JP3485240B2

JP3485240B2 - 窒素除去方法及び装置並びに包括固定化担体

Info

Publication number: JP3485240B2
Application number: JP28387297A
Authority: JP
Inventors: 立夫角野; 信子橋本; 一彦能登; 多佳子小笠原
Original assignee: 日立プラント建設株式会社
Priority date: 1996-11-01
Filing date: 1997-10-16
Publication date: 2004-01-13
Anticipated expiration: 2017-10-16
Also published as: US5976378A; EP0839765A2; JPH10230292A; DE69710551D1; EP0839765B1; DE69710551T2; EP0839765A3

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は窒素除去方法及び装
置並びに包括固定化担体に係り、特に、処理時間が短
く、且つ省エネルギー型の廃水処理を可能とする窒素除
去方法及び装置並びに包括固定化担体に関する。

【０００２】

【従来の技術】下水、し尿、産業廃水等の廃水中の窒素
は、湖沼、内湾などの閉鎖性水域における富栄養化現象
の原因とされている。従来、これらの廃水中から窒素成
分を除去する窒素除去としては、微生物を利用した生物
学的な窒素除去処理が行われており、代表例としては活
性汚泥循環変法がある。この生物学的な窒素除去方法
は、独立栄養菌である硝化細菌の窒素化合物酸化能力を
利用して、廃水中のアンモニア性窒素を先ず好気条件で
亜硝酸や硝酸に酸化し、その後、従属栄養細菌である脱
窒細菌の働により、廃水中の有機物等を電子供与体とし
て亜硝酸や硝酸を嫌気性状態で窒素に還元することによ
り廃水から窒素を除去するものである。

【０００３】また、窒素除去は、処理水の総窒素量（Ｔ
−Ｎ）が１０ｍｇ／Ｌ以下、Ｔ−Ｎ除去率でみた場合に
５０％程度が要求される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
生物学的な窒素除去方法は、処理時間に極めて長時間を
要する欠点があると共に、脱窒反応には脱窒細菌の還元
力のエネルギー源である、例えばメタノールや水素等の
水素供与体を必要とするため、処理コストが高くなると
いう欠点があった。

【０００５】また、従来の生物学的な窒素除去方法の場
合、好気条件で硝化反応を行う硝化槽と、嫌気条件で脱
窒反応を行う脱窒槽の２槽が必要であり、装置が大型化
するばかりでなく、２槽にすることにより硝化槽と脱窒
槽との間で廃水を循環するためのエネルギーを必要とす
るという欠点がある。このように、活性汚泥循環変法に
代表される従来の生物学的な窒素除去方法は、処理時
間、処理コスト、装置のコンパクト化等の点で満足でき
るものではなかった。

【０００６】本発明のこのような事情に鑑みてなされた
もので、処理時間が極めて短く、処理コストを低減で
き、１槽で窒素除去を行うことができる窒素除去方法及
び装置並びにそれに使用する包括固定化担体を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】本発明は前記目的を達成す
る為に、廃水中の窒素化合物を生物学的に処理して除去
する窒素除去方法において、前記窒素化合物を酸化する
酸化微生物と、前記酸化微生物により酸化されて生成し
た窒素化合物の酸化中間生成物を窒素に変換する触媒作
用物質と、前記触媒作用物質の窒素変換能力を再生する
変換微生物とを、前記廃水と好気条件で接触させること
を特徴とする。また、本発明は前記目的を達成する為
に、鉄分を含有する廃水中の窒素化合物を生物学的に処
理して除去する窒素除去方法において、前記窒素化合物
を酸化する酸化微生物と、前記酸化微生物により酸化さ
れて生成した窒素化合物の酸化中間生成物を窒素に変換
する触媒作用物質である前記廃水中の鉄分と、前記触媒
作用物質の窒素変換能力を再生する変換微生物とを、好
気条件で接触させることを特徴とする。

【０００８】また、本発明は前記目的を達成する為に、
廃水中の窒素化合物を生物学的に処理して除去する窒素
除去装置において、前記窒素化合物を酸化する酸化微生
物と、前記酸化微生物により酸化されて生成した窒素化
合物の酸化中間生成物を窒素に変換する触媒作用物質
と、前記触媒作用物質の窒素変換能力を再生する変換微
生物とを、前記廃水と好気条件で接触させる反応槽と、
前記反応槽内の廃水中の溶存酸素を制御する制御手段
と、前記反応槽内の廃水のｐＨを制御する制御手段と、
から成ることを特徴とする

【０００９】本発明によれば、廃水中の窒素化合物を酸
化する酸化微生物と、酸化微生物により酸化されて生成
した窒素化合物の酸化中間生成物を窒素に変換する触媒
作用物質と、触媒作用物質の窒素変換能力を再生する変
換微生物とを、廃水と好気条件で接触させるようにした
ので、窒素酸化物の酸化中間生成物が亜硝酸や硝酸の酸
化レベルまで移行する前の段階で窒素に変換する反応
（以下、短絡型の脱窒反応と称す）を効率的に行うこと
ができる。

【００１０】この場合、触媒作用物質の窒素変換能力を
再生する変換微生物を廃水中に高濃度（例えば、１０⁷
ｃｅｌｌｓ／ｍＬ以上）に保持する場合には、窒素変換
能力を失った触媒作用物質が効率的に再生するので、廃
水に微量存在する触媒作用物質、例えば鉄分を利用でき
る。従って、廃水中への触媒作用物質の添加や補充の必
要がない。

【００１１】また、本発明は前記目的を達成する為に、
アンモニア含有廃水と、硝化細菌と鉄酸化細菌との混成
細菌を固定化した担体とを好気性条件下で接触させるこ
とを特徴とする。

【００１２】また、本発明は前記目的を達成する為に、
廃水中の窒素化合物を生物学的に処理して除去する窒素
除去装置において、前記窒素化合物を酸化する酸化微生
物と、前記酸化微生物により酸化されて生成した窒素化
合物の酸化中間生成物を窒素に変換する触媒作用物質
と、前記触媒作用物質の窒素変換能力を再生する変換微
生物とを、前記廃水と好気条件で接触させる反応槽と、
前記反応槽の前段に設けられ、前記廃水中の有機物を硝
化・脱窒によって除去する生物学的な有機物除去手段
と、から成ることを特徴とする。本発明によれば、短絡
型の窒素除去装置の前段に、廃水中の有機物を除去する
有機物除去手段を設けたので、短絡型の窒素除去の反応
を阻害する有機物が減少し、短絡型の窒素除去の効率を
向上させることができる。

【００１３】また、本発明は前記目的を達成する為に、
廃水中の窒素化合物を生物学的に処理して除去する窒素
除去装置において、前記廃水と、前記窒素化合物を酸化
する酸化微生物とを好気性条件で接触させる第１の反応
槽と、前記第１の反応槽からの流出液と、前記酸化微生
物と、前記酸化微生物により酸化されて生成した窒素化
合物の酸化中間生成物を窒素に変換する触媒作用物質
と、前記触媒作用物質の窒素変換能力を再生する変換微
生物とを、好気条件で接触させる第２の反応槽と、から
成ることを特徴とする

【００１４】本発明によれば、第１の反応槽でアンモニ
ア含有廃水と硝化細菌を好気条件で接触させた液と、第
２の反応槽で前記酸化微生物及び前記酸化微生物により
酸化されて生成した窒素化合物の酸化中間生成物を窒素
に変換する触媒作用物質及び前記触媒作用物質の窒素変
換能力を再生する変換微生物とを、好気条件で接触させ
るようにしたので、第１の反応槽で硝酸態窒素が生成さ
れ廃水のｐＨが下がる。従って、第２の反応槽でｐＨ調
整剤を添加することなく好気脱窒を促進させることがで
きる。更に、第２の反応からの液を第３の反応槽で嫌気
条件で脱窒細菌に接触させるようにすると、廃水中に残
存する亜硝酸態窒素や硝酸態窒素も窒素ガスに還元する
ことができる。

【００１５】更に、本発明は前記目的を達成する為に、
硝化細菌、及び硝化細菌以外の窒素化合物酸化酵素を有
する微生物のうちの１つ又は２つ以上の混合物から成
り、廃水中の窒素化合物を酸化する酸化微生物と、鉄分
であって、マグネタイト、赤鉄鉱、かっ鉄鉱、磁鉄鉱、
黄鉄鉱のうちの１つ又は２つ以上の混合物から成り、前
記酸化微生物により酸化されて生成した窒素化合物の酸
化中間生成物を窒素に変換する触媒作用物質と、鉄酸化
細菌から成り前記触媒作用物質の窒素変換能力を再生す
る変換微生物とを一緒に高分子ゲルで包括固定すること
を特徴とする。また、本発明は前記目的を達成する為
に、鉄分を含有する廃水中の窒素化合物を生物学的に処
理する包括固定化担体であって、硝化細菌、及び硝化細
菌以外の窒素化合物酸化酵素を有する微生物のうちの１
つ又は２つ以上の混合物から成り、廃水中の窒素化合物
を酸化する酸化微生物と、鉄酸化細菌から成り前記触媒
作用物質の窒素変換能力を再生する変換微生物とを一緒
に高分子ゲルで包括固定することを特徴とする。

【００１６】本発明によれば、酸化微生物、触媒作用物
質、変換微生物を高分子ゲルで包括固定化した担体を使
用することにより、短絡型の脱窒反応を行う上で重要
な、酸化微生物、触媒作用物質及び変換微生物と廃水と
の接触効率を高めることができると共に、これらの微生
物や物質が反応槽からの流出を防止されるので、安定し
た処理を行うことができる。また、鉄分を含有する廃水
中の窒素化合物を生物学的に処理する包括固定化担体の
場合には、触媒作用物質として廃水中の鉄分を利用でき
るので、酸化微生物と変換微生物とを一緒に高分子ゲル
で包括固定したものを使用できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
る窒素除去方法及び装置並びに包括固定化担体の実施の
形態について詳説する。図１は、本発明の窒素除去方法
を説明する模式図であり、以下廃水中の窒素化合物とし
て主たる形態であるアンモニア性窒素の例で説明する。

【００１８】本発明の窒素除去方法は、廃水中のアンモ
ニア性窒素を酸化微生物により酸化して生成されたアン
モニア酸化中間生成物が、亜硝酸や硝酸まで酸化レベル
が移行する前の段階で窒素に変換する短絡型の脱窒反応
を行うことを特徴とする。ここで、アンモニア酸化中間
生成物とは、アンモニアが酸化されて亜硝酸や硝酸まで
酸化レベルまでに移行する前の酸化中間生成物を言い、
ヒドロキシルアミン（ＮＨ₂ＯＨ）と考えられる（図４
参照）。

【００１９】本発明は、アンモニア性窒素を含有する廃
水と、アンモニアを酸化する酸化微生物及び酸化微生物
により酸化されて生成したアンモニア酸化生成物を窒素
に変換する触媒作用物質を接触させることにより、廃水
中のアンモニアを次の化学反応式により好気的に脱窒す
る。

【００２０】

【数１】ＮＨ₃＋Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ- → ＮＨ₂ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ …（１）

【００２１】

【数２】２ＮＨ₂ＯＨ＋Ｏ₂＋３Ｈ⁺＋３ｅ- →１／２Ｎ₂＋３Ｈ₂Ｏ…（２）即ち、短絡型の脱窒反応は、酸化微生物により（１）式
の反応が進行し、続いて触媒作用物質により（２）式の
反応が進行することにより排水中のアンモニア（Ｎ
Ｈ₄）は脱窒されて窒素（Ｎ₂）になる。どちらの反応
も好気的に行われる。

【００２２】廃水中のアンモニアを酸化する酸化微生物
としては、硝化細菌、及び硝化細菌以外のアンモニア酸
化酵素を有する微生物のうちの１つ又は２以上の混合物
を使用することができる。酸化微生物により酸化されて
生成される酸化生成物を窒素に変換する触媒作用物質し
ては、鉄分であって、マグネタイト、赤鉄鉱、かっ鉄
鉱、磁鉄鉱、黄鉄鉱のうちの１つ又は２以上の混合物を
使用することができる。

【００２３】そして、短絡型の脱窒反応において、触媒
作用物質の窒素変換能力を再生する変換微生物を廃水中
に高濃度（例えば、１０⁷ｃｅｌｌｓ／ｍＬ以上）に共
存させると、変換能力を失った触媒作用物質を極めて効
率良く再生することができる。従って、廃水中に存在す
る微量の触媒作用物質、例えば０．１ｍｇ／Ｌ程度存在
する鉄分を利用することができるので、廃水中への触媒
作用物質の添加や補充を必要としない。図２は、鉄酸化
細菌を変換微生物として用いた場合の窒素変換能力の再
生サイクルである。

【００２４】触媒作用物質の窒素変換能力を再生する変
換微生物としては、鉄酸化細菌を使用することができ
る。上記した酸化微生物、触媒作用物質及び変換微生物
と廃水の接触による本発明の窒素除去方法は、反応槽内
においてこれらの物質が浮遊状態で存在する場合、付着
担体に付着固定化して存在する場合、更には高分子ゲル
内に包括固定化した状態で存在する場合の何れの場合に
も適用することができる。

【００２５】しかし、浮遊状態の場合には、触媒作用物
質、例えば鉄分を廃水中に常時０．５ｍｇ／Ｌ以上、好
ましくは１０ｍｇ／Ｌ以上存在させることが必要であ
り、活性汚泥中の鉄分としてみた場合には１００ｍｇ／
ｇ・固体物質以上有することが望ましい。また、廃水の
ｐＨも短絡型の脱窒反応が促進される４〜５程度にする
ことが好ましい。

【００２６】しかし、現実には、反応槽からの流出によ
る処理性能の低下を招き易いことから、浮遊の場合より
も高分子ゲルに包括する包括固定化担体、或いは付着担
体に付着させる付着固定化担体の形で廃水と接触させる
ことが好ましい。酸化微生物、触媒作用物質及び変換微
生物を包括固定化する高分子ゲルは、例えば、ポリエチ
レングリコール、ポリエチレングリコールプレポリマ
ー、ポリビニルアルコール、ポリウレタンアクリレー
ト、アクリルアミド、ポリビニルホルマール、寒天、カ
ラギーナン、アルギン酸塩等を用いることができる。

【００２７】酸化微生物、触媒作用物質及び変換微生物
を高分子ゲルにより包括固定する場合、これらの微生物
や物質を担体ごとに別個に包括固定してもよく、或いは
１つの担体に一緒に包括固定してもよい。更には、これ
ら３者の２者（酸化生成物と触媒作用物質、触媒作用物
質と変換微生物、酸化生成物と変換微生物）を組み合わ
せて包括固定化し、残り１つを単独で包括固定化しても
よい。

【００２８】しかし、短絡型の脱窒反応において、酸化
微生物により生成されたアンモニア酸化生成物が亜硝酸
や硝酸に移行することなく速やかに窒素に脱窒されるこ
とが望ましいことから、３者を一緒に包括固定化する
か、或いは酸化微生物と触媒作用物質とを一緒に包括固
定化することが望ましい。また、酸化微生物、触媒作用
物質及び変換微生物を付着させる付着担体としては、ポ
リエチレングリコール、ポリビニールアルコール、アク
リルアミド、ポリビニルホルマール等をゲル化した高分
子ゲルの他に多孔性担体、セラミックス、プラスチック
等を使用することができる。付着担体の形状としては、
ハニカム状、波板状等の表面積を大きくした板状部材で
も良く、或いは上記した高分子ゲルの粒状物の表面に酸
化微生物、触媒作用物質、変換微生物を付着させること
もできる。高分子ゲルを付着担体とする場合、触媒作用
物質は付着性がないので、高分子ゲルの表面に一部を露
出させた状態で埋め込むようにして固定することが必要
である。付着固定化の方法としては、触媒作用物質を強
制的に付着させた付着担体に、酸化微生物と変換微生物
とを自然付着させる方法がある。これは、前記の通り、
触媒作用物質であるマグネタイト、赤鉄鉱、かっ鉄鉱、
磁鉄鉱、黄鉄鉱のような鉱物は、付着担体への付着性が
ないことからバインダー等により強制的に付着させるこ
とが必要である。

【００２９】また、酸化微生物、触媒作用物質、変換微
生物を付着固定化する方法の変形例としては、触媒作用
物質を成分として含有する材料、例えば鉄板を付着担体
とし、この鉄板に酸化微生物と変換微生物とを自然付着
させてもよい。この場合、鉄板自体が触媒作用物質とし
ても役目を行なう。図３は、短絡型の脱窒反応における
総窒素（Ｔ─Ｎ）除去速度（ｍｇ- Ｎ／ｈ・Ｌ- 担体）
と反応槽中の溶存酸素レベルとの関係を示した図であ
る。図３から、本発明の短絡型の脱窒反応を行って窒素
を除去するための反応槽内の溶存酸素レベルとしては、
少なくとも０．１ｍｇ／Ｌ以上にすることが必要である
と考える。即ち、Ｔ−Ｎ除去率は、望ましくは前述した
ように５０％要求されるが、最低限２５％あれば実用化
可能であり、これをＴ−Ｎ除去速度でみた場合には５
（ｍｇ- Ｎ／ｈ・Ｌ- 担体）以上あれば、Ｔ−Ｎ除去率
２５％を確保することが可能である。そして、Ｔ−Ｎ除
去速度で５（ｍｇ- Ｎ／ｈ・Ｌ- 担体）以上を得るため
に反応槽内の溶存酸素レベルとしては、少なくとも０．
１ｍｇ／Ｌ以上にすることが必要である。

【００３０】図４は、本発明の窒素除去方法における短
絡型の脱窒反応（図の実線）と、従来の窒素除去方法に
おける硝酸型の脱窒反応（図の点線）とを比較した図で
ある。図４から分かるように、本発明の窒素除去方法に
おける短絡型の脱窒反応は、酸化微生物により生成され
たアンモニア酸化生成物（ＮＨ₂ＯＨ）は１ステップで
窒素になるのに対し、従来の窒素除去方法における硝酸
型の脱窒反応では、６ステップを経て窒素になる。

【００３１】このように、本発明の短絡型の脱窒反応を
行う窒素除去方法を行うことにより、極めて短い処理時
間で廃水中のアンモニアを除去することができる。ま
た、アンモニアをアンモニア酸化生成物にする反応と、
アンモニア酸化生成物を窒素に変換する反応が共に好気
的な反応であることから、従来のように好気条件が必要
な硝化槽と嫌気条件が必要な脱窒槽の２槽を必要とせ
ず、１つの処理槽で行うことが可能である。更には、従
来の脱窒菌による脱窒反応のように高価な水素供与体を
必要としないので、処理時間の短縮と相まって処理コス
トを大幅に低減することができる。

【００３２】図５は、本発明の窒素除去方法を適用する
窒素除去装置の第１の実施の形態を示す概略断面図であ
り、酸化微生物、触媒作用物質及び変換微生物を一緒の
担体に包括固定化（図１参照）したものを使用した場合
である。図５に示すように、原水供給管１３からアンモ
ニア性窒素を含有する廃水が流入する反応槽１１内に
は、酸化微生物、触媒作用物質及び変換微生物を一緒に
包括固定化した包括固定化担体１２が投入される。反応
槽１１の底部には曝気装置１４が配設されると共に、こ
の曝気装置１４の曝気量を調整する調整バルブ１６がコ
ントローラ１８を介して反応槽１１内に配設されたＤＯ
測定センサ２０に接続される。これにより、反応槽１１
内の排水中の溶存酸素レベルが０．１ｍｇ／Ｌ以上にな
るように曝気装置１４からの曝気量が制御される。ま
た、反応槽１１にはｐＨ調整液注入配管２２が配設され
ると共に、ｐＨ調整液注入配管２２の注入量を調整する
調整バルブ２４がコントローラ１８を介して処理槽１０
内に配設されたｐＨ測定センサ２６に接続される。これ
により、反応槽１１内の排水のｐＨは４〜８に制御され
る。

【００３３】廃水のｐＨ範囲としては、本実施の形態の
ように、触媒作業物質を包括固定化して廃水中に高濃度
で維持でき、変換微生物を前記した高濃度に維持する必
要のない場合には、ｐＨ４〜８で充分である。しかし、
後述するように、触媒作用物質として廃水中の微量鉄分
等を利用する場合は、変化微生物を高濃度に維持すると
同時に廃水のｐＨを４〜６．５に維持することが好まし
い。

【００３４】本発明は、高負荷運転（容積負荷が０．８
ｋｇ- Ｎ／ｍ³・日以上）を行うと効果的であり、残存
する窒素酸化物を本発明で後処理すると、Ｔ−Ｎ除去率
を向上させることができる。図６は、高負荷運転を行な
うように構成した本発明の第２の実施の形態であり、図
５で説明した窒素除去装置１０の後段に嫌気脱窒装置２
８を設け、窒素除去装置１０で処理された処理水を更に
嫌気脱窒装置２８において脱窒菌により脱窒を行うよう
にした場合である。尚、図６では、図５で説明したＤＯ
測定センサ、ｐＨ測定センサ、コントローラ等について
は省略した。

【００３５】図６に示すように、窒素除去装置１０の反
応槽１１と嫌気脱窒装置２８の脱窒槽３０とは仕切壁３
２で仕切られており、仕切壁３２の上部には反応槽１１
で処理されて液が脱窒槽３０に送水される送水口３４が
開口される。反応槽１１内には、酸化微生物、触媒作用
物質及び変換微生物を一緒に包括固定化した包括固定化
担体１２が投入されると共に、反応槽１１内底部に曝気
装置１４が配設され、更に仕切壁３２の反応槽１１側に
はスクリーン３６が傾斜して配設される。このスクリー
ン３６により反応槽１１内の包括固定化担体１２が反応
槽１１から脱窒槽３０に流出するのを防止する。一方、
脱窒槽３０内には、活性汚泥が投入されると共に、脱窒
槽３０内底部に脱窒槽３０内の液をゆっくりと攪拌する
攪拌器４０が配設され、更に仕切壁３２の脱窒槽３０側
には、前記送水口３４に連通して送水路３８が配設され
る。

【００３６】そして、反応槽１１で処理された処理液
は、曝気装置１４によるエアリフト作用により送水口３
４と送水路３８を介して脱窒槽３０に流入し、従来の嫌
気的脱窒が成されて排出口４２から系外に排出される。
図６のように装置を構成した場合は、高負荷運転を行う
反応槽１１において短絡型の脱窒反応により脱窒されず
に、亜硝酸や硝酸まで移行した酸化生成物を嫌気脱窒装
置２８で確実に脱窒することができる。

【００３７】また、本発明の窒素除去方法は、高濃度有
機物により阻害され易く、高濃度有機物を含むアンモニ
ア含有廃水の場合には、前処理で有機物を除去すると短
絡型の脱窒処理を効果的に行うことができる。図７は、
本発明の第３の実施の形態を説明するものであり、高濃
度有機物を含むアンモニア性窒素含有排水の場合に好適
な構成の一例である。即ち、図６で説明した短絡型の窒
素除去装置１０である反応槽１１の前段に従来の硝化・
脱窒型の窒素除去装置４４を設け、窒素除去装置４４で
処理した処理水を窒素除去装置１０で好気脱窒するよう
にしたものである。

【００３８】図７に示すように、窒素除去装置４４は、
脱窒槽４６と硝化槽４８により構成され、脱窒槽４６と
硝化槽４８は仕切壁５０で仕切られると共に、仕切壁５
０の上部に脱窒槽４６と硝化槽４８を連通する連通口５
２が形成される。脱窒槽４６内には活性汚泥が投入され
ると共に、脱窒槽４６底部に攪拌器５４が配設される。
硝化槽４８には、硝化細菌を包括固定化した包括固定化
担体５６が投入されると共に、硝化槽４８底部には曝気
装置５８が配設される。そして、硝化槽４８内の上方に
は、前記連通口５２を貫通して脱窒槽４６の略真ん中位
置まで延設された循環水路６０が配設されると共に、循
環水路６０の一方端は硝化槽４８の排出口６２に連通さ
れる。更に、硝化槽４８内にはスクリーン６４が配設さ
れ、硝化槽４８内の包括固定化担体５６が循環水路６０
に流出しないようになっている。

【００３９】そして、アンモニア性窒素を含有する廃水
は、窒素除去装置４４に流入して硝化・脱窒処理がなさ
れる。硝化槽４８で硝化処理された硝化液は曝気装置５
８からエアによるエアリフト作用により循環水路６０に
越流し、越流した硝化液の一部は脱窒槽４６に循環さ
れ、残りの液は排出口６２を通って短絡型の窒素除去装
置１０に送水される。

【００４０】図７のように装置を構成した場合は、硝化
・脱窒型の窒素除去装置４４において窒素除去が行われ
るばかりでなく、脱窒反応において脱窒細菌の栄養源
（水素供与体）として有機物が消費されるので、短絡型
の窒素除去装置１０へ送水される送水中の有機物含有量
を低減することができる。これにより、窒素除去装置１
０での短絡型の脱窒反応において有機物による阻害を防
止することができる。更に、図７のように構成すること
により、廃水の水温が低く酸化微生物、例えば硝化細菌
の活性が低下したために硝化速度（アンモニアの酸化反
応）が遅く、ヒドロキシルアミンから亜硝酸へスムーズ
に移行しないために硝化液中にヒドロキシルアミンの残
存が多い場合に適しており、既設の窒素除去装置３０の
冬場対策としても適している。

【００４１】ここで、上記した（１）の反応におけるｐ
Ｈの影響について詳説する。図８は、酸化微生物の代表
例である硝化細菌の比増殖速度と反応時における廃水の
ｐＨとの関係、及び変換微生物である鉄酸化細菌の比増
殖速度と反応時における廃水のｐＨとの関係を示したも
のである。尚、比増殖速度とは式（３）で示され、比増
殖速度が大きいほど反応が活発になり、活発な反応を行
わせるには通常において比増殖速度が０．６以上である
ことが望ましい。

【００４２】

【数３】ｄＸ／ｄｔ＝μＸ…（３） μ：比増殖速度（１／ｄ）Ｘ：細菌数（ｃｅｌｌ／ｍＬ- 担体）ｔ：培養時間（ｄ）図８から分かるように、硝化細菌（曲線Ａ）は、ｐＨを
３から増加させた場合、ｐＨが６を越えると比増殖速度
がほぼ０．６になりｐＨ７において最大の０．９となっ
た後、徐々に低下してｐＨ９では０．７５程度となる。
従って、硝化細菌の最適ｐＨは６〜９、好ましくは７〜
９であり、この範囲で硝化細菌の反応が最も活発になる
のに対し、ｐＨが６以下では反応が緩やかになる。この
ことから、アンモニア性窒素を含有する廃水と硝化細菌
を好気条件で接触させた場合、ｐＨ６〜９ではアンモニ
ア性窒素は最終的な酸化生成物である亜硝酸態窒素や硝
酸態窒素に速やかに酸化され、ｐＨが６以下では中間生
成物であるヒドロキシルアミンの状態で存在する時間が
長くなることが推測される。

【００４３】鉄酸化細菌（曲線Ｂ）は、ｐＨを３から増
加させていった場合、ｐＨが４付近で比増殖速度が最大
の１．１となりその後、徐々に低下してｐＨ６付近で比
増殖速度がほぼ０．６になる。従って、鉄酸化細菌の最
適ｐＨは、３〜６、好ましくは３〜５であり、この範囲
で鉄酸化細菌の反応が最も活発になる一方、ｐＨが６以
上では反応が緩やかになる。

【００４４】従って、硝化細菌の比増殖速度が小さく且
つ鉄酸化細菌の比増殖速度が大きくという両方を満足す
るｐＨ条件を設定することにより、ＮＨ₄→ＮＨ₂ＯＨ
→Ｎ₂の反応経路を優先的に促進させることができる。
そして、この条件を満足するｐＨとしては、４〜６．５
が好ましいことが分かった。即ち、ヒドロキシルアミン
を窒素に変換することのできる新しい触媒作用物質を廃
水中に多量にしかも常時添加することが可能であれば、
鉄酸化細菌の比増殖速度は余り問題とされないが、現実
には経済性等の理由から不可能である。従って、窒素へ
の変換能力を失った触媒作用物質を効率的に再生するた
めには、変換微生物である鉄酸化細菌の比増殖速度を一
定以上に確保することが重要になり、その為にはｐＨの
下限を４に設定することが好ましい。

【００４５】また、硝化細菌によるアンモニア窒素の酸
化と、触媒作用物質のヒドロキシルアミンの酸化のどち
らも好気性条件下であるから１槽の反応槽での処理が可
能である。１槽での処理の場合に、好気脱窒をより促進
させようとするならｐＨ調整剤を廃水に添加して廃水の
ｐＨを４〜６．５に調整すればよい。ｐＨ調整剤を用い
ることなく廃水のｐＨを４〜６．５に調整する方法とし
ては、反応槽を２槽設けて、第１の反応槽でアンモニア
含有廃水と硝化細菌を好気条件で接触させた液を、第２
の反応槽で硝化細菌及び触媒作用物質を好気条件で接触
させるようにすればよい。即ち、第１の反応槽で亜硝酸
態窒素や硝酸態窒素が生成され廃水のｐＨが下がる。従
って、第２の反応槽でｐＨ調整剤を添加することなく好
気脱窒を促進させることができる。更に、第２の反応か
らの液を第３の反応槽で嫌気性条件下で脱窒細菌に接触
させれば、廃水中に残存する亜硝酸態窒素や硝酸態窒素
も窒素ガスに還元することができる。

【００４６】図９は、廃水のｐＨを４〜６．５に調整可
能に構成した本発明の第４の実施の形態において、１槽
式の窒素除去装置の断面図である。また、酸化微生物と
して硝化細菌、変換微生物として鉄酸化細菌を高濃度に
保持し、廃水中の鉄分を利用することで触媒作用物質は
反応槽に特に添加しない例である。図９に示すように、
１槽式の窒素除去装置１００は、主として、アンモニア
性窒素を含有する廃水の原水供給管１１２と、硝化細菌
と鉄酸化細菌との混成細菌が包括固定された担体１１５
が投入された反応槽１１４と、反応槽１１４の底部に設
けられた曝気装置１１６と、廃水のｐＨを４〜６．５に
調整するｐＨ調整剤を添加する添加配管１１８と、反応
槽１１４の処理液排出口に設けられた担体流出防止用の
スクリーン１２０と、処理液排出管１２２とで構成され
る。

【００４７】本発明の第４の実施の形態における１槽式
の窒素除去装置１００によれば、廃水中のアンモニア性
窒素をＮＨ₄→ＮＨ₂ＯＨ→Ｎ₂の反応経路により廃水
中のアンモニア性窒素を好気的に除去することができる
ので、アンモニア性窒素を最終的な酸化生成物である亜
硝酸態窒素や硝酸態窒素にする必要がない。従って、処
理時間を短縮することができると共に、脱窒細菌による
嫌気脱窒を行わないので水素供与体としてのメタノール
や有機物を必要としない。

【００４８】図１０は、廃水のｐＨを４〜６．５に調整
可能に構成した本発明の第４の実施の形態において、２
槽式の窒素除去装置の断面図である。この場合も、廃水
中の鉄分を利用することで触媒作用物質は反応槽に特に
添加しない例である。２槽式の窒素除去装置は、第１の
反応槽１２４と第２の反応槽１２６の２槽で行う場合で
あり、各反応槽１２４、１２６の装置構成は、上記１槽
式におけるｐＨ調整剤の添加配管１１８がない他は同様
である。そして、第１の反応槽１２４には、硝化細菌を
包括固定化した第１の担体１２８が投入され、第２の反
応槽１２６には硝化細菌と鉄酸化細菌が包括固定された
第２の担体１１５が投入され、第１の反応槽１２４で処
理された液が第２の反応槽１２６に送水される。

【００４９】本発明の第４の実施の形態における２槽式
の窒素除去装置によれば、アンモニア含有廃水は、先ず
第１の反応槽１２４に流入し、好気性条件下で第１の担
体１２８と接触される。この場合、流入する廃水のｐＨ
が６〜９の範囲外であればこの範囲に調整する方がよ
い。これにより、第１の反応槽１２４では、アンモニア
性窒素が活発に酸化（硝化）されて亜硝酸態窒素や硝酸
態窒素が生成されて廃水のｐＨが下がる。そして、６程
度までｐＨが下がった液が第２の反応槽１２６に送水さ
れる。第２の反応槽１２６では、廃水中のアンモニア性
窒素と第２の担体１１５とが好気条件で接触することに
より、第２の担体１１５中の硝化細菌により亜硝酸態窒
素、硝酸態窒素を生成して更にｐＨを低下させていき、
鉄酸化細菌の最適ｐＨ領域である４〜６．５まで低下す
ると、硝化細菌の反応が緩やかになりヒドロキシルアミ
ンを優先して生成するようになる。更に、このヒドロキ
シルアミンが亜硝酸態窒素、硝酸態窒素に変換されてし
まう前に、廃水中の鉄分と鉄分を再生する第２の担体１
１５中の鉄酸化細菌により窒素ガスに酸化される好気脱
窒が行われる。

【００５０】従って、本発明の２槽式の窒素除去装置で
は、１槽式の窒素除去装置と同様の効果を得ることがで
きる上に、第１の反応槽１２４を設けたことにより、第
２の反応槽１２６においてｐＨ調整剤等により廃水のｐ
Ｈを４〜６．５に調整する必要がない。図１１は、廃水
のｐＨを４〜６．５に調整可能に構成した本発明の第４
の実施の形態において、４槽式の窒素除去装置の断面図
である。即ち、前述した２槽式の窒素除去装置で説明し
た第１の反応槽１２４、第２の反応槽１２６の後段に、
脱窒細菌を付着保持した充填材部材１３０が収納され嫌
気性条件を有する第３の反応槽１３２を設けると共に、
第３の反応槽１３２の後段に従属栄養細菌を付着保持し
た充填材部材１３４が収納され好気性条件を有する第４
の反応槽１３６を設けたものである。

【００５１】第３の反応槽１３０の底部には、水中攪拌
器１３８が設けられると共に、栄養源供給装置１４０か
ら脱窒細菌の栄養源（水素供与体）である、例えばメタ
ノールが添加される。また、第４の反応槽１３６の底部
には、曝気装置１１６が設けられる。本発明の第４の実
施の形態における４槽式の窒素除去装置によれば、第２
の反応槽１２６から排出される液に残存する亜硝酸態窒
素、硝酸態窒素を第３の反応槽１３２で窒素ガスに還元
することができると共に、第４の反応槽１３６では第３
の反応槽１３２で添加した余剰のメタノールや廃水中の
ＢＯＤ成分を除去することができる。

【００５２】また、廃水のアンモニア性窒素は第２の反
応槽１２６においてヒドロキシルアミンから窒素ガスに
変換することにより、第３の反応槽１３２で処理される
亜硝酸態窒素、硝酸態窒素が低減しているので、メタノ
ールの使用量を低減させることができる。次に、本発明
の第５の実施の形態について説明する。第５の実施の形
態は、酸化態窒素を電子供与体として利用することによ
り、有機物を必要とすることなく化学的に脱窒処理する
ものである。

【００５３】図１２に示すように、窒素除去装置２００
は、第１の反応槽（硝化槽）２１２と第２の反応槽（脱
窒槽）２１４と凝集沈殿槽２１６とで構成される。原水
供給管２１８を介してアンモニア性窒素を含有する廃水
が流入する硝化槽２１２には、硝化細菌を包括固定化し
た多数の担体２２０が投入されると共に、槽２１２内底
部には曝気装置２２２が設けられる。曝気装置２２２
は、エア配管２２４を介して図示しないブロアに接続さ
れると共に、エア配管２２４には曝気エア量を調整する
調整バルブ２２６が設けられる。硝化槽２１２内には、
ＤＯセンサ２２８が設けられＤＯセンサ２２８で検出さ
れた硝化槽２１２内の溶存酸素濃度がコントローラ２３
０に出力される。コントローラ２３０は、ＤＯセンサ２
２８の検出値に基づいて調整バルブ２２６の開度を調整
して硝化槽２１２内の溶存酸素（以下、ＤＯという）レ
ベルが０．１ｍｇ／Ｌ以上になるように制御する。

【００５４】硝化槽２１２での硝化処理によりアンモニ
アが酸化されて生成された酸化態窒素を含む硝化液は、
第１の送水管２３２を経て脱窒槽２１４に送水される。
脱窒槽２１４内には、鉄酸化細菌を含む活性汚泥と、塩
化第２鉄等の水中で鉄イオンとして存在する塩化鉄が投
入されると共に、槽２１４内には硝化液と鉄酸化細菌と
鉄イオンの接触効率が良くなるように攪拌機２３４が配
設される。

【００５５】第１の送水管２３２の途中には、塩酸水溶
液、硫酸水溶液等の酸を添加する酸添加配管２３６が配
設されると共に、塩化第２鉄を補充する鉄補充用配管２
３８が配設され、酸添加配管２３６及び鉄補充用配管２
３８にはそれぞれ調整バルブ２４０、２４２が設けられ
る。また、脱窒槽２１４内には、ｐＨ測定センサ２４４
が設けられｐＨ測定センサ２４４で検出された検出値
は、コントローラ２３０に出力される。コントローラ２
３０では、ｐＨ測定センサ２４４での検出値に基づいて
脱窒槽２１４内のｐＨが２〜５になるように酸添加配管
２３６の調整バルブ２４０を制御する。また、脱窒槽２
１４から流出する鉄イオンの流出量に応じてそれに見合
う量の塩化第２鉄が鉄補充用配管２３８から補充される
ように鉄補充用配管２３８の調整バルブ２４２を制御さ
れる。

【００５６】脱窒槽２１４で脱窒された脱窒処理液は第
２の送水管２４６を介して凝集沈殿槽２１６に送水され
ると共に、第２の送水管２４６にはアルカリ添加配管２
４８が設けられ、処理水のｐＨは、脱窒槽２１４でのｐ
Ｈ２〜５からｐＨ６〜８に調整される。この脱窒処理液
へのアルカリの添加により脱窒処理液中の鉄イオンは水
酸化物に変換して凝集沈殿槽２１６の底部に沈降すると
共に、系外に排出される脱窒処理液を中性化する。ま
た、凝集沈殿槽２１６の底部から脱窒槽２１４の入り口
に戻し配管２５０が配設され、脱窒処理液に混入して脱
窒槽２１４から流出した鉄酸化細菌を含む活性汚泥と凝
集沈殿槽２１６において沈殿した水酸化鉄は脱窒槽２１
４に循環される。この場合、鉄酸化細菌を塩化第２鉄や
マグネタイトなどと共に包括固定化して脱窒槽２１４に
投入すると、脱窒槽２１４からの流出を防止することが
できるので凝集沈殿槽２１６が必要なくなる。但し、こ
の場合は脱窒槽２１４の後段に脱窒処理液のｐＨを中性
化するためにｐＨ調整槽を置く必要がある。凝集沈殿槽
２１６の上澄液が処理水として系外に排出される。

【００５７】上記の如く構成された第５の実施の形態に
おける窒素除去装置２００を用いて本発明の窒素除去方
法を説明する。アンモニア性窒素を含有する廃水は、原
水供給管２１８から硝化槽２１２に供給される。硝化槽
２１２では、ＤＯセンサ２２８の検出値に基づいてコン
トローラ２３０により曝気装置２２２からの曝気エア量
が制御され、硝化槽２１２内のＤＯレベルが０．１ｍｇ
／Ｌ以上に制御され、この状態で排水と担体２２０とが
接触して硝化処理が行われる。この時、ｐＨが中性域に
ある通常排水であれば、排水のｐＨを調整する必要がな
いが、ｐＨが５〜７の範囲を外れている場合には図示し
ないｐＨ調整装置から酸又はアルカリを添加してｐＨを
５〜７に調整する必要がある。この硝化処理において、
ＤＯレベルとｐＨレベルを上記条件に設定することによ
り、図１３に示すように、アンモニア性窒素が酸化され
た酸化態窒素として、ヒドロキシルアミンと、硝酸態窒
素又は亜硝酸態窒素の少なくとも一方とが混在した硝化
液が生成される。

【００５８】次に、硝化液は第１の送水管２３２を通っ
て脱窒槽２１４に送水され、脱窒槽１４に流入した硝化
液は脱窒槽２１４内の鉄イオンと鉄酸化細菌に接触して
次の化学式で示す化学的な脱窒反応が行われる。図１４
はその反応を図示したものである。

【００５９】

【数４】ＮＨ₂ＯＨ＋Ｆｅ³⁺ １／２Ｎ₂＋Ｈ₂Ｏ＋Ｆｅ²⁺…（４）

【００６０】

【数５】ＮＯ₃ ^-＋Ｆｅ²⁺ ＋鉄酸化細菌→１／２Ｎ₂＋３Ｈ₂Ｏ＋Ｆｅ³⁺…（５）硝化液中のヒドロキシルアミンとＦｅ³⁺が反応すること
により、ヒドロキシルアミンが化学的に酸化されて窒素
ガスと水に分解する一方、Ｆｅ³⁺がＦｅ²⁺に還元され
る。

【００６１】また、硝化液中の硝酸態窒素とＦｅ²⁺が鉄
酸化細菌の存在下で反応することにより、Ｆｅ²⁺がＦｅ
³⁺に酸化される一方、硝酸態窒素が電子受容体としてＦ
ｅ²⁺から放たれた電子を受け取って還元され、窒素ガス
と水に分解する。尚、亜硝酸態窒素の場合も同様であ
る。従って、脱窒槽２１４内で上記（４）及び（５）の
反応が行われることにより、何れの反応においても酸化
態窒素を電子供与体としての有機物の存在なしに窒素ガ
スに変換することができる。また、（４）の反応でＦｅ
³⁺→Ｆｅ²⁺に還元された鉄イオンは、鉄酸化細菌の存在
によりＦｅ²⁺→Ｆｅ³⁺に酸化されるので、脱窒槽２１４
内には、Ｆｅ²⁺又はＦｅ³⁺の鉄イオンとして存在する。
この場合、脱窒槽２１４では、ｐＨが２〜５になるよう
に制御されるようにした。これにより、鉄イオンを塩と
して沈殿させることなく、反応性の高い鉄イオンとして
脱窒槽２１４内に存在させることができる。

【００６２】尚、好酸性硝化細菌を、鉄酸化細菌、塩化
第２鉄、マグネタイトなどと共に包括固定化して硝化槽
に投入すれば、脱窒槽、凝集沈殿槽、鉄補充配管も必要
無くなる。

【００６３】

【実施例】次に、図５の窒素除去装置を用いて本発明の
窒素除去方法の実施例を説明する。（実施例１）実施例１は、酸化微生物として硝化細菌、
触媒作用物質としてマグネタイト、変換微生物として鉄
酸化細菌含有活性汚泥を一緒に包括固定化した包括固定
化担体を用いた場合である。

【００６４】包括固定化担体の組成、担体中の微生物の
菌数濃度及び担体形状は（表１）の通りである。

【００６５】

【表１】（表１）また、運転条件は（表２）の通りである。

【００６６】

【表２】（表２）実施例１の条件で処理した処理水の水質結果を図１５及
び図１６に示す。図１５はマグネタイト５％の場合、図
１６はマグネタイト１０％の場合である。

【００６７】図１５、図１６において、処理水の総窒素
濃度（Ｔ−Ｎ）は、アンモニア性窒素濃度（ＮＨ₄−
Ｎ）と亜硝酸性窒素濃度（ＮＯ₂−Ｎ）と硝酸性窒素濃
度（ＮＯ₃−Ｎ）の合計により算出した。即ち、原水で
ある廃水のアンモニア濃度（ＮＨ₄−Ｎ）の２０ｍｇ／
Ｌから処理水のアンモニア性窒素濃度（ＮＨ₄−Ｎ）と
亜硝酸性窒素濃度（ＮＯ₂−Ｎ）と硝酸性窒素濃度（Ｎ
Ｏ₃−Ｎ）の合計である総窒素濃度（Ｔ−Ｎ）を引いた
差が短絡型の脱窒反応により脱窒された脱窒量と見做す
ことができる。図１５及び図１６から明らかなように、運転開始からの
経過日数によりバラツキはあるものの、マグネタイト５
％の場合、短絡型脱窒反応での脱窒量は約５ｍｇ／Ｌ程
度で推移した。このことは、原水のアンモニア濃度２０
ｍｇ／Ｌの約２５％を短絡型脱窒反応で脱窒したことに
なる。

【００６８】また、マグネタイト１０％の場合、短絡型
脱窒反応での脱窒量は５ｍｇ／Ｌ〜１０ｍｇ／Ｌ程度で
推移した。このことは、原水のアンモニア濃度２０ｍｇ
／Ｌの約２５％〜５０％を短絡型脱窒反応で脱窒したこ
とになる。通常、下水等の処理では、Ｔ−Ｎ除去率は５
０％、処理水のＴ−Ｎ１０ｍｇ／ｌ程度の処理性能が要
望されており、本発明の短絡型の脱窒反応の窒素除去方
法はそれを満足できる結果と考える。更に、本発明の場
合、反応時間を長くすると最大７５％Ｔ−Ｎ除去率が得
られることを確認している。

【００６９】尚、処理水のアンモニア濃度は、略２ｍｇ
／Ｌ以下まで低減させることができ問題なかった。ま
た、図から分かるように、運転開始から３０日ぐらいま
では固定化した活性汚泥が自己分解し、処理水の総窒素
濃度が増加した。

【００７０】

【００７１】

【００７２】

【００７３】

【００７４】

【００７５】

【００７６】（実施例２）実施例２では、実施例１で使用したマグネタイトについ
て、担体中の適正含有率について検討した。

【００７７】図１７は、担体中のマグネタイト含有率
（％）と比活性（％）との関係を示した図である。但
し、

【００７８】

【数６】

【００７９】図１７から、担体中のマグネタイト含有率
（％）は、１％以上で好ましくは３％以上である。ちな
みに、本実施例で使用したマグネタイトは、酸化第２鉄
９６％以上、水分０．８％以下、硫酸根０．８％以下、
ｐＨ９〜１０、かさ比重０．３ｇ／ｍＬ、真比重５ｇ／
ｍＬである。（実施例３）実施例３は、図１０に示した第１の反応槽
と第２の反応槽から成る窒素除去装置を用いて行ったも
のである。比較例３として担体中に鉄酸化細菌を有しな
い従来の担体を曝気槽に投入して好気的な処理を行っ
た。

【００８０】表３は、実施例３の第１の反応槽及び第２
の反応槽に投入した包括固定化担体、及び比較例３で曝
気槽に投入した包括固定化担体の組成である。

【００８１】

【表３】（表３）担体の組成（備考）ＰＥＧ：ポリエチレングリコール表４は、試験に供した原水のアンモニア濃度及び運転条
件である。但し、実施例４は、第１及び第２の反応槽か
ら成る窒素除去装置としての運転条件であり、比較例３
は、曝気槽での運転条件である。尚、試験に供した原水
は、有機物を含まない無機合成廃水を用いた。

【００８２】

【表４】（表４）原水及び運転条件（備考）実施例３の反応槽容積は、第１及び第２の反応
槽の合計である。

【００８３】その結果、比較例３の処理水の水質は、Ｎ
Ｈ₄-Ｎ濃度５mg／Ｌ以下、ＮＨ₂ＯＨ濃度１mg／Ｌ以
下、ＮＯ₂-Ｎ濃度１０mg／Ｌ、ＮＯ₃-Ｎ濃度１９５〜２
００mg／Ｌであった。この結果から分かるように、担体
中に鉄酸化細菌を有しないために好気的な脱窒反応は全
く進行しなかった。従って、廃水の総窒素濃度を低減す
ることはできなかった。

【００８４】これに対し、実施例３の処理水の水質は、
ＮＨ₄-Ｎ濃度５mg／Ｌ以下、ＮＨ₂ＯＨ濃度１mg／Ｌ以
下、ＮＯ₂-Ｎ濃度１mg／Ｌ以下、ＮＯ₃-Ｎ濃度８２〜１
２３mg／Ｌであり、総窒素濃度（ＮＨ₄-Ｎ濃度、ＮＯ₃-
Ｎ濃度、ＮＨ₂ＯＨ濃度及びＮＯ₃-Ｎ濃度の合計）で８
２〜１３２mg／Ｌであった。ここで、原水のＮＨ₄-Ｎ濃
度と処理水の総窒素濃度の差が本発明の短絡型の窒素除
去方法、即ちＮＨ4 →ＮＨ₂ＯＨ→Ｎ₂の反応経路を経
て除去された窒素の量と言える。従って、原水ＮＨ₄-Ｎ
濃度２００mg／Ｌから処理水の総窒素濃度８２〜１３２
mg／Ｌを引いたアンモニア性窒素濃度６８〜１１８mg／
Ｌが本発明の短絡型の窒素除去方法で除去されたもので
ある。従って、原水中のアンモニア性窒素の約１／２を
本発明の処理方法で除去することができた。このことか
ら、硝化細菌と鉄酸化細菌とによる好気的な窒素除去が
行われることが立証された。（実施例４）実施例３及び比較例３の終了後、アンモニ
ア濃度が更に高濃度な原水（合成廃水）について実施例
４及び比較例４を行った。実施例４の装置、使用した固
定化担体の組成、及び比較例４の装置、使用した固定化
担体の組成は、実施例３及び比較例３と同様であるので
省略する。

【００８５】表５は、試験に供した無機合成廃水のアン
モニア濃度及び運転条件である。

【００８６】

【表５】（表５）原水及び運転条件その結果、比較例４の処理水の水質は、ＮＨ₄-Ｎ濃度１
０mg／Ｌ以下、ＮＨ₂ＯＨ濃度１mg／Ｌ以下、ＮＯ₂-Ｎ
濃度５７０〜６５０mg／Ｌ、ＮＯ₃-Ｎ濃度３４０〜４２
０mg／Ｌであった。この結果から分かるように、担体中
に鉄酸化細菌を有しないために比較例３と同様に好気的
な脱窒反応は全く進行していなかった。これに対し、実
施例４の処理水の水質は、ＮＨ₄-Ｎ濃度１０mg／Ｌ以
下、ＮＨ₂ＯＨ濃度１mg／Ｌ以下、ＮＯ₂-Ｎ濃度３４０
〜４１０mg／Ｌ以下、ＮＯ₃-Ｎ濃度８４〜１４５mg／Ｌ
であった。従って、原水ＮＨ₄-Ｎ濃度１０００mg／Ｌか
ら処理水の総窒素濃度４３５〜５６８mg／Ｌを引いた５
６５〜４３２mg／Ｌが本発明の処理方法で除去されたこ
とになる。このように、原水中のアンモニア性窒素が高
濃度の場合にもその約１／２を本発明の処理方法で除去
することができた。（実施例５）実施例５は、図１１で
説明した窒素除去装置を用いて行ったものであり、第１
の反応槽、第２の反応槽には、実施例４で使用した固定
化担体を引き続き使用した。

【００８７】表６は、実施例５において試験に供した無
機合成廃水のアンモニア濃度及び運転条件である。

【００８８】

【表６】（表６）原水及び運転条件その結果、実施例５の処理水の水質は、ＮＨ₄-Ｎ濃度１
０mg／Ｌ以下、ＮＨ₂ＯＨ濃度１mg／Ｌ以下、ＮＯ₂-Ｎ
濃度５mg／Ｌ以下、ＮＯ₃-Ｎ濃度１０mg／Ｌ以下であり
良好な水質を得ることができた。この時のメタノール添
加量は、１０３２〜１３６０（mg／Ｌ）であった。尚、
比較例として実施例５で使用したと同じ原水を使用して
従来の硝化・脱窒処理の代表例である活性汚泥循環変法
により行って脱窒槽でのメタノール使用量を調べたとこ
ろ、ＮＯ₃-Ｎ濃度が９６０mg／Ｌの硝化液を脱窒するた
めにメタノール量が２３００（mg／Ｌ）であった。この
結果から、本発明の窒素除去方法を用いることにより、
脱窒処理におけるメタノールの使用量を約１／２に削減
することができる。（実施例６）図１２に示した窒素除去装置を用いて本発
明の窒素除去方法を行った実施例６を以下に説明する。

【００８９】（運転条件）硝化槽滞留時間 … ３時間脱窒槽滞留時間 … ５時間硝化槽ＤＯレベル … ０．２〜０．７ｍｇ／Ｌ脱窒槽ｐＨ … ３〜５凝集沈殿槽ｐＨ … ６．５〜７．５汚泥返送率 … 原水比２５％上記運転条件で運転した時の硝化槽へ流入する廃水原
水、硝化槽出口での硝化液、凝集沈殿槽出口での処理水
についてそれぞれ、アンモニア態窒素（ＮＨ₄-Ｎ）濃
度、亜硝酸態窒素（ＮＯ₂-Ｎ）濃度、硝酸態窒素（ＮＯ
₃-Ｎ）濃度及びヒドロキシルアミン（ＮＨ₂ＯＨ）濃度
を測定した。廃水原水としては、有機物を含有しない無
機合成廃水を使用した。測定結果を表７に示す。

【００９０】

【表７】（表７）表７の結果から分かるように、硝化槽では、ヒドロキシ
ルアミン、硝酸態窒素、亜硝酸態窒素の混在した酸化体
窒素を含む硝化液が生成され、この硝化液を脱窒槽で処
理することにより、処理水の窒素成分濃度を十分低減さ
せることができた。

【００９１】この結果から、本発明の窒素除去方法を行
うことにより、水素供与体としての有機物を必要とせず
に硝化・脱窒することができることが実証された。従っ
て、本発明の窒素除去方法は、高濃度のアンモニアを含
有し、且つ有機物が存在しない無機廃水、例えば、ゴミ
処分場の浸出水、火力発電所廃水、汚泥処理系のスクラ
バー廃水等に最適である。

【００９２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の窒素除去
方法及び装置並びに包括固定化担体によれば、ＮＨ₄→
ＮＨ₂ＯＨ→Ｎ₂の反応経路で窒素を除去できるので処
理時間を短縮することができると共に、微生物の栄養源
としてメタノール等を使用しないか、又は使用しても少
量ですむので処理コストを大幅に削減することのでき
る。

【００９３】更には、硝化・脱窒ともに好気的に行うこ
とができるので、１つの反応槽で行うことができ装置の
コンパクト化を図ることができる。また、本発明の窒素
除去方法によれば、第１の反応槽でヒドロキシルアミン
と、硝酸態窒素又は亜硝酸態窒素の少なくとも一方とが
混在した酸化態窒素を含む硝化液を生成させ、脱窒槽に
おいてその硝化液を鉄イオンと鉄酸化細菌に接触させる
ことにより、水素供与体としての有機物を必要としない
で脱窒処理を行うことができる。

【００９４】従って、従来、脱窒処理において添加して
いたメタノール等の有機物が必要ないので、処理コスト
を低減することができる。また、反応に有機物を必要し
ないので、高濃度のアンモニアを含有し、且つ有機物が
存在しない無機排水、例えば、ゴミ処分場の浸出水、火
力発電所廃水、汚泥処理系のスクラバー廃水等に極めて
有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の包括固定化担体の概念を説明
する模式図

【図２】図２は、変換微生物の役割を説明する説明図

【図３】図３は、短絡型の脱窒反応におけるＴ−Ｎ除去
速度と廃水中の溶存酸素濃度の関係図

【図４】図４は、短絡型の脱窒反応と硝酸型の脱窒反応
を比較説明する説明図

【図５】図５は、本発明の窒素除去装置の第１の実施の
形態を説明する断面図

【図６】図６は、本発明の窒素除去装置の第２の実施の
形態を説明する断面図

【図７】図７は、本発明の窒素除去装置の第３の実施の
形態を説明する断面図

【図８】図８は、本発明の短絡型の窒素除去方法と廃水
のｐＨとの関係を説明する説明図

【図９】図９は、本発明の窒素除去装置の第４の実施の
形態における１槽式の窒素除去装置を説明する断面図

【図１０】図１０は、本発明の窒素除去装置の第４の実
施の形態における２槽式の窒素除去装置を説明する断面
図

【図１１】図１１は、本発明の窒素除去装置の第４の実
施の形態における４槽式の窒素除去装置を説明する断面
図

【図１２】図１２は、本発明の窒素除去装置の第５の実
施の形態を説明する構成図

【図１３】図１３は、硝化処理の反応を説明する説明図

【図１４】図１４は、脱窒処理の反応を説明する説明図

【図１５】図１５は、本発明の実施例でマグネタイト５
％の場合の説明図

【図１６】図１６は、本発明の実施例でマグネタイト１
０％の場合の試験結果の説明図

【図１７】図１７は、マグネタイトの適正含有率を検討
した説明図

【符号の説明】

１０、１００、２００…窒素除去装置１１、１１４、１２６、１３２、１３６、２１２、２１
４…反応槽１２…酸化微生物と触媒作用物質と変換微生物を一緒に
包括固定した担体１４、１１６、２２２…曝気装置２０、２２８…ＤＯ測定センサ２６、２４４…ｐＨ測定センサ１１５…硝化細菌と鉄酸化細菌を包括固定した担体１２８…硝化細菌を包括固定した担体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小笠原多佳子東京都千代田区内神田１丁目１番14号日立プラント建設株式会社内 (56)参考文献特開昭62−65796（ＪＰ，Ａ) 特開平10−165981（ＪＰ，Ａ) 特公昭62−56798（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 3/28 - 3/34

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】廃水中の窒素化合物を生物学的に処理して
除去する窒素除去方法において、前記窒素化合物を酸化する酸化微生物と、前記酸化微生
物により酸化されて生成した窒素化合物の酸化中間生成
物を窒素に変換する触媒作用物質と、前記触媒作用物質
の窒素変換能力を再生する変換微生物とを、前記廃水と
好気条件で接触させることを特徴とする窒素除去方法。
【請求項２】鉄分を含有する廃水中の窒素化合物を生物
学的に処理して除去する窒素除去方法において、前記窒
素化合物を酸化する酸化微生物と、前記酸化微生物によ
り酸化されて生成した窒素化合物の酸化中間生成物を窒
素に変換する触媒作用物質である前記廃水中の鉄分と、
前記触媒作用物質の窒素変換能力を再生する変換微生物
とを、好気条件で接触させることを特徴とする窒素除去
方法。
【請求項３】前記酸化微生物、前記触媒作用物質、及び
前記変換微生物を、担体ごとに別個若しくは一緒に高分
子ゲルで包括固定することを特徴とする請求項１の窒素
除去方法。
【請求項４】前記酸化微生物、前記触媒作用物質、及び
前記変換微生物を、担体ごとに別個若しくは一緒に付着
担体に付着固定することを特徴とする請求項１の窒素除
去方法。
【請求項５】前記触媒作用物質を強制的に付着させた付
着担体に、前記酸化微生物と変換微生物とを自然付着さ
せることを特徴とする請求項１の窒素除去方法。
【請求項６】前記触媒作用物質を成分として含有する材
料を付着担体とし、この付着担体に前記酸化微生物と変
換微生物とを自然付着させることを特徴とする請求項１
の窒素除去方法。
【請求項７】前記酸化微生物は、硝化細菌、及び該硝化
細菌以外の窒素化合物酸化酵素を有する微生物のうちの
１つ又は２つ以上の混合物であることを特徴とする請求
項１の窒素除去方法。
【請求項８】前記触媒作用物質は鉄分であって、マグネ
タイト、赤鉄鉱、かっ鉄鉱、磁鉄鉱、黄鉄鉱のうちの１
つ又は２以上の混合物であることを特徴とする請求項１
の窒素除去方法。
【請求項９】前記変換微生物は、鉄酸化細菌であること
を特徴とする請求項１の窒素除去方法。
【請求項１０】前記廃水中の溶存酸素レベルを０．１ｍ
ｇ／Ｌ以上に制御することを特徴とする請求項１又は２
の窒素除去方法。
【請求項１１】前記廃水のｐＨを４〜６．５に制御する
ことを特徴とする請求項１又は２の窒素除去方法。
【請求項１２】廃水中の窒素化合物を生物学的に処理し
て除去する窒素除去装置において、前記窒素化合物を酸化する酸化微生物と、前記酸化微生
物により酸化されて生成した窒素化合物の酸化中間生成
物を窒素に変換する触媒作用物質と、前記触媒作用物質
の窒素変換能力を再生する変換微生物とを、前記廃水と
好気条件で接触させる反応槽と、前記反応槽内の廃水中の溶存酸素を制御する制御手段
と、前記反応槽内の廃水のｐＨを制御する制御手段と、から
成ることを特徴とする窒素除去装置。
【請求項１３】廃水中の窒素化合物を生物学的に処理し
て除去する窒素除去装置において、前記窒素化合物を酸化する酸化微生物と、前記酸化微生
物により酸化されて生成した窒素化合物の酸化中間生成
物を窒素に変換する触媒作用物質と、前記触媒作用物質
の窒素変換能力を再生する変換微生物とを、前記廃水と
好気条件で接触させる反応槽と、前記反応槽の前段に設けられ、前記廃水中の有機物を硝
化・脱窒によって除去する生物学的な有機物除去手段
と、から成ることを特徴とする窒素除去装置。
【請求項１４】廃水中の窒素化合物を生物学的に処理し
て除去する窒素除去装置において、前記廃水と、前記窒素化合物を酸化する酸化微生物とを
好気性条件で接触させる第１の反応槽と、前記第１の反応槽からの流出液と、前記酸化微生物と、
前記酸化微生物により酸化されて生成した窒素化合物の
酸化中間生成物を窒素に変換する触媒作用物質と、前記
触媒作用物質の窒素変換能力を再生する変換微生物と
を、好気条件で接触させる第２の反応槽と、から成るこ
とを特徴とする窒素除去装置。
【請求項１５】硝化細菌、及び硝化細菌以外の窒素化合
物酸化酵素を有する微生物のうちの１つ又は２つ以上の
混合物から成り、廃水中の窒素化合物を酸化する酸化微
生物と、鉄分であって、マグネタイト、赤鉄鉱、かっ鉄鉱、磁鉄
鉱、黄鉄鉱のうちの１つ又は２つ以上の混合物から成
り、前記酸化微生物により酸化されて生成した窒素化合
物の酸化中間生成物を窒素に変換する触媒作用物質と、鉄酸化細菌から成り前記触媒作用物質の窒素変換能力を
再生する変換微生物とを一緒に高分子ゲルで包括固定す
ることを特徴とする包括固定化担体。
【請求項１６】鉄分を含有する廃水中の窒素化合物を生
物学的に処理する包括固定化担体であって、硝化細菌、及び硝化細菌以外の窒素化合物酸化酵素を有
する微生物のうちの１つ又は２つ以上の混合物から成
り、廃水中の窒素化合物を酸化する酸化微生物と、鉄酸化細菌から成り前記触媒作用物質の窒素変換能力を
再生する変換微生物とを一緒に高分子ゲルで包括固定す
ることを特徴とする包括固定化担体。