JP2000343097A - 硝酸性窒素脱窒基質及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 硫黄を摂取・利用して脱窒を行う細菌及び／
または微生物に効率良く利用され、脱窒能の低下がほと
んど見られず、処理水のｐＨはほぼ中性で環境制限因子
が発生せず、且つ燃焼し易い硫黄を多く含みながら脱窒
効果を低下させずに難燃化し、必要に応じて処理水中に
マグネシウムや鉄を適量溶存させることができる硝酸性
窒素脱窒基質を得るとともに、あらかじめ菌体を定着さ
せ速やかな脱窒を平易に開始することのできる硝酸性窒
素脱窒基質の製造方法を得る。 【解決手段】 カルシウム及び／またはマグネシウムの
炭酸塩を主成分とする物質と硫黄に難燃化材料を共存さ
せ、硫黄をバインダーとして固化した粒状物または塊状
物でなり、必要に応じ鉄または鉄化合物を含み同一組成
物とし、組成物には破断面・切削面・擦か面等を施すこ
とにより、細菌や微生物が脱窒に利用できる組成物とす
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、水中よりの硝酸性
窒素の除去、即ち、脱窒による水質浄化に用いられる硝
酸性窒素脱窒基質に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】合併浄化槽や終末下水処理場等において
原水中の有機物質を分解、無機化した後の硝酸性窒素に
ついては、ごく一部の施設では主に従属栄養性脱窒法を
用い脱窒しているが、イニシャルコスト及びランニング
コストが嵩むうえ設備の導入や維持管理が平易ではな
く、広く普及するまでには至っていない。

【０００３】また、既に無機化された硝酸性窒素が排出
される農地の暗渠排水や圃場浸透水、養液栽培における
排液等から効率良く安全、安価に脱窒する方法も確立さ
れていなかった。

【０００４】そこで、本発明者は他の発明者と共に、主
に硫黄酸化細菌によると判断できる独立栄養性脱窒を安
全・確実・容易に発現させることのできる微生物活性能
付与組成物及びその製造方法（特願平１０−１０６９７
４号）と硝酸性窒素脱窒基質（特願平１０−２７１９２
０号）を開発し、出願を行った。

【０００５】これらの発明は、硫黄酸化細菌等の栄養源
である硫黄と菌体合成に必要な炭素源を同一組成物内に
有効な状態で共存させたうえ、硫黄の酸化により発生す
る硫酸を効率良く瞬時に中和することで脱窒能の低下も
抑制でき、しかも脱窒処理は開発品の粒子間を自然通水
するだけで完了し、且つ処理水は直接外界へ放流するこ
とが可能な画期的な方法である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、硫黄を摂取
・利用して脱窒を行う細菌及び／または微生物に効率良
く利用され、脱窒能の低下がほとんど見られず、処理水
のｐＨはほぼ中性で環境制限因子が発生せず、且つ燃焼
し易い硫黄を多く含みながら脱窒効果を低下させずに難
燃化し、必要に応じて処理水中にマグネシウムや鉄を適
量溶存させることができる硝酸性窒素脱窒基質を提供す
ることを目的とする。

【０００７】また、本発明は、あらかじめ硝酸性窒素脱
窒基質に定着させた菌体を用意することで、より一層速
やかな脱窒を平易に開始することのできる硝酸性窒素脱
窒基質の製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
硝酸性窒素脱窒基質においては、カルシウム及び／また
はマグネシウムの炭酸塩を主成分とする物質と硫黄に難
燃化材料を共存させ、硫黄をバインダーとして固化した
粒状物または塊状物として構成されている。

【０００９】本発明の請求項２に係る硝酸性窒素脱窒基
質においては、カルシウム及び／またはマグネシウムの
炭酸塩を主成分とする物質と硫黄に、バーミキュライト
精石及び／または水酸化アルミニウム及び／または岩石
粉末及び／または岩石表土粉末のうち少なくともバーミ
キュライト精石または水酸化アルミニウムを共存させ、
硫黄をバインダーとして固化した粒状物または塊状物と
して構成されている。

【００１０】本発明の請求項３に係る硝酸性窒素脱窒基
質においては、カルシウム及び／またはマグネシウムの
炭酸塩を主成分とする物質と硫黄に難燃化材料と鉄及び
／または鉄化合物を共存させ、硫黄をバインダーとして
固化した粒状物または塊状物として構成されている。

【００１１】本発明の請求項４に係る硝酸性窒素脱窒基
質においては、難燃性でアルカリ性を示す物質と硫黄を
主要組成とする硫黄コンクリートに破断面及び／または
切削面及び／または擦か面を形成し、脱窒に与かる菌体
が硫黄源として利用でき、適宜中和能も発現するように
した粒状物または塊状物として構成されている。

【００１２】本発明の請求項５に係る硝酸性窒素脱窒基
質においては、炭酸マグネシウムカルシウム及び／また
は炭酸マグネシウムと硫黄とが共存する粒状物または塊
状物として構成されている。

【００１３】本発明の請求項６に係る硝酸性窒素脱窒基
質の製造方法においては、硝酸性窒素脱窒基質に硫黄酸
化細菌のような脱窒に与かる細菌や微生物を定着させる
ことにより、それら菌体の増殖及び被処理水からの脱窒
を極めて容易にした粒状物または塊状物とするようにさ
れている。

【００１４】

【発明の実施の形態】この硝酸性窒素脱窒基質は、カル
シウム及び／またはマグネシウムの炭酸塩を主成分とす
る物質と硫黄に難燃化材料を共存させ、硫黄をバインダ
ーとして固化した粒状物または塊状物でなることを基本
とする。但し、脱窒菌体合成に係る炭素源が被処理水中
に十分存在している場合には、カルシウム及び／または
マグネシウムの炭酸塩にかかわらず難燃性でアルカリ性
を示す物質と硫黄とを主要組成とすることができる。ま
た処理水中に鉄の補給が必要であれば、鉄及び／または
鉄化合物を共存させることができる。

【００１５】本発明の組成物中で、カルシウム及び／ま
たはマグネシウムの炭酸塩を主成分とする物質として
は、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムカルシウム、炭
酸マグネシウム、石灰岩、結晶質石灰岩、苦灰岩、結晶
質苦灰岩、貝類の殻、貝化石、卵殻、サンゴ、コーラル
サンド、貝類の殻・卵殻以外の石灰質殻、貝化石以外の
石灰質化石を用いることができる。

【００１６】また、難燃化材料としては、水酸化アルミ
ニウム、バーミキュライト精石、電気石族鉱物、岩石粉
末、岩石表土粉末、その他樹脂の難燃剤のうち有害物質
を含まないものを用いることができる。この中で、バー
ミキュライト精石とは、いわゆる加水黒雲母や苦土蛭石
等の、３５０℃程度以上の加熱により水蒸気を発生し伸
長する雲母質鉱物の原石または伸長しない程度に乾燥処
理を施したものを指し、一種類の限定した鉱物種を示す
ものではない。

【００１７】更に、難燃性でアルカリ性を示す物質とし
ては軽量気泡コンクリート、フライアッシュ、コンクリ
ート、岩石、ロックウール破砕物、製鉄スラグ、副産石
灰、消石灰、塵埃溶融スラグ、ドロマイトプラスターを
用いることができる。但し、フライアッシュ及び塵埃溶
融スラグについては特に有害物質を含まないことを確認
してから用いる必要がある。

【００１８】更に、鉄及び／または鉄化合物としては、
有害金属等の溶出が水質環境基準値未満である鉄粉末、
硫化鉄粉末、酸化鉄粉末を用いることができる。

【００１９】なお、この粒状物または塊状物はカルシウ
ム及び／またはマグネシウムの炭酸塩を主成分とする物
質と硫黄とをできるだけ均質となるよう混合し、更に難
燃化材料や鉄化合物も可能な限り均等分散するように添
加混合し、含まれる硫黄を１１２℃〜１９０℃程度の温
度で加熱溶融した後急冷固化し、その固化物を破砕、切
削、切断、擦か、研削或いは造粒することにより得られ
る。但し、原材料の混合順序や硫黄の加熱段階・加熱時
期等については用いる原材料により都度対応する。

【００２０】本発明に用いるカルシウム及び／またはマ
グネシウムの炭酸塩を主成分とする物質の粒径は概ね５
mm以下が望ましく、さらに構成粒径の５０％以上が1mm
以下であることも同時に満たすことが望ましい。

【００２１】また、難燃化材料のうち水酸化アルミニウ
ムは粉末、バーミキュライト精石及び電気石族鉱物は粒
径が3mm以下、岩石粉末及び岩石表土粉末はｐH（Ｈ
_２Ｏ）が６．０〜８．０を示し水に溶出する有害物質を
環境基準値以上含まないもので、粒径を０．５mm以下に
調整し、粒子には微細孔隙等がなく嵩比重の重いものが
望ましい。これら難燃化材料は、いずれも風乾処理程度
の乾燥工程を経たものを用いることが望ましい。

【００２２】更に、鉄及び／または鉄化合物について
は、粒度が２００メッシュ以下のものを用いることが望
ましい。

【００２３】このようにして得られる硝酸性窒素脱窒基
質は、硝酸性窒素の除去に係る水質浄化に適し、しかも
硝酸性窒素１５０mg／ｌ程度の高濃度の硝酸性窒素の除
去にも優れた効果を発揮し、処理水には有害物質が含ま
れず、且つｐＨは常に中性付近に保たれる。

【００２４】更に万が一、乾燥保管時に直火にさらされ
ても、開発品には難燃性が付与されているため、火元が
無くなれば自然消火し、燃焼を継続する恐れは極めて小
さい。

【００２５】また、脱窒に与かる菌体を定着させた硝酸
性窒素脱窒基質を用いれば、脱窒は速やかに開始され、
且つ、微生物相が安定する。

【００２６】その有効性を確認するべく、本発明品とし
て結晶質石灰岩粉粒体：２４重量部、硫黄粉末：３８重
量部に対し、珪酸質岩石粉末：１６重量部、バーミキュ
ライト精石：１９重量部、水酸化アルミニウム粉末：３
重量部を共存させ固化したものを破砕した試料（本発明
実施例１）、珪酸質岩石粉末：１６重量部、バーミキュ
ライト精石：１４重量部、水酸化アルミニウム粉末：４
重量部、硫化鉄粉末：４重量部を共存させ固化したもの
を破砕した試料（本発明実施例２）を作製した。

【００２７】また、硫黄粉末：２５重量部、アルカリ性
岩石粉粒：７５重量部を共存させ固化したものを破砕し
た試料（本発明実施例３）と、本発明実施例１の３００
ｇを埼玉県深谷市内のネギ圃場を流れる暗渠集水路より
採取の底質３０ｇと硝酸アンモニウムを溶解し調製した
硝酸性窒素１７５ｍｇ／ｌ溶液３０００ｍｌで９０日間
馴養し脱窒菌体を定着させた試料（本発明実施例４）も
作製した。また、苦灰石粉末：５５重量部、硫黄粉末：
４５重量部を共存させ固化したものを破砕した試料（本
発明実施例５）も作製した。

【００２８】なお、本発明はこの実施例の内容に限定さ
れるものではない。

【００２９】更に、比較例として、粒径約５ｍｍの硫黄
粒：１０重量部と粒径５〜１０ｍｍ程度の石灰岩粒：１
０重量部とを混合した試料（比較例１）、硫黄粉末：５
０重量部と石灰岩粉末：５０重量部とを共存させ固化し
たものを破砕した試料（比較例２）、硫黄粉末：２５重
量部とアルカリ性岩石粉粒：７５重量部とを共存させ固
化するも破断面・切削面・擦か面を有しない試料（比較
例３）、石灰岩粉末：５０重量部と硫黄粉末５０重量部
に珪藻土粉末を２重量部共存させ固化したものを破砕し
た試料（比較例４）を作製した。これら実施例及び比較
例試料の粒子径は５〜１０ｍｍ程度に調製した。

【００３０】本発明実施例４を除く各試料につき、硝酸
性窒素１７５ｍｇ／ｌに調製した水温１５〜２０℃の溶
液に埼玉県深谷市内のネギ圃場より採取の畑土（黒ボク
土）１ｗｔ％を添加したものを原水として、試料：水＝
１：１０（ｗｔ）にて脱窒バッチ試験を行った。その結
果は図１の硝酸性窒素減少推移、残存量ｍｇ／ｌで示す
通りであり、本発明実施例の試料はいずれも高濃度の硝
酸性窒素の除去に優れることが確認できた。

【００３１】なお、硫黄をバインダーとした成型体で
は、冷却時に型枠や外気、液体に接していた面や部分等
の菌体に対する活性は極めて小さく、硫黄やアルカリ分
の溶出が抑制されてしまうため脱窒に寄与することがで
きず、成型体に破砕・切削・擦か等の処理を施すことが
必須であることも明らかとなった。

【００３２】また、前項の脱窒バッチ試験の試験液中の
鉄及びマグネシウム、カルシウム濃度を分析した結果を
表1に示す。表１中、鉄については１ｍｇＬ^−１以上を
表示し、マグネシウムについては１０ｍｇＬ^−１以上を
表示し、カルシウムについては１０ｍｇＬ^−１以上を表
示した。

【００３３】

【表１】

【００３４】この表１で明らかな通り、本発明実施例２
の鉄濃度は他の試料を用いたものより明らかに高く、有
機物混入時の硫化水素発生抑制への適用に優れるもので
あることが確認できた。マグネシウムについては、本発
明実施例５の濃度が明らかに高かった。

【００３５】本発明実施例４を１０ｗｔ％共存させた比
較例２の試料と、比較例２の試料に埼玉県深谷市内のネ
ギ圃場を流れる暗渠集水路より採取の底質を１ｗｔ％添
加したものについて、硝酸性窒素８０ｍｇ／ｌの原水を
対象に試料：水＝１：３（ｗｔ）のバッチ試験による脱
窒処理を行ったところ、表２に示す結果となった。

【００３６】表２中、は本発明実施例４(定着サンプ
ルを２５℃で３時間乾燥したもの)：１０重量部＋比較
例２：９０重量部のものを示し、は本発明実施例４
(定着サンプル２５℃，３時間の乾燥品を室温で３０日
間保管したもの)：１０重量部＋比較例２：９０重量部
のものを示し、は比較例２：９９重量部＋底質：１重
量部のものを示す。

【００３７】

【表２】

【００３８】この表２から明らかなように、脱窒能につ
いては大差はないが、処理水の清澄度に差が生じ、地下
水の浄化等の処理対象によっては、請求項６の方法を用
いることが望ましいことが確認できた。また、脱窒に優
れる菌体を含んだ土壌や底質の入手及び菌体の入手が現
地において困難な場合にも、請求項６の方法を用い、脱
窒に有効な菌体を培養・定着させることは極めて有効で
あることが確認できた。

【００３９】本発明実施例１，２と比較例２，４の試料
について、着火試験を行った結果を表３に示す。この試
験は、断面正方形１ｃｍ^２で容積３ｃｍ^３の直方体供試
体にて実施した。着火は、長口ライター直火にて直方体
供試体に外炎(高温部)を当て１０秒間継続した。実施例
または比較例の各々１項につき、１０個の供試体(試料)
を用意し、項目毎の全供試体の自然消火に要した時間
(以内)を該当した消火時間に個数表示した。試験に影響
しないように新鮮な空気の供給、亜硫酸ガスの排気を行
った。

【００４０】

【表３】

【００４１】この表３から明らかなように、本発明実施
例１，２の試料は明らかに難燃性を示し自然消火した
が、比較例２及び４の試料は全体が完全燃焼するまで消
火されなかった。

【００４２】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の請求項１に係
る硝酸性窒素脱窒基質に依れば、カルシウム及び／また
はマグネシウムの炭酸塩を主成分とする物質と硫黄に難
燃化材料を共存させ、硫黄をバインダーとして固化した
粒状物または塊状物でなるため、施肥削減の困難な農地
の暗渠排水や圃場浸透水、養液栽培における排液のよう
な高硝酸性排水はもとより、農業集落排水の一次処理水
や合併浄化槽等により無機化された排水中の硝酸性窒素
の除去にも優れ、カルシウム及び／またはマグネシウム
の炭酸塩を主成分とする物質と硫黄が難燃化材料と同一
粒内に共存することにより、脱窒菌体が脱窒に必要な物
質を容易に摂取でき高い脱窒効果を発揮するだけでな
く、万が一の乾燥着火時にも継続的燃焼をすることがな
いため、あらゆる局面で安全に使用ができる。

【００４３】本発明の請求項２に係る硝酸性窒素脱窒基
質に依れば、カルシウム及び／またはマグネシウムの炭
酸塩を主成分とする物質と硫黄に、バーミキュライト精
石及び／または水酸化アルミニウム及び／または岩石粉
末及び／または岩石表土粉末のうち少なくともバーミキ
ュライト精石または水酸化アルミニウムを共存させ、硫
黄をバインダーとして固化した粒状物または塊状物でな
るため、施肥削減の困難な農地の暗渠排水や圃場浸透
水、養液栽培における排液のような高硝酸性排水はもと
より、農業集落排水の一次処理水や合併浄化槽等により
無機化された排水中の硝酸性窒素の除去にも優れ、カル
シウム及び／またはマグネシウムの炭酸塩を主成分とす
る物質と硫黄に、バーミキュライト精石及び／または水
酸化アルミニウム及び／または岩石粉末及び／または岩
石表土粉末のうち少なくともバーミキュライト精石また
は水酸化アルミニウムが同一粒内に共存することによ
り、脱窒菌体が脱窒に必要な物質を容易に摂取でき高い
脱窒効果を発揮するだけでなく、万が一の乾燥着火時に
も継続的燃焼をすることがないため、あらゆる局面で安
全に使用ができる。

【００４４】本発明の請求項３に係る硝酸性窒素脱窒基
質に依れば、カルシウム及び／またはマグネシウムの炭
酸塩を主成分とする物質と硫黄に難燃化材料と鉄及び／
または鉄化合物を共存させ、硫黄をバインダーとして固
化した粒状物または塊状物でなるため、施肥削減の困難
な農地の暗渠排水や圃場浸透水、養液栽培における排液
のような高硝酸性排水はもとより、農業集落排水の一次
処理水や合併浄化槽等により無機化された排水中の硝酸
性窒素の除去にも優れるだけでなく、鉄分の供給により
有機物混入時の硫化水素ガスの発生を抑制することがで
き、カルシウム及び／またはマグネシウムの炭酸塩を主
成分とする物質と硫黄に難燃化材料と鉄及び／または鉄
化合物が同一粒内に共存することにより、脱窒菌体が脱
窒に必要な物質を容易に摂取でき高い脱窒効果を発揮す
るだけでなく、万が一の乾燥着火時にも継続的燃焼をす
ることがないため、あらゆる局面で安全に使用ができ
る。

【００４５】本発明の請求項４に係る硝酸性窒素脱窒基
質に依れば、難燃性でアルカリ性を示す物質と硫黄を主
要組成とする硫黄コンクリートに破断面及び／または切
削面及び／または擦か面を形成し、脱窒に与かる菌体が
硫黄源として利用でき、適宜中和能も発現するようにし
た粒状物または塊状物でなるため、これまで硫黄コンク
リートでは認識されていなかった施肥削減の困難な農地
の暗渠排水や圃場浸透水、養液栽培における排液のよう
な高硝酸性排水はもとより、農業集落排水の一次処理水
や合併浄化槽等により無機化された排水中の硝酸性窒素
の除去に優れた効果が発揮されるため、硫黄コンクリー
ト製造時の端材等の有効利用が可能となる。

【００４６】本発明の請求項５に係る硝酸性窒素脱窒基
質に依れば、炭酸マグネシウムカルシウム及び／または
炭酸マグネシウムと硫黄とが共存する粒状物または塊状
物でなるため、施肥削減の困難な農地の暗渠排水や圃場
浸透水、養液栽培における排液のような高硝酸性排水は
もとより、農業集落排水の一次処理水や合併浄化槽等に
より無機化された排水中の硝酸性窒素の除去にも優れる
だけでなく、マグネシウムの供給を行うことができる。

【００４７】本発明の請求項６に係る硝酸性窒素性脱窒
基質の製造方法に依れば、硝酸性窒素脱窒基質に硫黄酸
化細菌のような脱窒に与かる細菌や微生物を定着させる
ことにより、それら菌体の増殖及び被処理水からの脱窒
を極めて容易にした粒状物または塊状物を製造できるた
め、脱窒菌体の自然定着が期待できない現場等における
一種の種菌として使用でき、本発明全体の汎用性を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る硝酸性窒素脱窒基質によ
る硝酸性窒素除去量の経時的推移、即ち、供試液中に含
まれる硝酸性窒素の減少推移を比較例１，２，３，４と
共に示すグラフである。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年６月１１日（１９９９．６．１
１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】また、難燃化材料としては、水酸化アルミ
ニウム、バーミキュライト精石、電気石族鉱物、岩石粉
末、岩石表土粉末、その他合成樹脂の難燃剤のうち有害
物質を含まないものを用いることができる。この中で、
バーミキュライト精石とは、いわゆる加水黒雲母や苦土
蛭石等の、３５０℃程度以上の加熱により水蒸気を発生
し伸長する雲母質鉱物の原石または伸長しない程度に乾
燥処理を施したものを指し、一種類の限定した鉱物種を
示すものではない。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カルシウム及び／またはマグネシウムの
   炭酸塩を主成分とする物質と硫黄に難燃化材料を共存さ
   せ、硫黄をバインダーとして固化した粒状物または塊状
   物でなることを特徴とする硝酸性窒素脱窒基質。
2. 【請求項２】 カルシウム及び／またはマグネシウムの
   炭酸塩を主成分とする物質と硫黄に、バーミキュライト
   精石及び／または水酸化アルミニウム及び／または岩石
   粉末及び／または岩石表土粉末のうち少なくともバーミ
   キュライト精石または水酸化アルミニウムを共存させ、
   硫黄をバインダーとして固化した粒状物または塊状物で
   なることを特徴とする請求項１に記載の硝酸性窒素脱窒
   基質。
3. 【請求項３】 カルシウム及び／またはマグネシウムの
   炭酸塩を主成分とする物質と硫黄に難燃化材料と鉄及び
   ／または鉄化合物を共存させ、硫黄をバインダーとして
   固化した粒状物または塊状物でなることを特徴とする請
   求項１に記載の硝酸性窒素脱窒基質。
4. 【請求項４】 難燃性でアルカリ性を示す物質と硫黄を
   主要組成とする硫黄コンクリートに破断面及び／または
   切削面及び／または擦か面を形成し、脱窒に与かる菌体
   が硫黄源として利用でき、適宜中和能も発現するように
   した粒状物または塊状物でなることを特徴とする硝酸性
   窒素脱窒基質。
5. 【請求項５】 炭酸マグネシウムカルシウム及び／また
   は炭酸マグネシウムと硫黄とが共存する粒状物または塊
   状物でなることを特徴とする硝酸性窒素脱窒基質。
6. 【請求項６】 硝酸性窒素脱窒基質に硫黄酸化細菌のよ
   うな脱窒に与かる細菌や微生物を定着させることによ
   り、それら菌体の増殖及び被処理水からの脱窒を極めて
   容易にした粒状物または塊状物でなることを特徴とする
   硝酸性窒素脱窒基質の製造方法。