JP2009297619A

JP2009297619A - 光合成微生物を用いた活性汚泥処理方法及びそれに用いるバイオユニット

Info

Publication number: JP2009297619A
Application number: JP2008152896A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Yugawa; 恭啓湯川; Tetsuya Suzuta; 哲也鈴田
Original assignee: JAPAN BIOMASS CORP
Current assignee: JAPAN BIOMASS CORP
Priority date: 2008-06-11
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2009-12-24

Abstract

【課題】生活排水や産業排水の活性汚泥処理に際し、光合成微生物を利用して有機物の分解反応を促進する方法において、簡単な構造の装置により、手軽に効率を向上させ、曝気のための電力消費を節減し、かつ二酸化炭素や亜酸化窒素の排出量を減少させる方法を提供する。
【解決手段】生物酸化槽において、汚泥中に含まれる微生物により排水中の有機物を分解処理する工程を含む排水処理方法において、透光性材料からなる有底円筒中空体の外側面に光合成微生物層を担持させ、その上を多孔質フィルムで被覆して構成したバイオユニットを、上縁部を水面上に突出させた状態で上記生物酸化槽内に配置し、ユニット上方より光を入射させながら光合成反応を行わせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、家庭排水又は産業排水を汚泥中に含まれる微生物を利用して排水中の有機物を分解して浄化する方法において、光合成微生物を存在させて生物活性を高め、曝気に必要とする電力を節減する排水処理方法に関するものである。

近年、家庭から排出される生活排水や、工場、事業所などから排出される産業排水などを処理する下水処理施設においては、下水中に存在する微生物の分解能を利用して排水中の有機物を分解し、浄化する、いわゆる活性汚泥処理法が主流になっている。

ところで、この活性汚泥処理に際しては、通常、外部から流入してくる排水中の有機物を分解するために大量の酸素を必要とするので、排水をいったん曝気槽に貯留させ、曝気ブロアによって、その中へ空気を強制的に送り込んでいるが、それには常時送風ポンプを運転しなければならず、電力消費量が増大するのを免れない。

このような電力消費量の増大を抑制する手段の１つとして、光合成を行う微生物、例えば植物性プランクトンを共存させて、活性汚泥の活性を高めるとともに、酸素を補給する方法が知られており、例えば、外部から流入した排水を生物酸化槽にいったん貯水して、この生物酸化槽内で汚泥中に含まれる微生物の分解能を利用して上記排水に含まれる有機物を分解したのち、処理水として流出させるに当り、生物酸化槽内に、植物プランクトンの光合成を促進するため、排水の水面より上方の光を排水内へ導く複数の光電管を配設した排水処理設備を用いる方法（特許文献１参照）、排水中の沈殿性物質を除去する第１処理槽と、内部空間と外部とを連通する複数の透孔を穿設した球殻を有する球状中空体と、球殻に付設された球殻の回転を促進するための偏平形状の作動片と、上記内部空間に収納された微生物担持用多孔質担体を配置した、下部に空気噴出ノズルを有する第２処理槽とで構成された水浄化装置を用いる方法（特許文献２参照）、内壁面の少なくとも一部が光合成微生物付着能を有し、貧酸素化又は無酸素化した汚水の通過により光合成可能な管状体を用いた汚水浄化方法（特許文献３参照）などが知られ、また、光触媒を併用する活性汚泥処理方法として、浄化槽から排出される有機物を含んだ排水を、光触媒を収容した分解槽に導入し、導光路を介して光照射しながら分解する方法（特許文献４参照）、液状化した二酸化チタンを透明な、かつ水の動きに十分に対応する軟らかいフィルムに付着させ、この光触媒能力を利用して活性汚泥処理する方法（特許文献５参照）、紫外線源及び光触媒を含むペレットからなる浄化処理室と、外部から取り込んだ汚水を上記浄化処理室に強制通水させるポンプ室とを直列に水中に浸漬させて水を浄化させる方法（特許文献６参照）、汚泥物を含有する水に気泡を供給し、上記汚泥物に付着させる際に、光触媒用ランプと、これを被覆する光触媒とで構成された気泡供給手段を用いる方法（特許文献７参照）、上方の生活雑排水流入口と、少なくとも一部が水面上方に位置する光触媒材料を有する光触媒分解処理装置と、嫌気性処理装置とを備えた第一処理槽と、第一処理槽に隣接し、それと仕切壁により下方部を連通状態として隔離され、内部に好気性処理装置と上方に浄化水排出口を備えた第二処理槽とから構成された装置を用い、第一処理槽上方から光を導入して行う生活雑排水浄化処理方法（特許文献８参照）などが知られている。
しかしながら、これらの方法は、複雑な構造をもつ特殊な装置や設備を必要とし、操作が煩雑である上に、浄化効率も低く、実用性の面では必ずしも満足し得るものとはいえない。

特開平７−３０３８９８号公報（特許請求の範囲その他）特開２０００−１０７７８２号公報（特許請求の範囲その他）特開２００３−３１１２９４号公報（特許請求の範囲その他）特開平９−６６２８２号公報（特許請求の範囲その他）特開平１０−２７７５９８号公報（特許請求の範囲その他）特開２００３−６２５６７号公報（特許請求の範囲その他）特開２００５−１５２８１５号公報（特許請求の範囲その他）特開平１１−３００３７３号公報（特許請求の範囲その他）

本発明は、生活排水や産業排水の活性汚泥処理に際し、光合成微生物を利用して有機物の分解反応を促進する方法において、従来方法のように複雑な装置を用いたり、煩雑な操作を行うことなく、簡単な構造の装置により、手軽に効率を向上させ、曝気のための電力消費を節減し、かつ二酸化炭素や亜酸化窒素の排出量を減少させる方法を提供することを目的としてなされたものである。

本発明者らは、光合成微生物を併用する汚泥活性処理における効率向上方法について鋭意研究を重ねた結果、外側面に光合成微生物層を担持した透明有底中空円筒体を生物酸化領域に配置し、その円筒体を通して活性光を入射させて光合成反応を行わせることにより、その目的を達成し得ることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。

すなわち、本発明は、生物酸化槽において、汚泥中に含まれる微生物により排水中の有機物を分解処理する工程を含む排水処理方法において、透光性材料からなる有底円筒中空体の外側面に光合成微生物層を担持させ、その上を多孔質フィルムで被覆して構成したバイオユニットを、上縁部を水面上に突出させた状態で上記生物酸化槽内に配置し、ユニット上方より光を入射させながら光合成反応を行わせることを特徴とする排水処理方法、及びこの方法において用いる、透光性材料からなる有底円筒中空体と、その外側面に担持された光合成微生物層と、その上を被覆した多孔性フィルムで構成されたことを特徴とするバイオユニットを提供するものである。

本発明方法においては、一般に下水処理に際して通常用いられている活性汚泥法をそのまま用いることができる。この活性汚泥法は、例えば下水を金属の格子を通して大きな塊りや夾雑物を除いたのち、沈降槽に送られ、ここで２〜４時間処理して固形物を沈殿させる。

次いで、上澄液は、生物酸化槽に送られ、ここで、活性汚泥と混合され、好気的に反応させる。この反応により、排水中の有機物は分解され、フロックとなって分離するので、沈降槽に移し、活性汚泥を沈降分離する。上澄液は、そのまま河川に放流されるか、必要に応じさらに浄化処理に付される。上記の沈降槽で分離された活性汚泥の一部は、再び生物酸化槽に戻され、反復使用される。

通常の活性汚泥法においては、排水を生物酸化槽に送られるに先立って曝気槽において通気し、空気と接触させる必要があるが、本発明方法においては、光合成反応により発生する酸素を利用することができるので、曝気量を大幅に削減したり、曝気処理を省くことも可能である。

上記の活性汚泥中に含まれ、有機物を分解する作用を行う微生物は、主として細菌及び原生動物で、そのほかに真菌類、輪虫類、線虫類なども含まれている。有機物の分解に寄与するのは、主として細菌、例えばシュウドモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）属、アエロバクター（Ａｅｒｏｂａｃｔｅｒ）属、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属などの細菌である。原生動物は、有機物の分解にはほとんど寄与しない。

本発明方法において用いるバイオユニットは、透光性材料で作られるが、この透光性材料は、耐食性、高強度のものである必要がある。アクリル樹脂のようなプラスチックが好ましいが、耐食性、高強度のものであればガラス、石英のような無機材料であってもよい。

次に、添付図面に従って、このバイオユニットの構造を説明する。
図１は、このバイオユニットの１例の側方断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った平面断面図である。
このバイオユニットの主体１は、透光性材料からなる中空円筒体であり、その上方２は開放されるか、あるいは透光性材料で蓋をされており、底部３は閉塞されている。この底部３は、必ずしも本体と同じ材料で作られている必要はなく、所望ならば耐食性、高強度の非透光性材料、例えば金属セラミックスなどで作られていてもよい。この中空円筒体の厚さは、全体のサイズにより左右されるが、通常１〜１０ｍｍの範囲である。
この主体１の外側面には、光合成微生物層４が設けられている。この光合成微生物層４の厚さは、１〜５０ｍｍ、好ましくは２〜１０ｍｍの範囲で選ばれる。

この光合成微生物層４を構成する微生物としては、葉緑素を含む植物性プランクトン、例えばクロレラ（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ）、センデスムス（Ｓｃｅｎｅｄｅｓｕｍｓ）、クラミドナス（Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓ）、ユーグレナ（Ｅｕｇｌｅｎａ）などを用いることができるが、特に好ましいのは、パラクロレラ・エスピー・バイノス（Ｐａｒａｃｈｌｏｒｅｌｌａｓｐ．Ｂａｉｎｏｓ，寄託番号ＦＥＲＭＡＢＰ−１０９６９）である。

この光合成微生物層４は、本体１の外側面全体に設ける必要はなく、部分的に設けてもよいが、少なくとも生物酸化槽に配置したときに水面下になる部分に光合成微生物層４が存在することが必要である。

この光合成微生物層４は、その脱落を防止するために、その層の表面が多孔質フィルム５で被覆されている。この多孔質フィルム５の材質としては、生物酸化槽中で長期間にわたって安定に存在し得るものであればよく、特に制限はないが、例えば、限外ろ過膜（ＵＦ）、精密ろ過膜（ＭＦ）、逆浸透膜（ＲＯ）、不織布などが好ましい。
このフィルムの厚さとしては、０．１〜５ｍｍの範囲が選ばれる。また、このフィルムが有する細孔の孔径としては、０．１〜２μｍ、好ましくは０．２〜０．８μｍの範囲で選ばれる。
また、このフィルムの片面又は両面に、微生物が付着しやすいように不織布を巻き付けたり、外側に保護用の網を巻き付けることもできる。

このバイオユニットのサイズは、使用される生物酸化槽のサイズにより左右され、必ずしも一定しないが、通常、内径５０〜３００ｍｍ、高さ５００〜１０００ｍｍである。

本発明方法においては、生物酸化槽に、上記のバイオユニットを配置させるが、この場合、ユニットの上縁部を排水の水面上に突出させて配置させることが必要である。この上縁部が排水の水面下になるように配置されると、このユニットに上方から光を入射させる場合、排水により光が散乱、吸収される結果、未反応の効率が低下するのを免れない。

本発明方法において、バイオユニットの上方から入射される光は、太陽光、人工光のいずれでもよい。この人工光としては、例えば、蛍光灯、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、ＬＥＤなどが用いられる。

本発明方法における生物酸化槽での光の照射時間としては、１回当り、４〜１６時間の範囲で選ばれるが、所望に応じさらに長くすることもできる。この照射時間は、排水の流量によって調整することができる。

本発明方法においては、活性化汚泥処理により、酸素が消費され、二酸化炭素が発生するが、バイオユニット中の微生物による光合成反応により二酸化炭素が消費され酸素が発生するので、従来の活性汚泥法のような曝気処理における空気送風のための多大な電力消費を抑制することができ、コスト節減のみならず、省エネルギー、二酸化炭素排出量の削減にも大きな役割を果すことができる。

次に、実施例により本発明の最良の実施の形態を説明する。
なお、バイオユニットとしては、径１５ｍｍ、長さ１００ｍｍのガラス管の側面全体に、光合成菌パラクロレラ・エスピー・バイノス１０００ｍｇを塗布し、その上を孔径２μｍの細孔を有するフィルターで被覆したものを用いた。また、光源としては、太陽光を用いた。
また、窒素、リン補足剤としては、尿素と第二リン酸アンモニウムの質量比４：１の混合物（以下ＮＰ剤という）を用いた。

１リットル容ビーカーに純水５００ｍｌを入れ、この中にバイオユニットを挿入し、スタラーにより１８０ｒｐｍでゆっくりかきまぜながら、２４時間ごとに、グルコース粉末１２５ｍｇと１０％ＮＰ剤水溶液０．０３ｍｌ（Ｃ：Ｎ：Ｐ＝１００：５：１）を加え、添加時と２４時間経過後のＴＯＣを測定した。その結果を表１に示す。
なお、実験番号１は、何も添加せずに純水のみで測定した対照である。

模擬排水におけるグルコース添加量を７５０ｍｇ／リットル、ＮＰ剤添加量を０．１８ｍｌとし、実施例１と同様にして、添加直後及び２４時間後のＴＯＣを測定したところ、それぞれ３４１ｍｇ／リットル及び８５ｍｇ／リットルであった。

比較例
比較のために、純水５００ｍｌにグルコース２５０ｍｇ／リットル及びＮＰ剤（１０％溶液）０．０３ｍｌを添加し、添加直後、２４〜１２０時間経過後のＴＯＣを測定した。その結果を表２に示す。

このことより、バイオユニットにより模擬排水のＴＯＣを２４時間で約１００ｍｇ／リットル（除去率７０％に相当）除去し得ることが分かる。

生活排水、産業排水の活性汚泥法による除去に有用である。

バイオユニットの１例の側方断面図。図１のＡ−Ａ線に沿った平面断面図。

符号の説明

１バイオユニットの主体
２中空円筒体の上方
３中空円筒体の底部
４光合成微生物層
５多孔質フィルム

Claims

生物酸化槽において、汚泥中に含まれる微生物により排水中の有機物を分解処理する工程を含む排水処理方法において、透光性材料からなる有底円筒中空体の外側面に光合成微生物層を担持させ、その上を多孔質フィルムで被覆して構成したバイオユニットを、上縁部を水面上に突出させた状態で上記生物酸化槽内に配置し、ユニット上方より光を入射させながら光合成反応を行わせることを特徴とする排水処理方法。
光合成微生物層がパラクロレラ・エスピー・バイノス（Ｐａｒａｃｈｌｏｒｅｌｌａｓｐ．Ｂａｉｎｏｓ）の層である請求項１記載の排水処理方法。
透光性材料がアクリル樹脂である請求項１又は２記載の排水処理方法。
透光性材料からなる有底円筒中空体と、その外側面に担持された光合成微生物層と、その上を被覆した多孔性フィルムで構成されたことを特徴とするバイオユニット。