窒素除去方法
【課題】有害物質の排出を防止し、アナモックス菌の損失を抑制することができるアンモニアおよび硝酸混合汚水の窒素除去方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る窒素除去方法は、
（１）アンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水を、無酸素状態かつ硝酸還元菌およびアナモックス菌が存在する処理槽に供給する汚水供給段階
（２）硝酸性窒素を電子受容体、処理槽に供給される水素を電子供与体として亜硝酸を生成させる亜硝酸生成段階
（３）アンモニア性窒素を電子供与体、亜硝酸を電子受容体として窒素を除去する窒素除去段階と、からなる。
【解決手段】本発明に係る窒素除去方法は、
（１）アンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水を、無酸素状態かつ硝酸還元菌およびアナモックス菌が存在する処理槽に供給する汚水供給段階
（２）硝酸性窒素を電子受容体、処理槽に供給される水素を電子供与体として亜硝酸を生成させる亜硝酸生成段階
（３）アンモニア性窒素を電子供与体、亜硝酸を電子受容体として窒素を除去する窒素除去段階と、からなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は汚水中の窒素除去方法に係わり、特にアンモニア性窒素および硝酸性窒素の双方を含有する汚水中の窒素除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚水中に含まれる窒素は河川、湖沼および海洋の富栄養化の原因物質の一つであるため、汚水処理過程で除去することが必要である。
【０００３】
一般的には汚水中の窒素はアンモニア性窒素であるため、好気処理過程においてアンモニア性窒素を硝化菌によりアンモニア→亜硝酸→硝酸と酸化したのち、無酸素処理過程において脱窒菌により硝酸を窒素ガスに還元して大気に放出することにより脱窒を行っている。
【０００４】
しかし、上記方法にあっては、脱窒のために、メタノール、酢酸等の電子供与体を大量に添加することが必要となるため、処理費用が嵩むという課題が残る。
【０００５】
上記課題を解消するために、窒素除去能力を有する独立栄養微生物（以下「アナモックス菌」と記す）を使用した窒素除去方法が提案されている。
【０００６】
この方法は、無酸素処理過程において、アンモニアを電子供与体、亜硝酸を電子受容体として窒素ガスを発生させるものであり、電子供与体として有機物を添加する必要がないため、処理費用を低減することが可能となる。
【０００７】
しかし、この方法は、汚水中のアンモニアと亜硝酸がほぼ等量であることが必要であるため、好気処理過程において亜硝酸酸化を抑制して亜硝酸を蓄積する処理が必要となり、温度、溶存酸素量などの管理に費用が嵩むこととなる。
【０００８】
一方で、畜産排水の活性汚泥処理水、堆肥化処理で発生するアンモニアガスを除去し硝化処理した汚水等は、有機物は低濃度であるものの高濃度の窒素をアンモニアと硝酸の混合状態で含有する場合が多い。
【０００９】
このような汚水は、汚水処理施設を特に運転管理しなくても自然発生的に生成されるものである。
【００１０】
従来、アナモックス菌でアンモニア、硝酸混合汚水の窒素を除去する際の電子供与体としては、硫黄、汚水中の有機物またはメタノールを添加することが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【００１１】
しかし、硫黄の添加は、硫黄酸化細菌の作用により窒素除去を促進するものの、副産物として処理水に有害物質である硫化水素を発生させる硫酸塩を含有するおそれがある。
【００１２】
汚水中の有機物（たとえば、酢酸）の過剰な添加は従属栄養微生物の急激な増殖に起因するアナモックス菌の減少あるいは処理施設からの排出を引き起こすため、添加量の正確な制御が必要となり、窒素濃度が変動する汚水の処理には適用できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第４６３２１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、有害物質の排出を防止し、アナモックス菌の損失を抑制することができるアンモニアおよび硝酸混合汚水の窒素除去方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る窒素除去方法は、アンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水を、無酸素状態かつ硝酸還元菌およびアナモックス菌が存在する処理槽に供給する汚水供給段階と、前記硝酸性窒素を電子受容体として亜硝酸を生成させる亜硝酸生成段階と、前記アンモニア性窒素を電子供与体、前記亜硝酸を電子受容体として窒素を除去する窒素除去段階と、からなり、前記亜硝酸生成段階の電子供与体として水素を前記処理槽に供給することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る窒素除去方法によれば、アンモニアおよび硝酸混合汚水から有害物質の排出およびアナモックス菌の損失を抑制しつつ窒素を除去できることとなる。
【００１７】
本発明に係る窒素除去方法によれば、前記亜硝酸生成段階の電子供与体として、水素に代えて鉄を前記処理槽に供給してもよい。
本発明に係る窒素除去方法によれば、水素供与方法を簡略化することができることとなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るアンモニアおよび硝酸混合汚水の窒素除去方法によれば、有害物質の排出を防止し、アナモックス菌の損失を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る窒素除去方法を実施するための汚水処理装置の模式図
【図２】本発明の効果を示すグラフ
【図３】電子供与体として豚舎原汚水を添加した場合のアナモックス活性および脱窒活性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下本発明に係る窒素除去方法について、説明する。
【００２１】
本発明に係る窒素除去方法は、
（１）アンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水を、無酸素状態かつ硝酸還元菌およびアナモックス菌が存在する処理槽に供給する汚水供給段階
（２）硝酸性窒素を電子受容体、処理槽に供給される水素を電子供与体として亜硝酸を生成させる亜硝酸生成段階
（３）アンモニア性窒素を電子供与体、亜硝酸性窒素を電子受容体としてアナモックス反応により窒素を除去する窒素除去段階と、からなる。
【００２２】
図１は本発明に係る窒素除去方法を実施するための汚水処理装置１の模式図であって、嫌気状態の処理槽１０に汚水供給系１１から汚水が供給される。
【００２３】
処理槽１０の下方には適宜の水素供給装置１２（たとえば、水素ボンベ）から供給される水素を汚水中に放出する曝気管１３が設けられている。
【００２４】
さらに、処理槽１０には窒素除去後の汚水を排出する排出系１４も設けられている。
【００２５】
また、電子供与体として水素に代えて鉄を使用することもできるが、この場合は処理槽１０の上部に、鉄粉あるいはスチールウールの供給装置を設ける必要がある。
【実施例１】
【００２６】
本発明に係る窒素除去方法で必要な硝酸還元菌とアナモックス菌の共存環境は、ごく微量のアナモックス菌を含む活性汚泥に、アンモニア、硝酸および２０ミリグラム／リットル（mg/L）程度のＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）を含む汚水を供給して硝酸還元菌およびアナモックス菌を馴養して得ることができる。
【００２７】
図２は本発明の効果を示すグラフであって、縦軸は無酸素環境におけるアナモックス活性および脱窒活性を示す。
【００２８】
横軸は、左側から、電子供与体を添加しない場合のアンモニア性窒素および亜硝酸性窒素を含有する汚水、電子供与体を添加しない場合のアンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水、電子供与体として１ミリグラム（ｍｇ）の汚泥（ＶＳＳ）に対して１３マイクロモル（μｍｏｌ）の水素を添加した場合のアンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水、電子供与体として１ミリグラム（ｍｇ）の汚泥（ＶＳＳ）に対して１３０マイクロモル（μｍｏｌ）の水素を添加した場合のアンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水、電子供与体として１ミリグラム（ｍｇ）の汚泥（ＶＳＳ）に対して２ミリグラム（ｍｇ）の鉄粉を添加した場合のアンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水、および電子供与体として１ｍｇの汚泥（ＶＳＳ）に対して３ミリグラム（ｍｇ）のスチールウールを添加した場合のアンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水を示す。
【００２９】
この図からわかるように、電子供与体を添加しない場合においては、アンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水のアナモックス活性はアンモニア性窒素および亜硝酸性窒素を含有する汚水よりも低い。
【００３０】
しかし、電子供与体として処理槽に水素を添加することにより、アンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水のアナモックス活性を、脱窒活性を抑制したまま、２倍に改善可能なことが判る。
【００３１】
図３は、電子供与体として豚舎原汚水を添加した場合の無酸素環境におけるアナモックス活性および脱窒活性を示すグラフである。
【００３２】
横軸の左側の２つは図２と同一条件の結果であり、３つ目以降はＢＯＤを順次増加した場合を示している。
【００３３】
図３から、豚舎原汚水を電子供与体とした場合でも、アンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水のアナモックス活性をアンモニア性窒素および亜硝酸性窒素を含有する汚水と同程度にすることは可能であるが、豚舎原汚水の添加量を増やすにつれて、脱窒活性が急激に増加することが判る。
【００３４】
前述したように、脱窒活性の増加はアナモックス菌の損失をもたらすため、好ましくない。
【００３５】
電子供与体として水素を添加した場合は、図２に示すように、アナモックス活性を改善し脱窒活性を抑制できる。
【実施例２】
【００３６】
本発明に係る窒素除去方法にあっては、電子供与体として水素に代えて鉄を使用することも可能である。
【００３７】
鉄として鉄粉あるいはスチールウールを使用した場合には、電子供与体の処理槽への供給を簡略化することができる。
【００３８】
図２の右側に、電子供与体として鉄粉あるいはスチールウールを添加した場合のアモナック活性および脱窒活性を示す。
【００３９】
なお、本発明においては汚水中に電極を挿入し水を電気分解して得られる水素を使用することもできる（参考文献 黒田他、水環境学会誌 1994(17) 623-631, Dadanng 他 水環境学会誌 2001(24) 454-458）。
【００４０】
この図から、電子供与体として鉄粉あるいはスチールウールを添加した場合は、アンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水のアナモックス活性を電子供与体として水素を添加した場合と同等以上に改善できることが判る。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係るアンモニア、硝酸混合汚水の窒素除去方法は、有害物質の排出を防止し、アナモックス菌の損失を抑制することが可能となり、産業上有用である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 汚水処理装置
１０ 処理槽
１１ 汚水供給系
１２ 水素供給装置
１３ 曝気管
１４ 排水系
【技術分野】
【０００１】
本発明は汚水中の窒素除去方法に係わり、特にアンモニア性窒素および硝酸性窒素の双方を含有する汚水中の窒素除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚水中に含まれる窒素は河川、湖沼および海洋の富栄養化の原因物質の一つであるため、汚水処理過程で除去することが必要である。
【０００３】
一般的には汚水中の窒素はアンモニア性窒素であるため、好気処理過程においてアンモニア性窒素を硝化菌によりアンモニア→亜硝酸→硝酸と酸化したのち、無酸素処理過程において脱窒菌により硝酸を窒素ガスに還元して大気に放出することにより脱窒を行っている。
【０００４】
しかし、上記方法にあっては、脱窒のために、メタノール、酢酸等の電子供与体を大量に添加することが必要となるため、処理費用が嵩むという課題が残る。
【０００５】
上記課題を解消するために、窒素除去能力を有する独立栄養微生物（以下「アナモックス菌」と記す）を使用した窒素除去方法が提案されている。
【０００６】
この方法は、無酸素処理過程において、アンモニアを電子供与体、亜硝酸を電子受容体として窒素ガスを発生させるものであり、電子供与体として有機物を添加する必要がないため、処理費用を低減することが可能となる。
【０００７】
しかし、この方法は、汚水中のアンモニアと亜硝酸がほぼ等量であることが必要であるため、好気処理過程において亜硝酸酸化を抑制して亜硝酸を蓄積する処理が必要となり、温度、溶存酸素量などの管理に費用が嵩むこととなる。
【０００８】
一方で、畜産排水の活性汚泥処理水、堆肥化処理で発生するアンモニアガスを除去し硝化処理した汚水等は、有機物は低濃度であるものの高濃度の窒素をアンモニアと硝酸の混合状態で含有する場合が多い。
【０００９】
このような汚水は、汚水処理施設を特に運転管理しなくても自然発生的に生成されるものである。
【００１０】
従来、アナモックス菌でアンモニア、硝酸混合汚水の窒素を除去する際の電子供与体としては、硫黄、汚水中の有機物またはメタノールを添加することが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【００１１】
しかし、硫黄の添加は、硫黄酸化細菌の作用により窒素除去を促進するものの、副産物として処理水に有害物質である硫化水素を発生させる硫酸塩を含有するおそれがある。
【００１２】
汚水中の有機物（たとえば、酢酸）の過剰な添加は従属栄養微生物の急激な増殖に起因するアナモックス菌の減少あるいは処理施設からの排出を引き起こすため、添加量の正確な制御が必要となり、窒素濃度が変動する汚水の処理には適用できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第４６３２１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、有害物質の排出を防止し、アナモックス菌の損失を抑制することができるアンモニアおよび硝酸混合汚水の窒素除去方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る窒素除去方法は、アンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水を、無酸素状態かつ硝酸還元菌およびアナモックス菌が存在する処理槽に供給する汚水供給段階と、前記硝酸性窒素を電子受容体として亜硝酸を生成させる亜硝酸生成段階と、前記アンモニア性窒素を電子供与体、前記亜硝酸を電子受容体として窒素を除去する窒素除去段階と、からなり、前記亜硝酸生成段階の電子供与体として水素を前記処理槽に供給することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る窒素除去方法によれば、アンモニアおよび硝酸混合汚水から有害物質の排出およびアナモックス菌の損失を抑制しつつ窒素を除去できることとなる。
【００１７】
本発明に係る窒素除去方法によれば、前記亜硝酸生成段階の電子供与体として、水素に代えて鉄を前記処理槽に供給してもよい。
本発明に係る窒素除去方法によれば、水素供与方法を簡略化することができることとなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るアンモニアおよび硝酸混合汚水の窒素除去方法によれば、有害物質の排出を防止し、アナモックス菌の損失を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る窒素除去方法を実施するための汚水処理装置の模式図
【図２】本発明の効果を示すグラフ
【図３】電子供与体として豚舎原汚水を添加した場合のアナモックス活性および脱窒活性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下本発明に係る窒素除去方法について、説明する。
【００２１】
本発明に係る窒素除去方法は、
（１）アンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水を、無酸素状態かつ硝酸還元菌およびアナモックス菌が存在する処理槽に供給する汚水供給段階
（２）硝酸性窒素を電子受容体、処理槽に供給される水素を電子供与体として亜硝酸を生成させる亜硝酸生成段階
（３）アンモニア性窒素を電子供与体、亜硝酸性窒素を電子受容体としてアナモックス反応により窒素を除去する窒素除去段階と、からなる。
【００２２】
図１は本発明に係る窒素除去方法を実施するための汚水処理装置１の模式図であって、嫌気状態の処理槽１０に汚水供給系１１から汚水が供給される。
【００２３】
処理槽１０の下方には適宜の水素供給装置１２（たとえば、水素ボンベ）から供給される水素を汚水中に放出する曝気管１３が設けられている。
【００２４】
さらに、処理槽１０には窒素除去後の汚水を排出する排出系１４も設けられている。
【００２５】
また、電子供与体として水素に代えて鉄を使用することもできるが、この場合は処理槽１０の上部に、鉄粉あるいはスチールウールの供給装置を設ける必要がある。
【実施例１】
【００２６】
本発明に係る窒素除去方法で必要な硝酸還元菌とアナモックス菌の共存環境は、ごく微量のアナモックス菌を含む活性汚泥に、アンモニア、硝酸および２０ミリグラム／リットル（mg/L）程度のＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）を含む汚水を供給して硝酸還元菌およびアナモックス菌を馴養して得ることができる。
【００２７】
図２は本発明の効果を示すグラフであって、縦軸は無酸素環境におけるアナモックス活性および脱窒活性を示す。
【００２８】
横軸は、左側から、電子供与体を添加しない場合のアンモニア性窒素および亜硝酸性窒素を含有する汚水、電子供与体を添加しない場合のアンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水、電子供与体として１ミリグラム（ｍｇ）の汚泥（ＶＳＳ）に対して１３マイクロモル（μｍｏｌ）の水素を添加した場合のアンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水、電子供与体として１ミリグラム（ｍｇ）の汚泥（ＶＳＳ）に対して１３０マイクロモル（μｍｏｌ）の水素を添加した場合のアンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水、電子供与体として１ミリグラム（ｍｇ）の汚泥（ＶＳＳ）に対して２ミリグラム（ｍｇ）の鉄粉を添加した場合のアンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水、および電子供与体として１ｍｇの汚泥（ＶＳＳ）に対して３ミリグラム（ｍｇ）のスチールウールを添加した場合のアンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水を示す。
【００２９】
この図からわかるように、電子供与体を添加しない場合においては、アンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水のアナモックス活性はアンモニア性窒素および亜硝酸性窒素を含有する汚水よりも低い。
【００３０】
しかし、電子供与体として処理槽に水素を添加することにより、アンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水のアナモックス活性を、脱窒活性を抑制したまま、２倍に改善可能なことが判る。
【００３１】
図３は、電子供与体として豚舎原汚水を添加した場合の無酸素環境におけるアナモックス活性および脱窒活性を示すグラフである。
【００３２】
横軸の左側の２つは図２と同一条件の結果であり、３つ目以降はＢＯＤを順次増加した場合を示している。
【００３３】
図３から、豚舎原汚水を電子供与体とした場合でも、アンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水のアナモックス活性をアンモニア性窒素および亜硝酸性窒素を含有する汚水と同程度にすることは可能であるが、豚舎原汚水の添加量を増やすにつれて、脱窒活性が急激に増加することが判る。
【００３４】
前述したように、脱窒活性の増加はアナモックス菌の損失をもたらすため、好ましくない。
【００３５】
電子供与体として水素を添加した場合は、図２に示すように、アナモックス活性を改善し脱窒活性を抑制できる。
【実施例２】
【００３６】
本発明に係る窒素除去方法にあっては、電子供与体として水素に代えて鉄を使用することも可能である。
【００３７】
鉄として鉄粉あるいはスチールウールを使用した場合には、電子供与体の処理槽への供給を簡略化することができる。
【００３８】
図２の右側に、電子供与体として鉄粉あるいはスチールウールを添加した場合のアモナック活性および脱窒活性を示す。
【００３９】
なお、本発明においては汚水中に電極を挿入し水を電気分解して得られる水素を使用することもできる（参考文献 黒田他、水環境学会誌 1994(17) 623-631, Dadanng 他 水環境学会誌 2001(24) 454-458）。
【００４０】
この図から、電子供与体として鉄粉あるいはスチールウールを添加した場合は、アンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水のアナモックス活性を電子供与体として水素を添加した場合と同等以上に改善できることが判る。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係るアンモニア、硝酸混合汚水の窒素除去方法は、有害物質の排出を防止し、アナモックス菌の損失を抑制することが可能となり、産業上有用である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 汚水処理装置
１０ 処理槽
１１ 汚水供給系
１２ 水素供給装置
１３ 曝気管
１４ 排水系
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水を、無酸素状態かつ硝酸還元菌およびアナモックス菌が存在する処理槽に供給する汚水供給段階と、
前記硝酸性窒素を電子受容体として亜硝酸を生成させる亜硝酸生成段階と、
前記アンモニア性窒素を電子供与体、前記亜硝酸を電子受容体として窒素を除去する窒素除去段階と、からなる窒素除去方法であって、
前記亜硝酸生成段階の電子供与体として水素を前記処理槽に供給することを特徴とする窒素除去方法。
【請求項２】
前記亜硝酸生成段階の電子供与体として、水素に代えて鉄を前記処理槽に供給することを特徴とする請求項１に記載の窒素除去方法。
【請求項１】
アンモニア性窒素および硝酸性窒素を含有する汚水を、無酸素状態かつ硝酸還元菌およびアナモックス菌が存在する処理槽に供給する汚水供給段階と、
前記硝酸性窒素を電子受容体として亜硝酸を生成させる亜硝酸生成段階と、
前記アンモニア性窒素を電子供与体、前記亜硝酸を電子受容体として窒素を除去する窒素除去段階と、からなる窒素除去方法であって、
前記亜硝酸生成段階の電子供与体として水素を前記処理槽に供給することを特徴とする窒素除去方法。
【請求項２】
前記亜硝酸生成段階の電子供与体として、水素に代えて鉄を前記処理槽に供給することを特徴とする請求項１に記載の窒素除去方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−９９７３０（Ｐ２０１３−９９７３０Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４５５６４（Ｐ２０１１−２４５５６４）
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、農林水産省、公害防止等試験研究委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０１２０３３４４）独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構 (827)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、農林水産省、公害防止等試験研究委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０１２０３３４４）独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構 (827)
【Ｆターム（参考）】
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