硝化

工場の排水処理における「硝化」とは

こんにちは、さわまる博士です。
工場の排水処理では、BODやSSといった有機物の除去だけでなく、「窒素(ちっそ)」の除去も、水環境を守るために非常に重要です。特に、T-N(総窒素)として厳しい排水基準が定められている地域では、窒素除去プロセスがプラントの性能を左右します。

この生物学的な窒素除去プロセスの「第一段階」として不可欠なのが、本日解説する「硝化(しょうか)」です。

さわまる博士

排水処理における「硝化」とは、どのようなものでしょうか?

硝化とは、排水中の窒素成分のうち、微生物や、BODとしても消費されるアンモニア性窒素(NH4-N)が、特定の微生物(硝化菌)の働きによって酸化され、最終的に硝酸性窒素(NO3-N)に変化する生物化学的反応のことです。

この反応は、曝気槽など酸素が豊富な環境(好気条件)で進み、主に以下の2段階で構成されています。

  • ステップ1:アンモニアの酸化
    アンモニア酸化細菌(ニトロソモナス属など)が、アンモニア性窒素(NH4-N)を亜硝酸性窒素(NO2-N)に酸化します。
  • ステップ2:亜硝酸の酸化
    亜硝酸酸化細菌(ニトロバクター属など)が、ステップ1でできた亜硝酸性窒素(NO2-N)を、さらに硝酸性窒素(NO3-N)に酸化します。

排水処理における硝化の役割と注意点

曝気槽などで行われるこの「硝化」は、窒素を除去するための非常に重要な「前処理」工程です。

というのも、窒素を排水中から完全に取り除くには、次の「脱窒」というプロセスで窒素ガスに変える必要があります。しかし、脱窒菌はアンモニアを直接分解できません。そこで、まず「硝化」によってアンモニアを硝酸性窒素(脱窒菌が利用できる形)に変えておく必要があるのです。

ただし、この硝化を安定して進めるには、排水処理の現場で以下の点に注意が必要です。

  • 十分な酸素(DO)が必要
    硝化反応は、BODを除去するよりも多くの酸素(DO)を必要とします。酸素不足は硝化の進行を妨げる最大の要因となるため、曝気(ブロワーでの空気供給)の管理が非常に重要です。
  • pHが低下しやすい
    硝化反応が進むと水素イオン(H+)が生成されるため、水が持つアルカリ度が消費され、pHが低下しやすくなります。pHが下がりすぎると硝化菌の活性が著しく低下するため、必要に応じて薬剤でpHを調整することもあります。
  • 水温に敏感
    硝化菌は低温に弱く、一般的に水温が15℃以下になる冬場は活動が鈍くなります。冬場にT-N(総窒素)の基準を守るためには、この活性低下を見越した運転管理(SRTの延長など)が求められます。

さわまる博士の
ワンポイントアドバイス!

この「硝化」を担う硝化菌は、BODを除去する微生物に比べて増殖スピードが非常に遅く、デリケートな微生物です。急激な水質変化(高濃度のBOD流入)や薬剤の流入、低水温などで簡単にダメージを受けてしまいます。

安定した硝化を維持し、確実にアンモニアを硝酸性窒素に変えることが、排水処理におけるT-N(総窒素)の基準値を守るための、最も重要な第一歩なんですよ。

さらに詳しく知りたい方へ

本日は硝化について解説しましたが、この次に来る窒素除去の第二段階である「脱窒」や、管理指標である「T-N(総窒素)」、反応が起こる場所である「曝気槽」といった用語も、併せてご確認いただくことで、より理解が深まります。

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