JPH07313970A - 水中のアンモニアとリンの同時除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多量の汚水を比較的小規模の施設で処理する
ことができるように、汚水からアンモニアとリンを同時
に、かつ一挙に高い除去率での除去を可能にする方法を
提供すること。 【構成】 粒状の有機高分子ゲル内部にリンを吸着する
物質の微粒子を包括し、さらに該ゲルの少なくとも表層
部に硝化菌を固定化し、該ゲルをアンモニアとリンを含
有する水に好気的条件で接触させることにより、水中の
アンモニアとリンを同時に除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、下水、各種産業排水に
含まれるアンモニアとリンを同時かつ一挙に除去するこ
とが可能な新技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】下水、各種産業排水等に含まれるアンモ
ニアは溶存酸素を消費し自然浄化能力を低下させ、また
金属に対し腐食性を示すため金属配管の寿命を短くした
りするなど直接水質に影響を与えるばかりでなく、刺激
臭を放つなどの大気汚染にも関与している。一方、リン
成分はアンモニア態等の窒素と同様に水質の冨栄養化を
引き起し、赤潮問題として、沿岸漁業や養殖水産業に多
大な被害を及ぼすものである。以上のことから、下水、
各種産業排水等に含まれるアンモニアおよびリン成分の
除去は水質環境上特に重要である。

【０００３】水中のアンモニアを除去する方法として
は、水中のアンモニア成分を好気的条件下で亜硝酸化菌
（ニトロソモナス属）や硝酸化菌（ニトロバクター属）
等の自栄養菌の作用により亜硝酸性窒素および硝酸性窒
素へと生物学的に酸化する生物学的硝化法、高い陽イオ
ン交換容量とアンモニウムイオン（ＮＨ₄ ⁺ ）に対する
選択的イオン交換能を有するゼオライトを用いて水中の
アンモニウムイオンのイオン交換を行うことにより除去
するゼオライト吸着法、アンモニアを含む水に塩素また
は次亜塩素酸等を注入することによりアンモニアを酸化
し窒素ガスとして飛散し除去する塩素酸化法等が一般的
に知られている。

【０００４】また、リンを除去する方法としては、鉄、
アルミニウムなどの金属塩を用いた凝集剤を加え難溶性
のリン化合物を形成し沈殿として除去する凝集沈殿法、
吸着力が強く繰り返し再利用できる活性アルミナに吸着
させて除去する活性アルミナ吸着法、水中のリンをＣａ
²⁺と反応させて難溶性のヒドロキシアパタイトとして晶
析除去する晶析脱リン法等が公知であり、さらに、技術
確立度が低く実用化されていないが、好気性微生物のエ
ネルギー代謝の際の最適条件下におけるリンの過剰摂取
を利用した生物学的脱リン法も知られている。従来、水
中のアンモニアおよびリンの両成分を除去するには、前
記の方法を用いて、一成分づつ順次に除去処理を行って
いた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、一成分づつの
除去処理を行う場合、処理槽を１槽で行うバッチ式にお
いては、一成分の除去に相当の時間を費やすため、絶え
間なく排出される多量の工業廃水の処理には不利であっ
た。また、連続通水式においては、少なくとも２つの除
去処理槽を備える必要があり、設備費用が高く、施設面
積も多くなるため都市部での用地の維持・獲得は困難に
なりつつある。アンモニアとリンを同時に除去すること
ができれば、多量の汚水を比較的小規模の施設で処理す
ることができる。しかし、アンモニアとリンを同時に、
かつ一挙に高い除去率で除去する実用的技術は知られて
いなかった。本発明は、汚水からアンモニアとリンを同
時に、かつ一挙に高い除去率で除去できる新しい方法を
確立することを課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、アンモニアを
生物学的に硝化しながら、同時にリンを吸着除去すると
いう概念に基づく技術である。即ち、粒状の有機高分子
ゲル内部に、リンを吸着する物質の微粒子を包括し、さ
らに該ゲルの少なくとも表層部に硝化菌を固定化し、該
ゲルをアンモニアとリンとを含有する水と好気的条件で
接触させることを特徴とするアンモニアとリンの除去方
法である。

【０００７】本発明に適用する有機高分子ゲルとして
は、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、ポ
リビニルアルコール、アルギン酸、カラギーナン、キト
サン等が好適である。即ち、微生物固定化、酵素固定化
の分野で用いられる高分子ゲルが好適である。また、水
中のリンがゲル内部のリン吸着物質に効率よく吸着され
るためには、分子拡散性のよいゲルが、更に好適であ
る。また、有機高分子は１種類のみで使用してもよく、
硝化菌の固定化とリンの拡散性に支障がなければ、２種
類以上のものを別個にまたは混合して使用してもよい。
リン吸着物質としては特に限定されないが、水酸化アル
ミニウム、活性アルミナ、水酸化鉄、鉄粉、水酸化ジル
コニウム、水酸化チタン、アロフェン、鹿沼土等の酸性
側でリン吸着量の最大値を持つ物質が好適である。勿
論、本発明においては、アルカリ性側でリン吸着量が大
きい酸化マグネシウム、ケイ酸カルシウム等を使用して
も構わない。また、リン吸着物質は１種類のみで使用し
てもよく、リンの吸着とアンモニアの硝化に支障がなけ
れば、２種類以上のものを別個にまたは混合して使用し
てもよい。

【０００８】リン吸着物質を粒状ゲル内へ固定化するに
は、ゲル化させる前の有機高分子にリン吸着物質を混合
させてから高分子をゲル化させれば良い。また、ゲル化
手段としては、紫外線の照射、多価金属塩の添加、架橋
剤の添加、凍結など各種の方法を採用できる。リン吸着
物質を包括固定化した高分子ゲルを粒状化する方法とし
ては、高分子ゲルを適当な粒径にカットするか、あるい
は高分子樹脂とリン吸着物質の混合物をゲル化剤液中に
滴下造粒して製造する等の方法が用いられる。硝化菌を
ゲルに固定化するには硝化菌をゲル内に人為的に固定す
る必要はなく、あらかじめリン吸着物質を包括させたゲ
ルを曝気しながら原水と接触させることによって１０日
ほどで硝化菌が自然増殖的にゲルの表層部に固定化され
ることが見出された。この方法も本発明独自の概念であ
る。リン吸着物質を包括した粒状ゲル（以下「ゲル粒
子」ともいう）と原水を接触させる方法には、曝気槽に
ゲル粒子を添加、懸濁させる方法、ゲル粒子の充填固定
床に曝気しながら原水を通過させる方法および粒子の流
動層に曝気しながら原水を通水する方法がある。

【０００９】本発明の硝化菌の固定化されたゲル粒子と
原水を接触させる方法は、前記の硝化菌を固定する方法
と同様、曝気槽にゲル粒子を添加、懸濁させる方法、ゲ
ル粒子の充填固定床に曝気しながら原水を通過させる方
法および粒子の流動層に曝気しながら原水を通水する方
法がある。原水の処理温度としては、硝化菌の硝化作用
に支障がない温度範囲であればとくに限定されない。こ
の様な方法で、原水とゲル粒子を好気的条件で接触させ
ることによってアンモニア、リンは一挙に除去される。
なお本発明は、硝化菌を固定していないゲル粒子担体を
そのまま、処理対象水中に投入することを妨げるもので
はない。この場合、基質補償性の原則に則り、対象水中
のアンモニアとリン以外の基質（他の汚濁物質など）の
分解・除去に適した微生物が固定され、さらに効果的な
浄化処理を行うことができる可能性がある。

【００１０】ゲルのリン吸着量が飽和に達した場合は、
新しいゲルと交換するかまたは、ゲルをｐＨ１１程度の
アルカリと接触させてリンを脱着させればよい。脱着し
たリンは、カルシウムを添加してリン酸カルシウムとし
て回収するのが資源再生上好ましい。リンを脱着したゲ
ルは再びリン吸着能力を発揮するので再利用できる。ゲ
ルに固定化された硝化菌は、ｐＨ１１程度のアルカリと
接触させても短時間ならば死滅することはない。仮に硝
化菌が死滅した場合でも、曝気しながら原水と接触させ
ることにより再び容易に硝化菌が固定されるため、ゲル
が全く使用できなくなることはない。

【００１１】

【作用】本発明は、粒状の有機高分子ゲル内にリン吸着
性の大きな物質の微粒子を包括固定化し、さらにゲル粒
子の少なくとも表層部に硝化菌を固定化したものを、ア
ンモニア、リンを含む水と接触させることにより、アン
モニアを生物学的硝化により除去し、リンを化学的吸着
により除去することを作用原理としている。本発明に使
用される粒状ゲル１の概念を図１に模式的に示すと、粒
状ゲル１は、リン吸着微粒子２を内部に包括し、表層部
に硝化菌３を固定化しているものである。ゲル粒子を原
水と好気的に接触させると、アンモニアが硝化菌の作用
により硝化される。〔この硝化反応は次の式で表され
る。〕 ＮＨ₄＋Ｏ₂→ＮＯ_x＋Ｈ⁺ ・・・・・ （１） 原水中のリンは、ゲル内に拡散しゲル内に固定化されて
いるリン吸着物質によって吸着除去される。本発明は、
リン吸着物質として、リン吸着量が、ｐＨが酸性側で最
大値を示すものを包括している場合は、式（１）の硝化
反応によって水素イオンが生成し、ゲル内のｐＨを低下
しているから効果的なリン除去が行なわれることが認め
られた。相乗効果といえる現象であり、本発明の一つの
態様の特有の効果である。

【００１２】本発明の方法で処理された水に、さらに脱
窒処理を行うことが好ましい。脱窒の方法は特に限定さ
れないが、シュードモナス、アクロモバクター、バチル
ス、ミクロコッカス属などの微生物による生物学的方法
が一般的である。また本発明は、硝化菌と共に脱窒菌も
ゲルに固定化して、汚水の処理を行うことを妨げるもの
ではない。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
するが、本発明はこの実施例に限定されるものではな
い。 実施例１ １．リン吸着物質と硝化菌を固定化したゲルの作成 塩化第２鉄の３８％水溶液をＮａＯＨでｐＨ６に中和し
て、リン吸着力の大きい水酸化鉄微粒子を含むスラリー
を得た。このスラリーを３倍に希釈したもの１リットル
に対し、アクリルアミド１００ｇ、メチレンビスアクリ
ルアミド５ｇを添加した後、重合開始剤を添加した。５
分後にアクリルアミドの重合反応が終了し、強度の大き
なポリアクリルアミドゲルが得られた。これをナイフで
粒径３ｍｍのサイコロ状に裁断した。このゲルによって
充填層を形成させ、充填層の下部から曝気しながらアン
モニアを含む原水（下水の活性汚泥処理水）を供給した
ところ２週間後にゲルの表層部に硝化菌が増殖し、固定
化された。尚、リン吸着物質として水酸化アルミニウ
ム、活性アルミナ、酸化鉄、鉄粉、水酸化ジルコニウム
等の物質を用いる場合も同様な方法でゲルを作成でき
る。

【００１４】２．アンモニア、リンの除去試験 下水の活性汚泥処理水（水温２２℃，アンモニア１５ｍ
ｇ／リットル，リン１．３ｍｇ／リットル）を原水とし
て除去試験を行なった。前記の水酸化鉄と硝化菌を固定
化したゲルを層高２ｍに充填し、直径０．３ｍφの円筒
カラムの充填層の下部から曝気しながら、原水をろ過速
度５０ｍ／日で通水でした。この結果、処理水（充填層
流出水）の水質は、アンモニア０．３ｍｇ／リットル，
リン０．２５ｍｇ／リットルであった。即ち充填層を通
過させるだけで、アンモニア、リンが一挙に除去され
た。

【００１５】実施例２ 酸性よりもアルカリ性領域でリンの吸着量が多い酸化マ
グネシウムの微粉末１０ｇを容量１００ccのポリアクリ
ルアミドゲルに包括したものを、粒径３ｍｍにカットし
た粒状ゲルを実験例と同じカラムに層高２ｍで充填し、
充填層の下部から曝気しながら実施例１と同じ原水をろ
過速度５０ｍ／日で通過させた。アンモニアの硝化は順
調に行われ、処理水のアンモニアは０．２５ｍｇ／リッ
トルとなり、リンの除去は実施例１よりも若干劣るが
０．６９ｍｇ／リットルと原水の約２分の１の数値にま
で下がった。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば次の効果が得られる。 （１）一工程でアンモニアとリンを同時に除去できるの
でプロセスが簡単になり、処理時間の短縮や、装置の簡
素化も期待できる。 （２）難溶性塩を生成する凝集剤を使用しないため、リ
ンの除去に伴う汚泥が発生しない。 （３）リン吸着量が飽和に達したゲルはｐＨ１１程度の
アルカリで容易に脱着することができ、リン酸カルシウ
ムなどの資源として回収することができる。 （４）酸性側でリン吸着量の最大値を持つリン吸着物質
を使用することにより、硝化菌の作用で処理水中のｐＨ
が低くなっても、リンの除去効果が優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法に使用される粒状有機高分子ゲル
の１例の断面図。

【符号の説明】

１．粒状ゲル ２．リン吸着微粒子 ３．硝化菌

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０２Ｆ 3/34 １０１ Ａ Ｄ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粒状の有機高分子ゲル内部にリンを吸着
   する物質の微粒子を包括し、さらに該ゲルの少なくとも
   表層部に硝化菌を固定化し、該ゲルをアンモニアとリン
   を含有する水と好気的条件で接触させることを特徴とす
   るアンモニアとリンの同時除去方法。
2. 【請求項２】 リンを吸着する物質の微粒子が、ｐＨが
   酸性側において、リン吸着量が最大値を示すものである
   請求項１記載のアンモニアとリンの同時除去方法。
3. 【請求項３】 硝化菌の固定化が、粒状の有機高分子ゲ
   ルをアンモニアとリンを含有する水に好気的条件で接触
   させることにより行われる請求項１記載のアンモニアと
   リンの同時除去方法。