JP3203291B2 - 水道用原水中のアンモニア性窒素除去方法 - Google Patents

水道用原水中のアンモニア性窒素除去方法

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  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は水道用原水の処理方法、
特に、水道用原水中のアンモニア性窒素を除去する新規
な浄化処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術及びその課題】水道水用の原水として地下
水が使用されるが、通常はそのままでは水道水として供
給できないため、濾過や薬液処理を施した後、水道法で
要求されている水質基準を満たした上で供給されてい
る。
【0003】原水の薬液処理の主なものとして、地下水
の殺菌を目的とする塩素注入(塩素処理法)が挙げられ
るが、その際、地下水中に含まれるアンモニア性窒素の
存在が大きな問題となる。アンモニア性窒素は、塩素と
反応して最終的には窒素ガスとなって空中に放散される
が、この反応の過程で塩素の半分以上は殺菌に無効な塩
素イオンとなってしまう。
【0004】そこで、アンモニア性窒素と反応する塩素
の分を見越して、多めの塩素を注入すればよいのである
が、水道用原水中のアンモニア性窒素濃度は0.5〜
3.0ppm程度の範囲で変動し、一定濃度の原水が処
理対象となるわけではない。一般に塩素処理法では、原
水中のアンモニア性窒素濃度の約10倍の塩素を必要と
するが、多量の塩素が処理水中に存在すると有機物と塩
素との反応により、発ガン性物質であるトリハロメタン
が生成するため、アンモニア性窒素濃度にあわせて過不
足なく塩素注入量を変動させる必要がある。このため、
原水中のアンモニア性窒素濃度を定期的に測定して塩素
注入量を調整するための人件費や設備費等のコストが非
常に大きくなる。しかも処理水中の遊離塩素濃度は0.
1〜1.0ppm程度の範囲にコントロールしなければ
ならないため、非常に精度の高い制御装置が必要とされ
る。
【0005】また、水道水用の原水からアンモニア性窒
素を除去する方法としては、硝化菌の働きを利用してア
ンモニア性窒素を硝酸性窒素に酸化させる、いわゆる生
物処理法も知られている。生物処理法は、硝化菌を含む
水中の汚泥、水中に固定した硝化菌支持物、或いは硝化
菌を担持する担体により、原水中のアンモニア性窒素を
硝酸に酸化し、次いで塩素による殺菌を行なうものであ
る。生物処理法の方式として、浸漬濾床方式、回転円板
方式、生物濾過方式等があり、また硝化菌の担体として
砂、プラスチック構造物、活性炭等が知られている。し
かしながら、これらの担体を用いた場合は硝化菌の繁殖
が不充分で、効率の良い硝化作用を行なわないことが多
く、また、設備の維持管理の点でも問題が多かった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らはこのような
問題点を解決するため研究を重ねた結果、殺菌処理をし
たかきの殻体、特に次亜塩素酸ソーダによる薬液処理を
行ったかき殻粉砕物を使用することにより、複雑な計装
化設備や維持管理を必要とせずに水道用原水中のアンモ
ニア性窒素を効果的に除去できることを見出し、本発明
を完成したのである。
【0007】すなわち本発明は、かきの殻体を粉砕して
得られたシェルビーズを次亜塩素酸ソーダにより殺菌処
理し、殺菌処理されたシェルビーズを塔又は槽に充填
し、当該塔又は槽内において硝化菌を繁殖させた後、水
道用原水を前記塔又は槽に通水し、当該塔又は槽内の硝
化菌により、前記水道用原水中のアンモニア性窒素を硝
酸性窒素に酸化させることを特徴とする水道用原水中の
アンモニア性窒素除去方法を提供するものである。
【0008】本発明の方法につき詳述する。本発明に使
用されるシェルビーズは、炭酸カルシウムを主成分とす
るものであるが、かき殻を水洗後適当な粉砕機で粉砕
し、篩別して粒度3〜50mm、好ましくは5〜15m
mの粗砕物としたものである。これを次亜塩素酸ソーダ
水溶液中に浸漬して殺菌処理する。殺菌は、殺菌処理後
のシェルビーズを純水に浸漬し溶解成分を抽出した時、
抽出液が水道法に定める水質試験により亜硝酸性窒素が
検出されない様な程度に行うことが肝要である。次亜塩
素酸ソーダ水溶液の濃度は、一般に0.01〜1%程度
が適当である。
【0009】上記の如く、薬液処理したシェルビーズを
次亜塩素酸ソーダが認められなくなるまで水洗して得ら
れた殺菌済のシェルビーズを塔又は槽に充填する。
【0010】シェルビーズの充填量は、原水の水質や設
備の規模等を考慮して適宜決定でき、特に限定はない
が、シェルビーズ1m3(かさ容量) あたり、4.0〜1
0.0m3 /h程度が目安となる。また、シェルビーズ
を充填する塔又は槽の大きさ並びに形状は、通常の化工
設計により適正条件を定めればよい。
【0011】なお本発明においてシェルビーズの粒度を
3mm乃至50mmの範囲に選定したのは、シェルビー
ズの特性上これ以上大きな粒度のものでは嵩ばって充填
塔又は槽が大きくなりすぎ、またシェルビーズの接触表
面積が小さいため通水速度が小さくなる。一方これ以上
小さな粒度のものでは通水抵抗が増大し、圧力をかける
と微粉のものが流出するおそれがあり、そのため処理水
が白濁する場合もあって好ましくないからである。
【0012】次に本発明において次亜塩素酸ソーダ水溶
液でシェルビーズを殺菌処理するのは、他の殺菌処理
法、例えば熱処理による方法では、むらやけを生じシェ
ルビーズの強度が低下し、また塩酸などの酸による処理
ではシェルビーズが溶解してしまうため好ましくない
が、次亜塩素酸ソーダ水溶液による処理ではかかる欠点
がなく、容易に所望の殺菌処理を行い得るからである。
【0013】上記の粒度に粉砕されたシェルビーズを使
用することにより、充填層中に空隙が多くでき、この空
隙中に硝化菌のコロニーが発生し、シェルビーズ表面に
付着した硝化菌と共に硝化効率を高める。またシェルビ
ーズは偏平に積み重なるため、このシェルビーズ層を原
水が通過する際に、原水と硝化菌の接触頻度が高くな
る。
【0014】本発明で用いられるシェルビーズはかき殻
を粉砕して得られるものであるが、他の貝殻と比較して
かき殻は粉砕が容易であって所望の粒度のものが容易に
得られ、また生長の過程に対応して殻体が層状を形成し
ており、これがため薬液が内部まで浸透し、1回の浸漬
処理で目的とする殺菌処理を行い得る。また、かき殻は
多孔質であり、しかもその孔が硝化菌を捕捉し担持する
のに好適な大きさであるため、他の貝殻に比べて硝化菌
の繁殖には有利である。
【0015】また、独立栄養細菌である硝化菌は、アン
モニア性窒素の他に微量のリン、カリ、カルシウム、マ
グネシウム等を必要とするが、シェルビーズを充填した
塔や槽中に原水を通水することによってシェルビーズ中
のこれらの栄養素が溶出し、硝化菌の育成に適切な条件
をつくり出すものと考えられる。
【0016】更に、従来の担体を用いた方法では、硝化
菌がアンモニア性窒素を酸化することにより生じる硝酸
のために処理水のpHが低下するが、本発明ではシェル
ビーズ中のアルカリ分により硝酸が中和され、処理水の
pHの低下を防止できる。従って、装置内のpHは硝化
菌の最適pH範囲である7.0〜7.5に保たれ、特に
pH調整のための設備を必要としない。
【0017】次に、シェルビーズが充填された塔又は槽
内において硝化菌を十分繁殖させる。硝化菌の繁殖は、
原水や別途用意した水を塔又は槽内に通水して塔又は槽
内に水を満たし、そこに硝化菌培養液を添加して暫く放
置すればよい。硝化菌の添加量は特に限定しない。硝化
菌の繁殖具合は、塔又は槽から排出されるアンモニア性
窒素濃度を検知することにより知ることができる。
【0018】また、本発明においては、前記のごときシ
ェルビーズを充填した塔や槽に、地下水等の水道用原水
を通水して硝化菌による処理を行う前に、原水を曝気槽
に通水して当該原水中の溶存酸素濃度を増加させるのが
好ましい。原水中の溶存酸素濃度が低いと硝化菌の繁殖
が不充分となり好ましくない。なお、曝気処理の方法は
曝気槽を用いる等公知の方法で良く、また、曝気処理の
程度も適宜決定すればよい。
【0019】更に、本発明においては、硝化菌が十分繁
殖するまで水道用原水を曝気処理をする装置、例えば曝
気槽とシェルビーズが充填された塔又は槽の間を循環さ
せることが工程や設備の面から好ましい。
【0020】硝化菌がシェルビーズを充填した塔又は槽
内で十分繁殖したら、水道用原水を通水して処理を行な
うが、原水の流速あるいは塔又は槽内の滞留時間は、処
理水中のアンモニア性窒素濃度が塩素滅菌工程に支障の
ないレベルとなるように加減する必要がある。
【0021】本発明のアンモニア性窒素除去方法は、塩
素滅菌工程の前に本発明の浄化処理を実施するのが好ま
しい。
【0022】本発明による方法によれば、原水中のアン
モニア性窒素を効果的に硝酸性窒素に酸化させることが
できる。また、本発明の方法では原水中のアンモニア性
窒素濃度が変動しても、処理水中のアンモニア性窒素濃
度の変動が非常に少ないため、殺菌用の塩素注入量も一
定量を保つことができる。更に、原水の処理によって消
費されたシェルビーズも、単に補充するのみで容易に安
定した連続運転がなし得るので、本発明は非常に有用な
発明である。
【0023】また、かきは養殖されており、大量に消費
される貝類であり、その殻体の処分が問題となっている
が、本発明はそのような廃棄物の有効活用ともなり、環
境改善の見地からも意義ある発明である。
【0024】
【実施例】以下実施例にて本発明を説明するが、本発明
はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0025】実施例1 かき殻を水洗し、粉砕機により粉砕し、篩分により5m
m乃至20mmの粒度のシェルビーズを選び出した。こ
のシェルビーズ40kgを0.03%次亜塩素酸ソーダ
溶液200リットル中に一昼夜浸漬し、次いで次亜塩素
酸ソーダが認められなくなるまで水洗した。なお、使用
したシェルビーズ中のCaCO3 含量は94〜95%で
あった。
【0026】かくして得られたシェルビーズ34kgを
内径250mm、長さ1300mmの塩化ビニル製の塔
内に充填した。この塔に地下水を通水し塔内に水を満た
した後、硝化菌培養液を投入した。本実施例では図1に
示す装置を用い、硝化菌が十分繁殖するまで原水を塔と
曝気槽の間を循環させた。原水の循環は、塔から排出さ
れるアンモニア性窒素濃度が、原水のアンモニア性窒素
濃度の1/8程度となるまで行なった。
【0027】このようにして塔内での硝化菌の繁殖を確
認した後、本実施例では原水をシェルビーズを充填した
塔に通水する前に、曝気槽に通水して溶存酸素濃度を高
めた。原水と曝気処理水の溶存酸素濃度を表1に示す。
【0028】
【表1】
【0029】上記の曝気処理を行いながら、原水を
(1)0.3m3/h、(2)0.6m3/h、(3)
0.9m3 /hの流速で原水を塔に通水し、浄化処理し
た。処理された水は、アンモニア性窒素が顕著に低減し
ており、何れも水道法に定める水質試験に適合したが、
試験結果中、主要項目を表2に示す。
【0030】
【表2】
【0031】本実施例に使用した装置を図1に示す。ま
たこの装置の若干の説明を行うと次の通りである。図1
に示す実施装置は曝気槽1、シェルビーズ充填塔3、流
量計6等とそれらを結ぶ配管系によって構成される。曝
気槽1にはエアーコンプレッサー5により空気が吹き込
まれているが、これは原水中の溶存酸素濃度を上昇さ
せ、硝化菌の繁殖を促進するためである。充填塔3は塩
化ビニル製で、シェルビーズ2が密に充填される。ま
た、充填層の前後及び層内の圧力を知るために圧力計7
を取り付けてあり、圧力損失を知ることができる。曝気
処理された原水は移送ポンプ8により流量計6を経て塔
3へ通水される。また、本装置は塔上部と曝気槽を結ぶ
配管を備えており、硝化菌が十分繁殖するまで原水を循
環させることができる。なお計測器類やポンプは、一般
市販品を使用すればよく、塩化ビニル製の配管系には弁
が設けられ、流量の調節が行なわれる。処理対象となる
地下水は、この装置内を充填塔の下部から通過し、塔内
の硝化菌によりアンモニア性窒素が除去され、処理水は
塔上部から排出される。
【0032】比較例1 上記の実施例において、シェルビーズ充填塔に通水する
前の曝気処理を行わずに原水を処理したところ、何れの
流速の場合も全くアンモニア性窒素の除去は行われなか
った。
【0033】比較例2 上記の実施例において、シェルビーズの代わりに、活性
炭を充填して同様に処理したところ、アンモニア性窒素
濃度は0.3m3 /h通水の場合は原水の90%、0.
6m3 /h通水の場合は原水の40%程度の除去率しか
得られなかった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の方法に使用される装置の実施例を示
す系統図である。
【符号の説明】
1…曝気槽 2…シェルビーズ 3…シェルビーズ充填塔 4…取水ポンプ 5…エアーコンプレッサー 6…流量計 7…圧力計 8…移送ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 五十嵐 保美 新潟県新潟市沼垂東5丁目2番3号 (72)発明者 小林 正 新潟県新潟市栄町3丁目4794番地 (56)参考文献 特開 平4−141297(JP,A) 特公 平2−32954(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 3/28 - 3/34 C02F 3/02 - 3/10

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 かきの殻体を粉砕して得られたシェルビ
    ーズを次亜塩素酸ソーダにより殺菌処理し、殺菌処理さ
    れたシェルビーズを塔又は槽に充填し、当該塔又は槽内
    において硝化菌を繁殖させた後、水道用原水を前記塔又
    は槽に通水し、当該塔又は槽内の硝化菌により、前記水
    道用原水中のアンモニア性窒素を硝酸性窒素に酸化させ
    ることを特徴とする水道用原水中のアンモニア性窒素除
    去方法。
  2. 【請求項2】 シェルビーズの粒度範囲が3mm乃至5
    0mmにある請求項1記載の水道用原水中のアンモニア
    性窒素除去方法。
  3. 【請求項3】 シェルビーズが充填された塔又は槽に通
    水する前に、水道用原水を曝気処理して、当該水道用原
    水中の溶存酸素濃度を高めることを特徴とする請求項1
    又は2記載の水道用原水中のアンモニア性窒素除去方
    法。
  4. 【請求項4】 硝化菌が十分繁殖するまで水道用原水
    を、曝気処理をする装置とシェルビーズが充填された塔
    又は槽の間を循環させることを特徴とする請求項1〜3
    の何れか1項記載の水道用原水中のアンモニア性窒素除
    去方法。
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