WATER TREATMENT GUIDE
水処理の硝化と脱窒とは？窒素除去の仕組みと運転管理
アンモニア性窒素を硝酸性窒素へ変えるのが硝化、硝酸性窒素を窒素ガスとして水中から除去するのが脱窒です。両方の反応と運転管理を現場目線で整理します。
硝化と脱窒の違い
硝化は、硝化菌の働きでアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素、さらに硝酸性窒素へ酸化する反応です。酸素を必要とするため、主に曝気槽などの好気状態で進みます。
脱窒は、脱窒菌が亜硝酸性窒素や硝酸性窒素を利用し、最終的に窒素ガスへ変える反応です。溶存酸素が少なく硝酸が存在する無酸素状態と、エネルギー源となる有機物が必要です。
有機性窒素 → アンモニア性窒素 → 亜硝酸性窒素 → 硝酸性窒素 → 窒素ガス
硝化に必要な条件
- 十分な酸素
- 硝化菌を保持できる汚泥滞留時間（SRT）
- 適切なpHとアルカリ度
- 反応速度を維持できる水温
- 急激なアンモニア負荷や阻害物質がないこと
硝化菌は増殖が遅いため、余剰汚泥を引き抜きすぎると処理水のアンモニア性窒素が上昇する場合があります。硝化ではアルカリ度が消費されるため、DOだけでなくpHも確認します。
脱窒に必要な条件
- 空気を送り込まない無酸素状態
- 硝化で生成した硝酸性窒素
- BODなど脱窒菌が利用できる有機物
- 汚泥を沈めない適切な撹拌
- 必要な滞留時間と内部循環量
内部循環を増やすと硝酸を戻せますが、好気槽の酸素も持ち込みやすくなります。無酸素槽のDOと硝酸性窒素を見ながら調整します。
硝化が進まない主な原因
- 曝気不足、散気装置の詰まり、DO計の異常
- 水温、pH、アルカリ度の低下
- SRT・MLSS不足、余剰汚泥の過剰引抜き
- アンモニア負荷の急増や阻害物質の流入
アンモニア性窒素が高い場合は硝化側を調査します。DOが上がらないときの確認手順も参照してください。
脱窒が進まない主な原因
- 無酸素槽への酸素の持込み
- 炭素源となる有機物の不足
- 内部循環量または硝酸返送の不足
- 撹拌・滞留時間の不足
硝化は良好なのに硝酸性窒素や全窒素が高い場合は脱窒側を確認します。炭素源の過剰添加による処理水BOD・CODの上昇にも注意します。
最終沈殿池で汚泥が浮く場合
沈殿池内で脱窒が進むと、窒素ガスが汚泥を持ち上げることがあります。硝酸性窒素、汚泥滞留時間、返送汚泥量、汚泥界面、水温を確認します。沈殿槽の濁りと浮上汚泥の確認方法も参考にしてください。
現場での確認順
- 流入水・処理水のNH₄-N
- NO₂-N・NO₃-N
- 各槽のDO
- pH・水温・アルカリ度
- MLSS・SV30・SVI
- 余剰汚泥引抜量とSRT
- 内部循環・返送汚泥量
- 流入負荷と阻害物質の履歴
まとめ
アンモニア性窒素が残る場合は硝化条件を、硝酸性窒素が残る場合は脱窒条件を中心に確認します。DO、pH、水温、MLSS、SRT、循環量を時系列で比較することが重要です。
管理値や操作条件は施設ごとに異なります。実際の運転操作は、設計条件・維持管理基準・測定結果・責任者の判断を優先してください。