(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア性窒素を含む汚水を生物学的に硝化脱窒素する方法において、前記汚水を第１窒素除去工程に導入し、前記第１窒素除去工程では、酸素含有気体の曝気の後、曝気を停止する間欠曝気を行い、前記汚水の溶存酸素濃度０．２ｍｇ／リットル以上の時間帯と溶存酸素濃度が０．２ｍｇ／リットル以下の時間帯とがあり、かつ溶存酸素濃度０．２ｍｇ／リットル以下の時間帯を溶存酸素濃度が０．２ｍｇ／リットル以上の時間帯より長く取るように制御し、独立栄養性硝化菌及び独立栄養性脱窒素菌群の存在下に、アンモニア性窒素を残留させつつ、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素及び／又は硝酸性窒素とを窒素ガスとして部分的に脱窒し、前記第１窒素除去工程の流出液を結合酸素を利用可能な独立栄養性脱窒素菌群の存在下で、該流出液中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素及び／又は硝酸性窒素とを窒素ガスとして脱窒素する第２窒素除去工程で処理することを特徴とする生物学的窒素除去方法。
【請求項２】
前記第１窒素除去工程及び第２窒素除去工程において、汚水のｐＨは７．５〜９．５に設定することを特徴とする請求項１記載の生物学的窒素除去方法。
【請求項３】
前記第１窒素除去工程及び第２窒素除去工程において、微生物担体および活性汚泥を存在させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の生物学的窒素除去方法。
【請求項４】
アンモニア性窒素を含む汚水を生物学的に硝化脱窒素する装置において、前記汚水を微好気的条件及び／又は間欠曝気条件下で、独立栄養性硝化菌及び独立栄養性脱窒素菌群の存在下に、アンモニア性窒素を残留させつつアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素及び／又は硝酸性窒素とを窒素ガスとして部分的に脱窒する第１窒素除去装置と、前記第１窒素除去装置の流出液を結合酸素を利用可能な独立栄養性脱窒素菌群の存在下で、該流出液中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素及び／又は硝酸性窒素とを窒素ガスとして脱窒素する第２窒素除去装置と、前記第２窒素除去装置の流出液を処理水と沈殿汚泥に分離する固液分離装置と、前記沈殿汚泥の一部を返送汚泥として第１窒素除去装置へ返送する配管とを具備し、前記第１窒素除去装置には、原水流入管、散気装置、撹拌装置、ｐＨ制御装置、および酸素含有気体の曝気の後、曝気を停止する間欠曝気を行い、前記汚水の溶存酸素濃度０．２ｍｇ／リットル以上の時間帯と溶存酸素濃度が０．２ｍｇ／リットル以下の時間帯とがあり、かつ溶存酸素濃度０．２ｍｇ／リットル以下の時間帯を溶存酸素濃度が０．２ｍｇ／リットル以上の時間帯より長く取る溶存酸素制御装置を具備することを特徴とする生物学的窒素除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンモニア性窒素を含む汚水を生物学的に浄化する生物学的窒素除去方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
汚水中に含まれるアンモニア性窒素は河川、湖沼および海洋などにおける富栄養化の原因物質の一つであり、汚水処理工程で効率的に除去されることが望まれる。一般に、汚水中のアンモニア性窒素は、硝化工程と脱窒工程によって窒素ガスにまで分解される。具体的には、硝化工程ではアンモニア性窒素は好気条件で独立栄養性細菌であるアンモニア酸化細菌によって亜硝酸性窒素に酸化され、この亜硝酸性窒素が独立栄養性細菌である亜硝酸酸化細菌によって硝酸性窒素に酸化される。次の脱窒工程ではこれらの亜硝酸性窒素および硝酸性窒素は嫌気条件下で、従属栄養性細菌である脱窒菌により、有機物を電子供与体として利用しながら窒素ガスにまで分解される。
【０００３】
このような従来の生物学的窒素除去法では、アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素および硝酸性窒素に酸化する硝化工程では多量の酸素が必要であり、また従属栄養性細菌である脱窒菌を利用する脱窒工程では、電子供与体としてメタノールなどの有機物を多量に添加する必要があるので、ランニングコストを増加させている。
【０００４】
ところで、近年、嫌気条件下でアンモニア性窒素を電子供与体、硝酸性窒素を電子受容体として両者を反応させ、窒素ガスを生成することができる独立栄養性の微生物群を利用した新しい窒素処理技術の開発が進められている。
【０００５】
例えば特開平８−１９２１８５号では、アンモニア性窒素を含む汚水を硝化槽で部分的に硝化して、アンモニア性窒素の一部を残留させる部分硝化工程の後、部分硝化工程流出液のアンモニア性窒素、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素とを結合酸素脱窒工程で独立栄養微生物群と反応させて除去している。しかしながら、このような方法においては、処理が以下のような現象で極めて不安定であり窒素除去が不十分で、実用性に乏しいという問題点があった。すなわち、一般的には硝化反応は概ねアンモニア性窒素が残留しない状態で設定されており、部分硝化工程でアンモニアを残留させつつ亜硝酸性窒素や硝酸性窒素にするには、ＤＯやＭＬＳＳ（汚泥濃度）を極めて高い精度で原水状況に応じて調整する必要があること。結合酸素脱窒工程においては、アンモニア性窒素が残留しすぎると亜硝酸性窒素、硝酸性窒素が当量比以上で結果的にはアンモニア性窒素が残留する。逆にアンモニア性窒素が少なく亜硝酸性窒素、硝酸性窒素が当量比以上になると亜硝酸性窒素、硝酸性窒素が残留する。
【０００６】
また、特開２０００−１０４９９２では、汚水の一部を亜硝酸化槽に導入し、槽内のアンモニア酸化細菌を含む生物汚泥と混合し、散気装置から曝気して、アンモニア酸化細菌によりアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素に酸化する。亜硝酸化槽内の亜硝酸化液は独立栄養性脱窒槽に導入するとともに、バイパス汚水路から汚水の他の一部を導入し、槽内の独立栄養性脱窒菌を含む生物汚泥と混合し、嫌気条件下に脱窒を行う方法が開示されている。しかしながら、この方法においても、亜硝酸化槽においても、曝気時間、ｐＨ条件によっては、汚水中のアンモニア性窒素は硝酸化まで反応が進行し、結果的には嫌気条件下において独立栄養性脱窒菌による脱窒が不十分な場合が多く、処理の安定性がなく実用性に問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、低コストで、しかも容易に高い処理水質が得られる生物学的窒素除去方法を提案することである。本発明の他の課題は、低コストで、しかも容易に高い処理水質が得られる生物学的窒素除去装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を次の構成からなる生物学的窒素除去方法および装置により解決するものである。
（１）アンモニア性窒素を含む汚水を生物学的に硝化脱窒素する方法において、前記汚水を第１窒素除去工程に導入し、前記第１窒素除去工程では、酸素含有気体の曝気の後、曝気を停止する間欠曝気を行い、前記汚水の溶存酸素濃度０．２ｍｇ／リットル以上の時間帯と溶存酸素濃度が０．２ｍｇ／リットル以下の時間帯とがあり、かつ溶存酸素濃度０．２ｍｇ／リットル以下の時間帯を溶存酸素濃度が０．２ｍｇ／リットル以上の時間帯より長く取るように制御し、独立栄養性硝化菌及び独立栄養性脱窒素菌群の存在下に、アンモニア性窒素を残留させつつ、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素及び／又は硝酸性窒素とを窒素ガスとして部分的に脱窒し、前記第１窒素除去工程の流出液を結合酸素を利用可能な独立栄養性脱窒素菌群の存在下で、該流出液中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素及び／又は硝酸性窒素とを窒素ガスとして脱窒素する第２窒素除去工程で処理することを特徴とする生物学的窒素除去方法。
【０００９】
（２）前記第１窒素除去工程及び第２窒素除去工程において、汚水のｐＨは７．５〜９．５に設定することを特徴とする前記（１）記載の生物学的窒素除去方法。
（３）前記第１窒素除去工程及び第２窒素除去工程において、微生物担体および活性汚泥を存在させることを特徴とする前記（１）又は（２）記載の生物学的窒素除去方法。
【００１０】
（４）アンモニア性窒素を含む汚水を生物学的に硝化脱窒素する装置において、前記汚水を微好気的条件及び／又は間欠曝気条件下で、独立栄養性硝化菌及び独立栄養性脱窒素菌群の存在下に、アンモニア性窒素を残留させつつアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素及び／又は硝酸性窒素とを窒素ガスとして部分的に脱窒する第１窒素除去装置と、前記第１窒素除去装置の流出液を結合酸素を利用可能な独立栄養性脱窒素菌群の存在下で、該流出液中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素及び／又は硝酸性窒素とを窒素ガスとして脱窒素する第２窒素除去装置と、前記第２窒素除去装置の流出液を処理水と沈殿汚泥に分離する固液分離装置と、前記沈殿汚泥の一部を返送汚泥として第１窒素除去装置へ返送する配管とを具備し、前記第１窒素除去装置には、原水流入管、散気装置、撹拌装置、ｐＨ制御装置、および酸素含有気体の曝気の後、曝気を停止する間欠曝気を行い、前記汚水の溶存酸素濃度０．２ｍｇ／リットル以上の時間帯と溶存酸素濃度が０．２ｍｇ／リットル以下の時間帯とがあり、かつ溶存酸素濃度０．２ｍｇ／リットル以下の時間帯を溶存酸素濃度が０．２ｍｇ／リットル以上の時間帯より長く取る溶存酸素制御装置を具備することを特徴とする生物学的窒素除去装置。
【００１１】
本発明の好ましい実施態様として、以下のものがある。
（５）前記第１窒素除去工程は、汚水のｐＨは７．５〜９．５の条件下に置くことにより前記独立栄養性脱窒素菌群を優先させるか、又は前記条件下で増量培養した前記独立栄養性脱窒素菌群を添加することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の生物学的窒素除去方法。
（６）前記第１窒素除去工程及び第２窒素除去工程には、複数の反応槽を設けることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の生物学的窒素除去方法。
（７）前記第１窒素除去装置および第２窒素除去装置に、微生物担体および活性汚泥を共存させることを特徴とする前記（４）記載の生物学的窒素除去装置。
（８）前記第１窒素除去装置は、溶存酸素濃度が０．２ｍｇ／リットル以上の時間帯と溶存酸素濃度が０．２ｍｇ／リットル以下の時間帯があるように間欠曝気する散気装置を有することを特徴とする前記（４）記載の生物学的窒素除去装置。
（９）前記第１窒素除去装置および第２窒素除去装置には、複数の反応槽を設けたことを特徴とする前記（４）及び（７）〜（８）のいずか１項に記載の生物学的窒素除去装置。
【００１２】
本発明において、「脱窒」は特にことわらない限り独立栄養性脱窒菌による脱窒を意味する。本発明で処理の対象となる汚水はアンモニア性窒素を含む汚水であり、有機物、亜硝酸性窒素、その他の不純物などを含んでいてもよい。有機性窒素化合物を含む汚水は、そのまま本発明に供してもよいが、嫌気性処理又は好気性処理などにより有機性窒素化合物をアンモニア性窒素に変換したのち、本発明に供してもよい。また、ＢＯＤ濃度にはこだわらないが、独立栄養性脱窒素菌群の存在割合を増加させるために、あらかじめＢＯＤだけを生物処理して、ＢＯＤをアンモニア性窒素に対して１／２以下にした後、本発明に供するのが効果的である。
本発明で処理の対象となる汚水の例としては、し尿、下水、嫌気性消化槽脱離液、ごみ浸出水、肥料工場排水などが挙げられる。
【００１３】
本発明の生物学的窒素除去は、アンモニア性窒素を含む汚水を微好気的条件及び／又は間欠曝気条件下で、独立栄養性硝化菌及び独立栄養性脱窒素菌群の存在下に、アンモニア性窒素を残留させつつ、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素及び／又は硝酸性窒素とを窒素ガスとして部分的に脱窒する第１窒素除去工程と、前記第１窒素除去工程の流出液を結合酸素を利用可能な独立栄養性脱窒素菌群の存在下で、該流出液中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素及び／又は硝酸性窒素とを窒素ガスとして脱窒素する第２窒素除去工程で処理することを特徴とする生物学的処理方法である。
【００１４】
第２窒素除去工程では、汚水中のアンモニア性窒素の約１／３〜１／２量を亜硝酸性窒素あるいは硝酸性窒素に酸化すると同時に、残留したアンモニア性窒素で生成した亜硝酸性窒素あるいは硝酸性窒素を脱窒する。
反応式は式（１）〜（４）のようになる。
１）亜硝酸性窒素の生成
ＮＨ4+＋  ３／２Ｏ2→  ＮＯ2-＋  ２Ｈ+＋  Ｈ2Ｏ・・・（１）
２）硝酸性窒素の生成
ＮＯ2-＋  １／２Ｏ2→  ＮＯ3-・・・・・・・・・・・・（２）
３）アンモニア性窒素と亜硝酸結合酸素を用いた独立栄養性脱窒素菌群による脱窒反応
ＮＨ4+＋  ＮＯ2-→  Ｎ2＋  ２Ｈ2Ｏ・・・・・・・・・・（３）
４）アンモニア性窒素と硝酸結合酸素を用いた独立栄養性脱窒素菌群による脱窒反応
ＮＨ4+＋  ２／３ＮＯ3-→  ５／６Ｎ2＋  ２Ｈ2Ｏ・・・・（４）
【００１５】
本発明の第１窒素除去工程では圧倒的に（１）と（３）の反応が主流であり、（２）と（４）の反応は極めて起こりにくい。さらに、（１）と（３）の反応のトリガーとなるのは、第１窒素除去工程に概ね１ｍｇ／リットル以上、好ましくは３ｍｇ／リットルの遊離のアンモニアが存在することである。遊離のアンモニアを存在せしめるためには、流入するアンモニア性窒素に応じて水温及び／又はｐＨを操作するのが好ましい。目安になる算定式を式（５）と（６）に示す。
[NH３-N] = ｛[NH４+ -N][10pH] ｝/ ｛(Kｂ  /Kｗ  )+10pH｝…… (5)
(Kｂ  /Kｗ  ) = exp(6334/(273+T)) ……(6)
ここで、〔ＮＨ3−Ｎ〕は遊離のアンモニア濃度（ｍｇ−Ｎ／リットル）、〔ＮＨ4+−Ｎ〕はアンモニア性窒素濃度（ｍｇ−Ｎ／リットル）、Ｔは温度（℃）である。
【００１６】
生物処理では希釈により処理を安定させるのが一般的であり、たとえ、数千ｍｇ／リットルのアンモニア性窒素が流入したときでも、反応槽内は高々数百ｍｇ／リットルのアンモニア性窒素濃度となっている。従って、式（５）で求められた値よりは、水温又は／及びｐＨはやや高めに設定するのが好ましい。さらに、ｐＨ７．５以上の条件下で増量培養した前記独立栄養性脱窒素菌群を添加することでも、第１窒素除去工程の反応は促進される。
【００１７】
本発明者らが長期に実験した結果では、水温は１０℃〜８０℃、好ましくは２０℃〜６０℃であり、ｐＨは７．５以上、好ましくは７．５〜９．５に設定することで、遊離のアンモニアは概ね１ｍｇ／リットル以上となり、第１窒素除去工程では圧倒的に（１）と（３）の反応が進行した。ｐＨ７以下では、遊離（ガス状）のアンモニアが１．０ｍｇ／リットル以下となるが７．５以上では３ｍｇ／リットル以上となり、亜硝酸性窒素を硝酸性窒素に変換する亜硝酸酸化細菌の増殖が大幅に抑制され、アンモニア性窒素は大部分が亜硝酸性窒素で反応を停止する。
【００１８】
さらに、この第１窒素除去工程における、重要な操作条件として、工程内のＤＯ（溶存酸素）濃度があることが長期の実験で明らかとなった。すなわち、式（１）、式（２）に示すように、アンモニア性窒素をすべて硝酸性窒素はもちろん亜硝酸性窒素に変換させないこと、変換した亜硝酸性窒素の脱窒素のためにＤＯの供給を制限することが、処理を安定させるために重要な因子であることが明らかとなった。そのため、この第１窒素除去素工程は、溶存酸素濃度を常時１ｍｇ／リットル未満となるように酸素含有気体を曝気し、微好気的条件にするか、又は１ｍｇ／リットル以上の場合において溶存酸素濃度が０．２ｍｇ／リットル以下、好ましくは０ｍｇ／リットルの時間帯があるように間欠曝気することが重要である。間欠曝気の場合、ＤＯ濃度が０．２ｍｇ／リットル以下の時間を０．２ｍｇ／リットル以上の時間より長く取るほうが好ましい。なお、ＤＯ供給方法は微好気と間欠曝気を組み合わせてもよい。
【００１９】
また、本発明では、活性汚泥（浮遊微生物）だけでも独立栄養性脱窒素菌群と独立栄養性硝化菌を増殖でき、第１窒素除去工程における反応は可能であるが、第１窒素除去工程に微生物担体を添加すると、この表面に独立栄養性脱窒素菌群と独立栄養性硝化菌の生物膜が形成され、反応が促進される。活性汚泥と微生物担体表面のそれぞれの菌数が微妙に異なるため、相互に効果を出し合うために、第１窒素除去工程の反応時間が短縮するだけでなく、汚水中のアンモニア性窒素にも対応でき処理が極めて安定する。
また、第１窒素除去工程の内部を多段にすることで、汚水中のアンモニア性窒素濃度に応じた適切な、ｐＨ、汚泥濃度が選択でき、より安定した第１窒素除去処理が可能となる。具体的には汚水の流入端側ではｐＨを低めに設定し、窒素負荷を高めるためにＭＬＳＳを下げる、工程の流出側ではｐＨを高めに設定し、ＭＬＳＳを上げることの操作が可能となる。
【００２０】
第２窒素除去工程では、前段の第１窒素除去工程の流出液中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素及び／又は硝酸性窒素とを結合酸素を利用可能な独立栄養性脱窒素菌群の存在下で、窒素ガスとして脱窒素する工程である。この工程では、嫌気条件下で、ＤＯ濃度は好ましくは０．２ｍｇ／リットル以下とすることにより脱窒反応が効率よく進行し、流入したアンモニア性窒素はほぼ完全に脱窒される。本発明では、前段の第１窒素除去工程においては、前述したようにＤＯの制御がなされているために、特別な方法を採らずに容易に嫌気条件下とすることが可能である。また、第１窒素除去工程でＢＯＤは５０ｍｇ／リットル以下となっており独立栄養性脱窒素菌群の増殖に好適な環境となっている。脱窒の過程においてはアルカリ度が上昇するので、このアルカリ度を前段の第１窒素除去工程に循環することも可能である。
【００２１】
また、第２窒素除去工程の内部を多段にし返送汚泥を調整することで、前記第１窒素除去工程と同様に流入水のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素／硝酸性窒素濃度に応じた適切な、ｐＨ、汚泥濃度が選択でき、より安定した脱窒処理が可能となる。
第２窒素除去工程に微生物担体を添加すると、この表面に独立栄養性脱窒素菌群と独立栄養性硝化菌の生物膜が形成され、反応が促進される。活性汚泥と微生物担体表面のそれぞれの菌数が微妙に異なるため、相互に効果を出し合うために、この工程の反応時間が短縮するだけでなく、汚水中のアンモニア性窒素の変動にも対応でき処理が極めて安定する。
【００２２】
本発明の生物学的窒素除去装置を構成する第１窒素除去装置及び第２窒素除去装置２には、前述した活性汚泥式、活性汚泥＋微生物担体を添加方式だけでなく生物ろ過方式（浮上ろ材や浸漬ろ材）からの任意のものが使用できる。また、第１窒素除去装置及び第２窒素除去装置の内部を多段にすることで、汚水中のアンモニア性窒素濃度に応じた適切な、ｐＨ、汚泥濃度が選択でき、より安定した脱窒処理が可能となる。固液分離装置には沈殿池だけでなく、中空糸膜の膜分離装置やダイナミックろ過装置が採用できる。
【００２３】
第１窒素除去装置は、アンモニア酸化細菌の活性を高く、かつ亜硝酸酸化細菌の活性が低くなるように抑制されるとともに、独立栄養性脱窒素菌群によってアンモニア性窒素を用いて脱窒される。また、アンモニア性窒素をすべて硝酸性窒素はもちろん亜硝酸性窒素に変換させない装置である。
すなわち、水温は１０℃〜８０℃、好ましくは２０℃〜６０℃であり、ｐＨは７．５〜１０．５、好ましくは７．５〜９．５に設定する。さらに、溶存酸素濃度を常時１ｍｇ／リットル未満となるように酸素含有気体を曝気し、微好気的条件にするか、又は１ｍｇ／リットル以上の場合において溶存酸素濃度が０．２ｍｇ／リットル以下、好ましくは０ｍｇ／リットルの時間帯があるように間欠曝気することが重要である。間欠曝気の場合、ＤＯ濃度が０．２ｍｇ／リットル以下の時間を０．２ｍｇ／リットル以上の時間より長く取るほうが好ましい。窒素負荷は３ｋｇ−Ｎ／ｍ3・ｄａｙ以下になるように制御する。
【００２４】
本発明の生物学的窒素除去装置を構成する第２窒素除去装置は、前段の第１窒素除去工程の流出液中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素及び／又は硝酸性窒素とを結合酸素を利用可能な独立栄養性脱窒素菌群の存在下で、窒素ガスとして脱窒素する。この装置では、嫌気条件下で、脱窒反応が効率よく進行し、流入したアンモニア性窒素はほぼ完全に脱窒される。すなわち、水温は１０℃〜８０℃、好ましくは２０℃〜６０℃であり、ｐＨは７．５〜１０．５、好ましくは７．５〜９．５に設定する。窒素負荷は１ｋｇ−Ｎ／ｍ3・ｄａｙ以下になるように制御する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照にして詳細に説明するが、本発明はこの図面に限定されるものではない。
なお、実施の形態および実施例を説明する全図において、同一機能を有する構成要素は同一符号を付けて説明する。
【００２６】
図１は、本発明の処理方式による一例のフローシートを示す。
本発明の処理装置の構成は、第１窒素除去装置１、第２窒素除去装置２、固液分離装置３からなる。以下、アンモニア性窒素を含む汚水を原水という。
原水４の全量が第１窒素除去装置１に供給される。その際に第１窒素除去装置１には、固液分離装置３にて固液分離された返送汚泥６も供給されている。原水投入量は窒素負荷が３ｋｇ−Ｎ／ｍ３・ｄ以下になるように制御している。第１窒素除去装置１は散気装置１０を用い、間欠的に空気９が供給され、空気の供給タイミングは、ＤＯが０．２ｍｇ／リットル以下の時間が０．２ｍｇ／リットル以上になる時間よりも長くなり、さらに０ｍｇ／リットルの時間があるように制御している。また、ｐＨ制御装置１１を用いアルカリ添加により、装置内のｐＨを７．５〜１０．５、好ましくは７．５〜９．５の範囲内に制御してある。第１窒素除去装置１において、原水４はアンモニア性窒素の１／３〜１／２が亜硝酸性窒素に若干が硝酸性窒素に酸化され、この反応と並行して原水４中のアンモニア性窒素で亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素が反応して窒素ガスとして脱窒素する。
【００２７】
第１窒素除去装置流出液７は全量、第２窒素除去装置２に流入し、残存しているアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素および硝酸性窒素が反応して窒素ガスとなり、ガス排出管１４より装置外へ排出される。窒素負荷は１ｋｇ−Ｎ／ｍ3・ｄ以下になるように制御している。第２窒素除去装置２でもｐＨ制御装置１２を用いて装置内のｐＨを７．５〜１０．５、好ましくは７．５〜９．５に制御している。第１窒素除去装置１にてｐＨ制御を行っており、第２窒素除去装置２でのｐＨ変動は小さいため、第２窒素除去装置２でのｐＨ制御は省略することも可能である。
第２窒素除去装置流出液８は固液分離装置３に導入され、汚泥と処理水５に分離される。分離された汚泥は返送汚泥６として第１窒素除去装置１へ返送される。処理水５は系外に排出する。また固液分離された汚泥の一部は余剰汚泥１３として系外に排出する。
【００２８】
図１においては、第１窒素除去装置１及び第２窒素除去装置２には、担体１７を添加した活性汚泥＋微生物担体の添加方式を示しているが、前述した活性汚泥のみの活性汚泥方式、さらに生物膜ろ過方式（浮上ろ材や浸漬ろ材）のうちの任意のものが使用できる。また、第１窒素除去装置１及び第２窒素除去装置２の内部を多段にすることで、汚水中のアンモニア性窒素濃度に応じた適切なｐＨ、汚泥濃度が選択でき、より安定した脱窒処理が可能となる。固液分離装置には沈殿池だけでなく、中空糸膜の膜分離装置やダイナミックろ過装置が採用できる。
【００２９】
【実施例】
以下において、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により制限されるものではない。
【００３０】
実施例１
この実施例においては、図１に示すようなフローによりごみ浸出水の処理を行った。各装置の容量は、第１窒素除去装置１；１０リットル、第２窒素除去装置２；１０リットルからなる。
最初に原水４であるごみ浸出水の水質を第１表に示す。この場合、ＢＯＤは２０ｍｇ／リットル、アンモニア性窒素３９０ｍｇ／リットルであり、ＢＯＤはアンモニア性窒素に対し１／２以下となった。なお、各表においてアンモニア性窒素はＮＨ4−Ｎで表し、亜硝酸性窒素はＮＯ2−Ｎで表し、硝酸性窒素はＮＯ3−Ｎで表す。また、図４〜７においても同様とする。
【００３１】
【表１】
0004302341.tif 000002
【００３２】
原水４は、第１窒素除去装置１に供給し、窒素除去を行った。第１窒素除去装置１の運転条件を第２表に示す。第１窒素除去装置１には５ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍのスポンジ担体を装置容積の１０ｖ／ｖ％投入し、攪拌機を用いて連続攪拌を行った。ＤＯ制御は１分間曝気、５分間停止の間欠曝気で行った。ｐＨ制御はｐＨコントローラを用い８．７より高くなった場合Ｈ2ＳＯ4、８．５より低くなった場合ＮａＯＨを添加することにより行った。ＮａＯＨの消費量は１．８〜２．５ｇ／ｄ、Ｈ2ＳＯ4はほとんど消費されなかった。
【００３３】
【表２】
0004302341.tif 000003
【００３４】
第１窒素除去装置流出液７の全量を第２窒素除去装置２に導入した。第２窒素除去装置２の運転条件を第３表に示す。第２窒素除去装置には５ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍのスポンジ担体を装置容積の１０ｖ／ｖ％投入し、攪拌機を用いて密閉状態で連続攪拌を行った。空気による曝気は行わず、ＤＯは常に０．２ｍｇ／リットル以下、ｐＨは８．６であり、ｐＨ制御は不要であった。
【００３５】
【表３】
0004302341.tif 000004
【００３６】
第４表に各装置の入口と出口での水質を示す。第１窒素除去装置１ではアンモニア性窒素が約９０％減少し、亜硝酸性窒素および硝酸性窒素の増加が認められた。第２窒素除去装置２ではアンモニア性窒素、亜硝酸性窒素および硝酸性窒素はほぼ１００％除去され、処理水のアンモニア性窒素、亜硝酸性窒素および硝酸性窒素は１ｍｇ／リットル以下となり、ほぼ完全に窒素は除去されていた。
【００３７】
【表４】
0004302341.tif 000005
【００３８】
実施例２
実施例１と同様のフローにて、第１窒素除去装置１及び第２窒素除去装置２に担体を添加せず、実施例１と同じ原水４の処理を行った。担体を投入しない以外は運転条件も実施例１と同様とした。
第５表に各装置の入口と出口での水質を示す。第１窒素除去装置１ではアンモニア性窒素が約９０％除去され、亜硝酸性窒素および硝酸性窒素の増加が認められた。実施例１に比べ硝酸性窒素濃度が高かった。第２窒素除去装置２ではアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素はほぼ１００％除去され、硝酸性窒素も２５％程度除去され、処理水のアンモニア性窒素および亜硝酸性窒素は１ｍｇ／リットル以下であったが、硝酸性窒素は２４ｍｇ／リットルと実施例１より高い結果となった。
【００３９】
【表５】
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【００４０】
実施例３
この実施例においては、図２に示すようなフローにより屎尿処理をおこなった。接触酸化装置１９によるＢＯＤの低減を行ってから生物学的窒素除去を行った。各装置の容量は、接触酸化装置１９；１０リットル、第１窒素除去装置１；１０リットル、第２窒素除去装置２；１０リットルからなる。
最初に原水４である希釈屎尿の水質を第６表に示す。この場合、ＢＯＤは８６０ｍｇ／リットル、アンモニア性窒素３８５ｍｇ／リットルであり、ＢＯＤはアンモニア性窒素に対し２．２倍程度となった。
【００４１】
【表６】
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【００４２】
原水４は、接触酸化装置１９にも供給しＢＯＤ除去を行った。接触酸化装置１９の運転条件を第７表に示す。接触酸化装置１９には５０×５０×８０ｍｍのハニカム構造のろ材２１を浸漬させ、連続曝気を行った。
【００４３】
【表７】
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【００４４】
第１窒素除去装置１及び第２窒素除去装置２の運転条件は、実施例１と同様とした。
第８表に各装置の入口と出口での水質を示す。接触酸化装置１９ではＢＯＤが約８０％除去された。接触酸化装置流出液２０は、ＢＯＤ１８０ｍｇ／リットル、アンモニア性窒素３６５ｍｇ／リットルであり、ＢＯＤはアンモニア性窒素に対し１／２程度となった。第１窒素除去装置１ではアンモニア性窒素が約９０％減少し、亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素の増加が認められた。第２窒素除去装置２ではアンモニア性窒素および亜硝酸性窒素はほぼ１００％除去され、硝酸性窒素は４０％程度除去された。第１窒素除去装置１の前に接触酸化装置１９を設けＢＯＤを除去することにより、第１窒素除去装置１内にて独立栄養性脱窒細菌による脱窒処理が優先的に進行する結果となった。
【００４５】
【表８】
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【００４６】
比較例１
従来の硝化脱窒法であるメタノール注入による生物学的窒素除去を行った。フローを図３に示す。
実施例１と槽の大きさ及び配置は同様とし、第１窒素除去装置１を連続曝気し、かつ、ｐＨの制御を行わずに通常の硝化槽とし、第２窒素除去装置２を脱窒槽として運転した。第１窒素除去装置１の運転条件を第９表に示す。
第１窒素除去装置には、５ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍのスポンジ担体を装置容積の１０ｖ／ｖ％投入し、攪拌機を用いて連続攪拌を行った。第２窒素除去装置２は連続攪拌を行いメタノール注入量は０ｇ／ｄとした。
【００４７】
【表９】
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【００４８】
第１０表に各装置の入口と出口での水質を示す。第１窒素除去装置１ではアンモニア性窒素は１００％硝化し、ほとんど硝酸性窒素に変化した。また、ｐＨ制御を行わなかったため、６．５まで低下した。第２窒素除去装置２では硝酸性窒素はほとんど除去されなかった。また、沈殿池での脱窒による汚泥浮上が激しく汚泥管理が困難であった。第１窒素除去装置１と第２窒素除去装置２あわせての窒素除去率は２１％であり、実施例１、２に比べ除去率が非常に小さい結果となった。
【００４９】
【表１０】
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【００５０】
比較例２
比較例１と同様に、従来の硝化脱窒法であるメタノール注入による生物学的窒素除去を行った。フローを図３に示す。
実施例１と槽の大きさおよび配置は同様とし、第１窒素除去装置１は連続曝気し、かつ、ｐＨの制御を行わずに通常の硝化槽として運転し、第２窒素除去装置２にはメタノールを８．０ｇ／ｄ添加し連続攪拌を行い脱窒槽とし、メタノールの残留があったため３リットルの再曝気槽を沈殿池の前に付けて運転した。
【００５１】
各装置の入口と出口での水質を第１１表に示す。アンモニア性窒素は１００％硝化し、ほとんど硝酸性窒素に変化した。また、ｐＨ制御を行わなかったため、６．５まで低下した。第２窒素除去装置２ではメタノールを添加することにより脱窒が進行し、硝酸性窒素は９０％除去された。第１窒素除去装置１と第２窒素除去装置２あわせての窒素除去率は約９０％であり、従来の硝化脱窒法の場合、メタノールを投入窒素量の３．４倍の８．０ｇ／ｄ添加したにも拘わらず、処理水水質が実施例１より悪くなる結果であった。
【００５２】
【表１１】
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【００５３】
確認実験１
実施例１の第１窒素除去装置１及び第２窒素除去装置２にて、独立栄養性脱窒細菌によるアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の減少が起こっていることを確認するために、活性汚泥混合液および担体を用いアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素による脱窒の回分処理を行った。
回分処理の原水は、連続実験で用いたごみ浸出水に亜硝酸性窒素および硝酸性窒素が４００ｍｇ／リットルとなるようにＮａＮＯ2とＮａＮＯ3を添加した。原水のＢＯＤは１０ｍｇ／リットル以下であった。
【００５４】
（１）活性汚泥単独の場合
活性汚泥の窒素除去速度測定は、活性汚泥混合液に上記原水をアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素が６０ｍｇ／リットル、硝酸性窒素が５０ｍｇ／リットル、ＢＯＤが５ｍｇ／リットル以下、ＭＬＳＳが３０００ｍｇ／リットルになるように密閉容器に入れ連続攪拌し反応させた。槽内ＤＯは常に０ｍｇ／リットル、ｐＨは８．５〜８．６であった。
第１窒素除去装置１の場合のアンモニア性窒素、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素の挙動を図４に示す。１０時間処理後、アンモニア性窒素はほぼ１００％、亜硝酸性窒素は８３％減少していた。この結果より求めたアンモニア性窒素の除去速度は２．０ｍｇ−Ｎ／ｇ−ＭＬＳＳ／ｈ、亜硝酸性窒素の除去速度は１．７ｍｇ−Ｎ／ｇ−ＭＬＳＳ／ｈであった。硝酸性窒素は１７％減少しており、硝酸性窒素の除去速度は０．３ｍｇ−Ｎ／ｇ−ＭＬＳＳ／ｈであった。アンモニア性窒素、亜硝酸性窒素に比べ硝酸性窒素の除去速度は低かった。
【００５５】
（２）担体単独の場合
担体の除去速度測定は、担体と処理水と上記原水を混合し、担体が２０ｖ／ｖ％、アンモニア性窒素、亜硝酸性窒素および硝酸性窒素が６０ｍｇ／リットル、ＢＯＤ１０ｍｇ／リットルとなるように密閉容器に入れ連続攪拌し反応させた。槽内ＤＯは常に０．２ｍｇ／リットル以下、ｐＨは８．５〜８．７であった。
第１窒素除去装置１の場合のアンモニア性窒素、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素の挙動を図５に示す。７．５時間処理後、アンモニア性窒素はほぼ１００％、亜硝酸性窒素は８６％減少していた。この結果より求めたアンモニア性窒素の除去速度は３６ｍｇ−Ｎ／リットル−担体・ｈ、亜硝酸性窒素の除去速度は３２ｍｇ−Ｎ／リットル−担体・ｈであった。硝酸性窒素は１４％減少しており、硝酸性窒素の除去速度は５．３ｍｇ−Ｎ／リットル−担体・ｈであった。アンモニア性窒素、亜硝酸性窒素に比べ硝酸性窒素の除去速度は低かった。
第１窒素除去装置１と第２窒素除去装置２はほぼ同じ結果であった。以上の結果から、第１及び第２窒素除去装置２では、亜硝酸性窒素をアンモニア性窒素で脱窒できる脱窒菌の存在が担体、活性汚泥共に認められた。
【００５６】
確認実験２
比較例１の第１窒素除去装置１および第２窒素除去装置２についても同様の確認を行った。
（１）活性汚泥単独の場合
第１窒素除去装置１の場合のアンモニア性窒素、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素の挙動を図６に示す。１０時間処理後、アンモニア性窒素、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素はほとんど減少しなかった。これらの結果より求めた除去速度はアンモニア性窒素  ０．０７ｍｇ−Ｎ／ｇ−ＭＬＳＳ／ｈ、亜硝酸性窒素  ０．０７ｍｇ−Ｎ／ｇ−ＭＬＳＳ／ｈ、硝酸性窒素  ０．０３ｍｇ−Ｎ／ｇ−ＭＬＳＳ／ｈであった。
【００５７】
（２）担体単独の場合
第１窒素除去装置１の場合のアンモニア性窒素、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素の挙動を図７に示す。１０時間処理後、アンモニア性窒素、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素はほとんど減少しなかった。これらの結果より求めた除去速度はアンモニア性窒素  ０．４ｍｇ−Ｎ／リットル−担体・ｈ、亜硝酸性窒素  ０．４ｍｇ−Ｎ／リットル−担体・ｈ、硝酸性窒素  ０．２ｍｇ−Ｎ／リットル−担体・ｈであった。
第１窒素除去装置１と第２窒素除去装置２はほぼ同じ結果であった。以上から、比較例１の第１窒素除去装置１および第２窒素除去装置２では、担体、活性汚泥共に亜硝酸性窒素をアンモニア性窒素で脱窒できる脱窒菌の存在は皆無に等しかった。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、アンモニア性窒素を含んだ廃水の処理において、ＤＯおよびｐＨを制御した第１窒素除去装置と第２窒素除去装置にて、廃水を生物学的窒素除去方法により窒素除去を行うことにより、酸素必要量が従来方法よりも低減でき、かつ、メタノール等の電子供与体を使用せずに窒素ガスまでに脱窒素することが可能であることから、低コスト化がはかれる。さらに亜硝酸性窒素を優先的に生成させると同時に、亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素との反応を促進する効果も認められ、容易な制御で確実に窒素除去を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の生物学的窒素除去装置を示すフローである。
【図２】本発明の接触酸化装置を前段に設けた生物学的窒素除去装置を示すフローである。
【図３】従来法の硝化脱窒素法であるメタノール添加による生物学的窒素除去装置のフローである。
【図４】実施例１における活性汚泥の回分試験結果である。
【図５】実施例１における担体の回分試験結果である。
【図６】比較例１における活性汚泥の回分試験結果である。
【図７】比較例１における担体の回分試験結果である。
【符号の説明】
１  第１窒素除去装置
２  第２窒素除去装置
３  固液分離装置
４  原水
５  処理水
６  返送汚泥
７  第１窒素除去装置流出液
８  第２窒素除去装置流出液
９  空気
１０  散気装置
１１、１２  ｐＨ制御装置
１３  余剰汚泥
１４  ガス排出管
１５、１６  攪拌装置
１７  担体
１８  メタノール添加装置
１９  接触酸化装置
２０  接触酸化装置流出液
２１  ハニカム構造のろ材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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