JP5390125B2 - 生物反応槽の維持管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、活性汚泥資材を用いて、生物を利用する排水処理施設の生物反応槽を、多量の余剰汚泥を発生させることなく効率よく維持管理する方法に関する。

一般的に、有機性物質を含む排水の処理には、生物（バクテリア）を利用する処理方式が採用されている。この生物を利用する処理方式では、多量の余剰汚泥が発生している。
現在わが国では、循環型社会の形成を目指して廃棄物の減量化やリサイクルを総合的に推進している。この廃棄物の中でも、有機性及び無機性汚泥の割合は高く、また汚泥の内の約７０％が有機性汚泥である。この有機性汚泥のリサイクルや再資源化については、公共排水処理施設や大手事業所では、コンポスト化や堆肥化などが若干検討され始めているが、小規模な施設では殆ど何も行われていない。しかし、全国的に廃棄物の埋め立て地は受け入れ余力が少なくなり、新規の立地も難しいことから、汚泥処理費用も年ごとに増大してきており、汚泥の発生を簡便且つ安価に抑制できるシステムの開発が望まれている。

このような背景から有機性汚泥を発生している排水処理施設において、その汚泥の発生抑制技術及び減量化技術の開発が行われており、その主なものとしては、生物群を生物的処理槽へ投入する生物法と、発生した汚泥の一部を物理化学的方法により可溶化し、得られた溶液を再び生物的処理槽へ戻して生物的処理する方法が挙げられる。前者の方法としては、微生物の資化作用と分泌酵素を利用した枯草菌や光合成菌の利用が経験的に行われてきた。また、近年では、養豚場の糞尿処理から開発された微生物群による汚泥減量化方法（特許文献１参照）が提案され、また好熱性細菌による汚泥減量化システム（特許文献２参照）が提案されている。また、後者の方法としては、物理化学的手法により汚泥中の生物の細胞を破壊し、汚泥の減量化を図る方法として、ミル法（特許文献３〜５参照）、オゾン法（特許文献６〜９参照）、超音波法（特許文献１０及び１１参照）、ウォータージェット法（特許文献１２〜１４参照）などが提案されている。

しかし、何れの技術も、汚泥発生率を従来の１０〜２０％にまで減量化可能としているが、殆ど実用化には至っていない。これは、生物法の場合、排水処理施設内の生物的処理槽に減量化菌を添加しても、槽内の菌相はあまり変動しない。あるいは継続的に添加しても優先化しない問題があり、実際の効果が明確でないためである。さらに紙などのセルロースに代表される固形成分は、生物的処理槽での分解が難しく減量化が困難である。

一方、ミル法、オゾン法、超音波法などの物理化学的処理方法の場合は、全般に装置が高価で、費用の面から実施が難しいという問題がある。加えてビーズと汚泥との摩擦により汚泥を可溶化するミル法は、汚泥スラリーの微細化効率は良いものの、可溶化率が低い上に装置の大型化が難しいという問題がある。また、促進酸化法の一種であるオゾン法は、簡便で汚泥のみならず、難分解性物質の分解も同時に行えることから有益性は高いが、オゾン発生器が高価で、しかも排オゾンの処理装置も別途必要になる問題がある。また、超音波法は、汚泥の微細化率及び可溶化率ともに高いが、設備が極めて高価で、さらに超音波による熱や音の対策も必要となる。また、ウォータージェット法は、汚泥スラリーを高圧状態にした後、ノズルを介して水中に吹き出し、その際の圧力差により生じるキャビテーションで破壊する方法で、汚泥スラリーを微細化する能力は高いものの、汚泥の可溶化率はキャビテーションの発生量に依存するため、効果的な汚泥の破砕には、高出力のポンプを必要とする。
このように、各汚泥発生抑制技術及び減量化技術には、一長一短があり、より画期的な技術の開発が期待されている。

本出願人は、このような実情に鑑み、汚泥の発生の抑制効果が高く、且つ既存の排水処理施設に低コストで導入可能な汚泥減量方法として、余剰汚泥を発生している活性汚泥群の系に、該活性汚泥群より自己消化速度が速い他の活性汚泥群を添加することを特徴とする汚泥減量方法を先に提案した（特許文献１５参照）。この汚泥減量方法は、排水処理施設の生物反応槽を効率よく維持管理する点で問題があった。

特開平９−２４５号公報 特開平９−２３４０６０号公報 特開平１１−３００３９３号公報 特開２０００−１６７５９７号公報 特開２０００−３２５９８３号公報 特開平９−２３４４９７号公報 特開平１１−９０４９６号公報 特開２００１−２５９６７８号公報 特開２００１−３２７９９８号公報 特開２００２−３６１２８１号公報 特開２００３−２００１９８号公報 特開２００１−２１２５９９号公報 特開２００１−３１４８８７号公報 特開２００３−１０８９０号公報 特許第３８４４７７１号公報

本発明の目的は、生物を利用する排水処理施設の生物反応槽における汚泥の発生の抑制効果が高く、且つ既存の排水処理施設に低コストで導入可能であって、該生物反応槽を、多量の余剰汚泥を発生させることなく効率よく維持管理できる方法を提供することにある。

本発明者等は、上記目的を達成すべく種々検討する中で、生物反応槽内の酵素活性に着目し、種々検討した結果、生物反応槽内の特定の酵素活性値が下限値を下回らないよう管理することにより、余剰汚泥の発生の抑制効果が持続することを知見した。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、生物を利用する排水処理施設の生物反応槽を維持管理する方法であって、以下の方法で測定された、該生物反応槽内の活性汚泥のキチナーゼ酵素活性値、ペクチナーゼ酵素活性値及びプロテアーゼ酵素活性値の何れかの値が、下記の数値を下回った時点で、以下の方法で測定された、キチナーゼ酵素比活性を１５０[Units/g-MLSS]以上、ペクチナーゼ酵素比活性を１２０[Units/g-MLSS]以上及びプロテアーゼ酵素比活性を３[Units/g-MLSS]以上示す活性汚泥資材を、上記生物反応槽内に投入することを特徴とする生物反応槽の維持管理方法であって、
上記生物反応槽に新規に上記活性汚泥資材を投入するときの最初の投入量を、上記生物反応槽内の汚泥の質量に対して、０．１〜１０質量％とする、生物反応槽の維持管理方法を提供するものである。
キチナーゼ酵素活性値：５０［Units/L］
ペクチナーゼ酵素活性値：４０［Units/L］
プロテアーゼ酵素活性値：０．３[Units/L]
〔酵素活性測定方法〕
上記生物反応槽内のサンプルを遠心分離後、上静を回収する。下記の各基質を０．１Ｍトリス−ＨＣｌ緩衝液（ｐＨ７．０）に２０ｇ／Ｌになるようにそれぞれ懸濁する。これらの各基質懸濁液０．５ｍｌそれぞれに０．１Ｍトリス−ＨＣｌ緩衝液０．２５ｍｌ及び上記上静０．２５ｍｌを加えて、３７℃で２４時間それぞれインキュベートすることにより反応を行う。各酵素活性[Units/L]は、基質が分解されて生成した物質が１分間に１μｍｏｌとなる酵素量とする。
キチナーゼ酵素活性 （基質：コトイダルキトサン）
ペクチナーゼ酵素活性（基質：アップルペクチン）
プロテアーゼ酵素活性（基質：α−カゼイン）
〔酵素活性測定方法〕
酵素比活性値は、上記の〔酵素活性測定方法〕により求めた値を、上記サンプルの固形分濃度[g/L]で除して求める。

本発明によれば、生物を利用する排水処理施設の生物反応槽における汚泥の発生の抑制効果が高く、且つ既存の排水処理施設に低コストで導入可能であって、該生物反応槽を、多量の余剰汚泥を発生させることなく効率よく維持管理できる方法を提供することができる。例えば、原水平均流入量１４０００ｍ³／日の排水処理施設では、１．５トン（乾物）／日程度の余剰汚泥が発生しているが、本発明によれば、この余剰汚泥の発生を０．８トン（乾物）／日程度に減量（０．７トン／日の減量、年間では２５０トンの減量）することができる。余剰汚泥１トン当たりの処理は０．５トンのＣＯ₂の排出量とされており、昨今のＣＯ₂排出量削減という課題からも本発明の効果は多大である。

以下、本発明の生物反応槽の維持管理方法について詳述する。
本発明の方法が適用される生物反応槽は、生物を利用する排水処理施設の生物反応槽であれば如何なる排水処理施設のものでもよく、例えば、事業所系合併浄化槽、水産加工事業所の排水処理施設、食品工場の排水処理施設、食肉加工場の排水処理施設、畜産育成場の排水処理施設、農業集落排水処理施設、生活系排水処理施設などにおける生物反応槽が挙げられる。

本発明で上記生物反応槽内に投入される活性汚泥資材は、そのキチナーゼ酵素比活性、ペクチナーゼ酵素比活性及びプロテアーゼ酵素比活性がそれぞれ下記の値を示す活性汚泥である。
キチナーゼ酵素比活性：１５０[Units/g-MLSS]以上、好ましくは１５０〜１，５００[Units/g-MLSS]、より好ましくは５００〜１，５００[Units/g-MLSS]
ペクチナーゼ酵素比活性：１２０[Units/g-MLSS]以上、好ましくは１２０〜１，２００[Units/g-MLSS]、より好ましくは５００〜１，２００[Units/g-MLSS]
プロテアーゼ酵素比活性：３[Units/g-MLSS]以上、好ましくは３〜１５０[Units/g-MLSS］、より好ましくは２０〜１５０[Units/g-MLSS]

キチナーゼ酵素比活性が１５０[Units/g-MLSS]未満又はペクチナーゼ酵素比活性が１２０[Units/g-MLSS]未満又はプロテアーゼ酵素比活性が３[Units/g-MLSS]未満の活性汚泥資材を用いると、汚泥減量効果が現れるまでの時間が長くかかることが多く、場合によっては減量効果が現れない。

上記活性汚泥資材は、さらにセルラーゼ酵素活性が１００[Units/L]以上、特に１５０〜５００[Units/L]示すものが好ましい。

上記活性汚泥資材の上記生物反応槽への追加投入時機は、該生物反応槽内の汚泥のキチナーゼ酵素活性値、ペクチナーゼ酵素活性値及プロテアーゼ酵素活性値の何れかの値が、下記の数値を下回った時点である。
キチナーゼ酵素活性値：５０[Units/L]、好ましくは６０[Units/L]
ペクチナーゼ酵素活性値：４０[Units/L]、好ましくは５０[Units/L]
プロテアーゼ酵素活性値：０．３[Units/L]、好ましくは０．５[Units/L]
上記の各酵素活性値は、個々の生物反応槽の汚泥の状況などに応じて決定するのが好ましく、通常、最大値の４０〜６５％程度の範囲とするとよい。尚、上記の最大値とは、上記活性汚泥資材を上記生物反応槽内に投入後、該生物反応槽内の各酵素比活性の測定値がそれぞれ最大となったときの数値である。

上記活性汚泥資材の追加投入量は、本発明の方法を適用しようとする生物反応槽に新規に活性汚泥資材を投入するときの最初の投入量を、上記生物反応槽内の汚泥の質量に対して、０．１〜１０質量％とし、上記生物反応槽内の汚泥のキチナーゼ酵素活性値、ペクチナーゼ酵素活性値及プロテアーゼ酵素活性値の何れかの値が、下記の数値を下回った時点で追加投入する活性汚泥資材の投入量を、上記生物反応槽内の汚泥の質量に対して、０.０５質量％以上とすることが好ましく、０．１質量％以上とすることがより好ましい。上記活性汚泥資材の追加投入量が上記生物反応槽内の汚泥の質量に対して０．０５質量％未満であると、発生する酵素の絶対量が少ないために効果が現れる日数が長くなり、時には効果が現れないこともある。上記投入量が１質量％を超えると、維持のための費用が高くなり、活性汚泥資材を用いる採算性が著しく低下する。

上記活性汚泥資材の投入方法としては、制限されるものではなく、例えば、上記生物反応槽内に上記活性汚泥資材の全量を一度に直接投入してもよく、また上記生物反応槽内に上記活性汚泥資材を投入日の間隔をあけて段階的に投入してもよい。また、上記生物反応槽内に直接投入せずに、一旦、別に設けた貯槽に、上記活性汚泥資材を投入し、さらに上記生物反応槽内の汚泥の一部を取り出して別の槽で混合し、この混合物を上記生物反応槽内に徐々に投入してもよい。
本発明は、上記生物反応槽内において通常の生物処理が実施されている条件であれば対応が可能であり、本発明を実施するに当たり、上記生物反応槽内の温度、ｐＨなどを特別の環境にすることは不要である。

尚、本発明において、酵素比活性値は、下記の〔酵素活性測定方法〕により求めた値を、サンプルの固形分濃度[g/L]で除した値である。
〔酵素活性測定方法〕
サンプル（生物反応槽内の汚泥及び活性汚泥資材）を遠心分離後、上静を回収する。下記の各基質を０．１Ｍトリス−ＨＣｌ緩衝液（ｐＨ７．０）に２０ｇ／Ｌになるようにそれぞれ懸濁した。これらの各基質懸濁液０．５ｍｌを、それぞれに０．１Ｍトリス−ＨＣｌ緩衝液０．２５ｍｌ及び上記上静０．２５ｍｌを加えて、３７℃で２４時間それぞれインキュベートすることにより反応を行った。
各酵素活性[Units/L]は、基質が分解されて生成した物質が１分間に１μｍｏｌとなる酵素量とした。
キチナーゼ酵素活性 （基質：コトイダルキトサン）
ペクチナーゼ酵素活性（基質：アップルペクチン）
プロテアーゼ酵素活性（基質：α−カゼイン）
セルラーゼ酵素活性 （基質：Ａｖｉｃｅｌ）（Ａｖｉｃｅｌ＝規格品「商品名（微結晶セルロース））
アミラーゼ酵素活性 （基質：可溶性デンプン、生デンプン）

次に本発明をさらに具体的に説明するため実施例を挙げるが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１
本実施例は、下水処理場施設の生物反応槽に本発明を適用した場合を示す。図１に示すように、下水処理場施設に流入する原水を略等分し、一方の原水を、本発明の活性汚泥資材を投入する生物反応槽（３系−２：試験系列）に導入し、他方の原水は、通常の生物反応槽（３系−１：対照系列）に導入して処理した。
活性汚泥資材として、キチナーゼ酵素比活性を１６１．２[Units/g-MLSS]、ペクチナーゼ酵素比活性を１２１．３[Units/g-MLSS]、プロテアーゼ酵素活性を３．１[Units/g-MLSS]、セルラーゼ酵素活性を２４８[Units/L]及びアミラーゼ酵素活性を１６８[Units/L]を示す活性汚泥資材を使用した。この活性汚泥資材を、上記生物反応槽（試験系列）の汚泥の質量に対して１０質量％投入した。（投入日：２００７年５月２１日）
上記生物反応槽（試験系列）内の汚泥の各酵素活性値を、活性汚泥資材の投入前、及び活性汚泥の投入後２ヶ月の馴致後に測定した（測定日：２００７年７月２３日）。その測定結果を下記表１に示す。また、上記試験系列及び対照系列の生物反応槽内の余剰汚泥発生量についても継続的に測定した。その測定結果を図２及び図３に示す。
活性汚泥資材を生物反応槽へ初めて投入してから２ヶ月後に馴致を完了した。
図２及び図３に示す結果から明らかなように、活性汚泥資材を投入してから４ヶ月後（２００７年９月）からは、減量効果が現れ、その後7ヶ月間は２０〜４０質量％の減量効果が確認された。
活性汚泥資材を生物反応槽へ初めて投入してから８〜９ヶ月後（２００８年１月〜２月）に余剰汚泥減量効果が低下傾向を示した。この時期における生物反応槽（試験系列）内の汚泥の各酵素活性値は、下記表１に示す通り、キチナーゼ酵素活性値は設定値の５０[Units/L]を下回る３８[Units/L]、ペクチナーゼ酵素活性値は設定値の４０[Units/L]を下回る３０[Units/L]、プロテアーゼ酵素活性値は設定値の０．３[Units/L]を下回る０．１９[Units/L]を示しており、活性汚泥資材を生物反応槽へ初めて投入してから９ヶ月後の２００８年２月末に活性汚泥資材を上記生物反応槽の汚泥質量に対して、０．０７質量％追加投入を実施した。追加投入した活性汚泥資材は、下記表１に示す通り、キチナーゼ酵素比活性１８４．５[Units/g-MLSS]、ペクチナーゼ酵素比活性が１３５．７[Units/g-MLSS]、プロテアーゼ酵素比活性が５．１[Units/g-MLSS]のものである。
その結果、下記表１に示す通り、追加投入２ヶ月後には、各酵素活性値は、それぞれ設定値を上回る値に回復した。また、図２及び図３から明らかなように、余剰汚泥減量効果も、減量率２０〜２５％へ回復した。

実施例１における下水処理場施設に流入する原水の処理システムを示す図である。 実施例１で測定した、活性汚泥資材の投入・馴致後から１２か月後までの生物反応槽内の余剰汚泥発生量を示すグラフであり、生物反応槽内から引き抜いた汚泥の質量（乾物）の変化を示す。 実施例１で測定した、活性汚泥資材の投入・馴致後から１２か月後までの生物反応槽内の余剰汚泥発生量を示すグラフであり、汚泥発生率（汚泥引抜量を生物反応槽内に流入する原水量で除した数値）の変化を示す。

Claims (3)

1. 生物を利用する排水処理施設の生物反応槽を維持管理する方法であって、以下の方法で測定された、該生物反応槽内の活性汚泥のキチナーゼ酵素活性値、ペクチナーゼ酵素活性値及びプロテアーゼ酵素活性値の何れかの値が、下記の数値を下回った時点で、以下の方法で測定された、キチナーゼ酵素比活性を１５０[Units/g-MLSS]以上、ペクチナーゼ酵素比活性を１２０[Units/g-MLSS]以上及びプロテアーゼ酵素比活性を３[Units/g-MLSS]以上示す活性汚泥資材を、上記生物反応槽内に投入することを特徴とする生物反応槽の維持管理方法であって、
   上記生物反応槽に新規に上記活性汚泥資材を投入するときの最初の投入量を、上記生物反応槽内の汚泥の質量に対して、０．１〜１０質量％とする、生物反応槽の維持管理方法。
   キチナーゼ酵素活性値：５０［Units/L］
   ペクチナーゼ酵素活性値：４０［Units/L］
   プロテアーゼ酵素活性値：０．３[Units/L]
   〔酵素活性測定方法〕
   上記生物反応槽内のサンプルを遠心分離後、上静を回収する。下記の各基質を０．１Ｍトリス−ＨＣｌ緩衝液（ｐＨ７．０）に２０ｇ／Ｌになるようにそれぞれ懸濁する。これらの各基質懸濁液０．５ｍｌそれぞれに０．１Ｍトリス−ＨＣｌ緩衝液０．２５ｍｌ及び上記上静０．２５ｍｌを加えて、３７℃で２４時間それぞれインキュベートすることにより反応を行う。各酵素活性[Units/L]は、基質が分解されて生成した物質が１分間に１μｍｏｌとなる酵素量とする。
   キチナーゼ酵素活性 （基質：コトイダルキトサン）
   ペクチナーゼ酵素活性（基質：アップルペクチン）
   プロテアーゼ酵素活性（基質：α−カゼイン）
   〔酵素活性測定方法〕
   酵素比活性値は、上記の〔酵素活性測定方法〕により求めた値を、上記サンプルの固形分濃度[g/L]で除して求める。
2. 上記活性汚泥資材の投入量が、上記生物反応槽の汚泥の質量に対して、０.０５質量％以上である請求項１記載の生物反応槽の維持管理方法。
3. 上記活性汚泥資材が、さらにセルラーゼ酵素活性を１００[Units/L]以上示す活性汚泥である請求項１又は２記載の生物反応槽の維持管理方法。
   

Images