(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルシウム、アンモニア態窒素および硝化阻害物質を含有する排液を受入れ、槽内液のｐＨが９〜１１となる量のアルカリを添加し、カルシウムをアルカリ凝集するアルカリ凝集装置と、
アルカリ凝集処理された排液を受入れ、槽内液のｐＨが１０以上の状態で、空気と接触させてアンモニアをストリッピングするアンモニアストリッピング装置と、
このアンモニアストリッピング装置から排出される排ガスを受入れ、吸収液と接触させてアンモニアを捕捉する吸収装置と、
アンモニアが捕捉された吸収液を受入れ、微生物により生物学的に硝化脱窒する硝化脱窒装置と
を備えていることを特徴とする排液処理装置。
【請求項２】
前記アンモニアストリッピング装置においてアンモニアが除去された排液に酸を添加して中和する中和手段と、
中和された排液および前記硝化脱窒装置からの硝化脱窒液を受入れ、生物処理により有機物を分解する生物処理装置と
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の排液処理装置。
【請求項３】
カルシウム、アンモニア態窒素および硝化阻害物質を含有する排液を受入れ、槽内液のｐＨが９〜１１となる量のアルカリを添加し、カルシウムをアルカリ凝集し、
アルカリ凝集処理された排液を受入れ、槽内液のｐＨが１０以上の状態で、空気と接触させてアンモニアをストリッピングし、
このアンモニアストリッピング工程から排出される排ガスを受入れ、吸収液と接触させてアンモニアを捕捉して吸収し、
アンモニアが捕捉された吸収液を受入れ、微生物により生物学的に硝化脱窒することを特徴とする排液処理方法。
【請求項４】
前記アンモニアストリッピング工程においてアンモニアが除去された排液に酸を添加して中和し、
中和された排液および硝化脱窒液を受入れ、生物処理により有機物を分解する生物処理することを特徴とする請求項３に記載の排液処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カルシウム、アンモニア態窒素および硝化阻害物質を含有する排液を処理するための排液処理装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物埋立地からの浸出水や排煙脱硫排液中には、窒素、有機物などが含まれているため、生物学的な硝化脱窒処理を行い、窒素成分を硝酸または亜硝酸態窒素に酸化して硝化した後、有機物を添加して脱窒反応を行わせ、窒素を除去している。硝化反応を行うのはニトロソモナス、ニトロバクターなどの硝化細菌であるが、これらの微生物は独立自栄養細菌であり増殖速度が遅く、また排液中に含まれている各種化学物質、例えば重金属類、チオ尿素類、その他有機物、高塩類などに対して極めて敏感である。このため、含まれている物質の濃度と種類によっては硝化反応が阻害されて完全に停止し、結果として全く窒素除去ができない場合がある。
【０００３】
このため従来は、アルカリ凝集処理および活性炭吸着処理などの前処理を行って阻害物質を除去した後、硝化脱窒を行っている。
すなわち従来は、図２に示すように、排液をアルカリ凝集槽３１に導入し、アルカリを添加してアルカリ凝集分離し、これにより重金属などを除去した後、中和槽３２において中和し、次に活性炭吸着塔３３において活性炭に有機性阻害物質を吸着させて除去した後、硝化脱窒装置３４において生物学的に硝化脱窒を行っている。硝化脱窒処理液はさらに高水質の処理水を得るために高度処理装置３５において処理されるが、省略される場合もある。
【０００４】
しかし上記従来の方法は、設備コストならびに薬剤および吸着剤コストが莫大となり、実用上大きな障害となっている。また、阻害物濃度の変動も考慮して、硝化槽は低負荷で硝化を行うように設計を行うことが多く、このため硝化槽が大型化し、これもコスト上の問題点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、カルシウム、アンモニア態窒素および硝化阻害物質を含有する排液を処理するための排液処理装置および方法であって、安定して高い窒素負荷で効率よく窒素を除去することができ、しかも運転コストおよび設備コストの低い排液処理装置および方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は次の排液処理装置および方法である。
（１）  カルシウム、アンモニア態窒素および硝化阻害物質を含有する排液を受入れ、槽内液のｐＨが９〜１１となる量のアルカリを添加し、カルシウムをアルカリ凝集するアルカリ凝集装置と、
アルカリ凝集処理された排液を受入れ、槽内液のｐＨが１０以上の状態で、空気と接触させてアンモニアをストリッピングするアンモニアストリッピング装置と、
このアンモニアストリッピング装置から排出される排ガスを受入れ、吸収液と接触させてアンモニアを捕捉する吸収装置と、
アンモニアが捕捉された吸収液を受入れ、微生物により生物学的に硝化脱窒する硝化脱窒装置と
を備えていることを特徴とする排液処理装置。
（２）  前記アンモニアストリッピング装置においてアンモニアが除去された排液に酸を添加して中和する中和手段と、
中和された排液および前記硝化脱窒装置からの硝化脱窒液を受入れ、生物処理により有機物を分解する生物処理装置と
を備えていることを特徴とする上記（１）に記載の排液処理装置。
（３）  カルシウム、アンモニア態窒素および硝化阻害物質を含有する排液を受入れ、槽内液のｐＨが９〜１１となる量のアルカリを添加し、カルシウムをアルカリ凝集し、
アルカリ凝集処理された排液を受入れ、槽内液のｐＨが１０以上の状態で、空気と接触させてアンモニアをストリッピングし、
このアンモニアストリッピング工程から排出される排ガスを受入れ、吸収液と接触させてアンモニアを捕捉して吸収し、
アンモニアが捕捉された吸収液を受入れ、微生物により生物学的に硝化脱窒することを特徴とする排液処理方法。
（４）  前記アンモニアストリッピング工程においてアンモニアが除去された排液に酸を添加して中和し、
中和された排液および硝化脱窒液を受入れ、生物処理により有機物を分解する生物処理することを特徴とする上記（３）に記載の排液処理方法。
【０００７】
本発明において処理の対象となる排液は、カルシウム、アンモニア態窒素、およびニトロソモナスやニトロバクターなどの硝化細菌の硝化活性を阻害する硝化阻害物質を含有する液であり、このほか有機物、その他の不純物を含んでいてもよい。硝化阻害物質の具体的なものとしては、重金属、チオ尿素、高塩類、未知の有機化合物などがあげられる。このような排液の具体的なものとしては、廃棄物の埋立浸出水、排煙脱硫排水などがあげられる。
【０００８】
本発明の装置を構成するアルカリ凝集装置は、例えば槽内に上記排液を受入れ、アルカリ添加によりカルシウムをアルカリ凝集し分離する装置である。
なお上記アルカリとしてはソーダ灰などの炭酸塩が使用でき、この場合カルシウムは炭酸カルシウムとして析出し、凝集する。アルカリの添加量は槽内液のｐＨが９〜１１となる量である。
【０００９】
本発明の装置を構成するアンモニアストリッピング装置は、上記アルカリ凝集装置でアルカリ凝集処理された排液（以下、アルカリ凝集処理液という場合がある）を例えば槽内に受入れ、槽内液のｐＨが１０以上の状態で、空気と接触させて排液中のアンモニアをストリッピングする装置である。空気と接触させる手段としては、槽内の底部に散気装置を設けたり、スプレー塔、充填塔等において空気と排液を接触させる装置などが採用できる。アンモニアストリッピング装置に導入される排液にはすでにアルカリが添加されているので、アルカリ添加手段は必ずしも必要ではないが、アルカリの添加が可能なように構成することもできる。上記アルカリとしては水酸化ナトリウムなどが使用でき、槽内液のｐＨが１０〜１２となるように添加するのが好ましい。
【００１０】
本発明の装置を構成する吸収装置は、上記アンモニアストリッピング装置から排出され、アンモニアを同伴する排ガスを受入れ、この排ガスと吸収液とを接触させて、吸収液にアンモニアを捕捉する装置である。排ガスと吸収液との接触手段としては、塔内の吸収液中に排ガスを吹込んで接触させる装置、スプレー塔、充填等において排ガスと吸収液を接触させる装置などが採用できる。
【００１１】
本発明の装置を構成する硝化脱窒装置は、上記吸収塔でアンモニアが捕捉された吸収液を受入れ、この液を微生物により硝化および脱窒を行う装置であり、硝化槽と脱窒槽とを備えることができる。
上記硝化槽はアンモニアが捕捉された吸収液と硝化細菌を含む生物汚泥とを好気性下に接触させて硝化を行う装置であり、生物膜ろ過式、浮遊式、接触曝気式など任意のものが使用できる。
【００１２】
前記脱窒槽は上記硝化槽で硝化した硝化処理液と脱窒細菌を含む生物汚泥とを嫌気性下に接触させて脱窒を行う装置であり、生物膜ろ過式、浮遊式など任意のものが使用できる。
【００１３】
本発明の排液処理方法は上記の排液処理装置を用いて次のように行われる。まずアルカリ凝集装置においてカルシウム、アンモニア態窒素および硝化阻害物質を含有する排液を受入れ、槽内液のｐＨが９〜１１となる量のアルカリを添加し、カルシウムをアルカリ凝集する。排液に炭酸塩などのアルカリを添加すると、カルシウムは炭酸カルシウムなどの水不溶性の塩を形成し、凝集する。この凝集物を固液分離することにより、排液中からカルシウムが除去される。本発明の装置では、このような脱カルシウム工程を行うアルカリ凝集装置を処理プロセスの最初に設けているので、ポンプ、配管等でのスケーリングを防止することができる。
【００１４】
アルカリ凝集処理された排液をアンモニアストリッピング装置において、ｐＨ１０以上の状態で空気と接触させることによりアンモニアのストリッピングを行う。本発明ではアルカリ凝集装置における脱カルシウム工程においてすでにアルカリが添加されているので、アンモニアストリッピング装置でのアルカリの添加は必ずしも必要ではないが、添加する場合でも少量の添加でよい。アルカリ性の排液に空気を接触させてストリッピングすることにより、排液中のアンモニアは空気中に移行し、排出される空気に同伴して排液中から除去されるが、硝化阻害物質は空気中に移行しないので、アンモニアと硝化阻害物質とが分離される。
【００１５】
アンモニアストリッピング装置の排ガスは、吸収装置においてアンモニアを吸収液に吸収させる。そしてアンモニアを吸収した吸収液は硝化脱窒装置において、生物学的に硝化および脱窒を行う。本発明ではアンモニアストリッピングにより硝化阻害物質と分離されたアンモニアを硝化脱窒装置において硝化脱窒を行うので、阻害を受けることなく安定して高い窒素負荷で硝化脱窒を行うことができる。
【００１６】
アンモニアを除去した排液を処理するために中和手段と生物処理装置を設け、中和手段により排液に酸を添加して中和し、中和された排液および硝化脱窒液を生物処理装置に受入れて、活性汚泥処理等の生物処理により有機物を分解して処理する。本発明ではこの排液の生物処理とは別の系で、ストリッピングされたアンモニアの硝化脱窒が行われるが、最も敏感なアンモニアの硝化反応を別の系で行うので、温度、ｐＨなどの条件を硝化に最も適した条件に設定、維持することが容易であり、効率よく硝化脱窒を行うことができる。硝化脱窒の処理液は上記アンモニア除去後の排液処理系に導入して、さらに処理を行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は実施例の生物学的窒素除去装置を示す系統図であり、窒素除去に加えて有機物も除去する例を示している。図１の装置は、アルカリ凝集槽１、アンモニアストリッピング槽２からアンモニアを含む排ガスの経路１１が吸収塔３および硝化脱窒装置４に接続し、またアンモニアストリッピング槽２から排液の経路１２が中和槽５、生物処理装置６および高度処理装置７に接続している。
【００１８】
アルカリ凝集槽１は、カルシウム、アンモニア態窒素および硝化阻害物質を含有する排液を原水路８から受入れ、この排液に注入路１３からアルカリを添加し、生成した凝集物を分離して排出路１４から排出するように構成する。
【００１９】
アンモニアストリッピング槽２はアルカリ凝集槽１で処理したアルカリ凝集処理液を経路９から受入れ、給気路１５から空気を導入して槽内液と接触させアンモニアをストリッピングするように構成する。アンモニアストリッピング槽２にはアルカリを添加する注入路１６を設けるのが好ましい。
【００２０】
吸収塔３はアンモニアストリッピング槽２からの経路１１を通して排ガスを受入れ、吸収塔３内の吸収液と接触させ、排ガス中のアンモニアを捕捉するように構成する。吸収塔３と硝化脱窒装置４とは経路１７を通して吸収液を送り、循環路８を通して脱窒処理液を循環するように接続している。循環路１８には補給水路１９が接続している。
【００２１】
硝化脱窒装置４は、硝化槽４ａと脱窒槽４ｂとを備えており、硝化槽４ａにおいて経路１７からアンモニアが捕捉された吸収液を受入れ、給気路２１から空気を導入して硝化細菌を含む生物汚泥と好気性下に接触させて硝化を行い、脱窒槽４ｂにおいて硝化処理液および注入路２２から水素供給体となる有機物を受入れ、脱窒細菌を含む生物汚泥と嫌気性下に接触させて脱窒を行うように構成する。硝化脱窒液を取出す経路２３は分岐して、一部は脱窒槽４ｂから吸収塔３に連絡する循環路１８に接続し、他の一部は脱窒槽４ｂから生物処理装置６に硝化脱窒液の残部を送液するための連絡路２４に接続している。
【００２２】
中和槽５は生物処理装置６において生物処理が十分に進行するように排液を中和するための装置であり、アンモニアストリッピング槽２においてアンモニアが除去された排液を経路１２から受入れ、注入路２５から酸を添加して中和するように構成する。
【００２３】
生物処理装置６は排液中に含まれているＢＯＤ、有機物および脱窒槽４ｂに添加された過剰の有機物などを微生物に資化させて除去するための装置であり、経路２６から中和された排液、連絡路２４から硝化脱窒液および必要により返送路２７から返送汚泥などを受入れ、給気路２８から空気を導入して槽内の生物汚泥と混合して曝気し、好気性生物処理を行う装置などが採用できる。
【００２４】
高度処理装置７は経路２９から生物処理液を導入し、生物処理装置６での生物処理において残留した有機物などをさらに除去して高水質の処理水を得、処理水路３０から放流するための装置であり、凝集沈殿装置、ろ過装置、活性炭吸着塔、ウルトラフィルトレーション装置などが採用できる。なお高度処理装置７は省略することもできる。
【００２５】
図１の装置により排液を処理するには、アルカリ凝集槽１に原水路８から排液を導入し、槽内液が前記ｐＨとなるようにアルカリを添加してカルシウムを凝集させる。凝集物は分離して排出路１４から系外に排出し、分離液はアルカリ凝集処理液として経路９からアンモニアストリッピング槽２に送液する。
【００２６】
アンモニアストリッピング槽２では、槽内液が前記ｐＨとなるようにアルカリを添加し、また槽内液に空気を吹込んで接触させ、アンモニアストリッピングを行う。この場合、アルカリ凝集処理においてアルカリが添加されているので、新たに追加するアルカリの量は少量でよく、このため薬剤コストは低い。ストリッピングしたアンモニアを同伴する排ガスは経路１１から吸収塔３に導く。
【００２７】
吸収塔３では、排ガスと吸収液とを接触させてアンモニアを捕捉する。吸収液としては硝化脱窒装置４で脱窒処理した硝化脱窒液の一部を循環路１８を介して循環させて使用するが、一部は工業用水などを補給水として補給水路１９から補給し、塩類濃度を上げないようにする。吸収液には硫酸などの酸を添加して酸性にしたものを使用するのが好ましい。
【００２８】
アンモニア捕捉した吸収液は経路１７から硝化脱窒装置４に導入し、生物学的に硝化脱窒する。ここではまず硝化槽４ａにおいて生物学的に硝化を行う。硝化槽４ａとしては、沈殿槽を必要とせず、しかも高窒素負荷、例えば１ｋｇ−Ｎ／ｍ3／ｄａｙ程度での処理が可能となるので、生物膜ろ過式のものが好ましい。また硝化槽としては浮遊式のものなどを採用することもでき、この場合０．３ｋｇ−Ｎ／ｍ3／ｄａｙ程度、スポンジなどの担体を添加する方法では０．６ｋｇ−Ｎ／ｍ3／ｄａｙ程度での硝化負荷とすることができる。浮遊式の硝化槽を採用した場合は、沈殿槽を設けて処理液を固液分離し、分離汚泥の一部を硝化槽に返送し、残部を系外に排出する。分離液は硝化処理液として脱窒槽４ｂに送液する。
【００２９】
硝化処理する被処理液には硝化阻害物質は含まれておらず、しかも排液の処理系とは別の系で硝化しているので、温度、ｐＨなどの条件を硝化に最適な条件に設定して硝化を行うことができ、このため安定して高い窒素負荷で効率よく処理することができる。
【００３０】
硝化処理液は脱窒槽４ｂに導入して生物学的に脱窒を行う。水素供与体となる有機物としてはメタノールを利用するのが最も経済的である。脱窒槽４ｂとしては生物ろ過式のもの、浮遊式のものなどが採用できる。浮遊式の脱窒槽を採用した場合は、沈殿槽を設けて処理液を固液分離し、分離汚泥の一部を脱窒槽に返送し、残部を系外に排出し、分離液を硝化脱窒液とする。
硝化脱窒液は一部を循環路１８を介して吸収塔３に循環し、残部を連絡路２４から生物処理装置６に送液する。
【００３１】
前記アンモニアストリッピング槽２でアンモニアをストリッピングした排液は経路１２から中和槽５に導入し、塩酸などの酸を添加して中和する。
中和した排液および硝化脱窒液の残部は経路２６から生物処理装置６に導入し、活性汚泥処理などの生物処理を行って、排液中の有機物、脱窒槽４ｂに添加された過剰の水素供与体などを除去する。
【００３２】
排液中に含まれている硝化阻害物質は生物処理装置６内のＢＯＤ分解菌などに対しても阻害物質となる場合もあるが、ＢＯＤ分解菌が阻害される程度は硝化細菌に比べて小さく、しかもアルカリ凝集槽１において重金属等の阻害物質もある程度凝集分離されるので、生物処理は十分に進行する。
生物処理液は経路２９から高度処理装置７に導入してさらに高度の処理を行った後、処理水路３０から処理水を系外に排出する。
【００３３】
このような生物学的窒素除去装置は、アンモニアストリッピングの際に添加するアルカリ量は少量でよく、また従来の方法のように活性炭を使用しないので、運転コストは低い。また硝化脱窒は安定して高い窒素負荷で効率よく行うことができるので、硝化脱窒装置は小型化することができ、設備コストは低い。
【００３４】
【実施例】
次に本発明の試験例について説明する。
試験例１
表１に示すようにＴ−Ｎ（全窒素）を６３５ｍｇ／ｌ、ＮＨ4−Ｎを６２０ｍｇ／ｌ、カルシウムを２３００ｍｇ／ｌの濃度で含有し、さらに埋立物に由来する未知の有機性阻害物質を含有する産業廃棄物埋立地の浸出水（原水）について、阻害物質の除去方法を変えて硝化を行った。
【００３５】
【表１】
0004085436.tif 000002
【００３６】
まず原水を前処理することなくそのまま硝化を行ったが、阻害性が強く、硝化は全く進行しなかった。原水を２４倍に希釈して標準液（原水と同等の窒素を含有し、阻害物質を含まない液）とほぼ同等の硝化活性が得られた（阻害強度２４）。結果を表２に示す。
【００３７】
また原水を表２に示す条件でアルカリ凝集して阻害物質を除去したアルカリ凝集処理液においても、硝化は全く進行しなかった。アルカリ凝集処理液を１２倍に希釈して標準液とほぼ同等の硝化活性が得られた（阻害強度１２）。結果を表２に示す。
【００３８】
さらに上記アルカリ凝集処理液に活性炭吸着を施し、ようやく阻害強度３に低下し、生物学的な硝化脱窒が可能であった。しかし、汚泥あたりの硝化速度は、阻害のない標準液の０．０７ｇＮ／ｇＳＳ／ｄａｙ（１５℃）に対して１／３程度の０．０２ｋｇＮ／ｋｇＳＳ／ｄａｙであった。結果を表２に示す。
【００３９】
これらに対して、原水をアルカリ凝集処理してＣａ濃度を１００ｍｇ／ｌ以下に低下させた後（ソーダ灰を約８，０００ｍｇ／ｌ添加、ｐＨ１１）、ＮａＯＨを添加してｐＨを１１．５〜１２に調整した後、曝気処理を行ってアンモニアをストリッピングし、ストリッピングしたアンモニアを０．０１ＭのＨ2ＳＯ4に吸収させた吸収液の阻害強度を測定した結果、阻害強度は１で標準液での活性０．０７ｇＮ／ｇＳＳ／ｄａｙと同一であった。結果を表２に示す。
【００４０】
【表２】
0004085436.tif 000003
【００４１】
上記の結果から明らかなように、アンモニアストリッピングを行う本発明では、毒性物質に対して敏感な硝化細菌を毒性濃度にかかわらず、効率的に利用することが可能である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、カルシウム、アンモニア態窒素および硝化阻害物質を含有する排液を受入れ、槽内液のｐＨが９〜１１となる量のアルカリを添加し、カルシウムをアルカリ凝集し、アルカリ凝集処理された排液を受入れ、槽内液のｐＨが１０以上の状態で、空気と接触させてアンモニアをストリッピングし、このアンモニアストリッピング工程から排出される排ガスを受入れ、吸収液と接触させてアンモニアを捕捉して吸収し、アンモニアが捕捉された吸収液を受入れ、微生物により生物学的に硝化脱窒するようにしているので、硝化阻害物質を含有する排液であっても、安定して高い窒素負荷で効率よく窒素を除去することができ、しかも薬剤コストおよび設備コストは低い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の生物学的窒素除去装置を示す系統図である。
【図２】従来の生物学的窒素除去装置を示す系統図である。
【符号の説明】
１、３１  アルカリ凝集槽
２  アンモニアストリッピング槽
３  吸収塔
４、３４  硝化脱窒装置
４ａ  硝化槽
４ｂ  脱窒槽
５、３２  中和槽
６  生物処理装置
７、３５  高度処理装置
８  原水路
９、１１、１２、１７、２３、２６、２９  経路
１３、１６、２２、２５  注入路
１４  排出路
１５、２１、２８  給気路
１８  循環路
１９  補給水路
２４  連絡路
２７  返送路
３０  処理水路
３３  活性炭吸着塔
【図１】
0004085436.tif 000004
【図２】
0004085436.tif 000005