JP2001212591A - 排水からの窒素の除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】排水から窒素を、亜硫酸イオンを利用すること
により、効率的に安定して除去する。 【解決手段】従属栄養細菌または硫黄酸化細菌を利用し
た脱窒槽に、亜硫酸イオンを添加して排水中の窒素を安
定して除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、従属栄養細菌また
は独立栄養細菌である硫黄酸化細菌を用いて、下水・排
水中に含まれる窒素化合物を効率的に除去する方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】下水・排水からの窒素の除去方法として
は、微生物を用いた生物学的脱窒素方法が広く知られて
いる。下水・排水中の窒素の形態は、アンモニア性窒素
の形（ＮＨ₄−Ｎ）で含有されることが多い。例えば、
高濃度のアンモニア性窒素を含有する排水は、製鉄所コ
ークス工場、屎尿、肥料工場、半導体工場、皮革工場な
どから発生する。製鉄所コークス工場から発生するアン
モニア性窒素含有排水は、安水とも呼ばれ、アンモニア
性窒素を数百−数千ｍｇ／ｌ程度も含有している。さら
に、都市下水は、アンモニア性窒素を数十ｍｇ／ｌ程
度、養殖場排水は数ｍｇ／ｌ程度含有している。一方、
製鉄業のステンレス酸洗工場排水等のように、硝酸性窒
素の形（ＮＯ₃−Ｎ）で含有している場合もある。

【０００３】このような下水・排水の窒素の生物学的除
去方法は、以下のような生物学的硝化−脱窒素法が広く
知見されている。すなわち、好気性独立栄養細菌（ニト
ロゾモナス、ニトロバクター等の硝化細菌）による生物
学的酸化と通性嫌気性従属栄養細菌（シュードモナス
等）による生物学的還元の組み合わせから成っている。

【０００４】まず、硝化工程は以下の２段の反応から成
っており、関与する硝化細菌の種類は異なっている。

【０００５】

【化１】

【０００６】（１）式に示す反応は、ニトロゾモナスを
代表種とする亜硝酸菌によってもたらされ、（２）式に
示す反応は、ニトロバクターを代表種とする硝酸菌によ
ってもたらされる。

【０００７】上記反応によって生成した亜硝酸性窒素並
びに硝酸性窒素は、一般的には、通性嫌気性従属栄養細
菌を用いて還元されて酸化窒素ガス（Ｎ₂Ｏ）あるいは
窒素ガス（Ｎ₂）となり大気中に放散される。なお、こ
れらの細菌は、通性嫌気性菌であるから、酸素があれば
まず酸素を用いて呼吸する。この際には、（３）（４）
式で示す脱窒素反応は生じない。

【０００８】

【化２】

【０００９】また、通性嫌気性従属栄養細菌は、
（３）、（４）式で示すような水素供与体が必要であ
り、下水・排水中の有機物質が通常利用される。都市下
水では下水中の有機物がそのまま用いられ、有機物を含
まない産業排水等ではメタノールが添加される。

【００１０】この通性嫌気性従属栄養細菌を用いた脱窒
素法は、都市下水のようにアンモニア性窒素濃度が１０
０ｍｇ／Ｌ以下では問題が少なく、また、下水・排水中
の有機物質が利用できることから、安価で安定した処理
方法である。このため、窒素濃度が低い都市下水や排水
処理の分野で広く用いられている。硝酸性窒素含有排水
処理にも広く用いられている。

【００１１】しかし、このような通性嫌気性従属栄養細
菌を用いた脱窒素法は、アンモニア性窒素濃度が１００
ｍｇ／Ｌを超えると様々な課題が生じ、安定した処理が
困難となることが知られている。すなわち、アンモニア
性窒素濃度が１００ｍｇ／Ｌを超えると、硝化工程にお
いて、アンモニア性窒素の酸化が硝酸性窒素まで進行せ
ず、ニトロバクターが阻害を受け、処理水中の亜硝酸性
窒素が蓄積しやすいことが知見されている。この原因と
して、遊離のアンモニウムイオンのニトロバクターへの
阻害が知られている。特に、ｐＨが高いと遊離のアンモ
ニウムイオンが発生する。蓄積した亜硝酸性窒素は、従
属栄養細菌に対して毒性が強く、処理水質が悪化しやす
いことは広く知られている（例えば、遠矢泰典、下水道
協会誌、ＶＯＬ７、ＮＯ７４、１９７０）。この結果、
従属栄養細菌は、蓄積した亜硝酸性窒素によって脱窒素
反応の進行が阻害される。脱窒素反応の進行が停止する
と、亜硝酸性窒素が処理水に流出し、窒素規制をクリア
できないばかりか、亜硝酸性窒素起因のＣＯＤ（化学的
酸素要求量）も増大してしまう。このようなことから、
アンモニア性窒素濃度が１００ｍｇ／Ｌを超えるような
排水の場合、従属栄養細菌を用いた脱窒素法の適用はか
なり困難である。

【００１２】ところで、脱窒性能を有する細菌は、従属
栄養細菌に限らない。水素細菌や硫黄酸化細菌などの独
立栄養細菌も、酸素の無い状態で脱窒素機能を有するこ
とは広く知られている。これらの独立栄養細菌は、それ
ぞれ水素や還元性硫黄化合物を酸化した時に発生するエ
ネルギーと空気中の炭酸ガスから有機物を合成し増殖す
る。これらの細菌は、増殖速度が小さいことやフロック
形成能力が弱い等の理由から脱窒素作用が知られている
ものの、脱窒素に用いられた事例はほとんどなかった。
しかし、発明者らは、これらの独立栄養細菌が亜硝酸性
窒素に対し、従属栄養細菌と比較し極めて強い耐性を有
していることを知見し、アンモニア性窒素を高濃度に含
む排水処理の場合、脱窒素用の細菌としては独立栄養細
菌を用いた方が処理の安定化をもたらすことを明らかに
した（特願平１１−１１７４１０）。 さらに、発明者
らは、独立栄養細菌の中でも、硫黄酸化細菌は、自己造
粒作用を有している場合もあるため、リアクターでの高
濃度化が容易で、処理の高効率化が可能であることを知
見している（特願平１０−１２２７１９号）。

【００１３】このように、硫黄酸化細菌のような独立栄
養細菌を用いると、高濃度のアンモニア性窒素を含有す
る排水でも処理が可能となる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の排水中からの生物学的窒素除去方法は、以下のよう
な課題が残されている。

【００１５】まず、従属栄養細菌を用いた脱窒方法の課
題について説明する。先にも述べたように、都市下水か
らの窒素除去では下水中の有機物がそのまま用いられ、
有機物を含まない産業排水等ではメタノールが脱窒槽に
添加される。必要なＢＯＤ／Ｎ比（下水中の有機物と硝
酸性窒素と亜硝酸性窒素の比）は２．５〜３程度、メタ
ノ−ル／Ｎ比も同程度である。

【００１６】しかしこの方法は、一般に、下水・排水中
のアンモニア性窒素を酸化すること（硝化工程）によっ
て生じる硝酸性窒素と亜硝酸性窒素の混合液（以下、硝
化液と述べる）を処理するものであるが、硝化液中に溶
解性酸素がかなり残留していることが多い。これは硝化
工程においては、硝化細菌の活性を維持するために、高
い溶存酸素濃度で運転されているためである。この硝化
液を脱窒槽に流入させた場合、通性嫌気性従属栄養細菌
は、まず溶存酸素を用いて呼吸するため、硝酸性窒素と
亜硝酸性窒素の除去率が低下してしまう。また、降雨時
にも下水・排水中の溶存酸素濃度が上昇し、また、あわ
せて、有機物濃度も低下するため、窒素除去率が低下す
ることがしばしば生ずる課題がある。

【００１７】さらに、一部の産業排水のように、排水中
に有機物が含まれない場合には、外部からメタノ−ル等
の有機物を添加する。しかし、メタノ−ルは、脱窒槽の
処理水に残留した場合、ＣＯＤ源となるが、空気で容易
に酸化されない。このため、脱窒槽の後段に、好気性微
生物により酸化分解し、ＣＯＤを削減する設備を持つ必
要がある。したがって、排水中の窒素濃度が高い場合、
このＣＯＤ対策設備やランニングコストが大きな課題で
ある。

【００１８】次に、独立栄養細菌を用いた脱窒方法の課
題について説明する。

【００１９】独立栄養細菌としては、硫黄酸化細菌が用
いられることが多い。硫黄酸化細菌の中で、脱窒素機能
を有する種類は、絶対独立栄養細菌であるチオバシラス
デニトリフィカンス（Thiobacillus denitrificans）
といわれている。そして、硫黄酸化細菌を脱窒に用いる
場合、還元性硫黄化合物が必要であるから、排水中に硫
黄化合物が存在しない場合、外部から硫黄化合物を添加
する必要がある。還元性硫黄化合物としては、硫化物
（Ｓ^2-）、元素硫黄（Ｓ⁰）、チオ硫酸（Ｓ₂Ｏ₃ ^{2 -}）、
亜硫酸（ＳＯ₃ ^2-）等が考えられる。しかし、山中は、
これらの物質の中で、チオバシラス デニトリフィカン
スの生育に用いられるのはチオ硫酸（Ｓ₂Ｏ₃ ^2-）のみで
あると述べている（例えば、独立栄養細菌の生化学、ア
イピ−シ−、ｐ４８−ｐ５０、１９９９）。しかし、一
方で、橋本らは、元素硫黄（Ｓ⁰）を硫黄源とした脱窒
の研究を行っており、これによると元素硫黄（Ｓ⁰）で
もチオバシラス デニトリフィカンスの生育が可能であ
ることを報告している（例えば、高機能型活性汚泥法、
ｐ１６５〜１７６、技報堂出版）。

【００２０】しかし、このような硫黄化合物を用いる方
法は、以下の課題がある。まず、元素硫黄（Ｓ⁰）は、
安価であるが、水に溶解しにくい、脱窒速度がチオ硫酸
（Ｓ₂Ｏ₃ ^2-）と比較して小さい、あるいは、配管での目
詰まりが生じやすい等の欠点がある。

【００２１】次に、チオ硫酸（Ｓ₂Ｏ₃ ^2-）であるが、取
り扱いが容易で、毒性が低く、また、脱窒素速度も早い
ので広く用いられている。しかしながら、チオ硫酸を用
いる方法は、水処理プロセスの観点から考えると以下の
ような課題がある。すなわち、チオ硫酸が脱窒槽からの
処理水中に残留した場合、ＣＯＤ源となるが、空気で容
易に酸化されないため、脱窒槽の後段に、生物酸化や薬
剤酸化によりＣＯＤを削減する設備を持つ必要がある。
排水中の窒素濃度が高い場合、流出するチオ硫酸（Ｓ₂
Ｏ₃ ^2-）の濃度も高くなりやすく、このＣＯＤ対策設備
費の削減が課題である。

【００２２】また、元素硫黄が析出しやすいことがあげ
られる。特に、ｐＨが低下すると以下のような反応によ
り元素硫黄が析出しやすい。

【００２３】

【化３】

【００２４】この反応ばかりでなく、硫黄酸化細菌によ
るＳ₂Ｏ₃ ^2-の酸化過程においても、元素硫黄が生成しや
すい。先にも述べたように、元素硫黄が蓄積すると、元
素硫黄により配管の閉塞が生じやすくなる。さらに、脱
窒槽から排出される余剰汚泥中に元素硫黄が残留する
と、余剰汚泥濃縮過程で嫌気度が増すと硫化水素ガスが
発生しやすくなる。また、余剰汚泥焼却過程において、
廃ガス中にＳＯ_xが発生しやすくなる。したがって、汚
泥処理の観点からは、余剰汚泥中の硫黄の蓄積を極力防
止することが望ましい。

【００２５】すなわち本発明の目的は、上記課題を解決
した従属栄養細菌または独立栄養細菌である硫黄酸化細
菌を用いて、下水・排水中に含まれる窒素化合物を効率
的に除去する方法を提供することである。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決すべく検討を重ねた結果、以下の方法により、
下水・排水から窒素を安定して処理することに成功し
た。従って本発明の要旨とするところは、次の（１）〜
（９）である。

【００２７】（１）従属栄養細菌を用いた排水からの脱
窒素プロセスにおいて、脱窒槽に亜硫酸水素ナトリウム
（ＮａＨＳＯ₃）および／または亜硫酸ナトリウム（Ｎ
ａ₂ＳＯ₃）を添加し、水中に溶存する酸素（以降、ＤＯ
と記載する）を完全に除去して、排水中の亜硝酸性窒素
および硝酸性窒素を窒素ガスに還元して排水から除去す
ることを特徴とする排水からの窒素の除去方法。

【００２８】（２）硫黄酸化細菌を用いた排水からの脱
窒素プロセスにおいて、脱窒槽に亜硫酸水素ナトリウム
（ＮａＨＳＯ₃）および／または亜硫酸ナトリウム（Ｎ
ａ₂ＳＯ₃）を硫黄酸化細菌の硫黄源として添加して、排
水中の亜硝酸性窒素および硝酸性窒素を窒素ガスに還元
して排水から除去することを特徴とする排水からの窒素
の除去方法。

【００２９】（３）亜硫酸水素ナトリウム（ＮａＨＳＯ
₃）および／または亜硫酸ナトリウム（Ｎａ₂ＳＯ₃）添
加量を脱窒槽の酸化還元電位（ＯＲＰ）が０〜−２００
ｍＶ（銀／塩化銀基準）の範囲に維持されるように添加
することを特徴とする（１）または（２）に記載の排水
からの窒素の除去方法。

【００３０】（４）亜硫酸イオンとして、亜硫酸水素カ
リウム（ＫＨＳＯ₃）および／または亜硫酸カリウム
（Ｋ₂ＳＯ₃）を併用して添加することを特徴とする
（１）〜（３）のいずれか一項に記載の排水からの窒素
の除去方法。

【００３１】（５）脱窒槽のｐＨを６〜８．５に維持す
ることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか一項に記
載の排水からの窒素の除去方法。

【００３２】（６）脱窒槽の細菌として、造粒させた細
菌または自己造粒作用を有する細菌を用いることを特徴
とする（１）〜（５）のいずれか一項に記載の排水から
の窒素の除去方法。

【００３３】（７）好気槽および／または脱窒槽を流動
床型とし、微生物固定化担体を投入することを特徴とす
ることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか一項に記
載の排水からの窒素の除去方法。

【００３４】（８）好気槽および／または脱窒槽に充填
材を充填した固定床方式とすることを特徴とする（１）
〜（６）のいずれか一項に記載の排水からの窒素の除去
方法。

【００３５】（９）好気槽および／または脱窒槽におい
て、膜分離装置またはろ過装置を用いることを特徴とす
る（１）〜（８）のいずれか一項に記載の排水からの窒
素の除去方法。

【００３６】

【発明の実施の形態】発明者らは、細菌を用いた排水か
らの窒素除去プロセスにおける課題を解決するため、以
下の手法を考案した。

【００３７】まず、従属栄養細菌を用いた脱窒方法の課
題と解決方法について説明する。従属栄養細菌は有機物
中に含まれる炭素成分を用いて増殖する微生物の総称で
ある。一方、独立栄養細菌とは硫黄等の無機物を酸化す
る際に発生するエネルギ−を用い二酸化炭素を用い増殖
できる微生物の総称である。

【００３８】生物学的窒素除去方法は、前述したよう
に、下水・排水中の窒素の形態がアンモニア性窒素の場
合、下水・排水中のアンモニア性窒素を硝化細菌により
酸化して、硝酸性窒素と亜硝酸性窒素に変化させ、この
液を脱窒槽で処理する方法である。この硝化液中に溶存
酸素がかなり残留している場合が多いが、このまま、脱
窒槽に流入させると、従属栄養細菌は、通性嫌気性であ
り、ＤＯを優先的に用いて呼吸するため、硝酸性窒素中
の結合酸素を用いない。この結果、脱窒性能が低下しや
すい課題がある。このため、ＤＯを速やかに除去する必
要がある。そこで、発明者らはＤＯを除去するために、
脱酸素剤の適用を考えた。脱酸素剤としては、速やかに
ＤＯと反応すること、及び、微生物に影響がでないこと
が要求される。

【００３９】そこで、発明者らは、亜硫酸水素ナトリウ
ム（ＮａＨＳＯ₃）または亜硫酸ナトリウム（Ｎａ₂ＳＯ
₃）を用いる事を発案した。例えば、亜硫酸水素ナトリ
ウム（ＮａＨＳＯ₃）を用いた場合、以下の式で反応が
進行し、脱酸素が進行する。

【００４０】

【化４】

【００４１】これから、例えば、８ｍｇ／ｌのＤＯがあ
る場合、５２ｍｇ／ｌの亜硫酸水素ナトリウムが必要と
なる。

【００４２】しかし、これまでの知見では、亜硫酸イオ
ンは、活性汚泥（微生物の混合体）に対して阻害性があ
るとされてきた（例えば、排水の生物処理、高原義昌、
地球社、ｐ２７）。発明者らは、これらの報告が絶対好
気性細菌に対する結果であり、通性嫌気性細菌に対する
結果とは考えられず、詳細に検討したところ、嫌気性細
菌に対しては、阻害性がほとんど無いことを知見した
（硫酸イオンとほぼ同程度の１００００〜２００００ｍ
ｇ／ｌまで阻害が無い）。したがって、亜硫酸水素ナト
リウム（ＮａＨＳＯ₃）または亜硫酸ナトリウム（Ｎａ₂
ＳＯ₃）を脱窒槽の脱酸素剤として用いることは、何ら
問題が無いのである。

【００４３】また、亜硫酸ナトリウムまたは亜硫酸水素
ナトリウムは、硝化液中のＤＯを測定し、（６）式に基
づいて、脱窒槽に添加すればよい。また、従属栄養細菌
が脱窒を行うために適した酸化還元電位（ＯＲＰ）は、
０〜−２００ｍＶ（銀／塩化銀基準）程度であるので、
脱窒槽の酸化還元電位（ＯＲＰ）が、この範囲に維持さ
れるように添加することはより望ましいことである。

【００４４】また、亜硫酸水素ナトリウム（ＮａＨＳＯ
₃）または亜硫酸ナトリウム（Ｎａ₂ＳＯ₃）が酸化する
と、硫酸を生成するのでｐＨが低下しやすいため、脱窒
槽のｐＨを従属栄養細菌の増殖に適した６〜８．５に維
持する必要がある。ｐＨを維持するためには水酸化ナト
リウム等のアルカリ物質を用いればよい。

【００４５】更に、添加量が増加し、ナトリウムイオン
による従属栄養細菌への阻害が懸念される時には、亜硫
酸イオンとして、亜硫酸水素カリウム（ＫＨＳＯ₃）お
よび／または亜硫酸カリウム（Ｋ₂ＳＯ₃）を併用するこ
とが望ましい。このことにより、ナトリウムイオンの阻
害を緩和できる。下水、排水中のナトリウムイオンが１
０ｇ／ｌを越える場合、本方法を適用することが望まし
い。また、併用する場合も、カリウムイオンとして１０
ｇ／ｌ以下となることが望ましい。

【００４６】これらの操作により、脱窒槽は完全な無酸
素槽となるため、脱窒処理は安定化するが、更に、脱窒
処理の高効率化を図るため、以下の手段をとることは望
ましいことである。すなわち、好気槽や脱窒槽の方式を
流動床型とし槽内にプラスチックやゲルの微生物固定化
担体を投入する。固定化担体内部や表面に細菌が高濃度
に増殖することにより処理を高効率化できる。または、
好気槽や脱窒槽にセラミックやプラスチックの充填材を
充填した固定床方式とする。固定床内部や表面に細菌が
高濃度に増殖することにより処理を高効率化できる。あ
るいは、好気槽や脱窒槽の内部に膜分離装置またはろ過
装置を設置する。膜やろ過装置により細菌の流出が防止
され、好気槽や脱窒槽内部での細菌が高濃度に維持さ
れ、処理を高効率化できる。あるいは、凝集剤等を用い
造粒させた従属栄養細菌または自己造粒機能を有する従
属栄養細菌を用いた脱窒槽としてもかまわない。造粒に
より脱窒槽内部で細菌を高濃度に維持できるため、処理
を高効率化できる。

【００４７】次に、独立栄養細菌を用いた脱窒方法の課
題解決方法について説明する。先にも述べたように、独
立栄養細菌として、硫黄酸化細菌を使用し、その硫黄源
として、元素硫黄（Ｓ⁰）やチオ硫酸（Ｓ₂Ｏ₃ ^2-）を用
いると、さまざまな問題が発生する。

【００４８】そこで、発明者らは、亜硫酸（ＳＯ₃ ^2-）
源として、亜硫酸水素ナトリウム（ＮａＨＳＯ₃）また
は亜硫酸ナトリウム（Ｎａ₂ＳＯ₃）を用いる事を発案し
た。ただし、亜硫酸水素ナトリウム（ＮａＨＳＯ₃）の
方が、亜硫酸ナトリウム（Ｎａ₂ＳＯ₃）と比較して、硫
黄の含有率が高いため、コストの点からより望ましいと
考えられる。

【００４９】先にも述べたように、従来、亜硫酸（ＳＯ
₃ ^2-）は、脱窒機能を有する硫黄酸化細菌であるチオバ
シラス デニトリフィカンスの生育のためには用いるこ
とができないとされてきた。しかし、発明者らは、都市
下水処理場の活性汚泥から馴養した硫黄酸化細菌は、亜
硫酸（ＳＯ₃ ^2-）を用いて生育できることを知見した。
この結果から、実際には、脱窒機能を有する硫黄酸化細
菌は、チオバシラスデニトリフィカンス１種類ではない
ことが推定される。

【００５０】この亜硫酸（ＳＯ₃ ^2-）で生育できる硫黄
酸化細菌は、以下のような特徴を有する。まず、チオ硫
酸（Ｓ₂Ｏ₃ ^2-）を用いた場合、しばしば観察された元素
硫黄の蓄積が全く見られない。脱窒速度もほとんど変わ
らない。さらに、亜硫酸（ＳＯ₃ ^2-）は、空気で容易に
酸化されてしまうため、脱窒槽処理水に亜硫酸（ＳＯ₃
^2-）が残留しても、その処理が極めて容易である。

【００５１】また、亜硫酸水素ナトリウム（ＮａＨＳＯ
₃）または亜硫酸ナトリウム（Ｎａ₂ＳＯ₃）は、排水中
の窒素濃度を測定し、硫黄と窒素の質量比、すなわちＳ
／Ｎが３．５以上となるように脱窒槽に添加すればよ
い。排水中に溶存酸素が存在する場合は、溶存酸素濃度
を測定し、（６）式に基づいて、必要量を補正して添加
すればよい。

【００５２】また、硫黄酸化細菌が脱窒を行うために適
した酸化還元電位（ＯＲＰ）は、従属栄養細菌と同様、
０〜−２００ｍＶ（銀／塩化銀基準）程度であるので、
脱窒槽の酸化還元電位（ＯＲＰ）が、この範囲に維持さ
れるように添加することはより望ましいことである。

【００５３】また、亜硫酸水素ナトリウム（ＮａＨＳＯ
₃）または亜硫酸ナトリウム（Ｎａ₂ＳＯ₃）が酸化する
と、硫酸を生成するのでｐＨが低下しやすいため、脱窒
槽のｐＨを硫黄酸化細菌の増殖に適した６〜８．５に維
持する必要がある。ｐＨを維持するためには水酸化ナト
リウム等のアルカリ薬品を用いればよい。

【００５４】更に、ナトリウムイオンによる硫黄酸化細
菌への阻害が懸念される時には、亜硫酸イオンとして、
亜硫酸水素カリウム（ＫＨＳＯ₃）および／または亜硫
酸カリウム（Ｋ₂ＳＯ₃）を併用することが望ましい。下
水、排水中のナトリウムイオンが１０ｇ／ｌを越える場
合、本方法を適用することが望ましい。また、併用する
場合も、カリウムイオンとして１０ｇ／ｌ以下となるこ
とが望ましい。

【００５５】これらの操作により、脱窒槽は完全な無酸
素槽となるため、脱窒処理は安定化する。更に、脱窒処
理の高効率化を図るため、以下の手段をとることは望ま
しいことである。すなわち、好気槽や脱窒槽の方式を流
動床型とし槽内にプラスチックやゲルの微生物固定化担
体を投入する。固定化担体内部や表面に細菌が高濃度に
増殖することにより処理を高効率化できる。または、好
気槽や脱窒槽にセラミックやプラスチックの充填材を充
填した固定床方式とする。固定床内部や表面に細菌が高
濃度に増殖することにより処理を高効率化できる。ある
いは、好気槽や脱窒槽の内部に膜分離装置またはろ過装
置を設置する。膜やろ過装置により細菌の流出が防止さ
れ、好気槽や脱窒槽内部での細菌が高濃度に維持され、
処理を高効率化できる。あるいは、凝集剤等を用い造粒
させた従属栄養細菌または自己造粒機能を有する従属栄
養細菌を用いた脱窒槽としてもかまわない。造粒により
脱窒槽内部で細菌を高濃度に維持できるため、処理を高
効率化できる。

【００５６】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００５７】実施例１：都市下水処理（硫黄酸化細菌利
用・内生脱窒法） 本発明の方法を都市下水処理へ適用し、広く適用されて
いる図１の内生脱窒法の改善を検討した。

【００５８】内生脱窒法とは図１に示すように、前段に
好気槽１をおき、後段に脱窒槽２、再曝気槽３を置く脱
窒プロセスである。好気槽１では、都市下水中の有機物
（ＢＯＤ）除去とアンモニア性窒素の酸化（硝化）を行
っている。脱窒槽２では、微生物が自己分解する際に発
生する有機物を用い、脱窒を行う。再曝気槽３では余剰
の有機物を酸化する。この方法は、脱窒に微生物の自己
分解作用を利用しているため、内生脱窒素法と呼ばれて
いる。しかし、脱窒槽２での脱窒速度が小さいことが欠
点である。また、自己分解した微生物の有機物は難分解
性成分を含むことが多いため、やや処理水質が悪化す
る。

【００５９】そこで、発明者らは、脱窒槽２を硫黄酸化
細菌を利用した脱窒プロセスに変更し、脱窒速度を向上
させることを発案した。

【００６０】なお、都市下水５の水質は、ＢＯＤが平均
１６０ｍｇ／ｌ、Ｔ−Ｎ（ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅ
ｎ；総窒素）が平均４０ｍｇ／ｌ（大半が有機性窒素と
アンモニア性窒素）程度である。

【００６１】運転方法は以下の通りである。

【００６２】まず、図１の好気槽１でアンモニア性窒素
を硝酸性窒素まで酸化するために以下の運転条件で好気
槽１を運転した。好気槽１には、浮遊性の円筒型プラス
チック担体（内径３ｍｍ、長さ４ｍｍ）を好気槽容積あ
たり１５％（ｖ／ｖ）投入し、硝化細菌を付着させた
（流動床型バイオリアクター）。好気槽１は、硫酸およ
び水酸化ナトリウムによって、ｐＨを７〜８に制御する
とともに、空気および／または酸素により、ＤＯを２ｍ
ｇ／ｌ以上、ＯＲＰを＋１５０ｍＶ（銀／塩化銀基準）
以上に維持するように運転した。好気槽１において、ア
ンモニア性窒素のほぼ１００％が硝酸性窒素となった。

【００６３】さらに、脱窒槽２には自己造粒硫黄酸化細
菌を投入し、硫黄源として亜硫酸水素ナトリウム（Ｎａ
ＨＳＯ₃）７を生成した硝酸性窒素の３．５倍量添加し
た。脱窒槽２上部には、浮遊性の円筒型プラスチック担
体（内径：３ｍｍ；長さ４ｍｍ）を脱窒槽容積あたり１
５容量％投入した。また、脱窒槽２の下部中央に、水中
攪拌機を設置し、常時攪拌することにより、プラスチッ
ク担体に付着した硫黄酸化細菌が固着することを防止し
た。硫酸および水酸化ナトリウムによって、ｐＨを６〜
８．５に制御するとともに、硝酸性窒素の容積負荷が５
ｋｇ−Ｎ／ｍ³・日の条件で運転した。この結果、処理
水中の窒素濃度は、２ｍｇ／ｌ以下となった。脱窒槽２
は、従来の内生脱窒法と比較して、約１０倍の高効率化
が可能となった。

【００６４】さらに、脱窒処理水に残留する亜硫酸水素
ナトリウム（ＮａＨＳＯ₃）は、再曝気槽３によって硫
酸イオンまで酸化した。再曝気槽は曝気によって溶存酸
素を２ｍｇ／ｌ以上に維持した。滞留時間１５分で亜硫
酸イオンは硫酸イオンまで容易に酸化された。

【００６５】また、沈殿池４から引き抜かれる余剰汚泥
中の硫黄濃度は、０．５〜１質量％／乾燥汚泥であり、
都市下水処理場の活性汚泥とほとんど変わらないことが
確認された。この結果、余剰汚泥処理に伴う硫黄の弊害
が緩和できることが明らかになった。

【００６６】実施例２：都市下水処理（従属栄養細菌利
用・循環式硝化脱窒法） 本発明の方法を都市下水処理へ適用し、広く適用されて
いる図２の循環式硝化脱窒法の改善を検討した。

【００６７】循環式硝化脱窒法とは図２に示すように、
内生脱窒法とは逆に、前段に脱窒槽２をおき、後段に好
気槽１を置くプロセスである。脱窒槽２では、好気槽１
から循環されてくる硝化液を都市下水中の有機物（ＢＯ
Ｄ）を用いて脱窒を行う。好気槽１では、余剰の有機物
の除去とアンモニア性窒素の酸化（硝化）を行ってい
る。この方法は、硝化液をポンプを用いて循環すること
から、循環式硝化脱窒法と呼ばれている。下水中の有機
物を有効に利用できる利点があるが、窒素除去率に限界
があり、硝化液から脱窒槽２に溶存酸素の持ち込みが生
じやすく、処理性能が悪化する課題がある。

【００６８】なお、都市下水５の水質は、ＢＯＤが平均
１６０ｍｇ／ｌ、Ｔ−Ｎが平均４０ｍｇ／ｌ（大半が有
機性窒素とアンモニア性窒素）程度である。

【００６９】ここでは、図２の循環式硝化脱窒法の改善
に本法を適用した事例を述べる。

【００７０】図２の好気槽１でアンモニア性窒素を硝酸
性窒素まで酸化するために以下の運転条件で好気槽１を
運転した。好気槽１には、浮遊性の円筒型プラスチック
担体（内径３ｍｍ、長さ４ｍｍ）を好気槽容積あたり２
５％（ｖ／ｖ）投入し、硝化細菌を付着させた（流動床
型バイオリアクター）。好気槽１は、硫酸および水酸化
ナトリウムによって、ｐＨを７〜８に制御するととも
に、空気および／または酸素により、ＤＯを２ｍｇ／ｌ
以上、ＯＲＰを＋１５０ｍＶ（銀／塩化銀基準）以上に
維持するように運転した。好気槽１において、アンモニ
ア性窒素のほぼ１００％が硝酸性窒素となった。

【００７１】さらに、脱窒槽２は通性嫌気性従属栄養細
菌を用いた方法をとることにした。硝化循環液１５から
溶存酸素を除去するため、亜硫酸ナトリウム（Ｎａ₂Ｓ
Ｏ₃）を硝化循環液１５の溶存酸素の１．５倍量脱窒槽
２に添加した。それでも脱窒槽２の酸化還元電位（ＯＲ
Ｐ）が−２００ｍＶに下降しない場合は、−２００ｍＶ
に下降するように亜硫酸ナトリウム（Ｎａ₂ＳＯ₃）１４
を追加して添加した。脱窒槽２に担体は添加していな
い。硫酸および水酸化ナトリウムによって、ｐＨを６〜
８．５に制御した。

【００７２】消化液循環率１５０％（原水量に対し
て）、返送汚泥量５０％の条件で運転した結果、処理水
中の窒素濃度は、年間を通じ１０〜１２ｍｇ／ｌ以下と
７０％以上の安定した窒素除去率が得られた。

【００７３】また、沈殿池４から引き抜かれる余剰汚泥
中の硫黄濃度は、０．５〜１質量％／乾燥汚泥であり、
都市下水処理場の活性汚泥とほとんど変わらないことが
確認された。この結果、余剰汚泥処理に伴う硫黄の弊害
が緩和できることが明らかになった。

【００７４】実施例３：製鉄所ステンレス工場酸洗排水
処理への適用（硫黄酸化細菌利用・固定床型法） 本発明の方法を製鉄所ステンレス工場酸洗排水処理に適
用した。ステンレス工場酸洗排水は、硝酸性性窒素を１
００〜５００ｍｇ／ｌ程度含有している。従来は、通性
従属栄養細菌を利用し、外部からメタノ−ルを硝酸性窒
素に対し３倍程度添加し、除去している。このような方
法は、外部からのメタノ−ル添加量が大きくなるため、
余剰汚泥が大量に発生し、脱窒槽２での充填材の目詰ま
りや余剰汚泥処理費増大の課題がある。

【００７５】この製鉄所ステンレス工場酸洗排水処理に
発明の方法を適用した。この処理フローを図３に示す。

【００７６】まず、図３の脱窒槽２にはサドル型のセラ
ミック担体１９をリアクター容積あたり７０％（ｖ／
ｖ）投入し、硫黄酸化細菌を付着させた（固定床型バイ
オリアクター）。脱窒槽２は、硫酸および水酸化ナトリ
ウムによって、ｐＨを６〜８．５に制御するとともに、
硫黄源として亜硫酸水素ナトリウム（ＮａＨＳＯ₃）を
硝酸性窒素の３．５倍量添加した。それでも脱窒槽２の
酸化還元電位（ＯＲＰ）が−２００ｍＶに下降しない場
合は、−２００ｍＶに下降するように亜硫酸水素ナトリ
ウム（ＮａＨＳＯ₃）６を追加して添加した。さらに、
硝酸性窒素容積負荷が１０ｋｇ−Ｎ／ｍ³・日の条件で
運転したところ、処理水７の窒素濃度は、５００ｍｇ／
ｌから１０ｍｇ／ｌ以下となった。これは、従来のメタ
ノ−ルと従属栄養細菌を用いた場合の２〜４倍の除去速
度であった。

【００７７】脱窒槽２の後段に、処理水中に残留する亜
硫酸水素ナトリウム（ＮａＨＳＯ₃）を空気酸化する再
曝気槽３を設置し、亜硫酸イオンを硫酸イオンまで酸化
した。再曝気槽３は、曝気によって溶存酸素を２ｍｇ／
ｌ以上に維持した。再曝気槽３の滞留時間が３０分で、
亜硫酸イオンは、硫酸イオンまで完全に酸化され、ＣＯ
Ｄも２０ｍｇ／ｌ以下であった。

【００７８】再曝気槽３の後段に、浮遊性のプラスチッ
クろ材２０（サイズ：１０ｍｍ）を充填したろ過装置１
８を設置した。ろ過速度を２００ｍ／日で運転したが、
処理水５に自己造粒した硫黄酸化細菌の流出は観察され
ず、処理水７のＳＳ（浮遊性物質）は、５ｍｇ／ｌ以下
であった。

【００７９】また、脱窒槽２、および、ろ過装置１８か
ら引き抜かれる余剰汚泥中の硫黄濃度は、０．５〜１質
量％／乾燥汚泥であり、都市下水処理場の活性汚泥とほ
とんど変わらないことが確認された。この結果、余剰汚
泥処理に伴う硫黄の弊害が緩和できることが明らかにな
った。

【００８０】

【発明の効果】本発明により、従来、発生しやすかった
従属栄養細菌または硫黄酸化細菌を用いて排水から窒素
を処理する方法の窒素除去効率低下を防止でき、安定し
た窒素除去が可能となる。また、余剰汚泥中の硫黄蓄積
を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】硫黄酸化細菌利用・流動床型内生脱窒プロセス
である。

【図２】従属栄養細菌利用・流動床型循環式硝化脱窒プ
ロセスである。

【図３】硫黄酸化細菌利用・固定床型脱窒プロセスであ
る。

【符号の説明】

１・・・好気槽、 ２・・・脱窒槽、 ３・・・再曝気槽、 ４・・・沈殿池、 ５・・・都市下水、 ６・・・ＮａＨＳＯ₃添加装置、 ７・・・処理水、 ８、９・・・ブロア、 １０・・・返送汚泥、 １１・・・ＯＲＰ計、 １２・・・ｐＨ計、 １３・・・ＤＯ計、 １４・・・Ｎａ₂ＳＯ₃添加装置、 １５・・・硝化循環液、 １６・・・ステンレス酸洗排水、 １７・・・ポンプ、 １８・・・ろ過装置、 １９・・・充填材、 ２０・・・ろ材。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 従属栄養細菌を用いた排水からの脱窒素
   プロセスにおいて、脱窒槽に亜硫酸水素ナトリウム（Ｎ
   ａＨＳＯ₃）および／または亜硫酸ナトリウム（Ｎａ₂Ｓ
   Ｏ₃）を添加し、水中に溶存する酸素を完全に除去し
   て、排水中の亜硝酸性窒素および硝酸性窒素を窒素ガス
   に還元して排水から除去することを特徴とする排水から
   の窒素の除去方法。
2. 【請求項２】 硫黄酸化細菌を用いた排水からの脱窒素
   プロセスにおいて、脱窒槽に亜硫酸水素ナトリウム（Ｎ
   ａＨＳＯ₃）および／または亜硫酸ナトリウム（Ｎａ₂Ｓ
   Ｏ₃）を硫黄酸化細菌の硫黄源として添加して、排水中
   の亜硝酸性窒素および硝酸性窒素を窒素ガスに還元して
   排水から除去することを特徴とする排水からの窒素の除
   去方法。
3. 【請求項３】 亜硫酸水素ナトリウム（ＮａＨＳＯ₃）
   および／または亜硫酸ナトリウム（Ｎａ₂ＳＯ₃）添加量
   を脱窒槽の酸化還元電位（ＯＲＰ）が０〜−２００ｍＶ
   （銀／塩化銀基準）の範囲に維持されるように添加する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の排水からの
   窒素の除去方法。
4. 【請求項４】 亜硫酸イオンとして、亜硫酸水素カリウ
   ム（ＫＨＳＯ₃）および／または亜硫酸カリウム（Ｋ₂Ｓ
   Ｏ₃）を併用して添加することを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれか一項に記載の排水からの窒素の除去方法。
5. 【請求項５】 脱窒槽のｐＨを６〜８．５に維持するこ
   とを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の排
   水からの窒素の除去方法。
6. 【請求項６】 脱窒槽の細菌として、造粒させた細菌ま
   たは自己造粒作用を有する細菌を用いることを特徴とす
   る請求項１〜５のいずれか一項に記載の排水からの窒素
   の除去方法。
7. 【請求項７】 好気槽および／または脱窒槽を流動床型
   とし、微生物固定化担体を投入することを特徴とするこ
   とを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の排
   水からの窒素の除去方法。
8. 【請求項８】 好気槽および／または脱窒槽を充填材を
   充填した固定床方式とすることを特徴とする請求項１〜
   ６のいずれか一項に記載の排水からの窒素の除去方法。
9. 【請求項９】 好気槽および／または脱窒槽において、
   膜分離装置またはろ過装置を用いることを特徴とする請
   求項１〜８のいずれか一項に記載の排水からの窒素の除
   去方法。