JPH08155476A - 含アンモニア態窒素海水の硝化処理法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 海水中のアンモニア態窒素を効率よく硝化処
理する。 【構成】 固定化微生物を牡蠣殻表面に付着あるいは沈
着せしめた充填材を接触曝気による処理充填材として用
い海水中のアンモニア態窒素を硝化処理することにより
含アンモニア態窒素海水の単位容量あたりの硝化能力を
格段に高めることができ、低水温でも、十分な硝化能力
を持つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、含アンモニア態窒素海
水の硝化処理法及びそのための装置に関し、特には固定
化微生物を担持した牡蠣殻を接触曝気法の充填材として
用いる含アンモニア態窒素海水の硝化処理法及び硝化処
理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自然環境浄化の観点から、最近は淡水に
ついては下水道の普及、浄化施設の充実などからかなり
の改善が図られてきている。しかしながら、海水の浄化
については一旦汚染排水などで海水が汚染されてしまっ
たりすると、それは終末に位置することからなかなか浄
化が進まず汚染が海水中に蓄積し、かつ、最近のように
海洋の利用が増大するに連れて汚染が海域に拡大するこ
となどが大きな問題となってきている。ところでこれま
では、海水中には雑多な成分が含まれていることからそ
の効率的な浄化処理ができなかった。また、浄化処理の
対象物が大量の水（海水）であることから、経済的かつ
技術的に有効な手段の提供がなされていなかった。特に
最近では獲る漁業から育てる漁業への転換もすすめら
れ、養殖において富栄養の飼料などが使用され、それに
伴い海域がアンモニア態窒素を多量に含むこととなって
汚染されること、イケスなどの水質の悪化から大量の魚
や貝、エビなどが死亡することなどの被害も生じてい
る。そこで、こうした含アンモニア態窒素海水の処理技
術の開発が強く求められている。

【０００３】通常、アンモニア態窒素を含む水を浄化処
理するには、硝化処理（アンモニア態窒素の亜硝酸態窒
素や硝酸態窒素への生物学的酸化処理）を施してなされ
るが、そのアンモニア態窒素を含む水の硝化処理は、砂
ろ過処理装置によりろ過砂中に硝化菌を高濃度に保持し
て行われる。しかしながら、海水のように、塩素イオン
濃度が３０，０００ｍｇ／リットルと高い水の硝化処理
は、硝化菌の活性が塩素イオンにより阻害されるため、
淡水の場合と比べて困難である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようなアンモニア
態窒素を含む水の硝化処理を、砂ろ過処理装置によりろ
過砂中に硝化菌を高濃度に保持して行われる方法は、以
下のような問題がある。 （１）砂ろ過装置は目詰まり防止のためにろ過砂を逆洗
する必要があるが、逆洗により大部分の硝化菌が装置外
に流出し、硝化効率が著しく低下する。その結果、逆洗
後、数日間は未処理のアンモニア態窒素が処理水中に含
まれることになる。こうした操作は煩雑であり、コスト
もかかる。 （２）好気性細菌である硝化菌への酸素供給は、海水中
に含有する溶存酸素により行われるが、溶存酸素量が不
足したり、ろ過砂内で微生物が繁殖しすぎた場合は、硝
化効率が著しく低下する。 一方、淡水系の含アンモニア態窒素排水の硝化処理の場
合、ハニカムチューブや波板系プラスチック充填材が硝
化菌を含む微生物を付着させる担体として用いられる。
これは接触曝気法と呼ばれる。この方法に用いる装置の
概念構成を、図３に示す。図中、１は接触曝気槽，２は
ハニカムチューブ等の充填材，３は散気装置（エアレー
タ）、４は隔壁である。まず、接触曝気槽１内へ導入さ
れた含アンモニア態窒素排水（原水）に対して、接触曝
気槽１底部からエアレータ３により空気が送給される。
これにより、接触曝気槽１内では、硝化菌を含む微生物
を付着した充填材２面で排水中のアンモニア態窒素が硝
化処理されて浄化され、その後上方端部の隔壁４側部か
ら清澄された浄化処理水として系外へ導出される。こう
した淡水系の含アンモニア態窒素排水の硝化処理方法を
含アンモニア態窒素海水の硝化処理に適用したところ、
殆ど微生物の付着が認められず、硝化現象も殆ど認めら
れなかった。このように淡水浄化のための施設を直ぐさ
ま海水処理の施設として使用しても、所期の効果が得ら
れないという問題があった。他方、生物学的排水処理法
において微生物濃度を高める方法として、固定化微生物
法が知られている。この方法は図４にその概念図を模式
的に示すごとく、固定化微生物片５’群を曝気槽１内に
投入し、エアレータ２から空気を送給して排水に対する
生物学的処理を行って硝化処理によりアンモニア態窒素
の硝化処理による浄化を行い、隔壁４側部から浄化処理
水を導出するものである。ここで、固定化微生物片５’
を製造するには、濃縮微生物と固定化物質の加熱などし
た溶液とを混合し冷却すると、ゲル状物質が生じるの
で、これを切断等により適当な大きさに成型することに
より取得される。

【０００５】

【課題を解決する手段】本発明者等は、硝化菌を含む微
生物を付着させる担体として牡蠣殻を利用して、硝化実
験を行ったところ、硝化現象を確認することが出来た。
この時、曝気槽内部の微生物の付着状況を観察したとこ
ろ、微生物は付着しているというよりは、牡蠣殻表面に
沈着している状況であった。つまりこの微生物は極めて
粘着性の低いものであった。本発明者等は、こうした牡
蠣殻を利用し、硝化菌を含む微生物を付着又は沈着させ
る担体として用い含アンモニア態窒素海水の硝化処理方
法を開発すべく種々検討を重ね、その結果固定化微生物
法と牡蠣殻を充填材とした接触曝気法とからなる含アン
モニア態窒素海水の処理装置が優れた処理機能を有する
こと、さらにその処理法及び処理装置は簡単な操作でか
つ経済上のメリットも大きく、環境への悪影響が少ない
ばかりか予想外の優れた作用効果も期待できることを見
出し、本発明を完成したものである。

【０００６】本発明においては、固定化微生物法と牡蠣
殻を充填材とした接触曝気法とを組み合わせた含アンモ
ニア態窒素海水の新規な水処理法及びそれに適した処理
装置が提供される。本発明の目的の一つは、含アンモニ
ア態窒素海水の硝化処理において、接触曝気槽内の硝化
菌濃度を高め、硝化性能の向上を図ることにある。すな
わち本発明は、（１）固定化微生物を牡蠣殻表面に付着
あるいは沈着せしめた充填材を接触曝気による処理充填
材として用い、水中のアンモニア態窒素を硝化処理する
ことを特徴とする含アンモニア態窒素海水の処理法、及
び（２）固定化微生物を牡蠣殻表面に付着あるいは沈着
せしめた充填材を接触曝気による含アンモニア態窒素海
水の硝化処理充填材として備えてなることを特徴とする
含アンモニア態窒素海水の処理装置、である。

【０００７】上記本発明における微生物源としては、下
水処理場等の活性汚泥が挙げられるが、活性汚泥中の微
生物は耐塩素イオン菌を選抜したり、変異誘発法を適用
してより耐塩素イオン菌としたり、遺伝子組換え法によ
り有用遺伝子を導入したりしてより耐塩素イオン菌とし
たりでき、また硝化処理能に優れた菌を選抜したり、変
異誘発法を適用してより硝化処理能に優れた菌を得た
り、遺伝子組換え法により有用遺伝子を導入したりして
より硝化処理能に優れた菌としたりできる。好ましく
は、アンモニウム・イオンや塩素イオン存在下に下水処
理場等の活性汚泥を培養して耐塩素イオン性を向上させ
且つ硝化処理能をもつ微生物を得ることができる。この
場合、塩素イオン濃度を徐々に高めて行き、最終的に海
水と同程度の濃度とすることが好ましい。微生物の固定
化法としては、当該分野で知られた方法あるいは公知の
方法を当業者に知られた方法で改変された方法を適用す
ることができ、例えば包括法、担体結合法、ろ過法など
が挙げられ、例えば包括法では、天然高分子、合成高分
子などを利用し、モノマー法、ポリマー法、プレポリマ
ー法などの方法を用いることができる。また例えば担体
結合法では、微孔あるいは微小粒子法、バイオマス・サ
ポート・パーティクルなどの多孔性物質利用法などの方
法を用いることができ、ろ過法では高分子膜あるいはセ
ラミック・フィルターなどを用いる方法が挙げられる。

【０００８】固定化物質としては、包括法でよく用いら
れる天然高分子のアルギン酸ナトリウムなどのアルギン
酸、寒天、κ−カラギーナンなどのカラギーナンなど多
糖類が挙げられ、合成高分子ではポリアクリルアミド、
光硬化性樹脂プレポリマー、ウレタンプレポリマーなど
が挙げられ、光硬化性樹脂プレポリマーとしては、例え
ばポリエチレングリコールあるいはポリプロピレングリ
コールの両端にイソホロンジイソシアナートやヒドロキ
シエチルアクリレートが結合したものなどが挙げられ、
ウレタンプレポリマーとしては、例えばポリエチレング
リコールあるいはポリエチレングリコールとポリプロピ
レングリコールの共重合物の両端にトルエンジイソシア
ナートが結合したものなどが挙げられる。例えばアルギ
ン酸では、微生物を含むアルギン酸ナトリウム塩の水溶
液をゲル化剤であるカルシウムイオンなどの多価金属イ
オンを含む水溶液と接触させることで微生物を固定化で
きる。またカラギーナン、寒天などでは加熱、溶解した
ものを微生物共存下冷却するか、あるいは金属イオン、
アミン類等のゲル化剤と接触させることで微生物を固定
化できる。

【０００９】牡蠣殻は好ましくは洗浄後、適当な大きさ
にされたものが用いられる。牡蠣殻に上記固定化微生物
を付着又は沈着せしめるには、上記固定化微生物含有液
に牡蠣殻片を微生物付着するあるいは表面上に沈着する
に適当な時間浸漬することにより行われることができ
る。牡蠣殻は次のような利点があり、接触曝気法の充填
材として優れている。 （１）一般に硝化反応により、処理水のｐＨが低下し、
硝化反応そのものに悪影響を与えることが起こるが、牡
蠣殻を用いた場合は牡蠣殻表面からのカルシウムイオン
の溶出により処理水のｐＨの低下を防止することが可能
である。したがって、硝化反応が処理水のｐＨが低下に
よる悪影響を受けることが少なく効率的な運転が可能で
ある。 （２）本来、廃棄物として捨てられる牡蠣殻を水処理材
料として有効に利用している。したがって安価な材料を
使用できる。また牡蠣殻は天然物であるので環境上も問
題が少ない。なお、本発明で言う「海水」とは海洋にお
ける海水のみに限定されるものではなく、それと同等の
人工海水（水中の塩類、ｐＨ等を海水同様に調整して造
られたもの）をも含むものである。

【００１０】

【実施例】次に実施例を示して、本発明をさらに具体的
に説明する。 実施例１ （１）耐塩素イオン硝化菌の培養 下水処理場等の活性汚泥を所定の容量の容器に入れて、
アンモニア剤（塩化アンモニウム）、ミネラル物質、ｐ
Ｈ調整剤を毎日所定量投入する。さらに、塩化ナトリウ
ムを培養初期には塩素イオンで数十ｍｇ／リットルの濃
度になるよう添加し、徐々に添加濃度を上げ、最終的に
海水の塩素濃度になるようにする。この溶液は、連続的
に曝気により、攪拌混合されると同時に酸素供給を受け
る。培養期間は、２〜３か月である。

【００１１】（２）固定化微生物溶液の調製 固定化物質を２〜３％の濃度となるように水に溶解さ
せ、約５０℃まで加熱する。一方、上記（１）で培養さ
れた耐塩素イオン硝化菌を遠心分離等により濃縮して得
られた硝化菌を含む微生物溶液と固定化物質溶液とを均
一となるように攪拌混合する。 （３）牡蠣殻への固定化微生物溶液の付着 洗浄した牡蠣殻を上記（２）で得られた溶液に浸漬し、
牡蠣殻表面に固定化微生物を付着させた後、室温にて放
冷する。固定化微生物を付着させた牡蠣殻を図２に模式
的に示す。図中、６は牡蛎殻、５は固定化微生物を示
す。

【００１２】実施例２ （１）含アンモニア態窒素海水の連続処理法 図１に処理装置の概念図を示すごとく、牡蛎殻６の表面
に固定化微生物７を付着させたものを充填材２０とし
て、曝気槽１内に配設し、下部のエアレータ３から空気
を送給し、充填材２０面で排水中のアンモニア態窒素を
硝化処理して、浄化水となし、上方端部から浄化処理水
を導出する。なお、図中、７は貯留槽、８は砂ろ過塔、
Ｐは送水ポンプ、Ｂは送風機である。含アンモニア態窒
素海水としてアンモニア態窒素濃度が少なくとも３ｍｇ
／リットルの水産養殖排水を用い、１日当たり４立方メ
ートルの処理水量とした。砂ろ過塔におけるろ過速度を
１０ｍ／時とし、ろ層厚さを０．５ｍとした。そして接
触曝気層の条件は、滞留時間約１．５時間、充填材充填
率６０％としたところ、浄化処理水のアンモニア態窒素
濃度は０．５ｍｇ／リットル以下となっていた。この結
果、アンモニア態窒素の８３％が除去されたことが解
る。

【００１３】

【発明の効果】上記のとおりの本発明によれば、 （１）接触曝気槽内に高い濃度で硝化菌を含む微生物を
保持することが可能であるため、牡蠣殻単独の接触曝気
法に比べて、含アンモニア態窒素海水の単位容量あたり
の硝化能力を格段に高めることができる。 （２）１０℃前後の低水温の海水に対しても、十分な硝
化能力を持つ。 （３）牡蠣殻単独の接触曝気法にみられるような微生物
の剥離による処理水の懸濁物質濃度の増大という現象が
起きにくい。 （４）牡蠣殻表面からのカルシウムイオンの溶出により
処理水のｐＨの低下を防止することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の含アンモニア態窒素海水の処理
装置の概念図を示す。

【図２】固定化微生物を付着させた牡蠣殻の模式図を示
す。

【図３】接触曝気による硝化処理装置の概念構成図を示
す。

【図４】固定化微生物法の処理概念図を示す。【符号の
説明 １：曝気槽 ２：充填材 ３：散気装置（エアレータ） ４：隔壁 ５：固定化微生物 ６：牡蛎殻 ７：貯留槽 ８：砂ろ過塔 Ｂ：送風機 Ｐ：送水ポンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定化微生物を牡蠣殻表面に付着あるい
   は沈着せしめた充填材を接触曝気による処理充填材とし
   て用い、水中のアンモニア態窒素を硝化処理することを
   特徴とする含アンモニア態窒素海水の処理法。
2. 【請求項２】 固定化微生物を牡蠣殻表面に付着あるい
   は沈着せしめた充填材を接触曝気による含アンモニア態
   窒素海水の硝化処理充填材として備えてなることを特徴
   とする含アンモニア態窒素海水の処理装置。