JPH0474598A - 窒素およびリンの同時除去方法およびその装置 - 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】 ■ Ａ、産業上の利用分野 この発明は排水中の窒素およびリンの同時除去方法およ
びその装置に関するものである。

Ｂ０発明の概要 この発明は排水中の窒素およびリンを同時に除去する方
法である嫌気−好気活性汚泥法の処理を高める方法およ
びその装置において、 嫌気槽内に黄鉄鉱（ＦｅＳ２）あるいは硫化鉄（Ｆ　ｅ
　Ｓ）などの硫化鉄鉱を浸漬させ、かつ流入水とともに
ＮａＨＣＯ３またはＣａＣＯ５の炭素源を嫌気槽に導入
させたことにより、 窒素、リンを同時に除去することができるようにしたも
のである。

Ｃ０従来の技術 近年、排水中の窒素を除去する方法が種々提案されてい
る。その中で循環式硝化・脱窒法などの生物処理方法が
実用化されているが、物理化学的方法はコストが嵩む関
係から普及していない。例えば、物理化学的方法として
実用化されているリン除去方法に凝集沈澱晶析手段があ
るが、この手段はコストや維持管理面で難点がある。

最近、窒素・リンの同時除去方法として嫌気好気活性汚
泥法が知られている。この方法は従来の標準活性汚泥性
設備を大幅に変更しなくても利用でき、かつコストが安
くなる利点があるので注目されている。しかしながら、
上記方法は窒素とリンを同時に効率良く除去できる条件
に制御することが困難であり、窒素よりも特にリンの除
去の方が困難であると言われている。その１つに硫黄補
填好気−嫌気活性汚泥法の脱窒・脱リン機能（水質汚濁
研究、第１２巻、第７号４４１−４４８．１９８９）が
提案されている。この方法は脱窒菌に対する水素供与体
としてメタノールの代わりに硫黄を供給することにより
脱窒速度を高め、槽の容積を減少させることにある。ま
た、鉄接触材を用いたリン除去技術（用水と廃水、Ｖｏ
ｌ。

３２、ＮＯ，３，１９９０）による方法は鉄を腐食させ
て溶解させ、鉄イオンがリン酸イオンと反応して不溶性
の沈澱を生成することを利用したもので、維持管理が容
易でランニングコストが安いという利点がある。

しかし、上記方法は現在のところ生物処理のみで、窒素
とリンを効率良く同時除去することは困難であるけれど
も、物理化学的処理方法と組み合わせることにより実用
化が可能と考えられている。

Ｄ８発明が解決しようとする課題 下廃水の生物学的窒素除去方法として、これまで第２図
Ａ−Ｄに示すような各種の方法が開発されてきた。これ
らの方法の中で、現在、最も有望視されている汚泥循環
式硝化脱窒法（第２図ＢのＢａｒｎａｒｄ法や第２図り
の嫌気−好気式高濃度活性汚泥法）では脱窒反応の水素
供与体として流入下廃水や汚泥中の有機物を利用できる
ので、外部からメタノール等の有機炭素源を補填する、
第２図Ａに示すＢｒｉｎｇｍａｎｎ法に比べ、低薬品コ
ストで窒素除去を行える利点がある。しかし、上記汚泥
循環式硝化脱窒法では硝化槽１から脱窒槽２へ活性汚泥
の混合液を流入廃水量の２〜４倍の高流量で返送循環し
なければならないから運転コストが高くなる欠点をもっ
ている。なお、第２図Ａ−Ｄにおいて、３は沈澱槽、４
は返送汚泥路である。

第２図Ｃは外部から有機炭素源を補填することなく、し
かも活性汚泥の大量返送循環を要しない窒素除去方法（
Ｗｕｈｒｍａｎｎ法、好気−嫌気式活性汚泥法）である
。この第２図Ｃの方法は活性汚泥の内生脱窒能を利用す
る処理方法であることから巨大な脱窒槽２ａを必要とし
、かつ高い窒素除去率を得ることができないことが判明
した。このため、現在広く普及するに至っていない。

この第２図Ｃの欠点を補足すべく第２図Ｃの嫌気脱窒槽
２ａに安価な粒状硫黄とＮ　ａ　ＣＨＯ３を補填して自
栄養性の通性硫黄脱窒細菌（Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ
　ｄｅｎｉｔｒｉｔｉｃａｎｓ）の働く環境を整えるこ
とにより、脱窒速度を高めることができるようになった
。さらに、このプロセスに脱リン機能を付加すれば低コ
ストの窒素リンの同時除去が可能になるものと第３図に
示すように脱リン濃縮槽５を設けた構成を案出した。こ
の第３図の方法を用いると、２０時間の滞留時間でＴ−
Ｎを８０％、Ｔ−Ｐをノ ア０％の除去率で除去することができた。しかしながら
、この第３図の方法では脱リン濃縮槽５における高濃度
のリンを含有する上澄液からのリンの除去に関して問題
があり、リンの除去率がやや低い欠点がある。

また、生物学的脱リン法として知られている第４図Ａ、
ＢはＡＯ法およびＡ２０法と称されるものであるが、こ
れらは環境条件の変化によって起こる活性汚泥のリン蓄
積、放出能を利用している。

このため、雨水等が大量に流入してＤｏ（溶存酸素）が
上昇したりすると、嫌気条件を維持することが困難とな
り、リンの除去能が安定しないという欠点がある。

さらに、第４図Ｃに示す鉄−接触材を用いたリン除去法
は鉄の溶解を妨害するような付着物が表面に沈着するた
めに、脱リン効果が持続しないという欠点があり、いま
だ実用化されていないのが実状である。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、硫黄補
填脱窒法と鉄接触材を用いた脱リン法や生物学的脱リン
法などを組み合わせて生物・物理化学的窒素・リンを同
時に除去するようにした窒素およびリンの同時除去方法
およびその装置を提供することを目的とする。

８０課題を解決するための手段 第１発明は流入水とともに炭素源を嫌気槽に導入した後
、その導入水を嫌気槽内に補填された硫化鉄鉱と反応さ
せ、この硫化鉄鉱から溶出される硫黄分および鉄分を含
んだ水を、脱窒紫檀に導入し、この槽で硫黄脱窒反応を
生起させた後、脱窒槽から流出した水を好気槽に流入さ
せて硝化細菌により硝化させるとともに一部を脱窒槽に
返送させ、好気槽からの流出水は沈澱層を介して上澄水
を処理水として排出するようにしたことを特徴とするも
のである。

また、第２発明は硫化鉄鉱が浸漬され、炭素源が流入水
とともに導入される嫌気槽と、この嫌気槽に導入された
流入水が硫化鉄鉱と反応し、流出した水が導入され、導
入水により脱窒反応が生起される脱窒槽と、この脱窒槽
から流出する水が導入され、硝化細菌の作用により導入
水が硝化されるとともに一部の導入水が脱窒槽に返送さ
れるようにした好気槽と、この好気槽から流出した水が
導入され、導入水から固液分離を行って上澄水を処理水
として排出させるとともに沈澱汚泥を嫌気槽に返送する
沈澱層とを備えたものである。

さらに、第３発明は主としてリンの放出を行わせる嫌気
槽を備えた廃水処理装置において、前記嫌気槽に硫化鉄
鉱を補填するようにしたことを特徴とするものである。

Ｆ０作用 硫化鉄鉱が浸漬された嫌気槽に下廃水が導入されると、
硫化鉄鉱は少量づつ溶解して硫黄分および鉄分を含んだ
液が嫌気槽内に溶出してくる。硫黄分の溶出により、槽
の嫌気度が増加し、ＯＲＰが低下してリンの放出が起こ
る。

溶出した鉄分はオリトリン（リン酸イオン）と反応し、
不溶性のリン酸鉄（ＦｅＰＯ４）として沈澱する。嫌気
槽から流出した水は脱窒槽に流入して、この槽で脱窒反
応が行われる。

なお、硫化鉄鉱としては黄鉄鉱（ＦｅＳ２）や硫化鉄（
Ｆ　ｅ　Ｓ）が使用され、前者の水に対する溶解度は５
ｍｇ／Ｃ後者のものは６ｍｇ／Ｉである。

Ｇ、実施例 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、１１は下廃水等が流入される嫌気槽で
、この嫌気槽１１には硫化鉄鉱を浸漬する。硫化鉄鉱と
しては黄鉄鉱（ＦｅＳ２）や硫化鉄（Ｆ　ｅ　Ｓ）が使
用される。前者は硫酸の製造原料とされて、比較的安価
に入手可能であり、後者は天然にはジリュウ鉄鉱として
産するが、鉄と硫化水素の反応によって生産される。こ
れらの硫化鉄鉱の水に対する溶解度は黄鉄鉱が５　ｍｇ
／　Ａ’、硫化鉄が６ｍｇ／Ｉで′、少量ながら水に溶
解する性質がある。なお、嫌気槽１１にはその流入水入
口においてＮａＨＣＯ３またはＣａＣＯ３の炭素源が流
入水とともに注入される。

嫌気槽１１ないの硫化鉄鉱は少量づつ溶解して硫黄分お
よび鉄分が嫌気槽１１内に溶出してくる。

硫黄分の溶出により嫌気槽１１内の嫌気度が増加し、Ｏ
ＲＰが低下し、リンの放出が起こりやすくなる。溶出し
た鉄分は溶解したオリトリン（リン酸イオン）と反応し
て不溶性のリン酸鉄（ＦｅＰＯ４）として沈澱する。

嫌気槽１１から流出した水は脱窒層１２に流入し、脱窒
素細菌の作用により次に示す式（１）〜式（３）の反応
式により脱窒反応が起きる。

２　ＮＯ３−＋１０　Ｈ→Ｎ２＋４Ｈ２０＋２０Ｈ−・
・・・・・（１）２ＮＯ２−＋　６Ｈ−Ｎ２＋２Ｈ２０
＋２０Ｈ−・・・・・・（２）Ｎ２０＋２Ｈ−＋Ｎ２＋
Ｈ２０・・・・・・・・・・（３）この脱窒反応が行わ
れた場合、水素供与体として有機炭素源が存在しなけれ
ばらならいが、この実施例ではメタノールなどを添加し
ないで流入水中の有機物を利用する。なお、脱窒素細菌
の中には硫黄を水素供与体として利用できる菌（Ｔｈｉ
ｏｂａｃｉｌｌｕｓ　ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ）を
前述した。この硫黄脱窒細菌による脱窒反応の化学量論
式は次式で表現される。

１、１１４　Ｓ　＋ＮＯ３−＋〇、　６９９　Ｈ２０＋
０．３３７ＣＯ□＋０．０８４２ＨＣＯ３十０．０８４
２ＮＨ４＋→０．０８４２　Ｃ３Ｈ７’Ｏ３Ｎ＋０．５
Ｎ２＋１．１１４　ＳＯ４”−＋１．２２８．Ｈ＋・・
・・（４）Ｓとしてチオ硫酸イオン（Ｓ２０３２−）、
イオウイオン（Ｓ２−）でも代替できる。

この実施例ではＮａＨＣＯ３またはＣａＣＯ３などの炭
素源と硫黄を水素供与体として供給しているので、脱窒
槽１２は硫黄脱窒細菌が増殖しやすい条件となっていて
、通常の脱窒細菌と硫黄脱窒細菌が共存するようになる
。

脱窒槽１２から流出した水は好気槽１３に流入され、水
中のアンモニア性窒素が硝化細菌の作用により次式によ
り硝化される。

好気槽１３においては嫌気槽１１で放出されたリンのう
ち、不溶性のリン酸鉄とならずにリン酸イオンとして残
った分は活性汚泥中に摂取され、ポリリン酸として蓄積
される。好気槽１３の混液（硝化液）は脱窒槽１２に循
環返送されて、再び脱窒反応が行われる。好気槽１３か
ら流出した水は沈澱槽１４に流入し、固液分離がこの槽
で行われ、上澄水は処理水として系外に排出される。

方、沈澱汚泥は一部、返送汚泥部１５を介して嫌気槽１
１に返送され、残りは余剰汚泥として系外に排出される
。窒素Ｎ、リンＰの排出形態はＮが窒素ガス、Ｐは不溶
性のリン酸鉄（ＦＷＰＯ４）である。リン酸鉄は嫌気条
件でも溶出しないので、汚泥処理過程において、嫌気性
条件に置かれた場合でも、汚泥処理における返流水とし
て水処理系にもどってくることはない。

上記のように処理すれば窒素Ｎ、リンＰを同時に除去す
ることができる。

Ｈ０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。

（１）一般に脱窒反応を行わせる場合、外部から水素供
与体としてメタノールなどの有機炭素源を供給した方が
、流入廃水中の有機物を水素供与体として用いる場合よ
り、脱窒速度が高く全窒素除去率も高い。したがって、
脱窒素の容量を縮少できる利点があるけれどもメタノー
ルなどの薬品代によりランニングコストが高くなる欠点
がある。

しかし、この発明では硫化鉄鉱のような安価な水素供与
体を利用しているので、脱窒速度はメタノール供給の場
合には及ばないけれども相当高めることができる。これ
により脱窒槽の容易を縮少することかできるとともに、
ランニングコストを安くすることができる。

（２）また、リンの生物学的除去方式は流入廃水のＢＯ
Ｄ／Ｐ比の影響を受け、除去性能が不安定であり、処理
水リン濃度を常にｉ　ｐｐｍ以下とすることは困難であ
る。しかし、この発明では硫化鉄を溶解させて不溶性の
リン酸鉄とすることにより、リンの生物学的除去作用に
悪影響を与えることなく、処理水リン濃度を常に１　ｐ
ｐｍ以下とすることができる。生物学的リン除去法では
雨水が流入水に混入するとＤｏ値が高くなり、リンの放
出が起こりにくくなるためにリンの除去性能が低下する
。

しかし、この発明のように嫌気槽に硫化鉄鉱を補填する
ことにより、硫化鉄鉱から溶出する硫黄分が酸化され、
Ｄｏ値の上昇を防止して嫌気的雰囲気を維持することが
できる。したがって、リンの放出が起こる必要条件であ
る嫌気的雰囲気が維持されることからリンの除去性能を
安定化させる効果が得られる。

（３）この発明で使用される硫化鉄鉱は最初はかなり大
量に補填するが、消失するまでには相当時間がかかり、
はとんど維持管理は不要である。即ち、凝集沈澱や晶析
などの既存の物理化学的リン除去方法と比較しても、低
コストで維持管理が容易であり、省資源、省力化を可能
にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成説明図、第２図
Ａ−Ｄは生物学的室□素除去方法を示す構成説明図、第
３図は脱リン濃縮槽を組み込んだ修正好気−嫌気活性汚
泥法の構成説明図、第４図Ａ〜Ｃはリン除去法を示す構
成説明図である。 １１・・・嫌気槽、１２・・・脱窒槽、１３・・・好気
槽、１４・・・沈澱槽、１５・・・返送汚泥部。 第２図（Ａ） ゝ４ 第２図（Ｃ） 第２図（Ｄ） 第３図 １−−−−一層目し槽 ２．２ａ−−−一説室糟 ３−−−−一層７影僧 ４−−−−−仮送汚ヲ尼路 氾木

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）流入水とともに炭素源を嫌気槽に導入した後、そ
   の導入水を嫌気槽内に補填された硫化鉄鉱と反応させ、
   この硫化鉄鉱から溶出される硫黄分および鉄分を含んだ
   水を、脱窒素槽に導入し、この槽で硫黄脱窒反応を生起
   させた後、脱窒槽から流出した水を好気槽に流入させて
   硝化細菌により硝化させるとともに一部を脱窒槽に返送
   させ、好気槽からの流出水は沈澱層を介して上澄水を処
   理水として排出するようにしたことを特徴とする窒素お
   よびリンの同時除去方法。
2. （２）硫化鉄鉱が浸漬され、炭素源が流入水とともに導
   入される嫌気槽と、この嫌気槽に導入された流入水が硫
   化鉄鉱と反応し、流出した水が導入され、導入水により
   脱窒反応が生起される脱窒槽と、この脱窒槽から流出す
   る水が導入され、硝化細菌の作用により導入水が硝化さ
   れるとともに一部の導入水が脱窒槽に返送されるように
   した好気槽と、この好気槽から流出した水が導入され、
   導入水から固液分離を行って上澄水を処理水として排出
   させるとともに沈澱汚泥を嫌気槽に返送する沈澱層とを
   備えた窒素およびリンの同時除去装置。
3. （３）主としてリンの放出を行わせる嫌気槽を備えた廃
   水処理装置において、 前記嫌気槽に硫化鉄鉱を補填するようにしたことを特徴
   とする窒素およびリンの同時除去装置。