生物学的窒素除去方法及びシステム
【課題】 ＢＯＤ成分を含有する対象処理液であっても効率良く窒素除去でき、且つ外部からの有機炭素源の供給を低減若しくは不要化することができる生物学的窒素除去方法及びシステムを提供する。
【解決手段】 アンモニア成分とＢＯＤ成分を含有する対象処理液３０を、アンモニア含有液３２とＢＯＤ含有液３１に分離するＢＯＤ分離装置１０を設け、該アンモニア含有液二つに分配し、一方の液３２を好気性アンモニア酸化槽１１に流入させて処理液中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素まで酸化し、他方の液３３と前記好気性アンモニア酸化槽１１からの処理液を混合して嫌気性アンモニア酸化槽１２に投入し、嫌気性アンモニア酸化微生物の作用によりアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を反応させて窒素ガスまで分解した後、前記嫌気性アンモニア酸化槽１２からの処理液を嫌気性脱窒槽１３に流入させて残留する窒素成分を除去するようにし、該嫌気性脱窒槽１３に前記ＢＯＤ含有液３１を導入し、有機炭素源として有効利用する。
【解決手段】 アンモニア成分とＢＯＤ成分を含有する対象処理液３０を、アンモニア含有液３２とＢＯＤ含有液３１に分離するＢＯＤ分離装置１０を設け、該アンモニア含有液二つに分配し、一方の液３２を好気性アンモニア酸化槽１１に流入させて処理液中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素まで酸化し、他方の液３３と前記好気性アンモニア酸化槽１１からの処理液を混合して嫌気性アンモニア酸化槽１２に投入し、嫌気性アンモニア酸化微生物の作用によりアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を反応させて窒素ガスまで分解した後、前記嫌気性アンモニア酸化槽１２からの処理液を嫌気性脱窒槽１３に流入させて残留する窒素成分を除去するようにし、該嫌気性脱窒槽１３に前記ＢＯＤ含有液３１を導入し、有機炭素源として有効利用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、し尿、浄化槽汚泥、下水汚泥、家畜糞尿、各種工場排水、メタン発酵液等のアンモニア成分及びＢＯＤ成分を含有する対象処理液の窒素除去技術に関し、特に、嫌気性条件下でアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを反応させて窒素ガスに分解する嫌気性アンモニア酸化処理を含む生物学的窒素除去方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
廃水中に含有される窒素分は、河川、湖沼或いは内湾などにおける富栄養化の要因の一つであるため、この窒素分を効率的に除去する様々な技術が開発、実用化されている。廃水中に含有される窒素分は、その廃水の種類、性状にもよるが、アンモニア性窒素として存在することが多く、その他、有機態窒素、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素等の存在形態でも含有される。従来の窒素除去技術において、ＢＯＤ濃度の低い廃水中のアンモニア性窒素を生物学的に除去する方法としては、図９に示される処理方法（非特許文献１参照）が広く用いられていた。これは、廃水７０を好気性アンモニア酸化槽７１内に導入し、空気７３により曝気して好気性状態にしながら適宜アルカリ剤７２を添加してｐＨ調整を行い、好気性微生物の作用によりアンモニア性窒素を酸化した後、生成した酸化態窒素を含有する処理液を嫌気性脱窒槽７４に導入し、エタノール等の有機炭素源７５を添加しつつ嫌気性状態で分解除去する方法である。このとき、嫌気性脱窒槽７４にて残留した窒素分は再曝気槽７６にて空気７７の供給により除去される。しかし、この方法では、薬品量及び酸素量が多く必要とされ、運転経費が極めて高いという問題があった。
【０００３】
一方、これに替わるものとして、近年図１０に示すような好気性状態と嫌気性状態の両方でアンモニアを酸化し、好気性状態でのアンモニア酸化で生成した亜硝酸性窒素を嫌気性アンモニア酸化段階で分解除去する方法が検討されている（非特許文献１参照）。この方法は、アンモニア性窒素を含有する廃水７０を好気性アンモニア酸化槽７１にて亜硝酸性窒素まで酸化し、該亜硝酸性窒素を含有する処理水と、廃水７０の一部を分岐させた分岐廃水７８とを所定比率で混合して、嫌気性アンモニア酸化槽７９で嫌気性条件下にて以下のような反応式によりアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を反応させ、窒素ガスまで分解するものである。
1.0ＮＨ4＋＋1.32ＮＯ2−＋0.066ＨＣＯ3−＋0.13Ｈ＋
→1.02Ｎ2＋0.26ＮＯ3−＋0.066ＣＨ2Ｏ0.5Ｎ0.15＋2.03Ｈ2Ｏ
上記した反応は、嫌気性アンモニア酸化（anaerobic ammonium oxidation:anammox）と呼ばれ、脱窒処理時に有機炭素源の添加が必要とされないことから、図９に示した従来法より薬品量、酸素量ともに大幅に低減される画期的な方法である。
【０００４】
図９に示される従来例１のシステムと図１０に示される従来例２のシステムにおいて、各処理過程における水質成分及び各供給物質の供給量を図１１（従来例１に対応）及び図１２（従来例２に対応）に示す。これらの表によれば、従来例１では必要とされるＴＯＴＡＬ酸素量が４７９９であるのに対して、従来例２の嫌気性アンモニア酸化を用いた処理では、必要とされるＴＯＴＡＬ酸素量が１９６０と半分以下であり、且つメタノール供給量、ＨＲＴ（滞留時間）ともに従来例２の方が大幅に低いことが分かる。ここからも明らかなように、嫌気性アンモニア酸化を用いた窒素除去処理は、メタノール等の外部から添加する有機炭素源量、酸素供給量が少なく、さらに装置も小型化できる方法であることが分かる。
【０００５】
また、特許文献１（特開２００１−１７０６８４号公報）には、嫌気性アンモニア酸化を用いた処理として、アンモニア含有廃水を好気性アンモニア酸化する第一工程と、該第一工程の固液分離処理水を嫌気性アンモニア酸化する第二工程と、前記第一工程の反応液に、アンモニア酸化細菌群を馴養させた種汚泥を供給する工程とからなる方法が開示されている。種汚泥供給工程は、好気性アンモニア酸化において硝化反応を亜硝酸の段階で停止して硝酸が生成しないように微生物環境を形成することを目的としている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１７０６８４号公報
【非特許文献１】水環境学会誌 VOL27,NO7(2004)「嫌気性アンモニア酸化法の有効性と実用化に向けた対策」（井坂和一著）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、従来例２に示した嫌気性アンモニア酸化を用いた窒素除去処理は種々提案されているが、この方法によって従来例１よりも薬品添加量、酸素供給量ともに大幅に低減されるものの、依然として有機炭素源としての薬品量は必要であった。また、この方法では対象処理液中にＢＯＤ成分がある程度以上存在すると特殊な微生物を利用する嫌気性アンモニア酸化反応の微生物機能が阻害されるという問題もあった。従って、非特許文献１や特許文献１に記載される方法は、何れもＢＯＤ成分を殆ど含まない廃水を処理対象としており、従来はＢＯＤ成分を含有する対象処理液については考慮されていないのが実状であった。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、ＢＯＤ成分を含有する対象処理液であっても効率良く窒素除去でき、且つ外部からの有機炭素源の供給を低減若しくは不要化することができる生物学的窒素除去方法及びシステム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】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、
アンモニア成分とＢＯＤ成分を含有する対象処理液を、亜硝酸性窒素の存在下で嫌気性微生物の作用により酸化する嫌気性アンモニア酸化工程と、該嫌気性アンモニア酸化工程からの処理液を脱窒処理する嫌気性脱窒工程と、を含む生物学的窒素除去方法において、
前記対象処理液をアンモニア含有液とＢＯＤ含有液に分離するＢＯＤ分離工程を備え、該アンモニア含有液を前記嫌気性アンモニア酸化工程に流入させるとともに、前記ＢＯＤ含有液を前記嫌気性脱窒工程に流入させることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、前記嫌気性アンモニア酸化工程にて、対象処理液中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素が反応し、窒素ガスまで分解される。さらに残留する硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素は、後段の嫌気性脱窒工程にて窒素ガスまで還元され、対象処理液から窒素分が除去される。尚、前記嫌気性アンモニア酸化工程の前段に、好気性アンモニア酸化工程を設け、対象処理液の少なくとも一部を流入させてアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素まで酸化し、前記嫌気性アンモニア酸化工程にて、他の一部の対象液中のアンモニア性窒素と前記亜硝酸窒素とを反応させるようにしても良い。
本発明によれば、ＢＯＤ成分を含有する対象処理液であっても、嫌気性アンモニア酸化に寄与する微生物を失活させることなく効率良く窒素除去することができ、且つ前記ＢＯＤ成分を分離して嫌気性脱窒工程に導入し、有機炭素源として有効利用しているため、外部から添加すべき有機炭素源としての薬品量を大幅に低減若しくは不要化することが可能である。
【００１０】
また本発明において、前記ＢＯＤ分離工程は、前記対象処理液を曝気しながら液中浸漬膜分離によりアンモニア含有液とＢＯＤ含有液に膜分離することが好ましい。
このように、前記ＢＯＤ分離工程にて液中浸漬膜分離を用いることにより、ＢＯＤ成分とアンモニア成分の分離と同時に、対象処理液中に存在する有機態窒素を加水分解してアンモニア化することができ、後段における窒素除去率が向上する。
これは、対象処理液中に窒素成分としてアンモニア以外に蛋白質、アミノ酸等の有機態窒素が含まれている場合、ＢＯＤ分離工程にて有機態窒素がＢＯＤ成分とともに後段の嫌気性脱窒工程に流入し、これがこの部分及びその後の再曝気工程でアンモニア化、さらには酸化態窒素へと転換して全体として窒素除去効率が下がるという惧れがあるが、本発明のように、膜面のフラッシングのために空気を供給して曝気を行う液中膜分離を用いることにより、有機態窒素が加水分解してアンモニア化するため、上記したような問題の発生を回避できる。
【００１１】
また、前記対象処理液を有機酸発酵する有機酸発酵工程と、有機酸発酵液をメタン発酵するメタン発酵工程とを備え、メタン発酵液を前記ＢＯＤ分離工程に送給する前記生物学的窒素除去方法であって、
前記有機酸発酵液若しくは前記メタン発酵液から少なくとも一部を分岐させ、該分岐液を有機酸含有液と有機酸分離液とに分離する有機酸分離工程を備え、
前記有機酸含有液を前記嫌気性脱窒工程に流入させるとともに、前記有機酸分離液を前記有機酸発酵工程若しくは前記メタン発酵工程に返送することを特徴とする。
本発明のように、前記有機酸発酵液若しくは前記メタン発酵液から有機酸を排除し、有機酸を除去した有機酸分離液を有機酸発酵工程に返送すると、有機酸発酵工程での有機酸濃度を低く抑えられる。一般に有機酸濃度が上昇すると有機酸関連微生物が阻害されて有機酸転換率、メタンガス転換率に制限があったが、本発明によればこの阻害が軽減され、有機酸転換率を大きく維持することができる。また、有機酸転換率が向上することにより、メタン発生量が増加するという効果も奏する。また、有機酸含有液を嫌気性脱窒工程に導入することにより、外部から添加する有機炭素源量を低減若しくは不要化することが可能である。
【００１２】
また、前記有機酸含有液の少なくとも一部を、前記嫌気性アンモニア酸化工程に導入するようにしても良い。
前記嫌気性アンモニア酸化工程の前段に好気性アンモニア酸化工程を設けた場合、ここでアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素まで酸化するが、後段にて嫌気性アンモニア酸化を行うためには硝酸性窒素までの酸化は防止しなければならない。そこで、前記有機酸含有液の少なくとも一部を、前記嫌気性アンモニア酸化工程に導入することで亜硝酸性窒素を硝酸性窒素まで酸化する微生物（以下、硝酸化菌と呼称する）の活性を低下せしめることができ、硝酸性窒素の発生を最小限に抑えることが可能となる。これは、有機酸発酵またはメタン発酵では、酢酸などとともにプロピオン酸も生成することが知られているが、特にこのプロピオン酸の硝酸化菌への活性阻害が強いことを利用するものである。このように、本発明によれば、好気性アンモニア酸化工程においてアンモニア性窒素の硝化反応を亜硝酸性窒素で停止させ、亜硝酸性窒素への転換を確実にすることが可能である。
【００１３】
さらに、前記対象処理液が各種生物処理施設から排出される廃水であって、該処理施設にて発生する悪臭ガスを処理する脱臭工程を備えた前記生物学的窒素除去方法において、
前記脱臭工程が少なくとも酸洗浄工程を含み、該酸洗浄工程から排出される酸洗浄廃液を前記アンモニア含有液と合流させて前記嫌気性アンモニア酸化工程に流入させることを特徴とする。
さらにまた、前記対象処理液が各種生物処理施設から排出される廃水であって、該処理施設にて発生する悪臭ガスを処理する脱臭工程を備えた前記生物学的窒素除去方法において、
前記脱臭設備工程が少なくともアルカリ洗浄工程を含み、該アルカリ洗浄工程からのアルカリ洗浄廃液を前記嫌気性脱窒工程に導入することを特徴とする。
これらの発明によれば、アンモニアを多く含有する酸洗浄廃液を前記嫌気性アンモニア酸化工程に導入することによって、廃水と洗浄廃液の処理を統合的に行うことができ、システムのコンパクト化が可能となり、また、有機酸を多く含有するアルカリ洗浄廃液を嫌気性脱窒工程に導入することにより、有機炭素源として有効利用することができ、外部から添加する有機炭素源量を低減若しくは不要化することが可能である。
【００１４】
また、前記対象処理液を機械的固液分離して固液分離液と汚泥を得る機械的固液分離工程と、該固液分離液に凝集剤を添加した後膜分離して濃縮液と透過液を得る膜分離工程と、を備え、前記透過液を前記ＢＯＤ分離工程に送給するとともに、前記濃縮液を前記機械的固液分離工程に返送することを特徴とする。
本発明は、し尿、家畜糞尿等の固形性ＢＯＤ、コロイド性ＢＯＤを多く含有する対象処理液の処理に適している。固形性ＢＯＤ、コロイド性ＢＯＤは嫌気性アンモニア酸化微生物への阻害となるため、予めこれらのＢＯＤを分離除去することにより、嫌気性アンモニア酸化工程の反応効率を良好に維持し、窒素除去効率の低下を防止できる。
【００１５】
さらに、前記対象処理液を機械的固液分離して固液分離液と汚泥を得る機械的固液分離工程を備え、該分離液を前記ＢＯＤ分離工程に送給し、該ＢＯＤ分離工程にて膜分離を行うようにしたことを特徴とする。
本発明は、浄化槽汚泥等の固形性ＢＯＤを多く含み、且つ固液分離性が良好な処理対象の処理に適している。これは予め固形性ＢＯＤ等を除去した対象処理液に対して窒素除去処理を行うようにしたため、嫌気性アンモニア酸化微生物への阻害を軽減することができるとともに、システムのコンパクト化が可能となる。
【００１６】
さらにまた、各種生物処理施設にて発生する悪臭ガスの酸洗浄工程とアルカリ洗浄工程を含む脱臭工程と、前記酸洗浄工程からの酸洗浄廃液を亜硝酸窒素の存在下で嫌気性微生物の作用により酸化する嫌気性アンモニア酸化工程と、該嫌気性アンモニア酸化工程からの処理液を脱窒処理する嫌気性脱窒工程と、を備え、前記アルカリ洗浄工程からのアルカリ洗浄廃液を前記嫌気性脱窒工程に導入することを特徴とする。
これにより、脱臭廃液を効率的に処理することが可能となり、また脱臭廃液の処理に際して、外部より添加する有機炭素源量を低減若しくは不要化することができる。
【００１７】
また、システムの発明として、アンモニア成分とＢＯＤ成分を含有する対象処理液を二つに分配し、一方の対象処理液を好気性微生物の作用により酸化する好気性アンモニア酸化槽と、他方の対象処理液と前記好気性アンモニア酸化槽からの処理液を混合して嫌気性微生物の作用により酸化する嫌気性アンモニア酸化槽と、該嫌気性アンモニア酸化槽からの処理液を脱窒処理する脱窒処理槽と、を含む生物学的窒素除去システムにおいて、
前記対象処理液をアンモニア含有液とＢＯＤ含有液に分離するＢＯＤ分離装置を設け、該アンモニア含有液を前記好気性アンモニア酸化槽若しくは前記嫌気性アンモニア酸化槽に流入させるアンモニア含有液送給ラインと、前記ＢＯＤ含有液を前記嫌気性脱窒槽に流入させるＢＯＤ含有液送給ラインを設けたことを特徴とする。
このとき、前記ＢＯＤ分離装置は、前記対象処理液中に浸漬された液中浸漬膜と、前記液中浸漬膜の下方に設けられて前記対象処理液を曝気する曝気手段とを有し、該対象処理液を曝気しながら前記液中浸漬膜により膜分離する装置であることが好ましい。
【００１８】
また、前記対象処理液を有機酸発酵する有機酸生成槽と、有機酸発酵液をメタン発酵するメタン発酵槽とを備え、メタン発酵液を前記ＢＯＤ分離装置に送給する前記生物学的窒素除去システムであって、
前記有機酸発酵液若しくは前記メタン発酵液の少なくとも一部を分岐させ、該分岐液を有機酸含有液と有機酸分離液とに分離する有機酸分離装置を備え、
前記有機酸含有液を前記嫌気性脱窒槽に流入させる有機酸含有液送給ラインと、前記有機酸分離液を前記有機酸発酵槽若しくは前記メタン発酵槽に返送する有機酸分離液返送ラインと、を設けたことを特徴とする。
また、前記有機酸含有液送給ラインから前記有機酸含有液の少なくとも一部を分岐して前記嫌気性アンモニア酸化槽に導入する有機酸含有液分岐ラインを設ける構成としても良い。
【００１９】
さらに、前記対象処理液が各種生物処理施設から排出される廃水であって、該処理施設にて発生する悪臭ガスを処理する脱臭設備を備えた前記生物学的窒素除去システムにおいて、
前記脱臭設備が酸洗浄塔とアルカリ洗浄塔を含み、該酸洗浄塔からの酸洗浄廃液を前記アンモニア含有液と合流させて前記好気性アンモニア酸化槽若しくは前記嫌気性アンモニア酸化槽に流入させる酸洗浄廃液送給ラインと、前記アルカリ洗浄塔からのアルカリ洗浄廃液を前記嫌気性脱窒槽に流入させるアルカリ洗浄廃液送給ラインを設けたことを特徴とする。
さらにまた、各種生物処理施設にて発生する悪臭ガスを処理する酸洗浄塔とアルカリ洗浄塔を含む脱臭設備を備え、
前記酸洗浄塔からの酸洗浄廃液を二つに分配し、一方の酸洗浄廃液を好気性微生物の作用により酸化する好気性アンモニア酸化槽と、他方の酸洗浄廃液と前記好気性アンモニア酸化槽からの処理液を混合して亜硝酸性窒素の存在下で嫌気性微生物の作用により酸化する嫌気性アンモニア酸化槽と、該嫌気性アンモニア酸化槽からの処理液を脱窒処理する嫌気性脱窒槽と、を設けるとともに、前記アルカリ洗浄塔からのアルカリ洗浄廃液を前記嫌気性脱窒槽に導入するアルカリ洗浄廃液送給ラインを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
以上記載のごとく本発明によれば、対象処理液中にＢＯＤ成分、或いは有機態窒素を含む場合であっても効率良く窒素除去を行うことが可能である。
即ち、対象処理液中のＢＯＤ成分を分離して、ＢＯＤ成分を殆ど含まないアンモニア含有液を嫌気性アンモニア酸化するようにしたため、嫌気性アンモニア酸化微生物の活性が阻害されることなく効率良く窒素除去を行うことが可能となる。さらに、分離したＢＯＤ含有液を嫌気性脱窒に流入させる構成としたため、外部より添加する有機炭素源量を低減若しくは不要化することができる。
また、対象処理液に有機態窒素が含まれる場合には、ＢＯＤ分離にて液中浸漬膜を用いることにより、この有機態窒素が加水分解してアンモニア化し、全体の窒素除去効率の低下を防止できる。
【００２１】
さらに、メタン発酵処理を備えた処理系統においては、有機酸発酵液若しくはメタン発酵液から有機酸を排除し、有機酸分離液を戻すことにより、有機酸転換率、メタン転換率が向上する。
さらにまた、有機酸含有液を嫌気性脱窒に投入し、有機炭素源として利用することにより、外部添加有機炭素源をより一層低減することが可能となる。
また、有機酸含有液の一部を好気性アンモニア酸化に投入することにより、アンモニア性窒素の硝酸性窒素までの硝化反応を防止し、亜硝酸性窒素への転換を確実にすることができる。
また、固形性ＢＯＤ、コロイド性ＢＯＤの多い対象処理液では、予めこれらのＢＯＤを除去することで嫌気性アンモニア酸化微生物への阻害を軽減して窒素除去効率の低下を防止することができる。
さらに、各種生物処理施設にて発生する悪臭ガスを薬剤洗浄した際の酸洗浄廃液の処理に本発明を適用することにより、酸洗浄廃液を効率的に処理することができ、またアルカリ洗浄廃液を有機炭素源として有効利用することにより外部から添加する有機炭素源量をさらに低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
本実施例の処理対象としては、例えば、し尿、浄化槽汚泥、下水汚泥、家畜糞尿、各種工場排水、メタン発酵液等の窒素分含有廃水が挙げられ、特に高濃度のアンモニア性窒素及びＢＯＤ成分を含有する廃水の処理において好適に適用できる。
図１乃至図８に、本発明の実施例１乃至実施例８に係る生物学的窒素除去システムのフロー図を夫々示す。
【実施例１】
【００２３】
図１に示すように、本実施例１に係る生物学的窒素除去システムは、ライン上流から下流に向かって、窒素分を含有する対象処理液３０が流入するＢＯＤ分離装置１０と、アンモニア含有液３２が流入し、主として亜硝酸性窒素を含有する処理液を得る好気性アンモニア酸化槽１１と、亜硝酸性窒素含有処理液が流入する嫌気性アンモニア酸化槽１２と、該嫌気性アンモニア酸化槽１２から排出される処理液が流入する嫌気性脱窒槽１３と、該嫌気性脱窒槽１３からの処理液が流入する再曝気槽１４と、を備えるとともに、前記ＢＯＤ分離装置１０にて分離されたＢＯＤ含有液３１を前記嫌気性脱窒槽１３に導くラインと、該分離されたアンモニア含有液３２の少なくとも一部を分岐させた分岐アンモニア含有液３３を前記嫌気性アンモニア酸化槽１２に導くラインと、を備えている。
【００２４】
また、本実施例では前記ＢＯＤ分離装置１０の上流側に、対象処理液３０中に含有される夾雑物を除去するスクリーン、沈殿槽等の前処理装置が設けられる。
前記ＢＯＤ分離装置１０は、対象処理液３０に含有されるＢＯＤ成分とアンモニア成分とを分離する装置であり、例えば、ＵＦ（限外ろ過）、ＮＦ（ナノろ過）、ＭＦ（精密ろ過）等を用いた膜分離法、アンモニアストリッピング法、凝集沈殿法、遠心分離などの機械的分離法、などが挙げられ、その構成は限定されるものではないが、対象処理液中のＢＯＤ成分の存在形態によって適宜選択すると良い。前記アンモニアストリッピングは、空気を入れる構成や、スチームを入れる構成の何れを用いることもできる。本実施例において特に好適な構成としては、膜分離法が挙げられる。このとき、対象処理液中に固形性のＢＯＤ成分が多く存在する場合には、ＭＦ膜が適しており、溶解性のＢＯＤ成分が多く存在する場合にはＵＦ膜、ＮＦ膜が適している。このように、ＢＯＤ成分の存在形態が、溶解性、コロイド性、固形性の何れの形態で多く存在するかを把握し、これに基づき膜分離法の膜種類や分離手段そのものを選択すると良い。また、膜分離法を用いる場合、必要に応じて適度の量の凝集剤を併用するようにしても良い。
【００２５】
前記好気性アンモニア酸化槽１１は、槽底部に散気管を有し、該散気管より空気３５を供給して処理液を曝気するとともに、槽内にｐＨ調整剤３４を添加する構成となっている。ｐＨ調整剤３４としては苛性ソーダ等のアルカリ剤が挙げられる。該好気性アンモニア酸化槽１１では、好気性条件下にて亜硝酸化菌などの酸化作用により対象処理液中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素まで分解する。このとき、同時に硝酸化菌により亜硝酸性窒素を経て硝酸性窒素まで分解されるが、本実施例では出来るだけこの反応を抑えるように槽内の条件を設定する。これは、ｐＨが比較的高く、且つ温度を制御することにより調整できる。
前記嫌気性アンモニア酸化槽１２は、嫌気性条件下で且つｐＨ、温度調整された槽内にて嫌気性アンモニア酸化反応を行う微生物群の作用により、下記反応式にてアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とが反応して窒素ガスまで分解される。
1.0ＮＨ4＋＋1.32ＮＯ2−＋0.066ＨＣＯ3−＋0.13Ｈ＋
→1.02Ｎ2＋0.26ＮＯ3−＋0.066ＣＨ2Ｏ0.5Ｎ0.15＋2.03Ｈ2Ｏ
【００２６】
前記嫌気性脱窒槽１３は、嫌気性状態の槽内に有機炭素源を添加し、微生物の作用によって処理液中に含まれる硝酸性窒素、亜硝酸性窒素を窒素ガス（Ｎ２）まで還元する装置である。このとき、必要に応じて前記有機炭素源３６としてメタノール、酢酸等の水素供与体を供給すると良い。
前記再曝気槽１４は、槽底部に設けられた散気管より空気３７を供給して処理液8を曝気し、処理液中に残留する窒素成分の除去を行う周知の装置であり、これを設けない構成とすることもできる。
【００２７】
以上の構成を有する処理設備について、その作用を処理方法とともに説明する。
まず、前処理設備により夾雑物除去などの前処理が施された対象処理液３０は、ＢＯＤ分離装置１０に導入され、ここでＢＯＤ含有液３１とアンモニア含有液３２とに分離される。該アンモニア含有液３２は二つに分配され、一方は後段の好気性アンモニア酸化槽１１に送給され、他方の分岐アンモニア含有液３３は前記嫌気性アンモニア酸化槽１２に送給される。アンモニア含有液の分岐比率（分配比）は、嫌気性アンモニア酸化槽１２に流入するアンモニア性窒素と、亜硝酸性窒素のモル比が１：１．３２に近づくように設定すると良い。好適には、前記アンモニア含有液３２の５６％程度を前記好気性アンモニア酸化槽１１に導入し、該アンモニア含有液３２の４４％程度を分岐アンモニア含有液３３として前記嫌気性アンモニア酸化槽１２に導入する。前記好気性アンモニア酸化槽１１に流入したアンモニア含有液３２は、空気３５による曝気とｐＨ調整剤３４が添加され、好気性微生物の作用によりアンモニア性窒素が亜硝酸性窒素まで酸化され、該亜硝酸性窒素を主体的に含む処理液は前記分岐アンモニア含有液３３とともに嫌気性アンモニア酸化槽１２に導入される。該嫌気性アンモニア酸化槽１２では、嫌気性アンモニア酸化微生物の作用により、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とが反応して窒素ガスが生成するとともに、少量の硝酸性窒素が生成される。該硝酸性窒素を含む処理液は前記嫌気性脱窒槽１３に導入され、有機炭素源である前記ＢＯＤ含有液３１の存在下にて脱窒反応し、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素が窒素ガスまで還元される。このとき、必要に応じてエタノール等の有機炭素源３６を外部より適宜添加する。さらに、残留するアンモニア性窒素等の窒素成分を、後段の再曝気槽１４にて空気３７の導入により曝気して分解除去し、窒素分が除去された処理液３８として放流、若しくは高度水処理設備に送給する。
【００２８】
本実施例によれば、ＢＯＤ成分を含有する廃水においても窒素を効率良く除去できるとともに、ＢＯＤ成分を嫌気性脱窒処理において有機炭素源として有効利用することができるため、有機炭素源の添加を不要化若しくは低減することが可能である。
ここで、本実施例にかかる窒素除去システムと、図１０に示した従来技術に係る窒素除去システムとを比較し、外部添加する有機炭素源（メタノール）の必要量につき考察する。
図１０に示したＢＯＤ分離装置１０を設けない従来のシステムでは、嫌気性脱窒槽７４におけるメタノール添加量は３４８ｐｐｍである（図１１参照）。
一方、本実施例に係るシステムでは、対象処理液のＢＯＤ濃度によって異なる５００ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、１００ｐｐｍの３例について試算すると、外部より添加する必要のある有機炭素源の必要量は以下のようになる。ＢＯＤ濃度が５００ｐｐｍの場合には、ＢＯＤ分離装置１０でのＢＯＤ分離効率を９５％とすると、４７５ｐｐｍのＢＯＤ成分を嫌気性脱窒槽１３に導入することができ、必要量とされる３４８ｐｐｍよりも多いので外部からの有機炭素源の添加は不要となることがわかる。このとき、メタノール／ＢＯＤ換算係数は１．０とする。
【００２９】
また、ＢＯＤ濃度が３００ｐｐｍの場合、同様にＢＯＤ分離効率を９５％とすると２８５ｐｐｍのＢＯＤ成分が嫌気性脱窒槽１３に導入されることとなり、下記式により、従来の有機炭素源添加量の１８％のみを外部より添加すればよく、従って約８２％の有機炭素源の低減が可能となる。
（３４８−２８５）／３４８×１００≒１８（％）
ＢＯＤ濃度が１００ｐｐｍの場合、同様にＢＯＤ分離効率を９５％とすると９５ｐｐｍのＢＯＤ成分が嫌気性脱窒槽１３に導入されることとなり、下記式により、従来の有機炭素源添加量の７３％を外部より添加すればよく、従って約２７％の有機炭素源の低減が可能となる。
（３４８−９５）／３４８×１００≒７３（％）
尚、上記した条件において、対象処理液のＢＯＤ濃度が３４８／０．９５＝３６６（ｐｐｍ）以上である場合に、外部からの有機炭素源の添加が不要となることがわかる。
このように、本実施例によれば、対象処理液中に含まれるＢＯＤ成分を有効利用することで外部からの有機炭素源の添加を不要化若しくは大幅に低減することが可能である。
【実施例２】
【００３０】
図２に本実施例２に係る生物学的窒素除去システムのフロー図を示す。以下、本実施例２乃至実施例８において、前記実施例１と略同様の構成についてはその詳細な説明を省略する。
本実施例２では、上記した実施例１の構成において、前記ＢＯＤ分離装置１０として液中膜分離装置１０’を用いた構成としている。
前記液中膜分離装置１０’は、原水槽内に貯留された対象処理液３０中に浸漬された液中浸漬膜１５と、該液中浸漬膜１５の下方に配置され、空気３９を槽内に供給する散気管と、を備え、槽内に導入された対象処理液３０は、吸引ポンプにて透過液側を減圧することによって生じた膜間差圧により液中浸漬膜１５を透過して吸引され、該液中浸漬膜１５を通過する際に濾過されて、ＢＯＤ成分が分離されたアンモニア含有液３２が得られる。また、膜分離時に前記液中浸漬膜１５の下方に設けられた散気管から空気３９を噴出させて対象処理液３０を曝気している。これは主に前記液中浸漬膜１５の表面流速を維持し、膜面の閉塞を防止する目的で行われるが、このとき、廃水中に含まれる蛋白質、アミノ酸等の有機態窒素は曝気により加水分解してアンモニア化される。
本実施例によれば、対象処理液３０中に、アンモニア性窒素以外に蛋白質、アミノ酸等の有機態窒素が含まれている場合であっても、前記液中膜分離装置１０’を設けることによりこれらの有機態窒素がアンモニア化し、ＢＯＤ成分とともに後段の嫌気性脱窒槽１３に導入されることがなく、窒素除去効率の低下を防止することが可能となる。
【実施例３】
【００３１】
図３に本実施例３に係る生物学的窒素除去システムのフロー図を示す。本実施例では、一例として生ごみを処理対象とし、メタン発酵処理系統を備えたシステムにつき説明する。
本実施例３に係るシステムは、ライン上流から下流に向かって、生ごみ４０が導入される前処理設備１６と、前処理後の生ごみが導入される有機酸発酵槽１７と、有機酸発酵液が導入されるメタン発酵槽１８と、メタン発酵後のメタン発酵液を固液分離する固液分離装置１９と、固液分離液が導入されるＢＯＤ分離装置１０と、分離されたアンモニア含有液４２が導入され、主として亜硝酸性窒素を含有する処理液を得る好気性アンモニア酸化槽１１と、亜硝酸性窒素含有処理液が導入される嫌気性アンモニア酸化槽１２と、該嫌気性アンモニア酸化槽１２から排出される処理液が導入される嫌気性脱窒槽１３と、該嫌気性脱窒槽１３からの処理液が流入する再曝気槽１４と、を備えるとともに、前記ＢＯＤ分離装置１０にて分離されたＢＯＤ含有液４４を前記嫌気性脱窒槽１３に導くラインと、該分離されたアンモニア含有液４５の少なくとも一部を分岐させて分岐アンモニア含有液４６を前記嫌気性アンモニア酸化槽１２に導くラインと、を備えている。
【００３２】
前記有機酸発酵槽１７は、生ごみのｐＨ、温度、水量、濃度等をメタン発酵に適した条件に調整する手段、及び撹拌手段等を有し、主として廃棄物中の有機物を加水分解及び有機酸発酵する酸生成段階が行なわれる。該有機酸発酵槽１７は、特に発酵反応を行うものに限らず、単に加水分解により有機酸を生成する構成であっても良い。
前記メタン発酵槽１８は、槽内に嫌気性微生物が繁殖しており、嫌気性微生物が卓越して繁殖できる環境に温度、ｐＨ等の条件が維持されており、主として水素・酢酸生成及びメタン生成からなるメタン生成段階が行なわれ、バイオガス、上澄み液であるメタン発酵液、及びメタン発酵汚泥が発生する。
前記固液分離装置１９では、前記メタン発酵槽１８にて発生したメタン発酵液とメタン発酵汚泥４３とを分離する装置であり、前記メタン発酵槽１８と一体化した構成としても良い。
【００３３】
さらに本実施例は、前記有機酸発酵槽１７から排出される有機酸発酵液４１の少なくとも一部を分岐し、分岐有機酸発酵液４２が流入する有機酸分離装置２０が設けられるとともに、該有機酸分離装置２０にて得られた有機酸分離液４８を前記有機酸発酵槽１７に返送する有機酸分離液送給ラインと、有機酸含有液４９を前記嫌気性脱窒槽１３に導入する有機酸含有液送給ラインと、が設けられている。
前記有機酸分離装置２０は、前記分岐有機酸発酵液４２から有機酸を分離し、該有機酸を含まない有機酸分離液４８と、有機酸を含む有機酸含有液４９とを得る装置である。この分離方法としては、蒸留、蒸発等が挙げられる。また、前記分岐有機酸発酵液４２を酸性状態とし、有機酸をストリッピングして回収する方法としても良い。
【００３４】
本実施例では、有機酸発酵槽１７にて得られた有機酸を多量に含有する有機酸発酵液４１の一部を分岐し、分岐有機酸発酵液４２を前記有機酸分離装置２０にて分離した後、回収した有機酸を多く含む有機酸含有液４９を嫌気性脱窒槽１３に導入することにより、外部より添加する有機炭素源を大幅低減若しくは不要化する。
一方、前記有機酸分離装置２０にて有機酸が除去された有機酸分離液４８は、前記有機酸発酵槽１７に循環させる。循環させることにより有機酸発酵槽１７内の有機酸濃度を抑えられ、これによって有機酸による有機酸発酵関連微生物への阻害が軽減され、有機酸転換率を大幅に向上させることができる。さらに、有機酸転換率が上昇することによりメタン発酵槽１８でのメタンガス発生量も増大する。
尚、本実施例では有機酸発酵槽１７とメタン発酵槽１８を明確に分離したシステムを例示しているが、生ごみのような比較的易分解性の処理対象の場合、明確に有機酸発酵を意図しなくてもメタン発酵槽１８の前段階の混合層や調整槽でも温度、滞留時間が類似の範囲であれば必然的に有機酸発酵が相当程度生起するので、このような場合にも本実施例は十分に適用可能である。
【実施例４】
【００３５】
図４に本実施例４に係る生物学的窒素除去システムのフロー図を示す。
本実施例に係るシステムは、図３に示した実施例３の構成において、前記メタン発酵槽１８から排出されるメタン発酵液の一部を分岐させ、該分岐メタン発酵液５０を有機酸分離装置２０に導入するようにし、該有機酸分離装置２０にて得られた有機酸分離液４８を前記メタン発酵槽１８若しくは前記有機酸発酵槽１７に循環させ、有機酸含有液４９を嫌気性脱窒槽１３に導入するようにしている。
これは、メタン発酵槽１８からのメタン発酵液にも有機酸が多く含まれることから、これを有機酸分離装置２０にて分離回収した有機酸含有液４９を嫌気性脱窒槽１３に導入することにより、外部より添加する有機炭素源量を大幅に低減若しくは不要化することを可能としている。この場合、実施例３のように有機酸発酵槽１７における有機酸による微生物阻害を軽減することはできないが、有機炭素源の添加量の低減若しくは不要化が可能であるとともに、メタン発酵効率の向上が期待できる。
【００３６】
さらに、本実施例４若しくは前記実施例３の構成において、前記有機酸分離装置２０にて分離回収した有機酸含有液４９の少なくとも一部分岐させ、該分岐有機酸含有液５１を好気性アンモニア酸化槽１１に導入する構成としても良い。
本システムでは、好気性アンモニア酸化槽１１にてアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素まで酸化するが、後段にて嫌気性アンモニア酸化を行うためには硝酸性窒素までの酸化は防止しなければならない。そこで、上記したように分岐有機酸含有液５１を前記好気性アンモニア酸化槽１１に導入することで亜硝酸性窒素を硝酸性窒素まで酸化する硝酸化菌の活性を低下せしめることができ、硝酸性窒素の発生を最小限に抑えることが可能となる。これは、有機酸発酵またはメタン発酵では、酢酸などとともにプロピオン酸も生成することが知られているが、特にこのプロピオン酸の硝酸化菌への活性阻害が強いことを利用するものである。このように、本実施例によれば、好気性アンモニア酸化槽１１におけるアンモニア性窒素の硝酸性窒素までの酸化を防止し、亜硝酸性窒素への転換を確実にすることが可能である。
【実施例５】
【００３７】
図５に本実施例５に係る生物学的窒素除去システムのフロー図を示す。本実施例は、し尿や家畜糞尿等の固形物を多く含有する廃水を好適に処理可能である。
本実施例５に係るシステムは、前記実施例１に示したシステムに加えて、ＢＯＤ分離装置１０の上流側に、対象処理液５２が導入される前処理設備２１と、前処理後の対象処理液が導入される機械的固液分離装置２２と、凝集剤５４が添加された固液分離液が導入される膜分離装置２３と、を備えるとともに、前記膜分離装置２３により分離された膜分離濃縮液５５を前記機械的固液分離装置２２に返送する濃縮液返送ラインとを備えた構成となっている。
前記機械的固液分離装置２２は、例えば遠心分離、加圧分離、ベルトプレス、スクリュープレス等が挙げられる。
前記膜分離装置２３は、ＵＦ（限外ろ過）、ＭＦ（精密ろ過）、ＲＯ（逆浸透）等が挙げられる。
【００３８】
本システムでは、固形物を多く含有する対象処理液５２を前処理設備２１に導入し、予め夾雑物を除去した後、機械的固液分離装置２２にて粗大固形物を除去し、分離固形物５３と分離液とに分離する。分離液は凝集剤５４を添加して膜分離装置２３に導入し、該膜分離装置２３にて膜分離して得られた固形性ＢＯＤ、コロイド性ＢＯＤを含む膜分離濃縮液５５は前記機械的固液分離装置２２に返送する。膜分離により固形物等が分離された膜分離液は、ＢＯＤ分離装置１０に送給され、上記した実施例１と同様の処理を行う。
本実施例によれば、し尿や家畜糞尿等の固形性ＢＯＤやコロイド性ＢＯＤを予め除去した後に窒素除去処理を行うようにしたため、嫌気性アンモニア酸化微生物への阻害を軽減することができ、窒素除去効率の低下を防止できる。
【実施例６】
【００３９】
図６に本実施例６に係る生物学的窒素除去システムのフロー図を示す。本実施例は、機械的分離により高い固形物分離効率が得られる処理対象に適したシステムであり、特に浄化槽汚泥等の処理に適している。
本実施例６に係るシステムは、前記実施例１に示したシステムに加えて、ＢＯＤ分離装置１０の上流側に、対象処理液５２が導入される前処理設備２１と、前処理後の対象処理液が導入される機械的固液分離装置２２と、を備えた構成となっている。
このシステムは前記実施例５に示した構成において、ＢＯＤ分離装置１０に前記膜分離装置２３の機能を持たせた構成としており、システムのコンパクト化が図れる。
まず、固形物を多く含むとともに固液分離性の高い対象処理液５６を前処理設備２１に導入し、予め夾雑物を除去した後、機械的固液分離装置２２にて粗大固形物を除去し、分離固形物５７と分離液とに分離し、分離液を前記ＢＯＤ分離装置１０に送給して、これ以降の各処理装置にて窒素除去を行う。
このように、本実施例によれば、予め固形性ＢＯＤ等を除去した廃水に対して窒素除去処理を行うようにしたため、嫌気性アンモニア酸化微生物への阻害を軽減することができるとともに、システムのコンパクト化が可能となる。
【実施例７】
【００４０】
図７に本実施例７に係る生物学的窒素除去システムのフロー図を示す。本実施例７は、し尿処理設備、下水処理設備、汚泥処理設備等の各種生物処理施設２５にて発生する悪臭ガス６０を処理する脱臭設備を備え、該脱臭設備から排出される洗浄廃液を処理対象とする。
このシステムの構成は、各種生物処理施設２５にて発生する悪臭ガス６０を捕集し、該悪臭ガス６０を酸洗浄する酸洗浄塔２６と、酸洗浄後のガスに対してアルカリ洗浄するアルカリ洗浄塔２７と、を備えた脱臭設備と、前記酸洗浄塔２６から排出される酸洗浄廃液６２が流入する好気性アンモニア酸化槽１１と、該好気性アンモニア酸化槽１１からの処理液が流入する嫌気性アンモニア酸化槽１２と、該嫌気性アンモニア酸化槽１２からの処理液が流入する嫌気性脱窒槽１３と、その後段に配設された再曝気槽１４と、からなる。
また、前記酸洗浄液６２の少なくとも一部を分岐し、分岐酸洗浄廃液６２’を前記嫌気性アンモニア酸化槽１２に導入する分岐酸洗浄廃液送給ラインと、前記アルカリ洗浄塔２７からのアルカリ洗浄廃液６４を前記嫌気性脱窒槽１３に導入するアルカリ洗浄廃液送給ラインとを備えている。
【００４１】
前記酸洗浄塔２６は、硫酸等の酸６１と前記悪臭ガス６０とを接触させて主に臭気成分であるアンモニアを除去する装置であり、該酸洗浄塔にて生じる酸洗浄廃液６２はアンモニア成分を多く含有する。
前記アルカリ洗浄塔２７は、苛性ソーダ等のアルカリ６２と前記悪臭ガス６０とを接触させて主に臭気成分である有機酸を除去する装置であり、該アルカリ洗浄塔にて生じるアルカリ洗浄廃液６４は有機酸を多く含有する。
【００４２】
本システムでは、前記アンモニアを多く含有する酸洗浄廃液６２を好気性アンモニア酸化槽１１に導入し、ｐＨ調整剤３４の添加、及び空気３５による曝気を行いながら好気性微生物の作用によりアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素まで酸化し、該亜硝酸性窒素を含む処理液を嫌気性アンモニア酸化槽１２に導入する。該嫌気性アンモニア酸化槽１２には、前記酸洗浄廃液６２の一部を分岐させた分岐酸洗浄廃液６２’が同時に供給され、このアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を、嫌気性アンモニア酸化微生物の作用により窒素ガスまで分解する。そして、少量の硝酸性窒素を含む処理液を嫌気性脱窒槽１３に導入し、有機炭素源として前記アルカリ洗浄廃液６４を供給し、必要に応じて外部より有機炭素源３６を添加して、脱窒反応を行う。脱窒後に残留するアンモニアは、再曝気槽１４にて除去し、窒素除去された処理液は系外に放流、若しくは高度水処理設備に送給する。
本実施例によれば、脱臭設備にて生じる酸洗浄廃液６２を好気性アンモニア酸化槽１１若しくは嫌気性アンモニア酸化槽１２に導入し、アルカリ洗浄廃液６４を嫌気性脱窒槽１３に導入する構成としたため、脱臭廃液を効率的に処理することができ、また該脱臭廃液の窒素除去処理に際して、有機炭素源の外部添加量の少ない処理方法を提供することができる。尚、前記脱臭設備が、アルカリ洗浄塔２７を備えない構成であっても本実施例を適用できる。
【実施例８】
【００４３】
図８に本実施例８に係る生物学的窒素除去システムのフロー図を示す。本実施例８は、前記実施例１と前記実施例７とを組み合わせたシステムであり、各種生物処理施設２５から排出される窒素含有廃水６６の処理と、該設備２５にて発生した悪臭ガス６０の脱臭設備から排出される酸洗浄廃液６２及びアルカリ洗浄廃液６４とを同時に処理することができる。
本システムでにおいて、各種生物処理施設２５から排出される廃水６６は、実施例１と同様に、ＢＯＤ分離装置１０、好気性アンモニア酸化槽１１、嫌気性アンモニア酸化槽１２、嫌気性脱窒槽１３、再曝気槽１４にて窒素除去処理が段階的に行われる。
一方、前記生物処理施設２５にて発生した悪臭ガス６０は、酸洗浄塔２６にて酸６１と悪臭ガス６０を接触させてアンモニアを主とする臭気成分が除去された後、アルカリ洗浄塔２７にてアルカリ６３と接触させて有機酸を主とする臭気成分が除去される。前記酸洗浄塔２６から排出される酸洗浄廃液６２は、前記ＢＯＤ分離装置１０にて得られたアンモニア含有液４５に合流され、これ以降の窒素除去処理が施される。前記アルカリ洗浄塔２７から排出されるアルカリ洗浄廃液６４は、前記嫌気性脱窒槽１３に導入され脱窒反応の有機炭素源として利用される。このとき、必要に応じて適宜有機炭素源３６を外部から添加する。
このように、本実施例によれば、各種生物処理施設２５から排出される廃水６６及び悪臭ガス６０を効率良く処理することができ、また廃水６６中に含まれるＢＯＤ成分若しくはアルカリ洗浄液に含まれる有機酸を有機炭素源として有効利用する構成としたため、外部から添加する有機炭素源量を低減若しくは不要化することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、ＢＯＤ成分を含有する対象処理液えであっても窒素除去効率が高く維持でき、且つ外部から添加する有機炭素源量を低減若しくは不要化することができるため、低コストで且つ高効率な窒素除去システムとすることができ、有機物下水道処理、し尿処理、浄化槽汚泥処理、畜産排水処理、水産加工排水処理、洗浄排水処理、工場排水処理等の何れにも有効に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施例１に係る生物学的窒素除去システムのフロー図である。
【図２】本発明の実施例２に係る生物学的窒素除去システムのフロー図である。
【図３】本発明の実施例３に係る生物学的窒素除去システムのフロー図である。
【図４】本発明の実施例４に係る生物学的窒素除去システムのフロー図である。
【図５】本発明の実施例５に係る生物学的窒素除去システムのフロー図である。
【図６】本発明の実施例６に係る生物学的窒素除去システムのフロー図である。
【図７】本発明の実施例７に係る生物学的窒素除去システムのフロー図である。
【図８】本発明の実施例８に係る生物学的窒素除去システムのフロー図である。
【図９】従来例１（好気性酸化＋脱窒）の窒素除去システムのフロー図である。
【図１０】従来例２（好気性酸化＋嫌気性アンモニア酸化＋脱窒）の窒素除去システムのフロー図である。
【図１１】従来例１の各処理過程における水質分及び各供給物質の供給量を示す表である。
【図１２】従来例２の各処理過程における水質成分及び各供給物質の供給量を示す表である。
【符号の説明】
【００４６】
１０ ＢＯＤ分離装置
１０’ 液中膜分離装置
１１ 好気性アンモニア酸化槽
１２ 嫌気性アンモニア酸化槽
１３ 嫌気性脱窒槽
１４ 再曝気槽
１７ 有機酸発酵槽
１８ メタン発酵槽
２０ 有機酸分離装置
２５ 各種生物処理施設
２６ 酸洗浄塔
２７ アルカリ洗浄塔
３０ 対象処理液（廃水等）
３１、４４ ＢＯＤ含有液
３２、４５ アンモニア含有液
３３、４６ 分岐アンモニア含有液
３６ 有機炭素源（外部添加）
４０ 対象処理液（生ごみ等）
４１ 有機酸発酵液
４８ 有機酸分離液
４９ 有機酸含有液
５５ 膜分離濃縮液
６０ 悪臭ガス
６２ 酸洗浄廃液
６４ アルカリ洗浄廃液
【技術分野】
【０００１】
本発明は、し尿、浄化槽汚泥、下水汚泥、家畜糞尿、各種工場排水、メタン発酵液等のアンモニア成分及びＢＯＤ成分を含有する対象処理液の窒素除去技術に関し、特に、嫌気性条件下でアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを反応させて窒素ガスに分解する嫌気性アンモニア酸化処理を含む生物学的窒素除去方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
廃水中に含有される窒素分は、河川、湖沼或いは内湾などにおける富栄養化の要因の一つであるため、この窒素分を効率的に除去する様々な技術が開発、実用化されている。廃水中に含有される窒素分は、その廃水の種類、性状にもよるが、アンモニア性窒素として存在することが多く、その他、有機態窒素、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素等の存在形態でも含有される。従来の窒素除去技術において、ＢＯＤ濃度の低い廃水中のアンモニア性窒素を生物学的に除去する方法としては、図９に示される処理方法（非特許文献１参照）が広く用いられていた。これは、廃水７０を好気性アンモニア酸化槽７１内に導入し、空気７３により曝気して好気性状態にしながら適宜アルカリ剤７２を添加してｐＨ調整を行い、好気性微生物の作用によりアンモニア性窒素を酸化した後、生成した酸化態窒素を含有する処理液を嫌気性脱窒槽７４に導入し、エタノール等の有機炭素源７５を添加しつつ嫌気性状態で分解除去する方法である。このとき、嫌気性脱窒槽７４にて残留した窒素分は再曝気槽７６にて空気７７の供給により除去される。しかし、この方法では、薬品量及び酸素量が多く必要とされ、運転経費が極めて高いという問題があった。
【０００３】
一方、これに替わるものとして、近年図１０に示すような好気性状態と嫌気性状態の両方でアンモニアを酸化し、好気性状態でのアンモニア酸化で生成した亜硝酸性窒素を嫌気性アンモニア酸化段階で分解除去する方法が検討されている（非特許文献１参照）。この方法は、アンモニア性窒素を含有する廃水７０を好気性アンモニア酸化槽７１にて亜硝酸性窒素まで酸化し、該亜硝酸性窒素を含有する処理水と、廃水７０の一部を分岐させた分岐廃水７８とを所定比率で混合して、嫌気性アンモニア酸化槽７９で嫌気性条件下にて以下のような反応式によりアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を反応させ、窒素ガスまで分解するものである。
1.0ＮＨ4＋＋1.32ＮＯ2−＋0.066ＨＣＯ3−＋0.13Ｈ＋
→1.02Ｎ2＋0.26ＮＯ3−＋0.066ＣＨ2Ｏ0.5Ｎ0.15＋2.03Ｈ2Ｏ
上記した反応は、嫌気性アンモニア酸化（anaerobic ammonium oxidation:anammox）と呼ばれ、脱窒処理時に有機炭素源の添加が必要とされないことから、図９に示した従来法より薬品量、酸素量ともに大幅に低減される画期的な方法である。
【０００４】
図９に示される従来例１のシステムと図１０に示される従来例２のシステムにおいて、各処理過程における水質成分及び各供給物質の供給量を図１１（従来例１に対応）及び図１２（従来例２に対応）に示す。これらの表によれば、従来例１では必要とされるＴＯＴＡＬ酸素量が４７９９であるのに対して、従来例２の嫌気性アンモニア酸化を用いた処理では、必要とされるＴＯＴＡＬ酸素量が１９６０と半分以下であり、且つメタノール供給量、ＨＲＴ（滞留時間）ともに従来例２の方が大幅に低いことが分かる。ここからも明らかなように、嫌気性アンモニア酸化を用いた窒素除去処理は、メタノール等の外部から添加する有機炭素源量、酸素供給量が少なく、さらに装置も小型化できる方法であることが分かる。
【０００５】
また、特許文献１（特開２００１−１７０６８４号公報）には、嫌気性アンモニア酸化を用いた処理として、アンモニア含有廃水を好気性アンモニア酸化する第一工程と、該第一工程の固液分離処理水を嫌気性アンモニア酸化する第二工程と、前記第一工程の反応液に、アンモニア酸化細菌群を馴養させた種汚泥を供給する工程とからなる方法が開示されている。種汚泥供給工程は、好気性アンモニア酸化において硝化反応を亜硝酸の段階で停止して硝酸が生成しないように微生物環境を形成することを目的としている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１７０６８４号公報
【非特許文献１】水環境学会誌 VOL27,NO7(2004)「嫌気性アンモニア酸化法の有効性と実用化に向けた対策」（井坂和一著）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、従来例２に示した嫌気性アンモニア酸化を用いた窒素除去処理は種々提案されているが、この方法によって従来例１よりも薬品添加量、酸素供給量ともに大幅に低減されるものの、依然として有機炭素源としての薬品量は必要であった。また、この方法では対象処理液中にＢＯＤ成分がある程度以上存在すると特殊な微生物を利用する嫌気性アンモニア酸化反応の微生物機能が阻害されるという問題もあった。従って、非特許文献１や特許文献１に記載される方法は、何れもＢＯＤ成分を殆ど含まない廃水を処理対象としており、従来はＢＯＤ成分を含有する対象処理液については考慮されていないのが実状であった。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、ＢＯＤ成分を含有する対象処理液であっても効率良く窒素除去でき、且つ外部からの有機炭素源の供給を低減若しくは不要化することができる生物学的窒素除去方法及びシステム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】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、
アンモニア成分とＢＯＤ成分を含有する対象処理液を、亜硝酸性窒素の存在下で嫌気性微生物の作用により酸化する嫌気性アンモニア酸化工程と、該嫌気性アンモニア酸化工程からの処理液を脱窒処理する嫌気性脱窒工程と、を含む生物学的窒素除去方法において、
前記対象処理液をアンモニア含有液とＢＯＤ含有液に分離するＢＯＤ分離工程を備え、該アンモニア含有液を前記嫌気性アンモニア酸化工程に流入させるとともに、前記ＢＯＤ含有液を前記嫌気性脱窒工程に流入させることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、前記嫌気性アンモニア酸化工程にて、対象処理液中のアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素が反応し、窒素ガスまで分解される。さらに残留する硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素は、後段の嫌気性脱窒工程にて窒素ガスまで還元され、対象処理液から窒素分が除去される。尚、前記嫌気性アンモニア酸化工程の前段に、好気性アンモニア酸化工程を設け、対象処理液の少なくとも一部を流入させてアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素まで酸化し、前記嫌気性アンモニア酸化工程にて、他の一部の対象液中のアンモニア性窒素と前記亜硝酸窒素とを反応させるようにしても良い。
本発明によれば、ＢＯＤ成分を含有する対象処理液であっても、嫌気性アンモニア酸化に寄与する微生物を失活させることなく効率良く窒素除去することができ、且つ前記ＢＯＤ成分を分離して嫌気性脱窒工程に導入し、有機炭素源として有効利用しているため、外部から添加すべき有機炭素源としての薬品量を大幅に低減若しくは不要化することが可能である。
【００１０】
また本発明において、前記ＢＯＤ分離工程は、前記対象処理液を曝気しながら液中浸漬膜分離によりアンモニア含有液とＢＯＤ含有液に膜分離することが好ましい。
このように、前記ＢＯＤ分離工程にて液中浸漬膜分離を用いることにより、ＢＯＤ成分とアンモニア成分の分離と同時に、対象処理液中に存在する有機態窒素を加水分解してアンモニア化することができ、後段における窒素除去率が向上する。
これは、対象処理液中に窒素成分としてアンモニア以外に蛋白質、アミノ酸等の有機態窒素が含まれている場合、ＢＯＤ分離工程にて有機態窒素がＢＯＤ成分とともに後段の嫌気性脱窒工程に流入し、これがこの部分及びその後の再曝気工程でアンモニア化、さらには酸化態窒素へと転換して全体として窒素除去効率が下がるという惧れがあるが、本発明のように、膜面のフラッシングのために空気を供給して曝気を行う液中膜分離を用いることにより、有機態窒素が加水分解してアンモニア化するため、上記したような問題の発生を回避できる。
【００１１】
また、前記対象処理液を有機酸発酵する有機酸発酵工程と、有機酸発酵液をメタン発酵するメタン発酵工程とを備え、メタン発酵液を前記ＢＯＤ分離工程に送給する前記生物学的窒素除去方法であって、
前記有機酸発酵液若しくは前記メタン発酵液から少なくとも一部を分岐させ、該分岐液を有機酸含有液と有機酸分離液とに分離する有機酸分離工程を備え、
前記有機酸含有液を前記嫌気性脱窒工程に流入させるとともに、前記有機酸分離液を前記有機酸発酵工程若しくは前記メタン発酵工程に返送することを特徴とする。
本発明のように、前記有機酸発酵液若しくは前記メタン発酵液から有機酸を排除し、有機酸を除去した有機酸分離液を有機酸発酵工程に返送すると、有機酸発酵工程での有機酸濃度を低く抑えられる。一般に有機酸濃度が上昇すると有機酸関連微生物が阻害されて有機酸転換率、メタンガス転換率に制限があったが、本発明によればこの阻害が軽減され、有機酸転換率を大きく維持することができる。また、有機酸転換率が向上することにより、メタン発生量が増加するという効果も奏する。また、有機酸含有液を嫌気性脱窒工程に導入することにより、外部から添加する有機炭素源量を低減若しくは不要化することが可能である。
【００１２】
また、前記有機酸含有液の少なくとも一部を、前記嫌気性アンモニア酸化工程に導入するようにしても良い。
前記嫌気性アンモニア酸化工程の前段に好気性アンモニア酸化工程を設けた場合、ここでアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素まで酸化するが、後段にて嫌気性アンモニア酸化を行うためには硝酸性窒素までの酸化は防止しなければならない。そこで、前記有機酸含有液の少なくとも一部を、前記嫌気性アンモニア酸化工程に導入することで亜硝酸性窒素を硝酸性窒素まで酸化する微生物（以下、硝酸化菌と呼称する）の活性を低下せしめることができ、硝酸性窒素の発生を最小限に抑えることが可能となる。これは、有機酸発酵またはメタン発酵では、酢酸などとともにプロピオン酸も生成することが知られているが、特にこのプロピオン酸の硝酸化菌への活性阻害が強いことを利用するものである。このように、本発明によれば、好気性アンモニア酸化工程においてアンモニア性窒素の硝化反応を亜硝酸性窒素で停止させ、亜硝酸性窒素への転換を確実にすることが可能である。
【００１３】
さらに、前記対象処理液が各種生物処理施設から排出される廃水であって、該処理施設にて発生する悪臭ガスを処理する脱臭工程を備えた前記生物学的窒素除去方法において、
前記脱臭工程が少なくとも酸洗浄工程を含み、該酸洗浄工程から排出される酸洗浄廃液を前記アンモニア含有液と合流させて前記嫌気性アンモニア酸化工程に流入させることを特徴とする。
さらにまた、前記対象処理液が各種生物処理施設から排出される廃水であって、該処理施設にて発生する悪臭ガスを処理する脱臭工程を備えた前記生物学的窒素除去方法において、
前記脱臭設備工程が少なくともアルカリ洗浄工程を含み、該アルカリ洗浄工程からのアルカリ洗浄廃液を前記嫌気性脱窒工程に導入することを特徴とする。
これらの発明によれば、アンモニアを多く含有する酸洗浄廃液を前記嫌気性アンモニア酸化工程に導入することによって、廃水と洗浄廃液の処理を統合的に行うことができ、システムのコンパクト化が可能となり、また、有機酸を多く含有するアルカリ洗浄廃液を嫌気性脱窒工程に導入することにより、有機炭素源として有効利用することができ、外部から添加する有機炭素源量を低減若しくは不要化することが可能である。
【００１４】
また、前記対象処理液を機械的固液分離して固液分離液と汚泥を得る機械的固液分離工程と、該固液分離液に凝集剤を添加した後膜分離して濃縮液と透過液を得る膜分離工程と、を備え、前記透過液を前記ＢＯＤ分離工程に送給するとともに、前記濃縮液を前記機械的固液分離工程に返送することを特徴とする。
本発明は、し尿、家畜糞尿等の固形性ＢＯＤ、コロイド性ＢＯＤを多く含有する対象処理液の処理に適している。固形性ＢＯＤ、コロイド性ＢＯＤは嫌気性アンモニア酸化微生物への阻害となるため、予めこれらのＢＯＤを分離除去することにより、嫌気性アンモニア酸化工程の反応効率を良好に維持し、窒素除去効率の低下を防止できる。
【００１５】
さらに、前記対象処理液を機械的固液分離して固液分離液と汚泥を得る機械的固液分離工程を備え、該分離液を前記ＢＯＤ分離工程に送給し、該ＢＯＤ分離工程にて膜分離を行うようにしたことを特徴とする。
本発明は、浄化槽汚泥等の固形性ＢＯＤを多く含み、且つ固液分離性が良好な処理対象の処理に適している。これは予め固形性ＢＯＤ等を除去した対象処理液に対して窒素除去処理を行うようにしたため、嫌気性アンモニア酸化微生物への阻害を軽減することができるとともに、システムのコンパクト化が可能となる。
【００１６】
さらにまた、各種生物処理施設にて発生する悪臭ガスの酸洗浄工程とアルカリ洗浄工程を含む脱臭工程と、前記酸洗浄工程からの酸洗浄廃液を亜硝酸窒素の存在下で嫌気性微生物の作用により酸化する嫌気性アンモニア酸化工程と、該嫌気性アンモニア酸化工程からの処理液を脱窒処理する嫌気性脱窒工程と、を備え、前記アルカリ洗浄工程からのアルカリ洗浄廃液を前記嫌気性脱窒工程に導入することを特徴とする。
これにより、脱臭廃液を効率的に処理することが可能となり、また脱臭廃液の処理に際して、外部より添加する有機炭素源量を低減若しくは不要化することができる。
【００１７】
また、システムの発明として、アンモニア成分とＢＯＤ成分を含有する対象処理液を二つに分配し、一方の対象処理液を好気性微生物の作用により酸化する好気性アンモニア酸化槽と、他方の対象処理液と前記好気性アンモニア酸化槽からの処理液を混合して嫌気性微生物の作用により酸化する嫌気性アンモニア酸化槽と、該嫌気性アンモニア酸化槽からの処理液を脱窒処理する脱窒処理槽と、を含む生物学的窒素除去システムにおいて、
前記対象処理液をアンモニア含有液とＢＯＤ含有液に分離するＢＯＤ分離装置を設け、該アンモニア含有液を前記好気性アンモニア酸化槽若しくは前記嫌気性アンモニア酸化槽に流入させるアンモニア含有液送給ラインと、前記ＢＯＤ含有液を前記嫌気性脱窒槽に流入させるＢＯＤ含有液送給ラインを設けたことを特徴とする。
このとき、前記ＢＯＤ分離装置は、前記対象処理液中に浸漬された液中浸漬膜と、前記液中浸漬膜の下方に設けられて前記対象処理液を曝気する曝気手段とを有し、該対象処理液を曝気しながら前記液中浸漬膜により膜分離する装置であることが好ましい。
【００１８】
また、前記対象処理液を有機酸発酵する有機酸生成槽と、有機酸発酵液をメタン発酵するメタン発酵槽とを備え、メタン発酵液を前記ＢＯＤ分離装置に送給する前記生物学的窒素除去システムであって、
前記有機酸発酵液若しくは前記メタン発酵液の少なくとも一部を分岐させ、該分岐液を有機酸含有液と有機酸分離液とに分離する有機酸分離装置を備え、
前記有機酸含有液を前記嫌気性脱窒槽に流入させる有機酸含有液送給ラインと、前記有機酸分離液を前記有機酸発酵槽若しくは前記メタン発酵槽に返送する有機酸分離液返送ラインと、を設けたことを特徴とする。
また、前記有機酸含有液送給ラインから前記有機酸含有液の少なくとも一部を分岐して前記嫌気性アンモニア酸化槽に導入する有機酸含有液分岐ラインを設ける構成としても良い。
【００１９】
さらに、前記対象処理液が各種生物処理施設から排出される廃水であって、該処理施設にて発生する悪臭ガスを処理する脱臭設備を備えた前記生物学的窒素除去システムにおいて、
前記脱臭設備が酸洗浄塔とアルカリ洗浄塔を含み、該酸洗浄塔からの酸洗浄廃液を前記アンモニア含有液と合流させて前記好気性アンモニア酸化槽若しくは前記嫌気性アンモニア酸化槽に流入させる酸洗浄廃液送給ラインと、前記アルカリ洗浄塔からのアルカリ洗浄廃液を前記嫌気性脱窒槽に流入させるアルカリ洗浄廃液送給ラインを設けたことを特徴とする。
さらにまた、各種生物処理施設にて発生する悪臭ガスを処理する酸洗浄塔とアルカリ洗浄塔を含む脱臭設備を備え、
前記酸洗浄塔からの酸洗浄廃液を二つに分配し、一方の酸洗浄廃液を好気性微生物の作用により酸化する好気性アンモニア酸化槽と、他方の酸洗浄廃液と前記好気性アンモニア酸化槽からの処理液を混合して亜硝酸性窒素の存在下で嫌気性微生物の作用により酸化する嫌気性アンモニア酸化槽と、該嫌気性アンモニア酸化槽からの処理液を脱窒処理する嫌気性脱窒槽と、を設けるとともに、前記アルカリ洗浄塔からのアルカリ洗浄廃液を前記嫌気性脱窒槽に導入するアルカリ洗浄廃液送給ラインを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
以上記載のごとく本発明によれば、対象処理液中にＢＯＤ成分、或いは有機態窒素を含む場合であっても効率良く窒素除去を行うことが可能である。
即ち、対象処理液中のＢＯＤ成分を分離して、ＢＯＤ成分を殆ど含まないアンモニア含有液を嫌気性アンモニア酸化するようにしたため、嫌気性アンモニア酸化微生物の活性が阻害されることなく効率良く窒素除去を行うことが可能となる。さらに、分離したＢＯＤ含有液を嫌気性脱窒に流入させる構成としたため、外部より添加する有機炭素源量を低減若しくは不要化することができる。
また、対象処理液に有機態窒素が含まれる場合には、ＢＯＤ分離にて液中浸漬膜を用いることにより、この有機態窒素が加水分解してアンモニア化し、全体の窒素除去効率の低下を防止できる。
【００２１】
さらに、メタン発酵処理を備えた処理系統においては、有機酸発酵液若しくはメタン発酵液から有機酸を排除し、有機酸分離液を戻すことにより、有機酸転換率、メタン転換率が向上する。
さらにまた、有機酸含有液を嫌気性脱窒に投入し、有機炭素源として利用することにより、外部添加有機炭素源をより一層低減することが可能となる。
また、有機酸含有液の一部を好気性アンモニア酸化に投入することにより、アンモニア性窒素の硝酸性窒素までの硝化反応を防止し、亜硝酸性窒素への転換を確実にすることができる。
また、固形性ＢＯＤ、コロイド性ＢＯＤの多い対象処理液では、予めこれらのＢＯＤを除去することで嫌気性アンモニア酸化微生物への阻害を軽減して窒素除去効率の低下を防止することができる。
さらに、各種生物処理施設にて発生する悪臭ガスを薬剤洗浄した際の酸洗浄廃液の処理に本発明を適用することにより、酸洗浄廃液を効率的に処理することができ、またアルカリ洗浄廃液を有機炭素源として有効利用することにより外部から添加する有機炭素源量をさらに低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
本実施例の処理対象としては、例えば、し尿、浄化槽汚泥、下水汚泥、家畜糞尿、各種工場排水、メタン発酵液等の窒素分含有廃水が挙げられ、特に高濃度のアンモニア性窒素及びＢＯＤ成分を含有する廃水の処理において好適に適用できる。
図１乃至図８に、本発明の実施例１乃至実施例８に係る生物学的窒素除去システムのフロー図を夫々示す。
【実施例１】
【００２３】
図１に示すように、本実施例１に係る生物学的窒素除去システムは、ライン上流から下流に向かって、窒素分を含有する対象処理液３０が流入するＢＯＤ分離装置１０と、アンモニア含有液３２が流入し、主として亜硝酸性窒素を含有する処理液を得る好気性アンモニア酸化槽１１と、亜硝酸性窒素含有処理液が流入する嫌気性アンモニア酸化槽１２と、該嫌気性アンモニア酸化槽１２から排出される処理液が流入する嫌気性脱窒槽１３と、該嫌気性脱窒槽１３からの処理液が流入する再曝気槽１４と、を備えるとともに、前記ＢＯＤ分離装置１０にて分離されたＢＯＤ含有液３１を前記嫌気性脱窒槽１３に導くラインと、該分離されたアンモニア含有液３２の少なくとも一部を分岐させた分岐アンモニア含有液３３を前記嫌気性アンモニア酸化槽１２に導くラインと、を備えている。
【００２４】
また、本実施例では前記ＢＯＤ分離装置１０の上流側に、対象処理液３０中に含有される夾雑物を除去するスクリーン、沈殿槽等の前処理装置が設けられる。
前記ＢＯＤ分離装置１０は、対象処理液３０に含有されるＢＯＤ成分とアンモニア成分とを分離する装置であり、例えば、ＵＦ（限外ろ過）、ＮＦ（ナノろ過）、ＭＦ（精密ろ過）等を用いた膜分離法、アンモニアストリッピング法、凝集沈殿法、遠心分離などの機械的分離法、などが挙げられ、その構成は限定されるものではないが、対象処理液中のＢＯＤ成分の存在形態によって適宜選択すると良い。前記アンモニアストリッピングは、空気を入れる構成や、スチームを入れる構成の何れを用いることもできる。本実施例において特に好適な構成としては、膜分離法が挙げられる。このとき、対象処理液中に固形性のＢＯＤ成分が多く存在する場合には、ＭＦ膜が適しており、溶解性のＢＯＤ成分が多く存在する場合にはＵＦ膜、ＮＦ膜が適している。このように、ＢＯＤ成分の存在形態が、溶解性、コロイド性、固形性の何れの形態で多く存在するかを把握し、これに基づき膜分離法の膜種類や分離手段そのものを選択すると良い。また、膜分離法を用いる場合、必要に応じて適度の量の凝集剤を併用するようにしても良い。
【００２５】
前記好気性アンモニア酸化槽１１は、槽底部に散気管を有し、該散気管より空気３５を供給して処理液を曝気するとともに、槽内にｐＨ調整剤３４を添加する構成となっている。ｐＨ調整剤３４としては苛性ソーダ等のアルカリ剤が挙げられる。該好気性アンモニア酸化槽１１では、好気性条件下にて亜硝酸化菌などの酸化作用により対象処理液中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素まで分解する。このとき、同時に硝酸化菌により亜硝酸性窒素を経て硝酸性窒素まで分解されるが、本実施例では出来るだけこの反応を抑えるように槽内の条件を設定する。これは、ｐＨが比較的高く、且つ温度を制御することにより調整できる。
前記嫌気性アンモニア酸化槽１２は、嫌気性条件下で且つｐＨ、温度調整された槽内にて嫌気性アンモニア酸化反応を行う微生物群の作用により、下記反応式にてアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とが反応して窒素ガスまで分解される。
1.0ＮＨ4＋＋1.32ＮＯ2−＋0.066ＨＣＯ3−＋0.13Ｈ＋
→1.02Ｎ2＋0.26ＮＯ3−＋0.066ＣＨ2Ｏ0.5Ｎ0.15＋2.03Ｈ2Ｏ
【００２６】
前記嫌気性脱窒槽１３は、嫌気性状態の槽内に有機炭素源を添加し、微生物の作用によって処理液中に含まれる硝酸性窒素、亜硝酸性窒素を窒素ガス（Ｎ２）まで還元する装置である。このとき、必要に応じて前記有機炭素源３６としてメタノール、酢酸等の水素供与体を供給すると良い。
前記再曝気槽１４は、槽底部に設けられた散気管より空気３７を供給して処理液8を曝気し、処理液中に残留する窒素成分の除去を行う周知の装置であり、これを設けない構成とすることもできる。
【００２７】
以上の構成を有する処理設備について、その作用を処理方法とともに説明する。
まず、前処理設備により夾雑物除去などの前処理が施された対象処理液３０は、ＢＯＤ分離装置１０に導入され、ここでＢＯＤ含有液３１とアンモニア含有液３２とに分離される。該アンモニア含有液３２は二つに分配され、一方は後段の好気性アンモニア酸化槽１１に送給され、他方の分岐アンモニア含有液３３は前記嫌気性アンモニア酸化槽１２に送給される。アンモニア含有液の分岐比率（分配比）は、嫌気性アンモニア酸化槽１２に流入するアンモニア性窒素と、亜硝酸性窒素のモル比が１：１．３２に近づくように設定すると良い。好適には、前記アンモニア含有液３２の５６％程度を前記好気性アンモニア酸化槽１１に導入し、該アンモニア含有液３２の４４％程度を分岐アンモニア含有液３３として前記嫌気性アンモニア酸化槽１２に導入する。前記好気性アンモニア酸化槽１１に流入したアンモニア含有液３２は、空気３５による曝気とｐＨ調整剤３４が添加され、好気性微生物の作用によりアンモニア性窒素が亜硝酸性窒素まで酸化され、該亜硝酸性窒素を主体的に含む処理液は前記分岐アンモニア含有液３３とともに嫌気性アンモニア酸化槽１２に導入される。該嫌気性アンモニア酸化槽１２では、嫌気性アンモニア酸化微生物の作用により、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とが反応して窒素ガスが生成するとともに、少量の硝酸性窒素が生成される。該硝酸性窒素を含む処理液は前記嫌気性脱窒槽１３に導入され、有機炭素源である前記ＢＯＤ含有液３１の存在下にて脱窒反応し、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素が窒素ガスまで還元される。このとき、必要に応じてエタノール等の有機炭素源３６を外部より適宜添加する。さらに、残留するアンモニア性窒素等の窒素成分を、後段の再曝気槽１４にて空気３７の導入により曝気して分解除去し、窒素分が除去された処理液３８として放流、若しくは高度水処理設備に送給する。
【００２８】
本実施例によれば、ＢＯＤ成分を含有する廃水においても窒素を効率良く除去できるとともに、ＢＯＤ成分を嫌気性脱窒処理において有機炭素源として有効利用することができるため、有機炭素源の添加を不要化若しくは低減することが可能である。
ここで、本実施例にかかる窒素除去システムと、図１０に示した従来技術に係る窒素除去システムとを比較し、外部添加する有機炭素源（メタノール）の必要量につき考察する。
図１０に示したＢＯＤ分離装置１０を設けない従来のシステムでは、嫌気性脱窒槽７４におけるメタノール添加量は３４８ｐｐｍである（図１１参照）。
一方、本実施例に係るシステムでは、対象処理液のＢＯＤ濃度によって異なる５００ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、１００ｐｐｍの３例について試算すると、外部より添加する必要のある有機炭素源の必要量は以下のようになる。ＢＯＤ濃度が５００ｐｐｍの場合には、ＢＯＤ分離装置１０でのＢＯＤ分離効率を９５％とすると、４７５ｐｐｍのＢＯＤ成分を嫌気性脱窒槽１３に導入することができ、必要量とされる３４８ｐｐｍよりも多いので外部からの有機炭素源の添加は不要となることがわかる。このとき、メタノール／ＢＯＤ換算係数は１．０とする。
【００２９】
また、ＢＯＤ濃度が３００ｐｐｍの場合、同様にＢＯＤ分離効率を９５％とすると２８５ｐｐｍのＢＯＤ成分が嫌気性脱窒槽１３に導入されることとなり、下記式により、従来の有機炭素源添加量の１８％のみを外部より添加すればよく、従って約８２％の有機炭素源の低減が可能となる。
（３４８−２８５）／３４８×１００≒１８（％）
ＢＯＤ濃度が１００ｐｐｍの場合、同様にＢＯＤ分離効率を９５％とすると９５ｐｐｍのＢＯＤ成分が嫌気性脱窒槽１３に導入されることとなり、下記式により、従来の有機炭素源添加量の７３％を外部より添加すればよく、従って約２７％の有機炭素源の低減が可能となる。
（３４８−９５）／３４８×１００≒７３（％）
尚、上記した条件において、対象処理液のＢＯＤ濃度が３４８／０．９５＝３６６（ｐｐｍ）以上である場合に、外部からの有機炭素源の添加が不要となることがわかる。
このように、本実施例によれば、対象処理液中に含まれるＢＯＤ成分を有効利用することで外部からの有機炭素源の添加を不要化若しくは大幅に低減することが可能である。
【実施例２】
【００３０】
図２に本実施例２に係る生物学的窒素除去システムのフロー図を示す。以下、本実施例２乃至実施例８において、前記実施例１と略同様の構成についてはその詳細な説明を省略する。
本実施例２では、上記した実施例１の構成において、前記ＢＯＤ分離装置１０として液中膜分離装置１０’を用いた構成としている。
前記液中膜分離装置１０’は、原水槽内に貯留された対象処理液３０中に浸漬された液中浸漬膜１５と、該液中浸漬膜１５の下方に配置され、空気３９を槽内に供給する散気管と、を備え、槽内に導入された対象処理液３０は、吸引ポンプにて透過液側を減圧することによって生じた膜間差圧により液中浸漬膜１５を透過して吸引され、該液中浸漬膜１５を通過する際に濾過されて、ＢＯＤ成分が分離されたアンモニア含有液３２が得られる。また、膜分離時に前記液中浸漬膜１５の下方に設けられた散気管から空気３９を噴出させて対象処理液３０を曝気している。これは主に前記液中浸漬膜１５の表面流速を維持し、膜面の閉塞を防止する目的で行われるが、このとき、廃水中に含まれる蛋白質、アミノ酸等の有機態窒素は曝気により加水分解してアンモニア化される。
本実施例によれば、対象処理液３０中に、アンモニア性窒素以外に蛋白質、アミノ酸等の有機態窒素が含まれている場合であっても、前記液中膜分離装置１０’を設けることによりこれらの有機態窒素がアンモニア化し、ＢＯＤ成分とともに後段の嫌気性脱窒槽１３に導入されることがなく、窒素除去効率の低下を防止することが可能となる。
【実施例３】
【００３１】
図３に本実施例３に係る生物学的窒素除去システムのフロー図を示す。本実施例では、一例として生ごみを処理対象とし、メタン発酵処理系統を備えたシステムにつき説明する。
本実施例３に係るシステムは、ライン上流から下流に向かって、生ごみ４０が導入される前処理設備１６と、前処理後の生ごみが導入される有機酸発酵槽１７と、有機酸発酵液が導入されるメタン発酵槽１８と、メタン発酵後のメタン発酵液を固液分離する固液分離装置１９と、固液分離液が導入されるＢＯＤ分離装置１０と、分離されたアンモニア含有液４２が導入され、主として亜硝酸性窒素を含有する処理液を得る好気性アンモニア酸化槽１１と、亜硝酸性窒素含有処理液が導入される嫌気性アンモニア酸化槽１２と、該嫌気性アンモニア酸化槽１２から排出される処理液が導入される嫌気性脱窒槽１３と、該嫌気性脱窒槽１３からの処理液が流入する再曝気槽１４と、を備えるとともに、前記ＢＯＤ分離装置１０にて分離されたＢＯＤ含有液４４を前記嫌気性脱窒槽１３に導くラインと、該分離されたアンモニア含有液４５の少なくとも一部を分岐させて分岐アンモニア含有液４６を前記嫌気性アンモニア酸化槽１２に導くラインと、を備えている。
【００３２】
前記有機酸発酵槽１７は、生ごみのｐＨ、温度、水量、濃度等をメタン発酵に適した条件に調整する手段、及び撹拌手段等を有し、主として廃棄物中の有機物を加水分解及び有機酸発酵する酸生成段階が行なわれる。該有機酸発酵槽１７は、特に発酵反応を行うものに限らず、単に加水分解により有機酸を生成する構成であっても良い。
前記メタン発酵槽１８は、槽内に嫌気性微生物が繁殖しており、嫌気性微生物が卓越して繁殖できる環境に温度、ｐＨ等の条件が維持されており、主として水素・酢酸生成及びメタン生成からなるメタン生成段階が行なわれ、バイオガス、上澄み液であるメタン発酵液、及びメタン発酵汚泥が発生する。
前記固液分離装置１９では、前記メタン発酵槽１８にて発生したメタン発酵液とメタン発酵汚泥４３とを分離する装置であり、前記メタン発酵槽１８と一体化した構成としても良い。
【００３３】
さらに本実施例は、前記有機酸発酵槽１７から排出される有機酸発酵液４１の少なくとも一部を分岐し、分岐有機酸発酵液４２が流入する有機酸分離装置２０が設けられるとともに、該有機酸分離装置２０にて得られた有機酸分離液４８を前記有機酸発酵槽１７に返送する有機酸分離液送給ラインと、有機酸含有液４９を前記嫌気性脱窒槽１３に導入する有機酸含有液送給ラインと、が設けられている。
前記有機酸分離装置２０は、前記分岐有機酸発酵液４２から有機酸を分離し、該有機酸を含まない有機酸分離液４８と、有機酸を含む有機酸含有液４９とを得る装置である。この分離方法としては、蒸留、蒸発等が挙げられる。また、前記分岐有機酸発酵液４２を酸性状態とし、有機酸をストリッピングして回収する方法としても良い。
【００３４】
本実施例では、有機酸発酵槽１７にて得られた有機酸を多量に含有する有機酸発酵液４１の一部を分岐し、分岐有機酸発酵液４２を前記有機酸分離装置２０にて分離した後、回収した有機酸を多く含む有機酸含有液４９を嫌気性脱窒槽１３に導入することにより、外部より添加する有機炭素源を大幅低減若しくは不要化する。
一方、前記有機酸分離装置２０にて有機酸が除去された有機酸分離液４８は、前記有機酸発酵槽１７に循環させる。循環させることにより有機酸発酵槽１７内の有機酸濃度を抑えられ、これによって有機酸による有機酸発酵関連微生物への阻害が軽減され、有機酸転換率を大幅に向上させることができる。さらに、有機酸転換率が上昇することによりメタン発酵槽１８でのメタンガス発生量も増大する。
尚、本実施例では有機酸発酵槽１７とメタン発酵槽１８を明確に分離したシステムを例示しているが、生ごみのような比較的易分解性の処理対象の場合、明確に有機酸発酵を意図しなくてもメタン発酵槽１８の前段階の混合層や調整槽でも温度、滞留時間が類似の範囲であれば必然的に有機酸発酵が相当程度生起するので、このような場合にも本実施例は十分に適用可能である。
【実施例４】
【００３５】
図４に本実施例４に係る生物学的窒素除去システムのフロー図を示す。
本実施例に係るシステムは、図３に示した実施例３の構成において、前記メタン発酵槽１８から排出されるメタン発酵液の一部を分岐させ、該分岐メタン発酵液５０を有機酸分離装置２０に導入するようにし、該有機酸分離装置２０にて得られた有機酸分離液４８を前記メタン発酵槽１８若しくは前記有機酸発酵槽１７に循環させ、有機酸含有液４９を嫌気性脱窒槽１３に導入するようにしている。
これは、メタン発酵槽１８からのメタン発酵液にも有機酸が多く含まれることから、これを有機酸分離装置２０にて分離回収した有機酸含有液４９を嫌気性脱窒槽１３に導入することにより、外部より添加する有機炭素源量を大幅に低減若しくは不要化することを可能としている。この場合、実施例３のように有機酸発酵槽１７における有機酸による微生物阻害を軽減することはできないが、有機炭素源の添加量の低減若しくは不要化が可能であるとともに、メタン発酵効率の向上が期待できる。
【００３６】
さらに、本実施例４若しくは前記実施例３の構成において、前記有機酸分離装置２０にて分離回収した有機酸含有液４９の少なくとも一部分岐させ、該分岐有機酸含有液５１を好気性アンモニア酸化槽１１に導入する構成としても良い。
本システムでは、好気性アンモニア酸化槽１１にてアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素まで酸化するが、後段にて嫌気性アンモニア酸化を行うためには硝酸性窒素までの酸化は防止しなければならない。そこで、上記したように分岐有機酸含有液５１を前記好気性アンモニア酸化槽１１に導入することで亜硝酸性窒素を硝酸性窒素まで酸化する硝酸化菌の活性を低下せしめることができ、硝酸性窒素の発生を最小限に抑えることが可能となる。これは、有機酸発酵またはメタン発酵では、酢酸などとともにプロピオン酸も生成することが知られているが、特にこのプロピオン酸の硝酸化菌への活性阻害が強いことを利用するものである。このように、本実施例によれば、好気性アンモニア酸化槽１１におけるアンモニア性窒素の硝酸性窒素までの酸化を防止し、亜硝酸性窒素への転換を確実にすることが可能である。
【実施例５】
【００３７】
図５に本実施例５に係る生物学的窒素除去システムのフロー図を示す。本実施例は、し尿や家畜糞尿等の固形物を多く含有する廃水を好適に処理可能である。
本実施例５に係るシステムは、前記実施例１に示したシステムに加えて、ＢＯＤ分離装置１０の上流側に、対象処理液５２が導入される前処理設備２１と、前処理後の対象処理液が導入される機械的固液分離装置２２と、凝集剤５４が添加された固液分離液が導入される膜分離装置２３と、を備えるとともに、前記膜分離装置２３により分離された膜分離濃縮液５５を前記機械的固液分離装置２２に返送する濃縮液返送ラインとを備えた構成となっている。
前記機械的固液分離装置２２は、例えば遠心分離、加圧分離、ベルトプレス、スクリュープレス等が挙げられる。
前記膜分離装置２３は、ＵＦ（限外ろ過）、ＭＦ（精密ろ過）、ＲＯ（逆浸透）等が挙げられる。
【００３８】
本システムでは、固形物を多く含有する対象処理液５２を前処理設備２１に導入し、予め夾雑物を除去した後、機械的固液分離装置２２にて粗大固形物を除去し、分離固形物５３と分離液とに分離する。分離液は凝集剤５４を添加して膜分離装置２３に導入し、該膜分離装置２３にて膜分離して得られた固形性ＢＯＤ、コロイド性ＢＯＤを含む膜分離濃縮液５５は前記機械的固液分離装置２２に返送する。膜分離により固形物等が分離された膜分離液は、ＢＯＤ分離装置１０に送給され、上記した実施例１と同様の処理を行う。
本実施例によれば、し尿や家畜糞尿等の固形性ＢＯＤやコロイド性ＢＯＤを予め除去した後に窒素除去処理を行うようにしたため、嫌気性アンモニア酸化微生物への阻害を軽減することができ、窒素除去効率の低下を防止できる。
【実施例６】
【００３９】
図６に本実施例６に係る生物学的窒素除去システムのフロー図を示す。本実施例は、機械的分離により高い固形物分離効率が得られる処理対象に適したシステムであり、特に浄化槽汚泥等の処理に適している。
本実施例６に係るシステムは、前記実施例１に示したシステムに加えて、ＢＯＤ分離装置１０の上流側に、対象処理液５２が導入される前処理設備２１と、前処理後の対象処理液が導入される機械的固液分離装置２２と、を備えた構成となっている。
このシステムは前記実施例５に示した構成において、ＢＯＤ分離装置１０に前記膜分離装置２３の機能を持たせた構成としており、システムのコンパクト化が図れる。
まず、固形物を多く含むとともに固液分離性の高い対象処理液５６を前処理設備２１に導入し、予め夾雑物を除去した後、機械的固液分離装置２２にて粗大固形物を除去し、分離固形物５７と分離液とに分離し、分離液を前記ＢＯＤ分離装置１０に送給して、これ以降の各処理装置にて窒素除去を行う。
このように、本実施例によれば、予め固形性ＢＯＤ等を除去した廃水に対して窒素除去処理を行うようにしたため、嫌気性アンモニア酸化微生物への阻害を軽減することができるとともに、システムのコンパクト化が可能となる。
【実施例７】
【００４０】
図７に本実施例７に係る生物学的窒素除去システムのフロー図を示す。本実施例７は、し尿処理設備、下水処理設備、汚泥処理設備等の各種生物処理施設２５にて発生する悪臭ガス６０を処理する脱臭設備を備え、該脱臭設備から排出される洗浄廃液を処理対象とする。
このシステムの構成は、各種生物処理施設２５にて発生する悪臭ガス６０を捕集し、該悪臭ガス６０を酸洗浄する酸洗浄塔２６と、酸洗浄後のガスに対してアルカリ洗浄するアルカリ洗浄塔２７と、を備えた脱臭設備と、前記酸洗浄塔２６から排出される酸洗浄廃液６２が流入する好気性アンモニア酸化槽１１と、該好気性アンモニア酸化槽１１からの処理液が流入する嫌気性アンモニア酸化槽１２と、該嫌気性アンモニア酸化槽１２からの処理液が流入する嫌気性脱窒槽１３と、その後段に配設された再曝気槽１４と、からなる。
また、前記酸洗浄液６２の少なくとも一部を分岐し、分岐酸洗浄廃液６２’を前記嫌気性アンモニア酸化槽１２に導入する分岐酸洗浄廃液送給ラインと、前記アルカリ洗浄塔２７からのアルカリ洗浄廃液６４を前記嫌気性脱窒槽１３に導入するアルカリ洗浄廃液送給ラインとを備えている。
【００４１】
前記酸洗浄塔２６は、硫酸等の酸６１と前記悪臭ガス６０とを接触させて主に臭気成分であるアンモニアを除去する装置であり、該酸洗浄塔にて生じる酸洗浄廃液６２はアンモニア成分を多く含有する。
前記アルカリ洗浄塔２７は、苛性ソーダ等のアルカリ６２と前記悪臭ガス６０とを接触させて主に臭気成分である有機酸を除去する装置であり、該アルカリ洗浄塔にて生じるアルカリ洗浄廃液６４は有機酸を多く含有する。
【００４２】
本システムでは、前記アンモニアを多く含有する酸洗浄廃液６２を好気性アンモニア酸化槽１１に導入し、ｐＨ調整剤３４の添加、及び空気３５による曝気を行いながら好気性微生物の作用によりアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素まで酸化し、該亜硝酸性窒素を含む処理液を嫌気性アンモニア酸化槽１２に導入する。該嫌気性アンモニア酸化槽１２には、前記酸洗浄廃液６２の一部を分岐させた分岐酸洗浄廃液６２’が同時に供給され、このアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を、嫌気性アンモニア酸化微生物の作用により窒素ガスまで分解する。そして、少量の硝酸性窒素を含む処理液を嫌気性脱窒槽１３に導入し、有機炭素源として前記アルカリ洗浄廃液６４を供給し、必要に応じて外部より有機炭素源３６を添加して、脱窒反応を行う。脱窒後に残留するアンモニアは、再曝気槽１４にて除去し、窒素除去された処理液は系外に放流、若しくは高度水処理設備に送給する。
本実施例によれば、脱臭設備にて生じる酸洗浄廃液６２を好気性アンモニア酸化槽１１若しくは嫌気性アンモニア酸化槽１２に導入し、アルカリ洗浄廃液６４を嫌気性脱窒槽１３に導入する構成としたため、脱臭廃液を効率的に処理することができ、また該脱臭廃液の窒素除去処理に際して、有機炭素源の外部添加量の少ない処理方法を提供することができる。尚、前記脱臭設備が、アルカリ洗浄塔２７を備えない構成であっても本実施例を適用できる。
【実施例８】
【００４３】
図８に本実施例８に係る生物学的窒素除去システムのフロー図を示す。本実施例８は、前記実施例１と前記実施例７とを組み合わせたシステムであり、各種生物処理施設２５から排出される窒素含有廃水６６の処理と、該設備２５にて発生した悪臭ガス６０の脱臭設備から排出される酸洗浄廃液６２及びアルカリ洗浄廃液６４とを同時に処理することができる。
本システムでにおいて、各種生物処理施設２５から排出される廃水６６は、実施例１と同様に、ＢＯＤ分離装置１０、好気性アンモニア酸化槽１１、嫌気性アンモニア酸化槽１２、嫌気性脱窒槽１３、再曝気槽１４にて窒素除去処理が段階的に行われる。
一方、前記生物処理施設２５にて発生した悪臭ガス６０は、酸洗浄塔２６にて酸６１と悪臭ガス６０を接触させてアンモニアを主とする臭気成分が除去された後、アルカリ洗浄塔２７にてアルカリ６３と接触させて有機酸を主とする臭気成分が除去される。前記酸洗浄塔２６から排出される酸洗浄廃液６２は、前記ＢＯＤ分離装置１０にて得られたアンモニア含有液４５に合流され、これ以降の窒素除去処理が施される。前記アルカリ洗浄塔２７から排出されるアルカリ洗浄廃液６４は、前記嫌気性脱窒槽１３に導入され脱窒反応の有機炭素源として利用される。このとき、必要に応じて適宜有機炭素源３６を外部から添加する。
このように、本実施例によれば、各種生物処理施設２５から排出される廃水６６及び悪臭ガス６０を効率良く処理することができ、また廃水６６中に含まれるＢＯＤ成分若しくはアルカリ洗浄液に含まれる有機酸を有機炭素源として有効利用する構成としたため、外部から添加する有機炭素源量を低減若しくは不要化することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、ＢＯＤ成分を含有する対象処理液えであっても窒素除去効率が高く維持でき、且つ外部から添加する有機炭素源量を低減若しくは不要化することができるため、低コストで且つ高効率な窒素除去システムとすることができ、有機物下水道処理、し尿処理、浄化槽汚泥処理、畜産排水処理、水産加工排水処理、洗浄排水処理、工場排水処理等の何れにも有効に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施例１に係る生物学的窒素除去システムのフロー図である。
【図２】本発明の実施例２に係る生物学的窒素除去システムのフロー図である。
【図３】本発明の実施例３に係る生物学的窒素除去システムのフロー図である。
【図４】本発明の実施例４に係る生物学的窒素除去システムのフロー図である。
【図５】本発明の実施例５に係る生物学的窒素除去システムのフロー図である。
【図６】本発明の実施例６に係る生物学的窒素除去システムのフロー図である。
【図７】本発明の実施例７に係る生物学的窒素除去システムのフロー図である。
【図８】本発明の実施例８に係る生物学的窒素除去システムのフロー図である。
【図９】従来例１（好気性酸化＋脱窒）の窒素除去システムのフロー図である。
【図１０】従来例２（好気性酸化＋嫌気性アンモニア酸化＋脱窒）の窒素除去システムのフロー図である。
【図１１】従来例１の各処理過程における水質分及び各供給物質の供給量を示す表である。
【図１２】従来例２の各処理過程における水質成分及び各供給物質の供給量を示す表である。
【符号の説明】
【００４６】
１０ ＢＯＤ分離装置
１０’ 液中膜分離装置
１１ 好気性アンモニア酸化槽
１２ 嫌気性アンモニア酸化槽
１３ 嫌気性脱窒槽
１４ 再曝気槽
１７ 有機酸発酵槽
１８ メタン発酵槽
２０ 有機酸分離装置
２５ 各種生物処理施設
２６ 酸洗浄塔
２７ アルカリ洗浄塔
３０ 対象処理液（廃水等）
３１、４４ ＢＯＤ含有液
３２、４５ アンモニア含有液
３３、４６ 分岐アンモニア含有液
３６ 有機炭素源（外部添加）
４０ 対象処理液（生ごみ等）
４１ 有機酸発酵液
４８ 有機酸分離液
４９ 有機酸含有液
５５ 膜分離濃縮液
６０ 悪臭ガス
６２ 酸洗浄廃液
６４ アルカリ洗浄廃液
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア成分とＢＯＤ成分を含有する対象処理液を、亜硝酸性窒素の存在下で嫌気性微生物の作用により酸化する嫌気性アンモニア酸化工程と、該嫌気性アンモニア酸化工程からの処理液を脱窒処理する嫌気性脱窒工程と、を含む生物学的窒素除去方法において、
前記対象処理液をアンモニア含有液とＢＯＤ含有液に分離するＢＯＤ分離工程を備え、該アンモニア含有液を前記嫌気性アンモニア酸化工程に流入させるとともに、前記ＢＯＤ含有液を前記嫌気性脱窒工程に流入させることを特徴とする生物学的窒素除去方法。
【請求項２】
前記ＢＯＤ分離工程は、前記対象処理液を曝気しながら液中浸漬膜によりアンモニア含有液とＢＯＤ含有液に膜分離することを特徴とする請求項１記載の生物学的窒素除去方法。
【請求項３】
前記対象処理液を有機酸発酵する有機酸発酵工程と、有機酸発酵液をメタン発酵するメタン発酵工程とを備え、メタン発酵液を前記ＢＯＤ分離工程に送給する請求項１記載の生物学的窒素除去方法であって、
前記有機酸発酵液若しくは前記メタン発酵液から少なくとも一部を分岐させ、該分岐液を有機酸含有液と有機酸分離液とに分離する有機酸分離工程を備え、
前記有機酸含有液を前記嫌気性脱窒工程に流入させるとともに、前記有機酸分離液を前記有機酸発酵工程若しくは前記メタン発酵工程に返送することを特徴とする生物学的窒素除去方法。
【請求項４】
前記有機酸含有液の少なくとも一部を、前記嫌気性アンモニア酸化工程に導入することを特徴とする請求項３記載の生物学的窒素除去方法。
【請求項５】
前記対象処理液が各種生物処理施設から排出される廃水であって、該処理施設にて発生する悪臭ガスを処理する脱臭工程を備えた請求項１記載の生物学的窒素除去方法において、
前記脱臭工程が少なくとも酸洗浄工程を含み、該酸洗浄工程から排出される酸洗浄廃液を前記アンモニア含有液と合流させて前記嫌気性アンモニア酸化工程に流入させることを特徴とする生物学的窒素除去方法。
【請求項６】
前記対象処理液が各種生物処理施設から排出される廃水であって、該処理施設にて発生する悪臭ガスを処理する脱臭工程を備えた請求項１記載の生物学的窒素除去方法において、
前記脱臭設備工程が少なくともアルカリ洗浄工程を含み、該アルカリ洗浄工程からのアルカリ洗浄廃液を前記嫌気性脱窒工程に導入することを特徴とする生物学的窒素除去方法。
【請求項７】
前記対象処理液を機械的固液分離して固液分離液と汚泥を得る機械的固液分離工程と、該固液分離液に凝集剤を添加した後膜分離して濃縮液と透過液を得る膜分離工程と、を備え、前記透過液を前記ＢＯＤ分離工程に送給するとともに、前記濃縮液を前記機械的固液分離工程に返送することを特徴とする請求項１記載の生物学的窒素除去方法。
【請求項８】
前記対象処理液を機械的固液分離して固液分離液と汚泥を得る機械的固液分離工程を備え、該分離液を前記ＢＯＤ分離工程に送給し、該ＢＯＤ分離工程にて膜分離を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の生物学的窒素除去方法。
【請求項９】
各種生物処理施設にて発生する悪臭ガスの酸洗浄工程とアルカリ洗浄工程を含む脱臭工程と、前記酸洗浄工程からの酸洗浄廃液を亜硝酸窒素の存在下で嫌気性微生物の作用により酸化する嫌気性アンモニア酸化工程と、該嫌気性アンモニア酸化工程からの処理液を脱窒処理する嫌気性脱窒工程と、を備え、前記アルカリ洗浄工程からのアルカリ洗浄廃液を前記嫌気性脱窒工程に導入することを特徴とする生物学的窒素除去方法。
【請求項１０】
アンモニア成分とＢＯＤ成分を含有する対象処理液を二つに分配し、一方の対象処理液を好気性微生物の作用により酸化する好気性アンモニア酸化槽と、他方の対象処理液と前記好気性アンモニア酸化槽からの処理液を混合して嫌気性微生物の作用により酸化する嫌気性アンモニア酸化槽と、該嫌気性アンモニア酸化槽からの処理液を脱窒処理する脱窒処理槽と、を含む生物学的窒素除去システムにおいて、
前記対象処理液をアンモニア含有液とＢＯＤ含有液に分離するＢＯＤ分離装置を設け、該アンモニア含有液を前記好気性アンモニア酸化槽若しくは前記嫌気性アンモニア酸化槽に流入させるアンモニア含有液送給ラインと、前記ＢＯＤ含有液を前記嫌気性脱窒槽に流入させるＢＯＤ含有液送給ラインを設けたことを特徴とする生物学的窒素除去システム。
【請求項１１】
前記ＢＯＤ分離装置は、前記対象処理液中に浸漬された液中浸漬膜と、前記液中浸漬膜の下方に設けられて前記対象処理液を曝気する曝気手段とを有し、該対象処理液を曝気しながら前記液中浸漬膜により膜分離することを特徴とする請求項１０記載の生物学的窒素除去システム。
【請求項１２】
前記対象処理液を有機酸発酵する有機酸生成槽と、有機酸発酵液をメタン発酵するメタン発酵槽とを備え、メタン発酵液を前記ＢＯＤ分離装置に送給する請求項１０記載の生物学的窒素除去システムであって、
前記有機酸発酵液若しくは前記メタン発酵液の少なくとも一部を分岐させ、該分岐液を有機酸含有液と有機酸分離液とに分離する有機酸分離装置を備え、
前記有機酸含有液を前記嫌気性脱窒槽に流入させる有機酸含有液送給ラインと、前記有機酸分離液を前記有機酸発酵槽若しくは前記メタン発酵槽に返送する有機酸分離液返送ラインと、を設けたことを特徴とする生物学的窒素除去システム。
【請求項１３】
前記有機酸含有液送給ラインから前記有機酸含有液の少なくとも一部を分岐して前記嫌気性アンモニア酸化槽に導入する有機酸含有液分岐ラインを設けたことを特徴とする請求項１２記載の生物学的窒素除去システム。
【請求項１４】
前記対象処理液が各種生物処理施設から排出される廃水であって、該処理施設にて発生する悪臭ガスを処理する脱臭設備を備えた請求項１０記載の生物学的窒素除去システムにおいて、
前記脱臭設備が酸洗浄塔とアルカリ洗浄塔を含み、該酸洗浄塔からの酸洗浄廃液を前記アンモニア含有液と合流させて前記好気性アンモニア酸化槽若しくは前記嫌気性アンモニア酸化槽に流入させる酸洗浄廃液送給ラインと、前記アルカリ洗浄塔からのアルカリ洗浄廃液を前記嫌気性脱窒槽に流入させるアルカリ洗浄廃液送給ラインを設けたことを特徴とする生物学的窒素除去システム。
【請求項１５】
各種生物処理施設にて発生する悪臭ガスを処理する酸洗浄塔とアルカリ洗浄塔を含む脱臭設備を備え、
前記酸洗浄塔からの酸洗浄廃液を二つに分配し、一方の酸洗浄廃液を好気性微生物の作用により酸化する好気性アンモニア酸化槽と、他方の酸洗浄廃液と前記好気性アンモニア酸化槽からの処理液を混合して亜硝酸性窒素の存在下で嫌気性微生物の作用により酸化する嫌気性アンモニア酸化槽と、該嫌気性アンモニア酸化槽からの処理液を脱窒処理する嫌気性脱窒槽と、を設けるとともに、前記アルカリ洗浄塔からのアルカリ洗浄廃液を前記嫌気性脱窒槽に導入するアルカリ洗浄廃液送給ラインを設けたことを特徴とする生物学的窒素除去システム。
【請求項１】
アンモニア成分とＢＯＤ成分を含有する対象処理液を、亜硝酸性窒素の存在下で嫌気性微生物の作用により酸化する嫌気性アンモニア酸化工程と、該嫌気性アンモニア酸化工程からの処理液を脱窒処理する嫌気性脱窒工程と、を含む生物学的窒素除去方法において、
前記対象処理液をアンモニア含有液とＢＯＤ含有液に分離するＢＯＤ分離工程を備え、該アンモニア含有液を前記嫌気性アンモニア酸化工程に流入させるとともに、前記ＢＯＤ含有液を前記嫌気性脱窒工程に流入させることを特徴とする生物学的窒素除去方法。
【請求項２】
前記ＢＯＤ分離工程は、前記対象処理液を曝気しながら液中浸漬膜によりアンモニア含有液とＢＯＤ含有液に膜分離することを特徴とする請求項１記載の生物学的窒素除去方法。
【請求項３】
前記対象処理液を有機酸発酵する有機酸発酵工程と、有機酸発酵液をメタン発酵するメタン発酵工程とを備え、メタン発酵液を前記ＢＯＤ分離工程に送給する請求項１記載の生物学的窒素除去方法であって、
前記有機酸発酵液若しくは前記メタン発酵液から少なくとも一部を分岐させ、該分岐液を有機酸含有液と有機酸分離液とに分離する有機酸分離工程を備え、
前記有機酸含有液を前記嫌気性脱窒工程に流入させるとともに、前記有機酸分離液を前記有機酸発酵工程若しくは前記メタン発酵工程に返送することを特徴とする生物学的窒素除去方法。
【請求項４】
前記有機酸含有液の少なくとも一部を、前記嫌気性アンモニア酸化工程に導入することを特徴とする請求項３記載の生物学的窒素除去方法。
【請求項５】
前記対象処理液が各種生物処理施設から排出される廃水であって、該処理施設にて発生する悪臭ガスを処理する脱臭工程を備えた請求項１記載の生物学的窒素除去方法において、
前記脱臭工程が少なくとも酸洗浄工程を含み、該酸洗浄工程から排出される酸洗浄廃液を前記アンモニア含有液と合流させて前記嫌気性アンモニア酸化工程に流入させることを特徴とする生物学的窒素除去方法。
【請求項６】
前記対象処理液が各種生物処理施設から排出される廃水であって、該処理施設にて発生する悪臭ガスを処理する脱臭工程を備えた請求項１記載の生物学的窒素除去方法において、
前記脱臭設備工程が少なくともアルカリ洗浄工程を含み、該アルカリ洗浄工程からのアルカリ洗浄廃液を前記嫌気性脱窒工程に導入することを特徴とする生物学的窒素除去方法。
【請求項７】
前記対象処理液を機械的固液分離して固液分離液と汚泥を得る機械的固液分離工程と、該固液分離液に凝集剤を添加した後膜分離して濃縮液と透過液を得る膜分離工程と、を備え、前記透過液を前記ＢＯＤ分離工程に送給するとともに、前記濃縮液を前記機械的固液分離工程に返送することを特徴とする請求項１記載の生物学的窒素除去方法。
【請求項８】
前記対象処理液を機械的固液分離して固液分離液と汚泥を得る機械的固液分離工程を備え、該分離液を前記ＢＯＤ分離工程に送給し、該ＢＯＤ分離工程にて膜分離を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の生物学的窒素除去方法。
【請求項９】
各種生物処理施設にて発生する悪臭ガスの酸洗浄工程とアルカリ洗浄工程を含む脱臭工程と、前記酸洗浄工程からの酸洗浄廃液を亜硝酸窒素の存在下で嫌気性微生物の作用により酸化する嫌気性アンモニア酸化工程と、該嫌気性アンモニア酸化工程からの処理液を脱窒処理する嫌気性脱窒工程と、を備え、前記アルカリ洗浄工程からのアルカリ洗浄廃液を前記嫌気性脱窒工程に導入することを特徴とする生物学的窒素除去方法。
【請求項１０】
アンモニア成分とＢＯＤ成分を含有する対象処理液を二つに分配し、一方の対象処理液を好気性微生物の作用により酸化する好気性アンモニア酸化槽と、他方の対象処理液と前記好気性アンモニア酸化槽からの処理液を混合して嫌気性微生物の作用により酸化する嫌気性アンモニア酸化槽と、該嫌気性アンモニア酸化槽からの処理液を脱窒処理する脱窒処理槽と、を含む生物学的窒素除去システムにおいて、
前記対象処理液をアンモニア含有液とＢＯＤ含有液に分離するＢＯＤ分離装置を設け、該アンモニア含有液を前記好気性アンモニア酸化槽若しくは前記嫌気性アンモニア酸化槽に流入させるアンモニア含有液送給ラインと、前記ＢＯＤ含有液を前記嫌気性脱窒槽に流入させるＢＯＤ含有液送給ラインを設けたことを特徴とする生物学的窒素除去システム。
【請求項１１】
前記ＢＯＤ分離装置は、前記対象処理液中に浸漬された液中浸漬膜と、前記液中浸漬膜の下方に設けられて前記対象処理液を曝気する曝気手段とを有し、該対象処理液を曝気しながら前記液中浸漬膜により膜分離することを特徴とする請求項１０記載の生物学的窒素除去システム。
【請求項１２】
前記対象処理液を有機酸発酵する有機酸生成槽と、有機酸発酵液をメタン発酵するメタン発酵槽とを備え、メタン発酵液を前記ＢＯＤ分離装置に送給する請求項１０記載の生物学的窒素除去システムであって、
前記有機酸発酵液若しくは前記メタン発酵液の少なくとも一部を分岐させ、該分岐液を有機酸含有液と有機酸分離液とに分離する有機酸分離装置を備え、
前記有機酸含有液を前記嫌気性脱窒槽に流入させる有機酸含有液送給ラインと、前記有機酸分離液を前記有機酸発酵槽若しくは前記メタン発酵槽に返送する有機酸分離液返送ラインと、を設けたことを特徴とする生物学的窒素除去システム。
【請求項１３】
前記有機酸含有液送給ラインから前記有機酸含有液の少なくとも一部を分岐して前記嫌気性アンモニア酸化槽に導入する有機酸含有液分岐ラインを設けたことを特徴とする請求項１２記載の生物学的窒素除去システム。
【請求項１４】
前記対象処理液が各種生物処理施設から排出される廃水であって、該処理施設にて発生する悪臭ガスを処理する脱臭設備を備えた請求項１０記載の生物学的窒素除去システムにおいて、
前記脱臭設備が酸洗浄塔とアルカリ洗浄塔を含み、該酸洗浄塔からの酸洗浄廃液を前記アンモニア含有液と合流させて前記好気性アンモニア酸化槽若しくは前記嫌気性アンモニア酸化槽に流入させる酸洗浄廃液送給ラインと、前記アルカリ洗浄塔からのアルカリ洗浄廃液を前記嫌気性脱窒槽に流入させるアルカリ洗浄廃液送給ラインを設けたことを特徴とする生物学的窒素除去システム。
【請求項１５】
各種生物処理施設にて発生する悪臭ガスを処理する酸洗浄塔とアルカリ洗浄塔を含む脱臭設備を備え、
前記酸洗浄塔からの酸洗浄廃液を二つに分配し、一方の酸洗浄廃液を好気性微生物の作用により酸化する好気性アンモニア酸化槽と、他方の酸洗浄廃液と前記好気性アンモニア酸化槽からの処理液を混合して亜硝酸性窒素の存在下で嫌気性微生物の作用により酸化する嫌気性アンモニア酸化槽と、該嫌気性アンモニア酸化槽からの処理液を脱窒処理する嫌気性脱窒槽と、を設けるとともに、前記アルカリ洗浄塔からのアルカリ洗浄廃液を前記嫌気性脱窒槽に導入するアルカリ洗浄廃液送給ラインを設けたことを特徴とする生物学的窒素除去システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−２７２１７７（Ｐ２００６−２７２１７７Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９５５４４（Ｐ２００５−９５５４４）
【出願日】平成１７年３月２９日（２００５．３．２９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２９日（２００５．３．２９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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