JP3389811B2 - 包括固定化担体 - Google Patents

包括固定化担体

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JP3389811B2
JP3389811B2 JP06849897A JP6849897A JP3389811B2 JP 3389811 B2 JP3389811 B2 JP 3389811B2 JP 06849897 A JP06849897 A JP 06849897A JP 6849897 A JP6849897 A JP 6849897A JP 3389811 B2 JP3389811 B2 JP 3389811B2
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立夫 角野
裕紀 中村
直道 森
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日立プラント建設株式会社
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、包括固定化担体に
係り、特に廃水中の難分解性物質を分解する包括固定化
担体に関する。 【0002】 【従来の技術】大量の廃水を効率良く生物学的に浄化処
理する方法としては、反応槽の中に網やスポンジ又は多
孔質体の固体担体を入れて、その表面に生物膜を自然発
生的に形成させたり、人為的に担体に微生物を保持させ
たものなどが実用化されている。 【0003】人為的に担体に微生物を保持させるものの
うち、合成高分子の含水ゲル中に目的とする微生物を包
括固定化したものは、反応に伴う余剰汚泥の発生が少な
いばかりでなく、特定の菌種、例えばフミン酸の分解
菌、アルコール分解菌、アンモニア性窒素酸化菌(硝化
菌)等を高密度で保持することができるので、廃水中の
難分解性物質を処理することができることから特に注目
されている。 【0004】担体に特定菌を高密度に包括保持させる方
法として、担体を短期間の廃水処理に一時的に使用する
場合には、純粋な特定菌のみを多量に担体に植え付ける
ことにより成形することができる。しかし、反応槽投入
時の担体中の菌体を種菌とし、廃水処理中に種菌の世代
交代を繰り返しながら特定菌を優先繁殖させ、これによ
り担体中に特定菌を高密度に包括保持させる場合には、
反応槽投入時における担体が廃水処理中に特定菌を優先
繁殖できる条件を備えるように成形されなくてはならな
い。 【0005】特公昭63‐52556号に記載されるよ
うに、従来、反応槽に投入するための包括固定化担体を
成形する場合、高分子ゲルに対する活性汚泥の添加量が
MLSS(担体中の活性汚泥濃度)として8000mg
/lになるように調整していた。ところで、担体の性能
を決定する大きな要素として、担体を反応槽に投入して
から廃水処理の性能が安定する定常運転に至るまでの立
ち上がりが早いこと、換言すると廃水処理中における担
体中の特定菌の馴養期間が短いことが要求される。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公昭
63‐52556号に記載される従来の包括固定化担体
は、必ずしも早い立ち上がりが得られないという問題が
ある。例えば、寒冷地で採取した種汚泥や脂肪分の多い
排水を処理している装置から採取した種菌の場合、従来
の担体では馴養期間が数か月と長くなる場合がある。 【0007】また、担体の馴養期間を短縮する方法とし
ては、特定菌に対してできるだけ高い負荷を与えるよう
な廃水処理条件下に担体を置く方法があるが、従来の担
体では、このような特定菌が優先繁殖しやすい条件の場
合でも馴養期間1〜3が月であり、場合によってはそれ
以上の長期間になってしまう。このような背景から、従
来の担体に比べて馴養期間を短縮できる担体が要望され
ていた。更には担体を成形する際に特定菌の馴養期間を
予測できるか否かは、適切な処理能力の廃水装置を設計
する上で重要な因子となる。 【0008】本発明は、このような事情に鑑みて成され
たもので、馴養期間を短縮することができると共に、馴
養期間の予測が可能な包括固定化担体を提供することを
目的とする。 【0009】 【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、高分子含水ゲル中に微生物が包括固定化さ
れた粒状の担体であって、該担体を反応槽内で廃水と接
触させることにより廃水を生物学的に浄化処理する包括
固定化担体において、前記担体を前記反応槽内へ投入す
る投入時に、担体内部の微生物の総菌数が6×106
/ml担体から4×108 個/ml担体の範囲で、且つ
前記廃水中の難分解性物質を分解する特定菌であるアン
モニア酸化菌、アルコール分解菌、フミン酸分解菌のう
ちの何れか少なくとも1つの菌数が前記総菌数の1/1
00から1/10の範囲にあることを特徴とする。 【0010】本発明によれば、担体を反応槽内へ投入す
る投入時に、担体内部の総菌数を6×106 個/ml担
体から4×108 個/ml担体の範囲にし、且つ廃水中
の難分解性物質を分解する特定菌であるアンモニア酸化
菌、アルコール分解菌、フミン酸分解菌のうちの何れか
少なくとも1つの菌数が総菌数の1/100から1/1
0の範囲にあるようにしたので、特定菌の増殖速度が大
きくなり、これにより馴養期間が短縮される。 【0011】 【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
る包括固定化担体(以下、担体と略す)の好ましい実施
の形態について詳説する。本発明の担体は、反応槽投入
時の担体中の菌体を種菌とし、廃水処理中に種菌の世代
交代を繰り返しながら特定菌を優先繁殖させ、これによ
り担体中に特定菌を高密度に包括保持させるものであ
る。 【0012】即ち、担体を反応槽内へ投入して廃水処理
装置を運転する前、所謂馴養前の本発明の担体の状態と
しては、担体内部の微生物の総菌数が6×106 個/m
l担体から4×108 個/ml担体の範囲で、且つ廃水
中の難分解性物質を分解する特定菌の菌数が前記総菌数
の1/100から1/10の範囲に維持されるように構
成される。 【0013】更に、馴養後の本発明の担体の状態として
は、担体の表面に付着する微生物の菌数が担体内部の総
菌数の100分の1以下で、且つ担体内部の特定菌の菌
数が1×107 個/ml担体から4×1010個/ml担
体の範囲に維持されるように構成される。上記構成にお
いて馴養前の担体に包括する微生物は、下水処理場の汚
泥の中から上記した総菌数、及び総菌数と特定菌との関
係を満足する種汚泥を選別してもよく、或いは実験室に
おいて調製することもできる。 【0014】担体の成形は、種汚泥を担体溶液或いは担
体前駆物質溶液と混合した後、固定液或いは架橋剤液中
に滴下する方法、固化する前に型に入れて成形する方法
と、固化した後に成形する方法等がある。このような成
形法により、担体を球、円柱、立方体、長方体等のペレ
ット状にする。この場合、担体の表面に凸凹をつけても
よい。ペレットの粒径としては、0.1〜5mm程度が
良く、粒径が0.1mmより小さい場合には、担体と処
理水の固液分離が困難になり、粒径が5mmより大きい
場合には、担体内部まで酸素が拡散しなくなり、担体内
部の微生物の生存が困難になる。 【0015】次に、本発明の担体を上記の如く構成した
理論的根拠について説明する。図1は、馴養前における
担体内部の総菌数と、馴養期間中における特定菌の増殖
速度との関係を示したグラフであり、特定菌として硝化
菌を用いた場合である。図1に示すように、馴養前の担
体中の総菌数を大きくしていくと馴養期間中における硝
化菌の増殖速度も増加するが、総菌数が6×106 個/
ml・担体近傍で硝化菌の増殖速度は横ばいになり、総
菌数が4×108 個/ml・担体を越えると硝化菌の増
殖速度は逆に低下する。図1は硝化菌の例であるが、特
定菌としてフミン酸の分解菌、アルコール分解菌を用い
た場合にも同様の傾向を示した。 【0016】このことから、馴養前の担体内部の総菌数
を大きくすることにより難分解性物質を分解する特定菌
の保持量はある程度まで大きくなるが、総菌数が大きく
なりすぎると、具体的には4×108 個/mlの近傍を
越えると逆に馴養期間中の特定菌の繁殖を阻害すること
が分かった。従って、馴養期間中における特定菌の増殖
を促進するには、馴養前の担体内部の総菌数を6×10
6 個/ml・担体から4×108 個/ml・担体の範囲
になるように担体を成形すると良い。 【0017】図2は、馴養前の担体内部の総菌数に対す
る特定菌の比率を変えた場合、馴養期間と特定菌の増殖
速度との関係を示すグラフであり、特定菌として硝化菌
を用いた場合である。図2の曲線Aは総菌数に対する特
定菌の菌数が1/100〜1/10の場合であり、曲線
Bは総菌数に対する特定菌の菌数が1/10以上の場合
であり、曲線Cは総菌数に対する特定菌の菌数が1/1
00以下の場合である。 【0018】図2から分かるように、曲線Aは、馴養期
間が長くなるに比例して特定菌の増殖速度がほぼ直線的
に大きくなった。これにより、曲線Aは、担体を反応槽
に投入してから廃水処理の性能が安定する定常運転に至
るまでの馴養期間を1か月以内にすることができた。曲
線Aの場合、数回の繰り返しテストにおいても、略同様
の結果を得ることができた。 【0019】また、曲線Bは、馴養期間初期における増
殖速度の立上りは曲線Aよりも早いが次第に鈍化し、曲
線Aの増殖速度よりも小さくなった。これにより、馴養
の効果が十分発揮されなかった。この原因としては、馴
養前の担体内部の総菌数に対する硝化菌の比率が高すぎ
ると、硝化菌の急速な増殖に伴う自己中毒を生じるため
と推察される。従って、自己中毒が生じないためには、
脱窒菌や従属細菌等の硝化菌以外の菌を担体内部に一定
以上の割合で保持することが必要である。 【0020】また、曲線Cは、馴養期間中の全体に渡っ
て緩慢な増殖速度であった。この結果、馴養期間は約数
か月と長期間を必要とした。更に、曲線Cの場合には、
増殖速度の繰り返し精度が悪く、馴養条件のわずかな変
化により馴養期間にむらが生じることが分かった。図2
は硝化菌の例であるが、特定菌としてフミン酸の分解
菌、アルコール分解菌を用いた場合にも同様の傾向を示
した。 【0021】従って、馴養期間中における特定菌の増殖
を促進するには、馴養前の担体内部の総菌数に対する特
定菌の菌数を1/100〜1/10の範囲になるように
担体を成形すると良い。図3は、上記馴養期間中に担体
に付着する付着微生物の菌数と担体内部の総菌数との関
係を示したグラフである。 【0022】図3から分かるように、付着微生物の菌数
が担体内部の総菌数の1/100以下において、硝化菌
の増殖速度が大きくなり、この時の担体内部の硝化菌の
菌数は1×107 個/ml担体から4×1010個/ml
担体の範囲であった。この理由は、担体の表面に微生物
が厚く成長しすぎると、担体内部に栄養源や反応関与物
質の供給が阻害され、包括固定した硝化菌の働きが鈍る
ためと推察される。一方、担体の表面に微生物が全くな
い状態では、廃水と担体との間で反応関与物質の授受が
スムーズに進行しないためと推察される。このことか
ら、反応関与物質の通過が妨げられない厚さを維持する
ことが必要であり、この厚さを担体内部の総菌数に対す
る付着微生物の菌数でみた場合に1/100以下とな
る。また、担体内部の総菌数に対する付着微生物の菌数
と、特定菌の増殖速度との関係は、廃水の水温等の馴養
条件により多少影響を受けるので、担体内部の特定菌の
菌数により判断することがより適切であり、具体的には
特定菌の菌数が1×107 個/ml担体から4×1010
個/ml担体の範囲に維持されていれば良い。 【0023】そして、上記の如く構成された本発明の包
括固定化担体によれば、廃水中の難分解性物質を分解す
る特定菌種の馴養期間を1か月以内にすることができる
ので、従来の担体に比べて馴養期間を大幅に短縮するこ
とができると共に、馴養条件により馴養期間の変動が少
ないので、馴養期間の予測が可能となり、廃水処理装置
の装置設計が容易になる。 【0024】尚、本発明に使用し得る高分子含水ゲルと
しては、カラギーナン、アルギン酸、エチルサクシニル
化セルロースのような多糖類やコラーゲン等の天然有機
高分子物質、ポリエチレングリコールプレポリマー(P
EG)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリ
ルアミド等の合成高分子樹脂、その他、常温放置又は微
生物が死滅しない程度の温度で固化し、固化後に微生物
を液中に放出しないものであれば、任意の高分子物質を
使用することができる。 【0025】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の包括固定
化担体によれば、従来の包括固定化担体に比べて担体中
の特定菌種であるアンモニア酸化菌、アルコール分解
菌、フミン酸分解菌のうちの何れか少なくとも1つの馴
養期間を大幅に短縮することができる。また、馴養期間
が1か月以内で安定していることから、担体成形時に馴
養期間を予測することができる。これにより、馴養期間
を想定した廃水処理装置の設計を行うことができるの
で、装置の大型化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】図1は、反応槽に担体を投入して馴養する時
の、投入時における担体内部の総菌数と、馴養時におけ
る特定菌の増殖速度との関係を示したグラフ。 【図2】図2は、反応槽に担体を投入して馴養する前の
担体内部の総菌数に対する特定菌の比率を変えた場合、
馴養期間と特定菌の増殖速度との関係を示すグラフ。 【図3】図3は、馴養時において担体に付着する付着微
生物の菌数と担体内部の総菌数との関係を示したグラフ 【符号の説明】 A…総菌数に対する特定菌の菌数が1/100〜1/1
0の場合 B…総菌数に対する特定菌の菌数が1/10以上の場合 C…総菌数に対する特定菌の菌数が1/100以下の場
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−194744(JP,A) 特開 平4−320685(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 3/02 - 3/10 C02F 3/28 - 3/34 C12N 11/08

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】高分子含水ゲル中に微生物が包括固定化さ
    れた粒状の担体であって、該担体を反応槽内で廃水と接
    触させることにより廃水を生物学的に浄化処理する包括
    固定化担体において、 前記担体を前記反応槽内へ投入する投入時に、担体内部
    の微生物の総菌数が6×106 個/ml担体から4×1
    8 個/ml担体の範囲で、且つ前記廃水中の難分解性
    物質を分解する特定菌であるアンモニア酸化菌、アルコ
    ール分解菌、フミン酸分解菌のうちの何れか少なくとも
    1つの菌数が前記総菌数の1/100から1/10の範
    囲にあることを特徴とする包括固定化担体。
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JP2007268368A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Hitachi Plant Technologies Ltd 包括固定化担体及びそれを用いた廃水処理装置
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