電極の極性を変換することのできる極性変換式電気透析装置を用いたため、分離される濃縮水のｐＨはほぼ中性となり、次のｐＨ調整のための薬品量が少なくて済むという好ましい効果が得られたが、極性変換式の電気透析装置を用いることは本発明に必須の条件ではない。
【００４４】
また、該実施形態では、原水を処理水と濃縮水とに分離する膜分離装置として電気透析装置２を用いたが、膜分離装置の種類はこれに限定されるものではなく、たとえば逆浸透膜装置等を用いることも可能である。
【００４５】
さらに、このような膜分離装置を用いることは本発明に必須に条件ではなく、たとえば原水を被処理水として直接生物脱窒装置３に通水することも可能である。ちなみに、上記実施形態のように水道水の処理であれば膜分離装置を用いることが好ましいが、工場排水に本発明を適用する場合には膜分離装置をあえて用いる必要はない。
【００４６】
さらに、上記実施形態では、生物脱窒装置３として、ガス衝突部６やガス捕集部７等を設けたＵＳＢ型の生物脱窒装置を用いたが、生物脱窒装置の型式もこれに限定されるものではない。要は、グラニュールを用いたＵＳＢ型の生物脱窒装置であればよい。
【００４７】
さらに、上記実施形態では、生物脱窒装置３に注入する水素供与体としてメタノールを用いたが、水素供与体の種類はこれに限定されるものではなく、生物脱窒装置３内の菌の種類に応じて変更可能であり、要は、水素供与体として硝酸等の窒素酸化物に対して脱窒反応を生じさせるようなものであればよい。たとえば水素自体であってもよく、また酢酸のようなものであってもよい。
【００４８】
さらに、上記実施形態では、水素供与体の注入量を制御する手段として、生物脱窒装置３内の酸化還元電位を測定することによって制御することとしたが、他の手段によって制御することも可能である。
【００４９】
さらに、上記実施形態では、水素供与体としてのメタノールを連続的に注入する第１流路12と、酸化還元電位測定装置10等の制御手段で制御しながらメタノールを注入する第２流路13との２つの流路からメタノールを注入することとしたため、仮に制御手段としての酸化還元電位測定装置10のセンサーが感知せず、第２流路13からメタノールが注入されないような場合でも、第１流路12からメタノールが連続的に注入されるため、不測の事態にも対応しうるという好ましい効果が得られたが、連続的に水素供与体を注入する流路を設けることは本発明に必須の条件ではない。
【００５０】
さらに、本発明によって処理すべき窒素酸化物の種類も、上記実施形態の硝酸に限定されるものではなく、亜硝酸であってもよく、要は窒素酸化物であればよい。
【００５１】
さらに、処理すべき処理水の種類も該実施形態の水道原水に限定されず、工場排水等、窒素酸化物を含有する処理水に本発明を適用することが可能である。
さらに、上記実施形態では、Ｃａを含有する被処理水に適用する場合について説明したが、Ｃａ以外に、ＣＯ2と反応して、槽内で炭酸性の結晶をつくるような陽イオンを含有する被処理水に本発明を適用することも可能である。
【００５２】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００５３】
（実施例１）
ｐＨ7.5、ＮＯ3−Ｎが60.3mg/l、Ｃａが141mg/l、Ｍｇが38.8 mg/l、リンが0.2 mg/l以下、ＤＯＣが0.5 mg/lである濃縮排水を、上記実施形態のような生物脱窒装置に通水して濃縮排水の脱窒処理を行った。
【００５４】
通水速度は上記実施形態と同様に３m/h で行い、膨張率は３％であった。
【００５５】
このような脱窒処理の結果、本実施例では、ＮＯ3−Ｎを1.0mg/l 以下まで低減することができた。
【００５６】
（実施例２）
本実施例では、ＣａＣＯ3を約85％含む脱窒菌グラニュールを用いて通水速度の変化に伴うＮＯ3−Ｎの除去率及びグラニュール膨張率の変化を試験した。被処理水としては、実施例１と同じ濃縮排水を用いた。
【００５７】
通水速度は、0.7m/h、2.0m/h、3.0m/h、4.7m/h、6.0m/h、17.5m/h で行った。
【００５８】
その結果を図２に示す。
【００５９】
図２からも明らかなように、１m/h 以下ではＮＯ3−Ｎ除去率は40％程度であったが、２m/h の場合には50％を超えて60％近くとなり、さらに３m/h 以上になるとＮＯ3−Ｎ除去率は90％を超えた。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、硝酸等の窒素酸化物を含有する被処理水を生物脱窒装置へ通水して脱窒処理することにより硝酸等の窒素酸化物の除去する除去方法において、前記生物脱窒装置への被処理水の通水速度を２〜８m/h としたものであるため、或いは生物脱窒装置内のグラニュール汚泥の膨張率が２％以上となるように前記被処理水を生物脱窒装置へ通水するものであるため、生物脱窒装置内の脱窒菌グラニュールの膨張が促進され、原水と脱窒菌の接触が良好に行われることで、硝酸性窒素の除去効率が向上するという効果がある。
【００６１】
また、通水速度が８m/h を超えないようにしているので、脱窒菌グラニュールが生物脱窒装置から不用意に流出するおそれもない。
【００６２】
さらに、生物脱窒装置への被処理水の通水速度を2.5〜６m/h とする場合には上記効果はより良好となり、特に３〜５m/h とする場合には一層良好な効果が得られることとなる。
【００６３】
さらに、生物脱窒装置への被処理水の通水速度を６m/h 以下とする場合、系内に循環ポンプを設置するようなことが不要となるので、余分な動力を要することがないという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態としての硝酸除去方法に用いる装置を示す概略側面図。
【図２】生物脱窒装置への通水速度と、ＮＯ3−Ｎの除去率及びグラニュール膨張率との相関関係を示すグラフ。
【符号の説明】
３…生物脱窒装置
【図１】
2004195424.tif 000003
【図２】
2004195424.tif 000004