過去20年間、アンモニア窒素排水処理に関する研究が盛んに行われてきた。その研究范囲は生物法、法のプロセスに关し、アンモニア窒素の実用性が良く国内で最も多くされているは従来の生物脱窒法、アンモニア吹脱蒸気法、折点塩素化法、化学沉殿法、イオン法、膜法などである。

 0 1.各種の脱硝プロセス

 1.伝統的な生物学的脱窒素

 従来の生物学的脱窒素技術は、アンモニア化、硝化、脱硝、同化によって達成される。伝統的な生物学的脱硝プロセスは成熟しており、脱硝効果は良好である。しかし、長いプロセス、多くのフットプリント、しばしば炭素源、エネルギー消費、高コストの欠点があります。

 2.アンモニアの脱臭

 蒸気吹脱法と空気吹脱法を含み、そのメカニズムは廃水をアルカリ性にし、その后吹脱塔に空気または蒸気を通して、廃水中のアンモニアを気液接触によって吹脱する。この方法は、シンプルなプロセス、安定した効果、強力な適用性、低投資です。しかし、エネルギー消費が多く、二次汚染があります。

 NH 4 ++ OH = NH 3 + H 2O

 OH-一般的にNaOHから提供され、NaOH分子量は40である;他の要素を考慮せず、理論上計算して1kgのNH4+を除去するにはNaOH 2.86kgが必要であり、工業グレードNaOH 2.0元/kgで計算して、1kgのNH4+を除去する薬剤コストは5.72元であるアンモニアガスを吹き出して吸収しない。吹脱は约4度/トンである。

 3、イオン交換

 イオン法は実际に不溶性イオン化合物（イオン剤）上の可能イオンを利用して溶液中の他の同性イオン（NH4+）と反応を起こし、それにより廃水中のNH4+をイオン剤表面に强固に吸着させ、アンモニア窒素を除去する目的をする。イオン交換法による廃水中のアンモニア窒素除去は一定の効果を得たが、樹脂の使用量が多く、再生が困難であるため、運転コストが高く、二次汚染がある。

 4、膜ろ過

 膜の選択的透過性を利用したアンモニア窒素除去法。この方法は、操作が容易で、アンモニア窒素回収率が高く、二次汚染がありませんが、投資コストが大きすぎ、排水の水質、特に塩分濃度に対する要件が高すぎます。

 5.塩素化法

 ブレークポイント塩素化法は、過剰な塩素または次亜塩素酸ナトリウムを添加し、排水中のアンモニア窒素を窒素に酸化させる化学的脱窒素プロセスです。この方法の処理効率は90% 〜 100%に達することができ、処理効果は安定しており、水温の影響を受けません。しかし、運転コストが高く、副産物のクロラミンや塩素化有機物が二次汚染を引き起こす可能性がある。

 6.リン酸アンモニウムマグネシウム沈殿法（鳥糞石法）

 アンモニア窒素含有廃水にMg2+とPO43-を添加し、3つの反応によってMgNH4PO46H2O（MAPと略称する）沈殿を生じた。この方法は、プロセスが簡単で、操作が簡単で、反応が速く、影響因子が少なく、アンモニアを完全に回収して排水資源を実現できます。この方法の主な限界は沈殿薬剤の使用量が比較的に多いため、処理コストが高く、沈殿生成物MAPの用途は更に発展と普及が必要である。

 2 ++ PO43-+ NH4+=

 Mg2+は一般的にMgCL2から提供され、MgCL2分子量は95である; PO43-は一般的にNaH2PO4から提供され、分子量は145であり、他の要素を考慮せず、理論上計算されて1kgのNH4+を除去するにはMgCL27.6kg、NaH2PO410.36kgが必要であり、工業級MgCL22.5元/kg、工業級NaH2PO43.0元/kgで計算され、1kgのNH4+を除去する薬剤コストは50元である。リン酸アンモニウムマグネシウム沈殿物18kgを生成する結晶水を考慮しない

 0 2.各種アンモニア除去プロセスの長所と短所

 03.脱窒プロセス制御条件

 1.酸塩基度pH

 多くの研究により、アンモニア酸化菌と亜硝酸塩酸化菌の適切なpHはそれぞれ7.0 〜 8.5と6.0 〜 7.5であり、pHが6.0未満または9.6以上になると硝化反応が停止することが示されています。硝化細菌は、一定期間の馴化後、低pH（5.5）の条件下で行うことができるが、pH値が突然低下すると、硝化反応速度が急激に低下し、pH値が上昇して回復すると、硝化反応も回復する。

 脱硝細菌の最適なpH値は7.0 〜 8.5であり、このpH値では脱硝速度が高く、pH値が6.0未満または8.5以上の場合、脱硝速度が大幅に低下します。また、pH値は脱硝最終生成物にも影響し、pH値が7.3を超えると窒素、7.3以下の場合はN 2 Oとなります。

 硝化プロセスにより廃水中のアルカリ度が消費されると、廃水のpHが低下する（アンモニア窒素1 g あたり、CaCO3として7.14 gのアルカリ度が消費される）。逆に、脱硝プロセスはpHを上昇させるために一定量のアルカリ度を生じさせる（硝酸塩1 g あたりCaCO3として3.57 gのアルカリ度を生じる）が、硝化反応と脱硝プロセスは連続的に進行するため、脱硝段階で生成されるアルカリ度は硝化段階で消費されるアルカリ度を補うことはできない。したがって、脱窒システムを最適な状態にするためには、pH値を適時に調整する必要がある。

 温度T

 硝化反応の適切な温度範囲は5 〜 35℃であり、5 〜 35℃の範囲内で、反応速度は温度上昇とともに加速され、温度が5℃未満の場合、硝化菌の代謝能力は深刻に低下し、ほとんど活動を停止する; CODと硝化反応システムの同時除去では、温度が15℃未満の場合、硝化反応速度は急速に低下し、硝酸菌の抑制はより強くなります。

 脱硝反応に適した温度は15 〜 30 ° Cであり、温度が10 ° C未満の場合、脱硝は急速に低下し、温度が30 ° C以上の場合、脱硝速度も低下し始めます。

 研究によると、脱硝速度に対する温度の影響は、反応装置の種類と負荷速度に直接関係しており、異なる炭素源条件下では、異なる温度が脱硝速度に異なる影響を及ぼすことが示されています。

 3.溶存酸素DO

 硝化反応は好気性条件下でのみ行われ、溶存酸素濃度は硝化反応速度だけでなく代謝物にも影響を与えます。正常な硝化反応を満たすためには、活性汚泥中の溶存酸素濃度は少なくとも2mg/L、一般的には2 〜 3mg/L、バイオフィルム法は3mg/L以上でなければなりません。溶存酸素濃度が0.5 〜 0.7mg/L未満の場合、硝化反応過程は制限されます。

 従来の脱硝プロセスは、酸素が電子供与体と競合し、微生物による硝酸還元酵素の合成と活性を阻害するため、より厳しい低酸素条件下で行われる必要があります。しかし，一般に活性汚泥生物凝集体内には酸欠ゾーンが存在し，曝気槽内には一定の溶存酸素が存在しても脱硝作用が進行する。研究によると、より良い脱硝効果を得るためには、活性汚泥システムでは脱硝プロセス中の混合液の溶存酸素濃度を0.5 mg/L以下に制御する必要があり、生物膜システムでは溶存酸素を1.5 mg/L以下に維持する必要があります。

 4、炭素窒素比（C/N）

 脱窒過程では，C/Nは活性汚泥中の硝化菌の占める割合に影響を及ぼす。硝化菌は自己栄養型微生物であり，代謝過程に有機物を必要としないため，下水中のBOD5/TKNが小さいほど，すなわちBOD5の濃度が低いほど硝化菌の占める割合が大きくなり，硝化反応が進行しやすくなる。

 アンモニア窒素は硝化作用の主な基質であり、一定の濃度を維持すべきであるが、アンモニア窒素濃度が100~ 200mg/Lを超える場合、硝化反応に抑制作用を及ぼし、その抑制程度はアンモニア窒素濃度の増加に伴って増加する。

 脱硝プロセスには十分な有機炭素源が必要であるが、炭素源の種類も脱硝速度に影響する。脱窒化炭素源は3つのカテゴリーに分けることができます。1つ目は生分解しやすい溶解性有機物、2つ目はゆっくりと分解する有機物、3つ目は細菌が細胞成分を使用して内因性硝化を行う細胞物質です。3種類の物質のうち、第1種の有機物は炭素源として最も反応速度が速く、第3種は最も遅い。

 廃水中BOD5/TKN4 〜 6では炭素源が十分であると考えられ，炭素源を加える必要はないと考えられている。

 5、汚泥年齢（SRT）

 汚泥年齢（バイオソリッドの滞留時間）は、廃水硝化管理の制御目標である。硝化菌群が連続流のシステムで生き残るためには、システムのSRTは自己栄養硝化菌の比成長速度よりも大きくなければならず、泥の年齢が短すぎると硝化菌の損失や硝化速度の低下を招く。実際の脱窒素工程では、一般的に使用される汚泥の年齢は実際のSRTよりも大きい必要があります。研究によると、活性汚泥法による脱窒の場合、汚泥年齢は一般的に15日以上である。汚泥の寿命が長いと、微生物の硝化能力が増加し、有毒物質の抑制効果が減少するが、汚泥活性も低下する。

 6、内部リフロー比（r）

 内部還流の役割は、脱硝反応器に硝酸窒素を供給し、脱硝の電子受容体として機能させ、脱硝の目的を達成することであり、循環比は脱硝効果に影響を与えるだけでなく、システム全体の電力消費に影響を与える、重要なパラメータです。循環比の値は、達成されることが要求される効果および反応器タイプに関係する。循環比が50%以下では脱窒率が低く，脱窒率が200%以下では循環比が高くなるにつれて脱窒率が著しく上昇し，内還流比が200%を超えると脱窒効率の向上が遅いというデータがある。一般的に、アンモニア窒素濃度が低い排水では、還流比が200%~ 300%が最も経済的です。

 7.酸化还元（）

 理論的には、無酸素セグメントと嫌気セグメントのDOはゼロであり、DOで記述することは困難である。研究によると，嫌気段のORP値は一般的に− 160 〜 − 200mVの間，好気性段のORP値は一般的に+180mVの間，無酸素段のORP値は− 50 〜 − 110mVの間であるため，ORPを脱窒運転の制御パラメータとして用いることができる。

 8.抑制物質

 一部の有機物や重金属、シアン化物、硫黄および誘導体、遊離アンモニアなどの有害物質は、一定の濃度に達すると硝化反応の正常な進行を阻害します。アンモニアの抑制许容有機物が硝化反応を阻害する主な理由：まず、有機物の濃度が高すぎると、硝化過程における従属栄養微生物の濃度が硝化細菌の濃度を大幅に上回るため、硝化細菌は硝化速度に影響を与える十分な酸素を得ることができません。第二に、硝化細菌に特定の有機物が直接的な毒性または阻害効果を有する。

 生物学的脱窒素過程における窒素の変換条件

 生物学的脱窒素プロセスにはアンモニア酸化、硝化、硝化、脱硝が含まれ、有機物の分解と炭化プロセスも同時に完了します。総合的に各要素（例えば、菌種及びその付加速度、溶存酸素、pH値、温度、負荷など）を考慮すると、生物脱窒素の全体的なプロセスを効果的に低減し、改善することができる。

 10その他の要因の影響

 生物学的脱硝システムは嫌気性および酸素欠乏プロセスを含み、酸素を必要としませんが、汚泥を懸濁状態にしなければならず、攪拌が必要であり、攪拌に必要な電力は垂直攪拌機では一般的に12 〜 16W/m3、水平攪拌機では一般的に8W/m3です。