(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタン発酵菌のグラニュールを脱窒槽内に充填し、窒素酸化物を含む水を前記脱窒槽に対して通水することにより、前記脱窒槽内のメタン発酵菌のグラニュールの表面に脱窒細菌を付着増殖させる脱窒装置の立ち上げ方法において、窒素酸化物を含む水を通水することにより前記脱窒槽内のメタン発酵菌のグラニュールの表面に脱窒細菌を付着増殖させる前に、前記脱窒槽内のメタン発酵菌のグラニュールを酸化剤と接触させることにより、前記脱窒槽内のメタン発酵菌の活性を低下させることを特徴とする脱窒装置の立ち上げ方法。
【請求項２】
有機物の存在下において前記脱窒槽内のメタン発酵菌のグラニュールを酸化剤と接触させることを特徴とする請求項１に記載の脱窒装置の立ち上げ方法。
【請求項３】
前記酸化剤として過酸化水素を用いることを特徴とする請求項２に記載の脱窒装置の立ち上げ方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、脱窒装置の立ち上げ方法に関し、特には、硝酸態あるいは亜硝酸態窒素を除去する脱窒装置の立ち上げ方法に関する。詳細には、脱窒装置の立ち上げ時におけるメタンガスの発生を抑制することができる脱窒装置の立ち上げ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、脱窒槽内に脱窒細菌を高濃度で保持することができ、これにより処理効率の向上、装置の小型化が可能な生物学的脱窒装置として、グラニュールを利用した上向流汚泥床（ＵＳＢ：Ｕｐｆｌｏｗ  Ｓｌｕｄｇｅ  Ｂｌａｎｋｅｔ）方式の生物学的脱窒装置が知られている。この種の生物学的脱窒装置の例としては、例えば特開平７−２９００８８号公報に記載されたものがある。
【０００３】
ＵＳＢ方式の生物学的脱窒装置は、脱窒細菌の付着担体を用いることなく選択的に造粒させて、脱窒槽内に脱窒細菌を高濃度の粒状に凝集させたグラニュール（粒状化汚泥）の流動床を形成し、原水（硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素あるいは有機性物質を含む排水）を脱窒槽下部から導入して有機物の存在下でこのグラニュールと接触させ、原水中の硝酸性窒素、亜硝酸性窒素を分解し、脱窒処理水を脱窒槽上部の固気液分離部から取り出すものである。
【０００４】
このようなＵＳＢ方式の生物学的脱窒装置は、脱窒細菌を高い密度で保持でき、高容積負荷での運転が可能となるため、高濃度の硝酸性窒素及び／又は亜硝酸性窒素を含む排水を効率的に処理することができると共に、装置設置面積の縮小を図ることができる。
【０００５】
また従来、メタン発酵菌のグラニュールを脱窒槽内に充填し、窒素酸化物を含む水をその脱窒槽に対して通水することにより、脱窒槽内のメタン発酵菌のグラニュールの表面に脱窒細菌を付着増殖させる脱窒装置の立ち上げ方法が知られている。この種の脱窒装置の立ち上げ方法の例としては、例えば特開平７−２９００８８号公報に記載されたものがある。特開平７−２９００８８号公報に記載された脱窒装置の立ち上げ方法では、嫌気グラニュールを用いることにより、脱膣装置の立ち上げに要する時間が短縮せしめられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、脱窒装置の立ち上げ時に嫌気グラニュール中のメタン発酵菌が活性状態にある場合には、脱窒槽内に有機物と硝酸性窒素とが導入されたときにメタンガスが発生する。メタンガスが発生してしまうと、引火爆発のおそれが生じてしまう。一方、メタンガスの発生は脱窒装置の立ち上げ時に特有のものであり、脱窒装置の通常運転時には、メタンガスは殆ど発生しない。従って、脱窒装置の立ち上げ時に発生するメタンガスが引火爆発するのを阻止する安全設計を行うと、脱窒装置の通常運転時においては、その安全設計が過剰なものとなってしまう。
【０００７】
更に、メタンガスが発生してしまうと、硝酸性窒素の脱窒に必要とする以上の有機物が消費されてしまう。その結果、脱窒に必要な有機物が不足し、脱窒反応速度が低下してしまう。脱窒反応速度が低下すると、脱窒装置の立ち上げに要する時間が増大してしまう。一方、脱窒反応速度が低下しないようにするには、脱窒に必要とする以上の有機物が消費されてしまう。
【０００８】
つまり、メタンガスが引火爆発するのを阻止する安全設計が過剰になってしまうのを回避し、かつ、生物学的脱窒装置の立ち上げを安定して効率良く行うためには、脱窒装置の立ち上げ時におけるメタンガスの発生を抑制する必要がある。
【０００９】
前記問題点に鑑み、本発明は脱窒装置の立ち上げ時におけるメタンガスの発生を抑制することができる脱窒装置の立ち上げ方法を提供することを目的とする
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、メタン発酵菌のグラニュールを脱窒槽内に充填し、窒素酸化物を含む水を前記脱窒槽に対して通水することにより、前記脱窒槽内のメタン発酵菌のグラニュールの表面に脱窒細菌を付着増殖させる脱窒装置の立ち上げ方法において、窒素酸化物を含む水を通水することにより前記脱窒槽内のメタン発酵菌のグラニュールの表面に脱窒細菌を付着増殖させる前に、前記脱窒槽内のメタン発酵菌のグラニュールを酸化剤と接触させることにより、前記脱窒槽内のメタン発酵菌の活性を低下させることを特徴とする脱窒装置の立ち上げ方法が提供される。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、有機物の存在下において前記脱窒槽内のメタン発酵菌のグラニュールを酸化剤と接触させることを特徴とする請求項１に記載の脱窒装置の立ち上げ方法が提供される。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、前記酸化剤として過酸化水素を用いることを特徴とする請求項２に記載の脱窒装置の立ち上げ方法が提供される。
【００１４】
有機物と酸化物とが接触すると過酸化物ラジカル（パーオキシドラジカル）が発生する。メタン発酵菌はパーオキシドラジカルを分解することができないため、パーオキシドラジカルが発生すると、メタン発酵菌はダメージを受け、メタン発酵菌の活性が低下することになる。一方、脱窒細菌はパーオキシドラジカルを分解する酵素を保持しているため、パーオキシドラジカルが発生しても、脱窒細菌は、接触したパーオキシドラジカルを容易に分解し、ダメージを受けない。
【００１５】
上述した原理を利用し、請求項１に記載の脱窒装置の立ち上げ方法では、脱窒装置の立ち上げ時、詳細には、メタン発酵菌のグラニュールが充填された脱窒槽に対して窒素酸化物を含む水を通水することにより、脱窒槽内のメタン発酵菌のグラニュールの表面に脱窒細菌を付着増殖させる前に、脱窒槽内のメタン発酵菌の活性が低下せしめられる。詳細には、脱窒槽内のメタン発酵菌のグラニュールを酸化剤と接触させることにより、脱窒槽内のメタン発酵菌の活性が低下せしめられる。その結果、脱窒装置の立ち上げ時におけるメタンガスの発生を抑制することができる。
【００１６】
詳細には、嫌気グラニュール溶液中に溶解性有機物成分が存在しない場合には、脱窒槽内のメタン発酵菌のグラニュールが酸化剤と接触せしめられると、嫌気グラニュールの有機物成分の一部がパーオキシドラジカル化し、それにより、メタン発酵菌がダメージを受け、メタン発酵菌の活性が低下せしめられる。
【００１７】
一方、嫌気グラニュール溶液中に溶解性有機物成分が存在する場合には、脱窒槽内のメタン発酵菌のグラニュールが酸化剤と接触せしめられると、嫌気グラニュール溶液中の溶解性有機物成分が酸化剤と接触し、パーオキシドラジカルが発生する。それにより、メタン発酵菌がダメージを受け、メタン発酵菌の活性が低下せしめられる。
【００１８】
パーオキシドラジカルの発生効率は、嫌気グラニュール溶液中に溶解性有機物成分が存在しない場合よりも、嫌気グラニュール溶液中に溶解性有機物成分が存在する場合の方が高くなる。
【００１９】
上述した点に鑑み、請求項２に記載の脱窒装置の立ち上げ方法では、有機物の存在下において脱窒槽内のメタン発酵菌のグラニュールが酸化剤と接触せしめられる。そのため、嫌気グラニュール溶液中に溶解性有機物成分が存在しない場合よりも、パーオキシドラジカルの発生効率を高くし、メタン発酵菌の活性を効果的に低下させることができる。
【００２０】
また、脱窒槽内のメタン発酵菌のグラニュールを酸化剤と接触させるとき、酸化剤として過酸化水素を用いる場合には、酸化剤として過酸化水素以外のものを用いる場合よりもパーオキシドラジカルの発生効率が高くなる点に鑑み、請求項３に記載の脱窒装置の立ち上げ方法では、酸化剤として過酸化水素が用いられる。そのため、酸化剤として過酸化水素以外のものが用いられる場合よりも、パーオキシドラジカルの発生効率を高くし、メタン発酵菌の活性を効果的に低下させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の脱窒装置の立ち上げ方法の第一の実施形態について説明する。
第一の実施形態では、まず、脱窒槽内にメタン発酵菌の嫌気グラニュールが充填される。次いで、脱窒槽内のメタン発酵菌の嫌気グラニュールが酸化剤と接触せしめられる。第一の実施形態では、酸化剤として過酸化水素が用いられるが、第一の実施形態の変形例では、過酸化水素の代わりに、酸素、次亜塩素酸イオン、塩素酸イオン等を酸化剤として用いることができる。脱窒槽内のメタン発酵菌の嫌気グラニュールが酸化剤と接触せしめられると、酸化剤と接触した嫌気グラニュールの有機物成分の一部がパーオキシドラジカル化する。それにより、メタン発酵菌がダメージを受け、メタン発酵菌の活性が低下する。一方、脱窒細菌はダメージを受けない。次いで、例えば硝酸塩、亜硝酸塩のような窒素酸化物を含む水が脱窒槽に対して通水せしめられ、脱窒槽内のメタン発酵菌のグラニュールの表面に脱窒細菌が付着増殖せしめられる。
【００２２】
脱窒槽内のメタン発酵菌の嫌気グラニュールと接触せしめられる酸化剤としては、過酸化水素、酸素、次亜塩素酸イオン、塩素酸イオンなどを用いることができるが、過酸化水素が特に好ましく、酸化剤濃度は０．１ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍが好ましい。また、脱窒槽内のメタン発酵菌の嫌気グラニュールと酸化剤との接触時間は、１分間〜１日程度が好ましい。
【００２３】
以下、本発明の脱窒装置の立ち上げ方法の第二の実施形態について説明する。
第二の実施形態では、まず、脱窒槽内にメタン発酵菌の嫌気グラニュールが充填される。次いで、脱窒槽内のメタン発酵菌の嫌気グラニュールが、溶解性有機物成分および酸化剤と接触せしめられる。第二の実施形態では、酸化剤として過酸化水素が用いられるが、第二の実施形態の変形例では、過酸化水素の代わりに、酸素、次亜塩素酸イオン、塩素酸イオン等を酸化剤として用いることができる。
脱窒槽内のメタン発酵菌の嫌気グラニュールが溶解性有機物成分および酸化剤と接触せしめられると、溶解性有機物成分と酸化剤とが接触することにより、パーオキシドラジカルが発生する。それにより、メタン発酵菌がダメージを受け、メタン発酵菌の活性が低下する。一方、脱窒細菌はダメージを受けない。次いで、例えば硝酸塩、亜硝酸塩のような窒素酸化物を含む水が脱窒槽に対して通水せしめられ、脱窒槽内のメタン発酵菌のグラニュールの表面に脱窒細菌が付着増殖せしめられる。
【００２４】
脱窒槽内のメタン発酵菌の嫌気グラニュールと接触せしめられる酸化剤としては、過酸化水素、酸素、次亜塩素酸イオン、塩素酸イオンなどを用いることができるが、過酸化水素が特に好ましく、酸化剤濃度は０．１ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍが好ましい。また、溶解性有機物成分の溶解ＣＯＤ濃度は０．１ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍが好ましく、脱窒槽内のメタン発酵菌の嫌気グラニュールと溶解性有機物成分および酸化剤との接触時間は、１分間〜１日程度が好ましい。
【００２５】
脱窒槽内のメタン発酵菌のグラニュールと接触せしめられる酸化剤の濃度が一定のとき、パーオキシドラジカルの発生効率は以下のような順になる。
１．溶解性有機物＋過酸化水素溶液
２．溶解性有機物＋過酸化水素以外の酸化剤
３．嫌気グラニュール＋過酸化水素溶液
４．嫌気グラニュール＋過酸化水素以外の酸化剤
【００２６】
（実施例）
図１は本発明の脱窒装置の立ち上げ方法に用いられる脱窒装置の概略構成図である。図１において、１は脱窒槽、２は調整槽である。図１に示す装置を用いて、水道水にＮａＮＯ３を５００ｍｇ・Ｎ／Ｌ、メタノールを１．５ｇ／Ｌ、Ｈ３ＰＯ４を１０ｍｇ・Ｐ／Ｌとなるように添加して調整した合成排水（３０℃、ｐＨ６．５）を原水として装置の立ち上げ運転を行った。透明塩化ビニル製円筒反応塔よりなる脱窒槽１は直径５０ｃｍ、直塔部の長さは５ｍであり、上部に角形固気液分離装置（ＧＳＳ）を有する。槽容積は約１．０ｍ３である。
【００２７】
脱窒槽１には有機排水のＵＡＳＢ装置（図示せず）から得られた嫌気性グラニュールを表１の通り前処理して、槽体積比５０％となるように充填し、窒素負荷１ｋｇＮ／ｍ３・ｄとなるよう原水を供給した。この間、脱窒槽１からの処理水の循環量を調節してＬＶ＝２ｍ／ｈｒとした。通液開始１日後にＧＳＳ上部のガスサンプリング部からガスをサンプリングし、メタン濃度を測定した。通水開始後１日後までのガス発生量を湿式ガスメータにより測定した。
【００２８】
【表１】
0003944774.tif 000002
【００２９】
試験結果を表２に示す。処理を行わない場合にはメタンガスの発生があったが、前処理を行った系ではメタンガスの発生が認められなかった。
【００３０】
【表２】
0003944774.tif 000003
【００３１】
上記試験とは別に以下の条件におけるパーオキシドラジカルの発生をＥＳＲにより測定した。溶解性有機物としてはメタノール１０（ｍｇ／Ｌ）を添加した。
過酸化水素は１（ｍｇ／Ｌ）添加した。嫌気グラニュールは１００（ｍｇ・ＶＳＳ／Ｌ）添加した。このときのパーオキシドラジカル発生量の相対値を表３に示す。なお、空気は、流量２００Ｌ／ｈｒで１０分間曝気した。
【００３２】
【表３】
0003944774.tif 000004
【００３３】
パーオキシドラジカルの発生量は以下のような順であった。
１．溶解性有機物＋過酸化水素溶液
２．溶解性有機物＋過酸化水素溶液＋嫌気グラニュール
３．溶解性有機物＋空気＋嫌気グラニュール
４．嫌気グラニュール＋過酸化水素溶液
５．嫌気グラニュール＋空気
【００３４】
以上の結果から、過酸化水素と溶解性有機物の反応によりパーオキシドラジカルが発生し、嫌気グラニュールによりこのとき発生したパーオキシドラジカルが消費されることが確認された。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、脱窒装置の立ち上げ時におけるメタンガスの発生を抑制することができる。
【００３６】
請求項２に記載の発明によれば、嫌気グラニュール溶液中に溶解性有機物成分が存在しない場合よりも、パーオキシドラジカルの発生効率を高くし、メタン発酵菌の活性を効果的に低下させることができる。
【００３７】
請求項３に記載の発明によれば、酸化剤として過酸化水素以外のものが用いられる場合よりも、パーオキシドラジカルの発生効率を高くし、メタン発酵菌の活性を効果的に低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の脱窒装置の立ち上げ方法に用いられる脱窒装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１    脱窒槽
２    調整槽
【図１】
0003944774.tif 000005