JPH0494799A - 生物学的窒素除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

〔従来の技術〕

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Ｉ（１ｍｇＮ／＃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。

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。

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ＮｏＨ。

ＮＯ２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。これはある種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」二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５７−２０．１５９４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。

２ＮＯ３＋５Ｈ２−〉Ｎ２↑＋４Ｈ２０＋２０Ｈ−・・
・■このような反応に関与する細菌としてはＰａ＋ａｃ
ｏｃｃｕｓ　ｄｅｎｉｌｒｉｆｉｃａｎｔ　Ｍｉｃ＋ｏ
ｃｏｃｃｕｔｄｅｎｉｌ＋１ｆｉｃａｎｓ等が知られて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

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。

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。

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給すること
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＃と低いため水
中への供給が難しく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。

〔課題を解決するための手段〕

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。

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、生物学的に脱窒
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（＝Ｊ
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。

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０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。

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。

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／　ｃｔ！　）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。

膜モジユール充填率（反応器全容量に対する膜モジユー
ル容量が占める割合）は２〜５０％か好ましく、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／Ｃイ加圧状態
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、−船釣にはシリコンゴム、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。

〔作　用〕

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。

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１７１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は、液側か水素不飽和で
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。このことは水素の不要な供給を抑え経済
的であるとともに、過剰の水素供給が行われないため、
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。

〔実施例〕

水道水中にＮａＮ０ｑを１５ｍｇＮ／／ＫＨ２ＰＯ４を
０．２ｍｇ　Ｐ＃　、　Ｎ　ａ　ＨＣＯ３を１００ｍｇ
／β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°Ｃに制御した。

従来法 第３図に示す従来のフロー、即ちサイトス１〜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の充填祠としてセラミックボール（平均径
２〜３＋＋＋ｎ＋）を用いた。反応器６の容量は１ｎ、
飽和タンク１０の内部に攪拌器１２を取りつけ、タンク
容量は４００ｍ１、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。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１　
ｋｇ　／　ｃｆ、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Ｌ／、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。

３ケ月運転後の許容負荷（ＮＯｘ−Ｎ除去率９５％以上
）は、従来法で０．３５ｋｇＮ／ゴ／日、本発明法では
２．５ｋｇ　Ｎ　／　Ｔｌ１１日となり、本発明法の優
位性が示された。

〔発明の効果〕

本発明によれは水素ガスの原水へ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
表面に水素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し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倍の反応速度か得られる
。

【図面の簡単な説明】

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・・・・・攪拌器 手続補正書 特許庁長官　　植　松　　敏　殴 １、事件の表示 平成２年特許願第２１０２７３号 ２、発明の名称 生物学的窒素除去方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 （自発） 平成２年９月１３８ 〔連絡先〕 〒１１３ 東京都文京区本郷５丁目５番１６号 オルガノ株式会社　特許情報部 電話番号（８１２）５１５１ ４、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 明細書中の下記事項を訂正願いまず。 】、第５真下から３行目〜下から２行目に「溶解度は２
０°Ｃで１．６ｍｇ／βと低いため水中への供給が難し
く脱窒反応における」とあるのを「溶解度は２０℃で１
．６■／ｐく但し、水素分圧１ａＬｍ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」と訂正する。 ２、第７頁下から４行目〜下から３行目に「原水中に供
給される。」とあるのを「原水中にほぼ１００％溶解し
、供給される。」と訂正する。 ３、第１０頁下から８行目〜下から７行目に「即ちガス
膜を介しての水素供給は、法例か水素不飽和であるとき
にのみ」とあるのを［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木質的にほぼ１００
％水中に溶解する。そして、ガス側の圧力と法例の圧力
とが同じである場合は、法例か水素不飽和であるとき１
　：；　　＼〜１ にのみ」と訂正する。 ４、第１０頁下から３行目〜最下行に［このこと番よ・
・・・・好ましい。］とあるのを「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Ｇこ好ましい。」と訂正する。 ５、第１１頁２行目〜３行目に「水中へ供給できるため
」とあるのを「水中へ速やかに供給できるため」と訂正
する。 ６、第１２頁９行目の［確認しながら実験を行った。 ］の次に［なお、飽和タンク１０内におし＼て水中に溶
解しなかった余剰の水素ガスは、力゛ス排出ライン９を
介して系外に排出した。」の文章を挿入する。 以上

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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。
2. （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。
3. （３）ガス膜として中空糸状ガス膜を用い中空糸状内部
   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。