(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
独立栄養系硫黄酸化脱窒細菌、単体硫黄及び炭酸カルシウムを有する粒状又は塊状の脱窒材を充填した充填層と排水入口及び排水出口を有する処理槽と、処理槽内の排水を一時的に貯める貯槽と、処理槽を出た排水の硝酸性窒素を測定し、測定値から計算される脱窒率が所定の脱窒率以下になったら、処理槽への排水流入を停止し、処理槽内の排水を貯槽へ送るようにし、処理槽内の排水が空になったら処理槽への排水流入を開始するモニタリング装置と、処理槽と貯槽との間に排水移動ポンプを備えたことを特徴とする排水中の硝酸性窒素除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水中の硝酸性窒素除去方法に関し、更に詳しくは、脱窒活性を維持することができる生物化学的脱窒資材による排水中の硝酸性窒素除去方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、排水中の硝酸性窒素の濃度問題が深刻化しており、種々の処理システムが考案されている。中でも、独立栄養系硫黄酸化脱窒細菌（通性嫌気性硫黄酸化細菌）を用いた硝酸性窒素処理システムは、従属栄養系脱窒細菌を用いたシステムとは異なり、メタノール添加等の高い維持コストが不要なため、各方面で注目されている。例えば、硫黄と石灰石の溶融混合物を固体栄養とし、これに硫黄酸化細菌を含有させたシステムは、メンテナンスの容易さ及び脱窒処理にかかるコスト安の面で優れた効果を示している（特開２００１−４７０８６号公報、１０４９９３号公報）。
【０００３】
しかしがなら、前記システムは、硫黄と石灰石の溶融混合物よりなる固体表面での硫黄酸化脱窒細菌による硝酸イオンから窒素ガスへの変換反応による硝酸窒素処理システムであるため、廃液の流動状態や流動速度、廃液温度、廃液粘度、含有汚泥或いは他の含有イオン成分等の外乱要因によって固体表面が汚染されやすく、固体表面の表面更新が低下し、硝酸イオンから窒素ガスへの変換反応が低下、すなわち、脱窒効率が低減するという現状に悩まされていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、高い脱窒効率を維持することができる排水中の硝酸性窒素除去装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係わる発明は、硫黄と炭酸カルシウム系成分からなる脱窒材を充填した層を有する処理槽に硝酸性窒素含有排水を流入させ、脱窒材と接触させて排水中の硝酸性窒素を生物化学的に還元除去する方法において、予め定めた間隔又は予め定めた脱窒率に低下したとき、脱窒材表面付着気泡の除去処理を行い、脱窒活性を回復することを特徴とする排水中の硝酸性窒素除去方法として構成されている。
【０００６】
請求項２に係わる発明は、予め定めた間隔が７日〜６カ月の範囲であり、予め定めた脱窒率が処理済排水中の硝酸性窒素濃度が環境基準値を下回る範囲となる脱窒率である請求項１記載の硝酸性窒素除去方法として構成されている。
【０００７】
請求項３に係わる発明は、気泡の除去処理が、処理槽内排水を排出して一旦空にした後排水を再流入させる方法、処理槽内を減圧にする方法、処理槽内に超音波等により振動を与える方法、排水の流速増加方法、排水の逆流循環方法、処理槽への空気吹き込み方法又はこれらの組合せである請求項１又は２記載の硝酸性窒素除去方法として構成されている。
【０００８】
請求項４に係わる発明は、硫黄と炭酸カルシウム系成分からなる脱窒材を充填した層を有する処理槽に硝酸性窒素含有排水を流入させ、脱窒材と接触させて排水中の硝酸性窒素を生物化学的に還元除去する方法において、７日〜６カ月の範囲の予め定めた間隔で、又は脱窒率が予め定めた数値以下に低下したとき、処理槽の水抜き操作を行うことを特徴とする排水中の硝酸性窒素除去方法として構成されている。
【０００９】
請求項５に係わる発明は、処理槽の水抜き操作を行う際、水抜きした排水を一旦別の貯槽に移し、水抜き終了後にこれを処理槽に戻す請求項４記載の硝酸性窒素除去方法として構成されている。
【００１０】
本発明は、独立栄養系硫黄酸化脱窒細菌、単体硫黄及び炭酸カルシウムを有する粒状又は塊状の脱窒材を充填した充填層と排水入口及び排水出口を有する処理槽と、処理槽内の排水を一時的に貯める貯槽と、処理槽を出た排水の硝酸性窒素を測定し、測定値から計算される脱窒率が所定の脱窒率以下になったら、処理槽への排水流入を停止し、処理槽内の排水を貯槽へ送るようにし、処理槽内の排水が空になったら処理槽への排水流入を開始するモニタリング装置と、処理槽と貯槽との間に排水移動ポンプを備えたことを特徴とする排水中の硝酸性窒素除去装置である。なお、請求項１〜５は削除された。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明を実施するのに好適な装置の１例を示す概念図である。処理槽１は、上部に排水入口２と下部に排水出口４を備え、槽内に脱窒資材３が充填されている。処理槽１と一時的に排水を貯蔵する貯槽５は、配管６で連結されており、排水出口４に備えたモニタリング装置７によって、処理済排水の硝酸性窒素濃度を測定するとともに、測定された硝酸性窒素濃度から計算される脱窒率が設定値以下になったら、弁８及び９の開閉とポンプ１０の運転停止を制御するように構成されている。
【００１２】
本発明で用いる脱窒資材３は、硫黄とカルシウム系成分からなり、独立栄養系硫黄酸化脱窒細菌（通性嫌気性硫黄酸化細菌）を用いた脱窒資材であればいずれも使用できる。好ましくは、メンテナンスが容易でしかも長期間にわたって脱窒活性を持続する単体硫黄−炭酸カルシウム系基質に、前記硫黄酸化脱窒細菌を含有させた脱窒資材であり、より好ましくは、これらの基質が溶融混合されてなる脱窒資材である。また、これらの脱窒資材は、ロックウール等の鉱物繊維と混合されたものであってもよい（特開２００１−４７０８６号公報、１０４９９３号公報参照）。
【００１３】
また、本発明は、独立栄養系硫黄酸化細菌について特に制限はなく、自然界に存在するThiobacillus denitrificansなどが代表的である。これらの硫黄酸化細菌は、Thiobacillus denitrificans単離菌株又はThiobacillus denitrificans等を含む土壌細菌群として使用され、水中の溶存酸素が少ない状態下においてＣＯ2を炭素源、単体硫黄を電子供与体、そして排水中のＮＯ3などＮＯXを電子受容体として増殖する微生物で、この時ＮＯXはＮ2にまで還元され水中から除去される。この通性嫌気性硫黄酸化細菌は、増殖・脱窒に有機物を必要とせず、単体硫黄とＣＯ2により脱窒を行うことから、栄養源を液体の状態でなく固形担体として保持することが可能であり、これによって栄養源の流失を防ぎ、頻繁な栄養源添加が不必要となる。
【００１４】
処理槽１内では、硝酸イオンが窒素ガスに常時変換されており、発生窒素ガスによる気泡が脱窒資材３の粒子間に徐々に蓄積する。このような気泡の蓄積によって、排水と脱窒資材３との接触が妨げられ、また、処理槽１内における排水の滞留時間が短くなって、硝酸性窒素の脱窒効率が次第に低下する。処理槽１内の反応が生物化学的脱窒反応であるため、単に排水の流速を上げるだけでは、窒素ガス蓄積を防止することが困難である。
【００１５】
本発明は、この気泡除去を効率的に行うものであり、高い脱窒効率を維持することに成功した。すなわち、処理槽１から出た処理済排水（処理水という）の硝酸性窒素濃度をモニタリング装置７で測定し、測定した硝酸性窒素濃度から計算された脱窒率が設定値以下に下がったとき、モニタリング装置７に内蔵された切替システム（図示せず）が作動するように構成されている。この切替システムは、弁８を閉じて排水流入を停止し、次いで弁９を開き、ポンプ１０を駆動して処理槽１内の排水を貯槽５へ一時的に移動させ、処理槽１内を空にする。この操作によって吸い込まれた空気が脱窒資材３の粒子間に存在する気泡を破壊し、窒素ガスを放出させるものと考えられる。
【００１６】
前記の脱窒率は、処理水の硝酸性窒素濃度／供給排水の硝酸性窒素濃度で計算されるが、これは処理時間の経過するに従い低下する。そこで、予め脱窒率を設定しておき、それ以下に下がったとき、付着気泡の除去処理を行う。予め設定した脱窒率は、供給排水の硝酸性窒素濃度によって異なるが、通常７０〜９５％程度に設定することがよい。もちろん、処理水の硝酸性窒素濃度が環境基準値を下回る範囲となるように定めることが必要である。
【００１７】
なお、上記の実施態様において、脱窒率の代わりに予め硝酸性窒素濃度を設定し、モニタリング装置７で測定された処理水の硝酸性窒素濃度が設定値を超えたとき、気泡除去処理を行うことも可能である。この硝酸性窒素濃度は、特に限定するものではないが、環境基準値を考慮して、１０〜１００mg/リットル程度に設定することがよい。この方法は、供給排水の酸性窒素濃度が変動する場合に効果的である。
【００１８】
気泡除去処理が終了した後、ポンプ１０を駆動して貯槽５の排水を処理槽１へ戻し、次いで弁９を閉じ、弁８を開いて脱窒処理を再開する。この操作で、一旦空になった処理槽１に排水が送り込まれ、残った気泡を押し流すものと考えられる。また、脱窒資材３の表面に付着した汚泥の除去も期待できる。
【００１９】
処理水のモニタリング装置７の硝酸性窒素濃度測定は、硝酸イオンセンサー測定、比色計測定、自動排水サンプリングによるＧＰＣ分析など、硝酸性窒素が簡易に測定できる機器を用いればよく、切替システムはパソコン等の電子制御機器を用いればよい。
【００２０】
この実施形態において、貯槽５を設けたのは、処理槽１内の排水を装置外へ排出すると、硝酸性窒素排出に関する環境基準を上回るおそれがあるためである。また、気泡除去処理の際、処理槽１への排水流入を停止する装置について説明したが、貯槽５を大容量にしておき、気泡除去処理の際、供給排水を貯槽５に一時的に貯蔵することもでき、本発明の実施形態に含まれる。なお、図１の処理装置において、処理槽１と貯槽５の容量、材質、形状や、配管６の内径や厚み、管の長さ、材質などは、特に制限はなく、処理する排水の種類や量、性状、排出頻度などに応じて自由に設計、選択できる。
【００２１】
本発明は、図１に示す実施形態に限定されるものではなく、次のような様々な実施形態を含むものである。
例えば、排水入口と排水出口を配管で連結し、この配管経路にポンプを設けておき、モニタリング装置によって測定した脱窒率が所定値を超えたら、排水入口側の弁と処理槽出口の弁を閉じ、前記配管の弁を開き、ポンプを駆動させる（図示せず）。この操作によって、処理槽内の排水は循環され、脱窒資材の粒子間に蓄積された気泡が除去される。排水の循環は、脱窒処理時の排水の流れと同じ方向で流速を増加するか、あるいは逆流（脱窒処理時の排水の流れと反対）させると、効率よく気泡除去ができる。
【００２２】
その他、処理槽内を減圧にしたり、処理槽内に超音波等により振動を与えたり、処理槽内に空気などを吹き込んだりして、気泡を除去するようにしてもよい。空気等の吹き込み場合は、逆方向からの吹き込みが好ましい。また、一時的に排水の流速を増加させる方法も効果的である。
【００２３】
また、前記のモニタリング装置７に代えて、予め定めた間隔でもって、気泡除去処理を作動／停止させるタイマー装置を用いることもできる。予め定めた間隔は、通常７日〜６カ月の範囲がよく、供給水の硝酸性窒素濃度が高い場合は短期間とし、低い場合は長期間とすることがよい。タイマーにより気泡除去処理を行う方法は、供給水の硝酸性窒素濃度があまり変動しない場合に効果的である。
【００２４】
【実施例】
実施例１
図１に示す処理装置を用い、処理槽１（容積２００リットル）に、脱窒資材３（硫黄と石灰石の溶融混合物に独立栄養系硫黄酸化脱窒細菌を付着させたもの）を２００kg充填し、溶液栽培用肥料（大塚化学製ＯＫ−Ｆ１）を溶解して硝酸イオン濃度約２００mg/リットルに調整した人工排水を原水とし、排水温度２０℃、流量７００リットル/日で流し込んで脱窒処理を実施した。
モニタリング装置７として、硝酸イオンセンサーとパソコンを用い、処理排水の脱窒率に応じて、気泡除去手段（弁８と弁９の開閉及びポンプ８の運転／停止）を制御するように構成した。
モニタリング装置７の脱窒率を９５％（硝酸性窒素濃度１０mg/リットル）に設定し、処理水の硝酸性窒素濃度の変化を連続測定し、脱窒率の低下を監視しながら脱窒処理を継続した。初期の脱窒率は９７.５％（硝酸イオン濃度５mg/リットル以下）であったが、処理開始２週間頃から徐々に低下し始め、２３日目に気泡除去手段が作動した。この時、処理槽１内の排水が貯槽５へ移動して処理槽１は空になり、その後、貯槽５の排水が処理槽１に戻るとともに処理槽１に排水が連続的に導入され、脱窒処理が再開されたことを確認した。この時、脱窒率は再び９７.５％（硝酸性窒素濃度５mg/リットル以下）となった。
【００２５】
比較例１
実施例１の処理装置において、モニタリング装置７の制御システムを解除し、気泡除去手段（弁８と弁９の開閉及びポンプ８の運転／停止）を運転しないようにして、脱窒処理を実施した。この結果、処理開始後約２週間で、処理水の硝酸イオン濃度は初期の５mg/リットル以下（脱窒率９７.５％）から徐々に増加し始め、処理開始後５週間目には処理システムの出口排水の硝酸イオン濃度は１００mg/リットル（脱窒率５０％）を超過する状態となり、硝酸性窒素除去機能が見られなくなった。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、硫黄と炭酸カルシウム系成分からなる脱窒材を充填した層を有する処理槽に硝酸性窒素含有排水を流入させ、脱窒材と接触させて排水中の硝酸性窒素を生物化学的に還元除去する方法において、脱窒資材表面に蓄積する気泡を除去することができ、それによって脱窒活性を維持することが可能となり、排水の硝酸性窒素除去を効率的且つ安定的に継続できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するのに好適な装置の１例を示す概念図である。
【符号の説明】
１  ：  処理槽
３  ：  脱窒資材
５  ：  貯槽
７  ：  モニタリング装置
１０  ：  ポンプ
【図１】
0004180303.tif 000002