JP2003260481A - 担体充填物及びそれを用いた水処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】担体流出防止器具を必要とせずに使用でき、且
つ馴養期間が短いと共に被処理水との接触効率も良く安
定した処理性能を得ることができる。 【解決手段】担体充填物１０は、微生物又は活性汚泥を
ゲル内に包括固定化した多数の包括固定化担体１４と、
多数の付着固定化担体１６と、を網状容器１２内に混在
させて充填することにより形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、担体充填物及びそ
れを用いた水処理方法に係り、特に処理槽内や河川、湖
沼等の開放水域に係わらず包括固定化担体或いは包括固
定化担体と付着固定化担体の混合担体を固定配置して性
能を発揮させるための技術に関する。

【０００２】

【従来技術】廃水や下水を微生物で処理する生物学的処
理は、 比較的低コストであることから広く採用されてい
る。 しかし、 微生物の種類によっては、 増殖速度が遅い
ものや、 被毒し易いもの、 又はその環境中において増殖
し難いものがあり、 必ずしも効率的な方法とはいえない
場合がある。そこで、 微生物が繁殖しやすい環境を積極
的に形成するために、付着固定化型の担体や包括固定型
の担体がすでに実用化されている。

【０００３】付着固定型の担体は、プラスチック等で形
成された板状、パイプ状、ハニカム状等の担体を被処理
水中に固定してその表面に活性汚泥や微生物を付着させ
る。これにより、浮遊型の活性汚泥処理では保持しきれ
ない量の微生物を担体表面に保持でき、高度な水処理が
可能となる。

【０００４】一方、包括固定型の担体は、活性汚泥や微
生物をゲルの内部に予め包括固定して被処理水と接触さ
せるもので、ゲル材料としては、 ポリエチレングリコー
ル系のポリマ、 ポリビニルアルコール系の樹脂等があ
る。ゲル材料に包括固定化する微生物としては、下水処
理場の活性汚泥や純粋培養した微生物を微生物供給源と
して主にアンモニア性窒素を酸化する硝化菌が用いられ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、付着固定型
の担体の場合には、担体材料がプラスチック等で強度的
に強く大きな担体として形成できることから、処理槽内
や処理水域に固定でき担体流出防止器具を必要としない
長所がある反面、活性汚泥や微生物が担体表面に付着す
るまでの馴養期間が長く、その間は十分な処理性能が得
られないという短所がある。また、担体表面に付着する
微生物や活性汚泥の付着量が一定以上になると担体表面
から微生物や活性汚泥が剥離してしまうので、剥離から
再付着までの間も処理性能が低下するという短所もあ
る。

【０００６】一方、包括固定型の担体は、ゲル内に予め
活性汚泥や微生物を包括するので、馴養期間が短いと共
に活性汚泥等が剥離することもないので安定した処理性
能を維持できる長所がある反面、担体材料がゲルであり
強度的に弱く大きな担体にすることが困難であるため、
通常、担体径が３〜４ｍｍの小粒に形成される。この
為、処理槽からの流出水と一緒に流出しないように、処
理槽出口にスクリーン等の担体流出防止器具を備えなく
てはならず、そのための設備コストが高価になるという
短所がある。また、担体流出防止器具の設置が困難な河
川や湖沼等の処理水域では使用できないという短所もあ
る。

【０００７】このような背景から、担体流出防止器具を
必要とせずに使用でき、且つ馴養期間が短いと共に被処
理水との接触効率も良く安定した処理性能を得ることの
できる、いわゆる付着固定型と包括固定型の両方の長所
を兼ね備えたものが要望されていた。

【０００８】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、担体流出防止器具を必要とせずに使用でき、且
つ馴養期間が短いと共に被処理水との接触効率も良く安
定した処理性能を得ることのできる担体充填物及びそれ
を用いた水処理方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１は前記
目的を達成するために、微生物又は活性汚泥をゲル内に
包括固定化した多数の包括固定化担体を、網状容器内に
充填して成ることを特徴とする。

【００１０】本発明の請求項１によれば、担体材料がゲ
ルであり強度的に弱く大きな担体にすることが困難な包
括固定化担体を網状容器内に充填して包括固定化担体の
担体充填物を形成した。これにより、担体充填物は網状
容器により強い強度が得られ、しかも網状容器の大きさ
や形状を変えるだけで、任意の大きさや任意の形状の包
括固定化担体を見かけ上形成することが可能となる。ま
た、担体充填物の充填物は包括固定化担体なので、馴養
期間も短くできる。更に、この担体充填物をそのまま処
理槽内に配置すれば、スクリーン等の担体流出防止器具
を備える必要がないと共に、担体流出防止器具の設置が
困難な河川や湖沼等の処理水域でも使用できる。更に
は、処理水域の広い河川や湖沼等に適した大きさや形状
の担体充填物を形成することも可能になる。

【００１１】尚、包括固定化担体に包括固定化する活性
汚泥は、下水処理場の活性汚泥に限らず、湖沼、河川や
海の汚泥、土壌などの各種の微生物を含む複合微生物含
有物も含む。また、微生物とは分離された純粋な微生物
をいう。

【００１２】本発明の担体充填物の好ましい態様として
は、ゲル材料で形成された包括固定化担体と一緒に、空
隙を有する構造又は形状の付着固定化担体を混在させて
網状容器に充填する。このように、空隙を有する構造又
は形状の付着固定化担体を混在させることにより包括固
定化担体のゲル同士が圧密化して固着することを防止で
きると共に、包括固定化担体同士の間に空隙が形成され
るので、個々の包括固定化担体と被処理水との接触効率
を良好な状態に維持することができる。更には、付着固
定化担体自体にも被処理水中に存在する微生物が付着す
るので、包括固定型と付着固定型の両方の長所を兼ね備
えた担体充填物を得ることができる。

【００１３】本発明の担体充填物の好ましい態様として
は、網状容器は、長尺状であって直径が１００ｃｍ以下
であることが好ましい。これは、担体充填物が棒状ある
いは紐状のように長尺状である方が担体充填物の処理性
能が良くなるとの実験的な知見に基づいたもので、担体
充填物の直径が１００ｃｍを超えると好気性処理又は嫌
気性処理にかかわらず十分な処理性能が得られない。

【００１４】本発明の請求項４は前記目的を達成するた
めに、請求項１〜３の何れか１に記載の担体充填物を、
処理槽内又は処理水域に固定して被処理水と接触させる
ことにより前記被処理水を生物学的に処理することを特
徴とする。

【００１５】本発明によれば、担体充填物を処理槽内又
は処理水域に固定して被処理水と接触させることにより
被処理水を生物学的に処理するようにしたので、処理槽
にスクリーン等の担体流出防止器具を必要としない処理
装置を構成することが可能となり、さらには河川、湖沼
等の開放水域でも使用することが可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って、本発明に
係る担体充填物及びそれを用いた水処理方法の好ましい
実施の形態について詳説する。

【００１７】図１は、本発明の担体充填物１０の全体図
で、包括固定化担体と空隙を有する構造又は形状の付着
固定化担体とを混在させた場合であり、網状容器１２の
一部を切り欠いて示したものである。

【００１８】図１に示すように、担体充填物１０は、微
生物又は活性汚泥をゲル内に包括固定化した多数の包括
固定化担体１４と、網状筒型の多数の付着固定化担体１
６と、を網状容器１２内に混在させて満杯に充填するこ
とにより形成される。包括固定化担体１４と付着固定化
担体１６との網状容器１２内への充填比率は、包括固定
化担体１４が全体に対して４０％から７０％程度の充填
比率になるようにすることが好ましい。

【００１９】包括固定化担体１４の大きさは、１０ミク
ロンから５０ｃｍ程度まで幅広く使用できるが、通常、
３〜４ｍｍ径程度の球状、角形、円柱状等の形状のもの
を使用するのが好適である。この場合、包括固定化担体
１４の表面を、波板状あるいはハニカム状等のように凸
凹をつけると、被処理水との接触効率が良くなると共
に、包括固定化担体１４のゲル同士が固着しにくくな
る。このような包括固定化担体１４の表面を形成するに
は、包括固定化担体１４を製造する際に、波板状あるい
はハニカム状等の凸凹を有する型枠（図示せず）を使用
して、活性汚泥や微生物の存在下でゲルを重合するとよ
い。

【００２０】包括固定化担体１４のゲル材料としては、
ポリエチレングリコール系のプレポリマとしてはモノメ
タクリレート類、モノアクリレート類、ジメタクリレー
ト類、ジアクリレート類、トリメタクリレート類、トリ
アクリレート類、テトラアクリレート類などを使用する
ことができる。また、ウレタンアクリレート類、エポキ
シアクリレート類、その他、ポリビニルアルコール、ア
クリルアミド、光硬化性ポリビニルアルコール、光硬化
性ポリエチレングリコール、光硬化性ポリエチレングリ
コールポリプロピレングリコールプレポリマ等を使用す
ることができる。

【００２１】付着固定化担体１６は、網状筒型、ストロ
ー型、凸凹型のように空隙率の大きな構造又は形状のも
のが好ましく、図２は網状筒型の付着固定化担体を示し
たものである。図２に示すように、上下面が開放される
と共に周面が編み目構造の筒体として形成され、編み目
構造を形成する縦線２０と横線２２との間には開口２４
が形成される。付着固定化担体１６の筒形状としては円
筒でも四角筒でもよい。付着固定化担体１６は網状容器
１２内で包括固定化担体１４同士の間に介在して包括固
定化担体１４のゲル同士が固着するのを防止する役目が
あるので、包括固定化担体１４よりも極端に小さいと効
果がなくなる。従って、付着固定化担体１６の大きさと
しては、包括固定化担体１４と同程度かそれよりも大き
い方が好ましく、例えば包括固定化担体１４が３〜４ｍ
ｍ径程度の球状、角形、円柱状等の大きさの場合、付着
固定化担体１６は外径Ｄが１０ｍｍ程度、長さＬが１５
ｍｍ程度がよい。付着固定化担体１６の材質としては、
金属、ガラス、セラミックス等も使用可能であるが、筒
型状態で弾力性があるものが好ましく、例えばプラスチ
ックが好適である。

【００２２】網状容器１２は、図１のように、上下面と
周面が全て編み目構造に形成された筒体の容器として形
成され、直径が１００ｃｍ以下であることが好ましい。
これは、担体充填物１０が棒状あるいは紐状のように長
尺状である方が包括固定化担体１４の処理性能が良くな
るとの実験的な知見に基づいたものでる。

【００２３】図３は、網状容器１２の直径と廃水中の有
機炭素除去率との関係を示したものであり、網状容器１
２に包括固定化担体１４のみを充填したときの試験デー
タである。尚、網状容器１２の直径は担体充填物１０の
直径と略同じであり、担体充填物１０の直径と廃水中の
有機炭素除去率との関係と置き換えてもよい。

【００２４】網状容器１２の長さとしては、長い方が包
括固定化担体１４をたくさん充填できるので好ましい
が、あまり長すぎても取り扱いに困るので、担体充填物
１０の直径の４〜１０００倍が好ましく、より好ましく
は４〜６０倍である。

【００２５】実験に使用した担体充填物１０は、活性汚
泥の存在下でポリエチレングリコール系のプレポリマを
重合し、３〜４ｍｍ角形状に切断した包括固定化担体１
４を、網状容器１２に充填して作成した。包括固定化担
体１４の組成は表１に示した通りである。

【００２６】

【表１】

【００２７】直径の異なる担体充填物１０のサンプルと
しては、網状容器１２の直径を１ｃｍから１２０ｃｍま
での１３サンプルを作成した。担体充填物１０の長さは
全て同じにすると共に、処理槽内のＴＯＣ含有廃水の単
位水量に対する担体充填物１０の割合が同じになるよう
に、担体充填物１０の本数を変えた。即ち直径の細い担
体充填物１０の本数は多く、直径の太い担体充填物１０
の本数は少なくなる。このときの処理槽に対する包括固
定化担体１４の充填率は１０％であった。そして、好気
性条件下と嫌気性条件下のそれぞれにおいて有機炭素濃
度（ＴＯＣ）１００ｍｇ／Ｌの廃水を処理し、そのとき
の網状容器１２の直径と有機炭素除去率（ＴＯＣ除去
率）との関係を調べた。

【００２８】この結果、図３から分かるように、好気性
条件下では、網状容器１２の直径が１ｃｍのときのＴＯ
Ｃ除去率がほぼ１００％であり、網状容器１２の直径が
３０ｃｍ程度までＴＯＣ除去率が９５〜１００％の間を
維持する。そして、網状容器１２の直径が３０ｃｍを超
えるとＴＯＣ除去率が急激に低下し、直径が５０ｃｍ程
度でＴＯＣ除去率が５０％程度、直径が７０ｃｍ程度で
ＴＯＣ除去率が３５％程度、直径が１００ｃｍ程度でＴ
ＯＣ除去率が２０％程度、直径が１２０ｃｍでＴＯＣ除
去率が略０％まで低下した。これにより、実際の水処理
においてＴＯＣ除去率は少なくとも２０％以上必要であ
ることから、好気性条件下で使用する網状容器１２の好
ましい直径、換言すると担体充填物１０の好ましい直径
は、１００ｃｍ以下であり、より好ましくは７０ｃｍ以
下であり、最も好ましくはＴＯＣ除去率が９５〜１００
％の間を維持する３０ｃｍ以下である。

【００２９】一方、嫌気性条件下での網状容器１２の直
径とＴＯＣ除去率を見た場合、網状容器１２の直径が１
ｃｍのときのＴＯＣ除去率がほぼ２０％であり、直径３
０ｃｍ程度までＴＯＣ除去率が上昇し、直径３０ｃｍ程
度でのＴＯＣ除去率は７０％程度となる。直径３０ｃｍ
を超えて６０ｃｍ程度まで高いＴＯＣ除去率が維持さ
れ、直径が６０ｃｍを超えるとＴＯＣ除去率が次第に低
下する。直径が７０ｃｍ程度でＴＯＣ除去率が５０％程
度、直径が９０ｃｍ程度でＴＯＣ除去率が３０％程度、
直径が１００ｃｍ程度でＴＯＣ除去率が２５％程度、直
径が１１０ｃｍ程度でＴＯＣ除去率が５％程度となる。
これにより、実際の水処理においてＴＯＣ除去率は少な
くとも２０％以上必要であることから、嫌気性条件下で
使用する網状容器１２の好ましい直径、換言すると担体
充填物１０の好ましい直径は、１００ｃｍ以下であり、
より好ましくは７０ｃｍ以下であり、最も好ましくはＴ
ＯＣ除去率が７０％程度を維持する３０ｃｍ〜６０ｃｍ
の範囲である。

【００３０】図３の実験装置で、包括固定化担体１４に
対して、図２の付着固定化担体１６を１０％の混在率に
なるように混在させると、ＴＯＣ除去率が包括固定化担
体１４のみの充填よりも１０〜１５％向上し、付着固定
化担体１６を１５％混在させると、ＴＯＣ除去率が包括
固定化担体１４のみの充填よりも１５〜２０％向上し
た。しかし、付着固定化担体１６を１５％以上混在させ
てもＴＯＣ除去率はそれ以上に良くならなかった。この
ことから、付着固定化担体１６の混在率はの上限は、包
括固定化担体１４に対して１５％であることが経済的に
も良い。

【００３１】図４〜図６は、本発明の水処理方法を適用
する水処理装置の模式図である。

【００３２】図４の水処理装置３０は、流入配管３２に
より廃水が流入する処理槽３４と、処理槽３４から流出
水と共に流出する活性汚泥等の固形物を固液分離する固
液分離槽３６（又は沈殿池）とで構成され、複数の担体
充填物１０が処理槽３４内に図示しないアンカーボルト
等の固定手段により固定配置される。水処理装置３０に
使用される担体充填物１０の大きさは、処理槽３４の大
きさとの兼ね合いもあるが、直径が１０ｃｍ，長さが５
００ｃｍ程度ものが好ましい。処理槽３４内で担体充填
物１０の下方には、エアを散気する散気板３８が設けら
れ、エア配管４０を介してブロア４２に接続される。こ
れにより、処理槽３４内に好気性条件が形成された状態
で廃水と担体充填物１０とが接触して廃水中のアンモニ
ア成分が硝化処理される。また、固液分離槽３６で沈殿
した活性汚泥は、返送汚泥配管４４を介して被処理水の
流入配管３２に戻されると共に、固液分離槽３６の上澄
み液は処理水として処理水配管４６から装置外に排出さ
れる。

【００３３】図５の水処理装置５０は、処理槽３４と固
液分離槽３６の両方に、担体充填物１０を固定配置した
もので、その他の構成は図４の水処理装置と同様であ
る。これにより、処理層３４内に好気性条件が形成され
た状態で廃水と担体充填物１０とが接触して廃水中のア
ンモニア成分が硝化処理されると共に、固液分離槽３６
では嫌気性条件で処理槽３４からの流出水と担体充填物
１０とが接触して流出水中の亜硝酸態窒素や硝酸態窒素
が窒素ガスに脱窒処理される。

【００３４】図６の水処理装置６０は、複数の担体充填
物１０の下端を支持台６２に固定して構成され、比較的
水深の浅い河川や湖沼等の開放水域、或いは原水ピッ
ト、廃水流路、処理水流路等の水中に水没配置すること
により水処理を行う。

【００３５】

【実施例】（実施例１）本発明１は、処理槽にのみ担体
充填物を固定配置した図４の水処理装置の構成を備えた
試験装置を用いた場合である。

【００３６】千葉県のＡ下水処理場から採取した活性汚
泥を表１と同じ条件で形成した３ｍｍ角形状の包括固定
化担体と、外径Ｄが１０ｍｍ、長さＬが１０ｍｍの網状
筒型の付着固定化担体とを、直径３０ｍｍ，長さ３００
ｍｍの網状容器（大日本プラスチック製のネトロンパイ
プ）に混在充填して、担体充填物を作成した。この１０
本の担体充填物を、容積が１０Ｌの処理槽内に固定配置
し、処理槽に食品工場廃水を流入させて連続運転を行い
ながら、処理槽から流出する硝化処理水の硝化率及び固
液分離槽から処理水配管に流出する処理水の脱窒率を調
べた。処理槽での滞留時間は６時間になるようにした。

【００３７】本発明２は、処理槽と固液分離槽の両方に
それぞれ１０本の担体充填物を固定配置した図５の水処
理装置の構成の試験装置を用いた場合であり、担体充填
物の作成や使用廃水等は全て本発明１と同様である。

【００３８】従来例１は、担体充填物を使用せずに、処
理槽内に浮遊する活性汚泥のみで処理をした場合であ
り、担体充填物を使用しない以外は本発明１と同様であ
る。

【００３９】従来例２は、包括固定化担体を充填せずに
付着固定化担体のみを充填した１０本の網状容器（ネト
ロンパイプ）を、活性汚泥が浮遊する処理槽に固定配置
して付着固定化型の担体として用いた場合であり、担体
充填物を使用しない以外は本発明１と同様である。

【００４０】試験結果を表２に示す。

【００４１】

【表２】

【００４２】表２から、本発明の本発明１及び２は、運
転開始２週間で硝化率が９９％まで上昇し、その後１年
間以上安定した処理を行うことができた。これに対し浮
遊型の従来例１は運転期間中硝化率が７０％と低く、ネ
トロンパイプ型の従来例２は、ネトロンパイプへの微生
物の付着が悪く、２カ月後にようやく硝化率が７５％で
安定した。その後の運転でもネトロンパイプから微生物
の剥離が毎月発生し、その都度硝化率が浮遊型と同じ７
０％まで低下した。

【００４３】また、本発明２は、固液分離槽に担体充填
物を固定配置したので、固液分離槽に担体充填物を有し
ない本発明１の３倍以上脱窒率が向上した。 （実施例２）本発明３は、実施例１の本発明１で説明し
たと同じ方法で担体充填物を作成した。但し、包括固定
化担体の形を本発明１では３ｍｍ角としたが、実施例２
では３ｍｍ球とした。この担体充填物を２０本作成して
１０Ｌの処理槽に振動しないように固定配置した。そし
て、処理槽では、散気板からエアを散気せずに処理槽内
を嫌気性状態にして、ＴＯＣ濃度が１１００〜１３００
ｍｇ／Ｌの化学工場廃水の嫌気処理を行った。

【００４４】従来例３は、包括固定化担体を充填せずに
付着固定化担体のみを充填した１０本の網状容器（ネト
ロンパイプ）を２０本、活性汚泥が浮遊する処理槽に固
定配置して網状容器を付着固定化型の担体として用いた
場合であり、使用廃水等の他の条件は本発明３と同様で
ある。

【００４５】表３は、滞留日数３日で処理した試験結果
である。

【００４６】

【表３】

【００４７】表３から分かるように、本発明３は、処理
水のＴＯＣ濃度を４５０〜６００（ｍｇ／Ｌ）まで低下
させた状態で安定処理することができたのに対し、従来
例３では処理水のＴＯＣ濃度が８４０〜１１００（ｍｇ
／Ｌ）と高く、処理水の水質の振れも大きかった。 （実施例３）本発明４は、実施例１の本発明１で説明し
たと同じ方法で担体充填物を作成した。但し、直径３０
ｍｍ，長さ１００ｍｍの網状容器（大日本プラスチック
製のネトロンパイプ）に混在充填して担体充填物を作成
し、この１０本の担体充填物を、図６に示すように支持
台に固定して水処理装置を作成した。そして、この水処
理装置を、アンモニア廃水が流入する原水ピット、廃水
流路、処理水流路にそれぞれ固定配置して、その処理効
果について調べた。

【００４８】試験結果を表４に示す。

【００４９】

【表４】

【００５０】表４から分かるように、原水ピット、廃水
流路、処理水流路のように、アンモニア性窒素の濃度が
異なる場合にも、流入水のアンモニア窒素濃度に対して
流出水のアンモニア窒素濃度を約半分まで低下でき、本
発明の担体充填物を使用した水処理装置は、効果的な硝
化処理を行うことができた。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る担体
充填物及びそれを用いた水処理方法によれば、担体流出
防止器具を必要とせずに使用でき、且つ馴養期間が短い
と共に被処理水との接触効率も良く安定した処理性能を
得ることのできる担体充填物及びそれを用いた水処理方
法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の担体充填物の説明図

【図２】付着固定化担体の説明図

【図３】担体充填物の直径とＴＯＣ除去率との関係を示
した関係図

【図４】本発明の水処理方法を適用する水処理装置の模
式図

【図５】本発明の水処理方法を適用する水処理装置の別
の態様を示した模式図

【図６】本発明の水処理方法を適用する水処理装置の他
の態様を示した模式図

【符号の説明】

１０…担体充填物、１２…網状容器、１４…包括固定化
担体、１６…付着固定化担体、３０、５０、６０…水処
理装置、３２…流入配管、３４…処理槽、３６…固液分
離槽、３８…散気板、４２…ブロア、４４…返送汚泥配
管、４６…処理水配管、６２…支持台

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】微生物又は活性汚泥をゲル内に包括固定化
   した多数の包括固定化担体を、網状容器内に充填して成
   ることを特徴とする担体充填物。
2. 【請求項２】前記網状容器内には、空隙を有する構造又
   は形状の付着固定化担体が混在して充填されていること
   を特徴とする請求項１の担体充填物。
3. 【請求項３】前記網状容器は、長尺状であって直径が１
   ００ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２の
   担体充填物。
4. 【請求項４】請求項１〜３の何れか１に記載の担体充填
   物を、処理槽内又は処理水域に固定して被処理水と接触
   させることにより前記被処理水を生物学的に処理するこ
   とを特徴とする水処理方法。