JP7421708B2 - 微生物担体及び廃液処理方法 - Google Patents
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Description
また、微生物担体をメタン発酵槽に添加することで、微生物担体上に微生物を増殖させ、メタン生成効率を向上する手法が提案されている。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、嫌気性処理を促進し、かつ、微生物を安定して保持可能な微生物担体及びこれを用いた廃液処理方法を提供する。
図1は、実施形態の微生物担体の製造方法の説明図である。
以下の説明においては、微生物担体を構成する基材として、ポリビニルアルコール(PVA)用いる場合について説明する。
図1は、微生物担体を構成する粒状担体の製造処理の処理フローチャートである。
この場合において、微生物担体の製造には、第1担体作製溶液及び第2担体作製溶液を用いて、第2担体作製溶液中に第1担体作製溶液を滴下することにより行っている。
より詳細には、第1担体作製溶液は、所望量の水に所定割合のPVA粉末及びアルギン酸ナトリウムを入れて、混合し、所定温度に熱しつつ攪拌し、完全に溶解させる。さらにこの状態で所定量、かつ、所定の大きさを有する導電性物質(活性炭、マグネタイトあるいは凝灰岩)を添加し、分散するように攪拌する。その後、所定温度に冷却する。
より詳細には、第2担体作製溶液は、所望量の水に所定割合のホウ酸及び塩化カルシウムを入れて、混合し、攪拌して完全に溶解させる。
粒状担体は、球形の粒形状を有しており、大きさは、およそ2mm以上8mm以下程度の大きさとなっている。実用的には、比表面積、強度、取り扱いの容易さ等から、微生物担体の大きさは、平均粒子径として3mm以上4mm以下の範囲にあることが好ましい。なお、ここで「平均粒子径」とは算術平均により求められる粒子径である。
図3は、粒状担体に微生物を付着させる場合の処理フローチャートである。
まず、所定の大きさのバイアル瓶に所定量の嫌気性汚泥、所定量の培地、基質となる所定量(=バイアル瓶内における最終濃度が所定濃度となる量に相当)のプロピオン酸又はその塩(例えば、プロピオン酸ナトリウム)を加える培地調製を行う(ステップS21)。
続いて、培地調整後の培地に所定量のPVA担体を添加する(ステップS22)。
さらにバイアル瓶内の気層部を窒素ガスで置換する窒素パージを行い、バイアル瓶をゴム栓で密封する(ステップS23)。
培養と並行して、メタン生成量測定、基質濃度測定等の培地チェックを行い(ステップS25)、プロピオン酸が消費されているか否かを判定する(ステップS26)。
ステップS28の判定において、所定の培養期間が経過した場合には(ステップS28;Yes)、培養を終了する。
図4は、微生物PVA担体における微生物の集積状態の説明図である。
図4においては、比較のため導電性物質無添加の微生物PVA担体(図4中、PVAと表記)、導電性物質として活性炭を添加した微生物PVA担体(図4中、PVA_ACと表記)、導電性物質としてマグネタイトを添加した微生物PVA担体(図4中、PVA_MTと表記)及び導電性物質として凝灰岩を添加した微生物PVA担体(図4中、PVA_GTと表記)中の微生物の集積状態を各微生物の存在割合(%)として表示している。
すなわち、本実施形態の導電性物質を添加した微生物PVA担体によれば、メタン生成に有効な細菌を高濃度で同時に保持できるため、メタン生成の高速化が可能になることが容易に理解できる。
図5は、酢酸溶液中に導電性物質として活性炭(AC)を、基材のPVA担体の重量を100重量%とした場合に、2.5重量%、5重量%及び10重量%添加した場合のメタン生成量と時間(日)との関係を説明する図である。
図5に示すように、活性炭を2.5重量%及び5重量%添加した場合がメタン生成量が多く、12日経過時点でおよそ600mlとなっている。活性炭を10重量%添加した場合はメタン生成量が12日経過時点でおよそ500mlとなっている。
また、いずれの場合においても、導電性物質である活性炭を2.5重量%未満とすると、活性炭添加量の低下に伴い、メタン生成量が急激に低下することがわかった。
またこれらの結果に基づけば、メタン生成量を確保し、微生物担体の取り扱いを容易とするためには、導電性物質の添加量としては、3重量%以上、7重量%以下とするのがより好ましいと考えられた。
図7において、三角印の線は、導電性物質として活性炭を5重量%添加した微生物PVA担体のメタン生成量と時間との関係を示している。また、菱形印の線は、導電性物質としてマグネタイトを、上記と同様、基材であるPVA担体の重量を100重量%とした場合に5重量%添加した微生物PVA担体のメタン生成量と時間との関係を示している。さらに、黒丸印の線は、従来の微生物PVA担体(導電性物質無添加)のメタン生成量と時間との関係を示している。この場合において、各微生物PVA担体として、図3に示した手順で培養し、微生物を付着、集積したものを用いている。
図8は、実施形態の第1の廃水処理システムの説明図である。有機物を含む廃液に、上述の基材及び基材に含有された粒子状の導電性物質を備えた微生物担体を添加して、廃液中の前記有機物の分解を促進する、廃液処理方法を実施する。さらに、廃液処理に伴う微生物担体量の減少に伴う、処理対象廃液中の微生物担体量を適宜測定し、追加添加することにより、廃液中の微生物担体量を一定範囲内に維持することにより、より一層廃液中の前記有機物の分解を促進することができる。
ここで有機物とは、微生物によって分解可能なものである限りにおいて限定されず、例えば酢酸、プロピオン酸等の有機酸、グルコース、スクロース等の糖類、タンパク質等を例示することができる。これら有機物は嫌気性条件下において二酸化炭素とメタンに分解される。
廃水処理システム20は、UASB槽等の固液分離が可能なグラニュール型反応槽21を備えている。
この結果、廃水処理システムにおいて、微生物保持担体の取り扱いを容易にしつつ、廃水処理能力を維持して、廃水処理コストの低減が図れる。
まず、導電性物質の大きさについて説明する。
実施例において、PVAに混合する導電性物質である活性炭、マグネタイト及び凝灰岩のサイズとしては、以下の通りである。
活性炭 :0.36~0.85mm
マグネタイト:中心粒径 5μm以下
凝灰岩 :中心粒径 300nm
比較として、従来の導電性物質無添加のPVA担体の微細孔の平均サイズは、およそ0.96μmであった。
これに対し、導電性物質として、活性炭を5%添加したPVA担体の微細孔の平均サイズは、およそ2.7μmであった。
さらに導電性物質として、凝灰岩を5%添加したPVA担体の微細孔の平均サイズは、およそ3.1μmであった。
まず、第1担体作製溶液を調製し、導電性物質を添加する(ステップS11)。
より詳細には、実施例の第1担体作製溶液は、所望量の水に10%(w/v)のPVA粉末及び0.5%(w/v)のアルギン酸ナトリウムを入れて、混合し、70~80℃に熱しつつ攪拌し、完全に溶解させる。さらにこの状態で所定量、かつ、上述した所定の大きさを有する導電性物質(活性炭、マグネタイトあるいは凝灰岩)を5%添加し、分散するように攪拌する。その後、50℃程度に冷却する。
より詳細には、第2担体作製溶液は、所望量の水に6%(w/v)のホウ酸及び0.5%(w/v)の塩化カルシウムを入れて、混合し、攪拌して完全に溶解させる。
このようにして製造されるPVA担体のサイズは、2~8mm程度となる。
まず、700mlのバイアル瓶に170mlの嫌気性汚泥、320mlの培地、基質となる10ml(=バイアル瓶内における最終濃度が10mMとなる量に相当)のプロピオン酸ナトリウムを加える培地調製を行う(ステップS21)。
続いて、培地調整後の培地に10gのPVA担体を添加する(ステップS22)。
さらにバイアル瓶内の気層部を窒素ガスで置換する窒素パージを行い、バイアル瓶をゴム栓で密封する(ステップS23)。
培養と並行して、メタン生成量測定、基質濃度測定等の培地チェックを行い(ステップS25)、プロピオン酸が消費されているか否かを判定する(ステップS26)。
ステップS28の判定において、所定の培養期間が経過した場合には(ステップS28;Yes)、培養を終了する。
本実施例により得られる微生物PVA担体は、メタン生成に大きく関与するメタン生成古細菌を10倍以上、プロテオバクテリア門を2倍以上多く、同時に保持しており、メタン生成速度及びメタン生成量が大きく向上していた。
11 完全混合型反応槽
12 固液分離槽
13 フィルタ
21 グラニュール型反応槽
AQ0 処理対象水
AQ1 処理水
MD 汚泥
PO1 導出管
PO2 第2導出管
PT1 第1移送管
PT2 第2移送管
Claims (5)
- 基材と、
前記基材に含有された粒子状の導電性物質と、を備え、
メタン生成古細菌及びプロテオバクテリアを含むプロピオン酸分解微生物群集を保持しており、
平均サイズが2.7μm~4.1μmの微細孔を有する、
微生物担体。 - 前記導電性物質として、活性炭粒子、マグネタイト粒子及び凝灰岩粒子のうち、少なくともいずれかを含む、
請求項1記載の微生物担体。 - 前記導電性物質の含有量は前記基材の重量を100重量%とした場合に、2.5重量%以上10重量%以下の範囲にある、
請求項1又は請求項2記載の微生物担体。 - 前記基材は、PVAを含む、
請求項1乃至請求項3のいずれか一項記載の微生物担体。 - 有機物を含む廃液に、基材と前記基材に含有された粒子状の導電性物質とを備え、メタン生成古細菌及びプロテオバクテリアを含むプロピオン酸分解微生物群集を保持しており、平均サイズが2.7μm~4.1μmの微細孔を有する微生物担体を添加する工程と、
前記廃液中の前記微生物担体量を一定範囲内に維持し、前記廃液中の前記有機物の分解を促進する工程と、
を備えた廃液処理方法。
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