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

3

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