JP6290274B2 - Bioreactor element and wastewater treatment method using bioreactor element - Google Patents
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Description
本発明は、バイオリアクター素子、及びバイオリアクター素子を用いた排水の処理方法に関する。詳しくは、排水処理槽の内部に担体を固定化して使用する固定床型のバイオリアクター素子であり、省スペース、かつ低コストでありながら微生物を効率的に吸着固定化することができる水処理能力の高いバイオリアクター素子、及びバイオリアクター素子を用いた排水の処理方法に係るものである。 The present invention relates to a bioreactor element and a method for treating waste water using the bioreactor element. Specifically, it is a fixed-bed type bioreactor element that uses a carrier fixed inside the wastewater treatment tank, and it can save and save costs while efficiently adsorbing and immobilizing microorganisms. The present invention relates to a high bioreactor element and a wastewater treatment method using the bioreactor element.
下水や工業排水等(以下、総称して「排水」という。)を処理するための方法として、排水処理槽内に微生物を充填し、その微生物による反応を利用した生物処理方法が数多く提案されている。この種の排水の生物処理方法としては、主に活性汚泥法が広く知られている。 As a method for treating sewage, industrial wastewater, etc. (hereinafter collectively referred to as “drainage”), many biological treatment methods have been proposed in which a microorganism is filled in a wastewater treatment tank and a reaction by the microorganism is used. Yes. As a biological treatment method for this type of wastewater, mainly the activated sludge method is widely known.
活性汚泥法は、活性汚泥に含まれる微生物により排水を浄化する方法であり、多種の好気性微生物を曝気により活性化させ、排水中の有機物を二酸化炭素と水に分解させる工程を繰り返すことにより、排水を浄化する方法である。このような活性汚泥法では、分解反応が遅いため設備の大規模化が必要であり、設置面積が大きく、高い運転コストが必要となるという問題があった。 The activated sludge method is a method of purifying wastewater by microorganisms contained in activated sludge, and by activating various aerobic microorganisms by aeration and repeating the process of decomposing organic matter in the wastewater into carbon dioxide and water, This is a method for purifying waste water. In such an activated sludge method, since the decomposition reaction is slow, it is necessary to increase the scale of the equipment, and there is a problem that the installation area is large and high operating costs are required.
また、近年では、微生物を固定化できる担体を用い、排水処理槽内の微生物濃度を高めて、排水浄化の反応速度を高める方法が用いられている。このような、担体を用いた排水の処理方法には、担体を排水処理槽内に投入して流動させる流動床法と、担体を排水処理槽内の一定の位置に設置する固定床法がある。 In recent years, a method has been used in which a carrier capable of immobilizing microorganisms is used to increase the concentration of microorganisms in the wastewater treatment tank and increase the reaction rate of wastewater purification. Such wastewater treatment methods using a carrier include a fluidized bed method in which a carrier is introduced into a wastewater treatment tank and fluidized, and a fixed bed method in which the carrier is installed at a fixed position in the wastewater treatment tank. .
流動床法は、排水処理槽内を流動できる担体に、微生物を担持させることにより微生物濃度を高めた方法であり、優れた処理能力を得ることができる。しかし、排水処理槽内から担体が流出することを防止するために担体を処理水から分離する装置が必要となり、また分離装置の目詰まりの問題もあって、メンテナンスの維持管理等、ランニングコストが高くなるという問題がある。 The fluidized bed method is a method in which a microorganism concentration is increased by supporting microorganisms on a carrier that can flow in a wastewater treatment tank, and an excellent treatment capacity can be obtained. However, in order to prevent the carrier from flowing out from the waste water treatment tank, a device for separating the carrier from the treated water is necessary, and there is also a problem of clogging of the separation device, so that the maintenance cost such as maintenance and maintenance is low. There is a problem of becoming higher.
これに対して、固定床法は、排水処理槽内の一定の位置に固定した担体に、微生物を高密度に吸着固定化させ、排水の処理能力を高めることができ、また流動床法のような担体分離も不要となるため、装置全体のコンパクト化、及びメンテナンスが容易であることから、ランニングコストを抑えることができるというメリットがある。 In contrast, in the fixed bed method, microorganisms can be adsorbed and fixed at a high density on a carrier fixed at a fixed position in the wastewater treatment tank to increase the wastewater treatment capacity. Since no carrier separation is required, the entire apparatus can be made compact and easy to maintain, and there is an advantage that the running cost can be reduced.
一方、固定床法では、例えば担体としての中空糸膜の表面に微生物を吸着固定化する際に長時間を必要とする等の課題を有する。このような課題に対して、本発明者は特許文献1において、硝化菌、及び脱窒菌を含有する汚泥物質を用いて、そのイオン強度を高めることにより、担体である中空糸の表面に硝化菌、及び脱窒菌を効果的に短時間で吸着固定化することができるバイオリアクター素子を提案している。
On the other hand, the fixed bed method has a problem that, for example, it takes a long time to adsorb and immobilize microorganisms on the surface of a hollow fiber membrane as a carrier. In order to solve such a problem, the present inventor in
具体的には、図6に示すように、担体として中空糸102周囲のイオン強度を0.2〜0.3まで上昇させることで、微生物の中空糸102表面への直接的、かつ不可逆的な吸着固定化を促進することができる。ここで、微生物の中空糸102表面への吸着固定化に際しては、先ず、中空糸102表面に直接接触する第1層103の微生物を薄膜状に固定化し、この第1層103への微生物が十分固定化されていれば、第1層103の微生物上に固定化される第2層104以降は、第1層103の微生物をベースに強固な薄膜が容易に形成される。
Specifically, as shown in FIG. 6, by increasing the ionic strength around the
本特許文献1によれば、従来、微生物の中空糸102表面への第1層103の吸着固定化には、2〜3週間程度の期間を要していたが、イオン強度を著しく高めることにより、微生物の中空糸102表面への吸着固定化を、常温にて48時間程度で固定化することを実現している。
According to
しかしながら、特許文献1に開示の技術のように、担体として使用する中空糸は、本来、家庭用浄水器等における水に含まれる不純物除去のために使用されるものであり、排水処理としての使用例が少ないことから、原材料費が高いという問題がある。
However, as in the technique disclosed in
また、中空糸への微生物の吸着固定化を促進するために、アルコール類、糖類、及び有機酸塩のうち少なくとも1つからなる有機物と無機塩類と含有させた懸濁液を生成し、そのイオン強度を調整する必要がある等、排水処理前段階での準備に多くの工数が必要となる。 Further, in order to promote the adsorption and fixation of microorganisms in the hollow fiber, a suspension containing an organic substance and an inorganic salt composed of at least one of alcohols, sugars, and organic acid salts is generated, and the ions A lot of man-hours are required for preparation at the stage before wastewater treatment, such as the need to adjust the strength.
更に、中空糸はコンパクトである反面、機械的強度が小さいため、排水処理装置の運転中、又はメンテナンス中に破断しやすく、定期的な取替えが必要となる。 Furthermore, the hollow fiber is compact, but its mechanical strength is small. Therefore, the hollow fiber is easily broken during the operation or maintenance of the wastewater treatment apparatus, and it is necessary to replace it periodically.
以上のように、特許文献1に開示のバイオリアクター素子では、短期間での微生物の吸着固定化を可能としたものの、原材料コストや、準備工程等に多くの工数を必要とし、実用化が低いものとなっていた。
As described above, although the bioreactor element disclosed in
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、排水処理槽の内部に担体を固定化して使用する固定床型のバイオリアクター素子であり、省スペース、かつ低コストでありながら微生物を効率的に吸着固定化することができる水処理能力の高いバイオリアクター素子、及びバイオリアクター素子を用いた排水の処理方法を提供することを目的とする。 The present invention was devised in view of the above points, and is a fixed-bed type bioreactor element that is used by immobilizing a carrier inside a wastewater treatment tank, and is a space-saving and low-cost microorganism. An object of the present invention is to provide a bioreactor element having a high water treatment capacity capable of efficiently adsorbing and immobilizing water, and a wastewater treatment method using the bioreactor element.
上記の目的を達成するために、本発明のバイオリアクター素子は、多孔質素材からなる糸状体が網目を形成するように配置された第1の網状体と、繊維系素材からなる糸状体が網目を形成し、前記第1の網状体の表裏面にそれぞれ隣接して、該第1の網状体を挟むように積層配置された第2の網状体とを備えている。 In order to achieve the above object, the bioreactor element of the present invention includes a first mesh body arranged so that a filamentous material made of a porous material forms a mesh, and a filamentous material made of a fiber-based material is a mesh. And a second mesh body that is disposed adjacent to the front and back surfaces of the first mesh body so as to sandwich the first mesh body.
ここで、第1の網状体が多孔質素材から構成されていることにより、表面積を大きくすることができるため、大量の微生物の吸着固定化を迅速に行うことができるとともに、排水処理も迅速に行うことができる。 Here, since the first network is made of a porous material, the surface area can be increased, so that a large amount of microorganisms can be adsorbed and immobilized quickly, and wastewater treatment can also be performed quickly. It can be carried out.
また、第1の網状体が網目を形成するように構成されていることにより、例えば、大量の微生物を含む汚水で満たされた排水処理槽内にバイオリアクター素子を設置した場合に、網目の目開き部分を通じて汚水の対流を促進することができる。従って、汚水が滞ることが無く、バイオリアクター素子全体において均一に微生物を吸着固定化することができる。 Further, since the first mesh body is configured to form a mesh, for example, when the bioreactor element is installed in a wastewater treatment tank filled with sewage containing a large amount of microorganisms, the mesh of the mesh is formed. Convection of sewage can be promoted through the opening. Therefore, the sewage is not stagnated and the microorganisms can be adsorbed and immobilized uniformly in the entire bioreactor element.
また、第2の網状体が繊維系素材から構成されていることにより、親水性が高いため、微生物の吸着固定化を迅速に行うことができるとともに、排水処理も迅速に行うことができる。 In addition, since the second network is made of a fiber-based material, it has high hydrophilicity, so that microorganisms can be adsorbed and immobilized quickly, and wastewater treatment can also be performed quickly.
また、第2の網状体が網目を形成するように構成されていることにより、前記した通り、微生物を含む汚水で満たされた排水処理槽内にバイオリアクター素子を設置した場合に、網目の目開き部分を通じて汚水が対流するため、バイオリアクター素子全体において均一に微生物を吸着固定化することができる。 Further, since the second mesh body is configured to form a mesh, as described above, when the bioreactor element is installed in a wastewater treatment tank filled with sewage containing microorganisms, the mesh of the mesh is formed. Since sewage convects through the opening, microorganisms can be adsorbed and immobilized uniformly in the entire bioreactor element.
また、第2の網状体が、第1の網状体の表裏面にそれぞれ隣接して、第1の網状体を挟むように積層配置されていることにより、汚水に含まれる微生物は、先ず第1の網状体の表面(裏面)に隣接する第2の網状体に吸着固定化する。この時、汚水はポンプ、ブロア、攪拌機等によって排水処理槽内で対流しているため、第2の網状体に吸着固定化した微生物の一部は剥がれ落ちるが、剥がれ落ちた微生物は、内側層である第1の網状体に吸着固定化する。 In addition, since the second mesh body is arranged so as to be adjacent to the front and back surfaces of the first mesh body so as to sandwich the first mesh body, the microorganisms contained in the sewage are firstly first. Is adsorbed and immobilized on a second mesh body adjacent to the front surface (back surface) of the mesh body. At this time, since the sewage is convected in the waste water treatment tank by a pump, blower, stirrer, etc., some of the microorganisms adsorbed and immobilized on the second mesh body are peeled off, but the microorganisms that have been peeled off are the inner layer. It is adsorbed and immobilized on the first mesh body.
更に、第1の網状体に吸着固定化した微生物の一部が剥がれ落ちても、第1の網状体の裏面(表面)に隣接する第2の網状体に吸着固定化する。このように、少なくとも三段階で微生物のバイオリアクター素子への吸着固定化を行うことができるため、大量の微生物の吸着固定化を迅速に行うことができるとともに、排水処理も迅速に行うことができる。 Furthermore, even if a part of the microorganisms adsorbed and immobilized on the first net is peeled off, it is adsorbed and immobilized on the second net adjacent to the back surface (front surface) of the first net. As described above, since the microorganisms can be adsorbed and immobilized on the bioreactor element in at least three stages, a large amount of microorganisms can be adsorbed and immobilized quickly, and the wastewater treatment can also be performed quickly. .
また、多孔質素材からなる第1の網状体が、繊維系素材からなる第2の網状体に挟まれるように積層配置されていることにより、繊維系素材に比して親水性が低い多孔質素材を、親水性の高い繊維系素材である第2の網状体で保護することができ、微生物の吸着固定化を迅速に行うことができるとともに、排水処理も迅速に行うことができる。 In addition, the first net-like body made of the porous material is laminated so as to be sandwiched between the second net-like body made of the fiber-based material, so that the porous material has lower hydrophilicity than the fiber-based material. The material can be protected by the second network, which is a highly hydrophilic fibrous material, and microorganisms can be adsorbed and immobilized quickly, and wastewater treatment can also be performed quickly.
また、第2の網状体が、第1の網状体の表裏面の全体を被覆する場合には、親水性の高い第2の網状体で第1の網状体の全体を被覆するため、大量の微生物の吸着固定化を迅速に行うことができるとともに、排水処理も迅速に行うことができる。 In addition, when the second mesh body covers the entire front and back surfaces of the first network body, the second network body having high hydrophilicity covers the entire first network body. The microorganisms can be rapidly adsorbed and immobilized, and wastewater treatment can also be performed quickly.
また、第1の網状体の外周縁と、第2の網状体が重なる部分を接合する周縁接合部を有する場合には、第1の網状体と第2の網状体を積層状態で一体化することができるため、排水処理槽内への設置が容易なものとなる。更に、例えば、内側層である第1の網状体から剥がれ落ちた微生物は、第1の網状体と第2の網状体の間で保持することが可能となる。 Moreover, when it has the periphery junction part which joins the outer periphery of a 1st mesh body, and the part which a 2nd mesh body overlaps, a 1st mesh body and a 2nd mesh body are integrated in a lamination | stacking state. Therefore, it can be easily installed in the wastewater treatment tank. Furthermore, for example, the microorganisms that have been peeled off from the first mesh that is the inner layer can be retained between the first mesh and the second mesh.
また、第2の網状体の外周辺部に沿った第1の方向において所定の間隔で、第2の網状体と第1の網状体を積層方向に接合する第1方向接合部と、第2の網状体の外周辺部に沿って第1の方向に略直交する第2の方向において所定の間隔で、第1の網状体と第2の網状体を積層方向に接合する第2方向接合部とを有する場合には、第1の網状体と第2の網状体を強固に接合することができるため、繰り返し使用による劣化を防止することができる。 A first direction joint that joins the second mesh and the first mesh in the stacking direction at a predetermined interval in the first direction along the outer peripheral portion of the second mesh; and A second-direction joint that joins the first mesh and the second mesh in the stacking direction at a predetermined interval in a second direction substantially orthogonal to the first direction along the outer peripheral portion of the mesh Since the first and second nets can be firmly bonded, deterioration due to repeated use can be prevented.
更に、第1方向接合部と第2方向接合部により区切られた小区画室が形成されるため、内側層に位置する第1の網状体から剥がれ落ちた微生物は、各小区画室で保持することが可能となる。 Furthermore, since the small compartments separated by the first direction joint and the second direction joint are formed, the microorganisms that have come off from the first mesh located in the inner layer can be retained in each of the small compartments. It becomes possible.
また、多孔質素材が樹脂系素材に竹炭を含有する場合には、竹炭は製造コストが比較的安価であり樹脂系素材との相性も良いため、第1の網状体を容易に製作することができる。また、竹炭は多孔質素材の中でも比表面積が大きく、吸着能力も高いため、大量の微生物の吸着固定化を迅速に行うことができるとともに、排水処理も迅速に行うことができる。 In addition, when the porous material contains bamboo charcoal in the resin-based material, since the bamboo charcoal is relatively inexpensive to manufacture and has good compatibility with the resin-based material, the first net can be easily manufactured. it can. In addition, bamboo charcoal has a large specific surface area among porous materials and has a high adsorption capacity, so that a large amount of microorganisms can be adsorbed and immobilized quickly, and wastewater treatment can also be performed quickly.
また、竹炭が第1の網状体100重量%に対して3〜5重量%含有する場合には、第1の網状体の強度と吸着能力を両立させることができる。即ち、竹炭が第1の網状体100重量%に対して3重量%よりも少ない場合は、吸着固定化する微生物の量が少なくバイオリアクター素子の水処理能力が劣り、一方、竹炭が第1の網状体100重量%に対して5重量%を超えると、第1の網状体の強度が弱くなり、使用に際して破損し易くなる。 Moreover, when bamboo charcoal contains 3 to 5 weight% with respect to 100 weight% of 1st net bodies, the intensity | strength and adsorption | suction capability of a 1st net body can be made compatible. That is, when bamboo charcoal is less than 3% by weight with respect to 100% by weight of the first network, the amount of microorganisms adsorbed and immobilized is small, and the water treatment capacity of the bioreactor element is inferior, whereas bamboo charcoal is the first If it exceeds 5% by weight with respect to 100% by weight of the mesh body, the strength of the first mesh body will be weakened and will be easily damaged during use.
また、第1の網状体が樹脂系素材としてポリエチレンを採用する場合には、製造コストが安価で大量生産が可能であるとともに、耐水、及び耐薬品性に優れるため、排水処理槽内での繰り返し使用による劣化を防止することができる。 In addition, when polyethylene is used as the resin material for the first mesh body, the manufacturing cost is low, mass production is possible, and it is excellent in water resistance and chemical resistance. Deterioration due to use can be prevented.
また、第2の網状体が繊維系素材であるポリエステルから構成されている場合には、製造コストが安価で大量生産が可能であるとともに、親水性が高いため微生物の吸着固定化を迅速に行うことができる。更に、耐水、及び耐薬品性に優れるため、排水処理槽内での繰り返し使用による劣化を防止することができる。 In addition, when the second network is made of polyester, which is a fiber material, the production cost is low, mass production is possible, and because of the high hydrophilicity, microorganisms can be adsorbed and immobilized quickly. be able to. Furthermore, since it is excellent in water resistance and chemical resistance, deterioration due to repeated use in the waste water treatment tank can be prevented.
上記の目的を達成するために、本発明のバイオリアクター素子は、多孔質素材と、繊維系素材からなる糸状体が網目を形成し、前記多孔質素材の全体を被覆する網状体と、を備える。 In order to achieve the above object, a bioreactor element of the present invention comprises a porous material and a mesh-like body in which a filamentous material made of a fibrous material forms a mesh and covers the entire porous material. .
ここで、バイオリアクター素子が多孔質素材を有することにより、表面積を大きくすることができるため、大量の微生物の吸着固定化を迅速に行うことができるとともに、排水処理も迅速に行うことができる。 Here, since the bioreactor element has a porous material, the surface area can be increased, so that a large amount of microorganisms can be adsorbed and immobilized quickly, and wastewater treatment can also be performed quickly.
また、網状体が繊維系素材から構成されていることにより、親水性が高いため、微生物の吸着固定化を迅速に行うことができるとともに、排水処理も迅速に行うことができる。 Moreover, since the mesh body is made of a fiber-based material, the hydrophilicity is high, so that microorganisms can be adsorbed and immobilized quickly, and wastewater treatment can also be performed quickly.
また、網状体が網目を形成するように構成されていることにより、微生物を含む汚水で満たされた排水処理槽内にバイオリアクター素子を設置した場合に、網目の目開き部分を通じて汚水が対流するため、バイオリアクター素子全体において均一に微生物を吸着固定化することができる。 Moreover, when the bioreactor element is installed in a wastewater treatment tank filled with sewage containing microorganisms, the sewage convects through the mesh openings because the mesh body is configured to form a mesh. Therefore, it is possible to uniformly adsorb and immobilize microorganisms in the entire bioreactor element.
また、網状体が、多孔質素材の全体を被覆することにより、汚水に含まれる微生物は、先ず、多孔質素材を覆う網状体に吸着固定化する。この時、汚水はポンプ、ブロア、攪拌機等によって排水処理槽内で対流しているため、網状体に吸着固定化した微生物の一部は剥がれ落ちるが、剥がれ落ちた微生物は、網状体の内部にある多孔質素材に吸着固定化する。 Moreover, when the net-like body covers the entire porous material, the microorganisms contained in the sewage are first adsorbed and immobilized on the net-like body covering the porous material. At this time, since the sewage is convected in the wastewater treatment tank by a pump, blower, stirrer, etc., some of the microorganisms adsorbed and immobilized on the mesh are peeled off, but the microorganisms that have fallen off are inside the mesh. Adsorbed and immobilized on a porous material.
更に、多孔質素材に吸着固定化した微生物の一部が剥がれ落ちても、多孔質素材の全体は、網状体により被覆されているため、多孔質素材から剥がれ落ちた微生物の一部は、再度網状態に吸着固定化する。このように、少なくとも二段階で微生物のバイオリアクター素子への吸着固定化を行うことができるため、大量の微生物の吸着固定化を迅速に行うことができるとともに、排水処理も迅速に行うことができる。 Furthermore, even if a part of the microorganisms adsorbed and immobilized on the porous material is peeled off, the entire porous material is covered with the network, so that a part of the microorganisms that have fallen off the porous material Adsorbed and fixed in a net state. As described above, since the microorganisms can be adsorbed and immobilized on the bioreactor element in at least two stages, a large amount of microorganisms can be adsorbed and immobilized quickly, and wastewater treatment can also be performed quickly. .
上記の目的を達成するために、本発明のバイオリアクター素子を用いた排水の処理方法は、多孔質素材からなる糸状体が網目を形成するように配置された第1の網状体と、繊維系素材からなる糸状体が網目を形成し、前記第1の網状体の表裏面にそれぞれ隣接して、該第1の網状体を挟むように積層配置された第2の網状体から構成されたバイオリアクター素子に微生物を吸着固定化する工程と、微生物が吸着固定化した前記バイオリアクター素子を排水処理槽内に配置し、所定の排水処理を行う工程とを備えている。 In order to achieve the above object, the wastewater treatment method using the bioreactor element of the present invention comprises a first mesh body arranged such that a filamentous body made of a porous material forms a mesh, and a fiber system. A biomaterial composed of a second mesh that is formed by forming a mesh of a material, and is adjacent to the front and back surfaces of the first mesh so as to sandwich the first mesh. A step of adsorbing and immobilizing microorganisms on the reactor element; and a step of disposing the bioreactor element adsorbed and immobilized by microorganisms in a wastewater treatment tank and performing a predetermined wastewater treatment.
ここで、多孔質素材からなる第1の網状体の表裏面に隣接して、繊維系素材からなる第2の網状体を積層配置したバイオリアクター素子に微生物を吸着固定化する工程を有することにより、排水の生物処理において必要となる大量の微生物の吸着固定化を迅速に行うことができるとともに、排水処理も迅速に行うことができる。 Here, by having the step of adsorbing and immobilizing microorganisms on the bioreactor element in which the second network made of a fiber-based material is laminated and disposed adjacent to the front and back surfaces of the first network made of a porous material. In addition, it is possible to rapidly adsorb and immobilize a large amount of microorganisms required for wastewater biological treatment, and also to quickly perform wastewater treatment.
また、微生物が吸着固定化したバイオリアクター素子を排水処理槽内部に配置して、所定の排水処理を行う工程を有することにより、微生物による反応を利用して、排水を浄化することができる。 In addition, by providing a bioreactor element on which microorganisms are adsorbed and immobilized inside a wastewater treatment tank and performing a predetermined wastewater treatment, wastewater can be purified using a reaction by microorganisms.
本発明に係るバイオリアクター素子、及びバイオリアクター素子を用いた排水の処理方法は、省スペース、かつ低コストでありながら微生物を短時間で効率良く吸着固定化することができ水処理能力が高いものとなっている。 The bioreactor element and the wastewater treatment method using the bioreactor element according to the present invention are capable of efficiently adsorbing and immobilizing microorganisms in a short time while being space-saving and low in cost, and have a high water treatment capacity. It has become.
以下、バイオリアクター素子、及びバイオリアクター素子を用いた排水の処理方法に関する本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。 Hereinafter, embodiments of the present invention relating to a bioreactor element and a method for treating wastewater using the bioreactor element will be described with reference to the drawings for understanding of the present invention.
まず、本発明を適用した実施形態に係るバイオリアクター素子1の全体構成について、図1を用いて説明する。バイオリアクター素子1は、1〜3mm程度の目開きのメッシュ状に編み込み形成され、平板状に配置された内側網状体2(特許請求の範囲における「第1の網状体」)と、この内側網状体2の表裏面にそれぞれ隣接して、0.5mm〜1mm程度の目開きのメッシュ状に編み込み形成されるとともに、内側網状体2を挟むように積層配置された同形の外側網状体3、3(特許請求の範囲における「第2の網状体」)を有する。
First, an overall configuration of a
ここで、必ずしも、外側網状体3、3は、内側網状体2を挟んで、上層、及び下層において同形である必要はない。内側網状体2の全体を覆うことができれば、外側網状体3、3は異なる大きさ、形状であってもよい。
Here, the
また、必ずしも、外側網状体3、3は内側網状体2を挟んで上層、及び下層にそれぞれ二枚配置する必要はない。例えば、一枚の外側網状体3を中間部分で折り畳み、内側網状体を挟み込むような形態であってもよい。
In addition, it is not always necessary that two
また、必ずしも、内側網状体2は一枚である必要はない。例えば、2枚、又はそれ以上に積層されていてもよい。但し、積層枚数が増えるほど、排水処理槽内での流体の対流が阻害され、微生物のバイオリアクター素子1への吸着固定化に時間を要したり、内部閉塞する可能性がある。従って、排水処理槽の大きさ等を考慮して適宜、積層枚数を変更することが好ましい。
Further, the
また、必ずしも、外側網状体3、及び内側網状体2の目開きは、それぞれ0.5mm〜1mm程度、及び1〜3mm程度の大きさに限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。但し、目開きの大きさが大きすぎると、微生物がメッシュ部分に絡みつかず、また、目開きの大きさが小さすぎると、排水処理槽7内での流体の対流が阻害され、何れの場合も微生物の吸着固定化が効率よく行えない。
Further, the openings of the
また、必ずしも、内側網状体3はメッシュ状に編み込み形成されている必要はない。例えば、シラス(火山噴出物)等の多孔質材料を加工したものであってもよい。
Moreover, the inner
内側網状体2は、樹脂系素材としてのポリエチレンに、多孔質物質としての、例えば竹炭を練り込んで形成された糸状体を、網目を形成するように編み込んで平板状に形成されている。この時、内側網状体100重量%に対して1〜10重量%、好ましくは3〜5重量%の竹炭の配合割合となるように構成されている。
The
ここで、必ずしも、樹脂系素材としてポリエチレンを使用する必要はない。例えば、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルフォン等、汎用プラスチック材料から適宜選択することができる。但し、発明者が実験を繰り返した結果では、ポリエチレンを使用した場合において、最も効率よく微生物を吸着固定化することができた。 Here, it is not always necessary to use polyethylene as the resin material. For example, it can be appropriately selected from general-purpose plastic materials such as polypropylene, polyvinyl chloride, polyurethane, polyvinylidene fluoride, and polysulfone. However, as a result of repeated experiments by the inventor, when polyethylene was used, microorganisms could be adsorbed and immobilized most efficiently.
また、必ずしも、多孔質物質として竹炭を用いる必要はない。例えば、活性炭、ゼオライト等、多数の細孔を有する物質から適宜選択することができる。但し、発明者が実験を繰り返した結果、竹炭が最も製造コストが安く、かつ、大きな比表面積を有し、効率よく微生物を吸着固定化することができた。 Moreover, it is not always necessary to use bamboo charcoal as the porous material. For example, it can be appropriately selected from substances having many pores such as activated carbon and zeolite. However, as a result of repeated experiments by the inventor, bamboo charcoal has the lowest production cost, has a large specific surface area, and was able to efficiently adsorb and immobilize microorganisms.
また、必ずしも、竹炭の配合割合は内側網状体2の100重量%に対して、1〜10重量%、好ましくは3〜5重量%である必要はない。但し、竹炭の配合割合が1重量%よりも少なくなると、内側網状体2に吸着固定化する微生物の量が少なくバイオリアクター素子1の水処理能力が劣り、一方、竹炭の配合割合が10重量%を超えると、外側網状体3の強度が弱くなり、使用に際して破損し易くなる。
In addition, the blending ratio of bamboo charcoal is not necessarily 1 to 10% by weight, preferably 3 to 5% by weight with respect to 100% by weight of the inner
外側網状体3は、繊維系素材としてのポリエステルを原料とした糸状体を、網目を形成するように編み込んで平板状に形成されている。
The outer net-
ここで、必ずしも、繊維系素材としてポリエステルを使用する必要はない。例えば、ナイロン、ビニロン、ポリプロピレン等、繊維系素材から適宜選択することができる。但し、ポリエステルは他の繊維系素材に比して微生物との親和性が高いため、最も効率よく微生物を吸着固定化することができる。 Here, it is not always necessary to use polyester as the fiber material. For example, it can be appropriately selected from fiber materials such as nylon, vinylon, and polypropylene. However, since polyester has a higher affinity with microorganisms than other fiber materials, microorganisms can be adsorbed and immobilized most efficiently.
図2は、本発明の実施に係るバイオリアクター素子1の平面図である。このバイオリアクター素子1は、例えば、横100cm、縦150cmの長方形をした平面的大きさを有し、全周囲は、内側網状体2の外周縁と外側網状体3が重なる部分に沿って、バイオリアクター素子1の厚さ方向に全体を貫通するように糸で縫着され、外側網状体3と内側網状体2は一体化されている。なお、この周方向に縫着した部分を周縁接合部4と称する。
FIG. 2 is a plan view of the
ここで、必ずしも、バイオリアクター素子1は長方形である必要はない。例えば、正方形、ひし形、丸形等、バイオリアクター素子1を設置する排水処理槽の大きさや形状に応じて適宜選択することができる。
Here, the
また、必ずしも、外側網状体3の外縁部に沿ってバイオリアクター素子1の全周囲を縫着する必要はない。例えば、内側網状体2を挟み込む外側網状体3として、一枚の外側網状体3を中間部分で折り畳み、内側網状体2を挟み込むような形態である場合には、折り曲げた中間部分を除いた三辺を縫着すればよい。
Further, it is not always necessary to sew the entire periphery of the
また、必ずしも、外側網状体3と内側網状体2を一体化させる手段として、糸により縫着させる必要はない。例えば、接着剤等、他の公知の接着手段により接着させ、一体化させることが可能である。
Further, it is not always necessary to sew the
バイオリアクター素子1は、外側網状体3の外周辺部に沿って第1の方向である長手方向、即ち図2においては縦方向に、糸でバイオリアクター素子1の全体を厚さ方向に貫通するように縫着されている。なお、この縦方向に縫着した部分を第1方向接合部5と称する。
The
また、この第1の方向と略直交する第2の方向である短手方向、即ち図2においては横方向に、バイオリアクター素子1の全体を厚さ方向に貫通するように糸で縫着されている。なお、この横方向に縫着した部分を第2方向接合部6と称する。このように、バイオリアクター素子1は、糸により外側網状体3の外周辺部に沿って、碁盤目状に内側網状体2と一体化されるように縫着されている。
In addition, the second direction substantially perpendicular to the first direction, that is, the lateral direction in FIG. 2, is sewn with a thread so as to penetrate the
図3は、図2に示したバイオリアクター素子1の線A−Aに沿って見た断面図である。図3に示すように、バイオリアクター素子1は内側網状体2を挟んで、内側網状体2の表裏面に隣接して外側網状体3が位置し、第1方向接合部5、及び第2方向接合部6により外側網状体3と内側網状体2が一体化するように碁盤目状に縫着され、小区画室15が形成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
ここで、必ずしも、第1方向接合部5、及び第2方向接合部6を有している必要はない。例えば、外側網状体3と内側網状体2は、周縁接合部4のみで一体化されていてもよい。但し、第1方向接合部5、及び第2方向接合部6により碁盤目状に縫着され、小区画室15が形成されることにより、外側網状体3、及び内側網状体2に吸着固定化された微生物が、外力等何らかの影響で剥がれ落ちた場合でも、剥がれ落ちた微生物を小区画室15内で受け止めることができるため、第1方向接合部5、及び第2方向接合部6を有していることが好ましい。
Here, it is not always necessary to have the first direction
また、必ずしも、第1方向接合部5は、バイオリアクター素子1の横幅を均等に5分割した4ヶ所の位置で縫着する必要はない。例えば、4分割以下、又は6分割以上になるように第1方向接合部を設けてもよい。更に、各第1方向接合部5の離間距離は均等である必要はなく、不均等に構成されていてもよい。
In addition, the first direction
また、必ずしも、第2方向接合部6は、バイオリアクター素子1の縦幅を均等に6分割した5ヶ所の位置で縫着する必要はない。例えば、5分割以下、又は7分割以上になるように第2方向接合部を設けてもよい。更に、各第2方向接合部の離間距離は均等である必要はなく、不均等に構成されていてもよい。
In addition, the second direction
また、必ずしも、第1方向接合部5と第2方向接合部6が交差する角度は、略直角である必要はない。第1方向接合部5と第2方向接合部6が鋭角(鈍角)となるように交差していてもよい。
In addition, the angle at which the first direction joint 5 and the second direction joint 6 intersect does not necessarily need to be a substantially right angle. The 1st
但し、各第1方向接合部5、及び各第2方向接合部6がそれぞれ均等な離間距離に位置し、第1方向接合部5と第2方向接合部6が略直交するように交差する場合には、各小区画室15の表面積、及び体積が一定となり、バイオリアクター素子1全体として均一な微生物の吸着固定化が可能となるため、排水の安定的な処理が可能となる。
However, when each 1st
図4は、バイオリアクター素子1を排水処理槽7内に設置した状態を示す図である。バイオリアクター素子1は支持フレーム8に取り付けられ、排水処理槽7内に設置される。排水処理槽7内への設置形態としては、例えば図4(a)に示すように、平板状のバイオリアクター素子1の一辺を支持フレーム8に取り付けた状態で、排水処理槽7の排水の流入側、及び処理水の流出側のそれぞれ二ヶ所の位置に、排水処理槽7に懸架して設置されている。この時、バイオリアクター素子1の平面部は、排水の流入する方向に対面するように設置される。
FIG. 4 is a view showing a state in which the
ここで、必ずしも、バイオリアクター素子1の平面部が、排水の流入する方向に対面するように設置される必要はない。例えば、バイオリアクター素子1の平面部が排水の流入方向に対して平行となるように、又は任意の角度をもって取り付けられてもよい。更に、図4(b)に示すように、支持フレーム8を共通にして、周方向に複数のバイオリアクター素子1を取り付けるように配置してもよい。
Here, it is not always necessary that the flat portion of the
また、必ずしも、バイオリアクター素子1は排水の流入側、及び処理水の流出側の二ヶ所にそれぞれ設置されている必要はない。例えば、何れか一ヶ所、又は、三ヶ所以上に設置されていてもよい。但し、一ヶ所に設置した場合には、微生物の吸着固定化する総面積が小さくなり、排水の処理能力が相対的に低くなる。また、三ヶ所以上に設置した場合には、排水処理槽内7における排水の対流が阻害される可能性があり、バイオリアクター素子1への微生物の吸着固定化が効率よく行えない可能性がある。そのため、排水処理槽7の容積に応じて適宜選択する必要がある。
In addition, the
次に、本発明を適用したバイオリアクター素子1を利用した排水処理装置9の全体構成について図5を用いて説明する。
Next, the whole structure of the waste
排水処理装置9は、基本構成として、排水処理槽としての脱窒槽10、及び硝化槽11が1基ずつ連結され、更に沈殿槽12が連結されている。脱窒槽10、及び硝化槽11には、予めスラッジを含む汚水が満たされている。この汚水で満たされた脱窒槽10、及び硝化槽11にバイオリアクター素子1を設置し、30℃前後の温度に調整した汚水に所定の期間浸漬することにより、バイオリアクター素子1の外側網状体3、及び内側網状体2には脱窒菌、及び硝化菌をはじめとする無数の微生物が吸着固定化する。
As a basic configuration of the waste
ここで、必ずしも、バイオリアクター素子1を浸漬する汚水の温度は30℃前後に調整されている必要はない。例えば、30℃よりも高い温度、又は、30℃よりも低い温度に設定されていてもよい。但し、発明者が実験を繰り返した結果、汚水の温度を30℃前後に設定すると、バイオリアクター素子1への大量の微生物の吸着固定化を短期間で完了することができた。
Here, the temperature of the sewage in which the
また、必ずしも、排水処理槽としての脱窒槽10、及び硝化槽11は1基ずつ連結されている必要はない。例えば2基ずつ、又はそれ以上に連結、或いは脱窒槽10、又は硝化槽11の何れか一方のみ有していてもよく、処理すべき排水に応じて適宜変更することができる。
Further, the
また、必ずしも、汚水で満たされた脱窒槽10、及び硝化槽11にバイオリアクター素子1を浸漬する必要はない。例えば、予め脱窒槽10、及び硝化槽11にバイオリアクター素子1を設置しておき、その後、脱窒槽10、及び硝化槽11に汚水を投入してもよい。
Further, it is not always necessary to immerse the
脱窒槽10、及び硝化槽11に設置されたバイオリアクター素子1に微生物が吸着固定化したことを確認して、先ず、処理すべき排水は脱窒槽10に供給される。この脱窒槽10には硝化槽11で処理された処理水の一部が循環液として供給されるように構成されている。
After confirming that the microorganisms are adsorbed and immobilized on the
脱窒槽10では、無酸素状態とした嫌気状態のもとで、排水に含まれる亜硝酸、硝酸、及び水素供与体としての有機物によりバイオリアクター素子1に吸着固定化された微生物のうちの脱窒菌が増殖性を高めることになる。なお、排水に含まれる有機物が不足するような場合には、メータノール等の有機物が外部から供給される。
In the
また、脱窒槽10には攪拌機13が設けられており、硝化槽11で処理され循環液として供給された処理水が混合される。ここで、硝化槽11からの循環液は亜硝酸、及び硝酸を含んでいるため、脱窒槽10においては脱窒菌が亜硝酸、及び硝酸を使い、排水中の有機物を水素供与体として、亜硝酸、及び硝酸を還元して無害な窒素ガスに変えて空気中に放出する脱窒処理が行われる。
Further, the
ここで、必ずしも、脱窒槽10内に攪拌機13が設けられている必要はない。例えば、ポンプ等の撹拌手段により撹拌してもよい。
Here, the
脱窒槽10で処理された処理水は、硝化槽11に流入される。この硝化槽11の底部には、曝気空気管14が設けられている。曝気空気管14により硝化槽11内は曝気されているため、硝化槽11内は溶存酸素濃度が高い状態(好気状態)となっており、アンモニア性窒素の存在下でバイオリアクター素子1に吸着固定化された微生物のうち硝化菌が増殖性を高めることになる。
The treated water treated in the
ここで、必ずしも、硝化槽11内に曝気空気管14が設けられている必要はない。但し、硝化菌は、他の従属栄養細菌と比較して溶存酸素濃度が高い条件を必要とするため、バイオリアクター素子1に硝化菌をより多く吸着固定化するためにも、曝気空気管14を設け硝化槽11内を曝気することが好ましい。
Here, the
また、増殖した硝化菌は、硝化槽11内の酸素を利用して、脱窒槽10から供給された処理水に含まれるアンモニアを亜硝酸、又は硝酸に酸化する硝化処理を行う。
The grown nitrifying bacteria perform nitrification treatment using oxygen in the
硝化槽11からの処理水は、一部が脱窒槽10に循環され、他部は沈殿槽12に流入される。この沈殿槽12では、硝化槽11からの処理液中の固形物(汚泥)を沈殿分離し、汚泥が除去された上澄水が処理水として外部に排出される。一方、沈殿槽12の底部に沈殿した沈殿汚泥は、余剰汚泥として系外に排出し廃棄物として処理される。
A part of the treated water from the
ここで、必ずしも、沈殿槽12の底部に沈殿した沈殿汚泥の全てを余剰汚泥として系外に排出し廃棄物として処理する必要はない。例えば、余剰汚泥の一部を返送汚泥として脱窒槽10に返送し、脱窒処理を行うこともできる。
Here, it is not always necessary to discharge all of the precipitated sludge precipitated at the bottom of the settling
以上のように、本発明を適用したバイオリアクター素子、及びバイオリアクター素子を用いた排水の処理方法は、省スペース、かつ低コストでありながら微生物を短時間で吸着固定化することができ、水処理能力が高いものとなっている。 As described above, the bioreactor element to which the present invention is applied and the wastewater treatment method using the bioreactor element can adsorb and immobilize microorganisms in a short time while saving space and low cost. The processing capacity is high.
1 バイオリアクター素子
2 内側網状体
3 外側網状体
4 周縁接合部
5 第1方向接合部
6 第2方向接合部
7 排水処理槽
8 支持フレーム
9 排水処理装置
10 脱窒槽
11 硝化槽
12 沈殿槽
13 攪拌機
14 曝気空気管
15 小区画室
101 バイオリアクター
102 中空糸
103 第1層
104 第2層
DESCRIPTION OF
Claims (2)
ポリエステルからなる糸状体が網目を形成し、前記第1の網状体の表裏面にそれぞれ隣接して、該第1の網状体を挟むように積層配置された第2の網状体と、
前記第1の網状体の外周縁と、前記第2の網状体が重なる部分を接合する周縁接合部と、
該第2の網状体の外周辺部に沿った第1の方向において所定の間隔で、前記第1の網状体と前記第2の網状体を積層方向に接合する第1方向接合部と、
前記第2の網状体の外周辺部に沿って前記第1の方向に略直交する第2の方向において所定の間隔で、前記第1の網状体と前記第2の網状体を積層方向に接合する第2方向接合部と、を備える
バイオリアクター素子。 A first net that is arranged such that a filament made of polyethylene containing a porous material forms a mesh;
A second mesh that is formed by laminating the first mesh so as to sandwich the first mesh, the filaments made of polyester forming a mesh, adjacent to the front and back surfaces of the first mesh, respectively;
An outer peripheral edge of the first mesh body, and a peripheral joint part that joins a portion where the second mesh body overlaps;
A first direction joint for joining the first mesh and the second mesh in the stacking direction at a predetermined interval in a first direction along the outer peripheral portion of the second mesh;
The first mesh and the second mesh are joined in the stacking direction at a predetermined interval in a second direction substantially orthogonal to the first direction along the outer peripheral portion of the second mesh. A bioreactor element comprising: a second direction junction .
微生物が吸着固定化した前記バイオリアクター素子を排水処理槽内に配置し、所定の排水処理を行う工程と、を備えるPlacing the bioreactor element on which microorganisms are adsorbed and immobilized in a wastewater treatment tank, and performing a predetermined wastewater treatment.
バイオリアクター素子を用いた排水処理方法。Wastewater treatment method using a bioreactor element.
Priority Applications (1)
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