JP2901323B2 - 生物学的窒素除去方法 - Google Patents
生物学的窒素除去方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は主として飲料用原水中に含まれる硝酸態およ
び／または亜硝酸態窒素の如き酸化態窒素を除去する方
法および装置に関するものである。
び／または亜硝酸態窒素の如き酸化態窒素を除去する方
法および装置に関するものである。
近年飲料用原水特に井水中の酸化態窒素濃度が高くな
っており飲料用基準である10mg N/を超す場合も多く
なっている。
っており飲料用基準である10mg N/を超す場合も多く
なっている。
これら酸化態窒素はメトヘモグロビン血症の原因物質
として知られ、また強力な変異原性物質であるニトロソ
アミンの前駆物質でもある。このような飲用水中の酸化
態窒素の上昇原因としては農地への窒素肥料の施肥が自
然環境中で硝化されること、あるいは下水処理場から一
部硝化された処理水が排出されること等があげられる。
として知られ、また強力な変異原性物質であるニトロソ
アミンの前駆物質でもある。このような飲用水中の酸化
態窒素の上昇原因としては農地への窒素肥料の施肥が自
然環境中で硝化されること、あるいは下水処理場から一
部硝化された処理水が排出されること等があげられる。
原因が何であるにせよ飲用に供する水中の硝酸態およ
び／または亜硝酸態窒素などの酸化態窒素の除去が必要
とされている 従来の飲用水の酸化態窒素の除去技術としては、大き
く分けて２種類の方法が考えられてきた。
び／または亜硝酸態窒素などの酸化態窒素の除去が必要
とされている 従来の飲用水の酸化態窒素の除去技術としては、大き
く分けて２種類の方法が考えられてきた。
第１の処理法として物理化学的処理があり、この代表
的な方法として陰イオン交換性樹脂を用いたイオン交換
法が挙げられる。この方法はイオン交換反応により飲用
原水中の を樹脂に吸着除去させる方法である。これは反応速度が
速く確実な処理が期待できる方法であるが、吸着飽和量
となった後の樹脂の再生廃液処理をいかに行うかが課題
となっている。
的な方法として陰イオン交換性樹脂を用いたイオン交換
法が挙げられる。この方法はイオン交換反応により飲用
原水中の を樹脂に吸着除去させる方法である。これは反応速度が
速く確実な処理が期待できる方法であるが、吸着飽和量
となった後の樹脂の再生廃液処理をいかに行うかが課題
となっている。
第２の処理法として生物学的処理法（脱窒法）が挙げ
られる。これはある主の微生物が有する硝酸呼吸能力を
用いる方法であり、この反応においては水素供与体が必
要とされる。より一般的な脱窒法としては、従属栄養性
細菌による処理法すなわち水素供与体としてエタノー
ル，メタノール，酢酸等の有機物を用いる方法がある。
この方法は下廃水処理等での実績も多いものであるが、
飲用水を対象とした場合は実質上有機物を含まないとい
ってよい飲用原水にあえて有機物を添加することが短所
と言える。また脱窒反応を確実に行うためには一定過剰
量の有機物の添加が望まれ、そのため脱窒工程の後段に
余剰の有機物を除去するための酸化工程も必要となる。
られる。これはある主の微生物が有する硝酸呼吸能力を
用いる方法であり、この反応においては水素供与体が必
要とされる。より一般的な脱窒法としては、従属栄養性
細菌による処理法すなわち水素供与体としてエタノー
ル，メタノール，酢酸等の有機物を用いる方法がある。
この方法は下廃水処理等での実績も多いものであるが、
飲用水を対象とした場合は実質上有機物を含まないとい
ってよい飲用原水にあえて有機物を添加することが短所
と言える。また脱窒反応を確実に行うためには一定過剰
量の有機物の添加が望まれ、そのため脱窒工程の後段に
余剰の有機物を除去するための酸化工程も必要となる。
新たな生物処理法として最近注目を集め始めている手
法として水素酸化細菌を用いた脱窒法が挙げられる（特
開昭57−201594号）。これは独立栄養性の水素酸化脱窒
菌を用いた水中の酸化態窒素の除去方法であり、飲用原
水に水素ガスという非常にクリーンな水素供与体を添加
することにより、以下の式のように脱窒を行うものであ
る。
法として水素酸化細菌を用いた脱窒法が挙げられる（特
開昭57−201594号）。これは独立栄養性の水素酸化脱窒
菌を用いた水中の酸化態窒素の除去方法であり、飲用原
水に水素ガスという非常にクリーンな水素供与体を添加
することにより、以下の式のように脱窒を行うものであ
る。
このような反応に関与する細菌としてはParacoccus d
enitrificans,Micrococcus denitrificans等が知られて
いる。
enitrificans,Micrococcus denitrificans等が知られて
いる。
しかしながら水素酸化細菌を用いた脱窒法にもいくつ
かの問題点が挙げられる。
かの問題点が挙げられる。
第１の問題点としてはこの反応に関与する独立栄養性
の水素酸化細菌は他の独立栄養性細菌と同様に比増殖速
度が非常に遅く、反応器内に高濃度に保持することが難
しい。
の水素酸化細菌は他の独立栄養性細菌と同様に比増殖速
度が非常に遅く、反応器内に高濃度に保持することが難
しい。
第２の問題点としては水素供与体として水素ガスを用
いることに関するもので、水素ガスは比較的安価なガス
であるとは言えるが、やはり必要量以上に供与すること
はコスト的にも好ましくなく、さらには安全面からも大
過剰の水素ガスの使用は避けるべきである。また水素ガ
スの水への溶解度は20℃で1.6mg/（但し、水素分圧1a
tmの場合）と低いため、反応器内の原水中に水素ガスを
直接吹き込んで溶解させるといった従来法では、水素の
損失が大きいにもかかわらず反応に必要な量の水素の水
中への供給が難しく、したがって脱窒反応における律速
となり易い。
いることに関するもので、水素ガスは比較的安価なガス
であるとは言えるが、やはり必要量以上に供与すること
はコスト的にも好ましくなく、さらには安全面からも大
過剰の水素ガスの使用は避けるべきである。また水素ガ
スの水への溶解度は20℃で1.6mg/（但し、水素分圧1a
tmの場合）と低いため、反応器内の原水中に水素ガスを
直接吹き込んで溶解させるといった従来法では、水素の
損失が大きいにもかかわらず反応に必要な量の水素の水
中への供給が難しく、したがって脱窒反応における律速
となり易い。
第３の問題点しては第1,第２の問題点の複合によるも
のであるが、このような反応を用いた反応器は高負荷を
とり難く、結果として装置容量が大きなものとなってし
まうことが挙げられる。
のであるが、このような反応を用いた反応器は高負荷を
とり難く、結果として装置容量が大きなものとなってし
まうことが挙げられる。
上述のような問題点を持つものの、水素酸化細菌によ
る脱窒の種々の特徴は大きく、本発明者はこれに多々検
討を加えた結果、以下に述べる新規な生物学的窒素除去
法の発明に至った。
る脱窒の種々の特徴は大きく、本発明者はこれに多々検
討を加えた結果、以下に述べる新規な生物学的窒素除去
法の発明に至った。
即ち、本発明は水素供与体としての水素ガスと酸化態
窒素を含有する原水との接触を反応器内に設置したガス
膜を透して行い、かつ当該ガス膜の原水側外表面に水素
酸化細菌を付着，増殖させることにより、生物学的に脱
室反応を行う方法および装置に係わる。
窒素を含有する原水との接触を反応器内に設置したガス
膜を透して行い、かつ当該ガス膜の原水側外表面に水素
酸化細菌を付着，増殖させることにより、生物学的に脱
室反応を行う方法および装置に係わる。
即ち本発明の要旨とする所は水素ガスを水素供与体に
用いて水中の酸化態窒素を水素酸化細菌により生物学的
に除去する方法において、上記の水素供与体である水素
ガスと上記の酸化態窒素を含有する原水とをガス膜を透
して接触させ、当該ガス膜の原水側表面に微生物を付
着，増殖せしめることにより原水側で微生物反応を行う
ことを特徴とする生物学的窒素除去方法およびそれに使
用する装置に係わるものである。
用いて水中の酸化態窒素を水素酸化細菌により生物学的
に除去する方法において、上記の水素供与体である水素
ガスと上記の酸化態窒素を含有する原水とをガス膜を透
して接触させ、当該ガス膜の原水側表面に微生物を付
着，増殖せしめることにより原水側で微生物反応を行う
ことを特徴とする生物学的窒素除去方法およびそれに使
用する装置に係わるものである。
今詳細を本発明の実施態様を示した第１図を用いて説
明する。酸化態窒素を含有する飲用原水は原水供給ライ
ン１を介して反応器６に流入する。原水供給ライン１に
栄養源添加ライン５を連通して原水中或いは反応器６に
直接リン，無機態炭素等の栄養源が必要に応じて微量添
加される。
明する。酸化態窒素を含有する飲用原水は原水供給ライ
ン１を介して反応器６に流入する。原水供給ライン１に
栄養源添加ライン５を連通して原水中或いは反応器６に
直接リン，無機態炭素等の栄養源が必要に応じて微量添
加される。
反応器６内には多数本の中空糸状ガス膜を縦型の筒状
に束ねたガス膜モジュール７が充填されており、水素ガ
スが水素ガス供給ライン３を介してガス膜モジュール７
に下部より供給され、ガス膜を透過した水素が反応器６
内の原水中にほぼ100％溶解し、供給される。栄養源の
無機態炭素をCO2ガスとして水素ガスと混合し供給して
も良い。
に束ねたガス膜モジュール７が充填されており、水素ガ
スが水素ガス供給ライン３を介してガス膜モジュール７
に下部より供給され、ガス膜を透過した水素が反応器６
内の原水中にほぼ100％溶解し、供給される。栄養源の
無機態炭素をCO2ガスとして水素ガスと混合し供給して
も良い。
ガス膜モジュール７の外表面には水素酸化細菌を積極
的に繁殖させており、この微生物の働きにより液中の酸
化態窒素は水素ガスとの前記式で示した反応により脱
窒される。ガス膜モジュール７は第１図に示した様に上
方に水素ガスライン止４を設ける等して他端を閉じた形
態でも良いし、第２図に示したように水素ガスラインを
循環ライン４′としても良い。
的に繁殖させており、この微生物の働きにより液中の酸
化態窒素は水素ガスとの前記式で示した反応により脱
窒される。ガス膜モジュール７は第１図に示した様に上
方に水素ガスライン止４を設ける等して他端を閉じた形
態でも良いし、第２図に示したように水素ガスラインを
循環ライン４′としても良い。
また、原水と微生物の接触効率を高めるため反応器内
の液或いはガスを循環ライン８により循環してもよい。
の液或いはガスを循環ライン８により循環してもよい。
また、図中には示されていないが、微生物の過剰増殖
による目詰まり、ショートパス等のトラブルを避けるた
めの洗浄水ライン，洗浄ガスラインは必要に応じ設けら
れる。なお図中９はガス排出ラインである。
による目詰まり、ショートパス等のトラブルを避けるた
めの洗浄水ライン，洗浄ガスラインは必要に応じ設けら
れる。なお図中９はガス排出ラインである。
反応器は常圧で運転するのが通常であるが、水素ガス
の溶解度を上げるため加圧下（〜5kg/cm2）で運転して
も良い。
の溶解度を上げるため加圧下（〜5kg/cm2）で運転して
も良い。
ガス膜モジュールの形状は中空糸型が最も好ましく、
ガス透過面積を広くするためより細いものが良い。
ガス透過面積を広くするためより細いものが良い。
膜モジュール充填率（反応器全容量に対する膜モジュ
ール容量が占める割合）は２〜50％が好ましい、より好
ましくは５〜30％である。
ール容量が占める割合）は２〜50％が好ましい、より好
ましくは５〜30％である。
またガス膜モジュール内のガス圧は反応器内水圧と同
等か或いはそれよりさらに0.1〜6kg/cm2加圧状態が良
い。
等か或いはそれよりさらに0.1〜6kg/cm2加圧状態が良
い。
ガス膜は水素酸化細菌を付着，増殖させる原水側の表
面に粗面加工等の表面加工を施すことは有効であり、又
その材質は水素ガスの透過性が良いものであれば特に限
定しないが、一般的にはシリコンゴム，ポリペンタン，
ポリエチレン，ポリ四弗化エチレン等があげられる。
面に粗面加工等の表面加工を施すことは有効であり、又
その材質は水素ガスの透過性が良いものであれば特に限
定しないが、一般的にはシリコンゴム，ポリペンタン，
ポリエチレン，ポリ四弗化エチレン等があげられる。
本発明に基づく各種のテストの結果、本発明は劇的な
脱窒装置の改善をもたらし、飲用原水中の硝酸態および
／または亜硝酸態窒素の除去法として非常に優れたもの
となることが明らかとなった。前述の従来法の問題点の
解決という点から以下により具体的に述べる。
脱窒装置の改善をもたらし、飲用原水中の硝酸態および
／または亜硝酸態窒素の除去法として非常に優れたもの
となることが明らかとなった。前述の従来法の問題点の
解決という点から以下により具体的に述べる。
水素ガスという水素酸化細菌にとって必要な基質を供
給するガス膜表層に当該細菌を生育せしめることによ
り、この増殖速度の遅い細菌をその至適な環境に置くこ
とができ、その結果この水素酸化細菌が高濃度に保持で
きることとなる。また、このためにはガス膜を介しての
マイルドな水素供給が細菌付着を阻害する程の乱れを引
き起こさないことも重要なポイントとなっている。
給するガス膜表層に当該細菌を生育せしめることによ
り、この増殖速度の遅い細菌をその至適な環境に置くこ
とができ、その結果この水素酸化細菌が高濃度に保持で
きることとなる。また、このためにはガス膜を介しての
マイルドな水素供給が細菌付着を阻害する程の乱れを引
き起こさないことも重要なポイントとなっている。
第２の問題点として挙げた水素供給の問題に関して
は、ガス膜を利用することにより、経済的にかつ安全に
水素ガスの供給が可能となる。即ちガス膜を介しての水
素供給においては、ガス膜を透過した水素は本質的にほ
ぼ100％水中に溶解する。そして、ガス側の圧力と液側
の圧力とが同じである場合は、液側が水素不飽和である
ときにのみ水素ガスの移動が起こるため、反応に必要な
水素量以上には、より正確には反応に必要な水素量と液
に飽和して系外に流出する水素量の和以上には系に供給
されない。このことは水素の過剰な供給を抑えることが
できて経済的であるとともに、安全性の面からも非常に
好ましい。
は、ガス膜を利用することにより、経済的にかつ安全に
水素ガスの供給が可能となる。即ちガス膜を介しての水
素供給においては、ガス膜を透過した水素は本質的にほ
ぼ100％水中に溶解する。そして、ガス側の圧力と液側
の圧力とが同じである場合は、液側が水素不飽和である
ときにのみ水素ガスの移動が起こるため、反応に必要な
水素量以上には、より正確には反応に必要な水素量と液
に飽和して系外に流出する水素量の和以上には系に供給
されない。このことは水素の過剰な供給を抑えることが
できて経済的であるとともに、安全性の面からも非常に
好ましい。
更にガス膜の表面積を十分にとることにより、溶解度
の低い水素ガスを反応に必要な量だけ水中へ速やかに供
給できるため、系として水素ガス供給が主たる律速因子
とはならないこととなる。
の低い水素ガスを反応に必要な量だけ水中へ速やかに供
給できるため、系として水素ガス供給が主たる律速因子
とはならないこととなる。
第３の問題点として挙げた反応速度の遅さは上述した
種々の本発明の効果即ち、増殖速度の遅い水素酸化細菌
をその至適な環境下に高濃度に保持することができるこ
と、および水素を十分にかつ必要量だけ系内に供給でき
ることにより改善され、反応速度は飛躍的に上昇する。
種々の本発明の効果即ち、増殖速度の遅い水素酸化細菌
をその至適な環境下に高濃度に保持することができるこ
と、および水素を十分にかつ必要量だけ系内に供給でき
ることにより改善され、反応速度は飛躍的に上昇する。
水道水中にNaNO3を15mg N/,KH2PO4を0.2mg P/,Na
HCO3を100mg/を添加したものを模擬原水として以下の
通り従来法および本発明法を夫々実施した。尚水温は15
℃に制御した。
HCO3を100mg/を添加したものを模擬原水として以下の
通り従来法および本発明法を夫々実施した。尚水温は15
℃に制御した。
従来法 第３図に示す従来のフロー、即ちサイドストリームに
水素ガス飽和タンク10を設け、原水を循環する方法で実
験を行った。循環量は原水量の５倍量とした。微生物反
応槽は固定床充填部11を有する反応器６とし、固定床充
填部11の充填材としてセラミックボール（平均径２〜3m
m）を用いた。反応器６の容量は１、飽和タンク10の
内部に撹拌器12を取りつけ、タンク容量は400ml、水素
ガスの供給は水素ガス供給ライン３を介して飽和タンク
10の下部に行い、飽和タンク内液が飽和となることを確
認しながら実験を行った。なお、飽和タンク10内におい
て水中に溶解しなかった余剰の水素ガスは、ガス排出ラ
イン９を介して系外に排出した。種汚泥として水素酸化
細菌（同様の基質で培養）を用いた。
水素ガス飽和タンク10を設け、原水を循環する方法で実
験を行った。循環量は原水量の５倍量とした。微生物反
応槽は固定床充填部11を有する反応器６とし、固定床充
填部11の充填材としてセラミックボール（平均径２〜3m
m）を用いた。反応器６の容量は１、飽和タンク10の
内部に撹拌器12を取りつけ、タンク容量は400ml、水素
ガスの供給は水素ガス供給ライン３を介して飽和タンク
10の下部に行い、飽和タンク内液が飽和となることを確
認しながら実験を行った。なお、飽和タンク10内におい
て水中に溶解しなかった余剰の水素ガスは、ガス排出ラ
イン９を介して系外に排出した。種汚泥として水素酸化
細菌（同様の基質で培養）を用いた。
本発明法 第１図に示すフローで実験を行った。水素ガス圧は1k
g/cm2、反応器６は常圧とし、内部循環量は原水量の５
倍とした。
g/cm2、反応器６は常圧とし、内部循環量は原水量の５
倍とした。
反応器容量は１、ガス膜として中空糸状シリコン膜
を用い、膜モジュール７の充填率は10％とした。
を用い、膜モジュール７の充填率は10％とした。
３ケ月運転後の許容負荷（NOx−Ｎ除去率95％以上）
は、従来法で0.35kg N/m3/日、 本発明法では2.5kg N/m3/日となり、本発明法の優位
性が示された。
は、従来法で0.35kg N/m3/日、 本発明法では2.5kg N/m3/日となり、本発明法の優位
性が示された。
本発明によれば水素ガスの原水の供給をガス膜を透し
て行うため、原水中の酸化態窒素を水素酸化細菌により
生物学的に除去するための微生物反応に必要な量だけの
水素ガスを供給すればよく、水素ガスの取扱い上、安全
かつ経済的であり、更に本発明ではガス膜の原水側の外
表面に水酸化細菌を積極的に増殖させることにより当該
細菌の生育環境を好ましくかつ原水の反応系内に該細菌
を高濃度に保持できる。かくて本発明によれば水素ガス
の原水側への供給状態が良好となり、従来法の５〜10倍
の反応速度が得られる。
て行うため、原水中の酸化態窒素を水素酸化細菌により
生物学的に除去するための微生物反応に必要な量だけの
水素ガスを供給すればよく、水素ガスの取扱い上、安全
かつ経済的であり、更に本発明ではガス膜の原水側の外
表面に水酸化細菌を積極的に増殖させることにより当該
細菌の生育環境を好ましくかつ原水の反応系内に該細菌
を高濃度に保持できる。かくて本発明によれば水素ガス
の原水側への供給状態が良好となり、従来法の５〜10倍
の反応速度が得られる。
第１図および第２図は本発明の各実施態様を示し、第１
図は水素ガス非循環型の反応装置であり、第２図は水素
ガス循環型の反応装置である。 第３図は従来法を示した説明図である。 図 中 １……原水供給ライン ２……処理水ライン ３……水素ガス供給ライン ４……水素ガスライン止 ４′……水素ガス循環ライン ５……栄養源添加ライン ６……反応器 ７……ガス膜モジュール ８……循環ライン ９……ガス排出ライン 10……飽和タンク 11……固定床充填部 12……撹拌器
図は水素ガス非循環型の反応装置であり、第２図は水素
ガス循環型の反応装置である。 第３図は従来法を示した説明図である。 図 中 １……原水供給ライン ２……処理水ライン ３……水素ガス供給ライン ４……水素ガスライン止 ４′……水素ガス循環ライン ５……栄養源添加ライン ６……反応器 ７……ガス膜モジュール ８……循環ライン ９……ガス排出ライン 10……飽和タンク 11……固定床充填部 12……撹拌器
Claims (3)
- 【請求項１】水素ガスを水素供与体に用いて水中の酸化
態窒素を水素酸化細菌により生物学的に除去する方法に
おいて、上記の水素供与体である水素ガスと上記の酸化
態窒素を含有する原水とをガス膜を透して接触させ、当
該ガス膜の原水側表面に微生物を付着，増殖せしめるこ
とにより原水側で微生物反応を行うことを特徴とする生
物学的窒素除去方法。 - 【請求項２】水素ガスを水素供与体に用いて水中の酸化
態窒素を水素酸化細菌により生物学的に除去するための
生物学的反応器において、この生物学的反応器内に上記
の水素供与体である水素ガスと上記の酸化態窒素を含有
する原水とを区分するガス膜を設置し、当該ガス膜の原
水側表面に微生物を付着，増殖せしめることにより原水
側で微生物反応を行うように構成したことを特徴とする
生物学的窒素除去装置。 - 【請求項３】ガス膜として中空糸状ガス膜を用いて中空
糸状内部を水素ガス側に、中空糸状外部を原水側に区分
した請求項２記載の装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21027390A JP2901323B2 (ja) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | 生物学的窒素除去方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21027390A JP2901323B2 (ja) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | 生物学的窒素除去方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0494799A JPH0494799A (ja) | 1992-03-26 |
| JP2901323B2 true JP2901323B2 (ja) | 1999-06-07 |
Family
ID=16586663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21027390A Expired - Fee Related JP2901323B2 (ja) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | 生物学的窒素除去方法 |
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| JP (1) | JP2901323B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100446070B1 (ko) * | 2001-03-26 | 2004-08-30 | 주식회사 제닉스엔지니어링 | 악취 및 휘발성 유기 화합물(브이오씨) 제거를 위한 장치및 방법 |
| JP3906344B2 (ja) * | 2001-05-09 | 2007-04-18 | 和歌山県 | 排水処理装置および排水処理方法 |
| JP5172058B2 (ja) * | 2001-09-30 | 2013-03-27 | 泰雄 幡手 | 硝酸性窒素で汚染された地下水等の連続脱窒方法 |
| CA2566454A1 (en) * | 2004-05-14 | 2005-12-01 | Northwestern University | Methods and systems for total nitrogen removal |
-
1990
- 1990-08-10 JP JP21027390A patent/JP2901323B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0494799A (ja) | 1992-03-26 |
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