畜産廃水処理におけるゼオライトを微生物保持担体としたアナモックスリアクター
要約
陽イオン交換能を持つゼオライトを微生物保持担体としてアナモックスリアクターに投入することで、流入水の基質がアナモックス反応に最適でない場合でも、アナモックス反応を生起させることが可能である。
- キーワード:畜産廃水、アナモックス処理、高度処理、ゼオライト、窒素除去
- 担当:畜産研究部門・畜産環境研究領域・水環境ユニット
- 代表連絡先:029-838-8673
- 分類:研究成果情報
背景・ねらい
アナモックス反応はアナモックス菌により起こり、アンモニアと亜硝酸を約1:1で消費し、窒素ガスを発生させることができ、その窒素ガスの発生において、従来の脱窒反応のように有機物を消費しない。活性汚泥処理において溶存酸素濃度を低く保った場合、その処理水がアンモニアと亜硝酸を含むことが報告されている。このような活性汚泥処理の高度処理としてアナモックス反応の適用が期待されている。しかし、アナモックスリアクターに流入する汚水のアンモニアと亜硝酸の比率を常に1:1に保つことは容易ではない。そこで、流入水の基質がアナモックス反応に最適でない場合でも、陽イオン交換能を持つゼオライトを微生物保持担体としてアナモックスリアクターに投入することで、アナモックス反応を生起させることのできる技術を開発する。
成果の内容・特徴
- 微生物保持担体として、不織布(不織布リアクター)とゼオライト(クリノプチロライト、ゼオライトリアクター)を比較する(図1)。流入水として畜産廃水の活性汚泥処理水にNH4ClもしくはNaNO2を加えたものを使用する(それぞれ、アンモニアと亜硝酸の添加が目的)。アンモニアのみを含む条件および亜硝酸のみを含む条件での流入水のpHはそれぞれ7.7±0.2、8.0±0.0、電気伝導度はそれぞれ5.1±0.1、4.7±0.1mS/cmである。
- 流入水にアンモニアのみが含まれる場合、不織布リアクターの処理水には高濃度のアンモニアが含まれるが、ゼオライトリアクターにおいては、ゼオライトへのアンモニアの吸着が起こり、処理水中アンモニア濃度が低減化する(図2)。
- 流入水に亜硝酸のみが含まれる場合、不織布リアクターの処理水には高濃度の亜硝酸が含まれるが、ゼオライトリアクターにおいては、処理水中窒素濃度が低減化する(図2)。陽イオン(NH4+、K+、Na+、Mg2+、Ca2+)濃度の変化から推定される、ゼオライトから溶出して低減化されたアンモニア濃度と低減化した亜硝酸濃度の比率は1.1(亜硝酸/アンモニアモル比)であることから、本リアクターでは主にアナモックス反応により窒素除去が起こると言える。なお、ゼオライトへのアンモニアの吸着は平衡状態となっており、アナモックス反応によりアンモニアが消費されることで溶出が進行する。本リアクターの最高窒素除去速度は、流入水にアンモニアのみが含まれる場合は0.71gN/L/day、亜硝酸のみが含まれる場合は0.29gN/L/dayである。
- 164日間のアンモニアと亜硝酸が交互に流入する運転後(馴致を含む)、不織布リアクターでは種汚泥よりもアナモックス菌濃度が低下するが、ゼオライトリアクターでは種汚泥とほぼ同等のアナモックス菌濃度を保持する(表1)。
成果の活用面・留意点
- 本成果は、アナモックス処理技術の開発への活用が見込まれる。
- ゼオライトは様々な種類が存在することから、クリノプチロライト等アンモニア選択能に優れるものを利用した方が良い。
具体的データ
その他
- 予算区分:交付金、競争的資金(イノベ創出強化)
- 研究期間:2017～2018年度
- 研究担当者:和木美代子、阿部薫、安田知子、福本泰之
- 発表論文等:Waki M. et al. (2018) Environ. Technol. Doi:10.1080/09593330.2018.1537307