JPH0347159B2 - - Google Patents
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Description
発明の技術分野
この発明は流入廃水から窒素分を除去するため
の生物学的廃水処理システムの能力改善に関す
る。この発明はアンモニアを亜硝酸塩および／ま
たは硝酸塩（一括してNOXという）に完全に、
あるいはほぼ完全に転化する生物学的システムに
おけるアンモニア除去率を改善するものである。 発明の背景 廃水からの生物学的（または生化学的）酸素要
求量（BOD）およびアンモニア性窒素の除去は、
長い間活性汚泥法により行なわれてきた。普通
BOD5として表現されるBODは、一般に、そして
この発明においても、他栄養性微生物による有機
炭素化合物の酸化に起因するものである。アンモ
ニア性窒素素分の酸化は、その繁殖エネルギーが
アンモニア性窒素のNOXへの酸化によつて与え
られる自栄養性微生物によつて行なわれる。その
ようにして得られたエネルギーは、水、二酸化炭
素およびアンモニアのような無機化合物から蛋白
質物質を製造するために使用される。 BODおよびアンモニア性窒素が共に単一汚泥
法において廃水から除去しうることは知られてい
ることである。その方法ではアンモニアはNOX
に酸化されて除去される。脱窒が必要な場合、
NOXはN2OまたはN2のような揮発性窒素化合物
に還元すればよい。またNOX含有廃水の充分な
量を、米国特許第4056465号の第２図や、J.バー
ナードがWater and Waste Engineering（1974）
33、に記載している処理システムの一形式や、南
アフリカ特許第725371号の要旨のように、廃水処
理システムにおける嫌気帯域（anoxic zone）へ
返送すればよい。 この型式の方法においては、使用される微生物
が電子受容体として働くことによつて、NOXを
N2に還元する。この場合、NOXの酸化力は有機
炭素化合物の酸化に利用される。効果的な硝化を
行ないうる生物学的廃水処理方法はすべて、
BODのみの除去を行う方法の汚泥令に比べてよ
り長い汚泥令を必要とする。この型式の硝化法に
用いられる最小汚泥令は、30℃で約1.5日から10
℃で約10日である。 アンモニア性窒素の除去は、アンモニアの酸素
要求量が酸素分を除去してしまうことにより処理
水の水質を低下させるため、これらの方法では必
要である。アンモニアおよびNOXを含む全窒素
の除去は、処理水中で植物および／または藻類が
よく繁殖するため窒素原子が有害となるとき、必
要である。 発明の簡単な要約 この発明は、アンモニア性窒素がBOD吸着帯
域で除去される、典型的活性汚泥法の改良された
操作方法を提供する。 典型的活性汚泥法の基本的操作方法は次のよう
なものである： (a) BOD吸着帯域に混合液を形成する。この混
合液は活性バイオマスを流入廃水に含まれる可
溶性BOD5およびアンモニアと、可溶性BOD5
の少なくとも25％が上記バイオマスによつて吸
着されるような条件下に混合することによつて
形成する； (b) 少なくとも上記バイオマスに吸着された一部
を含む混合液中のBOD5を、混合液が酸化剤と
接触する酸化帯域で酸化する。この酸化は、混
合液中の全BOD5の少なくとも30％が酸化され
るようにする； (c) 酸化済みの混合液を沈殿帯域で沈殿させて、
上澄液と上記活性バイオマスを含む濃厚汚泥を
形成する；そして、 (d) 濃厚汚泥の少なくとも一部をBOD吸着帯域
へ返送する。 この型式の方法における酸化帯域でのアンモニ
ア性窒素の除去は、酸化帯域から流出する混合液
中のアンモニア性窒素濃度が約0.3ppm以下にな
るように、酸化帯域の混合液中のアンモニア性窒
素濃度を低下し、全体的Ｆ／Mp比を約0.05に等
しいか、またはそれ以上に保つことによつて行な
われる。 廃水処理システムからの慣用的窒素除去方法
は、アンモニアをNOXに酸化し、次いでN2およ
び／またはN2Oのような揮発性化合物にNOXを
還元するものである。この方法はアンモニア性窒
素を全部、あるいはほとんど全部、BOD5と共に
酸化帯域で酸化しなければならないので、大量の
酸素または他の酸化剤を必要とする。 この発明の方法は、BOD吸着帯域におけるア
ンモニア性窒素を有効値、すなわち2ppmよりも
大きい値で除去することができる。BOD吸着帯
域において除去された2ppmよりも大きい値のア
ンモニア性窒素は、処理システム中において蛋白
質やNOXとして実質的に再現することはない。
結局、この方法はBOD酸化帯域で酸化されなけ
ればならないNH4を低減し、したがつて添加す
る酸化剤の必要量を大いに低減できる。さらに、
生成するNOXの量が少ないので、NOXをN2や
N2Oのような揮発性窒素化合物に還元するため
の脱窒工程をより小規模なものとすることができ
る。 用語と定義 この発明におけるパラメータは次のように定義
される： １ Ｆは任意の廃水処理システムに任意時刻に供
給された可溶性BODの量を24時間当りに外挿
したものを意味する。 ２ MsはBOD吸着帯域における混合液揮発性懸
濁固形物（MLVSS）として測定されるバイオ
マスの量である。 ３ MpはBOD酸化帯域および、存在するのであ
れば嫌気帯域における混合液揮発性懸濁固形物
（MLVSS）として測定されるバイオマスの量
である。 発明の詳細な記述 添付図面にしたがつて説明すると、改良活性汚
泥処理装置は米国特許第4056465号明細書の第１
図に示されたものと多くの点で一致している。処
理される廃水に含まれているNH3は、廃水を一
般に、しかしながら必ずしも必要ではない、一次
沈殿タンクまたは清澄装置（図示されていない）
で上澄み水として、まず流入管１１を通つて
BOD吸着帯域に入る。吸着帯域Ａでは、流入廃
水に沈降タンクまたは２次清澄装置１２で沈殿し
ライン１３を介して返送された返送汚泥が混合さ
れる。返送量はシステムの負荷によつて決定さ
れ、負荷のピーク時には増加する。沈殿スラツジ
の小部分はライン１４から排出される。浄化され
た上澄み水はライン１５を経て、受入れ河川また
は必要に応じ高次処理を行なう、あるいは行なわ
ない受水槽へ送られる。 上記のように、帯域ＡはBOD吸着帯域Ａを液
が栓流に近い状態で流れるよう、２ないしそれ以
上の処理小室に分割することが好ましい。 物理的に分割した部分を設けること、またはそ
こにおける水の状態を等しくすることにより、望
ましくない糸状細菌の繁殖をより確実に抑制する
ことができ、その結果、悪条件下でさえも良好な
汚泥特性を維持することができる。このような悪
条件としては、例えば、高比表面積微生物が低濃
度でのBOD吸着競争では優勢であるので、BOD
が低濃度である場合の操作などがある。BOD吸
着帯域をう回する未処理BODは最小限である。
特に図示の実施例では、帯域Ａは、それぞれ撹拌
手段１９を備えた２つの小室、室１６と室１７に
分割されている。液はほぼ栓流として帯域Ａの数
小室を通過し、BOD酸化帯域Ｂに導入される。 図では帯域Ａは２つの小室１６，１７に分割さ
れているが、３ないしそれ以上の小室にしてもよ
いことは理解されることであろう。帯域Ａおよび
Ｂは、帯域Ａから帯域Ｂへのバツクミキシングを
ほとんど起さずに充分な一方向流れを形成しうる
適当な手段を設けるのであれば、内部連通する分
割された槽であつてもよい。 液への曝気は公知の方法で帯域Ｂで行なわれ
る。すなわち、図のように、圧縮空気が散気器２
０によつて酸化帯域の底部から混合される。もし
必要であれば、散気器にかえて、あるいはそれに
加えて、機械的曝気装置を酸化帯域Ｂに設けるこ
ともできる。また空気にかえて、任意の純度の酸
素を帯域Ｂに添加することもできる。その場合は
適当な手段で該帯域のすべて、または一部を覆う
ことが必要である。実際には、帯域Ａで廃水中の
全BOD5およびアンモニアの好ましくは約１％ま
でが部分酸化されうるが、普通実質的にすべての
酸化は帯域Ｂで起こる。 図示の如く、帯域Ｂは２つの液処理小室２６お
よび２７に分割されている。しかしながら、よく
分かるように、必要であればもつと多数の小室に
分割することも出来る。この方法の帯域Ｂで多段
化する理由のひとつは、アンモニア酸化が通常可
溶性アンモニア濃度に対して一次的に関係にある
ことが観察されるからである。すなわち、廃水中
のアンモニア値が低いと非常によい栓流が形成さ
れる。 帯域Ａは廃水処理プラントのBOD吸着帯域と
して設計される。この発明の記載された方法に関
して「BOD吸着帯域」という用語は、そこで流
入廃水と返送汚泥がまず混合され、そして酸化剤
の添加が意図的に避けられ、廃水中の可溶性
BOD5の少なくとも25％、好ましくは50％が混合
液の水相から固形汚泥へ移動するような廃水処理
プラントの帯域に関するものであり、そのような
帯域を意味すると定義される。“可溶性BOD5”
という用語は、1.25ミクロンガラス繊維フイルタ
ーを通過する生物学的酸素要求量から、窒素分の
酸化に要する酸素を差し引いたものを意味する。 可溶性BOD5の水相から固形汚泥への一定の移
動度を得るために、吸着帯域におけるＦ／Ms比
を10未満、好ましくは５未満に保つことが重要で
ある。 すなわち、廃水中のBODおよびアンモニア双
方の主たる酸化は酸化帯域Ｂで起こる。この方法
で用いられている「酸化帯域」という用語は、そ
こに酸素移動手段が用いられており、BOD吸着
帯域からの混合液を全BOD5の少なくとも30％を
酸化するために充分な条件および時間で酸素およ
び／または酸化剤と接触させるような廃水処理プ
ラントにおける帯域として定義される。 すでに述べたように、BOD吸着帯域における
酸化を最小限とすることが重要である。BOD吸
着帯域における酸化度を最小限のものとするため
に次の１ないしそれ以上のステツプがとられる： Ａ 帯域Ａを構成する槽（あるいは複数の槽）
は、大気との接触を避けるために液表面を窒素
または他の不活性ガスで覆うとよい。あるい
は、ゆるく適合した蓋を液面に、または液面上
方に設置するとよい。また、液面上方を不活性
ガスで覆うと共に、あるいは覆うことなしに、
剛性蓋を設けてもよい。これらの酸化制限手段
にかえて、またはそれらに加えて、BOD吸着
帯域に窒素パージガスを導入することもでき
る。 Ｂ 気体移動手段はBOD吸着帯域には設けない。
該帯域は、散気器や表面曝気装置、あるいは他
の気−液移動手段ではなく、例えば図において
符号１９で示される撹拌器を備えている。 Ｃ 例えば硝酸塩および／または亜硝酸塩
（NOX）のような、酸化剤の過剰量をBOD吸
着帯域に導入しないよう注意しなければならな
い。BOD吸着帯域では、廃水中に存在する
NOXだけでなく、システムの下流側からBOD
吸着帯域に返送されるNOXについても調整し
なければならない。 処理プラントへ流入する下水管に存在する微生
物がBODによつて硝酸塩および／または亜硝酸
塩を還元するために、廃水にはふつうNOXはほ
とんど、あるいは全く含まれていない。NOXの
供給可能源は、生物学的硝化システム、すなわち
アンモニア性BODをNOXに酸化するように設計
されている。BOD酸化帯域からの返送混合液で
ある。このようなシステムにおいて、米国特許第
4056465号明細書の第２図には、嫌気帯域を最初
のBOD吸着帯域と酸化帯域との間に介在させる
ように記載してあるが、酸化帯域からの混合液の
一部をNOXの還元を行なう中間嫌気帯域へ返送
する。 流入廃水は一般にアンモニア性窒素または
NH3の形で充分な量の窒素を含む。前述した、
あるいは同様の型式の活性汚泥法では、窒素分は
酸化帯域でアンモニアがNOXに酸化され、次い
でN2および／またはN2Oのような揮発性化合物
に還元されることにより慣用の如く除去される。 ところで、この型式の方法において、アンモニ
ア性窒素の一部がBOD吸着帯域で後で脱窒を行
なわなければならない蛋白質の生成やNOXの生
成を伴うことなしに除去できることがわかつた。
このBOD吸着帯域におけるアンモニア性窒素の
除去に必要な条件は、酸化帯域から出るアンモニ
ア性窒素が約0.3ppmより小さい濃度であるよう
に、酸化帯域の混合液のアンモニア性窒素濃度を
低減させること、およびＦ／Mp比を約0.0.5に等
しいかまたはそれより大きく保つことを含む。 この型式の活性汚泥法においてこれらの条件を
維持すると、BOD吸着帯域でアンモニア性窒素
を2ppmより大きく、好ましくは5ppmより大きく
除去することになる。この帯域で除去される約
2ppmを超える値のアンモニア性窒素分は、処理
システムの中で蛋白質あるいはNOXとして再現
することはない。 この都合のよい方法は、この発明の方法ではア
ンモニアを酸化によりNOXとして除去するには
化学量論的に不充分な酸化剤しか最初の吸着帯域
に導入していないので、アンモニアの除去を説明
できない。加えて、このシステムの後続の工程で
現われるNOXおよび蛋白質の量は、除去された
アンモニア性窒素の小部分（すなわち、2ppm未
満）にすぎない。このアンモニア性窒素除去を行
なう正確なメカニズムは知られていない。しかし
ながら、前述のように酸化帯域で保たれた条件下
において、繁殖微生物はマイナス３価の窒素、す
なわちアンモニアを奪われ、見たところ蛋白質を
形成するための窒素源としてNOXを利用できな
くなる。これらの微生物を繁殖力はあるが還元さ
れた窒素の利用が限られた条件下におくと、それ
らが清澄装置に送られ、沈殿し、最初の吸着帯域
に返送されたとき、見かけ上廃水流からかなりの
量（すなわち2ppmよりも大きい量）のアンモニ
ア性窒素の除去が起こるという、普通でない行動
を示す。そのアンモニア性窒素は処理システム内
でNOX、蛋白質あるいは他の検出可能な窒素化
合物としては再現しない。 少なくとも約0.05という最小Ｆ／Mp比は、微
生物がこの方法の酸化帯域から排出されたとき
に、なお繁殖力を有することを保証するために必
要である。 前述した方法でアンモニア性窒素を除去するた
めには、酸化帯域を出るバイオマスが低アンモニ
ア濃度、すなわち0.03ppm未満を、好ましくは１
日中経験しなければならない。この値を越える
と、すなわち処理日のピーク流の間に0.3ppmよ
りも大きいか、さらに10ppmのような大きい値で
操作すると、バイオマスはコンデシヨンをくず
し、プラントを次に通過する際にアンモニア性窒
素の除去を行なわなくなる。１日のうちに部分的
に高アンモニア濃度の流れが流入するプラントに
おいては、この流入流を設備の容積的条件により
６時間から12時間貯水できるピーク流とほぼ一定
して合流される。BOD酸化帯域を出る混合液の
アンモニア性窒素の濃度が0.3ppmを越える時間
が長ければ長いほど、コンデイシヨン低下は大き
くなり、この発明の方法によるアンモニア除去の
効率は低くなる。 したがつて、吸着帯域において望しいNH3除
去を行なうために、BOD酸化帯域を出る混合液
のNH3濃度が１日の相当な部分で0.3ppmを越え
ることがないようにシステムを維持することが必
要である。この発明の目的のために、１日の相当
な部分とは、任意の24時間のうちで少なくとも12
時間、好ましくは少なくとも18時間である。 この発明はまた、米国特許第4056465号明細書
の第２図で議論され示されたような、BOD吸着
帯域とBOD酸化帯域との間に嫌気帯域を挿入さ
せた活性汚泥法にも適用可能である。 前述の実施態様はこの発明を典型的活性汚泥法
に従つて説明したものであるが、この発明は次の
ような条件を備えていればいかなる方法において
も適用可能である： (1) まずBOD吸着帯域が設けられていること、 (2) 次いで酸化帯域が設けられ、アンモニア性窒
素の除去が完全に、またはほば完全になされる
ようなつていること、そしてこの帯域から出る
廃水の主要部が清澄装置へ送られること、 (3) 酸化帯域からの主要排出部分の微生物がなお
繁殖力を有していること、そして (4) 清澄装置からの沈殿汚泥の少なくとも一部は
始めのBOD吸着帯域に返送されること。 始めのBOD吸着帯域でアンモニア性窒素の相
当量が除去されることによつて、後続の酸化帯域
ではアンモニアをNOXに転化させる酸化は少な
くてすむ。これはシステムに導入しなければなら
ない酸化剤の量を大いに低減させる。さらに、
NOXの生成がより少ないので、N2のような揮発
性窒素化合物にNOXを還元するために必要な脱
窒工程をそれほど厳密に行なわなくてもすむの
で、より効率的で経済的な方法が得られる。 この発明の方法を用いて行なつたいくつかの例
を下記に示す。これらの例はこの発明を説明する
ものであるが、この発明を限定するものではな
い。 例 １ 実験室的装置をこの発明の条件に従つて５日間
操作した。そしてシステム条件の平均値を下記の
第１表に示した。処理システムは典型的活性汚泥
法であつた。
の生物学的廃水処理システムの能力改善に関す
る。この発明はアンモニアを亜硝酸塩および／ま
たは硝酸塩（一括してNOXという）に完全に、
あるいはほぼ完全に転化する生物学的システムに
おけるアンモニア除去率を改善するものである。 発明の背景 廃水からの生物学的（または生化学的）酸素要
求量（BOD）およびアンモニア性窒素の除去は、
長い間活性汚泥法により行なわれてきた。普通
BOD5として表現されるBODは、一般に、そして
この発明においても、他栄養性微生物による有機
炭素化合物の酸化に起因するものである。アンモ
ニア性窒素素分の酸化は、その繁殖エネルギーが
アンモニア性窒素のNOXへの酸化によつて与え
られる自栄養性微生物によつて行なわれる。その
ようにして得られたエネルギーは、水、二酸化炭
素およびアンモニアのような無機化合物から蛋白
質物質を製造するために使用される。 BODおよびアンモニア性窒素が共に単一汚泥
法において廃水から除去しうることは知られてい
ることである。その方法ではアンモニアはNOX
に酸化されて除去される。脱窒が必要な場合、
NOXはN2OまたはN2のような揮発性窒素化合物
に還元すればよい。またNOX含有廃水の充分な
量を、米国特許第4056465号の第２図や、J.バー
ナードがWater and Waste Engineering（1974）
33、に記載している処理システムの一形式や、南
アフリカ特許第725371号の要旨のように、廃水処
理システムにおける嫌気帯域（anoxic zone）へ
返送すればよい。 この型式の方法においては、使用される微生物
が電子受容体として働くことによつて、NOXを
N2に還元する。この場合、NOXの酸化力は有機
炭素化合物の酸化に利用される。効果的な硝化を
行ないうる生物学的廃水処理方法はすべて、
BODのみの除去を行う方法の汚泥令に比べてよ
り長い汚泥令を必要とする。この型式の硝化法に
用いられる最小汚泥令は、30℃で約1.5日から10
℃で約10日である。 アンモニア性窒素の除去は、アンモニアの酸素
要求量が酸素分を除去してしまうことにより処理
水の水質を低下させるため、これらの方法では必
要である。アンモニアおよびNOXを含む全窒素
の除去は、処理水中で植物および／または藻類が
よく繁殖するため窒素原子が有害となるとき、必
要である。 発明の簡単な要約 この発明は、アンモニア性窒素がBOD吸着帯
域で除去される、典型的活性汚泥法の改良された
操作方法を提供する。 典型的活性汚泥法の基本的操作方法は次のよう
なものである： (a) BOD吸着帯域に混合液を形成する。この混
合液は活性バイオマスを流入廃水に含まれる可
溶性BOD5およびアンモニアと、可溶性BOD5
の少なくとも25％が上記バイオマスによつて吸
着されるような条件下に混合することによつて
形成する； (b) 少なくとも上記バイオマスに吸着された一部
を含む混合液中のBOD5を、混合液が酸化剤と
接触する酸化帯域で酸化する。この酸化は、混
合液中の全BOD5の少なくとも30％が酸化され
るようにする； (c) 酸化済みの混合液を沈殿帯域で沈殿させて、
上澄液と上記活性バイオマスを含む濃厚汚泥を
形成する；そして、 (d) 濃厚汚泥の少なくとも一部をBOD吸着帯域
へ返送する。 この型式の方法における酸化帯域でのアンモニ
ア性窒素の除去は、酸化帯域から流出する混合液
中のアンモニア性窒素濃度が約0.3ppm以下にな
るように、酸化帯域の混合液中のアンモニア性窒
素濃度を低下し、全体的Ｆ／Mp比を約0.05に等
しいか、またはそれ以上に保つことによつて行な
われる。 廃水処理システムからの慣用的窒素除去方法
は、アンモニアをNOXに酸化し、次いでN2およ
び／またはN2Oのような揮発性化合物にNOXを
還元するものである。この方法はアンモニア性窒
素を全部、あるいはほとんど全部、BOD5と共に
酸化帯域で酸化しなければならないので、大量の
酸素または他の酸化剤を必要とする。 この発明の方法は、BOD吸着帯域におけるア
ンモニア性窒素を有効値、すなわち2ppmよりも
大きい値で除去することができる。BOD吸着帯
域において除去された2ppmよりも大きい値のア
ンモニア性窒素は、処理システム中において蛋白
質やNOXとして実質的に再現することはない。
結局、この方法はBOD酸化帯域で酸化されなけ
ればならないNH4を低減し、したがつて添加す
る酸化剤の必要量を大いに低減できる。さらに、
生成するNOXの量が少ないので、NOXをN2や
N2Oのような揮発性窒素化合物に還元するため
の脱窒工程をより小規模なものとすることができ
る。 用語と定義 この発明におけるパラメータは次のように定義
される： １ Ｆは任意の廃水処理システムに任意時刻に供
給された可溶性BODの量を24時間当りに外挿
したものを意味する。 ２ MsはBOD吸着帯域における混合液揮発性懸
濁固形物（MLVSS）として測定されるバイオ
マスの量である。 ３ MpはBOD酸化帯域および、存在するのであ
れば嫌気帯域における混合液揮発性懸濁固形物
（MLVSS）として測定されるバイオマスの量
である。 発明の詳細な記述 添付図面にしたがつて説明すると、改良活性汚
泥処理装置は米国特許第4056465号明細書の第１
図に示されたものと多くの点で一致している。処
理される廃水に含まれているNH3は、廃水を一
般に、しかしながら必ずしも必要ではない、一次
沈殿タンクまたは清澄装置（図示されていない）
で上澄み水として、まず流入管１１を通つて
BOD吸着帯域に入る。吸着帯域Ａでは、流入廃
水に沈降タンクまたは２次清澄装置１２で沈殿し
ライン１３を介して返送された返送汚泥が混合さ
れる。返送量はシステムの負荷によつて決定さ
れ、負荷のピーク時には増加する。沈殿スラツジ
の小部分はライン１４から排出される。浄化され
た上澄み水はライン１５を経て、受入れ河川また
は必要に応じ高次処理を行なう、あるいは行なわ
ない受水槽へ送られる。 上記のように、帯域ＡはBOD吸着帯域Ａを液
が栓流に近い状態で流れるよう、２ないしそれ以
上の処理小室に分割することが好ましい。 物理的に分割した部分を設けること、またはそ
こにおける水の状態を等しくすることにより、望
ましくない糸状細菌の繁殖をより確実に抑制する
ことができ、その結果、悪条件下でさえも良好な
汚泥特性を維持することができる。このような悪
条件としては、例えば、高比表面積微生物が低濃
度でのBOD吸着競争では優勢であるので、BOD
が低濃度である場合の操作などがある。BOD吸
着帯域をう回する未処理BODは最小限である。
特に図示の実施例では、帯域Ａは、それぞれ撹拌
手段１９を備えた２つの小室、室１６と室１７に
分割されている。液はほぼ栓流として帯域Ａの数
小室を通過し、BOD酸化帯域Ｂに導入される。 図では帯域Ａは２つの小室１６，１７に分割さ
れているが、３ないしそれ以上の小室にしてもよ
いことは理解されることであろう。帯域Ａおよび
Ｂは、帯域Ａから帯域Ｂへのバツクミキシングを
ほとんど起さずに充分な一方向流れを形成しうる
適当な手段を設けるのであれば、内部連通する分
割された槽であつてもよい。 液への曝気は公知の方法で帯域Ｂで行なわれ
る。すなわち、図のように、圧縮空気が散気器２
０によつて酸化帯域の底部から混合される。もし
必要であれば、散気器にかえて、あるいはそれに
加えて、機械的曝気装置を酸化帯域Ｂに設けるこ
ともできる。また空気にかえて、任意の純度の酸
素を帯域Ｂに添加することもできる。その場合は
適当な手段で該帯域のすべて、または一部を覆う
ことが必要である。実際には、帯域Ａで廃水中の
全BOD5およびアンモニアの好ましくは約１％ま
でが部分酸化されうるが、普通実質的にすべての
酸化は帯域Ｂで起こる。 図示の如く、帯域Ｂは２つの液処理小室２６お
よび２７に分割されている。しかしながら、よく
分かるように、必要であればもつと多数の小室に
分割することも出来る。この方法の帯域Ｂで多段
化する理由のひとつは、アンモニア酸化が通常可
溶性アンモニア濃度に対して一次的に関係にある
ことが観察されるからである。すなわち、廃水中
のアンモニア値が低いと非常によい栓流が形成さ
れる。 帯域Ａは廃水処理プラントのBOD吸着帯域と
して設計される。この発明の記載された方法に関
して「BOD吸着帯域」という用語は、そこで流
入廃水と返送汚泥がまず混合され、そして酸化剤
の添加が意図的に避けられ、廃水中の可溶性
BOD5の少なくとも25％、好ましくは50％が混合
液の水相から固形汚泥へ移動するような廃水処理
プラントの帯域に関するものであり、そのような
帯域を意味すると定義される。“可溶性BOD5”
という用語は、1.25ミクロンガラス繊維フイルタ
ーを通過する生物学的酸素要求量から、窒素分の
酸化に要する酸素を差し引いたものを意味する。 可溶性BOD5の水相から固形汚泥への一定の移
動度を得るために、吸着帯域におけるＦ／Ms比
を10未満、好ましくは５未満に保つことが重要で
ある。 すなわち、廃水中のBODおよびアンモニア双
方の主たる酸化は酸化帯域Ｂで起こる。この方法
で用いられている「酸化帯域」という用語は、そ
こに酸素移動手段が用いられており、BOD吸着
帯域からの混合液を全BOD5の少なくとも30％を
酸化するために充分な条件および時間で酸素およ
び／または酸化剤と接触させるような廃水処理プ
ラントにおける帯域として定義される。 すでに述べたように、BOD吸着帯域における
酸化を最小限とすることが重要である。BOD吸
着帯域における酸化度を最小限のものとするため
に次の１ないしそれ以上のステツプがとられる： Ａ 帯域Ａを構成する槽（あるいは複数の槽）
は、大気との接触を避けるために液表面を窒素
または他の不活性ガスで覆うとよい。あるい
は、ゆるく適合した蓋を液面に、または液面上
方に設置するとよい。また、液面上方を不活性
ガスで覆うと共に、あるいは覆うことなしに、
剛性蓋を設けてもよい。これらの酸化制限手段
にかえて、またはそれらに加えて、BOD吸着
帯域に窒素パージガスを導入することもでき
る。 Ｂ 気体移動手段はBOD吸着帯域には設けない。
該帯域は、散気器や表面曝気装置、あるいは他
の気−液移動手段ではなく、例えば図において
符号１９で示される撹拌器を備えている。 Ｃ 例えば硝酸塩および／または亜硝酸塩
（NOX）のような、酸化剤の過剰量をBOD吸
着帯域に導入しないよう注意しなければならな
い。BOD吸着帯域では、廃水中に存在する
NOXだけでなく、システムの下流側からBOD
吸着帯域に返送されるNOXについても調整し
なければならない。 処理プラントへ流入する下水管に存在する微生
物がBODによつて硝酸塩および／または亜硝酸
塩を還元するために、廃水にはふつうNOXはほ
とんど、あるいは全く含まれていない。NOXの
供給可能源は、生物学的硝化システム、すなわち
アンモニア性BODをNOXに酸化するように設計
されている。BOD酸化帯域からの返送混合液で
ある。このようなシステムにおいて、米国特許第
4056465号明細書の第２図には、嫌気帯域を最初
のBOD吸着帯域と酸化帯域との間に介在させる
ように記載してあるが、酸化帯域からの混合液の
一部をNOXの還元を行なう中間嫌気帯域へ返送
する。 流入廃水は一般にアンモニア性窒素または
NH3の形で充分な量の窒素を含む。前述した、
あるいは同様の型式の活性汚泥法では、窒素分は
酸化帯域でアンモニアがNOXに酸化され、次い
でN2および／またはN2Oのような揮発性化合物
に還元されることにより慣用の如く除去される。 ところで、この型式の方法において、アンモニ
ア性窒素の一部がBOD吸着帯域で後で脱窒を行
なわなければならない蛋白質の生成やNOXの生
成を伴うことなしに除去できることがわかつた。
このBOD吸着帯域におけるアンモニア性窒素の
除去に必要な条件は、酸化帯域から出るアンモニ
ア性窒素が約0.3ppmより小さい濃度であるよう
に、酸化帯域の混合液のアンモニア性窒素濃度を
低減させること、およびＦ／Mp比を約0.0.5に等
しいかまたはそれより大きく保つことを含む。 この型式の活性汚泥法においてこれらの条件を
維持すると、BOD吸着帯域でアンモニア性窒素
を2ppmより大きく、好ましくは5ppmより大きく
除去することになる。この帯域で除去される約
2ppmを超える値のアンモニア性窒素分は、処理
システムの中で蛋白質あるいはNOXとして再現
することはない。 この都合のよい方法は、この発明の方法ではア
ンモニアを酸化によりNOXとして除去するには
化学量論的に不充分な酸化剤しか最初の吸着帯域
に導入していないので、アンモニアの除去を説明
できない。加えて、このシステムの後続の工程で
現われるNOXおよび蛋白質の量は、除去された
アンモニア性窒素の小部分（すなわち、2ppm未
満）にすぎない。このアンモニア性窒素除去を行
なう正確なメカニズムは知られていない。しかし
ながら、前述のように酸化帯域で保たれた条件下
において、繁殖微生物はマイナス３価の窒素、す
なわちアンモニアを奪われ、見たところ蛋白質を
形成するための窒素源としてNOXを利用できな
くなる。これらの微生物を繁殖力はあるが還元さ
れた窒素の利用が限られた条件下におくと、それ
らが清澄装置に送られ、沈殿し、最初の吸着帯域
に返送されたとき、見かけ上廃水流からかなりの
量（すなわち2ppmよりも大きい量）のアンモニ
ア性窒素の除去が起こるという、普通でない行動
を示す。そのアンモニア性窒素は処理システム内
でNOX、蛋白質あるいは他の検出可能な窒素化
合物としては再現しない。 少なくとも約0.05という最小Ｆ／Mp比は、微
生物がこの方法の酸化帯域から排出されたとき
に、なお繁殖力を有することを保証するために必
要である。 前述した方法でアンモニア性窒素を除去するた
めには、酸化帯域を出るバイオマスが低アンモニ
ア濃度、すなわち0.03ppm未満を、好ましくは１
日中経験しなければならない。この値を越える
と、すなわち処理日のピーク流の間に0.3ppmよ
りも大きいか、さらに10ppmのような大きい値で
操作すると、バイオマスはコンデシヨンをくず
し、プラントを次に通過する際にアンモニア性窒
素の除去を行なわなくなる。１日のうちに部分的
に高アンモニア濃度の流れが流入するプラントに
おいては、この流入流を設備の容積的条件により
６時間から12時間貯水できるピーク流とほぼ一定
して合流される。BOD酸化帯域を出る混合液の
アンモニア性窒素の濃度が0.3ppmを越える時間
が長ければ長いほど、コンデイシヨン低下は大き
くなり、この発明の方法によるアンモニア除去の
効率は低くなる。 したがつて、吸着帯域において望しいNH3除
去を行なうために、BOD酸化帯域を出る混合液
のNH3濃度が１日の相当な部分で0.3ppmを越え
ることがないようにシステムを維持することが必
要である。この発明の目的のために、１日の相当
な部分とは、任意の24時間のうちで少なくとも12
時間、好ましくは少なくとも18時間である。 この発明はまた、米国特許第4056465号明細書
の第２図で議論され示されたような、BOD吸着
帯域とBOD酸化帯域との間に嫌気帯域を挿入さ
せた活性汚泥法にも適用可能である。 前述の実施態様はこの発明を典型的活性汚泥法
に従つて説明したものであるが、この発明は次の
ような条件を備えていればいかなる方法において
も適用可能である： (1) まずBOD吸着帯域が設けられていること、 (2) 次いで酸化帯域が設けられ、アンモニア性窒
素の除去が完全に、またはほば完全になされる
ようなつていること、そしてこの帯域から出る
廃水の主要部が清澄装置へ送られること、 (3) 酸化帯域からの主要排出部分の微生物がなお
繁殖力を有していること、そして (4) 清澄装置からの沈殿汚泥の少なくとも一部は
始めのBOD吸着帯域に返送されること。 始めのBOD吸着帯域でアンモニア性窒素の相
当量が除去されることによつて、後続の酸化帯域
ではアンモニアをNOXに転化させる酸化は少な
くてすむ。これはシステムに導入しなければなら
ない酸化剤の量を大いに低減させる。さらに、
NOXの生成がより少ないので、N2のような揮発
性窒素化合物にNOXを還元するために必要な脱
窒工程をそれほど厳密に行なわなくてもすむの
で、より効率的で経済的な方法が得られる。 この発明の方法を用いて行なつたいくつかの例
を下記に示す。これらの例はこの発明を説明する
ものであるが、この発明を限定するものではな
い。 例 １ 実験室的装置をこの発明の条件に従つて５日間
操作した。そしてシステム条件の平均値を下記の
第１表に示した。処理システムは典型的活性汚泥
法であつた。
【表】
【表】
上記表にもみられるように、BOD酸化帯域を
出るアンモニア性窒素は平均0.1ppm未満（＃10）
であつた。Ｆ／Mpは平均0.14であつて、必要と
される0.05より充分高い値である。 BOD吸着帯域におけるアンモニア性窒素消耗
は平均で3.1ppm（値＃８；TpにおけるNH3−Ｎ、
＃６、から吸着後のNH3−Ｎ、＃７、を引いて
計算される）。 BOD吸着帯域で除去されたNH3−N3.1ppmの
うち、2.7ppmはNOXまたは他の検出可能な窒素
化合物としてはこの方法では説明できない。 例 ２ この例で、この発明の方法はBOD吸着帯域と
BOD酸化帯域との間に嫌気帯域を設けた活性汚
泥法において行なわれた。この方法は５日間操作
され、各帯域の各小室部分におけるアンモニア性
窒素濃度は計算されて、その平均値が下記の表２
に示されている。操作条件は次のようなものであ
つた： 流入流量＝3.11×106ガロン／日 Ｆ／Ms＝1.045 返送流量＝1.00×106ガロン／日 Ｆ／Mp＝0.30 内側返送量＝3.40×106ガロン／日 BODT＝112.5mg／ MLVSS＝2744mg／ 吸着容積＝0.1220×106ガロン（３段） 嫌気容積＝0.0813×106ガロン（２段） 酸化容積＝0.3389×106ガロン（５段） 総容積＝0.5422×106ガロン 表 ２ ３日間平均アンモニア性窒素濃度 NH3−Ｎ（ppm） 時間ゼロ 13.02 収 着 １ 8.53 ２ − ３ 7.16 嫌 気 １ 4.63 ２ 3.77 酸 化 １ 3.18 ２ 2.10 ３ 1.63 ４ 1.44 ５ 1.15 BOD吸着帯域におけるアンモニア性窒素の除
去度は、吸着帯域に時間ゼロで導入されるNH3
−Ｎ濃度（13.02ppm）から吸着帯域の最後の小
室のNH3−Ｎ濃度（7.16ppm）を引き算して計算
される。これは平均約5.68ppmのNH3−Ｎが１日
当りBOD吸着帯域において除去されることを意
味する。 酸化帯域の最終小室のNH3−Ｎ濃度の平均値
は、望ましい0.3ppmより高いにもかかわらず、
この高い平均値は例えば処理の第１日目に
3.09ppmと記録されたピーク負荷時によるものと
説明できる。処理期間のかなりの部分でNH3−
Ｎ濃度が0.3ppm未満を保つかぎり、ピーク負荷
により膨張した平均値は処理システムをだいなし
にはしないであろう。処理の２日目および５日目
に行なつたテストでは、酸化帯域を出るNH3−
Ｎ濃度は約0.18ppmであつた。 例 ３ この例で、前述の典型的活性汚泥法は３日間酸
化帯域を出る廃水中のアンモニア性窒素濃度を制
御することなく操作した。その結果は下記の表３
に示してある。操作条件は次のようなものであ
る： 流入流量＝3.87×106ガロン／日 Ｆ／Ms＝0.96 返送流量＝0.69×106ガロン／日 Ｆ／Mp＝0.58 吸着容積＝0.2034×106ガロン（５段） 酸化容積＝0.3389×106ガロン（５段） 総容積＝0.5423×106ガロン
出るアンモニア性窒素は平均0.1ppm未満（＃10）
であつた。Ｆ／Mpは平均0.14であつて、必要と
される0.05より充分高い値である。 BOD吸着帯域におけるアンモニア性窒素消耗
は平均で3.1ppm（値＃８；TpにおけるNH3−Ｎ、
＃６、から吸着後のNH3−Ｎ、＃７、を引いて
計算される）。 BOD吸着帯域で除去されたNH3−N3.1ppmの
うち、2.7ppmはNOXまたは他の検出可能な窒素
化合物としてはこの方法では説明できない。 例 ２ この例で、この発明の方法はBOD吸着帯域と
BOD酸化帯域との間に嫌気帯域を設けた活性汚
泥法において行なわれた。この方法は５日間操作
され、各帯域の各小室部分におけるアンモニア性
窒素濃度は計算されて、その平均値が下記の表２
に示されている。操作条件は次のようなものであ
つた： 流入流量＝3.11×106ガロン／日 Ｆ／Ms＝1.045 返送流量＝1.00×106ガロン／日 Ｆ／Mp＝0.30 内側返送量＝3.40×106ガロン／日 BODT＝112.5mg／ MLVSS＝2744mg／ 吸着容積＝0.1220×106ガロン（３段） 嫌気容積＝0.0813×106ガロン（２段） 酸化容積＝0.3389×106ガロン（５段） 総容積＝0.5422×106ガロン 表 ２ ３日間平均アンモニア性窒素濃度 NH3−Ｎ（ppm） 時間ゼロ 13.02 収 着 １ 8.53 ２ − ３ 7.16 嫌 気 １ 4.63 ２ 3.77 酸 化 １ 3.18 ２ 2.10 ３ 1.63 ４ 1.44 ５ 1.15 BOD吸着帯域におけるアンモニア性窒素の除
去度は、吸着帯域に時間ゼロで導入されるNH3
−Ｎ濃度（13.02ppm）から吸着帯域の最後の小
室のNH3−Ｎ濃度（7.16ppm）を引き算して計算
される。これは平均約5.68ppmのNH3−Ｎが１日
当りBOD吸着帯域において除去されることを意
味する。 酸化帯域の最終小室のNH3−Ｎ濃度の平均値
は、望ましい0.3ppmより高いにもかかわらず、
この高い平均値は例えば処理の第１日目に
3.09ppmと記録されたピーク負荷時によるものと
説明できる。処理期間のかなりの部分でNH3−
Ｎ濃度が0.3ppm未満を保つかぎり、ピーク負荷
により膨張した平均値は処理システムをだいなし
にはしないであろう。処理の２日目および５日目
に行なつたテストでは、酸化帯域を出るNH3−
Ｎ濃度は約0.18ppmであつた。 例 ３ この例で、前述の典型的活性汚泥法は３日間酸
化帯域を出る廃水中のアンモニア性窒素濃度を制
御することなく操作した。その結果は下記の表３
に示してある。操作条件は次のようなものであ
る： 流入流量＝3.87×106ガロン／日 Ｆ／Ms＝0.96 返送流量＝0.69×106ガロン／日 Ｆ／Mp＝0.58 吸着容積＝0.2034×106ガロン（５段） 酸化容積＝0.3389×106ガロン（５段） 総容積＝0.5423×106ガロン
【表】
酸化帯域の第５段階にみられるように、NH3
−Ｎ濃度は一貫して高レベルであつて、必要とさ
れる0.3ppmをはるかに上回るものであつた。時
間ゼロにおけるNH3−Ｎ濃度の平均値と吸着帯
域の第５段階の濃度を比較すると、わずかに
0.72ppmのアンモニア性窒素がこの帯域で除去さ
れたにすぎないことがわかる。この程度の除去は
この種の方法では典型的なもので、おそらくいく
らかのNOXおよび／または蛋白質の生成による
ものである。この例は、処理時間の相当部分にわ
たつて酸化帯域を出る廃水のNH3−Ｎ濃度を
0.3ppm以下に保つことが必要であると、明白に
指摘するものである。 例 ４ この発明に従つて実施した活性汚泥法を通常の
流れを用いる慣用の硝化プロセスと比較した。そ
の結果は下記の表４に示されている。操作条件は
次のようなものである： 吸着容積＝0.1234×106ガロン 酸化容積＝0.4657×106ガロン 総容積＝0.5891×106ガロン Ｆ／Ms＝1.006 Ｆ／Mp＝0.27
−Ｎ濃度は一貫して高レベルであつて、必要とさ
れる0.3ppmをはるかに上回るものであつた。時
間ゼロにおけるNH3−Ｎ濃度の平均値と吸着帯
域の第５段階の濃度を比較すると、わずかに
0.72ppmのアンモニア性窒素がこの帯域で除去さ
れたにすぎないことがわかる。この程度の除去は
この種の方法では典型的なもので、おそらくいく
らかのNOXおよび／または蛋白質の生成による
ものである。この例は、処理時間の相当部分にわ
たつて酸化帯域を出る廃水のNH3−Ｎ濃度を
0.3ppm以下に保つことが必要であると、明白に
指摘するものである。 例 ４ この発明に従つて実施した活性汚泥法を通常の
流れを用いる慣用の硝化プロセスと比較した。そ
の結果は下記の表４に示されている。操作条件は
次のようなものである： 吸着容積＝0.1234×106ガロン 酸化容積＝0.4657×106ガロン 総容積＝0.5891×106ガロン Ｆ／Ms＝1.006 Ｆ／Mp＝0.27
【表】
表４の結果にみられるように、慣用の硝化プロ
セスに流入するアンモニア性窒素のうち、
0.87ppmだけがNH3−ＮとしてもNOXとしても
計算されなくなつているにすぎない。しかしなが
らこの発明にしたがつて実施したプロセスにおい
ては、流入したアンモニア性窒素の4.94ppmが該
システムにおいて、後にNH3−ＮあるいはNOX
として現われることなく、除去されている。その
ためにかなり処理を必要とするNOXまたは他の
窒素化合物として、システム中において後になつ
て現われることなく、このような高度のNH3−
Ｎの除去を行ないうることが、慣用の方法に比べ
て優れたこの方法の利点である。
セスに流入するアンモニア性窒素のうち、
0.87ppmだけがNH3−ＮとしてもNOXとしても
計算されなくなつているにすぎない。しかしなが
らこの発明にしたがつて実施したプロセスにおい
ては、流入したアンモニア性窒素の4.94ppmが該
システムにおいて、後にNH3−ＮあるいはNOX
として現われることなく、除去されている。その
ためにかなり処理を必要とするNOXまたは他の
窒素化合物として、システム中において後になつ
て現われることなく、このような高度のNH3−
Ｎの除去を行ないうることが、慣用の方法に比べ
て優れたこの方法の利点である。
添付の図面はこの発明を実施するための簡単な
システムの側面図である。
システムの側面図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 迅速な沈殿特性を有し活性バイオマス種を含
む汚泥を生成する活性汚泥法を操作する方法にお
いて、 (a) BOD吸着帯域において混合液を形成するこ
と、そして前記混合液は活性バイオマスを流入
廃水に含まれる可溶性BOD5およびアンモニア
と、可溶性BOD5の少なくとも25％が上記バイ
オマスに吸着されるような条件下で混合するこ
とにより形成すること、 (b) 前記バイオマスに吸着されたBOD5の少なく
とも一部を含む混合液中のBOD5を、酸化帯域
において混合液を酸化剤に接触させることによ
り酸化すること、そしてその酸化は混合液中の
全流入BOD5の少なくとも30％を酸化するもの
であつて、 (c) 酸化処理済みの混合液を沈殿帯域で沈殿し、
上澄み液と活性バイオマスを含む濃厚汚泥を得
ること、および (d) その濃厚汚泥の少なくとも一部をBOD吸着
帯域に返送すること からなる方法であつて、BOD吸着帯域において
少なくとも2ppmよりも大きい量のアンモニア性
窒素を除去し、かつ除去されたアンモニア性窒素
のうち2ppmを越える分がNOXまたは蛋白質とし
て処理システム中に再現しないようにするため
に、酸化帯域の混合液のアンモニア性窒素濃度
を、前記帯域を出る混合液中のアンモニア性窒素
濃度が約0.3ppmよりも小さくなるよう低減させ
ること、および全体的Ｆ／Ｍ比を約0.05に等しい
かまたはそれ以上に維持することを含むことから
なる方法。 ２ BOD吸着帯域において5ppmよりも大きい量
のアンモニア性窒素を除去する特許請求の範囲第
１項に記載の方法。 ３ BOD吸着帯域とBOD酸化帯域との間に嫌気
帯域を挿入した特許請求の範囲第２項記載の方
法。 ４ BOD酸化帯域を出る混合液が0.2ppmよりも
小さいアンモニア性窒素濃度を有する特許請求の
範囲第３項記載の方法。 ５ 可溶性BOD5の少なくとも50％がBOD吸着帯
域でバイオマスに吸着される特許請求の範囲第４
項記載の方法。 ６ アンモニア性窒素がBOD酸化帯域で自栄養
性微生物による酸化で除去される特許請求の範囲
第５項記載の方法。
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