JP4626286B2

JP4626286B2 - 余剰汚泥の発生抑制方法

Info

Publication number: JP4626286B2
Application number: JP2004356749A
Authority: JP
Inventors: 明平石; 有希子松澤
Original assignee: Toyohashi University of Technology NUC; Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Toyohashi University of Technology NUC; Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2004-12-09
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2024-12-09
Also published as: JP2006159130A

Description

本発明は余剰汚泥の発生抑制方法に係り、特に、脱共役剤の存在下に有機性排水を生物処理することにより、余剰汚泥の発生を抑制する方法において、処理水質を維持した上で、脱共役剤の系外漏出を防止して安全かつ低コストに余剰汚泥発生量を低減する方法に関する。

下水や工場や事業所から排出される有機性排水の処理には現在活性汚泥処理法が広く用いられている。この方法は、処理効率と経済性は優れているが、廃棄物として余剰汚泥が発生するという大きな問題がある。余剰汚泥は産業廃棄物の約半分を占めると言われ、その処理・処分に多大なコストを要している。

従来、この余剰汚泥は、脱水後に焼却または埋め立てにより処理されてきている。しかし、ダイオキシン類の環境規制強化による余剰汚泥の焼却処分の規制化や、最終処分場の確保の困難性と処理コストの上昇等の問題から、近年、余剰汚泥の発生そのものの抑制が重要な課題となってきている。

一方で、余剰汚泥の固形燃料化・堆肥化・建設資材化等が検討されてはいるが、未だ十分な実用性を有するものはなく、このようなリサイクルシステムが有効に機能するにはなお更に時間を要するため、効果的な余剰汚泥の減量化技術の開発が待望されている。

余剰汚泥の減量化技術としては、発生した余剰汚泥を最終処理までに減量化する方法と元の廃水処理槽内そのもので汚泥発生を抑制する方法とがある。また、用いる手段によって物理化学的方法と生物学（生化学）的方法とがあり、後者は主に処理槽内の汚泥発生抑制に使われる方法である。

廃水処理槽内の汚泥発生を抑制する方法は、余剰汚泥発生そのものを防ぐ手段であるため二次廃棄物が発生せず、経済性の面でも優れている。この場合は、高速酸化法、捕食法、脱共役（プロトン転移）法等の生物学的、生化学的方法が用いられる（非特許文献１）。

このうち、高速酸化法は汚泥の自己酸化も含めて有機物の酸化を促進する方法であるが、通気量を多くしたり、通気時間を長くとる等の手段を用いなければならず、安定性、コスト、労力の点で問題がある。捕食法は原生動物や微小後生動物による汚泥の捕食を利用する方法であるが、未だ実用的な技術としては確立していない。脱共役法は微生物の化学エネルギーＡＴＰの生成を抑える薬剤を添加する方法であり、比較的低コストで簡単に行うことができる。脱共役剤は、微生物の基質酸化に伴う呼吸系電子伝達をあまり阻害せずにエネルギー生成を抑制するので、薬剤の添加によって呼吸や有機物の分解力を損なうことなく菌の増殖のみが抑えられ、結果として通常の処理を可能にしながら余剰汚泥の発生を抑制することができると考えられる。

生化学実験等で使われる脱共役剤としては、カルボニルシアニド、ｍ−クロロフェノールヒドラゾンや２，４−ジニトロフェノールがよく知られている。一方、余剰汚泥発生の抑制に脱共役法を適用した例では、より弱い脱共役作用を有するクロロフェノール、ニトロフェノール等の同類体、テトラクロロサリシルアニリドなどが使われている（非特許文献２，３）。

これまでに脱共役剤としてクロロフェノール類を用いた例では、２−クロロフェノール、３−クロロフェノール、４−クロロフェノール、２，４−ジクロロフェノール、２，６−ジクロロフェノール、２，４，５−トリクロロフェノールが報告され、特に、３，５−ジクロロフェノールの効果が高いことが報告されている（特許文献１）。

一方で、石油系プラスチックや生分解性プラスチックが様々な疎水性化学物質を吸着することが知られており、その性質を利用した汚染化学物質の除去技術が報告されている（特許文献２）。
特願２００４−６５９８９特開２００４−８９６７号公報平石明："活性汚泥処理における余剰汚泥減量化の生物学的原理とその応用"、用水と廃水、Vol.44、pp.853-860(2002). Liu,A.:"Chemically reduced excess sludge production in the activated sludge process",Chemosphere,Vol.50,pp.1-7(2003). Wei,Y.,Van Houten, R.T.,Borger,A.R.,Eikelboom,D.H.,and Fan,Y.:"Minimization of excess sludge production for biological wastewater treatment",Water Research,Vol.37,pp.4453-4467(2003).

前述の如く、脱共役法はコスト及び簡便性の点において、優れた余剰汚泥発生抑制技術ではあるが、脱共役剤そのものは生物に対して毒性を示す物質であるので、処理水の放流に伴って系外へ漏出すれば、環境への悪影響が懸念される。従って、脱共役法の実用化にあたっては、用いる脱共役剤の系外への漏出がないことが安全上求められるが、脱共役剤の系外への漏出を防止する効果的な技術は未だ確立されていないのが現状である。

本発明は上記従来の問題点を解決し、脱共役剤の存在下に有機性排水を生物処理することにより、余剰汚泥の発生を抑制する方法において、処理水質を維持した上で、脱共役剤の系外漏出を防止して安全かつ低コストに余剰汚泥発生量を低減する余剰汚泥の発生抑制方法を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の余剰汚泥の発生抑制方法は、脱共役剤を担持した担体の存在下に、有機性排水を生物処理する余剰汚泥の発生抑制方法であって、該担体が生分解性プラスチックよりなり、該脱共役剤が３，５−ジクロロフェノールでよりなることを特徴とする。

即ち、本発明者らは、脱共役剤の系外への漏出防止技術について鋭意検討した結果、石油系プラスチックや生分解性プラスチックが様々な疎水性物質を吸着し得ること、一方で、脱共役剤はプロトン放出性の疎水性物質であることから、このプラスチックの吸着作用を利用すれば脱共役剤を固定化できる可能性があり、脱共役剤を固定化することにより、脱共役剤の系外漏出を防止し得ることを見出し、本発明を完成させた。

請求項２の余剰汚泥の発生抑制方法は、請求項１において、該担体がポリ乳酸系プラスチックよりなることを特徴とする。

請求項３の余剰汚泥の発生抑制方法は、請求項１又は２において、該担体を、該担体を構成する生分解性プラスチックのガラス転移温度以上の温度条件下に、該脱共役剤に接触させることにより、該担体に脱共役剤を担持させることを特徴とする。

請求項４の余剰汚泥の発生抑制方法は、請求項３において、該担体を、該担体を構成する生分解性プラスチックのガラス転移温度以上の温度条件下に、該脱共役剤の飽和溶液中に浸漬することにより、該担体に脱共役剤を担持させることを特徴とする。

本発明の余剰汚泥の発生抑制方法によれば、脱共役剤の存在下に有機性排水を生物処理することにより、余剰汚泥の発生を抑制する方法において、脱共役剤を担体に担持することにより系内に安定に保持することができる。この脱共役剤担持担体は、その表面に菌体が接触することにより良好な脱共役作用を発揮し、余剰汚泥の発生を抑制する。従って、本発明によれば、処理水質を維持した上で、脱共役剤の系外漏出を防止して安全かつ低コストに余剰汚泥発生量を低減することができる。

本発明において、担体はプラスチックよりなり、その優れた疎水性物質吸着能を利用して、脱共役剤を安定に固定化することができる。

特に、この担体を構成するプラスチックが生分解性プラスチックであるため、後述のガラス転移温度以上での脱共役剤の吸着処理において、脱共役剤を安定に吸着することができ、好ましい。特に、生分解性プラスチックのうちでも、ポリ乳酸系プラスチックは生分解性への耐性に優れ、長寿命であることから好ましい。

このようなプラスチック担体への脱共役剤の担持方法としては、プラスチックのガラス転移温度以上の温度条件で、脱共役剤、好ましくは脱共役剤の飽和溶液に担体を接触させることが好ましい。即ち、ガラス転移温度以上の温度条件でプラスチック担体に吸着させた脱共役剤は、プラスチックの非結晶領域に潜り込み、容易には脱着されないものとなる。この性質は特に生分解性プラスチックにおいて顕著であるため、本発明においては、担体としては生分解性プラスチック担体を用いる。

以下に本発明の余剰汚泥の発生抑制方法の実施の形態を詳細に説明する。

＜被対象処理系＞
本発明の脱共役法を使用する対象となる処理系は、都市下水、産業廃水等の活性汚泥処理、家庭下水等の合併浄化処理、オキシデーションディッチ、ラグーン酸化処理、生物膜処理、散布ろ床等のあらゆる好気的廃水処理系である。嫌気−好気処理、間欠曝気等の運転上の処理形態は問わない。

＜脱共役剤＞
脱共役剤としては３，５−ジクロロフェノールが用いられる。即ち、前記したように、これまで使用された脱共役剤としては、クロロフェノール、ニトロフェノール等の同類体、テトラクロロサリシルアニリドなどがある。この中で、クロロフェノール同類体としては、２−クロロフェノール、３−クロロフェノール、４−クロロフェノール、２，４−ジクロロフェノール、２，６−ジクロロフェノール、２，４，５−トリクロロフェノールがある。これらの中には、脱共役作用に優れたものも含まれるが、脱共役効果が高いものは逆に有機基質の分解も阻害してしまうという欠点がある。これに対し、３，５−ジクロロフェノールは、有機基質酸化活性への影響が少なく、かつエネルギー生成に伴う菌体増殖への抑制効果が強く、総合的に判断して最も実用性に適う薬剤である。ただし、３，５−ジクロロフェノール以外の脱共役剤を、効果的濃度を調整した上で、３，５−ジクロロフェノールと併用して、あるいは交互に使用しても良い。このカクテル方式脱共役法は、薬剤の効き目を持続させるのに効果的である。３，５−ジクロロフェノールと併用できる脱共役剤は、基本的にフェノールの３，５の位置以外に修飾基が付いているもの、あるいは同類体でないものであれば何でもよい。特に効果的なものとして例えば、３，４−ジクロロフェノール、すべてのトリクロロフェノール、２−ニトロフェノール、４−ニトロフェノール、２，４−ジニトロフェノール、２，６−ジニトロフェノール、すべてのトリクロロフェノール、テトラクロロサリシルアニリド等が挙げられる。

＜担体＞
本発明においては、上述のような脱共役剤を担体に担持させて用いる。

脱共役剤を担持固定化する担体としては、基本的に、脱共役剤に対する吸着作用を示し、吸着後、脱離がないものであり、生分解性プラスチックであれば、脱共役剤の固定化性能に優れ、好ましい。

生分解性プラスチックとしては、α−ヒドロキシプロピオネート（乳酸）、ヒドロキシブチレート、ブチレンサクシネート、エチレンサクシネート、カプロラクトン、ブチレンサクシネートアジペート変性物、ブチレンサクシネートカーボネート変性物、ブチレンアジペートテレフタレート等の１種よりなるホモポリマー、或いはこれらの２種以上よりなるコポリマー、その誘導体や変性物等、具体的には、ポリ乳酸、ポリヒドロキシブチレート、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネートアジペート変性、ポリブチレンサクシネートカーボネート変性、ポリブチレンアジペートテレフタレートや、ヒドロキシブチレートと３−ヒドロキシ吉草酸とのコポリマー等が挙げられ、これらのなかでも好ましくはポリ乳酸（ポリα−ヒドロキシプロピオネート）、ポリヒドロキシブチレート（ポリヒドロキシ酪酸）、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート等であり、特に、これらのうち、生分解性への耐性に優れ、長寿命であることから、ポリ乳酸、その誘導体ないしは変性物等のポリ乳酸系プラスチックが好ましい。

これらの担体の形態は、系外へ漏出しない形であればどのような形態でも良く、例えば、粒状、ペレット状、繊維状、フィラメント状、フィルム状等、その他各種の異形形状とすることができる。担体の寸法はその形態に応じて、漏出防止と取り扱い性、有機性排水との接触効率、脱共役剤の吸着効率等を考慮して適宜設計される。

＜担体への脱共役剤の担持＞
担体への脱共役剤の担持方法としては特に制限はなく、常法に従って行うことができるが、特に担体として生分解性プラスチック担体を用いる場合の好適な担持方法について以下に説明する。

生分解性プラスチックを含むプラスチックの性状の一つとしてガラス転移温度があるが、プラスチックへの脱共役剤の吸着はガラス転移温度に依存する。即ち、脱共役剤のプラスチックへの吸着は、当該プラスチックのガラス転移温度以上の温度で進行し易く、この温度条件でプラスチックに吸着された脱共役剤は、プラスチックの非結晶領域に潜り込み、容易に脱着されないものとなる。この性質は特に生分解性プラスチックで顕著であるため、脱共役性担体としては特に生分解性プラスチックが有効であると考えられる。また、前述の如く生分解性への耐性、長寿命という観点からはポリ乳酸、ポリブチレンサクシネート及びそれらの誘導体又はそれらの混合物が優れている。

この担持処理時の温度条件は生分解性プラスチックのガラス転移温度以上であれば良く、過度に高いと生分解性プラスチックの熱劣化を招くため、通常は生分解性プラスチックのガラス転移温度よりも５〜１０℃程度高い温度領域で実施される。

一般的に生分解性プラスチックは室温以下のガラス転移温度を有するため、脱共役剤の吸着は常温で容易に可能であるが、ポリ乳酸のガラス転移温度は６５℃であるため、常温での脱共役剤の吸着は困難であり、その目的のためには６５℃以上、好ましくは７０〜７５℃に加温する必要がある。

脱共役剤の吸着は、より具体的には、脱共役剤の飽和水溶液に担体を浸漬し、所定の温度条件下、必要に応じて撹拌して１日〜２日程度保持することにより行われる。

＜脱共役剤担持担体の添加方法＞
脱共役剤担持担体は処理系内に連続的に添加されてもよいが、汚泥が脱共役剤に対し耐性を獲得することを防止するために、３〜７日間の間隔をあけて添加することが望ましい。また、例えば、３，５−ジクロロフェノール担持担体を３〜７日間添加した後、他の脱共役剤を担持した担体を３〜７日間添加し、以下これを繰り返すパターンを採用することができる。

脱共役剤担持担体を添加する場所は、流入廃水中、貯留槽、前処理槽、或いは曝気槽内のいずれでも良いが、主処理槽よりも前の段階で添加した方が溶解が速くなり、効果的である。

脱共役剤担持担体の添加量は、曝気槽等の水槽に投入する場合は、槽容量の１〜５体積％程度添加することが好ましい。

以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

なお、担体への脱共役剤の担持方法、汚泥混液の調製方法は次の通りである。

＜担体への脱共役剤の担持方法＞
担体として、ポリ乳酸よりなる直径５ｍｍ、厚さ１．５〜２．０ｍｍのペレット状のものを用い、また、脱共役剤としては３，５−ジクロロフェノールを用いた。

担体への脱共役剤の担持は、ポリ乳酸担体を３，５−ジクロロフェノールの飽和水溶液（濃度：４０００ｍｇ／Ｌ）に浸漬し、温度７５℃、撹拌速度１００ｒｐｍで２日間保持した後取り出し、超純水で洗浄した後乾燥することにより行った。

以下において、３，５−ジクロロフェノールを担持していないポリ乳酸担体を「ＰＬＡ」と称し、上述の方法で３，５−ジクロロフェノールを担持したポリ乳酸担体を「３，５−ＤＣＰ吸着ＰＬＡ」と称す。

＜汚泥混液の調製方法＞
種汚泥として、中島処理場（豊橋市）の主曝気槽から採取した下水汚泥混液を用い、採取した下水汚泥混液１Ｌを汚泥濃度（ＭＬＳＳ）７００ｍｇ／Ｌになるように調整後、１Ｌスケールのジャケット付きカルスターフラスコ（柴田科学社製）に添加した。このリアクターに表１に示す組成の人口廃水を生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）負荷量０．３５ｇ／ｇ−ＭＬＳＳ／日となるように添加して馴養を開始した。上清５００ｍｌを抜き取り、オートクレーブ滅菌した人口廃水と水道水を加えて再び１Ｌに調整した。汚泥濃度を週に一回ＭＬＳＳ７００ｍｇ／Ｌとなるように調整し、その後は汚泥増加に準じて人口廃水の添加量を決定した。槽内温度は２５℃、撹拌速度は１５０ｒｐｍとし、ポンプで通気（３Ｌ／ｍｉｎ）した。

２ヶ月の馴養の後、ＰＣＲ−ＤＧＧＥ法による群集構造解析を行った結果、優占種が安定していることが確認されたため充分に馴養されたと考えられたので、これを汚泥混液として実験に用いた。

実施例１
上記で調製した汚泥混液に、ＢＯＤ負荷量０．３５ｇ／ｇ−ＭＬＳＳ／日となるように、前述の人口廃水を添加すると共に、３，５−ＤＣＰ吸着ＰＬＡをリアクター内容量の５体積％（５０ｇ）投入し、上記汚泥混液の調製方法と同様の条件で処理を行った。

このときの槽内汚泥濃度の経時変化を調べ、結果を図１に示した。

なお、汚泥濃度は、運転を一時的に停止し、リアクター内汚泥の波長６６０ｎｍにおける濁度（ＯＤ_６６０）を分光光度計を用いて測定することにより求めた。

比較例１
実施例１において、リアクターに３，５−ＤＣＰ吸着ＰＬＡを投入しなかったこと以外は同様にして処理を行い、同様に汚泥濁度（ＯＤ_６６０）を調べ、結果を図１に示した。

比較例２
実施例１において、リアクターに３，５−ＤＣＰ吸着ＰＬＡの代りにＰＬＡをリアクター内容量の５体積％（５０ｇ）投入したこと以外は同様にして処理を行い、同様に汚泥濁度（ＯＤ_６６０）を調べ、結果を図１に示した。

図１より、比較例１，２では汚泥濃度が徐々に上昇しているのに対して、脱共役剤担持担体を投入した実施例１では、汚泥濃度が低減しており、従って、余剰汚泥発生量を抑制することができることがわかる。

なお、実施例１及び比較例１，２において、運転中に定期的にリアクターの上清を採水して遠心分離後、０．４５μｍメンブレンフィルターで濾過した後、０．２５μｍメンブレンフィルターでさらに濾過したものを測定用サンプルとし、島津製作所製ＴＯＣ測定装置「ＴＯＣ−Ｖ_ＣＰＨ／ＴＯＣ−Ｖ_ＣＰＮ」でＴＯＣ濃度を測定したところ、約１ヶ月の運転期間中、いずれの場合もＴＯＣ濃度は１０〜１５ｍｇ／Ｌの範囲であり、脱共役剤担持担体を用いた実施例１が、比較例１，２に対して、処理水水質の低下の問題はなく、同等の処理水水質を得ることができることが確認された。

なお、前記３，５−ＤＣＰ吸着ＰＬＡを、実際の食品排水の処理設備の曝気槽に槽内容量に対して５容量％投入して処理を行ったところ、同様に処理水水質の低下を引き起こすことなく、余剰汚泥発生量の低減を図ることができ、また、３，５−ＤＣＰ吸着ＰＬＡの系外流出の問題もないことが確認された。

実施例１及び比較例１，２における汚泥濁度（ＯＤ_６６０）の経時変化を示すグラフである。

Claims

脱共役剤を担持した担体の存在下に、有機性排水を生物処理する余剰汚泥の発生抑制方法であって、該担体が生分解性プラスチックよりなり、該脱共役剤が３，５−ジクロロフェノールよりなることを特徴とする余剰汚泥の発生抑制方法。
請求項１において、該担体がポリ乳酸系プラスチックよりなることを特徴とする余剰汚泥の発生抑制方法。
請求項１又は２において、該担体を、該担体を構成する生分解性プラスチックのガラス転移温度以上の温度条件下に、該脱共役剤に接触させることにより、該担体に脱共役剤を担持させることを特徴とする余剰汚泥の発生抑制方法。
請求項３において、該担体を、該担体を構成する生分解性プラスチックのガラス転移温度以上の温度条件下に、該脱共役剤の飽和溶液中に浸漬することにより、該担体に脱共役剤を担持させることを特徴とする余剰汚泥の発生抑制方法。