JPH04367797A - 窒素の除去方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は生物学的硝化脱窒法に
おける窒素の除去方法及びその装置に関するものである
。

【０００２】

【従来の技術】生物学的硝化脱窒法はＷｕｈｒｍａｎｎ
方式とＢｒｉｎｇｍａｎｎ方式の２通りに大別される。 この相違点は脱窒反応における電子供与体（通常は有機
炭素源が用いられる）としてのメタノール添加の有無に
よる。メタノールを添加する後者の方式の方が前者の方
式より脱窒速度が大きいので、処理性能が高い。けれど
も、後者の方式は運転コストが高くなる欠点がある。前
者の方式における電子供与体は廃水中の有機物や微生物
体が使用される。

【０００３】これらの両方式において、主要な役割を果
たしている脱窒菌としてＰｓ．ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａ
ｎｓが知られている。脱窒作用のある菌としてはそれ以
外にも還元イオウを電子供与体として利用するイオウ脱
窒細菌（Ｔ．ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ）やメタンを
電子供与体として利用するメタン細菌による脱窒が知ら
れている。しかしながら、イオウ脱窒菌やメタン細菌に
よる脱窒は電子供与体が安価である利点があるけれども
、反応速度が小さいことから実用化されていないのが実
状である。

【０００４】種々の脱窒細菌の脱窒速度については文献
（第１４回下水道研究発表会予橋集Ｐ２２２（１９７７
））に記載された表１がある。

【０００５】

【表１】

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図５はメタン資化脱窒
細菌の培養装置を示す構成図で、この図５において、５
１は培養槽、５２はガスタンク、５３はガスフィルタ、
５４はエアーポンプである。次表は培地を用いてメタン
をエアーポンプにて暴気循環させたものである。

【０００７】

【表２】

【０００８】ＮＯ３−Ｎは培地としてメタンを用いる脱
窒経過特性図である図６に示すように変化し、この図６
から脱窒が行われたことが判る。このときの脱窒速度は
５５．２ｍｇＮＯ３−Ｎ／ｇ・ＳＳ／日と低かった。培
養中、ガス循環量は大きくとったので、メタンの気相か
ら液相への物質移動がメタン資化脱窒細菌の生育を制限
したとは考えられない。従って、この低い脱窒速度はメ
タン資化脱窒細菌の生育速度が通常の脱窒細菌のそれよ
りも極端に低いことに起因するものと推察した。これは
メタンを資化する脱窒細菌がメタン菌の一種と推定され
、メタン菌は極端に酸素を嫌い溶存酸素があるような環
境下では生育できないからである。そのため、メタン菌
を培養する場合、必ず、培地中に硫化ソーダを添加して
、無酸素状態とする。また、メタン菌の生育には微量ま
重金属ビタミン、システィンなどが必要である。

【０００９】上述した培地はメタン菌の生育に適した組
成であるとは言いがたく、メタン菌の生育速度が遅いこ
とから類推してメタン資化脱窒細菌の生育速度も遅いこ
とは確かである。従って、培地組成や装置の改良により
、メタン資化細菌の生育速度を高めることは可能である
。

【００１０】従来、一般的な生物処理に関する知識では
、同一処理装置内において、メタン発酵と脱窒が同時に
起る例は、ほとんど知られていなかった。これは、通常
、メタン発酵の基質となる有機性廃棄物は、有機性窒素
の分解により、アンモニウム性窒素は多量に含まれるも
のの、硝酸性窒素が多量に含まれる例がほとんどなかっ
たためと考えられる。

【００１１】しかしながら、最近の嫌気性濾床トレンチ
循環処理法（用水と廃水、Ｖｏ１．３２，Ｎｏ．２，４
５（１９９０））は図７に示すように構成されている。 図７において、７１は嫌気性濾床槽、７２は土壌トレン
チ槽、７３は貯留槽で、土壌トレンチ槽７２には黒ボク
土７４、トレンチ７５およびＥｉｓｅｎｉａ　ｆｏｅｔ
ｉｄａ７５が収容されている。図７は後段の好気処理水
を前段の嫌気槽に循環させる、所謂嫌気好気処理方式で
、この方式では同一嫌気槽の中でメタン発酵と脱窒が同
時に起きている。この例に見られるように、硝酸性窒素
が存在し、かつ嫌気状態が保たれる条件下では、メタン
発酵と脱窒が同時に進行する可能がある。この場合、脱
窒反応に関係する脱窒細菌が、通常の有機物を資化する
Ｐ．ｄｅｎｔｒｉｆｉｃａｎｓであるのか、メタン資化
脱窒細菌であるのかは不明であるが、槽内の雰囲気がメ
タン菌の生育に適した絶対嫌気状態になるほど、メタン
資化脱窒細菌の脱窒作用に対する寄与が高くなる。

【００１２】嫌気好気循環処理方式のようにメタン発酵
と脱窒を同時に進行させることは排水処理性能の面から
は有利である。従って、嫌気槽内の環境条件をメタン発
酵と脱窒が同時に進行するのに適した条件に調節するこ
とは有益となる。その１つの手段として嫌気槽内の生物
相をメタン発酵と脱窒が同時に進行する生物相とする方
法があるけれども、この方法は未だ実現されていない。

【００１３】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、同一嫌気槽内において、槽内の生物相をメタン発
酵と脱窒が同時に進行するような生物相とすることがで
きるようにした窒素の除去方法及びその装置を提供する
ことを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するために、第１発明は嫌気槽と好気槽とを備えて
なる嫌気好気循環処理方式の廃水処理方法において、メ
タン発酵と脱窒を同時に進行させる培地を用いて、メタ
ン細菌、メタン資化脱窒細菌、酢酸資化脱窒細菌を混合
集積培養した後、その培養液を種菌として前記嫌気槽に
始動時あるいは始動後に間欠的に供給するようにしたも
のである。

【００１５】第２発明はメタン細菌用培地の組成の一部
を変更して硝酸カリウム（ＫＮＯ３）を添加させ、メタ
ン発酵と脱窒を同時に進行させるようにしたものである
。

【００１６】第３発明はガスホルダーと、このガスホル
ダー内のガスを取り出すポンプと、このポンプにより取
り出されたガスが導入され、導入されたガスをバブリン
グさせてガス中の酸素を除去する脱酸素装置と、この脱
酸素装置で脱酸素処理されたメタン、二酸化炭素混合ガ
スが導入され、そのガスをバブリングさせ、上部に溜ま
ったガスをガスホルダに導入する種菌培養槽とからなる
ものである。

【００１７】第４発明は嫌気槽と好気槽とを備えてなる
嫌気好気循環処理方式の廃水処理装置において、好気処
理水を嫌気槽に戻す好気処理水の循環返送路に脱酸素薬
剤を注入する手段を設けたことを特徴とするものである
。

【００１８】

【作用】第１、第３発明において、メタン発酵と脱窒が
同時に起りうるような培地を用いて、酢酸や水素と二酸
化炭素より生成したメタン細菌およびメタン資化脱窒細
菌と、酢酸を資化する脱窒細菌を混合集積培養する。得
られた培養液を種菌として嫌気槽に添加する。

【００１９】また、第２発明において、メタン資化脱窒
細菌はメタン菌の一種であり、酸素との接触を嫌う性質
がある。このことから、培地の組成は生育に都合良く、
かつ上記細菌とメタンとの接触が保証される。これによ
り、メタン資化脱窒が進行しやすい条件になる。また、
培地にＫＮＯ３を添加しただけであるから、メタン菌の
生育を妨げない。

【００２０】第４発明において、脱酸素薬剤を好気処理
水の返流路に注入して、ＮＯ３を含みかつ溶存酸素のな
い処理水を嫌気槽に導入する。これにより、メタン発酵
と脱窒を別の槽で行っていたのを省くことができる。

【００２１】

【実施例】以下この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１において、１は種菌培養槽で、この培養され
た液は嫌気槽２に導入される。嫌気槽２には廃水が流入
される。嫌気槽２の処理水は好気槽３に導入され、その
処理水の一部が嫌気槽２に戻される。種菌培養槽１で発
生したガスは管路４を通ってガスホルダー５に導入され
る。ガスホルダー５内のガスはエアーポンプ６により脱
酸素装置７に導入される。図示点線で囲んだ部分がメタ
ン細菌混合集積培養装置８であり、図示一点鎖線で囲ん
だ部分が嫌気好気循環処理装置９である。

【００２２】次に上記実施例の動作を述べる。メタン細
菌混合集積培養装置８内のエアーポンプ６によりガスを
循環させ、脱酸素装置７にガスを導入してバブリングさ
せる。脱酸素装置７にはレザスリンを添加した硫化ナト
リウムあるいは亜硫酸ナトリウムの水溶液を入れてあり
、通気ガス中の酸素を除去できるようになっている。 レザスリンが青色から赤色に変色した場合には酸素除去
能力が消失したことを示すので、液の交換を行う。脱酸
素装置７で酸素が除去されたガスは種菌培養槽１に導入
され、バブリングされる。種菌培養槽１に培地を入れ、
少量の活性汚泥された消化汚泥などを種菌として入れて
培養を行う。

【００２３】種菌培養に用いる培地の組成を次表表３、
表４に示す。

【００２４】

【表３】

【００２５】

【表４】

【００２６】培養開始後、適当な時期に静置して、ＳＳ
分を沈降させ、上澄液を引き抜き、新しい培地を添加し
て液換えを行う。この操作を繰り返すことにより、混合
集積培養が行われる。

【００２７】次に、この混合集積培養した液を嫌気槽２
に種菌として運転開始時あるいは開始後に間欠的に供給
する。以上の操作を繰り返すことにより、嫌気槽２内の
生物相をメタン発酵と脱窒が同時に進行するような生物
相に維持することが可能となる。種菌培養に用いる培地
の構成成分のうち、硝酸カリウムは脱窒反応の原料とな
る硝酸性窒素の供給材料であり、酢酸ナトリウムは脱窒
およびメタン発酵の基質となる酢酸の供給材料である。

【００２８】ミネラル１，２、トレースミネラル、トレ
ースビタミン、Ｙｅａｓｔ　Ｅｘｔｒａｃｔ、Ｔｒｉｐ
ｔｉｃａｓｅ　Ｐｅｐｔｏｎｅ、システィン塩酸塩はメ
タン細菌の増殖に必要な栄養分である。硫化ナトリウム
は培地の嫌気性を維持する働きがあり、レザスリンは溶
存酸素の有無を知るための指示薬である。メタン資化脱
窒細菌はメタン発酵により発生したメタンを資化して硝
酸性窒素を窒素ガスに還元する。通常の脱窒細菌は培地
中の酢酸を資化して硝酸性窒素ガスに還元する。

【００２９】一方、メタン細菌は酢酸をメタンと二酸化
炭素に変換する。前記培地を用いて連続して培養を行え
ば、メタン資化脱窒細菌、酢酸資化脱窒細菌、メタン細
菌の混合集積培養が可能となる。上記実施例はメタン発
酵と脱窒を同時に進行させる第１の実施例である。

【００３０】次に第１の実施例と同様にメタン発酵と脱
窒を同時に進行させる第２の実施例を図２に示す。図２
において、図１と同一部分は同一符号を付して示すに、
第２の実施例は好気槽２の処理水の一部を返流路２１を
通して嫌気槽１に戻す際に、その返流路２１の途中に脱
酸素薬剤注入手段２２を設けたものである。なお、２３
は酸化還元電位計である。この第２の実施例において、
好気処理返送水に溶存酸素に対して当量以上の脱酸素性
薬剤、例えば硫化ナトリウム、硫化カルシウム、亜硫酸
ナトリウムなどを添加することにより、好気性処理水の
溶存酸素をゼロとして嫌気槽内の嫌気度を保つ。嫌気度
は酸化還元電位計２３で評価する。このような構成とす
ることにより、硝酸性窒素を含みかつ溶存酸素のない好
気処理水を循環させることが可能となり、嫌気槽内にお
いて、メタン発酵と脱窒が同時に進行する条件に調節す
ることができる。

【００３１】図３，図４は酢酸で馴養した活性汚泥を対
象として、電子供与体（Ｈ−ｄｏｎｏｒ）として酢酸（
ＴＯＣとして１００ｍｇ／リットル）とＫＮＯ３（ＮＯ
ｘとして１００ｍｇ／リットル）を含む原水の脱窒試験
の結果を示す特性図である。図３は溶存酸素が０．１〜
０．５ｍｇ／リットルある場合で、図４は溶存酸素を零
にした場合であり、それぞれの場合についてＮＯｘおよ
びＴＯＣの経時変化を示している。

【００３２】ＴＯＣの減少速度は溶存酸素がある場合の
方が大きいが、ＮＯｘの減少は溶存酸素が零の場合の方
が数倍大きい。これは溶存酸素がある場合は好気性菌に
よって酢酸が消費されるのに対して、溶存酸素が零の場
合は酢酸資化脱窒反応が進行するためである。このよう
に、酢酸資化脱窒反応が進行するためには溶存酸素を零
にした方が有利であり、メタン資化脱窒反応についても
同様である。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば次
のような効果が得られる。

【００３４】（１）第１発明で用いた培地の構成成分の
うち、酢酸ナトリウムはメタン菌と酢酸資化脱窒細菌の
共通の基質となるので、酢酸の供給が限定される場合は
メタン菌と酢酸資化脱窒細菌の間で競合関係が生じると
予想される。しかしながら、メタン発酵において、特に
基質の高負荷投入を行うと、通常、有機物の分解過程で
中間生成物である酢酸やその他の有機酸が蓄積する傾向
があり、酢酸は過剰に供給されがちである。酢酸資化脱
窒細菌の共存はメタン細菌の生長の妨げにはならないの
で、むしろ、メタン細菌に相補的に作用して、酢酸やそ
の他の有機酸の蓄積というメタン発酵にとっては有害な
現象の発生を防止する点がある。

【００３５】（２）メタン資化脱窒細菌にとっては、こ
の菌がメタン菌の一種であり、酸素との接触を嫌う性質
があることから、この培地の組成は生育に都合良く、ま
た、この菌とメタンとの接触が保証されるので、メタン
資化脱窒が進行しやすい条件になる。さらに、この培地
はメタン菌用培地にＫＮＯ３を入れただけであるので、
メタン菌の生育にとっては不都合はない。通気撹拌用の
ガスの脱酸素を行うのは、微量の酸素が存在してもメタ
ン菌の生育に不都合であることを考慮したものである。

【００３６】（３）メタン菌、メタン資化脱窒細菌、酢
酸資化脱窒細菌の混合集積培養が可能となり、このよう
にして培養した菌を嫌気好気循環処理方式の嫌気槽に供
給すれば、メタン発酵と脱窒が同時に進行する生物相を
維持するのに役立ようになる。このため、従来は単一の
装置内では実現しにくかったメタン発酵と脱窒の同時進
行を実現することができる。

【００３７】（４）嫌気好気循環処理方式の好気処理水
の返流路に脱酸素薬剤を注入する手段を設けたので、Ｎ
Ｏ３を含み、かつ溶存酸素のない処理水を返流すること
ができるため、メタン発酵と脱窒の同時進行が可能とな
る。また、メタン発酵と脱窒を別々の槽で行っていた従
来の方法と比較して、装置の単純化、建設費の低減など
の効果が得られる。さらに、従来、脱窒の栄養源として
メタノールなどを加えていた場合と比較して、運転経費
を低減できる。この他、脱窒反応の速度はメタノールを
添加した場合より若干劣るけれども、メタノール無添加
の従来のものより速いので、槽の容積を縮少できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例を示す構成説明図。

【図２】この発明の第２の実施例を示す構成説明図。

【図３】脱窒試験の結果を示す特性図。

【図４】脱窒試験の結果を示す特性図。

【図５】メタン資化脱窒細菌の培養装置を示す構成図。

【図６】培地としてメタンを用いる脱窒経過特性図。

【図７】嫌気性濾床トレンチ循環処理を示す構成図。

【符号の説明】

１…種菌培養槽、２…嫌気槽、３…好気槽、５…ガスホ
ルダー、６…エアーポンプ、７…脱酸素装置、２１…好
気処理水返流路、２２…脱酸素剤注入手段。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　嫌気槽と好気槽とを備えてなる嫌気好
   気循環処理方式の廃水処理方法において、メタン発酵と
   脱窒を同時に進行させる培地を用いて、メタン細菌、メ
   タン資化脱窒細菌、酢酸資化脱窒細菌を混合集積培養し
   た後、その培養液を種菌として前記嫌気槽に始動時ある
   いは始動後に間欠的に供給するようにしたことを特徴と
   する窒素の除去方法。
2. 【請求項２】　　メタン細菌用培地の組成の一部を変更
   して硝酸カリウム（ＫＮＯ３）を添加させ、メタン発酵
   と脱窒を同時に進行させるようにした請求項１に記載の
   窒素の除去方法。
3. 【請求項３】　　嫌気槽と好気槽とを備えてなる嫌気好
   気循環処理方式の廃水処理装置において、ガスホルダー
   と、このガスホルダー内のガスを取り出すポンプと、こ
   のポンプにより取り出されたガスが導入され、導入され
   たガスをバブリングさせてガス中の酸素を除去する脱酸
   素装置と、この脱酸素装置で脱酸素処理されたメタン、
   二酸化炭素混合ガスが導入され、そのガスをバブリング
   させ、上部に溜まったガスをガスホルダに導入する種菌
   培養槽とからなることを特徴とする窒素の除去装置。
4. 【請求項４】　　嫌気槽と好気槽とを備えてなる嫌気好
   気循環処理方式の廃水処理装置において、好気処理水を
   嫌気槽に戻す好気処理水の循環返送路に脱酸素薬剤を注
   入する手段を設けたことを特徴とする窒素の除去装置。