JPH0228393B2 - Kenkiseibiseibutsunoryohoho - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、有機性廃液の嫌気性消化、硝酸性窒
素（NOx−Ｎ）含有水の生物学的脱窒素、SO₄ ^2-
イオン含有水の硫酸還元菌によるH₂Sの生成など
の廃水処理分野における嫌気性微生物処理を主た
る利用分野とするものであるが、この外アルコー
ル発酵など有価物の生産を目的とする発酵工業に
おける嫌気性微生物の利用分野における固定化嫌
気性微生物の利用方法に関するものである。

〔従来の技術及びその問題点〕

嫌気性菌を保持する手段を有する嫌気性反応装
置は最近とみに注目されており、次のような方式
がさかんに検討され、一部では実用化もされてい
る。

嫌気性床（Anaerobic Filter） 嫌気性上向流プランケツト（UASB） 嫌気性粒状媒体上向流流動層 嫌気性床法とは、石、プラスチツク（ポリエ
ステル、塩化ビニルなど）などの粒状固体をカラ
ム内に充填し、該粒状固体の表面に、メタン菌な
どの嫌気性菌の生物膜を繁殖させ、その生物膜上
に被処理水を流通させるものであるが、SSを多
く含む水を処理すると、床が閉塞されやすいと
いう欠点がある。また、床の閉塞を防ぐため、
粒状固体の粒径を大きくすると、材の表面積が
減少し嫌気性菌の量が減少する結果、反応速度が
小さくなつてしまうという矛盾に遭遇する。

次に嫌気性上向流プランケツト法は、オランダ
国のレツチンガ（Lettinga氏）によつて1979年に
開発されたもので、嫌気性菌体のフロツクの軽い
部分を流出させ重出の団粒化した菌体のみを流動
層として原水を上向流で流通させるものである。

この方法を第２図に基いて簡単に説明すると、
被処理水は被処理水導入管１２から処理槽１１の
底部の団粒化汚泥床１４中に流入水分散配板１３
により分配流入させ、該被処理液は団粒化汚泥床
１４から汚泥プランケツト１５を通り、バツフル
１６と沈降槽１７の間〓を通り沈降槽１７の底部
開口を沈降槽１７に導入され、沈降槽中で随伴す
る汚泥が分離され、処理水は処理水排出管１８よ
り排出され、一方、分離された汚泥は沈降槽１７
の下部開口からバツフル１６と１６′の間を通つ
て汚泥プランケツト部へ返送される。また、処理
槽１１中で生成したガスは処理槽の上部に集めら
れ、ガス排出管１９から槽外に排出される。この
方法は、砂などの菌体付着用の粒状媒体を使用し
ないので、自己担体固体化法とも呼ばれている。
このUASB法は、極めて興味深い方法であるが、
本発明者の追試によれば次のような問題点が認め
られる。

○イ 運転開始時の重質の団粒化した菌体の形成に
長時間を要し、団粒化菌が結局形成されないま
まに終つてしまう場合もある。

○ロ 原水を槽底部から均等に導入分配するのが難
かしく、偏つた上向流を生じやすい。特に槽径
が大きい場合は、原水の均等分配は、極めて難
しい。

次に、粒状媒体上向流流動層法はカラム中で砂
粒、粒状活性炭などの小粒径粒状固体の表面に嫌
気性菌の生物膜を形成させ、カラムの下部から原
水を上向流として導入して粒状固体の流動層を形
成しながら原水を処理する方法である。この方法
の長所として、粒子全体が流動状態になるから閉
塞する可能性がない反面、次のような欠点をもつ
ている。すなわち、SSの多い原水に対しては、
沈降槽を別個に設ける必要があり、また粒子周囲
の流速を粒子の浮遊速度に近い流速にすることに
なるから、粒子がキヤリオーバーする可能性が多
くなる。さらに、媒体流動化のために上向流速を
大きくする必要があるので、原水処理量が少ない
場合は処理水を循環させるための循環ポンプが必
要になり、このポンプ動力費が無視し得ないコス
トになることがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、前述の従来技術の問題点のすべて
を、従来例にみられない方法によつて解決するも
のである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、嫌気性消化菌、脱窒素菌などの嫌気
性微生物菌体スラリーとゲル形成能を有する有機
高分子樹脂類またはこれらのモノマ又はプレポリ
マとを気泡の存在下で混合したのちゲル化させる
ことによつて、該嫌気性微生物菌体と気泡とを包
括固定化し、該ゲルの粒状物を嫌気性生物処理槽
に充填して浮上層となし、処理対象液を該浮上層
に対して下向流で流通せしめることを特徴とする
嫌気性徴生物の利用方法である。

ゲル内に包括する気泡としては、高濃度の酸素
ガスは、嫌気性菌を失活させるので好ましくな
く、嫌気性菌を失活させないCO₂、N₂ガスなど
が適している。

〔発明の実施態様〕

本発明の一実施態様をし尿の嫌気性消化を例と
して説明する。

既設のし尿の嫌気性消化槽から消化汚泥（固形
物濃度３％）を採取し、これにウレタンプレポリ
マーを10容量％添加し、該ポリマーと水との反応
によつて生じるCO₂ガス気泡の存在下で混合撹拌
したところ、CO₂気泡および嫌気性消化菌が包括
固定化されたゲルを得た。このゲルの比重は、
0.95〜0.98で、水に浮上した。上記ゲルをスクリ
ユー押出し造粒機で直径３mm長さ５mmの円柱状ペ
レツトに造粒したのち、第１図に示した実験装置
（充填部カラム直径200mmφ）に投入し層厚500mm
の浮上充填層を形成させた。処理対象液（除渣し
尿）は、導入管１から上部の原水分配器２（逆傘
状）を経て、嫌気性消化カラム３内に導入し下向
流で流過させた。カラム３内には、前述の嫌気性
消化菌を包括固定化した浮上性ゲル粒子４が充填
されており、原水（除渣し尿）は、層内を流過し
てゆくに従つて、ゲル粒子内の高濃度の嫌気性消
化菌によつてメタン発酵をうけ、CH₄、CO₂ガス
を発生する。発生したCH₄を主成分とする消化ガ
ス気泡は、層内の空〓をぬつて浮上し、槽上部の
ガス抜き管５から消化ガス貯留タンク（図示せ
ず）に導く。なお、発生した消化ガス気泡がゲル
粒子の表面に付着抑留され、上部のガス集積部
５′に向つて上昇してゆかない場合には、発生ガ
ス抜き管５からガスの一部を分岐して浮上性ゲル
粒子層の下部から散気すると浮上層内にシヨツク
が与えられるので、ゲル粒子の表面に抑留されて
いた気泡が離れて上昇してゆくので効果的であ
る。また、他の対策としては浮上層内部を撹拌翼
で機械的に撹拌する方法も効果がある。

本発明においては、嫌気性消化菌が浮上層を形
成しているので、従来法の嫌気性上向流プランケ
ツト法において不可欠な特殊なガス分離機構が不
要であり、また、ガスの上昇力によつて、嫌気性
菌が系外に流出するおそれが全くなく、むしろ発
生ガスの上昇作用によつてゲル粒子は浮上しよう
とするから、さらに安定して菌体がカラム内に保
持されるという重要な特徴がある。そして、充分
な嫌気性消化を受けたのち浮上層４から流出する
液中のSS（懸濁粒子）−原水中の非生分解性SSお
よび新たに生成した菌体SSから構成される−は、
沈澱部６に沈降し、処理水は処理水上昇流出部７
を経由して処理水流出管８から系外に排出され
る。なお、Ｓは処理水が処理水上昇流出部７を通
過してゆく過程においても、沈降分離される。

このように本発明では、メタン発酵槽の下部に
SS沈降分離部を設けることが可能であるので、
メタン発酵槽とは別個にSS沈降分離槽を設ける
必要がないという実用上の重要な効果がある。な
お、気泡と嫌気性菌体とを一緒に包括固定化する
ゲル材質としては、前述のウレタンのほかに、ポ
リアクリルアミド、アルギン酸カルシウム、光架
橋性樹脂などの微生物固定化用樹脂を用いること
ができるが、ウレタンを用いる場合プレポリマー
がH₂O分子と反応して発生するCO₂気泡を、ゲル
に浮上性を付与することに利用できるので本発明
においては最も適している。また嫌気性菌として
は、脱窒素菌、硫酸還元菌、アルコール発酵菌
を、処理目的に応じて選ぶことができることは言
うまでもない。

実施例 １ し尿の嫌気性消化 発明の実施態様の項に記した方法で調製したポ
リウレタンゲル包括嫌気性消化菌の粒状ゲルを、
第１図に示した充分に保温された実験装置（浮上
層カラム直径200mmφ、カラム高さ1000mm、ゲル
浮上層厚さ500mm）に充填し、除渣されたし尿を
温度35℃に加温し、浮上層滞留時間３日間の条件
で供給した。除渣し尿の水質は BOD 8170mg／ SS 8100mg／ CODcr 12000mg／ Ｔ−Ｎ 3200 〃 mm² 7.8 である。

通水開始後７日後から、順調なメタン発酵が進
行し始め、CODcrの除去率80％という好成績を
得た。

実施例 ２ 生物学的脱窒素処理 NO₃−Ｎ（硝酸性窒素）を100〜150mg／含有
する工場廃水の生物学的脱窒素処理に、本発明法
を適用した結果を述べる。

あらかじめ、NaNO₃水溶液により、有機炭素
源としてCH₃OHを使用して培養した生物学的脱
窒素菌体スラリー（菌体濃度5000mg／）10に
対し、アクリルアミドモノマー2500ｇとメチレン
ビスアクリルアミド120ｇを添加して溶解させた
後、５％β−ジメチルアミノピロピオニトリル溶
液1500mlを加えて、N₂の微細気泡を散気したと
ころ、約20分で重合して、脱窒素菌とN₂気泡を
包括固定化した、ポリアクリルアミドのゲルを得
た。このゲルを、スクリユー押出し造粒機によつ
て直径２mm長さ４mmの円柱状ペレツトに成型した
のち直径100mmφのカラムに充填して、層厚400mm
の浮上層を形成した。前記のNO₃−Ｎ含有廃水
（PH6.5、水温25℃）に、CH₃OHを300〜500mg／
添加したのち、上記カラムに下向流で供給し、
浮上層内液滞留時間を1.5時間（空塔基準）とし
て運転を継続したところ、通水開始後２日目か
ら、NOx−Ｎの還元によるN₂ガスがさかんに発
生し始めた。通水開始３日目より１ケ月にわたつ
て、浮上ゲル層からの流出水のNOx−Ｎを分析
したところ２〜４mg／と極めて良好な除去率を
示した。

〔発明の効果〕 嫌気性菌の代謝産物であるCH₄、N₂、CO₂
などの気泡の上昇力によつて発生する乱れによ
つて、嫌気性菌バイオマスが系外に流出するお
それが全くない。

嫌気性上向流プランケツト法のように、メタ
ン菌自身の団粒形成性を期待する必要がないの
で、スタートアツプが非常に容易である。ま
た、該方法におけるガス分離機を設ける必要が
ないので装置製作が容易である。

原水が上部から、気相部を落下して、嫌気性
菌の浮上層に供給されるので、水頭による圧力
損失がないから、原水の均等分配が容易とな
り、UASB法における問題点の一つが解消で
きるしスケールアツプも簡単である。

同一槽の上部を、嫌気性生物処理部となし、
下部をSS沈降分離部とすることができるので、
従来法のように別個に沈降槽を設ける必要がな
い。

UASB法および、粒状媒体上向流流動層法
においては、多量のSSを含む原水を処理する
と、槽の上部にスカム層が形成され、処理機能
を阻害するが、本発明では原水が下向流で流過
するので、スカムの浮上もなく、またスカム
が、水流によつて破壊されるのでスカム形成が
認められない。

原水流入部でゲルに包括された高濃度の微生
物と接触するため、反応全体の効率が高まる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を説明する為の装置の
断面概略図を示し、第２図は嫌気性上向流プラン
ケツト法（UASB法）を説明する為の装置の断
面概略図を示す。 １……被処理対象導入管、３……嫌気性消化カ
ラム、４……嫌気性微生物を包括固定化した浮上
性ゲル粒子、５……ガス抜き管、６……沈殿部、
８……処理水流出管、１１……処理槽、１２……
被処理水導入管、１４……団粒化汚泥床、１５…
…汚泥プランケツト、１７……沈降槽、１８……
処理水排出管、１９……ガス排出管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 嫌気性消化菌、脱窒素菌などの嫌気性微生物
   スラリーと、ゲル形成能を有する有機高分子樹脂
   類またはこれらのモノマ又はプレポリマとを気泡
   の存在下で混合したのちゲル化させることによつ
   て、該嫌気性微生物菌体と気泡とを包括固定化
   し、該ゲルの粒状物を嫌気性生物処理槽に充填し
   て浮上層となし、処理対象液を該浮上層に対して
   下向流で流通せしめることを特徴とする嫌気性微
   生物の利用方法。 ２ 前記ゲル形成物質がウレタンプレポリマーで
   ある特許請求の範囲第１項記載の方法。