JPS63158194A - 有機性汚水の生物学的処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明Ｊｔ有機性汚水の生物学的処理方法に関し、詳細
にはアンモニア性窒素等を含む有機性汚水を固定化微生
物を用いて効率良く処理し得る方法に関するものである
。

［従来の技術］ 近年、微生物利用工業の分野においては、酵素を固定化
して効率良く操業する技術が種々研究され、一部では既
に実用化の段階に入っている。この様に、固定化技術は
主に酵素を対象として研究されてきたのであるが、最近
微生物自体を固体触媒として利用する目的で微生物を直
接固定化するという研究も徐々に行なわれ、例えば固定
化微生物を果糖、アミノ酸及び有機酸等の製造に利用し
てそれなりの成果が得られている。

一方有機性汚水を処理する方法として微生物を利用した
生物学的処理法が広く利用されているが、固定化微生物
を利用した技術は現在のところ試みられていない、該生
物学的処理法は従来から行なわれている活性汚泥法の他
、生物膜法と呼ばれている方法の研究開発が進められて
きた。上記生物脱法は１回転円板法、接触曝気法、流動
、床法等に例示される様に、特に反応槽内微生物の高濃
度化による効率化が口論まれている。上記列挙した生物
膜法の中でも特に微生物の高濃度化が実現されている手
法は流動床法であり、当該手法によって処理袋はの小型
化が実現されつつある。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら上記流動床法においても若干の問題が残さ
れている。即ち流動床法を応用した有機性汚水の生物学
的処理法として、例えば脱窒反応を伴う固−液２相型流
動床を例示して問題の所在を明らかにすると、固体担体
粒子の表面に生物膜が過度に生育した場合、当該粒子（
以下生物膜粒子と称することもある）の見かけ比重が低
下してしまい、その結果、生物膜粒子が流動床上方に浮
上し、処理水と共に槽外に流出してしまうので安定な操
業を妨げるといった事態が生じる。その対策として流動
床槽内に機械的攪拌機構を設け、肥大した生物膜を攪拌
によって剥離することが試みられ、一応の効果が挙げら
れるものの、動力費の増加をもたらすといった新たな問
題が生じる。

一方ＢＯＤ除去或は硝化等の好気的処理の為の気体−固
体−液体３相型流動床においては、曝気による槽内攪拌
によって、２相型流動床における前記の様な生物膜粒子
の槽外流出は防止できる。

その反面、生物膜粒子から剥離された生物膜は微細化し
てしまうが、当該生物膜は活性汚泥法における余剰汚泥
に相当する。従って処理効果を挙げる為にはこれを除去
する必要があるが、非常に微細である為そのままでは沈
降分離が困難であるという欠点を有している。又処理す
べき汚水の流入琶が降雨等によって増大すると生物膜粒
子が槽外へ流出する事１ｇは避けがたく、これは２相型
流動床においても同様である。

流動床方式では高濃度に微生物を保持するという観点に
立つ限り、固体担体粒子の粒径をできるだけ小さくし生
物膜粒子の槽内における表面積を可及的に大きくするこ
とが有利である。しかしながらその様にすると前記２相
型流動床においては生物膜粒子の槽外への流出が一層助
長され、他方３相型流動床においては生物膜粒子と処理
水の迅速な固液分離の為には沈降分離を大きくする何ら
かの手段を講じなければならず、又２相型流動床の場合
と同様に生物膜粒子が槽外へ流出し易い状態となる。こ
の様なところから、流動床方式の固体担体粒子として一
般的に使用されている砂、の粒径は１通常２腸■Φ程度
まで小さくするのが限度であるとされている。

そこで本発明者は上記現状に鑑み、微生物を固定化して
流出しにくい状態にすることによって。

流動床方式における従来の問題点を一挙に解決し得ると
共に更に効率良く有機性汚水の処理が達成できるとの着
想を得、本発明を完成するに至った。

［問題点を解決する為の手段］ 本発明は、微細粒子の表面に生物膜を生育せしめ、次い
で包括法を適用して上記粒子を固定化し、その後固定化
した粒子を反応槽内に充填して操業する点に要旨を有す
るものである。

［作用］ 発明者は、活性汚泥法および流動床方式等の様な各種汚
水処理技術について長年研究を行なってきたが、研究成
果として下記に示す知見が得られた。即ち、表面に生物
膜が過度に生育した生物膜粒子は見かけ比重が低下して
既述の問題点が指摘され従来注目されなかったのである
が、該生物膜粒子について脱窒速度及び硝化速度を測定
したところ第２図及び第３図に示す注目すべき結果が得
られた。第２図は活性汚泥濃度（ＭＬＶＳＳ）当たりの
脱窒速度と水温との関係を示し、第３図はＭＬＶＳＳ当
たりの硝化速度と水温との関係を示している。第２図及
び第３図には、比較の為に活性汚泥法による窒素除去装
置において曝気槽の長時間・間欠曝気による場合の脱窒
速度及び硝化速度が夫々示されている。

第２図及び第３図から明らかな様に、流動床方式におけ
る脱窒、硝化速度は、活性汚泥法における場合と比較し
てどの水温においてもはるかに高く、脱窒速度は８〜ｉ
ｏ倍及び硝化速度は４〜７倍にもなっている。このこと
から生物膜粒子の表面には活性汚泥法に比べて脱窒菌、
硝化菌等がより高濃度に生育していることが理解される
。その結果、生物膜粒子は既述の問題点を解消しさえす
れば、汚水処理技術に有効に利用し得るものであるとの
確証を得た。

尚第２図及び第３図に結果を示した活性汚泥法では、約
０．０５　Ｋｇ　１Ｉ８００　／ｋｇ　ＮＬＶＳＳｌｌ
ｄａｔ　（７）低い負荷で操業されており、汚泥滞留時
間（ＳＲＴ）は４０〜５０日であうだが、その間硝化菌
及び脱窒菌の流出は認められなかった。又上記活性汚泥
法における活性汚泥濃度（ＭＬＶＳＳ）は２１００〜２
７００ｍｇ／　ｌであったのに対し、流動床方式におけ
る脱窒槽及び硝化槽の生物膜粒子のＭＬＶＳＳは夫々４
８００〜７８００■ｇ／交及び５０００〜７５００鳳ｇ
／見であり、夫々の平均値で比較すれば約２．６倍であ
る。

更に両者の脱窒及び硝化箋力を比較すると、流動床方式
による場合は活性汚泥法による場合に比べ夫々２１〜２
６倍および１０〜１８倍であった。

次に本発明者は上記知見に基づいて生物膜粒子の固定化
を試みた。生物膜粒子を固定する手段は同等限定するも
のではないが、その−例゛を例示すると下記の構成を採
用することができる。即ち。

粒径０．１５ｍ層未満の微細粒子（固体担体粒子）を用
い１間欠曝気による回分培養によって生物膜粒子を形成
し該生物膜粒子を遠心分離機で分ｍ−濃縮する。しかる
後、包括法を適用して上記生物膜粒子を固定化し１粒径
２〜３層腸程度のペレット状又はビーズ状にする。ここ
で包括法とは酵素の固定化技術として従来から知られた
手法であり、ポリマー（固定化材）のゲル格子の中に微
生物を包み込んで脱離できない状態にして固定化する方
法である。

固体担体粒子に関して述べれば、その表面に硝化菌、脱
窒菌、有機物酸化菌等が高濃度に付着・生育できるもの
の中から適宜選択すればよいが、例えば砂、活性炭、コ
ークス、ゼオライト、シャモット、軽量骨材及び塩化ビ
ニル樹脂等を挙げることができる。該固体担体粒子の粒
径は通常微細である程好ましく、本発明でも粒径０．１
〜０．１５ｍｍ以下の固体担体粒子を用いるのが望まし
い、尚間欠曝気による回分培養に際し、生物膜粒子の沈
降速度が遅い場合には微生物から抽出されるバイオポリ
マー又は重版の高分子凝集剤を添加すればよい。

一方包括法で用いられる固定化材に関しても種種知られ
ており何ら限定するものではないが、例えばポリアクリ
ルアミド、ｋ−カラギーナン、アルギン酸カルシウム、
光硬化性ウレタン樹脂及びポリビニルアルコール等が挙
げられる。特に比較的安価なポリビニルアルコールは、
冷凍−解凍によって得られるゲルの機械的強度が大きく
、且つ微生物に対する毒性もないので優れた固定化材で
ある。生成される固定化微生物の粒径は、基質や生成物
のゲル内拡散を考慮すると２〜３０層程度又はそれ以下
が望ましい。

本発明において、固体担体粒子として砂や軽量骨材等を
用いた場合には、その結果生成される固定化微生物の比
重は微生物を濃縮して固定化する公知の固定化微生物の
比重に比べて大きくなり。

その粒径も流動床の生物膜粒子の１０倍程度となる為そ
の沈降速度も大きくなる。従って本発明に係る固定化微
生物を利用した反応槽においては、従来の２相型Ｆｉ、
動床にむける様な生物Ｉｌ！粒子の槽外流出は皆無とな
り、３相型流動床における様な生物膜粒子の沈降分離部
を可及的に小さくすることができる。

更に本発明に係る固定化微生物は流動床式反応槽に利用
し得るのみでなく、充填床（固定床）としての利用も可
能である。その場合には流動床における微生物濃度より
も更に濃度を高めることができるので、無理効率を一層
向上することができるばかりでなく、３相流動床では必
須条件とされている強攪拌もない為生成する余剰汚泥の
沈降性は良好で清澄な処理水を容易に得ることができる
。しかし工水発明の構成を採用することによって、従来
技術における問題点を一挙に解決し得るばかりでなく１
反応槽内におけるより高濃度の微生物保持が可能となり
１反応槽の単純化、コンパクト化を容易に達成すること
ができる。

［実施例］ まず本発明者は下記に示す手順に従って固定化微生物を
製造した。

内容積量ｌＯ１の攪拌機付き回分培養槽中に、■開き０
．０８２　ａｓの篩通過の軽量骨材を、見かけ容ＪＡ１
１投入し、下水処理場の２次処理水を加えて７見とした
。柊に、ペプトン・肉エキスを有機物源とする。ＢＯＤ
８２０■ｇ／ｌ、ケルダール性窒素１３０　ｍｇｌ見、
全燐２５膳ｇ／文の合成下水３１を前記回分培養槽中に
１０分間で注入した後、曝気５分及び曝気停止１：５分
の間欠曝気を６回繰り返した。更に静置４５分の後、５
分間で上澄水３１を排出し、再び合成下水３交を１０分
間で注入し。

間欠曝気→静置→上澄水排出のサイクルを第４図（タイ
ミングチャート）に示すような操作手順で自動的に行な
った。尚水温は２５℃にｒＡＴ１シ、回分培養は５０日
間行なった。

この様にして得られる生物膜粒子を遠心分離機にて分離
−濃縮し、容積で２．５倍量の１７％ポリビニルアルコ
ール溶液と混合して混合物とした。

用いたポリビニルアルコールは重合度１７００．ケン価
度１１９．８５％以上のものである。上記混合物を内径
３履１のテフロン管に押し出し、該押出し物を一２０℃
の冷凍庫に２４時間入れた後室温で解凍、再び一２０℃
の冷凍庫に１２時間入れるという反復操作を５回行なっ
た。その後５℃の冷蔵庫中に２４時間保存した後、直径
３鵬組長さ３■■の固定化微生物のペレットを作成した
。

次に本発明者は得られた固定化微生物の窒素除去能力に
関する実験を行なった。該実験に用いられた処理袋ｆａ
ｔの概略図を第１図に示す。

処理袋２１ｔの反応槽２は内径５ｃ■、高さ２５ｃ１の
アクリル樹脂製のものを用いた０反応槽２の槽下部には
多孔板３が配設され、該多孔板３の下方には散気管４が
配設されている０反応槽２内には多孔板３の上方で、固
定化微生物を充填した固定化微生物層５が形成されてい
る０合成下水Ｗ！は導入管６を介して反応槽２の槽下部
に供給され。

多孔板３を通って上向流を形成しつつ固定化微生物層５
内を上昇通過する。この際、酸素含有ガスＧはガス導入
管７．及び前記散気管４を介して反応槽２の下部に間欠
的に送入される。酸素含有ガスＧとしては８５％酸素含
有のものを用い、間欠送入はガス導入管７に介設された
電磁弁ｌｏのタイマーＴによる開閉制御により行なった
。

反応槽２に供給された合成下水Ｗ１は固定化微生物層５
内を上昇通過しつつ有機物や窒素等が除去され、処理水
Ｗ２となって反応槽２上部の越流堰８及び排出管９を介
して排出される０反応槽２内の処理温度は、反応槽２を
恒温水槽中に浸漬することによって２５℃に調節される
。

合成下水Ｗｌは、固定化微生物を生成したときに使用し
たものと同じである。固定化微生物層５における固定化
微生物の充＃Ａ量は見かけ容量で５００１、合成下水Ｗ
！の注入水量は２６０ｍ１／ｈｒ、ＢＯＤ負荷はｌ　Ｏ
Ｋｇ＊　Ｂ　ＯＤ／ｍ３　＊　ｄａｙであった。曝気条
件は、曝気時間５分及び曝気停止時間５分の間欠曝気で
ある。尚酸素含宥ガスＧは、曝気開始５分後に１反応槽
ｚ内の溶存酸素濃度４〜５ｓｇ／ｉとなる様に流量調節
した。

この様にして得られた処理水Ｗ２を濾紙で濾過した後分
析した。平均分析値は、ＢＯＤ　：　４ｍｇ／文、　Ｎ
Ｈａ　−Ｎ　：　０．３履ｇ／ｌ　Ｔ−Ｎ　：　１．？
■ｇ／見であった。又余剰汚泥生成量は、除去ＢＯＤに
対し、平均１２％であった。

上記実験は連続３力月行なわれたが、その間固定化微生
物は極めて強固であり、充填容ａ５００１中のＭＬｖＳ
Ｓは約１５０００　ｍｇ／　ｌ　ニ保持され、順調に有
機物や窒素の除去が行なわれた。

［発明の効果］ 以上述べた様に本発明によれば１本発明に係る固定化微
生物を有機性汚水処理の様な生物学的処理に適用するこ
とによって、従来技術で述べた種種の問題点を一挙に解
決できるばかりでなく装置の一層の単純化、コンパクト
化が図れるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は処理装置ｌの概略図、第２図はＭＬＶＳＳｍた
りの脱窒速度と水温との関係を示すグラフ、第３図はＭ
ＬｖＳＳ当たりの硝化速度と水温との関係を示すグラフ
、第４図は回分培養によって生物膜粒子を生成する際の
操業条件を示すタイミングチャートである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 微細粒子の表面に生物膜を生育せしめ、次いで包括法を
   適用して上記粒子を固定化し、その後固定化した粒子を
   反応槽内に充填して操業することを特徴とする有機性汚
   水の生物学的処理方法。