(57)【要約】【課題】処理水中の塩素酸濃度の上昇を抑制可能な水中のアンモニア性窒素の処理方法を提供する。【解決手段】アンモニア酸化細菌が付着した充填材を内部に充填したろ過装置に、エアレーションを行いながら被処理水を通水する生物処理と、次亜塩素酸ナトリウムを添加する化学処理と、を順次行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア酸化細菌が付着した充填材を内部に充填したろ過装置に、エアレーションを行いながら被処理水を通水する生物処理と、
次亜塩素酸ナトリウムを添加する化学処理と、
を順次行うことを特徴とする水中のアンモニア性窒素の処理方法。
【請求項２】
前記充填材が多孔質体であることを特徴とする請求項１に記載の水中のアンモニア性窒素の処理方法。
【請求項３】
前記化学処理が、前記生物処理を行った水に前記次亜塩素酸ナトリウムを添加し、水槽で１５分以上滞留させる処理であることを特徴する請求項１または請求項２に記載の水中のアンモニア性窒素の処理方法。
【請求項４】
前記次亜塩素酸ナトリウムを前記水槽に直接添加することを特徴とする請求項３に記載の水中のアンモニア性窒素の処理方法。
【請求項５】
前記水槽の出口水の遊離残留塩素濃度により前記次亜塩素酸ナトリウムの添加量を制御することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の水中のアンモニア性窒素の処理方法。
【請求項６】
水の流れ方向順に、
アンモニア酸化細菌が付着した充填材を内部に充填し、かつ、エアレーション設備を備えたろ過装置と、
当該ろ過装置で処理した水に次亜塩素酸ナトリウムを添加する薬注装置と、
を少なくとも備えたことを特徴とする水中のアンモニア性窒素の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中のアンモニア性窒素の処理方法、および、水中のアンモニア性窒素の処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
飲料・食品製造に用いられる用水の安全性等の要求が高まる中、井戸水や伏流水などの水中のアンモニア性窒素の処理が問題となっている。一般に次亜塩素酸ナトリウムを添加するブレークポイント法（不連続点法）でアンモニア性窒素の処理を行う（非特許文献１）。しかし、このようなブレークポイント法では多量の次亜塩素酸ナトリウムの添加が必要となり、その結果、トリハロメタンの生成や、処理水中の塩素酸濃度上昇などの新たな問題が生じる。
【０００３】
このうち、塩素酸については平成２０年４月１日から厚生労働省による水道水質基準に塩素酸濃度の項目が追加され、塩素酸濃度は０．６ｍｇ／Ｌ以下と定められている。この基準を満たしながらアンモニア性窒素の処理を次亜塩素酸ナトリウム単独で行うには限界がある。
【０００４】
ここで、水道水用の、日本水道協会（ＪＷＷＡ）規格による特級、一級、および、二級の水道用次亜塩素酸ナトリウムの有効塩素濃度、および、塩素酸含有量を表１に示す。
【０００５】
【表１】
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【０００６】
ブレークポイント法でアンモニア性窒素を処理するためには、水中のアンモニウムイオン濃度の約１０倍の有効塩素を添加する必要がある。アンモニウムイオン濃度が２ｍｇ／Ｌ（リットル）の被処理水の処理には２０ｍｇ／Ｌ（２ｍｇ／Ｌ×１０）の有効塩素が必要となる。一級の次亜塩素酸ナトリウムを使用した場合、その塩素酸含有量の上限値は有効塩素濃度の３．３％であり、このとき処理水中の塩素酸の最大濃度は０．６６ｍｇ／Ｌ（２０ｍｇ／Ｌ×（３．３／１００））となり、水道水質基準値の０．６ｍｇ／Ｌを超える可能性が生じる。このため、アンモニウムイオン濃度が２ｍｇ／Ｌの被処理水の処理には一級の次亜塩素酸ナトリウムではなく、塩素酸濃度がより低い特級品を使用せざるを得なくなる。また、被処理水中のアンモニウムイオン濃度がさらに高い場合には、特級の次亜塩素酸ナトリウムを用いても上記の基準値を満たせない可能性がある。
【０００７】
上記の問題に加え、次亜塩素酸ナトリウムの分解による塩素酸の生成が処理水中の塩素酸の問題をより一層大きくする。表１に示した各グレードの薬液の塩素酸濃度はその製造業者の出荷時の基準値であるが、次亜塩素酸ナトリウムは保管により経時的に分解して塩素酸を生成する性質がある。
【０００８】
ここで塩素濃度１％相当の次亜塩素酸ナトリウムが分解すると、概ね０．３５％の塩素酸が増加すると云われている（非特許文献２）。このため次亜塩素酸ナトリウムの一部が分解した薬液を用いて被処理水をブレークポイント法で処理した場合、薬液の添加量が多くなるとともに、処理水中の塩素酸の濃度が増加してしまう。このように実際のブレークポイント法による処理では処理水中の塩素酸濃度が上記の計算値よりも高くなる可能性がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】丹保憲仁編著  「水道とトリハロメタン」  技報堂出版  １９８３年１０月  ｐ．１０９−１１２
【非特許文献２】日本水道協会  水道用薬品等基準に関する調査委員会編、平成２０年３月、「水道用次亜塩素酸ナトリウムの取扱い等の手引き（Ｑ＆Ａ）」（平成２９年１１月１７日検索）http://www.jwwa.or.jp/houkokusyo/pdf/200803_suidouyou_guideline.pdf
【非特許文献３】北川康人、原郁夫、森口泰男、服部晋也著  「水道水中における亜硝酸態窒素の挙動と分析方法の検討  −水質基準逐次改正への対応−」（平成２９年１１月２０日検索）http://www.city.osaka.lg.jp/suido/cmsfiles/contents/0000245/245422/251202suidousui.pdf
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決する、すなわち、処理水中の塩素酸濃度の上昇を抑制可能な水中のアンモニア性窒素の処理方法、および、水中のアンモニア性窒素の処理装置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】
【００１１】
本発明の水中のアンモニア性窒素の処理方法は、上記課題を解決するために、アンモニア酸化細菌が付着した充填材を内部に充填したろ過装置に、エアレーションを行いながら被処理水を通水する生物処理と、次亜塩素酸ナトリウムを添加する化学処理と、を順次行うことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の水中のアンモニア性窒素の処理方法は、上記構成に加えて、前記充填材が多孔質体である構成とすることができる。
【００１３】
また、本発明の水中のアンモニア性窒素の処理方法は、上記構成に加えて、前記化学処理が前記生物処理を行った水に前記次亜塩素酸ナトリウムを添加し、水槽で１５分以上滞留させる処理とする構成とすることができる。
【００１４】
また、本発明の水中のアンモニア性窒素の処理方法は、直上の構成に加えて、前記次亜塩素酸ナトリウムを前記水槽に直接添加する構成とすることができる。
【００１５】
また、本発明の水中のアンモニア性窒素の処理方法は、直上の２つのどちらかの構成に加えて、前記水槽の出口水の遊離残留塩素濃度により前記次亜塩素酸ナトリウムの添加量を制御する構成とすることができる。
【００１６】
本発明の水中のアンモニア性窒素の処理装置は、上記課題を解決するために、水の流れ方向順に、アンモニア酸化細菌が付着した充填材を内部に充填し、かつ、エアレーション設備を備えたろ過装置と、当該ろ過装置で処理した水に次亜塩素酸ナトリウムを添加する薬注装置と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の水中のアンモニア性窒素の処理方法は、アンモニア酸化細菌が付着した充填材を内部に充填したろ過装置に、エアレーションを行いながら被処理水を通水する生物処理と、次亜塩素酸ナトリウムを添加する化学処理と、を順次行う構成により、処理水中の塩素酸濃度の上昇を抑制しながら、被処理水中のアンモニア性窒素の処理が可能となる。
【００１８】
また、被処理水のアンモニア濃度や水温の変動等、上記の生物処理では十分な処理ができない状況になった場合でも、次亜塩素酸ナトリウムを適正量添加することで、処理性能を補完することが可能となる。
【００１９】
また、上記構成に加えて、充填材が多孔質体である構成とすることにより、生物ろ過装置内でアンモニア酸化細菌が増加しやすく、このとき、水中のアンモニア性窒素をより効率的に処理することが可能となる。
【００２０】
また、上記構成に加えて、前記化学処理を、前記生物処理を行った水に前記次亜塩素酸ナトリウムを添加し、水槽で１５分以上滞留させる処理とすることにより、安定した処理が可能となる。なお、このとき、前記次亜塩素酸ナトリウムを水槽に直接添加することもできる。
【００２１】
また、本発明の水中のアンモニア性窒素の処理方法は、直上の構成に加えて、前記水槽の出口水の遊離残留塩素濃度により次亜塩素酸ナトリウムの添加量を制御する構成とすることにより、次亜塩素酸ナトリウムの添加量を最適化することが可能となる。
【００２２】
本発明の水中のアンモニア性窒素の処理装置は、水の流れ方向順に、アンモニア酸化細菌が付着した充填材を内部に充填し、かつ、エアレーション設備を備えたろ過装置と、当該ろ過装置で処理した水に次亜塩素酸ナトリウムを添加する薬注装置と、を少なくとも備えた構成により、処理水中の塩素酸濃度の上昇を抑制しながら、被処理水中のアンモニア性窒素の処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の水中のアンモニア性窒素の処理方法で用いる処理装置の一例のモデル図である。
【図２】生物ろ過塔での処理のイメージ図である。
【図３】実施例の試験での処理フローチャートである。
【図４】実施例での生物ろ過塔の出口におけるアンモニア除去率の推移を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明について図１〜図４を用いて説明する。
＜原水＞
本発明でアンモニア性窒素の処理対象となる水は、たとえば水道や飲料、食品製造等に用いられる井水や伏流水などのうち、アンモニア性窒素を含有する水である。
【００２５】
＜水中のアンモニア性窒素の処理装置＞
図１に本発明の水中のアンモニア性窒素の処理装置の一例を示すモデル図を示す。
【００２６】
この装置では、前処理装置１として原水中の夾雑物の除去の目的でサンドセパレータやバッグフィルタなどのフィルタ１ａを備えている。また、前処理装置１は、原水がこれらフィルタ１ａによりろ過された後、必要に応じ脱気やｐＨ調整のための原水調整装置１ｂなどを備えることができる。なお、この前処理装置１は必須ではなく、原水の水質等により省略することができる。
【００２７】
必要に応じて行うこれらの前処理の後、水はポンプ２ａを備えた配管２により生物ろ過塔３の多孔板３ａよりも低い箇所に送られる。多孔板３ａ上には、たとえばリング状の多孔質体である充填材３ｂが収納されている。また、この例では生物ろ過塔３の多孔板３ａより下の部分に、生物ろ過塔３内部にアンモニア性窒素の酸化のための酸素を供給するために、空気等の酸素を含む気体を吹き込むためのエアレーション管３ｃが設けられている。そして、アンモニア酸化細菌は原水やエアレーションされる気体、たとえば空気を通じて外部から生物ろ過塔３に侵入し、多孔質体である充填材３ｂの表面ないしその孔内に付着して増殖する。また、アンモニア酸化細菌がすでに付着している充填材を生物ろ過塔３に導入して、生物ろ過塔３にアンモニア酸化細菌を取り入れても構わない。
【００２８】
図１に示した装置では生物ろ過塔３の底部付近から導入した水のアンモニア性窒素は生物ろ過塔３内部のアンモニア酸化細菌により、少なくともその一部が亜硝酸性窒素や硝酸性窒素に酸化される。なお、図２に生物ろ過塔による処理のイメージを示す。
【００２９】
このような生物ろ過塔３による処理で少なくとも一部のアンモニア性窒素が酸化された水は、図１に示した例では生物ろ過塔３内の充填材３ｂ層より上の部分から配管４により生物ろ過塔３外に取り出され、配管４と接続する薬注装置により次亜塩素酸ナトリウムの薬液が添加される。
【００３０】
薬注装置は、次亜塩素酸ナトリウムの薬液を収容する薬液タンク５と、この薬液タンク５に接続する、ポンプ５ｂを備えた送薬ライン５ａと、から構成され、次亜塩素酸ナトリウムの薬液を、生物処理を行った水に添加する。配管４の、薬注装置の送薬ライン５ａとの合流箇所よりも水の流れ方向下流に設けられた、ミキサ４ａは次亜塩素酸ナトリウムが添加された水を攪拌する。そして、攪拌された水は処理水槽６に送られる。この処理水槽６内で、前段の生物処理では処理しきれずに水中に残留していたアンモニア性窒素は次亜塩素酸ナトリウムと反応して窒素となり（ブレークポイント処理）、大気開放された箇所、たとえば処理水槽６の水面等から大気へ放散する。
【００３１】
また、生物処理により生成した亜硝酸性窒素は次亜塩素酸ナトリウムで酸化されて硝酸性窒素となる（非特許文献３）。
【００３２】
処理水槽６内の処理水は配管７を経てユースポイントへ供給されるが、その途中で、残留塩素計７ａが処理水槽６出口の処理水中の遊離残留塩素濃度を測定し、その測定値が一定値、たとえば０．１ｍｇ／Ｌ以上、好ましくは０．３ｍｇ／Ｌ以上１ｍｇ／Ｌ以下の範囲となるように、図示しない制御装置が薬注装置のポンプ５ｂによる次亜塩素酸ナトリウムの薬液の注入量をフィードバック制御する。
【００３３】
処理水槽６の容量は生物処理装置から供給される水を１５分間以上滞留させる容量であることが、安定した処理を可能にするために好ましい。ここで、１５分間滞留させる容量とは１５分間に生物処理装置から処理水槽６へ流入する水量に相当する容量を云う。より好ましい滞留時間は３０分以上であり、さらに好ましくは１時間以上である。
【００３４】
図１に示した水中のアンモニア性窒素の処理装置では、配管４の、ミキサ４ａより水の流れ方向上流で次亜塩素酸ナトリウムの薬液を添加しているが、本発明はこの例に限定されず、たとえば、配管４ではなく処理水槽６で次亜塩素酸ナトリウムの薬液を添加してもよい。この場合にはミキサ４ａを省くことが可能であり、また、処理水槽６に攪拌機などの混合手段を設けることにより、次亜塩素酸ナトリウムによる化学処理を促進させることが可能となる。
【００３５】
図１に示した装置では、生物ろ過塔３でのアンモニア除去率にもよるが、その構成により、高グレードの次亜塩素酸ナトリウムを使用しても水道水質基準を達成できない、高濃度のアンモニア性窒素を有する被処理水に対しても、低グレードの次亜塩素酸ナトリウムの使用が可能となる。そして、薬品添加量の少ないローケミカル処理が可能となるので、トリハロメタンの生成も抑制される。
【００３６】
また、被処理水のアンモニア性窒素の濃度や水温の変動等により、生物処理で十分な処理ができない状況になった場合でも、次亜塩素酸ナトリウムを適正量添加し、処理性能を補完することが可能となる。
【００３７】
また、生物処理後に次亜塩素酸ナトリウムによる化学処理を行うため、仮に生物処理の出口水にアンモニア酸化細菌等の微生物が混入していたとしても、最終的に遊離残留塩素により殺菌されるので、化学処理後の処理水が生きたアンモニア酸化細菌等で汚染される懸念もない。
【００３８】
さらに充填材として多孔質体を用いることでアンモニア酸化細菌を生物ろ過塔３内に多量に保持することができ、その結果、効率的にアンモニア性窒素を処理することができる。
【００３９】
以上、本発明について、好ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明の水中のアンモニア性窒素の処理方法、および、水中のアンモニア性窒素の処理装置は、上記実施形態の構成に限定されるものではない。
【００４０】
当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の水中のアンモニア性窒素の処理方法、および、水中のアンモニア性窒素の処理装置を適宜改変することができる。このような改変によってもなお、本発明の水中のアンモニア性窒素の処理方法、および、水中のアンモニア性窒素の処理装置の構成を備えている限り、もちろん、本発明の範疇に含まれるものである。
【実施例】
【００４１】
以下に本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００４２】
ある工場のアンモニア性窒素を含有する井戸水（原水）を被処理水として、図３（図中「ＢＰ処理」は「ブレークポイント法による化学処理」）に処理フローの概略を示す方法で、表２に示す条件で試験（実施例）を行った。なお、生物ろ過塔の内部には、レンガ製の外径約２５ｍｍ、内径約１５ｍｍ、厚さ１０〜３０ｍｍのリング状の充填材を収容した。また、薬液の添加量を処理水槽出口の残留有効塩素濃度が０．５ｍｇ／Ｌとなるようにフィードバック制御した。
【００４３】
【表２】
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【００４４】
＜結果＞
図４に生物ろ過塔出口におけるアンモニア性窒素の除去率の推移を示す。
試験開始後、約１ヵ月で生物処理は安定した。この馴養期間終了以降の試験期間でのアンモニア性窒素の除去率は８０％以上で推移し、また、この試験期間の生物ろ過塔出口でのアンモニア性窒素の濃度は０．３〜０．５ｍｇ／Ｌであった。
【００４５】
ここで、生物処理後の水中のアンモニア性窒素が０．５ｍｇ／Ｌである場合、ブレークポイント法で必要となる有効塩素濃度は５ｍｇ／Ｌである。このとき、用いる一級の次亜塩素酸ナトリウム中の塩素酸の濃度が表１に示した基準値の上限値であるとしても、処理水中の塩素酸の最大濃度は０．１７ｍｇ／Ｌであり、水道水質基準値（０．６ｍｇ／Ｌ以下）の１／３以下に抑制できる計算になる。
【００４６】
実際に馴養期間終了以降の期間の処理水について塩素酸と亜硝酸性窒素の濃度を測定したところ、塩素酸濃度は０．０２〜０．０４ｍｇ／Ｌであり、上記基準値に対して十分に低い値となり、また、亜硝酸性窒素濃度も０．００４ｍｇ／Ｌ以下を維持して水道水質基準（０．０４ｍｇ／Ｌ以下）を満たしていた。
【符号の説明】
【００４７】
１    前処理装置
１ａ  フィルタ
１ｂ  原水調整装置
２    配管
２ａ  ポンプ
３    生物ろ過塔
３ａ  多孔板
３ｂ  充填材
３ｃ  エアレーション管
４    配管
４ａ  ミキサ
５    薬液タンク
５ａ  送薬ライン
５ｂ  ポンプ
６    処理水槽
７    配管
７ａ  残留塩素計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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