(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理水槽に貯留した原水中に通気性中空体を浸漬し、その通気性中空体の内部空間に酸素を含む気体を満たし且つ前記通気性中空体の内部空間の気圧をバブリングポイント（通気性中空体の外面から気泡が盛んに出てくる気圧）より僅かに低い圧力とすることにより、前記通気性中空体の表面に好気性硝化菌を繁殖させると共に、前記原水中に嫌気性脱窒素菌を繁殖させ且つ前記原水中に含まれる有機物を脱窒素反応に必要な有機炭素として利用可能とし、前記通気性中空体の表面に繁殖させた好気性硝化菌により前記原水中のアンモニアを酸化して窒素酸化物に変化させ、次に前記原水中に繁殖させた嫌気性脱窒素菌により前記有機物を有機炭素として利用させて前記窒素酸化物を還元し窒素ガスに変化させることを特徴とする単一槽による硝化・脱窒処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の単一槽による硝化・脱窒処理方法において、前記通気性中空体が、中空糸膜または合成樹脂糸を編んだ中空管であることを特徴とする単一槽による硝化・脱窒処理方法。
【請求項３】
原水を貯溜する処理水槽と、その処理水槽中に浸漬された通気性中空体と、その通気性中空体の内部空間に酸素を含む気体を供給する気体供給手段とを具備し、前記通気性中空体の内部空間に酸素を含む気体を満たし且つ前記通気性中空体の内部空間の気圧をバブリングポイント（通気性中空体の外面から気泡が盛んに出てくる気圧）より僅かに低い圧力とすることにより、前記通気性中空体の表面に好気性硝化菌を繁殖させると共に、前記原水中に嫌気性脱窒素菌を繁殖させ且つ前記原水中に含まれる有機物を脱窒素反応に必要な有機炭素として利用可能とし、前記通気性中空体の表面に繁殖させた好気性硝化菌により前記原水中のアンモニアを酸化して窒素酸化物に変化させ、次に前記原水中に繁殖させた嫌気性脱窒素菌により前記有機物を有機炭素として利用させて前記窒素酸化物を還元し窒素ガスに変化させることを特徴とする単一槽による硝化・脱窒処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載の単一槽による硝化・脱窒処理装置において、前記通気性中空体が、中空糸膜または合成樹脂糸を編んだ中空管であることを特徴とする単一槽による硝化・脱窒処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、硝化・脱窒処理方法および装置に関し、さらに詳しくは、硝化槽と脱窒素槽とを別個に設ける必要がなく、発生汚泥量を低減でき、運転エネルギーを節減でき、さらに悪臭の発生を防止することもできる硝化・脱窒処理方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
硝化・脱窒処理方法および装置は、原水（生活排水のように有機物や窒素化合物を含む水）中のアンモニアを好気性硝化菌により酸化して窒素酸化物に変化させ（硝化）、次に窒素酸化物を嫌気性脱窒素菌により還元して窒素に変化させ、これにより原水中の溶存窒素分を低減（脱窒）させる水処理方法および装置である。
【０００３】
例えば、「三菱重工技報 Vol.11 No.３ (1974-5) p.87(399)-95(407)」に開示された「生物学的硝化脱窒法」では、硝化槽と脱窒素槽とを別個に設け、前記硝化槽にはエアポンプで空気を直接吹き込んで好気性硝化菌を繁殖させておき、前記脱窒素槽には空気を吹き込まないで嫌気性脱窒素菌を繁殖させておく。そして、まず硝化槽に原水を送り、原水中のアンモニアを好気性硝化菌により酸化して、窒素酸化物に変化させる（硝化）。次に、脱窒素槽に前記窒素酸化物を含む原水を送り、原水中の窒素酸化物を嫌気性脱窒素菌により還元して、窒素ガスに変化させる。これにより、原水中の溶存窒素分を低減（脱窒）させることが出来る。
【０００４】
また、特開平８−８０４９６号公報に開示された「汚水の硝化脱窒素方法および装置」では、硝化槽と脱窒素槽とを別個に設け、前記硝化槽には好気性硝化菌の担体を充填すると共にエアポンプで空気を直接吹き込んで前記担体上に好気性硝化菌を繁殖させておく。また、前記脱窒素槽には空気を吹き込まないで嫌気性脱窒素菌を繁殖させておく。そして、まず硝化槽に原水を送り、原水中のアンモニアを好気性硝化菌により酸化して、窒素酸化物に変化させる（硝化）。次に、脱窒素槽に前記窒素酸化物を含む原水を送り、原水中の窒素酸化物を嫌気性脱窒素菌により還元して、窒素ガスに変化させる。これにより、原水中の溶存窒素分を低減（脱窒）させることが出来る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の硝化・脱窒処理方法および装置は、硝化槽中に空気を直接吹き込む方式のものであったため、次のような問題点があった。
１．空気を直接吹き込む硝化槽では嫌気性脱窒素菌は繁殖し難い。このため、硝化槽とは別個に、空気を吹き込まない脱窒素槽を設ける必要がある。そこで、空間的に２槽化すると、大きな占有空間が必要になる。また、脱窒素反応に必要な有機炭素（電子供与体：hydrogen donor）を確保するために、別にメタノールなどの有機炭素を加える必要がある。さらに、回分式反応槽のように時間的に２槽化する（１つの槽を時間的に切り替えて硝化槽として使用したり脱窒素槽として使用する）と、連続処理に適さなくなる。
２．吹き込んだ空気の極く一部しか好気性硝化菌に利用されず、大量の空気が余剰となる。この余剰の空気が従属栄養細菌に利用され、従属栄養細菌が繁殖するため、発生汚泥量が増える。
３．吹き込んだ空気の極く一部しか好気性硝化菌に利用されず、大量の空気が余剰となる。この余剰の空気を吹き込む分の運転エネルギーが無駄になる。
４．吹き込んだ空気の極く一部しか好気性硝化菌に利用されず、大量の空気が余剰となる。この余剰の空気が硝化槽から出てくるため、悪臭が周囲に拡散させられる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、硝化槽と脱窒素槽とを別個に設ける必要がなく、発生汚泥量を低減でき、運転エネルギーを節減でき、さらに悪臭の発生を防止することもできる硝化・脱窒処理方法および装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、原水中に通気性中空体を浸漬し、その通気性中空体の内部空間に酸素を含む気体を満たして通気性中空体の表面に好気性硝化菌を繁殖させ、その好気性硝化菌により原水中のアンモニアを酸化して窒素酸化物に変化させ、次に原水中に繁殖させた嫌気性脱窒素菌により前記窒素酸化物を還元して窒素ガスに変化させる硝化・脱窒処理方法を提供する。
上記構成において、通気性中空体としては、例えば、中空糸膜や，特開平６−２６２０１１号公報に開示された合成樹脂糸を編んだ中空管や，半透膜の袋などを用いることができる。
上記第１の観点による硝化・脱窒処理方法では、原水中に通気性中空体を浸漬し、その通気性中空体の内部空間に酸素を含む気体を満たしておく。すると、好気性硝化菌は、通気性中空体の近傍で酸素を含む気体と接触できるため、通気性中空体の近傍に繁殖する。他方、嫌気性脱窒素菌は、通気性中空体から離れると酸素を含む気体と接触しないため、通気性中空体から離れた原水中に繁殖する。よって、好気性硝化菌と嫌気性脱窒素菌が隣接して繁殖し、硝化・脱窒素による水処理が可能となる。
ここで、酸素を含む気体は、適当にリフレッシュしながら通気性中空体の内部空間に満たしておけばよく、原水中に直接吹き込む必要はない。このため、次のような作用がある。
１．好気性硝化菌と嫌気性脱窒素菌とを単一槽で繁殖させることができるため、硝化槽と脱窒素槽とを別個に設ける必要がない。従って、大きな占有空間を必要としない。また、原水中に含まれる有機物を脱窒素反応（通気性中空体の表面から少し離れた所で起る）に必要な有機炭素として利用できるため、有機炭素を加える必要がなくなる。さらに、連続処理を好適に行える。
２．原水中の有機物は脱窒素反応に必要な有機炭素源として利用され、この反応の結果、二酸化炭素となるため、発生汚泥量が少なくなる。
３．余剰の空気を吹き込まないため、運転エネルギーの無駄がない。
４．余剰の空気が硝化槽から出てこないため、周囲への悪臭の拡散がない。
【０００８】
第２の観点では、本発明は、原水を貯溜する処理水槽と、その処理水槽中に浸漬された通気性中空体と、その通気性中空体の内部空間に酸素を含む気体を供給する気体供給手段とを具備し、前記通気性中空体の内部空間に前記気体を満たして当該通気性中空体の表面に好気性硝化菌を繁殖させると共に、原水中に嫌気性脱窒素菌を繁殖させ、前記好気性硝化菌により原水中のアンモニアを酸化して窒素酸化物に変化させ、次に前記嫌気性脱窒素菌により前記窒素酸化物を還元して窒素ガスに変化させることを特徴とする硝化・脱窒処理装置を提供する。
上記第２の観点による硝化・脱窒処理装置では、上記第１の観点による硝化・脱窒処理方法を好適に実施できる。
【０００９】
第３の観点では、本発明は、上記構成の硝化・脱窒処理装置において、前記通気性中空体の内部空間の気圧を、バブリングポイントより僅かに低い圧力としたことを特徴とする硝化・脱窒処理装置を提供する。
通気性中空体の内部空間の気圧をバブリングポイント（通気性中空体の外面から気泡がさかんに出てくる気圧）より僅かに低い圧力とすれば、好気性硝化菌への酸素の供給を好適に行える共に、気体の余剰の吹き込みを防止できる。
なお、通気性中空体の外面の汚れの累積を防止するため、間欠的に、気体の圧力を上げてバブリングしてもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す発明の実施形態により本発明をさらに詳しく説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１１】
図１は、本発明の実施に用いる中空糸膜モジュールの平面図である。
この中空糸膜モジュール１は、多数の中空糸膜２と、それら中空糸膜２を両端近傍で一体的に接着するポッティング部材３ａ，３ｂと、中空糸膜２の内孔に空気を供給するための空気チャンバー４ａ，４ｂと、別の中空糸膜モジュール１と連結するための連結管５ａ，５ｂと、前記ポッティング部材３ａ，３ｂ間に張設された補強用のステー８とを具備している。
【００１２】
図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。
中空糸膜２の両端２ａ，２ｂは、前記ポッティング部材３ａ，３ｂから突出し、前記空気チャンバー４ａ，４ｂの内部に開口している。
前記連結管５ａ，５ｂには、Ｏリング６ａ，６ｂが装着されている。
また、前記連結管５ａ，５ｂの直下に当る底部には、別の中空糸膜モジュール１の連結管５ａ，５ｂが挿入される連結口７ａ，７ｂが設けられている。
図３は、図１のＢ−Ｂ’断面図である。
【００１３】
図４は、本発明の一実施形態に係る硝化・脱窒処理装置の平面図である。
この硝化・脱窒処理装置１００の処理水槽１０には、前記中空糸膜モジュール１がセットされている。また、前記処理水槽１０には、原水を導入するための原水管２０と、処理水を取り出すための取水渠３０が付設されている。
【００１４】
図５は、図４のＣ−Ｃ’断面図である。
中空糸膜モジュール１が、４段、上下方向に連結されている。それら中空糸膜モジュール１のうちの最下段の中空糸膜モジュール１の連結口７ａ，７ｂには、底蓋８ａ，８ｂが取り付けられている。また、下側の段の中空糸膜モジュール１の連結管５ａ，５ｂが、上側の段の中空糸膜モジュール１の連結口７ａ，７ｂに挿入されている。さらに、最上段の中空糸膜モジュール１の連結管５ａには空気導入管が接続され、連結管５ｂには空気排出管が接続されている。
【００１５】
前記処理水槽１０の底板１０ａは、擂鉢状に中央が低くなっており、発生した汚泥Ｍが中央に溜まるようになっている。そして、溜まった汚泥Ｍを破棄するための弁７０が設けられている。さらに、最下段の中空糸膜モジュール１の直下には、曝気用多孔パイプ６０が設けられている。
【００１６】
前記中空糸膜モジュール１のには、空気ボンベ３０から供給弁４１を介して空気が供給されている。供給される空気の圧力は、前記供給弁４１と排気弁４２とにより、中空糸膜２のバブリングポイントより僅かに低い程度に調節されている。
【００１７】
原水は、前記原水管２０を通り、原水管口２０ａから処理水槽１０の内部に入り、中空糸膜２の間を通って上昇し、処理水槽１０から前記取水渠３０へ溢れ出る。
図６は、図４のＤ−Ｄ’断面図である。
図７に示すように、中空糸膜モジュール１の中空糸膜２の内孔２ｃから外面２ｄには、空気が満たされている。このため、中空糸膜２の外面２ｄの近傍には、空気（酸素）が十分に供給される。そこで、図８に示すように、中空糸膜２の外面２ｄの近傍には、好気性硝化菌Ｋ１が繁殖している。この好気性硝化菌Ｋ１は、原水中のアンモニアイオンを酸化して硝酸イオンまたは亜硝酸イオンに変化させる。すなわち、
ＮＨ4+  →  ＮＯ2-，ＮＯ3-
他方、中空糸膜２の外面２ｄから離れると、空気（酸素）が十分に供給されないため、図９に示すように、中空糸膜２の外面２ｄから離れた所には嫌気性脱窒素菌Ｋ２が繁殖している。この嫌気性脱窒素菌Ｋ２は、原水中の硝酸イオンおよび亜硝酸イオンを還元して窒素ガスに変化させる。すなわち、
ＮＯ2-，ＮＯ3-  →  Ｎ2
この窒素ガスは、大気中に出て拡散する。
以上により、原水が中空糸膜２の間を通過するときに、原水中のアンモニアイオンが除去され、溶存窒素分が低減された処理水が得られることとなる。
【００１８】
なお、空気ボンベ３０の圧力が低下したら、エアーコンプレッサ５０から充填弁４３を介して空気ボンベ３０に空気を送り込み、圧力を回復させる。
また、間欠的に中空糸膜モジュール１へ供給する気圧を大きくし、中空糸膜２からバブリングさせて、中空糸膜２の外面２ｄの汚れを剥離させてもよい。
【００１９】
また、間欠的にエアーコンプレッサ５０から曝気弁４４を介して曝気用多孔パイプ６０に空気を送り込み、気泡を中空糸膜２の間に激しく送り込んで、中空糸膜２の外面２ｄの汚れを剥離させてもよい。
【００２０】
さらに、間欠的に処理水槽１０の底部に溜まった汚泥Ｍを弁７０から破棄する。このとき、嫌気性脱窒素菌の繁殖のため、汚泥Ｍの一部は残しておくようにする。
【００２１】
上記硝化・脱窒処理装置１００によれば、空気を原水中に直接吹き込む必要がない。このため、好気性硝化菌と嫌気性脱窒素菌とを単一の処理水槽１０で繁殖させることができ、硝化槽と脱窒素槽とを別個に設ける必要がない。従って、大きな占有空間を必要としない。また、中空糸膜２の表面近傍の好気領域で従属栄養細菌が有機物を分解して発生させる分解物を、中空糸膜２の表面から少し離れた所で起る脱窒素反応に必要な有機炭素として利用できるため、有機炭素を加える必要がなくなる。さらに、連続処理を好適に行える。また、原水中の有機物は脱窒素反応に必要な有機炭素源として利用され、この反応の結果、最終的に二酸化炭素となるため、汚泥Ｍの発生量が少なくなる。また、余剰の空気を吹き込まないため、運転エネルギーの無駄がない。さらに、余剰の空気が処理水槽１０から出てこないため、周囲への悪臭の拡散がない。
【００２２】
−実施例−
図１０に示す硝化・脱窒処理装置２００を用いて原水を処理し、処理水の全窒素およびＴＯＣ濃度を測定した。
硝化・脱窒処理装置２００は、有効面積５．７５Ｌの処理水槽８０に表面積０．３ｍ2 の中空糸膜２を設置し、中空糸膜２の上端を通気パイプ９０の内部に突き出して開口させ、中空糸膜２の下端は接着剤９５で封止し、空気ボンベ３０から圧力１．０〜１．２ｋｇ／ｃｍ2 で空気を中空糸膜２の内孔に供給し、好気性硝化菌（N.europaea）と嫌気性脱窒素菌（Pseudomonas aerugenosa）を含む活性汚泥Ｍを処理水槽８０中に添加したものである。
原水は、図１１に示す組成のものを調製して用いた。
処理水槽８０での原水の滞留時間は３日とした。
【００２３】
図１２に、原水の全窒素と処理水の全窒素の測定結果を示す。また、図１３に、原水のＴＯＣ濃度と処理水のＴＯＣ濃度の測定結果を示す。
全窒素もＴＯＣ濃度も大幅に低下しており、十分な処理効果が得られることが分った。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の硝化・脱窒処理方法および装置によれば、空気を原水中に直接吹き込まない方式のため、次の効果が得られる。
１．好気性硝化菌と嫌気性脱窒素菌とを単一槽で繁殖させることができるため、硝化槽と脱窒素槽とを別個に設ける必要がない。従って、大きな占有空間を必要としない。また、好気領域（通気性中空体の表面近傍）で発生する有機物分解物を脱窒素反応（通気性中空体の表面から少し離れた所で起る）に必要な有機炭素として利用できるため、有機炭素を加える必要がなくなる。さらに、連続処理を好適に行える。
２．原水中の有機物は脱窒素反応に必要な有機炭素源として利用され、この反応の結果、二酸化炭素となるため、汚泥発生量が少なくなる。
３．余剰の空気を吹き込まないため、運転エネルギーの無駄がない。
４．余剰の空気が硝化槽から出てこないため、周囲への悪臭の拡散がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に用いる中空糸膜モジュールの断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ’断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の硝化・脱窒処理装置の構成図である。
【図５】図４のＣ−Ｃ’断面図である。
【図６】図４のＤ−Ｄ’断面図である。
【図７】中空糸膜における空気の存在範囲の説明図である。
【図８】中空糸膜の外面近傍の好気性硝化菌の説明図である。
【図９】中空糸膜の外面から離れた嫌気性脱窒素菌の説明図である。
【図１０】実施例に用いた硝化・脱窒処理装置の構成図である。
【図１１】実施例に用いた原水の組成を示す図表である。
【図１２】実施例の全窒素の測定結果のグラフである。
【図１３】実施例のＴＯＣ濃度の測定結果のグラフである。
【符号の説明】
１００，２００        硝化・脱窒処理装置
１                    中空糸膜モジュール
２                    中空糸膜
３０                  空気ボンベ
Ｍ                    汚泥
Ｋ１                  好気性硝化菌
Ｋ２                  嫌気性脱窒素菌
【図１】
0004024330.tif 000002
【図２】
0004024330.tif 000003
【図３】
0004024330.tif 000004
【図４】
0004024330.tif 000005
【図５】
0004024330.tif 000006
【図６】
0004024330.tif 000007
【図７】
0004024330.tif 000008
【図８】
0004024330.tif 000009
【図９】
0004024330.tif 000010
【図１０】
0004024330.tif 000011
【図１１】
0004024330.tif 000012
【図１２】
0004024330.tif 000013
【図１３】
0004024330.tif 000014