JP2003010883A - アンモニア性窒素含有水の硝化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 硝化槽１内の硝化液又は硝化槽１から流
出する硝化液中のアンモニア濃度を測定し、この測定値
が２０ｍｇ／Ｌ以上となるように曝気風量を調節して亜
硝酸型硝化を行うアンモニア性窒素含有水の硝化方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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。

【０００２】

【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。

【０００３】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。

【０００４】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。

【０００５】このＡＮＡＭＭＯＸ菌を利用する生物脱窒
プロセスは、Strous, M, et al., Appl. Microbiol. Bi
otecnol., 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。

【０００６】

【化１】

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】

【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。

【００１１】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。

【００１２】

【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
値に基いて曝気風量を調節することを特徴とする。

【００１３】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
いて曝気風量を調節することにより、好ましくは、この
残留アンモニア性窒素濃度が２０ｍｇ／Ｌ以上となるよ
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。

【００１４】

【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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】この曝気風量の調節は、目的とする硝化反
応の程度に応じて適宜決定されるが、例えば、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
硝化を行う場合には、ＮＨ_４−Ｎ濃度の測定値が２０ｍ
ｇ／Ｌ以上となるように曝気風量を調節するのが好まし
い。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。

【００２１】このＮＨ_４−Ｎ濃度の上限には特に制限は
なく、処理する原水のＮＨ_４−Ｎ濃度や処理目的等に応
じて適宜決定される。

【００２２】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に
は、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のが好ましい。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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、特に７〜８、亜硝酸イオン濃度が５０〜
１００００ｍｇ−Ｎ／Ｌ、特に２００〜３０００ｍｇ−
Ｎ／Ｌ、温度が１０〜４０℃、特に２０〜３５℃、窒素
負荷が０．１〜３ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄａｙ、特に０．２
〜１ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄａｙになるように制御するのが
好ましい。

【００２７】

【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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】図３より、処理水中のＮＨ_４−Ｎ濃度が２
０ｍｇ／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。

【００３５】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８０〜１００ｍ
ｇ／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。

【００３６】

【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。

【００３７】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Ｎ
Ｏ_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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今城 麗 東京都新宿区西新宿三丁目４番７号 栗田 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4D040 BB02 BB07 BB91

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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曝
   気風量を調節することを特徴とするアンモニア性窒素含
   有水の硝化方法。
2. 【請求項２】 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２０ｍｇ／Ｌ以
   上となるように曝気風量を調節して亜硝酸型硝化を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンモニア性窒素含
   有水の硝化方法。