JP2004344886A

JP2004344886A - 高胞子種汚泥の製造方法及び高胞子種汚泥を用いた排水処理方法

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Publication number: JP2004344886A
Application number: JP2004207653A
Authority: JP
Inventors: Koki Murakami; 弘毅村上; Mitsuru Aoki; 満青木; Tsutomu Nishimura; 勤西村
Original assignee: Koa Corp
Current assignee: Koa Corp
Priority date: 2004-07-14
Filing date: 2004-07-14
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2015-12-30
Also published as: JP3966417B2

Abstract

【課題】ＢＯＤ成分を含む排水の処理を高効率で行うために必要な、有用細菌（芽胞（胞子）を形成する好気性ないし通性嫌気性のグラム陽性桿菌）の胞子を大量に含む高胞子種汚泥を容易確実に製造する方法、及び高濃度のＢＯＤ排水を殆ど或いは全く希釈せずに処理する生物処理方法を提供する。
【解決手段】有用細菌１０⁶個／ｍｌ以上である原料に、シリカ成分とマグネシウム成分を加え、ＯＲＰがマイナスにならない程度に曝気を継続することにより、原料中に含有する有用細菌の高濃度化と胞子化を進行させ、これを取り出して脱水して高胞子種汚泥を得る。この汚泥をシリカ成分及びマグネシウム成分とともに生物処理槽に添加して、生物処理を行わせる。

Description

本発明は、ＢＯＤ成分を含む排水の処理を高効率で行うのに必要な、バチルス属に属する有用細菌の胞子を大量に含む高胞子種汚泥の製造方法、及び該高胞子種汚泥を用いて排水を処理する方法に関するものである。

排水は、現在生物処理によりそのＢＯＤ成分を低減して清浄化することが一般に行われている。ただそれには限界があり、高濃度のＢＯＤを含む排水（汚水）をそのまま処理することは困難で、生屎尿などは通常１０〜２０倍程度に希釈したり、長時間にわたる処理などが行われているが、悪臭の発散と処理の不安定と言う問題を抱えている。

特許文献１に記載された排水の生物処理方法は、シリカを含有する水中において、バクテリアを養生すると、活性度に優れる有効なバクテリアが優先種を占めるようになることを知見としている。有効なバクテリアとして、バチルス属を用い、時問の経過とともに、バチルス桿菌が糸状体を形成し、更に、糸状体が消滅してバチルス桿菌化し、更に、養生処理の進行によりバチルスは胞子化している。バチルス桿菌が栄養を消化して増殖し、糸状体を形成し、栄養の減少とともに、バチルスは桿菌となり、更に胞子化されることも特許文献１に記載されている。このような知見のもとで、顕微鏡などによる画像観察による運転管理手法を確立しているが、フィラメント化を防止することによる効率的な高胞子種汚泥の作成方法については考慮されていない。

一方本発明者は、排水に栄養分と溶解シリカやマグネシウム等の微量の溶解ミネラルを添加混合することにより、有用細菌の活性化と増殖の促進に併せて排水中の生物栄養が分解され、貧栄養状態の出現とともに有用細菌の内胞子形成とそれに続く細胞解体と胞子化が促進されることを確認した。
特開平７−１３６６７６号公報

これらの知見を踏まえて、本発明者は以下に詳述する実験を含めて鋭意研究を重ね、有用細菌の胞子を高濃度で含有する汚泥の製造方法、及びこれを使用する安価で安定した処理を可能とする極めて有効な排水処理方法を開発した。

ところで、従来糸状菌と言われている微生物は、曝気槽や沈澱槽において糸状体やロープを形成して浮上するため生物処理においては極めて厄介視されており、糸状菌が繁殖することはその処理系統が壊滅的な打撃を受けたことを意味するほどであるが、これらの糸状菌の殆どはバチルス属に属する細菌である。かかる現象は、酸素不足や低菌体濃度など処理条件の悪化にもよるが、処理に関与しているバチルス属（芽胞（胞子）を形成する好気性ないし通性嫌気性のグラム陽性桿菌）の系統には、液体中でフィラメント状に増殖するライフサイクルを持つものが多数存在することにより生起される。即ち、これらは栄養源のある限り継続してフィラメント成長するが、菌体濃度が低いためにライフサイクルが極めて長く、糸状体やロープの状態で長時間生存したり、その後の酸素不足等により死骸化することによる。

本発明は、有用細菌の世代時間を溶解シリカやＭｇイオンを添加することによって極度に短縮させて高濃度化することにより糸状体成長を防止して、溶解シリカの供給により細胞内胞子の形成と細胞の解体・胞子化を促進し、フィラメント化させないままで分解増殖を終わらせるものである。尚、胞子化した有用細菌は、悪条件下でも死滅しない。そして、胞子の出芽、増殖、胞子化と言う、有用細菌の増殖サイクルが続き、貧栄養状態に至って高濃度胞子が含まれた汚泥が得られる結果となる。また、有用細菌は栄養分を極めて貪欲に消化するなど極めて活性度に優れ、増殖胞子化による優先化が行われる。本発明は、従来見過ごされていた有用細菌の特性を有効に利用するものである。

また、本発明は、有用細菌（バチルス属）がフィラメント状に増殖することを防止することにより、有用細菌の世代時問を短縮することを目的としている。これにより胞子の出芽、増殖、胞子化という、有用細菌の増殖サイクルがつづき、高胞子種汚泥を効率的に製造することができる方法を提供する。

本発明は、高胞子種汚泥の製造方法において、有用細菌１０⁶個／ｍｌ以上である原料を用い、この原料に対してシリカ成分とマグネシウム成分を加え、ＯＲＰがマイナスにならない程度に曝気を継続することにより、原料中に含有する有用細菌の高濃度化と胞子化を進行させ、有用細菌の高濃度化と胞子化を進行させた原料を取り出して脱水することを特徴とするものである。

本発明の種汚泥の製造方法は、有用細菌（芽胞（胞子）を形成する好気性ないし通性嫌気性のグラム陽性桿菌）を含む汚泥又は有用細菌を添加した汚泥中に、シリカ成分とマグネシウム成分の適量を加え、曝気を継続して有用細菌の高濃度化と胞子化を進行させ、次いで取り出した汚泥を脱水することにより、極めて高濃度に有用細菌の胞子を汚泥中に含有させるものである。従って、以下に述べるような種々な効果を奏するものである。
イ．使用する資材は、ｐｐｍ単位の可溶性シリカ及びＭｇ成分のみであり、また単に添加して曝気するだけでよいから、手間及びコストは殆どかからない。
ロ．本発明の有用細菌は、量を問わなければ汚泥中には必ず存在する。有用細菌の濃度が低い場合、本発明方法を繰り返せば、次第に濃度が高くなる。
ハ．引き抜いた汚泥を処理することもできできるが、排水の生物処理工程でも行なえるので余分な場所や手間を取らない。
ニ．乾燥したり、発酵させることにより含水率を減らすと、保管や運搬に便利である。特に、後者では悪臭成分も完全に分解され、取扱に便利である。また、発酵に際して動植物油を混入すると、発熱温度が高くなってより効果的である。

また、本発明にかかわる排水処理方法は、上記方法により得られた高胞子種汚泥を、溶解シリカ及びマグネシウム成分とともに排水に添加して曝気するものである。これには、以下のような効果がある。
イ．栄養分解に関わる有用細菌濃度を常に高濃度に保持できるため、負荷変動、流入量の変動に対しても常に安定した処理が行われる。
ロ．上のようにして得られた有用細菌の高濃度胞子汚泥には、澱粉・糖質分解に関わる菌種、蛋白質・油質等の分解に関わる菌種を、それぞれ複数種（現在単離調査済みのもの３２種）を含有するため、広範囲の排水処理に有効である。
ハ．乾燥或いは発酵した種汚泥しかも高濃度胞子種汚泥を使用するため、種汚泥の保存や運搬が極めて容易である。
ニ．上の種汚泥を既設の排水処理（生物処理槽）に用いることにより、何処でも容易に有用細菌による処理が可能となる。
ホ．汚泥の沈降性が極めて高く、高ＭＬＳＳ、高濃度有用細菌による処理が可能であり、栄養分解時間を短縮したり、高濃度栄養水の処理を行うことが容易となる。
ヘ．有用細菌により処理するため、生物処理槽より発生する悪臭をなくすことも容易となる。

本発明は、１０⁶個／ｍｌ以上の有用細菌濃度の汚泥を高胞子種汚泥の原料としている点にある。これにシリカ成分、マクネシウム成分を添加することにより、フィラメント化を防止し、胞子の出芽、増殖胞子化という、有用細菌の増殖サィクルを継続させることができ、最も効率的に高胞子種汚泥を作成することができる。

有用細菌濃度が１０⁶個／ｍｌより低い原料では、有用細菌の高濃度化に時間がかかる上、高濃度化の過程でフィラメント化する等の問題が生じ、安定した高胞子種汚泥の作成が困難となる。また、ＯＲＰ（酸化還元電位）がマイナスにならない程度に曝気を管理することにより、細菌が必要としている酸素を過不足なく供給することができ、細菌にとっての最適な環境を整え、高胞子化汚泥の効率的な製造が可能となる。

本発明において有用細菌とは、芽胞（胞子）を形成する好気性ないし通性嫌気性のグラム陽性桿菌即ちバチルス属細菌のことを意味するが、特に、澱粉や蛋白質、脂肪の分解能力に優れた菌株であることが望ましい。これらの菌株は、屎尿処理場や下水処理場、更には各種の汚泥やヘドロ中にも存在するが、通常は濃度が低く十分な能力を発揮していない。

本発明における高胞子種汚泥の原料となる汚泥は、屎尿処理場や下水処理場、更には各種の活性汚泥法による排水処理場などから得られる汚泥の他、腐蝕土、湖沼や海、河川、堀等の底質などを含む。但し、この汚泥中には、有用細菌を含んでいることが必要である。できうれば、１０⁶個／ｍｌ程度以上の菌体を含んでいることが望ましい。処理場水がシリカ成分やマグネシウム成分に富んでいて曝気が十分に行われている汚泥では、１０⁶個／ｍｌ程度以上の十分な濃度の菌体を含んでいる。もし、汚泥中の菌体数が０であるとか、僅か（１０¹〜１０³個／ｍｌ程度）しか含まれていない場合、培養した菌体（胞子）を添加するか、胞子を高濃度に含む汚泥を添加すればよい。或いは、本発明方法を繰り返し実施して有用細菌を１０⁶個／ｍｌ程度以上に増殖した種汚泥を用いるようにしてもよい。尚、高胞子種汚泥は上記したように汚泥そのものを処理してもよいが、生物処理施設（屎尿処理場等）で本発明方法を実施して高胞子種汚泥を得るようにしてもよい。尚、胞子化していない有用細菌を含む汚泥は有機物が残留しており、それが分解して悪臭を発生する。このような汚泥の場合は、発酵させ有機物を分解し、高胞子化すれば使用できる。

次に、本発明で言うシリカ成分とは、水中に安定的に溶解するモノマーシリカである。シリカ成分は、菌体細胞構成物質であるとともに胞子細胞構成物質であり、シリカ成分の欠如或いは不足は、好気性で芽胞を形成するバクテリアの死滅又は減少を意味する。このシリカ成分は、例えば人工的に作られた不安定型シリカを含有する鉱物（例えば、パーライト（黒曜石焼成品）、シリカ含有溶融ガラス状鉱物、低塩基度鉱滓、その他試薬類など）の粉粒状体や成型物、可溶性シリカが濃縮された土壌（例えば、腐蝕土、ピートモス、珪藻土等）の粉粒状体や成型物、不安定型や準安定型シリカが固定された岩石（例えば、安山岩、方形石（クリストバル石）、火山性軽石等）の粉粒状体や成型物を水中に投入し、溶出させることにより得られる。更に、人工的に溶解されたシリカ溶液、例えば鉱滓の酸溶解物や水ガラス等も好適に用いられる。本発明に必要なモノマーシリカの濃度は１〜１００ｐｐｍ程度である。１ｐｐｍ程度以下だと好気性で芽胞を形成するバクテリアの増殖効果が劣り、１００ｐｐｍを越えると自然重合を開始して効果を低減する。水中に含まれる金属イオンの種類や量又は塩類濃度によっては、１０ｐｐｍ或いは５ｐｐｍ程度でも重合を開始する場合がある。従って、より好ましくは１〜２０ｐｐｍ、特に１０〜１５ｐｐｍ程度が最も好適な範囲である。但し、シリカ重合を起こさない範囲（液性により異なる）であれば、シリカ濃度は高いほうがよい。

一方、上記した鉱物や溶液中には、他にマグネシウムやカルシウム、アルミニウム、鉄等のミネラルが含まれており、これが水中ではイオンとなって存在する。この中で、本発明において重要な働きをするのはＭｇイオンであり、このイオンの働きにより、上記した世代時間の短縮が実現される。従って、Ｍｇイオンが上記粉粒状体や成型物或いはシリカ溶液中に十分に含まれておればよいが、もし不足すればマグネシウム成分を含む素材、例えば、ドロマイトのような鉱物の粉粒状体や成型物、硫酸マグネシウムや珪酸マグネシウム等を、別途添加する必要がある。尚、生物活性平衡を越えて添加の必要なＭｇイオン濃度は、０．１〜５０ｐｐｍであり、これより少ないとバチルスの世代時間の短縮効果が少なく、多過ぎるとモノマーシリカの重合を促進する（シリカの重合−ゲル化は、粒子の大形化と凝集反応を出現させるため生物処理上好ましくない）。

本発明の高胞子種汚泥は、本発明方法を生物処理槽において実施し、そこから引き抜いた汚泥を脱水して得る。或いは、引き抜いた汚泥を更に本発明方法で養生して得た汚泥を脱水したものでもよい。尚、脱水物は７０〜９０％の水分を含んでいるので、輸送や貯蔵等に便利なように脱水物を水分４０％以下程度に乾燥しても良い。更に本発明の高胞子種汚泥は、これらの汚泥を脱水後に発酵させたり発酵後に乾燥したものも含む。発酵させるのは、以下のような理由による。即ち、単に脱水或いは乾燥した汚泥の場合でも、その中に原生動物の死骸を含有し、経時的に発酵して悪臭を放つことがある。有用細菌の胞子は１００℃で乾燥または煮沸しても生きており（１２１℃の恒温箱中でも耐える）、発芽条件が整えば再び増殖することが確認されている。尚、学術上は胞子の耐熱性は８０℃、１５分となっているが、本発明の場合死滅するものもあるが、１２１℃に耐えるものも多い。これは、菌体が変異したためと思われる。そこで、脱水汚泥の状態で発酵（６０〜７５℃）させると負荷（原生動物死骸）の分解と無臭化が行われる。これを高胞子種汚泥として利用するのが、最も理想的である。この場合は、主として有用細菌と一部酵母による原生動物負荷の分解が進行する。そして、発酵汚泥中に有用細菌の再度の濃縮が生起する。この現象は、汚水処理に当たってより好ましいものである。

発酵方法の一つとして、本発明の高胞子種汚泥（芽胞（胞子）を形成する好気性ないし通性嫌気性のグラム陽性桿菌の胞子を高濃度に含む汚泥）に、植物性素材と前記したシリカ成分を溶出する鉱物の粉末を加えて混合し、保温状態下で発酵させて高胞子種汚泥化することが挙げられる。植物性素材としては、モミガラ、バカス、裁断した稲藁など珪素含有植物体の粉粒状や粉砕品、裁断品が好ましく用いられる。シリカ成分は、常に芽有用細菌の必要ミネラルとして、また担体として共存させるのが良い。また、シリカ成分を加えないで高胞子種汚泥とモミガラ等を混合して発酵させてもよい。尚、高胞子種汚泥化に際して動植物油脂或いはその廃油を微生物のエネルギー源として加えると、発酵温度が７０℃以上にも達し、数日〜１０数日間程度で完全に分解して高胞子種汚泥化する。このようにして得られた高胞子種汚泥は、常識では考えられないほど高濃度（５×１０¹¹個／ｇｒ）の有用細菌胞子を含んでいる。これは、有用細菌の作用で汚泥処理中に他の細菌（特に腐敗菌と言われる大腸菌やブドウ状球菌等）が死滅（細胞膜の生化学的性質によるものと思われる）し、菌全体の９０％以上を有用細菌が占めていることも理由の一つであると考えられる。酵母は死滅せず、むしろ増殖する傾向にある。尚、脱水高胞子種汚泥の場合でも、１０⁹〜１０¹⁰個／ｍｌ程度の有用細菌胞子を含んでいる。これも、通常では考えられない数値である。

一方、本発明が処理対象とする排水は、屎尿処理場や下水処理場、各種の活性汚泥法による排水処理場など、生物活性を利用して処理するＢＯＤ成分を含む被処理水である。例えば生屎尿のように数千〜数万ｐｐｍもの高濃度なＢＯＤ成分を含む排水の場合でも、高濃度の有用細菌が短時間に増殖−胞子化して、その殆どを分解してしまう。従って、生物処理施設においては、新しい活性度の高い有用細菌を含む汚泥を保ち、菌体の新陳代謝を図ることも必要である。尚、本発明方法を施している屎尿処理場の場合、排出汚泥量は従来に比べて約２／３に減じている。

以下、これらの関係について実験結果を含めて説明する。

（有用細菌の単離と培養）
まず、各所の屎尿処理場、下水処理場の汚泥及び湖沼底質、更には従来、土壌菌体種菌と称される市販の各種のリアクター用ペレットやパウダーを、寒天培地に希釈培養し、恒温器中で３２℃に保って７日間（１６８時間）培養し、発芽増殖させた。

次いで、コロニー態別に、顕微鏡判定しながら新しい澱粉糖質培地並びに蛋白質培地に移植し、無菌培養函内で低温（４℃）より高温（６５℃）まで順次温度別培養を実施し、それぞれ発芽温度、増殖休止温度を求めた。この結果、種ごとにその特性が大別された。この内、最も優れた澱粉分解機能を有する細菌は５℃で発芽し、４５℃で増殖が停止した。但し、一般的には澱粉分解機能を有する細菌は、１２℃付近で発芽し、２５〜３８℃で急速に増殖し、４５℃以上で増殖を休止した。

また、蛋白質分解機能を有する細菌は、最も低い温度で発芽した種は１３℃で発芽し、一般的には１５℃で発芽し、昇温とともに増殖速度を速め、５５℃でも増殖し、６２℃以上で増殖を休止した。

更に、上の培地を希釈して低栄養培地を作成したものに微量の溶解シリカとミネラル（Ｍｇイオン）を添加した液体培地で同様の並行テストを行ったところ、発芽温度、増殖休止温度には影響しなかったが、その増殖速度は驚異的に上昇するとともに、貧栄養化と共に胞子形成が促進され、極めて高い胞子濃度を出現させた。即ち、培地に溶解シリカとして５ｐｐｍを添加した水準では、胞子濃度１０¹⁰／ｍｌを出現した。無添加水準では、胞子濃度１０⁶／ｍｌと低くなり、シリカによる胞子化の促進が確認された。一方、Ｍｇイオンを５ｐｐｍ添加することにより、バチルスの増殖速度は驚異的な上昇を示し、５０分／世代以内で最短のものでは１６分／世代にまで上昇した。この速度と胞子化促進により、始めて好気性で芽胞を形成するバクテリアの高濃度が達成される。

これらの実験により、極めて容易に有用細菌増殖高胞子床（高胞子種汚泥）を作成することが可能となった。また、上記方法あるいはその一部を用いて有用細菌の高濃度含有汚泥を作り、これらを曝気槽汚泥としたり、従来の曝気槽（好気槽）に投入して汚泥の改質を行うことにより、容易に有用細菌による水処理を行うことが可能となった。

（菌担体の有用細菌濃度）
但し、真に高濃度の高胞子種汚泥を作るには、元の汚泥や底質中に好気性で芽胞を形成するバクテリアが比較的高濃度で存在していることが必要である。例えば、各種試料について、有用細菌濃度を測定したところ以下のような結果となった。
屎尿処理汚泥１０⁴個／ｍｌ〜１０⁸個／ｍｌ
（但し、１０⁶〜１０⁸はシリカやＭｇ供給箇所）
下水処理場１０⁴個／ｍｌ〜１０⁶個／ｍｌ
（但し、１０⁶はシリカやＭｇ供給箇所）
湖沼底質１０²個／ｍｌ〜１０⁴個／ｍｌ
自然土壌１０¹個／ｍｌ〜１０³個／ｍｌ
腐蝕土配合ペレット１０¹個／ｍｌ〜１０³個／ｍｌ（４社、１０種中）
鉱物微粉末パウダー１０¹個／ｍｌ〜１０²個／ｍｌ（２社、３種中）

上記のように、屎尿処理場汚泥では、低濃度で１０⁴個／ｍｌ、高濃度のものでは１０¹⁰個／ｍｌと、生物限界と言われる１０⁹個／ｍｌを越えるものがあった。また下水処理場汚泥では、特異的に高濃度のもので１０⁸個／ｍｌのものがあった。但し、これらは何れもシリカ、Ｍｇ供給を行っている箇所に限定されている。他方、種菌または代謝産物の固まりと呼ばれている腐蝕土配合ペレットや鉱物微粉末パウダーでは、全品種ともに有用細菌及びその胞子は極めて低濃度であり、湖沼底質や自然土壌にも劣るものであった。１０⁶個／ｍｌ程度以上あれば、時間は必要であるが槽内培養により高濃度化して本発明に使用できるものである。尚、これよりも低濃度であれば、本発明方法を繰り返して高濃度にすることも可能である。但し、手間やコストは余分にかかる。

一方、ＢＯＤ負荷と有用細菌の関係は、菌濃度が高いことが必要であり、濃度が高ければ高い程に、高ＢＯＤ負荷を分解することが可能であることから、高濃度に有用細菌を培養した汚泥を高ＭＬＳＳ状態で使えば使う程、速やかな分解が進むこととなる。例えば、流入負荷１，０００ｍｇ／リットル（ＢＯＤ負荷１ｎｇ）の場合、１０⁶個／ｍｌでは１菌体、１０⁹個／ｍｌでは１０００菌体で分解することを示している。

従って、如何に有用細菌を高濃度に含む汚泥を作るかが分解能（分解速度）を左右する。ここに、生物処理槽に対して複数機能を持つ多種類の有用細菌の胞子を高濃度に含有する種汚泥を種菌とし、更にシリカや、マグネシウム、カルシウム、鉄、アルミニウム等のミネラル、特に溶解シリカとＭｇイオンを適量加えて、生物処理槽自身を培養槽として有用細菌を増殖させることは極めて容易な生物処理方法となる。

（菌体濃度と糸状体、ロープの生成）
屎尿処理汚泥を寒天培地で培養し、多種の有用細菌を発芽、増殖させる。次いで、液体培地に、イ．高濃度（１０¹⁰個／ｍｌ）に移植したケージと、ロ．中濃度（１０⁶個／ｍｌ）に移植したケージ、及びハ．低濃度（１０²個／ｍｌ）に移植したケージとを、無菌の培養函に入れて３２℃で培養し、経時的に有用細菌の状態を観察したところ、以下のような現象が観察された。

まず、イ．高濃度のケージでは、多量の胞子化現象を含め盛んに有用細菌菌の活動が認められた。移植５時間後には、短い糸状体（糸状体形成途中の形）はそのままの状態で細胞内胞子を形成して解体が始まった。これは、有用細菌が糸状体からロープにまで進むことなく貧栄養状態となり、胞子化と解体が始まったことを示している。従って、ロープによるバルキングは起きない。これに対し、ロ．中濃度のケージの中及びハ．低濃度のケージでは、有用細菌は糸状体から更にロープ化が進行して、クチャクチャにもつれた糸のようになった。また、解体は全く認められなかった。これは、いまだ栄養分が充分に存在することを示し、バルキングを起こす状態にあることを示している。即ち、単位栄養分に対して菌体濃度が高いと各菌体は糸状体からロープへと成長することなく、短い糸状体乃至は桿菌のままで栄養分解が完了して胞子化する。一方、低濃度で負荷分解しようとすれば、ロープ化が進行してバルキングを起こし、栄養分解も充分行えないこととなる。即ちこの実験（観察）は、適性な生物処理を機能させるためには、有用細菌の高濃度化が必須条件となることを示している。

次に、種々の具体例により本発明を更に詳細に説明する。

（高胞子種汚泥の作成）
屎尿処理汚泥（有用細菌濃度：１０⁶個／ｍｌ）に、鉱滓の再溶解液（溶解シリカ１１，０００ｐｐｍ、Ｍｇイオン２，３００ｐｐｍの他、Ｃａイオン２，０００ｐｐｍ、Ａｌイオン１，８００ｐｐｍ、鉄イオン１，１００ｐｐｍ等を含む）を、溶解シリカが５ｐｐｍ、Ｍｇイオンが１ｐｐｍ程度の添加濃度になるように加え、曝気を継続して有用細菌（芽胞（胞子）を形成する好気性ないし通性嫌気性のグラム陽性桿菌）を高濃度化する。但し、過曝気を避け、ＯＲＰがマイナスとならない程度の曝気（散気）を行う。次いで、余剰汚泥を引抜き、脱水乾燥して高胞子化汚泥を作成した。得られた高胞子種汚泥は、有用細菌濃度が５×１０⁹〜１×１０¹⁰個／ｍｌであった。

（屎尿処理）
１００ｋｌ／日の生屎尿を生物処理しているある屎尿処理場の場合、沈澱槽の透視度が５〜８と悪く、また汚泥の沈降性も悪くて運転管理に非常に神経を使っていた。この処理場の引抜き汚泥中の有用細菌濃度を測定したところ、１０³〜１０⁴個／ｍｌ程度であった。そこで、この処理場の曝気槽（１，４００ｍ³）に、本発明を実施して得た１０¹⁰個／ｇ程度の高濃度胞子汚泥（脱水乾燥品：含水率４０％）３，０００ｋｇを、種汚泥として投入し、更にシリカ２０ｐｐｍ、Ｍｇイオン１０ｐｐｍ相当量程度を毎日添加して処理したところ、１ケ月経過後には透視度が３０〜４０にまで向上し、安定した処理が行なえるようになった。この時点での曝気槽出口水の有用細菌濃度は１０⁸〜１０⁹個／ｍｌ程度になっていた。このように、処理場の曝気槽に高濃度胞子汚泥を種菌として投入し、更に溶解シリカ又は微粉体可溶性シリカ材、溶解Ｍｇ又は可溶性Ｍｇ材を添加することにより、高濃度胞子汚泥を得ることができる。

（汚泥の発酵、その１）
液体培地（グルコース０．８％、ニュートロエントクロース０．８％、塩化ナトリウム０．６％）に、汚泥を加えて４２℃で培養する。次いで、得られた汚泥に水を加えｐＨを約３に調整し溶解シリカ１０ｐｐｍ、溶解Ｍｇイオン１０ｐｐｍも併せて加え、４２℃に加温して散気し、胞子を発芽させる。この培養された汚泥中には、１０¹⁰個／ｍｌの有用細菌が含まれていた。この汚泥を脱水し、次いで乾燥して含水率約４０％脱水乾燥汚泥を得た。

（汚泥の発酵、その２）
実施例３で得られた脱水汚泥に、モミガラを１対１の割合で加え、更に汚泥の５％に相当する動植物廃油を混合し、ビニール袋（開放式）に入れ、ガラスウールや発泡スチロール等で保温して発酵させた。約２週間後、白い粉状の有用細菌の胞子を多量に含有する高胞子種汚泥が得られた。得られた汚泥中の有用細菌胞子は、１０¹¹〜１０¹²個／ｇｒと言う、通常では考えられない高濃度であった。この高濃度化現象は、胞子化することにより達成される。このようにして得られた汚泥は、このままの状態で長期保存や遠方への移送が可能であり、極めて取り扱い易いものである。尚、有用細菌の優先化した汚泥は、水との分離性が良く、沈降性も極めて高いため、高ＭＬＳＳによる運転（７，０００〜１０，０００ｐｐｍ）も可能である。

（高胞子種汚泥を用いた排水処理）
下水及び屎尿に対して、本発明の高胞子種汚泥を用いた生物処理の有効性を確認するため、通常の原生動物による生物処理との対比において以下の実験を行い、その有効性を確認した。
（１）下水処理実験
現在、ＭＬＳＳ５，０００ｐｐｍ、エア７０リットル／分・Ｎｍ³で運転されている下水処理プラントの被処理原水（ＢＯＤ１，５００ｐｐｍ）を用いて、実験を行った。

Ａ生物処理水準
ａ現状汚泥
１ｍ³の被処理原水に、下水処理プラントの沈澱槽から引き抜いた汚泥１８．２Ｋｇ（含水率８９％）を投入し、７０リットル／分で曝気した。
ｂ高胞子種汚泥
１ｍ³の被処理原水に、実施例１で得られた高胞子種汚泥１５．３Ｋｇ（含水率５１％）を投入し、更に溶解シリカ２０ｇとＭｇイオン１０ｇを添加し、７０リットル／分で曝気した。尚、高胞子種汚泥は１００リットルの処理水を加え、ヒーターを付けて水温３２℃、空気８０リットル／分を通じて、３日間養生したのち用いた。

Ｂ実験
上のａ、ｂの２槽を並列におき、各割りつけた水準で処理を実施し、４時間、６時間、８時間、１２時間毎にサンプルを採取して、ＳＶ₃₀、透視度、ＢＯＤを測定した。
経過時間ＳＶ₃₀ 透視度ＢＯＤ
ａｂａｂａｂ
４８２４５３．５１４．５３９０５５
６７５３７８．５＞３０２２０８
８７３３５９．０＞３０１９０２
１０６９２８１０．０＞３０１８０２
１２６５２５１０．０＞３０１６０４
結果は上の通りであり、本発明の高濃度胞子汚泥が極めて有効であることがわかる。また、ＢＯＤ分解速度ばかりでなく、極めて優れたＳＶ挙動と高い透視度を示すことは、極めて高い離水性と負荷分解の進行を示す汚泥であることも明らかとなった。

（２）屎尿処理実験
屎尿は、高ＢＯＤであり、澱粉、油分、蛋白質、セルロース等で構成され、その分解には、高負荷故に希釈処理される場合もあり、且つ、その分解には長時間を要する。また、その悪臭と汚物処理のため、処理場建設には周辺住民の同意を得ることは極めて困難なものとなっている。そのため、屎尿処理に当たっては、先ず、イ．悪臭をださないこと、ロ．大腸菌、べん毛虫、球菌等を処理中に滅菌すること、ハ．処理水中に未分解の栄養成分を残さないこと、ニ．さらにイ〜ハをクリアーする高能率的な生物処理を行っても、なお残留する高濃度燐を除去すること（三次処理で脱燐する）、ホ．次いで、発生汚泥量を少なくし、さらにそれら発生汚泥が無臭化され、有用細菌を高濃度に含有してコンポスト化が容易であり、且つ、そのコンポストが施肥されて土壌及び植物に有用であること、等が求められる。いずれの項についても、従来技術水準では困難なものと言わざるを得ない。これを、高濃度有用細菌汚泥によって処理することにより、全ての問題が解決できる。

Ａ生物処理水準
イ．被処理屎尿
貯溜槽内に滞留させている生屎尿であり、固形物のみを除去したものを用いた（ＢＯＤ＝１１，５００ｐｐｍ）。
ロ．汚泥の養生
ａ現状汚泥
余剰汚泥を脱水し（含水率８９％）、これを汚泥として用いた。尚、脱水汚泥６４Ｋｇを使用した。
ｂ高濃度胞子汚泥
前記した高胞子種汚泥（水分５１％）の１６．３Ｋｇを、被処理屎尿１ｍ³に加え、更にモノマーシリカ２０ｇ、Ｍｇイオン１０ｇを加えて１００リットル／分の瀑気を１０日間（２４０時間）継続した後、瀑気を止め、静置してＳＳを沈降させた（ＳＶ₆₀：２７）。上澄液はサイホンで抜き取って捨て、処理用の高濃度胞子汚泥とする。尚、曝気を止めて汚泥を沈降させ上澄液を捨てると、汚泥の全容は２７０リットルとなった。

Ｂ処理槽の準備
ａ脱水汚泥６４Ｋｇ＋放流水２０６リットルに被処理汚泥７３０リットルを加える。次いで、散気管をセットし、２００リットル／分の瀑気を行った。
ｂ高濃度胞子汚泥２７０リットルに、被処理屎尿７３０リットルを加える。

Ｃ実験
イ．上記ａ、ｂを並行して進め、スタート３０分後に先ず臭気指標としてＮＨ₃を検知管により測定した。スタート後３０分で一時瀑気を休止し、５分後に槽液面上１０ｃｍで測定した後、再び瀑気を再開した。
ａＮＨ₃濃度１２ｐｐｍ
ｂＮＨ₃濃度２ｐｐｍ
尚、ｂでは汚泥と生屎尿混合時に即時に消臭が進行した。
ロ．瀑気処理開始から、４８時間後、７２時間後、９６時間後、１２０時間後、１４４時間後、１６８時間後、１９２時間後、２４０時間後、３６０時間後の各点において、ＳＶ₃₀、透視度、ＢＯＤ及びＴ−Ｎ濃度を測定した。
経過時間ＳＶ₃₀ 透視度ＢＯＤＴ−Ｎ
４８１２１８１，０５０６６２
７２１８２９４４０ −
９６２６３１１６０ −
１２０３３３０７７９０
１４４４１３６ − −
１６８５５３９１２４４
１９２５８３８８．０２．７
２４０６５＞５０２．６２．９
３６０６４＞５０２．９２．８
原水２０１１，０００ −

（食品工場排水による比較実験）
食品工場排水の生物処理につき、従来活性汚泥法と本発明による有用細菌汚泥法を下記のように実施し、有用細菌による処理が有効なことを確認した。まず、容量１５０リットルの槽を２組用意し、一方の槽には従来の活性汚泥（ＭＬＳＳ４，４００、ＢＯＤ８６）を５０リットル、もう一方の槽には本発明の乾燥汚泥（願水率４５％、有用細菌胞子１０¹⁰個／ｍｌ、ＭＬＳＳ１，９００）１Ｋｇを水に溶解した有用細菌汚泥を５０リットルを入れた。これに、原水（ＢＯＤ１３００〜１８００）を５００リットル加え、散気流量４リットル／分で曝気処理した。曝気処理は毎日２０時間続け、３時間静置後に上澄み液５０リットルを取り出す。次いで原水５０リットルを追加して同様の処理を約５０日間続けた（平成６年７月２０日〜１１月１０日）。

その結果、表１に示すように従来活性汚泥法では、ＭＬＳＳ４，４００以上では常に汚泥が越流するＳＶ₃₀値の範囲にあり、安定した処理は望めない状況であった。そこで実験開始後２２日目（１０月１２日）から、従来活性汚泥中の有用細菌の濃度を高めるために、脱水種汚泥１ｋｇ（上記乾燥汚泥の素になったもの、有用細菌胞子１０⁹個／ｍｌ）と、溶解シリカ１ｇ及びマグネシウム０．３ｇ相当溶液を、毎日、原水注入後に添加して汚泥改質を行ったところ、ＭＬＳＳが高いにもかかわらずＳＶ₃₀値は大きく改善され、それ以降安定した処理が可能となった。

他方、有用細菌汚泥による処理では、途中５００ｇずつ２回ほど有用細菌乾燥汚泥を追加してＭＬＳＳを上昇させたにもかかわらず、常に安定したＳＶ₃₀値を示した。それにつれて、上澄み液の透視度も改善され、また、ＢＯＤ値も極めて良好な結果を示すようになった。尚、ＳＶ₃₀値は常に安定操業が可能な状態を維持しつづけた。よって、有用細菌汚泥による処理が極めて有効なことが判る。また、従来活性汚泥法では考えられなかった高ＭＬＳＳの操業が可能となり、安定した水処理が行なえることも明らかとなった。尚、実験開始後４０日目以降にＳＶ₃₀値は上昇気味になったが、これはＭＬＳＳが極めて高くなったことに起因する。しかし、６５を越えることはなく、実用上なにら差支えないものである。

本発明によれば、有用細菌の胞子を高濃度で含有する汚泥を製造でき、これを使用する安価で安定した排水処理方法が可能であるので、排水を生じる各種の産業に有効ば排水処理が可能となる。

従来活性汚泥法と有用細菌汚泥法におけるＳＶ₃₀とＢＯＤの比較を示すグラフである。

Claims

有用細菌１０⁶個／ｍｌ以上である原料を用い、この原料に対してシリカ成分とマグネシウム成分を加え、ＯＲＰがマイナスにならない程度に曝気を継続することにより、原料中に含有する有用細菌の高濃度化と胞子化を進行させ、有用細菌の高濃度化と胞子化を進行させた原料を取り出して脱水することを特徴とする高胞子種汚泥の製造方法。
有用細菌の高濃度化と胞子化を、排水の生物処理槽において行うものである請求項１記載の高胞子種汚泥の製造方法。
取り出した汚泥を脱水した後、乾燥することを特徴とする請求項１または２に記載の高胞子種汚泥の製造方法。
取り出した汚泥を脱水した後、発酵させることを特徴とする請求項１または２に記載の高胞子種汚泥の製造方法。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の高胞子種汚泥の製造方法によって製造された高胞子種汚泥を、溶解シリカ及びマグネシウム成分とともに排水に添加し、曝気することを特徴とする高胞子種汚泥を用いた排水処理方法。