高アンモニア窒素廃水処理方法

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この投稿は、2016年4月19日22時38分にO.K.によって最終的に編集されました。工業の発展に伴い工場が増えるにつれて、全国で排出される高アンモニア窒素含有廃水の量も増加しています。高アンモニア窒素含有廃水は成分が複雑で毒性も強く、環境に与える害が大きいです。アンモニア窒素濃度が高すぎると水域の富栄養化を引き起こし、また強力な発がん性もあります。高アンモニア窒素廃水は、環境保護分野や世界中で注目を集めており、この状況に対応して国内外で高濃度アンモニア窒素廃水の処理法が数多く開発されている。これらの方法は、物理的、化学的、生物学的なさまざまな側面に関わっている。 高アンモニア窒素含有廃水の処理においては、単一の処理工程だけでは処理水を完全に基準値まで改善することはできない。一般的には、予備処理工程と1つ以上の高度処理工程を組み合わせて用いる。予備処理には、ストリッピング（蒸気抽出）法、膜吸着技術、触媒式湿式酸化法など多くの工程がある。一方、高度処理には、化学沈殿法、生物脱窒法、化学的酸化還元法、折点塩素添加法、電解法など多くの技術が存在する。一般的に広く用いられているのは、ストリッピング（スチーミング）法＋生物脱窒法、ストリッピング（スチーミング）法＋化学的酸化還元法、あるいは液膜法で制御がうまく行え、膜に問題がなければ1つの工程で基準を満たすことができます。 吹き抜き法（スチービング法）：吹き抜き法とは、水を不連続相として空気と接触させ、水中の成分の実際の濃度と平衡濃度との差を利用してアンモニア窒素を気相に移行させ、廃水中のアンモニア窒素を除去する方法です。通常、アンモニア窒素はアンモニウムイオン（NH4+）および遊離アンモニア（NH3）の形で平衡状態にある。廃水のpH値をアルカリ性に調整すると、イオン状のアンモニウムが分子状のアンモニアに変わり、その後空気を通してアンモニアを吹き出す。脱気に使用する空気としては蒸気の方が良く、高温下では遊離アンモニア（NH3）を廃水から分離する速度が上がるが、蒸気を使用するとコストが高すぎるため、一般的には空気を用いた脱気が選ばれる。しかし、実際の運用においては、処理効率が低く、スケールの発生が作業を妨げたり、エネルギー消費やメンテナンスの負担が大きくなったり、二次汚染を引き起こしやすいといった問題も存在する。 この方法は、高アンモニア窒素含有廃水の前処理としてよく用いられる。 化学的酸化還元法：この方法では、新しい種類の薬剤であるアンモニア窒素除去剤が使用されます。このアンモニア窒素除去剤は強力な酸化還元作用を持っており、脱窒過程において、窒素を含む有機物や、有機硫黄化合物、アオ酸塩などの窒素を含む無機物中の窒素はまずNH3、NH2、NHとして変換され、その後NO、NO2に変わり、最終的にはN2に還元されます。 もちろん、この方法は一般的に高濃度のアンモニア窒素含有廃水の二次的な高度処理や、中低濃度のアンモニア窒素含有廃水の処理に用いられる。 脱窒プロセスにおいて、薬剤の添加を適切に制御すれば、水中のアンモニア態窒素を完全に除去し、ゼロ排出を実現できる。また、反応過程で環境に有害な廃棄物（固体廃棄物）は一切発生しません。廃棄物処理の問題を考える必要はまったくない。 液膜法：膜吸収法によるアンモニア含有廃水の処理原理は、疎水性の微多孔質膜（ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフルオロビニリデン）がアンモニア含有廃水とH2SO4、吸収液を膜の両側に分離し、廃水のpH値を調整することで、廃水中のイオン状のNH4+を分子状の揮発性NH3に変換させるものです。膜の両側におけるNH3の濃度差によって、廃水内のNH3が廃水と微多孔質膜の界面で気化・揮発します。気体状のNH3は膜の微小な孔を通って膜の反対側に拡散し、吸収液と微小孔膜の界面でH2SO4によって吸収され、反応して揮発しない(NH4)2SO4が生成されることで回収される。 廃水と吸収液におけるアンモニアの存在形態が異なるため、廃水中のアンモニアは存在形態の変換を通じて絶えず吸収液へと移行し、吸収液中のH2SO4がすべてアンモニアによって中和されるまで続く。この処理により、廃水中のアンモニア窒素濃度は理論上ゼロに達することができる。現在、膜吸収法の難点は膜の漏れを防ぐことにある。高い透過流量を確保するため、一般的な微多孔質膜は膜厚が比較的薄く、膜の両側にある水相は圧力差の影響で容易に漏れ出してしまう。生物脱窒法：生物法によるアンモニア性窒素の除去とは、廃水中のアンモニア性窒素がさまざまな微生物の作用により、硝化や反硝化といった一連の反応を経て最終的に窒素ガスに変換され、それによってアンモニア性窒素が除去されることを指す。現在、この方法は依然として広く利用されており、中低濃度のアンモニア窒素含有廃水に対してはかなり効果的です。具体的な関連プロセスには、A/O、A2/O、SBR、IBR、ABなどが多数あります。 生物法の欠点は、占有面積が大きく、低温時には微生物の活性が低下し、アンモニア窒素の除去効率が低いことです。