廃水処理方法及び装置
【課題】スクリーンの目詰まりを防止するとともに、処理効率を向上する。
【解決手段】
アンモニア性窒素を含む廃水と、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む包括固定化担体２４とを嫌気性下で接触させて嫌気性アンモニア酸化反応を行う嫌気性反応槽１２と、嫌気性反応槽１２の上部に嫌気性反応槽１２の内側に傾斜して設けられ、処理された後の廃水を流出させるとともに包括固定化担体２４と廃水とを分離するスクリーンと、スクリーン１４の内側にスクリーン１４と略平行になるように設けられ、スクリーン１４面との間に流路１７を形成するガイド板１６と、スクリーン１４の下方に設けられ、スクリーン１４に向けて窒素ガスを噴出する窒素ガス噴出ノズル１８と、を備えた。
【解決手段】
アンモニア性窒素を含む廃水と、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む包括固定化担体２４とを嫌気性下で接触させて嫌気性アンモニア酸化反応を行う嫌気性反応槽１２と、嫌気性反応槽１２の上部に嫌気性反応槽１２の内側に傾斜して設けられ、処理された後の廃水を流出させるとともに包括固定化担体２４と廃水とを分離するスクリーンと、スクリーン１４の内側にスクリーン１４と略平行になるように設けられ、スクリーン１４面との間に流路１７を形成するガイド板１６と、スクリーン１４の下方に設けられ、スクリーン１４に向けて窒素ガスを噴出する窒素ガス噴出ノズル１８と、を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃水処理方法及び装置に係り、特に、アンモニアと亜硝酸とを基質とする嫌気性アンモニア酸化細菌を含む担体を用いた廃水処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
閉鎖系水域における富栄養化の原因となる廃水中の窒素を除去することが求められている。窒素は、下水や各種産業廃水に、主にアンモニア性窒素の形態で含まれている。
【０００３】
廃水中のアンモニア性窒素の除去方法としては、一般的に、硝化細菌及び脱窒細菌を用いて窒素ガスに変換して除去する方法があるが、近年では、嫌気性アンモニア酸化法による窒素除去方法が注目されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
嫌気性アンモニア酸化法は、処理する窒素含有水中のアンモニアを電子供与体とし、亜硝酸を電子受容体として嫌気性アンモニア酸化細菌により、下記式に従って同時脱窒する方法である。
【０００５】
ＮＨ４＋＋１．３２ＮＯ２−＋０．０６６ＨＣＯ３−＋０．１３Ｈ＋
→１．０２Ｎ２＋０．２６ＮＯ３−＋０．０６６ＣＨ２Ｏ０．５Ｎ０．１５＋２．０３Ｈ２Ｏ
…（式１）
嫌気性アンモニア酸化細菌は、脱窒細菌等と比べて増殖速度が遅いため、処理槽内から流出させないようにする必要がある。たとえば、特許文献１では、嫌気性アンモニア酸化細菌を包括固定化した流動担体を処理槽内に投入して、窒素除去する方法が提案されている。
【０００６】
通常、このような微生物担体を用いた廃水処理では、処理水とともに微生物担体が流出するのを防止するため、処理槽内の流出口近傍にスクリーンが設けられている。しかしながら、微生物担体がスクリーンに目詰まりし易いという問題があった。
【０００７】
これに対して、特許文献３では、スクリーン部材と平行な処理水の水流をスクリーン面に与えることにより固定化担体が付着するのを抑制する好気性処理槽において、スクリーン部材を通過した被処理水の一部を逆流させる逆流手段を設けることで、スクリーンの目詰まりを防止する方法が提案されている。
【０００８】
また、廃水処理を効率的に行うために、通常、処理槽内を攪拌したり、曝気したりするが、ランニングコストがかかる。これに対して、特許文献４では、メタン醗酵槽の攪拌動力を低減するために、有機性廃棄物をメタン発酵させる過程で発生するバイオガスを循環し、攪拌動力として利用する方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−２７５９９７号公報
【特許文献２】特開２００５−１６１２５７号公報
【特許文献３】特開２００３−７１４８１号公報
【特許文献４】特開２００１−３１４８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１、２では、嫌気性アンモニア酸化反応により担体内部から窒素ガスが大量に発生するため、担体表面に微細な気泡が付着し、担体の比重は処理水よりも小さくなる。このため、担体が浮上し、スクリーンの隙間を埋めることにより目詰まりを生じるという問題があった。
【００１０】
また、担体表面に微細な気泡が付着すると、担体内部に廃水が拡散しにくくなり、担体の活性が低下する虞もあった。
【００１１】
また、上記特許文献３、４は、担体自体から発生するガスは想定していないため、担体の浮上を抑制する対策はなされておらず、スクリーンの目詰まりを確実に防止することはできなかった。
【００１２】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、スクリーンの目詰まりを防止するとともに、処理効率を向上できる廃水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】
【００１３】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、アンモニア性窒素を含む廃水と、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む包括固定化担体とを嫌気性下で接触させて嫌気性アンモニア酸化反応を行う処理槽と、前記処理槽の上部に該処理槽の内側に傾斜して設けられ、処理された後の廃水を流出させるとともに前記包括固定化担体と前記廃水とを分離するスクリーンと、前記スクリーンの内側に該スクリーンと略平行になるように設けられ、前記スクリーン面との間に流路を形成するガイド板と、前記スクリーンの下方に設けられ、前記スクリーンに向けて窒素ガスを噴出する窒素ガス噴出手段と、を備えたことを特徴とする廃水処理装置を提供する。
【００１４】
請求項１によれば、嫌気性を維持するための窒素ガス噴出手段をスクリーンの下方に設けて、スクリーンに向かって窒素ガスを供給するように構成した。これにより、ガイド板の誘導で窒素ガスの気泡が上昇し、スクリーン面に沿った水流を形成するとともに、スクリーンに付着した担体や液面に浮上した担体に衝撃を与える。これにより、担体表面に付着した微細な気泡を除去するとともに、スクリーンに付着した担体や浮上した担体を降下させることができる。したがって、廃水と担体との接触効率を高めて、処理効率を向上でき、担体によるスクリーンの目詰まりを抑制できる。
【００１５】
請求項２は請求項１において、前記スクリーン面の下部は、前記廃水が流出しない遮蔽部材からなることを特徴とする。
【００１６】
請求項２によれば、廃水とともに担体が衝突するスクリーン面を、処理水が流出しない遮蔽部材で構成するので、窒素ガス噴出手段から噴出された窒素ガスがスクリーン下部から抜け出して無駄に消費されることがないので、少ない窒素ガス噴出量でも廃水と担体を確実にスクリーン面に衝突させることができる。この衝撃により、担体表面に付着した微細な気泡を除去できるとともに、スクリーンに付着又は水面に浮上している担体を降下させることができる。したがって、担体の処理効率を向上でき、担体によるスクリーンの目詰まりを抑制できる。
【００１７】
請求項３は請求項１又は２において、前記処理槽内の上部に区画され、該処理槽内の反応により発生した窒素ガスを捕集する窒素ガス捕集部と、前記窒素ガス捕集部と前記処理槽内の前記窒素ガス噴出手段とを連通し、前記捕集した窒素ガスを前記処理槽内に循環させる循環ラインと、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項３によれば、担体表面から発生する窒素ガスを捕集する窒素ガス捕集部を設けるとともに、該捕集した窒素ガスを処理槽内に循環するようにした。これにより、処理槽内を高い嫌気状態に維持できるだけでなく、嫌気性アンモニア酸化反応で発生した窒素ガスをスクリーンの目詰まり防止に有効に利用できる。
【００１９】
請求項４は請求項３において、前記窒素ガス捕集部は、前記処理槽の上面に配設された蓋板と、前記蓋板から垂下されて、前記処理槽の側面上部に形成された流入口及び流出口の断面上部を仕切る仕切板と、を設けることにより処理槽内の上部に区画されてなるとともに、前記仕切板の先端は、前記流入又は流出する廃水の水面下に位置されることを特徴とする。
【００２０】
これにより、シンプルな構成で処理槽内の上部に窒素ガス捕集部を形成できる。
【００２１】
請求項５は請求項３又は４において、前記循環ラインは、前記窒素ガス捕集部において捕集した窒素ガスを収納するバッファ槽と、前記窒素ガス捕集部と前記バッファ槽とを連通し、前記捕集した窒素ガスを前記バッファ槽に導入する導入配管と、前記バッファ槽と前記処理槽内の窒素ガス供給口とを連通し、前記捕集した窒素ガスの少なくとも一部を前記処理槽内に循環させる循環配管と、前記バッファ槽と連通し、前記捕集した窒素の残部を大気中に放出する放出配管と、を備えたことを特徴とする。
【００２２】
請求項５によれば、窒素ガス捕集部において捕集した窒素ガスをバッファ槽に導入し、少なくとも一部を処理槽内に循環させるようにしたので、処理槽外部から窒素ガス以外のガスが混入するのを抑制するとともに、処理槽内の圧力変動を小さくすることができる。これにより、窒素ガスを供給するための装置を新たに設けることなく、処理槽内を高い嫌気状態に維持できる。
【００２３】
請求項６は請求項５において、前記窒素ガス捕集部内のガス圧を測定する圧力測定手段と、前記圧力測定手段の測定結果に基づいて、前記処理槽に循環させる窒素ガス量を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２４】
請求項６によれば、捕集した窒素ガス圧を測定し、該測定結果に基づいて、処理槽内に循環させる窒素ガス量を制御するようにしたので、適切な圧力範囲で処理槽内を嫌気状態に維持できる。また、窒素ガス量を測定することにより、処理槽内での反応状態を検知することもできる。
【００２５】
請求項７は請求項５又は６において、前記循環させる窒素ガスの酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段を備えたことを特徴とする。
【００２６】
このように、循環させる窒素ガス中の酸素濃度を検知することで、処理槽内に窒素ガスを循環させるのを停止したり、処理槽内の反応状態を判断したりすることができる。
【００２７】
本発明の請求項８は前記目的を達成するために、処理槽内で、アンモニア性窒素を含む廃水と、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む包括固定化担体とを嫌気性下で接触させて嫌気性アンモニア反応を行うとともに、前記処理槽の流出口近傍に設けたスクリーンで前記流出口に流れる廃水から前記包括固定化担体を分離する廃水処理方法において、前記嫌気性アンモニア反応により発生する窒素ガスを捕集する捕集工程と、前記捕集した窒素ガスを前記スクリーンの下方に循環させる循環工程と、前記循環させた窒素ガスを前記スクリーンに向けて噴出する窒素ガス噴出工程と、前記噴出された窒素ガスの気泡を前記スクリーンに沿って上昇させる気泡上昇工程と、を備えたことを特徴とする廃水処理方法を提供する。
【００２８】
請求項９は請求項８において、前記捕集工程で捕集した窒素ガスの圧力を測定するガス圧測定工程と、前記測定した結果に基づいて、前記スクリーンの下方に循環させる窒素ガス量を制御する制御工程と、を備えたことを特徴とする。
【００２９】
請求項１０は請求項８又は９において、前記循環させる窒素ガスの酸素濃度を測定する酸素濃度測定工程を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、スクリーンの目詰まりを防止できるとともに、処理効率を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付図面により本発明に係る廃水処理方法及び装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００３２】
図１は、本発明に係る廃水処理装置の一例としての構成を説明する断面模式図である。
【００３３】
図１に示されるように、廃水処理装置１０は、主として、アンモニア性窒素を含む廃水を嫌気性アンモニア酸化処理する嫌気性反応槽１２（処理槽）と、該嫌気性反応槽１２の流出口近傍に設けられ、廃水から包括固定化担体を分離するためのスクリーン１４と、該スクリーン１４と略平行に設けられ、該スクリーン１４との間に流路を形成するガイド板１６と、スクリーン１４の下方に設けられ、嫌気性反応槽１２内に窒素ガスを供給する窒素ガス噴出ノズル（窒素ガス噴出手段）１８と、を備えている。
【００３４】
嫌気性反応槽１２は、その側面上部に、アンモニア性窒素を含有する廃水を流入する流入口２０と、嫌気性反応槽１２内で処理された後の廃水を流出する流出口２２と、を有するほかは、ほぼ密閉構造となっている。嫌気性反応槽１２内には、嫌気性アンモニア酸化細菌を固定化した複数の包括固定化担体２４…（以下、「担体２４」ともいう）が投入され、流入口２０から流入したアンモニア性窒素を含む廃水と接触させることにより廃水中の窒素を除去できるようになっている。また、嫌気性反応槽１２の底部には、担体を含む廃水を攪拌する攪拌機２６が設けられている。
【００３５】
攪拌機２６の方式としては、特に限定されないが、プロペラによる攪拌、ブロアによるガス攪拌、アクアレータによる攪拌等が使用できる。
【００３６】
スクリーン１４は、矩形状の枠体に多数のウェッジワイヤが担体の通過しない間隔で縦方向に配列された構造となっており、嫌気性反応槽１２の流出口２２近傍において、底部側に傾斜するように設けられている。スクリーン１４のウェッジワイヤ等の目開きは、担体２４の大きさとの関係で設定されるが、例えば、担体２４のサイズが１．５〜４ｍｍである場合、目開きは０．５〜１．５ｍｍ程度が好ましい。
【００３７】
また、スクリーン１４の下部には、廃水の通過しない遮蔽板２８（遮蔽部材）が設けられるとともに、スクリーン１４の面に平行に、ガイド板１６が対向配置される。遮蔽板２８は、スクリーン１４の内側及び外側（図１）の何れに配置してもよいが、内側に配置することが好ましい。これにより、ガイド板１６の下部（略下半分）と遮蔽板２８とにより、スクリーン１４に沿った流路１７が形成される。また、スクリーン１４の直ぐ下方には、窒素ガス噴出ノズル１８が配置される。
【００３８】
これにより、窒素ガス噴出ノズル１８から噴出された窒素ガスの気泡は、遮蔽板２８に当たった後、ある程度の上昇速度を維持して流路１７を上昇する。上昇した気泡は、スクリーン１４の面（遮蔽板２８がない部分）や、微細気泡が表面に付着して水面近傍に浮上している担体２４に衝突して衝撃を与える。この衝撃により、スクリーン１４に目詰まりした担体２４をスクリーン１４から取り除くとともに、担体表面に付着した微細気泡を担体２４から取り除くことができるようになっている。
【００３９】
また、窒素ガスの気泡が流路１７を上昇する際のエアリフト効果により、破線で示すように、流路１７には廃水の上向流が形成され、水面に達した上向流は下向きに方向転換して嫌気性反応槽１２の底部に向かう下向流となる。したがって、微細気泡が取り除かれて廃水よりも比重の重くなった担体２４は、下向流に乗って流出口近傍から嫌気性反応槽１２の中央部に流動される。この担体２４の流動により、廃水と担体２４との接触効率が高まり、処理性能が向上する。
【００４０】
また、スクリーン１４の下部に遮蔽板２８を設けることで、窒素ガス噴出ノズル１８から噴出した窒素ガスの気泡は、遮蔽板２８に当たるので、気泡がスクリーン１４から抜け出て無駄に消費されることがない。これにより、少ない窒素ガス量でスクリーン１４に沿って上昇する多数の気泡を形成することができる。ここで、気泡の大きさは、嫌気性アンモニア酸化反応によって発生する微細気泡（微細気泡の大きさは、０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度）よりも大きいことが必要であり、例えば、０．１ｍｍ〜２０ｍｍ粒径程度が好ましい。
【００４１】
スクリーン１４面とガイド板１６面との距離Ｌは、特に限定されないが、スクリーン１４面に衝撃を与えて上昇する水流を形成でき、かつ担体２４が通過できるように設定される。具体的には、距離Ｌは、２０〜１００ｃｍであることが好ましい。
【００４２】
また、廃水処理装置１０は、嫌気性反応槽１２で発生する窒素ガスを捕集する窒素ガス捕集部３０と、該捕集した窒素ガスを嫌気性反応槽１２内に循環する循環ライン３２と、を備えている。
【００４３】
窒素ガス捕集部３０は、嫌気性反応槽１２の上面に配設された蓋板１２ａと、該蓋板１２ａから垂下され、嫌気性反応槽１２の流出口２２の断面上部を仕切る仕切板４０と、を設けることにより形成される。仕切板４０の先端は、流出する廃水の水面下に位置するように設けられている。なお、蓋板１２ａは、図示しない支持部材により嫌気性反応槽１２に支持されている。
【００４４】
循環ライン３２は、該捕集した窒素ガスを収納するバッファ槽３４と、該バッファ槽３４に窒素ガスを導入する導入配管３６と、捕集した窒素ガスの一部を嫌気性反応槽１２内の廃水中に循環させる循環配管３８と、捕集した窒素ガスの残部を装置外部へ放出する放出配管３９と、を備えている。
【００４５】
バッファ槽３４は、導入配管３６を介して窒素ガス捕集部３０と連通した空洞タンクとなっており、捕集した窒素ガスを導入できるようになっている。また、バッファ槽３４は、捕集した窒素ガスの一部を嫌気性反応槽１２内の廃水中に循環させる循環配管３８と、捕集した窒素ガスの残部を装置外部へ放出する放出配管３９とにそれぞれバルブ４２、４４を介して連通している。バルブ４２は、嫌気性反応槽１２へ循環させる窒素ガス量を調節し、バルブ４４は、バッファ槽３４から装置外部へ放出する窒素ガス量を調節できるようになっている。
【００４６】
嫌気性反応槽１２内に窒素ガス以外のガスの混入を防ぐため、バッファ槽３４の容積は、装置を大型化しない範囲でできるだけ大きいことが好ましく、具体的には、嫌気性反応槽１２の容積の１/１０００〜１/１０にすることが好ましい。このように構成することで、窒素ガス以外のガスがバッファ槽３４内に混入した場合でも、窒素ガス以外のガス濃度を希釈することができ、嫌気性反応槽１２内の嫌気性アンモニア酸化細菌への影響を最小限にすることができる。なお、バッファ槽３４内に窒素ガス以外の成分を吸着する吸着剤等を投入することもできる。
【００４７】
導入配管３６には、嫌気性反応槽１２内のガス圧を測定するガス圧計４６（圧力測定手段）が設けられている。このガス圧計４６での測定結果に基づいて、コントローラ４８（制御手段）がバルブ４２を制御し、嫌気性反応槽１２に循環させる窒素ガス量を調整できるようになっている。ガス圧計４６としては、特に限定されず、公知のものが使用できる。嫌気性反応槽１２内のガス圧は、−１〜３ＭＰａとすることが好ましい。また、嫌気性アンモニア酸化反応を促進する観点から、嫌気性反応槽１２内をやや減圧ぎみに維持することがより好ましい。
【００４８】
このように、嫌気性反応槽１２内のガス圧をガス圧計４６により監視することで、スクリーンの目詰まりによる陰陽圧等の異常を検知し、装置を停止するなどの処置を施すことができる。
【００４９】
循環配管３８には、窒素ガスを供給する駆動力としてのブロア５０が設けられている。循環配管３８の先端には、嫌気性反応槽１２のスクリーン１４の下方から窒素ガスを供給する窒素ガス噴出ノズル１８が形成されている。
【００５０】
具体的には、嫌気性反応槽１２内の廃水容積を１０ｍ３とし、脱窒速度を３ｋｇ−Ｎ/ｍ３/日とした場合、嫌気性反応槽１２内に循環させる窒素ガス量は１８Ｌ/分となる。
【００５１】
嫌気性反応槽１２内に供給する窒素ガス圧は、担体表面に付着した気泡を除去するとともに、スクリーン１４面に付着した担体２４を除去し、降下させるのに充分な範囲であることが必要である。具体的には、嫌気性反応槽１２内の脱窒速度が３ｋｇ−Ｎ/ｍ３/日であり、投入した担体の１〜５％程度が浮上するとした場合、３０〜６０分毎に１〜５分間、窒素ガスを供給する程度である。このとき、循環配管３８の内径を１０ｃｍとした場合、嫌気性反応槽１２内に供給する窒素ガス圧は、０．２ＭＰａ（０．０１〜１ＭＰａ）となる。
【００５２】
放出配管３９は、装置外部から窒素ガス以外のガスの混入を避けるため、できるだけ長くとることが好ましく、バッファ槽３４から１ｍ以上にすることが好ましい。放出配管３９は、図１の態様では直線状に形成したが、曲線状にすることで外部からの窒素ガス以外のガスの混入を確実に防止することもできる。また、放出配管３９に、図示しない逆流防止弁を設けることにより、外部から窒素ガス以外のガスが混入するのをより確実に防止することもできる。
【００５３】
嫌気性反応槽１２における嫌気性アンモニア酸化細菌の保持形態は、特に限定されないが、プラスチック担体等に嫌気性アンモニア酸化細菌を付着固定した付着固定化担体や、モノマー材料、プレポリマー材料等の固定化材料と嫌気性アンモニア酸化細菌を混合し、該混合液を重合することにより固定化材料内に固定化した包括固定化担体が好ましい。嫌気性アンモニア酸化細菌としては、嫌気性アンモニア酸化細菌の純粋菌株や嫌気性アンモニア酸化細菌を含む活性汚泥等の混合微生物が使用できる。
【００５４】
包括固定化担体２４の形状は、角形、球形、筒状等があり、特に限定されない。包括固定化担体２４の大きさは、１〜１０ｍｍであることが好ましい。また、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む包括固定化担体２４の嫌気性反応槽１２への充填率は、２０〜５０容積％が好ましい。
【００５５】
本発明において使用される廃水としては、アンモニア性窒素濃度が５０〜２００ｍｇ／Ｌの範囲であるものが好ましい。また、嫌気性アンモニア酸化反応では、アンモニア性窒素を処理するのに亜硝酸が必要となるため、廃水中の亜硝酸濃度は、アンモニア性窒素濃度に対して１〜１．５倍の範囲とすることが好ましい。
【００５６】
嫌気性反応槽１２における脱窒速度は、０．５〜２０ｋｇ−Ｎ/ｍ３/日であることが好ましく、０．５〜５．０ｋｇ−Ｎ/ｍ３/日であることが更に好ましい。嫌気性反応槽１２における滞留時間（ＨＲＴ）は、２〜２４時間であることが好ましい。
【００５７】
次に、本発明に係る廃水処理装置１０の作用について説明する。
【００５８】
アンモニア性窒素を多く含む廃水は、流入口２０から嫌気性反応槽１２内に流入する。嫌気性反応槽１２では、窒素ガスの嫌気性状態で、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む担体２４と廃水とが攪拌されながら接触し、廃水中のアンモニア性窒素が除去される。嫌気性反応槽１２で処理された後の廃水は、スクリーン１４を通過することにより担体２４が分離された後、流出口２２から流出する。
【００５９】
この嫌気性アンモニア酸化処理においては、担体内部から窒素ガスが発生するため、担体表面に微細な窒素ガスの気泡が付着し、比重が低下する。このため、担体２４が浮上し、スクリーン１４の目詰まりを起こし易くなる。
【００６０】
本発明では、嫌気性を維持するための窒素ガスをスクリーン１４の下方から該スクリーン１４面に向かって噴出させる。これにより、窒素ガス噴出ノズル１８から噴出された窒素ガスの気泡は、遮蔽板２８に当たった後、ある程度の上昇速度を維持して流路１７を上昇する。上昇した気泡は、スクリーン１４の面（遮蔽板２８がない部分）や、微細気泡が表面に付着して水面近傍に浮上している担体２４に衝突して衝撃を与える。この衝撃により、スクリーン１４に目詰まりした担体２４をスクリーン１４から取り除くとともに、担体表面に付着した微細気泡を担体２４から取り除くことができる。
【００６１】
また、窒素ガスの気泡が流路１７を上昇する際のエアリフト効果により、破線で示すように、流路１７には廃水の上向流が形成され、水面に達した上向流は下向きに方向転換して嫌気性反応槽１２の底部に向かう下向流となる。したがって、微細気泡が取り除かれて廃水よりも比重の重くなった担体２４は、下向流に乗って流出口近傍から嫌気性反応槽１２の中央部に流動される。この担体２４の流動により、廃水と担体２４との接触効率が高まり、処理性能が向上する。
【００６２】
また、担体２４内部から発生した窒素ガスは窒素ガス捕集部３０で捕集され、少なくともその一部が、循環配管３８を介して嫌気性反応槽１２内の廃水中に供給される。これにより、上述した効果に加え、外部に新たに窒素ガス噴出手段を設けることなく、嫌気性反応槽１２内を高い嫌気状態に維持できる。
【００６３】
さらに、捕集した窒素ガスはバッファ槽３４に導入され、一部は循環配管３８、ブロア５０を介して嫌気性反応槽１２内に戻される。また、捕集した窒素ガスの残部は、バッファ槽３４から図示しない逆流防止弁を備えた放出配管３９から外部に放出される。
【００６４】
また、ガス圧計４６により嫌気性反応槽１２内のガス圧が測定され、該測定結果に基づいて、バルブ４４の開度がコントローラ４８により調節される。そして、嫌気性反応槽１２内のガス圧が適切な範囲（−１〜３ＭＰａ）を満たし、かつ所定の脱窒速度を満たすように窒素ガスの供給量が調節される。
【００６５】
これにより、上述した効果に加え、窒素ガス以外の混入による嫌気状態への悪影響や処理過程における毒性への影響を最小限に抑えることができる。さらに、ガス圧計４６により嫌気性反応槽１２内の陰陽圧状態を監視することができるので、ガス量が異常な場合に窒素ガスの供給を停止するなど、トラブルを未然に防ぐことができる。
【００６６】
図２は、本発明に係る廃水処理装置の別態様を説明する図である。本実施形態は、捕集した窒素ガス中の酸素濃度を検知し、所定以上の嫌気状態を満たしたときのみ窒素ガスを嫌気性反応槽１２内に循環させる方法である。なお、図２において、上記実施形態と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６７】
図２に示すように、廃水処理装置１０’は、更に、バッファ槽３４又は循環配管３８内の窒素ガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度計５２と、バッファ槽３４又は循環配管３８内の窒素ガスを外部に抜くための抜き配管５４と、抜き配管５４に設けられたバルブ５６と、酸素濃度の測定結果に応じて、バッファ槽３４又は循環配管３８内から窒素ガスを抜くようにバルブ５６を制御するコントローラ５８と、を備えた以外は図１とほぼ同様に構成されている。
【００６８】
これにより、循環配管３８内の窒素ガスにおいて、高い酸素濃度が検知された場合、循環配管３８中の窒素ガスを外部へ抜き、嫌気性反応槽１２内へ供給しないようにすることができる。これにより、嫌気性反応槽１２内に高い嫌気状態の窒素ガスを供給できる。なお、酸素濃度計５２は、図２の態様に限らず、窒素ガス捕集部３０やバッファ槽３４、導入配管３６の途中等に設けてもよい。
【００６９】
以上のように、本発明の廃水処理方法及び装置を適用することにより、スクリーンの目詰まりを防止できるとともに、処理効率を向上できる。
【００７０】
以上、本発明に係る廃水処理方法及び装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。
【００７１】
たとえば、上記各実施形態では、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む包括固定化担体２４を使用する例について説明したが、これに限定されず、プラスチック担体等に嫌気性アンモニア酸化細菌を付着させた付着固定化担体や、活性汚泥なども使用できる。
【００７２】
上記各実施形態では、ガス圧計４６やコントローラ４８を用いて、捕集した窒素ガスの循環量を制御する例について述べたが、これらを使用せず、捕集した窒素ガスを単に循環使用することもできる。また、窒素ガス捕集部３０で捕集した窒素ガスを嫌気性反応槽１２内に循環利用しない態様も採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明に係る廃水処理装置の一例としての構成を説明する断面模式図である。
【図２】本発明に係る廃水処理装置の別態様を説明する断面模式図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０、１０’…廃水処理装置、１２…嫌気性反応槽、１２ａ…蓋板、１４…スクリーン、１６…ガイド板、１７…流路、１８…窒素ガス噴出ノズル、２４…担体（包括固定化担体）、３０…窒素ガス捕集部、３２…循環ライン、３４…バッファ槽、３６…導入配管、３８…循環配管、３９…放出配管、４０…仕切板、４２、４４、５６…バルブ、４６…ガス圧計、４８…コントローラ、５０…ブロア、５２…酸素濃度計、５４…抜き配管、５８…コントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃水処理方法及び装置に係り、特に、アンモニアと亜硝酸とを基質とする嫌気性アンモニア酸化細菌を含む担体を用いた廃水処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
閉鎖系水域における富栄養化の原因となる廃水中の窒素を除去することが求められている。窒素は、下水や各種産業廃水に、主にアンモニア性窒素の形態で含まれている。
【０００３】
廃水中のアンモニア性窒素の除去方法としては、一般的に、硝化細菌及び脱窒細菌を用いて窒素ガスに変換して除去する方法があるが、近年では、嫌気性アンモニア酸化法による窒素除去方法が注目されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
嫌気性アンモニア酸化法は、処理する窒素含有水中のアンモニアを電子供与体とし、亜硝酸を電子受容体として嫌気性アンモニア酸化細菌により、下記式に従って同時脱窒する方法である。
【０００５】
ＮＨ４＋＋１．３２ＮＯ２−＋０．０６６ＨＣＯ３−＋０．１３Ｈ＋
→１．０２Ｎ２＋０．２６ＮＯ３−＋０．０６６ＣＨ２Ｏ０．５Ｎ０．１５＋２．０３Ｈ２Ｏ
…（式１）
嫌気性アンモニア酸化細菌は、脱窒細菌等と比べて増殖速度が遅いため、処理槽内から流出させないようにする必要がある。たとえば、特許文献１では、嫌気性アンモニア酸化細菌を包括固定化した流動担体を処理槽内に投入して、窒素除去する方法が提案されている。
【０００６】
通常、このような微生物担体を用いた廃水処理では、処理水とともに微生物担体が流出するのを防止するため、処理槽内の流出口近傍にスクリーンが設けられている。しかしながら、微生物担体がスクリーンに目詰まりし易いという問題があった。
【０００７】
これに対して、特許文献３では、スクリーン部材と平行な処理水の水流をスクリーン面に与えることにより固定化担体が付着するのを抑制する好気性処理槽において、スクリーン部材を通過した被処理水の一部を逆流させる逆流手段を設けることで、スクリーンの目詰まりを防止する方法が提案されている。
【０００８】
また、廃水処理を効率的に行うために、通常、処理槽内を攪拌したり、曝気したりするが、ランニングコストがかかる。これに対して、特許文献４では、メタン醗酵槽の攪拌動力を低減するために、有機性廃棄物をメタン発酵させる過程で発生するバイオガスを循環し、攪拌動力として利用する方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−２７５９９７号公報
【特許文献２】特開２００５−１６１２５７号公報
【特許文献３】特開２００３−７１４８１号公報
【特許文献４】特開２００１−３１４８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１、２では、嫌気性アンモニア酸化反応により担体内部から窒素ガスが大量に発生するため、担体表面に微細な気泡が付着し、担体の比重は処理水よりも小さくなる。このため、担体が浮上し、スクリーンの隙間を埋めることにより目詰まりを生じるという問題があった。
【００１０】
また、担体表面に微細な気泡が付着すると、担体内部に廃水が拡散しにくくなり、担体の活性が低下する虞もあった。
【００１１】
また、上記特許文献３、４は、担体自体から発生するガスは想定していないため、担体の浮上を抑制する対策はなされておらず、スクリーンの目詰まりを確実に防止することはできなかった。
【００１２】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、スクリーンの目詰まりを防止するとともに、処理効率を向上できる廃水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】
【００１３】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、アンモニア性窒素を含む廃水と、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む包括固定化担体とを嫌気性下で接触させて嫌気性アンモニア酸化反応を行う処理槽と、前記処理槽の上部に該処理槽の内側に傾斜して設けられ、処理された後の廃水を流出させるとともに前記包括固定化担体と前記廃水とを分離するスクリーンと、前記スクリーンの内側に該スクリーンと略平行になるように設けられ、前記スクリーン面との間に流路を形成するガイド板と、前記スクリーンの下方に設けられ、前記スクリーンに向けて窒素ガスを噴出する窒素ガス噴出手段と、を備えたことを特徴とする廃水処理装置を提供する。
【００１４】
請求項１によれば、嫌気性を維持するための窒素ガス噴出手段をスクリーンの下方に設けて、スクリーンに向かって窒素ガスを供給するように構成した。これにより、ガイド板の誘導で窒素ガスの気泡が上昇し、スクリーン面に沿った水流を形成するとともに、スクリーンに付着した担体や液面に浮上した担体に衝撃を与える。これにより、担体表面に付着した微細な気泡を除去するとともに、スクリーンに付着した担体や浮上した担体を降下させることができる。したがって、廃水と担体との接触効率を高めて、処理効率を向上でき、担体によるスクリーンの目詰まりを抑制できる。
【００１５】
請求項２は請求項１において、前記スクリーン面の下部は、前記廃水が流出しない遮蔽部材からなることを特徴とする。
【００１６】
請求項２によれば、廃水とともに担体が衝突するスクリーン面を、処理水が流出しない遮蔽部材で構成するので、窒素ガス噴出手段から噴出された窒素ガスがスクリーン下部から抜け出して無駄に消費されることがないので、少ない窒素ガス噴出量でも廃水と担体を確実にスクリーン面に衝突させることができる。この衝撃により、担体表面に付着した微細な気泡を除去できるとともに、スクリーンに付着又は水面に浮上している担体を降下させることができる。したがって、担体の処理効率を向上でき、担体によるスクリーンの目詰まりを抑制できる。
【００１７】
請求項３は請求項１又は２において、前記処理槽内の上部に区画され、該処理槽内の反応により発生した窒素ガスを捕集する窒素ガス捕集部と、前記窒素ガス捕集部と前記処理槽内の前記窒素ガス噴出手段とを連通し、前記捕集した窒素ガスを前記処理槽内に循環させる循環ラインと、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項３によれば、担体表面から発生する窒素ガスを捕集する窒素ガス捕集部を設けるとともに、該捕集した窒素ガスを処理槽内に循環するようにした。これにより、処理槽内を高い嫌気状態に維持できるだけでなく、嫌気性アンモニア酸化反応で発生した窒素ガスをスクリーンの目詰まり防止に有効に利用できる。
【００１９】
請求項４は請求項３において、前記窒素ガス捕集部は、前記処理槽の上面に配設された蓋板と、前記蓋板から垂下されて、前記処理槽の側面上部に形成された流入口及び流出口の断面上部を仕切る仕切板と、を設けることにより処理槽内の上部に区画されてなるとともに、前記仕切板の先端は、前記流入又は流出する廃水の水面下に位置されることを特徴とする。
【００２０】
これにより、シンプルな構成で処理槽内の上部に窒素ガス捕集部を形成できる。
【００２１】
請求項５は請求項３又は４において、前記循環ラインは、前記窒素ガス捕集部において捕集した窒素ガスを収納するバッファ槽と、前記窒素ガス捕集部と前記バッファ槽とを連通し、前記捕集した窒素ガスを前記バッファ槽に導入する導入配管と、前記バッファ槽と前記処理槽内の窒素ガス供給口とを連通し、前記捕集した窒素ガスの少なくとも一部を前記処理槽内に循環させる循環配管と、前記バッファ槽と連通し、前記捕集した窒素の残部を大気中に放出する放出配管と、を備えたことを特徴とする。
【００２２】
請求項５によれば、窒素ガス捕集部において捕集した窒素ガスをバッファ槽に導入し、少なくとも一部を処理槽内に循環させるようにしたので、処理槽外部から窒素ガス以外のガスが混入するのを抑制するとともに、処理槽内の圧力変動を小さくすることができる。これにより、窒素ガスを供給するための装置を新たに設けることなく、処理槽内を高い嫌気状態に維持できる。
【００２３】
請求項６は請求項５において、前記窒素ガス捕集部内のガス圧を測定する圧力測定手段と、前記圧力測定手段の測定結果に基づいて、前記処理槽に循環させる窒素ガス量を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２４】
請求項６によれば、捕集した窒素ガス圧を測定し、該測定結果に基づいて、処理槽内に循環させる窒素ガス量を制御するようにしたので、適切な圧力範囲で処理槽内を嫌気状態に維持できる。また、窒素ガス量を測定することにより、処理槽内での反応状態を検知することもできる。
【００２５】
請求項７は請求項５又は６において、前記循環させる窒素ガスの酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段を備えたことを特徴とする。
【００２６】
このように、循環させる窒素ガス中の酸素濃度を検知することで、処理槽内に窒素ガスを循環させるのを停止したり、処理槽内の反応状態を判断したりすることができる。
【００２７】
本発明の請求項８は前記目的を達成するために、処理槽内で、アンモニア性窒素を含む廃水と、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む包括固定化担体とを嫌気性下で接触させて嫌気性アンモニア反応を行うとともに、前記処理槽の流出口近傍に設けたスクリーンで前記流出口に流れる廃水から前記包括固定化担体を分離する廃水処理方法において、前記嫌気性アンモニア反応により発生する窒素ガスを捕集する捕集工程と、前記捕集した窒素ガスを前記スクリーンの下方に循環させる循環工程と、前記循環させた窒素ガスを前記スクリーンに向けて噴出する窒素ガス噴出工程と、前記噴出された窒素ガスの気泡を前記スクリーンに沿って上昇させる気泡上昇工程と、を備えたことを特徴とする廃水処理方法を提供する。
【００２８】
請求項９は請求項８において、前記捕集工程で捕集した窒素ガスの圧力を測定するガス圧測定工程と、前記測定した結果に基づいて、前記スクリーンの下方に循環させる窒素ガス量を制御する制御工程と、を備えたことを特徴とする。
【００２９】
請求項１０は請求項８又は９において、前記循環させる窒素ガスの酸素濃度を測定する酸素濃度測定工程を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、スクリーンの目詰まりを防止できるとともに、処理効率を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付図面により本発明に係る廃水処理方法及び装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００３２】
図１は、本発明に係る廃水処理装置の一例としての構成を説明する断面模式図である。
【００３３】
図１に示されるように、廃水処理装置１０は、主として、アンモニア性窒素を含む廃水を嫌気性アンモニア酸化処理する嫌気性反応槽１２（処理槽）と、該嫌気性反応槽１２の流出口近傍に設けられ、廃水から包括固定化担体を分離するためのスクリーン１４と、該スクリーン１４と略平行に設けられ、該スクリーン１４との間に流路を形成するガイド板１６と、スクリーン１４の下方に設けられ、嫌気性反応槽１２内に窒素ガスを供給する窒素ガス噴出ノズル（窒素ガス噴出手段）１８と、を備えている。
【００３４】
嫌気性反応槽１２は、その側面上部に、アンモニア性窒素を含有する廃水を流入する流入口２０と、嫌気性反応槽１２内で処理された後の廃水を流出する流出口２２と、を有するほかは、ほぼ密閉構造となっている。嫌気性反応槽１２内には、嫌気性アンモニア酸化細菌を固定化した複数の包括固定化担体２４…（以下、「担体２４」ともいう）が投入され、流入口２０から流入したアンモニア性窒素を含む廃水と接触させることにより廃水中の窒素を除去できるようになっている。また、嫌気性反応槽１２の底部には、担体を含む廃水を攪拌する攪拌機２６が設けられている。
【００３５】
攪拌機２６の方式としては、特に限定されないが、プロペラによる攪拌、ブロアによるガス攪拌、アクアレータによる攪拌等が使用できる。
【００３６】
スクリーン１４は、矩形状の枠体に多数のウェッジワイヤが担体の通過しない間隔で縦方向に配列された構造となっており、嫌気性反応槽１２の流出口２２近傍において、底部側に傾斜するように設けられている。スクリーン１４のウェッジワイヤ等の目開きは、担体２４の大きさとの関係で設定されるが、例えば、担体２４のサイズが１．５〜４ｍｍである場合、目開きは０．５〜１．５ｍｍ程度が好ましい。
【００３７】
また、スクリーン１４の下部には、廃水の通過しない遮蔽板２８（遮蔽部材）が設けられるとともに、スクリーン１４の面に平行に、ガイド板１６が対向配置される。遮蔽板２８は、スクリーン１４の内側及び外側（図１）の何れに配置してもよいが、内側に配置することが好ましい。これにより、ガイド板１６の下部（略下半分）と遮蔽板２８とにより、スクリーン１４に沿った流路１７が形成される。また、スクリーン１４の直ぐ下方には、窒素ガス噴出ノズル１８が配置される。
【００３８】
これにより、窒素ガス噴出ノズル１８から噴出された窒素ガスの気泡は、遮蔽板２８に当たった後、ある程度の上昇速度を維持して流路１７を上昇する。上昇した気泡は、スクリーン１４の面（遮蔽板２８がない部分）や、微細気泡が表面に付着して水面近傍に浮上している担体２４に衝突して衝撃を与える。この衝撃により、スクリーン１４に目詰まりした担体２４をスクリーン１４から取り除くとともに、担体表面に付着した微細気泡を担体２４から取り除くことができるようになっている。
【００３９】
また、窒素ガスの気泡が流路１７を上昇する際のエアリフト効果により、破線で示すように、流路１７には廃水の上向流が形成され、水面に達した上向流は下向きに方向転換して嫌気性反応槽１２の底部に向かう下向流となる。したがって、微細気泡が取り除かれて廃水よりも比重の重くなった担体２４は、下向流に乗って流出口近傍から嫌気性反応槽１２の中央部に流動される。この担体２４の流動により、廃水と担体２４との接触効率が高まり、処理性能が向上する。
【００４０】
また、スクリーン１４の下部に遮蔽板２８を設けることで、窒素ガス噴出ノズル１８から噴出した窒素ガスの気泡は、遮蔽板２８に当たるので、気泡がスクリーン１４から抜け出て無駄に消費されることがない。これにより、少ない窒素ガス量でスクリーン１４に沿って上昇する多数の気泡を形成することができる。ここで、気泡の大きさは、嫌気性アンモニア酸化反応によって発生する微細気泡（微細気泡の大きさは、０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度）よりも大きいことが必要であり、例えば、０．１ｍｍ〜２０ｍｍ粒径程度が好ましい。
【００４１】
スクリーン１４面とガイド板１６面との距離Ｌは、特に限定されないが、スクリーン１４面に衝撃を与えて上昇する水流を形成でき、かつ担体２４が通過できるように設定される。具体的には、距離Ｌは、２０〜１００ｃｍであることが好ましい。
【００４２】
また、廃水処理装置１０は、嫌気性反応槽１２で発生する窒素ガスを捕集する窒素ガス捕集部３０と、該捕集した窒素ガスを嫌気性反応槽１２内に循環する循環ライン３２と、を備えている。
【００４３】
窒素ガス捕集部３０は、嫌気性反応槽１２の上面に配設された蓋板１２ａと、該蓋板１２ａから垂下され、嫌気性反応槽１２の流出口２２の断面上部を仕切る仕切板４０と、を設けることにより形成される。仕切板４０の先端は、流出する廃水の水面下に位置するように設けられている。なお、蓋板１２ａは、図示しない支持部材により嫌気性反応槽１２に支持されている。
【００４４】
循環ライン３２は、該捕集した窒素ガスを収納するバッファ槽３４と、該バッファ槽３４に窒素ガスを導入する導入配管３６と、捕集した窒素ガスの一部を嫌気性反応槽１２内の廃水中に循環させる循環配管３８と、捕集した窒素ガスの残部を装置外部へ放出する放出配管３９と、を備えている。
【００４５】
バッファ槽３４は、導入配管３６を介して窒素ガス捕集部３０と連通した空洞タンクとなっており、捕集した窒素ガスを導入できるようになっている。また、バッファ槽３４は、捕集した窒素ガスの一部を嫌気性反応槽１２内の廃水中に循環させる循環配管３８と、捕集した窒素ガスの残部を装置外部へ放出する放出配管３９とにそれぞれバルブ４２、４４を介して連通している。バルブ４２は、嫌気性反応槽１２へ循環させる窒素ガス量を調節し、バルブ４４は、バッファ槽３４から装置外部へ放出する窒素ガス量を調節できるようになっている。
【００４６】
嫌気性反応槽１２内に窒素ガス以外のガスの混入を防ぐため、バッファ槽３４の容積は、装置を大型化しない範囲でできるだけ大きいことが好ましく、具体的には、嫌気性反応槽１２の容積の１/１０００〜１/１０にすることが好ましい。このように構成することで、窒素ガス以外のガスがバッファ槽３４内に混入した場合でも、窒素ガス以外のガス濃度を希釈することができ、嫌気性反応槽１２内の嫌気性アンモニア酸化細菌への影響を最小限にすることができる。なお、バッファ槽３４内に窒素ガス以外の成分を吸着する吸着剤等を投入することもできる。
【００４７】
導入配管３６には、嫌気性反応槽１２内のガス圧を測定するガス圧計４６（圧力測定手段）が設けられている。このガス圧計４６での測定結果に基づいて、コントローラ４８（制御手段）がバルブ４２を制御し、嫌気性反応槽１２に循環させる窒素ガス量を調整できるようになっている。ガス圧計４６としては、特に限定されず、公知のものが使用できる。嫌気性反応槽１２内のガス圧は、−１〜３ＭＰａとすることが好ましい。また、嫌気性アンモニア酸化反応を促進する観点から、嫌気性反応槽１２内をやや減圧ぎみに維持することがより好ましい。
【００４８】
このように、嫌気性反応槽１２内のガス圧をガス圧計４６により監視することで、スクリーンの目詰まりによる陰陽圧等の異常を検知し、装置を停止するなどの処置を施すことができる。
【００４９】
循環配管３８には、窒素ガスを供給する駆動力としてのブロア５０が設けられている。循環配管３８の先端には、嫌気性反応槽１２のスクリーン１４の下方から窒素ガスを供給する窒素ガス噴出ノズル１８が形成されている。
【００５０】
具体的には、嫌気性反応槽１２内の廃水容積を１０ｍ３とし、脱窒速度を３ｋｇ−Ｎ/ｍ３/日とした場合、嫌気性反応槽１２内に循環させる窒素ガス量は１８Ｌ/分となる。
【００５１】
嫌気性反応槽１２内に供給する窒素ガス圧は、担体表面に付着した気泡を除去するとともに、スクリーン１４面に付着した担体２４を除去し、降下させるのに充分な範囲であることが必要である。具体的には、嫌気性反応槽１２内の脱窒速度が３ｋｇ−Ｎ/ｍ３/日であり、投入した担体の１〜５％程度が浮上するとした場合、３０〜６０分毎に１〜５分間、窒素ガスを供給する程度である。このとき、循環配管３８の内径を１０ｃｍとした場合、嫌気性反応槽１２内に供給する窒素ガス圧は、０．２ＭＰａ（０．０１〜１ＭＰａ）となる。
【００５２】
放出配管３９は、装置外部から窒素ガス以外のガスの混入を避けるため、できるだけ長くとることが好ましく、バッファ槽３４から１ｍ以上にすることが好ましい。放出配管３９は、図１の態様では直線状に形成したが、曲線状にすることで外部からの窒素ガス以外のガスの混入を確実に防止することもできる。また、放出配管３９に、図示しない逆流防止弁を設けることにより、外部から窒素ガス以外のガスが混入するのをより確実に防止することもできる。
【００５３】
嫌気性反応槽１２における嫌気性アンモニア酸化細菌の保持形態は、特に限定されないが、プラスチック担体等に嫌気性アンモニア酸化細菌を付着固定した付着固定化担体や、モノマー材料、プレポリマー材料等の固定化材料と嫌気性アンモニア酸化細菌を混合し、該混合液を重合することにより固定化材料内に固定化した包括固定化担体が好ましい。嫌気性アンモニア酸化細菌としては、嫌気性アンモニア酸化細菌の純粋菌株や嫌気性アンモニア酸化細菌を含む活性汚泥等の混合微生物が使用できる。
【００５４】
包括固定化担体２４の形状は、角形、球形、筒状等があり、特に限定されない。包括固定化担体２４の大きさは、１〜１０ｍｍであることが好ましい。また、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む包括固定化担体２４の嫌気性反応槽１２への充填率は、２０〜５０容積％が好ましい。
【００５５】
本発明において使用される廃水としては、アンモニア性窒素濃度が５０〜２００ｍｇ／Ｌの範囲であるものが好ましい。また、嫌気性アンモニア酸化反応では、アンモニア性窒素を処理するのに亜硝酸が必要となるため、廃水中の亜硝酸濃度は、アンモニア性窒素濃度に対して１〜１．５倍の範囲とすることが好ましい。
【００５６】
嫌気性反応槽１２における脱窒速度は、０．５〜２０ｋｇ−Ｎ/ｍ３/日であることが好ましく、０．５〜５．０ｋｇ−Ｎ/ｍ３/日であることが更に好ましい。嫌気性反応槽１２における滞留時間（ＨＲＴ）は、２〜２４時間であることが好ましい。
【００５７】
次に、本発明に係る廃水処理装置１０の作用について説明する。
【００５８】
アンモニア性窒素を多く含む廃水は、流入口２０から嫌気性反応槽１２内に流入する。嫌気性反応槽１２では、窒素ガスの嫌気性状態で、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む担体２４と廃水とが攪拌されながら接触し、廃水中のアンモニア性窒素が除去される。嫌気性反応槽１２で処理された後の廃水は、スクリーン１４を通過することにより担体２４が分離された後、流出口２２から流出する。
【００５９】
この嫌気性アンモニア酸化処理においては、担体内部から窒素ガスが発生するため、担体表面に微細な窒素ガスの気泡が付着し、比重が低下する。このため、担体２４が浮上し、スクリーン１４の目詰まりを起こし易くなる。
【００６０】
本発明では、嫌気性を維持するための窒素ガスをスクリーン１４の下方から該スクリーン１４面に向かって噴出させる。これにより、窒素ガス噴出ノズル１８から噴出された窒素ガスの気泡は、遮蔽板２８に当たった後、ある程度の上昇速度を維持して流路１７を上昇する。上昇した気泡は、スクリーン１４の面（遮蔽板２８がない部分）や、微細気泡が表面に付着して水面近傍に浮上している担体２４に衝突して衝撃を与える。この衝撃により、スクリーン１４に目詰まりした担体２４をスクリーン１４から取り除くとともに、担体表面に付着した微細気泡を担体２４から取り除くことができる。
【００６１】
また、窒素ガスの気泡が流路１７を上昇する際のエアリフト効果により、破線で示すように、流路１７には廃水の上向流が形成され、水面に達した上向流は下向きに方向転換して嫌気性反応槽１２の底部に向かう下向流となる。したがって、微細気泡が取り除かれて廃水よりも比重の重くなった担体２４は、下向流に乗って流出口近傍から嫌気性反応槽１２の中央部に流動される。この担体２４の流動により、廃水と担体２４との接触効率が高まり、処理性能が向上する。
【００６２】
また、担体２４内部から発生した窒素ガスは窒素ガス捕集部３０で捕集され、少なくともその一部が、循環配管３８を介して嫌気性反応槽１２内の廃水中に供給される。これにより、上述した効果に加え、外部に新たに窒素ガス噴出手段を設けることなく、嫌気性反応槽１２内を高い嫌気状態に維持できる。
【００６３】
さらに、捕集した窒素ガスはバッファ槽３４に導入され、一部は循環配管３８、ブロア５０を介して嫌気性反応槽１２内に戻される。また、捕集した窒素ガスの残部は、バッファ槽３４から図示しない逆流防止弁を備えた放出配管３９から外部に放出される。
【００６４】
また、ガス圧計４６により嫌気性反応槽１２内のガス圧が測定され、該測定結果に基づいて、バルブ４４の開度がコントローラ４８により調節される。そして、嫌気性反応槽１２内のガス圧が適切な範囲（−１〜３ＭＰａ）を満たし、かつ所定の脱窒速度を満たすように窒素ガスの供給量が調節される。
【００６５】
これにより、上述した効果に加え、窒素ガス以外の混入による嫌気状態への悪影響や処理過程における毒性への影響を最小限に抑えることができる。さらに、ガス圧計４６により嫌気性反応槽１２内の陰陽圧状態を監視することができるので、ガス量が異常な場合に窒素ガスの供給を停止するなど、トラブルを未然に防ぐことができる。
【００６６】
図２は、本発明に係る廃水処理装置の別態様を説明する図である。本実施形態は、捕集した窒素ガス中の酸素濃度を検知し、所定以上の嫌気状態を満たしたときのみ窒素ガスを嫌気性反応槽１２内に循環させる方法である。なお、図２において、上記実施形態と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６７】
図２に示すように、廃水処理装置１０’は、更に、バッファ槽３４又は循環配管３８内の窒素ガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度計５２と、バッファ槽３４又は循環配管３８内の窒素ガスを外部に抜くための抜き配管５４と、抜き配管５４に設けられたバルブ５６と、酸素濃度の測定結果に応じて、バッファ槽３４又は循環配管３８内から窒素ガスを抜くようにバルブ５６を制御するコントローラ５８と、を備えた以外は図１とほぼ同様に構成されている。
【００６８】
これにより、循環配管３８内の窒素ガスにおいて、高い酸素濃度が検知された場合、循環配管３８中の窒素ガスを外部へ抜き、嫌気性反応槽１２内へ供給しないようにすることができる。これにより、嫌気性反応槽１２内に高い嫌気状態の窒素ガスを供給できる。なお、酸素濃度計５２は、図２の態様に限らず、窒素ガス捕集部３０やバッファ槽３４、導入配管３６の途中等に設けてもよい。
【００６９】
以上のように、本発明の廃水処理方法及び装置を適用することにより、スクリーンの目詰まりを防止できるとともに、処理効率を向上できる。
【００７０】
以上、本発明に係る廃水処理方法及び装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。
【００７１】
たとえば、上記各実施形態では、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む包括固定化担体２４を使用する例について説明したが、これに限定されず、プラスチック担体等に嫌気性アンモニア酸化細菌を付着させた付着固定化担体や、活性汚泥なども使用できる。
【００７２】
上記各実施形態では、ガス圧計４６やコントローラ４８を用いて、捕集した窒素ガスの循環量を制御する例について述べたが、これらを使用せず、捕集した窒素ガスを単に循環使用することもできる。また、窒素ガス捕集部３０で捕集した窒素ガスを嫌気性反応槽１２内に循環利用しない態様も採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明に係る廃水処理装置の一例としての構成を説明する断面模式図である。
【図２】本発明に係る廃水処理装置の別態様を説明する断面模式図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０、１０’…廃水処理装置、１２…嫌気性反応槽、１２ａ…蓋板、１４…スクリーン、１６…ガイド板、１７…流路、１８…窒素ガス噴出ノズル、２４…担体（包括固定化担体）、３０…窒素ガス捕集部、３２…循環ライン、３４…バッファ槽、３６…導入配管、３８…循環配管、３９…放出配管、４０…仕切板、４２、４４、５６…バルブ、４６…ガス圧計、４８…コントローラ、５０…ブロア、５２…酸素濃度計、５４…抜き配管、５８…コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア性窒素を含む廃水と、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む包括固定化担体とを嫌気性下で接触させて嫌気性アンモニア酸化反応を行う処理槽と、
前記処理槽の上部に該処理槽の内側に傾斜して設けられ、処理された後の廃水を流出させるとともに前記包括固定化担体と前記廃水とを分離するスクリーンと、
前記スクリーンの内側に該スクリーンと略平行になるように設けられ、前記スクリーン面との間に流路を形成するガイド板と、
前記スクリーンの下方に設けられ、前記スクリーンに向けて窒素ガスを噴出する窒素ガス噴出手段と、
を備えたことを特徴とする廃水処理装置。
【請求項２】
前記スクリーン面の下部は、前記廃水が流出しない遮蔽部材からなることを特徴とする請求項１に記載の廃水処理装置。
【請求項３】
前記処理槽内の上部に区画され、該処理槽内の反応により発生した窒素ガスを捕集する窒素ガス捕集部と、
前記窒素ガス捕集部と前記処理槽内の前記窒素ガス噴出手段とを連通し、前記捕集した窒素ガスを前記処理槽内に循環させる循環ラインと、
を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の廃水処理装置。
【請求項４】
前記窒素ガス捕集部は、
前記処理槽の上面に配設された蓋板と、
前記蓋板から垂下されて、前記処理槽の側面上部に形成された流入口及び流出口の断面上部を仕切る仕切板と、
を設けることにより処理槽内の上部に区画されてなるとともに、
前記仕切板の先端は、前記流入又は流出する廃水の水面下に位置されることを特徴とする請求項３に記載の廃水処理装置。
【請求項５】
前記循環ラインは、
前記窒素ガス捕集部において捕集した窒素ガスを収納するバッファ槽と、
前記窒素ガス捕集部と前記バッファ槽とを連通し、前記捕集した窒素ガスを前記バッファ槽に導入する導入配管と、
前記バッファ槽と前記処理槽内の窒素ガス噴出手段とを連通し、前記捕集した窒素ガスの少なくとも一部を前記処理槽内に循環させる循環配管と、
前記バッファ槽と連通し、前記捕集した窒素の残部を大気中に放出する放出配管と、
を備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載の廃水処理装置。
【請求項６】
前記窒素ガス捕集部内のガス圧を測定する圧力測定手段と、
前記圧力測定手段の測定結果に基づいて、前記処理槽に循環させる窒素ガス量を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項５に記載の廃水処理装置。
【請求項７】
前記循環させる窒素ガスの酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段を備えたことを特徴とする請求項５又は６に記載の廃水処理装置。
【請求項８】
処理槽内で、アンモニア性窒素を含む廃水と、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む包括固定化担体とを嫌気性下で接触させて嫌気性アンモニア反応を行うとともに、前記処理槽の流出口近傍に設けたスクリーンで前記流出口に流れる廃水から前記包括固定化担体を分離する廃水処理方法において、
前記嫌気性アンモニア反応により発生する窒素ガスを捕集する捕集工程と、
前記捕集した窒素ガスを前記スクリーンの下方に循環させる循環工程と、
前記循環させた窒素ガスを前記スクリーンに向けて噴出する窒素ガス噴出工程と、
前記噴出された窒素ガスの気泡を前記スクリーンに沿って上昇させる気泡上昇工程と、を備えたことを特徴とする廃水処理方法。
【請求項９】
前記捕集工程で捕集した窒素ガスの圧力を測定するガス圧測定工程と、
前記測定した結果に基づいて、前記スクリーンの下方に循環させる窒素ガス量を制御する制御工程と、
を備えたことを特徴とする請求項８に記載の廃水処理方法。
【請求項１０】
前記循環させる窒素ガスの酸素濃度を測定する酸素濃度測定工程を備えたことを特徴とする請求項８又は９に記載の廃水処理方法。
【請求項１】
アンモニア性窒素を含む廃水と、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む包括固定化担体とを嫌気性下で接触させて嫌気性アンモニア酸化反応を行う処理槽と、
前記処理槽の上部に該処理槽の内側に傾斜して設けられ、処理された後の廃水を流出させるとともに前記包括固定化担体と前記廃水とを分離するスクリーンと、
前記スクリーンの内側に該スクリーンと略平行になるように設けられ、前記スクリーン面との間に流路を形成するガイド板と、
前記スクリーンの下方に設けられ、前記スクリーンに向けて窒素ガスを噴出する窒素ガス噴出手段と、
を備えたことを特徴とする廃水処理装置。
【請求項２】
前記スクリーン面の下部は、前記廃水が流出しない遮蔽部材からなることを特徴とする請求項１に記載の廃水処理装置。
【請求項３】
前記処理槽内の上部に区画され、該処理槽内の反応により発生した窒素ガスを捕集する窒素ガス捕集部と、
前記窒素ガス捕集部と前記処理槽内の前記窒素ガス噴出手段とを連通し、前記捕集した窒素ガスを前記処理槽内に循環させる循環ラインと、
を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の廃水処理装置。
【請求項４】
前記窒素ガス捕集部は、
前記処理槽の上面に配設された蓋板と、
前記蓋板から垂下されて、前記処理槽の側面上部に形成された流入口及び流出口の断面上部を仕切る仕切板と、
を設けることにより処理槽内の上部に区画されてなるとともに、
前記仕切板の先端は、前記流入又は流出する廃水の水面下に位置されることを特徴とする請求項３に記載の廃水処理装置。
【請求項５】
前記循環ラインは、
前記窒素ガス捕集部において捕集した窒素ガスを収納するバッファ槽と、
前記窒素ガス捕集部と前記バッファ槽とを連通し、前記捕集した窒素ガスを前記バッファ槽に導入する導入配管と、
前記バッファ槽と前記処理槽内の窒素ガス噴出手段とを連通し、前記捕集した窒素ガスの少なくとも一部を前記処理槽内に循環させる循環配管と、
前記バッファ槽と連通し、前記捕集した窒素の残部を大気中に放出する放出配管と、
を備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載の廃水処理装置。
【請求項６】
前記窒素ガス捕集部内のガス圧を測定する圧力測定手段と、
前記圧力測定手段の測定結果に基づいて、前記処理槽に循環させる窒素ガス量を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項５に記載の廃水処理装置。
【請求項７】
前記循環させる窒素ガスの酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段を備えたことを特徴とする請求項５又は６に記載の廃水処理装置。
【請求項８】
処理槽内で、アンモニア性窒素を含む廃水と、嫌気性アンモニア酸化細菌を含む包括固定化担体とを嫌気性下で接触させて嫌気性アンモニア反応を行うとともに、前記処理槽の流出口近傍に設けたスクリーンで前記流出口に流れる廃水から前記包括固定化担体を分離する廃水処理方法において、
前記嫌気性アンモニア反応により発生する窒素ガスを捕集する捕集工程と、
前記捕集した窒素ガスを前記スクリーンの下方に循環させる循環工程と、
前記循環させた窒素ガスを前記スクリーンに向けて噴出する窒素ガス噴出工程と、
前記噴出された窒素ガスの気泡を前記スクリーンに沿って上昇させる気泡上昇工程と、を備えたことを特徴とする廃水処理方法。
【請求項９】
前記捕集工程で捕集した窒素ガスの圧力を測定するガス圧測定工程と、
前記測定した結果に基づいて、前記スクリーンの下方に循環させる窒素ガス量を制御する制御工程と、
を備えたことを特徴とする請求項８に記載の廃水処理方法。
【請求項１０】
前記循環させる窒素ガスの酸素濃度を測定する酸素濃度測定工程を備えたことを特徴とする請求項８又は９に記載の廃水処理方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−１９４６２０（Ｐ２００８−１９４６２０Ａ）
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２６０７（Ｐ２００７−３２６０７）
【出願日】平成１９年２月１３日（２００７．２．１３）
【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８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１３日（２００７．２．１３）
【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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