(57)【要約】【課題】アンモニア性窒素を含む原水を好気条件下にアンモニア酸化細菌と接触させて、原水中のアンモニア性窒素の少なくとも一部を亜硝酸性窒素に硝化した後、硝化液を、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脱窒細菌の作用により生物脱窒する生物学的窒素除去方法において、脱窒工程の処理水のアンモニア性窒素の残留を防止して、高い窒素除去率を安定に得る。【解決手段】亜硝酸化槽１からの硝化液中の亜硝酸性窒素濃度（モル濃度ａ）とアンモニア性窒素濃度（モル濃度ｂ）を測定し、ａ／ｂ比が１〜１．５好ましくは１．３となるように該硝化液に対し亜硝酸ナトリウム又は硫酸アンモニウムを添加した後、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２で脱窒処理する。【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む原水を好気条件下にアンモニア酸化細菌と接触させて、原水中のアンモニア性窒素の少なくとも一部を亜硝酸性窒素に硝化する亜硝酸化工程と、
該亜硝酸化工程の硝化液を、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脱窒細菌の作用により生物脱窒する脱窒工程と、
を有する生物学的窒素除去方法において、
該亜硝酸化工程からの硝化液に対し、亜硝酸性窒素又はアンモニア性窒素を添加することにより、
該硝化液中の亜硝酸性窒素のモル濃度（ａ）とアンモニア性窒素のモル濃度（ｂ）との比ａ／ｂを１〜１．５とすることを特徴とする生物学的窒素除去方法。
【請求項２】
アンモニア性窒素を含む原水を好気条件下にアンモニア酸化細菌と接触させて、原水中のアンモニア性窒素の少なくとも一部を亜硝酸性窒素に硝化する亜硝酸化工程と、
該亜硝酸化工程の硝化液を、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脱窒細菌の作用により生物脱窒する脱窒工程と、
を有する生物学的窒素除去方法において、
該脱窒工程は、第１の脱窒工程と、該第１の脱窒工程からの１次脱窒処理液をさらに脱窒処理する第２の脱窒工程とを有しており、
該１次脱窒処理液に対し亜硝酸性窒素又はアンモニア性窒素を添加することにより該１次脱窒処理液中の亜硝酸性窒素のモル濃度（ａ）とアンモニア性窒素のモル濃度（ｂ）との比ａ／ｂを１〜１．５とすることを特徴とする生物学的窒素除去方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、亜硝酸性窒素として亜硝酸塩を添加し、アンモニア性窒素としてアンモニウム塩を添加することを特徴とする生物学的窒素除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニア性窒素を含む原水を好気条件下にアンモニア酸化細菌と接触させて、原水中のアンモニア性窒素の少なくとも一部を亜硝酸性窒素に硝化した後、硝化液を、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脱窒細菌の作用により生物脱窒する生物学的窒素除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
排液中に含まれるアンモニア性窒素は河川、湖沼及び海洋などにおける富栄養化の原因物質の一つであり、排液処理工程で効率的に除去する必要がある。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。
【０００３】
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。
【０００４】
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細菌（自己栄養細菌）を利用し、亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素とを反応させて脱窒する方法が提案された。この方法であれば、有機物の添加は不要であるため、従属栄養性の脱窒菌を利用する方法と比べて、コストを低減することができる。また、独立栄養性の細菌は収率が低く、汚泥の発生量が従属栄養性細菌と比較すると著しく少ないので、余剰汚泥の発生量を抑えることができる。更に、従来の硝化脱窒法で観察されるＮ２Ｏの発生がなく、環境に対する負荷を低減できるといった特長もある。
【０００５】
この独立栄養性脱窒細菌（以下「ＡＮＡＭＭＯＸ菌」と称す場合がある。）を利用する生物脱窒プロセスは、以下のような反応で亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素が反応して窒素ガスに分解されると考えられている。
【０００６】
【化１】
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【０００７】
なお、この反応式（１）の反応生成物として窒素の他に硝酸が生成するため、ＡＮＡＭＭＯＸ工程の後段にメタノール等の有機物の共存下で生物脱窒を行う脱窒工程を設けることにより、窒素の除去率を高め、良好な水質の処理水を得ることができる。
【０００８】
ＡＮＡＭＭＯＸ菌を利用して脱窒処理を行う場合、ＡＮＡＭＭＯＸ菌を保持するＡＮＡＭＭＯＸ反応槽に流入する被処理水（原水）は、亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素を含む必要がある。このため、従来においては、例えば、アンモニア性窒素を含む排水を予め硝化処理し、排水中のアンモニア性窒素の一部をアンモニア酸化細菌により亜硝酸性窒素に酸化したものを原水として導入している。この原水は、上記反応式から明らかなように、亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素とがモル比１：１．３２で反応するため、アンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）のモル濃度ｂと亜硝酸性窒素（ＮＯ２−Ｎ）のモル濃度ａとの比ａ／ｂが約１．３となるような割合で含むことが好ましい。
【０００９】
しかしながら、濃度、流量に変動のある排水に対して常に亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素とのモル比ａ／ｂが約１．３となるようにＡＮＡＭＭＯＸ工程に流入させて反応させることは難しく、従って、ＡＮＡＭＭＯＸ工程の処理水中には亜硝酸性窒素又はアンモニア性窒素が残留することが多い。
【００１０】
また、ＡＮＡＭＭＯＸ菌は有機物、酸素、ｐＨなどの種々の因子によって阻害を受けることが知られている。これらの因子でＡＮＡＭＭＯＸ菌が阻害を受けて活性が低下した場合には、ＡＮＡＭＭＯＸ工程の処理水中にアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素が残留することになる。
【００１１】
ＡＮＡＭＭＯＸ工程の処理水中に残留した亜硝酸性窒素は、硝酸の除去のためにＡＮＡＭＭＯＸ工程の後段に設けられる、メタノール等の有機物の共存下で生物脱窒させる脱窒工程において除去されるため、ＡＮＡＭＭＯＸ工程の処理水中に残留する亜硝酸性窒素がプロセス全体の窒素除去率を悪化させることにはならない。
【００１２】
しかしながら、ＡＮＡＭＭＯＸ工程の処理水中に残留したアンモニア性窒素は、後段の脱窒工程では除去できないため、プロセス全体の窒素除去率の低下を引き起こす。
【００１３】
このような問題点を解決するために、アンモニア性窒素を含む原水を好気条件下にアンモニア酸化細菌と接触させて、原水中のアンモニア性窒素の少なくとも一部を亜硝酸性窒素に硝化する亜硝酸化工程と、該亜硝酸化工程の硝化液を、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脱窒細菌の作用により生物脱窒する脱窒工程と、を有する生物学的窒素除去方法において、脱窒工程からの脱窒処理液中にアンモニアが検出される場合には、亜硝酸化工程から脱窒工程に送られる硝化液に対し、亜硝酸、亜硝酸塩又は亜硝酸性窒素含有排水を添加することが特開２００３−５３３８７号公報、特にその第００３７〜００３９段落に記載されている。
【００１４】
同号公報の方法によれば、脱窒工程をアンモニア性窒素律速条件に維持することにより、脱窒工程の処理水中にアンモニア性窒素を残留させないようにし、高い窒素除去率を安定して得ることができる。
【００１５】
なお、同号公報において、アンモニアイオン濃度の測定は、試薬を用いて比色で定量する方法、伝導度を測定するイオンクロマトグラフ法、イオン電極法などにより行われるが、これらの中でも、特にイオン電極の使用が設備費や測定の迅速性・信頼性の観点からも好ましいことが記載されている。イオン電極の原理は、基本的にｐＨ電極と類似であり、測定対象とする成分を選択的に通過する隔膜を用いて、電極内のイオン濃度差から対象成分の液濃度を検出するものである。このイオン電極からは濃度信号が電気信号として出力され、この信号をもとに、アンモニア性窒素濃度が監視・制御される。
【特許文献１】特開２００３−５３３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記特開２００３−５３３８７号公報では、脱窒工程からの脱窒処理水中に亜硝酸性窒素が大量に残留しても、それは検出されず、そのまま処理水として流出してしまうため、処理水中の残留窒素濃度が高くなる。また、高濃度の亜硝酸が槽内に残留することによってＡＮＡＭＭＯＸ反応が阻害される。
【００１７】
さらに、同号公報の方法では、処理水のアンモニア性窒素濃度を検出し、フィードバックして制御するところから、反応槽の大きさ、水の滞留時間によっては、制御に時間的な遅れが発生し、良好な処理水質を維持することができないことがある。
【００１８】
本発明は、このような問題点を解決し、処理水中の窒素濃度が安定して低くなる生物学的窒素除去方法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】
【００１９】
第１発明の生物学的窒素除去方法は、アンモニア性窒素を含む原水を好気条件下にアンモニア酸化細菌と接触させて、原水中のアンモニア性窒素の少なくとも一部を亜硝酸性窒素に硝化する亜硝酸化工程と、該亜硝酸化工程の硝化液を、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脱窒細菌の作用により生物脱窒する脱窒工程と、を有する生物学的窒素除去方法において、該亜硝酸化工程からの硝化液に対し、亜硝酸性窒素又はアンモニア性窒素を添加することにより、該硝化液中の亜硝酸性窒素のモル濃度（ａ）とアンモニア性窒素のモル濃度（ｂ）との比ａ／ｂを１〜１．５とすることを特徴とするものである。
【００２０】
第２発明の生物学的窒素除去方法は、アンモニア性窒素を含む原水を好気条件下にアンモニア酸化細菌と接触させて、原水中のアンモニア性窒素の少なくとも一部を亜硝酸性窒素に硝化する亜硝酸化工程と、該亜硝酸化工程の硝化液を、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脱窒細菌の作用により生物脱窒する脱窒工程と、を有する生物学的窒素除去方法において、該脱窒工程は、第１の脱窒工程と、該第１の脱窒工程からの１次脱窒処理液をさらに脱窒処理する第２の脱窒工程とを有しており、該１次脱窒処理液に対し亜硝酸性窒素又はアンモニア性窒素を添加することにより該１次脱窒処理液中の亜硝酸性窒素のモル濃度（ａ）とアンモニア性窒素のモル濃度（ｂ）との比ａ／ｂを１〜１．５とすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、原水を亜硝酸化処理してあらかじめアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の成分比がある程度調整された硝化液とする。この硝化液を１段又は２段にＡＮＡＭＭＯＸ処理する。本発明では、このＡＮＡＭＭＯＸ被処理水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の濃度を測定し、その測定値に基づいて、アンモニア性窒素あるいは亜硝酸性窒素をＡＮＡＭＭＯＸ被処理水に添加することで、亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素とのモル比ａ／ｂを最適比の１〜１．５（好ましくは１．３）に維持させてＡＮＡＭＭＯＸ処理を行う。これにより、ＡＮＡＭＭＯＸ処理水に残留するアンモニア性窒素および亜硝酸性窒素の濃度を低減させ、高い窒素除去率を安定して得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に図面を参照して本発明の生物学的窒素除去方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００２３】
図１は、第１発明の生物学的窒素除去方法の実施の形態を説明する生物脱窒装置の系統図である。
【００２４】
図１において、原水はまず亜硝酸化槽１に導入されて曝気され、原水中のアンモニア性窒素の一部がアンモニア酸化細菌により亜硝酸性窒素に部分酸化される（亜硝酸化工程）。
【００２５】
亜硝酸化槽１の流出液（硝化液）はＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２に導入され、撹拌下、ＡＮＡＭＭＯＸ菌によるＡＮＡＭＭＯＸ反応でアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素が除去される（脱窒工程）。
【００２６】
なお、図示はしないが、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液は次いで脱窒槽に導入され、メタノール等の有機物が添加され、撹拌下、ＡＮＡＭＭＯＸ反応で生成した硝酸が脱窒細菌により嫌気条件下で窒素ガスに分解される。また、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流出液中に亜硝酸性窒素が残留する場合には、この亜硝酸性窒素も窒素ガスに分解される。
【００２７】
本発明において、処理対象となる原水は、アンモニア性窒素を含む水であり、有機物及び有機性窒素を含むものであってもよいが、これらは脱窒処理前に予めアンモニア性窒素になる程度まで分解しておくことが好ましい。原水は無機物を含んでいても良い。
【００２８】
一般的には、下水、し尿、嫌気性消化脱離液等のアンモニア性窒素、有機性窒素及び有機物を含む排水が処理対象となる場合が多いが、この場合、これらを好気性又は嫌気性処理して有機物を分解し、有機性窒素をアンモニア性窒素に分解した後、亜硝酸化槽１に導入することが好ましい。
【００２９】
前述の如く、ＡＮＡＭＭＯＸ反応では、亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素とがモル比１：１．３で反応するため、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２の流入水は亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素とのモル比ａ／ｂが１〜１．５好ましくは１．１〜１．４特に好ましくは１．３となるような割合で亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素とを含むことが好ましい。このため、亜硝酸化槽から流出する硝化液中の亜硝酸性窒素濃度ａとアンモニア性窒素濃度ｂとを測定装置３で測定し、この測定値に基づき、濃度制御装置４で薬注バルブ１２又は２２をコントロールして亜硝酸塩水溶液又はアンモニウム塩水溶液を硝化液に添加する。この亜硝酸塩は、この実施の形態では亜硝酸ナトリウムであるが、その他の亜硝酸塩又は亜硝酸であってもよい。ただし、取り扱い易く、また正確に亜硝酸濃度を制御することができるところから、亜硝酸塩特に安価な亜硝酸ナトリウムが好適である。
【００３０】
アンモニウム塩としては硫酸アンモニウムが好適であるが、その他のアンモニウム塩であってもよい。また、アンモニウム塩の水溶液の代りに、アンモニア性窒素含有水、例えば原水の一部をこの硝化液に添加してもよい。ただし、正確に亜硝酸性窒素濃度を制御するためには、アンモニウム塩、特に安価な硫酸アンモニウムが好適である。
【００３１】
なお、亜硝酸塩及びアンモニウムの各水溶液は、それぞれタンク１０，２０、薬注ポンプ１１，２１及び前記薬注バルブ１２，２２よりなる薬注ユニットを介して、亜硝酸化槽１からの硝化液に添加される。
【００３２】
図２は第２発明の実施の形態を示す系統図である。
【００３３】
この実施の形態では、亜硝酸化槽１からの硝化液が第１ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２ａに導入され、ＡＮＡＭＭＯＸ菌により脱窒処理されて１次脱窒処理水となる。この１次脱窒処理水が第２ＡＮＡＭＭＯＸ反応層２ｂに導入され、さらにＡＮＡＭＭＯＸ菌により脱窒処理されて２次脱窒処理水とされる。
【００３４】
この第１ＡＮＡＭＭＯＸ槽から流出する１次脱窒処理水中の亜硝酸性窒素濃度及びアンモニア性窒素濃度が濃度測定装置３によって測定され、この測定結果に基づき、一次脱窒処理水のａ／ｂ比が１〜１．５好ましくは１．１〜１．４特に好ましくは１．３となるように亜硝酸塩又はアンモニウム塩が添加される。この添加を行うための薬注ユニットの構成は図１のものと同一であり、同一符号は同一部分を示している。
図１，２のいずれの方法によっても、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２，２ｂの処理水にアンモニア性窒素が実質的に残留しないようにすることができる。
【００３５】
なお、亜硝酸化槽１のｐＨ、ＤＯ濃度、温度は、
ｐＨ：６．０〜８．５、特に６．５〜７．５
ＤＯ濃度：０．０５〜５ｍｇ／Ｌ、特に０．１〜１．５ｍｇ／Ｌ
温度：１０〜４０℃、特に２５〜３５℃
が好ましい。
【００３６】
ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２，２ａ，２ｂにおいては、
ｐＨ      ：６〜９、特に６．５〜８．０
ＤＯ濃度  ：０〜２．５ｍｇ／Ｌ、特に０〜０．２ｍｇ／Ｌ
温度      ：１０〜４０℃、特に２０〜３５℃
ＢＯＤ濃度：０〜５０ｍｇ／Ｌ、特に０〜２０ｍｇ／Ｌ
窒素負荷  ：０．１〜１０ｋｇ−Ｎ／ｍ３・ｄａｙ、特に０．２〜５ｋｇ−
Ｎ／ｍ３・ｄａｙ
が好ましい。
【００３７】
なお、亜硝酸化槽１やＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２，２ａ，２ｂの反応槽の型式には特に制限はなく、汚泥懸濁方式の他、固定床、流動床、グラニュール法、担体添加法等の生物膜法によるものであっても良い。また、亜硝酸化槽、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽それぞれの後段に、沈殿槽、膜分離装置などの固液分離装置を設けても良い。亜硝酸化槽はエアリフト型曝気槽であっても良い。ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽はエアの代りに窒素ガスを用いたガスリフト型反応槽であっても良く、また、ＡＮＡＭＭＯＸ菌のグラニュール汚泥床を形成したＵＳＢ（Upflow  Sludge  Bed；上向流汚泥床）反応槽であっても良い。
【実施例】
【００３８】
以下に比較例及び実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３９】
比較例１
アンモニアを含む下水汚泥の嫌気消化処理後の脱水濾液を被処理水として、図１に示す容積３．０ＬのＡＮＡＭＭＯＸ反応装置に、ＡＮＡＭＭＯＸ細菌のグラニュール２４０００ｍｇ／Ｌを１．５Ｌ充填し、１０Ｌ／ｄａｙの条件で原水を通水して処理した。運転条件はｐＨ７．３、ＡＮＡＭＭＯＸ槽内温度を３０℃に調整して行った。
【００４０】
亜硝酸塩、アンモニア塩の添加は行われずに、上記条件で２０日間運転を行ったときの被処理水と処理水の経日変化を調べ、結果を図４に示した。
【００４１】
実施例１
図１において、測定装置３により、ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽に流入する硝化液中のアンモニア性窒素濃度、亜硝酸性窒素濃度を測定し、ＮＯ２−Ｎ/ＮＨ４−Ｎの濃度比率が最適比である１．３でなければ、不足分だけ硫酸アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳＯ４）あるいは亜硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ２）をＡＮＡＭＭＯＸ被処理水に添加するように運転を行ったこと以外は比較例と同条件で運転を行った。処理水のアンモニウム性窒素濃度、亜硝酸性窒素濃度の経日変化を図３に示した。
【００４２】
実施例２
ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽を直列に二段に分けた図３において、測定装置３により、一段目ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２ａからの１次脱窒処理水のアンモニア性窒素濃度、亜硝酸性窒素濃度を測定し、アンモニアが検出された場合には亜硝酸ナトリウムを、亜硝酸が検出された場合には硫酸アンモニウムを、ＮＯ２−Ｎ/ＮＨ４−Ｎの濃度比率が最適比である１．３となるように、該１次脱窒処理水に添加し、二段目ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽２ｂで処理した。流量、ｐＨ、温度の運転条件は比較例と同じ条件で行った。二段目反応槽２ｂから流出する２次脱窒処理水のアンモニウム性窒素濃度、亜硝酸性窒素濃度の経日変化を図３に示した。
【００４３】
図３より以下のことが明らかである。ＡＮＡＭＭＯＸ被処理水の濃度制御を行わなかった比較例１では処理水中に平均５０ｍｇＮ／Ｌの窒素が残留していた。これに対し、ＡＮＡＭＭＯＸ被処理水に基づく制御を行った実施例１及び２では処理水の全窒素濃度はいずれも２ｍｇＮ／Ｌ以下であり、残留窒素濃度の低い良好な処理水を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】第１発明の生物学的窒素除去方法の実施の形態を説明する生物脱窒装置の系統図である。
【図２】第２発明の生物学的窒素除去方法の実施の形態を説明する生物脱窒装置の系統図である。
【図３】比較例１と実施例１，２における原水と処理水の全窒素濃度の経日変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
１  亜硝酸化槽
２，２ａ，２ｂ  ＡＮＡＭＭＯＸ反応槽
【図１】
2005246135.tif 000004
【図２】
2005246135.tif 000005
【図３】
2005246135.tif 000006