JP6195796B2

JP6195796B2 - アンモニウムイオンの除去方法、及び水処理装置

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Publication number: JP6195796B2
Application number: JP2014009614A
Authority: JP
Inventors: 庸平橋本
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2017-09-13
Anticipated expiration: 2034-01-22
Also published as: JP2015136657A

Description

本発明は、アンモニウムイオンの除去方法、及び水処理装置に関する。

排水中の窒素成分の除去は、流域の環境保全（富栄養化問題対策）という点で重要である。一般に窒素成分の除去には、硝化・脱窒反応又はアナモックス反応等の生物反応を利用した生物学的処理方法が採用されている。

生物反応を利用しない処理方法として、例えば、アンモニア・ストリッピング法、不連続点塩素処理法、触媒分解法、イオン交換法等が知られており、また、特許文献１には、アンモニア含有排水に、塩化マグネシウム及びリン酸を添加してＭＡＰ（ＭｇＮＨ_４ＰＯ_４・６Ｈ_２Ｏ：リン酸マグネシウムアンモニウム）を合成させ、これを固液分離することによりアンモニア含有排水中の窒素分を除去することを特徴とするアンモニア含有排水の処理方法が開示されている。

特開２００７−０６９１６５号公報

生物学的処理方法は、安価であり、排水中の窒素成分の濃度が低い場合から中程度の場合まで広く対応可能であるという利点を有する一方、反応速度が遅いため大きな処理施設が必要となること、低温条件下（例えば、冬季）では活性が低下すること、温室効果ガスであるＮ_２Ｏが発生すること等の課題がある。

生物反応を利用しない処理方法は、窒素成分の濃度が高い場合等の生物学的処理が向かない排水に有効である一方、薬品や電力コストが高価であること等の課題がある。

このように従来の処理方法にはそれぞれ一長一短があり、選択肢を増やすために新規な処理方法に対する需要が存在する。そこで本発明は、新規なアンモニウムイオンの除去方法の提供を目的とする。

本発明は、リポソームとマグネシウムイオンをアンモニウムイオン含有被処理水中に共存させる工程を含む、アンモニウムイオンの除去方法を提供する。

上記除去方法は、リポソームとマグネシウムイオンをアンモニウムイオン含有被処理水中に共存させることにより、当該被処理水からアンモニウムイオンを効率よく除去できるという、本発明者が見出した新規な知見に基づくものである。

上記除去方法では、リポソームの分散性が高いため、被処理水中のアンモニウムイオンとの接触効率が高く、効率よく反応を進めることができる。したがって、アンモニウムイオンの除去効率が高く、短時間で被処理水中のアンモニウムイオンを充分に低減することができる。また、生物反応を利用した処理方法ではないため、被処理水中のアンモニウムイオンの濃度が低い場合から高い場合まで広く対応可能であり、生物学的処理に適さない被処理水（例えば、窒素化合物以外の成分をほとんど含まない排水）に対しても適用可能であり、さらに温室効果ガスであるＮ_２Ｏが発生しないという利点もある。

本発明はまた、リポソームと汚泥をアンモニウムイオン含有被処理水中に共存させる工程を含む、アンモニウムイオンの除去方法を提供する。

上記除去方法は、リポソームと汚泥をアンモニウムイオン含有被処理水中に共存させることにより、当該被処理水からアンモニウムイオンを効率よく除去できるという、本発明者が見出した新規な知見に基づくものである。

上記除去方法は、上記アンモニウムイオン含有被処理水中にマグネシウムイオンを共存させることを更に含むことが好ましい。リポソームと汚泥に加え、マグネシウムイオンを更に共存させることによって、アンモニウムイオンの除去効率がより一層高くなる。

本発明はさらに、アンモニウムイオン除去部と、上記アンモニウムイオン除去部にリポソームを供給するリポソーム供給手段と、上記アンモニウムイオン除去部にマグネシウムイオンを供給するマグネシウムイオン供給手段と、を備える、水処理装置を提供する。

本発明はさらにまた、汚泥含有槽と、上記汚泥含有槽にリポソームを供給するリポソーム供給手段と、を備える水処理装置を提供する。当該水処理装置は、上記汚泥含有槽にマグネシウムイオンを供給するマグネシウムイオン供給手段を更に備えることが好ましい。

本発明によれば、リポソームを用いた全く新規なアンモニウムイオンの除去方法の提供が可能となる。本発明の除去方法では、リポソームの分散性が高いため、被処理水中のアンモニウムイオンとの接触効率が高く、効率よく反応を進めることができる。

本発明の除去方法は、アンモニウムイオンの除去効率が高く、短時間で被処理水中のアンモニウムイオンを充分に低減することができる。すなわち、短時間でアンモニウムイオンを除去することができ、また後段処理が不要なレベルにまで被処理水中のアンモニウムイオンを低減することができる。

本発明の除去方法は、生物反応を利用した処理方法ではないため、被処理水中のアンモニウムイオンの濃度が低い場合から高い場合まで広く対応可能であり、生物学的処理に適さない被処理水（例えば、窒素化合物以外の成分をほとんど含まない排水）に対しても適用可能であり、さらに温室効果ガスであるＮ_２Ｏが発生しないという利点もある。また、リポソームを回収する場合、回収したリポソームはリン（Ｐ）及び窒素（Ｎ）を豊富に含んでいるため、例えば、肥料として再利用することも可能である。

水処理装置の一実施形態を示す模式図である。水処理装置の一実施形態を示す模式図である。水処理装置の一実施形態を示す模式図である。実施例１におけるアンモニウムイオン濃度の測定結果を示すグラフである。実施例２におけるアンモニウムイオン濃度の測定結果を示すグラフである。実施例２におけるアンモニウムイオン濃度の測定結果を示すグラフである。実施例３におけるアンモニウムイオン濃度の測定結果を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。ただし、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

〔リポソーム〕
リポソームは、リン脂質を主成分とする脂質二重膜からなる小胞である。脂質二重膜を構成する他の成分として、コレステロール等のリン脂質以外の脂質、糖、タンパク質等を含んでいてもよい。

リン脂質は、構造中にリン酸エステル部位を有する脂質である。リン脂質は、例えば、グリセリン又はスフィンゴシンを中心骨格として脂肪酸及びリン酸が結合し、更にリン酸にアルコール（例えば、コリン、エタノールアミン、イノシトール、セリン等）がエステル結合した構造を有するものであってもよい。リン脂質は天然由来のものであってもよく、合成されたものであってもよい。

リン脂質として、これに限定されるものではないが、例えば、ホスファチジルコリン、スフィンゴミエリン、ホスファチジルエタノールアミン、ホスファチジルセリン等を挙げることができる。

リン脂質のより具体的な例として、例えば、１，２−ジデカノイルホスファチジルコリン（ＤＤＰＣ）、１−ステアロイル−２−オレオイルホスファチジルコリン（ＳＯＰＣ）、１，２−ジミリストイルホスファチジルコリン（ＤＭＰＣ）、１−パルミトイル−２−ミリストイルホスファチジルコリン（ＰＭＰＣ）、１−ミリストイル−２−パルミトイルホスファチジルコリン（ＭＰＰＣ）、１，２−ジパルミトイルホスファチジルコリン（ＤＰＰＣ）、水素添加大豆ホスファチジルコリン（ＨＳＰＣ）、卵黄ホスファチジルコリン（ＥＰＣ）、スフィンゴミエリン卵黄由来（ＥＧＧ−ＳＰＭ）、スフィンゴミエリン牛乳由来（ＭＩＬＫ−ＳＰＭ）、１，２−ジオレオイルホスファチジルエタノールアミン（ＤＯＰＥ）、１，２−ジパルミトイルホスファチジルエタノールアミン（ＤＰＰＥ）、１，２−ジオレオイルホスファチジルセリン（ＤＯＰＳ）、１，２−ジパルミトイルホスファチジルセリン（ＤＰＰＳ）を挙げることができる。

リポソームとしては、電荷を帯びていないリポソームであってもよく、電荷を帯びているリポソームであってもよい。「電荷を帯びていない」とは、リポソーム全体としてみたときに、外界と接する表面の正電荷量と負電荷量が等しいことを意味する。局所的にみたときに正電荷及び負電荷があってもよい。リポソームとしては、アンモニウムイオンの除去効率をより一層向上させる観点から、電荷を帯びているリポソームが好ましい。電荷を帯びているリポソームとしては、カチオン性リポソームとアニオン性リポソームが挙げられる。

カチオン性リポソームとは、外界と接する表面が正電荷を帯びているリポソームである。カチオン性リポソームは、リポソームにカチオン性脂質、カチオン性多糖類等を脂質二重層の構成要素として含ませることで得ることができる。カチオン性リポソームとして、例えば、遺伝子導入ベクターとして用いられているものを利用することもできる。

カチオン性脂質として、例えば、第一級アミン、第二級アミン、第三級アミン又は第四級アンモニウムカチオンが結合した脂質を挙げることができる。カチオン性脂質のより具体的な例として、例えば、Ｎ，Ｎ−ジオレイル−Ｎ，Ｎ−ジメチルアンモニウムクロリド（ＤＯＤＡＣ）、Ｎ−［１−（２，３−ジオレイルオキシ）プロピル］−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルアンモニウムクロリド（ＤＯＴＭＡ）、ジメチルジオクタデシルアンモニウムブロミド（ＤＤＡＢ）、Ｎ−［１−（２，３−ジオレイルオキシ）プロピル］−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルアンモニウム硫酸メチル（ＤＯＴＡＰ）、３β−［Ｎ−（Ｎ’，Ｎ’−ジメチルアミノエタン）−カルバモイル］コレステロール（ＤＣ−Ｃｈｏｌ）、（１，２−ジミリスチルオキシプロピル−３−ジメチルヒドロキシエチルアンモニウムブロミド（ＤＭＲＩＥ）、ジオクタデシルアミドグリシルスペルミン（ＤＯＧＳ）、Ｎ，Ｎ−ジメチル−（２，３−ジオレイルオキシ）プロピルアミン（ＤＯＤＭＡ）、１，２−ジオレイル−３−ジメチルアンモニウムプロパン（ＤＯＤＡＰ）、ステアリルアミン等が挙げられる。カチオン性多糖類のより具体的な例として、例えば、キトサン等が挙げられる。

アニオン性リポソームとは、外界と接する表面が負電荷を帯びているリポソームである。アニオン性リポソームは、リポソームにアニオン性脂質、アニオン性多糖類等を脂質二重層の構成要素として含ませることで得ることができる。

アニオン性脂質として、例えば、ステアリン酸、オレイン酸、パルミチン酸等の脂肪酸、ドデシル硫酸、ヘキサデシル硫酸等のアルキル硫酸を挙げることができる。アニオン性多糖類として、例えば、カラギーナン、デキストラン硫酸等を挙げることができる。

リン脂質以外の脂質の含有量は、リポソームの膜の安定性を調節できる観点から、リポソーム全体の質量を基準として、５０質量％以下であることが好ましく、３０質量％以下であることがより好ましく、５〜２０質量％であることが好ましい。

リポソームは、複数の層構造を有していてもよい。

リポソームは、公知の方法により作製することができる。例えば、リン脂質等のリポソームの構成要素をクロロホルム等の有機溶媒に溶解し、有機溶媒を留去し脂質薄膜を得る。そこに精製水又は緩衝液を加えて、超音波処理又はボルテックスミキサーを用いて水和分散させることで、リポソームを作製することができる。脂質薄膜に精製水又は緩衝液を加えて、リン脂質の相転移温度以上の温度となるように加温することで、リポソームを作製してもよい。また、逆相蒸発法、エタノール注入法、エーテル蒸発法等を利用してもよい。

〔汚泥〕
汚泥としては、例えば、生物学的排水処理で用いられる活性汚泥が挙げられる。

〔アンモニウムイオン含有被処理水〕
アンモニウムイオン含有被処理水としては、アンモニウムを含有するものであれば特に制限されない。アンモニウムイオン含有被処理水の具体例としては、例えば、下水処理場、し尿処理場、浄化槽等で処理される排水、廃棄物処分場の浸出水、畜舎から排出される家畜糞尿、生ゴミ、家畜糞尿等をメタン発酵させたときに生じるメタン発酵消化液、活性汚泥法等で発生した余剰汚泥を自己消化させたときに生じる汚泥消化液を挙げることができる。

アンモニウムイオン含有被処理水におけるアンモニウムイオンの濃度は特に制限されず、低濃度（例えば、０．１〜２０ｐｐｍ）であってもよく、中程度の濃度（例えば、２０〜１００ｐｐｍ）であってもよく、高濃度（例えば、１００〜１００００ｐｐｍ）であってもよい。

〔アンモニウムイオンの除去方法〕
本発明の第１の実施形態に係るアンモニウムイオンの除去方法は、リポソームとマグネシウムイオンをアンモニウムイオン含有被処理水中に共存させる工程を含む。第１の実施形態に係る除去方法によれば、アンモニウムイオン含有被処理水中のアンモニウムイオン（アンモニア態窒素）を短時間で充分に低減することができる。

リポソームとマグネシウムイオンをアンモニウムイオン含有被処理水中に共存させる方法としては、例えば、リポソームとマグネシウムイオン源（例えば、硫酸マグネシウム、塩酸マグネシウム、硝酸マグネシウム等のマグネシウム塩）をアンモニウムイオン含有被処理水に添加する方法が挙げられる。リポソームとマグネシウムイオン源の添加順序は任意であり、同時に添加してもよい。

本発明の第２の実施形態に係るアンモニウムイオンの除去方法は、リポソームと汚泥をアンモニウムイオン含有被処理水中に共存させる工程を含む。第２の実施形態に係る除去方法は、リポソームと汚泥を共存させることにより、アンモニウムイオン含有被処理水中のアンモニウムイオン（アンモニア態窒素）を短時間で充分に低減することができる。

リポソームと汚泥をアンモニウムイオン含有被処理水中に共存させる方法としては、例えば、リポソームと汚泥をアンモニウムイオン含有被処理水に添加する方法が挙げられる。リポソームと汚泥の添加順序は任意であり、同時に添加してもよい。また、例えば、活性汚泥法における、汚泥とアンモニウムイオン含有被処理水を含む反応槽（汚泥含有槽）、又は膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ法）における、汚泥とアンモニウムイオン含有被処理水を含む反応槽若しくは膜分離槽（汚泥含有槽）にリポソームを添加する方法でもよい。

第２の実施形態に係る除去方法においては、リポソームと汚泥に加え、更にマグネシウムイオンを共存させることが好ましい。これにより、アンモニウムイオンの除去効率がより一層高くなる。マグネシウムイオンを共存させる方法としては、例えば、マグネシウムイオン源を添加する方法が挙げられる。リポソーム、汚泥及びマグネシウムイオン源の添加順序は任意である。

リポソームの濃度は、例えば、０．１〜２００ｍｇ／ｍＬであってよい。また、アンモニウムイオンの除去速度やリポソーム作製の容易さの観点から、１〜１００ｍｇ／ｍＬであることが好ましく、１０〜５０ｍｇ／ｍＬであることがより好ましい。

マグネシウムイオンの濃度は、例えば、０．００１〜１０ｍｇ／ｍＬであってよい。

汚泥の濃度は、例えば、１００〜２００００ｍｇ／Ｌであってよく、１０００〜１００００ｍｇ／Ｌであることが好ましい。なお、汚泥の濃度は、ＭＬＳＳ（Ｍｉｘｅｄｌｉｑｕｏｒｓｕｓｐｅｎｄｅｄｓｏｌｉｄｓ；活性汚泥浮遊物質）に基づいて算出される値から計算される。

第１の実施形態に係る除去方法では、リポソームとマグネシウムイオンの質量比率は、例えば、１００００：１〜１：１であってよい。また、反応速度を向上させる観点から、１０００：１〜１０：１であることが好ましく、１００：１〜１０：１であることがより好ましい。

第２の実施形態に係る除去方法では、リポソームと汚泥の質量比率は、例えば、２００：１〜１：２００であってよい。また、反応速度を向上させる観点から、５０：１〜１：５０であることが好ましく、１０：１〜１：１０であることがより好ましい。

第２の実施形態に係る除去方法において、マグネシウムイオンを併用する場合、リポソームとマグネシウムイオンの質量比率は、例えば、１００００：１〜１：１であってよい。また、反応速度を向上させる観点から、１０００：１〜１０：１であることが好ましく、１００：１〜１０：１であることがより好ましい。

上記共存させる工程は、例えば、１〜６０℃で実施することができ、１０〜４０℃で実施することが好ましい。

上記共存させる工程は、例えば、１〜４８時間実施すればよい。本実施形態に係る除去方法は、アンモニウムイオンの除去効率に優れているため、このような短時間でも充分にアンモニウムイオンを低減することができる。

第１の実施形態及び第２の実施形態に係る除去方法は、上記共存させる工程の後に、リポソームを回収する工程を更に備えていてもよい。回収されるリポソームは、リポソーム由来のリン（Ｐ）及び除去されたアンモニウムイオン由来の窒素（Ｎ）を豊富に含んでいるため、例えば、肥料として再利用することができる。リポソームの回収は、例えば、自然沈降、膜分離、活性炭への吸着等により行うことができる。

〔水処理装置〕
本発明の第１の実施形態に係る水処理装置は、アンモニウムイオン除去部と、アンモニウムイオン除去部にリポソームを供給するリポソーム供給手段と、アンモニウムイオン除去部にマグネシウムイオンを供給するマグネシウムイオン供給手段と、を備える。

図１は、一実施形態に係る水処理装置を示す模式図である。図１に示す水処理装置１００は、供給手段１５０を有するアンモニウムイオン除去槽（アンモニウムイオン除去部）１１０と、アンモニウムイオン除去槽１１０にラインＬ１２０を介して連結された沈殿池１２０とを備える。供給手段１５０は、アンモニウムイオン除去槽１１０に、リポソームとマグネシウムイオンを供給する、リポソームと汚泥を供給する、又はリポソームと汚泥とマグネシウムイオンを供給するものである。供給手段１５０は、例えば、リポソーム供給手段とマグネシウムイオン供給手段のように複数存在してもよいし、リポソーム供給手段とマグネシウムイオン供給手段を兼ねていてもよい。供給手段としては、例えば、アンモニウムイオン除去槽１１０に連結された配管等が挙げられる。供給手段１５０は、アンモニウムイオン除去槽（アンモニウムイオン除去部）１１０にリポソーム等を供給できればよく、例えば、ラインＬ１１０に連結していてもよい。

アンモニウムイオン含有被処理水は、ラインＬ１１０を介してアンモニウムイオン除去槽１１０に導入される。導入されたアンモニウムイオン含有被処理水を、例えば、供給手段１５０から供給されたリポソームとマグネシウムイオンの共存下で所定時間、所定温度で反応させる。リポソーム等と結合体を形成したアンモニウムイオンを含有する被処理水は、ラインＬ１２０を介して沈殿池１２０に導出される。沈殿池１２０で固液分離された被処理水はアンモニウムイオン濃度が充分に低減されているため、後段処理を行うことなくそのまま排出してもよいし、その他必要な処理を施してもよい。図１に示す水処理装置１００は、固液分離手段として沈殿池１２０としているが、リポソーム等と結合体を形成したアンモニウムイオンと被処理水を固液分離できれば、例えば、膜分離装置、遠心分離装置、活性炭吸着装置等であってもよい。また、沈殿池１２０で分離されたリポソームは、余剰リポソームとしてラインＬ１３０を介して排出される。

本発明の第２の実施形態に係る水処理装置は、汚泥含有槽と、当該汚泥含有槽にリポソームを供給するリポソーム供給手段と、を備える。第２の実施形態に係る水処理装置は、汚泥含有槽にマグネシウムイオンを供給するマグネシウムイオン供給手段を更に備えることが好ましい。

図２及び図３は、それぞれ一実施形態に係る水処理装置を示す模式図である。図２及び図３に示す水処理装置は、例えば、活性汚泥法、膜分離活性汚泥（ＭＢＲ）法等による排水処理に用いられる。

図２に示す水処理装置２００は、反応槽２１０と、反応槽２１０にラインＬ２２０を介して連結された沈殿池２２０と、沈殿池２２０にラインＬ２３０を介して連結されたアンモニウムイオン除去槽（アンモニウムイオン除去部又は汚泥含有槽）２３０と、アンモニウムイオン除去槽２３０にラインＬ２４０を介して連結された沈殿池２４０とを備える。アンモニウムイオン除去槽２３０は、供給手段２５０を有する。供給手段２５０は、アンモニウムイオン除去槽２３０に、リポソームとマグネシウムイオンを供給する、リポソームと汚泥を供給する、又はリポソームと汚泥とマグネシウムイオンを供給するものである。供給手段２５０は、例えば、リポソーム供給手段とマグネシウムイオン供給手段のように複数存在してもよいし、リポソーム供給手段とマグネシウムイオン供給手段を兼ねていてもよい。供給手段としては、例えば、アンモニウムイオン除去槽２３０に連結された配管等が挙げられる。供給手段２５０は、アンモニウムイオン除去槽（アンモニウムイオン除去部又は汚泥含有槽）２３０にリポソーム等を供給できればよく、例えば、ラインＬ２３０に連結していてもよい。

有機性排水は、ラインＬ２１０を介して反応槽２１０に導入される。反応槽２１０では、活性汚泥により有機物を分解する。反応槽２１０において処理された後の汚泥を含むアンモニウムイオン含有被処理水はラインＬ２２０を介して沈殿池２２０に導入される。沈殿池２２０では、汚泥とアンモニウムイオン含有被処理水とが固液分離され、アンモニウムイオン含有被処理水はラインＬ２３０を介してアンモニウムイオン除去槽２３０に導入される。分離汚泥は、返送汚泥として反応槽２１０に戻すべく汚泥返送ラインＬ２５０を介して返送されるように構成されている。図２に示す水処理装置２００は、固液分離手段として沈殿池２２０としているが、アンモニウムイオン含有被処理水と汚泥を固液分離できれば、例えば、膜分離装置や遠心分離装置等であってもよい。

アンモニウムイオン除去槽２３０に導入されたアンモニウムイオン含有被処理水を、例えば、供給手段２５０から供給されたリポソームとマグネシウムイオンの共存下で所定時間、所定温度で反応させる。この時、沈殿池２２０に堆積する余剰汚泥をアンモニウムイオン除去槽２３０に導入して、反応に用いてもよい。リポソーム等と結合体を形成したアンモニウムイオンを含有する被処理水は、ラインＬ２４０を介して沈殿池２４０に導出される。沈殿池２４０で固液分離された被処理水はアンモニウムイオン濃度が充分に低減されているため、後段処理を行うことなくそのまま排出してもよいし、その他必要な処理を施してもよい。図２に示す水処理装置２００は、固液分離手段として沈殿池２４０としているが、リポソーム等と結合体を形成したアンモニウムイオンと被処理水を固液分離できれば、例えば、膜分離装置、遠心分離装置、活性炭吸着装置等であってもよい。また、沈殿池２４０で分離された汚泥及びリポソームは、ラインＬ２６０を介して排出される。分離された汚泥及びリポソームをアンモニウムイオン除去槽２３０に導入して、再度反応に利用することもできる。

図３に示す水処理装置３００は、反応槽（汚泥含有槽）３１０と、反応槽３１０にラインＬ３２０を介して連結された沈殿池３２０とを備える。反応槽３１０は、供給手段３５０を有する。供給手段３５０は、反応槽３１０に、リポソームとマグネシウムイオンを供給する、又はリポソームを供給するものである。なお、反応槽３１０には活性汚泥が含まれている。供給手段３５０は、例えば、リポソーム供給手段とマグネシウムイオン供給手段のように複数存在してもよいし、リポソーム供給手段とマグネシウムイオン供給手段を兼ねていてもよい。供給手段としては、例えば、反応槽３１０に連結された配管等が挙げられる。供給手段３５０は、反応槽（汚泥含有槽）３１０にリポソーム等を供給できればよく、例えば、ラインＬ３１０に連結していてもよい。

有機性排水は、ラインＬ３１０を介して反応槽３１０に導入される。反応槽３１０では、有機性排水（アンモニウムイオン含有被処理水）は、活性汚泥により有機物が分解されると共に、例えば、供給手段３５０から供給されたリポソームの共存下で所定時間、所定温度で反応させ、アンモニウムイオンを除去する。リポソーム等と結合体を形成したアンモニウムイオンを含有する被処理水は、ラインＬ３２０を介して沈殿池３２０に導出される。沈殿池３２０では、リポソーム等及び汚泥と、被処理水とが固液分離される。分離された汚泥及びリポソームは、ラインＬ３５０を介して外部に排出される。また、分離された汚泥及びリポソームをラインＬ３４０を介して反応槽３１０に導入して、再度反応に利用することもできる。図３に示す水処理装置３００は、固液分離手段として沈殿池３２０としているが、リポソーム等及び汚泥と、被処理水とを固液分離できれば、例えば、膜分離装置、遠心分離装置等であってもよい。

沈殿池３２０で固液分離された被処理水はアンモニウムイオン濃度が充分に低減されているため、後段処理を行うことなくそのまま排出してもよいし、その他必要な処理を施してもよい。

以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（カチオン性リポソーム溶液の調製）
水素添加大豆ホスファチジルコリン（ＣＯＡＴＳＯＭＥＮＣ−２１，日油株式会社製）、コレステロール（関東化学製）、及びステアリルアミン（関東化学製）を用い、以下に示す組成のカチオン性リポソームをバンガム（Ｂａｎｇｈａｍ）法として知られる次の手順により作製した。
カチオン性リポソーム組成：
水素添加大豆ホスファチジルコリン３４．３９ｍＭ
コレステロール３３．６２ｍＭ
ステアリルアミン１４．８４ｍＭ
まず、クロロホルムに水素添加大豆ホスファチジルコリン、コレステロール及びステアリルアミンを溶解した。続いて、エバポレーターを用いてクロロホルムを除去し、ナス型フラスコの底に脂質フィルムを形成させた。続いて脂質フィルムを形成させたナス型フラスコにリン酸バッファ（塩化ナトリウム８．０ｇ／Ｌ、塩化カリウム０．２ｇ／Ｌ、リン酸水素二ナトリウム１．４４ｇ／Ｌ、リン酸二水素カリウム０．２４ｇ／Ｌ）を添加し、ボルテックスミキサーを使用して撹拌しながら、６０℃で水和及び分散させ、カチオン性リポソーム溶液を得た。

（アニオン性リポソーム溶液の調製）
水素添加大豆ホスファチジルコリン（ＣＯＡＴＳＯＭＥＮＣ−２１，日油株式会社製）、コレステロール（関東化学製）、及びステアリン酸（関東化学製）を用い、以下に示す組成のアニオン性リポソームをバンガム（Ｂａｎｇｈａｍ）法として知られる次の手順により作製した。
アニオン性リポソーム組成：
水素添加大豆ホスファチジルコリン３４．３９ｍＭ
コレステロール３３．６２ｍＭ
ステアリン酸１４．０６ｍＭ
まず、クロロホルムに水素添加大豆ホスファチジルコリン、コレステロール及びステアリン酸を溶解した。続いて、エバポレーターを用いてクロロホルムを除去し、ナス型フラスコの底に脂質フィルムを形成させた。続いて脂質フィルムを形成させたナス型フラスコにリン酸バッファを添加し、ボルテックスミキサーを使用して撹拌しながら、６０℃で水和及び分散させ、アニオン性リポソーム溶液を得た。

（培地の調製）
以下の組成となるよう各成分を添加し、培地１及び培地２（Ｍｇフリー）を調製した。
培地１：
炭酸水素ナトリウム１０．７２ｍＭ
硫酸アンモニウム１４．２８ｍＭ
リン酸二水素カリウム２９．４０ｍＭ
リン酸水素二カリウム４２．８８ｍＭ
硫酸マグネシウム七水和物１．３８ｍＭ
塩化カルシウム二水和物０．４８ｍＭ
塩化鉄（ＩＩＩ）六水和物０．０１９ｍＭ
超純水残部
培地２（Ｍｇフリー）：
炭酸水素ナトリウム１０．７２ｍＭ
硫酸アンモニウム１４．２８ｍＭ
リン酸二水素カリウム２９．４０ｍＭ
リン酸水素二カリウム４２．８８ｍＭ
塩化カルシウム二水和物０．４８ｍＭ
塩化鉄（ＩＩＩ）六水和物０．０１９ｍＭ
超純水残部

（汚泥）
汚泥は、排水処理場の活性汚泥を使用した。

（ＭＬＳＳ）
以下の実験において、活性汚泥の量は、ＭＬＳＳ（Ｍｉｘｅｄｌｉｑｕｏｒｓｕｓｐｅｎｄｅｄｓｏｌｉｄｓ；活性汚泥浮遊物質）に基づいて測定した。ＭＬＳＳの測定は、以下の方法により行なった。まず、活性汚泥サンプルを遠心管にとり、３０００ｒｐｍで１０分間遠心分離を行なった後、上清を捨てた。次に、得られた沈殿物に水を加えてよく混合した後、再び上記と同様に遠心分離して上清を捨てた。得られた沈殿物を、予め秤量された蒸発皿に入れ、乾燥機中で１０５〜１１０℃で半日乾燥した。続いて、デシケーター中で放冷後、秤量した。測定された質量から、空の蒸発皿の質量を除いた質量をＭＬＳＳとした。

（アンモニウムイオン濃度の測定）
反応液中のアンモニウムイオン濃度（ＮＨ_４−Ｎ：ｍｇ／Ｌ）は、高速液体クロマトグラフィーにより測定した。カラムはＩＣ−Ｃ４（島津）を用いた。溶離液はシュウ酸２．５ｍＭとし、流量１．０ｍｌ／分、温度４０℃で行った。

〔実施例１：アンモニウムイオンの除去〕
試験管に、カチオン性リポソーム溶液、培地１及び汚泥をそれぞれ添加して反応液を調製し、３０℃で振盪した。経時的に反応液を採取し、反応液中のアンモニウムイオン濃度を測定した。結果を図４に示す。

図４中、「リポソーム＋培地１」は、カチオン性リポソーム溶液と培地１との等量混合物を反応液としたときのアンモニウムイオン濃度の経時変化を示す。「リポソーム＋培地１＋汚泥」は、カチオン性リポソーム溶液と培地１との等量混合物に汚泥をＭＬＳＳが３０００ｍｇ／Ｌとなるように添加したものを反応液としたときのアンモニウムイオン濃度の経時変化を示す。「培地１」は、培地１を超純水で２倍希釈したものを反応液としたときのアンモニウムイオン濃度の経時変化を示す。「培地１＋汚泥」は、培地１を超純水で２倍希釈したものに汚泥をＭＬＳＳが３０００ｍｇ／Ｌとなるように添加したものを反応液としたときのアンモニウムイオン濃度の経時変化を示す。

図４の結果より、培地１のみではアンモニウムイオン濃度に変化がみられないこと、リポソームを共存させることによりアンモニウムイオン濃度が低減されること、リポソームに加えて汚泥を共存させることによりアンモニウムイオン濃度がより一層低減されることがわかる。

〔実施例２：マグネシウムイオンの影響〕
試験管に、カチオン性リポソーム溶液、培地１、培地２（Ｍｇフリー）及び汚泥をそれぞれ添加して反応液を調製し、３０℃で振盪した。経時的に反応液を採取し、反応液中のアンモニウムイオン濃度を測定した。結果を図５及び図６に示す。図５は、汚泥を添加せずに測定した結果を、図６は、汚泥を添加して測定した結果をそれぞれ示している。

図５中、「リポソーム＋培地１」は、カチオン性リポソーム溶液と培地１との等量混合物を反応液としたときのアンモニウムイオン濃度の経時変化を示す。「リポソーム＋培地２（Ｍｇフリー）」は、カチオン性リポソーム溶液と培地２（Ｍｇフリー）との等量混合物を反応液としたときのアンモニウムイオン濃度の経時変化を示す。「リポソーム＋ＮＨ_４」は、カチオン性リポソーム溶液と１４．２８ｍＭ硫酸アンモニウム水溶液の等量混合物を反応液としたときのアンモニウムイオン濃度の経時変化を示す。

図５の結果より、リポソームとマグネシウムイオンが共存する場合にアンモニウムイオン濃度が低減されることがわかる。

なお、特許文献１では、ＭＡＰ（ＭｇＮＨ_４ＰＯ_４・６Ｈ_２Ｏ：リン酸マグネシウムアンモニウム）を合成し、これを固液分離することでアンモニウムイオンを除去しているが、本発明におけるアンモニウムイオンの除去メカニズムは、明らかにＭＡＰを介したものとは異なるものである。すなわち、例えば、図５の「リポソーム＋培地１」では、反応液中のマグネシウムイオン濃度が０．６９ｍＭ（硫酸マグネシウム由来）であり、アンモニウムイオン濃度が７．１４ｍＭ（硫酸アンモニウム由来）であり、リン酸濃度が３６．１４ｍＭ（リポソーム溶液のリン酸バッファ由来）である。ＭＡＰは、マグネシウムイオンとアンモニウムイオンとリン酸イオンが１対１対１で反応することで形成されるが、図５の「リポソーム＋培地１」は、明らかにマグネシウムイオンの存在量が少ないため、本発明においてはＭＡＰ以外の反応でアンモニウムイオンが減少しているといえる。

図６中、「リポソーム＋培地１」は、カチオン性リポソーム溶液と培地１との等量混合物に汚泥をＭＬＳＳが３０００ｍｇ／Ｌとなるように添加したものを反応液としたときのアンモニウムイオン濃度の経時変化を示す。「リポソーム＋ＮＨ_４」は、カチオン性リポソーム溶液と１４．２８ｍＭ硫酸アンモニウム水溶液の等量混合物に汚泥をＭＬＳＳが３０００ｍｇ／Ｌとなるように添加したものを反応液としたときのアンモニウムイオン濃度の経時変化を示す。

図６の結果より、リポソームと汚泥が共存する場合にアンモニウムイオン濃度が低減されることがわかる。また、リポソームと汚泥に加えて、更にマグネシウムイオンが共存する場合にアンモニウムイオン濃度がより一層低減されることがわかる。

〔実施例３：リポソームの影響〕
試験管に、カチオン性リポソーム溶液、アニオン性リポソーム溶液、及び培地１をそれぞれ添加して反応液を調製し、３０℃で振盪した。経時的に反応液を採取し、反応液中のアンモニウムイオン濃度を測定した。結果を図７に示す。

図７中、「カチオン性リポソーム」は、カチオン性リポソーム溶液と培地１との等量混合物を反応液としたときのアンモニウムイオン濃度の経時変化を示す。「アニオン性リポソーム」は、アニオン性リポソーム溶液と培地１との等量混合物を反応液としたときのアンモニウムイオン濃度の経時変化を示す。

図７の結果より、リポソームが正電荷及び負電荷のいずれを帯びているかに関わらず、アンモニウムイオン濃度が低減されることがわかる。

１００，２００，３００…水処理装置、１１０，２３０…アンモニウムイオン除去槽、２１０，３１０…反応槽、１２０，２２０，２４０，３２０…沈殿池、１５０，２５０，３５０…供給手段、Ｌ１１０，Ｌ１２０，Ｌ１３０，Ｌ２１０，Ｌ２２０，Ｌ２３０，Ｌ２４０，Ｌ２５０，Ｌ２６０，Ｌ３１０，Ｌ３２０，Ｌ３３０，Ｌ３４０，Ｌ３５０…ライン。

Claims

リポソームとマグネシウムイオンをアンモニウムイオン含有被処理水中に共存させる工程と、リポソーム及びアンモニウムイオンを含む結合体を分離する工程を含む、アンモニウムイオンの除去方法。
リポソームと汚泥をアンモニウムイオン含有被処理水中に共存させる工程と、リポソーム及びアンモニウムイオンを含む結合体を分離する工程を含む、アンモニウムイオンの除去方法。
前記アンモニウムイオン含有被処理水中にマグネシウムイオンを共存させることを更に
含む、請求項２に記載の除去方法。
アンモニウムイオン除去部と、
前記アンモニウムイオン除去部にリポソームを供給するリポソーム供給手段と、
前記アンモニウムイオン除去部にマグネシウムイオンを供給するマグネシウムイオン供
給手段と、を備え、
前記アンモニウムイオン除去部でリポソーム及びアンモニウムイオンを含む結合体を分離する、水処理装置。
汚泥含有槽と、前記汚泥含有槽にリポソームを供給するリポソーム供給手段と、を備え
る水処理装置。
前記汚泥含有槽にマグネシウムイオンを供給するマグネシウムイオン供給手段を更に備
える、請求項５に記載の水処理装置。