JPH0671255A - 硝酸イオン及び／又は亜硝酸イオンの除去方法及び除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来のイオン交換処理及び／又は生物処理に
よる硝酸イオンの除去方法における問題点を解決し、硝
酸イオンを含む原水を効率的に、安価に処理する。 【構成】 硝酸イオンを含む原水をアニオン交換樹脂２
を充填した塔１に通水してアニオン交換樹脂２に硝酸イ
オンを吸着させる。硝酸イオンを吸着したアニオン交換
樹脂２に脱窒菌と水素供与体を添加してアニオン交換樹
脂２を生物学的に再生する。 【効果】 アニオン交換樹脂に吸着された硝酸イオン
は、脱窒菌により生物処理され、アニオン交換樹脂は効
率的に再生される。高濃度の硝酸イオン及び／又は亜硝
酸イオンを含む廃水が排出されることがない。高濃度の
塩類を含む廃水が排出されることがなく、このため塩害
の恐れもない。イオン交換樹脂の再生剤が不要であり、
再生コストが安価である。低濃度の硝酸イオン及び／又
は亜硝酸イオンを含有する原水を処理する場合において
も、大容量の生物処理槽、沈殿池を必要とせず、装置を
小型化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は硝酸イオン及び／又は亜
硝酸イオンの除去方法及び除去装置に係り、特に、硝酸
イオンを含む原水をアニオン交換樹脂で処理すると共
に、硝酸イオンを吸着したアニオン交換樹脂を効率的に
再生する硝酸イオン及び／又は亜硝酸イオンの除去方法
及び除去装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】飲用水中に硝酸イオンが含有されている
と、乳幼児が酸素欠乏症（メトヘモグロビン血症）を引
き起こすため、水道水規準では硝酸イオン濃度は１０ｍ
ｇ−Ｎ／ｌ以下（１リットル中に窒素換算で１０ｍｇ以
下）に規制されている。

【０００３】従来、硝酸イオンの除去方法としては、
「水道施設設計指針・解説」に記載されるようにイオン
交換樹脂（塩基性アニオン交換樹脂）を用いる方法が一
般的である。

【０００４】また、硝酸イオンは湖沼の富栄養化の原因
の一つであり、この場合には生物処理（生物学的脱窒処
理）により除去されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の硝酸イオン
の除去方法では、次のような問題点がある。

【０００６】即ち、イオン交換樹脂による方法では、 再生廃液中に高濃度の硝酸イオンが含まれるため、
再生廃液をそのまま系外に排出することができず、廃液
処理が必要となる。 再生廃液にはまた、高濃度の食塩などの塩が含まれ
るため、塩害の問題もある。 再生のための食塩使用量が多く、再生コストが高く
つく。

【０００７】といった問題がある。

【０００８】また、生物処理では、 低濃度硝酸イオン含有水の処理では、ＢＯＤ源の投
入を過剰に行なう必要がある。 大量の水を処理するためには、生物反応槽、沈殿池
などの設備が非常に大きなものとなる。 といった問題がある。

【０００９】これらの問題を解決するために、イオン交
換処理と生物処理とを組み合せ、イオン交換処理で硝酸
イオンをその再生廃液中に濃縮し、この再生廃液を生物
処理する方法も検討されているが、この場合においても 再生のために食塩を使用することから、再生コスト
が高くつく。 環境への塩類の排出の問題がある。 再生廃液のような高塩類濃度条件では、生物処理効
率が悪く、十分な処理効果が得られない。 といった問題がある。

【００１０】本発明は上記従来のイオン交換処理及び／
又は生物処理による硝酸イオンの除去方法における問題
点を解決し、高濃度の硝酸イオンや塩類を含む再生廃液
を排出させることなく、高価な再生剤を用いることな
く、また、大型の生物処理槽や沈殿池を必要とすること
なく、硝酸イオン及び／又は亜硝酸イオンを含む原水か
ら、硝酸イオン及び／又は亜硝酸イオンを低コストにて
効率的に除去する硝酸イオン及び／又は亜硝酸イオンの
除去方法及び除去装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の硝酸イオン及び
／又は亜硝酸イオンの除去方法は、硝酸イオン及び／又
は亜硝酸イオンを含む原水をアニオン交換樹脂と接触さ
せることにより硝酸イオン及び／又は亜硝酸イオンを原
水から除去して処理水を得る工程と、硝酸イオン及び／
又は亜硝酸イオンを吸着したアニオン交換樹脂を脱窒菌
により生物学的に再生する工程とからなることを特徴と
する。

【００１２】本発明の硝酸イオン及び／又は亜硝酸イオ
ンの除去装置は、液の流入口と流出口とを有するアニオ
ン交換樹脂塔と、該塔へ硝酸イオン及び／又は亜硝酸イ
オンを含む原水を導入する手段と、前記塔へ脱窒菌及び
水素供与体を導入する手段と、前記塔へ洗浄水を導入す
る手段とを備えてなることを特徴とする。

【００１３】即ち、本発明者らは、硝酸イオン，亜硝酸
イオンを吸着したアニオン交換樹脂の再生方法について
検討を重ねた結果、アニオン交換樹脂に吸着されている
硝酸イオン，亜硝酸イオンでも、生物処理を行なうこと
が可能であることを見出し、本発明を完成させた。

【００１４】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明
する。

【００１５】なお、以下においては、硝酸イオンの除去
について説明するが、本発明の方法及び装置によれば、
亜硝酸イオンもまた同様に除去可能である。

【００１６】図１は本発明の硝酸イオン及び／又は亜硝
酸イオンの除去装置の一実施例を示す系統図であり、
（ａ）はイオン交換処理時、（ｂ）は再生時、（ｃ）は
逆洗時をそれぞれ示す。図中、１はイオン交換塔、２は
アニオン交換樹脂、３は沈殿分離槽、１１，１２，２
１，２２，３１，３２，３３，３４は配管、Ｐはポンプ
である。

【００１７】本実施例の方法においては、まず、イオン
交換塔１内にアニオン交換樹脂２を充填し、ポンプＰを
有する配管１１より、硝酸イオンを含む原水を通水す
る。これにより、原水中の硝酸イオンはアニオン交換樹
脂２に吸着され、硝酸イオンが除去された処理水は配管
１２より系外へ排出される（図１（ａ））。

【００１８】このようなイオン交換処理によりアニオン
交換樹脂２の硝酸イオン吸着量が飽和に達し、イオン交
換能が低下したら、原水の通水を停止して配管２２より
脱窒菌及び水素供与体としてのエタノールを上向流にて
供給し、アニオン交換樹脂２に吸着した硝酸イオンを生
物学的脱窒処理することにより、アニオン交換樹脂の再
生を行なう（図１（ｂ））。なお、排出液は配管２１よ
り排出する。

【００１９】再生後は、配管３２より逆洗用の洗浄水を
上向流にて供給し、アニオン交換樹脂２の逆洗を行なっ
て、アニオン交換樹脂２から脱窒菌を分離して洗浄す
る。逆洗廃水は配管３１より沈殿分離槽３に送給し、固
液分離する。この上澄水は配管３３より排出し、一方、
分離汚泥は配管３４より抜き出す（図１（ｃ））。分離
汚泥はアニオン交換樹脂の生物学的再生に循環再使用す
ることができる。また、上澄水についても逆洗に再使用
することも可能である。

【００２０】逆洗後のアニオン交換樹脂は、再度硝酸イ
オンの吸着処理に繰り返し使用することができる。

【００２１】本発明において使用されるアニオン交換樹
脂としては、強塩基性アニオン交換樹脂、弱塩基性アニ
オン交換樹脂のいずれでも良く、その交換基の種類とし
てもトリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチル
アミン、ジメチルエタノールアミン、その他、各種のも
のを採用し得る。また、このようなアニオン交換樹脂の
形態は、粒状、繊維状、破砕状、粉状のいずれでも良
い。

【００２２】また、脱窒菌と共に供給する水素供与体と
してはメタノール、エタノール、酢酸、水素、グルコー
ス等のＢＯＤ源が挙げられる。

【００２３】本発明において、原水の通水速度や、添加
する脱窒菌及び水素供与体の量、その他の処理条件につ
いては特に制限はなく、処理する原水水質や要求される
処理水水質等に応じて適宜決定される。

【００２４】なお、本発明の方法は、イオン交換塔に充
填したアニオン交換樹脂に原水を通水する他、原水とア
ニオン交換樹脂とを混合撹拌した後、アニオン交換樹脂
を取り出し、これを脱窒菌と混合撹拌するなどのバッチ
処理によっても実施することができる。

【００２５】また、本発明の装置は、図示のイオン交換
塔を複数塔並列に配置し、順次バルブ等の切り換えによ
り、各イオン交換塔に原水、脱窒菌と水素供与体、又は
洗浄水を供給し、イオン交換処理、再生及び逆洗を繰り
返し行なうことができるように構成することもできる。

【００２６】

【作用】アニオン交換樹脂に吸着された硝酸イオンは、
脱窒菌により、以下の反応で生物処理され、アニオン交
換樹脂は効率的に再生される。なお、以下において、Ｓ
ＢＲは強塩基性アニオン交換樹脂、ＷＢＲは弱塩基性ア
ニオン交換樹脂であり、水素供与体としてのメタノール
（ＣＨ₃ ＯＨ）は、エタノール、酢酸、Ｈ₂ などで代替
できる。

【００２７】

【化１】

【００２８】このようにして吸着した硝酸イオンが除去
されたアニオン交換樹脂は、逆洗などにより脱窒菌と分
離及び洗浄することにより、再生され、次の吸着処理に
使用することができる。

【００２９】

【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をよ
り具体的に説明する。

【００３０】実施例１ 硝酸ナトリウム溶液（５０ｇ−ＮａＮＯ₃ ／ｌ）を強塩
基性アニオン交換樹脂（「Ｌｅｗａｔｉｔ Ｍ−５０
０」（バイエル社製））を１００ｍｌ充填したカラム
（内径２５ｍｍ×長さ４００ｍ）にＳＶ＝３ｈｒ^-1で通
水し、硝酸イオンを１０ｇ−Ｎ／ｌ−樹脂（アニオン交
換樹脂１リットルに対して、窒素換算で１０ｇ）吸着さ
せた。このアニオン交換樹脂１００ｍｌを三角フラスコ
に採り、脱窒細菌を含む活性汚泥２００ｍｌ（ＭＬＳＳ
４０００ｍｇ／ｌ）を添加し、更にエタノールを２ｇ
／ｌとなるように添加して、嫌気性下緩やかに撹拌し
た。なお、ｐＨは７．０、温度は２５℃とした。

【００３１】このとき、添加したエタノールの減少速度
は１１０ｍｇ−エタノール／ｇ−ＭＬＳＳ・ｈｒ（１ｈ
ｒに、ＭＬＳＳ１ｇ当りエタノール１１０ｍｇ）であっ
た。また、フラスコ内は窒素ガス（ガスクロマトグラフ
ィーにより分析）が発生し、泡立っていた。

【００３２】２４時間後、フラスコからアニオン交換樹
脂を取り出し、水洗後、再びカラムに充填し、４％Ｎａ
ＯＨ水溶液１リットルを通液し、流出液のイオン分析を
行なった結果を表１に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１より、脱窒細菌で処理した後のアニオ
ン交換樹脂は硝酸イオンを殆ど含んでおらず、重炭酸形
に再生されていることが明らかである。

【００３５】この再生後のアニオン交換樹脂を充填した
カラムに、下記水質の硝酸イオンを含む原水をＳＶ＝１
０ｈｒ^-1で通水して得られた処理水の硝酸イオン濃度を
測定した結果を表２に示した。

【００３６】表２より明らかなように、処理水の硝酸イ
オン濃度はアニオン交換樹脂の破過に達するまで５ｍｇ
−Ｎ／ｌ以下であり、良好な結果が得られた。

【００３７】原水水質 ｐＨ ：７．３ 導電率 ：３１０（μＳ／ｃｍ） 全硬度 ： ４０（ｍｇ／ｌ） Ｍ−Ａｌ： ５０（ｍｇ／ｌ） Ｃｌ ： ２４（ｍｇ／ｌ） ＳＯ₄ ： ８（ｍｇ／ｌ） ＮＯ₃ ： ６０（ｍｇ／ｌ）

【００３８】

【表２】

【００３９】比較例１ 実施例１と同様にして硝酸ナトリウム溶液を通水したア
ニオン交換樹脂に、１０％食塩水３００ｍｌを通液し、
次いで水５００ｍｌを通水して再生を行なった。

【００４０】このときの再生廃液の水質を表３に示す。

【００４１】

【表３】

【００４２】この再生廃液に、脱窒細菌を含む活性汚泥
をＭＬＳＳ４００ｍｇ／ｌとなるように添加し、更にエ
タノールを２ｇ／ｌ添加して、嫌気性下緩やかに撹拌し
た。なお、ｐＨは７．０、温度は２５℃とした。

【００４３】この時の、添加したエタノールの減少速度
は３０〜２０ｍｇ−エタノール／ｇ−ＭＬＳＳ・ｈｒで
あり、塩類濃度の低い（例えば０．５％以下）場合の活
性に比べて、３０〜２０％の活性しか示さなかった。塩
類で馴養した汚泥を用いた場合でも、３％以上の塩類濃
度条件下では、同様の活性しか得られなかった。このた
め、生物処理槽容量は、低塩類濃度の場合の３〜５倍の
大きさとするか、或いは、被処理液を５倍以上に希釈す
る必要があった。

【００４４】なお、ここで再生されたアニオン交換樹脂
をカラムに充填して、実施例１で処理したものと同水質
の原水をＳＶ＝１０ｈｒ^-1で通水したところ、破過する
までの処理水の硝酸イオン濃度は５ｍｇ−Ｎ／ｌ以下で
あった。

【００４５】この結果から、従来のイオン交換法と生物
処理法とを単に組み合せて処理する場合には、アニオン
交換樹脂の再生は可能であるが、アニオン交換樹脂の再
生のために高塩類濃度の再生液が必要である上に、高塩
類濃度の再生廃液が大量に排出し、この再生廃液の処理
のために、大容量の生物処理槽が必要となり、工業的に
不利であることが明らかである。

【００４６】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の硝酸イオン
及び／又は亜硝酸イオンの除去方法及び除去装置によれ
ば、硝酸イオン及び／又は亜硝酸イオンを含む原水から
硝酸イオン及び／又は亜硝酸イオンを除去する際に、 高濃度の硝酸イオン及び／又は亜硝酸イオンを含む
廃水が排出されることがない。 高濃度の塩類を含む廃水が排出されることがなく、
このため塩害の恐れもない。 イオン交換樹脂の再生剤が不要であり、再生コスト
が安価である。 低濃度の硝酸イオン及び／又は亜硝酸イオンを含有
する原水を大量に処理する場合においても、大容量の生
物処理槽、沈殿池を必要とせず、装置を小型化すること
ができる。 等の効果が奏され、硝酸イオン及び／又は亜硝酸イオン
を含む原水を容易かつ効率的に、しかも低コストに処理
して高水質の処理水を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の硝酸イオン及び／又は亜硝酸イオンの
除去装置の一実施例を示す系統図である。

【符号の説明】 １ イオン交換塔 ２ アニオン交換樹脂 ３ 沈殿分離槽

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 硝酸イオン及び／又は亜硝酸イオンを含
   む原水をアニオン交換樹脂と接触させることにより硝酸
   イオン及び／又は亜硝酸イオンを原水から除去して処理
   水を得る工程と、硝酸イオン及び／又は亜硝酸イオンを
   吸着したアニオン交換樹脂を脱窒菌により生物学的に再
   生する工程とからなる硝酸イオン及び／又は亜硝酸イオ
   ンの除去方法。
2. 【請求項２】 液の流入口と流出口とを有するアニオン
   交換樹脂塔と、 該塔へ硝酸イオン及び／又は亜硝酸イオンを含む原水を
   導入する手段と、 前記塔へ脱窒菌及び水素供与体を導入する手段と、 前記塔へ洗浄水を導入する手段とを備えてなる硝酸イオ
   ン及び／又は亜硝酸イオンの除去装置。