(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高濃度のリン及びアンモニア性窒素含有排水を造粒脱リン装置に通液し、マグネシウムイオンを添加しアルカリ性条件下で、前記排水中のリン及びアンモニア性窒素をリン酸マグネシウムアンモニウム粒子とし、沈降したリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を前記造粒脱リン装置から抜き出して回収するとともに、沈降しきれない微細なリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を脱リン装置処理水とともに脱窒装置に送り、前記の微細なリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を生物付着担体に用いて、脱リン装置処理水に残留するアンモニア性窒素を除去することを特徴とする高濃度のリン及びアンモニア性窒素含有排水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リン及びアンモニア性窒素を多量に含有する排水の処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リンとアンモニア性窒素を多量に含んだ排水、例えば、リンが５０ｍｇ／リットル以上、アンモニア性窒素が１００ｍｇ／リットル以上含有するような排水の処理において、リンの除去には凝集剤添加法が代表的に用いられているが、発生汚泥の処分や薬品代に問題があった。
また、閉鎖性水域では排水中の窒素を除去せずに放流すると、赤潮やアオコの原因となるため、窒素除去する必要性があり、生物学的硝化・脱窒法やアンモニアストリッピング法が代表的な窒素除去法である。しかし、前者では維持管理と大規模な装置が要求されること、後者では大気に放散するアンモニアによる二次公害や薬品代に問題があった。
また、高濃度のリンとアンモニア性窒素が共存すると、リン酸マグネシウムアンモニウム（以下、ＭＡＰという）のスケールで配管が目詰まりを起こすこともあった。
【０００３】
そこで、ランニングコストの低減とリン資源の回収を目的に、高濃度のリンを対象としたリン除去技術として開発されたのが、特公平７−１２４７７号公報に開示されている技術である。
また、特公平７−５３２７９号公報には、リン除去とともに生物学的硝化・脱窒法を組み込んだ技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特公平７−１２４７７号公報には、アンモニウムイオンを含有するリン酸塩排水にマグネシウムイオンを添加し、次いでｐＨを８以上に調整し、しかる後にＭＡＰ含有粒状物の充填層に通液することにより、排水中のリンをＭＡＰ粒子として上記粒状物の表面層に形成させて回収するリンの除去方法が開示されている。しかし、上記公報に開示されているリン除去技術（以下、造粒脱リン技術という）では、リン濃度に見合ったアンモニア性窒素量しか除去できず、高濃度のアンモニア性窒素が残留するため、この残留したアンモニア性窒素を除去する必要がある。そこで、ＭＡＰ粒子を除去した後、残留したアンモニア性窒素を通常の活性汚泥によって硝化する方法が考えられるが、原水の濃度が高いために、非常に大きな反応槽が必要となるという問題があった。
また、残留したアンモニア性窒素をＭＡＰ粒子以外の担体を用いて硝化する方法も考えられるが、これは担体を購入するのに費用がかかるという問題があった。
【０００５】
また、特公平７−５３２７９号公報に開示されているリン除去を伴った生物学的硝化・脱窒法は、原水供給ラインに、マグネシウムイオンとアルカリを注入し、循環式硝化脱窒装置内でＭＡＰ粒子を生成させるものであるが、ＭＡＰの結晶が成長せず微粒であるため、微生物フロック内に取り込まれたＭＡＰ粒子だけを単離することが困難であり、したがって、ＭＡＰ粒子を肥料として利用することが難しいという問題があった。さらに、この方法では、反応槽内でＭＡＰ粒子を作るため、配管や水槽、循環・返送ポンプにＭＡＰ粒子のスケールができ、運転管理が困難になるという問題もあった。
本発明は、排水中のリン及びアンモニア性窒素をＭＡＰ粒子として回収し肥料として利用することができるとともに、残留するアンモニア性窒素も効率良く除去でき、しかも人工的な担体を投入する手間も省けて経済的な高濃度のリン及びアンモニア性窒素含有排水の処理方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、このような課題を解決するために鋭意検討の結果、造粒脱リン技術により形成されたＭＡＰ粒子を生物付着担体として生物学的硝化・脱窒法を行うことにより、残留するアンモニア性窒素も効率良く除去でき、しかも人工的な担体を投入する手間も省けて経済的であるという事実を見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、高濃度のリン及びアンモニア性窒素含有排水を造粒脱リン装置に通液し、マグネシウムイオンを添加しアルカリ性条件下で、前記排水中のリン及びアンモニア性窒素をリン酸マグネシウムアンモニウム粒子とし、沈降したリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を前記造粒脱リン装置から抜き出して回収するとともに、沈降しきれない微細なリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を脱リン装置処理水とともに脱窒装置に送り、前記の微細なリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を生物付着担体に用いて、脱リン装置処理水に残留するアンモニア性窒素を除去することを特徴とする高濃度のリン及びアンモニア性窒素含有排水の処理方法を要旨とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。
本発明における高濃度のリン及びアンモニア性窒素含有排水とは、リンが５０ｍｇ／リットル以上、アンモニア性窒素が１００ｍｇ／リットル以上含有する排水のことをいう。
図１及び図２は、本発明の高濃度のリン及びアンモニア性窒素の処理方法の一例を示す処理フロー図である。図１において、リン酸塩の除去は造粒脱リン技術によるものとし、造粒脱リン装置１の上方より、苛性ソーダ６とマグネシウムイオンとして水酸化マグネシウム７とを添加し、苛性ソーダ６と水酸化マグネシウム７によりアルカリ性にした後、造粒脱リン装置１の底部より原水５を流入させて、ＭＡＰ含有粒状物の充填層に通液し、排水中のリン及びアンモニア性窒素をＭＡＰ粒子１２として上記粒状物の表面層に形成させ、肥料として回収される。
【０００８】
次に、残留するアンモニア性窒素を除去するために、脱リン装置処理水８を、脱窒槽２、硝化槽３及び沈殿槽４からなる脱窒装置の原水として、脱窒槽２、硝化槽３、沈殿槽４の順に流し、硝化槽流出水及び沈殿汚泥の一部を、循環硝化液９及び返送汚泥１０として脱窒槽２に循環させる循環式硝化脱窒法にて窒素の除去を行うが、本発明においては、この窒素除去の際に、生物付着担体として脱リン装置１で生成された微細なＭＡＰ粒子１２を用いることが必要である。
微細なＭＡＰ粒子１２は、造粒脱リン装置１で沈降しきれず、脱リン装置処理水８に混入して脱窒装置内に混入する。
【０００９】
ＭＡＰ粒子１２を生物付着担体に用いることにより、ＢＯＤ源が希薄な場合に生じる硝化菌のウオッシュアウトを防ぎ、浮遊汚泥において脱窒速度よりも遅い硝化速度を高めることができる。
ＭＡＰ粒子１２を生物付着担体として用いず、仮に２００ｍｇ／リットルのアンモニア性窒素を浮遊汚泥のみで硝化する場合には、３０〜４０時間の滞留時間を要する。しかし、ＭＡＰ粒子１２を生物付着担体として利用することで、滞留時間を１０時間程度に短縮することができる。
【００１０】
また、造粒脱リン装置１で生成された微細なＭＡＰ粒子１２は、比重が１．７２と比較的大きいため、脱窒装置の沈殿槽４にて沈降分離され、返送汚泥１０と一緒に脱窒槽２に返送される。これによって、脱窒装置内にＭＡＰ粒子１２が蓄積され、それに微生物が自然に付着して、生物付着担体として機能し始める。このため、従来のように、人為的に人工の担体を投入する必要もなく、硝化槽３と沈殿槽４があれば、硝化菌の付着する担体が、連続処理を行う中で自然に作られていく。
なお、原水５のＢＯＤが希薄な場合には、図２に示すように、脱リン装置処理水８を硝化のみを行う硝化槽３に送り、後段の沈殿槽４から流出する硝化処理水１１を最初沈殿池等のＢＯＤが多く含まれる無酸素状態の工程に移送して脱窒を行ってもよい。
【００１１】
【作用】
本発明においては、ＭＡＰ粒子１２を生物付着担体に用いて，生物学的硝化・脱窒処理を行うことにより、硝化速度が繊維担体を用いた場合より速くなり、アンモニア性窒素を高速に処理することが可能となる。その理由については必ずしも明確ではないが、本発明者らは次のように推測している。すなわち、この原因の１つに、担体の粒子径が考えられる。繊維担体の粒子径が３〜５ｍｍ、平均粒子径が４．８ｍｍであるのに対し、ＭＡＰ担体の粒子径は、０．５ｍｍのオーダーであり、繊維担体に比べて非常に細かい。このため、ＭＡＰ担体の比表面積が大きく、基質も境膜拡散のみで拡散するため、流動状態を確保すれば、大きな律速条件はないものと考えられる。
【００１２】
一方、繊維担体は、内部まで汚泥を保持でき、高濃度処理では担体内部での処理が期待できるというものであるが、高濃度処理では汚泥中の溶存酸素（ＭＬＤＯ）が律速となるため、内部に確保した汚泥量に見合う処理速度が得られないと考えられる。実際、アンモニア性窒素濃度が１００ｍｇ／リットルに対し、ＭＬＤＯ濃度が５〜７ｍｇ／リットルと低いため、アンモニア性窒素が内部拡散律速となるのに対して、ＭＬＤＯは境膜拡散律速となる可能性が高く、内部の汚泥が有効に利用されていないと考えられる。
【００１３】
【実施例】
次に、本発明を実施例及び比較例によって具体的に説明する。
実施例１、比較例１
汚泥の嫌気性消化脱水ろ液（ｐＨ６．８、ＢＯＤ１７．５ｍｇ／リットル、ＳＳ１２０ｍｇ／リットル、ＮＨ4 −Ｎ４００ｍｇ／リットル、ＰＯ4 −Ｐ９０ｍｇ／リットル）１００ｍ3 ／日のリン及びアンモニア性窒素の除去を行うために、造粒脱リン装置に苛性ソーダ及び水酸化マグネシウムを添加することで、ｐＨを８．５に調整するとともにマグネシウムイオンの供給を行い、上記の嫌気性消化脱水ろ液をＭＡＰ含有粒状物の充填層に通液して、脱水ろ液中のリン及びアンモニア性窒素を粒径２〜３ｍｍのＭＡＰ粒子として０．０６ｍ3 ／日で回収した。回収されたＭＡＰ粒子の組成であるＰ、Ｍｇ、Ｎの含有率を表１に示す。
回収されたＭＡＰ粒子は、肥料として再利用が可能となった。
【００１４】
【表１】
0003794736.tif 000002
【００１５】
その後、造粒脱リン装置で生成された微細なＭＡＰ粒子を生物付着担体に用いて、生物学的硝化・脱窒処理により残留するアンモニア性窒素の除去を行った。その結果、硝化処理時の汚泥当たりの硝化速度は、３０ｍｇＮ／ｇＳＳ・ｈｒと高速に処理することができた（実施例１）。
【００１６】
比較のため、特公平７−５３２７９号公報に記載のリン除去と生物学的硝化・脱窒処理を同時に行う方法で、上記の嫌気性消化脱水ろ液の処理を行った。この方法では、ＭＡＰ粒子は活性汚泥と混じり合い、洗浄分別できずＭＡＰ粒子だけを回収することができなかった。
また、硝化処理時の汚泥当たりの硝化速度は、１７ｍｇＮ／ｇＳＳ・ｈｒと本発明の方法における硝化速度に比べて低いものであった（比較例１）。
【００１７】
実施例２、比較例２、３
実施例１と同様の汚泥の嫌気性消化脱水ろ液２．９ｍ3 ／日のリン及びアンモニア性窒素の除去を行うために、造粒脱リン装置に苛性ソーダ及び水酸化マグネシウムを添加することで、ｐＨを８．５に調整するとともにマグネシウムイオンの供給を行い、上記の嫌気性消化脱水ろ液をＭＡＰ含有粒状物の充填層に通液してＭＡＰ粒子を回収した。
その結果、脱水ろ液のＰＯ4 −Ｐ濃度は８ｍｇ／リットル、ＮＨ4 −Ｎ濃度は２５０ｍｇ／リットルにまで減少した。
【００１８】
その後、脱リン装置処理水中に残留するアンモニア性窒素を除去するために、造粒脱リン装置で生成された微細なＭＡＰ粒子の担体と活性汚泥とによって、生物学的硝化装置で処理を行った。実施例２では原水のＢＯＤが少ないため、硝化された処理水をＢＯＤが多く含まれる最初沈殿池に返送して脱窒させることとし、ここでは硝化のみの実験を行った（実施例２）。
そのときの実験条件を表２に示す。
また、比較のため、ポリエステル繊維担体（２０％充填）と活性汚泥による硝化及びポリエステル繊維担体（２０％充填）のみによる硝化も行った（比較例２、３）。
そのときの実験条件も表２に併せて示す。
【００１９】
【表２】
0003794736.tif 000003
【００２０】
その結果、処理水のアンモニア性窒素は、いずれの場合においても２０ｍｇ／リットル以下になったが、原水のアンモニア性窒素が２５０ｍｇ／リットルから３００ｍｇ／リットルに変動すると、比較例２、３においては処理水のアンモニア性窒素が６０ｍｇ／リットルに増加したのに対し、実施例２では３０ｍｇ／リットルに増加したにすぎず、ＭＡＰ粒子を生物付着担体に用いた方が安定した処理が可能であった。
さらに、繊維担体（比較例３）により硝化を行ったときの硝化速度と、ＭＡＰ担体混合汚泥（実施例２）により硝化を行ったときの硝化速度を表３に示す。
【００２１】
【表３】
0003794736.tif 000004
【００２２】
表３より明らかなように、ＭＡＰ担体混合汚泥を用いた方が、繊維担体を用いたときより硝化速度が２割ほど高速に硝化されていることが分かる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば，高濃度のリン及びアンモニア性窒素を含有する排水から、リン及びアンモニア性窒素をＭＡＰ粒子として回収し肥料として利用することができるとともに、残留するアンモニア性窒素も効率良く除去することが可能となり、しかも人工的な担体を投入する手間が省けて経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高濃度のリン及びアンモニア性窒素の処理方法の一例を示す処理フロー図である。
【図２】本発明の高濃度のリン及びアンモニア性窒素の処理方法の他の例を示す処理フロー図である。
【符号の説明】
１  造粒脱リン装置
２  脱窒槽
３  硝化槽
４  沈殿槽
５  原水（高濃度のリン及びアンモニア性窒素含有排水）
６  苛性ソーダ
７  水酸化マグネシウム
８  脱リン装置処理水
９  循環硝化液
10  返送汚泥
11  硝化処理水
12  ＭＡＰ粒子
【図１】
0003794736.tif 000005
【図２】
0003794736.tif 000006