JPH1190463A - 水中アンモニアの除去方法 - Google Patents

水中アンモニアの除去方法

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JPH1190463A
JPH1190463A JP9257391A JP25739197A JPH1190463A JP H1190463 A JPH1190463 A JP H1190463A JP 9257391 A JP9257391 A JP 9257391A JP 25739197 A JP25739197 A JP 25739197A JP H1190463 A JPH1190463 A JP H1190463A
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JP
Japan
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water
ammonia
photocatalyst
ion
ions
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JP9257391A
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Fumihide Shiraishi
文秀 白石
Nobuyuki Muta
伸幸 牟田
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Showa Corp
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Showa Seisakusho Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】水中アンモニアを効率的に除去する方法を提供
すること。 【解決手段】被処理水中に光触媒とアニオン交換樹脂と
を配し、アンモニア性窒素の酸化を促進する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、水中アンモニア
の除去方法に関し、詳しくは、水中に溶存しているアン
モニアを、光触媒により亜硝酸イオン、硝酸イオンへ酸
化する作用を、生成される酸化物を除去することによっ
て効率的にアンモニアを除去できるようにした水中アン
モニアの除去方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば水槽で鑑賞魚等を飼育する場合、
適量な餌を与え、かつ水槽水を浄化しているにもかかわ
らず魚が死んでしまうということがあった。これは、魚
の排泄物等により水中のアンモニア性窒素が増加し、ヘ
モグロビンと酸素との結合作用が妨げられて魚の血液中
の酸素量が減少したものと考えられる。
【0003】そこで、従来より、水中に溶存しているア
ンモニアを除去する方法として以下に示す方法が考えら
れてきた。
【0004】水中アンモニアの除去方法として、最も
簡単な方法として知られているのは、カチオン交換樹脂
を用いて、アンモニアイオンを直接吸着除去する方法で
ある。
【0005】また、微生物、すなわち硝化菌(亜硝酸
菌と硝酸菌との総称)を利用して、NH4 + →NO2 -
→NO3 - と酸化反応させる生物学的脱窒素法の研究も
進んでいる。
【0006】かかる微生物を利用すると、 NH4 + +1.5 O2 →NO2 - +2H+ +H2 O NO2 - +0.5 O2 →NO3 - という反応によりアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素(N
2 −N)→硝酸性窒素(NO3 −N)に変えることが
できる。
【0007】さらに、光触媒によりアンモニアを酸化
させて水中のアンモニアを除去する方法が研究され、実
験も重ねられてきた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した方
法には、未だ下記のような課題が残されていた。
【0009】のカチオン交換樹脂を用いる方法では、
アンモニア以外の他のカチオンまでが吸着されることに
なり、かかるカチオンは、生物にとって必要な成分が多
いために、前述したように魚を飼育するための水槽等に
適用すると、やがて魚が死んでしまうことになり、一般
的にこの方法は用いられることがなかった。
【0010】また、硝化菌を利用する生物学的脱窒素
法では、硝化菌の数が少なく、また、かかる硝化菌の棲
息を維持するために様々な管理が必要となり、前述した
反応を生起させるための装置を実際に構築することは困
難であった。
【0011】また、光触媒による方法では、酸化反応
の効率が悪く、反応率が30%程度までで停止してしま
い、アンモニアを完全に酸化することができないままで
現在に至っている。そして、この原因は明らかにされて
いなかった。
【0012】本発明は、上記課題を解決することのでき
る水中アンモニアの除去方法を提供することを目的とし
ている。
【0013】
【課題を解決するための手段】本出願人等は、光触媒に
よる水中アンモニアの酸化反応について鋭意研究を重ね
た結果、亜硝酸、硝酸イオンが生成物阻害を引き起こし
ていることを突き止め、これらのイオンを酸化反応と同
時に除去する方法を見出した。
【0014】そこで、請求項1記載の本発明では、被処
理水中に含まれるアンモニアを光触媒により酸化しなが
ら、生成する亜硝酸イオン、硝酸イオンをイオン除去手
段によって迅速に除去することにより、アンモニア性窒
素の酸化を促進させることとした。
【0015】また、請求項2記載の本発明では、上記光
触媒は、水中に懸濁させたチタニア粒子、あるいは担体
表面にチタニア被膜を形成したものを用いることとし
た。
【0016】また、請求項3記載の本発明では、上記イ
オン除去手段を、アニオン交換樹脂とした。
【0017】また、請求項4記載の本発明では、上記イ
オン除去手段を、被処理水と接触する水槽等の部材を電
気的に正に帯電し、負のイオンを吸着する電気的手段と
した。
【0018】また、請求項5記載の本発明では、上記イ
オン除去手段を、亜硝酸イオン、硝酸イオンと反応して
別の物質に変化させる化学試薬とした。
【0019】さらに、請求項6記載の本発明では、上記
光触媒の光源の波長領域が、4〜400nm の範囲の紫外光
であることとした。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明に係る水中アンモニアの除
去方法は、被処理水中に含まれるアンモニアを光触媒に
より酸化しながら、生成する亜硝酸イオン、硝酸イオン
をイオン除去手段によって迅速に除去することにより、
アンモニア性窒素の酸化を促進させるもので、例えば、
被処理水中に光触媒と、アンモニア除去手段としてアニ
オン交換樹脂を配する簡単な構成で実施することが可能
となっている。
【0021】アンモニア(NH3 )は、水中ではアンモ
ニウムイオン(NH4 + )の形で存在していることが多
く、かかるアンモニウムイオンは、光触媒により、NH
4 + →NO2 - →NO3 - と酸化反応を生起する。
【0022】すなわち、 NH4 + +1.5 O2 →NO2 - +2H+ +H2 O NO2 - +0.5 O2 →NO3 - の反応が生起されることになる。
【0023】しかし、やがて水中にNO2 - やNO3 -
が飽和してこれ以上の反応が促進されず、光触媒のみで
はアンモニア除去の限界がある。
【0024】そこで、アニオン交換樹脂を水中に配し
て、かかるNO2 - やNO3 - とのイオン交換を行うこ
とにより、上記反応の促進を可能とした。なお、アニオ
ン交換樹脂は、食塩等NaXの存在する液中に浸せば再
生可能で繰り返し使用することができる。
【0025】したがって、水中アンモニアの除去が効果
的に行われ、本発明を例えば鑑賞魚用の水槽水に適用す
れば、魚の飼育に好結果をもたらすことができる。
【0026】ところで、光触媒は、水中に懸濁させたチ
タニア粒子、あるいは担体表面にチタニア被膜を形成し
たものを用いることができる。
【0027】担体としては、ガラスや金属や合成樹脂等
が考えられ、例えば、透明なガラス体を担体とすれば、
その表面に透明なチタニア被膜を形成したものを多数集
合して、各ガラス体間に間隙を形成して水とチタニア被
膜との接触面積を増大させたものを好適に用いることが
できる。
【0028】また、アンモニアの酸化は、400nm 以下の
波長光の照射により促進されることが分かった。すなわ
ち、酸化速度は波長の小さいエネルギの大きな光源、す
なわち、光源の波長領域が、4〜400nm の範囲の紫外光
とすることが好ましく、特に、波長が170 〜200 nmの範
囲にある、例えば、低圧水銀灯を好適に用いることがで
きる。
【0029】チタニアは優れた光触媒作用を有し、紫外
線を含む光を照射すると強力な還元力・酸化力を発揮す
ることが知られているので、光触媒としてきわめて有用
な物質であり、しかも、光源とする低圧水銀灯はエネル
ギが大であり、これらの組合せによって、より大きな効
果を得ることができる。
【0030】なお、アンモニア除去手段としては、アニ
オン交換樹脂に代えて、被処理水と接触する水槽等の部
材を電気的に正に帯電し、負のイオンを吸着する電気的
手段としたり、あるいは、亜硝酸イオン、硝酸イオンと
反応して別の物質に変化させる化学試薬とすることもで
きる。
【0031】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
具体的に説明する。
【0032】図1は本発明に係る水中アンモニアの除去
方法を鑑賞魚用水槽に適用した例を示している。
【0033】すなわち、水槽水に浸るように、アニオン
交換樹脂1を水槽2内に配設するとともに、水槽水が循
環ポンプPを介して循環するように循環流路Rを形成
し、同循環流路Rの中途に光触媒反応器3を介設してい
る。
【0034】光触媒反応器3は、紫外線透過性の高い石
英ガラス管により形成した反応器本体30内に、表面に透
明なチタニア被膜を形成したガラスビーズ31を各ビーズ
31間に間隙を形成するように多数充填するとともに、反
応器本体30の周りには、波長が180 〜190nm の低圧水銀
灯からなる4個の光源4を配設している。5は遮光ケー
スである。
【0035】上記チタニア被膜は、アモルファスチタニ
ア微粒子に過酸化水素水を加えて得たチタニア溶液をガ
ラスビーズ31の表面に塗布して500 〜600 ℃の温度で焼
成し固着させて形成したものである。
【0036】かかる装置構成により、水中のアンモニア
残存率が著しく減少し、鑑賞魚の飼育に好結果をもたら
すことができた。
【0037】図2〜図4に、アニオン交換樹脂1と光触
媒反応器3を用いた際のアンモニア残存率の変化を示
す。
【0038】なお、光触媒反応器3の光源4として、図
2ではブラックライト(波長:300〜400nm )を、図3
では殺菌灯(波長:250 〜260nm )を、図4では前記し
た低圧水銀灯(波長:180 〜190nm )を用いた。
【0039】また、図中、(イ)はアニオン交換樹脂1
及び光触媒反応器3を用いなかった場合を、(ロ)は光
触媒反応器3のみを用いた場合を、(ハ)は本発明に係
る方法、すなわち、アニオン交換樹脂1と光触媒反応器
3とを併用した場合を示す。
【0040】図2〜図4で明らかなように、アニオン交
換樹脂1と光触媒反応器3とを併用すると、経時的にア
ンモニアが減少していることが分かるが、特に、図4に
示すように、光源4として低圧水銀灯を用いた場合は、
その減少率が著しく、アンモニア残存率は略10%となっ
た。
【0041】これは、波長が短いほどエネルギが大であ
ることから、低圧水銀灯を用いた場合は、 NH4 + +1.5 O2 →NO2 - +2H+ +H2 O NO2 - +0.5 O2 →NO3 - の反応がブラックライトや殺菌灯を用いた場合よりもよ
り活発に行われるとともに、NO2 - やNO3 - がアニ
オン交換樹脂1によりイオン交換され、水槽水中に飽和
することがないので、次々と反応が促進されてアンモニ
ア性窒素が除去されると考えられる。図4中、(ニ)は
アンモニア残存率の著しい減少を確認するために再実験
した結果であり、この再実験によっても同様な結果を得
た。
【0042】なお、低圧水銀灯の主波長185nm ではオゾ
ンが生成され、オゾンはアンモニアと容易に反応するこ
とが知られており、光触媒反応器3を使用する前に、単
に、アニオン交換樹脂1のみを配設しただけで実験した
結果では、低圧水銀灯が6ワットと小さかったためか、
オゾンの発生が非常に少なく、アンモニア濃度は全く変
化せず、アニオン交換樹脂1のみではアンモニアの除去
は行えなかった。
【0043】上記したアンモニアの分析は、イオンクロ
マトグラフ法によっている。本法の利点は、個々の分析
対象物がそれぞれの保持時間でカラムから溶出し、クロ
マトチャート上の決められた位置に現れるため、物質の
濃度の正確な決定は勿論、その物質が確実に試料中に存
在することを確認できる。よって、ここで示したデータ
には、化学反応を用いる定量法と異なり、他の共存物質
の影響が含まれず、純粋なアンモニアの濃度として与え
られている。
【0044】ところで、本実施例において、チタニア被
膜を表面に形成するガラスビーズ31に代えて、ガラス管
を半割状としたものや、鞍形としたものを適宜用いるこ
とができる。
【0045】すなわち、表面にチタニア透明被膜を形成
した透明なガラス体の集合体とし、各ガラス体に間隙を
形成できるものであれば、水とチタニアとの接触面積が
増大して上記反応の促進を図ることができる。
【0046】また、ガラス体に限らず、担体として合成
樹脂や金属を用いてもよく、さらには、水槽2の内表面
にチタニア被膜を形成し、同水槽2に紫外線を含む光を
照射する照明を別途装置したり、あるいは、日光等の自
然光により光触媒反応を生起させてもよい。
【0047】なお、本発明は、上記した鑑賞魚用の水槽
水に適用する他、飲料水やその他排水処理等、様々な水
処理に適用することもできる。
【0048】
【発明の効果】本発明は上記の形態で実施されるもの
で、以下の効果を奏する。
【0049】請求項1記載の本発明では、被処理水中
に光触媒とアニオン交換樹脂とを配し、アンモニア性窒
素の酸化を促進することとしたので、従来のように微生
物処理などを行うことなく、簡単な方法で効率的にアン
モニア除去が可能となり、水処理において困難とされて
いた水中アンモニアの除去を容易に行うことができる。
【0050】請求項2記載の本発明では、上記光触媒
は、表面にチタニア透明被膜を形成した透明なガラス体
の集合体としたことにより、各ガラス体間に間隙が形成
されて水とチタニア被膜との接触面積が増大し、上記
の効果をより高めることができる。
【0051】請求項3記載の本発明では、上記光触媒
の光源の波長が170 〜200 nmの範囲にあることとしたの
で、光エネルギが大きく、上記、の効果をより高め
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】水中アンモニアの除去方法を鑑賞魚用水槽に適
用した実施例を示す説明図である。
【図2】アンモニア残存率の変化を示すグラフである。
【図3】アンモニア残存率の変化を示すグラフである。
【図4】アンモニア残存率の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
1 アニオン交換樹脂 2 水槽 3 光触媒反応器 P 循環ポンプ R 循環流路
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C02F 1/42 C02F 1/42 F 1/58 CDJ 1/58 CDJP

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被処理水中に含まれるアンモニアを光触
    媒により酸化しながら、生成する亜硝酸イオン、硝酸イ
    オンをイオン除去手段によって迅速に除去することによ
    り、アンモニア性窒素の酸化を促進させることを特徴と
    する水中アンモニアの除去方法。
  2. 【請求項2】 上記光触媒は、水中に懸濁させたチタニ
    ア粒子、あるいは担体表面にチタニア被膜を形成したも
    のを用いることを特徴とする請求項1記載の水中アンモ
    ニアの除去方法。
  3. 【請求項3】 上記イオン除去手段を、アニオン交換樹
    脂としたことを特徴とする請求項1又は2に記載の水中
    アンモニアの除去方法。
  4. 【請求項4】 上記イオン除去手段を、被処理水と接触
    する水槽等の部材を電気的に正に帯電し、負のイオンを
    吸着する電気的手段としたことを特徴とする請求項1又
    は2に記載の水中アンモニアの除去方法。
  5. 【請求項5】 上記イオン除去手段を、亜硝酸イオン、
    硝酸イオンと反応して別の物質に変化させる化学試薬と
    したことを特徴とする請求項1又は2に記載の水中アン
    モニアの除去方法。
  6. 【請求項6】 上記光触媒の光源の波長領域が、4〜40
    0nm の範囲の紫外光であることを特徴とする請求項1〜
    5のいずれかに記載の水中アンモニアの除去方法。
JP9257391A 1997-09-22 1997-09-22 水中アンモニアの除去方法 Withdrawn JPH1190463A (ja)

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