懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法
【課題】固形脱窒基質の効果発揮を妨害する懸濁物の影響を受けることなく、生物反応である硫黄脱窒により酸化態窒素を効率良く除去低減するとともに、水酸化マグネシウムの作用によりリン酸及びアンモニア態窒素も同時且つ容易に低減できる懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法を得る。
【解決手段】懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水を、軽量粒状物２を充填した予備処理槽１、続いて硫黄及びアルカリ性物質から成る脱窒基質を表面にコーティングせしめた軽量粒状物４を充填した複合処理槽３へ通水し、懸濁物、無機態窒素、リンの除去低減を成すとともに、その効果を長期に亘り確実に発揮させるため、適宜逆洗等を実施するとともに、処理水のｐＨが８から８．５となるように水酸化マグネシウムを処理槽へ添加する。
【解決手段】懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水を、軽量粒状物２を充填した予備処理槽１、続いて硫黄及びアルカリ性物質から成る脱窒基質を表面にコーティングせしめた軽量粒状物４を充填した複合処理槽３へ通水し、懸濁物、無機態窒素、リンの除去低減を成すとともに、その効果を長期に亘り確実に発揮させるため、適宜逆洗等を実施するとともに、処理水のｐＨが８から８．５となるように水酸化マグネシウムを処理槽へ添加する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、畜舎汚水や食品加工廃水等を活性汚泥法等の通常の生物処理後、ある程度の懸濁物も共存する中でそれらの影響を最小限にとどめつつ効率良く無機態窒素及びリンを除去低減し、処理水放流先の環境の保全に用いられる懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水質汚濁防止法その他による硝酸性窒素等の無機態窒素に係る排出規制は年々強化されているが、畜産業に対しては経営環境の厳しさや実用的で平易な無機態窒素除去技術が確立していない等の点から暫定的な排出基準が適用されている。
【０００３】
しかしながら、ブタに限定しても全国で約９７０万頭が肥育されており、それらの尿を中心とした畜舎汚水を高度に処理し、平成１６年７月以降は少なくとも硝酸性窒素・亜硝酸性窒素の濃度に加えアンモニア性窒素濃度に０．４を乗じた数値の合計を９００ｍｇ／Ｌ以下にする必要があり、また地域によっては全窒素として６０ｍｇ／Ｌ以下にまで浄化することを求められる場合もある。
【０００４】
畜舎汚水の処理現場で比較的多く導入されている活性汚泥法では、畜舎汚水中の窒素化合物を管理方法により容易に硝酸性窒素にまで無機化及び酸化できるが、畜舎汚水はＢＯＤ／Ｎ比が小さい場合が多く脱窒が不十分となりやすい。そのような状況下で硝酸性窒素を効率良く除去するには独立栄養細菌の一種である硫黄脱窒細菌による方法が適すると考えられ、様々な方法が提案されている（特許文献１〜２）。
【０００５】
それらは基本的に、本発明者の一人が開発し提案した、硫黄マトリクス中に炭酸カルシウムを必要量均質分散させる微生物活性能付与組成物（特許文献３）を脱窒基質としているが、これを用いれば硫黄脱窒に伴い生成される硫酸イオンを的確に中和しｐHの低下を抑制することができる。
【０００６】
また、硫黄脱窒による硝酸性窒素の除去だけでなく、脱窒基質への水酸化マグネシウムの添加によるアンモニア性窒素及びリンの同時低減・回収を行う画期的な方法も本発明者らによって開発提案されている（特許文献４）。
【０００７】
ところが、活性汚泥法等による畜舎汚水の処理水には通常懸濁物が含まれており、また、膜濾過等により懸濁物をほぼ完全に除去しても、その後に例えば硫黄脱窒を行えば硫黄酸化細菌等が増殖し且つ中和物質としての石膏微粒子等も発生するため、それらが脱窒資材の粒子間を閉塞させ脱窒効率を低下させることになる。これを防ぐためには定期的な逆洗が効果的であるが、従来の硫黄脱窒用資材は密度と粒径の面から逆洗が容易ではなかった。
【０００８】
そこで、嵩比重が比較的軽く且つ粒子径を小さくすることが可能な、特許文献３の組成物を応用した資材（特許文献５）が提案されているが、該資材ではバインダーとして含まれる有機成分の分解等により懸濁物の発生が助長される恐れがあり、また、その製法上形状が球形ではなく円筒形である上に消耗に伴う微粒子化の可能性も予測され、濾過特性の面で理想的とはいえない。
【０００９】
また、硝化を強めた運転による活性汚泥法等の畜舎汚水処理水にもアンモニア性窒素の残存することは多く、且つリン酸は必ず残存するので、共存懸濁物の影響を最小限にとどめた簡便で効果的な無機態窒素及びリンの同時除去・低減法が多くの現場で望まれている。
【００１０】
なお、窒素及びリンの同時除去法としては種々の方法が提案されている（特許文献６〜１３）が、これらの方法は窒素とリンの除去に別工程を要したり、薬注や加温・加圧を必要としたり、実排水への適用時には管理が煩雑であったり、脱窒とリン除去の両方を特定の細菌に依存したり、工程が複雑であったり、被処理水に含まれるリンの濃度に合わせた凝集材の添加が必要であったり、除去材の寿命が短かったりするなど何れも畜産の現場においては実用性に問題のある場合が多く、それらは特に中小規模の畜産現場での適用性に乏しい。
【００１１】
本発明者らの開発提案した特許文献４の方法も、懸濁物共存下では脱窒効率やリン酸除去に必要な高ｐHの維持等には別途工夫が必要であった。
【特許文献１】特開２００３−７１４９１号公報
【特許文献２】特開２００３−３３４５９０号公報
【特許文献３】特開平１１−２８５３７７号公報
【特許文献４】特願２００３−３３２４７９号公報
【特許文献５】特開２００４−１７４３２８号公報
【特許文献６】特開２００４−２３７１７０号公報
【特許文献７】特開２００３−２００１９９号公報
【特許文献８】特開平６−２３３９０号公報
【特許文献９】特開２００３−２８５０９６号公報
【特許文献１０】特開２００１−１７９２９５号公報
【特許文献１１】特開２００３−７１４５４号公報
【特許文献１２】特開平８−１０３７８７号公報
【特許文献１３】特開平１１−２３９７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、活性汚泥法等による畜舎汚水等の処理水から、それに含まれる懸濁物の低減を図ることで懸濁物による悪影響を抑制し、良好な環境での硫黄脱窒による硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素の効率の良い除去とともに同時に良好な環境におけるリン酸及びアンモニア性窒素の低減を容易且つ確実に行うことが可能な懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法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に記載の発明は、懸濁物と共に無機態窒素及びリンを含有する被処理水を、無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材を充填した複合処理槽へ導水し、濾材により共存する懸濁物を濾過しつつ、無機態窒素及びリンを除去もしくは低減し、間欠的に複合処理槽内に蓄積した懸濁物及び不溶性のリンを逆洗により排出することを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、懸濁物と共に無機態窒素及びリンを含有する被処理水を、予備処理用濾材を充填した予備処理槽に導水して懸濁物を低減し、続いて無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材を充填した複合処理槽へ導水することを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、予備処理用濾材は、軽量粒状物、複合処理槽の無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材、若しくは、複合処理槽において使用された後の脱窒基質消耗に伴う脱窒効果の低下した濾材からなることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、予備処理用濾材が、複合処理槽において使用された後の脱窒基質消耗に伴う脱窒効果の低下した濾材からなり、脱窒効果の低下した濾材を予備処理用濾材として用いる際、予備処理槽と本処理槽とを逆転して通水することを特徴とする請求項３に記載の懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、複合処理槽の無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材のリン低減効果が低下した際に、脱窒素を維持可能な範囲で水酸化マグネシウム粉末・粉粒を添加することを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材が、軽量粒状物表面に硫黄及びアルカリ性物質から成る混合物を被覆付着させた粉粒体であることを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、軽量粒状物がパーライトであることを特徴とする。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、アルカリ性物質が炭酸カルシウム及び／又は水酸化マグネシウムであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法に依れば、豚舎汚水等の畜産廃水処理水や食品工場廃水処理水のような懸濁物の共存する中で硝酸性窒素、亜硝酸性窒素、アンモニア性窒素、リン酸の同時除去が望まれる被処理水を簡易に、且つ、効果的に浄化することができ、しかも色度などの外観の改善にも寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の処理対象である被処理水は、豚舎汚水等の畜産廃水、食品工場廃水、これらを通常の生物処理した生物処理水等のように、懸濁物の共存する中で、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素、及びアンモニア性窒素を含む無機態窒素と、リン酸態リン等のリンとを含有している被処理水である。このような被処理水には、例えば硫黄脱窒細菌の炭素源となりうる物質が比較的多く含有されており、炭酸カルシウムのような炭素源となり得る物質を多用する必要が無い。
このような被処理水を処理する本発明に係る懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法は、懸濁物と共に無機態窒素及びリンを含有する被処理水を、無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材を充填した複合処理槽へ導水し、懸濁物の低減を図ることで被処理水に共存する懸濁物による影響を最小限にとどめ且つ槽内に蓄積した懸濁物及び不溶性のリンを適宜実施する逆洗により排出することで、無機態窒素及びリンの効果的な除去低減が主として複合処理槽において成されることを基本とする。
【００２３】
この方法中で複合処理槽の濾材としては、粒状、粉粒体状、粉状、塊状の資材を用いることができ、この資材としては、本発明者の一人が開発したアルカリ性物質と硫黄とが軽比重多孔質粒状物を核に被覆付着及び／含浸した組成物からなる硝酸性窒素等除去用組成物（特開２００３‐７１４９３号公報参照）を用いることが望ましい。
その核となる軽量粒状物としては真珠岩等を加熱処理して得られるいわゆるパーライト、真珠岩、坑火石、軽石、シラスバルーン等のシラス加工物、軽量セラミック、ガラス発泡物等を用いることができ、脱窒基質を構成するアルカリ性物質としては炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、ドロマイト、石灰岩、水酸化アルミニウム、軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）等の粉末、粉粒、細粒を用いることができる。炭酸カルシウム及び水酸化マグネシウムを用いれば、硫黄酸化細菌による独立栄養性脱窒法により酸化態窒素の脱窒に優れると共に、アンモニア性窒素及びリンを除去することができる。
【００２４】
更に、水酸化マグネシウム粉末、粉粒としては天然鉱物のブルーサイト（水滑石）や同鉱物を主要構成鉱物として含む岩石の破砕粉砕物を用いることが好ましいが、その他海水等由来や化学合成等による水酸化マグネシウムであっても使用できる。
【００２５】
このような資材としては、３〜６ｍｍ程度の粒径を有する粒子が好ましく、この粒子が複数溶着して大型化されたものであっても用いることができる。この粒子中のアルカリ性物質の粒径としては、概ね０．１ｍｍ以下、軽比重多孔質粒状体の粒径としては、２〜５ｍｍ程度であるのが好適である。
この資材の嵩比重としては、０．６〜０．９ｇ／ｃｍ３が望ましい。この資材の粒子が親水性的な性質を有しているため、被処理水の処理時には、水分を含んで沈降し良好な処理を実現すると共に、逆洗時には容易に浮遊して逆洗を行うことができるため、簡易な処理を実現し易いからである。
また、粒子の形状は、球状に近いものが好ましい。球状であれば、濾過性能が高くなり、逆洗の回数を少なく抑え易いからである。
【００２６】
このような資材を用いて、被処理水を処理するには、複合処理槽に資材を充填して、被処理水を例えば複合処理槽の頂部側から導水して、適宜、ＨＲＴ等の各種条件を設定して下向き流で通水し、底部側から処理水を排出させるなどにより、被処理水を処理することができる。
この処理においては、例えば、処理後の処理水のｐＨが８．０〜８．５の範囲とするのが好適である。このようなｐＨの範囲では、リンの除去能が確保し易く、硝酸性窒素の除去能も確保し易いからであり、更に、亜硝酸性窒素の増加を抑制できるか減少させる傾向も見られた。
【００２７】
また、この処理期間中には、被処理水中の懸濁物が濾材により濾過されると共に、硫黄酸化細菌等が増殖し、あるいは、石膏微粒子が生成されることにより形成された固形分等も濾材に捕捉される。そのため、定期又は不定期に間欠的に濾材を逆洗しつつ、処理を継続するのが好ましい。
【００２８】
このような被処理水の処理によれば、複合処理槽により、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素、アンモニア性窒素、リン酸の同時除去が効率的に行えると同時に、懸濁物を濾過することが可能であり、色度などの外観の改善も行える。そのため、簡易な処理方法により被処理水の処理を簡略化できる。しかも、資材として上述のような所定のものを用いれば、逆洗により容易に濾材の機能を維持することが可能であり、簡易に懸濁物の影響を抑制して長期に亘り順調に無機態窒素及びリン酸を除去低減することができる。
【００２９】
本発明の方法では、確実に懸濁物の影響を抑制し長期に亘り順調に無機態窒素及びリン酸を除去低減する場合には、予備処理用濾材を充填した予備処理槽に導水して懸濁物を低減してから、複合処理槽に導水することも好ましい。
【００３０】
予備処理槽に充填する予備処理用濾材としては、懸濁物を除去できるものであれば、特に限定されるものではないが、粒状の資材を濾材として用いるのがよい。このような資材としては、真珠岩等を加熱処理して得られるいわゆるパーライト、真珠岩、坑火石、軽石、シラスバルーン等のシラス加工物、軽量セラミック、ガラス発泡物、ALC粒、浄水場発生土加工物、鹿沼土等の火山灰起源土壌の加工物等を用いることができる。
この資材としては、嵩比重が０．３〜０．９ｇ／ｃｍ３のものを用いるのが好ましい。ここでは、資材の粒子が親水性的な性質を有しているため、被処理水の処理時には、水分を含んで沈降し、濾過機能を発揮し、逆洗時には容易に浮遊して逆洗を行うことができるからである。
【００３１】
ここでは、特に、複合処理槽の濾材として用いるものと同様の資材、若しくは、複合処理槽において使用された後の脱窒基質消耗に伴う脱窒効果の低下した資材を用いることが好ましい。この脱窒基質消耗に伴う脱窒効果の低下した資材とは、十分な脱窒効果が得られなくなった資材であり、例えば、アルカリ性物質と硫黄とが軽比重多孔質粒状物を核に被覆付着及び／含浸した組成物からなる硝酸性窒素等除去用組成物の場合、長期間処理に供されたり、繰り返し逆洗等を受けて磨耗することにより、軽比重多孔質粒状物の表面の硫黄及び炭酸カルシウムに代表される脱窒基質が消費されたり、脱窒基質が剥離し、その結果、所望の脱窒速度が得られなくなったものなどである。これは、後述する水酸化マグネシウムを添加するリンの除去能の回復を繰り返し行い、長期間使用した後に生じるものである。
【００３２】
このような資材を予備処理用濾材として用いれば、適切な比重を有して逆洗が行い易いだけでなく、僅かながら脱窒作用が残存しているため、装置全体としての脱窒効果を向上させることも可能である。
しかも、このようにすれば、複合処理槽と予備処理槽とに用いる資材の種類を少なくできて資材の無駄を抑えることができる。
このように予備処理槽により予め懸濁物を減少させてから、複合処理槽に被処理水を導水すれば、複合処理槽の濾材に捕捉される懸濁物の量を抑えることができて、濾材の通水性を維持し易い。このことは、逆洗の回数を減らすことになり、逆洗による濾材の磨耗等に起因する劣化を抑制でき、好適である。
【００３３】
更に、本発明の方法では、より確実に懸濁物の影響を抑制し長期に亘り順調に無機態窒素及びリン酸を除去低減する場合は、懸濁物と共に無機態窒素及びリンを含有する被処理水を、予備処理用濾材を充填した予備処理槽続いて無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材を充填した複合処理槽へ導水し、予備処理槽において懸濁物の低減を図り、共存する懸濁物による影響を最小限にとどめた無機態窒素及びリンの除去低減が主として複合処理槽において成され、複合処理槽に充填された無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材の脱窒基質消耗に伴う脱窒効果の低下を機に、予備処理用濾材に換えて新たに無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材を予備処理槽へ充填し、その後はそれまでの予備処理槽と複合処理槽を逆転した運転操作を行い、以後はそれを繰り返し、且つ槽内に蓄積した懸濁物及び不溶性のリンを適宜実施する逆洗により排出することで被処理水に共存する懸濁物による影響を最小限にとどめることができる。
このようにすれば、複合処理槽において劣化した資材からなる濾材を、移動させることなく予備処理用濾材として利用することができ、極めて作業性がよく、好適である。
【００３４】
本発明の方法では、上記何れの場合であっても、さらに無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材のリン低減効果が低下した際、複合処理槽へ脱窒素を妨げない程度に水酸化マグネシウム粉末・粉粒を添加することによりリン除去性能の維持、回復を図ることができる。
【００３５】
この水酸化マグネシウムは、溶解による消費や、被処理水中に含まれる炭酸イオン等により表面が炭酸化され、そのアルカリ性が低下しやすい。そのため、被処理水の処理を継続することにより、不足し易い。そこで、この発明の方法では、リン低減効果が低下した時点で、複合処理槽中に水酸化マグネシウムが存在するか否かに関わらず、水酸化マグネシウムを添加することとしている。
更に、この水酸化マグネシウムは、多量に添加すると、ｐＨを過剰に上昇させて脱窒能を低下乃至は無効にすることもある。そのため、この発明では、脱窒素を妨げない程度に添加する必要がある。
なお、ここでは、水酸化マグネシウムを粉末・粉粒として添加するのが、被処理水との接触面積を大きくできる等の理由で好ましいが、逆洗時に複合処理槽から流出する懸念も存在する。ところが、この発明では、複合処理槽に上述のような資材からなる濾材を用いることにより、濾過性能を確保し易く、そのため逆洗の回数を少なく抑えることができる。しかも、水酸化マグネシウムは、懸濁物より比重が重いため、複合処理槽の濾材中に留まり易い。そのため、水酸化マグネシウムの添加により、その効果を十分に発現させることが可能となっているのである。
【００３６】
リン低減効果が低下したことを判定するための指標としては、例えば、複合処理槽から排出される処理水中のリン酸濃度を用いてもよいが、処理水のｐＨを用いることができる。このｐＨとして例えばｐＨ８以下に達したことにより、リン低減効果が低下したと判定してもよい。
そして、水酸化マグネシウム粉末・粉粒を添加する際には、過剰に添加するとｐＨが上昇しすぎて、細菌の活性が低下して脱窒能が低下し易いという理由で、例えば、水酸化マグネシウム粉末・粉粒を添加した状態で複合処理槽から排出される処理水のｐＨが８〜８．５の範囲を維持するように添加することができ、複数回に分けて添加することも好ましい。
【００３７】
次に、本発明の方法により被処理水を処理するための処理装置の一例について説明する。
処理装置としては、図1で示すような装置（実施例）を用いることができる。図1中、符号1は予備処理槽、２は予備処理用濾材、３は複合処理槽、４は無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材、５は水酸化マグネシウム粉末、６は被処理水、７は処理水を示す。但し、この実施の形態に限定されるものではない。
【００３８】
このような処理装置では、まず、予備処理槽１の予備処理用濾材２及び複合処理槽３の無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材４として、上記のような資材を充填する。そして、図１中、実線で示すように、被処理水６を予備処理槽１から通水し、続いて複合処理槽３に通水して、処理水７を複合処理槽３から排出することにより処理を行う。
この処理期間中には、予備処理槽１及び複合処理槽３では、図示しない逆洗装置や曝気装置等を用いて、定期又は不定期に間欠的に逆洗操作を行い、処理能力を維持させる。また、処理水７においてリンの低減効果が低下した時点では、複合処理槽３に水酸化マグネシウム粉末５の添加を行うことにより処理を継続する。
【００３９】
そして、無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材４の無機態窒素の低減効果が低下し、所望の脱窒速度が得られなくなった時点で、予備処理槽１から予備処理用濾材２を抜き出し、新たに無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材４を予備処理槽１に充填した上で、予備処理槽１と複合処理槽３とを逆転させる操作を行う。即ち、予備処理槽１を複合処理槽３’とし、複合処理槽３を予備処理槽１’とする。このとき、複合処理槽３’内に充填されていた予備処理用濾材２は廃棄し、新たな無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材４’を充填する。また、予備処理槽１’内に充填されていた無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材４は充填された状態のままにし、この濾材４を予備処理用濾材２’として利用する。
この状態で、図１中、鎖線で示すように、被処理水６’を予備処理槽１’から通水し、続いて複合処理槽３’に通水して、処理水７’を複合処理槽３’から排出することにより処理を行う。この装置では、更に、このような操作を繰り返すことにより、長期間連続して処理を行うことができる。
なお、使用後の廃棄される予備処理用濾材２は、その後、他の用途に利用することもでき、パーライト等の場合には、堆肥製造の副資材や土壌改良材などとして有効に利用することも可能である。
【００４０】
このような装置では、本発明に係る懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法は、豚舎汚水等の畜産廃水処理水や食品工場廃水処理水のような懸濁物の共存する被処理水から無機態窒素及びリン酸が効果的に除去され放流先の水環境保全にも寄与することから、懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理に適する。
【実施例】
【００４１】
上述した懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水処理の有効性を確認するべく、本発明として図1の装置（実施例）を作成し、茨城県つくば市池の台２に所在の畜産草地研究所において実際の養豚畜舎汚水を生物処理した液を供試して試験を行った。この実施例においては、複合処理槽３と予備処理槽１とを逆転させた運転は行わなかった。
【００４２】
予備処理槽１として容量：５リットル、本処理槽３として容量：５リットルのものを備えつけた。
【００４３】
予備処理用濾材２として真珠岩系パーライト（太平洋パーライト株式会社製）：０．５リットル（層厚１００ｍｍ）、無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材４として真珠岩系パーライト（太平洋パーライト株式会社製）表面に、硫黄（細井化学工業株式会社製）：３７重量％、炭酸カルシウム（株式会社ニッチツ製）：１８．５重量％、水酸化マグネシウム（中国産）：４４．５重量％から成る混合物を被覆付着させた粉粒体で粒径２〜２５ｍｍの資材：０．５リットル（層厚１００ｍｍ）を適用し、水酸化マグネシウム粉末５として平均粒子径１０μｍの試料（中国産）を添加し、表１に示す水質の被処理水を定量ポンプにより予備処理槽１続いて本処理槽３へＨＲＴ２．５時間、処理水温２０℃の条件で導水した。
【００４４】
【表１】
【００４５】
比較例としては、単独の処理槽において、無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材として硫黄（細井化学工業株式会社製）：３５重量％、炭酸カルシウム（株式会社ニッチツ製）：４５重量％、水酸化マグネシウム（中国産）：２０重量％から成る粒径５〜２０ｍｍの混合物３リットルにＨＲＴ３６時間、処理水温２０℃の条件で表１の水質の被処理水を通水した。
【００４６】
試験の結果は、表２及び図２〜図６に示す通りであった。表２は比較例による浄化効果、図２〜図６は実施例による浄化効果を示す。
図２は、実施例における酸化態窒素、硝酸態窒素、無機態窒素の除去速度、即ち窒素除去能の変化を示す。図３は、原水（被処理水）ｐHと亜硝酸性窒素増加量の関係を示す。図４は、リン酸態リンの除去速度、即ちリン酸除去能の変化と、水酸化マグネシウムの添加によるリン酸除去能の回復効果を示す。図５は、処理水ｐHとリン酸除去能の関係を示す。図６は、パーライトを用いた予備処理による浮遊懸濁物（ＳＳ）の除去効果を示す。
なお、表２及び図２において無機態窒素として示されている中に、酸化態窒素（硝酸、亜硝酸）及びアンモニア性窒素の全てが含まれる。
【００４７】
【表２】
【００４８】
比較例による浄化効果は表２に示すとおりで、浮遊懸濁物（ＳＳ）については特記するほどの浄化効果が無く示さなかったが、硝酸性（硝酸態と同意）窒素の除去速度については試験期間１３０日を通じて最小でも０．１０kg／m3／dayの値を示し良好であった。
【００４９】
しかしながら比較例においては、試験開始後２０日以降、亜硝酸性窒素及びアンモニア性窒素除去速度が急減し、リン酸態リンについては供試の被処理水を上回る濃度が処理水中に含まれる場合があった。それら除去効果の低下は何れも処理水ｐHが8以下となった場合に見られたが、硝酸性窒素除去能が逆洗により回復したのと異なり、逆洗を行ってもｐHの上昇やアンモニア性窒素除去、リン酸態リン除去効果の回復は殆ど見られなかった。
【００５０】
これに対し実施例では、試験開始後８０日以降に窒素除去能は漸減の傾向にあったが、被処理水中の亜硝酸性窒素濃度が０．２ｋｇ／ｍ3／ｄａｙ以下であれば、HRT２．５時間（比較例のＨＲＴは３６時間）でも０．３ｋｇ／ｍ3／ｄａｙ以上の窒素除去能を示し、比較例に比して明らかに優った（図２参照）。なお、試験後半は原水（被処理水）ｐHが７．６以下であった場合が多く、そのような場合には亜硝酸性窒素が比較的多く含まれ、０．１ｋｇ／ｍ3／ｄａｙ以上の値を示すことも少なくなかった（図３参照）。
【００５１】
また実施例では、処理水ｐHが８．０以下となった５０日目以降、逆洗等の操作を行ったがｐH及びリン酸除去能の回復が思わしくなく、６８日目以降８４日目にかけて３０ｇの水酸化マグネシウムを7回に分け本処理槽３の上部から添加したところ処理水ｐHが８．０以上に回復、同時にリン酸除去能も０．１ｋｇ／ｍ3／ｄａｙ以上に回復し、比較例に比して明らかに優った（図４，５参照）。
【００５２】
さらに実施例では、被処理水（原水）中のＳＳが１１９〜１６９ｍｇ／Ｌであったものが予備処理により８〜１０ｍｇ／Ｌにまで低下し、９１．６重量％〜９５．３重量％の除去率を示した（図６参照）。図６では５日目までの結果を示したが、試験期間中に濾過抵抗の増大を指標にした適宜の逆洗を行うことで、継続的良好に５日目までと同様の濾過効果が持続した。
【００５３】
また、処理水ｐHを８．０以上とすればリン酸除去能が維持されるだけでなく、亜硝酸性窒素の蓄積や生成も抑制される傾向が見られたことから、長期稼動の硫黄脱窒に散見される亜硝酸性窒素の残存による酸化態窒素除去能の低下を抑制できる可能性も示唆された（図３、５参照）。
【００５４】
なお、視覚による比較であるが、実施例の処理水は原水（被処理水）はもとより比較例と比べ、色調の改善がなされていた。
【００５５】
ところで、脱窒濾材として使用後に予備処理用濾材として転用した後の濾材は、表面の硫黄分がほぼ消費されている一方で、不溶化したリン、窒素、マグネシウム成分が表面に沈着している場合があり、濾材がパーライトを主とする場合それは法定土壌改良材として公認されており且つ堆肥化においても良質の副資材として認知されていることから、パーライト及び被処理水等に含まれる肥料成分の循環利用という点から有望なリサイクル資材となり得る。
【００５６】
なお、本発明は上述した実施（実施例）の形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施例に係る懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理装置を示す説明図である。
【図２】本発明の実施例における酸化態窒素、硝酸態窒素、無機態窒素の除去速度、即ち窒素除去能の変化を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例における原水（被処理水）ｐHと亜硝酸性窒素増加量の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例におけるリン酸態リンの除去速度、即ちリン酸除去能の変化と、水酸化マグネシウムの添加によるリン酸除去能の回復効果を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例における処理水ｐHとリン酸除去能の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例におけるパーライトを用いた予備処理による浮遊懸濁物（ＳＳ）の除去効果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１、１’ 予備処理槽
２、２’ 予備処理用濾材
３、３’ 複合処理槽
４、４’ 無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材（脱窒濾材）
５、５’ 水酸化マグネシウム粉末
６、６’ 被処理水（原水）
７、７’ 処理水
【技術分野】
【０００１】
本発明は、畜舎汚水や食品加工廃水等を活性汚泥法等の通常の生物処理後、ある程度の懸濁物も共存する中でそれらの影響を最小限にとどめつつ効率良く無機態窒素及びリンを除去低減し、処理水放流先の環境の保全に用いられる懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水質汚濁防止法その他による硝酸性窒素等の無機態窒素に係る排出規制は年々強化されているが、畜産業に対しては経営環境の厳しさや実用的で平易な無機態窒素除去技術が確立していない等の点から暫定的な排出基準が適用されている。
【０００３】
しかしながら、ブタに限定しても全国で約９７０万頭が肥育されており、それらの尿を中心とした畜舎汚水を高度に処理し、平成１６年７月以降は少なくとも硝酸性窒素・亜硝酸性窒素の濃度に加えアンモニア性窒素濃度に０．４を乗じた数値の合計を９００ｍｇ／Ｌ以下にする必要があり、また地域によっては全窒素として６０ｍｇ／Ｌ以下にまで浄化することを求められる場合もある。
【０００４】
畜舎汚水の処理現場で比較的多く導入されている活性汚泥法では、畜舎汚水中の窒素化合物を管理方法により容易に硝酸性窒素にまで無機化及び酸化できるが、畜舎汚水はＢＯＤ／Ｎ比が小さい場合が多く脱窒が不十分となりやすい。そのような状況下で硝酸性窒素を効率良く除去するには独立栄養細菌の一種である硫黄脱窒細菌による方法が適すると考えられ、様々な方法が提案されている（特許文献１〜２）。
【０００５】
それらは基本的に、本発明者の一人が開発し提案した、硫黄マトリクス中に炭酸カルシウムを必要量均質分散させる微生物活性能付与組成物（特許文献３）を脱窒基質としているが、これを用いれば硫黄脱窒に伴い生成される硫酸イオンを的確に中和しｐHの低下を抑制することができる。
【０００６】
また、硫黄脱窒による硝酸性窒素の除去だけでなく、脱窒基質への水酸化マグネシウムの添加によるアンモニア性窒素及びリンの同時低減・回収を行う画期的な方法も本発明者らによって開発提案されている（特許文献４）。
【０００７】
ところが、活性汚泥法等による畜舎汚水の処理水には通常懸濁物が含まれており、また、膜濾過等により懸濁物をほぼ完全に除去しても、その後に例えば硫黄脱窒を行えば硫黄酸化細菌等が増殖し且つ中和物質としての石膏微粒子等も発生するため、それらが脱窒資材の粒子間を閉塞させ脱窒効率を低下させることになる。これを防ぐためには定期的な逆洗が効果的であるが、従来の硫黄脱窒用資材は密度と粒径の面から逆洗が容易ではなかった。
【０００８】
そこで、嵩比重が比較的軽く且つ粒子径を小さくすることが可能な、特許文献３の組成物を応用した資材（特許文献５）が提案されているが、該資材ではバインダーとして含まれる有機成分の分解等により懸濁物の発生が助長される恐れがあり、また、その製法上形状が球形ではなく円筒形である上に消耗に伴う微粒子化の可能性も予測され、濾過特性の面で理想的とはいえない。
【０００９】
また、硝化を強めた運転による活性汚泥法等の畜舎汚水処理水にもアンモニア性窒素の残存することは多く、且つリン酸は必ず残存するので、共存懸濁物の影響を最小限にとどめた簡便で効果的な無機態窒素及びリンの同時除去・低減法が多くの現場で望まれている。
【００１０】
なお、窒素及びリンの同時除去法としては種々の方法が提案されている（特許文献６〜１３）が、これらの方法は窒素とリンの除去に別工程を要したり、薬注や加温・加圧を必要としたり、実排水への適用時には管理が煩雑であったり、脱窒とリン除去の両方を特定の細菌に依存したり、工程が複雑であったり、被処理水に含まれるリンの濃度に合わせた凝集材の添加が必要であったり、除去材の寿命が短かったりするなど何れも畜産の現場においては実用性に問題のある場合が多く、それらは特に中小規模の畜産現場での適用性に乏しい。
【００１１】
本発明者らの開発提案した特許文献４の方法も、懸濁物共存下では脱窒効率やリン酸除去に必要な高ｐHの維持等には別途工夫が必要であった。
【特許文献１】特開２００３−７１４９１号公報
【特許文献２】特開２００３−３３４５９０号公報
【特許文献３】特開平１１−２８５３７７号公報
【特許文献４】特願２００３−３３２４７９号公報
【特許文献５】特開２００４−１７４３２８号公報
【特許文献６】特開２００４−２３７１７０号公報
【特許文献７】特開２００３−２００１９９号公報
【特許文献８】特開平６−２３３９０号公報
【特許文献９】特開２００３−２８５０９６号公報
【特許文献１０】特開２００１−１７９２９５号公報
【特許文献１１】特開２００３−７１４５４号公報
【特許文献１２】特開平８−１０３７８７号公報
【特許文献１３】特開平１１−２３９７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、活性汚泥法等による畜舎汚水等の処理水から、それに含まれる懸濁物の低減を図ることで懸濁物による悪影響を抑制し、良好な環境での硫黄脱窒による硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素の効率の良い除去とともに同時に良好な環境におけるリン酸及びアンモニア性窒素の低減を容易且つ確実に行うことが可能な懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法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に記載の発明は、懸濁物と共に無機態窒素及びリンを含有する被処理水を、無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材を充填した複合処理槽へ導水し、濾材により共存する懸濁物を濾過しつつ、無機態窒素及びリンを除去もしくは低減し、間欠的に複合処理槽内に蓄積した懸濁物及び不溶性のリンを逆洗により排出することを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、懸濁物と共に無機態窒素及びリンを含有する被処理水を、予備処理用濾材を充填した予備処理槽に導水して懸濁物を低減し、続いて無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材を充填した複合処理槽へ導水することを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、予備処理用濾材は、軽量粒状物、複合処理槽の無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材、若しくは、複合処理槽において使用された後の脱窒基質消耗に伴う脱窒効果の低下した濾材からなることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、予備処理用濾材が、複合処理槽において使用された後の脱窒基質消耗に伴う脱窒効果の低下した濾材からなり、脱窒効果の低下した濾材を予備処理用濾材として用いる際、予備処理槽と本処理槽とを逆転して通水することを特徴とする請求項３に記載の懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、複合処理槽の無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材のリン低減効果が低下した際に、脱窒素を維持可能な範囲で水酸化マグネシウム粉末・粉粒を添加することを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材が、軽量粒状物表面に硫黄及びアルカリ性物質から成る混合物を被覆付着させた粉粒体であることを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、軽量粒状物がパーライトであることを特徴とする。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、アルカリ性物質が炭酸カルシウム及び／又は水酸化マグネシウムであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法に依れば、豚舎汚水等の畜産廃水処理水や食品工場廃水処理水のような懸濁物の共存する中で硝酸性窒素、亜硝酸性窒素、アンモニア性窒素、リン酸の同時除去が望まれる被処理水を簡易に、且つ、効果的に浄化することができ、しかも色度などの外観の改善にも寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の処理対象である被処理水は、豚舎汚水等の畜産廃水、食品工場廃水、これらを通常の生物処理した生物処理水等のように、懸濁物の共存する中で、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素、及びアンモニア性窒素を含む無機態窒素と、リン酸態リン等のリンとを含有している被処理水である。このような被処理水には、例えば硫黄脱窒細菌の炭素源となりうる物質が比較的多く含有されており、炭酸カルシウムのような炭素源となり得る物質を多用する必要が無い。
このような被処理水を処理する本発明に係る懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法は、懸濁物と共に無機態窒素及びリンを含有する被処理水を、無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材を充填した複合処理槽へ導水し、懸濁物の低減を図ることで被処理水に共存する懸濁物による影響を最小限にとどめ且つ槽内に蓄積した懸濁物及び不溶性のリンを適宜実施する逆洗により排出することで、無機態窒素及びリンの効果的な除去低減が主として複合処理槽において成されることを基本とする。
【００２３】
この方法中で複合処理槽の濾材としては、粒状、粉粒体状、粉状、塊状の資材を用いることができ、この資材としては、本発明者の一人が開発したアルカリ性物質と硫黄とが軽比重多孔質粒状物を核に被覆付着及び／含浸した組成物からなる硝酸性窒素等除去用組成物（特開２００３‐７１４９３号公報参照）を用いることが望ましい。
その核となる軽量粒状物としては真珠岩等を加熱処理して得られるいわゆるパーライト、真珠岩、坑火石、軽石、シラスバルーン等のシラス加工物、軽量セラミック、ガラス発泡物等を用いることができ、脱窒基質を構成するアルカリ性物質としては炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、ドロマイト、石灰岩、水酸化アルミニウム、軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）等の粉末、粉粒、細粒を用いることができる。炭酸カルシウム及び水酸化マグネシウムを用いれば、硫黄酸化細菌による独立栄養性脱窒法により酸化態窒素の脱窒に優れると共に、アンモニア性窒素及びリンを除去することができる。
【００２４】
更に、水酸化マグネシウム粉末、粉粒としては天然鉱物のブルーサイト（水滑石）や同鉱物を主要構成鉱物として含む岩石の破砕粉砕物を用いることが好ましいが、その他海水等由来や化学合成等による水酸化マグネシウムであっても使用できる。
【００２５】
このような資材としては、３〜６ｍｍ程度の粒径を有する粒子が好ましく、この粒子が複数溶着して大型化されたものであっても用いることができる。この粒子中のアルカリ性物質の粒径としては、概ね０．１ｍｍ以下、軽比重多孔質粒状体の粒径としては、２〜５ｍｍ程度であるのが好適である。
この資材の嵩比重としては、０．６〜０．９ｇ／ｃｍ３が望ましい。この資材の粒子が親水性的な性質を有しているため、被処理水の処理時には、水分を含んで沈降し良好な処理を実現すると共に、逆洗時には容易に浮遊して逆洗を行うことができるため、簡易な処理を実現し易いからである。
また、粒子の形状は、球状に近いものが好ましい。球状であれば、濾過性能が高くなり、逆洗の回数を少なく抑え易いからである。
【００２６】
このような資材を用いて、被処理水を処理するには、複合処理槽に資材を充填して、被処理水を例えば複合処理槽の頂部側から導水して、適宜、ＨＲＴ等の各種条件を設定して下向き流で通水し、底部側から処理水を排出させるなどにより、被処理水を処理することができる。
この処理においては、例えば、処理後の処理水のｐＨが８．０〜８．５の範囲とするのが好適である。このようなｐＨの範囲では、リンの除去能が確保し易く、硝酸性窒素の除去能も確保し易いからであり、更に、亜硝酸性窒素の増加を抑制できるか減少させる傾向も見られた。
【００２７】
また、この処理期間中には、被処理水中の懸濁物が濾材により濾過されると共に、硫黄酸化細菌等が増殖し、あるいは、石膏微粒子が生成されることにより形成された固形分等も濾材に捕捉される。そのため、定期又は不定期に間欠的に濾材を逆洗しつつ、処理を継続するのが好ましい。
【００２８】
このような被処理水の処理によれば、複合処理槽により、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素、アンモニア性窒素、リン酸の同時除去が効率的に行えると同時に、懸濁物を濾過することが可能であり、色度などの外観の改善も行える。そのため、簡易な処理方法により被処理水の処理を簡略化できる。しかも、資材として上述のような所定のものを用いれば、逆洗により容易に濾材の機能を維持することが可能であり、簡易に懸濁物の影響を抑制して長期に亘り順調に無機態窒素及びリン酸を除去低減することができる。
【００２９】
本発明の方法では、確実に懸濁物の影響を抑制し長期に亘り順調に無機態窒素及びリン酸を除去低減する場合には、予備処理用濾材を充填した予備処理槽に導水して懸濁物を低減してから、複合処理槽に導水することも好ましい。
【００３０】
予備処理槽に充填する予備処理用濾材としては、懸濁物を除去できるものであれば、特に限定されるものではないが、粒状の資材を濾材として用いるのがよい。このような資材としては、真珠岩等を加熱処理して得られるいわゆるパーライト、真珠岩、坑火石、軽石、シラスバルーン等のシラス加工物、軽量セラミック、ガラス発泡物、ALC粒、浄水場発生土加工物、鹿沼土等の火山灰起源土壌の加工物等を用いることができる。
この資材としては、嵩比重が０．３〜０．９ｇ／ｃｍ３のものを用いるのが好ましい。ここでは、資材の粒子が親水性的な性質を有しているため、被処理水の処理時には、水分を含んで沈降し、濾過機能を発揮し、逆洗時には容易に浮遊して逆洗を行うことができるからである。
【００３１】
ここでは、特に、複合処理槽の濾材として用いるものと同様の資材、若しくは、複合処理槽において使用された後の脱窒基質消耗に伴う脱窒効果の低下した資材を用いることが好ましい。この脱窒基質消耗に伴う脱窒効果の低下した資材とは、十分な脱窒効果が得られなくなった資材であり、例えば、アルカリ性物質と硫黄とが軽比重多孔質粒状物を核に被覆付着及び／含浸した組成物からなる硝酸性窒素等除去用組成物の場合、長期間処理に供されたり、繰り返し逆洗等を受けて磨耗することにより、軽比重多孔質粒状物の表面の硫黄及び炭酸カルシウムに代表される脱窒基質が消費されたり、脱窒基質が剥離し、その結果、所望の脱窒速度が得られなくなったものなどである。これは、後述する水酸化マグネシウムを添加するリンの除去能の回復を繰り返し行い、長期間使用した後に生じるものである。
【００３２】
このような資材を予備処理用濾材として用いれば、適切な比重を有して逆洗が行い易いだけでなく、僅かながら脱窒作用が残存しているため、装置全体としての脱窒効果を向上させることも可能である。
しかも、このようにすれば、複合処理槽と予備処理槽とに用いる資材の種類を少なくできて資材の無駄を抑えることができる。
このように予備処理槽により予め懸濁物を減少させてから、複合処理槽に被処理水を導水すれば、複合処理槽の濾材に捕捉される懸濁物の量を抑えることができて、濾材の通水性を維持し易い。このことは、逆洗の回数を減らすことになり、逆洗による濾材の磨耗等に起因する劣化を抑制でき、好適である。
【００３３】
更に、本発明の方法では、より確実に懸濁物の影響を抑制し長期に亘り順調に無機態窒素及びリン酸を除去低減する場合は、懸濁物と共に無機態窒素及びリンを含有する被処理水を、予備処理用濾材を充填した予備処理槽続いて無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材を充填した複合処理槽へ導水し、予備処理槽において懸濁物の低減を図り、共存する懸濁物による影響を最小限にとどめた無機態窒素及びリンの除去低減が主として複合処理槽において成され、複合処理槽に充填された無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材の脱窒基質消耗に伴う脱窒効果の低下を機に、予備処理用濾材に換えて新たに無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材を予備処理槽へ充填し、その後はそれまでの予備処理槽と複合処理槽を逆転した運転操作を行い、以後はそれを繰り返し、且つ槽内に蓄積した懸濁物及び不溶性のリンを適宜実施する逆洗により排出することで被処理水に共存する懸濁物による影響を最小限にとどめることができる。
このようにすれば、複合処理槽において劣化した資材からなる濾材を、移動させることなく予備処理用濾材として利用することができ、極めて作業性がよく、好適である。
【００３４】
本発明の方法では、上記何れの場合であっても、さらに無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材のリン低減効果が低下した際、複合処理槽へ脱窒素を妨げない程度に水酸化マグネシウム粉末・粉粒を添加することによりリン除去性能の維持、回復を図ることができる。
【００３５】
この水酸化マグネシウムは、溶解による消費や、被処理水中に含まれる炭酸イオン等により表面が炭酸化され、そのアルカリ性が低下しやすい。そのため、被処理水の処理を継続することにより、不足し易い。そこで、この発明の方法では、リン低減効果が低下した時点で、複合処理槽中に水酸化マグネシウムが存在するか否かに関わらず、水酸化マグネシウムを添加することとしている。
更に、この水酸化マグネシウムは、多量に添加すると、ｐＨを過剰に上昇させて脱窒能を低下乃至は無効にすることもある。そのため、この発明では、脱窒素を妨げない程度に添加する必要がある。
なお、ここでは、水酸化マグネシウムを粉末・粉粒として添加するのが、被処理水との接触面積を大きくできる等の理由で好ましいが、逆洗時に複合処理槽から流出する懸念も存在する。ところが、この発明では、複合処理槽に上述のような資材からなる濾材を用いることにより、濾過性能を確保し易く、そのため逆洗の回数を少なく抑えることができる。しかも、水酸化マグネシウムは、懸濁物より比重が重いため、複合処理槽の濾材中に留まり易い。そのため、水酸化マグネシウムの添加により、その効果を十分に発現させることが可能となっているのである。
【００３６】
リン低減効果が低下したことを判定するための指標としては、例えば、複合処理槽から排出される処理水中のリン酸濃度を用いてもよいが、処理水のｐＨを用いることができる。このｐＨとして例えばｐＨ８以下に達したことにより、リン低減効果が低下したと判定してもよい。
そして、水酸化マグネシウム粉末・粉粒を添加する際には、過剰に添加するとｐＨが上昇しすぎて、細菌の活性が低下して脱窒能が低下し易いという理由で、例えば、水酸化マグネシウム粉末・粉粒を添加した状態で複合処理槽から排出される処理水のｐＨが８〜８．５の範囲を維持するように添加することができ、複数回に分けて添加することも好ましい。
【００３７】
次に、本発明の方法により被処理水を処理するための処理装置の一例について説明する。
処理装置としては、図1で示すような装置（実施例）を用いることができる。図1中、符号1は予備処理槽、２は予備処理用濾材、３は複合処理槽、４は無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材、５は水酸化マグネシウム粉末、６は被処理水、７は処理水を示す。但し、この実施の形態に限定されるものではない。
【００３８】
このような処理装置では、まず、予備処理槽１の予備処理用濾材２及び複合処理槽３の無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材４として、上記のような資材を充填する。そして、図１中、実線で示すように、被処理水６を予備処理槽１から通水し、続いて複合処理槽３に通水して、処理水７を複合処理槽３から排出することにより処理を行う。
この処理期間中には、予備処理槽１及び複合処理槽３では、図示しない逆洗装置や曝気装置等を用いて、定期又は不定期に間欠的に逆洗操作を行い、処理能力を維持させる。また、処理水７においてリンの低減効果が低下した時点では、複合処理槽３に水酸化マグネシウム粉末５の添加を行うことにより処理を継続する。
【００３９】
そして、無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材４の無機態窒素の低減効果が低下し、所望の脱窒速度が得られなくなった時点で、予備処理槽１から予備処理用濾材２を抜き出し、新たに無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材４を予備処理槽１に充填した上で、予備処理槽１と複合処理槽３とを逆転させる操作を行う。即ち、予備処理槽１を複合処理槽３’とし、複合処理槽３を予備処理槽１’とする。このとき、複合処理槽３’内に充填されていた予備処理用濾材２は廃棄し、新たな無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材４’を充填する。また、予備処理槽１’内に充填されていた無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材４は充填された状態のままにし、この濾材４を予備処理用濾材２’として利用する。
この状態で、図１中、鎖線で示すように、被処理水６’を予備処理槽１’から通水し、続いて複合処理槽３’に通水して、処理水７’を複合処理槽３’から排出することにより処理を行う。この装置では、更に、このような操作を繰り返すことにより、長期間連続して処理を行うことができる。
なお、使用後の廃棄される予備処理用濾材２は、その後、他の用途に利用することもでき、パーライト等の場合には、堆肥製造の副資材や土壌改良材などとして有効に利用することも可能である。
【００４０】
このような装置では、本発明に係る懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法は、豚舎汚水等の畜産廃水処理水や食品工場廃水処理水のような懸濁物の共存する被処理水から無機態窒素及びリン酸が効果的に除去され放流先の水環境保全にも寄与することから、懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理に適する。
【実施例】
【００４１】
上述した懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水処理の有効性を確認するべく、本発明として図1の装置（実施例）を作成し、茨城県つくば市池の台２に所在の畜産草地研究所において実際の養豚畜舎汚水を生物処理した液を供試して試験を行った。この実施例においては、複合処理槽３と予備処理槽１とを逆転させた運転は行わなかった。
【００４２】
予備処理槽１として容量：５リットル、本処理槽３として容量：５リットルのものを備えつけた。
【００４３】
予備処理用濾材２として真珠岩系パーライト（太平洋パーライト株式会社製）：０．５リットル（層厚１００ｍｍ）、無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材４として真珠岩系パーライト（太平洋パーライト株式会社製）表面に、硫黄（細井化学工業株式会社製）：３７重量％、炭酸カルシウム（株式会社ニッチツ製）：１８．５重量％、水酸化マグネシウム（中国産）：４４．５重量％から成る混合物を被覆付着させた粉粒体で粒径２〜２５ｍｍの資材：０．５リットル（層厚１００ｍｍ）を適用し、水酸化マグネシウム粉末５として平均粒子径１０μｍの試料（中国産）を添加し、表１に示す水質の被処理水を定量ポンプにより予備処理槽１続いて本処理槽３へＨＲＴ２．５時間、処理水温２０℃の条件で導水した。
【００４４】
【表１】
【００４５】
比較例としては、単独の処理槽において、無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材として硫黄（細井化学工業株式会社製）：３５重量％、炭酸カルシウム（株式会社ニッチツ製）：４５重量％、水酸化マグネシウム（中国産）：２０重量％から成る粒径５〜２０ｍｍの混合物３リットルにＨＲＴ３６時間、処理水温２０℃の条件で表１の水質の被処理水を通水した。
【００４６】
試験の結果は、表２及び図２〜図６に示す通りであった。表２は比較例による浄化効果、図２〜図６は実施例による浄化効果を示す。
図２は、実施例における酸化態窒素、硝酸態窒素、無機態窒素の除去速度、即ち窒素除去能の変化を示す。図３は、原水（被処理水）ｐHと亜硝酸性窒素増加量の関係を示す。図４は、リン酸態リンの除去速度、即ちリン酸除去能の変化と、水酸化マグネシウムの添加によるリン酸除去能の回復効果を示す。図５は、処理水ｐHとリン酸除去能の関係を示す。図６は、パーライトを用いた予備処理による浮遊懸濁物（ＳＳ）の除去効果を示す。
なお、表２及び図２において無機態窒素として示されている中に、酸化態窒素（硝酸、亜硝酸）及びアンモニア性窒素の全てが含まれる。
【００４７】
【表２】
【００４８】
比較例による浄化効果は表２に示すとおりで、浮遊懸濁物（ＳＳ）については特記するほどの浄化効果が無く示さなかったが、硝酸性（硝酸態と同意）窒素の除去速度については試験期間１３０日を通じて最小でも０．１０kg／m3／dayの値を示し良好であった。
【００４９】
しかしながら比較例においては、試験開始後２０日以降、亜硝酸性窒素及びアンモニア性窒素除去速度が急減し、リン酸態リンについては供試の被処理水を上回る濃度が処理水中に含まれる場合があった。それら除去効果の低下は何れも処理水ｐHが8以下となった場合に見られたが、硝酸性窒素除去能が逆洗により回復したのと異なり、逆洗を行ってもｐHの上昇やアンモニア性窒素除去、リン酸態リン除去効果の回復は殆ど見られなかった。
【００５０】
これに対し実施例では、試験開始後８０日以降に窒素除去能は漸減の傾向にあったが、被処理水中の亜硝酸性窒素濃度が０．２ｋｇ／ｍ3／ｄａｙ以下であれば、HRT２．５時間（比較例のＨＲＴは３６時間）でも０．３ｋｇ／ｍ3／ｄａｙ以上の窒素除去能を示し、比較例に比して明らかに優った（図２参照）。なお、試験後半は原水（被処理水）ｐHが７．６以下であった場合が多く、そのような場合には亜硝酸性窒素が比較的多く含まれ、０．１ｋｇ／ｍ3／ｄａｙ以上の値を示すことも少なくなかった（図３参照）。
【００５１】
また実施例では、処理水ｐHが８．０以下となった５０日目以降、逆洗等の操作を行ったがｐH及びリン酸除去能の回復が思わしくなく、６８日目以降８４日目にかけて３０ｇの水酸化マグネシウムを7回に分け本処理槽３の上部から添加したところ処理水ｐHが８．０以上に回復、同時にリン酸除去能も０．１ｋｇ／ｍ3／ｄａｙ以上に回復し、比較例に比して明らかに優った（図４，５参照）。
【００５２】
さらに実施例では、被処理水（原水）中のＳＳが１１９〜１６９ｍｇ／Ｌであったものが予備処理により８〜１０ｍｇ／Ｌにまで低下し、９１．６重量％〜９５．３重量％の除去率を示した（図６参照）。図６では５日目までの結果を示したが、試験期間中に濾過抵抗の増大を指標にした適宜の逆洗を行うことで、継続的良好に５日目までと同様の濾過効果が持続した。
【００５３】
また、処理水ｐHを８．０以上とすればリン酸除去能が維持されるだけでなく、亜硝酸性窒素の蓄積や生成も抑制される傾向が見られたことから、長期稼動の硫黄脱窒に散見される亜硝酸性窒素の残存による酸化態窒素除去能の低下を抑制できる可能性も示唆された（図３、５参照）。
【００５４】
なお、視覚による比較であるが、実施例の処理水は原水（被処理水）はもとより比較例と比べ、色調の改善がなされていた。
【００５５】
ところで、脱窒濾材として使用後に予備処理用濾材として転用した後の濾材は、表面の硫黄分がほぼ消費されている一方で、不溶化したリン、窒素、マグネシウム成分が表面に沈着している場合があり、濾材がパーライトを主とする場合それは法定土壌改良材として公認されており且つ堆肥化においても良質の副資材として認知されていることから、パーライト及び被処理水等に含まれる肥料成分の循環利用という点から有望なリサイクル資材となり得る。
【００５６】
なお、本発明は上述した実施（実施例）の形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施例に係る懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理装置を示す説明図である。
【図２】本発明の実施例における酸化態窒素、硝酸態窒素、無機態窒素の除去速度、即ち窒素除去能の変化を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例における原水（被処理水）ｐHと亜硝酸性窒素増加量の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例におけるリン酸態リンの除去速度、即ちリン酸除去能の変化と、水酸化マグネシウムの添加によるリン酸除去能の回復効果を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例における処理水ｐHとリン酸除去能の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例におけるパーライトを用いた予備処理による浮遊懸濁物（ＳＳ）の除去効果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１、１’ 予備処理槽
２、２’ 予備処理用濾材
３、３’ 複合処理槽
４、４’ 無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材（脱窒濾材）
５、５’ 水酸化マグネシウム粉末
６、６’ 被処理水（原水）
７、７’ 処理水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
懸濁物と共に無機態窒素及びリンを含有する被処理水を、無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材を充填した複合処理槽へ導水し、濾材により共存する懸濁物を濾過しつつ、無機態窒素及びリンを除去もしくは低減し、間欠的に複合処理槽内に蓄積した懸濁物及び不溶性のリンを逆洗により排出することを特徴とする懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法。
【請求項２】
懸濁物と共に無機態窒素及びリンを含有する被処理水を、予備処理用濾材を充填した予備処理槽に導水して懸濁物を低減し、続いて無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材を充填した複合処理槽へ導水することを特徴とする請求項１に記載の懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法。
【請求項３】
予備処理用濾材は、軽量粒状物、複合処理槽の無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材、若しくは、複合処理槽において使用された後の脱窒基質消耗に伴う脱窒効果の低下した濾材からなることを特徴とする請求項２に記載の懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法。
【請求項４】
予備処理用濾材は、複合処理槽において使用された後の脱窒基質消耗に伴う脱窒効果の低下した濾材からなり、脱窒効果の低下した濾材を予備処理用濾材として用いる際、予備処理槽と本処理槽とを逆転して通水することを特徴とする請求項３に記載の懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法。
【請求項５】
複合処理槽の無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材のリン低減効果が低下した際に、脱窒素を維持可能な範囲で水酸化マグネシウム粉末・粉粒を添加することを特徴とする請求項１乃至は４の何れか一つに記載の懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法。
【請求項６】
無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材が、軽量粒状物表面に硫黄及びアルカリ性物質から成る混合物を被覆付着させた粉粒体であることを特徴とする請求項１乃至は５の何れか一つに記載の懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法。
【請求項７】
軽量粒状物がパーライトであることを特徴とする請求項６に記載の懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法。
【請求項８】
アルカリ性物質が炭酸カルシウム及び／又は水酸化マグネシウムであることを特徴とする請求項６又は７に記載の懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法。
【請求項１】
懸濁物と共に無機態窒素及びリンを含有する被処理水を、無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材を充填した複合処理槽へ導水し、濾材により共存する懸濁物を濾過しつつ、無機態窒素及びリンを除去もしくは低減し、間欠的に複合処理槽内に蓄積した懸濁物及び不溶性のリンを逆洗により排出することを特徴とする懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法。
【請求項２】
懸濁物と共に無機態窒素及びリンを含有する被処理水を、予備処理用濾材を充填した予備処理槽に導水して懸濁物を低減し、続いて無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材を充填した複合処理槽へ導水することを特徴とする請求項１に記載の懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法。
【請求項３】
予備処理用濾材は、軽量粒状物、複合処理槽の無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材、若しくは、複合処理槽において使用された後の脱窒基質消耗に伴う脱窒効果の低下した濾材からなることを特徴とする請求項２に記載の懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法。
【請求項４】
予備処理用濾材は、複合処理槽において使用された後の脱窒基質消耗に伴う脱窒効果の低下した濾材からなり、脱窒効果の低下した濾材を予備処理用濾材として用いる際、予備処理槽と本処理槽とを逆転して通水することを特徴とする請求項３に記載の懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法。
【請求項５】
複合処理槽の無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材のリン低減効果が低下した際に、脱窒素を維持可能な範囲で水酸化マグネシウム粉末・粉粒を添加することを特徴とする請求項１乃至は４の何れか一つに記載の懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法。
【請求項６】
無機態窒素・リンの低減に寄与する濾材が、軽量粒状物表面に硫黄及びアルカリ性物質から成る混合物を被覆付着させた粉粒体であることを特徴とする請求項１乃至は５の何れか一つに記載の懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法。
【請求項７】
軽量粒状物がパーライトであることを特徴とする請求項６に記載の懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法。
【請求項８】
アルカリ性物質が炭酸カルシウム及び／又は水酸化マグネシウムであることを特徴とする請求項６又は７に記載の懸濁物を伴う無機態窒素・リン含有水の処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１３６７５２（Ｐ２００６−１３６７５２Ａ）
【公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２５７７０（Ｐ２００４−３２５７７０）
【出願日】平成１６年１１月１０日（２００４．１１．１０）
【出願人】（５０１２０３３４４）独立行政法人農業・生物系特定産業技術研究機構 (827)
【出願人】（３９１０５４２６８）株式会社ニッチツ (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１０日（２００４．１１．１０）
【出願人】（５０１２０３３４４）独立行政法人農業・生物系特定産業技術研究機構 (827)
【出願人】（３９１０５４２６８）株式会社ニッチツ (8)
【Ｆターム（参考）】
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