廃水処理でアンモニア窒素が高すぎる場合、良い対策はありますか？ありがとう

具体的にどんな成分が…

うちの会社には大きな調整池があり、廃水をそこに10日から半月ほど入れておき、同時に通気を行います。 出水指標のアンモニア窒素含有量が大幅に減少しました。:笑

アルカリ性の条件下で吹き飛ばされたのですが、原則として許されることではなく、採用することは推奨されません

アンモニア窒素の除去方法には多くの種類があり、一般的に生物処理法がコスト面で有利です。A/O、A2/O、SBR、CASS、酸化溝などはいずれも優れたアンモニア窒素除去能力を持ち、最適な除去率は98％以上に達することがあります。

空気吹き抜きは、アルカリ性の条件（pH＞10.5）下で、廃水中のアンモニア窒素は主にNH3の形で存在する（図20-2）。廃水を空気と十分に接触させることで、水中の揮発性のNH3が液相から気相へ移行し、それによって水中のアンモニア窒素が除去される。脱気塔には木製またはプラスチック製のリブ状の充填材が詰められており、空気は塔の下部から流入し、廃水は塔の頂部から底部の集水槽へと流れ落ちる。 アンモニア吹き抜き効果に影響を与える主な要因は、(1)pH値であり、一般的にpH値を10.8～11.5まで上げる； (2)温度 水温が下がるとアンモニアの溶解度が上昇し、吹き抜け効率が低下する。例えば、20℃ではアンモニアの除去率は90～95％だが、10℃では約75％に低下し、これが冬期のストリッピングタワーの運用を困難にしている； (3)水力負荷 水力負荷（m3/m2・h）が過大になると、効率的な吹き抜けに必要な水流状態が崩れ、水のカーテンが形成される；水力負荷が小さすぎると、充填材が適切に湿潤されず、運転不良を引き起こし、ドライタワーとなる可能性がある。一般的な水力負荷は2.5～5m3/m2・hです； (4) 空気水比 一定の塔高において、空気流量を増加させると、アンモニア除去率が向上する；しかし、空気流量が増えると圧力損失も増加するため、空気流量には限界がある。一般的に、気体/水の比率は2500～5000(m3/m2)とすることができる； (5)充填材の形状と高さ アンモニアの吹き抜きにおいては、繰り返しのスプレーと水滴の形成が鍵となるため、充填材の形状、サイズ、間隔、配列方法はすべて吹き抜き効果に影響を与える。一般的に、充填材の間隔は40～50mm、充填材の高さは6～7.5mである。充填材の間隔を広げると、より大きな充填材の高さが必要になる； (6)スケール制御 充填材のスケール（CaCO3）は、ストリッパー塔の処理効率を著しく低下させる。スケールを防止する対策には、高圧水でスケール層を洗い流すことがあります；給水にスケール防止剤を添加する：CO2を含まない、または少なく含む空気を用いた脱気（例えば排ガスからアンモニアを吸収して再利用する方法）；スケールが付きにくいプラスチック製の充填材を、木材などに代わって使用する。 空気吹き抜き法によるアンモニア除去では、除去率は60～95％に達し、プロセスが簡単で処理効果が安定しており、設備投資費と運用コストも低いため、高濃度のアンモニア含有廃水も処理できる。しかし、気温が低いと吹き抜け効率が低下し、充填材のスケールが運転を深刻に妨げることが多く、さらに吹き抜けられたアンモニアが環境に二次汚染をもたらす。

廃水中のアンモニア性窒素の除去 廃水中の窒素は、通常、含窒素有機物、アンモニア、硝酸塩、亜硝酸塩などの形態で存在する。生物処理によって、ほとんどの有機窒素がアンモニアに変換され、さらに硝酸塩に変換することができる。現在採用されている窒素除去プロセスには、生物硝化・反硝化、ゼオライトによる選択的交換吸着、空気吹き抜き、および折点塩素処理の4種類がある。　　 一、生物硝化と反硝化（生物脱窒法） (一) 生物硝化 好気的な条件のもとで、亜硝酸塩菌および硝酸塩菌の働きにより、アンモニア窒素が亜硝酸塩窒素および硝酸塩窒素に酸化される過程を、生物硝化作用という。生物による硝化の反応過程は次の通りです：NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2O。この式からわかることは、(1)硝化の過程において、1gのアンモニア窒素が硝酸塩窒素に変換される際には、4.57gの酸素が必要であるということです；(2) 硝化過程でH+が放出され、廃水のアルカリ度が消費される。アンモニア窒素1gを酸化するごとに、（CaCO3換算で）7.1gのアルカリ度が消費される。 硝酸化過程に影響を与える主な要因は以下の通りである：(1)pH値 pH値が8.0～8.4の場合（20℃）、硝酸化の速度が最も速くなる。硝酸化の過程でpHが低下するため、廃水のアルカリ度が不足した場合は、pH値を7.5以上に保つために石灰を添加する必要がある；(2)温度 温度が高いほど、硝化速度は速くなる。亜硝酸塩菌の最適水温は35℃で、15℃以下ではその活性が急激に低下するため、水温は15℃以上が望ましい；(3)汚泥滞留時間　硝化菌の増殖速度は非常に遅く、その最大比増殖速度は＝0.3～0.5d-1（温度20℃、pH8.0～8.4）である。池内に一定量の硝化細菌群を維持するためには、スラッジの滞留時間は硝化細菌の最小世代時間よりも長くなければならない。実際の運用においては、一般的に＞2、または＞2とすべきである ；(4)溶存酸素 酸素は生物の硝化作用における電子受容体であり、その濃度が低すぎると硝化反応の進行が妨げられる。一般的に、活性汚泥法の曝気槽で硝化を行う際は、溶存酸素を2～3mg/L以上に保つ必要がある；(5)BOD負荷　硝化菌は自養性の細菌であり、BOD酸化菌は従属栄養性の細菌である。BOD5負荷が過度に高くなると、成長速度が速い従属栄養性細菌が急速に増殖し、その結果、自養性の硝化細菌が優位を占められず、硝化速度が低下する。したがって、十分な硝化を行うためには、BOD5負荷は0.3kg(BOD5)/kg(SS).d以下に保つべきである。 （二）生物脱窒 無酸素状態下で、通性脱窒菌（脱窒菌）の作用によりNO2--NおよびNO3--NをN2に還元する過程を、脱窒と呼ぶ。脱窒過程における電子供与体（水素供与体）は、さまざまな有機基質（炭素源）である。メタノールを炭素源とする例として、その反応式は次の通りです： 6NO3- + 5CH3OH → 5CO2 + 4H2O + 3N2 + 6OH- 以上から明らかなように、生物学的脱窒過程においては、NO3--NやNO2--Nが還元されるだけでなく、有機物も酸化分解されるのです。 脱窒に影響を与える主な要因：(1)温度 温度が脱窒に与える影響は、他の廃水生物処理プロセスよりも大きい。一般的には、20～40℃を維持するのが適している。寒さが厳しい冬期には、スラッジの滞留時間を長くしたり負荷を低減したりするなどの対策を講じることで、良好な脱窒効果を維持できる；(2)pH値　脱窒過程におけるpH値は7.0～8.0に制御する；(3)溶存酸素 酸素は反硝化脱窒を阻害する作用がある。一般的に、脱窒反応器内の溶存酸素は0.5mg/L以下（活性汚泥法）または1mg/L以下（生物膜法）に制御する必要がある；（4）有機炭素源 廃水中に十分な有機炭素源が含まれ、BOD5/TN＞（3～5）の場合、外部から炭素源を添加する必要はない。廃水に含まれる炭素と窒素の比率がこの値を下回る場合は、別途有機炭素を添加する必要がある。外部からの有機炭素には、主にメタノールが用いられる。メタノールによる溶存酸素の追加的な消費を考慮して、メタノールの投入量は一般的にNO3--Nの3倍とされる。また、微生物の死滅も利用できる；自己分解後に放出されるその有機炭素こそが「内部炭素源」であるが、これには汚泥の滞留時間を長くしたり負荷率を低くしたりして、微生物を成長曲線の静止期または衰退期に置く必要があり、そのため池の容量もそれに応じて大きくなる。 二、ゼオライトによる選択的交換吸着
ゼオライトはケイ酸アルミニウム塩であり、その化学組成は(M2+、2M+)O.Al2O3.mSiO2•nH2O（m＝2～10、n＝0～9）と表される。ここで、M2+はCa2+、Sr2+などの二価陽イオンを、M+はNa+、K+などの一価陽イオンを示し、弱酸性の陽イオン交換剤である。ゼオライトの三次元構造には規則的な孔道構造と空洞があり、これによりふるい分け効果や交換吸着選択性、熱安定性、形状安定性といった優れた特性を持つ。天然ゼオライトには多くの種類があり、アンモニア窒素を除去するために主に使用されるのはスチルベイトです。 スラントゾイルの特定の陽イオンに対する交換選択性の順序は、K+、NH4+＞Na+＞Ba2+＞Ca2+＞Mg2+である。斜方沸石のNH4+に対する高い選択性を利用して、交換吸着法により水中のアンモニア窒素を除去することができる。吸着飽和したフキイシは再生によって再利用することができる。 溶液のpH値はゼオライトによるアンモニア除去に大きな影響を与える。pHが高すぎると、NH4+はNH3に変換され、交換吸着作用が弱まる；pHが低すぎると、H+の競合吸着作用が強まり、NH4+の除去に不利となる。通常、流入水のpH値は6～8が適切です。アンモニア窒素10～20mg/Lの都市廃水を処理する場合、処理水の濃度は1mg/L未満になる。貫通時の通水容量は約100～150床容量。ゼオライトの作業交換容量は約0.4×10-3n-1mol/g程度である。 アンモニウム吸着で飽和したゼオライトは、5g/Lの石灰乳または飽和石灰水を用いて再生することができる。再生液の使用量は、処理水量の約3～5％です。研究によると、石灰再生液に0.1molのNaClを加えることで、再生効率が向上する。石灰の再生におけるスケール発生問題に対しては、2％の塩化ナトリウム溶液を再生液として使用する方法もあり、この場合は再生液の使用量が多くなる。再生時に排出される高濃度のアンモニア含有廃液は処理が必要であり、その処理方法には以下のものがある：(1)空気吹き抜き　吹き抜かれたNH3は排出するか、またはH2SO4で吸収して肥料とする；(2) 蒸気吹き抜き　凝縮液は1％のアンモニア溶液で、肥料として使用できる；(3)電解酸化（電気塩素化） アンモニアを酸化分解してN2にする。 三、空気吹き抜き アルカリ性条件下（pH＞10.5）では、廃水中のアンモニア窒素は主にNH3の形で存在する（図20-2）。廃水を空気と十分に接触させることで、水中の揮発性のNH3が液相から気相へ移行し、それによって水中のアンモニア窒素が除去される。脱気塔には木製またはプラスチック製のリブ状の充填材が詰められており、空気は塔の下部から流入し、廃水は塔の頂部から底部の集水槽へと流れ落ちる。 アンモニア吹き抜き効果に影響を与える主な要因は、(1)pH値であり、一般的にpH値を10.8～11.5まで上げる； (2)温度 水温が下がるとアンモニアの溶解度が上昇し、吹き抜け効率が低下する。例えば、20℃ではアンモニアの除去率は90～95％だが、10℃では約75％に低下し、これが冬期のストリッピングタワーの運用を困難にしている； (3)水力負荷 水力負荷（m3/m2・h）が過大になると、効率的な吹き抜けに必要な水流状態が崩れ、水のカーテンが形成される；水力負荷が小さすぎると、充填材が適切に湿潤されず、運転不良を引き起こし、ドライタワーとなる可能性がある。一般的な水力負荷は2.5～5m3/m2・hです； (4) 空気水比 一定の塔高において、空気流量を増加させると、アンモニア除去率が向上する；しかし、空気流量が増えると圧力損失も増加するため、空気流量には限界がある。一般的に、気体/水の比率は2500～5000(m3/m2)とすることができる； (5)充填材の形状と高さ アンモニアの吹き抜きにおいては、繰り返しのスプレーと水滴の形成が鍵となるため、充填材の形状、サイズ、間隔、配列方法はすべて吹き抜き効果に影響を与える。一般的に、充填材の間隔は40～50mm、充填材の高さは6～7.5mである。充填材の間隔を広げると、より大きな充填材の高さが必要になる； (6)スケール制御 充填材のスケール（CaCO3）は、ストリッパー塔の処理効率を著しく低下させる。スケールを防止する対策には、高圧水でスケール層を洗い流すことがあります；給水にスケール防止剤を添加する：CO2を含まない、または少なく含む空気を用いた脱気（例えば排ガスからアンモニアを吸収して再利用する方法）；スケールが付きにくいプラスチック製の充填材を、木材などに代わって使用する。 空気吹き抜き法によるアンモニア除去では、除去率は60～95％に達し、プロセスが簡単で処理効果が安定しており、設備投資費と運用コストも低いため、高濃度のアンモニア含有廃水も処理できる。しかし、気温が低いと吹き抜け効率が低下し、充填材のスケールが運転を深刻に妨げることが多く、さらに吹き抜けられたアンモニアが環境に二次汚染をもたらす。 四、折点塩素処理
過剰な塩素または次亜塩素酸ナトリウムを添加し（「折点」を超えて、第14章参照）、廃水中のアンモニアを完全にN2に酸化させる方法を折点塩素処理法という。その反応式は次の通りである：
NH4+ + 1.5HOCl → 0.5N2 + 1.5H2O + 2.5H+ + 1.5Cl-
この反応式からわかるように、折点に達するための理論的な必要塩素量(C12)は7.6kg/kg(NH3-N)であるが、実際の必要塩素量は8～10kg/kg(NH3-N)である。pH＝6～7で反応させると、薬剤の投入量を最小限に抑えることができる。接触時間は一般的に0.5～2時間です。pH値と塩素投入量を厳格に制御することで、反応によって生成される有害なクロラミン（例えばNCl3）や塩素化有機物を減らすことができる。 折点塩素化法によるアンモニア窒素の除去率は90～100％に達し、処理効果は安定しており水温の影響を受けず、インフラコストも低い。しかし、運用コストが高い；残留塩素および塩素化有機物は後処理が必要です。

アルカリ性条件下でストリッピングタワー内でストリッピングを行うと、効果は非常に良い。