アンモニア含有液の処理方法及び装置
【課題】アンモニア含有液の処理を常に安定に行うことができるので、良好な液質の処理液を常時安定して得ることができる。
【解決手段】アンモニア含有液のアンモニアを嫌気的に生物脱窒するアンモニア含有液の処理において、アンモニア含有液と嫌気性細菌とを生物処理槽１４内で嫌気性雰囲気で接触させながら、一定濃度の亜硝酸を貯留した亜硝酸貯留槽１２から生物処理槽１４にアンモニアを処理するための亜硝酸必要量を添加する。
【解決手段】アンモニア含有液のアンモニアを嫌気的に生物脱窒するアンモニア含有液の処理において、アンモニア含有液と嫌気性細菌とを生物処理槽１４内で嫌気性雰囲気で接触させながら、一定濃度の亜硝酸を貯留した亜硝酸貯留槽１２から生物処理槽１４にアンモニアを処理するための亜硝酸必要量を添加する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンモニア含有液の処理方法及び装置に係り、特に廃水処理分野、ファインケミカル分野等の広い分野において発生するアンモニア含有液のアンモニアを生物学的に脱窒する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場廃液、写真現像廃液、化学生成物を製造する化学工場廃液等においては、低濃度から高濃度のアンモニア含有液が発生する。これらアンモニア含有液が廃液として廃棄される場合には、水域の富栄養化や溶存酸素の低下などの原因となることから、廃棄する前にアンモニアを除去する処理を行うことが必要である。また、液状の化学生成物にアンモニアが含有する場合には、化学生成物の純度を上げるために化学生成物からアンモニアを除去する必要がある。
【０００３】
従来、低濃度のアンモニア含有液は、塩素による酸化や生物処理が行われていた。塩素処理では塩素とアンモニアとが反応し、アンモニアが除去されると同時にクロラミンが生成される。このクロラミンは殺菌作用が強く、環境の生態系を乱す虞があると共に、多量の塩素を必要とすることから、中濃度から高濃度のアンモニア含有液の処理には使用されず、通常、硝化・脱窒法による生物処理が行われている。
【０００４】
この硝化・脱窒法による生物処理は、アンモニアを硝化細菌で亜硝酸を介して硝酸にする硝化反応と、硝酸を脱窒細菌で窒素ガスに変換する脱窒反応とにより行われる。しかし、硝化・脱窒法によるアンモニア含有液の処理は、脱窒反応において有機物が必要であり、有機物として窒素量の３倍のメタノール量の添加を必要とする。従って、アンモニアの濃度が高くなればなるほど多量のメタノールが使用され、イニシャルコストばかりでなく、多大なランニングコストを要するという欠点がある。
【０００５】
これに対し、効率的な生物処理として、最近、嫌気性アンモニア酸化法が検討されている（例えば特許文献１）。この嫌気性アンモニア酸化法は、アンモニアの一部をアンモニア酸化細菌による亜硝酸型の硝化反応で亜硝酸に変換し、この亜硝酸と残りのアンモニアとを嫌気性アンモニア酸化細菌により脱窒する方法である。この嫌気性アンモニア酸化法は、硝化反応において必要酸素量が少なく、また脱窒反応に有機物を必要としないのでランニングコストを大幅に削減できるというメリットがある。
【特許文献１】特開２００１−３７４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、嫌気性アンモニア酸化法によるアンモニア含有液の処理は、上記の如くランニングコストを大幅に削減できるというメリットがある反面、アンモニアの一部を亜硝酸に変換する硝化反応が安定しないために、アンモニアと反応する亜硝酸の濃度が経時的に変動し易い。これにより、亜硝酸とアンモニアとを常に好ましい比率で脱窒反応させることが難しいので、アンモニア含有液の処理が安定せず、処理液の液質が変動し易いという欠点がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、アンモニア含有液の処理を常に安定に行うことができるので、良好な液質の処理液を常時安定して得ることができるアンモニア含有液の処理方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、アンモニア含有液のアンモニアを嫌気的に生物脱窒するアンモニア含有液の処理方法において、前記アンモニア含有液と嫌気性細菌とを生物処理槽内で接触させながら、一定濃度の亜硝酸を貯留した亜硝酸貯留槽から前記生物処理槽に亜硝酸を添加することを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項１では、従来のようにアンモニアの一部をアンモニア酸化細菌により亜硝酸型の硝化反応で亜硝酸に変換し、変換された亜硝酸と残りのアンモニアとを嫌気性細菌により脱窒すると、アンモニアと反応させる亜硝酸の濃度が経時的に変動し易いことに鑑み、一定濃度の亜硝酸を亜硝酸貯留槽に貯留しておき、この亜硝酸貯留槽から一定濃度の亜硝酸を生物処理槽に添加するようにした。
【００１０】
即ち、従来は、アンモニアと反応させる亜硝酸を亜硝酸貯留槽で一定濃度に調整し、この一定濃度に調整した亜硝酸を生物処理槽に添加するという技術思想はなく、この技術思想を着想することでアンモニアと反応させる亜硝酸の濃度を常に一定に維持することができる。亜硝酸濃度を常に一定に維持できれば、反応に必要な亜硝酸必要量は添加量で高精度に調整することができる。これにより、亜硝酸とアンモニアとを嫌気性アンモニア酸化細菌の存在下で常に好ましい比率で脱窒反応させることができるので、アンモニア含有液の処理を安定でき、常時安定し且つ良好な液質の処理液を得ることができる。
【００１１】
ここで、亜硝酸貯留槽に貯留する一定濃度の亜硝酸は、亜硝酸金属塩のように天然物や化学的な合成物の亜硝酸でもよく、或いは亜硝酸型の硝化槽でアンモニア酸化細菌により生物学的に生成された亜硝酸でもよい。要は亜硝酸貯留槽から生物処理槽に一定濃度の亜硝酸を添加できる構成であればよい。
【００１２】
請求項２は請求項１において、前記添加された亜硝酸の生物処理槽内における亜硝酸性窒素濃度の最大値が８０ｍｇ／Ｌ以上にならないように、前記亜硝酸貯留槽から前記生物処理槽へ添加する添加位置を複数に分散させることを特徴とする。
【００１３】
これは、一定濃度の亜硝酸を生物処理槽に添加しても、生物処理槽内での亜硝酸濃度に分布があると、結局、アンモニアと亜硝酸との好ましい比率を生物処理槽内全体に形成することができない。特に、嫌気性アンモニア酸化細菌は、亜硝酸を基質とする反面、亜硝酸性窒素濃度が８０ｍｇ／Ｌ以上になると活性が低下する。従って、請求項２のように、生物処理槽内における亜硝酸性窒素濃度の最大値が８０ｍｇ／Ｌ以上にならないように、亜硝酸貯留槽から生物処理槽へ添加する添加位置を複数に分散させることが好ましい。
【００１４】
請求項３は請求項１又は２において、前記アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度を測定し、前記測定したアンモニア性窒素濃度に対する亜硝酸必要量を演算し、前記演算結果に基づいて前記一定濃度の亜硝酸の添加量を調整することを特徴とする。
【００１５】
請求項３は、亜硝酸貯留槽に貯留される一定濃度の亜硝酸の添加量を調整するための１例であり、アンモニア含有液のアンモニア濃度が変動する場合に有効である。即ち、アンモニア含有液を測定して得られたアンモニア性窒素濃度から前記亜硝酸必要量を演算し、演算結果に基づいて一定濃度の亜硝酸の添加量を調整する。これにより、アンモニア含有液のアンモニア濃度に応じて亜硝酸の添加量を適切に調整することができる。アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度の測定は、連続的であっても間欠的であってもよい。
【００１６】
請求項４は請求項１〜３の何れか１において、前記生物処理槽に流入するアンモニア含有液の流入量を測定し、前記流入量の測定結果の増減に比例させて前記一定濃度の亜硝酸の添加量を増減させることを特徴とする。
【００１７】
請求項４は、亜硝酸貯留槽に貯留される一定濃度の亜硝酸の添加量を調整するための一例であり、現像廃液のようにアンモニア含有液のアンモニア濃度が一定の場合に有効である。即ち、亜硝酸必要量に相当する亜硝酸の添加量を一旦決めた後は、アンモニア含有液の流入量の増減に比例させて亜硝酸の添加量を増減すればよい。亜硝酸必要量に相当する亜硝酸の添加量の決め方としては、請求項３のようにアンモニア含有液の測定から亜硝酸必要量を演算すればよい。これにより、アンモニア含有液の流入量に応じて亜硝酸の添加量を適切に調整することができる。アンモニア含有液の流入量の測定は、連続的であっても間欠的であてもよい。
【００１８】
また、請求項４が請求項３に従属される場合のように、アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度の測定に加えて、生物処理槽に流入するアンモニア含有液の流入量を測定し、アンモニア性窒素濃度と流入量の両方に基づいて亜硝酸の添加量を調整すれば、より高精度な調整を行うことができる。
【００１９】
請求項５は請求項３又は４において、前記亜硝酸必要量は、前記アンモニアのアンモニア性窒素量に対して前記亜硝酸の亜硝酸性窒素量が１〜１．５倍になる範囲であることを特徴とする。
【００２０】
請求項５は好ましい亜硝酸必要量を具体的に示したもので、アンモニアのアンモニア性窒素量に対して１〜１．５倍の範囲の亜硝酸性窒素量にすることで、アンモニア含有液の窒素除去性能を顕著に向上させることができる。
【００２１】
請求項６は請求項１又は２において、前記亜硝酸貯留槽から前記生物処理槽に添加する亜硝酸の添加量を増減させると共に、該増減したときの前記生物処理槽内で生成される窒素ガスのガス生成速度（Ｌ／分）の増減を測定し、前記添加量の増減に正比例して前記ガス生成速度が増減しなくなる添加量を亜硝酸必要量として前記亜硝酸の添加量を調整することを特徴とする。
【００２２】
請求項６は、亜硝酸貯留槽に貯留される一定濃度の亜硝酸の添加量を調整するための一例であり、アンモニア含有液のアンモニア濃度の増減や生物処理槽への流入量の増減等の処理負荷の増減に対してリアルタイムに亜硝酸の添加量を調整する方法として有効である。
【００２３】
生物処理槽内において、嫌気性アンモニア酸化細菌の存在下でアンモニアと亜硝酸とが反応すると窒素ガスが生成され、この窒素ガスの生成速度の増減は、アンモニア濃度の増減や流入量の増減等の処理負荷の増減をリアルタイムに反映する。例えば、亜硝酸の添加量を増加させたときに窒素ガスのガス生成速度も増大する場合には、亜硝酸の添加量が不足している可能性があるので、ガス生成速度が増大しなくなるまで更に添加量の増加を繰り返す。また、亜硝酸の添加量を増加させてもガス生成速度が増大しない場合には、亜硝酸の添加量が過剰となっており嫌気性アンモニア酸化細菌の活性が低下する危険があるので、ガス生成速度が減少するまで亜硝酸の添加量を減少させる。このように、亜硝酸の添加量の増減を繰り介して、ガス生成速度が増大も減少もしなくなるときの亜硝酸の添加量を見つけ、これを亜硝酸必要量として亜硝酸の添加量を調整する。これにより、アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度や流入量を測定しなくても、亜硝酸の添加量を適切に調整することができ、しかもアンモニア濃度の増減や流入量の増減等の処理負荷の増減に対してリアルタイムな調整が可能になる。
【００２４】
本発明の請求項７は前記目的を達成するために、アンモニア含有液のアンモニアを嫌気的に生物脱窒するアンモニア含有液の処理装置において、内部に嫌気性細菌を存在させた生物処理槽と、前記アンモニア含有液を前記生物処理槽に流入させる流入部と、前記生物処理槽で処理した処理液を流出させる流出部と、一定濃度の亜硝酸を貯留する亜硝酸貯留槽と、前記亜硝酸貯留槽から前記生物処理槽に亜硝酸を添加する添加手段と、前記亜硝酸の添加量を調整する添加量調整手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
請求項７は、本発明を装置として構成したものであり、アンモニア含有液の処理を常に安定に行うことができるので、良好な液質の処理液を常時安定して得ることができる。
【００２６】
請求項８は請求項７において、前記添加手段は、前記添加された亜硝酸の前記生物処理槽内における濃度分布を抑制する濃度分布抑制機構を備えたことを特徴とする。
【００２７】
請求項８によれば、添加された亜硝酸の前記生物処理槽内における濃度分布の発生を抑制する濃度分布抑制機構を備えるようにしたので、一定濃度の亜硝酸を生物処理槽に添加することと相まって、アンモニアと亜硝酸との好ましい比率を生物処理槽内全体に形成することができる。
【００２８】
請求項９は請求項７又は８において、前記アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度を測定する濃度測定手段を設け、前記添加量調整手段は前記濃度測定手段の測定結果に基づいて亜硝酸の添加量を調整することを特徴とする。
【００２９】
請求項９は、亜硝酸貯留槽に貯留される一定濃度の亜硝酸の添加量を調整するための１例であり、アンモニア含有液のアンモニア濃度が変動する場合に有効である。
【００３０】
請求項１０は請求項７又は８において、前記アンモニア含有液の前記生物処理槽への流入量を測定する流入量測定手段を設け、前記添加量調整手段は前記流入量測定手段の測定結果に基づいて亜硝酸の添加量を調整することを特徴とする。
【００３１】
請求項１０は、亜硝酸貯留槽に貯留される一定濃度の亜硝酸の添加量を調整するための一例であり、現像廃液のようにアンモニア含有液のアンモニア濃度が一定の場合に有効である。
【００３２】
請求項１１は請求項７又は８において、前記添加手段で添加される亜硝酸の添加量を増減したときに前記生物処理槽内で生成される窒素ガスのガス生成速度（Ｌ／分）の増減を測定するガス生成速度測定手段を設け、前記添加量調整手段は前記ガス生成速度測定手段の測定結果に基づいて亜硝酸の添加量を調整することを特徴とする。
【００３３】
請求項１１は、亜硝酸貯留槽に貯留される一定濃度の亜硝酸の添加量を調整するための一例であり、アンモニア含有液のアンモニア濃度の増減や生物処理槽への流入量の増減等の処理負荷の増減に対してリアルタイムに亜硝酸の添加量を調整する方法として有効である。
【００３４】
請求項１２は請求項７〜１１の何れか１において、前記生物処理槽をカートリッジ型の着脱可能構造とすると共に前記流入部、流出部、及び添加手段の連結部を複数設け、複数の生物処理槽を前記流入部、前記流出部、及び前記添加手段に装着して成ることを特徴とする。
【００３５】
請求項１２によれば、生物処理槽をカートリッジ型の着脱可能構造として、連結部をそれぞれ複数設けた流入部、流出部、及び添加手段に着脱自在に装着できるようにしたので、メリーゴーランド式に複数の生物処理槽で順番にアンモニア含有液を処理することもでき、あるいは複数の生物処理槽のうちの１本を非常時の予備の生物処理槽として使用することもできる。このように、生物処理槽をカートリッジ型の着脱可能構造にすることにより、１本の生物処理槽の嫌気性アンモニア酸化細菌の活性が低下したり死滅したりした場合には、別の生物処理槽に簡単に交換したり、予備の生物処理槽を使用したりすることができる。。
【発明の効果】
【００３６】
以上説明したように、本発明のアンモニア含有液の処理方法及び装置によれば、アンモニア含有液を常に安定処理することができるので、常時安定し且つ良好な液質の処理液を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下添付図面に従って本発明に係るアンモニア含有液の処理方法及び装置における好ましい実施の形態について詳説する。
【００３８】
本発明のアンモニア含有液の処理装置１０は、図１、図３、図４、図５、図７における各種の態様に示される如く、亜硝酸貯留槽１２と生物処理槽１４とを基本構成として構成され、この基本構成に各種の測定手段、制御手段等を装備することで構成される。従って、先ず、基本構成である亜硝酸貯留槽１２と生物処理槽１４について説明する。
【００３９】
亜硝酸貯留槽１２には、一定濃度の亜硝酸になるように亜硝酸金属塩を溶媒（通常水）に溶解した溶液、或いは一定濃度の亜硝酸になるように調整された亜硝酸金属塩の粉体が貯留されており、各種の測定や制御によりアンモニア含有液のアンモニアを処理するのに適切な亜硝酸必要量が、亜硝酸貯留槽１２から生物処理槽１４に添加される。この場合、亜硝酸貯留槽１２に貯留する亜硝酸は、上記の亜硝酸金属塩のような天然物や化学的な合成物に限らず、アンモニアを亜硝酸型の硝化槽でアンモニア細菌により硝化するときに生成される亜硝酸でもよい。要は、亜硝酸貯留槽１２に一定濃度の亜硝酸が貯留されていればよい。
【００４０】
生物処理槽１４には、嫌気性細菌として嫌気性アンモニア酸化細菌が馴養又は投入されており、嫌気性雰囲気に保持される。嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養としては、例えば、２００４年度、第７回の日本水環境学会シンポジウム講演集の１２５頁に記載されるように、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む活性汚泥や嫌気性消化汚泥等を種汚泥として馴養することができる。尚、アンモニア含有液のアンモニアを嫌気的に生物脱窒するための細菌であって、亜硝酸を基質とする全ての細菌について本発明を適用できる。
【００４１】
生物処理槽１４内における嫌気性アンモニア酸化細菌の保持形態としては、生物処理槽１４内に浮遊菌の形で保持することも可能であるが、上記した活性汚泥等の微生物を充填材に付着させた生物膜、或いは活性汚泥等の微生物を固定化材に包括固定化した包括固定化担体として保持することが好ましい。ここで、包括固定化とは、モノマー材料やプレポリマー材料と微生物を混合し、この混合液を重合して固定化材内部に微生物を固定化することをいう。
【００４２】
生物膜や包括固定化担体として嫌気性アンモニア酸化細菌を保持した場合の生物処理槽１４への充填量は、固定床タイプの場合に３０〜７０容積％、懸濁粒子槽や膨張槽のタイプの場合に５〜４０容積％がよい。生物膜の充填材としては、不織布、プラスチック材料、スポンジ材料等の材質のものを使用でき、形状も板状、粒状、筒状などの各種の形状のものを使用できる。
【００４３】
また、包括固定化担体のモノマー材料としては、アクリルアミド、メチレンビスアクリルアミド、トリアクリルフォルマール等を好適に使用することができる。プレポリマー材料としては、ポリエチレングリコールジアクリレートやポリエチレングリコールメタクリレートが好ましく、その誘導体を好適に使用することができる。包括固定化担体の形状は、角形、球状、筒状等で表面に凹凸が多い形状がアンモニア含有液との接触効率が良く、アンモニア含有液中のアンモニア等の窒素成分の除去効率を向上させることができる。包括固定化担体の大きさは、形状が角形や球状である場合には、１〜１０ｍｍ程度が好ましい。
【００４４】
包括固定化する微生物は、嫌気性アンモニア酸化細菌の純粋菌株、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む活性汚泥などの混合微生物を使用することができる。包括固定化担体内部の微生物群の総菌数が１０5 個／ｍＬ以上且つ嫌気性アンモニア酸化細菌が総菌数の１／１０〜１／１０００の範囲を満足することが好ましい。これは、通常、包括固定化担体内部の微生物群の濃度が１０6 個／ｍＬ以上で活性を発現するが、総菌数が１０5 個／ｍＬ以上で固定化することにより、担体内部で１０8 個／ｍＬ以上まで増殖し、それだけ嫌気性アンモニア酸化細菌の活性も高くなるからである。
【００４５】
表１は、嫌気性アンモニア酸化細菌を包括固定した包括固定化担体の代表的な組成例である。
【００４６】
【表１】
上記組成の懸濁液に過硫酸カリウムを０．２５部添加すると重合が始まり、ゲル化する。このゲルを切断し、任意の大きさにしたものが包括固定化担体となる。
【００４７】
次に、上述の亜硝酸貯留槽１２と生物処理槽１４との基本構成を備えた本発明のアンモニア含有液の処理装置１０の各種の態様を説明する。尚、生物処理槽１４内に存在する嫌気性アンモニア酸化細菌の保持形態としては、上記したように、浮遊菌、生物膜、包括固定化担体の何れでも良いが、本実施形態では包括固定化担体の例で説明する。
【００４８】
図１は、アンモニア含有液の処理装置１０の第１の実施の形態であり、内部に嫌気性アンモニア酸化細菌を存在させた嫌気性雰囲気の生物処理槽１４と、アンモニア含有液を生物処理槽１４に流入させる流入部と、生物処理槽１４で処理した処理水を流出させる流出部と、一定濃度の亜硝酸を貯留する亜硝酸貯留槽１２と、亜硝酸貯留槽１２から生物処理槽に亜硝酸を添加する添加手段と、亜硝酸の添加量を調整する添加量調整手段と、で構成される。
【００４９】
即ち、流入部を形成する流入配管１６と流入ポンプ１７により、アンモニア含有液が生物処理槽１４内に流入される。生物処理槽１４内には嫌気性アンモニア酸化細菌が包括固定化された包括固定化担体２４が充填されており、流入したアンモニア含有液と接触する。この場合、図１では省略してあるが、包括固定化担体２４を生物処理槽１４内で流動させてアンモニア含有液との接触効率を上げるために、例えば攪拌機や嫌気ガスの吹き込み機のようなものを設けることが好ましい。
【００５０】
生物処理槽１４の上方に設けられた亜硝酸貯留槽１２からは、添加手段として複数に分岐した添加配管２０が生物処理槽１４の上方まで延設され、亜硝酸貯留槽１２に貯留された一定濃度の亜硝酸が生物処理槽１４に添加される。これにより、アンモニア含有液のアンモニアと添加された亜硝酸とが嫌気性雰囲気の下で嫌気性アンモニア酸化細菌により同時脱窒され、窒素ガスとして除去される。生物処理槽１４で処理された処理液は流出部を形成する処理水配管１８を介して系外に排出される。生物処理槽１４の流出部側にはスクリーン２６が設けられ、包括固定化担体２４が処理液と一緒に流出することを防止する。このように、一定濃度の亜硝酸を亜硝酸貯留槽１２に貯留しておき、この亜硝酸貯留槽１２から生物処理槽１４に亜硝酸必要量に相当する亜硝酸の添加量を添加することにより、アンモニア含有液の処理を常に安定に行うことができるので、良好な液質の処理液を常時安定して得ることができる。
【００５１】
添加配管２０は幹管２０Ａと枝管２０Ｂとで構成され、幹管２０Ａには亜硝酸の添加量を調整する添加量調整手段としてのバルブ２２が設けられると共に、分岐された複数の枝管２０Ｂは生物処理槽１４の流入部側から流出部側にかけて亜硝酸の添加位置が分散するように配置される。これにより、添加された亜硝酸の生物処理槽１４内における濃度分布を抑制する濃度分布抑制機構が形成される。この濃度分布抑制機構により、添加された亜硝酸の生物処理槽１４内における亜硝酸性窒素濃度の最大値が８０ｍｇ／Ｌ以上にならないようにすることが重要である。これは、嫌気性アンモニア酸化細菌は、亜硝酸を基質とする反面、亜硝酸性窒素濃度が８０ｍｇ／Ｌ以上になると活性が低下するためであり、一定濃度の亜硝酸を生物処理槽１４に添加しても、生物処理槽１４内で局部的に８０ｍｇ／Ｌを超えると、嫌気性アンモニア酸化細菌の活性が低下してしまうためである。
【００５２】
亜硝酸貯留槽１２から生物処理槽１４へ添加する一定濃度の亜硝酸の添加量は、バルブ２２によって調整され、アンモニア含有液のアンモニアを処理するために必要な亜硝酸必要量に相当する添加量が生物処理槽１４に添加される。この亜硝酸必要量は、アンモニアのアンモニア性窒素量に対して亜硝酸の亜硝酸性窒素量が１〜１．５倍の範囲であることが好ましい。即ち、図２に示すように、アンモニアのアンモニア性窒素量（ＮＨ4 - Ｎ）に対する亜硝酸の亜硝酸性窒素量（ＮＯ2 - Ｎ）の比率（ＮＯ2 - Ｎ／ＮＨ4 - Ｎ）は、アンモニア含有液から除去される総窒素除去率（Ｔ−Ｎ除去率）に密接な関係があり、比率が１〜１．５倍の範囲でＴ−Ｎ除去率が最大になり、比率が１未満及び１．５を超えるとＴ−Ｎ除去率が急激に低下する。
【００５３】
図３は、アンモニア含有液の処理装置５０の第２の実施の形態である。尚、第１の実施の形態と同じ部材及び手段については同符号を付して説明は省略する。尚、図３から図６には濃度分布抑制機構の図示は省略してある。
【００５４】
図３に示すように、流入配管１６の途中にアンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度を測定する濃度測定器２８が設けられ、濃度測定器２８で測定された測定値は濃度モニタリングタイプの亜硝酸制御装置３０に送られる。濃度測定器２８によるアンモニア性窒素濃度の測定は連続的又は間欠的でもよい。亜硝酸制御装置３０では、濃度測定器２８で測定された測定結果から亜硝酸必要量に相当する亜硝酸の添加量を演算し、演算した添加量に基づいてバルブ２２の開度を調整する。添加量とバルブ開度との関係は予め測定され、亜硝酸制御装置３０に入力しておくとよい。これにより、アンモニア含有液のアンモニア濃度に応じて亜硝酸の添加量を適切に制御することができる。従って、本発明のアンモニア含有液の処理装置５０の第２の実施の形態は、アンモニア含有液のアンモニア濃度が変動する場合に有効である。
【００５５】
尚、図３には示さなかったが、生物処理槽１４に流入するアンモニア含有液の流入量も変動する場合には、濃度測定器２８に加えて流入配管１６に流入量を測定する流量測定器を設け、濃度と流量の両方で亜硝酸の添加量を制御することが好ましい。
【００５６】
図４は、アンモニア含有液の処理装置６０の第３の実施の形態である。尚、第１及び第２の実施の形態と同じ部材及び手段については同符号を付して説明は省略する。
【００５７】
図４に示すように、流入配管１６の途中にアンモニア含有液の流入量を測定する流入量測定器３２が設けられ、流入量測定器３２で測定された測定値は流量モニタリングタイプの亜硝酸制御装置３４に送液される。流入量測定器３２によるアンモニア含有液の流入量の測定は連続的又は間欠的でもよい。亜硝酸制御装置３４では、流入量測定器３２で測定された流入量の増減に正比例して前記した亜硝酸必要量に相当する亜硝酸の添加量を増減するように、バルブ２２の開度を調整する。亜硝酸必要量は予めアンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度を分析することにより求めておくとよい。
【００５８】
第３の実施の形態の処理装置６０は、現像廃液のようにアンモニア含有液のアンモニア濃度が一定の場合に有効である。
【００５９】
図５は、アンモニア含有液の処理装置７０の第４の実施の形態である。尚、第１〜第３の実施の形態と同じ部材及び手段については同符号を付して説明は省略する。
【００６０】
図５に示すように、生物処理槽１４は密閉式の槽として形成され、生物処理槽１４内の上部空間には、生物処理槽１４内でアンモニアと亜硝酸とが反応することにより生成される窒素ガスが溜まるトラップ部３６が形成される。また、生物処理槽１４の上板１４Ａには、トラップ部３６に溜まる窒素ガスを収集するガス収集管３８が接続される。図示しないが、処理水配管１８が生物処理槽１４に接続される接続部には生物処理槽１４内で発生した窒素ガスが処理液と一緒に漏洩しないための液封機構を設けることが好ましい。液封機構としては、例えば液封Ｕ字管のような公知のものを使用できる。
【００６１】
ガス収集管３８の途中には、ガス収集管３８を流れるガス量を逐次測定することで、生物処理槽１４内で発生する窒素ガスのガス生成速度（Ｌ／分）を測定するガス生成速度測定器４０が設けられる。厳密には、ガス収集管３８で収集されるガス中には、アンモニア含有液から持ち込まれる空気成分等も考えられるが、極く微量であるので無視し、ここでは窒素ガスのガス生成速度と称することにする。ガス生成速度測定器４０としては、例えば渦式流量計、フロート式流量計、積算流量計等を好ましく使用することができる。
【００６２】
ガス生成速度測定器４０で測定される測定値は窒素ガスモニタリングタイプの亜硝酸制御装置４２に逐次入力される。亜硝酸制御装置４２では、亜硝酸の添加量を増減させると共に、増減させたときのガス生成速度測定器４２で測定される窒素ガスのガス生成速度Ｖｎ（Ｌ／分）の増減をモニタリングし、添加量の増減に比例してガス生成速度Ｖｎが増減しなくなる添加量を亜硝酸必要量とし、亜硝酸の添加量をバルブ２２で調整する。
【００６３】
例えば、図６の窒素ガス発生モニタリングによる亜硝酸制御プログラムに示すように、処理装置１０の運転初期の亜硝酸添加量における窒素ガスのガス生成速度を測定し、このガス生成速度Ｖｎのときの亜硝酸添加量を基準添加量とする（ステップ１０）。
【００６４】
次に、亜硝酸制御装置４２は、バルブ２２の開度を大きくして、亜硝酸貯留槽１２から生物処理槽１４に添加する亜硝酸の添加量を基準添加量よりも３％（重量％でも容量％でもよい）増加させる（ステップ１２）。そして、亜硝酸制御装置４２は、添加量を３％増加させることによってガス生成速度測定器４０で測定されるガス生成速度Ｖｎが増大するかをモニタリングし、添加量の増加に正比例してガス生成速度Ｖｎが増大（例えば３％）する場合には、亜硝酸の添加量が不足している可能性があるので、再びステップ１２に戻って亜硝酸の添加量を基準添加量よりも更に３％増加する。
【００６５】
添加量の増加に正比例してガス生成速度Ｖｎが増大しない場合には、亜硝酸の添加量が過剰となっており嫌気性アンモニア酸化細菌の活性が低下する危険があるので、バルブ２２の開度を絞って亜硝酸の添加量を３％減少させる（ステップ１４）。亜硝酸制御装置４２は、添加量を３％減少させることによってガス生成速度測定器４０で測定されるガス生成速度Ｖｎが減少するかをモニタリングし、添加量の減少に正比例してガス生成速度Ｖｎが低下（例えば３％）する場合には、再びステップ１２に戻り、ガス生成速度Ｖｎが低下しない場合には亜硝酸が未だ過剰である危険性があるので、ステップ１４に戻る。
【００６６】
このステップ１２からステップ１４の操作を繰り返すことにより、ガス生成速度が増大も低下もしなくなるときの亜硝酸の添加量を見つけ、これを亜硝酸必要量として亜硝酸の添加量を調整する。これにより、アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度や流入量を測定しなくても、亜硝酸の添加量を適量に調整することができ、しかもアンモニア濃度の増減や流入量の増減等の処理負荷の増減に対してリアルタイムな調整が可能になる。尚、上記のプログラムでは、亜硝酸の添加量の増減を３％としたが、２〜５％の範囲で適宜選択することが好ましい。これは、２％未満では、ガス生成速度の増大・減少を精度良くモニタリングできず、５％を超えると生物処理槽１４内での亜硝酸濃度が急激に上昇する危険があるからである。また、ステップ１２やステップ１４に戻ったときには、次のサイクルとして亜硝酸の増減量を例えば３％から２％に変えて行ってもよい。
【００６７】
図７は、アンモニア含有液の処理装置８０の第５の実施の形態である。尚、第１〜第４の実施の形態と同じ部材及び手段については同符号を付して説明は省略する。
【００６８】
図７に示すように、処理装置８０は、主として、アンモニア含有液を貯留するアンモニア貯留槽４４と、一定濃度の亜硝酸を貯留する亜硝酸貯留槽１２と、カートリッジ型の着脱可能構造を有する縦型の生物処理槽１４と、生物処理槽１４で処理された処理液を貯留する処理液貯留槽４６とで構成される。カートリッジ型の生物処理槽１４は、密閉型の筒状容器とし、その内部に包括固定化担体２４を固定床として充填することが好ましい。
【００６９】
アンモニア貯留槽４４のアンモニア含有液を生物処理槽１４に流入させる流入配管１６は、先端側（生物処理槽側）が２本に分岐され、分岐された２本の配管１６Ａ，１６Ａの途中にバルブ２２が設けられると共に、２本の配管１６Ａ，１６Ａの先端にはワンタッチ式連結器４８の雄部が設けられる。また、亜硝酸貯留槽１２の亜硝酸を生物処理槽１４に添加する添加配管２０は、幹管２０Ａと、生物処理槽１４の下部から上部にかけて添加位置が分散されるように分岐された複数の枝管２０Ｂとで構成される。そして、幹管２０Ａに添加ポンプ４９が設けられると共に、枝管２０Ｂの先端にワンタッチ式連結器４８の雄部が設けられる。更に、生物処理槽１４で処理された処理水の処理水配管１８の基端側（生物処理槽側）が２本に分岐されると共に、２本の配管１８Ａ，１８Ａの基端にはワンタッチ式連結器４８の雄部が設けられる。
【００７０】
一方、生物処理槽１４の下端部、上端部、及び側面部の３カ所には、それぞれ連結管５２が設けられ、それぞれの連結管５２の先端にはワンタッチ式連結器４８の雌部が設けられる。これにより、２つの生物処理槽１４は、ワンタッチ式連結器４８を介して流入配管１６、処理水配管１８、及び添加配管２０に着脱自在に装着することができる。
【００７１】
尚、本実施の形態では、２槽の生物処理槽１４を着脱できるように構成したが、１槽でも２槽以上でもよく、槽数に合わせて流入配管１６、処理水配管１８、及び添加配管２０の取り合い数を形成すればよい。
【００７２】
このように構成された処理装置８０の第５の実施の形態は、複数の生物処理槽１４をメリーゴーランド式に順番に使用することができる。更には、複数の生物処理槽１４のうちの１槽を予備の生物処理槽１４として、使用中の生物処理槽１４における嫌気性アンモニア酸化細菌が死滅したり、活性が低下したりしたときに、予備の生物処理槽１４を使用するようにすれば便利である。従って、処理装置８０の第５の実施の形態は、現像廃液のように一定濃度のアンモニアを含む小規模廃液を処理をする場合に有効である。
【実施例】
【００７３】
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７４】
［実施例１］
実施例１では、図１の処理装置１０を使用してアンモニア含有液を処理した。
【００７５】
生物処理槽１４に充填した包括固定化担体の組成等は表２の通りである。
【００７６】
【表２】
過硫酸カリウムを添加することにより上記組成をゲル化させた後、３ｍｍ角型に成形して包括固定化担体２４とした。
【００７７】
（処理装置の試験条件）
・アンモニア含有液：アンモニア性窒素濃度が９０〜１２０ｍｇ／Ｌの工場廃水を使用した。
・亜硝酸必要量：アンモニア性窒素量（ＮＨ4 - Ｎ）１２０ｍｇ／Ｌに対して１．３倍量の亜硝酸性窒素量（ＮＯ2 - Ｎ）となるように、亜硝酸貯留槽１２から生物処理槽１４に添加する一定濃度の亜硝酸の添加量を調整した。
・生物処理槽１４の滞留時間：１時間
・包括固定化担体の充填率：２０％
・生物処理槽１４を機械攪拌して包括固定化担体を流動させた。
【００７８】
上記の条件で連続処理した結果、生物処理槽１４ではアンモニア含有液のアンモニアと亜硝酸貯留槽１２から添加された亜硝酸とが同時脱窒され、処理液の総窒素濃度は３０〜５０ｍｇ／Ｌで安定して推移した。
【００７９】
［実施例２］
実施例２では、図３の処理装置５０、図４の処理装置６０、図５の処理装置７０を用いて、実施例１と同じ包括固定化担体、試験条件でアンモニア含有液を処理した。尚、図５の処理装置７０では、図６に示したステップにより、亜硝酸の添加量を調整した。
【００８０】
実施例２の結果を表３に示す。また、表３には従来法として、生物処理槽１０に亜硝酸を添加しないで脱窒を行った場合と、生物処理槽５０に亜硝酸の代わりにメタノールを添加して脱窒を行った場合について示した。
【００８１】
【表３】
表３から分かるように、本発明法１〜３は、処理液の総窒素濃度は２０〜４０ｍｇ／Ｌの間であり、アンモニア含有液を安定して処理することができた。
【００８２】
これに対し、従来法１及び２は、処理液の総窒素濃度は８８〜１２４ｍｇ／Ｌの間であり、アンモニア含有液のアンモニアを殆ど処理することができなかった。
【００８３】
また、従来法によるアンモニアの処理には、硝化反応と脱窒反応が必要であり、硝化反応には滞留時間４〜６時間、脱窒反応にも３〜６時間必要であり、更にメタノールが窒素量の３倍量必要になる。従って、大規模の処理装置を必要とする。
【００８４】
これに対し、本発明の処理装置は、アンモニア含有液と嫌気性アンモニア酸化細菌とを生物処理槽１４内で嫌気性雰囲気で接触させながら、一定濃度の亜硝酸を貯留した亜硝酸貯留槽１２から生物処理槽１４に亜硝酸必要量を添加するだけで、アンモニア含有液の処理を常に安定に行うことができる。従って、硝化槽と脱窒槽を必要とする従来法に比べて処理装置をコンパクト化できるだけでなく、ランニングコストも削減でき非常に安価な処理方法と言える。
【００８５】
［実施例３］
実施例３では、図７の処理装置８０を使用してアンモニア含有液を処理した。
【００８６】
生物処理槽１４に充填した包括固定化担体の組成等は表４の通りである。
【００８７】
【表４】
過硫酸カリウムを添加することにより上記組成をゲル化させた後、３ｍｍ角型に成形して包括固定化担体２４とした。
【００８８】
（処理装置の試験条件）
・アンモニア含有液：アンモニア性窒素濃度が２０００ｍｇ／Ｌの現像廃液希釈水を使用した。
・亜硝酸必要量：アンモニア性窒素量（ＮＨ4 - Ｎ）２０００ｍｇ／Ｌに対して１．３倍量の亜硝酸性窒素量（ＮＯ2 - Ｎ）となるように、亜硝酸貯留槽１２から生物処理槽１４に添加する一定濃度の亜硝酸の添加量を調整した。
・生物処理槽１４の滞留時間：４時間
・包括固定化担体２４の充填率：３０％
・生物処理槽１４を機械攪拌して包括固定化担体を流動させた。
【００８９】
上記の条件で連続処理した結果、生物処理槽１４ではアンモニア含有液のアンモニアと亜硝酸貯留槽１２から添加された亜硝酸とが同時脱窒され、処理液の総窒素濃度は１６０〜２３０ｍｇ／Ｌで安定して推移した。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明のアンモニア含有液の処理装置の第１の実施の形態の概念図
【図２】アンモニアのアンモニア性窒素量に対する亜硝酸の亜硝酸性窒素量（ＮＯ2 - Ｎ）の比率と、総窒素除去率との関係図
【図３】本発明のアンモニア含有液の処理装置の第２の実施の形態の概念図
【図４】本発明のアンモニア含有液の処理装置の第３の実施の形態の概念図
【図５】本発明のアンモニア含有液の処理装置の第４の実施の形態の概念図
【図６】窒素ガス発生モニタリングによる亜硝酸自動制御システムにおける制御プログラムの説明図
【図７】本発明のアンモニア含有液の処理装置の第５の実施の形態の概念図
【符号の説明】
【００９１】
１０、５０、６０、７０、８０…アンモニア含有液の処理装置、１２…亜硝酸貯留槽、１４…生物処理槽、１６…流入配管、１７…流入ポンプ、１８…処理水配管、２０…添加配管（添加手段）、２２…バルブ（添加量調整手段）、２４…包括固定化担体、２６…スクリーン、２８…濃度測定器、３０…濃度モニタリングタイプの亜硝酸制御装置、３２…流入量測定器、３４…流量モニタリングタイプの亜硝酸制御装置、３６…トラップ部、３８…ガス収集管、４０…ガス生成速度測定器、４２…窒素ガスモニタリングタイプの亜硝酸制御装置、４４…アンモニア貯留槽、４６…処理液貯留槽、４８…ワンタッチ式の連結器、５２…連結管
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンモニア含有液の処理方法及び装置に係り、特に廃水処理分野、ファインケミカル分野等の広い分野において発生するアンモニア含有液のアンモニアを生物学的に脱窒する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場廃液、写真現像廃液、化学生成物を製造する化学工場廃液等においては、低濃度から高濃度のアンモニア含有液が発生する。これらアンモニア含有液が廃液として廃棄される場合には、水域の富栄養化や溶存酸素の低下などの原因となることから、廃棄する前にアンモニアを除去する処理を行うことが必要である。また、液状の化学生成物にアンモニアが含有する場合には、化学生成物の純度を上げるために化学生成物からアンモニアを除去する必要がある。
【０００３】
従来、低濃度のアンモニア含有液は、塩素による酸化や生物処理が行われていた。塩素処理では塩素とアンモニアとが反応し、アンモニアが除去されると同時にクロラミンが生成される。このクロラミンは殺菌作用が強く、環境の生態系を乱す虞があると共に、多量の塩素を必要とすることから、中濃度から高濃度のアンモニア含有液の処理には使用されず、通常、硝化・脱窒法による生物処理が行われている。
【０００４】
この硝化・脱窒法による生物処理は、アンモニアを硝化細菌で亜硝酸を介して硝酸にする硝化反応と、硝酸を脱窒細菌で窒素ガスに変換する脱窒反応とにより行われる。しかし、硝化・脱窒法によるアンモニア含有液の処理は、脱窒反応において有機物が必要であり、有機物として窒素量の３倍のメタノール量の添加を必要とする。従って、アンモニアの濃度が高くなればなるほど多量のメタノールが使用され、イニシャルコストばかりでなく、多大なランニングコストを要するという欠点がある。
【０００５】
これに対し、効率的な生物処理として、最近、嫌気性アンモニア酸化法が検討されている（例えば特許文献１）。この嫌気性アンモニア酸化法は、アンモニアの一部をアンモニア酸化細菌による亜硝酸型の硝化反応で亜硝酸に変換し、この亜硝酸と残りのアンモニアとを嫌気性アンモニア酸化細菌により脱窒する方法である。この嫌気性アンモニア酸化法は、硝化反応において必要酸素量が少なく、また脱窒反応に有機物を必要としないのでランニングコストを大幅に削減できるというメリットがある。
【特許文献１】特開２００１−３７４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、嫌気性アンモニア酸化法によるアンモニア含有液の処理は、上記の如くランニングコストを大幅に削減できるというメリットがある反面、アンモニアの一部を亜硝酸に変換する硝化反応が安定しないために、アンモニアと反応する亜硝酸の濃度が経時的に変動し易い。これにより、亜硝酸とアンモニアとを常に好ましい比率で脱窒反応させることが難しいので、アンモニア含有液の処理が安定せず、処理液の液質が変動し易いという欠点がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、アンモニア含有液の処理を常に安定に行うことができるので、良好な液質の処理液を常時安定して得ることができるアンモニア含有液の処理方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、アンモニア含有液のアンモニアを嫌気的に生物脱窒するアンモニア含有液の処理方法において、前記アンモニア含有液と嫌気性細菌とを生物処理槽内で接触させながら、一定濃度の亜硝酸を貯留した亜硝酸貯留槽から前記生物処理槽に亜硝酸を添加することを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項１では、従来のようにアンモニアの一部をアンモニア酸化細菌により亜硝酸型の硝化反応で亜硝酸に変換し、変換された亜硝酸と残りのアンモニアとを嫌気性細菌により脱窒すると、アンモニアと反応させる亜硝酸の濃度が経時的に変動し易いことに鑑み、一定濃度の亜硝酸を亜硝酸貯留槽に貯留しておき、この亜硝酸貯留槽から一定濃度の亜硝酸を生物処理槽に添加するようにした。
【００１０】
即ち、従来は、アンモニアと反応させる亜硝酸を亜硝酸貯留槽で一定濃度に調整し、この一定濃度に調整した亜硝酸を生物処理槽に添加するという技術思想はなく、この技術思想を着想することでアンモニアと反応させる亜硝酸の濃度を常に一定に維持することができる。亜硝酸濃度を常に一定に維持できれば、反応に必要な亜硝酸必要量は添加量で高精度に調整することができる。これにより、亜硝酸とアンモニアとを嫌気性アンモニア酸化細菌の存在下で常に好ましい比率で脱窒反応させることができるので、アンモニア含有液の処理を安定でき、常時安定し且つ良好な液質の処理液を得ることができる。
【００１１】
ここで、亜硝酸貯留槽に貯留する一定濃度の亜硝酸は、亜硝酸金属塩のように天然物や化学的な合成物の亜硝酸でもよく、或いは亜硝酸型の硝化槽でアンモニア酸化細菌により生物学的に生成された亜硝酸でもよい。要は亜硝酸貯留槽から生物処理槽に一定濃度の亜硝酸を添加できる構成であればよい。
【００１２】
請求項２は請求項１において、前記添加された亜硝酸の生物処理槽内における亜硝酸性窒素濃度の最大値が８０ｍｇ／Ｌ以上にならないように、前記亜硝酸貯留槽から前記生物処理槽へ添加する添加位置を複数に分散させることを特徴とする。
【００１３】
これは、一定濃度の亜硝酸を生物処理槽に添加しても、生物処理槽内での亜硝酸濃度に分布があると、結局、アンモニアと亜硝酸との好ましい比率を生物処理槽内全体に形成することができない。特に、嫌気性アンモニア酸化細菌は、亜硝酸を基質とする反面、亜硝酸性窒素濃度が８０ｍｇ／Ｌ以上になると活性が低下する。従って、請求項２のように、生物処理槽内における亜硝酸性窒素濃度の最大値が８０ｍｇ／Ｌ以上にならないように、亜硝酸貯留槽から生物処理槽へ添加する添加位置を複数に分散させることが好ましい。
【００１４】
請求項３は請求項１又は２において、前記アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度を測定し、前記測定したアンモニア性窒素濃度に対する亜硝酸必要量を演算し、前記演算結果に基づいて前記一定濃度の亜硝酸の添加量を調整することを特徴とする。
【００１５】
請求項３は、亜硝酸貯留槽に貯留される一定濃度の亜硝酸の添加量を調整するための１例であり、アンモニア含有液のアンモニア濃度が変動する場合に有効である。即ち、アンモニア含有液を測定して得られたアンモニア性窒素濃度から前記亜硝酸必要量を演算し、演算結果に基づいて一定濃度の亜硝酸の添加量を調整する。これにより、アンモニア含有液のアンモニア濃度に応じて亜硝酸の添加量を適切に調整することができる。アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度の測定は、連続的であっても間欠的であってもよい。
【００１６】
請求項４は請求項１〜３の何れか１において、前記生物処理槽に流入するアンモニア含有液の流入量を測定し、前記流入量の測定結果の増減に比例させて前記一定濃度の亜硝酸の添加量を増減させることを特徴とする。
【００１７】
請求項４は、亜硝酸貯留槽に貯留される一定濃度の亜硝酸の添加量を調整するための一例であり、現像廃液のようにアンモニア含有液のアンモニア濃度が一定の場合に有効である。即ち、亜硝酸必要量に相当する亜硝酸の添加量を一旦決めた後は、アンモニア含有液の流入量の増減に比例させて亜硝酸の添加量を増減すればよい。亜硝酸必要量に相当する亜硝酸の添加量の決め方としては、請求項３のようにアンモニア含有液の測定から亜硝酸必要量を演算すればよい。これにより、アンモニア含有液の流入量に応じて亜硝酸の添加量を適切に調整することができる。アンモニア含有液の流入量の測定は、連続的であっても間欠的であてもよい。
【００１８】
また、請求項４が請求項３に従属される場合のように、アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度の測定に加えて、生物処理槽に流入するアンモニア含有液の流入量を測定し、アンモニア性窒素濃度と流入量の両方に基づいて亜硝酸の添加量を調整すれば、より高精度な調整を行うことができる。
【００１９】
請求項５は請求項３又は４において、前記亜硝酸必要量は、前記アンモニアのアンモニア性窒素量に対して前記亜硝酸の亜硝酸性窒素量が１〜１．５倍になる範囲であることを特徴とする。
【００２０】
請求項５は好ましい亜硝酸必要量を具体的に示したもので、アンモニアのアンモニア性窒素量に対して１〜１．５倍の範囲の亜硝酸性窒素量にすることで、アンモニア含有液の窒素除去性能を顕著に向上させることができる。
【００２１】
請求項６は請求項１又は２において、前記亜硝酸貯留槽から前記生物処理槽に添加する亜硝酸の添加量を増減させると共に、該増減したときの前記生物処理槽内で生成される窒素ガスのガス生成速度（Ｌ／分）の増減を測定し、前記添加量の増減に正比例して前記ガス生成速度が増減しなくなる添加量を亜硝酸必要量として前記亜硝酸の添加量を調整することを特徴とする。
【００２２】
請求項６は、亜硝酸貯留槽に貯留される一定濃度の亜硝酸の添加量を調整するための一例であり、アンモニア含有液のアンモニア濃度の増減や生物処理槽への流入量の増減等の処理負荷の増減に対してリアルタイムに亜硝酸の添加量を調整する方法として有効である。
【００２３】
生物処理槽内において、嫌気性アンモニア酸化細菌の存在下でアンモニアと亜硝酸とが反応すると窒素ガスが生成され、この窒素ガスの生成速度の増減は、アンモニア濃度の増減や流入量の増減等の処理負荷の増減をリアルタイムに反映する。例えば、亜硝酸の添加量を増加させたときに窒素ガスのガス生成速度も増大する場合には、亜硝酸の添加量が不足している可能性があるので、ガス生成速度が増大しなくなるまで更に添加量の増加を繰り返す。また、亜硝酸の添加量を増加させてもガス生成速度が増大しない場合には、亜硝酸の添加量が過剰となっており嫌気性アンモニア酸化細菌の活性が低下する危険があるので、ガス生成速度が減少するまで亜硝酸の添加量を減少させる。このように、亜硝酸の添加量の増減を繰り介して、ガス生成速度が増大も減少もしなくなるときの亜硝酸の添加量を見つけ、これを亜硝酸必要量として亜硝酸の添加量を調整する。これにより、アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度や流入量を測定しなくても、亜硝酸の添加量を適切に調整することができ、しかもアンモニア濃度の増減や流入量の増減等の処理負荷の増減に対してリアルタイムな調整が可能になる。
【００２４】
本発明の請求項７は前記目的を達成するために、アンモニア含有液のアンモニアを嫌気的に生物脱窒するアンモニア含有液の処理装置において、内部に嫌気性細菌を存在させた生物処理槽と、前記アンモニア含有液を前記生物処理槽に流入させる流入部と、前記生物処理槽で処理した処理液を流出させる流出部と、一定濃度の亜硝酸を貯留する亜硝酸貯留槽と、前記亜硝酸貯留槽から前記生物処理槽に亜硝酸を添加する添加手段と、前記亜硝酸の添加量を調整する添加量調整手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
請求項７は、本発明を装置として構成したものであり、アンモニア含有液の処理を常に安定に行うことができるので、良好な液質の処理液を常時安定して得ることができる。
【００２６】
請求項８は請求項７において、前記添加手段は、前記添加された亜硝酸の前記生物処理槽内における濃度分布を抑制する濃度分布抑制機構を備えたことを特徴とする。
【００２７】
請求項８によれば、添加された亜硝酸の前記生物処理槽内における濃度分布の発生を抑制する濃度分布抑制機構を備えるようにしたので、一定濃度の亜硝酸を生物処理槽に添加することと相まって、アンモニアと亜硝酸との好ましい比率を生物処理槽内全体に形成することができる。
【００２８】
請求項９は請求項７又は８において、前記アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度を測定する濃度測定手段を設け、前記添加量調整手段は前記濃度測定手段の測定結果に基づいて亜硝酸の添加量を調整することを特徴とする。
【００２９】
請求項９は、亜硝酸貯留槽に貯留される一定濃度の亜硝酸の添加量を調整するための１例であり、アンモニア含有液のアンモニア濃度が変動する場合に有効である。
【００３０】
請求項１０は請求項７又は８において、前記アンモニア含有液の前記生物処理槽への流入量を測定する流入量測定手段を設け、前記添加量調整手段は前記流入量測定手段の測定結果に基づいて亜硝酸の添加量を調整することを特徴とする。
【００３１】
請求項１０は、亜硝酸貯留槽に貯留される一定濃度の亜硝酸の添加量を調整するための一例であり、現像廃液のようにアンモニア含有液のアンモニア濃度が一定の場合に有効である。
【００３２】
請求項１１は請求項７又は８において、前記添加手段で添加される亜硝酸の添加量を増減したときに前記生物処理槽内で生成される窒素ガスのガス生成速度（Ｌ／分）の増減を測定するガス生成速度測定手段を設け、前記添加量調整手段は前記ガス生成速度測定手段の測定結果に基づいて亜硝酸の添加量を調整することを特徴とする。
【００３３】
請求項１１は、亜硝酸貯留槽に貯留される一定濃度の亜硝酸の添加量を調整するための一例であり、アンモニア含有液のアンモニア濃度の増減や生物処理槽への流入量の増減等の処理負荷の増減に対してリアルタイムに亜硝酸の添加量を調整する方法として有効である。
【００３４】
請求項１２は請求項７〜１１の何れか１において、前記生物処理槽をカートリッジ型の着脱可能構造とすると共に前記流入部、流出部、及び添加手段の連結部を複数設け、複数の生物処理槽を前記流入部、前記流出部、及び前記添加手段に装着して成ることを特徴とする。
【００３５】
請求項１２によれば、生物処理槽をカートリッジ型の着脱可能構造として、連結部をそれぞれ複数設けた流入部、流出部、及び添加手段に着脱自在に装着できるようにしたので、メリーゴーランド式に複数の生物処理槽で順番にアンモニア含有液を処理することもでき、あるいは複数の生物処理槽のうちの１本を非常時の予備の生物処理槽として使用することもできる。このように、生物処理槽をカートリッジ型の着脱可能構造にすることにより、１本の生物処理槽の嫌気性アンモニア酸化細菌の活性が低下したり死滅したりした場合には、別の生物処理槽に簡単に交換したり、予備の生物処理槽を使用したりすることができる。。
【発明の効果】
【００３６】
以上説明したように、本発明のアンモニア含有液の処理方法及び装置によれば、アンモニア含有液を常に安定処理することができるので、常時安定し且つ良好な液質の処理液を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下添付図面に従って本発明に係るアンモニア含有液の処理方法及び装置における好ましい実施の形態について詳説する。
【００３８】
本発明のアンモニア含有液の処理装置１０は、図１、図３、図４、図５、図７における各種の態様に示される如く、亜硝酸貯留槽１２と生物処理槽１４とを基本構成として構成され、この基本構成に各種の測定手段、制御手段等を装備することで構成される。従って、先ず、基本構成である亜硝酸貯留槽１２と生物処理槽１４について説明する。
【００３９】
亜硝酸貯留槽１２には、一定濃度の亜硝酸になるように亜硝酸金属塩を溶媒（通常水）に溶解した溶液、或いは一定濃度の亜硝酸になるように調整された亜硝酸金属塩の粉体が貯留されており、各種の測定や制御によりアンモニア含有液のアンモニアを処理するのに適切な亜硝酸必要量が、亜硝酸貯留槽１２から生物処理槽１４に添加される。この場合、亜硝酸貯留槽１２に貯留する亜硝酸は、上記の亜硝酸金属塩のような天然物や化学的な合成物に限らず、アンモニアを亜硝酸型の硝化槽でアンモニア細菌により硝化するときに生成される亜硝酸でもよい。要は、亜硝酸貯留槽１２に一定濃度の亜硝酸が貯留されていればよい。
【００４０】
生物処理槽１４には、嫌気性細菌として嫌気性アンモニア酸化細菌が馴養又は投入されており、嫌気性雰囲気に保持される。嫌気性アンモニア酸化細菌の馴養としては、例えば、２００４年度、第７回の日本水環境学会シンポジウム講演集の１２５頁に記載されるように、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む活性汚泥や嫌気性消化汚泥等を種汚泥として馴養することができる。尚、アンモニア含有液のアンモニアを嫌気的に生物脱窒するための細菌であって、亜硝酸を基質とする全ての細菌について本発明を適用できる。
【００４１】
生物処理槽１４内における嫌気性アンモニア酸化細菌の保持形態としては、生物処理槽１４内に浮遊菌の形で保持することも可能であるが、上記した活性汚泥等の微生物を充填材に付着させた生物膜、或いは活性汚泥等の微生物を固定化材に包括固定化した包括固定化担体として保持することが好ましい。ここで、包括固定化とは、モノマー材料やプレポリマー材料と微生物を混合し、この混合液を重合して固定化材内部に微生物を固定化することをいう。
【００４２】
生物膜や包括固定化担体として嫌気性アンモニア酸化細菌を保持した場合の生物処理槽１４への充填量は、固定床タイプの場合に３０〜７０容積％、懸濁粒子槽や膨張槽のタイプの場合に５〜４０容積％がよい。生物膜の充填材としては、不織布、プラスチック材料、スポンジ材料等の材質のものを使用でき、形状も板状、粒状、筒状などの各種の形状のものを使用できる。
【００４３】
また、包括固定化担体のモノマー材料としては、アクリルアミド、メチレンビスアクリルアミド、トリアクリルフォルマール等を好適に使用することができる。プレポリマー材料としては、ポリエチレングリコールジアクリレートやポリエチレングリコールメタクリレートが好ましく、その誘導体を好適に使用することができる。包括固定化担体の形状は、角形、球状、筒状等で表面に凹凸が多い形状がアンモニア含有液との接触効率が良く、アンモニア含有液中のアンモニア等の窒素成分の除去効率を向上させることができる。包括固定化担体の大きさは、形状が角形や球状である場合には、１〜１０ｍｍ程度が好ましい。
【００４４】
包括固定化する微生物は、嫌気性アンモニア酸化細菌の純粋菌株、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む活性汚泥などの混合微生物を使用することができる。包括固定化担体内部の微生物群の総菌数が１０5 個／ｍＬ以上且つ嫌気性アンモニア酸化細菌が総菌数の１／１０〜１／１０００の範囲を満足することが好ましい。これは、通常、包括固定化担体内部の微生物群の濃度が１０6 個／ｍＬ以上で活性を発現するが、総菌数が１０5 個／ｍＬ以上で固定化することにより、担体内部で１０8 個／ｍＬ以上まで増殖し、それだけ嫌気性アンモニア酸化細菌の活性も高くなるからである。
【００４５】
表１は、嫌気性アンモニア酸化細菌を包括固定した包括固定化担体の代表的な組成例である。
【００４６】
【表１】
上記組成の懸濁液に過硫酸カリウムを０．２５部添加すると重合が始まり、ゲル化する。このゲルを切断し、任意の大きさにしたものが包括固定化担体となる。
【００４７】
次に、上述の亜硝酸貯留槽１２と生物処理槽１４との基本構成を備えた本発明のアンモニア含有液の処理装置１０の各種の態様を説明する。尚、生物処理槽１４内に存在する嫌気性アンモニア酸化細菌の保持形態としては、上記したように、浮遊菌、生物膜、包括固定化担体の何れでも良いが、本実施形態では包括固定化担体の例で説明する。
【００４８】
図１は、アンモニア含有液の処理装置１０の第１の実施の形態であり、内部に嫌気性アンモニア酸化細菌を存在させた嫌気性雰囲気の生物処理槽１４と、アンモニア含有液を生物処理槽１４に流入させる流入部と、生物処理槽１４で処理した処理水を流出させる流出部と、一定濃度の亜硝酸を貯留する亜硝酸貯留槽１２と、亜硝酸貯留槽１２から生物処理槽に亜硝酸を添加する添加手段と、亜硝酸の添加量を調整する添加量調整手段と、で構成される。
【００４９】
即ち、流入部を形成する流入配管１６と流入ポンプ１７により、アンモニア含有液が生物処理槽１４内に流入される。生物処理槽１４内には嫌気性アンモニア酸化細菌が包括固定化された包括固定化担体２４が充填されており、流入したアンモニア含有液と接触する。この場合、図１では省略してあるが、包括固定化担体２４を生物処理槽１４内で流動させてアンモニア含有液との接触効率を上げるために、例えば攪拌機や嫌気ガスの吹き込み機のようなものを設けることが好ましい。
【００５０】
生物処理槽１４の上方に設けられた亜硝酸貯留槽１２からは、添加手段として複数に分岐した添加配管２０が生物処理槽１４の上方まで延設され、亜硝酸貯留槽１２に貯留された一定濃度の亜硝酸が生物処理槽１４に添加される。これにより、アンモニア含有液のアンモニアと添加された亜硝酸とが嫌気性雰囲気の下で嫌気性アンモニア酸化細菌により同時脱窒され、窒素ガスとして除去される。生物処理槽１４で処理された処理液は流出部を形成する処理水配管１８を介して系外に排出される。生物処理槽１４の流出部側にはスクリーン２６が設けられ、包括固定化担体２４が処理液と一緒に流出することを防止する。このように、一定濃度の亜硝酸を亜硝酸貯留槽１２に貯留しておき、この亜硝酸貯留槽１２から生物処理槽１４に亜硝酸必要量に相当する亜硝酸の添加量を添加することにより、アンモニア含有液の処理を常に安定に行うことができるので、良好な液質の処理液を常時安定して得ることができる。
【００５１】
添加配管２０は幹管２０Ａと枝管２０Ｂとで構成され、幹管２０Ａには亜硝酸の添加量を調整する添加量調整手段としてのバルブ２２が設けられると共に、分岐された複数の枝管２０Ｂは生物処理槽１４の流入部側から流出部側にかけて亜硝酸の添加位置が分散するように配置される。これにより、添加された亜硝酸の生物処理槽１４内における濃度分布を抑制する濃度分布抑制機構が形成される。この濃度分布抑制機構により、添加された亜硝酸の生物処理槽１４内における亜硝酸性窒素濃度の最大値が８０ｍｇ／Ｌ以上にならないようにすることが重要である。これは、嫌気性アンモニア酸化細菌は、亜硝酸を基質とする反面、亜硝酸性窒素濃度が８０ｍｇ／Ｌ以上になると活性が低下するためであり、一定濃度の亜硝酸を生物処理槽１４に添加しても、生物処理槽１４内で局部的に８０ｍｇ／Ｌを超えると、嫌気性アンモニア酸化細菌の活性が低下してしまうためである。
【００５２】
亜硝酸貯留槽１２から生物処理槽１４へ添加する一定濃度の亜硝酸の添加量は、バルブ２２によって調整され、アンモニア含有液のアンモニアを処理するために必要な亜硝酸必要量に相当する添加量が生物処理槽１４に添加される。この亜硝酸必要量は、アンモニアのアンモニア性窒素量に対して亜硝酸の亜硝酸性窒素量が１〜１．５倍の範囲であることが好ましい。即ち、図２に示すように、アンモニアのアンモニア性窒素量（ＮＨ4 - Ｎ）に対する亜硝酸の亜硝酸性窒素量（ＮＯ2 - Ｎ）の比率（ＮＯ2 - Ｎ／ＮＨ4 - Ｎ）は、アンモニア含有液から除去される総窒素除去率（Ｔ−Ｎ除去率）に密接な関係があり、比率が１〜１．５倍の範囲でＴ−Ｎ除去率が最大になり、比率が１未満及び１．５を超えるとＴ−Ｎ除去率が急激に低下する。
【００５３】
図３は、アンモニア含有液の処理装置５０の第２の実施の形態である。尚、第１の実施の形態と同じ部材及び手段については同符号を付して説明は省略する。尚、図３から図６には濃度分布抑制機構の図示は省略してある。
【００５４】
図３に示すように、流入配管１６の途中にアンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度を測定する濃度測定器２８が設けられ、濃度測定器２８で測定された測定値は濃度モニタリングタイプの亜硝酸制御装置３０に送られる。濃度測定器２８によるアンモニア性窒素濃度の測定は連続的又は間欠的でもよい。亜硝酸制御装置３０では、濃度測定器２８で測定された測定結果から亜硝酸必要量に相当する亜硝酸の添加量を演算し、演算した添加量に基づいてバルブ２２の開度を調整する。添加量とバルブ開度との関係は予め測定され、亜硝酸制御装置３０に入力しておくとよい。これにより、アンモニア含有液のアンモニア濃度に応じて亜硝酸の添加量を適切に制御することができる。従って、本発明のアンモニア含有液の処理装置５０の第２の実施の形態は、アンモニア含有液のアンモニア濃度が変動する場合に有効である。
【００５５】
尚、図３には示さなかったが、生物処理槽１４に流入するアンモニア含有液の流入量も変動する場合には、濃度測定器２８に加えて流入配管１６に流入量を測定する流量測定器を設け、濃度と流量の両方で亜硝酸の添加量を制御することが好ましい。
【００５６】
図４は、アンモニア含有液の処理装置６０の第３の実施の形態である。尚、第１及び第２の実施の形態と同じ部材及び手段については同符号を付して説明は省略する。
【００５７】
図４に示すように、流入配管１６の途中にアンモニア含有液の流入量を測定する流入量測定器３２が設けられ、流入量測定器３２で測定された測定値は流量モニタリングタイプの亜硝酸制御装置３４に送液される。流入量測定器３２によるアンモニア含有液の流入量の測定は連続的又は間欠的でもよい。亜硝酸制御装置３４では、流入量測定器３２で測定された流入量の増減に正比例して前記した亜硝酸必要量に相当する亜硝酸の添加量を増減するように、バルブ２２の開度を調整する。亜硝酸必要量は予めアンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度を分析することにより求めておくとよい。
【００５８】
第３の実施の形態の処理装置６０は、現像廃液のようにアンモニア含有液のアンモニア濃度が一定の場合に有効である。
【００５９】
図５は、アンモニア含有液の処理装置７０の第４の実施の形態である。尚、第１〜第３の実施の形態と同じ部材及び手段については同符号を付して説明は省略する。
【００６０】
図５に示すように、生物処理槽１４は密閉式の槽として形成され、生物処理槽１４内の上部空間には、生物処理槽１４内でアンモニアと亜硝酸とが反応することにより生成される窒素ガスが溜まるトラップ部３６が形成される。また、生物処理槽１４の上板１４Ａには、トラップ部３６に溜まる窒素ガスを収集するガス収集管３８が接続される。図示しないが、処理水配管１８が生物処理槽１４に接続される接続部には生物処理槽１４内で発生した窒素ガスが処理液と一緒に漏洩しないための液封機構を設けることが好ましい。液封機構としては、例えば液封Ｕ字管のような公知のものを使用できる。
【００６１】
ガス収集管３８の途中には、ガス収集管３８を流れるガス量を逐次測定することで、生物処理槽１４内で発生する窒素ガスのガス生成速度（Ｌ／分）を測定するガス生成速度測定器４０が設けられる。厳密には、ガス収集管３８で収集されるガス中には、アンモニア含有液から持ち込まれる空気成分等も考えられるが、極く微量であるので無視し、ここでは窒素ガスのガス生成速度と称することにする。ガス生成速度測定器４０としては、例えば渦式流量計、フロート式流量計、積算流量計等を好ましく使用することができる。
【００６２】
ガス生成速度測定器４０で測定される測定値は窒素ガスモニタリングタイプの亜硝酸制御装置４２に逐次入力される。亜硝酸制御装置４２では、亜硝酸の添加量を増減させると共に、増減させたときのガス生成速度測定器４２で測定される窒素ガスのガス生成速度Ｖｎ（Ｌ／分）の増減をモニタリングし、添加量の増減に比例してガス生成速度Ｖｎが増減しなくなる添加量を亜硝酸必要量とし、亜硝酸の添加量をバルブ２２で調整する。
【００６３】
例えば、図６の窒素ガス発生モニタリングによる亜硝酸制御プログラムに示すように、処理装置１０の運転初期の亜硝酸添加量における窒素ガスのガス生成速度を測定し、このガス生成速度Ｖｎのときの亜硝酸添加量を基準添加量とする（ステップ１０）。
【００６４】
次に、亜硝酸制御装置４２は、バルブ２２の開度を大きくして、亜硝酸貯留槽１２から生物処理槽１４に添加する亜硝酸の添加量を基準添加量よりも３％（重量％でも容量％でもよい）増加させる（ステップ１２）。そして、亜硝酸制御装置４２は、添加量を３％増加させることによってガス生成速度測定器４０で測定されるガス生成速度Ｖｎが増大するかをモニタリングし、添加量の増加に正比例してガス生成速度Ｖｎが増大（例えば３％）する場合には、亜硝酸の添加量が不足している可能性があるので、再びステップ１２に戻って亜硝酸の添加量を基準添加量よりも更に３％増加する。
【００６５】
添加量の増加に正比例してガス生成速度Ｖｎが増大しない場合には、亜硝酸の添加量が過剰となっており嫌気性アンモニア酸化細菌の活性が低下する危険があるので、バルブ２２の開度を絞って亜硝酸の添加量を３％減少させる（ステップ１４）。亜硝酸制御装置４２は、添加量を３％減少させることによってガス生成速度測定器４０で測定されるガス生成速度Ｖｎが減少するかをモニタリングし、添加量の減少に正比例してガス生成速度Ｖｎが低下（例えば３％）する場合には、再びステップ１２に戻り、ガス生成速度Ｖｎが低下しない場合には亜硝酸が未だ過剰である危険性があるので、ステップ１４に戻る。
【００６６】
このステップ１２からステップ１４の操作を繰り返すことにより、ガス生成速度が増大も低下もしなくなるときの亜硝酸の添加量を見つけ、これを亜硝酸必要量として亜硝酸の添加量を調整する。これにより、アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度や流入量を測定しなくても、亜硝酸の添加量を適量に調整することができ、しかもアンモニア濃度の増減や流入量の増減等の処理負荷の増減に対してリアルタイムな調整が可能になる。尚、上記のプログラムでは、亜硝酸の添加量の増減を３％としたが、２〜５％の範囲で適宜選択することが好ましい。これは、２％未満では、ガス生成速度の増大・減少を精度良くモニタリングできず、５％を超えると生物処理槽１４内での亜硝酸濃度が急激に上昇する危険があるからである。また、ステップ１２やステップ１４に戻ったときには、次のサイクルとして亜硝酸の増減量を例えば３％から２％に変えて行ってもよい。
【００６７】
図７は、アンモニア含有液の処理装置８０の第５の実施の形態である。尚、第１〜第４の実施の形態と同じ部材及び手段については同符号を付して説明は省略する。
【００６８】
図７に示すように、処理装置８０は、主として、アンモニア含有液を貯留するアンモニア貯留槽４４と、一定濃度の亜硝酸を貯留する亜硝酸貯留槽１２と、カートリッジ型の着脱可能構造を有する縦型の生物処理槽１４と、生物処理槽１４で処理された処理液を貯留する処理液貯留槽４６とで構成される。カートリッジ型の生物処理槽１４は、密閉型の筒状容器とし、その内部に包括固定化担体２４を固定床として充填することが好ましい。
【００６９】
アンモニア貯留槽４４のアンモニア含有液を生物処理槽１４に流入させる流入配管１６は、先端側（生物処理槽側）が２本に分岐され、分岐された２本の配管１６Ａ，１６Ａの途中にバルブ２２が設けられると共に、２本の配管１６Ａ，１６Ａの先端にはワンタッチ式連結器４８の雄部が設けられる。また、亜硝酸貯留槽１２の亜硝酸を生物処理槽１４に添加する添加配管２０は、幹管２０Ａと、生物処理槽１４の下部から上部にかけて添加位置が分散されるように分岐された複数の枝管２０Ｂとで構成される。そして、幹管２０Ａに添加ポンプ４９が設けられると共に、枝管２０Ｂの先端にワンタッチ式連結器４８の雄部が設けられる。更に、生物処理槽１４で処理された処理水の処理水配管１８の基端側（生物処理槽側）が２本に分岐されると共に、２本の配管１８Ａ，１８Ａの基端にはワンタッチ式連結器４８の雄部が設けられる。
【００７０】
一方、生物処理槽１４の下端部、上端部、及び側面部の３カ所には、それぞれ連結管５２が設けられ、それぞれの連結管５２の先端にはワンタッチ式連結器４８の雌部が設けられる。これにより、２つの生物処理槽１４は、ワンタッチ式連結器４８を介して流入配管１６、処理水配管１８、及び添加配管２０に着脱自在に装着することができる。
【００７１】
尚、本実施の形態では、２槽の生物処理槽１４を着脱できるように構成したが、１槽でも２槽以上でもよく、槽数に合わせて流入配管１６、処理水配管１８、及び添加配管２０の取り合い数を形成すればよい。
【００７２】
このように構成された処理装置８０の第５の実施の形態は、複数の生物処理槽１４をメリーゴーランド式に順番に使用することができる。更には、複数の生物処理槽１４のうちの１槽を予備の生物処理槽１４として、使用中の生物処理槽１４における嫌気性アンモニア酸化細菌が死滅したり、活性が低下したりしたときに、予備の生物処理槽１４を使用するようにすれば便利である。従って、処理装置８０の第５の実施の形態は、現像廃液のように一定濃度のアンモニアを含む小規模廃液を処理をする場合に有効である。
【実施例】
【００７３】
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７４】
［実施例１］
実施例１では、図１の処理装置１０を使用してアンモニア含有液を処理した。
【００７５】
生物処理槽１４に充填した包括固定化担体の組成等は表２の通りである。
【００７６】
【表２】
過硫酸カリウムを添加することにより上記組成をゲル化させた後、３ｍｍ角型に成形して包括固定化担体２４とした。
【００７７】
（処理装置の試験条件）
・アンモニア含有液：アンモニア性窒素濃度が９０〜１２０ｍｇ／Ｌの工場廃水を使用した。
・亜硝酸必要量：アンモニア性窒素量（ＮＨ4 - Ｎ）１２０ｍｇ／Ｌに対して１．３倍量の亜硝酸性窒素量（ＮＯ2 - Ｎ）となるように、亜硝酸貯留槽１２から生物処理槽１４に添加する一定濃度の亜硝酸の添加量を調整した。
・生物処理槽１４の滞留時間：１時間
・包括固定化担体の充填率：２０％
・生物処理槽１４を機械攪拌して包括固定化担体を流動させた。
【００７８】
上記の条件で連続処理した結果、生物処理槽１４ではアンモニア含有液のアンモニアと亜硝酸貯留槽１２から添加された亜硝酸とが同時脱窒され、処理液の総窒素濃度は３０〜５０ｍｇ／Ｌで安定して推移した。
【００７９】
［実施例２］
実施例２では、図３の処理装置５０、図４の処理装置６０、図５の処理装置７０を用いて、実施例１と同じ包括固定化担体、試験条件でアンモニア含有液を処理した。尚、図５の処理装置７０では、図６に示したステップにより、亜硝酸の添加量を調整した。
【００８０】
実施例２の結果を表３に示す。また、表３には従来法として、生物処理槽１０に亜硝酸を添加しないで脱窒を行った場合と、生物処理槽５０に亜硝酸の代わりにメタノールを添加して脱窒を行った場合について示した。
【００８１】
【表３】
表３から分かるように、本発明法１〜３は、処理液の総窒素濃度は２０〜４０ｍｇ／Ｌの間であり、アンモニア含有液を安定して処理することができた。
【００８２】
これに対し、従来法１及び２は、処理液の総窒素濃度は８８〜１２４ｍｇ／Ｌの間であり、アンモニア含有液のアンモニアを殆ど処理することができなかった。
【００８３】
また、従来法によるアンモニアの処理には、硝化反応と脱窒反応が必要であり、硝化反応には滞留時間４〜６時間、脱窒反応にも３〜６時間必要であり、更にメタノールが窒素量の３倍量必要になる。従って、大規模の処理装置を必要とする。
【００８４】
これに対し、本発明の処理装置は、アンモニア含有液と嫌気性アンモニア酸化細菌とを生物処理槽１４内で嫌気性雰囲気で接触させながら、一定濃度の亜硝酸を貯留した亜硝酸貯留槽１２から生物処理槽１４に亜硝酸必要量を添加するだけで、アンモニア含有液の処理を常に安定に行うことができる。従って、硝化槽と脱窒槽を必要とする従来法に比べて処理装置をコンパクト化できるだけでなく、ランニングコストも削減でき非常に安価な処理方法と言える。
【００８５】
［実施例３］
実施例３では、図７の処理装置８０を使用してアンモニア含有液を処理した。
【００８６】
生物処理槽１４に充填した包括固定化担体の組成等は表４の通りである。
【００８７】
【表４】
過硫酸カリウムを添加することにより上記組成をゲル化させた後、３ｍｍ角型に成形して包括固定化担体２４とした。
【００８８】
（処理装置の試験条件）
・アンモニア含有液：アンモニア性窒素濃度が２０００ｍｇ／Ｌの現像廃液希釈水を使用した。
・亜硝酸必要量：アンモニア性窒素量（ＮＨ4 - Ｎ）２０００ｍｇ／Ｌに対して１．３倍量の亜硝酸性窒素量（ＮＯ2 - Ｎ）となるように、亜硝酸貯留槽１２から生物処理槽１４に添加する一定濃度の亜硝酸の添加量を調整した。
・生物処理槽１４の滞留時間：４時間
・包括固定化担体２４の充填率：３０％
・生物処理槽１４を機械攪拌して包括固定化担体を流動させた。
【００８９】
上記の条件で連続処理した結果、生物処理槽１４ではアンモニア含有液のアンモニアと亜硝酸貯留槽１２から添加された亜硝酸とが同時脱窒され、処理液の総窒素濃度は１６０〜２３０ｍｇ／Ｌで安定して推移した。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明のアンモニア含有液の処理装置の第１の実施の形態の概念図
【図２】アンモニアのアンモニア性窒素量に対する亜硝酸の亜硝酸性窒素量（ＮＯ2 - Ｎ）の比率と、総窒素除去率との関係図
【図３】本発明のアンモニア含有液の処理装置の第２の実施の形態の概念図
【図４】本発明のアンモニア含有液の処理装置の第３の実施の形態の概念図
【図５】本発明のアンモニア含有液の処理装置の第４の実施の形態の概念図
【図６】窒素ガス発生モニタリングによる亜硝酸自動制御システムにおける制御プログラムの説明図
【図７】本発明のアンモニア含有液の処理装置の第５の実施の形態の概念図
【符号の説明】
【００９１】
１０、５０、６０、７０、８０…アンモニア含有液の処理装置、１２…亜硝酸貯留槽、１４…生物処理槽、１６…流入配管、１７…流入ポンプ、１８…処理水配管、２０…添加配管（添加手段）、２２…バルブ（添加量調整手段）、２４…包括固定化担体、２６…スクリーン、２８…濃度測定器、３０…濃度モニタリングタイプの亜硝酸制御装置、３２…流入量測定器、３４…流量モニタリングタイプの亜硝酸制御装置、３６…トラップ部、３８…ガス収集管、４０…ガス生成速度測定器、４２…窒素ガスモニタリングタイプの亜硝酸制御装置、４４…アンモニア貯留槽、４６…処理液貯留槽、４８…ワンタッチ式の連結器、５２…連結管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア含有液のアンモニアを嫌気的に生物脱窒するアンモニア含有液の処理方法において、
前記アンモニア含有液と嫌気性細菌とを生物処理槽内で接触させながら、一定濃度の亜硝酸を貯留した亜硝酸貯留槽から前記生物処理槽に亜硝酸を添加することを特徴とするアンモニア含有液の処理方法。
【請求項２】
前記添加された亜硝酸の生物処理槽内における亜硝酸性窒素濃度の最大値が８０ｍｇ／Ｌ以上にならないように、前記亜硝酸貯留槽から前記生物処理槽へ添加する添加位置を複数に分散させることを特徴とする請求項１のアンモニア含有液の処理方法。
【請求項３】
前記アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度を測定し、
前記測定したアンモニア性窒素濃度に対する亜硝酸必要量を演算し、
前記演算結果に基づいて前記一定濃度の亜硝酸の添加量を調整することを特徴とする請求項１又は２のアンモニア含有液の処理方法。
【請求項４】
前記生物処理槽に流入するアンモニア含有液の流入量を測定し、
前記流入量の測定結果の増減に比例させて前記一定濃度の亜硝酸の添加量を増減させることを特徴とする請求項１〜３の何れか１のアンモニア含有液の処理方法。
【請求項５】
前記亜硝酸必要量は、前記アンモニアのアンモニア性窒素量に対して前記亜硝酸の亜硝酸性窒素量が１〜１．５倍になる範囲であることを特徴とする請求項３又は４のアンモニア含有液の処理方法。
【請求項６】
前記亜硝酸貯留槽から前記生物処理槽に添加する亜硝酸の添加量を増減させると共に、該増減したときの前記生物処理槽内で生成される窒素ガスのガス生成速度（Ｌ／分）の増減を測定し、
前記添加量の増減に正比例して前記ガス生成速度が増減しなくなる添加量を亜硝酸必要量として前記亜硝酸の添加量を調整することを特徴とする請求項１又は２のアンモニア含有液の処理方法。
【請求項７】
アンモニア含有液のアンモニアを嫌気的に生物脱窒するアンモニア含有液の処理装置において、
内部に嫌気性細菌を存在させた生物処理槽と、
前記アンモニア含有液を前記生物処理槽に流入させる流入部と、
前記生物処理槽で処理した処理液を流出させる流出部と、
一定濃度の亜硝酸を貯留する亜硝酸貯留槽と、
前記亜硝酸貯留槽から前記生物処理槽に亜硝酸を添加する添加手段と、
前記亜硝酸の添加量を調整する添加量調整手段と、を備えたことを特徴とするアンモニア含有液の処理装置。
【請求項８】
前記添加手段は、前記添加された亜硝酸の生物処理槽内における濃度分布を抑制する濃度分布抑制機構を備えたことを特徴とする請求項７のアンモニア含有液の処理装置。
【請求項９】
前記アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度を測定する濃度測定手段を設け、前記添加量調整手段は前記濃度測定手段の測定結果に基づいて亜硝酸の添加量を調整することを特徴とする請求項７又は８のアンモニア含有液の処理装置。
【請求項１０】
前記アンモニア含有液の前記生物処理槽への流入量を測定する流入量測定手段を設け、前記制御手段は前記流入量測定手段の測定結果に基づいて亜硝酸の添加量を調整することを特徴とする請求項７又は８のアンモニア含有液の処理装置。
【請求項１１】
前記添加手段で添加される亜硝酸の添加量を増減したときに前記生物処理槽内で生成される窒素ガスのガス生成速度（Ｌ／分）の増減を測定するガス生成速度測定手段を設け、前記添加量調整手段は前記ガス生成速度測定手段の測定結果に基づいて亜硝酸の添加量を調整することを特徴とする請求項７又は８のアンモニア含有液の処理装置。
【請求項１２】
前記生物処理槽をカートリッジ型の着脱可能構造とすると共に前記流入部、流出部、及び添加手段の連結部を複数設け、複数の生物処理槽を前記流入部、前記流出部、及び前記添加手段に装着して成ることを特徴とする請求項７〜１１の何れか１のアンモニア含有液の処理装置。
【請求項１】
アンモニア含有液のアンモニアを嫌気的に生物脱窒するアンモニア含有液の処理方法において、
前記アンモニア含有液と嫌気性細菌とを生物処理槽内で接触させながら、一定濃度の亜硝酸を貯留した亜硝酸貯留槽から前記生物処理槽に亜硝酸を添加することを特徴とするアンモニア含有液の処理方法。
【請求項２】
前記添加された亜硝酸の生物処理槽内における亜硝酸性窒素濃度の最大値が８０ｍｇ／Ｌ以上にならないように、前記亜硝酸貯留槽から前記生物処理槽へ添加する添加位置を複数に分散させることを特徴とする請求項１のアンモニア含有液の処理方法。
【請求項３】
前記アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度を測定し、
前記測定したアンモニア性窒素濃度に対する亜硝酸必要量を演算し、
前記演算結果に基づいて前記一定濃度の亜硝酸の添加量を調整することを特徴とする請求項１又は２のアンモニア含有液の処理方法。
【請求項４】
前記生物処理槽に流入するアンモニア含有液の流入量を測定し、
前記流入量の測定結果の増減に比例させて前記一定濃度の亜硝酸の添加量を増減させることを特徴とする請求項１〜３の何れか１のアンモニア含有液の処理方法。
【請求項５】
前記亜硝酸必要量は、前記アンモニアのアンモニア性窒素量に対して前記亜硝酸の亜硝酸性窒素量が１〜１．５倍になる範囲であることを特徴とする請求項３又は４のアンモニア含有液の処理方法。
【請求項６】
前記亜硝酸貯留槽から前記生物処理槽に添加する亜硝酸の添加量を増減させると共に、該増減したときの前記生物処理槽内で生成される窒素ガスのガス生成速度（Ｌ／分）の増減を測定し、
前記添加量の増減に正比例して前記ガス生成速度が増減しなくなる添加量を亜硝酸必要量として前記亜硝酸の添加量を調整することを特徴とする請求項１又は２のアンモニア含有液の処理方法。
【請求項７】
アンモニア含有液のアンモニアを嫌気的に生物脱窒するアンモニア含有液の処理装置において、
内部に嫌気性細菌を存在させた生物処理槽と、
前記アンモニア含有液を前記生物処理槽に流入させる流入部と、
前記生物処理槽で処理した処理液を流出させる流出部と、
一定濃度の亜硝酸を貯留する亜硝酸貯留槽と、
前記亜硝酸貯留槽から前記生物処理槽に亜硝酸を添加する添加手段と、
前記亜硝酸の添加量を調整する添加量調整手段と、を備えたことを特徴とするアンモニア含有液の処理装置。
【請求項８】
前記添加手段は、前記添加された亜硝酸の生物処理槽内における濃度分布を抑制する濃度分布抑制機構を備えたことを特徴とする請求項７のアンモニア含有液の処理装置。
【請求項９】
前記アンモニア含有液のアンモニア性窒素濃度を測定する濃度測定手段を設け、前記添加量調整手段は前記濃度測定手段の測定結果に基づいて亜硝酸の添加量を調整することを特徴とする請求項７又は８のアンモニア含有液の処理装置。
【請求項１０】
前記アンモニア含有液の前記生物処理槽への流入量を測定する流入量測定手段を設け、前記制御手段は前記流入量測定手段の測定結果に基づいて亜硝酸の添加量を調整することを特徴とする請求項７又は８のアンモニア含有液の処理装置。
【請求項１１】
前記添加手段で添加される亜硝酸の添加量を増減したときに前記生物処理槽内で生成される窒素ガスのガス生成速度（Ｌ／分）の増減を測定するガス生成速度測定手段を設け、前記添加量調整手段は前記ガス生成速度測定手段の測定結果に基づいて亜硝酸の添加量を調整することを特徴とする請求項７又は８のアンモニア含有液の処理装置。
【請求項１２】
前記生物処理槽をカートリッジ型の着脱可能構造とすると共に前記流入部、流出部、及び添加手段の連結部を複数設け、複数の生物処理槽を前記流入部、前記流出部、及び前記添加手段に装着して成ることを特徴とする請求項７〜１１の何れか１のアンモニア含有液の処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１２２８７４（Ｐ２００６−１２２８７４Ａ）
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３１８０９２（Ｐ２００４−３１８０９２）
【出願日】平成１６年１１月１日（２００４．１１．１）
【出願人】（０００００５４５２）日立プラント建設株式会社 (1,767)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１日（２００４．１１．１）
【出願人】（０００００５４５２）日立プラント建設株式会社 (1,767)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]