JP3587733B2

JP3587733B2 - 微生物担体及び廃水処理装置

Info

Publication number: JP3587733B2
Application number: JP17159399A
Authority: JP
Inventors: 茂樹重定; 金夫水野; 良行高嶋; 功三小西
Original assignee: Denka Consultant and Engineering Co Ltd
Current assignee: Denka Consultant and Engineering Co Ltd
Priority date: 1999-06-17
Filing date: 1999-06-17
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2019-06-17
Also published as: JP2001000180A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、実用的廃水処理性能の高い廃水処理技術に関し、より詳しくは負荷変動対応性に優れると共に、新しい担体を使用した場合に飽和含水率に達する時間を短縮できる発泡熱可塑性樹脂からなる廃水処理用微生物着床用担体及びこれを用いた廃水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、廃水処理、特に好気的手段による廃水ＢＯＤの積極的低減に関しては活性汚泥法が採用されていた。活性汚泥法を更に効率化した方法として接触酸化法、流動性担体を充填した流動床法がある。特許第２７１１６２５号に開示された好ましい担体を実公平６−３４８８０号公報に開示された流動床式廃水処理装置に使用した場合には、活性汚泥法の十〜数十倍の処理効率が得られている。
【０００３】
流動床式廃水処理装置の処理槽に充填される粒状担体としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ポリウレタン等の各種合成樹脂やセルロース誘導体が使用される。粒状、円筒状、円柱状等の形状に成形され、更に発泡或いはフィラーの充填等により適切な水中比重に調整されることもある。
【０００４】
特開平１０−２５７８８５号公報には、連続気泡の中の貫通気泡の割合を２０％以上とした発泡ポリオレフィン系樹脂により担体の水馴染み性を向上させる技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
流動床式廃水処理装置の一般的長所としては、処理効率が高く処理槽容積が少ないこと、工程変動により汚泥の流亡がないこと等が挙げられる。流動床式廃水処理方式では微生物が担体に付着しているので活性汚泥法のように流亡しない。一方、高効率であるため処理槽の容積が小さくなり、処理槽に流入する原水の水量、水質を大量の槽内水で緩和する能力が小さい。特に、極端に低い水量、水質での運転の後は水量、水質が復元しても処理性能がこれに追随して復元しないため、このような工程変動時には処理が不十分な処理水が工場外に排出される問題があった。
【０００６】
主工程が製造設備である場合、廃水処理装置は生産計画に伴う廃水の水量や水質の変動を受けるばかりでなく、製造工程のトラブルによる運転休止、定期修理や休日のため１日から場合によっては１０日以上も有機物負荷のほとんどない状態を強いられることがある。このような低負荷の後、負荷が復旧しても処理性能が直ちに復元しないが、これは微生物に依存する装置の特性上やむを得ない欠点と諦められていた感がある。しかしながら、負荷変動対応性に優れた担体は実用面から切望されていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決することを目的とし、その構成は、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等の硬質熱可塑性樹脂を主成分とする連通気泡を有する熱可塑性樹脂発泡体からなり、１粒子の最大径と最小径がそれぞれ２ｍｍ以上、２５ｍｍ以下であり、発泡体の比表面積が５〜５０ｍ^２／ｃｍ^３であることを特徴とし、更に、この担体を、曝気槽水相容積あたり５〜５０％の嵩容積に充填したことを特徴とする流動床式廃水処理装置である。
【０００８】
発泡合成樹脂よりなる流動床式廃水処理装置に用いられる微生物担体は、従来から知られていた。発泡体を用いる主な理由は担体の外部表面を粗面にして微生物膜の付着性を高めることにあった。
【０００９】
連続気泡性発泡体にあっては、連通気泡孔の内部表面も当然微生物の棲息域となり得るが、担体外部表面の微生物膜と比べ、水槽中の有機物の物質交換効率がはるかに低いため、内部表面の微生物相は微生物分解に寄与する主たる場ではないと考えられていた。このため内部表面積の研究がなおざりになっていた傾向がある。
【００１０】
本発明者らは連通気泡を有する流動床用担体の内部連通気泡孔の表面積の効果について検討し、一定値以上の内部表面積を有する担体は、水処理装置の有機物負荷が定常時よりも著しく低い状態におかれた後高くなった場合に、処理性能復元性が優れていることを見出して本発明を完成するに至った。
【００１１】
本発明による担体によれば、低負荷が続いた後に負荷が復元した場合に、処理性能の復元に要する期間が大幅に改善される。
【００１２】
本発明による担体は５〜５０、好ましくは１０〜４０ｍ^２／ｃｍ^３と大きな比表面積を有し、多くの微生物膜を付着できるのみでなく、負荷欠乏状態後の速やかな処理性能回復という特異な効果を有する。その理由は明らかでないが、有機物負荷の欠乏状態では微生物はその数を減じて悪環境に生き延びる種子的状態になると考えられ、連通気泡の細孔の表面が種子的状態の微生物の保存床として機能し、細孔内の広い表面には栄養状態の回復時に微生物量も追随して回復できる基が大量に保存されていると考えられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
一般的に、流動床式廃水処理装置においては、処理槽の出口にスクリーン又は網目状の分離手段を設け、処理槽から流出する処理水から担体を分離し、処理槽からの担体の流出を防いでいる。担体はスクリーン等の分離手段の開口部に詰まったり、処理槽の壁面に衝突することもあり、物理的な衝撃に耐えることを要する。本発明に使用される熱可塑性樹脂は硬質樹脂であることを要し、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、ポリスチレン、硬質ポリ塩化ビニル等の硬質汎用樹脂及びこれらの樹脂の混合物が好ましい。一般に軟質樹脂といわれている低密度ポリエチレン、軟質ポリ塩化ビニル等は好ましくない。
【００１４】
高密度ポリエチレン、ポリプロピレンが好適に使用されるが、これらの樹脂にポリスチレンを２〜１０重量％配合すると、より高い剛性を付与することができる。
【００１５】
上記合成樹脂に発泡剤、フィラー等を配合した混合材料を押出機にて押出し、ダイス形状により棒状、管状、糸状、板状等に押出成形された発泡樹脂成形物を切断して粒子状の担体を得る。
【００１６】
本発明の担体は表面が粗面であることによる表面積の拡大効果の他、表面に開口部を有する多くの連通気泡を有し担体粒子表面積よりはるかに大きい担体内部の表面積を有する。
【００１７】
担体はそれが使用される流動床式装置のシステムの特性により、水中浮上性の担体と水中沈降性の担体が使用される。いずれにしても、水中で比重が一定値に達したときの担体の比重が水の比重に近いことが好ましい。担体の比重が水の比重に近いと廃水処理槽内で担体の均一な流動分布が得られ、水中で比重が安定した後の吸水担体の見掛け比重は０．９５〜１．０５の範囲のものが好ましい。
【００１８】
発泡担体は連通気泡と独立気泡の両者を有し、このため担体の水中安定後の見掛け比重は樹脂又は樹脂配合物のみの真比重より小さくなる。タルク、石灰石、活性炭、木粉、焼却灰、ペーパースラッジ焼却灰等の真比重が１より大きい有機及び無機の粉状物質をフィラーとして充填配合する。
【００１９】
タルク等の粉体充填材は担体比重の調節と発泡の核剤としての目的で使用される。その他微生物との親和性向上、微生物に対する微量栄養素の供給源、コスト低減等の効果も有する。
【００２０】
本発明においては、連通気孔とは連続気泡が担体粒子の一方の面或いは２方以上の面に開口している気泡であり、発泡担体の表面積は発泡担体の見掛け容積あたりの表面積、すなわち、比表面積ｍ²／ｃｍ³（見掛け容積）で表す。比表面積は粒子表面の凹凸を含めた表面積の他、細孔内の表面積も加算される。本発明においては１〜１０００μｍの径の連続気泡孔の表面積測定に適した水銀圧入式細孔分布測定装置により比表面積を装置した数値を用いる。
【００２１】
なお、製造時に水で冷却される担体の場合には、水を含んでいるので発泡担体を完全に乾燥した後に測定する。
【００２２】
発泡剤はプラスチックの発泡に用いられる化学発泡剤、液化ガス発泡剤、ガス発泡剤のいずれであっても、又これら数種を併用しても、５〜５０ｍ^２／ｃｍ^３、好ましくは１０〜４０ｍ^２／ｃｍ^３の比表面積を有する発泡体が得られればよい。
【００２３】
担体粒子の形状は立方体、直方体、円柱型、円筒形またはこれらの基本型を変形した形状、不定型など特に限定はない。いかなる形状であっても粒子の最大径が２５ｍｍ以下で、最小径が２ｍｍ以上であることを要する。円筒形のように明らかな貫通孔を有する場合でも、貫通孔を無視して外寸法で判断する。流動床用担体にあっては、使用状態における担体の機能が担体の表面積にほぼ比例するため２５ｍｍ以上の大きな担体はその表面積が減少し好ましくない。また、処理槽から処理水が流出する際に、担体を処理水と分離するためのスクリーン分離法、浮上分離法、沈降分離法等があり、いずれの分離方式にあっても小さい担体程分離が困難になり、最小径２ｍｍ以上の担体が好ましい。
【００２４】
界面活性剤は、担体に水との親和性、水濡れ性を付与するために用いられる。担体表面の水濡れ性は、微生物との親和性、担体の水面浮上現象に関与する他、連続気泡を有する担体にあっては連続気泡孔への水の侵入を速める。
【００２５】
連通気泡を有する担体は、水処理装置に担体が充填され、水中で放置或いは撹拌される経過時間に伴って気泡中に水が進入し、水が飽和含水した状態で好適な比重になるように設計されている。担体使用開始後、飽和比重に達するまでの期間は担体は水面に浮上状態であったり、水面近くに偏在したりして水中に均一に分散せずその機能を発現しない。
【００２６】
本発明者らは、担体を構成する合成樹脂に界面活性剤を配合混練することにより、連通気泡中への水の進入速度を著しく加速し、含水飽和までの時間を著しく短縮できる事実を見出した。界面活性剤としては界面活性剤メーカーから帯電防止剤、防曇剤等として販売されており、一般に熱可塑性樹脂に混練されて上記の目的で使用されるものがよい。その使用量は熱可塑性樹脂に対し０．２〜３．０重量％、好ましくは０．５〜２．０重量％である。
【００２７】
比表面積の著しく大きい本発明担体は、連通気泡内への水の侵入が遅くなりがちであるが、界面活性剤を樹脂に配合することによりこの問題は解決した。特に新しく担体を使用する際に、短時間で飽和含水させ、水中に均一に分散させることができる。
【００２８】
本発明担体を製造する方法は特に限定しない。例えば、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン等の原料樹脂にフィラー、界面活性剤、発泡剤等を配合し、通常のプラスチック押出機を用いてダイスから１本或いは２本以上のストランドとして押出すことができる。発泡ストランドを水槽にて冷却固化し、所定の長さに切断する方法がある。
【００２９】
本発明の担体は流動床式廃水処理装置に好ましく使用される。使用にあたっては本発明担体を処理水に対し１０〜３０重量％充填し、処理槽の水相容積あたり５〜５０％の嵩容積になるように充填すると高い廃水処理効率を発現する。
【００３０】
【実施例】
実施例１〜３及び比較例１〜２
実施例１として、
ポリプロピレン８６重量部活性炭１重量部
ポリスチレン５重量部ノニオン系帯電防止剤１重量部
タルク９重量部
に、発泡剤としてアゾジカルボンアミド１重量部を混合し、４０ｍｍφノンベントフルフライトスクリュー押出機にて、３ｍｍφの孔４個を有するストライドダイより押出して発泡ストランドを得た。このストランドを水槽にて冷却固化後ペレタイザーカッターにて３ｍｍ長さに切断して、４ｍｍφ、高さ３ｍｍの円柱形発泡担体粒子を得た。
【００３１】
この担体粒子は発泡倍率１．８０倍、気泡を含む粒子の見掛け容積中の連続気泡容積の比率は４５％であり、水銀圧入法による比表面積は２５．５ｍ^２／ｃｍ^３、水中にて水分を飽和吸収した後の含水担体の密度は０．９７５ｇ／ｃｍ^３、常温水中での浮上速度は１．４ｍ／分であった。
【００３２】
発泡剤、アゾジカルボンアミドの配合量が異なる以外は実施例１と同様にして比表面積の異なる担体を製造し、その比表面積を表１に示した。
【００３３】
なお、連通気泡の容積率は担体物質の真比重、乾燥担体の見掛け比重、飽和含水後の担体の見掛け比重より量論的に求められる。
【００３４】
水銀圧入法による比表面積は、島津製作所製ＡＵＴＯＲＯＰＥＩＩ９２２０により測定した。
【００３５】
曝気槽としては、水槽容積１リットル曝気槽を用い、その容積の２０％にあたる２００ｍｌの嵩容積の担体を充填した。メタノールと酢酸を含むＢＯＤ５２０ｍｇ／Ｌの模擬廃水を５００ｍｌ／時で連続的に供給し、曝気槽底部の多孔質散気装置より４リットル／分の空気を供給し、２０〜２５℃の範囲の水槽温度で連続運転することを標準条件とした。
【００３６】
曝気槽の一方の壁の水面部に、幅２０ｍｍ、高さ２０ｍｍ、スリット幅２ｍｍのスリットを設け、供給模擬廃水量に相当する処理水をスリットより流出させた。
【００３７】
担体は予め活性汚泥槽の汚泥により馴養し、上記の標準条件にて一定の安定した処理性能になっていることを確認した後供給水を一定期間停止し、その後再び標準条件の供給水に戻した。
【００３８】
模擬廃水供給停止後、再供給した時点より経時的に処理水のＢＯＤを測定し、微生物担体の処理性能を観察しその結果を表１に併記した。
【００３９】
【表１】

【００４０】
表１に示す通り、実施例１〜３では１０日間も給水停止期間が続いた後でもある程度の処理能力を維持し続け、２日後にはほぼ復旧し、４日後には給水停止前と全く同様の処理能力に復元している。一方、比較例１においては１日後は無処理に近い状態であり、完全復元には１０〜１５日を要している。
【００４１】
比較例２では給水停止期間が１日と短く、この程度の短時日の給水停止では給水再開１〜２日で処理性能が復旧している。本発明の場合には１日程度の給水停止はほとんど処理性能に影響しなかった。
実施例４〜６及び比較例３
界面活性剤の種類と量を変えた以外は実施例１と同様にして発泡担体を製造した。実施例４では他のノニオン界面活性剤を使用し、実施例５ではアニオン界面活性剤を使用し、実施例６ではカチオン界面活性剤を使用した。比較例３として界面活性剤を用いない以外は実施例１と同様にして担体を製造した。得られた担体の比表面積及び使用した界面活性剤の一般用途及び添加量を表２に示した。
【００４２】
この担体を水中に浸漬してゆるやかに撹拌して経時的に変化する担体の見掛け比重を測定し、吸水飽和に至るまでの所要日数を測定した。本実施例においては水中浸漬後８日〜１２日で一定の見掛け比重に達するが、比較例３では６８日後もまだ一定の見掛け比重に達していない。
【００４３】
【表２】

【００４４】
【発明の効果】
本発明により、廃水のＢＯＤ処理効率が高いと共に廃水との馴染み性がよく、特に、負荷欠乏状態が続いた後負荷が復元した場合に、処理効率も速やかに復元する実用的に望ましい廃水処理用微生物担体が得られる。

Claims

高密度ポリエチレン、ポリプロピレン又は高密度ポリエチレンとポリプロピレンの混合物からなる硬質熱可塑性樹脂を主成分とする連通気泡を有する熱可塑性樹脂発泡体からなり、１粒子の最大径と最小径がそれぞれ２ｍｍ以上、２５ｍｍ以下であり、発泡体の比表面積が５〜５０ｍ²／ｃｍ³であることを特徴とする廃水処理用微生物担体。
硬質熱可塑性樹脂が上記硬質熱可塑性樹脂に対し、２〜１０重量％のポリスチレンを含有することを特徴とする請求項１記載の廃水処理用微生物担体。
有機及び無機の粉状物質が、合成樹脂配合物に対し０．１〜２０重量％含有されていることを特徴とする請求項１又は２記載の廃水処理用微生物担体。
熱可塑性樹脂に０．２〜３．０重量％の界面活性剤を配合したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載する廃水処理用微生物担体。
請求項１〜４のいずれかに記載する微生物担体を、曝気槽水相容積あたり５〜５０％の嵩容積に充填したことを特徴とする流動床式廃水処理装置。