JPH0218910B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、下水などの各種有機性廃水処理、上
水処理における生物学的前処理など、種々の液状
物の生物学的処理方法に関するものであるが、有
価商品の生産を目的とする醗酵工業にも応用可能
である。醗酵工業も、微生物の作用を利用する点
において生物学的水処理と共通する。

〔従来技術〕

従来および現時点において、最も一般的な生物
学的水処理方法は活性汚泥法である。しかし、活
性汚泥法では、微生物が系外にウオツシユアウト
（wash−out）しやすく、また活性汚泥と処理水
との安定的な固液分離に難点があるという大きな
欠点をもつている。これは、活性汚泥の沈降性状
が極めて変動しやすいことに本質的原因がある。

このため近年来、回転円板法、チユーブ接触酸
化法、砂などを利用する粒状媒体付着法などの生
物膜法が急速に普及してきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この生物膜法は、活性汚泥法の欠点を解決する
ものとして、一時期脚光を浴びたが、未だ次のよ
うな本質的問題点は解決されていない。

付着媒体（粒状媒体）への微生物付着量を任
意にコントロールできず、過少付着や過大付着
のトラブルを招く。

処理対象原水の種類によつては付着媒体への
付着性が少ない微生物しか発現しない場合があ
り、このような場合には生物膜法は適用できな
い。

回転円板法やチユーブ接触酸化法では多量の
付着媒体を必要とするので、装置が大型のもの
となり設置コストが高い。この点は、活性汚泥
法では考えられない欠点である。

本発明は、従来の活性汚泥法、生物膜法の上記
諸欠点を解決することを目的とするもので、具体
的には以下のとおりである。

生物膜法における付着媒体を不要にする。

付着媒体への付着性が少ない微生物に対して
も、生物膜法の長所である固液分離の容易性を
確保できるようにする。

新規な微生物の固定化法を開発する。すなわ
ち、大量生産が容易で製造コストが安価な新し
い固定化微生物の製造法を開発する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、微生物懸濁液に有機高分子凝集剤を
添加し凝集分離して凝集物となし、該凝集物を機
械脱水機により脱水して固形状微生物とし、該固
形状微生物の表面にゲル化機能をもつ有機高分子
樹脂をコーテイングしたのちゲル化せしめて得た
固定化微生物を、原水と好気的または嫌気的条件
下で接触せしめることを特徴とする、液状物の生
物学的処理方法である。

〔実施例〕

はじめに本発明に係る微生物の固定化方法の実
施態様を第１図に従つて記述し、次いで有機性廃
水の生物処理への適用例について説明する。

まず、既設の下水処理場などの活性汚泥処理施
設の曝気槽に大量培養されている活性汚泥スラリ
ーすなわち微生物懸濁液ａを採取し（所望により
沈殿、浮上分離、遠心分離など、微生物の活性に
悪影響を与えない濃縮法によつて活性汚泥濃度２
％程度に濃縮物としたのち）、本発明を適用しよ
うとする現場に運搬する。

好気性生物処理に本発明を適用しようとする場
合には、運搬中に微生物が嫌気状態にならないよ
に、曝気しながら運搬するようにする。なお、前
記濃縮物の代わりに、前記活性汚泥処理施設の返
送汚泥分離用の沈殿槽で分離される濃縮汚泥を適
用することもできる。

しかるのち、前記微生物懸濁液ａに対し有機高
分子凝集剤ｂを添加し凝集分離して凝集物とな
し、これをベルトプレス、スクリユープレス、フ
イルタープレスなどの機械脱水機による脱水工程
１に供給して脱水し、水分80％以下の脱水ケーキ
ｄを得る。なお、ｃは分離水である。

前記高分子凝集剤ｂとしてはポリアクリルアミ
ド系、DAM系など種々のタイプが利用でき、添
加量は微生物菌体１Kgあたり７〜20ｇ程度とすれ
ばよい。

しかして、微生物の脱水ケーキｄを所望に応じ
て成型工程２で使用目的に合致する形状の成型物
d′に成型したのち（通常は、造粒して粒状にす
る）、コーテイング工程３に供給する。このコー
テイング工程３では前記脱水ケーキｄ（または成
型物d′は）アルギン酸ソーダ、カラギーナン、光
架橋性樹脂、ウレタンプレポリマー、アクリルア
ミドモノマーなどゲル化機能を有する有機高分子
樹脂ｅ（これらは、醗酵工業におけるバイオリア
クター用の微生物固定化剤として広く使用されて
いるものである）の溶液内に浸漬したのち取り出
される。かくて、脱水ケーキｄの表面に有機高分
子樹脂ｅがコーテイング（一部はケーキ内部にも
浸透するが）された処理物が得られる。

さらに、この処理物はゲル化工程４に供給し、
公知のゲル化手段によつてゲル化させれば目的と
する固定化微生物ｆとなる。このゲル化手段は使
用した高分子樹脂ｅの種類により異なるが、たと
えば、アルギン酸ソーダの場合はCaCl₂溶液、カ
ラギーナンの場合はKCl溶液と接触せしめるとゲ
ル化が起きる。また、光架橋性樹脂の場合には光
をあてればゲル化し、アクリルアミドモノマーの
場合には重合開始剤を添加しモノマーの重合を行
つてゲル化せしめればよい。また、ウレタンプレ
ポリマーの場合は、脱水ケーキｄに含まれる水分
子そのものがゲル化開始剤になる。

なお、脱水ケーキの水分が高い場合には、カオ
リン、ベントナイト、粘土、粉末活性炭、粉末ゼ
オライト、おがくずなどの吸水性かつ脱水ケーキ
に対し生物学的に不活性な粉体を脱水ケーキに添
加して、水分調整（減少）を行つてから粒径数mm
のペレツト状、棒状などに成型し、そののちゲル
化機能をもつ前記高分子樹脂をコーテイングすれ
ばよい。また、微生物懸濁液ａに前記粉体と高分
子凝集剤を添加して脱水したケーキに前記高分子
樹脂をコーテイングする方法も推奨できる。

さらに、前記凝集物の水分が高い場合は、これ
に上記粉末を添加し、同様に水分を減少させてか
ら脱水工程１に供給するのも効果的である。

以上の操作によつて、極めて容易に活性の高い
固定化微生物ｆを生産することができ、大量生産
も容易である。

この固定化微生物ｆは主に処理対象原水と、生
物処理装置５において好気的または嫌気的条件下
で接触せしめることにより、各種有機性廃水の生
物学的処理用に使用されるが、醗酵工業のバイオ
リアクター６に投入して使用することもできる。

本発明によつて調製された前記固定化微生物ｆ
の断面構造を模式的に示したのが第２図であり、
従来の固定化微生物f′の断面構造を模式的に示し
たのが第３図である。

第２図においてf₁は、造粒物すなわち微生物の
脱水ケーキｄを粒状に成型したもの、f₂はゲル化
被膜である。

一方、第３図においてｇは微生物の菌体、ｈは
ゲル化した樹脂であり、このゲル化樹脂は固定化
微生物f′の全体にわたつて一様に分布している。

上記従来の固定化微生物f′は、微生物の懸濁液
（水分90％以上の液体状である）にゲル化機能を
もつ樹脂の水溶液を多量に添加し、充分撹拌して
微生物を分散せしめてから微生物懸濁液全体をゲ
ル化せしめて得られたものであり、菌体単位重量
あたり数拾倍量の樹脂の添加を必要とするので、
固定化微生物の製造コストが高いという欠点があ
るほか、ゲルの厚みが大きいので基質および微生
物の代謝産物のゲル内の物質移動速度が小さいと
いう機能上の問題点がある。

実施例 １ 次に、本発明法によつて固定化された微生物を
下水の好気性処理に適用した場合のテスト結果に
ついて述べる。

押出し造粒法によつて粒径３〜４mmの球形ペレ
ツト状に成型した微生物脱水ケーキ（水分75％）
を、アルギン酸ソーダの２％水溶液中に浸漬した
のち取り出してから0.1MのCaCl₂溶液内に30分間
浸漬し、微生物ペレツトの周囲をアルギン酸カル
シウムのゲル化樹脂でコーテイングして固定化微
生物を得た。

この固定化微生物を、第４図に示す曝気槽50
（容積10、エアリフトチユーブによる空気曝気
式）にMLSSとして15000〜20000mg／になるよ
うに投入し、流動させながら団地下水（溶解性
BOD120〜230mg／、水温15℃〜17℃）を曝気
槽内滞留時間20分で流入させて好気性処理を行つ
た。運転開始後２週間は微生物の順致運転とし、
３週間目から１ケ月間にわたつて処理水の溶解性
BODを分析したところ５〜12mg／であり、非
常な高速処理が可能であり、しかも微生物の固液
分離は容易であり、安定的な処理が可能であつ
た。

なお、第４図中、５１はエアリフト部、５２は
沈降分離部、５３は散気装置、Ａは原水、Ｂは空
気、Ｃは処理水である。

実施例 ２ 次に、嫌気性処理（メタン醗酵）への本発明の
実施例を述べる。

福島県いわき市、Ｊし尿処理場のし尿の嫌気性
消化槽から、消化汚泥（メタン醗酵菌を主に含ん
でいる）を採取し、エバグロースＣ−134（荏原イ
ンフイルコ(株)製、有機高分子凝集剤）を15ｇ／
（Kg・ss菌体）添加し、撹拌したのちベルトプレ
ス型脱水機で脱水したところ、水分73％のフレー
ク状脱水ケーキを得た。

この脱水ケーキをスクリユー押出し造粒器で粒
径３ｍ、長さ５mmの円柱状ペレツトに成型したの
ち、25％水溶液のアクリルアミドのモノマーとＮ
−N′−メチレンビスアクリルアミド（BIS）の
1.2％水溶液の混合液に５分間浸漬したのち取り
出した。次いでβ−ジメチルアミノプロピオニト
リル（DMAPN）とK₂S₂O₈の混合液内に浸漬し
たところ、15分程度で微生物（メタン菌）の脱水
ケーキペレツトの周囲にポリアクリルアミドのゲ
ル被覆（厚み数百μ）が形成され、固定化微生物
が得られた。

このメタン菌の固定化微生物ペレツトを直径10
cm、高さ１ｍのカラムに層厚30cmになるように充
填し、温度30℃〜31℃にコントロールしながら神
奈川県逗子市、し尿処理場から採取した除渣し尿
を上向流で通過せしめた。カラム内のし尿の滞留
時間は５日間とした。この状態で２ケ月間運転を
続け、メタガスの発生量が安定したのを確認して
からさらに１ケ月、処理水BODの分析を続けた
ところ850〜1300mg／であり、BOD除去率90％
以上を得た。

〔発明の効果〕

本発明により得られる効果を列挙すれば、以下
のとおりである。

微生物懸濁液の凝集物を機械脱水処理して得
た高濃度微生物菌体群のペレツト状粒子をゲル
化樹脂で被覆状にコーテイングして強度を向上
させたものによつて生物処理を行うので、 (イ) 固定化微生物におけるゲル化樹脂層の厚み
が薄くてすみ、したがつてゲル内の物質移動
が容易となるうえ、ゲル化樹脂の所要量が少
なくてすみ、製造コストが安価となる。

(ロ) BOD除去率等の高い、高効率の生物処理
が可能、という従来の固定化微生物を使用し
た場合には認られない大きな利点がある。

生物膜法における不可欠要因である付着媒体
が不要である。

活性汚泥法における微生物の固液分離の難点
がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施態様を示すフローシー
ト、第２図は本発明に係る固定化微生物の断面構
造を模式的に示す断面図、第３図は従来の固定化
微生物の断面構造を模式的に示す断面図、第４図
は本発明の実施例に使用した曝気槽の断面図であ
る。 ａ……微生物懸濁液、ｂ……有機高分子凝集
剤、ｃ……分離水、ｄ……脱水ケーキ、d′……成
型物、ｅ……高分子樹脂、ｆ……固定化微生物、
f₁……造粒物、f₂……ゲル化被膜、f′……固定化
微生物、ｇ……微生物の菌体、ｈ……ゲル化樹
脂、Ａ……原水、Ｂ……空気、Ｃ……処理水、１
……脱水工程、２……成型工程、３……コーテイ
ング工程、４……ゲル化工程、５……生物処理装
置、６……バイオリアクター、５０……曝気槽、
５１……エアリフト部、５２……沈降分離部、５
３……散気装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 微生物懸濁液に有機高分子凝集剤を添加し凝
   集分離して凝集物となし、該凝集物を機械脱水機
   により脱水して固形状微生物とし、該固形状微生
   物の表面にゲル化機能をもつ有機高分子樹脂をコ
   ーテイングしたのちゲル化せしめて得た固定化微
   生物を、原水と好気的または嫌気的条件下で接触
   せしめることを特徴とする、液状物の生物学的処
   理方法。 ２ 前記微生物懸濁液として、活性汚泥処理施設
   の曝気槽内の活性汚泥を使用する特許請求の範囲
   第１項記載の処理方法。 ３ 前記微生物懸濁液を予め沈殿、浮上分離又は
   遠心分離により濃縮処理してから前記凝集分離を
   行う特許請求の範囲第１項又は第２項記載の処理
   方法。 ４ 前記微生物懸濁液にカオリン、ベントナイ
   ト、粘土、粉末活性炭、粉末ゼオライト、おがく
   ずのいずれか少なくとも一種と有機高分子凝集剤
   とを添加して前記凝集分離を行う特許請求の範囲
   第１項又は第２項記載の処理方法。 ５ 前記凝集物にカオリン、ベントナイト、粘
   土、粉末活性炭、粉末ゼオライト、おがくずの少
   なくとも一種を添加して前記脱水処理を行う特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の処理方法。 ６ 前記固形状微生物にカオリン、ベントナイ
   ト、粘土、粉末活性炭、粉末ゼオライト、おがく
   ずのいずれか少なくとも一種を添加して前記コー
   テイング処理を行う特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載の処理方法。 ７ 前記固形状微生物を所望の形状に成型したの
   ち前記コーテイング処理を行う特許請求の範囲第
   １〜６項のいずれか一つの項記載の処理方法。