JP2008029945A - 排水処理用微生物担体及び排水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理機能が高く、濾床閉塞が起こりにくく、なおかつ逆洗が容易である微生物担体及びこれを用いた嫌気性の排水処理装置の提供を目的とする。
【解決手段】排水処理装置に用いる微生物担体であって、微生物担体は複数の支持担体からなり、支持担体は支持部材と支持部材に上下方向に複数段配置した繊維束とを有し、繊維束は複数の繊維フィラメントからなり、一端または途中を支持部材に束ねて固定し、他端又は端部が繊維フィラメントの自由端となっており、複数の支持担体を並設し、隣接する支持担体の繊維フィラメントの自由端が相互に一部重なり合うように配置したものであることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機性排水を浄化するための排水処理に関し、特に、排水処理に用いる微生物担体の構造、及びその微生物担体を用いた排水処理装置に係る。

嫌気性排水処理において、処理槽に接触材、充填材、流動粒子なのどの生物膜付着担体を用いないで、汚泥生物自身の持つ凝集・集隗機能を利用して沈降性の優れたグラニュール状増殖集隗を形成させて高濃度の生物量を処理槽内に保持しようとする、自己固定化方式のメタン発酵バイオリアクターとして上向流嫌気性スラッジブランケット（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ：以下、ＵＡＳＢ）がある。
ＵＡＳＢは高濃度の有機性汚濁物質を除去する能力に優れ、処理槽をコンパクトにでき、高価な充填材を必要とせず、高密度で沈降性の高いグラニュールを用いて廃水処理を行うことができる。
しかしながら、生物膜固定担体を使用せず、返送も行わないＵＡＳＢ法は生物膜を流失しやすい。
また、ＵＡＳＢは、廃水の種類よって高密度のグラニュールが形成できない場合があり、毒性を有する廃水が含まれることが多く、水質変動の大きな工場廃水ではグラニュールの崩壊または浮上によりプロセス全体が機能しなくなる恐れがある。
このため、この装置は上部にガス−汚泥分離装置（Ｇａｓ−Ｓｏｌｉｄｓ Ｓｅｐａｒａｔｏｒ：ＧＳＳ）を持つことが装置の特徴の一つなっており、処理槽上部の構造がやや複雑となる（特許文献１〜３）。
次に、処理槽内に生物膜付着担体を投入することで、微生物膜付着のための有効表面積を大きくして大量の微生物を安定的に保持し、流入部に乱流を生じない構造を有する完全充填式のメタン発酵バイオリアクターとして上向流嫌気性濾床（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｆｉｌｔｅｒ：以下ＵＡＦ）がある。
ＵＡＦはＵＡＳＢよりスタートアップ時間が短く、生物膜流出の危険性が少なく操作性は高いが、処理槽内に投入する充填材が高価であった。
また、充填率は１００％で濾床内の間隙水中は静止状態に近いので、生物膜の生長で濾床閉塞や短絡流が起こりやすく、窒素ガスパージや処理槽の水を排水する等により、定期的な充填材の洗浄が必要である。
このため、ＵＡＦは生物付着担体の材質と設置方法が各種工夫されており、特許文献４〜６等が提案されている。
さらに、ＵＡＳＢとＵＡＦのコンセプトを組み合わせ、浮遊性プラスチック等担体を用いて、生物膜付着担体の非充填部と充填部を兼ね備えたハイブリッド型ＵＡＳＢが開発され実用化されている（非特許文献１）。
ハイブリッド型ＵＡＳＢは、充填材を処理槽上部に設置するため、充填材を持たないＵＡＳＢよりも汚泥保持能力に優れ、ＵＡＳＢ型処理装置の上部に設置するＧＳＳが不要となる。しかしながら、充填材を処理槽の上部に設置すると発生したガスが充填材を通して乱れを発生させるため、効率の良い汚泥の分離ができないばかりか、充填材に付着している生物膜を一掃してしまう。
また、充填材はスカムが発生しやすい領域に設置されるので、濾床が閉塞したり短絡流を発生させる原因となる。加えて、充填材の閉塞を解消するために洗浄を行う場合、処理槽を開放して作業を行うことになり、極めて煩雑で、爆発の危険を伴うものとなる。

特許第２８３１４９８号公報 特許第３３７４７４６号公報 特許第３６７４０２２号公報 特開昭６０−１４７２０７号公報 特公平６−７７６５０号公報 特開２００２−１２６７８３号公報 R.E.Speece原著，松井三郎・高島正信 監訳，産業廃水処理のための嫌気性バイオテクノロジー（Anaerobic Biotechnology for Industrial Wastewaters），技報堂出版，１９９９年１０月２５日

本発明は、処理機能が高く、濾床閉塞が起こりにくく、なおかつ逆洗が容易である微生物担体及びこれを用いた嫌気性の排水処理装置の提供を目的とする。

本発明に係る微生物担体は、排水処理装置に用いる微生物担体であって、微生物担体は複数の支持担体からなり、支持担体は支持部材と支持部材に上下方向に複数段配置した繊維束とを有し、繊維束は複数の繊維フィラメントからなり、一端または途中を支持部材に束ねて固定し、他端又は端部が繊維フィラメントの自由端となっており、複数の支持担体を並設し、隣接する支持担体の繊維フィラメントの自由端が相互に一部重なり合うように配置したものであることを特徴とする。
このような支持担体は水中では傘が開くように広がり、気中では重力で閉じるように作用する。
該繊維フィラメントの端が水中において、相互に一部重なるように該微生物担体を水平方向に複数配置することで、水の動きがゆっくりとした嫌気性処理槽の水中では繊維フィラメントに付着する生物膜による気固液分離層を形成し、しかも繊維方向に濾過するため閉塞しにくく、万一、閉塞しても処理槽内の水を排水することで繊維フィラメントが重力で絡み付きを開放するため、容易に閉塞を解消することができる。

請求項２記載の微生物担体は、複数の支持担体を略水平方向に並設したものを上下方向にも複数の段に分けて配置したことを特徴とする。

請求項３記載に係る排水処理装置は、ＵＡＦタイプの排水処理装置であって、処理槽内に請求項１又は２記載の微生物担体を配設し、当該微生物担体に嫌気性の微生物を担持し、嫌気性下で有機性排水を微生物処理するものであることを特徴とする。

請求項４記載の排水処理装置は、ハイブリッド型ＵＡＳＢタイプの排水処理装置であって、処理槽の上部に請求項１又は２記載の微生物担体を配設して嫌気性微生物を担持し、その下部に汚泥床を配置したことを特徴とする。

本発明に係る微生物担体においては、支持部材に固定した繊維束の端部は繊維フィラメント自由端になっていて、隣接する支持担体の繊維フィラメントが一部重なるように配置してあるため、嫌気性処理槽内の上昇流で、繊維フィラメント同士が絡み合いフィルター層を形成する。
このフィルター層は、成長が遅い硫酸塩還元細菌やメタン発酵細菌を高濃度に保持し、生物膜の形成により有機物を浄化する生物学的濾過層になると同時に、フィルター層内で浮遊性の物質を吸着濾過する物理的な濾過効果も発揮するので、流出しやすい嫌気性汚泥を捕捉してくれる。
よって、本発明に係る微生物担体を処理槽内に配設した嫌気性の排水処理装置は、コンパクトでありながら処理能力が高いＵＡＦあるいはハイブリッド型ＵＡＳＢとなる。

図１に嫌気性微生物担体２０を模式的に示す。
図１（ａ）は側面図で図１（ｂ）は平面図を示す。
１つの支持担体２０ａは支持部材２１に複数の繊維束２２を上下に固定（２２ａ）してあり、繊維束２２の一端２２ｂが切りっ放しになっていて、水中で繊維フィラメント一本一本が自由にばらけた状態で浮遊できる支持担体を、隣接する支持担体の繊維フィラメントが重なるように配置する。
繊維フィラメントの材質はナイロン繊維、ポリエステル繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維、炭素繊維、ポリプロピレン繊維等の極細繊維を使用することができるが、一般的に微生物の付着には疎水性の表面が適している。
また、繊維フィラメントの材質は水中で広がりやすいように高弾性のものを使用すると繊維の長さを大きくすることができ、生物保持能力に優れ、水中の流れで泳動して閉塞しにくい充填材を構成することができ、５０〜５００ＧＰａ程度の弾性率を有するものが適しているが、生物親和性に優れ、望ましくは２００〜３００ＧＰａの高弾性を有した繊維フィラメントを使用する。
繊維フィラメントは直径１〜１０μｍ好ましくは３〜７μｍの高弾性微細繊維がよく、その重ね合わせラップ長ｄは水中での支持担体径Ｄもしくは幅の１０〜２５％、且つ５０ｍｍ以下が望ましく、ラップ長が大きいと材料費が嵩むこと、フィラメント同士の絡み合いが強くなり過ぎ、逆に少ないと絡みが弱くフィルター層が形成されにくくなる。
そして、微生物担体２０は万一濾床閉塞が発生した場合、嫌気処理槽内の処理水を排水すると、長繊維からなる微生物担体に付着した生物膜は、自重が浸漬時に比べ極めて大きくなるため、繊維フィラメントの絡み合いでできたフィルター層は解消され、付着汚泥を容易に剥離することができる。
ここで、支持部材２１は繊維束２２を支持できるものであれば紐、短冊状の布、ワイヤー、バー材等各種方法を採用することができる。
図１に示した例は支持部材２１を紐体で形成し、下端におもり２３を取り付けたものである。

図２に本発明に係る微生物担体２０を処理槽１に配設した嫌気性排水処理装置１０の例を示す。
処理槽１の内部に繊維フィラメントが重なり合うようにして支持担体２１を並設してあり、原水２をポンプ３でポンプアップして処理槽の底部から注水管４等を用いて注水する。
担体に形成した微生物膜にて処理されながら上向流し、上部から処理水として放流される。
図３には処理槽１の上部に微生物担体２０を配設し、下部に微生物が形成したグラニュール汚泥床を有するハイブリッド型ＵＡＳＢ嫌気性処理装置１０ａの例を示す。

本発明においては、図４に示すように微生物担体２０を上段、下段とのように複数段に配置してもよく、これによる排水処理装置１０ｂ、１０ｃをそれぞれ図５、図６に示す。

次に図７に示すようなテストプラントを製作し、微生物担体の微生物膜形成及び排水処理作用を評価した。
テストプラントは上部に本発明に係る微生物担体を配置して充填材生物濾床とし、処理槽の底部に汚泥床を形成し、有機性排水の原水を循環処理し、微生物膜形成後に処理槽上部から処理水としてオーバーフローさせた。

その結果を図８に示す。
図８（ａ）は原水と処理水のＣＯＤｃｒ（ｍｇ／ｌ）推移を示し、その除去率を図８（ｂ）に示す。
微生物担体には約４ヶ月で微生物膜が形成することでスタートアップでき、約５ヶ月経過後にはＣＯＤｃｒ除去率が９０％を超え安定していた。

充填材生物濾床の生物濾過を確認すべく充填材生物濾床の下部に位置する下段処理水とそれの上部に位置する上段放流水（処理水）とのＤＯＣ（溶解性有機炭素量）とＳＳ（浮遊物質量）との値を測定した結果を図９に示す。
ＤＯＣは２１０から２１ｍｇ／ｌに低下し、ＳＳは８４から４０ｍｇ／ｌに低下していることから生物膜濾過の効果が明らかになった。
また、図９に示すように強熱減量の値から本発明に係る微生物担体に高い密度の生物膜が形成されていることも確認できた。

次に図１０に基づいて、微生物担体の微生物濃度が高くなり過ぎ、濾床閉塞が生じた場合の解消方法例を説明する。
図１０（ａ）に示した処理槽に処理水が満たされた状態から図１０（ｂ）に示すように処理水をポンプアップして原水槽に戻して水位を低下させる。
これにより、水中では繊維フィラメントが一部重なり合い傘が開くように広がっていたものが水位が下がり、空中に露出すると微生物膜の自重で繊維フィラメントが傘を閉じるようにたれ下がることになり、隣接する繊維フィラメントのからみが解消し、過剰の微生物膜が処理槽の底部に落下し、余剰汚泥となる。
この余剰汚泥を排出することで容易に濾床閉塞（充填材閉塞）を解消することができる。

嫌気性微生物担体の構造例を示す。 本発明に係る排水処理装置の例を示す。 本発明に係る他の排水処理装置の例を示す。 本発明に係る嫌気性微生物担体の他の例を示す。 本発明に係る排水処理装置の他の例を示す。 本発明に係る排水処理装置の他の例を示す。 テストプラントの構造を示す。 テストプラントを用いた排水処理評価を示す。 生物膜濾床の濾過効果確認結果と生物膜濃度測定結果を示す。 濾床閉塞の解消方法を示す。

符号の説明

２０ 微生物担体
２１ 支持部材
２２ 繊維束（繊維フィラメント）

Claims (4)

1. 排水処理装置に用いる微生物担体であって、
   微生物担体は複数の支持担体からなり、支持担体は支持部材と支持部材に上下方向に複数段配置した繊維束とを有し、繊維束は複数の繊維フィラメントからなり、一端または途中を支持部材に束ねて固定し、他端又は端部が繊維フィラメントの自由端となっており、複数の支持担体を並設し、隣接する支持担体の繊維フィラメントの自由端が相互に一部重なり合うように配置したものであることを特徴とする微生物担体。
2. 複数の支持担体を略水平方向に並設したものを上下方向にも複数の段に分けて配置したことを特徴とする請求項１記載の微生物担体。
3. 処理槽内に請求項１又は２記載の微生物担体を配設し、当該微生物担体に嫌気性の微生物を担持し、嫌気性下で有機性排水を微生物処理するものであることを特徴とする有機性排水の排水処理装置。
4. 処理槽の上部に請求項１又は２記載の微生物担体を配設して嫌気性微生物を担持し、その下部に汚泥床を配置したことを特徴とする有機性排水の排水処理装置。

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