水からアンモニア態窒素を除去するための化学物質および方法
1. アンモニア態窒素とは何ですか？
アンモニア態窒素とは、遊離アンモニア（または非イオン性アンモニア、NH3）またはイオン性アンモニア（NH4+）の形態のアンモニアを指します。pHが高いほど遊離アンモニアの割合が高くなり、逆にアンモニウム塩の割合が高くなります。
アンモニア態窒素は水中の栄養素であり、水の富栄養化を引き起こす可能性があり、水中における主要な酸素消費性汚染物質であり、魚類や一部の水生生物にとって有毒である。
アンモニア態窒素が水生生物に及ぼす主な有害作用は遊離アンモニアによるものであり、その毒性はアンモニウム塩の数十倍にも達し、アルカリ度の上昇とともに増加します。アンモニア態窒素の毒性は、プール水のpH値と水温に密接に関係しており、一般的に、pH値と水温が高いほど毒性は強くなります。
アンモニアの定量に一般的に用いられる近似感度比色法としては、古典的なネスラー試薬法とフェノール・次亜塩素酸法が挙げられる。滴定法や電気化学的方法もアンモニアの定量によく用いられる。アンモニア態窒素含有量が高い場合は、蒸留滴定法も使用できる。（国家標準には、ナート試薬法、サリチル酸分光光度法、蒸留滴定法などが含まれる。）
2. 物理的および化学的な窒素除去プロセス
①化学沈殿法
化学沈殿法（MAP沈殿法とも呼ばれる）は、アンモニア性窒素を含む廃水にマグネシウムとリン酸またはリン酸水素塩を添加し、廃水中のNH4+が水溶液中のMg+とPO4-と反応してリン酸アンモニウムマグネシウム沈殿物を生成する方法である。分子式はMgNH4PO4・6H2Oであり、これによりアンモニア性窒素を除去する目的を達成する。リン酸マグネシウムアンモニウム（一般にストルバイトとして知られる）は、堆肥、土壌改良剤、または建築構造製品の難燃剤として使用できる。反応式は以下のとおりである。
Mg++ NH4 + + PO4 – = MgNH4PO4
化学沈殿処理の効果に影響を与える主な要因は、pH値、温度、アンモニア態窒素濃度、およびモル比（n(Mg+) : n(NH4+) : n(PO4-)）である。結果によると、pH値が10で、マグネシウム、窒素、リンのモル比が1.2:1:1.2の場合に、処理効果がより良好となる。
塩化マグネシウムとリン酸水素二ナトリウムを沈殿剤として使用した場合、pH値が9.5で、マグネシウム、窒素、リンのモル比が1.2:1:1のときに処理効果がより優れていることが結果から示された。
結果によると、MgC12+Na3PO4.12H20は他の沈殿剤の組み合わせよりも優れていることがわかった。pH値が10.0、温度が30℃、n(Mg+) : n(NH4+) : n(PO4-)= 1:1:1の場合、30分間攪拌した後の廃水中のアンモニア性窒素の質量濃度は、処理前の222mg/Lから17mg/Lに減少し、除去率は92.3%であった。
高濃度の工業廃水（アンモニア態窒素含有）の処理に、化学沈殿法と液膜法を組み合わせた手法を用いた。沈殿プロセスの最適化条件下では、アンモニア態窒素の除去率は98.1%に達し、その後、液膜法による処理によってアンモニア態窒素濃度を0.005g/Lまで低減し、国家一級排出基準を満たした。
リン酸の作用下における、Mg+以外の二価金属イオン（Ni+、Mn+、Zn+、Cu+、Fe+）のアンモニア態窒素に対する除去効果を調査した。硫酸アンモニウム廃水処理のための新しいプロセスとして、CaSO4沈殿-MAP沈殿法を提案した。その結果、従来のNaOH調整剤を石灰に置き換えることができることが示された。
化学沈殿法の利点は、アンモニア態窒素廃水の濃度が高い場合、生物学的方法、ブレークポイント塩素処理法、膜分離法、イオン交換法などの他の方法の適用が制限されるが、化学沈殿法を前処理として使用できる点である。化学沈殿法は除去効率が高く、温度による制限がなく、操作も簡単である。リン酸マグネシウムアンモニウムを含む沈殿汚泥は複合肥料として使用でき、廃棄物の有効活用を実現し、コストの一部を相殺できる。リン酸廃水を排出する一部の工業企業や塩水を製造する企業と組み合わせることができれば、医薬品コストを削減し、大規模な適用を容易にすることができる。
化学沈殿法の欠点は、リン酸アンモニウムマグネシウムの溶解度積の制限により、廃水中のアンモニア性窒素が一定濃度に達すると除去効果が顕著ではなくなり、投入コストが大幅に増加することです。したがって、化学沈殿法は、高度処理に適した他の方法と組み合わせて使用する必要があります。使用する試薬の量が多く、発生する汚泥量が多く、処理コストが高いです。化学薬品の投入時に塩化物イオンや残留リンが混入すると、二次汚染を引き起こしやすくなります。
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②ブローオフ法
ブローオフ法によるアンモニア態窒素の除去は、pH値をアルカリ性に調整することで、廃水中のアンモニウムイオンをアンモニアに変換し、主に遊離アンモニアの形で存在させ、その後、キャリアガスを通して廃水から遊離アンモニアを除去することで、アンモニア態窒素を除去するというものです。ブローオフ効率に影響を与える主な要因は、pH値、温度、気液比、ガス流量、初期濃度などです。現在、ブローオフ法は、アンモニア態窒素濃度が高い廃水の処理に広く用いられています。
ブローオフ法による埋立地浸出液からのアンモニア性窒素の除去について研究した。ブローオフ効率を制御する主要因は、温度、気液比、およびpH値であることがわかった。水温が2590℃以上、気液比が約3500、pHが約10.5の場合、アンモニア性窒素濃度が2000～4000mg/Lと高い埋立地浸出液でも、除去率は90%以上に達する。pH=11.5、ストリッピング温度が80℃、ストリッピング時間が120分の場合、廃水中のアンモニア性窒素の除去率は99.2%に達することが結果から示された。
高濃度アンモニア態窒素廃水の吹き出し効率を向流式吹き出し塔を用いて評価した。その結果、吹き出し効率はpH値の上昇とともに向上することが分かった。気液比が大きいほどアンモニアストリッピング物質移動の駆動力は大きくなり、ストリッピング効率も向上する。
吹き出し法によるアンモニア性窒素の除去は、効果的で、操作が簡単で、制御も容易です。吹き出されたアンモニア性窒素は硫酸とともに吸収剤として使用でき、生成された硫酸は肥料として使用できます。吹き出し法は、現在、物理的および化学的な窒素除去に一般的に使用されている技術です。しかし、吹き出し法には、吹き出し塔での頻繁なスケール付着、低温でのアンモニア性窒素除去効率の低さ、吹き出しガスによる二次汚染などの欠点があります。吹き出し法は、一般的に、他のアンモニア性窒素廃水処理方法と組み合わせて、高濃度のアンモニア性窒素廃水を前処理します。
③ブレークポイント塩素処理
ブレークポイント塩素処理によるアンモニア除去のメカニズムは、塩素ガスがアンモニアと反応して無害な窒素ガスを生成し、N2が大気中に放出されることで、反応源が右方向に継続するというものである。反応式は以下のとおりである。
HOCl NH4 + + 1.5 – > 0.5 N2 H2O H++ Cl – 1.5 + 2.5 + 1.5)
塩素ガスを廃水に一定量まで投入すると、水中の遊離塩素濃度は低くなり、アンモニア濃度はゼロになります。塩素ガスの投入量がその点を超えると、水中の遊離塩素濃度が増加するため、その点をブレークポイントと呼び、この状態での塩素処理をブレークポイント塩素処理と呼びます。
ブレークポイント塩素処理法は、アンモニア窒素吹き込み後の掘削廃水の処理に使用され、処理効果は前処理のアンモニア窒素吹き込み工程に直接影響されます。廃水中のアンモニア窒素の70%が吹き込み工程で除去され、その後ブレークポイント塩素処理されると、流出水中のアンモニア窒素の質量濃度は15mg/L未満になります。張勝利らは、質量濃度100mg/Lの模擬アンモニア窒素廃水を研究対象とし、研究結果から、次亜塩素酸ナトリウムの酸化によるアンモニア窒素の除去に影響を与える主な要因と二次的な要因は、塩素とアンモニア窒素の量比、反応時間、およびpH値であることが示されました。
ブレークポイント塩素処理法は窒素除去効率が高く、除去率は100%に達し、廃水中のアンモニア濃度をゼロにまで低減できます。効果は安定しており、温度の影響を受けません。設備投資が少なく、迅速かつ完全な応答が得られます。水域の殺菌消毒効果があります。ブレークポイント塩素処理法の適用範囲は、廃水中のアンモニア窒素濃度が40mg/L未満であるため、ブレークポイント塩素処理法は主にアンモニア窒素廃水の高度処理に使用されます。安全な使用と保管に対する要求が高く、処理コストが高く、副生成物であるクロラミンと塩素化有機物が二次汚染を引き起こします。
④触媒酸化法
触媒酸化法は、触媒の作用により、一定の温度と圧力下で空気酸化によって、下水中の有機物やアンモニアを酸化分解し、CO2、N2、H2Oなどの無害な物質にすることで浄化を実現する方法である。
触媒酸化の効果に影響を与える要因としては、触媒の特性、温度、反応時間、pH値、アンモニア態窒素濃度、圧力、撹拌強度などが挙げられる。
オゾン処理されたアンモニア性窒素の分解過程を研究した。結果によると、pH値が上昇すると、強い酸化能力を持つHOラジカルが生成され、酸化速度が著しく加速されることがわかった。研究によると、オゾンはアンモニア性窒素を亜硝酸塩に、亜硝酸塩を硝酸塩に酸化することができる。水中のアンモニア性窒素濃度は時間の経過とともに減少し、アンモニア性窒素の除去率は約82%である。CuO-Mn02-Ce02を複合触媒としてアンモニア性窒素廃水の処理に用いた。実験結果によると、新たに調製した複合触媒の酸化活性は著しく向上し、適切な処理条件は255℃、4.2MPa、pH=10.8である。初期濃度1023mg/Lのアンモニア性窒素廃水の処理では、150分以内にアンモニア性窒素の除去率が98%に達し、国の二次排出基準（50mg/L）を満たす。
硫酸溶液中のアンモニア性窒素の分解速度を調べることにより、ゼオライト担持TiO2光触媒の触媒性能を調査した。結果によると、紫外線照射下でのTiO2/ゼオライト光触媒の最適添加量は1.5g/L、反応時間は4時間であった。廃水からのアンモニア性窒素の除去率は98.92%に達する。紫外線照射下での高鉄およびナノ二酸化チタンによるフェノールおよびアンモニア性窒素の除去効果を調べた。結果によると、濃度50mg/Lのアンモニア性窒素溶液にpH=9.0を適用した場合、アンモニア性窒素の除去率は97.5%であり、これは高鉄または二酸化チタン単独の場合よりも7.8%および22.5%高い。
触媒酸化法は、高い浄化効率、簡便なプロセス、設置面積の小ささなどの利点があり、高濃度アンモニア態窒素廃水の処理によく用いられる。しかし、適用上の課題は、触媒の損失防止と装置の腐食防止をいかに行うかである。
⑤電気化学酸化法
電気化学酸化法とは、触媒活性を利用した電気酸化によって水中の汚染物質を除去する方法を指す。影響因子としては、電流密度、流入流量、流出時間、および定点溶解時間などが挙げられる。
循環流電解槽を用いたアンモニア態窒素廃水の電気化学的酸化について検討した。正極はTi/Ru02-TiO2-Ir02-SnO2ネットワーク、負極はTiネットワークである。その結果、塩化物イオン濃度が400mg/L、初期アンモニア態窒素濃度が40mg/L、流入流量が600mL/分、電流密度が20mA/cm、電解時間が90分のとき、アンモニア態窒素の除去率は99.37%であった。この結果は、アンモニア態窒素廃水の電気化学的酸化が良好な応用可能性を有することを示している。
3. 生化学的窒素除去プロセス
①硝化と脱窒の全過程
全工程硝化脱窒は、現在では長年にわたり広く用いられている生物学的処理法の一種です。様々な微生物の作用により、硝化や脱窒などの一連の反応を経て廃水中のアンモニア態窒素を窒素に変換することで、廃水処理の目的を達成します。アンモニア態窒素を除去する硝化脱窒プロセスは、以下の2つの段階を経る必要があります。
硝化反応：硝化反応は好気性独立栄養微生物によって行われます。好気性状態では、無機窒素が窒素源として利用され、NH4+ が NO2- に変換され、その後 NO3- に酸化されます。硝化プロセスは 2 つの段階に分けられます。第 2 段階では、亜硝酸塩が硝化細菌によって硝酸塩 (NO3-) に変換され、亜硝酸塩が硝酸塩 (NO3-) に硝化細菌によって変換されます。
脱窒反応：脱窒反応とは、脱窒細菌が低酸素状態において亜硝酸態窒素と硝酸態窒素を気体窒素（N2）に還元する過程です。脱窒細菌は従属栄養微生物であり、そのほとんどは両生細菌に属します。低酸素状態において、脱窒細菌は硝酸塩中の酸素を電子受容体として、有機物（下水中のBOD成分）を電子供与体として利用し、エネルギーを得て酸化され安定化します。
硝化および脱窒の全工程における工学的応用例としては、主にAO、A2O、酸化溝などが挙げられ、これらは生物学的窒素除去産業においてより成熟した方法である。
硝化脱窒法全体は、効果が安定しており、操作が簡単で、二次汚染がなく、コストが低いという利点があります。この方法には、廃水中のC/N比が低い場合は炭素源を添加する必要があること、温度要件が比較的厳しく、低温では効率が低いこと、面積が広く、酸素要求量が大きいこと、重金属イオンなどの有害物質が微生物に圧迫効果を与えるため、生物学的方法を実施する前に除去する必要があることなどの欠点もあります。さらに、廃水中の高濃度のアンモニア性窒素も硝化プロセスに阻害効果があります。したがって、高濃度のアンモニア性窒素廃水を処理する前に、アンモニア性窒素廃水の濃度が500mg/L未満になるように前処理を行う必要があります。従来の生物学的方法は、家庭排水、化学廃水など、有機物を含む低濃度のアンモニア性窒素廃水の処理に適しています。
②同時硝化脱窒（SND）
硝化と脱窒を同一反応槽内で同時に行う場合、同時消化脱窒（SND）と呼ばれます。廃水中の溶存酸素は拡散速度によって制限され、微生物フロックまたはバイオフィルム上の微小環境領域に溶存酸素勾配が生じます。これにより、微生物フロックまたはバイオフィルムの外面の溶存酸素勾配が好気性硝化細菌およびアンモニア化細菌の増殖と繁殖に有利になります。フロックまたは膜の奥深くに行くほど溶存酸素濃度は低くなり、脱窒細菌が優勢な無酸素領域が形成されます。こうして同時消化脱窒プロセスが形成されます。同時消化脱窒に影響を与える要因は、pH値、温度、アルカリ度、有機炭素源、溶存酸素、および汚泥齢です。
カルーセル酸化溝では硝化・脱窒が同時に起こっており、カルーセル酸化溝内の曝気インペラ間の溶存酸素濃度は徐々に低下し、カルーセル酸化溝の下部の溶存酸素濃度は上部よりも低かった。水路の各部分における硝酸態窒素の生成速度と消費速度はほぼ等しく、水路内のアンモニア態窒素濃度は常に非常に低いことから、カルーセル酸化水路では硝化反応と脱窒反応が同時に起こっていることが示唆される。
家庭排水処理に関する研究によると、CODCr値が高いほど脱窒がより完全に進行し、全窒素除去率が向上することが示されています。溶存酸素は同時硝化脱窒に大きな影響を与えます。溶存酸素濃度を0.5～2mg/Lに制御すると、全窒素除去効果が良好になります。同時に、硝化脱窒法は反応器を節約し、反応時間を短縮し、エネルギー消費量が少なく、投資を節約でき、pH値を安定させやすいという利点があります。
③短距離消化および脱窒
同一反応器内で、アンモニア酸化細菌を用いて好気条件下でアンモニアを亜硝酸塩に酸化し、その後、低酸素条件下で有機物または外部炭素源を電子供与体として、亜硝酸塩を直接脱窒して窒素を生成する。短距離硝化および脱窒に影響を与える要因は、温度、遊離アンモニア、pH値、および溶存酸素である。
海水を含まない都市下水と海水が30%含まれる都市下水の短距離硝化に対する温度の影響。実験結果によると、海水を含まない都市下水の場合、温度を上げると短距離硝化が達成しやすくなります。家庭下水中の海水の割合が30%の場合、中温条件下で短距離硝化がより良く達成されます。デルフト工科大学はSHARONプロセスを開発しました。高温（約30～4090℃）を使用すると亜硝酸菌の増殖が促進され、亜硝酸菌が競争に敗れます。一方、汚泥の年齢を制御して亜硝酸菌を除去することで、硝化反応が亜硝酸段階で起こります。
ゲント微生物生態学研究所は、亜硝酸菌と亜硝酸細菌の酸素親和性の違いに基づき、溶存酸素を制御して亜硝酸細菌を除去することで亜硝酸窒素の蓄積を実現するOLANDプロセスを開発した。
コークス製造廃水の短距離硝化脱窒処理に関するパイロット試験の結果、流入水のCOD、アンモニア態窒素、TN、フェノール濃度がそれぞれ1201.6、510.4、540.1、110.4mg/Lの場合、平均流出水のCOD、アンモニア態窒素、TN、フェノール濃度はそれぞれ197.1、14.2、181.5、0.4mg/Lであった。対応する除去率はそれぞれ83.6%、97.2%、66.4%、99.6%であった。
短距離硝化脱窒プロセスは硝酸塩段階を経ないため、生物学的窒素除去に必要な炭素源を節約できます。C/N比の低いアンモニア態窒素廃水に対して一定の利点があります。短距離硝化脱窒は、汚泥が少なく、反応時間が短く、反応器容積を節約できるという利点があります。しかし、短距離硝化脱窒には亜硝酸塩の安定かつ持続的な蓄積が必要となるため、硝化細菌の活性をいかに効果的に抑制するかが鍵となります。
④嫌気性アンモニア酸化
嫌気性アンモ酸化とは、低酸素条件下で、亜硝酸窒素または亜硝酸窒素を電子受容体として、独立栄養細菌がアンモニア態窒素を直接窒素に酸化するプロセスである。
温度と pH が anammoX の生物活性に及ぼす影響を調べた。その結果、最適な反応温度は 30℃、pH 値は 7.8 であることがわかった。高塩分および高濃度窒素廃水処理のための嫌気性 ammoX リアクターの実現可能性を調べた。その結果、高塩分は anammoX 活性を著しく阻害し、この阻害は可逆的であることがわかった。塩分濃度 30g.L-1(NaCl) 下では、馴化していない汚泥の嫌気性 ammox 活性は対照汚泥の活性より 67.5% 低かった。馴化汚泥の anammoX 活性は対照の活性より 45.1% 低かった。馴化汚泥を高塩分環境から低塩分環境 (塩水なし) に移すと、嫌気性 ammoX 活性は 43.1% 増加した。しかし、この原子炉は高塩濃度環境で長時間運転すると、機能が低下しやすい。
従来の生物学的プロセスと比較して、嫌気性アンモックスは、追加の炭素源が不要で、酸素要求量が少なく、中和試薬が不要で、汚泥の発生量が少ない、より経済的な生物学的窒素除去技術です。嫌気性アンモックスの欠点は、反応速度が遅く、反応器の容積が大きく、炭素源が嫌気性アンモックスに適していないことですが、生分解性の低いアンモニア性窒素廃水の処理に実用的な意義があります。
4.分離吸着による窒素除去プロセス
①膜分離法
膜分離法とは、膜の選択透過性を利用して液体中の成分を選択的に分離し、アンモニア態窒素を除去することを目的とする方法である。逆浸透、ナノろ過、脱アンモニア膜、電気透析などが含まれる。膜分離に影響を与える要因としては、膜の特性、圧力または電圧、pH値、温度、アンモニア態窒素濃度などが挙げられる。
希土類製錬所から排出されるアンモニア態窒素廃水の水質に基づき、NH4ClとNaClの模擬廃水を用いて逆浸透実験を行った。同一条件下では、逆浸透法はNaClの除去率が高く、NH4Clの造水率が高いことがわかった。逆浸透処理後のNH4Clの除去率は77.3%であり、アンモニア態窒素廃水の前処理として利用できる。逆浸透技術は省エネルギーで熱安定性に優れているが、塩素耐性や汚染耐性は低い。
埋立地浸出液の処理には生化学的ナノろ過膜分離プロセスが用いられ、透過性液体の85%～90%が基準に従って排出され、濃縮汚水と泥の0%～15%のみがごみタンクに戻された。OzturkiらはトルコのOdayeriの埋立地浸出液をナノろ過膜で処理し、アンモニア性窒素の除去率は約72%であった。ナノろ過膜は逆浸透膜よりも低い圧力で動作し、操作が容易である。
アンモニア除去膜システムは、一般的にアンモニア態窒素濃度が高い廃水の処理に使用されます。水中のアンモニア態窒素は、NH4- +OH-= NH3+H2O という平衡状態にあります。運転中、アンモニアを含む廃水は膜モジュールのシェル内を流れ、酸吸収液は膜モジュールのパイプ内を流れます。廃水のpHが上昇したり、温度が上昇したりすると、平衡は右に移動し、アンモニウムイオンNH4-は遊離ガス状NH3になります。このとき、ガス状NH3は、シェル内の廃水相から中空糸表面の微細孔を通ってパイプ内の酸吸収液相に入り込み、酸溶液に吸収されてすぐにイオン状NH4-になります。廃水のpHを10以上、温度を35℃以上（50℃未満）に保つことで、廃水相中のNH4が吸収液相へNH3へと連続的に移行します。その結果、廃水側のアンモニア態窒素濃度は継続的に低下します。酸性吸収液相には酸とNH4-のみが存在するため、非常に純度の高いアンモニウム塩が形成され、連続循環後に一定濃度に達するとリサイクルが可能になります。この技術を用いることで、廃水中のアンモニア態窒素の除去率を大幅に向上させるとともに、廃水処理システムの総運転コストを削減することができます。
②電気透析法
電気透析は、膜対間に電圧を印加することにより、水溶液から溶解固形物を除去する方法である。電圧の作用により、アンモニア態窒素廃水中のアンモニアイオンおよびその他のイオンは、アンモニアを含む濃縮水中の膜を通して濃縮され、除去の目的を達成する。
電気透析法を用いて高濃度のアンモニア性窒素を含む無機廃水を処理したところ、良好な結果が得られた。アンモニア性窒素濃度が2000～3000mg/Lの廃水では、アンモニア性窒素の除去率は85%以上となり、濃縮アンモニア水は8.9%の濃度で得られた。電気透析の運転中に消費される電力量は、廃水中のアンモニア性窒素量に比例する。電気透析による廃水処理は、pH値、温度、圧力の制約を受けず、操作も容易である。
膜分離法の利点は、アンモニア態窒素の回収率が高いこと、操作が簡単であること、処理効果が安定していること、二次汚染がないことである。しかし、高濃度アンモニア態窒素廃水の処理においては、脱アンモニア膜以外の膜はスケールや目詰まりが発生しやすく、再生や逆洗の頻度が高くなるため、処理コストが増加する。したがって、この方法は前処理や低濃度アンモニア態窒素廃水の処理により適している。
③ イオン交換法
イオン交換法は、アンモニアイオンを強く選択的に吸着する材料を用いて廃水からアンモニア態窒素を除去する方法です。一般的に使用される吸着材料は、活性炭、ゼオライト、モンモリロナイト、および交換樹脂です。ゼオライトは、三次元空間構造、規則的な細孔構造、および孔を有するケイ酸アルミン酸塩の一種であり、中でもクリノプチロライトはアンモニアイオンに対する強い選択的吸着能力と低価格を有するため、工学分野ではアンモニア態窒素廃水の吸着材料として広く使用されています。クリノプチロライトの処理効果に影響を与える要因には、粒径、流入アンモニア態窒素濃度、接触時間、pH値などがあります。
ゼオライトのアンモニア態窒素に対する吸着効果は顕著であり、次いでラナイト、土壌およびセラミサイトの効果は低い。ゼオライトからアンモニア態窒素を除去する主な方法はイオン交換であり、物理吸着効果は非常に小さい。セラミサイト、土壌、ラナイトのイオン交換効果は物理吸着効果と類似している。4種類の充填剤の吸着容量は、15～35℃の範囲で温度の上昇とともに減少し、3～9の範囲でpH値の上昇とともに増加した。吸着平衡は6時間の振動後に達成された。
ゼオライト吸着による埋立地浸出液からのアンモニア性窒素除去の実現可能性を検討した。実験結果によると、ゼオライト1グラムあたりの吸着ポテンシャルはアンモニア性窒素15.5mgに制限されており、ゼオライト粒径が30～16メッシュの場合、アンモニア性窒素の除去率は78.5%に達する。また、吸着時間、添加量、ゼオライト粒径が同じ場合、流入アンモニア性窒素濃度が高いほど吸着率が高くなり、ゼオライトを吸着剤として浸出液からアンモニア性窒素を除去することは実現可能であることが示された。同時に、ゼオライトによるアンモニア性窒素の吸着率は低く、実用運転においてゼオライトが飽和吸着容量に達することは困難であることが指摘された。
模擬村落下水における窒素、COD、その他の汚染物質に対する生物ゼオライト床の除去効果を研究した。その結果、生物ゼオライト床によるアンモニア態窒素の除去率は95%以上であり、硝酸態窒素の除去は水理学的滞留時間に大きく影響されることが示された。
イオン交換法は、投資額が少なく、工程が簡便で、操作が容易であり、毒性や温度変化の影響を受けにくく、再生によってゼオライトを再利用できるという利点があります。しかし、高濃度のアンモニア態窒素廃水を処理する場合、再生頻度が高く、操作が煩雑になるため、他のアンモニア態窒素処理法と組み合わせるか、低濃度のアンモニア態窒素廃水の処理に用いる必要があります。