JPH05138193A - 廃水の生物学的窒素除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 硫黄脱窒細菌の流出を防止して脱窒速度を促
進し、且つ硫黄脱窒反応に必要な無機炭素を燃焼排ガス
等の廃棄物を利用して供給することにより、コストの低
廉化をはかった廃水の生物学的窒素除去方法の提供を目
的とする。 【構成】 硫黄脱窒細菌を含む汚泥１に下水汚泥の焼却
灰２及びこの焼却灰２に少量の酸を添加した焼却灰懸濁
液３を添加して撹拌混合した後、この混合物に吸水性樹
脂４を添加して撹拌混合し、吸水性樹脂４を吸水膨潤さ
せると同時に硫黄脱窒細菌を吸水性樹脂４内部に取り込
んで包括固定化し、このように包括固定化された硫黄脱
窒細菌５を生物学的硝化硫黄脱窒処理装置６に流入して
処理することを特徴とする廃水の生物学的窒素除去方法
にしてあり、更に前記焼却灰２にＮａＯＨ溶液を加えて
から二酸化炭素濃度の高い排ガスを吹き込むことによ
り、ＨＣＯ₃ ^-イオンを高濃度で含む重炭酸塩液を調製し
て硫黄脱窒反応における炭素源として用いた廃水の生物
学的窒素除去方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は廃水の生物学的窒素除去
方法に関し、特に脱窒細菌を包括固定化して窒素の除去
効率を高めた脱窒方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】廃水の生物学的窒素除去方法として、硝
化反応と脱窒反応とを組み合わせて実施する方法が一般
に採用されている。通常の脱窒細菌は他栄養性細菌であ
るため、脱窒反応を行わせる場合に外部から水素供与体
としてメタノール等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も脱
窒速度が高く、且つ全窒素除去率も高い。従って脱窒槽
の容量を縮小できる利点があるが、メタノール等の薬品
代によりランニングコストが高くなってしまうという難
点がある。

【０００３】これに対して廃水中の窒素除去の他の例と
して、硫黄補填好気嫌気活性汚泥法が知られている。こ
の方法は脱窒細菌に対する水素供与体として、前記メタ
ノールに代えて粒状の硫黄を、更に炭素源としてＮａＨ
ＣＯ₃を供給することにより、処理コストの低廉化に成
功している。この方法における脱窒作用は、通常の脱窒
細菌とは異なり、自栄養性の硫黄脱窒細菌が主要な役割
を果たしている。硫黄脱窒反応において、単体の硫黄を
補填した場合の化学量論式は下記の（１）式で表わすこ
とができる。

【０００４】 １．１１４Ｓ＋ＮＯ₃ ^-＋０．６６９Ｈ₂Ｏ＋０．３３７ＣＯ₂＋０．０８４２ＨＣ Ｏ₃ ^-＋０．０８４２ＮＨ₄ ⁺→０．０８４２Ｃ₅Ｈ₇Ｏ₂Ｎ＋０．５Ｎ₂＋１．１１４ ＳＯ₄ ^2-＋１．２２８Ｈ⁺・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１） 他方において、メタン菌を含む汚泥を対象として吸水性
樹脂を用いた包括固定化方法が知られている（例えば水
処理技術Ｖo１.２７.Ｎo.９.１９８６）。この方法はメ
タン菌を含む汚泥に吸水性樹脂（アクリル系合成高分子
樹脂）および炭酸カルシウムを添加して樹脂を吸水膨潤
させると同時に嫌気性微生物菌体を樹脂内部に取り込ま
せ、その後、架橋剤である塩化カルシウム水溶液を加え
て樹脂分子中のカルボキシル基に架橋反応を行い、菌体
を固定させる方法である。この方法において、炭酸カル
シウムは酸に対する中和剤として働き、メタン菌の生育
に適するｐＨ域に保つ効果がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記硫黄補填好気嫌気
活性汚泥法が開発されてから約１０年が経過しているに
も拘わらず、未だに実用化されるに至っていない現状に
ある。その理由として以下の３点が考えられる。

【０００６】第１の理由として、水素供与体として硫黄
を補填しても期待した程には脱窒速度が大きくならない
ことが挙げられる。即ち、硫黄脱窒反応は硫黄の酸化数
が−２から＋４までの還元硫黄であればどれでも水素供
与体として使用することができるが、脱窒速度が最も速
いのはＳ₂Ｏ₃ ^2-イオンである。しかしＮａ₂Ｓ₂Ｏ₃は脱
窒速度が高い反面、価格的にかなり高価であるという難
点がある。これに対して単体の硫黄は安価であるが、脱
窒速度がＳ₂Ｏ₃ ^2-イオンに比して低いという短所があ
る。従って硫黄脱窒反応における水素供与体として適当
な還元硫黄薬剤がないという現状にある。

【０００７】第２の理由は、硫黄脱窒細菌は普遍的に存
在する菌であるが、通常の脱窒細菌よりも成長速度がや
や低いことと、硫黄脱窒細菌が浮遊性を有しているた
め、処理効率を上げる際に菌の流出が発生し易く、菌体
の濃度を高めることが困難であるためと考えられる。

【０００８】通常の脱窒反応は下記の（２）〜（４）式
で表わすことができる。

【０００９】 ２ＮＯ₃ ^-＋１０Ｈ→Ｎ₂＋４Ｈ₂Ｏ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２） ２ＮＯ₂＋６Ｈ→Ｎ₂＋２Ｈ₂Ｏ＋２ＯＨ^-・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３） Ｎ₂Ｏ＋２Ｈ→Ｎ₂＋Ｈ₂Ｏ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４） 硫黄脱窒細菌の反応速度が遅いことはやむをえないと考
えられるが、菌体の濃度を高めることは、固定化という
手段によって改善の余地がある。例えば前記したように
メタン菌を含む汚泥等の一般的な硝化菌の包括固定化は
標準活性汚泥法処理施設に適用されており、外にも包括
固定化方法には各種の手段が開発されている。しかしこ
れら固定化手段はいずれも大規模に操作することが困難
であったり、固定化材料のコストが高くなる問題を有し
ていて、実際に硫黄脱窒菌を固定化する方法は実用化さ
れていない。

【００１０】更に第３の理由は、硫黄脱窒には無機炭素
を補給する必要がある点にある。この無機炭素は流入下
水中にアルカリ度として存在しており、従ってアルカリ
度が不足する場合には無機炭素を独自に補給しなければ
ならない。生物学的脱窒法では通常脱窒と組み合わせて
硝化を行うが、この硝化過程においてもアルカリ度が消
費される。つまり硫黄脱窒と硝化による窒素除去処理で
はアルカリ度が一方的に消費されることになり、そのた
め無機炭素を補給することが要求されることが多い。こ
の無機炭素としては、通常ＮａＨＣＯ₃が使用される
が、該ＮａＨＣＯ₃の使用による薬剤費のアップを無視
することが出来ない。

【００１１】通常の硝化反応は下記の（５）〜（６）式
で表わすことができる。

【００１２】 ２ＮＨ₄ ⁺＋３Ｏ₂→２ＮＯ₂＋２Ｈ₂Ｏ＋４Ｈ⁺・・・・・・・・・・・・・・・・（５） ２ＮＯ₂ ^-＋Ｏ₂→２ＮＯ₃ ^-・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（６） 上記（５）式のアンモニアが亜硝酸に酸化される過程に
おいて水素イオンを生じるので、流入水にアルカリ度が
存在する場合は硝化反応でアルカリ度が消費されるのに
対して、前記脱窒反応では逆にアルカリ度が生成するた
め、廃水のアルカリ度が著しく低い場合以外はアルカリ
剤を補給する必要がない。従って無機炭素の補給に関し
ては、硫黄脱窒反応は通常の脱窒反応に比して明らかに
不利である。

【００１３】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、硫黄脱窒細菌の流出を防止することによって脱窒速
度を促進させることができる上、硫黄脱窒反応に必要な
無機炭素を燃焼排ガスのような廃棄物を利用して供給す
ることにより、コストを低廉化することができる廃水の
生物学的窒素除去方法を提供することを目的とするもの
である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、先ず請求項１により、硫黄脱窒細菌を含
む汚泥に対して、下水汚泥の焼却灰及びこの焼却灰に少
量の酸を添加して一部溶解させた焼却灰懸濁液を添加し
て撹拌混合した後、この混合物に吸水性樹脂を添加して
撹拌混合し、吸水性樹脂を吸水膨潤させると同時に硫黄
脱窒細菌を吸水性樹脂内部に取り込んで包括固定化し、
このように包括固定化された硫黄脱窒細菌を生物学的硝
化硫黄脱窒処理装置に流入して処理する廃水の生物学的
窒素除去方法を提供する。

【００１５】更に請求項２により、前記焼却灰に少量の
ＮａＯＨ溶液を加えてアルカリ性とし、燃焼排ガス供給
手段から二酸化炭素濃度の高いガスを吹き込むことによ
り、ＨＣＯ₃ ^-イオンを高濃度で含む重炭酸塩液を調製
し、この重炭酸塩液を硫黄脱窒反応における炭素源とし
て用いた廃水の生物学的窒素除去方法を提供する。

【００１６】

【作用】かかる請求項１の方法によれば、硫黄脱窒細菌
を含む汚泥に、下水汚泥の焼却灰或は焼却灰と酸の懸濁
液を添加混合した後、吸水性樹脂を混合撹拌させること
により、この吸水性樹脂が吸水膨潤するとともに硫黄脱
窒細菌が吸水性樹脂内に取り込まれて包括固定化される
ので、生物学的硝化硫黄脱窒処理装置における硫黄脱窒
細菌の流出が防止され、脱窒速度が促進される。

【００１７】更に請求項２の方法によれば、焼却灰に少
量のアルカリを加え、燃焼排ガス供給手段から二酸化炭
素濃度の高いガスを吹き込むことにより、ＨＣＯ₃ ^-イオ
ンを高濃度で含む重炭酸塩液が調製されるので、この重
炭酸塩液を硫黄脱窒反応における炭素源として用いるこ
とができる。

【００１８】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１９】図１において、１は硫黄脱窒細菌集積培養
汚泥であり、この硫黄脱窒細菌を含む汚泥１ｍ³に対し
て下水汚泥の焼却灰２を１ｋｇ及びこの焼却灰に少量の
塩酸（ＨＣｌ）を添加した焼却灰懸濁液３を添加して撹
拌混合する。次にこの混合物に吸水性樹脂，例えばアク
リル系合成高分子樹脂４（粘度１０〜３２Mesh）を１ｋ
ｇ添加して約３０分撹拌混合することにより、吸水性樹
脂４が吸水膨潤すると同時に硫黄脱窒細菌が吸水性樹脂
４の内部に取り込まれ、該硫黄脱窒菌が包括固定化され
る。

【００２０】その後、得られた混合物に清水を流入させ
てこの混合物を洗浄する。このとき洗浄上澄水が清澄に
なり、ｐＨが中性になったところで洗浄を中止すると、
硫黄脱窒細菌が直径が２〜３ｍｍの小球状となって沈降
し、包括固定化される。

【００２１】上記のようにして得た包括固定化硫黄脱窒
細菌５を、生物学的硝化硫黄脱窒処理装置６に流入して
脱窒処理を行う。この生物学的硝化硫黄脱窒処理装置６
とは、前記した硫黄補填好気嫌気活性汚泥法に基づく脱
窒槽に相当する。

【００２２】本実施例によれば、吸水性樹脂４が吸水膨
潤した際に硫黄脱窒細菌が該吸水性樹脂４内に取り込ま
れて包括固定化されるので、生物学的硝化硫黄脱窒処理
装置６における硫黄脱窒細菌の流出が防止され、脱窒速
度が促進されるという作用が得られる。

【００２３】上記実施例中に示した包括固定化を行う材
料の中で、吸水性樹脂以外の材料コストはほとんど無視
できるので、本実施例は他の包括固定化法よりも低コス
トで達成可能であるという特徴を有している。

【００２４】尚、焼却灰２としては塩化第二鉄および消
石灰を脱水助剤として添加したものを用いることが望ま
しい。焼却灰２の組成の一例を表１に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】上記のように組成された焼却灰に少量の酸
を添加すると、吸水性樹脂の架橋剤である塩化カルシウ
ムの代用が可能となる。また、焼却灰はカルシウム分が
多いことから包括固定化菌体に取り込まれることによ
り、酸に対する中和剤である炭酸カルシウムの代用にも
なる。

【００２７】更に本発明では、硫黄脱窒反応を促進する
ために必要とする炭素源を得るため、以下に述べる方法
を実施した。即ち、硫黄脱窒反応には還元硫黄以外に無
機炭素を供給する必要があるが、この無機炭素の供給方
法として、前記焼却灰に少量のＮａＯＨ溶液を加えてア
ルカリ性とし、汚泥焼却炉廃ガス或は汚泥嫌気性硝化槽
から発生する硝化ガスの燃焼によって生じる廃ガス等の
二酸化炭素濃度の高いガスを吹き込むことにより、ＨＣ
Ｏ₃ ^-イオンを高濃度で含む重炭酸塩液を製造し、この重
炭酸塩液を硫黄脱窒反応における炭素源とする。

【００２８】図２は上記無機炭素を供給した硫黄脱窒方
法を示す概要図であり、１１は重炭酸塩液調製槽、１２
は撹拌機、１３は焼却灰供給手段、１４はＮａＯＨ供給
手段、１５は燃焼排ガス供給手段、１６は硫黄脱窒槽又
は最初沈澱池である。

【００２９】かかる構成によれば、重炭酸塩液調製槽１
１内に焼却灰供給手段１３から下水汚泥の焼却灰を加え
ると同時にＮａＯＨ供給手段１４からＮａＯＨを加え、
撹拌機１２により撹拌しながら燃焼排ガス供給手段１５
からＣＯ₂を高濃度に含むガスをバブリングすることに
より、ＨＣＯ₃ ^-イオンを高濃度に含有する液が生成され
る。この液が硫黄脱窒槽又は最初沈澱池１６に供給され
て、硫黄脱窒反応を促進する無機炭素として用いられ
る。

【００３０】又、焼却灰に豊富に含まれているカルシウ
ム分の化学変化は以下の反応式で表わされる。

【００３１】 ＣａＯ＋２Ｈ₂Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）₂・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（７） Ｃａ（ＯＨ）₂＋ＣＯ₂→ＣａＣＯ₃＋Ｈ₂Ｏ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（８） ＣａＣＯ₃＋Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂→Ｃａ（ＨＣＯ₃）₂・・・・・・・・・・・・・・・（９） 上記のＣａＣＯ₃は難溶性であるが、ＣＯ₂を過剰に吹き
込むことにより、水に可溶性の炭酸水素カルシウムとな
り、硫黄脱窒反応に必要とされる無機炭素の供給手段と
して使用し得る程度のＨＣＯ₃ ^-イオン濃度にすることが
できる。

【００３２】更に本実施例によれば、前記焼却灰に含ま
れているＣａＯ，Ｃａ（ＯＨ）₂，ＣａＣＯ₃及びＣａ
（ＨＣＯ₃）₂等による酸中和作用により、アルカリ度が
低い廃水についても硫黄脱窒細菌の最適成育ｐＨが維持
され、硫黄脱窒反応と組み合わせた硝化過程においても
ｐＨの低下が防止されて硝化率を高めるという効果が得
られ、それに伴って全窒素除去率を高めることができ
る。

【００３３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、吸水性樹脂が吸水膨潤された際に硫黄脱窒細菌が
該吸水性樹脂内に取り込まれて包括固定化されるので、
生物学的硝化硫黄脱窒処理装置における硫黄脱窒細菌の
流出が防止され、脱窒速度を促進することができる。し
かも包括固定化菌体に取り囲まれた焼却灰の酸中和作用
によって、アルカリ度が低い廃水の場合でも硝化菌の最
適生育ｐＨが維持できて、硝化率の向上をはかることが
できる。

【００３４】又、焼却灰に少量のアルカリを加え、燃焼
排ガス供給手段から二酸化炭素濃度の高いガスを吹き込
むことにより、ＨＣＯ₃ ^-イオンを高濃度で含む重炭酸塩
液が調製されるので、この重炭酸塩液を硫黄脱窒反応に
おける炭素源として用いることができる。従って硫黄脱
窒反応に必要な無機炭素を燃焼排ガスのような廃棄物を
利用して供給することが可能となり、高価な薬剤を用い
る必要がなく、コストの低廉化がはかれるという効果を
発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明するチャート図。

【図２】本発明の他の実施例として無機炭素を供給した
脱窒方法を示す概要図。

【符号の説明】

１…硫黄脱窒細菌集積培養汚泥、２…焼却灰、３…焼却
灰懸濁液、４…吸水性樹脂、５…包括固定化硫黄脱窒細
菌、６…生物学的硝化硫黄脱窒処理装置、１１…重炭酸
塩液調製槽、１２…撹拌機、１３…焼却灰供給手段、１
４…ＮａＯＨ供給手段、１５…燃焼排ガス供給手段、１
６…硫黄脱窒槽（又は最初沈澱池）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 硫黄脱窒細菌を含む汚泥に対して、下水
   汚泥の焼却灰及びこの焼却灰に少量の酸を添加して一部
   溶解させた焼却灰懸濁液を添加して撹拌混合した後、こ
   の混合物に吸水性樹脂を添加して撹拌混合し、この吸水
   性樹脂を吸水膨潤させると同時に硫黄脱窒細菌を吸水性
   樹脂内部に取り込んで包括固定化し、このように包括固
   定化された硫黄脱窒細菌を生物学的硝化硫黄脱窒処理装
   置に流入して処理することを特徴とする廃水の生物学的
   窒素除去方法。
2. 【請求項２】 前記焼却灰に少量のＮａＯＨ溶液を加え
   てアルカリ性とし、更に燃焼排ガス供給手段から二酸化
   炭素濃度の高いガスを吹き込むことにより、ＨＣＯ₃ ^-イ
   オンを高濃度で含む重炭酸塩液を調製し、この重炭酸塩
   液を硫黄脱窒反応における炭素源として用いたことを特
   徴とする請求項１記載の廃水の生物学的窒素除去方法。