nitrosomonas nitrobacterbod酸化,硝化,脱窒素を混合系で行う循環式硝...
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第 3 章 ■ 生物処理法 194
維持のため,アルカリ添加が必要となる場合があります。
硝化工程に関与する微生物は,アンモニア態窒素や亜硝酸態窒素を酸
化してエネルギーを獲得,無機炭素化合物を利用して増殖する独立栄養
細菌です。
・ アンモニア態窒素の酸化 → Nitrosomonas sp.
・ 亜硝酸態窒素の酸化 → Nitrobacter sp.
⑵ 脱窒素工程硝化工程で生成した亜硝酸,硝酸を嫌気条件下(正確には無酸素条件
下)で N2ガスに還元する工程です。その反応は,式 19⊖2に示すとお
りです。
NO2-+3H(水素供与体)→ 12
N2↑+H2O+OH-
NO3-+5H(水素供与体)→ 12
N2↑+2H2O+OH-
(19⊖2)
この式から分かることは,
① NO2-,NO3
-を N2に還元するには,水素供与体が必要です。こ
れは一般に,メタノールや酢酸などの安価な有機物,排水中の
BOD成分が使用されます。
② 水素供与体としてメタノールを用いた場合,メタノールの水素供
与能力は
16 CH3 OH +
16 H2 O =
16 CO2 + H+ + e– (19ー3)
として評価され,メタノール 1 /6 molで 1 molの水素供与を行いま
す。したがって,NO3– 1 molを N2に還元するには式 19ー2より 5 /6
molのメタノールが必要になり,NO2– 1 molを N2に還元するには
式 19ー2より 3 /6 molすなわち 1 /2 molのメタノールが必要になり
ます。
酢酸が水素供与体の場合,供与体としての評価反応式は
18 CH3 COO–+
38 H2 O =
14 CO2 +
18 OH– + H+ + e– (19ー4)
となりますから,NO2–,NO3
–各 1 molを N2に還元するには式 19ー
2より 3 /8 mol及び 5 /8 molの酢酸が必要になります。
BOD 成分が水素供与体として使用される場合は,組成が明確で
はないため BOD量をその酸素消費量として評価します。
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生物的硝化脱窒素法は①硝化工程(アンモニア態窒素などを硝酸イオンに酸化する工程)の後に②脱窒素工程(無酸素条件下で硝酸イオンを窒素に還元する工程)が行われて実現します。①②は主役の微生物が全く異なるため,反応条件等は全く異なります。そこに注意して学習してください。
ココが重要Important
嫌気条件と酸化還元電位:水中に溶存酸素が存在する条件を好気条件と呼びます。逆に溶存酸素がない条件を嫌気条件と呼びます。通常好気条件下では酸化還元電位はプラス値になり,嫌気条件下ではマイナス値になります。酸化還元電位が低いほど嫌気条件が強くなるといえます。脱窒素が行われる酸化還元電位の領域は-50~-200 mVの領域です。通常この領域を無酸素状態と呼び,無酸素状態と嫌気状態の両者が使用される場合,嫌気状態は無酸素状態よりも嫌気性が強いということになります。
補 足Supplemental
#水質03_汚水処理.indb 194 16/12/27 14:23
Lesson 19 ■ 生物的硝化脱窒素法 195
14 O2 + H+ + e– =
12 H2 O (19ー5)
このため,1 molの NO3– と 5 /4 (1.25)molの O2 が当量関係
にあるため,例えば,1 mg/Lの NO3–ーNを還元するために必要
な BOD成分は,完全酸化された場合の理論酸素要求量として
2.86 mg/L となります。
③ 反応によって,OH-が生成しますから,脱窒素工程では硝化工
程とは逆に pH値が上昇します。
脱窒素工程に関与する微生物は,増殖に有機物を必要とする従属栄養
細菌です。また,好気条件下では酸素呼吸を行い,嫌気条件下では NO3-
や NO2-を電子受容体とする,硝酸呼吸ができる通性嫌気性細菌です。
脱窒素工程がうまく進むためには,酸素呼吸ではなく硝酸呼吸(硝酸イ
オン分解)が必要です。
プロセスの構成生物的硝化脱窒素法は,その発展段階で最初は BOD酸化,硝化,脱
窒素とそれぞれの機能ごとに構成された三相システムに始まり,次いで
BOD酸化と硝化の好気状態と脱窒素の無酸素状態の二相システムが開
発されました。
図19−1 生物的硝化脱窒素法の進展
三相システム
二相システム
単相システム
初期のシステムBOD酸化,硝化,脱窒素:機能ごとに構成
BOD酸化,硝化,脱窒素を混合系で行う循環式硝化脱窒素法が代表例
好気状態(硝化工程),無酸素状態(脱窒素工程)
図19−2 循環式硝化脱窒素法のフロー
脱窒素槽 硝化槽 再曝気槽沈殿槽
処理水排水 二次脱窒素槽
水素供与体循環硝化液 50~70 %
返送汚泥
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循環式硝化脱窒素法のフローは図 19−2 に示すとおりです。硝化脱窒素法の原理から考えると,「硝化槽→脱窒素槽」の順になるように考えられますが,フローでの槽の配置は逆順になっています。フローでは,硝化槽(ここで BOD酸化も同時に行われます)を出た処理液の半分以上が循環されているために「硝化槽→脱窒素槽」と同じ働きをします。この配置が現在最も一般的ですから,この配置を暗記してください。また,循環硝化液の循環(返送)位置,返送汚泥の返送位置も必ず暗記しておいてください。この配置,汚泥,硝化液の返送位置に関しては過去に数多く出題されています。
ココが重要Important
#水質03_汚水処理.indb 195 16/12/27 14:23