PAB10

DENlプロセスによる窒素除去の新たな展開
Reinforced

NitrogenRemoval

PAB10with

DENJ(環)製品開発室

野中信

一

SbinichiNonaka川嶋
JunKawashima

流動床式生物膜処理装置PABIO

MOVERを用いた窒素除去プロセスPABIO淳

DENIは高い窒素除去能力を有していることを前報で報告した｡
当社では,脱窒槽と硝化槽を多段に配置して原水を各段に分配注入する,担体投入型ステップ流入式多段硝化脱窒法の開発に取り組んでいる｡実下水を対象としたパイロット実験ではHRT5hrにて処理水T‑NIOmg/Lが得られることが確認できた｡

The

combined

methodpreviously
to

using

actualof

biofilmwithreported･

directtime

bed

movingthreeunits
sewagetreatment

carrier(PABIO

process

elements

Reinforced

nitrogencomposedofhighshows
removalnitrification

andtheperformanceachievedof

lnefficiency

wastheDENT),
conducted,
10

mg/L

nitrogenbydenitrification
T‑N

activateddistributing

tanks･This

hydraulicwithsludgeremoval,asinflow

pilot

test

retention

5 hours.

硝化

Nitrification

脱重ク1ユ

Denitrification

RMoving

MB

B

Bed

ステップ流入式多段硝化脱窒法Nitrogen

ま えがき

Biofilm

removalReactorwithstepfeedingと言われており,下水及び廃水処理分野で多くの実閉鎖性海域の富栄養化の進行を防止するため1998設備が稼動している｡生物学的処理には各種の方式

年10月より,窒素･リンの排水規制が本格運用されがあり,従来は活性汚泥法が多く採用されてきたが,ることになった｡各事業所においては地方自治体のより省スペース,省コストな装置開発をめざして各指導のもとに鋭意対応策の検討がなされている状況

機関で研究が行われている｡にある｡窒素除去は生物学的処理方法が最も経済的26既報1)で紹介したように流動床式生物膜処理装置

神鋼パンテツク技報

Vol.

43 No.

2(2000/3)

PABIO

MOVERは,反応槽に特殊な形状の担体る｡担体の有効比表面積は約500m2/m3である｡汚を投入して流動化させ,高活性の汚泥(細菌)を担泥は写真1に示したように主として担体の内部に付体に付着保持させることでより高負荷処理を可能と着する｡

する装置でありBOD,窒素いずれの除去分野にも1.2適用できる｡

PABIO

MOVERを窒素除去に適用

特PABIOするに当っては各種のプロセスがあり,原水水質及(丑有効表面積が広く,高活性の微生物を保持できプロセスを選定する｡

るため高負荷処理が可能である｡

当社では窒素除去分野への新たな展開として,担②担体は物理強度が高いため寿命が20年と長く,体一括性汚泥併用法によるステップ流入式多段硝化この間の補充は不要である｡また,径が大きい脱窒法の開発に取り組んでおり,今回,実下水を用ため担体分離用に目幅の大きいスクリーンを使いたパイロット実験の実施例を紹介する｡

用でき,運転管理が容易である｡

1.

PABIO

MOVERの概要(彰担体の激しい撹拝,流動により増殖微生物によ1.1原理･構造る目詰まりがなく,逆洗が不要である｡

当社ではBOD除去分野にはPABIOを,窒素除去分野にはPABIO

MOVER

PABIO

DENI

DENIでは排水の種類,処理目標値等に応じて様々なプロセスの適用が可能である｡プロセの名称を使用する｡
PABIO

DENI

2.窒素除去プロセスPABIODENIを商標として用いており,本報ではこれ以降PABIO

スは(A)処理関与汚泥による分類と(B)排水の流向によ

DENIプロセスにおける硝化槽及び脱窒る分類の2つに大別される｡次に各種プロセスを紹槽の概念図を第1図に示す｡硝化槽,脱窒槽内に充介する｡

填した担体は,第1図a,2.1処理関与汚泥による分類bに示したように硝化槽

ではエアレーションによって,脱窒槽では機械撹拝

A‑1.担体単独法によって流動化される｡硝化槽のエアレーション装担体に付着した汚泥単独で処理する方法であり,置はラテラル管方式の簡易な構造で,目詰りがなく返送汚泥が不要のため運転管理が容易であるといっ庄損もほとんどつかないといった特長を有している｡

た特長を有している｡本法では槽有効容積の60‑

一方,脱窒槽ではエネルギー効率の面から通常はプ70ロペラ型の増枠機を使用するが,担体を投入しない場合と同程度の少ない動力で撹拝できる｡各々の槽A‑2.担体一括性汚泥併用法には担体が洗出しないようにスクリーンを設けていであり,主として硝化処理に適用される｡この方法%の担体を投入する｡
担体付着汚泥と活性汚泥の両汚泥で処理する方法

は増殖速度の遅い硝化細菌を多量確保することを目る｡担体は材質がポリエチレン(密度約0.95g/cm3)

L

DENIプロセスに用いる担体は,その独特な形状により次のような特長を有する｡

び処理目標水質ならびに経済性等を考慮して最適なi長的として,担体を20‑50%程度投入する｡活性汚言:諾Li8ff;onm#mtiヵ苧S{,=m3w?I?iAw;写諾
泥法と同様に沈殿槽からの汚泥返送が必要である｡

付いている｡十字の仕切は担体強度のアップと表面積の増加に,フィンは増枠効率の向上に役立ってい
ScreenScreenTreatedTreated
Waste

water

water

water

Waste
water

Airー

a.

第1図

Nitrificatio□b. Denitrification

reactorPABIO

DENI装置概念図

SchemeorFig.

1Vol.

43 No.

2

PABIO(2000/3)

reactor

DENI

写真1

汚泥付着状況

Photo.1

Biorilm‑formedcarrierelements

神鋼パンテツク技報27排水流向による分類法と称する)が挙げられる｡多段硝化脱窒法は脱窒プロセス例を第2図に示す｡

槽と硝化槽を1組とし,これを多段に配置して各脱窒槽に原水を等分割投入する方法である｡多段硝化

2.2

B‑1.直列式硝化脱窒法
このプロセスは有機物濃度(BOD)の低い排水脱窒法において各段の脱窒槽,硝化槽それぞれに担に適用される｡通常,硝化槽にはpH調整用にアル体を投入することで,窒素処理に必要な滞留時間カリ剤が,脱窒槽にはメタノール等の水素供与体が(HRT)をさらに短縮化することが可能になる｡

外部注入される｡アルカリ剤削減のため脱窒処理水

3.パイロット実験を硝化槽に循環することもある｡

分流式下水処理場の最初沈殿他流出水及び流入水

B‑2.循環脱窒法

を対象として,担体を用いるステップ流入式多段硝

このプロセスは下水のようにBODと窒素(N)化脱窒法(以下,担体多段硝化脱窒法と称する)にを含む排水に適用される｡一般に,原水のBOD/Nよりパイロット実験を行った｡

比は3以上あることが望ましいとされる｡この方法

3.1担体多段硝化脱窒法の概要

は硝化処理水を脱窒槽に循環返送することによって2.2項に示したように多段硝化脱窒法は短い

脱窒反応に必要な水素供与体や硝化槽でのpH調整

HRTでBODと同時に窒素,リンを除去でき,既剤を節減する方法である｡硝化槽の後段に第2窒槽設処理場の高度処理化に対応できる方法として期待と再曝気槽を設けることでより高度な処理水質を得ることができる｡

tSL芝差違孟蒜言霊芸芸芸8<iB‑3.ステップ流入式多段硝化脱窒法

式は一般にHRT約8hrで設計されているが,従来の有機物に加えて,窒素･リンの除去を含めBODと同時に窒素を除去するためにはHRT約16た下水の高度処理化に対応できる有望な技術としてhr必要であり,現状の約2倍の反応槽増設が必要

ステップ流人式多段硝化脱窒法(以下多段硝化脱窒となる｡多段硝化脱窒法は3段式の場合でHRT

B‑1直列式硝化脱窒法‑Series

NitrogenRemovalNC

DN

一Efflue11t

Influent一㌦
SludgeSludgeB‑2

循環式脱窒法‑Circulation

NitrogenRemovalDN

Imf,uenti

N

Effluent‑‑ぜSludge

B‑3

ステップ流入式多段硝化脱窒法‑Nitrogen

幽由Influent

第2図
Fig.

28

2E

DNI

NI

DENI窒素除去プロセス例

Process

examplesof PABIO

DN2

N2withDN3

stepfeeding

N3N

離圏f
PABIO

removal‑‑:Nitrification

Effluent

re‑

actor
DN:A:AerationC:Carbon

Denitrification
reactor

LAir
Sludgereactorsource

DENI

神鋼パンテツク技報

Vol.

43

No.

2(2000/3)

11‑13hrにて窒素除去が可能とされているが2)対応できる｡,担体を投入することでHRTを5hr程度に短縮すb)第3図に示したように,硝化液の循環がなくることも可能である｡なお,本法ではリン除去は通ても高い窒素除去率が得られるため,循環脱窒

常最終段の硝化槽に無機凝集剤を添加することで達法に比べて動力費が少なくて済む｡

成される｡
3.2c)各段に保持される活性汚泥量が同じとなるよう設計されているため,各段の反応が等量とな原理,特長

多段硝化脱窒法は日本下水道事業団において開発り,多段化しても維持管理が容易である｡硝化が進められてきたもので,基本原理や最大理論除去

槽では送風量を一定とすれば溶存酸素濃度率計算方法等が各種文献3,4,5･6)に紹介されている｡多(DO)は同じとなり,段硝化脱窒法の基本原理は次の通りである｡

む｡ pHについても各硝化槽は等しい備になる①各反応槽は完全混合を基本とし,一対の脱窒･1箇所のDO測定で済ため1箇所の測定で十分である｡

硝化槽を複数段直列に配置する｡

d)最終沈殿他流人MLSS濃度を標準活性汚泥(参原水を等分割し,各段の脱窒槽に流入させる｡

法と同じとした場合,多段硝化脱窒法は平均(勤各段の活性汚泥量が等しくなるように槽容積をMLSS濃度を高めることができ,容積当りの決定する｡

窒素除去効率が高くなる｡
実験装置

3.3

④芸芸L%=票差言苧終段の硝化槽‑脱窒槽間の内部

i

実験フローを第4図に示し,装置仕様を第1表に本法の硝化･脱窒反応による理論最大窒素除去率示す｡また,装置外観を写真2に示す｡本プロセス

は,硝化槽での完全硝化,脱窒槽での完全脱窒を仮は3段の脱窒･硝化槽と沈殿槽で構成され,この他定した時, (1)式により定められる｡に硝化処理水ピット,凝集撹拝槽及び薬品注入設備を有している｡原水は計量槽で等分割して1‑3段(ト音･1志)77m‑

ここに,I7TN100(1)目の脱窒槽に導入する｡硝化槽の汚泥滞留時間(A‑SRT)管理を容易にするため,余剰汚泥引抜き:理論最大窒素除去率(%)

Nrの各脱窒槽に供給し,沈殿槽からの返送汚泥は1段:多段化の段数

は硝化処理水ピットより行った｡反応槽内の活性汚:汚泥返送比(‑)

泥及び担体の混合撹拝は,硝化槽は全面曝気によR:最終段における内部循環比(‑)
汚泥返送比と最終段における内部循環比の合計をり,脱窒槽は竪型撹拝機により行った｡脱窒,硝化反応槽は,第1表に示すように寸法が幅1.5m,長総合循環比とすると,硝化脱窒による理論最大窒素さ5.88m,水深2.5mであり,有効容積は22.1m3で除去率は第3図の関係となる｡

ある｡

多段硝化脱窒法の特長としては次の点が挙げられ∫る｡

各段の容積比率は上述の設計計画に関する考え方に基づき1段目:2段目:

3段目‑1:1.4:1.8とした｡脱窒槽,硝化槽には各々所定量の担体を投入a)反応タンクの大幅増設なしに,既設処理場のした｡

一部改造によって窒素･リン除去の高度処理に

実験方法3.41)実験場所
100

分流式下水処理場にて実験を行った｡

宣旨1害

毒802)目

6040∈=

203)実験条件

4 stageZ.壱〉0

12Total

第2表に実験条件を示す｡実験原水には初沈流出

3recirculation

ratio

4

水と初沈流入水を用い,総反応槽HRT及び汚泥返[r＋R】ト1

送比をそれぞれ5hr,
第3図
Fig.

Vol.

総合循環比と理論窒素除去率の関係
343

Relation

betweenandtheoreticalNo.

2(2000/3)

5hr

処理目標水質:T‑NIOmg/L以下

2 stage
3 stageqノ蓉

値

総反応槽HRT:
1 stage

Et3
仁一

音標

total

nitrogenrecirculation
removalratio

efficiency

0.5と一定にして実験した｡

硝化槽部のA‑SRTは1.5‑2.6日の範囲とし,最終段の硝化液の内部循環は行わなかった｡硝化槽の設

神鋼パンテツク技報

29

Distribution

taITk
Coagulant
tallk
Secorldary
tallk

M

sedimentation

FlーEffluent
NltFalno呈culation

N3

FIB

[垂垂垂司DN2

訂◎

FI

FI

FI

ExcessReturnFirst step

第4図
Fig.

Second

step

Third

sludgestep
DNl‑DN3

Denitrific ati on

Nl‑N3

N itrification

パイロットテストフローシート
4Flow

第1表
Tablesludge

Circulationofnitrified liquor

sheet

for

test

pilot

実験装置概略仕様
1Specification

for

test

equlpment

Effective

Equipmentname

Dimensions

Storagetankofrawsewage

Q'ty

caFZiSl;ty1050mm￠×1300mmE11

1st1500mmWx700mmLx2500mmwD

2,63

2

2nd1500mmwx980mmLx2500mmwD

3.68

2

3rd

1500mmwX1260mmLx2500mmwD

4.73

2

Nitrifiedwaterplt

700mmwX700mmLxlOOOmmwD

0.49

1

Flocculationtank

400mmwx700mmLxlOOOmmwI)

0.28

1

Secondarysedimentationtank

3000mm￠×2500mmwD

15.3

1

TankforMulti‑Step(Denitrificationand
nitrification)

第2表
Table

実験条件
20peration

conditionEffluentfrom

Rawsewage

prlmarySedimen

tationtank①(彰(彰HRT[hr]555

A‑SRT[days]

2.6

1.5

2.1

ControIDOinnitrification

332

1320

1600

tank(Nl‑N3)[mg/L]
1180

MLSS(3rdstage)[mg/L]

22.0

Temperature(3rdstage)

21.7

23.5

[℃]

30

写真
Photo.2

神鋼パンテツク技報2

パイロットテスト装置外観
Pilot

test

equlpment

Vol.

43

No.

2(2000/3)

定DOは初沈流出水では3mg/Lとしたが,初沈なBODが不足すると考えられた｡そこで,硝化槽流入水では3mg/Lと2mg/Lの2条件で実験し設定DOを3mg/Lから2mg/Lに下げたところ,た｡

処理水T‑Nは8.7mg/Lとなり目標の10mg/L以最終段のMLSS濃度は1180‑1600mg/Lの範下を得ることができた｡

囲であり,水温は21.7‑23.5℃の範囲であった｡

2)その他の水質

なお,今回は窒素除去についての実験とし,リン処理水BOD除去のための凝集剤添加は行わなかった｡/L以下,実験結果

3.4

できた｡

原水及び処理水の水質の平均値を第3表に示し,

3)担体の硝化,脱窒能力
担体の硝化及び脱窒能力を下水試験方法に準じてT‑NとNH｡‑Nの推移を第5図に示す｡初沈流出水
及び初沈流入水を実験原水としたときの処理水回分試験により測定した｡比較のため担体と活性汚

NH41Nは概ね1mg/L以下の安定した硝化処理性能が得られた｡処理水T‑Nは,初沈流出水の場合泥の双方について測定し,単位容積当りの硝化,脱は原水BOD/T‑N比が1.8と低く,脱窒槽でのNOx

第6,‑,T.軍票,sl寛･h,活性汚泥が4.5mg/L･hであった｡硝化速度は担体の方が約6倍大きく,担体の投入効果が窒速度(mg/L･h)として算出した｡測定結果を

T;

7図に示すが,硝化速度は担体が27.5mg/L:hk:ib,kD芸妄言[i8G?,gk'LB大きいことが判る｡活性汚泥法においてはA‑SRTが2.9と高くなったため処理水T‑Nは約11mg/Lに減少した｡しかし,処理目標値には至らず,原因とが2日程度では硝化はほとんど起こらないと言わして硝化槽からの持込みDOによって脱窒に必要れているが,本実験の活性汚泥の硝化速度が4.550

Rawsewage

sedimentationtank40妻mg/L･hあったのは,担体多段硝化脱窒法の活性汚泥中には担体から剥離した硝化細菌が含まれていEffluentfromprlmarỳ=:⇒

DO3･5mg/且DO2mg/且●●●①30③./･･②●一●●●‑●写･.｡･.･･･●∴･.･[コ 20るためと考えられる｡一方,脱窒速度は担体が6mど/L･h,活性汚泥が4.1mg/しhで大きな差は見られず,脱窒は硝化に比べると担体投入の効果は小さ●●●●●●●●●●｡ooo｡o｡.oo｡o'.:.'o8･oO

Z○●oo●zL⊂)

10ト

いと予想される｡(⊃0

oooooooocDOooOO

oooooooDOo

3.5①○◇▲. 地､①,i/仏^◇^,.^Lb◇^?
∧9^???zb?^仙人人人血,Nb^/205/3To6/96/196/2T9テ79

l′丁､?♂､/〜↑,.〜十､人̀1､人ll0●T‑NinfoT‑Neff

HRT5hrにて処理水T‑NIOmg/L以下が得られ◇NH41Neff

ることが確認できた｡しかし,更に低い処理水T‑Nを得るためには,脱窒槽において水素供与体である

eig5.胃喜･1et#t#t?stresult

第3表

今後の課題

今回の実験により担体多段硝化脱窒法では,Datei8mg/L以下となっており,実験原水の種類に関わらず,良好な水質が得られることが確認

1 )窒素除去性能●(C‑BOD)及びSSはそれぞれ5mg

原水BODを効果的に利用することでNOx‑N除去

原水及び処理水水質(平均値)

Table

3Waterquality

of

pilot

test

(Meanvalues)
Rawsewage

Effluentfromprlmary

sedimentationtank①
1.8

2.9

2.9

Influent[mg/L]

25.9

25.1

24.0

Effluent[mg/L]

18.0

ll.3

8.7

Influent[mg/L]

19.8

18.9

17.0

Effluent[mg/L]

0.7

1.1

0.5

Effluent[mg/L]

17.0

9.8

7.1

Influent[mg/L]

45.5

73.5

85.7

BOD/‑Nratioofinfluent,T‑N

NH4‑N

NOx‑NBOD

Effluent[mg/L]
SS

Influent[mg/L]
Effluent[mg/L]

Vol.

43 No.

③(参2(2000/3)

<552

7.8

神鋼パンテツク技報<5<5111

113

5.9

5.3

31

30=中=bJ)
]

25

主,0≡
20Q)

.0

巴15.

0

27.5

6.0

【勺ト【二○⊂:O

LL一i;
芝5.0
4.0q)

'宅10. 0
遥

3.0
4,1

〔C

2.0=u'=

5.0

4.5.'ヒゴ【:1.0q.)⊂】0.0
Attached

第6図Fig.

6.0+コ.0biornass

SuspendedbiomassAttached

硝化速度測定結果
6

Nitrification

00

第7図

rateofbiomass

Fig.

biomass

suspended

7

Denitrificationratebiomassof率を高める必要がある｡このためには硝化槽のDO[参考文献]

制御や脱窒槽の撹拝方法等の運転方法の最適化が課

1)野中信一ほか:神鋼パンテツク技報,題となる｡また,リン除去についても,最終段の硝(1997), p.10
2 )堺好雄ほか:既設処理場の高度処理化化槽に無機凝集剤を添加する方法による実験を実施

道研究発表会講演集(1999年),

し,窒素･リン除去システムとしての確立を図る必Vol.41,

No.2,

第36回下水p.526

3)堺好嬢ほか:ステップ流入式多段硝化脱窒法につい要がある｡

すむ

biomass

脱宝達度測定結果て,第33回下水道研究発表会講演集(1996年)

ぴ4)堺好雄,小池秀三:ステップ流入式多段硝化脱窒法

ここに紹介した担体を用いたステップ流入式多段について,一第2報一硝化脱窒法は1999年度の日本下水道事業団の共同研

第34回下水道研究発表会講演集(1997年)

究テーマ｢既設処理場の高度化を可能とする下水処

5)堺好雄,小池秀三:ステップ流入式多段硝化脱窒法

理システムの開発+に採用され,今後約3年間に亘っの設計手法について,第35回下水道研究発表会講演集て実用化のためのパイロット実験を行う予定になっ(1998年)ている｡負荷変動に対応でき,安定した処理水質を

6)堺好雄:既設処理場の高度処理化と超高度処理日本得るための運転技術の確立及び運転動力の低減化等,下水道事業団における高度処理技術開発,月刊下水道実用化に向けての研究開発を鋭意進める所存である｡

Vol.20,No.5(1997)

連絡先
野

中

信

環境装置事業部

一川

嶋

環境装置事業部

浮製品開発室

製品開発室

担当課長
TEFAX
E‑mail32

L078‑99216532

TE078‑992‑6503

FAXs･nonaka@pantec.co.jp

E‑mailL

078‑992‑6532
078‑992‑6503

j･kawashima@pantec.co.jp

神鋼パンテツク技報

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43

No.

2

(2000/3)