JPH09290296A - シアン含有コークス炉ガス液の生物脱窒処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高濃度のシアン分を含むコークス炉ガス液
（安水）を分解する生物学的硝化脱窒法を確立するこ
と。 【解決手段】 シアン分を含む安水を嫌気性雰囲気にあ
る第１脱窒槽Ａで脱窒処理し、その後好気性雰囲気の硝
化槽Ｂにおいて、窒素化合物を硝化し、さらに第２脱窒
槽Ｃで脱窒処理し、その後ばっ気処理、沈降処理して処
理水と汚泥を分離する窒素除去を兼ねた活性汚泥を用い
るシアン含有安水の処理方法である。硝化槽Ｂの全窒素
負荷が０．１５（ｋｇ．Ｎ／ｋｇ．ｍｌｓｓ．ｄａｙ）
以下の場合は安水の前処理なしに排水処理することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コークス炉ガス液
の処理に関するものであり、特にコークス炉での石炭乾
留時に発生するコークス炉ガス液の生物学的硝化脱窒法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】コークス炉での石炭乾留時に発生するコ
ークス炉ガス液（以下、安水ということがある。）は、
多量のＣＯＤ（化学的酸素要求量）の他に高濃度アンモ
ニアを含有しており、平成１０年１０月からのコークス
炉コークス炉ガス液の窒素濃度規制に対処する必要があ
る。

【０００３】これまでコークス炉ガス液処理は一般にス
トリッピングによってアンモニアを除去した後、活性汚
泥で二次処理する方法が採られている。このアンモニア
を除去した後、活性汚泥で処理する方法はエネルギー多
消費型プロセスであり、かつ、高度処理にはアルカリ添
加を必要とするため、処理水の目標水質を上げた場合に
ランニングコストが膨大となり、必ずしも適切なプロセ
スとはいえない。

【０００４】一方、生物による硝化脱窒法が一般に下水
・屎尿等の排水処理で採用されており（稲森愁平、「資
源環境対策」２９（１９９３）．８．１２）、この生物
学的硝化脱窒法は安水中のＢＯＤ（生化学的酸素要求
量）を上手に利用してアンモニア性窒素を同時除去する
省資源型プロセスとして注目されている。

【０００５】しかし、下水・屎尿等の排水中には含まれ
ていないロダン（チオシアン）は活性汚泥法において難
分解物として知られており、特にコークス炉安水につい
てはその分解性が問題になっている（藤井、八田ら文
献：「製鉄研究」第３００号、１９８０；同、「下水同
協会誌」、Ｖｏｌ．１９、Ｎｏ．２１６１９８２／５、
等）。

【０００６】しかし、活性汚泥を用いたコークス炉ガス
液の窒素除去に関する研究は、これまでにいくつか実施
されており、神原らの研究（神原定良、「水処理技術」
１９（１９７９）７，６５；神原定良、「水処理技術」
２１（１９８０）３，４１）は安水中のシアン毒性・硝
化脱窒等を考察しており、非常に興味深いものである。

【０００７】この方法の概略を述べると、排水処理装置
はガス液のオイルを除くコークスろ過槽とシアンを除く
前処理槽と上記成分を活性汚泥を用いて処理する曝気槽
と汚泥と処理水を分離する沈澱槽から構成されている。
そして、その処理手順は、次のようなものである。 （１）汚泥とガス液を好気性の雰囲気で処理してＢＯＤ
をＢＯＤ資化菌で、ロダン（ＳＣＮ）をＳＣＮ資化菌等
によってそれぞれ分解除去する。 （２）その処理液は沈澱槽で汚泥と処理水に分離されて
濃縮汚泥は曝気槽に大部分返送される。 （３）一部の汚泥は余剰汚泥として抜き出され、ろ過あ
るいは遠心分離等によって脱水する。

【０００８】しかし、この処理法は処理水中に亜硝酸性
窒素（ＮＯ₂−Ｎ）やアンモニア性窒素が高濃度で残っ
ている。また遠矢らの活性汚泥を利用したコークス炉ガ
ス液処理に関する報告（遠矢泰典、「用水と排水」１５
（１９７３）９，２６）によると、処理水中の窒素酸化
物（ＮＯｘ）が高濃度で残留した場合、高濃度ＭＬＳＳ
が維持できず、硝化速度も早められない結果となってい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記神原らの研究で
は、コークス炉からのガス液（安水）を一部脱アンモニ
ア処理したものを安水として使用しているため、例え
ば、下水・屎尿等の排水中のＢＯＤ／Ｔ−Ｎ（全窒素
量）≒２程度と高いにもかかわらず、安水中のＣＯＤ／
Ｔ−Ｎ≒１．２〜１．５であり、脱窒が亜硝酸態で進行
した場合でもＮ＝１に対してＣＯＤ（ＢＯＤ）＝２必要
であり、不足分の有機炭素源はどうするか、有機炭素源
の添加の仕方はどうか、コークス炉安水には５０〜１５
０ｍｇ／リットルのＴ−ＣＮ（全シアン分）が存在して
いるが、このシアンが硝化特性にどう影響するか、また
は種々の条件下での硝化速度と脱窒反応速度の挙動はど
うかなど未解決の問題が残っていた。

【００１０】そこで、本発明の課題は窒素化合物を含む
コークス炉からの安水の生物学的硝化脱窒法を確立する
ことであり、特に本発明の課題は高濃度のシアン分を含
む安水を分解する生物学的硝化脱窒法を確立することで
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は次の
構成によって達成される。すなわち、シアン分５０〜１
５０ｍｇ／リットル及びアンモニア性窒素２，５００〜
４，０００ｍｇ／リットルを含むコークス炉ガス液を嫌
気性雰囲気にある脱窒槽に導入し、その後好気性雰囲気
の硝化槽において、窒素化合物を硝化する窒素除去を兼
ねた活性汚泥を用いるシアン含有コークス炉ガス液の処
理方法において、硝化槽の全窒素負荷が０．１５（ｋ
ｇ．Ｎ／ｋｇ．ＭＬＳＳ．ｄａｙ）以下の場合は前処理
なしにコークス炉ガス液を処理するシアン含有コークス
炉ガス液の生物脱窒処理方法である。

【００１２】本発明の生物硝化脱窒素法による安水浄化
法は硝化液を脱窒槽に循環することにより安水のＢＯＤ
および窒素成分を生物学的に除去する硝化液循環方式に
よるものである。

【００１３】本発明は図１に示すように排水処理装置は
処理工程順に第１脱窒槽（嫌気雰囲気）、硝化槽（好気
雰囲気）、第２脱窒槽（嫌気雰囲気）、再曝気槽（好気
雰囲気）および沈降槽を配置した構成からなる。

【００１４】そして、上記構成からなる本発明の排水処
理装置では、次のような手順で排水が処理される。コー
クス炉ガス液（安水）は希釈水とともに第１脱窒槽に入
り、次の硝化槽からの硝化液の一部を第１脱窒槽に循環
させて排水のＢＯＤを使って嫌気雰囲気で脱窒菌の作用
で脱窒素が進行する。ＢＯＤ不足分はメタノールなどの
水素供与体で補う。硝化槽でアンモニア成分は硝化菌に
より酸化され第１脱窒槽への循環分と処理水分に分配さ
れる。ここでは窒素酸化物（ＮＯｘ）が生成してｐＨが
低下し、硝化菌の活性を低下させるのでアルカリを添加
し、ｐＨを６．５〜８．５に維持する。第２脱窒槽では
硝化液にメタノールなど水素供与体を添加して嫌気雰囲
気で脱窒する。

【００１５】再曝気槽では余剰の水素供与体（ＢＯＤ）
分を活性汚泥に消化させ、硝化脱窒された水は沈降槽に
おいて処理水と濃縮活性汚泥に分離される。分離された
濃縮活性汚泥の大部分は第１脱窒槽に返送され、一部は
余剰汚泥として抜き出される。

【００１６】前記本発明の排水処理装置の各槽の主要な
好ましい制御条件は次の通りである。 ａ．第１脱窒槽（ＮＯｘ→Ｎ₂） 酸化還元電位（ＯＲＰ）が−５０〜−２５０ｍＶになる
ように負荷を調整する。硝酸性及び亜硝酸性窒素（ＮＯ
ｘ−Ｎ）が３０ｍｇ／リットル以下になるように負荷を
調整する。汚泥の沈降防止と系内の汚泥と安水と硝化液
の混合を良くするため撹拌機を設置する。

【００１７】ｂ．硝化槽（ＮＨ₃→ＮＯｘ） 溶存酸素（ＤＯ）が１〜６ｍｇ／リットルになるように
空気量を調整する。硝化菌の活性低下防止のためにｐＨ
が６．５〜８．５になるように調整する。

【００１８】ｃ．第２脱窒槽（ＮＯｘ→Ｎ₂） 硝酸性及び亜硝酸性窒素（ＮＯｘ−Ｎ）が３０ｍｇ／リ
ットル以下になるように添加する水素供与体（メタノー
ルなど）量を調整する。この時、ＯＲＰが−２５０ｍＶ
以下にならないように添加する水素供与体量に注意す
る。

【００１９】ｄ．再曝気槽 ＤＯが１〜６ｍｇ／リットルになるように空気量を調整
する。また、処理液のｐＨが硝化槽での硝化により低下
するようであればアルカリでｐＨを６．５〜８．５に調
整する。

【００２０】ｅ．硝化槽からの硝化液の第１脱窒槽への
循環量 第１脱窒槽での滞留時間を２〜８時間になるように調整
する。これは滞留時間を２時間より短いと硝酸、亜硝酸
の還元が完全に終わらず、また８時間を超えて循環液を
滞留させると嫌気時間が長すぎて好気性の活性汚泥の活
性が小さくなるからである。また、好ましくは４〜６時
間になるように調整する。

【００２１】ｆ．返送汚泥量 沈降槽で処理水と分離された汚泥は第１脱窒槽内に流入
する安水量に対し、余剰汚泥分を除き１００〜２００％
を第１脱窒槽内に返す。

【００２２】ｇ．燐酸添加量 汚泥の栄養源としてＢＯＤ：Ｐ＝１００／１〜０．３の
割合で第１脱窒槽に添加する。

【００２３】ｈ．排水の温度 再曝気槽の温度が２０〜３５℃になるように第１脱窒槽
内に設けられたヒーターで調整する。

【００２４】本発明の特徴は上記硝化液循環方式の生物
学的脱窒処理法によるコークス炉ガス液の処理プロセス
のなかで、特に高濃度でシアン（ＣＮ）分を含有する安
水を浄化処理する際に、Ｔ−Ｎ負荷と安水の前処理の必
要性との関係についての知見を得たことに関するもので
ある。

【００２５】すなわち、安水のシアン濃度と硝化率との
関係を見ると、図２にあるようにシアン濃度が２０ｍｇ
／リットルを超えると急激に硝化率が悪化しており、ま
た、Ｔ−Ｎ汚泥負荷が高い場合は硝化率の悪化傾向が顕
著となる。

【００２６】そこで、新しい安水の補給によりシアン濃
度の急激な変化（増加）が見られ、硝化率が低下するの
で、シアン除去の前処理なしに硝化菌に対するシアン濃
度の影響をなくした運転を繰り返し、どの程度の負荷ま
で下げれば、シアン濃度の高いレベルで硝化菌が順応す
るのかを調べた。

【００２７】その結果、Ｔ−Ｎ汚泥負荷が０．１５（ｋ
ｇ．Ｔ−Ｎ／ｋｇ．ＭＬＳＳ．ｄ）以下なら安水の前処
理なしに硝化脱窒処理が可能になることが判明した。

【００２８】ここでＴ−Ｎ負荷は次の式により算出され
る。 Ｔ-Ｎ負荷＝｛Ｔ-Ｎ濃度(ｇ/リットル)×安水供給量(リ
ットル/ｈｒ)×２４ｈｒ｝／｛汚泥量(リットル)×汚泥
濃度(ｇ／リットル)｝

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明
する。本発明ではコークス炉ガス液（安水）を用いて、
図１に示す排水処理装置に導入する。図１の排水処理装
置は処理工程順に嫌気雰囲気の第１脱窒槽Ａ、好気雰囲
気硝化槽Ｂ、嫌気雰囲気の第２脱窒槽Ｃ、好気雰囲気の
再曝気槽Ｄおよび沈降槽Ｅを配置した構成からなる。

【００３０】コークス炉ガス液（安水）１は希釈水２と
共に活性汚泥の存在する第１脱窒槽Ａに導入され、ここ
で、硝化槽Ｂで酸化された窒素酸化物は脱窒菌と添加さ
れるメタノール５により窒素に変換される。ついで、硝
化槽Ｂ内に処理液が移される。硝化槽ＢにはｐＨ調整用
の炭酸ナトリウム６が添加され、処理液内のアンモニア
は硝化菌により、窒素酸化物に変換される。

【００３１】ついで処理液は第２脱窒槽Ｃに導入され、
ここで、前記硝化槽Ｂで生成した窒素酸化物は脱窒菌と
ここにも添加されるメタノール５により窒素に変換され
る。

【００３２】そして再ばっ気槽Ｄに移され、ばっ気用エ
アー９によりばっ気される。こうして、浄化処理された
コークス炉ガス液は沈降槽Ｅで上澄水と汚泥に分離さ
れ、上澄水は放流水７として放流され、汚泥の大部分は
第１脱窒槽Ａに返送され、一部汚泥は余剰汚泥８として
回収される。なお、第１脱窒槽Ａには汚泥の栄養源とし
て燐酸１０が供給される。

【００３３】ここで、硝化槽Ｂの処理液は第一脱窒槽Ａ
に返送され、硝化槽Ｂで生成した窒素酸化物はコークス
炉排水中に含まれるチオシアン酸成分（ＳＣＮ）を含む
有機物を水素供与体として脱窒される。

【００３４】次に、硝化液循環方式の生物脱窒のベンチ
スケール実験装置（８４０リットル）で高シアン濃度を
含有するコークス炉ガス液（安水）をスチームやガスス
トッピング等の前処理なしで低Ｔ−Ｎ汚泥負荷から徐々
に負荷をアップして硝化脱窒の処理状況を調査した。処
理条件を表１に、処理の推移を図３にそれぞれ示した。

【００３５】

【表１】

【００３６】その結果、Ｔ−Ｎ汚泥負荷を０．１８（ｋ
ｇ．Ｔ−Ｎ／ｋｇ．ＭＬＳＳ．ｄａｙ）に上げると硝化
率が低下し、Ｔ−Ｎ負荷を０．１５以下（ｋｇ．Ｔ−Ｎ
／ｋｇ．ＭＬＳＳ．ｄａｙ）にすると硝化脱窒処理がほ
ぼ安定した。

【００３７】このことにより、安水中のシアン濃度が高
くても馴致すればある程度のＴ−Ｎ負荷までは処理安定
性は保たれることが分かる。このときの処理安定性の目
安は硝化速度が６．０（ＮＨ４．ｍｇ／ｇ．ＭＬＳＳ．
ｈｒ）、脱窒速度が２．９（Ｔ−Ｎ．ｍｇ／ｇ．ＭＬＳ
Ｓ．ｈｒ）であり、これらの処理速度までなら前処理し
なくても安水の浄化処理は可能である。

【００３８】 分析方法 Ｔ−Ｎ：化学発光法、ＮＨ₄−Ｎ、ＮＯ₂−Ｎ、ＣＯＤおよびＴ−Ｃ Ｎ（全シアン）はＪＩＳ.Ｋ.０１０２に準拠 ＳＣＮ：チオシアン酸第二鉄イオンの比色法 ＤＯ、ＯＲＰ、ｐＨ：自動測定装置により連続測定 また、硝化速度は安水中のＮＨ₄−Ｎの削減量を硝化槽
Ｂの汚泥量で、脱窒速度は安水中のＴ−Ｎ削減量を脱窒
槽の汚泥量でそれぞれ除して求めた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例のコークス炉ガス液（安
水）の浄化処理装置のフローを示す図である。

【図２】 本発明の一実施例のコークス炉ガス液（安
水）の生物脱窒のベンチスケール実験装置でのシアン濃
度と硝化率の関係を示す図である。

【図３】 本発明の一実施例のコークス炉ガス液（安
水）の前処理無しの安水の処理状況を示す図である。

【符号の説明】 Ａ 第１脱窒槽 １ 安水 ６ 炭酸ソー
ダ Ｂ 硝化槽 ２ 希釈水 ７ 放流水 Ｃ 第２脱窒槽 ３ 返送汚泥 ８ 余剰汚泥 Ｄ 再ばっ気槽 ４ 硝化液 ９ ばっ気エ
アー Ｅ 沈降槽 ５ メタノール １０ 燐酸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋山 正則 香川県坂出市番の州町１番地 三菱化学株 式会社坂出事業所内 (72)発明者 本多 俊弘 北九州市八幡西区黒崎城石１−２ 三菱化 成エンジニアリング株式会社九州支社内 (72)発明者 長谷川 忠雄 東京都港区三田三丁目13番16号 株式会社 アストロ内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シアン分５０〜１５０ｍｇ／リットル及
   びアンモニア性窒素２，５００〜４，０００ｍｇ／リッ
   トルを含むコークス炉ガス液を嫌気性雰囲気にある脱窒
   槽に導入し、その後好気性雰囲気の硝化槽において、窒
   素化合物を硝化する窒素除去を兼ねた活性汚泥を用いる
   シアン含有コークス炉ガス液の処理方法において、 硝化槽の全窒素負荷が０．１５（ｋｇ．Ｎ／ｋｇ．ＭＬ
   ＳＳ．ｄａｙ）以下の場合は前処理なしにコークス炉ガ
   ス液を処理することを特徴とするシアン含有コークス炉
   ガス液の生物脱窒処理方法。