JP2003071490A - 廃水からの窒素の除去方法 - Google Patents
廃水からの窒素の除去方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 廃水中の窒素を安価に，効率的に除去する。
【解決手段】 脱窒槽に有機物と硫黄源を添加し，脱窒
槽のｐH調整を行わず，廃水中の窒素を除去する。即
ち、廃水からの生物学的脱窒プロセスにおいて，脱窒槽
に有機物および硫黄源を添加し，廃水中の亜硝酸性窒素
および/または硝酸性窒素を窒素ガスに還元して廃水か
ら除去することを特徴とする廃水からの窒素の除去方法
である。硫黄源を有機物にあらかじめ溶解槽において混
合させ，混合した状態で脱窒槽に供給する。有機物とし
てメチルアルコールまたはエチルアルコールを用いる。
硫黄源として元素硫黄を用いる。硫黄源に含まれる硫黄
の質量に対する有機物の質量の比率が1〜2である。有機
物および硫黄源を，脱窒槽の酸化還元電位（ＯＲＰ）が
-200〜0ｍＶ（銀／塩化銀基準）の範囲に維持されるよ
うに脱窒槽に添加する。
槽のｐH調整を行わず，廃水中の窒素を除去する。即
ち、廃水からの生物学的脱窒プロセスにおいて，脱窒槽
に有機物および硫黄源を添加し，廃水中の亜硝酸性窒素
および/または硝酸性窒素を窒素ガスに還元して廃水か
ら除去することを特徴とする廃水からの窒素の除去方法
である。硫黄源を有機物にあらかじめ溶解槽において混
合させ，混合した状態で脱窒槽に供給する。有機物とし
てメチルアルコールまたはエチルアルコールを用いる。
硫黄源として元素硫黄を用いる。硫黄源に含まれる硫黄
の質量に対する有機物の質量の比率が1〜2である。有機
物および硫黄源を，脱窒槽の酸化還元電位（ＯＲＰ）が
-200〜0ｍＶ（銀／塩化銀基準）の範囲に維持されるよ
うに脱窒槽に添加する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，従属栄養細菌およ
び独立栄養細菌である硫黄酸化細菌を用いて，下水・廃
水中に含まれる窒素化合物を効率的に除去することを目
的とする。
び独立栄養細菌である硫黄酸化細菌を用いて，下水・廃
水中に含まれる窒素化合物を効率的に除去することを目
的とする。
【０００２】
【従来の技術】下水・廃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方法が広く知られてい
る。下水・廃水中の窒素の形態としてはアンモニア性窒
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廃水は，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廃水は，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。
更に，都市下水は，アンモニア性窒素を数十ｍｇ／ｌ程
度，養殖場廃水は数ｍｇ／ｌ程度含有している。
は，微生物を用いた生物学的脱窒方法が広く知られてい
る。下水・廃水中の窒素の形態としてはアンモニア性窒
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廃水は，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廃水は，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。
更に，都市下水は，アンモニア性窒素を数十ｍｇ／ｌ程
度，養殖場廃水は数ｍｇ／ｌ程度含有している。
【０００３】一方，農地などの肥料に起因する汚染地下
水やステンレス酸洗工場廃水等のように硝酸性窒素の形
（ＮＯ3−Ｎ）で窒素を数ｍｇ/ｌから数千ｍｇ/ｌ程度
含有している場合もある。
水やステンレス酸洗工場廃水等のように硝酸性窒素の形
（ＮＯ3−Ｎ）で窒素を数ｍｇ/ｌから数千ｍｇ/ｌ程度
含有している場合もある。
【０００４】このような下水・廃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−脱窒法が広く知
見されている。すなわち，絶対好気性・独立栄養細菌
（Nitrosomonas，Nitrobacter等の硝化細菌）によるアンモ
ニア性窒素の生物学的酸化と通性嫌気性・従属栄養細菌
（Pseudomonas等）による亜硝酸性窒素や硝酸性窒素の
生物学的還元反応の組み合わせから成っている。
去方法は，以下のような生物学的硝化−脱窒法が広く知
見されている。すなわち，絶対好気性・独立栄養細菌
（Nitrosomonas，Nitrobacter等の硝化細菌）によるアンモ
ニア性窒素の生物学的酸化と通性嫌気性・従属栄養細菌
（Pseudomonas等）による亜硝酸性窒素や硝酸性窒素の
生物学的還元反応の組み合わせから成っている。
【０００５】まず，アンモニア性窒素の酸化，すなわち硝化
工程は以下の２段の反応から成っている。 ２ＮＨ4 + ＋ ３Ｏ2 → ２ＮＯ2 -＋２Ｈ2Ｏ＋４Ｈ+（１） ２ＮＯ2 - ＋ Ｏ2 → ２ＮＯ3 - （２） （１）式に示す反応は，Nitrosomonas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，Ni
trobacterを代表種とする硝酸菌によってもたらされ
る。いずれも酸素を必要とする絶対好気性・独立栄養細
菌である。
工程は以下の２段の反応から成っている。 ２ＮＨ4 + ＋ ３Ｏ2 → ２ＮＯ2 -＋２Ｈ2Ｏ＋４Ｈ+（１） ２ＮＯ2 - ＋ Ｏ2 → ２ＮＯ3 - （２） （１）式に示す反応は，Nitrosomonas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，Ni
trobacterを代表種とする硝酸菌によってもたらされ
る。いずれも酸素を必要とする絶対好気性・独立栄養細
菌である。
【０００６】次に，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，あるいは元来廃水に含まれてい
る亜硝酸性窒素並びに硝酸性窒素は，一般的には，通性
嫌気性の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。また，このような通性嫌気性の従属栄養細菌
を用いた脱窒は，（３）式で示すようなメチルアルコー
ルや（４）式で示すようなエチルアルコールなどの有機
物質が必要である。ただし，都市下水のように，下水中
に有機物質が含まれる場合，これを通常利用する。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ので，この際には，
（３）式や（４）式で示す脱窒反応は生じない。 6ＮＯ3 - ＋5CＨ3OH → 3Ｎ2 ＋ 5CＯ2＋7Ｈ2Ｏ ＋6ＯＨ- （3） 12ＮＯ3 - ＋5C2Ｈ5OH → 6Ｎ2 ＋10CＯ2＋9Ｈ2Ｏ＋12ＯＨ- （４）
窒素並びに硝酸性窒素，あるいは元来廃水に含まれてい
る亜硝酸性窒素並びに硝酸性窒素は，一般的には，通性
嫌気性の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。また，このような通性嫌気性の従属栄養細菌
を用いた脱窒は，（３）式で示すようなメチルアルコー
ルや（４）式で示すようなエチルアルコールなどの有機
物質が必要である。ただし，都市下水のように，下水中
に有機物質が含まれる場合，これを通常利用する。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ので，この際には，
（３）式や（４）式で示す脱窒反応は生じない。 6ＮＯ3 - ＋5CＨ3OH → 3Ｎ2 ＋ 5CＯ2＋7Ｈ2Ｏ ＋6ＯＨ- （3） 12ＮＯ3 - ＋5C2Ｈ5OH → 6Ｎ2 ＋10CＯ2＋9Ｈ2Ｏ＋12ＯＨ- （４）
【０００７】この通性嫌気性・従属栄養細菌を用いた脱
窒法は，都市下水のようにアンモニア性窒素濃度が100m
g/l以下では問題が少なく，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廃水処理の
分野で広く用いられている。亜硝酸性窒素や硝酸性窒素
を含有する工場廃水処理にも広く用いられている。
窒法は，都市下水のようにアンモニア性窒素濃度が100m
g/l以下では問題が少なく，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廃水処理の
分野で広く用いられている。亜硝酸性窒素や硝酸性窒素
を含有する工場廃水処理にも広く用いられている。
【０００８】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源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菌体を合成し増殖する。以下
に硫黄酸化細菌が元素硫黄を用い，脱窒を行う反応例を
示す。 6NＯ3 - ＋ ５S ＋2Ｈ2O → ３Ｎ2 ＋5SO4 2- ＋４Ｈ+ （5） これらの独立栄養細菌は，従属栄養細菌と比較し増殖速
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
脱窒作用が知られているものの，脱窒に用いられた事例
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廃水処理の場合，脱窒用の細菌
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（特開2000-30890号公報）。更
に，発明者らは，独立栄養細菌の中でも，硫黄酸化細菌
が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（特開平11-299481号公報）。
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源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菌体を合成し増殖する。以下
に硫黄酸化細菌が元素硫黄を用い，脱窒を行う反応例を
示す。 6NＯ3 - ＋ ５S ＋2Ｈ2O → ３Ｎ2 ＋5SO4 2- ＋４Ｈ+ （5） これらの独立栄養細菌は，従属栄養細菌と比較し増殖速
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
脱窒作用が知られているものの，脱窒に用いられた事例
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廃水処理の場合，脱窒用の細菌
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（特開2000-30890号公報）。更
に，発明者らは，独立栄養細菌の中でも，硫黄酸化細菌
が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（特開平11-299481号公報）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし，このような従
来の廃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。
来の廃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。
【００１０】一部の金属工業から発生する産業廃水のよ
うに，廃水中に有機物が含まれない場合には，廃水中の
亜硝酸性窒素および/または硝酸性窒素を除去するため
には，脱窒槽にメチルアルコール等の有機物や硫黄を外
部から添加する必要がある。
うに，廃水中に有機物が含まれない場合には，廃水中の
亜硝酸性窒素および/または硝酸性窒素を除去するため
には，脱窒槽にメチルアルコール等の有機物や硫黄を外
部から添加する必要がある。
【００１１】まず，脱窒槽にメチルアルコール等の有機
物を添加する従属栄養細菌を用いた脱窒の場合の課題に
ついて説明する。
物を添加する従属栄養細菌を用いた脱窒の場合の課題に
ついて説明する。
【００１２】（3），（4）式から明らかなように，従属
栄養細菌を用いた脱窒反応が進行すると，ｐHが上昇す
る。ｐHが8.5以上になると，ｐHが6-8の時と比較し，脱
窒細菌の脱窒機能は急速に低下する。また，廃水中にカ
ルシウム成分が含まれると，ｐHが上昇するとともに，C
Ｏ2とカルシウムイオンが反応し炭酸カルシウムが析出
しやすくなり，反応槽内の充填材や配管の閉塞などの設
備トラブルが多発するようになる。したがって，硫酸等
の薬品を用い，脱窒槽のｐHを6-8に制御する必要が生じ
る。
栄養細菌を用いた脱窒反応が進行すると，ｐHが上昇す
る。ｐHが8.5以上になると，ｐHが6-8の時と比較し，脱
窒細菌の脱窒機能は急速に低下する。また，廃水中にカ
ルシウム成分が含まれると，ｐHが上昇するとともに，C
Ｏ2とカルシウムイオンが反応し炭酸カルシウムが析出
しやすくなり，反応槽内の充填材や配管の閉塞などの設
備トラブルが多発するようになる。したがって，硫酸等
の薬品を用い，脱窒槽のｐHを6-8に制御する必要が生じ
る。
【００１３】また，従属栄養細菌を用いた脱窒方法は，
硫黄酸化細菌などの独立栄養細菌を用いた脱窒方法と比
較すると，余剰汚泥の発生量が大きい。カルシウムイオ
ンが高い場合，炭酸カルシウムの発生量がこれに加わ
る。
硫黄酸化細菌などの独立栄養細菌を用いた脱窒方法と比
較すると，余剰汚泥の発生量が大きい。カルシウムイオ
ンが高い場合，炭酸カルシウムの発生量がこれに加わ
る。
【００１４】更に，メチルアルコールは，窒素量に対し
てやや過剰に添加する（通常，メチルアルコールに対す
る硝酸性窒素と亜硝酸性窒素の和の質量比が2.5-3.0程
度）が，メチルアルコールは高価であるため，ランニン
グコストが極めて大きくなる。また，メチルアルコール
が脱窒槽の処理水に残留した場合，メチルアルコールは
ＣＯＤとして測定されるため，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，廃水中の窒素濃度が高くなれ
ばなるほど，あるいは，変動が大きくなるほどこのＣＯ
Ｄ対策が大きな課題となる。
てやや過剰に添加する（通常，メチルアルコールに対す
る硝酸性窒素と亜硝酸性窒素の和の質量比が2.5-3.0程
度）が，メチルアルコールは高価であるため，ランニン
グコストが極めて大きくなる。また，メチルアルコール
が脱窒槽の処理水に残留した場合，メチルアルコールは
ＣＯＤとして測定されるため，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，廃水中の窒素濃度が高くなれ
ばなるほど，あるいは，変動が大きくなるほどこのＣＯ
Ｄ対策が大きな課題となる。
【００１５】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。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
窒機能を有する種類は，絶対独立栄養細菌であるThioba
cillus 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，硫黄源が必要であるか
ら，廃水中に硫黄源が存在しない場合，外部から硫黄源
を添加する必要がある。硫黄源としては，硫化物
（Ｓ2-），元素硫黄（Ｓ0），チオ硫酸（Ｓ2Ｏ3 2-），
亜硫酸（ＳＯ3 2-）等が考えられる。山中は，これらの
物質の中で，Thiobacillus denitrificans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−，ｐ
４８−ｐ５０，１９９９）。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Thiobacillus denitrif
icans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）。しかし，このような硫黄源を用いる脱窒方法は，
以下の課題がある。
題について説明する。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
窒機能を有する種類は，絶対独立栄養細菌であるThioba
cillus 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，硫黄源が必要であるか
ら，廃水中に硫黄源が存在しない場合，外部から硫黄源
を添加する必要がある。硫黄源としては，硫化物
（Ｓ2-），元素硫黄（Ｓ0），チオ硫酸（Ｓ2Ｏ3 2-），
亜硫酸（ＳＯ3 2-）等が考えられる。山中は，これらの
物質の中で，Thiobacillus denitrificans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−，ｐ
４８−ｐ５０，１９９９）。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Thiobacillus denitrif
icans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）。しかし，このような硫黄源を用いる脱窒方法は，
以下の課題がある。
【００１６】まず，（5）式から明らかなように，脱窒
反応が進行するとｐHが低下しやすい。特に，元々，廃
水のｐHが低く，アルカリ度が低い廃水には影響が大き
くでやすい。ｐHが6.0以下になると，脱窒機能は低下す
る。したがって，NaOHやCa（OH）2を用い，脱窒槽のｐH
を6-8に制御する必要が生じる。
反応が進行するとｐHが低下しやすい。特に，元々，廃
水のｐHが低く，アルカリ度が低い廃水には影響が大き
くでやすい。ｐHが6.0以下になると，脱窒機能は低下す
る。したがって，NaOHやCa（OH）2を用い，脱窒槽のｐH
を6-8に制御する必要が生じる。
【００１７】また，添加する硫黄源の種類にも種々の課
題がある。まず，元素硫黄（Ｓ0）は，安価であるが，
疎水性が強くほとんど水に溶解しない。水に元素硫黄を
添加しても均一に分散せず，浮上し相互に固まりやす
い。このため，元素硫黄を用いた場合の脱窒速度は，硫
黄を細菌が有効に利用できないため，溶解性のチオ硫酸
（Ｓ2Ｏ3 2-）などの硫黄源を用いた場合に比較して小さ
くなる。
題がある。まず，元素硫黄（Ｓ0）は，安価であるが，
疎水性が強くほとんど水に溶解しない。水に元素硫黄を
添加しても均一に分散せず，浮上し相互に固まりやす
い。このため，元素硫黄を用いた場合の脱窒速度は，硫
黄を細菌が有効に利用できないため，溶解性のチオ硫酸
（Ｓ2Ｏ3 2-）などの硫黄源を用いた場合に比較して小さ
くなる。
【００１８】次に，チオ硫酸（Ｓ2Ｏ3 2-）は，水に溶解
する硫黄源であるが，取り扱いが容易で，毒性が小さ
く，また，脱窒速度も早い特徴がある。しかしながら，
チオ硫酸は，硫黄の含有率が低いため，使用量が大きく
なる。また，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ＣＯ
Ｄを削減する設備を持つ必要がある。廃水中の窒素濃度
が高い場合，流出するチオ硫酸（Ｓ2Ｏ3 2-）の濃度も高
くなりやすく，ＣＯＤ対策設備費の削減が課題である。
する硫黄源であるが，取り扱いが容易で，毒性が小さ
く，また，脱窒速度も早い特徴がある。しかしながら，
チオ硫酸は，硫黄の含有率が低いため，使用量が大きく
なる。また，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ＣＯ
Ｄを削減する設備を持つ必要がある。廃水中の窒素濃度
が高い場合，流出するチオ硫酸（Ｓ2Ｏ3 2-）の濃度も高
くなりやすく，ＣＯＤ対策設備費の削減が課題である。
【００１９】硫化物（Ｓ2-）は，水に溶解する硫黄源で
あるが，取り扱いが困難で，ｐHが低下すると気化しや
すく，毒性が大きい。密閉式の設備，排ガスの安全対策
などの設備コストが高くなる課題がある。
あるが，取り扱いが困難で，ｐHが低下すると気化しや
すく，毒性が大きい。密閉式の設備，排ガスの安全対策
などの設備コストが高くなる課題がある。
【００２０】
【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・廃水から窒素を安定して処理することに成功し
た。本発明の要旨とするところは，次の（１）〜（12）
である。 （1）廃水からの生物学的脱窒プロセスにおいて，脱窒
槽に有機物および硫黄源を添加し，廃水中の亜硝酸性窒
素および/または硝酸性窒素を窒素ガスに還元して廃水
から除去することを特徴とする廃水からの窒素の除去方
法。 （2）硫黄源を有機物にあらかじめ溶解槽において混合
させ，混合した状態で脱窒槽に供給することを特徴とす
る請求項１に記載の廃水からの窒素の除去方法。 （3）有機物としてメチルアルコールまたはエチルアル
コールを用いることを特徴とする請求項１〜2いずれか
に記載の廃水からの窒素の除去方法。 （4）硫黄源として元素硫黄を用いることを特徴とする
請求項１〜3いずれかに記載の廃水からの窒素の除去方
法。 （5）硫黄源に含まれる硫黄の質量に対する有機物の質
量の比率が1〜2であることを特徴とする請求項１〜4い
ずれかに記載の廃水からの窒素の除去方法。 （6）有機物および硫黄源を，脱窒槽の酸化還元電位
（ＯＲＰ）が-200〜0ｍＶ（銀／塩化銀基準）の範囲に
維持されるように脱窒槽に添加することを特徴とする請
求項１〜5いずれかに記載の廃水からの窒素の除去方
法。 （7）有機物および硫黄源を，脱窒槽のｐＨが６〜８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〜
6いずれかに記載の廃水からの窒素の除去方法。 （8）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
１〜7いずれかに記載の廃水からの窒素の除去方法。 （9）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１〜8い
ずれかに記載の廃水からの窒素の除去方法。 （10）脱窒槽を充填材を充填した固定床型とすることを
特徴とする請求項１〜8いずれかに記載の廃水からの窒
素の除去方法。 （11）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１〜10いずれかに記載の廃
水からの窒素の除去方法。 （12）廃水および/または脱窒槽および/または処理水中
の亜硝酸性窒素濃度および硝酸性窒素濃度を測定し，そ
の濃度の和に応じて，脱窒槽に有機物および硫黄源を混
合して添加することを特徴とする請求項１〜11いずれか
に記載の廃水からの窒素の除去方法。
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・廃水から窒素を安定して処理することに成功し
た。本発明の要旨とするところは，次の（１）〜（12）
である。 （1）廃水からの生物学的脱窒プロセスにおいて，脱窒
槽に有機物および硫黄源を添加し，廃水中の亜硝酸性窒
素および/または硝酸性窒素を窒素ガスに還元して廃水
から除去することを特徴とする廃水からの窒素の除去方
法。 （2）硫黄源を有機物にあらかじめ溶解槽において混合
させ，混合した状態で脱窒槽に供給することを特徴とす
る請求項１に記載の廃水からの窒素の除去方法。 （3）有機物としてメチルアルコールまたはエチルアル
コールを用いることを特徴とする請求項１〜2いずれか
に記載の廃水からの窒素の除去方法。 （4）硫黄源として元素硫黄を用いることを特徴とする
請求項１〜3いずれかに記載の廃水からの窒素の除去方
法。 （5）硫黄源に含まれる硫黄の質量に対する有機物の質
量の比率が1〜2であることを特徴とする請求項１〜4い
ずれかに記載の廃水からの窒素の除去方法。 （6）有機物および硫黄源を，脱窒槽の酸化還元電位
（ＯＲＰ）が-200〜0ｍＶ（銀／塩化銀基準）の範囲に
維持されるように脱窒槽に添加することを特徴とする請
求項１〜5いずれかに記載の廃水からの窒素の除去方
法。 （7）有機物および硫黄源を，脱窒槽のｐＨが６〜８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〜
6いずれかに記載の廃水からの窒素の除去方法。 （8）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
１〜7いずれかに記載の廃水からの窒素の除去方法。 （9）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１〜8い
ずれかに記載の廃水からの窒素の除去方法。 （10）脱窒槽を充填材を充填した固定床型とすることを
特徴とする請求項１〜8いずれかに記載の廃水からの窒
素の除去方法。 （11）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１〜10いずれかに記載の廃
水からの窒素の除去方法。 （12）廃水および/または脱窒槽および/または処理水中
の亜硝酸性窒素濃度および硝酸性窒素濃度を測定し，そ
の濃度の和に応じて，脱窒槽に有機物および硫黄源を混
合して添加することを特徴とする請求項１〜11いずれか
に記載の廃水からの窒素の除去方法。
【００２１】
【発明の実施の形態】発明者らは，これまでの従属栄養
細菌や独立栄養細菌を用いた廃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。
細菌や独立栄養細菌を用いた廃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。
【００２２】まず，窒素として亜硝酸性窒素や硝酸性窒
素を含有する廃水の場合，脱窒細菌により窒素ガスとし
て窒素を廃水から除去するのであるが，前述したように
従属栄養細菌の場合はｐHが上昇し，硫黄酸化細菌の場
合はｐHが低下する。すなわち，どちらの方法をとるに
しても，大量の硫酸やNaOHを用い，脱窒槽のｐHを微生
物の最適な活性を維持できる状態にする必要がある。そ
こで，発明者らは，従属栄養細菌と硫黄酸化細菌が共存
する脱窒槽に有機物および硫黄源を所定の割合で混合し
て添加すれば，ｐH制御用の薬品を削減もしくは使用せ
ずに，廃水中の亜硝酸性窒素および/または硝酸性窒素
を窒素ガスに還元して廃水から除去できると考えた。有
機物および硫黄源を別々に脱窒槽に添加しても，硫黄源
を有機物にあらかじめ溶解槽において混合させ，混合し
た状態で脱窒槽に供給してもかまわない。
素を含有する廃水の場合，脱窒細菌により窒素ガスとし
て窒素を廃水から除去するのであるが，前述したように
従属栄養細菌の場合はｐHが上昇し，硫黄酸化細菌の場
合はｐHが低下する。すなわち，どちらの方法をとるに
しても，大量の硫酸やNaOHを用い，脱窒槽のｐHを微生
物の最適な活性を維持できる状態にする必要がある。そ
こで，発明者らは，従属栄養細菌と硫黄酸化細菌が共存
する脱窒槽に有機物および硫黄源を所定の割合で混合し
て添加すれば，ｐH制御用の薬品を削減もしくは使用せ
ずに，廃水中の亜硝酸性窒素および/または硝酸性窒素
を窒素ガスに還元して廃水から除去できると考えた。有
機物および硫黄源を別々に脱窒槽に添加しても，硫黄源
を有機物にあらかじめ溶解槽において混合させ，混合し
た状態で脱窒槽に供給してもかまわない。
【００２３】有機物としては，有機物を含む廃液，酢酸
などの有機酸，メチルアルコールやエチルアルコールな
どのアルコール類を用いればよい。中でもメチルアルコ
ールやエチルアルコールは，（3）式や（4）式のように
反応式が明確で制御しやすいため，これらを用いること
が望ましい。
などの有機酸，メチルアルコールやエチルアルコールな
どのアルコール類を用いればよい。中でもメチルアルコ
ールやエチルアルコールは，（3）式や（4）式のように
反応式が明確で制御しやすいため，これらを用いること
が望ましい。
【００２４】硫黄源としては，元素硫黄やチオ硫酸や硫
化水素を用いればよい。ただし，硫黄源の中で，元素硫
黄の場合は，最も安価であるという利点があるものの，
疎水性が強く水に溶解しにくく浮上しやすい課題があ
る。しかし，発明者らは，元素硫黄も，メチルアルコー
ルやエチルアルコールなどのアルコールと，あらかじめ
溶解槽において攪拌・混合すれば，硫黄の一部が溶解
し，また，固形の硫黄も十分に分散して混合することを
知見し，この状態で脱窒槽に供給すればよいことを見出
した。したがって，この方法を用いれば，安価な元素硫
黄も有効に用いることができるのである。
化水素を用いればよい。ただし，硫黄源の中で，元素硫
黄の場合は，最も安価であるという利点があるものの，
疎水性が強く水に溶解しにくく浮上しやすい課題があ
る。しかし，発明者らは，元素硫黄も，メチルアルコー
ルやエチルアルコールなどのアルコールと，あらかじめ
溶解槽において攪拌・混合すれば，硫黄の一部が溶解
し，また，固形の硫黄も十分に分散して混合することを
知見し，この状態で脱窒槽に供給すればよいことを見出
した。したがって，この方法を用いれば，安価な元素硫
黄も有効に用いることができるのである。
【００２５】また，硫黄源に含まれる硫黄の質量（S）
に対するメチルアルコールまたはエチルアルコールとの
質量（A）の比率（以下，A/Sと表示する）が1.5であれ
ば，（3）式あるいは（4）式および（5）式からＯＨ-と
Ｈ+が等モル発生するため，理論上ｐHは変動しない。し
かし，実際には原水のｐH，アルカリ度や脱窒槽での硫
黄の利用効率等が影響するため，脱窒槽に添加するA/S
比は1〜2程度に変動させ添加することになる。例えば，
脱窒槽のｐHが5-6と低い場合は， A/S 比は１〜1.5とし
てＯＨ-発生量を増加させ，逆に脱窒槽のｐHが8-9と高
い場合はA/S 比を1.5〜2.0と高めに設定し，Ｈ+発生量
を増加させてやればよい。いずれにせよ，脱窒槽のｐＨ
が６〜８に維持されるように， A/S 比を変動させ添加
すれば脱窒性能は安定する。ｐHが6未満あるいは8を超
える場合は，脱窒細菌の機能が低下し，脱窒性能が低下
してしまう。なお，補助的にNaOHや硫酸などの薬品を用
いてもかまわない。ｐH調整用の薬品使用量を大幅に削
減できる。
に対するメチルアルコールまたはエチルアルコールとの
質量（A）の比率（以下，A/Sと表示する）が1.5であれ
ば，（3）式あるいは（4）式および（5）式からＯＨ-と
Ｈ+が等モル発生するため，理論上ｐHは変動しない。し
かし，実際には原水のｐH，アルカリ度や脱窒槽での硫
黄の利用効率等が影響するため，脱窒槽に添加するA/S
比は1〜2程度に変動させ添加することになる。例えば，
脱窒槽のｐHが5-6と低い場合は， A/S 比は１〜1.5とし
てＯＨ-発生量を増加させ，逆に脱窒槽のｐHが8-9と高
い場合はA/S 比を1.5〜2.0と高めに設定し，Ｈ+発生量
を増加させてやればよい。いずれにせよ，脱窒槽のｐＨ
が６〜８に維持されるように， A/S 比を変動させ添加
すれば脱窒性能は安定する。ｐHが6未満あるいは8を超
える場合は，脱窒細菌の機能が低下し，脱窒性能が低下
してしまう。なお，補助的にNaOHや硫酸などの薬品を用
いてもかまわない。ｐH調整用の薬品使用量を大幅に削
減できる。
【００２６】更に，硝酸性窒素などの酸化物が消失すれ
ば，脱窒槽の酸化還元電位（ＯＲＰ）は低下する。この
性質を利用し，有機物および硫黄源または有機物と硫黄
の混合液の添加量は，脱窒槽の酸化還元電位（ＯＲＰ）
を測定し，ORPが-200〜0ｍＶ（銀／塩化銀基準）の範囲
に維持されるように脱窒槽に添加すればよい。ほぼ完全
な脱窒性能が得られる。脱窒槽のORPが0ｍVを超えると
硝酸性窒素の残留があり，ORPが-200ｍV未満では有機物
および硫黄源または有機物と硫黄の混合液の添加量が過
剰となる。
ば，脱窒槽の酸化還元電位（ＯＲＰ）は低下する。この
性質を利用し，有機物および硫黄源または有機物と硫黄
の混合液の添加量は，脱窒槽の酸化還元電位（ＯＲＰ）
を測定し，ORPが-200〜0ｍＶ（銀／塩化銀基準）の範囲
に維持されるように脱窒槽に添加すればよい。ほぼ完全
な脱窒性能が得られる。脱窒槽のORPが0ｍVを超えると
硝酸性窒素の残留があり，ORPが-200ｍV未満では有機物
および硫黄源または有機物と硫黄の混合液の添加量が過
剰となる。
【００２７】また，原水および/または脱窒槽および/ま
たは処理水中の亜硝酸性窒素濃度および硝酸性窒素濃度
を測定し，その濃度の和に応じて，脱窒槽に有機物およ
び硫黄源を混合して脱窒槽に添加してもかまわない。な
お，処理水とは脱窒槽出口以降の処理水すべてを指す。
たは処理水中の亜硝酸性窒素濃度および硝酸性窒素濃度
を測定し，その濃度の和に応じて，脱窒槽に有機物およ
び硫黄源を混合して脱窒槽に添加してもかまわない。な
お，処理水とは脱窒槽出口以降の処理水すべてを指す。
【００２８】この場合，有機物の質量（C）と硫黄源に
含まれる硫黄の質量（S）の和と窒素の質量(N)の比（以
下，（C+S）/N比と述べる）が3-3.5に維持されているこ
とが望ましい。例えば（3）式から窒素1ｇを除去するた
めの必要な有機物量は，1.9ｇと計算される。しかし，
この数字は反応効率や微生物の菌体合成を無視したもの
であり，実際には3ｇ以上必要である。また，（5）式か
ら窒素1ｇを除去するための必要硫黄量も1.9.ｇと計算
される。しかし，これも同様の理由で3ｇ以上必要であ
る。したがって，（C+S）/N比が3未満では，脱窒反応が
十分に進まず，処理水中に硝酸性窒素や亜硝酸性窒素が
残留する。このため，（C+S）/N比は3以上であることが
望ましい。一方で，（C+S）/N比が3.5をこえると，窒素
は除去されるものの，処理水に有機物および硫黄源が過
剰に残留することとなり，この処理設備が大型化する。
含まれる硫黄の質量（S）の和と窒素の質量(N)の比（以
下，（C+S）/N比と述べる）が3-3.5に維持されているこ
とが望ましい。例えば（3）式から窒素1ｇを除去するた
めの必要な有機物量は，1.9ｇと計算される。しかし，
この数字は反応効率や微生物の菌体合成を無視したもの
であり，実際には3ｇ以上必要である。また，（5）式か
ら窒素1ｇを除去するための必要硫黄量も1.9.ｇと計算
される。しかし，これも同様の理由で3ｇ以上必要であ
る。したがって，（C+S）/N比が3未満では，脱窒反応が
十分に進まず，処理水中に硝酸性窒素や亜硝酸性窒素が
残留する。このため，（C+S）/N比は3以上であることが
望ましい。一方で，（C+S）/N比が3.5をこえると，窒素
は除去されるものの，処理水に有機物および硫黄源が過
剰に残留することとなり，この処理設備が大型化する。
【００２９】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，
脱窒槽の方式を流動床型とし槽内にプラスチックスや砂
やスラグあるいは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，脱窒槽にセラミッ
クスやプラスチックスの充填材を充填した固定床方式と
してもよい。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。更に，脱窒槽の内
部に膜分離装置またはろ過装置を設置することで膜やろ
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。また，凝集剤等を用い造粒させた細菌または自己造
粒機能を有する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。いずれの方法を用いて
も，脱窒槽の細菌濃度が高まり，反応速度が増加し，処
理が安定するとともに設備の小型化が可能となる。
下の手段をとることは望ましいことである。すなわち，
脱窒槽の方式を流動床型とし槽内にプラスチックスや砂
やスラグあるいは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，脱窒槽にセラミッ
クスやプラスチックスの充填材を充填した固定床方式と
してもよい。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。更に，脱窒槽の内
部に膜分離装置またはろ過装置を設置することで膜やろ
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。また，凝集剤等を用い造粒させた細菌または自己造
粒機能を有する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。いずれの方法を用いて
も，脱窒槽の細菌濃度が高まり，反応速度が増加し，処
理が安定するとともに設備の小型化が可能となる。
【００３０】更に，脱窒槽処理水に余剰に残留する有機
物や硫黄源を除去するため，脱窒槽の後段に設置した再
曝気槽において，好気性条件下で従属栄養細菌や硫黄酸
化細菌を用いて有機物や硫黄源の酸化分解を行う。しか
し，従来の有機物単独あるいは硫黄源単独の添加の場
合，有機物の酸化過程でＯＨ-が発生してｐHが上昇す
る，あるいは，硫黄源の酸化過程でＨ+が発生しｐHが低
下してしまう課題がある。しかし，有機物と硫黄を所定
の比率で混合して脱窒槽に添加した場合には，処理水に
も有機物と硫黄源が所定の割合で残留するため，有機物
と硫黄源の酸化過程でＯＨ-とＨ+が同時に発生し，ｐH
の上昇あるいは低下を防止できるのである。したがっ
て，脱窒槽と同様に，再曝気槽においてもｐH調整用の
薬品使用量を大幅に削減できる。
物や硫黄源を除去するため，脱窒槽の後段に設置した再
曝気槽において，好気性条件下で従属栄養細菌や硫黄酸
化細菌を用いて有機物や硫黄源の酸化分解を行う。しか
し，従来の有機物単独あるいは硫黄源単独の添加の場
合，有機物の酸化過程でＯＨ-が発生してｐHが上昇す
る，あるいは，硫黄源の酸化過程でＨ+が発生しｐHが低
下してしまう課題がある。しかし，有機物と硫黄を所定
の比率で混合して脱窒槽に添加した場合には，処理水に
も有機物と硫黄源が所定の割合で残留するため，有機物
と硫黄源の酸化過程でＯＨ-とＨ+が同時に発生し，ｐH
の上昇あるいは低下を防止できるのである。したがっ
て，脱窒槽と同様に，再曝気槽においてもｐH調整用の
薬品使用量を大幅に削減できる。
【００３１】このように，脱窒槽に有機物と硫黄源を混
合して添加する本方法を用いれば，従来法と比較し，以
下に示すような多くの利点が生ずるのである。 脱窒槽でのｐH調整用の薬品使用量削減 高価な有機物，特にアルコール使用量の削減 独立栄養細菌（硫黄酸化細菌）併用による余剰汚泥
発生量の削減 独立栄養細菌（硫黄酸化細菌）併用による脱窒素処
理の安定化 炭酸カルシウム生成による固定床などの充填材の閉
塞防止 再曝気槽でのｐH調整用の薬品使用量削減
合して添加する本方法を用いれば，従来法と比較し，以
下に示すような多くの利点が生ずるのである。 脱窒槽でのｐH調整用の薬品使用量削減 高価な有機物，特にアルコール使用量の削減 独立栄養細菌（硫黄酸化細菌）併用による余剰汚泥
発生量の削減 独立栄養細菌（硫黄酸化細菌）併用による脱窒素処
理の安定化 炭酸カルシウム生成による固定床などの充填材の閉
塞防止 再曝気槽でのｐH調整用の薬品使用量削減
【００３２】更に，窒素としてアンモニア性窒素を含有
する廃水の場合，まず，廃水中のアンモニア性窒素を硝化細
菌を用いて酸化させ，生成した亜硝酸性窒素および硝酸
性窒素を，脱窒槽において脱窒細菌によって窒素ガスま
で還元して廃水から窒素を除去する。代表的な廃水とし
て，都市下水がある。通常，都市下水は30-50ｍｇ/ｌ程
度のアンモニア性窒素を含有しているとともに有機物を含有
しているため，外部から有機物や硫黄を添加することは
ほとんどない。しかし，雨水の流入などによって，一時
的に有機物濃度が低下したり，工場廃水の流入により窒
素量が増加することがある。このような場合，脱窒を促
進するため，脱窒槽に有機物と硫黄を混合して添加して
もかまわない。
する廃水の場合，まず，廃水中のアンモニア性窒素を硝化細
菌を用いて酸化させ，生成した亜硝酸性窒素および硝酸
性窒素を，脱窒槽において脱窒細菌によって窒素ガスま
で還元して廃水から窒素を除去する。代表的な廃水とし
て，都市下水がある。通常，都市下水は30-50ｍｇ/ｌ程
度のアンモニア性窒素を含有しているとともに有機物を含有
しているため，外部から有機物や硫黄を添加することは
ほとんどない。しかし，雨水の流入などによって，一時
的に有機物濃度が低下したり，工場廃水の流入により窒
素量が増加することがある。このような場合，脱窒を促
進するため，脱窒槽に有機物と硫黄を混合して添加して
もかまわない。
【００３３】
【実施例】以下，本発明の実施例を説明する。
【００３４】（実施例１）都市下水処理（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。
いる図１の内生脱窒法の改善を検討した。
【００３５】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。通常このような従属栄養
細菌が用いられている。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。
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。通常このような従属栄養
細菌が用いられている。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。
【００３６】そこで，発明者らは，脱窒槽２に，有機物
と硫黄の混合液を添加し，従属栄養細菌と硫黄酸化細菌
を併用する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。
と硫黄の混合液を添加し，従属栄養細菌と硫黄酸化細菌
を併用する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。
【００３７】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。
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。
【００３８】運転方法は以下の通りである。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ス担体（内径３m
m，長さ４mm）を好気槽容積あたり１５容量/容量％（以
下，V/V％と表示する）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，ｐＨ12を７−８に制御す
るとともに，ブロア8により空気を供給し，ＯＲＰ13を
＋１５０ｍＶ（銀／塩化銀基準）以上に維持するように
運転した。この結果，好気槽１において，都市下水中の
アンモニア性窒素のほぼ１００％が硝酸性窒素（40ｍｇ
/ｌ）となった。
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ス担体（内径３m
m，長さ４mm）を好気槽容積あたり１５容量/容量％（以
下，V/V％と表示する）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，ｐＨ12を７−８に制御す
るとともに，ブロア8により空気を供給し，ＯＲＰ13を
＋１５０ｍＶ（銀／塩化銀基準）以上に維持するように
運転した。この結果，好気槽１において，都市下水中の
アンモニア性窒素のほぼ１００％が硝酸性窒素（40ｍｇ
/ｌ）となった。
【００３９】更に，脱窒槽２には，元素硫黄とメチルア
ルコールを質量比率が1：1.5（A/S＝1.5）になるよう攪
拌添加装置6で混合し，脱窒槽２のORP12が0ｍVを超えた
場合，0ｍV以下に維持されるように添加した。ORP12が-
200ｍV未満の場合は添加せず，内生脱窒のみの運転とし
た。脱窒槽２には，浮遊性の円筒型プラスチックス担体
(内径:3mm;長さ4mm)を脱窒槽容積あたり１５V/V％投入
した。また，脱窒槽２の下部中央に，水中攪拌機13を設
置し，常時攪拌した。脱窒槽2の硝酸性窒素の容積負荷
が5-10ｋｇ−Ｎ／ｍ3・日の条件で運転した。この結
果，処理水7の窒素濃度は，1ｍｇ／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10-20倍の
高効率化が可能となった。脱窒槽2のｐHは7-8で安定し
ており，ｐH調整は不用であった。
ルコールを質量比率が1：1.5（A/S＝1.5）になるよう攪
拌添加装置6で混合し，脱窒槽２のORP12が0ｍVを超えた
場合，0ｍV以下に維持されるように添加した。ORP12が-
200ｍV未満の場合は添加せず，内生脱窒のみの運転とし
た。脱窒槽２には，浮遊性の円筒型プラスチックス担体
(内径:3mm;長さ4mm)を脱窒槽容積あたり１５V/V％投入
した。また，脱窒槽２の下部中央に，水中攪拌機13を設
置し，常時攪拌した。脱窒槽2の硝酸性窒素の容積負荷
が5-10ｋｇ−Ｎ／ｍ3・日の条件で運転した。この結
果，処理水7の窒素濃度は，1ｍｇ／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10-20倍の
高効率化が可能となった。脱窒槽2のｐHは7-8で安定し
ており，ｐH調整は不用であった。
【００４０】更に，脱窒槽2の処理水に残留する硫黄お
よびメチルアルコールは，再曝気槽３によって好気性細
菌により硫酸イオンまで，容易に酸化でき，CODは10ｍ
ｇ/ｌ以下であった。なお，再曝気槽3は，ブロア8の曝
気によってORP11を50ｍV以上に維持した。
よびメチルアルコールは，再曝気槽３によって好気性細
菌により硫酸イオンまで，容易に酸化でき，CODは10ｍ
ｇ/ｌ以下であった。なお，再曝気槽3は，ブロア8の曝
気によってORP11を50ｍV以上に維持した。
【００４１】（実施例２）都市下水処理（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。
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。
【００４２】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15を都市下水5の有機物（Ｂ
ＯＤ）を用いて脱窒を行う。
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15を都市下水5の有機物（Ｂ
ＯＤ）を用いて脱窒を行う。
【００４３】用いられているのは従属栄養細菌である。
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，また，硝化液15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。
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，また，硝化液15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。
【００４４】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。
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。
【００４５】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。従属栄養細菌と硫黄酸
化細菌を併用する循環式硝化脱窒法である。
に本法を適用した事例を述べる。従属栄養細菌と硫黄酸
化細菌を併用する循環式硝化脱窒法である。
【００４６】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
ス担体（内径３mm，長さ４mm）を好気槽容積あたり15V/
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，ｐＨ12を７−８に制御するとともに，ブロア
8により，空気を供給し，ＯＲＰ11を＋１５０ｍＶ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質量％が硝酸性窒素となった。
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
ス担体（内径３mm，長さ４mm）を好気槽容積あたり15V/
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，ｐＨ12を７−８に制御するとともに，ブロア
8により，空気を供給し，ＯＲＰ11を＋１５０ｍＶ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質量％が硝酸性窒素となった。
【００４７】更に，脱窒槽２のＯＲＰ11が0ｍＶを超え
たら，0ｍＶ以下に維持されるように，元素硫黄とメチ
ルアルコールの混合液6を添加した。なお，元素硫黄と
メチルアルコールは質量比率が1：1.5（A/S＝1.5）にな
るよう攪拌添加装置6で混合した。脱窒槽２に担体は添
加しておらず，ｐH制御もおこなわなかった。
たら，0ｍＶ以下に維持されるように，元素硫黄とメチ
ルアルコールの混合液6を添加した。なお，元素硫黄と
メチルアルコールは質量比率が1：1.5（A/S＝1.5）にな
るよう攪拌添加装置6で混合した。脱窒槽２に担体は添
加しておらず，ｐH制御もおこなわなかった。
【００４８】消化液循環率15が原水流量に対して200V/V
％，返送汚泥量10が原水流量に対して100V/V％の条件で
運転した結果，処理水7の窒素濃度は，年間を通じ平均4
ｍｇ／ｌ以下となり，80質量％以上の安定した窒素除去
率が得られた。
％，返送汚泥量10が原水流量に対して100V/V％の条件で
運転した結果，処理水7の窒素濃度は，年間を通じ平均4
ｍｇ／ｌ以下となり，80質量％以上の安定した窒素除去
率が得られた。
【００４９】（実施例３）工場酸洗廃水処理への適用
（固定床型法）本発明の方法を工場酸洗廃水処理に適用
した。工場酸洗廃水は，硝酸性窒素を１００から５００
ｍｇ／ｌ程度含有している。従来は，通性従属栄養細菌
を利用し，外部からメチルアルコー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，
外部からのメチルアルコールの添加量が大きくなるた
め，薬品コストの増加や余剰汚泥が大量に発生しやす
い，また，脱窒槽２での充填材19の目詰の課題がある。
した。工場酸洗廃水は，硝酸性窒素を１００から５００
ｍｇ／ｌ程度含有している。従来は，通性従属栄養細菌
を利用し，外部からメチルアルコー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，
外部からのメチルアルコールの添加量が大きくなるた
め，薬品コストの増加や余剰汚泥が大量に発生しやす
い，また，脱窒槽２での充填材19の目詰の課題がある。
【００５０】この工場酸洗廃水処理に，本発明の従属栄
養細菌と硫黄酸化細菌を併用する方法を適用した。この
処理フローを図３に示す。
養細菌と硫黄酸化細菌を併用する方法を適用した。この
処理フローを図３に示す。
【００５１】まず，図３の脱窒槽２にはハニカム状のプ
ラスチックス担体１９をリアクター容積あたり７０V/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には，元素硫黄とメチルアルコ
ールを攪拌槽6で混合（A/S＝1.5）し，混合液を添加し
た。また，混合液は，メチルアルコールに起因する炭素
濃度と硫黄源に起因する硫黄濃度の和と硝酸性窒素濃度
と亜硝酸性窒素濃度の和の比率（（C+S）/N比）が3に維
持された。
ラスチックス担体１９をリアクター容積あたり７０V/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には，元素硫黄とメチルアルコ
ールを攪拌槽6で混合（A/S＝1.5）し，混合液を添加し
た。また，混合液は，メチルアルコールに起因する炭素
濃度と硫黄源に起因する硫黄濃度の和と硝酸性窒素濃度
と亜硝酸性窒素濃度の和の比率（（C+S）/N比）が3に維
持された。
【００５２】脱窒槽2の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10ｍｇ／ｌ以下となった。これは，従来のメチ
ルアルコー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。しかも，脱窒槽のｐH12は7-8で安定
しており，ｐH調整は不用であった。
−Ｎ／ｍ3・日の条件で運転したところ，処理水７の窒
素濃度は10ｍｇ／ｌ以下となった。これは，従来のメチ
ルアルコー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。しかも，脱窒槽のｐH12は7-8で安定
しており，ｐH調整は不用であった。
【００５３】脱窒槽２の後段に，処理水中に残留する元
素硫黄とメチルアルコールを空気酸化する再曝気槽３を
設置した。再曝気槽３は，曝気によってORP13を100ｍV
以上に維持した。再曝気槽３の滞留時間が３０分で，最
終処理水のＣＯＤは，15ｍｇ／ｌ以下であった。やは
り，再曝気槽3のｐH12は7-8で安定しており，ｐH調整は
不用であった。
素硫黄とメチルアルコールを空気酸化する再曝気槽３を
設置した。再曝気槽３は，曝気によってORP13を100ｍV
以上に維持した。再曝気槽３の滞留時間が３０分で，最
終処理水のＣＯＤは，15ｍｇ／ｌ以下であった。やは
り，再曝気槽3のｐH12は7-8で安定しており，ｐH調整は
不用であった。
【００５４】
【発明の効果】本発明により，従来の脱窒方法で必要で
あったｐH調整用の薬品費を削減でき，また，廃水から
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，余剰汚泥の発生量
を削減できる。
あったｐH調整用の薬品費を削減でき，また，廃水から
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，余剰汚泥の発生量
を削減できる。
【図１】流動床型・内生脱窒プロセスである。
【図２】流動床型・循環式硝化脱窒プロセスである。
【図３】固定床型脱窒プロセスである。
１ 好気槽
２ 脱窒槽
３ 再ばっ気槽
４ 沈殿池
５ 都市下水
６ 硫黄＆メチルアルコール攪拌添加装置
７ 処理水
８ ブロア
９ 返送ポンプ
１０ 返送汚泥
１１ ＯＲＰ計
１２ ｐＨ計
１３ 水中攪拌機
１４ DO計
１５ 硝化循環液
１６ 酸洗廃水
１７ 送水ポンプ
１８ 処理水槽
１９ 充填材
２０ 窒素計
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｃ０２Ｆ 3/28 Ｃ０２Ｆ 3/28 Ｂ
// Ｃ０２Ｆ 1/00 1/00 Ｌ
(72)発明者 伊藤 公夫
富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技
術開発本部内
Ｆターム(参考） 4D006 GA02 KA01 KA31 KB22 KB23
KB25 PC63
4D040 AA04 AA24 AA34 AA61 AA62
BB05 BB42 BB54 BB57 BB82
BB91 BB93 DD03 DD14 DD31
Claims (12)
- 【請求項１】 廃水からの生物学的脱窒プロセスにおい
て，脱窒槽に有機物および硫黄源を添加し，廃水中の亜
硝酸性窒素および／または硝酸性窒素を窒素ガスに還元
して廃水から除去することを特徴とする廃水からの窒素
の除去方法。 - 【請求項２】 硫黄源を有機物にあらかじめ溶解槽にお
いて混合させ，混合した状態で脱窒槽に供給することを
特徴とする請求項１に記載の廃水からの窒素の除去方
法。 - 【請求項３】 有機物としてメチルアルコールまたはエ
チルアルコールを用いることを特徴とする請求項１〜２
いずれかに記載の廃水からの窒素の除去方法。 - 【請求項４】 硫黄源として元素硫黄を用いることを特
徴とする請求項１〜３いずれかに記載の廃水からの窒素
の除去方法。 - 【請求項５】 硫黄源に含まれる硫黄の質量に対する有
機物の質量の比率が１〜２であることを特徴とする請求
項１〜４いずれかに記載の廃水からの窒素の除去方法。 - 【請求項６】 有機物および硫黄源を，脱窒槽の酸化還
元電位（ＯＲＰ）が−２００〜０ｍＶ（銀／塩化銀基
準）の範囲に維持されるように脱窒槽に添加することを
特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の廃水からの窒
素の除去方法。 - 【請求項７】 有機物および硫黄源を，脱窒槽のｐＨが
６〜８に維持されるように添加することを特徴とする請
求項１〜６いずれかに記載の廃水からの窒素の除去方
法。 - 【請求項８】 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１〜７いずれかに記載の廃水からの窒素の除去
方法。 - 【請求項９】 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
１〜８いずれかに記載の廃水からの窒素の除去方法。 - 【請求項１０】 脱窒槽を充填材を充填した固定床型と
することを特徴とする請求項１〜８いずれかに記載の廃
水からの窒素の除去方法。 - 【請求項１１】 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１〜１０いずれ
かに記載の廃水からの窒素の除去方法。 - 【請求項１２】 廃水および／または脱窒槽および／ま
たは処理水中の亜硝酸性窒素濃度および硝酸性窒素濃度
を測定し，その濃度の和に応じて，脱窒槽に有機物およ
び硫黄源を混合して添加することを特徴とする請求項１
〜１１いずれかに記載の廃水からの窒素の除去方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001269798A JP4104311B2 (ja) | 2001-09-06 | 2001-09-06 | 廃水からの窒素の除去方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2001269798A JP4104311B2 (ja) | 2001-09-06 | 2001-09-06 | 廃水からの窒素の除去方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003071490A true JP2003071490A (ja) | 2003-03-11 |
| JP4104311B2 JP4104311B2 (ja) | 2008-06-18 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP (1) | JP4104311B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006043619A (ja) * | 2004-08-06 | 2006-02-16 | Mitsuko Ito | 汚水の浄化方法 |
| JP2006122771A (ja) * | 2004-10-27 | 2006-05-18 | Chuden Kankyo Technos Co Ltd | 流体処理方法及び流体処理システム |
| JP2006325512A (ja) * | 2005-05-27 | 2006-12-07 | Takuma Co Ltd | 排水処理システム |
| JP2011218345A (ja) * | 2010-03-15 | 2011-11-04 | Metawater Co Ltd | 排水処理方法及び排水処理装置 |
| CN103872368A (zh) * | 2014-01-24 | 2014-06-18 | 河海大学 | 交互式三室生物燃料电池装置及其应用于废水脱氮的方法 |
| JP2014200747A (ja) * | 2013-04-05 | 2014-10-27 | 株式会社東芝 | 水処理装置、水処理方法 |
| JP2014233691A (ja) * | 2013-06-04 | 2014-12-15 | 株式会社東芝 | 排水処理装置 |
| CN114956306A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-08-30 | 南京大学 | 一种改性耦合反硝化脱氮生物填料及其制备方法和应用 |
-
2001
- 2001-09-06 JP JP2001269798A patent/JP4104311B2/ja not_active Expired - Fee Related
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