JPH01207193A - 微生物−活性炭複合担体及び有機性廃水の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、微生物−活性炭複合担体及び該複合担体を
利用して有機性廃水を処理する方法に関する。

従来の技術 有機物を含有する廃水の生物学的処理技術は、活性汚泥
法に代表されるように懸濁性微生物を用いる方法と、生
物膜法に代表されるように固着性微生物を用いる方法と
に大別される。後者の方法は、前者の方法に比べてバル
キング等の固液分離上の問題を解決できるほか、微生物
を高濃度に維持し易いとか、特定の微生物を反応槽に保
持してウォッシュアウトを回避できる等の利点があり、
種々研究開発が進められている。現在知られている上記
方法に利用される微生物固着法としては、微生物を物理
的担体に付着させた最も基礎的なものの他、微生物担持
用担体を多孔質として微生物の付着、捕捉量を高めたも
の、高分子化合物をマトリックスとして微生物を包括固
定化（ゲル包括固定化）したもの等が開発されている。

発明が解決しようとする［６題点 しかしながら、上記ゲル包括固定化を初めとして現在開
発されている各種の微生物固定化法により得られる固定
化微生物といえども、之等は実際に之等を有機性廃水の
処理に用いる場合には、以下の如き各種の問題が伴われ
る。

■　固定化担体（ゲル）内に固定化された微生物の活性
は、該担体中に外部から透過してくる基質と酸素ガスと
の濃度、之等の担体中への拡散速度に依存するが、該担
体（ゲル）内には、該微生物と基質とを高濃度に維持す
るための空間が充分には確保できず、上記拡散速度を律
速として、被処理廃水の有機物負荷量及び処理速度は自
ずと制約を受Ｇノる。

、■　高分子化合物の重合物を利用した固定化担体の場
合、上記重合に用いられる一Ｌツマー１架橋剤、重合開
始剤、重合促進剤等の各種薬品は、総じて微生物に対し
て阻害剤となり、該微生物の活性を低下ざ゛ぜたり、失
活ざゼたりする弊害がある。

■　廃水は一般にその流入水質か、経１１，１的、季節
的に変動し、また希に微生物に対する毒物が混入したり
、難分解性成分が多量に含まれる場合もあり、その固定
化微生物による処理には水質変動を加味した大規模な貯
留槽等を必要とするのみならず、これによっても尚上記
毒物や難分解性成分の処理は行ないえず、これらの混入
は微生物の失活等を惹起したり、処理の不安定化を招く
。

従って、この発明の目的は、従来公知の上記各種固定化
微生物を有機性廃水処理に利用する際に認められる種々
の弊害をことごとく解消した新しい有機性廃水の処理技
術、殊に流入廃水の水質変動にも実質的に影響を受けず
、常に安定して優れた廃水処理（浄化）能力を発揮でき
る新しい廃水処理技術、該技術に利用できる新規な微生
物固定化担体、その他の担体を提供することにある。

問題点を解決するための手段 上記目的は、微生物及び粉末活性炭を固定化剤により包
括固定化してなる微生物−活性炭複合担体並びに該複合
担体を有機物を含有する廃水と接触させる有機性廃水の
処理方法により達成される。

本発明者らは、鋭意研究の結果、上記の通り微生物と活
性炭とを固定化剤で包括固定化した複合担体によれば、
従来の固定化微生物に見られる各種の欠点を解消でき、
殊に活性炭又はこれと微生物とを担体内に高濃度に固定
化でき、被処理廃水の有機物負荷量及び処理速度を向上
できると共に、被処理廃水の水質変動にかかわりなく微
生物の活性低下や失活のおそれもなく、常に安定して優
れた廃水浄化処理を行ない得、しかもこの処理に大規模
な貯留槽等を必要とぜず、また毒物や難分解性成分が含
まれる廃水の処理も可能であることを発見し、ここに本
発明を完成するに至った。即ち、この発明の担体は、粉
末活性炭を担体グル内に高濃度に固定化したことに塁づ
いてマクロ細孔による微生物の増殖のためのゲル内生息
空間を確保できると共に、ゲル１時には、使用する薬品
の微生物に対する毒性物質を上記活性炭か吸着捕捉して
その毒性を低下させ１ｑる。また上記活性炭の吸着作用
によればゲル内に基質を一時的に吸着・貯留でき′、こ
れが廃水の水質、特に被処理有機物濃度の変動をうまく
吸収して、効率的で、安定した処理を可能とするのであ
る。従ってこの発明の担体は、有機物を含有する各種の
廃水、殊に水質変動の激しい上記廃水の処理に極めて有
効に利用することができる。

本発明担体において用いられる粉末活性炭しては、従来
公知の各種の粉末活性炭をいずれも使用できる。その粒
径は特に限定はないが、通常粒径７４μ付近以下のもの
が好ましく、平均細孔半径の比較的大きいものが好まし
い。

また、本発明の複合担体において上記活性炭と共に固定
化される微生物は、複合担体（ゲル）内で生息できるこ
とを前提として特に限定はなく、通常有機性廃水の処理
に利用できることが知られいる微生物でおれば、浮遊性
であれ、固着性であれいずれでもよい。該微生物には、
細菌類、放線菌類、かび類等の純粋培養物もしくは混合
培養物が含まれ、また一般には活性汚泥として慣用され
る各種の微生物は好ましく利用できる。特に上記微生物
は、増殖収率が比較的小さく、ゲル内での活性の高いも
のであるのが好ましい。

本発明の活性炭−微生物複合担体に用いられる固定化剤
としては、従来にり微生物等の包括固定化に利用できる
ことの知られている各種の高分子物質をいずれも使用す
ることができる。その代表例としては、例えばアルギン
酸カルシウム、カラギーナン、ポリエチレングリコール
ジアクリレート、メ１〜キシテ１〜ラエチレンメタクリ
レート等の水溶性高分子化合物、その他の各種公知の樹
脂類等を例示できる。之等はその固定化時に発熱を伴わ
ず、且つ固定生後充分な強度を有するものであるのが好
ましい。また本発明では活性炭の利用に暴づいて、上記
固定化剤として、七ツマー１架橋剤、重合聞胎剤、重合
促進剤等の微生物に対して阻害剤となり得る各種桑品も
何ら支障なく利用できる利点がある。

上記粉末活性炭と微生物とを、上記固定化剤を用いて包
括固定化させる方法は、用いる固定化剤の種類に応じて
種々異なるが、いずれも該固定化剤を利用する従来公知
の各種操作をそのまま応用することができる。代表的数
種の固定化剤を利用した上記製造方法の詳細は、後記実
施例に示す通りである。また、上記において用いられる
粉末活性炭と固定化剤との使用割合並びに粉末活性炭、
微生物及び固定化剤の使用割合は、特に制限されるしの
ではなく、之等の種類、ｊｑられる担体の種類、２等担
体を利用して処理すべき廃水の種類やその要求処理性能
等に応じて適宜任意に決定することかでき、その具体例
は後記実施例に詳述でる通りである。一般に難分解性成
分を多く含む廃水や流入水質変動の激しい廃水を被処理
廃水とする本発明複合担体の場合は、粉末活性炭の使用
割合を多くするのか適当である。また例えば後記するよ
うに本発明担体を流動床方式等に従って利用して廃水処
理を行なう場合には、該担体に充分な強度を持たせるた
めに固定化剤の使用割合を高くするのが適切である。

また上記のごとくして１ｑられる本発明担体の形状、形
態、大きさ等は、その製造方法に応じて、また引続く各
種の操作、例えば粉砕、細断操作等に従い、更に得られ
る担体の使用形態等に従って、任意に決定でき、特に限
定されるものではないが、一般には円柱形、球状等のペ
レット状とされるのが普通であり、それらの粒子径は、
球相当半径が約０．５〜ｌＱｍｍ前後の範囲とされるの
が適当である。更に得られるベレットの比重は、通常的
０．９５〜１．１０の範囲内で選択されるのが望ましい
。

かくして、本発明の活性炭−微生物複合担体を収１！ｔ
できる。

得られた本発明の活性炭−微生物複合担体は、これと”
Ｎ１３物を含有する廃水と接触させることによって、該
廃水の浄化処理に有用であり、本発明はかかる廃水の処
理方法をも提供するものである。

本発明の廃水処理方法は、上記本発明担体を廃水と接触
させることを必須要件として、その基本的操作等は、通
常のこの種廃水処理方法に従うことができる。これには
固定床方式、展開体方式、流動床方式等の各種５！！！
埋様式、装置等が包含され、之等に応じて本発明担体は
カラム等に充填されたり、その他の適当な装置に展開さ
れたり或いは流動化されて用いられ、被処理廃水は上記
装置内に所定時間滞留され、これにより本発明担体と接
触され、かくして所望の浄化処理がなされる。また、本
発明の複合担体を利用する場合において、上記装置内に
被処理廃水の流入がない時には、該廃水の代りに処理水
を循環させることによって、本発明複合担体内の活性炭
を微生物にＪ：って再生することも可能でおる。

尚、本発明方法の適用される廃水とは広く有機物を含有
する水の全てを意味し、その有機物含量はおよそ数千ｍ
ＶＱを上限として、それ以下であればよく、これには例
えば食品廃水、紙パルプ廃水、染色工場廃水、化学工場
廃水等の各種の産業廃水や下水、家庭廃水、ビル雑廃水
等の通常の意味にお（プる廃水の他、水道原水や河川水
等も包含され、また通常の産業廃水等を従来技術に従っ
て処理して得られる有機物濃度を低下させた処理水等も
包含される。従って、本発明は、単に廃水処理技術に止
どまらず、廃水再利用のための技術、水道）余水の浄化
技術をも提供するものである。

かくして、本発明の複合担体を用いる廃水処理方法によ
れば、従来のこの種固定化微生物等を用いる廃水処理技
術では達成できなかった高度の廃水浄化処理、即ら難分
解性物質、発泡成分、着色成分等の汚濁成分の除去を伴
う浄化処理か可能となり、しかもこの効果は流入水質が
かなり激しく変動する場合でも常に安定して発揮される
。

本発明複合担体によってかかる優れた効果が奏される理
由は次のごとくであると考えられる。即ら、本発明複合
担体は、固定化ゲル内に粉末活性炭と微生物とを包括し
てなる構成を有し、該ゲル内に包括された活性炭はミク
ロ細孔とマクロ細孔とを保有してｉＪ３す、かかる特有
の構造に基づいて、該活性炭の保有するミクロ細孔がそ
の内部に低分子の基質を吸着捕捉する作用を発揮し、ま
た上記活性炭のマクロ細孔表面は上記ミクロ細孔と同様
に基質を吸着する作用を発揮すると共に微生物の生息場
所を提供し、ここで微生物は充分な生息及び増殖が可能
である。上記特有の構造を有する本発明複合担体に、外
部から被処理対象とする廃水　　〜が流入してきた場合
、廃水中の有機物は一部活性炭のミクロ細孔内に吸着捕
捉されると共に残部は微生物との接触により基質として
代謝分解され、かくして廃水の浄化が行なわれる。

殊に、本発明の上記複合担体の利用による廃水処理の場
合は、被処理廃水の水質変動によって基質濃度がかなり
高くなり、通常の活性汚泥法による処理では過負荷にな
るような条件の場合でも、過剰の基質は一時的に担体内
部の活性炭゛に吸着、貯留され、微生物と接触する基質
ωはかなり低下し、従って微生物による所望の浄化処理
が充分に行ない得る。

また逆に、水質変動によって本発明複合担体内への基質
の流入（補給）が途絶えたり、基質濃度が著しく低くな
った場合、通常の固定化微生物の場合、ゲル内微生物は
一部死滅したり、活性の低下が起こり、再度水質変動に
よって基質濃度が高くなった際には到底充分な処理効力
を発揮できないが、本発明複合担体の場合は、上記基質
濃度の低下に伴って、前記活性炭が吸着捕捉していた基
質は濃度勾配により脱着されてゲル内に溶出し、これが
微生物との接触により代謝分解され、微生物の活性低下
性は起こり得ず、しかもこの微生物作用によって上記活
性炭の再生もはかり得る。

この様に本発明の複合担体内に存在する活性炭は、活性
炭本来の吸着剤として機能するのみならず、基質の貯留
剤、徐放剤、更には微生物担体としても機能し、従って
、該活性炭を利用した本発明の上記複合担体は、被処理
対象とする廃水の水質変動、特に基質濃度の変動にうま
く対応し、該水質変動にかかわらず常に寞定して優れた
％％除去活性を維持し続けるのである。

いずれにせよ、本発明の複合担体に見られる上記格別顕
著な効果は、該複合担体に特有のものであって、従来の
固定化微生物や伯の担体には到底認められない。このこ
とは、後記実施例の項に示した比較例からも明らかであ
り、また本発明者らの研究によれば、従来の活性汚泥法
に粉末活性炭を添加した場合や、本発明の複合担体にＪ
５いて粉末活性炭に代えて粒状活性炭を利用する場合で
は本発明所期の上記効果は期待できないことが認められ
ている。即ら、粒状活性炭はいかにこれを本発明に利用
しようとも、粉末活性炭に認められる如き上記貯留剤、
徐放剤としての有効な働きは認め難く、１７られる複合
担体は流入水質の急激な変動にはうまく対応できず、そ
の廃水浄化効率も尚充分満足できるしのではない。粉末
活性炭添加活性汚泥の利用では、懸濁性微生物を用いる
処理方法一般の有１−る欠点、即ら固液分離等の点で本
発明の処理効果には及ばない。

また、本発明の上記微生物−活性炭担持担体は、上記廃
水処理の他に、脱臭等を目的とする空気清浄化材料とし
ても利用することができる。

尚、本発明者らは、本発明の前記微生物−活性炭複合担
体の製造と同様にして、粉末活性炭を単独で固定化剤に
より包括固定化してなる固定化活性炭をｙＡ造し、該固
定化活性炭に引続き適当な微生物等を付着さＵること等
によって、上記した本発明の複合担体と類似の特徴を有
する複合担体を製造できることを確認している。この固
定化活性炭は、かかる複合担体の製造原料として有用で
あると共に、それ自体粉末活性炭を包括固定化したゲル
状担体として、上記本発明の複合担体と同様にして廃水
処理に利用でき、該担体中の活性炭による吸着作用によ
って廃水中の有機物等の吸着捕捉による除去処理を行な
い得る。更にこの固定化活性炭は、微生物処理の有効で
ない廃水の処理や、水道原水や河川水の浄化処理ににそ
れ単独で利用でき、また通常の活性汚泥法等と組合せて
より高度な廃水処理に有効利用できる。

発明の効果 本発明によれば、微生物−活性炭複合担体の利用により
有機性の廃水、特に流入水質変動の激しい廃水やショッ
クロードのめる廃水を効率的且つ安定的に処理できる。

更に該処理は、従来法に比べて短時間で容易に実施でき
、しかもこの処理にＪ：れば従来法では困難であった色
、泡、難分解性物質等の除去も可能である。

また、本発明により提供される上記担体は、河川水や水
道原水のような比較的汚濁度合の低い水の浄化にも適用
でき、これによって廃水の高度処理、再利用、浄化高度
処理を行ない得ると共に、悪臭成分の除去（吸着・分解
）等の空気清浄化操作等に−し適用できる。

実　　施　　　例 以下、本発明を更に詳しく説明するため実施例を挙げる
。

実施例１ 某下水処理場の活性汚泥を固形物濃度（８１３３）約２
００００ｍ（１／Ｑに濃縮したもの及び粒径７４μ以下
の薬品賦活粉末活性炭のそれぞれ１５ｍｆ２及び０．６
ｇと蒸留水１　’５　ｍＱを、１．５％（単ネ％）アル
キン酸すトリウム水溶液３０ｍ１２中に加え、撹拌・混
練した。

１１られた混ｆ３１！懸濁液を４０℃に保ら、１５％塩
化カルシウム水溶液２００１１１Ｑ中に液滴注入してゲ
ル化して、直径約２１１１ｍの球状ペレット形態の本発
明微生物−活性炭複合担体５０Ｑを得た。

この担体の止車は１．０５であった。

比較例１ 実施例１において、活性汚泥を用いない以外は同様にし
て、本発明の活性炭を包括固定化させた固定化活性炭を
得た。

比較例２ 実施例１において、粉末活性炭を用いない以外は同様に
して、実施例１の２倍（容積）の微生物を包括固定化さ
せた微生物担体を得た。

実施例２ ８０’Ｃ前後の蒸留水１００ｍＱに寒天５Ωを溶かした
後、約４０’Ｃまで冷却して寒天液を調製した。

一方、沈澱濃縮した活性汚泥（ＭＬＳＳ−約１０１００
Ｏ０＋／［）５０ｍＧ、粉末活性炭（粒径７４μ以下の
薬品賦活炭＞２Ｑ及び蒸留水５０ｍＱを混合して微生物
−活性炭液を調製した。

上記で調製した２種の溶液を１：１（容積比）の割合で
混合した後、内径４ｍｍのビニルチューブに注射器で注
入後、１０’Ｃに冷却して約３時間放置し、次いでチュ
ーブ内に生成したゲルを取出し、２＋ｎｍ程度の艮ざに
切断して、ベレット形態の本発明微生物−活性炭複合担
体を得た。

実施例３ ポリエチレングリコールジメタクリレ−１へ６００、ベ
ンゾインエチルエーテル０．５ｇ、アルギン酸ナトリ１
クム水溶液（３％ｗ／ｖ　）　１２１１１（Ｊ、活性汚
泥（ＭＬＳＳ＝約１　ｏｏｏｏｍｇ、’Ｑ）　１２ｍＣ
ｌ、蒸留水１２ｍ（？及び粉末活性炭（粒径７４μ以下
の薬品賦活炭＞０．５ｇを混合し、混合物を０．３Ｍ塩
化カルシウム水溶液２００ｍＱ中に滴下して、直径的４
ｍｍの球状ビーズ形態に成形した。

得られたビーズを蒸留水中に入れ、スターラーで懸濁さ
せた状態で近紫外線を約５分間照射して、硬化した粒状
ゲル形態の本発明微生物−活性炭複合担体を得た。

実施例４ この例は本発明担体を利用して廃水処理を行なう際の、
廃水中の全有機性炭素（ＴＯＣ＞除去性能を調べたもの
である。

実施例１並びに比較例１及び２で得られた各担体を、直
径的５ｃｍのガラス円筒内に溝型として１０Ω充填し、
空気を吹込みながら流動化させ、モデル下水（ペプトン
、サッカロース、台所用洗剤、サラダオイル、無機塩に
Ｊ：り調製したもの）の回分処理実験を、室温下で行な
った。

比較のため、実施例１で用いたと同一の活性汚泥の同一
量（本発明担体内重吊と同重量）を同円筒内に懸濁ざＶ
て（これを比較例３とする）、同一試験を行なった。

尚、各供試担体等は上記モデル下水に９日間馴養させた
後、上記回分実験に供した。またＴＯＣの測定は、全有
機炭素分析計を用いて、実験開始直前（０時間）にり経
時的に実施した。

得られたＴＯＣ測定結果（単位：ｍｏ／Ｑ）を、第１表
に示す。

第１表 上記第１表より、活性汚泥のみをゲル包括固定化した担
体（比較例２）を利用する場合、同重量の活性汚泥を懸
濁させて用いる場合（比較例３）に比べて処理能力は同
等であるかむしろ劣るのに対し、本発明複合担体（実施
例１）の利用の場合は、非常に優れた処理能力を発揮で
きることが判る。また活性炭を単独でゲル包括固定化し
た担体（比較例１）の利用の場合は、実験聞知初期（０
〜４時間）において優れた処理能力が発揮されることが
明らかである。

実施例５ この例も実施例４と同様に本発明担体の廃水処理能力を
調べたものであるが、第１図に示すように充填層濾過方
式の反応塔を複数本直列に配置した装置を利用してモデ
ル下水の連続通水処理を、以下の通り行なったものでお
る。

尚、第１図は上記反応塔を三本用いたものであり、（１
）〜（３）が該反応塔であり、（４）は被処理水を、（
５）は処理された浄化水を、また（６）は送気部を示す
。

反応塔として内径２５ｍｍのガラスカラムの４本を直列
し、之等各カラム内に実施例１て１９だ本発明複合担体
を高さ１５ｃｍとなるように充填した装置を利用し、廃
水が各カラム内担体と上向流接触するように装置内にモ
デル下水を連続通水して同下水の処理を行なった。

比較対象として本発明複合担体に代えて比較例２で得た
活性汚泥を単独でグル包括固定化した担体（微生物担体
）を利用した同装置による同下水処理を行なった。

各装置における４塔当たりの空塔接触時間は１時間とし
た。

モデル下水としてＴＯ（、Ｃ度６３ｍＭ　Ｑのものを用
い、上記通水処理１１ｎ始後経詩的に各塔出口の処理水
質を実施例４と同様にして求めた結果を、第２表に示す
。

第２表 本発明複合担体利用 比較微生物担体利用 上記第２表より明らかな通り、本発明複合担体利用の場
合は、比較微生物担体利用の場合に比べて、各塔出口と
もＴｏｎ理効果に優れていることが判る。

担体製）古詩の活性汚泥使用量は、本発明複合担体の方
が比較微生物担体より少ないにもかかわらず、ＴＯＣ除
去効果が大きいことは、曲名の担体′ｊＡ造時における
失活の割合が少ないことを示すと共に粉末活性炭による
効果が大きく発揮されることを示している。

実施例に の例は本発明複合担体利用による廃水処理に流入水質変
動がどのような影響を及ぼすかを調べたものである。

実施例５と同様にして、本発明複合担体を利用したＸ４
ｉｉｆｆに、ＴＯＣ９０ｍＭ［のモデル下水を連続通水
（空塔基準接触時間＝１時間）させつつ、１日当たり２
時間だ【プ流入基質濃度を２倍の丁ＯＣ１８０ｍＭ９に
高めた時の処理水質を経時的に求めた。

結果を下記第３表に示す。

尚比較のため第３表には本発明接合担体に代えて比較例
２で得た活性汚泥を単独でゲル包括固定化した担体（微
生物担体）を利用した同装置【こよる同下水処理結果を
併記する。

第３表 上記第３表より、本発明複合担体を利用した廃水処理方
法によれば、比較微生物担体を利用する方法に比べて、
廃水のＴＯＣ負荷変動に対して、より安定した処理効果
を奏し得ることが明らかである。

実施例７ この例は本発明複合担体利用による廃水処理に廃水中へ
の毒物流入がどのような影響を及ばずかを調べたもので
ある。

実施例５と同様にして、本発明複合担体を利用した装置
に、ＴＯＣ６０ｍＭ［の−しデル下水を連続通水（空塔
基準接触時間−１時間）させつつ、１日当たり４時間だ
け流入基質の代りにフェノールを通水した時の処理水質
を経時的に求めた。

結果を下記第４表に示す。

尚比較のため第４表には本発明複合担体に代えて比較例
２で得た活性汚泥を単独でゲル包括固定化した担体（微
生物担体）を利用した同装置による同下水処理結果を併
記する。また、第４表におりる結果（処理水の水質）は
、波長２７０ｎｍにおける吸光度測定結果（−ｌｏｇ丁
／ＣｍＸ　１０３）にて示ず。

第４表 上記第４表より、本発明複合担体を利用した廃水処理方
法によれば、廃水中に毒物が流入する場合でも安定した
処理効果か奏されることが明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の廃水処理方法に適した、充填層濾過方
式の反応塔を複数本直列に配置した装置の概略図を示す
。 （以　上）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）微生物及び粉末活性炭を固定化剤により包括固定
   化してなる微生物−活性炭複合担体。
2. （２）請求項（１）記載の複合担体と、有機物を含有す
   る廃水とを接触させることを特徴とする有機性廃水の処
   理方法。
3. （３）有機性廃水が流入水質変動の激しいものであると
   き、これを請求項（１）記載の複合担体と接触させるこ
   とを特徴とする請求項（２）記載の方法。