亜硝酸型硝化担体及びその製造方法並びにそれを用いた廃水処理方法及び廃水処理装置
【課題】亜硝酸型の硝化を行うことができる亜硝酸型硝化担体の製造方法，亜硝酸型硝化反応担体、廃水処理方法並びに廃水処理装置を提供する。
【解決手段】アンモニア酸化細菌が酸に対して高い耐性を有する一方、亜硝酸硝化細菌が酸に対して耐性が低いという特性を有する。耐酸性の違いを利用し、アンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌を含む微生物担体を酸で洗浄することで、亜硝酸酸化細菌の活性を抑制し、安定した亜硝酸型の硝化反応を得ることができる亜硝酸型硝化担体を得ることができる。
【解決手段】アンモニア酸化細菌が酸に対して高い耐性を有する一方、亜硝酸硝化細菌が酸に対して耐性が低いという特性を有する。耐酸性の違いを利用し、アンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌を含む微生物担体を酸で洗浄することで、亜硝酸酸化細菌の活性を抑制し、安定した亜硝酸型の硝化反応を得ることができる亜硝酸型硝化担体を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜硝酸型硝化担体の製造方法、亜硝酸型硝化担体、廃水処理方法並びに廃水処理装置に係り、特に嫌気性アンモニア酸化法における亜硝酸型硝化反応を安定して行える亜硝酸型硝化担体の製造方法，亜硝酸型硝化担体、廃水処理方法並びに廃水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃水や下水を微生物で処理する生物学的処理方法は、比較的低コストであることから多くの処理場で採用されている。しかし、微生物の種類によっては、増殖速度が遅いものや、被毒し易いもの、又はその環境下において増殖し難いものがある。特に、アンモニア性窒素を含有する廃水の処理を行う際に用いられる硝化細菌は増殖速度が遅いという問題があった。そこで、硝化細菌等の増殖し難い特定の微生物を固定化して処理を行う方法がすでに実用化されている。
【０００３】
微生物を固定化する方法としては、例えば特許文献１のように、微生物をゲルの内部に固定化する包括固定化担体が用いられる。固定化する微生物としては、硝化菌が生息している活性汚泥や、湖沼や河川や海の底泥、地表の土壌等を微生物供給源とし、特に工場廃水や下水処理場の活性汚泥が使用される。また、特許文献２のように、微生物を担体材料の表面に付着させて固定化する付着固定化担体も用いられており、担体材料を活性汚泥処理内に投入して、自然に表面に付着させたものが使用される。さらに、特許文献３のように、硝化菌等粘性を有する微生物では微生物自体の自己造粒力によりグラニュールが形成できるので、そのグラニュールを担体として廃水処理に利用する例もある。
【特許文献１】特開平１１−３３５７８号公報
【特許文献２】特開平８−２６７０８１号公報
【特許文献３】特開２００３−２６６０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
脱窒菌を使用した硝酸から窒素ガスへの変換は、メタノール等の有機物の添加が必要であり、ランニングコストが高くなるという欠点がある。このことから、有機物の添加が少量で済む窒素除去方法が要望されていた。
【０００５】
この欠点を解決する窒素除去方法として、嫌気性アンモニア酸化法（Anaerobic ammonia oxidation）による窒素除去方法が注目されている。この嫌気性アンモニア酸化法は、アンモニアを水素供与体とし、亜硝酸を水素受容体として、嫌気性アンモニア酸化細菌によりアンモニアと亜硝酸とを以下の反応式により同時脱窒する方法である。
【０００６】
［化１］
NH４＋+ NO2−＝N 2 +2H 2 O
この方法によれば、アンモニアを水素供与体とするため、脱窒で使用するメタノール等の使用量を大幅に削減できることや、汚泥の発生量を削減できる等のメリットがあり，今後の窒素除去方法として有効な方法であると考えられている。
【０００７】
この嫌気性アンモニア酸化法ではアンモニア性窒素の酸化を途中で止めて、亜硝酸とアンモニアとを約半分ずつ残して脱窒する必要がある。しかし、亜硝酸型硝化反応に使用される従来の包括固定化担体、付着固定化担体又は硝化グラニュール担体ではアンモニア酸化細菌と亜硝酸酸化細菌が混在しているため、アンモニア性窒素を処理する際に、亜硝酸から硝酸への反応を経由してしまう場合もあった。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、有機物の添加量を大幅に減少してランニングコストを下げることができる亜硝酸型硝化担体及びその製造方法並びにそれを用いた窒素除去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】
【０００９】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、アンモニア酸化細菌を優先的に集積させた亜硝酸型硝化担体の製造方法は、少なくともアンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌を含む複合微生物の集積汚泥を付着固定化担体、包括固定化担体又は自己造粒物のグラニュール担体のいずれかの担体に製造する工程と、前記複合微生物に対しをｐＨ６．０以下の範囲で酸処理する工程を備えたことを特徴とする。
【００１０】
ここで、少なくともアンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌を含む硝化性能を有する複合微生物系の汚泥の具体例としては、下水や工場廃水を処理する処理場の活性汚泥、湖沼や河川や海の底泥、地表の土壌等がある。
【００１１】
請求項１によれば、亜硝酸型硝化担体の製造において、少なくともアンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌を含む複合微生物の集積汚泥を付着固定化担体、包括固定化担体又は自己造粒物のグラニュール担体のいずれかの形態で保持させた担体をｐＨ６．０以下の範囲で酸処理するようにした。（ｐＨには０以下、つまりマイナス（−）の値がある。しかしながら、マイナスｐＨの測定技術がなため、ここではｐＨ範囲の下限値を規定せず、ｐＨ６以下と記載する。）アンモニア酸化細菌が酸に対し高い耐性を持つ一方、亜硝酸型酸化細菌が酸に対し耐性が低い特性を利用して、亜硝酸酸化細菌を殺菌してアンモニア酸化細菌を優先的に集積させることができる。また、本発明では、酸処理に使用した酸液を担体と分離し繰り返し使用できるので、エネルギー的消失を減少させることができる。
【００１２】
本発明の請求項２は請求項１において、前記酸処理はｐＨ０．５〜ｐＨ５．０以下の範囲とすることを特徴とする。酸処理のｐＨを５．０以下にすることで亜硝酸酸化細菌の殺菌を促進できる。また酸処理のｐＨを０．５以上にすることでアンモニア酸化細菌の失活を防止して集積度を上げることができる。
【００１３】
本発明の請求項３は請求項１において、前記酸処理をｐＨが２．０未満の範囲では３０秒以上行い、ｐＨが２．０以上、４．０未満の範囲では３分以上行い、ｐＨが４．０以上、６．０以下の範囲では１５分以上行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項３によれば、酸処理を上記条件で行うことにより、亜硝酸酸化細菌を殺菌してアンモニア酸化細菌を集積でき、亜硝酸型の硝化を効率よく行う担体を製造することができる。
【００１５】
本発明の請求項４の亜硝酸型硝化担体は、請求項１〜３の何れか１の製造方法で製造されたことを特徴とする。請求項４の亜硝酸型硝化担体は、本発明の製造方法によって製造されるので、亜硝酸型の硝化を効率よく行う担体を得ることができる。
【００１６】
請求項５の廃水処理装置は、アンモニアから亜硝酸を生成するために請求項４の亜硝酸型硝化担体が投入された亜硝酸生成槽と、アンモニアと亜硝酸とを嫌気性アンモニア酸化細菌により同時脱窒する嫌気性アンモニア酸化槽とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項５の廃水処理装置によれば、亜硝酸生成槽に本発明の亜硝酸型硝化担体が投入されるので、亜硝酸酸化細菌の活性を選択的に抑制でき亜硝酸型硝化反応を効率よく行うことができる廃水処理装置を得ることができる。
【００１８】
請求項６の廃水処理装置は、亜硝酸型硝化担体の亜硝酸型硝化が硝酸型硝化に移行したときに、前記酸処理を再度行って亜硝酸型の硝化能力を回復させる機能を備えたことを特徴とする。
【００１９】
亜硝酸型硝化担体の亜硝酸型硝化が硝酸型硝化へ移行したとき、請求項６によれば、再度酸処理を行うことで亜硝酸酸化細菌を抑制でき亜硝酸型の硝化能力を回復させることができる。亜硝酸酸化細菌を酸により殺菌しても長期間使用すれば、亜硝酸酸化細菌が再増殖する場合がある。亜硝酸酸化細菌の増殖は、亜硝酸型硝化を硝酸型硝化に移行させる。かかる場合に亜硝酸酸化細菌を再度酸処理により殺菌することで亜硝酸型の硝化能力を回復することができる。
【００２０】
請求項７のアンモニア性廃水を処理する廃水処理方法は、請求項４の亜硝酸型硝化担体が投入された亜硝酸生成槽でアンモニアから亜硝酸を生成する工程と、嫌気性アンモニア酸化槽でアンモニアと前記亜硝酸とを嫌気性アンモニア酸化細菌により同時脱窒する工程とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
請求項７によれば、亜硝酸生成槽に本発明の亜硝酸型硝化担体が投入されるので、亜硝酸酸化細菌の活性を選択的に抑制でき亜硝酸型硝化反応を効率よく行うことができる廃水処理方法を実現することができる。
【００２２】
請求項８の排水処理方法は、前記亜硝酸型硝化担体の亜硝酸型硝化が硝酸型硝化に移行したときに、前記酸処理を再度行って亜硝酸型硝化の能力を回復させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る亜硝酸型硝化担体の製造方法、亜硝酸型硝化担体、廃水処理装置及び廃水処理方法によれば、亜硝酸酸化細菌を殺菌してアンモニア酸化細菌を優先的に集積させることができる。従って、嫌気性アンモニア酸化法で必要とされる亜硝酸までの酸化反応でとどめることができるプロセスを提供できる。また、亜硝酸酸化細菌の殺菌に使用した酸液は繰り返し使用可能である。エネルギー消費量の少ない亜硝酸型硝化担体の製造が可能となる。
【００２４】
また、本発明で製造した亜硝酸型硝化担体を廃水処理装置及び処理方法を用いると、酸素供給と薬品添加量を大幅に減少して、処理時間を短縮することができる。
【００２５】
また、本発明で製造した亜硝酸型硝化担体を用いた廃水処理装置及び処理方法を実施する際に、担体の酸処理を定期的に行えば、亜硝酸型の硝化能力を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下添付図面に従って本発明に係る亜硝酸型硝化担体及び廃水処理方法の好ましい実施の形態について詳説する。
【００２７】
本発明の亜硝酸型硝化担体は、湖沼や河川や海の底泥、又は下水や工場廃水の処理場の活性汚泥のように、多数の微生物が混在する複合微生物系の汚泥を微生物供給源として製造される。特にアンモニア酸化細菌や亜硝酸酸化細菌等の硝化細菌を多く含む汚泥を微生物供給源とすることが好ましい。
微生物供給源を含む汚泥を保持・固定する方法として、付着固定、包括固定、自己造粒力によりグラニュールを形成する方法が知られている。本発明において、最初に（１）複合微生物系の汚泥中に担体材料を投入して付着固定するか、（２）複合微生物系の汚泥をモノマ又はプレポリマに包括固定するか、（３）複合微生物系の汚泥の自己造粒力によりグラニュールを形成する方法かの、いずれかの方法によって微生物供給源含む汚泥の保持・固定を行う。
【００２８】
次に、（１）〜（３）に製造された付着固定担体、包括固定担体又はグラニュール担体を、ｐＨ６．０以下、好ましくはｐＨ０．５〜５．０の範囲で酸処理する。
【００２９】
また、複合微生物系の汚泥をｐＨ６．０以下、好ましくはｐＨ０．５〜５．０の範囲で酸処理した後に、（１）複合微生物系の汚泥中に担体材料を投入して付着固定するか、（２）複合微生物系の汚泥をモノマ又はプレポリマに包括固定するか、（３）複合微生物系の汚泥の自己造粒力によりグラニュールを形成する方法いずれかの方法で製造してもよい。
【００３０】
この酸処理方法は、酸液を担体に直接散液して処理してもよいし、酸液に担体を浸漬してもよいし、担体を酸液中で撹拌してもよい。いずれの酸処理方法の場合もｐＨ６．０以下、好ましくはｐＨ０．５〜５．０の範囲で酸処理することが必要である。酸処理することにより、複合微生物系の汚泥中に存在する複数種類の細菌のうち、亜硝酸を硝酸に硝化する酸耐性の低い亜硝酸酸化細菌が殺菌される。亜硝酸酸化細菌が殺菌されるので、アンモニアを亜硝酸まで硝化する、耐酸性の高いアンモニア酸化細菌が優占的に集積される。
【００３１】
また、酸処理を上述したようにｐＨ６．０以下、好ましくはｐＨ０．５〜５．０の範囲内としたのは、ｐＨ５．０以下とすれば亜硝酸酸化細菌の殺菌効果をより確実に発揮できるからである。また、ｐＨ０．５以上とすればアンモニア酸化細菌の活性が遅れることなく立ち上がる。
【００３２】
本発明の亜硝酸型硝化担体の製造において、付着固定化に用いられる担体材料としては、ポリビニルアルコール、アルギン酸、エチレングリコール系のゲルや、セルロース、ポリエステル、ポリプロピレン、塩化ビニル等のプラスチック担体を好適に使用することができる。また、担体材料の形状としては、球形や円筒形、多孔形状、立方体形状、ハニカム形状等の整形を行ったものを好適に使用できる。
【００３３】
本発明の亜硝酸型硝化担体の製造において、包括固定化に用いられる担体材料としては、モノメタクリレート類、モノアクリレート類、ジメタクリレート類、ジアクリレート類、トリメタクリレート類、トリアクリレート類、テトラアクリレート類、ウレタンアクリレート類、エポキシアクリレート類、その他、ポリビニルアルコール、アクリルアミド、光硬化性ポリビニルアルコール、光硬化性ポリエチレングリコール、光硬化性ポリエチレングリコールポリプロピレングリコールプレポリマ等を使用することができる。
【００３４】
また、硝化細菌はその粘性により自己造粒し易いので、この自己造粒力によりグラニュールを形成させて担体として利用することができる。なお、グラニュールの形成は、自己造粒力のみで形成されるものの他に、他の細菌が形成したグラニュールの外周に付着する形で形成されたグラニュールも含まれる。
【００３５】
本発明の製造方法で製造した亜硝酸型硝化担体の亜硝酸型の硝化性能を確認するために、下記の方法による第１の廃水処理実験を行った。
【００３６】
図１は、第１の廃水処理試験に使用される実験装置１の概略構成を示した説明図である。
【００３７】
実験装置１は、多数の担体１１，１１…が投入された反応槽１０と、廃水原水が蓄えられた原水タンク１３と、ｐＨ調整液が蓄えられたｐＨ調整液タンク１９と、ｐＨ調整機１７とを備えている。反応槽１０と原水タンク１３及び反応槽１０とｐＨ調整液タンク１９とが配管で接続されている。反応槽１０にエアポンプ管１２が配置されている。流出管１５が、処理した廃水を流出するために反応槽１０に設けられている。反応槽１０のｐＨを測定するためｐＨ電極１６が配置され、ｐＨ電極１６はｐＨ調節器１７に接続されている。
【００３８】
実験装置１において、原水ポンプ１４の動力によって原水タンク１３から廃水原水が反応槽１０に流入される。エアポンプ管１２からの供給されるエアによって、反応槽１０内で廃水原水は、担体１１，１１・・・とともに曝気中で撹拌され処理される。処理された廃水は、反応槽１０に設けられた流出管１５から処理水として排出される。
【００３９】
反応槽１０に設けられたｐＨ電極１６を介して反応槽１０のｐＨ値がｐＨ調節器１７によって測定される。反応槽１０のｐＨ値が一定となるように、ｐＨ調整機１７の指示に基づいて、ｐＨ調整ポンプ１８が駆動される。ｐＨ調整ポンプ１８の動力によりｐＨ調整液タンク１９からｐＨ調整液が反応槽１０に供給される。
【００４０】
本実験で供試される亜硝酸型硝化の担体１１、１１・・・は、下水処理場の余剰汚泥をポリエチレングリコール系のプレポリマと混合し、重合開始剤として過硫化カリウムを添加して重合した後、３ｍｍの立方体に整形し、ｐＨ２．０〜２．２の酸液に１０分間浸漬することで製造された（以下本発明担体）。なお、汚泥の含有量は２Ｗ／Ｖ％とし、プレポリマ含有量は１０Ｖ／Ｖ％になるように包括固定化したものを使用した。またｐＨ調整に２ｍｏｌ／Ｌ硫酸が使用された。酸処理後の担体１１、１１・・・は、中和するため酸液から取り出され、水道水で流洗される。
【００４１】
本実験で供試される比較例の亜硝酸型硝化の担体１１、１１・・・は、上述と同様の製法で製造された。但し、比較例においては担体１１、１１・・・は、３ｍｍの立方体に整形した後、ｐＨ７．５〜７．７の溶液に１０分間浸漬することで製造された（以下比較担体）。この点が本発明担体と製造方法において異なる点である。その後、比較担体は本発明担体と同様中和するため酸液から取り出され、水道水で流洗される。
【００４２】
反応槽１０の反応容積は２Ｌであり、この反応槽１０に担体充填量が２００ｍＬになるように担体１１を充填した。
【００４３】
また、本実験で供試される廃水として下水を模擬した表１に示す合成廃水を使用した。合成廃水はアンモニア性窒素濃度が４０ｍｇ／Ｌとなるように調整されている。
【００４４】
【表１】
実験装置１０における廃水の水理学的滞留時間は３時間とした。吹き込むエア量が多く、反応槽１０内に吹き込むエアの溶存酸素（ＤＯ：Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ）濃度が低いと亜硝酸型硝化になりうるので、反応槽１０中のＤＯを４．０ｍｇ／Ｌ以上に保持して廃水処理を行った。
【００４５】
第１の廃水処理実験の結果を図２に示す。図２（Ａ）は本発明担体を使用した場合、図２（Ｂ）は比較担体を使用した場合の試験結果を示している。各グラフにおいて、○は原水のアンモニア性窒素濃度を、●は処理水のアンモニア性窒素濃度を、▲は処理水の亜硝酸性窒素濃度を、■は硝酸性窒素濃度を示している。
【００４６】
図２（Ａ）に示すように、本発明担体を用いた廃水処理では開始からアンモニア酸化細菌の活性が確認された。処理水のアンモニア性窒素濃度の下降が見られ、処理水の亜硝酸性窒素濃度の上昇が見られた。その一方で硝酸性窒素濃度の上昇は見られなかった。開始からアンモニア性窒素の硝化が始まり、亜硝酸型の硝化が行われていることが確認された。これは、酸処理により担体１１，１１・・・から亜硝酸酸化細菌が除去され、アンモニア酸化細菌による亜硝酸型の硝化のみが行われるようになったからである。
【００４７】
その後、３週間目には完全な亜硝酸型硝化反応が確認された。３週間目以降、アンモニア性窒素濃度が５％以下、亜硝酸性窒素濃度が２５％以上の安定した数値を示すことが確認された。実験開始から３週間目以降、硝酸性窒素濃度は５％以下の安定した数値が示され、濃度の上昇は見られなかった。
【００４８】
一方、図２（Ｂ）に示すように、比較担体で廃水処理を行うと、２週間目から硝酸性窒素濃度の上昇が見られ、硝酸の生成が確認された。亜硝酸酸化細菌の存在も確認された。さらに５週間目には亜硝酸性窒素濃度と硝酸性窒素濃度が同一の値を示し、５週間目以降硝酸性窒素濃度が亜硝酸性窒素濃度を上回ることが確認された。亜硝酸酸化細菌の硝化能力がアンモニア酸化細菌の能力が上回ることが示された。
【００４９】
図２に示されるように、担体形成後に酸処理を施した本発明担体は、安定した亜硝酸型の硝化を実現できることが示された。
【００５０】
酸処理により、第１の廃水処理試験における担体１１，１１・・・よる亜硝酸型の硝化が約５０日間維持することができた。しかし、その後亜硝酸が減少して硝酸が生成されることが確認された。これは、廃水を介して流入する亜硝酸酸化細菌が増殖したことや、酸処理で処理し切れなかった微量な亜硝酸酸化細菌が増殖したためと考えられる。
【００５１】
そこで、担体１１，１１…を実験装置１から取り出して、担体１１，１１を・・・ｐＨ２．０〜２．２の酸液に１０分間浸漬した後、実験装置１へ戻して廃水処理を継続したところ、亜硝酸型の硝化性能を回復できた。
【００５２】
したがって、亜硝酸濃度の減少や硝酸の生成が見られたとき、もしくは一定の期間で担体を酸処理することにより、担体の亜硝酸型の硝化性能を維持することができることが判明した。
【００５３】
次に、本発明の亜硝酸型硝化担体の製造方法における酸液ｐＨと酸処理時間との関係を調査するため第２の廃水処理試験を行った。
【００５４】
供試される担体としては、第１の廃水処理試験で使用したものと同じ包括固定担体を使用した。得られた包括固定担体を、ｐＨ０、ｐＨ０．５、ｐＨ２．０、ｐＨ３．０、ｐＨ４．０、ｐＨ５．０、ｐＨ６．０、ｐＨ７．０で酸処理を行い、酸処理時間をそれぞれ６秒、３０秒、１分、３分、９分、１５分、３０分、６０分とした。中和するため酸液処理後の担体を、一度酸液から取り出し、水道水で流洗した。
【００５５】
また、供試される廃水として、亜硝酸窒素を４０ｍｇ／Ｌを含有した合成廃水を使用した。廃水処理試験は、合成廃水４５０ｍｌ中に担体５０ｍｇを投入し、連続曝気にて廃水処理を行った。廃水を１日ごとに交換し、交換した処理水中の亜硝酸濃度と硝酸濃度を測定した。
【００５６】
その結果を図３に示す。図３（Ａ）は、各酸液ｐＨ及びにおける実験開始１ヶ月後の処理水中の亜硝酸濃度を示したグラフである。一方図３（Ｂ）は、各酸液ｐＨ及びにおける実験開始１ヶ月後の処理水中の硝酸濃度を示したグラフである。
【００５７】
図３（Ａ）（Ｂ）から分かるように、ｐＨ２．０未満の範囲では３０秒以上、ｐＨ２．０以上４．０未満の範囲では３分以上、ｐＨ４．０以上６．０以下の範囲では１５分以上酸液処理を行うことにより、硝酸生成が抑制され、かつ亜硝酸生成が促進された亜硝酸型の硝化を行うことができることが確認できた。
【００５８】
図３（Ａ）（Ｂ）から分かるように、ｐＨ２．０未満の範囲では３０秒以上、ｐＨ２．０以上４．０未満の範囲では３分以上、ｐＨ４．０以上６．０以下の範囲では１５分以上酸液処理を行うことにより、亜硝酸型の硝化を行う亜硝酸型硝化担体を製造できるとともに、その硝化能力を維持できることが分かった。
【００５９】
図４は、本発明の廃水処理装置の全体構成の一例を示す概念図である。図４に示すように、廃水処理装置２０は、原水配管２１と、原水を分配する分配器２２と、原水の一部が供給される亜硝酸生成槽２３と、亜硝酸生成槽２３の後段に設けられた嫌気性アンモニア酸化槽２４と、嫌気性アンモニア酸化槽２４の後段に設けられた再脱窒槽２５と、再脱窒槽２５にメタノールを供給するメタノール添加装置２６と、再脱窒槽２５の後段に設けられた固液分離槽２７で構成されている。亜硝酸生成槽２３には本発明の担体１１が多数投入される。また、亜硝酸生成槽２３には本発明の担体１１を再酸液処理するための酸液処理槽２８が配置されている。
【００６０】
嫌気性アンモニア酸化槽２４には亜硝酸生成槽２３から処理液に加え、分配器２２で分配された原水の一部が供給される構成となっている。
【００６１】
廃水処理装置２０では、原水配管２１を流れるアンモニア性窒素を含む廃水が分配器２２で分配され、廃水の一部が亜硝酸生成槽２３に流入される。亜硝酸生成槽２３に流入したアンモニア性廃水中のアンモニアは、本発明の担体と曝気撹拌されて亜硝酸に酸化される。
【００６２】
亜硝酸生成槽２３で処理された亜硝酸性処理水は、配管を通って嫌気性アンモニア酸化槽２４へ供給される。さらに分配器２２で分配されたアンモニア性廃水の一部も、嫌気性アンモニア酸化槽２４に供給される。嫌気性アンモニア酸化槽２４に流入したアンモニアと亜硝酸とは嫌気性アンモニア酸化細菌の脱窒反応により同時脱窒される。
【００６３】
嫌気性アンモニア酸化槽２４で処理された処理水には、硝酸が僅かに残るため、再脱窒槽２５にてメタノール添加装置２６からメタノールを添加して脱窒反応を経て固液分離槽２７で固液分離され、最終処理水として系外に排出される。
【００６４】
本発明の亜硝酸型硝化担体において、アンモニア性窒素を亜硝酸で反応停止させる能力は、使用の仕方によっても多少相違するが、期間の経過とともに硝化能力が小さくなることがある。従って、本発明による亜硝酸型硝化担体を製造後も、定期的、または亜硝酸性窒素濃度及び硝酸性窒素濃度を測定し亜硝酸硝化の能力を確認した後、再酸液処理することが好ましい。
【００６５】
本発明の担体を廃水処理装置２０に用いることにより、嫌気性アンモニア酸化法で必要とされる亜硝酸までの酸化反応でとどめることができる、安定した脱窒プロセスを得ることができる。また、亜硝酸酸化細菌の殺菌に使用し酸液は繰り返し用可能である。エネルギー消費量の少ない亜硝酸型硝化担体の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の亜硝酸型硝化担体を用いた第１の廃水処理試験に使用される実験装置の概略構成を示した説明図
【図２】本発明と比較例の亜硝酸型硝化担体とを用いた第１の廃水処理試験における廃水処理時間と廃水中の各窒素濃度との関係を示したグラフ
【図３】本発明の亜硝酸型硝化担体を用いた各ｐＨ及び各酸液処理時間における亜硝酸濃度と硝酸濃度を示したグラフ
【図４】本発明の亜硝酸型硝化担体を利用した廃水処理装置の概念図
【符号の説明】
【００６７】
１・・・実験装置、１０・・・反応槽、１１・・・担体、１３・・・原水タンク、１７・・・調節器、１９・・・ｐＨ調整液タンク、２０廃水処理装置、２３・・・亜硝酸生成槽、２４・・・嫌気性アンモニア酸化槽、２８・・・酸液処理槽
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜硝酸型硝化担体の製造方法、亜硝酸型硝化担体、廃水処理方法並びに廃水処理装置に係り、特に嫌気性アンモニア酸化法における亜硝酸型硝化反応を安定して行える亜硝酸型硝化担体の製造方法，亜硝酸型硝化担体、廃水処理方法並びに廃水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃水や下水を微生物で処理する生物学的処理方法は、比較的低コストであることから多くの処理場で採用されている。しかし、微生物の種類によっては、増殖速度が遅いものや、被毒し易いもの、又はその環境下において増殖し難いものがある。特に、アンモニア性窒素を含有する廃水の処理を行う際に用いられる硝化細菌は増殖速度が遅いという問題があった。そこで、硝化細菌等の増殖し難い特定の微生物を固定化して処理を行う方法がすでに実用化されている。
【０００３】
微生物を固定化する方法としては、例えば特許文献１のように、微生物をゲルの内部に固定化する包括固定化担体が用いられる。固定化する微生物としては、硝化菌が生息している活性汚泥や、湖沼や河川や海の底泥、地表の土壌等を微生物供給源とし、特に工場廃水や下水処理場の活性汚泥が使用される。また、特許文献２のように、微生物を担体材料の表面に付着させて固定化する付着固定化担体も用いられており、担体材料を活性汚泥処理内に投入して、自然に表面に付着させたものが使用される。さらに、特許文献３のように、硝化菌等粘性を有する微生物では微生物自体の自己造粒力によりグラニュールが形成できるので、そのグラニュールを担体として廃水処理に利用する例もある。
【特許文献１】特開平１１−３３５７８号公報
【特許文献２】特開平８−２６７０８１号公報
【特許文献３】特開２００３−２６６０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
脱窒菌を使用した硝酸から窒素ガスへの変換は、メタノール等の有機物の添加が必要であり、ランニングコストが高くなるという欠点がある。このことから、有機物の添加が少量で済む窒素除去方法が要望されていた。
【０００５】
この欠点を解決する窒素除去方法として、嫌気性アンモニア酸化法（Anaerobic ammonia oxidation）による窒素除去方法が注目されている。この嫌気性アンモニア酸化法は、アンモニアを水素供与体とし、亜硝酸を水素受容体として、嫌気性アンモニア酸化細菌によりアンモニアと亜硝酸とを以下の反応式により同時脱窒する方法である。
【０００６】
［化１］
NH４＋+ NO2−＝N 2 +2H 2 O
この方法によれば、アンモニアを水素供与体とするため、脱窒で使用するメタノール等の使用量を大幅に削減できることや、汚泥の発生量を削減できる等のメリットがあり，今後の窒素除去方法として有効な方法であると考えられている。
【０００７】
この嫌気性アンモニア酸化法ではアンモニア性窒素の酸化を途中で止めて、亜硝酸とアンモニアとを約半分ずつ残して脱窒する必要がある。しかし、亜硝酸型硝化反応に使用される従来の包括固定化担体、付着固定化担体又は硝化グラニュール担体ではアンモニア酸化細菌と亜硝酸酸化細菌が混在しているため、アンモニア性窒素を処理する際に、亜硝酸から硝酸への反応を経由してしまう場合もあった。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、有機物の添加量を大幅に減少してランニングコストを下げることができる亜硝酸型硝化担体及びその製造方法並びにそれを用いた窒素除去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】
【０００９】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、アンモニア酸化細菌を優先的に集積させた亜硝酸型硝化担体の製造方法は、少なくともアンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌を含む複合微生物の集積汚泥を付着固定化担体、包括固定化担体又は自己造粒物のグラニュール担体のいずれかの担体に製造する工程と、前記複合微生物に対しをｐＨ６．０以下の範囲で酸処理する工程を備えたことを特徴とする。
【００１０】
ここで、少なくともアンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌を含む硝化性能を有する複合微生物系の汚泥の具体例としては、下水や工場廃水を処理する処理場の活性汚泥、湖沼や河川や海の底泥、地表の土壌等がある。
【００１１】
請求項１によれば、亜硝酸型硝化担体の製造において、少なくともアンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌を含む複合微生物の集積汚泥を付着固定化担体、包括固定化担体又は自己造粒物のグラニュール担体のいずれかの形態で保持させた担体をｐＨ６．０以下の範囲で酸処理するようにした。（ｐＨには０以下、つまりマイナス（−）の値がある。しかしながら、マイナスｐＨの測定技術がなため、ここではｐＨ範囲の下限値を規定せず、ｐＨ６以下と記載する。）アンモニア酸化細菌が酸に対し高い耐性を持つ一方、亜硝酸型酸化細菌が酸に対し耐性が低い特性を利用して、亜硝酸酸化細菌を殺菌してアンモニア酸化細菌を優先的に集積させることができる。また、本発明では、酸処理に使用した酸液を担体と分離し繰り返し使用できるので、エネルギー的消失を減少させることができる。
【００１２】
本発明の請求項２は請求項１において、前記酸処理はｐＨ０．５〜ｐＨ５．０以下の範囲とすることを特徴とする。酸処理のｐＨを５．０以下にすることで亜硝酸酸化細菌の殺菌を促進できる。また酸処理のｐＨを０．５以上にすることでアンモニア酸化細菌の失活を防止して集積度を上げることができる。
【００１３】
本発明の請求項３は請求項１において、前記酸処理をｐＨが２．０未満の範囲では３０秒以上行い、ｐＨが２．０以上、４．０未満の範囲では３分以上行い、ｐＨが４．０以上、６．０以下の範囲では１５分以上行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項３によれば、酸処理を上記条件で行うことにより、亜硝酸酸化細菌を殺菌してアンモニア酸化細菌を集積でき、亜硝酸型の硝化を効率よく行う担体を製造することができる。
【００１５】
本発明の請求項４の亜硝酸型硝化担体は、請求項１〜３の何れか１の製造方法で製造されたことを特徴とする。請求項４の亜硝酸型硝化担体は、本発明の製造方法によって製造されるので、亜硝酸型の硝化を効率よく行う担体を得ることができる。
【００１６】
請求項５の廃水処理装置は、アンモニアから亜硝酸を生成するために請求項４の亜硝酸型硝化担体が投入された亜硝酸生成槽と、アンモニアと亜硝酸とを嫌気性アンモニア酸化細菌により同時脱窒する嫌気性アンモニア酸化槽とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項５の廃水処理装置によれば、亜硝酸生成槽に本発明の亜硝酸型硝化担体が投入されるので、亜硝酸酸化細菌の活性を選択的に抑制でき亜硝酸型硝化反応を効率よく行うことができる廃水処理装置を得ることができる。
【００１８】
請求項６の廃水処理装置は、亜硝酸型硝化担体の亜硝酸型硝化が硝酸型硝化に移行したときに、前記酸処理を再度行って亜硝酸型の硝化能力を回復させる機能を備えたことを特徴とする。
【００１９】
亜硝酸型硝化担体の亜硝酸型硝化が硝酸型硝化へ移行したとき、請求項６によれば、再度酸処理を行うことで亜硝酸酸化細菌を抑制でき亜硝酸型の硝化能力を回復させることができる。亜硝酸酸化細菌を酸により殺菌しても長期間使用すれば、亜硝酸酸化細菌が再増殖する場合がある。亜硝酸酸化細菌の増殖は、亜硝酸型硝化を硝酸型硝化に移行させる。かかる場合に亜硝酸酸化細菌を再度酸処理により殺菌することで亜硝酸型の硝化能力を回復することができる。
【００２０】
請求項７のアンモニア性廃水を処理する廃水処理方法は、請求項４の亜硝酸型硝化担体が投入された亜硝酸生成槽でアンモニアから亜硝酸を生成する工程と、嫌気性アンモニア酸化槽でアンモニアと前記亜硝酸とを嫌気性アンモニア酸化細菌により同時脱窒する工程とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
請求項７によれば、亜硝酸生成槽に本発明の亜硝酸型硝化担体が投入されるので、亜硝酸酸化細菌の活性を選択的に抑制でき亜硝酸型硝化反応を効率よく行うことができる廃水処理方法を実現することができる。
【００２２】
請求項８の排水処理方法は、前記亜硝酸型硝化担体の亜硝酸型硝化が硝酸型硝化に移行したときに、前記酸処理を再度行って亜硝酸型硝化の能力を回復させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る亜硝酸型硝化担体の製造方法、亜硝酸型硝化担体、廃水処理装置及び廃水処理方法によれば、亜硝酸酸化細菌を殺菌してアンモニア酸化細菌を優先的に集積させることができる。従って、嫌気性アンモニア酸化法で必要とされる亜硝酸までの酸化反応でとどめることができるプロセスを提供できる。また、亜硝酸酸化細菌の殺菌に使用した酸液は繰り返し使用可能である。エネルギー消費量の少ない亜硝酸型硝化担体の製造が可能となる。
【００２４】
また、本発明で製造した亜硝酸型硝化担体を廃水処理装置及び処理方法を用いると、酸素供給と薬品添加量を大幅に減少して、処理時間を短縮することができる。
【００２５】
また、本発明で製造した亜硝酸型硝化担体を用いた廃水処理装置及び処理方法を実施する際に、担体の酸処理を定期的に行えば、亜硝酸型の硝化能力を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下添付図面に従って本発明に係る亜硝酸型硝化担体及び廃水処理方法の好ましい実施の形態について詳説する。
【００２７】
本発明の亜硝酸型硝化担体は、湖沼や河川や海の底泥、又は下水や工場廃水の処理場の活性汚泥のように、多数の微生物が混在する複合微生物系の汚泥を微生物供給源として製造される。特にアンモニア酸化細菌や亜硝酸酸化細菌等の硝化細菌を多く含む汚泥を微生物供給源とすることが好ましい。
微生物供給源を含む汚泥を保持・固定する方法として、付着固定、包括固定、自己造粒力によりグラニュールを形成する方法が知られている。本発明において、最初に（１）複合微生物系の汚泥中に担体材料を投入して付着固定するか、（２）複合微生物系の汚泥をモノマ又はプレポリマに包括固定するか、（３）複合微生物系の汚泥の自己造粒力によりグラニュールを形成する方法かの、いずれかの方法によって微生物供給源含む汚泥の保持・固定を行う。
【００２８】
次に、（１）〜（３）に製造された付着固定担体、包括固定担体又はグラニュール担体を、ｐＨ６．０以下、好ましくはｐＨ０．５〜５．０の範囲で酸処理する。
【００２９】
また、複合微生物系の汚泥をｐＨ６．０以下、好ましくはｐＨ０．５〜５．０の範囲で酸処理した後に、（１）複合微生物系の汚泥中に担体材料を投入して付着固定するか、（２）複合微生物系の汚泥をモノマ又はプレポリマに包括固定するか、（３）複合微生物系の汚泥の自己造粒力によりグラニュールを形成する方法いずれかの方法で製造してもよい。
【００３０】
この酸処理方法は、酸液を担体に直接散液して処理してもよいし、酸液に担体を浸漬してもよいし、担体を酸液中で撹拌してもよい。いずれの酸処理方法の場合もｐＨ６．０以下、好ましくはｐＨ０．５〜５．０の範囲で酸処理することが必要である。酸処理することにより、複合微生物系の汚泥中に存在する複数種類の細菌のうち、亜硝酸を硝酸に硝化する酸耐性の低い亜硝酸酸化細菌が殺菌される。亜硝酸酸化細菌が殺菌されるので、アンモニアを亜硝酸まで硝化する、耐酸性の高いアンモニア酸化細菌が優占的に集積される。
【００３１】
また、酸処理を上述したようにｐＨ６．０以下、好ましくはｐＨ０．５〜５．０の範囲内としたのは、ｐＨ５．０以下とすれば亜硝酸酸化細菌の殺菌効果をより確実に発揮できるからである。また、ｐＨ０．５以上とすればアンモニア酸化細菌の活性が遅れることなく立ち上がる。
【００３２】
本発明の亜硝酸型硝化担体の製造において、付着固定化に用いられる担体材料としては、ポリビニルアルコール、アルギン酸、エチレングリコール系のゲルや、セルロース、ポリエステル、ポリプロピレン、塩化ビニル等のプラスチック担体を好適に使用することができる。また、担体材料の形状としては、球形や円筒形、多孔形状、立方体形状、ハニカム形状等の整形を行ったものを好適に使用できる。
【００３３】
本発明の亜硝酸型硝化担体の製造において、包括固定化に用いられる担体材料としては、モノメタクリレート類、モノアクリレート類、ジメタクリレート類、ジアクリレート類、トリメタクリレート類、トリアクリレート類、テトラアクリレート類、ウレタンアクリレート類、エポキシアクリレート類、その他、ポリビニルアルコール、アクリルアミド、光硬化性ポリビニルアルコール、光硬化性ポリエチレングリコール、光硬化性ポリエチレングリコールポリプロピレングリコールプレポリマ等を使用することができる。
【００３４】
また、硝化細菌はその粘性により自己造粒し易いので、この自己造粒力によりグラニュールを形成させて担体として利用することができる。なお、グラニュールの形成は、自己造粒力のみで形成されるものの他に、他の細菌が形成したグラニュールの外周に付着する形で形成されたグラニュールも含まれる。
【００３５】
本発明の製造方法で製造した亜硝酸型硝化担体の亜硝酸型の硝化性能を確認するために、下記の方法による第１の廃水処理実験を行った。
【００３６】
図１は、第１の廃水処理試験に使用される実験装置１の概略構成を示した説明図である。
【００３７】
実験装置１は、多数の担体１１，１１…が投入された反応槽１０と、廃水原水が蓄えられた原水タンク１３と、ｐＨ調整液が蓄えられたｐＨ調整液タンク１９と、ｐＨ調整機１７とを備えている。反応槽１０と原水タンク１３及び反応槽１０とｐＨ調整液タンク１９とが配管で接続されている。反応槽１０にエアポンプ管１２が配置されている。流出管１５が、処理した廃水を流出するために反応槽１０に設けられている。反応槽１０のｐＨを測定するためｐＨ電極１６が配置され、ｐＨ電極１６はｐＨ調節器１７に接続されている。
【００３８】
実験装置１において、原水ポンプ１４の動力によって原水タンク１３から廃水原水が反応槽１０に流入される。エアポンプ管１２からの供給されるエアによって、反応槽１０内で廃水原水は、担体１１，１１・・・とともに曝気中で撹拌され処理される。処理された廃水は、反応槽１０に設けられた流出管１５から処理水として排出される。
【００３９】
反応槽１０に設けられたｐＨ電極１６を介して反応槽１０のｐＨ値がｐＨ調節器１７によって測定される。反応槽１０のｐＨ値が一定となるように、ｐＨ調整機１７の指示に基づいて、ｐＨ調整ポンプ１８が駆動される。ｐＨ調整ポンプ１８の動力によりｐＨ調整液タンク１９からｐＨ調整液が反応槽１０に供給される。
【００４０】
本実験で供試される亜硝酸型硝化の担体１１、１１・・・は、下水処理場の余剰汚泥をポリエチレングリコール系のプレポリマと混合し、重合開始剤として過硫化カリウムを添加して重合した後、３ｍｍの立方体に整形し、ｐＨ２．０〜２．２の酸液に１０分間浸漬することで製造された（以下本発明担体）。なお、汚泥の含有量は２Ｗ／Ｖ％とし、プレポリマ含有量は１０Ｖ／Ｖ％になるように包括固定化したものを使用した。またｐＨ調整に２ｍｏｌ／Ｌ硫酸が使用された。酸処理後の担体１１、１１・・・は、中和するため酸液から取り出され、水道水で流洗される。
【００４１】
本実験で供試される比較例の亜硝酸型硝化の担体１１、１１・・・は、上述と同様の製法で製造された。但し、比較例においては担体１１、１１・・・は、３ｍｍの立方体に整形した後、ｐＨ７．５〜７．７の溶液に１０分間浸漬することで製造された（以下比較担体）。この点が本発明担体と製造方法において異なる点である。その後、比較担体は本発明担体と同様中和するため酸液から取り出され、水道水で流洗される。
【００４２】
反応槽１０の反応容積は２Ｌであり、この反応槽１０に担体充填量が２００ｍＬになるように担体１１を充填した。
【００４３】
また、本実験で供試される廃水として下水を模擬した表１に示す合成廃水を使用した。合成廃水はアンモニア性窒素濃度が４０ｍｇ／Ｌとなるように調整されている。
【００４４】
【表１】
実験装置１０における廃水の水理学的滞留時間は３時間とした。吹き込むエア量が多く、反応槽１０内に吹き込むエアの溶存酸素（ＤＯ：Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ）濃度が低いと亜硝酸型硝化になりうるので、反応槽１０中のＤＯを４．０ｍｇ／Ｌ以上に保持して廃水処理を行った。
【００４５】
第１の廃水処理実験の結果を図２に示す。図２（Ａ）は本発明担体を使用した場合、図２（Ｂ）は比較担体を使用した場合の試験結果を示している。各グラフにおいて、○は原水のアンモニア性窒素濃度を、●は処理水のアンモニア性窒素濃度を、▲は処理水の亜硝酸性窒素濃度を、■は硝酸性窒素濃度を示している。
【００４６】
図２（Ａ）に示すように、本発明担体を用いた廃水処理では開始からアンモニア酸化細菌の活性が確認された。処理水のアンモニア性窒素濃度の下降が見られ、処理水の亜硝酸性窒素濃度の上昇が見られた。その一方で硝酸性窒素濃度の上昇は見られなかった。開始からアンモニア性窒素の硝化が始まり、亜硝酸型の硝化が行われていることが確認された。これは、酸処理により担体１１，１１・・・から亜硝酸酸化細菌が除去され、アンモニア酸化細菌による亜硝酸型の硝化のみが行われるようになったからである。
【００４７】
その後、３週間目には完全な亜硝酸型硝化反応が確認された。３週間目以降、アンモニア性窒素濃度が５％以下、亜硝酸性窒素濃度が２５％以上の安定した数値を示すことが確認された。実験開始から３週間目以降、硝酸性窒素濃度は５％以下の安定した数値が示され、濃度の上昇は見られなかった。
【００４８】
一方、図２（Ｂ）に示すように、比較担体で廃水処理を行うと、２週間目から硝酸性窒素濃度の上昇が見られ、硝酸の生成が確認された。亜硝酸酸化細菌の存在も確認された。さらに５週間目には亜硝酸性窒素濃度と硝酸性窒素濃度が同一の値を示し、５週間目以降硝酸性窒素濃度が亜硝酸性窒素濃度を上回ることが確認された。亜硝酸酸化細菌の硝化能力がアンモニア酸化細菌の能力が上回ることが示された。
【００４９】
図２に示されるように、担体形成後に酸処理を施した本発明担体は、安定した亜硝酸型の硝化を実現できることが示された。
【００５０】
酸処理により、第１の廃水処理試験における担体１１，１１・・・よる亜硝酸型の硝化が約５０日間維持することができた。しかし、その後亜硝酸が減少して硝酸が生成されることが確認された。これは、廃水を介して流入する亜硝酸酸化細菌が増殖したことや、酸処理で処理し切れなかった微量な亜硝酸酸化細菌が増殖したためと考えられる。
【００５１】
そこで、担体１１，１１…を実験装置１から取り出して、担体１１，１１を・・・ｐＨ２．０〜２．２の酸液に１０分間浸漬した後、実験装置１へ戻して廃水処理を継続したところ、亜硝酸型の硝化性能を回復できた。
【００５２】
したがって、亜硝酸濃度の減少や硝酸の生成が見られたとき、もしくは一定の期間で担体を酸処理することにより、担体の亜硝酸型の硝化性能を維持することができることが判明した。
【００５３】
次に、本発明の亜硝酸型硝化担体の製造方法における酸液ｐＨと酸処理時間との関係を調査するため第２の廃水処理試験を行った。
【００５４】
供試される担体としては、第１の廃水処理試験で使用したものと同じ包括固定担体を使用した。得られた包括固定担体を、ｐＨ０、ｐＨ０．５、ｐＨ２．０、ｐＨ３．０、ｐＨ４．０、ｐＨ５．０、ｐＨ６．０、ｐＨ７．０で酸処理を行い、酸処理時間をそれぞれ６秒、３０秒、１分、３分、９分、１５分、３０分、６０分とした。中和するため酸液処理後の担体を、一度酸液から取り出し、水道水で流洗した。
【００５５】
また、供試される廃水として、亜硝酸窒素を４０ｍｇ／Ｌを含有した合成廃水を使用した。廃水処理試験は、合成廃水４５０ｍｌ中に担体５０ｍｇを投入し、連続曝気にて廃水処理を行った。廃水を１日ごとに交換し、交換した処理水中の亜硝酸濃度と硝酸濃度を測定した。
【００５６】
その結果を図３に示す。図３（Ａ）は、各酸液ｐＨ及びにおける実験開始１ヶ月後の処理水中の亜硝酸濃度を示したグラフである。一方図３（Ｂ）は、各酸液ｐＨ及びにおける実験開始１ヶ月後の処理水中の硝酸濃度を示したグラフである。
【００５７】
図３（Ａ）（Ｂ）から分かるように、ｐＨ２．０未満の範囲では３０秒以上、ｐＨ２．０以上４．０未満の範囲では３分以上、ｐＨ４．０以上６．０以下の範囲では１５分以上酸液処理を行うことにより、硝酸生成が抑制され、かつ亜硝酸生成が促進された亜硝酸型の硝化を行うことができることが確認できた。
【００５８】
図３（Ａ）（Ｂ）から分かるように、ｐＨ２．０未満の範囲では３０秒以上、ｐＨ２．０以上４．０未満の範囲では３分以上、ｐＨ４．０以上６．０以下の範囲では１５分以上酸液処理を行うことにより、亜硝酸型の硝化を行う亜硝酸型硝化担体を製造できるとともに、その硝化能力を維持できることが分かった。
【００５９】
図４は、本発明の廃水処理装置の全体構成の一例を示す概念図である。図４に示すように、廃水処理装置２０は、原水配管２１と、原水を分配する分配器２２と、原水の一部が供給される亜硝酸生成槽２３と、亜硝酸生成槽２３の後段に設けられた嫌気性アンモニア酸化槽２４と、嫌気性アンモニア酸化槽２４の後段に設けられた再脱窒槽２５と、再脱窒槽２５にメタノールを供給するメタノール添加装置２６と、再脱窒槽２５の後段に設けられた固液分離槽２７で構成されている。亜硝酸生成槽２３には本発明の担体１１が多数投入される。また、亜硝酸生成槽２３には本発明の担体１１を再酸液処理するための酸液処理槽２８が配置されている。
【００６０】
嫌気性アンモニア酸化槽２４には亜硝酸生成槽２３から処理液に加え、分配器２２で分配された原水の一部が供給される構成となっている。
【００６１】
廃水処理装置２０では、原水配管２１を流れるアンモニア性窒素を含む廃水が分配器２２で分配され、廃水の一部が亜硝酸生成槽２３に流入される。亜硝酸生成槽２３に流入したアンモニア性廃水中のアンモニアは、本発明の担体と曝気撹拌されて亜硝酸に酸化される。
【００６２】
亜硝酸生成槽２３で処理された亜硝酸性処理水は、配管を通って嫌気性アンモニア酸化槽２４へ供給される。さらに分配器２２で分配されたアンモニア性廃水の一部も、嫌気性アンモニア酸化槽２４に供給される。嫌気性アンモニア酸化槽２４に流入したアンモニアと亜硝酸とは嫌気性アンモニア酸化細菌の脱窒反応により同時脱窒される。
【００６３】
嫌気性アンモニア酸化槽２４で処理された処理水には、硝酸が僅かに残るため、再脱窒槽２５にてメタノール添加装置２６からメタノールを添加して脱窒反応を経て固液分離槽２７で固液分離され、最終処理水として系外に排出される。
【００６４】
本発明の亜硝酸型硝化担体において、アンモニア性窒素を亜硝酸で反応停止させる能力は、使用の仕方によっても多少相違するが、期間の経過とともに硝化能力が小さくなることがある。従って、本発明による亜硝酸型硝化担体を製造後も、定期的、または亜硝酸性窒素濃度及び硝酸性窒素濃度を測定し亜硝酸硝化の能力を確認した後、再酸液処理することが好ましい。
【００６５】
本発明の担体を廃水処理装置２０に用いることにより、嫌気性アンモニア酸化法で必要とされる亜硝酸までの酸化反応でとどめることができる、安定した脱窒プロセスを得ることができる。また、亜硝酸酸化細菌の殺菌に使用し酸液は繰り返し用可能である。エネルギー消費量の少ない亜硝酸型硝化担体の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の亜硝酸型硝化担体を用いた第１の廃水処理試験に使用される実験装置の概略構成を示した説明図
【図２】本発明と比較例の亜硝酸型硝化担体とを用いた第１の廃水処理試験における廃水処理時間と廃水中の各窒素濃度との関係を示したグラフ
【図３】本発明の亜硝酸型硝化担体を用いた各ｐＨ及び各酸液処理時間における亜硝酸濃度と硝酸濃度を示したグラフ
【図４】本発明の亜硝酸型硝化担体を利用した廃水処理装置の概念図
【符号の説明】
【００６７】
１・・・実験装置、１０・・・反応槽、１１・・・担体、１３・・・原水タンク、１７・・・調節器、１９・・・ｐＨ調整液タンク、２０廃水処理装置、２３・・・亜硝酸生成槽、２４・・・嫌気性アンモニア酸化槽、２８・・・酸液処理槽
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア酸化細菌を優先的に集積させた亜硝酸型硝化担体の製造方法において、少なくともアンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌を含む複合微生物の集積汚泥を付着固定化担体、包括固定化担体又は自己造粒物のグラニュール担体のいずれかの担体に製造する工程と、前記複合微生物に対しをｐＨ６．０以下の範囲で酸処理する工程を備えたことを特徴とする亜硝酸型硝化担体の製造方法。
【請求項２】
前記酸処理はｐＨ０．５〜ｐＨ５．０以下の範囲とすることを特徴とする請求項１記載の亜硝酸型硝化担体の製造方法。
【請求項３】
前記酸処理を
ｐＨが２．０未満の範囲では３０秒以上行い、
ｐＨが２．０以上、４．０未満の範囲では３分以上行い、
ｐＨが４．０以上、６．０以下の範囲では１５分以上行うことを特徴とする請求項１の亜硝酸型硝化担体の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載の製造方法により製造された亜硝酸型硝化担体。
【請求項５】
アンモニア性廃水を処理する廃水処理装置であって、
アンモニアから亜硝酸を生成するために請求項４の亜硝酸型硝化担体が投入された亜硝酸生成槽と、
アンモニアと亜硝酸とを嫌気性アンモニア酸化細菌により同時脱窒する嫌気性アンモニア酸化槽とを備えたことを特徴とする廃水処理装置。
【請求項６】
前記亜硝酸生成槽は、前記亜硝酸型硝化担体の亜硝酸型硝化が硝酸型硝化に移行したときに、前記酸処理を再度行って亜硝酸型の硝化能力を回復させる機能を備えたことを特徴とする請求項５の廃水処理装置。
【請求項７】
アンモニア性廃水を処理する廃水処理方法であって、
請求項４の亜硝酸型硝化担体が投入された亜硝酸生成槽でアンモニアから亜硝酸を生成する工程と、
嫌気性アンモニア酸化槽でアンモニアと前記亜硝酸とを嫌気性アンモニア酸化細菌により同時脱窒する工程とを備えたことを特徴とする廃水処理方法。
【請求項８】
前記亜硝酸型硝化担体の亜硝酸型硝化が硝酸型硝化に移行したときに、前記酸処理を再度行って亜硝酸型の硝化能力を回復させることを特徴とする請求項７の廃水処理方法。
【請求項１】
アンモニア酸化細菌を優先的に集積させた亜硝酸型硝化担体の製造方法において、少なくともアンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌を含む複合微生物の集積汚泥を付着固定化担体、包括固定化担体又は自己造粒物のグラニュール担体のいずれかの担体に製造する工程と、前記複合微生物に対しをｐＨ６．０以下の範囲で酸処理する工程を備えたことを特徴とする亜硝酸型硝化担体の製造方法。
【請求項２】
前記酸処理はｐＨ０．５〜ｐＨ５．０以下の範囲とすることを特徴とする請求項１記載の亜硝酸型硝化担体の製造方法。
【請求項３】
前記酸処理を
ｐＨが２．０未満の範囲では３０秒以上行い、
ｐＨが２．０以上、４．０未満の範囲では３分以上行い、
ｐＨが４．０以上、６．０以下の範囲では１５分以上行うことを特徴とする請求項１の亜硝酸型硝化担体の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載の製造方法により製造された亜硝酸型硝化担体。
【請求項５】
アンモニア性廃水を処理する廃水処理装置であって、
アンモニアから亜硝酸を生成するために請求項４の亜硝酸型硝化担体が投入された亜硝酸生成槽と、
アンモニアと亜硝酸とを嫌気性アンモニア酸化細菌により同時脱窒する嫌気性アンモニア酸化槽とを備えたことを特徴とする廃水処理装置。
【請求項６】
前記亜硝酸生成槽は、前記亜硝酸型硝化担体の亜硝酸型硝化が硝酸型硝化に移行したときに、前記酸処理を再度行って亜硝酸型の硝化能力を回復させる機能を備えたことを特徴とする請求項５の廃水処理装置。
【請求項７】
アンモニア性廃水を処理する廃水処理方法であって、
請求項４の亜硝酸型硝化担体が投入された亜硝酸生成槽でアンモニアから亜硝酸を生成する工程と、
嫌気性アンモニア酸化槽でアンモニアと前記亜硝酸とを嫌気性アンモニア酸化細菌により同時脱窒する工程とを備えたことを特徴とする廃水処理方法。
【請求項８】
前記亜硝酸型硝化担体の亜硝酸型硝化が硝酸型硝化に移行したときに、前記酸処理を再度行って亜硝酸型の硝化能力を回復させることを特徴とする請求項７の廃水処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２７２６１０（Ｐ２００８−２７２６１０Ａ）
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１５９４２（Ｐ２００７−１１５９４２）
【出願日】平成１９年４月２５日（２００７．４．２５）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月２５日（２００７．４．２５）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
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