(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硝化微生物を用い酸素を付加することによりアンモニアを含む排水を硝化処理してアンモニアの酸化生成物を含有する溶液を生成する第１の工程と、アンモニアと共に前記酸化生成物を脱窒微生物の作用によって窒素に変換する第２の工程とを含む、アンモニア含有排水を処理する方法であって、
重炭酸塩を含む排水に空気を供給することによって重炭酸塩が実質的に除去された排水を用い、
前記第１の工程において、通気を制御することによりｐＨ値を７．２以下に維持し、前記排水内に存在するアンモニアの一部を亜硝酸塩に変換して、亜硝酸塩を含む溶液を生成し、
生成した該亜硝酸塩を、前記第２の工程において、前記脱窒微生物により残りのアンモニアの酸化剤として使用する
ことを特徴とするアンモニア含有排水を処理する方法。
【請求項２】
前記第１の工程では、アンモニアを含む排水をスラッジが残留することなく硝化処理反応炉が動作するような量だけ硝化処理反応炉へ供給し、前記溶液の温度を２５〜６０℃の間に維持し、ｐＨを６〜７．２の間に維持することを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】
前記第２の工程では、亜硝酸塩分解処理が行われている脱窒化反応炉を温度２５〜６０℃間の温度に維持し、ｐＨ値を６〜９間に維持することを特徴とする請求項１あるいは２の方法。
【請求項４】
第１及び第２の工程を単一のバイオリアクタ内で同時に行い、バイオリアクタ内で硝化微生物および脱窒微生物を固形相で存在させ、硝化微生物を実質的に固形相の外側の好気部分に存在させ、脱窒微生物を実質的に固形相の内側の嫌気部分を存在させ、酸素をバイオリアクタ内のアンモニア濃度に応じて第１の工程を制限する量だけ供給することを特徴とする請求項１の方法。
【請求項５】
バイオフィルムを支承する粒状キャリアおよびバイオフィルムを支承する不動キャリアから選択された相を固形相として使用することを特徴とする請求項４の方法。
【請求項６】
前記第２の工程では、亜硝酸塩分解処理が行われる反応炉内の溶液の温度を５〜６０℃の間に、ｐＨ値を６〜９の間に、それぞれ維持することを特徴とする請求項１あるいは２の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硝化微生物を用い酸素を付加してアンモニアを含む排水を硝化処理し、アンモニアの酸化生成物を含有する溶液を生成する第１の工程と、アンモニアと共にアンモニアの酸化生成物を脱窒微生物の作用によって窒素に変換する第２の工程とを含むアンモニア含有排水を処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような方法の一が、例えば米国特許第５，０７８，８８４号に開示されている。この場合、アンモニアの酸化により生成される硝酸塩が酸化剤として使用され、実質的に嫌気条件下で微生物の補助により、電子供与体として作用するアンモニアに分解される。このプロセス中、大気中に放出される窒素が生成される。
【０００３】
この方法の欠点はその明細書の図２（の右半部）に明らかなようにアンモニアの分解に確実性がないことにある。即ち不都合な水面への放出が生じ勝ちになる。これを避けるため、制御・測定装置のような種類の設備が必要になるであろう。且つまたこの方法では灰汁（その明細書の反応式５参照）を付加する要があり、またこの灰汁も制御して付加する要がある。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の目的は上述の方法を改良し、特に添加剤が不要で、これにより制御技術の点から簡素化でき、原価効率が良好で信頼性の高い方法を提供することにある。
【０００５】
この目的は、重炭酸塩を含む排液に空気を供給することにより重炭酸塩が実質的に除去された排液を用い、第１の工程において、通気を制御することによりｐＨ値を７．２以下に維持し、排液に存在するアンモニアの一部を亜硝酸塩に変換して、亜硝酸塩を含む溶液を生成し、得られた亜硝酸塩を、第２の工程において、脱窒微生物により残りのアンモニアの酸化剤として使用することを特徴とする方法により達成できる。
【０００６】
しかしてこの方法により相当の利点を有することになる。即ち、利点の一は実質的に自己調整特性を有することになる。また添加剤の使用も不要にできる。
【０００７】
アンモニアを亜硝酸塩に変換する亜硝酸生成処理工程を有する方法は周知である。この亜硝酸生成処理工程では、有機カーボン供給源が脱窒微生物に代わる基質として加えられることにより、亜硝酸塩が窒素に変換される。この有機カーボンの供給源としてメタノールが使用される。メタノールが分解されると、硝化処理工程中に形成された酸が消費され、脱窒化プロセスのｐＨ値が制御される。このいわば非連続法では、添加剤が必要であり、時間制御ないしは基板供給制御等多くの制御が必要となる問題がある。全アンモニアの変換は全ての条件下では満足できるものではなく、最大９０％程度に制限され、このため多くの場合上述の工程に続くアンモニア処理が必要となる。
【０００８】
本発明による方法の第１の好適な実施態様は、第１の工程において、アンモニアを含む排水が、硝化処理反応炉の作動においてスラッジが残留することのない所望量だけ、硝化処理反応炉へ供給され、亜硝酸塩生成処理を受ける溶液の温度は２５〜６０℃の温度に、またｐＨ値は６〜７．２に維持されることを特徴とする。
【０００９】
このようにして、アンモニアを硝酸塩ではなく亜硝酸塩に変換するに好ましい条件が与えられる。
【００１０】
本発明の第２の工程では、亜硝酸塩分解処理を受けている硝化処理反応炉内の溶液の温度は、より好適には２５〜６０℃間に、またｐＨ値は６〜９間に維持される。
【００１１】
このようにして、亜硝酸塩およびアンモニアを窒素に変換するに好ましい条件が与えられる。
【００１２】
本発明の方法の第２の実施態様では、第１および第２の工程が、内部に硝化微生物および脱窒微生物が固形相で存在し、該固形相の外側の好気部分に硝化微生物が実質的に存在し、固形相の内側の嫌気条件部分に脱窒微生物が実質的に存在する構成のバイオリアクタ内で同時に実行され、酸素は、バイオリアクタ内のアンモニア濃度に応じて、第１の工程を制限する量だけ供給される。
【００１３】
この本発明による実施態様の利点は、単一の反応炉で済む点にある。好ましくは幾分粗いキャリアはバイオフィルム、即ち硝化微生物および脱窒微生物からなる層となり、第１の工程はバイオフィルムの外側の好気部分で実行される。酸素を制限するため、バイオフィルムの外側の好気部分は供給されたアンモニアの５０％以上を変換不可能であり、アンモニアはバイオフィルムの外側の好気部分に形成される亜硝酸塩と共にバイオフィルムの内側の好気部分で窒素に変換される。
【００１４】
好ましくは固形相として、バイオフィルムを支承する粒状キャリアおよびバイオフィルムを支承する不動キャリアから選択された相が使用され得る。
【００１５】
キャリアが粒状である場合、キャリアのサイズを０１．〜１mmにすることが好ましい。これにより高いバイオマス密度が与えられ、バイオリアクタのサイズは限界値に保持できる。代表的な態様ではバイオフィルム面のアンモニアロードは日当たり２〜３ｇＮ/ｍ2より大きい。キャリア面の粗さも利点となる。
【００１６】
第２の工程では、亜硝酸塩分解反応・亜硝酸塩生成反応を受ける溶液の温度は好ましくは５〜６０℃の温度に、ｐＨ値は６〜９の値に維持される。
【００１７】
これによりアンモニアの窒素への変換に好適な状態が与えられる。
【００１８】
本発明による方法の実験例を詳述する以下の説明から本発明はより明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】添付の図１には実験例でのパラメータが示される。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明による方法には亜硝酸生成反応および亜硝酸分解反応が含まれる。ｐＨ値調整手段を加える必要がないことは、反応式シートに示される総合反応式Ｉから、また下述から理解されよう。反応式IIによる亜硝酸生成反応により、変換された等価アンモニア当たり２当量のプロトンが発生する。本発明を採用することにより好適に処理され得る排水において、ＨＣＯ3-はアンモニアイオンのカウンタイオンである。この実験例での排水には、廃棄放出物からのパーコレーション水および好気脱硫からの流出液が含まれる。また硝化処理反応中アンモニアの酸化に必要な空気供給により、反応式IIIに従ってＣＯ2が確実に除去され得る。しかして硝化処理反応により、変換された等価アンモニア当たり１当量酸が実質的に生成される。反応式IVによる脱窒化反応には変換された等価アンモニア当たり１当量酸が必要である。即ち硝化処理反応炉からのＣＯ2が除去された流出液を用いることによりｐＨ値調整が不要である。
【００２１】
ＣＯ2を除去することにより、硝化処理を受ける溶液はＨＣＯ3-が除去され、溶液の緩衝能力が低下される。即ちそのｐＨ値は変化し、特にこの工程で酸が生成されることにより降下する。ＨＣＯ3-のｐｋ即ちＨＣＯ3-が最適に緩衝するときのｐＨ値は６．３７である。ｐＨ値が降下するため硝化処理反応が禁止され、アンモニアは一部のみ、本発明による理解によれば所望の程度まで（即ち最大５０％まで）変換され得る。この結果好適な量のアンモニアが酸を使用し、延いては低いｐＨ値から利点を得る次の脱窒化プロセスに対し利用できる。
【００２２】
理論に捉らわれるものではないが、出願人は、本発明により良好な制御性が得られる理由として、硝化微生物が、ＮＨ4+及びＮＯ2-ではなく、ＮＨ3及びＨＮＯ2のみを捕捉することによる、と推定する。ｐＨ値が低下すると、ＮＨ3（基質）濃度が低下し、亜硝酸生成反応を阻害する作用をもつＨＮＯ2の濃度が増加する。
【００２３】
実験例
撹拌されたバッチ反応炉（２．４１）を、スラッジを残留させることなく作動させ、アンモニアに富んだ排水（４１ｍＭ；ｐＨ＝８．０）を供給した。一日の間に、反応炉の容積の８０％に相当する量を補充した。温度は３３℃に維持し、溶解酸素濃度を２０％にした。これらの条件下で、バイオマス濃度はリットル当たり乾燥重量が１４０ｍｇであった。反応炉の流出液のｐＨ値は約６．７であり、このｐＨ値は、メタノールのような基質化合物を付加することにより調整されることはなかった。排水内の４０〜５０％のアンモニアが変換された。
【００２４】
１．２ｍｌ／ｍｉｎの流出液を流動床反応炉（容量２１）に供給した。流動床反応炉のｐＨ値は安定していて、約７．９であった。ｋｊｅｌ−ｄａｈｌ窒素を流動床反応炉内で日当たり０．６ｋｇＮ／ｍ3の割合で変換した。窒素の全除去量は８３％であった。関連するパラメータは図面に示してある。
【００２５】
このパーセンテージは、流動床反応炉からの流出液の一部をバッチ反応炉へ戻すことにより増加させることができる。流動床反応炉内のｐＨ値が安定しているので、戻し量はそれほど重要ではなく固定値に設定し得る。戻し量が大きすぎると、バッチ反応炉内のアンモニアの分解が増加する。これにより、酸の消費が流動床反応炉内で低下し、この結果アンモニア分解が再び低下する。
【００２６】
本発明による方法は実質的に自己調整特性を有し、少なくとも約８０％のアンモニアが全体として分解するが、オプションとして硝化処理反応炉の内容物のｐＨ値を脱窒反応炉からの流出液を供給することにより調整し得る。従って外部から添加剤を付加する必要がない。
【００２７】
本発明による方法の別の実施態様によれば、排水を脱窒化工程で供給する。脱窒化処理中に排水からのアンモニアを使用し、脱窒化反応炉からの一部を硝化処理反応炉へ供給する。ここで脱窒化反応炉へ供給する亜硝酸塩が形成され得る。
【００２８】
脱窒化工程からの流出液が放出される場合、流出液に対し先ず亜硝酸塩放出を避けるために硝化処理工程を行う。
【００２９】
好適な微生物が文献に示される周知の方法でアンモニアを分解する既存の水処理プラントのスラッジから大きな困難を伴うことなく得られる。また、亜硝酸分解による脱窒化反応の培養菌は、オランダ国バールンのCentraal Bureatu voor Schimmelculturesにおける登録番号９４９．８７から得られる。
【００３０】
【表１】
0005161834.tif 000002
【図１】
0005161834.tif 000003