JP2006122782A

JP2006122782A - 水処理方法

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Publication number: JP2006122782A
Application number: JP2004312492A
Authority: JP
Inventors: Mutsuaki Imaoka; 睦明今岡; Satoshi Ogura; 智小倉; Noboru Takemura; 昇竹村; Kazue Takaoka; 一栄高岡; Tatsuo Nakatani; 龍男中谷; Kimihisa Matsumoto; 公寿松本
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Maezawa Industries Inc
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Maezawa Industries Inc
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2006-05-18

Abstract

【課題】水処理の機能を効果的に発揮できる水処理方法を提供すること。
【解決手段】メナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％以上である汚泥を用いて排水を処理すること、排水を回分槽に受け入れて処理する水処理方法において、該回分槽内の汚泥がメナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％以上であること、排水を反応槽に受け入れて連続的に処理する水処理方法において、該反応槽内の汚泥がメナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％以上であることを特徴とする水処理方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、水処理方法に閑し、詳しくは、例えば下水などの排水を処理する際に、汚泥の沈降性に優れ、臭気がなく、抗菌性などに優れた水処理方法に関する。

下水、し尿、農村集落排水、生活排水などの有機性排水を処理するには、
微生物による処理が広く知られており、近年、微生物に着目した排水処理方法が着目されている。

入江等は、非特許文献１において、し尿を高濃度のバチルス菌を用いて処理する方法を開示している。

この水処理系は、珪酸マグネシウムなどの鉱物を用いてバチルス菌を優占化したものであり、卓越した処理法の一つとして注目されている。

しかし、近年、水処理における微生物学的な研究は日進月歩しており、バチルス菌に着目しただけでは、水処理の機能を効果的に発揮する上で十分でないことがわかってきた。
水環境学会誌vol.18 No.2 97-108(1995)

そこで、本発明者は、新しい微生物学的な視点から、水処理の機能を効果的に発揮できる水処理方法を見出し、本発明に至ったものであり、本発明の課題は、水処理の機能を効果的に発揮できる水処理方法を提供することにある。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

（請求項１）メナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％以上である汚泥を用いて排水を処理することを特徴とする水処理方法。

（請求項２）排水を回分槽に受け入れて処理する水処理方法において、該回分槽内の汚泥がメナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％以上であることを特徴とする水処理方法。

（請求項３）排水を反応槽に受け入れて連続的に処理する水処理方法において、該反応槽内の汚泥がメナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％以上であることを特徴とする水処理方法。

本発明によると、メナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％以上である汚泥を用いて排水を処理することにより、水処理の機能を効果的に発揮できる。
また排水を回分槽に受け入れて処理する水処理方法において、該回分槽内の汚泥がメナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％以上であることにより、回分式処理おいて、水処理の機能を効果的に発揮できる。

更に、排水を反応槽に受け入れて連続的に処理する水処理方法において、該反応槽内の汚泥がメナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％以上であることにより、連続処理における水処理の機能を効果的に発揮できる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
（本発明の着想と特徴についての説明）
本発明の水処理方法は、メナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％以上である汚泥を用いて排水を処理することを特徴とする。

近年、微生物を用いた水処理システムでは、有用な微生物を培養して処理効果を上げる手法が注目されている。前述の入江等は珪酸マグネシウムなどのミネラルを処理系に使用して反応槽（曝気槽）内の汚泥中にバチルス菌を優占化する処理システムを提案している。

本発明者は、処理系（反応系）に存在するバチルス菌の存在と、処理効果について膨大なデータに基づく解析を行ったところ、バチルス菌と処理効果に因果関係の薄い事例も存在することがわかった。このため水処理における微生物全体に着目して微生物解析を行い、水処理系に共通する処理効果が得られる微生物の存在を見出し、本発明を完成したものである。

すなわち、キノン分析によって、処理系の汚泥中の微生物群を明らかにし、その中のいかなる微生物が処理効果に影響を与えているかを解析した結果、メナキノン９Ｈ８のモル濃度が処理効果に影響し、特にメナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％以上である汚泥を用いることが水処理に効果的であることを見出したものである。

（汚泥の説明）
本発明においては、メナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％以上であれば、いかなる処理系の汚泥であってもよい。ここで処理系の汚泥というのは、反応槽（曝気槽）と固液分離手段からなる連続水処理系の汚泥や、回分式の処理系の汚泥などが含まれ、好ましくは反応槽（曝気槽）内の汚泥や回分槽内の汚泥であり、これらの汚泥が上記条件を満足していればよい。

（メナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％以上の汚泥を作る手段）
本発明において、メナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％以上の汚泥を作る手段は特に限定されない。本発明の本質は、排水と接触する汚泥が上記条件を満足していればよいからである。

メナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％以上の汚泥への馴致過程や増殖過程、あるいは優占化過程で、腐植物を使用したり、あるいは珪酸塩を使用したりする方法が例示的に挙げられるが、これらの方法に限定されるわけではない。

例えば反応槽や回分槽などに、メナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％以上の汚泥溶液を添加していく方法でもよいし、あるいはこれらの汚泥を乾燥固形化してその固形物を反応槽や回分槽などに添加していく方法でもよい。あるいはメナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％以上の汚泥溶液や固形物を添加する槽を別途設けて添加する方法でもよい。

（分析についての説明）
本発明において、メナキノン９Ｈ８の分析は、公知のキノン分析により行うことができる。

例えば、汚泥を遠心分離にかけて沈澱物を回収し、その沈澱物をメタノール：クロロホルムで抽出した後、さらにアセトンで抽出し、得られた抽出液を濃縮してヘキサンで再溶解する。そこに水：ヘキサン＝１：１になるように水を加えて、ヘキサン抽出物を洗浄する．その後、ヘキサンを濃縮してから、セパック（ＳｅｐＰａｋ；商品名、Ｗａｔｅｒｓ社製）カートリッジを用いて、この抽出物中のメナキノンとユビキノンを別々に分離する。

ゾルバックス（ＺＯＲＢＡＸ）ＯＤＳカラム（商品名：アジレントテクノロジー社製）を用いてメタノール：イソプロピルエーテル混合溶媒で各成分を分離し、フォトダイオードアレイで検出して定量を行う。

この定量結果を元に、汚泥中のキノンモル濃度を算出する。

（分析と運転制御についての説明）
本発明では、メナキノン９Ｈ８の分析結果が、水処理系の現場に逐次的に報告され、運転制御手段の指標として使用されることが好ましい。例えば、メナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％未満となった場合には、返送汚泥量を増加したり、曝気量を調整したり、珪酸塩の添加量を調整したりして、上記汚泥濃度を制御することが好ましい。

かかる制御は制御システム化することも好ましい。例えば、キノン分析結果検出手段によって、検出したデータを運転管理室の制御部に送り、制御部で制御信号を生成し、運転調整手段（例えば空気量調整手段、返送量調整手段、汚泥引き抜き量調整手段、添加物量調整手段など）に前記制御信号を送って、制御を行うなど例が挙げられる。

（メナキノン９Ｈ８の範囲と効果の説明）
本発明においては、メナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％以上であれば高いほど好ましい、その上限は８０mol％以下である。

本発明においては、メナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％以上であることにより、以下の効果を発揮する。

第１に、汚泥の沈降性が向上する。このため固液分離が容易となり、連続式水処理系では沈殿槽の水面積負荷を低減化でき、コストダウンできる。また膜処理による固液分離を採用する上で低コスト膜分離可能となる。回分式の水処理系では汚泥の沈降性がよいので処理時間の短縮ができ、運転管理者の作業時間が減少するので、運転コストの大幅な低減に寄与する。

第２に、汚泥の脱水性が向上する。汚泥からの水抜けが良いためと思われる。このため脱水機の機種選択が容易となり、無用な高分子凝集剤を使用する必要がないので脱水コストも下げられる。

第３に、抗菌性があり、有機酸の発生を抑制でき、また雑菌や嫌気性菌の発生を抑制できる。

第４に、汚泥の粘性が少ない。このため汚泥輸送に要する動力コストを低減できる。また曝気のための空気供給の動力コストの低減に寄与する。

第５に、汚泥処理過程で悪臭がないので作業環境等を改善できる。

（メチルイソボルネオール臭について）
本発明のメナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％以上である汚泥は、その因果関係は定かでないが、メチルイソボルネオール臭がする点も本発明では重要な要素である。

この臭いの存在は、運転管理において重要であり、上記のメナキノン９Ｈ８の濃度測定結果に基づく運転制御因子に、このメチルイソボルネオール臭を制御因子にすると、水処理の運転をより効果的に行うことが可能となる。メチルイソボルネオール臭は水処理現場の運転員が官能的に把握して運転に反映させてもよいし、またメチルイソボルネオール臭を分析して制御シーケンス上で利用してもよい。

（処理対象排水について）
本発明の水処理方法において、対象となる排水は、下水、し尿、生活雑排水、農業、漁業などの集落排水、畜産排水、各種工場排水などの有機性排水である。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。

実施例１
回分式活性汚泥法（日本農業集落排水協会型−ＸＩ型）により、農業集落排水を処理した。

実施した施設の処理フローを図１に示す。即ち、図１に示すように、農業集落排水（流入水）は前処理槽１で前処理後、流量調整槽２で流量が調整される。次に排水は自動微細目スクリーン３で夾雑物が除去され、汚水計量槽４で計量後、回分槽５に送られる。次いで散水ポンプ槽６、消毒槽７、放流ポンプ槽８を経て系外に放流される。

一方、回分槽５で沈殿した汚泥は、汚泥受槽９に送られる。汚泥受槽９と汚泥循環槽１０と汚泥接触槽１１は汚泥が循環するように構成されている。
汚泥接触槽１１は、腐植酸を含有する物質が保持されており、汚泥が接触できる構成になっている。

余剰汚泥は循環系から引き抜かれ、汚泥濃縮槽１２に送られ、汚泥貯留槽１３を介して系外に搬出され、脱水等の処理が施され、コンポスト等として利用されたり、あるいは焼却処理される。

上記の処理装置において、農業集落排水の流入水量約２００ｍ^３／日について処理を行った。

（１）汚泥の分析
処理装置の回分槽における汚泥をサンプリングし、ＭＫ（メナキノン）９Ｈ８の濃度分析を以下のキノン分析手順に従って分析した。

＜キノン分析手順＞
汚泥（ＭＬＳＳ４０００ｍｇ／１）３０ｍｌを遠心分離にかけて沈澱物を回収し、その沈澱物をメタノ−ル：クロロホルム＝１：２で２回抽出した後、さらにアセトンで抽出し、得られた抽出液を濃縮してヘキサンで再溶解する。そこに水：ヘキサン＝１：１になるように水を加えて、ヘキサン抽出物を洗浄する．その後、ヘキサンを濃縮してから、セパック（ＳｅｐＰａｋ；商品名、Ｗａｔｅｒｓ社製）カ−トリッジを用いて、この抽出物中のメナキノンとユビキノンを別々に分離する。

３０ｃｍのゾルバックス（ＺＯＲＢＡＸ）ＯＤＳカラム（商品名：アジレントテクノロジ−社製）を用いてメタノ−ル：イソプロピルエ−テル＝７９：２１の混合溶媒（流速１ＭＬ／分）で各成分を分離し、フォトダイオ−ドアレイで検出して定量を行う。

この定量結果を表１に示す。

（２）処理項目の分析
上記処理において、以下の処理項目について複数回分析し、その結果を表1に示す。

１）ＢＯＤ：ＪＩＳＫ０１０２１６．（生物化学的酸素要求量）
２）ＳＳ：ＪＩＳＫ０１０２１４．１（懸濁物質）
３）汚泥の沈降性：汚泥容量指標（ＳＶＩ）による。
３０分間の活性汚泥沈降率（ＳＶ_３０）と
ＪＩＳＫ０１０２１４．１（懸濁物質）によって算出
４）汚泥発生量：除去ＢＯＤ量当りの（除去ＳＳ量当りの）
余剰汚泥ＳＳ濃度×余剰汚泥搬出量＋ＭＬＳＳ変化×回分槽容量

実施例２〜４
実施例１と同様の装置を用い、ＭＫ（メナキノン）９Ｈ８の濃度が変化している場合における処理条件、処理結果を調べ、表１に示した。

その結果、回分槽ない汚泥のＭＫ（メナキノン）９Ｈ８濃度が６モル％以上あれば良好な結果が得られることがわかった。

比較例１〜３
実施例１の装置において、ＭＫ９Ｈ８の濃度を変化させ、実施例１と同様の分析を行った。

その結果を表1に示す。

実施例５
（汚泥の抗菌性試験）
ＭＫ９Ｈ８の割合の高い汚泥を酢酸エチルで抽出してバチルス属細菌に対する抗菌性を調べた。

抽出物をディスクに含浸させ、Ｂacillus subutilis（バチルス・サチルス）
胞子を含む培地上に置く。

２〜３日で、図２の写真の左側上部の「汚泥酢酸エチル抽出物」と写真左側下部の「汚泥酢酸エチル抽出物＋銅イオン」の部位のように、抽出物を含浸させたディスクの周りはＢacillus subutilisが生育せず、透明になって透けて見える（これをハロという）。

また比較のために、培地に銅イオン（１０ｐｐｍ）を含浸させた場合（写真右側上部）は、上記の汚泥抽出物とは異質のハロを形成したが、本発明のような抗菌性は認められない。

培地に銅イオン（１ｐｐｍ）を含浸させた場合（写真右側中間部）や、酢酸エチルのみを含浸させた場合（写真右側下部）は、いずれも抗菌性を示さなかった。

本発明の汚泥抽出物の抗菌性が強力なものであることが確認され、この結果より抽出物には抗菌性があると判定できる。

本発明の処理実験を行った施設の処理フローを示す図汚泥の抗菌性試験結果を示す写真

符号の説明

１：前処理槽
２：流量調整槽
３：自動微細目スクリーン
４：汚水計量槽
５：回分槽
６：散水ポンプ槽
７：消毒槽
８：放流ポンプ槽
９：汚泥受槽
１０：汚泥循環槽
１１：汚泥接触槽
１２：汚泥濃縮槽
１３：汚泥貯留槽

Claims

メナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％以上である汚泥を用いて排水を処理することを特徴とする水処理方法。
排水を回分槽に受け入れて処理する水処理方法において、該回分槽内の汚泥がメナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％以上であることを特徴とする水処理方法。
排水を反応槽に受け入れて連続的に処理する水処理方法において、該反応槽内の汚泥がメナキノン９Ｈ８のモル濃度が６mol％以上であることを特徴とする水処理方法。