JP2003170191A - 脱窒細菌を内包したマイクロカプセルを利用した地下水の脱窒方法およびその装置 - Google Patents
脱窒細菌を内包したマイクロカプセルを利用した地下水の脱窒方法およびその装置Info
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- Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は独立栄養脱窒細菌を内包したマイクロ
カプセル粒子を用いて、効率良く安定的に硝酸性窒素や
亜硝酸性窒素の除去を可能にする連続運転装置操作シス
テムを提供することにある。 【解決手段】図１に示すように、基本的に脱窒塔、活性
化塔及び口過送液塔からなる３つの流動層型装置システ
ムを採用することで安定な連続運転水中の硝酸性窒素や
亜硝酸性窒素を除去することができる。もう一つの方法
としては、図２に示すような複数個の脱窒塔（基本的に
充填塔）を用い、そのうち１塔を常時活性化塔として活
性化しつつ安定的な連続運転を実施することで水中の硝
酸性窒素や亜硝酸性窒素の除去ができる。
カプセル粒子を用いて、効率良く安定的に硝酸性窒素や
亜硝酸性窒素の除去を可能にする連続運転装置操作シス
テムを提供することにある。 【解決手段】図１に示すように、基本的に脱窒塔、活性
化塔及び口過送液塔からなる３つの流動層型装置システ
ムを採用することで安定な連続運転水中の硝酸性窒素や
亜硝酸性窒素を除去することができる。もう一つの方法
としては、図２に示すような複数個の脱窒塔（基本的に
充填塔）を用い、そのうち１塔を常時活性化塔として活
性化しつつ安定的な連続運転を実施することで水中の硝
酸性窒素や亜硝酸性窒素の除去ができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、微生物担体マイクロカ
プセルを硝酸性窒素で汚染された地下水等の浄化プロセ
スに利用する技術分野に関するものである。その中でも
装置、操作方法に関する発明である。
プセルを硝酸性窒素で汚染された地下水等の浄化プロセ
スに利用する技術分野に関するものである。その中でも
装置、操作方法に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】近年、畜産（糞尿）や化学肥料が原因と
考えられる硝酸性窒素による地下水汚染が深刻になって
いる。飲料水中に硝酸性窒素が多く含まれることによっ
てメトヘモグロビン血症や発癌性が報告されており、飲
料水には１０ｍｇ／ｌ 以下の硝酸性窒素含有量が規定
されている。
考えられる硝酸性窒素による地下水汚染が深刻になって
いる。飲料水中に硝酸性窒素が多く含まれることによっ
てメトヘモグロビン血症や発癌性が報告されており、飲
料水には１０ｍｇ／ｌ 以下の硝酸性窒素含有量が規定
されている。
【０００３】地下水等の硝酸性窒素を除去する物理化学
的処理方法として、イオン交換樹脂法、ＲＯ（逆浸透
膜）法、ＥＤ（電気透析）法などが提案されているが、
いずれの方法も水中の硝酸性窒素を分離する方法であ
り、再生排水中や濃縮排水中に高濃度の硝酸性窒素を含
有するため、その処理が問題となる場合が多い。
的処理方法として、イオン交換樹脂法、ＲＯ（逆浸透
膜）法、ＥＤ（電気透析）法などが提案されているが、
いずれの方法も水中の硝酸性窒素を分離する方法であ
り、再生排水中や濃縮排水中に高濃度の硝酸性窒素を含
有するため、その処理が問題となる場合が多い。
【０００４】さらに、分離回収した硝酸性窒素の他に、
イオン交換樹脂法では再生剤として使用する塩化ナトリ
ウムの排出が、海に面していない内陸部では問題とな
る。一方、生物学的処理法は，水中の硝酸性窒素を窒素
ガス化することにより除去するという特長を有してい
る。この場合、普通脱窒槽と硝化槽を組み合わせた、排
水処理装置が使用されている（特許公開２００１−２５
９６８９）。
イオン交換樹脂法では再生剤として使用する塩化ナトリ
ウムの排出が、海に面していない内陸部では問題とな
る。一方、生物学的処理法は，水中の硝酸性窒素を窒素
ガス化することにより除去するという特長を有してい
る。この場合、普通脱窒槽と硝化槽を組み合わせた、排
水処理装置が使用されている（特許公開２００１−２５
９６８９）。
【０００５】生物学的処理法には、脱窒細菌を利用した
従属栄養性脱窒法と独立栄養性脱窒法がある。従属栄養
細菌は、嫌気性条件下において、有機炭素源を栄養源と
して摂取し、“硝酸呼吸”を行うときに硝酸性窒素を還
元し、窒素ガスとして放出する。有機炭素源をある程度
含有する排水に対しては、特別の操作を施す事により、
嫌気性雰囲気下、ＢＯＤ値を増やすことなく生物学的処
理により硝酸性窒素の除去が実施されている（特許出願
２０００−３２７５４）。しかしながら、地下水には一
般的にはほとんど有機炭素源は含まれておらず、このよ
うな方法での硝酸性窒素の除去は困難である。
従属栄養性脱窒法と独立栄養性脱窒法がある。従属栄養
細菌は、嫌気性条件下において、有機炭素源を栄養源と
して摂取し、“硝酸呼吸”を行うときに硝酸性窒素を還
元し、窒素ガスとして放出する。有機炭素源をある程度
含有する排水に対しては、特別の操作を施す事により、
嫌気性雰囲気下、ＢＯＤ値を増やすことなく生物学的処
理により硝酸性窒素の除去が実施されている（特許出願
２０００−３２７５４）。しかしながら、地下水には一
般的にはほとんど有機炭素源は含まれておらず、このよ
うな方法での硝酸性窒素の除去は困難である。
【０００６】また、嫌気性雰囲気下での硝酸性窒素除去
のため、あらかじめ有機炭素源を投入することは、水自
体にとってはＣＯＤ（化学的酸素要求量）やＴＯＣ（全
有機炭素）の増加となり、著しく水質を悪化させる原因
となり、地下水の浄化は不可能になる。
のため、あらかじめ有機炭素源を投入することは、水自
体にとってはＣＯＤ（化学的酸素要求量）やＴＯＣ（全
有機炭素）の増加となり、著しく水質を悪化させる原因
となり、地下水の浄化は不可能になる。
【０００７】この問題を解決するため、有機炭素源が存
在しない場合でも脱窒能力を発現する独立栄養細菌を使
用し、水素ガスをバイオリアクターに吹き込むことによ
り浄水処理を実施した例がある（特許公開２００１−１
７０６８３）。この場合、炭酸ガスを吹き込むことで有
機炭素を供給し、菌の活性化を行っているが、水素ガス
のみの供給に比較して硝酸性窒素除去速度が小さくなる
のは避けられない。
在しない場合でも脱窒能力を発現する独立栄養細菌を使
用し、水素ガスをバイオリアクターに吹き込むことによ
り浄水処理を実施した例がある（特許公開２００１−１
７０６８３）。この場合、炭酸ガスを吹き込むことで有
機炭素を供給し、菌の活性化を行っているが、水素ガス
のみの供給に比較して硝酸性窒素除去速度が小さくなる
のは避けられない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】硝酸性窒素で汚染され
た地下水から効率良く硝酸性窒素を除去するためには、
水素ガスを流入させ独立栄養脱窒菌を内包する化学的、
機械的強度の大きい多孔質外殻膜を有する単核マイクロ
カプセルを使うことが必要である。
た地下水から効率良く硝酸性窒素を除去するためには、
水素ガスを流入させ独立栄養脱窒菌を内包する化学的、
機械的強度の大きい多孔質外殻膜を有する単核マイクロ
カプセルを使うことが必要である。
【０００９】また、安定的操作と効率向上のためには独
立栄養脱窒菌の活性化は、脱窒とは別個に活性化塔で実
施すべきである。
立栄養脱窒菌の活性化は、脱窒とは別個に活性化塔で実
施すべきである。
【００１０】本発明の目的は、硝酸性窒素に汚染された
地下水を上述の方法等を採用することにより、連続運転
が可能な方法を提供することにある。
地下水を上述の方法等を採用することにより、連続運転
が可能な方法を提供することにある。
【００１１】
【発明が解決するための手段】微生物の包括固定担体と
して、海藻類由来多糖体のカルシウムゲル等を用いた場
合に上述の長期使用によるゲル崩壊が生じる。
して、海藻類由来多糖体のカルシウムゲル等を用いた場
合に上述の長期使用によるゲル崩壊が生じる。
【００１２】この崩壊は脆弱なゲル構造と細菌に侵食さ
れ易い多糖体由来高分子材料に起因していると考えられ
るので、脱窒細菌を内包させた多孔質合成高分子で外殻
膜を形成した単核マイクロカプセルを、上述の多糖体カ
ルシウムゲルのかわりに使用しこの問題を解決した。
れ易い多糖体由来高分子材料に起因していると考えられ
るので、脱窒細菌を内包させた多孔質合成高分子で外殻
膜を形成した単核マイクロカプセルを、上述の多糖体カ
ルシウムゲルのかわりに使用しこの問題を解決した。
【００１３】この様に、長期の寿命が保証された、脱窒
細菌内包マイクロカプセルを使用することにより、次に
述べるような流動層型もしくは充填塔型装置を使用し
て、長期安定連続操作を実現することができる。
細菌内包マイクロカプセルを使用することにより、次に
述べるような流動層型もしくは充填塔型装置を使用し
て、長期安定連続操作を実現することができる。
【００１４】すなわち、流動層型装置を使用した場合に
は、図１で示したような装置配置を採用することで安定
的に連続的に運転できる。
は、図１で示したような装置配置を採用することで安定
的に連続的に運転できる。
【００１５】硝酸性窒素で汚染された地下水は、流動層
でマイクロカプセルに固定化された脱窒細菌によって脱
窒され、５ｍｇ／ｌ以下の全窒素含有量の浄化水となり
通常の浄化処理工程へと送られる。層内の地下水の平均
滞留時間は１０〜４０分間である。
でマイクロカプセルに固定化された脱窒細菌によって脱
窒され、５ｍｇ／ｌ以下の全窒素含有量の浄化水となり
通常の浄化処理工程へと送られる。層内の地下水の平均
滞留時間は１０〜４０分間である。
【００１６】一方、微生物内包マイクロカプセル粒子は
脱窒塔内をほぼ完全混合に近い挙動で流動化しており、
一部がスラリーとして活性化塔に送られる。
脱窒塔内をほぼ完全混合に近い挙動で流動化しており、
一部がスラリーとして活性化塔に送られる。
【００１７】活性化塔には地下水流量の１００〜５００
分の１が送液される。スラリー液の活性化塔での平均滞
留時間は８〜２０時間であるが、この間にマイクロカプ
セル中の微生物は活性化される。活性化塔と脱窒塔は口
過分離、洗浄、送液を段階的に行う口過送液流動層装置
で結ばれている。
分の１が送液される。スラリー液の活性化塔での平均滞
留時間は８〜２０時間であるが、この間にマイクロカプ
セル中の微生物は活性化される。活性化塔と脱窒塔は口
過分離、洗浄、送液を段階的に行う口過送液流動層装置
で結ばれている。
【００１８】口過送液流動層は下部にメッシュを持ち５
個の弁が下記のように自動的に作動する装置である。ま
ず、活性化塔から液を取り入れ（Ｖ１を開き、次に閉じ
る）、口過して、口液を活性化塔に戻す（Ｖ２を開き、
次に閉じる）。メッシュ上の微生物内包マイクロカプセ
ルは洗浄、排水（Ｖ３を開き、閉じ、Ｖ４を開き閉じ
る）を繰り返すことで洗浄される。最後に洗浄水を流入
させ（Ｖ３を開き、閉じる）、マイクロカプセルスラリ
ーを脱窒塔に送液（Ｖ５を開き、閉じる）させる。
個の弁が下記のように自動的に作動する装置である。ま
ず、活性化塔から液を取り入れ（Ｖ１を開き、次に閉じ
る）、口過して、口液を活性化塔に戻す（Ｖ２を開き、
次に閉じる）。メッシュ上の微生物内包マイクロカプセ
ルは洗浄、排水（Ｖ３を開き、閉じ、Ｖ４を開き閉じ
る）を繰り返すことで洗浄される。最後に洗浄水を流入
させ（Ｖ３を開き、閉じる）、マイクロカプセルスラリ
ーを脱窒塔に送液（Ｖ５を開き、閉じる）させる。
【００１９】極少量の培養液は活性化塔にたえず送られ
ており、活性化が必要な培養液濃度を保っている。
ており、活性化が必要な培養液濃度を保っている。
【００２０】充填塔型装置を使用した場合には、図２に
示したような装置配置を採用することで安定的に連続的
に運転できる。
示したような装置配置を採用することで安定的に連続的
に運転できる。
【００２１】充填塔型への地下水の滞留時間は５〜３０
分間であり、流動層型より速い流速が可能である。
分間であり、流動層型より速い流速が可能である。
【００２２】この場合、複数個好ましくは２０個程度の
脱窒塔を運転する必要がある。各脱窒塔は連続約４００
時間の運転は可能であるが、その後は脱窒細菌の活性化
が必要となるからである。活性化塔での処理時間（液抜
き、培養液の注入、培養活性化、培養液の取り出し、次
の塔へ供給まで）は８〜２０時間と見積れる。
脱窒塔を運転する必要がある。各脱窒塔は連続約４００
時間の運転は可能であるが、その後は脱窒細菌の活性化
が必要となるからである。活性化塔での処理時間（液抜
き、培養液の注入、培養活性化、培養液の取り出し、次
の塔へ供給まで）は８〜２０時間と見積れる。
【００２３】２０塔のうち、１塔は活性化塔として機能
させるが、他の１９塔は常に運転されているということ
になる。
させるが、他の１９塔は常に運転されているということ
になる。
【００２４】脱窒塔から活性化塔への切換えはバブル操
作で自動的に実施できる。すなわち、水素や地下水供給
弁を閉じ、塔中の液抜きを行い（液抜きの弁の開、
閉）、次に培養液を注入してマイクロカプセル内脱窒細
菌を培養活性化する（培養液の供給弁を開、次に閉、空
気弁を開）。
作で自動的に実施できる。すなわち、水素や地下水供給
弁を閉じ、塔中の液抜きを行い（液抜きの弁の開、
閉）、次に培養液を注入してマイクロカプセル内脱窒細
菌を培養活性化する（培養液の供給弁を開、次に閉、空
気弁を開）。
【００２５】活性化終了後（空気弁を閉）、培養液を抜
き取り次の塔へ供給する（培養液抜き取り弁開、次に
閉）。
き取り次の塔へ供給する（培養液抜き取り弁開、次に
閉）。
【００２６】再び、水素と地下水供給弁を開き、脱窒を
開始する。
開始する。
【００２７】これを順次自動的に行うことにより連続的
な脱窒素プラントの運転が可能となる。この場合、汚染
地下水の脱窒に関する装置能力は１９／２０となる。実
際上は微生物の活性の持続に余裕が認められるので２０
塔のうち、数個はメンテナンスも可能となるためにプラ
ント自体は年間を通しての連続運転が達成される。
な脱窒素プラントの運転が可能となる。この場合、汚染
地下水の脱窒に関する装置能力は１９／２０となる。実
際上は微生物の活性の持続に余裕が認められるので２０
塔のうち、数個はメンテナンスも可能となるためにプラ
ント自体は年間を通しての連続運転が達成される。
【００２８】
【発明の実施の形態】硝酸性窒素で汚染された地下水の
浄化処理は独立栄養脱窒細菌を内包したマイクロカプセ
ル粒子群を装入した流動層型脱窒システム（図１）ある
いは充填層型脱窒システム（図２）を採用することによ
り、省力化されかつ安定的連続運転の下、達成される。
浄化処理は独立栄養脱窒細菌を内包したマイクロカプセ
ル粒子群を装入した流動層型脱窒システム（図１）ある
いは充填層型脱窒システム（図２）を採用することによ
り、省力化されかつ安定的連続運転の下、達成される。
【００２９】
【実施例】以下に、本発明の特徴をさらに明らかにする
ため実施例を示すが、本発明はそれらの実施例によって
制限されるものではない。
ため実施例を示すが、本発明はそれらの実施例によって
制限されるものではない。
【００３０】
【実施例１】図３に実験装置の概要を示すＰａｒａｃｏ
ｃｃｕｓ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ ＩＦＯ１３３
１の２００ｇｗｅｔ ｃａｋｅをベースにして、これを
内包する単核ポリスチレンマイクロカプセル（粒子径１
００〜３００μｍ）３５０ｇを調整し、脱窒塔に挿入し
た。脱窒塔に２０ｍｇ／ｌ硝酸性窒素濃度を持つ原水ま
た活性化塔に表１に組成を示す培養液を満たすことで実
験を開始した。
ｃｃｕｓ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ ＩＦＯ１３３
１の２００ｇｗｅｔ ｃａｋｅをベースにして、これを
内包する単核ポリスチレンマイクロカプセル（粒子径１
００〜３００μｍ）３５０ｇを調整し、脱窒塔に挿入し
た。脱窒塔に２０ｍｇ／ｌ硝酸性窒素濃度を持つ原水ま
た活性化塔に表１に組成を示す培養液を満たすことで実
験を開始した。
【００３１】２０ｍｇ／ｌ硝酸性窒素濃度を持つ原水を
２０ｍｌ／ｍｉｎの速度で供給した。また、脱窒塔から
活性化塔への送液は１０ｍｌ／ｍｉｎの速度で６秒間送
液し、その後５分間送液を休止する方法で平均０．２ｍ
ｌ／ｍｉｎを実現した。
２０ｍｌ／ｍｉｎの速度で供給した。また、脱窒塔から
活性化塔への送液は１０ｍｌ／ｍｉｎの速度で６秒間送
液し、その後５分間送液を休止する方法で平均０．２ｍ
ｌ／ｍｉｎを実現した。
【００３２】実験装置図中央の口過送液塔は、手動によ
り約６時間間隔で作動させた。まず、バルブＶ１を開
き、活性化塔からのスラリー液７０ｍｌを口過送液塔に
流入させた。（バブルＶ１を閉める）。
り約６時間間隔で作動させた。まず、バルブＶ１を開
き、活性化塔からのスラリー液７０ｍｌを口過送液塔に
流入させた。（バブルＶ１を閉める）。
【００３３】次に、バブルＶ２（三方コック）を動か
し、ポンプを作動させて口液を活性化塔にもどした。
（次にＶ２バブルを閉めた）。洗浄水を上部から流して
マイクロカプセル粒子を洗浄し、Ｖ２バブルを動かして
口液を排水した。充分に洗浄後、Ｖ２バルブを閉めた。
し、ポンプを作動させて口液を活性化塔にもどした。
（次にＶ２バブルを閉めた）。洗浄水を上部から流して
マイクロカプセル粒子を洗浄し、Ｖ２バブルを動かして
口液を排水した。充分に洗浄後、Ｖ２バルブを閉めた。
【００３４】再び、洗浄水を入れてＶ３バルブを開き、
脱窒細菌内包マイクロカプセルを脱窒塔にもどした。以
上の操作を６時間ごとに繰り返した。培養液の減少分は
３日ごとに補充した。
脱窒細菌内包マイクロカプセルを脱窒塔にもどした。以
上の操作を６時間ごとに繰り返した。培養液の減少分は
３日ごとに補充した。
【００３５】
【結果】図４に３ヶ月間余りにわたる流出口における硝
酸性窒素と亜硝酸性窒素の濃度の測定結果を示す。図に
示すように長期にわたって安定的な連続運転が可能なこ
とが実証された。
酸性窒素と亜硝酸性窒素の濃度の測定結果を示す。図に
示すように長期にわたって安定的な連続運転が可能なこ
とが実証された。
【表１】培地の組成を示す。
【表１】
【図１】流動層型脱窒システムの概略図を示す。
【図２】充填塔型脱窒システムの概略図を示す。
【図３】脱窒プロセス実験に使用する装置図を示す。
【図４】硝酸性窒素と亜硝酸性窒素の濃度測定結果の一
例を示す。
例を示す。
─────────────────────────────────────────────────────
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）
// Ｃ１２Ｍ 1/40 Ｃ１２Ｍ 1/40 Ｚ
(72)発明者 吉田 昌弘
鹿児島県鹿児島市宇宿３−35−26−403
(72)発明者 畑中 千秋
福岡県北九州市小倉南区守恒４−５−７
(72)発明者 横山 勝一
鹿児島県日置郡松元町春山1600−29
Ｆターム(参考） 4B029 AA02 AA21 BB02 CC03 DA07
DG06 DG08 DG10
4B065 AA01X AC20 BB02 BD06
BD50 CA56
4D003 AA01 AA14 EA15 EA30 FA06
FA10
4D040 AA04 AA34 AA54 BB42 BB82
Claims (2)
- 【請求項１】独立栄養脱窒細菌を内包したマイクロカプ
セルを脱窒塔と活性化塔の２つの流動層を循環させるこ
とを特徴とする硝酸性窒素で汚染された地下水等の連続
脱窒方法およびその装置。 - 【請求項２】独立栄養脱窒細菌を内包した多孔質殻単核
マイクロカプセルを装填した複数個の塔を使うことによ
る、地下水の脱窒と活性化を繰り返す事による連続脱窒
方法およびその装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001340044A JP5172058B2 (ja) | 2001-09-30 | 2001-09-30 | 硝酸性窒素で汚染された地下水等の連続脱窒方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001340044A JP5172058B2 (ja) | 2001-09-30 | 2001-09-30 | 硝酸性窒素で汚染された地下水等の連続脱窒方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003170191A true JP2003170191A (ja) | 2003-06-17 |
| JP5172058B2 JP5172058B2 (ja) | 2013-03-27 |
Family
ID=19154306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001340044A Expired - Fee Related JP5172058B2 (ja) | 2001-09-30 | 2001-09-30 | 硝酸性窒素で汚染された地下水等の連続脱窒方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5172058B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4103516A4 (en) * | 2020-02-12 | 2023-08-23 | Clean Teq Water Technology Pty Ltd. | PROCESS AND INSTALLATION |
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| JPS5645798A (en) * | 1979-09-25 | 1981-04-25 | Ebara Infilco Co Ltd | Biological denitrification of waste water |
| JPH0494799A (ja) * | 1990-08-10 | 1992-03-26 | Japan Organo Co Ltd | 生物学的窒素除去方法 |
| JPH05220492A (ja) * | 1992-02-12 | 1993-08-31 | Kubota Corp | 微生物固定化担体およびその製造方法 |
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| JPH08117777A (ja) * | 1994-10-20 | 1996-05-14 | Masatoshi Matsumura | 液流式生化学反応装置及び当該装置を用いた地下水又は排水の浄化システム |
| JPH10290996A (ja) * | 1997-02-20 | 1998-11-04 | Hitachi Plant Eng & Constr Co Ltd | 水の脱窒処理装置 |
-
2001
- 2001-09-30 JP JP2001340044A patent/JP5172058B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP5172058B2 (ja) | 2013-03-27 |
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