JP2006263642A - 微生物の馴養方法および馴養した微生物による有機性排水の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 一般には微生物の生育には好ましくないとされている４０℃を超え４５℃未満になっても、設備や運転費用をあまり掛けずに、有機性排水を効率的に処理することができる微生物の馴養方法および馴養した微生物による有機性排水の処理方法を提供する。
【解決手段】 本発明の微生物の馴養方法は、排水中に含有する有機物を好気的に分解処理する際に使用する微生物を、４０℃以下の温度環境と４０℃を超え４５℃未満の温度環境に順次繰り返して晒すことを特徴とし、有機性排水の処理方法は、排水中に含有する有機物を微生物により好気的に分解処理するに際し、微生物を４０℃以下の温度環境と４０℃を超え４５℃未満の温度環境に順次繰り返して晒して馴養した微生物とし、次いで生物処理槽内の温度を４０℃を超え４５℃未満に保持することを特徴とする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、有機性排水の生物学的処理における微生物の馴養方法および馴養した微生物による有機性排水の処理方法に関するものである。

下水、し尿等の生活系排水や、食品加工工場、化学工業等の製造プロセスから排出される有機物を含有する排水の処理方法が種々提案されている。その中で最も汎用的な方法としては活性汚泥法が挙げられる。活性汚泥法は、好気性微生物である汚泥が浮遊する生物処理槽内に、有機物を含有した排水を供給し、空気で曝気することにより、浮遊汚泥を構成する微生物により排水中の有機物を酸化分解する方法である。

かかる微生物とは一般に２５〜３７℃を好適な生育温度とするものが多く存在している。微生物の活性は水温が１０℃上昇すると、処理活性は約２倍高くなることから、排水中に含有する有機物を生物学的に処理する方法において、微生物の活性からみれば水温を高く設定する方が有利である。しかしながら水温が４０℃を超えると微生物を構成しているタンパクの変性や酵素の失活により活性が著しく低下し、処理水水質を悪化させてしまうため、一般に生物処理施設では処理水温度を４０℃以下に保持して運転されている（非特許文献１参照。）。

近年においては地球規模の温暖化現象の影響で気温が上昇し、とりわけ夏季において活性汚泥施設の処理水温度が上昇したり、また食品加工工場や化学工場等では、日常的に高水温の排水が排出されたりする場合が多々あり、このような高温度の排水が流入することによって生物処理槽内の温度が著しく上昇、時として処理水温度が４０℃を超え、処理水水質を著しく悪化させることがある。かかる問題に対し、一般的には活性汚泥槽に大量の冷却水を注水して処理水温度を下げるといった方法や、流入排水を４０℃以下にまで冷却して生物処理槽に供給する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、溶解性の有機物を含有する排水の好気的な生物処理方法において、生物処理槽内の温度を４５℃以上に維持する方法が開示されている（特許文献２参照。）。

しかしながら、前記方法では、大量の冷却水を注水するために処理槽が大型化するとか、流入排水若しくは生物処理槽内の処理液を冷却若しくは加熱するための費用も高くなるという問題がある。
排水温度の上昇や気温の上昇によって生物処理槽内の処理液が、一般には微生物の生育には好ましくないとされている４０℃を超え４５℃未満になっても、設備や運転費用をあまり掛けずに、有機性排水を効率的に処理することができる方法が望まれている。
「活性汚泥法と維持管理」第５版、株式会社産業用水調査会、平成６年５月２４日、ｐ５９，ｐ２２７ 特開平８−１５５４７５号公報 特開２００４−２６８０２３号公報

本発明の目的は、一般には微生物の生育には好ましくないとされている４０℃を超え４５℃未満になっても、設備や運転費用をあまり掛けずに、有機性排水を効率的に処理することができる微生物の馴養方法および馴養した微生物による有機性排水の処理方法を提供する。

そこで本発明者は、かかる状況に鑑み、微生物の生育には好ましくないとされている温度環境においても、排水中に含有する有機物を微生物により効率的に分解処理する方法について鋭意検討した結果、微生物を４０℃以下の温度環境と４０℃を超え４５℃未満の温度環境に順次繰り返して晒して馴養した微生物とし、次いで生物処理槽内の温度を４０℃を超え４５℃未満に保持することによって、４０〜４５℃の温度環境の排水中に含有する有機物を効率的に分解処理できることを見出し、本発明に至った。

すなわち本発明は、排水中に含有する有機物を好気的に分解処理する際に使用する微生物を、４０℃以下の温度環境と４０℃を超え４５℃未満の温度環境に順次繰り返して晒すことを特徴とする微生物の馴養方法である。
また、排水中に含有する有機物を微生物により好気的に分解処理するに際し、微生物を４０℃以下の温度環境と４０℃を超え４５℃未満の温度環境に順次繰り返して晒して馴養した微生物とし、次いで生物処理槽内の温度を４０℃を超え４５℃未満に保持することを特徴とする有機性排水の処理方法である。

本発明方法によれば、微生物の生育には好ましくないとされている４０〜４５℃の温度環境においても、排水中に含有する有機物を効率的に処理することができる微生物を得ることができ、またこの微生物を使用して、４０〜４５℃の温度環境において排水中に含有する有機物を効率的に処理することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明における有機性排水としては、有機物を含有する排水であって、下水、し尿等の生活系排水や食品加工工場や化学工業等の特定の有機物を含有する排水等が挙げられる。かかる有機性排水中に含有する有機物の種類は特に限定しないが、一般には炭水化物、糖類、有機酸等の易分解性の有機物が挙げられる。

本発明方法で使用される微生物は、排水中の有機物を好気的に分解せしめる微生物であれば特に限定されるものではなく、一般的な活性汚泥施設で用いられている微生物である。
この微生物は、上記したとおり、水温が４０℃を超えると微生物を構成しているタンパクの変性や酵素の失活により処理活性が著しく低下する。
微生物の生育には好ましくないとされている４０℃を超え４５℃未満という温度環境（以下、中高温環境と称す。）でも、排水中の有機物を効率的に分解処理するためには、微生物を中高温環境に順応させる必要がある。

微生物を中高温環境に順応させる微生物の馴養方法としては、一般には微生物が生育するのに好適な温度環境から徐々に目標とする中高温環境まで上昇させる方法が用いられる。
しかしながら、微生物の好適環境から徐々に昇温して行くと、４０℃を超える温度領域に到達したときに、微生物が新しい環境にうまく適応できずに処理活性が低下し、一時的に処理水水質が悪化する。悪化した処理水水質は次第に微生物が中高温環境に適応するにともなって処理活性が向上し、処理水水質が回復してくるが、処理活性の変動が大きく、必ずしも満足できる方法とは言えない。

微生物の馴養過程において、微生物の処理活性が低下し、処理水水質が悪化したとしても、該活性汚泥施設の排水規制値以下の処理水水質であれば、そのまま放流してもよいが、規制値を超える処理水水質であれば、該処理水を一時的に貯留槽に溜めておき、微生物が前記温度環境に順応した後、一時貯留した処理水を生物処理槽に通水し、再処理をして放流することもできる。しかしながら、十分な大きさの貯留槽の設置は、費用または敷地上の制約があって困難なことが多く、また有機性排水の処理能力に余力がない場合にも、この方法では十分に対応ができない。

本発明においては、微生物を、４０℃以下の温度環境（以下、中温環境と称す。）と中高温環境に順次繰り返して晒して馴養する。
このようにして馴養された微生物を使用し、生物処理槽内を中高温環境に保持することによって有機性排水を効率的に処理することができる。
中温環境と中高温環境の温度差は特に限定されないが、温度差を大きくするほど中高温環境に晒したときの微生物の処理活性が低下しやすくなる傾向があり、通常、約１０℃以下が好ましい。

生物処理槽を前記中温環境から中高温環境にするための加温方法は特に制限されないが、通常、流入排水または生物処理槽内にスチームを吹き込んで直接加熱する方法、および流入排水および／または生物処理槽内処理水を熱交換器などにより間接的に加熱する方法が挙げられる。
また、中高温環境から中温環境にするための冷却方法も特に制限されないが、地下水などを生物処理槽に供給する方法、および流入排水および／または生物処理槽内処理水を熱交換器などで間接的に冷却する方法が挙げられる。さらに昼夜間の気温の変化を利用して生物処理槽内の温度を制御する方法はエネルギー的にも有利であり特に好ましく用いられる。

中温環境または中高温環境に保持する時間は特に限定されないが、通常、１分から３日間、好ましくは１〜２４時間の範囲である。中高温環境に保持する時間が１分未満では、微生物の中高温環境への馴養効果が得られ難く、また３日以上では微生物の処理活性が低下する可能性がある。また、中温環境に保持する時間が３日間以上では、微生物の中高温環境への馴養効果が得られ難く、また１分以下では微生物の処理活性が低下する可能性がある。

中温環境と中高温環境の繰り返し回数も特に制限なく、それぞれの温度環境に保持する時間によっても異なるが、通常、１〜３０回、好ましくは１〜１０回の範囲である。

微生物を中温環境と中高温度環境に、順次繰り返し晒すことにより、微生物の処理活性を低下させることなく微生物を馴養することができる理由は定かではないが、以下のとおりと考えられる。微生物は種々の微生物の集合体であり、中温環境に耐性を有する微生物（以下、中温菌と称する。）と中高温環境に耐性を有する微生物（以下、中高温菌と称する。）とは共生しており、中温環境においては中温菌が優占化し、中高温環境では中高温菌が優占化する。中温菌は中高温環境に晒されても短時間であれば耐性を持っていることから、短期間中高温環境に晒し、速やかに中温環境に戻すことによって、中温菌はあまり死滅若しくは衰退することなく、維持される。一方、ごく短時間でも中高温環境に晒すことによって、中高温菌が増殖若しくは活性化してくる。中温環境と中高温度環境とを順次繰り返すことによって、あまり処理活性を変動させることなく、次第に中高温菌が優占化してくる。

微生物を馴養する際の通水方法としては、有機性排水を断続的に通水する回分法、および有機性排水を連続的に通水する連続法が挙げられる。

有機性排水を処理する際の方法としても、生物処理槽内温度を中高温環境に保持し、有機性排水を断続的に通水して生物学的に処理する回分法、および有機性排水を連続的に通水しながら生物学的に処理する連続法が挙げられる。また、生物処理槽内温度を中温環境と中高温環境を順次繰り返し変動させながら生物学的に処理する方法でもよい。

なお微生物の馴養および／または有機性排水の処理期間中において、生物処理槽内のｐＨは使用する微生物の生育可能な範囲であれば特に制限されないが、通常、６〜１０範囲、好ましくは６〜９範囲である。生物処理槽内処理水が前記ｐH範囲を超えるようであれば、適宜アルカリまたは酸を添加し、前記ｐＨ範囲内にする。アルカリとしては、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム等が挙げられる。酸としては、硫酸等が挙げられる。

以下、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例によって限定されるものではない。

比較例１
使用した処理装置の模式図を図１に示す。曝気槽1の内部に仕切板５が設けれ、上部から空気供給管３が曝気槽の底部に挿入されている。上部から排水Ａが排水導入管２から活性汚泥を収容した曝気槽1に導入され、空気供給管３から空気Ｂが供給され、好気処理部１１を循環しながら処理され、固液分離部１２で活性汚泥を沈降分離し、処理水Ｃが処理水排出管４から排出される。
内容積１Ｌの曝気槽に化学工場の活性汚泥［ＭＬＳＳ濃度６７００ｍｇ／Ｌ］を投入した。次いで空気を０．５Ｌ／分の条件で供給しながら、酢酸１．３２ｇ／Ｌ、硫酸アンモニウム１．２９ｇ／Ｌ、炭酸ナトリウム１．２５ｇ／Ｌ、リン酸０．１１ｇ／Ｌ、および塩化カルシウム（２水塩）０．７０ｇ／Ｌを含有する合成排水を４ｍｌ／分の条件で導入した。
曝気槽内温度を約３２℃に保持して３日間処理を行った後、３〜７日毎に１〜２℃毎昇温しつつ微生物の馴養を行った。
なお、馴養期間中、適宜汚泥を抜出しＭＬＳＳ濃度を約６０００〜１００００ｍｇ／Ｌ範囲に調整した。
馴養期間中、合成排水と処理液のＴＯＣ（全有機炭素）濃度を測定し、ＴＯＣ除去率を求めた。結果を図２に示した。
処理水が４０℃を超える温度環境に到達した時に、ＴＯＣ除去率の低下が観察されたが、その後回復したが、変動が大きい。

実施例１
比較例１で用いたのと同様の曝気槽を用い、化学工場の活性汚泥を投入し、比較例１と同様に空気を供給しながら合成排水を導入した。
微生物の馴養は、図３に示すように中温環境と中高温環境を約２４時間毎に７回繰り返し、その後中高温環境に保持した。ＴＯＣ除去率を図３に示した。
微生物を、初めに中高温環境に晒した時に、一時的にＴＯＣ除去率が若干低下したが、直ちに回復した。その後の馴養期間中および処理期間中においては、ＴＯＣ除去率は常に高いレベルで、変動も小さく推移した。

実施例２
比較例１で用いたのと同様の曝気槽を用い、化学工場の活性汚泥を投入し、比較例１と同様に空気を供給しながら合成排水を導入した。
微生物の馴養は、図４に示すように中温環境の保持時間を約１６〜１４時間、中高温環境の保持時間を約８〜１０時間として３回繰り返した後、順次中高温環境の保持時間を延長、かつ中温環境の保持時間を短縮して行き、その後中高温環境に保持した。ＴＯＣ除去率を図４に示した。
微生物の馴養期間中および処理期間中において、ＴＯＣ除去率は常に高いレベルで、変動も小さく推移した。

実施例で使用した処理装置の模式図である。 比較例１の結果を示す図である。 実施例１の結果を示す図である。 実施例２の結果を示す図である。

符号の説明

１ 曝気槽
２ 排水導入管
３ 空気供給管
４ 処理水排出管
５ 仕切板
11 好気処理部
12 固液分離部
Ａ 排水
Ｂ 空気
Ｃ 処理水

Claims (4)

1. 排水中に含有する有機物を好気的に分解処理する際に使用する微生物を、４０℃以下の温度環境と４０℃を超え４５℃未満の温度環境に順次繰り返して晒すことを特徴とする微生物の馴養方法。
2. ４０℃以下の温度環境および４０℃を超え４５℃未満の温度環境に晒す時間が、それぞれ１分から３日間で、繰り返す回数が１〜３０回である請求項１記載の微生物の馴養方法。
3. 排水中に含有する有機物を微生物により好気的に分解処理するに際し、微生物を４０℃以下の温度環境と４０℃を超え４５℃未満の温度環境に順次繰り返して晒して馴養した微生物とし、次いで生物処理槽内の温度を４０℃を超え４５℃未満に保持することを特徴とする有機性排水の処理方法。
4. ４０℃以下の温度環境および４０℃を超え４５℃未満の温度環境に晒す時間が、それぞれ１分から３日間で、繰り返す回数が１〜３０回である請求項１記載の有機性排水の処理方法。