JPS598440B2 - 汚水の脱窒処理方法 - Google Patents

汚水の脱窒処理方法

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JPS598440B2
JPS598440B2 JP9093080A JP9093080A JPS598440B2 JP S598440 B2 JPS598440 B2 JP S598440B2 JP 9093080 A JP9093080 A JP 9093080A JP 9093080 A JP9093080 A JP 9093080A JP S598440 B2 JPS598440 B2 JP S598440B2
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智次 岩田
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、汚水の生物学的脱窒処理方法の改良に関する
生物学的な脱窒素反応は、まず第1段階において汚水中
のアンモニア性窒素(NH4+−N)を亜硝酸菌{代表
種としてニトロソモナス( Nitros−omona
s) }、硝酸菌{代表種として二1・ロバクテル(
Ni trobacter ) )などのいわゆる硝化
菌により亜硝酸性窒素(NO,;−一N)、硝酸性窒素
(Nへ一N)にまで酸化する。
次いで第2段階において亜硝酸性窒素もしくは硝酸性窒
素をいわゆる脱窒菌{代表種としてプシュドモナスデニ
トリフイカンス( Pseudomonas deni
trif icans ) }の作用により、窒素ガス
(N2)に還元し、もってこの窒素ガスを大気中に放出
して汚水の脱窒素処理をおこなうものである。
第1段階における硝化菌は、いわゆる独立栄養性細菌に
属し、培養液中に有機栄養源がなくとも、溶存NH4+
一Nと炭素ガス(CO2)が供給されれば、好気的条件
下で増殖が可能なもので、その生物学的反応は次の如く
である。
(ニトロソモナスによる反応) NH店+1.5 0 2→NO夏+H20+2■1+
・・・(1)(ニトロバクテルによる反応) No; +0.50→N03− ・・・
(2)(L) , (2)式から NI−{++20 →NO +H O+2H+
・・・(3)4 2 3
2これに対し第2段階における脱窒菌は、通性嫌気性
菌に属し、好気的条下でも嫌気的条件下でも生育が可能
であるが、脱窒作用は嫌気的条件においてのみ可能であ
る。
さらにこの脱窒菌は、他栄養細菌であり、脱窒反応には
水素(H)供給体としての有機物(有機炭素源)が必要
である。
その生物学的反応は以下の如くである。
(亜硝酸性窒素の生物還元) 2NO,− + 6H−+N2↑+2H20+20H−
・・・(4)(硝酸性窒素の生物還元) 2NO!+10H−+N2↑+4H20+20H一・・
・(5)この脱窒工程における有機炭素源として、メタ
ノールや酢酸等を用いることができる力入相当量の添加
が必要であるため、脱窒には多犬なランニングコストが
かかる欠点がある。
例えば有機炭素源としてメタノールを使用した場合、ア
ンモニア性窒素(NH4−N)を硝化後脱窒する際にl
K9のアンモニア性窒素に対し、3〜4Kgのメタノー
ルが消費さヘ これをアンモニア性窒素が25〜/t含
有する下水を10万トン/日処理する下水処理場に適用
すれば、その窒素化合物を除去するのにメタノールが1
0トン/日も必要となる。
さらに、このように添加された有機炭素源は亜硝酸性窒
素、硝酸性窒素の還元のためのみならず、脱窒菌の増殖
のための栄養源としても利用されるため、余剰汚泥量が
増す結果となる欠点もある。
脱窒用有機炭素源の費用を少くシ、余剰汚泥量を減少さ
せるための方法としては、余剰汚泥の消化処理における
脱離液やメタンを有機炭素源として利用する方法、ある
いは汚泥熱処理分離液を利用する方法などが提案されて
いる。
しかし、汚泥消化脱離液あるいは汚泥熱処理分離液中に
含まれる有機物は高分子のもので、必らずしも脱窒菌の
利用しやすい種類のものではなく、汚泥消化処理におい
て発生するメタンも低分子ではあるが脱窒菌の利用しに
くいものであり、これらの有機炭素源を用いた脱窒処理
においては脱窒速度が小さいため脱窒槽の大きくなるこ
とが欠点である。
このような点に鑑み発明者は、先に、汚水を固液分離し
て得られた有機性汚泥をpH6.8以下の嫌気性雰囲気
下で酸性成菌と接触させて有機酸を生成せしめた後、こ
れを汚泥濃縮槽で固液分離し、この分離液中の有機酸を
脱窒用有機炭素源として用いることを特徴とする脱窒処
理方法を提案した。
この方法は、有機酸を生成せしめた汚泥混合液をそのま
ま汚泥濃縮槽にかけて固液分離し、分離液を有機炭素源
として用いるので、メタノール、酢酸等を投与する必要
がなく、ランニングコストを小さくするこ吉ができると
ともに、得られる有機炭素源は生物が利用しやすい低分
子のもので脱窒性能が高い。
しかし、この方法にはいくつかの問題がある。
すなわち、酸生成処理工程に入る汚泥は濃縮槽の引き抜
き汚泥であり、濃度が20000咽前後と高いため、酸
生成処理過程で25係程度の汚泥量減少があっても、酸
生成処理終了後の汚泥濃度は15000pI)m前後と
高く、かつ沈降性の悪い汚泥となる。
したがって、この酸生成処理の終了した汚泥混合液を重
力濃縮により固液分離するには濃縮槽を大きくする必要
があり、加圧浮上濃縮あるいは遠心濃縮による固液分離
するには設備費、運転費(電力費)が高くなる。
しかもこれらの濃縮処理を行ってTS15000pl)
II1の汚泥がTS30000ppInへと2倍濃度に
濃縮されたとしても、分離液は元の汚泥混合液の容積の
1/2しか回収できず、生成した有機酸の1/2近くの
ものは汚泥側に残ってしまい、脱窒用有機炭素源として
有効活用できない。
さらに、濃縮した汚泥を脱水処理するに当って鴫例えば
硝石灰{Ca(OH)2)を用いて調質を行う場合、p
Hを10.5以上に上げることが運転上の目安となるが
、上記の酸生成処理濃縮汚泥中の有機酸濃度が高く、p
Hが低いため、消石灰の相当量が中和のために消費され
る結果、添加する消石灰量の増大を招く。
以上の如く、先に提案した方法は優れた方法であるが、
固液分離するために、設備が大きく又ランニングコスト
がかかり、汚泥中の有機酸を十分回収できず、しかも、
固液分離した汚泥の中和のために多量の薬剤を必要とす
るなどの問題点があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは酸生成菌で分解生成した有機酸を洗浄し
て汚泥から有機酸を効果的に分離し、これを有機炭素源
として用いることにより、高効率で脱窒処理し、薬剤費
を節減できるとともに、発生する余剰汚泥量を低減する
ことができる汚水の脱窒処理方法を得んとするものであ
る。
すなわち、BOD除去工程、硝化工程を経た汚水及び有
機炭素源を脱窒槽に導入して微生物の作用により脱窒処
理する汚水の脱窒処理方法において、BOD除去工程、
硝化工程及び脱窒工程で発生する汚水を固液分離して得
られた有機性汚泥をpH6.8以下の嫌気性雰囲気で酸
生成菌と接触させて有機酸を生成した後これを1次処理
水、2次処理水、硝化処理水、脱窒処理水、水道水、地
下水等を汚泥1重量部に対して1〜5重量部の割合で加
えて洗浄し、洗浄液をそのままあるいはアンモニア除去
処理後ここに含まれる有機酸を上記脱窒処理の有機炭素
源として用いることを特徴とする汚水の脱窒処理方であ
る。
以下、本発明を、図面を参照して詳細に説明する。
第1図は本発明方法の一実施例を示したフローシ一ト図
で、この汚水処理は、まず下水等の被処理水1を沈殿池
2に入れて汚泥3を沈降分離してシャクナー(または貯
留槽)4に投入する。
また、分離液を曝気槽5に入れ空気6(!l−接触せし
めて好気性菌による汚水処理をおこない、さらにこれを
沈殿池7に入れて固液分離し、分離した汚泥の一部8を
曝気槽5に戻すとともに残り9をシツクナー(または貯
留槽)4に投入する。
また汚泥を分離した液は消化槽10に入り、ここで空気
11を接触せしめて硝化菌などにより消化処理をおこな
い、窒素化合物から硝酸あるいは亜硝酸を生成せしめる
ついで、これを沈殿池12に入れて固液分離し、分離し
た汚泥の一部13を消化槽10に戻すと共に、残り14
を上記シツクナー(又は貯留槽)4に投入する。
また分離液15の一部または全部を洗浄用硝化処理水1
5′として後述する撹拌混合槽16に入れる。
一方分離液15の残部は後述する高濃度の有機酸を含む
洗浄液21とともに脱窒反応槽22に導かれ、ここで通
性嫌気性菌により硝酸、亜硝酸を脱窒処理して窒素ガス
化する。
次に脱窒処理後の液を脱気槽23に入札 空気24を吹
き込んで脱気し、さらに沈殿池25に入れ固液分離し、
分離した液が脱窒処理水26となる。
また、この固液分離で生じた汚泥の一部27は脱窒反応
槽22に戻さヘ その中に含まれる通性嫌気性菌が有効
に脱窒反応源として用いられる。
また残り28は前記シツクナー(または貯留槽)4に投
入された後、酸生成処理を受ける。
しかして、本発明は上述した沈殿池2,7,12および
25で生じた汚泥3,9.14および28を前記シツク
ナー(または貯留槽)4に投入した後これから有機酸を
生成せしめて、この有機酸を洗浄し、この洗浄水を上記
有機炭素源として脱窒反応槽22に投入するものである
すなわちシツクナー(または貯留槽)4で汚泥を凝縮(
または貯留)した後反応器17に導いて、これに硫酸等
のpH調整剤29を加えてpH 6. 8以下とし、嫌
気性雰囲気下で酸生成菌と反応させて有機酸を生成せし
める。
ここで酸生成菌は、例えばプシュードモナス( Pse
udomonas )、フラボバクテリウム( Fla
vobacterium )等で、有機性汚泥の濃度、
温度、pH値などにかかわらず安定してかつ速い反応速
度で、酢酸、プロビオン酸等の生物が利用しやすい低分
子の揮発性有機酸を大量に分解生成するものである。
このように酸生成菌はpH値にかかわらず有機酸を生成
するが、それにもかかわらず本発明においてpH値を6
.8以下に調整するようにしたのは、 この値を越えた
pH値ではメタン発酵菌が活動して生成した有機酸をさ
らに分解してメタンを発生し、この結果有機酸の量が減
少してしまう為である。
このことは、有機性汚泥を各種のpH値に調整して嫌気
性消化をおこないそのpH値と揮発性有機酸の濃度との
関係を調べた結果、明らかとなった。
すなわち第3図に示すようにpH6.8以下の場合は揮
発性有機酸の濃度が高いが、pH 6. 8を越えるこ
との濃度が低くなっている。
またpH値とガス発生量との関係を調べると、第4図に
示すようにpH6.8以下(a点)ではメタン発酵菌の
作用が抑制されるためメタンガスの発生量が極端に少な
いが、pH 7. 1〜7.4の場合(曲線b)メタン
ガスの発生量が多いことからも明らかである。
なお有機性汚泥のpf−1調整は、硫酸等の酸を利用し
たものに限らず、揮発性有機酸の発生量を増加させるこ
とによりそれ自身でpHを6.8以下に調整するように
してもよい。
また反応器17内の有機性汚泥の反応温度は、酸生成菌
の活動温度範囲すなわ゛ち室温から70℃程度の高温ま
での高範囲の温度範囲が処理可能であり、実操業では必
要に応じて蒸気発生器30等を用いて処理日数、処理効
率及び加熱費などを考慮し最適温度に設定される。
かくして得られた有機酸生成処理済の汚泥18を上記硝
化処理水15′とともに撹拌混合槽16に入れる。
撹拌混合槽16で撹拌された汚泥18及び硝化処理水1
5′は、分離槽19に導入される。
この場合硝什処理水15′の導入量は、汚泥18の性質
にもよるが、汚泥1重量部に対して1〜5重量部とする
これは、重量部末端では汚泥からあまり有機酸が分離さ
れず、又5重量部を越えると有機酸の分離量が飽和して
くるとともに洗浄液中の有機酸濃度が低下するためであ
る。
分離槽19で分離された汚泥20は、汚泥処理される。
一方洗浄液21は有機酸を高濃度に含んでおり、上述し
た脱窒反応槽22に導かへ有機酸が脱窒処理の有機炭素
源さして利用される。
この場合、洗浄液21中の有機酸の添加量は、脱窒効率
を高めるために窒素化合物(硝酸性窒素及び亜硝酸性窒
素)1重量部に対し、有機酸0.6重量部以上添加する
のか好ましい。
しかして、上記実施例に示された汚水の脱窒工程を要約
すれば、汚水処理の過程で得られる有機性汚泥を濃縮あ
るいは貯留した後、有機酸を生成せしめ、この汚泥を消
化処理水によって洗浄し、この洗浄液中の有機酸を有機
炭素源として脱窒処理に利用したものである。
この方法によれば、微生物を利用して有機性汚泥から有
機炭素源を生成するので、従来のようにメタノールや酢
酸を別に投入する必要がない。
しかも得られる有機炭素源は酢酸、プロピオン酸など低
分子の揮発性有機酸で、生物が利用しやすいものである
ので、脱窒処理を効率よくおこなうことができる。
また従来処分に困惑していた有機性汚泥を無害化でき、
しかも汚泥量を25%程度減少させることができる。
また重力濃縮、加圧浮上濃縮等の固液分離法に代えて、
洗浄をするようにしたので、設備費、運転費力按くなる
また、この方法によれば、生成した有機酸は水溶性であ
り洗浄により洗浄液側へ移行するので汚泥中に含まれる
有機酸のうち約80〜97係を分離して洗浄液中に含ま
せることができ、この有機酸を有機炭素源として有効に
利用できる。
また、この方法において、最終的な処理を受ける汚泥2
0は、水によって有Mを洗い落したものであるためpH
は中性に近<、Ca(OH)2などの汚泥調質用の薬剤
の添加量が少くて済むという特長を有する。
第1図では、汚泥洗浄用水としては硝化処理水を用いた
が、洗浄用水としては消化処理水に限らず、1次処理水
、2次処理水、脱窒処理水、水道水、あるいは地下水等
の使用も可能である。
また、第1図において、シツクナー(または貯留槽)4
に汚泥を受けた後、反応器17へ投入したが、このシッ
クナー(または貯留槽)4を除いて、各沈殿池からの引
き抜き汚泥を直接反応器17へ投入することも可能であ
る。
まハ第1図における洗浄処理済の汚泥20を再び反応器
17に戻して、繰り返し処理することも可能である。
なお、第1図では発生汚泥の酸生成処理による減量化と
生成した有機酸を利用した脱窒素処理を示した。
脱窒処理設備の備わっていない処理場、すなわち、2次
処理までの処理場あるいは、硝化処理まで処理場におい
ては、本法を用いて発生汚泥の減量化のみを目的とした
処理を行うことも可能である。
すなわち、第1図における洗浄液21を2次処理曝気槽
5または消化槽10に導いて曝気処理することにより、
発生汚泥の減量化をはかることができる。
なぜならば、発生汚泥を酸生成菌が嫌気的に分解し、酸
生成菌の増殖する過程ではエネルギーを消費するために
、酸生成菌の増殖量より発生汚泥の減少量の方が多いの
で、酸生成処理を行うことにより、混合汚泥量は全体と
して減少する。
また、生成した有機酸を曝気槽に導入し、好気性菌(2
次処理汚泥または硝化槽汚泥)がこれを酸化分解して増
殖する過程においても、エネルギーが消費される。
しかして、上記の操作を繰り返すことにより、発生汚泥
量を減少させることができる。
次に、第2図のフローシ一トにもとづき、別の実施例を
説明する。
有機汚泥3,9,14及び28をシツクナー(または貯
留槽)4に導き、必要に応じてpH調整剤29及び蒸気
発生器30等を関与させて、反応器17内で有機酸生成
処理を行う。
この処理後の汚泥混合板18と1次処理水あるいは2次
処理水等の水15′とを撹拌混合槽16、更に分離槽1
9に導入し、もって水15′によって汚泥混合液18中
の汚泥を洗浄し、洗浄済の汚泥20と洗浄液21とを得
る。
ここまでのフローは第1図に示したものと同じである。
この実施例では上記洗浄液21を撹拌槽31に導き、消
石灰、カセイソーダ等のpH調整剤32を加えてpHを
10〜13の範囲に調整する。
次にこの調整液を沈殿槽33に導いて、発生するCaC
O3等の固形分34を分離除去した上澄水35をアンモ
ニア放散塔36に導いて、空気37と気液接触せしめる
この空気は、撹拌槽31、および沈殿槽33の付近より
吸引すると吉が、悪臭防止の点から好ましい。
次いでアンモニア放散塔36でアンモニア除去処理した
液38を第1図に示す脱窒反応槽22に導き、有機酸を
有機炭素源として脱窒処理する。
アンモニア39についてはこれをアンモニア処理槽40
にて吸収液41に吸収させて、処理済のガス42を大気
中に放出すると共に、アンモニアを吸収した液43を第
1図に示す硝化槽10に導いて硝化処理し、以下脱窒処
理を行う。
この場合吸収液41として1次処理水、2次処理水、硝
化処理水、脱窒処理水、王水等の水あるいは、硫酸等の
酸を用いることができる。
しかして、第2図における実施例が第1図と、異る点は
、酸生成処理した汚泥混合板の洗浄液中に含まれるアン
モニア性窒素を除去処理した後、脱窒槽に導く点である
この実施例によれば、酸生成の過程で有機性汚泥より溶
出するアンモニア性窒素がそのまま脱窒槽に導かれて、
脱窒処理水中に出ることがない。
このため洗浄液中のアンモニア性窒素濃度が有機酸濃度
に比して高い場合、あるいは要求される脱窒処理水の水
質が厳しい場合には有効である。
この実施例では、洗浄液のアンモニア性窒素除去のため
に、いわゆるアンモニア・ストリツピング法を用いたが
この方法のかわりに、ゼオライト等の吸着性による吸着
除去、あるいは不連続点塩素化(ブレークポイントクロ
リネーション)等の方法を用いることも可能である。
また、第2図における実施例では、沈殿槽33を撹拌槽
31とアンモニア放散塔36との間に設置したが、この
沈殿槽33をアンモニア放散塔36の後に置き、アンモ
ニア除去処稠した液38について沈殿処理することも可
能である。
次に、第1図の実施例に示した処理工程で実際に処理し
た例について説明する。
実施例 1 第1図に示す処理工程において、下水を沈殿、活性汚泥
法により処理して、排水と汚泥混合物(有機汚泥を含む
)とに分離し、該汚泥混合物を濃縮した。
この汚泥混合液の成分を第1表に示す。上記濃縮した汚
泥混合液につき、これを微生物による揮発性有機酸の生
成処理をした(pH6.8以下、温度35℃、10日間
、嫌気性下)。
その酸生成処理後の汚泥混合液の組成を第1表に示す。
父上記、嫌気的酸生成処理汚泥1容量部に対し3各量部
の水道水で連続流洗浄した洗浄液の組成を第1表に示す
又これと比較のため汚泥を洗浄せず重力濃縮による固液
分離を行ない、その分析結果を第1表に併記する。
上表から、微生物(酸生成菌)の処理により、汚泥濃度
(TS ,VTS )が減少し、揮発性有機酸が大幅に
増加していることがわかる。
又比較方法に係る分離液中の揮発性有機酸は1600〜
3000〜/tと高いのに対して、本発明方法では洗浄
液中の揮発性有機酸が500〜800772li+/4
と低いが、回収される有機酸量は本発明方法が汚泥中に
含まれる有機酸のうち920IOを回収できるのに対し
、比較方法では74係しか回収できなかった。
これは回収される有機酸量は〔回収される液の容量〕と
〔回収される液中の有機酸濃度〕の積で示され、本発明
方法では有機酸濃度は低いが液の容量は大きく、その結
果有機酸量が大きくなるためである。
更に洗浄後の汚泥がpH6.2〜7,1と中性に近いの
に対し、固液分離役の汚泥がpH5.9〜6,8と低く
、本発明によれば汚泥の中和に薬剤をあまり必要としな
いことが認められた。
次にこの洗浄液を用いて脱窒処理した結果を第2表に示
す。
同表には、比較のために、有機炭素源としてメタノール
を添加した場合及び固液分離の分離液を用いた場合の脱
窒処理結果をそれぞれ示す。
以上の結果から明らかなように本発明によれば、洗浄し
て汚泥から有機酸を分離するので設備が簡単でライニン
グコストが安いとともに、有機酸を脱窒用有機炭素源と
して有効に利用でき、脱窒効率を高め、しかも汚泥の中
和処理にあまりコストがかからないなどの種々の顕著な
効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法の一実施例を示すフローシート図、
第2図は本発明方法の他の実施例を示すフローシ一ト図
、第3図は嫌気性消化におけるpH値と揮発性有機酸濃
度との関係を示した特性図、第4図は嫌気性消化におけ
るpH値とガス発生量との関係を示した特性図である。 1・・・・・・被処理水、2・・・・・・沈殿池、3・
・・・・・汚泥、4・・・・・ウツクナー(または貯留
槽)、5・・・・・・曝気槽、6・・・・・・空気 7
・・・・・・沈殿池、8・・・・・・汚泥、9・・・・
・・汚泥、10・・・・・・硝化槽、11・・・・・・
空気、12・・・・・・沈殿池,13・・・・・・汚泥
、14・・・・・・汚泥、15・・・・・・分離液、1
6・・・・・・混合撹拌槽、1γ・・・・・・反応器、
18・・・・・・酸生成処理せしめた汚泥混合板、19
・・・・・・分離槽、20・・・・・・洗浄した汚泥、
21・・・・・・洗浄液、22・・・・・・脱窒反応槽
、23・・・・・・脱気槽、24・・・・・・空気、2
5・・・・・・沈殿池、26・・・・・・脱窒処理水、
27・・・・・・汚泥、28・・・・・・汚泥、29・
・・・・・pH調整剤、30・・・・・・蒸気発生器、
31・・・・・・撹拌槽、32・・・・・PH調整剤、
33・・・・・・沈殿槽、34・・・・・・固形分、3
5・・・・・・上澄水、36・・・・・・アンモニア放
散塔、37・・・・・・空気38・・・・・・アンモニ
ア除去処理した液、39・・・・・・アンモニアに富ん
だ空気、40・・・・・・ガス洗浄塔、41・・・・・
・吸収液、42・・・・・・ガス、43・・・・・・ア
ンモニアを吸収した液。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 I BOD除去工程、硝化工程を経た汚水及び有機炭
    素源を脱窒槽に導入して微生物の作用により脱窒処理す
    る汚水の脱窒処理方法において、BOD除去工程、硝化
    工程及び脱窒工程で発生する汚水を固液分離し、得られ
    た有機性汚泥をpH6.8以下の嫌気性雰囲気で酸生成
    菌と接触させて有機酸を生成した後これを汚泥1重量部
    に対して1〜5重量部の洗浄液で洗浄し、洗浄液中に含
    まれる有機酸を上記脱窒処理の有機炭素源として用いる
    ことを特徴とする汚水の脱窒処理方法。 2 洗浄液をそのまま脱窒槽に導入して、ここに含まれ
    る有機酸を脱窒処理の有機炭素源として用いることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の汚水の脱窒処理方
    法。 3 洗浄水をアンモニア除去処理して脱窒槽に導?し、
    ここに含まれる有機酸を脱窒処理の有機炭素源として用
    いることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の汚水
    の脱窒処理方法。
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