(57)【要約】【課題】アンモニア含有排水中のアンモニアを好適に除去できる排水処理方法を提供する。【解決手段】本発明の排水処理方法は、アンモニア含有排水を、活性汚泥中の硝化菌によるアンモニアの硝化反応、および、活性汚泥中の脱窒菌による硝酸の脱窒反応を経て排水処理する排水処理方法である。ＣＯＤ成分を含有するボイラー排水を、前記アンモニア含有排水を排水処理する活性汚泥と同じ活性汚泥により排水処理する。ボイラー排水中のＣＯＤ成分により硝化菌および脱窒菌の活性を維持・向上することができる。アンモニアを高効率で処理することができ、排水処理後の処理水中のＣＯＤ濃度を低減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア含有排水を、活性汚泥中の硝化菌によるアンモニアの硝化反応、および、活性汚泥中の脱窒菌による硝酸の脱窒反応を経て排水処理する排水処理方法であって、
ＣＯＤ成分を含有するボイラー排水を、前記アンモニア含有排水を排水処理する活性汚泥と同じ活性汚泥により排水処理する
ことを特徴とする排水処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の排水処理方法において、
前記アンモニア含有排水に前記ボイラー排水を加えてから、当該アンモニア含有排水および当該ボイラー排水を同じ活性汚泥により排水処理する
ことを特徴とする排水処理方法。
【請求項３】
請求項１に記載の排水処理方法において、
前記ボイラー排水を活性汚泥中に導入した後に、この活性汚泥中に前記アンモニア含有排水を導入して、当該アンモニア含有排水および当該ボイラー排水を同じ活性汚泥により排水処理する
ことを特徴とする排水処理方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の排水処理方法において、
前記ボイラー排水中のＣＯＤ成分は、ボイラー内部を清浄化するためにボイラー水に添加された清缶剤である
ことを特徴とする排水処理方法。
【請求項５】
請求項４に記載の排水処理方法において、
前記清缶剤には、ヒドラジンが含まれている
ことを特徴とする排水処理方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の排水処理方法において、
前記アンモニア含有排水中のアンモニア濃度は、３００ｐｐｍ以上である
ことを特徴とする排水処理方法。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の排水処理方法において、
前記アンモニア含有排水は、発電設備において燃焼排ガスを脱硫および脱硝した際に発生した排水である
ことを特徴とする排水処理方法。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の排水処理方法において、
前記ボイラー排水は、発電用ボイラーから排出される使用後のボイラー水である
ことを特徴とする排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニア含有排水を、活性汚泥中の硝化菌によるアンモニアの硝化反応、および、活性汚泥中の脱窒菌による硝酸の脱窒反応を経て排水処理する排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、活性汚泥を利用して、アンモニアを含有する排水を生物学的に処理する方法がある。このような排水処理方法として、活性汚泥中の硝化菌によりアンモニアを酸化して硝酸に変換する硝化反応と、活性汚泥中の脱窒菌により硝酸を窒素に変換する脱窒反応とを利用するものがある。
硝化反応では、硝化菌であるアンモニア酸化細菌は、好気条件下で排水中のアンモニアを電子供与体として亜硝酸を生成し、これと共に増殖する。また、硝化菌である亜硝酸酸化細菌は、好気条件下で亜硝酸を電子供与体として硝酸を生成し、これと共に増殖する。
一方、脱窒反応では、脱窒菌は、嫌気条件下でメタノールを電子供与体として硝酸を分子状窒素に還元し、これと共に増殖する。脱窒菌にて生成された窒素は大気に放出される。
【０００３】
このように、硝化反応と脱窒反応とでは働く菌の種類、酸化還元状態、電子供与体の種類がそれぞれ異なっている。これら硝化菌および脱窒菌は、排水処理装置において独立した槽内にて利用されるわけではなく、排水が順次硝化・脱窒される流れに沿って槽内を移動し、また汚泥が返送されるために、混合状態で利用されている。この際、各菌は自己の反応・増殖に適した環境に戻ってくるまでの間は不適切な環境に曝され続け、その間に菌の活性が低下して菌体の増殖が停止してしまうという問題がある。
【０００４】
ここで、アンモニアを高濃度に含有する食品工場排水や化学工場排水に対して上記排水処理を実施する場合、当該排水中にはアンモニア以外にＢＯＤ（Biological Oxygen Demand）成分が含まれている場合が多く、硝化菌および脱窒菌はＢＯＤ成分を自己の反応や増殖に必要な栄養源として利用できる（非特許文献１参照）。しかし、ＢＯＤ成分が過剰に存在すると、硝化菌および脱窒菌はアンモニアや亜硝酸、硝酸を電子供与体として利用しなくなり、ＢＯＤ成分を主な栄養源とする他の菌が優先してしまうようにもなる。このため、アンモニアの処理能力が極端に低下してしまう問題がある。
【０００５】
一方、発電設備において燃焼排ガスを脱硫および脱硝した際に発生する排水に対して上記排水処理を実施する場合、当該排水中にはアンモニアが高濃度で存在しているものの、栄養源となるＢＯＤ成分が殆ど含まれていない。このため、上記のようなＢＯＤ成分を含有した排水とは異なり、硝化菌および脱窒菌以外の菌体が優先してしまうことはない。しかし、微生物にとって必須の成分が欠乏状態となるので、硝化菌および脱窒菌は増殖しても必要栄養源が不足しているために失活が早まり、本来菌が持つ活性が十分発現されない、という問題がある。
【０００６】
上記のような問題に対して、排水中に活性維持向上剤を添加し、活性汚泥の活性を維持あるいは向上させる方法が考えられる。これにより、硝化菌および脱窒菌の失活が抑制され、かつ、硝化・脱窒反応が促進されるので、アンモニアの処理能力を向上させることが可能となる。
従来、このような活性維持向上剤を添加するものとして、例えば、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを反応させて窒素ガスに分解する独立栄養性脱窒微生物に対して、ヒドラジン、ヒドロキシルアミン、２価の鉄イオンなどを添加する方法が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００７】
【非特許文献１】堺好雄：月刊下水道、Vol.20, 15-18, 1997
【特許文献１】特開２００３−１２９２号公報
【特許文献２】特開２００３−３３７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１，２に記載のものは、独立栄養性脱窒微生物を利用して脱窒処理を行う構成であるため、排水中にはアンモニア性窒素に対して０．５〜２倍の亜硝酸性窒素が含まれていなければ、好適に脱窒処理を行うことができない場合がある。
【０００９】
本発明の目的は、上記した問題に鑑みて、アンモニア含有排水中のアンモニアを好適に除去できる排水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ここで、一般的に、例えば発電設備や工場等にはボイラーが設置されている。このボイラーでは、ボイラー水を沸騰させて蒸気を生成し、これをボイラー内部で流通させて発電・暖房等の利用に供する。通常、ボイラー水には、ボイラー内部を清浄に保つため（ボイラー内部へのスケールの付着防止や、ボイラ内部の腐食防止等のため）、例えばヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）などを含有する清缶剤が添加される。このようなボイラー水を使用後に廃棄する場合、ボイラー排水中には清缶剤等がＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand）成分となって残留しているためそのままでは公共水面に放流することはできず、このＣＯＤ成分を除去する必要がある。
ここにおいて、本発明者は、ボイラー排水中のＣＯＤ成分が汚泥の活性維持・向上効果を有することに着目し、ボイラー排水中のＣＯＤ成分を単に汚泥で除去するだけに留まらず、ボイラー排水を利用してアンモニア含有排水の排水処理効率を向上できることを新たに見出し、本発明に至ったものである。
【００１１】
請求項１に記載の本発明の排水処理方法は、アンモニア含有排水を、活性汚泥中の硝化菌によるアンモニアの硝化反応、および、活性汚泥中の脱窒菌による硝酸の脱窒反応を経て排水処理する排水処理方法であって、ＣＯＤ成分を含有するボイラー排水を、前記アンモニア含有排水を排水処理する活性汚泥と同じ活性汚泥により排水処理することを特徴とする。
【００１２】
本発明では、アンモニア含有排水の排水処理に硝化菌および脱窒菌を利用し、上記特許文献１，２のような独立栄養性脱窒微生物を利用しないので、排水中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素との比率を考慮せずに排水処理を実施できる。
そして、ＣＯＤ成分を含有するボイラー排水とアンモニア含有排水とを同じ活性汚泥により排水処理するので、ボイラー排水中のＣＯＤ成分により、活性汚泥中の硝化菌および脱窒菌の活性を維持・向上することができる。このため、例えば、アンモニア含有排水中にアンモニア以外にＢＯＤ成分が含まれていない場合であっても、ボイラー排水中のＣＯＤ成分により硝化菌および脱窒菌の失活を抑制でき、かつ硝化・脱窒反応を促進できる。したがって、アンモニアを高効率で処理することができる。また、排水処理後の処理水中のＣＯＤ濃度を低減することができる。
【００１３】
請求項２に記載の本発明の排水処理方法は、請求項１に記載の排水処理方法において、前記アンモニア含有排水に前記ボイラー排水を加えてから、当該アンモニア含有排水および当該ボイラー排水を同じ活性汚泥により排水処理することを特徴とする。
このような本発明によれば、アンモニア含有排水にボイラー排水を加えてから排水処理するので、ボイラー排水中のＣＯＤ成分により、硝化菌および脱窒菌の活性を維持・向上することができる。このため、ボイラー排水中のＣＯＤ成分により硝化菌および脱窒菌の失活を抑制でき、かつ硝化・脱窒反応を促進できる。したがって、アンモニアを高効率で処理することができ、排水処理後の処理水中のＣＯＤ濃度を低減することができる。
しかも、アンモニア含有排水およびボイラー排水を活性汚泥により同時に排水処理できるので、両排水を別々に排水処理する場合と比べて、排水処理コストを低減することができる。
【００１４】
請求項３に記載の本発明の排水処理方法は、請求項１に記載の排水処理方法において、前記ボイラー排水を活性汚泥中に導入した後に、この活性汚泥中に前記アンモニア含有排水を導入して、当該アンモニア含有排水および当該ボイラー排水を同じ活性汚泥により排水処理することを特徴とする。
このような本発明によれば、ボイラー排水を活性汚泥中に導入してボイラー排水中のＣＯＤ成分で汚泥の活性を向上させた後に、この活性汚泥中にアンモニア含有排水を導入することで、当該アンモニア含有排水を高活性状態の活性汚泥で排水処理できる。このため、活性汚泥の失活等を抑制でき、アンモニア含有排水中のアンモニアを好適に除去できる。また、排水処理後の処理水中のＣＯＤ濃度を低減することができる。
【００１５】
請求項４に記載の本発明の排水処理方法は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の排水処理方法において、前記ボイラー排水中のＣＯＤ成分は、ボイラー内部を清浄化するためにボイラー水に添加された清缶剤であることを特徴とする。
このような本発明によれば、ボイラーの運転において通常添加される清缶剤が、使用後のボイラー排水中のＣＯＤ成分となって除去が必要となるところ、これをアンモニア含有排水の排水処理における汚泥の活性維持向上剤として有効活用することができる。
【００１６】
請求項５に記載の本発明の排水処理方法は、請求項４に記載の排水処理方法において、前記清缶剤には、ヒドラジンが含まれていることを特徴とする。
このようなヒドラジンを含有したボイラー排水を用いることで、活性汚泥中の硝化菌および脱窒菌の活性を確実に維持・向上させることができる。
【００１７】
請求項６に記載の本発明の排水処理方法は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の排水処理方法において、前記排水中のアンモニア濃度は、３００ｐｐｍ以上であることを特徴とする。
より好ましくは、前記排水中のアンモニア濃度は、５００ｐｐｍ以上３０００ｐｐｍ以下である。
本発明によれば、発電設備からの排水など、アンモニア濃度が３００ｐｐｍ以上の高濃度のアンモニア含有排水に対して、最適な排水処理を実施できる。
【００１８】
請求項７に記載の本発明の排水処理方法は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の排水処理方法において、前記排水は、発電設備において燃焼排ガスを脱硫および脱硝した際に発生した排水であることを特徴とする。
【００１９】
ここで、発電設備は常時稼動しているので、当該発電設備より継続的に多量の燃焼排ガスが発生する。そして、この燃焼排ガスを脱硫・脱硝した際に発生した排水には、高濃度のアンモニアが含まれているので、そのまま公共水面に放流することができない。
ここにおいて、当該排水に石灰や塩化鉄などの化学的な凝集剤を添加してアンモニアを沈殿・除去する方法も考えられるが、高濃度のアンモニアを含有する多量の排水を処理するためには多量の凝集剤が必要となり、処理コストが高くなってしまう。また、当該排水には活性汚泥の栄養源となるＢＯＤ成分が殆ど含まれていないため、このような排水を硝化・脱窒処理する菌体の活性を維持することが困難となる。
このような観点から、発電設備からの多量の排水を安価でかつ効率良く処理する技術が求められている。
この点、本発明によれば、ＢＯＤの濃度が不十分な発電設備からの排水でも、ボイラー排水を用いることにより、汚泥の活性を維持・向上させることができ、当該排水中の高濃度のアンモニアを高効率で除去することができる。このように、本発明は発電設備からの排水の処理において特に優れた効果を発揮することができる。
【００２０】
請求項８に記載の本発明の排水処理方法は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の排水処理方法において、前記ボイラー排水は、発電用ボイラーから排出される使用後のボイラー水であることを特徴とする。
【００２１】
ここで、上述したように、発電設備は常時稼動しているので、発電用ボイラーからは継続的に多量のボイラー排水が発生する。そして、このボイラー排水には、清缶剤がＣＯＤ成分となって残留しているため、このＣＯＤ成分を除去しなければボイラー排水を公共水面に放流することができない。
この点、本発明によれば、アンモニア含有排水の排水処理と併せてボイラー排水を処理でき、多量のボイラー排水が発生しても低コストで当該排水中のＣＯＤ成分を除去することができる。しかも、ボイラー排水を加えることで、アンモニア含有排水の排水処理効率を向上させることができる。このように、本発明は発電用ボイラーからの排水の処理において特に優れた効果を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る排水処理方法を実施するための排水処理装置を示した模式図である。
【００２３】
〔排水処理装置の構成〕
図１において、１は排水処理装置であり、この排水処理装置１は、排水に含まれるアンモニアを活性汚泥を利用して硝化・脱窒する排水処理を実施するものである。このような排水処理装置１は、互いに直列に接続された、原水貯留槽２と、４つの硝化槽３Ａ〜３Ｄと、４つの脱窒槽４Ａ〜４Ｄと、酸化槽５と、沈殿槽６とを備えている。
【００２４】
原水貯留槽２は、発電設備において燃焼排ガスを脱硫および脱硝した際に発生したアンモニア含有排水と、発電用ボイラーから排出される使用後のボイラー水であるボイラー排水とを混合したもの（以下、原水と称す）を貯留する。
アンモニア含有排水には、３００ｐｐｍ以上、好ましくは５００ｐｐｍ以上３０００ｐｐｍ以下の高濃度のアンモニアと、硫酸カルシウムなどの特定の物質が含まれている。また、アンモニア含有排水には、アンモニアおよび該物質以外には、栄養源となるＢＯＤ成分は殆ど含まれておらず、当該ＢＯＤ成分の濃度は３０００ｐｐｍ以下である。
ボイラー排水には、ボイラー内部を清浄化するためにボイラー水に添加された清缶剤が、ＣＯＤ成分となって含まれている。このような清缶剤にはヒドラジンが含まれている。また、ボイラー排水中におけるＣＯＤ成分の濃度は、５０ｐｐｍ以下、好ましくは２０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは１５ｐｐｍ以下、特に好ましくは１２ｐｐｍ以下であることが望ましい。これにより、排水処理後の処理水中のＣＯＤ濃度を環境規制範囲内に収めることができる。
【００２５】
硝化槽３Ａ〜３Ｄは、原水貯留槽２の下流側に一連に設けられた好気性の槽であり、原水貯留槽２からの原水に含まれたアンモニアを硝化する硝化工程を実施する。この硝化槽３Ａ〜３Ｄでは、硝化槽３Ａに原水貯留槽２からの原水が導入されて、硝化槽３Ａに導入された原水は硝化槽３Ｂ〜３Ｄへと順に流通するようになっている。
【００２６】
このような硝化槽３Ａ〜３Ｄの底部には、硝化ブロワ７の配管がそれぞれ接続され、硝化ブロワ７より例えば１００〜２０００ｍｌ／ｌ・ｍｉｎの流量で空気が吹き込まれる（曝気）。これにより硝化槽３Ａ〜３Ｄの内部が均一に攪拌されると共に、好気性雰囲気が形成される。
そして、硝化槽３Ａ〜３Ｄ内部には、活性汚泥を付着させるためのリアクタ３１がそれぞれ設けられている。このリアクタ３１に付着した活性汚泥では、主に好気性の硝化菌であるアンモニア酸化細菌および亜硝酸酸化細菌が機能する。なお、活性汚泥を付着させる手段としては、リアクタ３１を設置するものに限らず、内部に活性汚泥を収容する固定化担体を硝化槽３Ａ〜３Ｄ内に投入するものでもよい。
【００２７】
アンモニア酸化細菌としては、Nitrosomonas europaeaなどが挙げられ、このようなアンモニア酸化細菌は原水中のアンモニアを電子供与体として、以下に示すようにして亜硝酸を生成する。
【００２８】
〔化学式〕
ＮＨ４＋１．５Ｏ２→ＮＯ２−＋Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋…（１）
【００２９】
亜硝酸酸化細菌としては、Nitrobacter winogradskyiなどが挙げられ、このような亜硝酸酸化細菌は、アンモニア酸化細菌にて生成された亜硝酸を電子供与体として、以下に示すようにして硝酸を生成する。
【００３０】
〔化学式〕
ＮＯ２−＋０．５Ｏ２→ＮＯ３−…（２）
【００３１】
また、硝化槽３Ａには注入手段８が接続されており、この注入手段８により、リン酸カリウム（KH2PO4、K2HPO4、K3PO4）水溶液が適宜注入される。これにより、汚泥の活性維持向上効果をより高めることが可能となる。
さらに、硝化槽３Ａには、槽内の原水のｐＨを測定するｐＨセンサ３２が接続されている。また、硝化槽３Ａには、水酸化ナトリウム水溶液などを槽液に導入して、槽内の原水のｐＨを所定値に調整するｐＨ調整手段３３が接続されている。このようなｐＨセンサ３２およびｐＨ調整手段３３にて、硝化槽３Ａ〜３Ｄ内のｐＨが所定の値に維持されるようになっている。
また、硝化槽３Ａ〜３Ｄには、硝化槽３Ａ〜３Ｄの温度を所定値に制御する図示しない温度制御手段が設けられている。
【００３２】
脱窒槽４Ａ〜４Ｄは、硝化槽３Ｄの下流側に一連に設けられた嫌気性の槽であり、硝化槽３Ｄからの原水に含まれた硝酸を脱窒する脱窒工程を実施する。この脱窒槽４Ａ〜４Ｄでは、脱窒槽４Ａに硝化槽３Ｄからの原水が導入されて、脱窒槽４Ａに導入された原水は脱窒槽４Ｂ〜４Ｄへと順に流通するようになっている。
このような脱窒槽４Ａ〜４Ｄの内部は嫌気性雰囲気となっており、また、底部には攪拌装置４１設けられて、この攪拌装置４１の攪拌により各槽内が均質に混合された状態となっている。
【００３３】
このような脱窒槽４Ａ〜４Ｄ内部を流通する活性汚泥では、主に嫌気性の菌体である脱窒菌が機能する。このような脱窒菌としては、硝酸還元菌であるParacoccus denitrificansなどが挙げられる。
そして、脱窒槽４Ａには注入手段９が接続されており、この注入手段９よりメタノールなどの電子供与体が適宜注入される。
上記硝酸還元菌は、この注入手段９からの電子供与体を取り込んで、以下に示すようにして硝酸から分子状窒素を生成する。この硝酸還元菌の作用により発生した窒素ガスは、脱窒槽４Ａ〜４Ｄの上方から大気に放出されるようになっている。
【００３４】
〔化学式〕
２ＮＯ３−＋１０Ｈ＋→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋２ＯＨ−…（３）
【００３５】
そして、脱窒槽４Ａには、槽液のｐＨを測定するｐＨセンサ４２が接続されている。また、脱窒槽４Ａには、塩酸水溶液などを槽内の原水に導入して、槽内の原水のｐＨを所定値に調整するｐＨ調整手段４３が接続されている。このようなｐＨセンサ４２およびｐＨ調整手段４３にて、脱窒槽４Ａ〜４Ｄ内のｐＨが所定の値に維持されるようになっている。さらに、脱窒槽４Ａ〜４Ｄには、脱窒槽４Ａ〜４Ｄの温度を所定値に制御する図示しない温度制御手段が設けられている。
【００３６】
酸化槽５は、脱窒槽４Ｄの下流側に一連に設けられた好気性の槽であり、脱窒槽４Ｄからの脱窒後の原水（以下、処理水と称す）中に残存したＣＯＤ成分を酸化分解する。このような酸化槽５の底部には、硝化槽３Ａ〜３Ｄと同様に硝化ブロワ７の配管が接続され、この硝化ブロワ７より例えば１００〜２０００ｍｌ／ｌ・ｍｉｎの流量で空気が吹き込まれる（曝気）。これにより、酸化槽５が好気性雰囲気となって、硝化菌の作用により、処理水中からＣＯＤ成分が効率良く除去される。
【００３７】
また、酸化槽５の底部には汚泥返送手段５１が設けられており、酸化槽５内部の活性汚泥は、硝化槽３Ａおよび脱窒槽４Ａの少なくともいずれか一方に、所定の頻度で返送されるようになっている。これにて、硝化槽３Ａ〜３Ｄおよび脱窒槽４Ａ〜４Ｄの各槽内における活性汚泥の濃度が所定の値に維持されるようになっている。
【００３８】
沈殿槽６は、酸化槽５の下流側に設けられて、酸化槽５からの処理水中に含まれた活性汚泥を沈殿させる。この沈殿槽６では、酸化槽５からの処理水中のうち余剰の活性汚泥は底部に沈殿し、凝縮された後に廃棄される。一方、当該処理水中のうち上澄み液は、適宜後処理が施されて公共水面に放流されるようになっている。
【００３９】
〔排水処理動作〕
次に、上記排水処理装置１を用いた排水処理動作について説明する。
まず、発電設備からのアンモニア含有排水と、発電用ボイラーからのボイラー排水とを原水貯留槽２に導入して混合した上で、この原水貯留槽２に貯留された原水を硝化槽３Ａに導入する。この際、ボイラー排水中のＣＯＤ成分により、硝化槽３Ａ〜３Ｄにおける活性汚泥が高活性となり、好気性の硝化菌は、原水におけるＢＯＤ成分が低濃度であっても、硝化反応を高効率で進行させる。一方、嫌気性の脱窒菌は、好気性雰囲気の硝化槽３Ａ〜３Ｄにおいても、その失活が抑制される。
硝化槽３Ａ〜３Ｄにて硝化工程が施された原水は、脱窒槽４Ａへと導入され、脱窒槽４Ａから脱窒槽４Ｄへと順に流通する。この際、原水中にはボイラー排水中のＣＯＤ成分が含まれているので、このＣＯＤ成分により、脱窒槽４Ａ〜４Ｄにおける活性汚泥が高活性となり、嫌気性の脱窒菌は、原水におけるＢＯＤ成分が低濃度であっても、脱窒反応を高効率で進行させる。一方、好気性の硝化菌は、嫌気性雰囲気の脱窒槽４Ａ〜４Ｄにおいても、その失活が抑制される。
【００４０】
このように、ボイラー排水とアンモニア含有排水とを同じ活性汚泥により排水処理するので、ボイラー排水中のＣＯＤ成分により活性汚泥中の硝化菌および脱窒菌の活性を維持・向上することができ、結果、アンモニアを高効率で処理することができる。また、排水処理後の処理水中のＣＯＤ濃度を低減することができる。しかも、アンモニア含有排水およびボイラー排水を同時に排水処理できるので、両排水を別々に排水処理する場合と比べて、排水処理コストを低減することができる。
【００４１】
この後、脱窒槽４Ａ〜４Ｄにて脱窒された原水は処理水となって酸化槽５へと導入され、再び好気性雰囲気に曝される。これにより、処理水中に残存したＣＯＤ成分が除去され、酸化処理後の処理水は沈殿槽６へと導入される。
また、酸化槽５内の活性汚泥は、汚泥返送手段５１にて、硝化槽３Ａおよび脱窒槽４Ａの少なくともいずれか一方に、所定の頻度で返送される。これにより、硝化菌および脱窒菌を、硝化槽３Ａあるいは脱窒槽４Ａに補充することができ、硝化・脱窒反応の効率をさらに高めることができる。また、酸化槽５中の処理水に含まれたＣＯＤ成分を、再度、硝化槽３Ａあるいは脱窒槽４Ａに戻して活性汚泥に消費させることで、処理水中のＣＯＤ濃度を低減でき、当該処理水を公共水面に安全に放流することができる。
そして、沈殿槽６では処理水中の活性汚泥が沈殿槽６の底部に沈殿し、沈殿槽６中の上澄み液は、必要に応じて、例えばろ過処理、活性炭処理、あるいはこれらの組み合わせ等を含む後処理が施された後に、海や河川などの公共水面に放流される。
以上にて、排水処理が終了する。
【００４２】
〔実施形態の変形〕
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、発電設備からの高濃度のアンモニア含有排水を処理とする構成を例示したが、これに限らない。すなわち、本発明では、低濃度のアンモニア含有排水はもちろんのこと、食品工場排水や化学設備排水など、アンモニア以外のＢＯＤ成分を含んだ排水に対しても好適に排水処理を施すことができる。
また、ボイラー排水についても発電用ボイラーからのボイラー排水に限らず、工場や病院などのボイラー設備から排出されるボイラー排水など、ＣＯＤ成分を含有するいずれのボイラー排水をも処理対象とすることができる。
【００４３】
前記実施形態では、原水貯留槽２においてアンモニア含有排水とボイラー排水とを混合して、これを排水処理する構成を例示したが、これに限らない。
すなわち、例えば、図２に示すように、図１における原水貯留槽２の代わりに、アンモニア含有排水を貯留する原水貯留槽２Ａと、ボイラー排水を貯留する原水貯留槽２Ｂとをそれぞれ設ける。そして、原水貯留槽２Ｂからのボイラー排水を硝化槽３Ａの活性汚泥中に導入した後に、この活性汚泥中に原水貯留槽２Ａからのアンモニア含有排水を導入して、当該アンモニア含有排水および当該ボイラー排水を同じ活性汚泥により排水処理する構成としてもよい。
このような構成の場合、前記実施形態と同様に、アンモニア含有排水を好適に処理できる。すなわち、ボイラー排水を活性汚泥中に導入してボイラー排水中のＣＯＤ成分で汚泥の活性を向上させた後に、この活性汚泥中にアンモニア含有排水を導入することで、当該アンモニア含有排水を高活性状態の活性汚泥で排水処理できる。このため、活性汚泥の失活等を抑制でき、アンモニア含有排水中のアンモニアを好適に除去できる。また、排水処理後の処理水中のＣＯＤ濃度を低減することができる。
【００４４】
前記実施形態では、排水処理装置１は、４つの硝化槽３Ａ〜３Ｄと、この硝化槽の下流に設けられた脱窒槽４Ａ〜４Ｄとを備えた構成としたが、これに限らない。すなわち、例えば、排水処理装置は、脱窒槽と、この脱窒槽の下流側に設けられた硝化槽とを備え、脱窒槽に汚泥を返送する構成としてもよい。このような構成でも上記実施形態と同様の排水処理を実施でき、特に化学設備排水からの排水などのアンモニアおよび硝酸を多く含む排水を好適に処理できる。また、硝化槽および脱窒槽の数は任意である。
【００４５】
前記実施形態では、脱窒槽４Ａ〜４Ｄ内部が嫌気性雰囲気となっているとしたが、さらに、脱窒槽４Ａ〜４Ｄ内部に図示しない窒素ガス供給手段の配管を接続し、この窒素ガス供給手段より各槽内に窒素ガスを吹き込む構成としてもよい。これにより、嫌気性雰囲気を早急に形成することができるので、例えば運転初期からも嫌気性雰囲気を形成でき、脱窒反応を高効率で進行させることができる。
【００４６】
前記実施形態では、沈殿槽６を設ける構成としたが、沈殿槽６の代わり、あるいは、沈殿槽６の下流側にさらに、前記処理水を遠心分離して活性汚泥を凝縮する集泥器を設けてもよい。このような構成によれば、処理水における上澄み液および活性汚泥を、より確実に分離できる。
【００４７】
前記実施形態では、酸化槽５にのみ汚泥返送手段５１を設ける構成としたが、これに限らず、沈殿槽６にも同様の汚泥返送手段を設ける構成や、酸化槽５には汚泥返送手段５１を設けずに沈殿槽６にのみ同様の汚泥返送手段を設ける構成としてもよい。このような構成でも、硝化菌および脱窒菌を硝化槽３Ａあるいは脱窒槽４Ａに補充でき、硝化・脱窒反応の効率を高めることができると共に、処理水中のＣＯＤ濃度を低減できる。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（１）排水処理装置の運転
発電所から排出され脱硫・脱硝処理が施されたアンモニア含有排水と、発電用ボイラーから排出されたボイラー排水とを、排水処理装置１（図１参照）における原水貯留槽２に通水し、これらを混合した原水を一時的に原水貯留槽２に貯留した。
アンモニア含有排水中の主な成分は、カルシウムイオン５３０ｐｐｍ、硫酸イオン１５０００ｐｐｍ、ナトリウムイオン１２０ｐｐｍ、カリウムイオン１６ｐｐｍ、マグネシウムイオン５４０ｐｐｍ、鉄イオン３５ｐｐｍ、塩素イオン１８５ｐｐｍ、バナジウムイオン２ｐｐｍ、ニッケルイオン１ｐｐｍ以下、リン１．３ｐｐｍであった。また、アンモニウムイオンは１４８０ｐｐｍ、ＣＯＤは２７ｐｐｍであった。
ボイラー排水中の主な成分は、ヒドラジン０．０２ｐｐｍ、リン酸イオン０．１ｐｐｍであり、ＣＯＤは９ｐｐｍであった。
【００４９】
１槽あたり１０７１トンの汚泥収容容量を有する硝化槽３Ａ〜３Ｄと、１槽あたり３４４トンの汚泥収容容量を有する脱窒槽４Ａ〜４Ｄとを備えた排水処理装置１（図１参照）に原水を連続的に通水した。
汚泥の温度は３５〜３６℃、ｐＨは水酸化ナトリウムで７．６に制御した。汚泥のＭＬＳＳ（Mixed liquor suspended solids）は４６００〜５３００ｍｇ／Ｌの範囲であった。
硝化槽３Ｄから排出された汚泥は脱窒槽４Ａに導き、槽内を撹拌しながら硝化槽３Ａ〜３Ｄ内で生成した硝酸を嫌気条件下にメタノールの供給を行いながら脱窒菌の働きにより窒素に変換し、ガス体として排出した。
【００５０】
このような条件の排水処理装置１において、アンモニア含有排水とボイラー排水との混合比を以下の表１に示すように変化させて、排水処理を行った。
この結果、硝化槽３Ｄ出口では、アンモニア酸化細菌および亜硝酸酸化細菌の働きにより、アンモニアおよび亜硝酸はほぼ０であり、アンモニアの全量が硝酸に変換されていた。一方、脱窒槽４Ｃ出口では硝酸は１ｐｐｍ以下であり、脱窒槽４Ｄ出口では硝酸は完全に消失し、窒素ガスに変換されていた。
そして、このような条件で運転されている実装置から処理水を砂濾過槽、１基当たり３５トンの活性炭を充填した活性炭塔を通水し、出口のＣＯＤ濃度を測定した。この結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】
2007319835.tif 000003
【００５２】
表１の結果より、アンモニア含有排水に対してボイラー排水の混合量が多くなるほど、活性炭塔出口でのＣＯＤ濃度は低減し、実施例１−４に示すように、アンモニア含有排水８５０トン／日に対してボイラー排水３５０トン／日を混合させた場合、最もＣＯＤ濃度を低減できることが分かった。これは、ボイラー排水を混合量が多いほどその分だけ汚泥の活性が向上し、アンモニアの処理能力が高まったためと考えられる。
【００５３】
（２）汚泥の活性向上効果
硝化槽３Ａ〜３Ｄと脱窒槽４Ａ〜４Ｄとを備えた排水処理装置１（図１参照）に、発電所から排出され脱硫・脱硝処理が施されたアンモニア含有排水を連続的に通水した。
アンモニア含有排水中の主な成分は、カルシウムイオン４００ｐｐｍ、硫酸イオン１５０００ｐｐｍ、ナトリウムイオン１００ｐｐｍ、カリウムイオン１５ｐｐｍ、マグネシウムイオン６００ｐｐｍ、鉄イオン３０ｐｐｍ、塩素イオン１７０ｐｐｍ、リン１．２ｐｐｍであった。また、アンモニウムイオンは１０７０ｐｐｍであった。
【００５４】
排水処理装置１の運転は、一日に供給する汚泥の量を４つの硝化槽３Ａ〜３Ｄの全容量で除した値を負荷率（％）とし、この負荷率を変更して行った。
硝化槽３Ａ〜３Ｄには攪拌と酸素の供給を目的として送気を行い、溶存酸素量は２．５〜５ｍｇ／Ｌの範囲に保った。
汚泥の温度は３５．５〜３６℃、ｐＨは水酸化ナトリウムで７．７に制御した。汚泥のＭＬＳＳ（Mixed liquor suspended solids）は４６００〜４９００ｍｇ／Ｌの範囲であった。
【００５５】
負荷率５％以下で運転した場合、硝化槽３Ｄの出口では、アンモニア酸化細菌および亜硝酸酸化細菌の働きにより、アンモニアおよび亜硝酸はほぼ０であり、アンモニアの全量が硝酸に変換されていた。一方、脱窒槽４Ｄでは硝酸は完全に消失し、全て窒素ガスに変換されていた。
負荷率１２．５％以下で運転した場合、硝化槽３Ｄの出口では、アンモニア酸化細菌および亜硝酸酸化細菌の働きにより、アンモニアおよび亜硝酸はほぼ０であり、アンモニアの全量が硝酸に変換されていた。一方、脱窒槽４Ｃでは硝酸は１ｐｐｍ検出されたものの、脱窒槽４Ｄでは硝酸は完全に消失し、窒素ガスに変換されていた。
【００５６】
しかし、負荷率を２５％に上昇させて運転した場合、５０％メタノール液を９．８トン／日の割合に増加させても、硝化槽３Ｄの出口ではアンモニウムイオンは１２０ｐｐｍ残存し、脱窒槽４Ｄの出口では硝酸が７８ｐｐｍ残存した。
ここで、このような状態の排水処理装置１に、発電用ボイラーから排出されたボイラー排水を、アンモニア含有排水に対して以下の表２に示すように所定の比率となるように変えて、原水貯留槽２に連続的に通水した。なお、ボイラー排水中の主な成分は、ヒドラジン０．０２ｐｐｍ、リン酸イオン０．１ｐｐｍであり、ＣＯＤは９ｐｐｍであった。
【００５７】
上記のような各条件で運転中の排水処理装置１より活性汚泥を採取して、以下の手順で、それぞれの汚泥の脱窒活性を測定した。
マグネットを入れた２４０ｍｌ容の広口ビンに活性汚泥を２２０ｍｌ加え、恒温水槽に入れて、水温を測定目的温度に設定した。一方、広口ビンに合うシリコン栓の中心部に穴をあけ、温度センサー付き溶存酸素計のセンサーを取り付けた。さらに、ビン底部まで届く送気チューブとシリコン栓の底に大気に開放された排気チューブを取り付けた。
送気チューブには窒素ガスを流した。溶存酸素が０になったことを確認後、１０％硝酸ナトリウム液を１２５ｐｐｍとなるように添加し、次いで、１０重量％メタノールを１２５ｐｐｍとなるよう添加し、窒素送気を止めると同時に、排気チューブの先に５規定の水酸化ナトリウムを入れた５ｍｌ容の液溜りを設けたマノメーターを連結した。このマノメーターに生成したガスを通して連結からのガス蓄積量として、経時的に窒素ガスの発生量を読み取り、これを脱窒活性とした。
測定結果を表２に示す。
【００５８】
【表２】
2007319835.tif 000004
【００５９】
表２の実施例２−１〜２−３に示す条件では、硝化槽３Ｄの出口ではアンモニアおよび亜硝酸はほぼ０であり、脱窒槽４Ｄでは硝酸は完全に消失していた。なお、比較例２はボイラー排水を加えない条件であるので、上述したように、硝化槽３Ｄの出口ではアンモニウムイオンは１２０ｐｐｍ残存し、脱窒槽４Ｄの出口では硝酸が７８ｐｐｍ残存した。これより、２５％もの高い負荷率で排水処理装置１を運転させた場合であっても、ボイラー排水を加えることで、アンモニアを残らず処理できることが分かった。したがって、アンモニア含有排水の排水処理効率を向上できることが分かった。
また、表２の結果より、アンモニア含有排水に対してボイラー排水の混合量が多くなるほど、汚泥の脱窒活性が向上することが分かった。そして、ボイラー排水のアンモニア含有排水に対する比率が３０％である場合（実施例２−３）、ボイラー排水を加えない場合（比較例２）と比較して、約２．３倍汚泥の脱窒活性を向上できることが分かった。これは、上記（１）でも述べたように、ボイラー排水を混合量が多いほどその分だけ汚泥の活性が向上し、アンモニアの処理能力が高まったためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態に係る排水処理方法を実施するための排水処理装置を示した模式図である。
【図２】前記実施形態の一変形例としての排水処理装置を示した模式図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…排水処理装置
２，２Ａ，２Ｂ…原水貯留槽
３Ａ-３Ｄ…硝化槽
３１…リアクタ
３２…ｐＨセンサ
３３…ｐＨ調整手段
４Ａ-４Ｄ…脱窒槽
４１…攪拌装置
４２…ｐＨセンサ
４３…ｐＨ調整手段
５…酸化槽
５１…汚泥返送手段
６…沈殿槽
７…硝化ブロワ
８…注入手段
９…注入手段
【図１】
2007319835.tif 000005
【図２】
2007319835.tif 000006