JP5292658B2 - アンモニア性窒素含有水の硝化方法 - Google Patents

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は、アンモニア性窒素含有水をアンモニア酸化細菌の存在下に曝気して硝化する方法に係り、特に、この硝化処理における曝気風量を的確に制御して硝化槽内の溶存酸素（ＤＯ）濃度を低く保ち、亜硝酸型硝化を行うアンモニア性窒素含有水の硝化方法に関する。

【従来の技術】
排液中に含まれるアンモニア性窒素は河川、湖沼及び海洋などにおける富栄養化の原因物質の一つであり、排液処理工程で効率的に除去する必要がある。一般に、排水中のアンモニア性窒素は、アンモニア性窒素をアンモニア酸化細菌により亜硝酸性窒素に酸化し、更にこの亜硝酸性窒素を亜硝酸酸化細菌により硝酸性窒素に酸化する硝化工程と、これらの亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素を従属栄養性細菌である脱窒菌により、有機物を電子供与体として利用して窒素ガスにまで分解する脱窒工程との２段階の生物反応を経て窒素ガスにまで分解される。

しかし、このような従来の硝化脱窒法では、脱窒工程において電子供与体としてメタノールなどの有機物を多量に必要とし、また硝化工程では多量の酸素が必要であるため、ランニングコストが高いという欠点がある。

これに対して、近年、アンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体とする独立栄養性微生物（以下「ＡＮＡＭＭＯＸ菌」と称す場合がある。）を利用し、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを反応させて脱窒する方法が提案された。この方法であれば、有機物の添加は不要であるため、従属栄養性の脱窒菌を利用する方法と比べて、コストを低減することができる。また、独立栄養性の微生物は収率が低く、汚泥の発生量が従属栄養性微生物と比較すると著しく少ないので、余剰汚泥の発生量を抑えることができる。更に、従来の硝化脱窒法で観察されるＮ_２Ｏの発生がなく、環境に対する負荷を低減できるといった特長もある。

このＡＮＡＭＭＯＸ菌を利用する生物脱窒プロセスは、Strous, M, et al., Appl. Microbiol. Biotecnol., 50, p.589-596 (1998) に報告されており、以下のような反応でアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素が反応して窒素ガスに分解されると考えられている。

【化１】

このＡＮＡＭＭＯＸ菌を利用する生物脱窒方法において処理対象となる原水は、アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を含む水である。この原水はアンモニア性窒素を含む液と亜硝酸性窒素を含む液を混合したものであってもよい。例えば、アンモニア性窒素を含む排水をアンモニア酸化細菌の存在下に曝気して好気性処理を行い、アンモニア性窒素の一部、好ましくはその１／２を亜硝酸に部分酸化したものを原水とすることができる。更には、アンモニア性窒素を含む排水の一部をアンモニア酸化細菌の存在下に曝気して好気性処理を行い、アンモニア性窒素を亜硝酸に酸化し、アンモニア性窒素を含む排水の残部と混合したものを原水としても良い。

従って、ＡＮＡＭＭＯＸ菌を利用した生物脱窒処理を行うためには、排水中のアンモニア性窒素をアンモニア酸化細菌により処理するにあたり、硝酸にまで酸化することなく、酸化を亜硝酸で止める亜硝酸型硝化を行う必要がある。

一般に、アンモニア性窒素の硝化反応は、ＤＯ濃度を低く制御することにより亜硝酸型となり、亜硝酸を蓄積させることができることが知られている。すなわち、アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素にするに必要な量だけの酸素を供給し、亜硝酸性窒素から硝酸性窒素への酸化反応を抑制することにより亜硝酸型硝化を行うものである。この場合には、例えばＤＯセンサにより反応槽内のＤＯ濃度を計測しつつ、この値に基いて曝気風量を制御すれば良い。

【発明が解決しようとする課題】
しかし、容積の小さな実験装置では、ＤＯ濃度の正確な制御が可能であり、亜硝酸型硝化を実現することができるが、実際の水処理装置では曝気が行われている反応槽内においてＤＯ濃度に分布が生じ、一方でＤＯセンサは一般に精密な連続計測が困難である。このため実装置におけるＤＯ濃度の制御では、反応槽内のＤＯ濃度を長期にわたり、例えば０．１ｍｇ／Ｌ単位で低濃度にむらなく制御して、亜硝酸型硝化を確実に行うことはできず、過剰曝気により亜硝酸の一部が硝酸にまで酸化されてしまう。

本発明は上記従来の問題点を解決し、アンモニア性窒素含有水をアンモニア酸化細菌の存在下に曝気して硝化するにあたり、曝気風量を的確に制御して硝化槽内のＤＯ濃度を低く保ち、長期にわたり安定な亜硝酸型硝化を行うアンモニア性窒素含有水の硝化方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】
本発明のアンモニア性窒素含有水の硝化方法は、アンモニア性窒素含有水をアンモニア酸化細菌の存在下に曝気して硝化する硝化槽に導入して硝化する方法であって、該硝化槽の曝気風量を調節して硝化を制御するアンモニア性窒素含有水の硝化方法において、該硝化槽内の液ｐＨは５〜９、亜硝酸イオン濃度が５０〜１００００ｍｇ−Ｎ／Ｌ、温度が１０〜４０℃、窒素負荷が０．１〜３ｋｇ−Ｎ／ｍ ^３ ・ｄａｙであり、該硝化槽内の硝化液又は硝化槽から流出する硝化液中のアンモニア性窒素濃度を測定し、この測定値に基いて、該硝化槽内の硝化液又は硝化槽から流出する硝化液中のアンモニア性窒素濃度が２０〜１００ｍｇ／Ｌとなるように曝気風量を調節して亜硝酸型硝化を行うことを特徴とする。

本発明によれば、硝化槽内又は硝化槽から流出する硝化槽中に残留するアンモニア性窒素濃度に基いて、この残留アンモニア性窒素濃度が２０〜１００ｍｇ／Ｌとなるように曝気風量を調節することにより、亜硝酸型硝化を安定かつ確実に行うことができる。

【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明のアンモニア性窒素含有水の硝化方法の実施の形態を示す系統図である。

図１（ａ），（ｂ）において、１は硝化槽（曝気槽）でありブロワ３から供給される空気を曝気する散気管２が設けられている。

図１（ａ）では、硝化槽１の処理水が導入される処理水槽４にＮＨ_４−Ｎ濃度測定装置５が設けられ、図１（ｂ）では、硝化槽１にＮＨ_４−Ｎ濃度測定装置５が設けられている。いずれの場合も、ＮＨ_４−Ｎ濃度測定装置５の測定結果に基いて、ブロワ３の曝気風量が制御されるように構成されている。

このＮＨ_４−Ｎ濃度測定装置５としては、隔膜型イオン電極等を用いることができる。

本発明においては、図１（ａ）に示す如く、硝化槽１の処理水のＮＨ_４−Ｎ濃度の測定結果、又は、図１（ｂ）に示す如く、硝化槽１中の硝化液のＮＨ_４−Ｎ濃度の測定結果に基いて、硝化槽１の曝気風量を調節する。

この曝気風量の調節は、硝化を亜硝酸性窒素で止め、硝酸性窒素の生成を抑えて亜硝酸型硝化を行うために、ＮＨ_４−Ｎ濃度の測定値が２０ｍｇ／Ｌ以上となるように曝気風量を調節する。ＮＨ_４−Ｎ濃度の測定値が２０ｍｇ／Ｌ未満であると硝酸性窒素が生成するようになり、亜硝酸型硝化を行えなくなる。

亜硝酸型硝化を行って、原水中のアンモニア性窒素を高い転換率で亜硝酸性窒素に酸化する場合、硝化槽中の硝化液又は処理水中のＮＨ_４−Ｎ濃度が２０〜１００ｍｇ／Ｌ、特に２０〜５０ｍｇ／Ｌとなるように曝気風量を調節する。

このようにして得られる亜硝酸性窒素濃度の高い処理水は、所定の割合でアンモニア性窒素を含有する排水と混合して、前述のＡＮＡＭＭＯＸ菌による生物脱窒処理の原水とすることができる。

また、原水中のアンモニア性窒素をある程度残留させて、そのまま前述のＡＮＡＭＭＯＸ菌による生物脱窒処理の原水とすることができるような処理水を得る場合には、硝化槽中の硝化液又は処理水中のＮＨ_４−Ｎ濃度が２０ｍｇ／Ｌ以上であって、原水のＮＨ_４−Ｎ濃度の約１／２程度となるように曝気風量を調整すれば良い。

なお、本発明において、硝化槽の形式には特に制限はなく、汚泥懸濁式、固定床、流動床、グラニュール法、スポンジなどの担体添加法など、いずれの形式のものも採用することができる。

本発明においては、アンモニア性窒素濃度に基く曝気風量の調節で、亜硝酸型硝化を安定かつ確実に行うことができるため、硝化処理条件としては、亜硝酸型硝化のための厳密な制限を行う必要はないが、好ましくは、アンモニア酸化細菌の活性を高く維持し、かつ亜硝酸酸化細菌の活性が低くなるように、硝化槽内の液ｐＨは５〜９、好ましくは７〜８、亜硝酸イオン濃度が５０〜１００００ｍｇ−Ｎ／Ｌ、好ましくは２００〜３０００ｍｇ−Ｎ／Ｌ、温度が１０〜４０℃、好ましくは２０〜３５℃、窒素負荷が０．１〜３ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄａｙ、好ましくは０．２〜１ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄａｙになるように制御する。

【実施例】
以下に実験例及び実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

実験例１
容積５Ｌの曝気槽に、下水汚泥由来の活性汚泥を投入し、嫌気性硝化槽の脱離液（濃度約５００ｍｇ−Ｎ／Ｌ）を５倍希釈したもの（ｐＨ８．０，温度３０℃）を原水として供給した。このときの窒素負荷は０．７〜１．３ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄａｙである。

処理開始後、曝気槽内液中にＤＯが十分に存在する場合には、硝化反応は硝酸まですすみ、亜硝酸の蓄積は起こらなかった。

処理開始から１５日後に、ＤＯ濃度を曝気槽の散気球の上部で約０．４ｍｇ／Ｌとなるように曝気風量を調整したところ、系内に亜硝酸が蓄積するようになった。

しかし、原水の汚泥濃度が変動したため、時折酸素が供給過剰となり、硝酸が生成された。

このときの流入原水のＮＨ_４−Ｎ濃度と処理水のＮＨ_４−Ｎ濃度、ＮＯ_２−Ｎ濃度及びＮＯ_３−Ｎ濃度の経時変化を図２に示す。

また、各測定日のデータを、横軸に処理水のＮＨ_４−Ｎ濃度、縦軸に処理水のＮＯ_３−Ｎ濃度を取ってプロットしたものを図３に示す。

図３より、処理水中のＮＨ_４−Ｎ濃度が２０ｍｇ／Ｌ以上であれば、処理水中には硝酸が殆ど検出されず、亜硝酸型硝化が行われていることがわかる。

実施例１
実験例１の結果から、実験例１において、処理水を受ける処理水槽にアンモニア性窒素濃度の測定装置として隔膜型イオン電極を設け、この測定値が２０〜４０ｍｇ／Ｌとなるように曝気風量を調節して処理を行ったところ、得られた処理水はＮＯ_２−Ｎ濃度は８０〜１００ｍｇ／Ｌ、ＮＯ_３−Ｎ濃度は５ｍｇ／Ｌ以下となり、長期に亘り安定な亜硝酸型硝化を行うことができた。

【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明のアンモニア性窒素含有水の硝化方法によれば、アンモニア性窒素含有水をアンモニア酸化細菌の存在下に曝気して硝化するにあたり、曝気風量を的確に制御して硝化槽内のＤＯ濃度を低く保ち、長期にわたり安定な亜硝酸型硝化を行うことができる。

本発明の方法で得られる、アンモニア性窒素が亜硝酸性窒素に硝化され、硝酸性窒素濃度の低い処理水は、ＡＮＡＭＭＯＸ菌を用いる生物脱窒処理の原水として効率的に処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明のアンモニア性窒素含有水の硝化方法の実施の形態を示す系統図である。
【図２】
実験例１における原水のＮＨ_４−Ｎ濃度と処理水水質の経時変化を示すグラフである。
【図３】
実験例１における処理水のＮＨ_４−Ｎ濃度とＮＯ_３−Ｎ濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 硝化槽
２ 散気管
３ ブロワ
４ 処理水槽
５ ＮＨ_４−Ｎ濃度測定装置

Claims (1)

1. アンモニア性窒素含有水をアンモニア酸化細菌の存在下に曝気して硝化する硝化槽に導入して硝化する方法であって、該硝化槽の曝気風量を調節して硝化を制御するアンモニア性窒素含有水の硝化方法において、
   該硝化槽内の液ｐＨは５〜９、亜硝酸イオン濃度が５０〜１００００ｍｇ−Ｎ／Ｌ、温度が１０〜４０℃、窒素負荷が０．１〜３ｋｇ−Ｎ／ｍ ^３ ・ｄａｙであり、
   該硝化槽内の硝化液又は硝化槽から流出する硝化液中のアンモニア性窒素濃度を測定し、この測定値に基いて、該硝化槽内の硝化液又は硝化槽から流出する硝化液中のアンモニア性窒素濃度が２０〜１００ｍｇ／Ｌとなるように曝気風量を調節して亜硝酸型硝化を行うことを特徴とするアンモニア性窒素含有水の硝化方法。

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