(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度調整手段を備え、硝酸性窒素を含む廃水を導入する予備槽と、予備槽で所定温度にされた廃水を流入させて硝酸性窒素を除去するための硫黄とカルシウム系成分からなる脱窒用無機材料が充填された廃水処理槽を有し、上記廃水処理槽が、予備槽の内部に配置され、且つ予備槽中の廃水に少なくとも一部が浸かる構造とされたことを特徴とする硝酸性窒素処理装置。
【請求項２】
予備槽で温度調整された廃水を、廃水処理槽に連続的に所定量装入するための定量ポンプを有する請求項１に記載の硝酸性窒素処理装置。
【請求項３】
予備槽及び／又は廃水処理槽内の水をその槽内で循環させるための循環ポンプを有する請求項１又は２に記載の硝酸性窒素処理装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の硝酸性窒素処理装置で廃水を処理するに当たり、予備槽に導入する廃水の温度が所定温度範囲外のときは、これを１０〜５０℃の間で、脱窒用無機材料の内部又は周辺に生存する脱窒微生物の生育に適切な所定温度範囲に予備槽で調整し、次いで所定温度範囲にされた廃水を、上記予備槽中の廃水に浸かる廃水処理槽に導入して、廃水中の硝酸性窒素を除去することを特徴とする廃水中の硝酸性窒素処理方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の硝酸性窒素処理装置で廃水を処理するに当たり、予備槽に導入する廃水の温度が１５℃未満ときは、導入する廃水の温度より１０℃以上高い温度であって、１５〜４０℃の間の所定温度範囲に予備槽で加熱調整し、次いで上記予備槽中の廃水に浸かり、該所定温度範囲近辺の温度に保持された廃水処理槽に予備槽内の廃水を連続的に導入して、廃水中の硝酸性窒素を除去することを特徴とする廃水中の硝酸性窒素処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は硝酸性窒素含有廃水中の窒素除去装置及び除去方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
工場廃水、事業所廃水、生活廃水、農業廃水等から流出する窒素は、河川、湖沼、海などの閉鎖性水域に富栄養化を招くことからプランクトンやその他の生物の異常な発生を招き、自然破壊を起こしている。この富栄養化の防止・改善するために、廃水中から窒素を除去することが求められている。
【０００３】
しかし、従来の窒素除去方法は、嫌気槽中で硝酸性窒素含有廃水に直接水素供与体を投入して脱窒を行わせるものがほとんどであり、嫌気槽の建設及び脱窒後の過剰な水素供与体の別途除去の必要性があった。
このような従来方法の硝酸性窒素除去方法では、大規模な設備（嫌気槽）、過剰な水素供与体の処理などが必要であり、多大な費用がかかるために、結果的にあらゆる分野における硝酸性窒素処理対策が不充分な状況であった。
【０００４】
このような背景のもと、特開平１１−２８５３７７号公報では、溶融硫黄中に炭酸カルシウム紛を分散させた硫黄とカルシウム系成分からなる無機材料を使用し、この無機材料の内部又は周辺に生存する硫黄酸化細菌のような微生物によって安価で効率的な硝酸性窒素処理が可能になることが提案された。この方法は無機材料が安価に製造できるという利点を有するだけでなく、格別の動力等の用役費等も少なくても済むという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記技術は微生物の働きを利用するものであるため、季節により処理能力の変動等が生じ、余裕を持った処理設備の導入が避けられないものであった。本発明はこのような事情に鑑みされたものであって、上記課題を解決し、必要且つ最小限の硫黄とカルシウム系からなる無機材料を用いて、効果的な硝酸性窒素処理を実現し、且つ安価で実用的な硝酸性窒素処理装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、温度調整手段を備え、硝酸性窒素を含む廃水を導入する予備槽と、予備槽で所定温度にされた廃水を流入させて硝酸性窒素を除去するための硫黄とカルシウム系成分からなる脱窒用無機材料が充填された廃水処理槽を有し、上記廃水処理槽が、予備槽の内部に配置され、且つ予備槽中の廃水に少なくとも一部が浸かる構造とされたことを特徴とする硝酸性窒素処理装置である。
更に、本発明は、上記の硝酸性窒素処理装置で廃水を処理するに当たり、予備槽に導入する廃水の温度が所定温度範囲外のときは、これを１０〜５０℃の間で、脱窒用無機材料の内部又は周辺に生存する脱窒微生物の生育に適切な所定温度範囲に予備槽で調整し、次いで所定温度範囲にされた廃水を、上記予備槽中の廃水に浸かる廃水処理槽に導入して、廃水中の硝酸性窒素を除去することを特徴とする廃水中の硝酸性窒素処理方法である。
【０００７】
以下、本発明を詳細に説明する。
硝酸性窒素を含む廃水は、硝酸イオン及び亜硝酸イオンから選択される少なくとも１種を含む廃水であり、廃水と略称する場合がある。廃水には、工場廃水、生活廃水、農業廃水等があるが、限定されない。しかし、廃水の温度に、時間、季節等により大きい差があるものに対し有効である。特に、１０℃以下となる場合がある廃水に対し有効であり、かかる廃水には冬場の生活廃水、農業廃水等が多く該当する。
【０００８】
硫黄とカルシウム系成分からなる脱窒用無機材料は、上記刊行物に記載されたような溶融硫黄中に炭酸カルシウム粉末が分散された材料やこれに無機繊維や多孔材料やイオン交換性物質等が配合された材料が挙げられる。なお、カルシウム系成分とは特に限定されるものではないが、価格や処理効率、処理後のｐＨ安定性の面で炭酸カルシウムが好ましい。また、脱窒用無機材料に占める硫黄とカルシウム系成分の比率も特に限定させるものではないが、通常無機材料中に占める硫黄含有量が３０〜９０重量％であることが好ましく、より望ましくは４０〜８０重量％が好ましく、さらに望ましくは５０〜７０重量％であることがよい。脱窒用無機材料中に占める硫黄含有量が３０重量％未満であると、材料が脆くて壊れやすくなるために実用的でなく、また９０重量％を越えると水処理後のｐＨ値が５以下になる可能性があるために好ましくない。
【０００９】
脱窒微生物は、嫌気性条件下で、前記脱窒用無機材料の存在下に、脱窒する微生物であり、脱窒菌と略称する場合がある。脱窒用無機材料の内部又は周辺に脱窒菌を繁殖させるためには、脱窒用無機材料の存在下、硝酸性窒素及び脱窒菌含む廃水又は土壌分散水で訓養することにより達成される。しかし、硝酸性窒素及び脱窒菌含む廃水を処理する場合は、処理中に脱窒菌が繁殖するので訓養は必ずしも必要ではない。脱窒菌は硝酸性窒素及び脱窒用無機材料を主な栄養源として生育し、硝酸性窒素は窒素ガスにまで分解される。
【００１０】
廃水処理槽は、上記脱窒用無機材料が充填された装置であり、処理層と略称することがある。処理層の形状には限定はないが、脱窒用無機材料層を廃水が流通して行く形式のものが有利である。処理層は複数あってもよく、その場合は直列につなげても、並列に配置してもよい。
【００１１】
多くの廃水はそれぞれの排出条件に応じた水温となっているが、生物処理方式の廃水処理槽は生物活性に適した温度設定となっているために、例えば廃水処理槽の適性運転温度よりも低温度で排出された廃水は、廃水処理槽に流入した瞬間に急激な温度上昇条件にさらされるため、処理槽の保持温度を不安定にさせる原因となったり、一方、廃水温度が低いほど廃水中の溶存酸素量は多いために冷たい廃水が廃水処理槽に流入すると処理槽内の溶存酸素量が増えて好気条件になるために、嫌気条件で行われる硝酸性窒素処理活性の低減の原因となりやすい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図面を参照して説明する。図１は本発明の一態様を示す模式図であり、処理層1は内部に脱窒用無機材料4を充填しており、底部で廃水導入管2と接続し、上部で処理水流出管3と接続している。また、処理層の充填部外側にはバンドヒータ5が取りつけられ、設定温度に保持されるようになっている。廃水は導入管2から流入し、脱窒用無機材料4の充填層とゆっくり接触しながら上昇し、その間に脱窒菌により作用を受け、脱窒され、生じたガスはガス抜き口6から排出され、処理水は水流出管3から流出する。このような装置とすることにより、導入管2から流入する廃水が低温であったとしても処理層の温度が脱窒菌の活動に適した温度に保持できるため、良好な脱窒を行うことが可能となる。
しかし、導入管2から流入する廃水が１０℃未満の低温であると処理層の底部にある脱窒用無機材料4の内部又は周辺に生存する脱窒菌の活動が極端に落ち、ある程度の脱窒率の低下が生じる。
【００１３】
図２は本発明の別の技術を示す模式図であり、処理槽1は内部に脱窒用無機材料10を充填しており、底部で廃水導入ポンプ15と接続し、上部で処理水流出管9と接続している。また、処理層槽7は予備槽12の内部に配置されており、予備槽12には廃水14が貯蔵されている。予備槽12の外側はバンドヒータ11が取りつけられ、設定温度に保持されるようになっている。廃水は導入管2から予備槽12に流入し、所定温度にされたのち、定量ポンプ15により処理槽1の底部から導入され、脱窒用無機材料10の充填層とゆっくり接触しながら上昇し、その間に脱窒菌により作用を受け、脱窒され、生じたガスはガス抜き口6から排出され、処理水は水流出管3から流出する。本発明の装置では、廃水は一旦、予備槽12に入り、そこで所定温度に十分に達してから処理槽1に入るため、処理層の底部にある脱窒用無機材料10の内部又は周辺に生存する脱窒菌の活動が極端に落ちるような問題が生じない。図２に示すように、処理槽1が予備槽12の廃水中に浸かっている場合は、処理槽1の全充填脱窒用無機材料層が脱窒菌の活動に最適な温度に保たれる。
【００１４】
なお、処理槽1は予備槽12中に配置する必要は必ずしもないが、処理槽1を最適温度に制御することが簡便となる。処理槽1を予備槽12中の廃液に浸すことによって、予備槽中の廃水を処理槽加熱用の熱媒として利用でき、処理槽全体を加熱できるために、バンドヒーター等の使用に比べて効率良い加熱が可能となる。また、逆に脱窒菌が死滅するような高温の廃水が予備槽12中に流入する場合は、予備槽12は冷却装置を有することができる。
【００１５】
また、予備槽は廃水のストックタンクとできるために、予備層から脱窒用無機材料を充填した処理槽1へ廃水を流す際に定量ポンプ15にて連続通水制御することによって、例えば間欠的な流れ特徴を有する廃水処理においても、処理槽中への流入量を定量連続通水することが可能となる。
廃水処理に必要な脱窒用無機材料の量は廃水流量に依存するために、例えば１日当たりの廃水量は同じであっても、１日に連続して廃水される場合と数度に分けた廃水の場合では、後者の場合は時間当たりの流量が大きく変化し、ある時間に着目すると多量の廃水処理を行う必要が生ずるために、連続定量通水の場合に比較して多量の脱窒用無機材料が必要となり、装置も過大になるという欠点が生ずる。従って、前記の予備槽をストックタンクとして、且つ予備槽から定量ポンプにて一定量の連続通水量にて硫黄とカルシウム系成分からなる脱窒用無機材料を充填した槽へ処理廃水を流す方法は、設備のコンパクト化という点で多大な効果を発揮する。
【００１６】
ところで、脱窒菌の生育環境は、脱窒菌の種類、由来等によっても異なるが、通常３０℃前後が最適であるとされている。したがって、処理槽7へ装入する廃水の温度は１０〜５０℃、好ましくは１５〜４０℃、更に好ましくは２０〜４０℃とすることがよい。特に、予備槽12に流入する廃水が１５℃未満のときは、それよりも１０℃以上高い温度であって、１５〜４０℃の間の所定温度にになるようにすることが好ましい。このためには、予備槽中の廃水を上記温度範囲に加熱調整することが好ましい。なお、本発明でいう所定温度とは、脱窒菌の生育環境、温度調整のための費用、廃水流量、処理槽の大きさ、目標脱窒率等から決まり、廃水流量が少ないときは、脱窒菌の最適温度より多少温度が上下しても差し支えないが、上記範囲に入ることがよい。また、温度制御手段としては、加熱に使用するヒータは図２に示すバンドヒータに限られず、公知の加熱装置を使用することができる。更に、季節や場所等によっては冷却手段であることもできる。
【００１７】
本発明においては、各処理槽や予備槽の形状は特に制限するものではないが、実用的な形状性から円筒形や直方体形状が好ましい。またこれらの槽は一つである必要は無く、処理目的や要求される処理能力、設置スペース等に応じて２つ以上の槽を組合せることも可能である。例えば１つの予備槽に複数の処理槽を設置する方法も目的に対応する効率的な方法といえる。図３はこれを示す模式図であり、１つの予備槽12に処理槽７a,7b,7c,7dが直列に配置されている態様を示す。また、本発明は、予備槽大きさを制限するものではないが、実使用上の汎用性を考慮すれば、処理槽容積の０．５〜５倍量、好ましくは１〜３倍量であることがよい。予備槽の本来の目的は、廃水の一時的なストックと予備加熱が主目的であるため、予備槽の大きさが処理槽の０．５倍よりも小さくなると、滞留時間が短くなるために、充分な予備加熱ができなくなったり、また間欠流れの際、一時的に多量の廃水が流入した際に予備槽でのストック時間が不充分なままに処理槽に流れ込む可能性が生ずるために好ましくない。また、予備槽の大きさが処理槽の５倍よりも大きくなると、硝酸性窒素処理装置が過大な設備になってしまうために、設置面積が限定されている場所などでは不利がある。
また、予備槽及び／又は廃水処理槽内の水温を一定にするため、水をその槽内で循環させるための循環ポンプを設け、これを適宜稼動させることが有利である。
【００１８】
【実施例】
図１及び図２に示す硝酸性窒素処理装置を使用した。処理槽1及び7は同一形状であり、直径１０ｃｍ、長さ７０ｃｍの円筒であり、内部に硫黄５０重量部と炭酸カルシウム５０重量部からなる硫黄溶融混合物を径５〜２０ｍｍの範囲の粒にした無機材料からなる脱窒用無機材料を３ｋｇ充填している。そして、この脱窒用無機材料は、埼玉県深谷市のネギ畑から採取した土に含まれる脱窒菌で、これを３週間培養したものを使用した。
【００１９】
実施例１
予備槽の槽容積を約２０Ｌ、処理槽の槽容積を約５Ｌとした図２に示す硝酸性窒素処理装置にて硝酸性窒素処理を行った。予備槽及び処理槽は３０℃設定とした。廃水は、大塚化学製ＯＫ−Ｆ−２を水道水に混合することによって硝酸性窒素濃度２００ｍｇ／Ｌに調製した人工廃水を使用した。この人工廃水を廃水温度１０℃で、４００ｍＬ／hrで、３日間の連続通水して処理槽の出口から排出される処理廃水の硝酸性窒素（ＮＯ3値）濃度変化の経時変化は調べたところ、その濃度の下限値は３ｍｇ／Ｌ、上限値７ｍｇ／Ｌであった。なお、本実験においては、廃水は連続通水であるために、図２の定量ポンプは除外して処理槽に流れ込む廃水はフリーとなるように廃水管をセットした。
一方、予備槽を有しない図１に示す硝酸性窒素処理装置で同様な条件で処理した場合は、廃水温度１０℃の廃水が処理槽の入口にそのままの温度で装入されるため、出口から排出される処理廃水の硝酸性窒素濃度は、下限値２５ｍｇ／Ｌであり、上限値４２ｍｇ／Ｌであった。
【００２０】
実施例２
実施例１で使用した図２に示す装置に、大塚化学製ＯＫ−Ｆ−２を水道水に混合することによって硝酸性窒素濃度５０ｍｇ／Ｌに調製した人工廃水を、廃水温度５℃、廃水速度１０００ｍＬ／ｈｒで、１２時間連続通水した際の１２時間後の処理槽出口の硝酸性窒素濃度を調べたところ、５ｍｇ／Ｌであった。なお、本実験においても、廃水は連続通水であるために、定量ポンプは除外して処理槽に流れ込む廃水はフリーとなるように廃水管をセットした。
一方、図１に示す硝酸性窒素処理装置で同様な条件で処理した場合は、１２時間後の処理槽出口の硝酸性窒素濃度は、４３ｍｇ／Ｌであった。
【００２１】
実施例３
実施例１で使用した図２に示す装置に、大塚化学製ＯＫ−Ｆ−２を水道水に混合することによって硝酸性窒素濃度５０ｍｇ／Ｌに調製した人工廃水を、廃水温度５℃、廃水速度５０ｍＬ／minで、１時間の連続通水と１時間の停止時間を交互に３回繰り返し、３回目廃水後の各槽の出口硝酸性窒素濃度を調べた。この際、処理槽に通ずる廃水定量ポンプの供給速度を４００ｍＬ／hrとなるようにセットした。この結果、３回目廃水後の処理槽から排出された廃水の硝酸性窒素濃度は、３ｍｇ／Ｌであった。
一方、予備槽を有しない図１に示す硝酸性窒素処理装置で同様な条件で処理した場合は、廃水温度５℃の廃水が、間欠的に処理槽に装入されるため、出口から排出される処理廃水の硝酸性窒素濃度は、４８ｍｇ／Ｌであった。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、従来、大規模且つ多大な費用を必要とする硝酸性窒素処理を、簡便且つ低コストで建設することができ、更には硝酸性窒素の処理効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  硝酸性窒素処理装置を示す模式図
【図２】  本発明の硝酸性窒素処理装置を示す模式図
【図３】  本発明の他の硝酸性窒素処理装置を示す模式図
【符号の説明】
１、７：処理槽
２：廃水装入口
３：廃水出口
４、１０：脱窒用無機材料
５、１１：ヒータ
６：ガス抜き口
１２：予備槽
１４：排水
１５：定量ポンプ
【図１】
0004180294.tif 000002
【図２】
0004180294.tif 000003
【図３】
0004180294.tif 000004