(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン・アンモニア含有水にＭｇイオン源を添加して、浮遊状又は担体固定化亜硝酸菌を存在せしめた好気槽に供給し、該槽内のｐＨを８〜９とし、該槽内の溶存酸素濃度を０．５〜１ｍｇ／Ｌに制御してアンモニアの一部を亜硝酸に酸化しつつリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を析出させ、析出したリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を沈殿分離し、該好気槽の下部から間欠的に排出し、前記好気槽の流出水を、独立栄養脱窒素菌を存在せしめた嫌気性微生物反応槽に供給して、アンモニアを亜硝酸と生物学的に反応させて窒素ガスに酸化除去することを特徴とするリン・アンモニア含有水の処理方法。
【請求項２】
リン・アンモニア含有水にＭｇイオン源を添加して、浮遊状又は担体固定化亜硝酸菌を存在せしめた好気槽に供給し、該槽内のｐＨを８〜９とし、該槽内の溶存酸素濃度を０．５〜１ｍｇ／Ｌに制御してアンモニアの一部を亜硝酸に酸化しつつリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を析出させ、析出した微細リン酸マグネシウムアンモニウム粒子と浮遊微生物を膜分離又はダイナミック膜でろ過分離し、該好気槽からリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を間欠的に排出し、前記ろ過分離したろ過流出水を、独立栄養脱窒素菌を保持した嫌気性微生物反応槽に供給して、アンモニアを亜硝酸と生物学的に反応させて窒素ガスに酸化除去することを特徴とするリン・アンモニア含有水の処理方法。
【請求項３】
リン・アンモニア含有水の供給管、該供給管にＭｇイオン源の注入管の接続部を有し、酸素含有ガス導入部を具備した好気槽であって、該好気槽内では亜硝酸菌によりアンモニアの一部が酸化されて亜硝酸が生成するように、該好気槽には溶存酸素濃度を０．５〜１ｍｇ／Ｌに制御する、溶存酸素濃度計を具備するとともに、ｐＨを制御するｐＨ計を具備し、該好気槽の内部にはドラフトチュ−ブによるエアリフト部と微細リン酸マグネシウムアンモニウム沈殿部と成長して析出したリン酸マグネシウムアンモニアム粒子の排出部を具備し、前記好気槽流出水を処理する独立栄養脱窒素菌を保持させた嫌気性生物反応槽を具備し、前記好気槽流出水を前記嫌気性生物反応槽に供給する導管を具備することを特徴とするリン・アンモニア含有水の処理装置。
【請求項４】
前記好気槽流出水を固液分離するろ過分離装置を具備し、前記ろ過分離流出水を処理する独立栄養脱窒素菌を保持させた嫌気性生物反応槽を具備し、前記ろ過分離流出水を前記嫌気性生物反応槽に供給する導管を具備し、前記ろ過分離水の循環液を前記好気槽に循環する導管を具備することを特徴とする請求項３に記載のリン・アンモニア含有水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性廃水のＵＡＳＢなどのメタン発酵処理槽からの処理水、有機性汚泥の嫌気性消化脱離液、有機性汚泥の脱水分離水、し尿、各種工場排水などのアンモニア性窒素及びリンを含有する水（「リン・アンモニア含有水」ともいう。また「原水」ともいう）から極めて省資源、省エネルギー的にリンとアンモニア性窒素を除去する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アンモニアを多量に含有し、有機炭素（ＢＯＤ）が少ない下水汚泥の嫌気性消化脱離液を生物学的に脱窒素するには、先ず原水を生物学的硝酸化槽に導いて、生物学的にアンモニアを硝酸性窒素に酸化した後、該処理水にメタノールなどの有機炭素（ＢＯＤ）源を（ＢＯＤ／窒素）濃度比が約３以上になるように添加して、嫌気的な生物学的脱窒素槽において、脱窒素菌によって硝酸性窒素を窒素ガスに還元する方法が、最も合理的とされ実施されてきた。
しかし、この従来の技術は、メタノールなどの有機炭素源を多量に添加しないと生物学的脱窒素が進行しないので、ランニングコストが高額であるという大きな問題点があった。
【０００３】
また、別のアンモニア除去方法であるアンモニアストリップ法は、装置が複雑で、ストリップエネルギーが多額であり実用的でなかった。さらに、ゼオライト系鉱物のアンモニア吸着能を利用してアンモニアを除去する方法は、ゼオライト系鉱物のアンモニア吸着容量が小さく、アンモニアを飽和吸着したゼオライト系鉱物の再生、再生廃液の処分も面倒で、やはり実用的でなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の問題点を根本的に解決可能な新技術を提供することを目的とする。すなわち、本発明は、生物学的硝化脱窒素法における有機炭素源の添加が不要になり、顕著な省資源効果が得られる新技術を提供するものである。本発明は、従来公知の生物学的硝化脱窒素法が適用困難な、（ＢＯＤ／窒素）濃度比が３以下であるリン・アンモニア含有水の処理に、非常に好適である処理方法を提供する。
【０００５】
本出願人らは、先に特開平８−１９２１８５において、アンモニアが次式のような嫌気性微生物が関与する反応によって、有機炭素源（言い換えるとＢＯＤ成分）を必要とすることなく窒素ガスに酸化されることを見出した。
ＮＨ4+＋  ＮＯ2-  →  Ｎ2＋Ｈ2Ｏ・・・・・（１）
【０００６】
また、オランダのデルフト工科大学のＭｉｋｅ  Ｓ．Ｍらは、文献（Ｔｈｅａｎａｅｒｏｂｉｃ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｍｍｏｎｉｕｍ；  ＦＥＭＳ  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ  Ｒｅｖｉｅｗｓ  ２２（１９９９）  ｐｐ４２１−４３７）において、同様な知見を報告している。
この反応を彼らはＡＮＡＭＭＯＸ（ＡＮａｅｒｏｂｉｃ  ＡＭＭｏｎｉｕｍＯＸｉｄａｔｉｏｎ）と名づけている。
【０００７】
ＡＮＡＭＭＯＸ反応は、式（１）から判るように、アンモニアを嫌気性微生物によって酸化するために亜硝酸が不可欠である。
本出願人らが特開平８−１９２１８５において開示したように、ＡＮＡＭＭＯＸ反応を進行させるためには、原水中のアンモニアを好気性微生物によって酸化して亜硝酸を生成させる方法を適用すればよいが、ＡＮＡＭＭＯＸ反応にあずかる微生物は増殖速度が非常に小さいので、反応が簡単には進まないという問題がある。また、従来の技術はリン資源の回収ができない問題点があった。
本発明の目的は、リン資源の回収が可能で、かつ効果的にアンモニアをいわゆるＡＮＡＭＭＯＸ反応によって窒素ガスに酸化して除去する新技術を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の目的を達成するために、鋭意検討を行い、アンモニアとリンを含有する汚水に、Ｍｇイオン源を添加し、亜硝酸菌の存在する好気槽で処理すれば、有機炭素源を使用することなく、アンモニアの亜硝酸への酸化とリンのリン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）粒子の析出が同一槽中で同時に生成しうることを見出した。
【０００９】
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、次の構成からなるものである。
（１）リン・アンモニア含有水にＭｇイオン源を添加して、浮遊状又は担体固定化亜硝酸菌を存在せしめた好気槽に供給し、該槽内のｐＨを８〜９とし、該槽内の溶存酸素濃度を０．５〜１ｍｇ／Ｌに制御してアンモニアの一部を亜硝酸に酸化しつつリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を析出させ、析出したリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を沈殿分離し、該好気槽の下部から間欠的に排出し、前記好気槽の流出水を、独立栄養脱窒素菌を存在せしめた嫌気性微生物反応槽に供給して、アンモニアを亜硝酸と生物学的に反応させて窒素ガスに酸化除去することを特徴とするリン・アンモニア含有水の処理方法。
（２）リン・アンモニア含有水にＭｇイオン源を添加して、浮遊状又は担体固定化亜硝酸菌を存在せしめた好気槽に供給し、該槽内のｐＨを８〜９とし、該槽内の溶存酸素濃度を０．５〜１ｍｇ／Ｌに制御してアンモニアの一部を亜硝酸に酸化しつつリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を析出させ、析出した微細リン酸マグネシウムアンモニウム粒子と浮遊微生物を膜分離又はダイナミック膜でろ過分離し、該好気槽からリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を間欠的に排出し、前記ろ過分離したろ過流出水を、独立栄養脱窒素菌を保持した嫌気性微生物反応槽に供給して、アンモニアを亜硝酸と生物学的に反応させて窒素ガスに酸化除去することを特徴とするリン・アンモニア含有水の処理方法。
【００１０】
（３）リン・アンモニア含有水の供給管、該供給管にＭｇイオン源の注入管の接続部を有し、酸素含有ガス導入部を具備した好気槽であって、該好気槽内では亜硝酸菌によりアンモニアの一部が酸化されて亜硝酸が生成するように、該好気槽には溶存酸素濃度を０．５〜１ｍｇ／Ｌに制御する、溶存酸素濃度計を具備するとともに、ｐＨを制御するｐＨ計を具備し、該好気槽の内部にはドラフトチュ−ブによるエアリフト部と微細リン酸マグネシウムアンモニウム沈殿部と成長して析出したリン酸マグネシウムアンモニアム粒子の排出部を具備し、前記好気槽流出水を処理する独立栄養脱窒素菌を保持させた嫌気性生物反応槽を具備し、前記好気槽流出水を前記嫌気性生物反応槽に供給する導管を具備することを特徴とするリン・アンモニア含有水の処理装置。
（４）前記好気槽流出水を固液分離するろ過分離装置を具備し、前記ろ過分離流出水を処理する独立栄養脱窒素菌を保持させた嫌気性生物反応槽を具備し、前記ろ過分離流出水を前記嫌気性生物反応槽に供給する導管を具備し、前記ろ過分離水の循環液を前記好気槽に循環する導管を具備することを特徴とする請求項３に記載のリン・アンモニア含有水の処理装置。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１の本発明の一実施例を参照しながら、本発明を詳しく説明する。
リン・アンモニア含有水（原水）１に、Ｍｇイオン源（水酸化マグネシウム、塩化マグネシウム、海水など）２を添加し、亜硝酸化槽兼ＭＡＰ（リン酸マグネシウムアンモニウム）晶析槽３に供給する。
前記槽３で空気などの酸素含有ガス６で曝気しながら、ｐＨを８以上（好ましくは８〜９）の条件に設定すると、槽３において、原水１のアンモニア、リン、マグネシウムのＭＡＰ沈殿生成反応におけるＭＡＰ溶解度が最小になり、効果的にＭＡＰ粒子が晶析する。
【００１２】
前記の処理において、槽３内に固定化担体に付着した状態又は浮遊状態の亜硝酸菌を存在させるときには、ＭＡＰ晶析が進む槽３内で、同時にアンモニアの一部が亜硝酸菌によって亜硝酸に酸化され、槽３内にアンモニアと亜硝酸が共存する状態になる。
このような浮遊状態の亜硝酸菌を利用する場合は、ＭＦ膜、ＵＦ膜、ダイナミックろ過膜などで浮遊亜硝酸菌を固液分離し、系外に亜硝酸菌がウォッシュアウトしないようにする。このようにすると微細なＭＡＰ粒子も膜分離装置で膜分離されるので、リン除去率が非常に向上する重要な効果が得られる。
【００１３】
亜硝酸菌の活性は、ｐＨ域８〜９では劣化しないが、硝化菌（ニトロバクター）の活性は劣化するので亜硝酸型の硝化反応が進み、ＭＡＰ晶析と亜硝酸化反応を同一槽３において効果的に進ませることができ、ＭＡＰ晶析槽と亜硝酸化槽を別個に設ける必要がない。
また、槽滞留時間、溶存酸素、ｐＨを適切な条件に設定すると、流入したアンモニアの全量を硝化させずに、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素が１：１程度の比率で共存する条件を作ることができる。従って、アンモニアの存在が必要なＭＡＰ生成反応が阻害されることが無い。
しかる後、粒径がおよそ２ｍｍ以上に成長したＭＡＰ粒子７は槽３下部から間欠的に排出する。
【００１４】
次に、槽３からの流出水８を、独立栄養脱窒素菌を保持させた嫌気性生物反応槽１０に供給する。嫌気性生物反応槽１０では、
ＮＨ4+＋  ＮＯ2-  →  Ｎ2＋  ２Ｈ2Ｏ・・・・・（２）
の嫌気性生物学的反応が進行して、有機炭素源（水素供与体）がなくてもアンモニアと亜硝酸が生物学的反応によって窒素ガスに転換されるはずであるが、本発明者らの試験によれば、単にアンモニアと亜硝酸共存水を供給しても、この反応はほとんど進まないことが認められた。
【００１５】
これに対し、本発明のように、前段でＭＡＰ生成と亜硝酸化をアルカリ性ｐＨ域で行ったのち、該処理水を嫌気槽１０に供給すると、式（２）の反応が円滑に進むことが認められた。
この原因は、現時点で明確にはなっていないが、アルカリ性液が嫌気槽８に流入すること、Ｍｇイオンが数１００ｍｇ／リットル以上溶存した液が流入することから推定すると、式（２）の反応に寄与する独立栄養性脱窒素菌の活性はｐＨ域が弱アルカリ性（７〜９）、かつＭｇイオンが多いほど高まるためではないと考えられる。
【００１６】
この他の条件として、式（２）の反応を効果的に進行させるには、独立栄養性脱窒素菌を高濃度に保持することが、極めて重要であることが認められた。このためには、嫌気槽８内に微生物付着担体（ゼオライト、スポンジ粒状物、活性炭、高分子ゲルなど）を共存させておくか、もしくは嫌気性槽処理水１１を膜分離することによって、独立栄養脱窒素菌の流出を完全に阻止し、高濃度の独立栄養脱窒素菌を槽１０内に維持するようにする。
【００１７】
なお、式（２）の反応は溶存酸素が妨害になるので、ＭＡＰ晶析槽流出水８中の溶存酸素を除去したのち嫌気槽１０に流入させると良い。
図１において、４は槽３中を空気６の曝気により上昇した原水流を再度槽３下部へ戻し、微細ＭＡＰ粒子を種晶核としてＭＡＰ粒子の成長を助けるためのドラフトチューブであり、５は微細マップ沈殿部であり、１２はアンモニアと亜硝酸の槽８での無機化の結果生じる窒素ガスを示す。流出水８の一部を膜分離装置９を通す場合には、膜を透過した分離水１３は嫌気性微生物反応槽１０に送られ、透過しなかった流出水は循環液１４としてアンモニア・リン含有水１に戻される。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何等制限されるものではない。
【００１９】
実施例１
下水処理からの下水汚泥の嫌気性硝化脱離液（アンモニア３２５ｍｇ／リットル、リン１２８ｍｇ／リットル、ｐＨ８．３）を原水として、図１に示すフローに従って処理試験を行った。
（試験条件）
亜硝酸化槽兼ＭＡＰ生成槽と膜分離型嫌気性脱窒素槽の処理条件を、下記の第１表及び第２表に示す。
【００２０】
【表１】
0004104845.tif 000002
【００２１】
【表２】
0004104845.tif 000003
【００２２】
（処理結果）
第３表に合計５日間連続処理した時の亜硝酸化槽流出水と処理水の平均値を示す。この処理結果から、本発明によれば、リンおよびアンモニアがメタノールなどの水素供与体が存在しない状態で、効果的に除去されることが認められた。
【００２３】
【表３】
0004104845.tif 000004
【００２４】
比較例１
比較のため、水酸化マグネシウムを添加しない以外は、上記実施例と同一条件で試験を行った結果、処理水質は第４表に示す通りであり、リンは除去されず、窒素の除去効果も低下した。
【００２５】
【表４】
0004104845.tif 000005
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、下記に示す効果が得られる。
（１）ＭＡＰ沈殿生成反応、亜硝酸化反応の適正ｐＨが一致することに着目し、アンモニアの亜硝酸化槽でＭＡＰ生成反応を同時に進行させるようにしたので、別個の槽が不要である。
（２）弱アルカリ性のアンモニア、亜硝酸共存液を膜分離型反応槽又は担体充填型嫌気性反応槽に供給したので、いわゆるアナモックス反応を起こす独立栄養脱窒素菌を高濃度、高活性に維持でき、従ってＢＯＤが存在しないか又は少ないアンモニア含有原水から、メタノールなどの有機炭素源を添加することなく、アンモニアを効果的に除去できる。
（３）亜硝酸菌の分離に膜分離を適用することによって、同時にＭＡＰ微細粒子の流出を完全に阻止でき、リン除去率が顕著に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリン・アンモニア含有廃水の処理方法の一実施例の工程説明図である。
【符号の説明】
１  アンモニア・リン含有水（原水）
２  Ｍｇイオン源
３  亜硝酸化槽兼ＭＡＰ晶析槽
４  ドラフトチューブ
５  微細ＭＡＰ沈殿部
６  酸素含有ガス（空気）
７  ＭＡＰ粒子（ＭＡＰペレット）
８  流出水
９  膜分離装置
１０  嫌気性微生物反応槽
１１  処理水
１２  窒素ガス
１３  分離水
１４  循環液
【図１】
0004104845.tif 000006