(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア性窒素を含有する原水を脱窒槽に供給し、該脱窒槽内のアンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体とする脱窒微生物の作用により亜硝酸性窒素の存在下に生物脱窒する方法において、
該原水は、当該生物脱窒において、そのままでは酸素消費速度が０．１ｍｇ／Ｌ／ｈｒ未満となる原水であり、
該脱窒槽内の前記脱窒微生物を含む混合液の酸素消費速度が０．１〜１０ｍｇ／Ｌ／ｈｒになるように、該脱窒槽にＢＯＤ源を添加する生物脱窒方法であって、
該ＢＯＤ源が有機物含有水を生物処理して排出された生物処理水であることを特徴とする生物脱窒方法。
【請求項２】
アンモニア性窒素を含有する原水の流入口と、処理液の流出口とを有し、アンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体とする脱窒微生物の作用により亜硝酸性窒素の存在下に生物脱窒する脱窒槽と、
該脱窒槽内の前記脱窒微生物を含む混合液の酸素消費速度を測定する酸素消費速度測定手段と、
該脱窒槽へＢＯＤ源を供給するＢＯＤ源供給手段と、
前記酸素消費速度測定手段の測定値に基づいて、  該脱窒槽内の前記脱窒微生物を含む混合液の酸素消費速度が０．１〜１０ｍｇ／Ｌ／ｈｒになるように、前記ＢＯＤ源供給手段が供給するＢＯＤ源の供給量を制御する制御手段と
を備える生物脱窒装置であって、
該原水は、当該生物脱窒において、そのままでは酸素消費速度が０．１ｍｇ／Ｌ／ｈｒ未満となる原水であり、
該ＢＯＤ源が有機物含有水を生物処理して排出された生物処理水であることを特徴とする生物脱窒装置。
【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有する原水を、アンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体とする脱窒微生物の作用で亜硝酸性窒素の存在下に生物脱窒する方法及び装置に係り、特に、この生物脱窒において、反応系内の酸素による反応阻害を防止して安定かつ効率的な生物脱窒を行うための生物脱窒方法及び生物脱窒装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排液中に含まれるアンモニア性窒素は河川、湖沼及び海洋などにおける富栄養化の原因物質の一つであり、排液処理工程で効率的に除去する必要がある。一般に、排水中のアンモニア性窒素は、アンモニア性窒素をアンモニア酸化細菌により亜硝酸性窒素に酸化し、更にこの亜硝酸性窒素を亜硝酸酸化細菌により硝酸性窒素に酸化する硝化工程と、これらの亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素を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て窒素ガスにまで分解する脱窒工程との２段階の生物反応を経て窒素ガスにまで分解される。
【０００３】
しかし、このような従来の硝化脱窒法では、脱窒工程において電子供与体としてメタノールなどの有機物を多量に必要とし、また硝化工程では多量の酸素が必要であるため、ランニングコストが高いという欠点がある。
【０００４】
これに対して、近年、アンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体とする独立栄養性微生物（自己栄養細菌）を利用し、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを反応させて脱窒する方法が提案された。この方法であれば、有機物の添加は不要であるため、従属栄養性の脱窒菌を利用する方法と比べて、コストを低減することができる。また、独立栄養性の微生物は収率が低く、汚泥の発生量が従属栄養性微生物と比較すると著しく少ないので、余剰汚泥の発生量を抑えることができる。更に、従来の硝化脱窒法で観察されるＮ２Ｏの発生がなく、環境に対する負荷を低減できるといった特長もある。
【０００５】
この独立栄養性脱窒微生物（以下「ＡＮＡＭＭＯＸ微生物」と称す場合がある。）を利用する生物脱窒プロセスは、Strous, M et al. (1998) Appl. Microbiol. Biotechnol. Vol.50,
p.589-596に報告されており、以下のような反応でアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素が反応して窒素ガスに分解されると考えられている。
【０００６】
【化１】
0004867097.tif 000002
【０００７】
この生物脱窒反応は不安定であり、極めて低濃度の酸素を含むガス（酸素分圧０．５±０．２％）の曝気で失活することがStrous, M et al. (1997) Wat.Res. Vol.31, No.8, p.1955で報告されている。この理由は、明らかにされていないが、これは極めて低濃度の分子状酸素でもＡＮＡＭＭＯＸ微生物による酵素反応を阻害するためと推定される。Strous, M et al. (1997) Wat.Res. Vol.31, No.8, p.1955で報告されている事例を考慮すると、反応液中の溶存酸素（ＤＯ）濃度が０．２ｍｇ／Ｌという極めて低濃度でも阻害が起きることが予想される。
【０００８】
従って、このような酸素による阻害を防止するためには、脱窒槽に供給する前に、予め原水中のＤＯを除去しておくことが対処の一つとして考えられる。この場合、原水中のＤＯを０．２ｍｇ／Ｌ以下まで除去する方法としては、
(1)  還元剤の添加
(2)  窒素ガスのような酸素を含まないガスによるストリッピング
などが考えられるが、(1)の方法は高価な薬品を必要とし、また(2)の方法はガスストリッピングのための動力が必要となるという欠点がある。しかも、原水のＤＯ濃度は、環境条件その他により変化する可能性があり、従って、プロセスを安定に運転させるためには、大過剰の還元剤の添加やストリッピングが必要になるという不具合もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物による生物脱窒処理において、ＤＯによる阻害を安価に、確実に防止して、安定かつ効率的な生物脱窒を行うための生物脱窒方法及び生物脱窒装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の生物脱窒方法は、アンモニア性窒素を含有する原水を脱窒槽に供給し、該脱窒槽内のアンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体とする脱窒微生物の作用により亜硝酸性窒素の存在下に生物脱窒する方法において、該原水は、当該生物脱窒において、そのままでは酸素消費速度が０．１ｍｇ／Ｌ／ｈｒ未満となる原水であり、該脱窒槽内の前記脱窒微生物を含む混合液の酸素消費速度が０．１〜１０ｍｇ／Ｌ／ｈｒになるように、該脱窒槽にＢＯＤ源を添加する生物脱窒方法であって、該ＢＯＤ源が有機物含有水を生物処理して排出された生物処理水であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の生物脱窒装置は、アンモニア性窒素を含有する原水の流入口と、処理液の流出口とを有し、アンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体とする脱窒微生物の作用により亜硝酸性窒素の存在下に生物脱窒する脱窒槽と、該脱窒槽内の前記脱窒微生物を含む混合液の酸素消費速度を測定する酸素消費速度測定手段と、該脱窒槽へＢＯＤ源を供給するＢＯＤ源供給手段と、前記酸素消費速度測定手段の測定値に基づいて、該脱窒槽内の前記脱窒微生物を含む混合液の酸素消費速度が０．１〜１０ｍｇ／Ｌ／ｈｒになるように、前記ＢＯＤ源供給手段が供給するＢＯＤ源の供給量を制御する制御手段とを備える生物脱窒装置であって、該原水は、当該生物脱窒において、そのままでは酸素消費速度が０．１ｍｇ／Ｌ／ｈｒ未満となる原水であり、該ＢＯＤ源が有機物含有水を生物処理して排出された生物処理水であることを特徴とする。
【００１２】
ＡＮＡＭＭＯＸ微生物による生物脱窒処理において、反応系内にＤＯを消費する微生物を共存させることにより、この微生物にＤＯを消費させてＤＯによる阻害を防止することができる。本発明では、これらの微生物によってＤＯを消費させるために、脱窒槽にＢＯＤ源を供給し、脱窒槽内のＡＮＡＭＭＯＸ微生物を含む混合液中の酸素消費速度が０．１ｍｇ／Ｌ／ｈｒ以上となるように調整する。これにより、脱窒槽内のＤＯを低減してＤＯによる反応阻害を確実に防止することができる。
【００１３】
このＢＯＤ源としては、有機性廃棄物のような有機物含有水を生物処理して得られた生物処理水が好適である。通常の生物処理水はＢＯＤ濃度が低いため、これを更に別の生物処理プロセスに供給しても、生成する微生物はわずかで混合液の酸素消費速度が０．１ｍｇ／Ｌ／ｈｒ以上になりにくいが、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物による生物脱窒プロセスでは、容易に０．１ｍｇ／Ｌ／ｈｒ以上の酸素消費速度を達成できるため、安価なＢＯＤ源として有用である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の生物脱窒方法及び生物脱窒装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の生物脱窒装置の実施の形態を示す系統図である。
【００１６】
１は、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を保持する脱窒槽であり、原水が導入されて脱窒処理された後、処理水が排出される。この脱窒槽１には生物処理プロセス２の生物処理水がポンプＰによりＢＯＤ源として添加される。
【００１７】
脱窒槽１には、槽内液を採取して酸素消費速度を測定した後、脱窒槽１に戻すＯＵＲ（Ｏｘｙｇｅｎ  Ｕｐｔａｋｅ  Ｒａｔｅ）測定器３が設けられており、このＯＵＲ測定器３の測定結果が測定制御器４に入力され、この結果に基づいて生物処理水の供給ポンプＰの作動が制御される。
【００１８】
ＯＵＲ測定器３としては、図２に示す如く、ＤＯを与えた液を容器５内に入れて密栓し、スタラー６で攪拌しながら、ＤＯ電極７により経時的にＤＯ濃度を測定するものを用いることができ、測定結果を測定制御器４に入力し、ＤＯ濃度の減少曲線から酸素消費速度を計算することができる。このようなＯＵＲ測定器３は脱窒槽１にオンラインで設置しても良く、また、手動で混合液を採取して分析するようにすることもできる。
【００１９】
図１の装置においては、このようにして脱窒槽１の槽内液の酸素消費速度を測定し、この結果に基づいて生物処理水の添加量を制御することにより、脱窒槽１の槽内液の酸素消費速度が０．１ｍｇ／Ｌ／ｈｒ以上となるように制御する。即ち、槽内液の酸素消費速度が制御範囲よりも低い場合には、生物処理水の添加量を増やし、ＤＯを消費する微生物を槽内液中に増殖させて、酸素消費速度を高める。逆に酸素消費速度が制御範囲よりも高い場合には生物処理水の添加量を低減する。
【００２０】
この酸素消費速度が０．１ｍｇ／Ｌ／ｈｒ未満では、微生物によるＤＯ消費で槽内液のＤＯを十分に低下させることができず、ＤＯによる阻害で経時により脱窒効率が低下する。酸素消費速度は原水等から脱窒槽１内に持ち込まれるＤＯに対して過度に高くてもそれによる効果の向上は望めず、逆に、脱窒槽内にＡＮＡＭＭＯＸ微生物以外の微生物が増殖し、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の生育環境が悪化する恐れがある。従って、酸素消費速度は０．１〜１０ｍｇ／Ｌ／ｈｒ、好ましくは０．１〜２ｍｇ／Ｌ／ｈｒとなるように制御する。
【００２１】
ＢＯＤ源としては、安価簡便であることから、生物処理水を用いるのが好ましい。生物処理水としては特に制限はなく、生ゴミ等の有機性廃棄物の嫌気性消化処理液、屎尿の好気的生物処理水、下水処理水、産業排水処理水等を用いることができる。生物処理水は、脱窒槽１に直接添加しても良く、予め原水に混合して脱窒槽に導入してもよい。
【００２２】
脱窒槽１の槽内液の酸素消費速度の測定は、連続的に行っても間欠的に行っても良く、処理の安定性の程度に応じて酸素消費速度が０．１ｍｇ／Ｌ／ｈｒ以上となるように行えば良い。また、生物処理水等のＢＯＤ源の脱窒槽１への添加は連続的に行っても良く、また間欠的に行っても良い。
【００２３】
なお、脱窒槽１の型式としては特に制限はなく、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物のグラニュール汚泥を保持するＵＳＢ（Upflow Sludge Bed；上向流汚泥床）式や、汚泥懸濁式、固定床式、流動床式、担体添加方式などのいずれの型式のものであってよい。
【００２４】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００２５】
実施例１
窒素ガスと酸素ガスを流量計で調節して酸素分圧が０．５±０．２％となる混合ガスを作成した。酸素分圧は、コンピュータ制御付きのニードルバルブを備えた流量計で調整した。ここではコンピュータから信号を送り、バルブ開度をランダムに変化させて、酸素分圧を０．３〜０．７％の間に調整した。
【００２６】
このガスを用いて水道水を曝気し、この液に１０００ｍｇ／Ｌのアンモニアと１２００ｍｇ／Ｌの亜硝酸を加え、微量のＤＯを含む合成排水を作成した。この合成排水を使って、アンモニアを嫌気的に生物脱窒させる実験を行った。
【００２７】
脱窒槽の容積は１０Ｌであり、原水を２０Ｌ／ｄａｙ、ＢＯＤ源としての生ゴミの嫌気消化処理液を１〜１００ｍＬ／ｄａｙの速度で通液した。図２に示すＯＵＲ測定器を用いて、定期的に脱窒槽の酸素消費速度を測定した。この測定は、最初は３日ごと、１ヶ月後は２週間ごとに行い、この酸素消費速度が表１に示す値になるよう、生ゴミの嫌気消化処理液の供給速度を各測定の都度設定しなおした。
【００２８】
このときの生ゴミの嫌気消化処理液の供給速度と酸素消費速度との関係を表１に示す。また、各酸素消費速度の場合のアンモニアの除去活性の経時変化を図３に示す。なお、アンモニア除去活性は、酸素消費速度０．１ｍｇ／Ｌ／ｈｒに制御した場合の０．５ヶ月後のアンモニア除去速度を基準として相対値で示した。
【００２９】
【表１】
0004867097.tif 000003
【００３０】
図３より、次のことが明らかである。即ち、酸素消費速度を０．０５ｍｇ／Ｌ／ｈｒ以下としたＮｏ．１の系では、約２ヶ月後と４ヶ月後に除去活性が不安定になり、５ヵ月後に失活した。これに対して、酸素消費速度を０．１ｍｇ／Ｌ／ｈｒ又は１．０ｍｇ／Ｌ／ｈｒとしたＮｏ．２，３では、アンモニアの除去活性は６ヶ月以上に亘って安定であった。
【００３１】
実施例２
実施例１において、ＢＯＤ源として生ゴミの嫌気消化処理液の代りに屎尿の好気的生物処理水を用いたこと以外は同様にして実験を行った。
【００３２】
このときの屎尿の好気的生物処理水の供給速度と酸素消費速度との関係は表２に示す通りであり、同じ酸素消費速度を維持するためには、屎尿の好気的生物処理水は生ゴミの嫌気消化処理液よりも多く供給する必要があった。
【００３３】
【表２】
0004867097.tif 000004
【００３４】
また、各酸素消費速度の場合のアンモニアの除去活性は図４に示す通りであり、生ゴミの嫌気消化処理液の場合と同様、酸素消費速度が０．０５ｍｇ／Ｌ／ｈｒ以下のＮｏ．４では、途中で除去活性が不安定になり、その後に失活したが、酸素消費速度を０．１ｍｇ／Ｌ／ｈｒ又は１．０ｍｇ／Ｌ／ｈｒとしたＮｏ．５，６では、６ヶ月以上に亘って、アンモニアの除去活性は安定していた。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の生物脱窒方法及び生物脱窒装置によれば、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物による生物脱窒処理において、ＤＯによる反応阻害を安価に、確実に防止して、安定かつ効率的な生物脱窒処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の生物脱窒装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】  酸素消費速度の測定器の一例を示す模式図である。
【図３】  実施例１における、各酸素消費速度でのアンモニア除去活性の経時変化を示すグラフである。
【図４】  実施例２における、各酸素消費速度でのアンモニア除去活性の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  脱窒槽
２  生物処理プロセス
３  ＯＵＲ測定器
４  測定制御器
【図１】
0004867097.tif 000005
【図２】
0004867097.tif 000006
【図３】
0004867097.tif 000007
【図４】
0004867097.tif 000008