JPH0630775B2 - 微生物固着接触材による汚水浄化装置 - Google Patents

微生物固着接触材による汚水浄化装置

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JPH0630775B2
JPH0630775B2 JP62188050A JP18805087A JPH0630775B2 JP H0630775 B2 JPH0630775 B2 JP H0630775B2 JP 62188050 A JP62188050 A JP 62188050A JP 18805087 A JP18805087 A JP 18805087A JP H0630775 B2 JPH0630775 B2 JP H0630775B2
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    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

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  • Biological Treatment Of Waste Water (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は微生物固着接触材による汚水浄化装置に関し、
特に、連続気孔を有するポーラスなセラミックス素材よ
り成る微生物固着床に対して空気を均一に分散させて供
給することにより好気性環境を保つことができ、かつ、
供給空気量を減少した微生物固着接触材による汚水浄化
装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、汚水浄化法において、標準活性汚泥法から接触酸
化法に移行している傾向にあり、その中で幾多の技術が
実施されて来ている。そのとき浄化に供される微生物の
繁殖度合いは、接触材の表面積に略比例することは、衆
知の事実である。
従来の微生物を固着させる接触材の大部分が合成樹脂で
成形されたものであり、樹脂自身通気性はなく、且つ平
滑な表面であって、成形の過程で波形やハニカム及びヒ
モ状にしていた。これらは、目詰りの弊害を防止するた
めの技術指導基準に基づいて設計するならば、表面積を
最大限200m2/m3しかとることが出来なかった。また、文
献や公的機関が技術指導する接触材としての材質の中に
ポーラスなセラミックスは認知されていなかった。
これらが有する能力をBOD容積負荷で示すならば、設計
基準値は0.2〜0.8kg/m3・日であり、一般には、0.3kg/m
3・日で運転されており、微生物の増殖度合いは、接触
材の表面積に略比例すると云った定説からするならば、
これは従来技術の限界を意味する。この限界の数値で設
計される汚水浄化施設は、莫大なる設置面積を必要と
し、経済面に強い圧迫がかかっていた。このように、従
来技術は頭打ち状態であり、革命に近い企画を必要とし
ていた。このため、数年前より粋石やプラスチック製素
材に替るものとしてポーラスなセラミックス素材が着目
されている。
水処理を生物化学的手法により行うに当たり、浄化に関
与する微生物の単位容積当たり(1m3)の数量と種類と
によって浄化速度に相違がでてくる。ポーラスなセラミ
ックス素材には、種類の異なった莫大な数の微生物が繁
殖固着して共存共栄を営み、世代交換を継続して繁殖す
ることが研究発表されており、今日においては衆知の事
実となっている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
当初、ポーラスなセラミックス素材(2.5センチメ-トルの立方
体形状)だけのバラ充填を行った。ところが、ポーラス
なセラミックス素材相互の接触となり、供給空気(酸
素)の分散が思うようにできず、ポーラスなセラミック
ス素材は黒色化し嫌気性化するために、必要以上の空気
供給量が補給されねばならないことが判明した。以後、
過去2年間、実際の廃水処理装置(3m3/hr)の運転
を試みた結果、2日間で嫌気性化し、黒変して硫化水素
を発生した。同時に装置の改造を試みたが、好結果が得
られず、最終的にはポーラスなセラミックス素材事態の
相互空隙を保って保持する着想となり、その必要性と方
法の考案に迫られた。この理由はポーラスなセラミック
ス素材には種類の異なった莫大な数の微生物が繁殖、固
着するため、容器内の溶存酸素と菌体との接触が必要で
あるためであり、ポーラスなセラミックス素材が相互に
接触している場合、廃水通過が妨げられることになる。
このため、ポーラスなセラミックス素材の接触点より酸
素不足で腐敗が生じるという不都合があった。
本発明より前に、球形の保持体を設計したが、廃水処理
接触酸化槽に充填したとき、以下の欠点が生じることが
判明した。
ポーラスなセラミックス素材の形状を直径2.5センチメ-トル長
さ12.0センチメ-トルとし、これを球形の保持体に充填し、空
隙を保ち空気の分散を良くしたが、廃水処理接触酸化槽
への用に供するとき、球形の接触材は充填の簡便さには
優れた効果を見出したが、ランダムな充填をなさざるを
得ず、例えば、1立方米の接触酸化槽へ充填するとき、
計算上では125個の接触材ができるとするとき、ランダ
ム投入及び球形の不安定さから、平均107個の充填とな
り、125個−107個=18個の誤差が生まれ、計算上の充填
率に対して、14.4%が不確定要素となる欠点があった。
又、現在、他の研究機関によるポーラスなセラミックス
素材を利用する接触法を見ると、嫌気性処理法を主体と
しているものが殆どであり、これは嫌気性法で最初、高
BODを分解させる一つの方法であり、否定するものでは
ないが、本質的には、バラ充填による嫌気性化となるこ
との抜本的対策がなされていないことと、接触材とし
て、間隙支持体およびその接触材形状の研究が未だ進展
していないことを物語るもので、嫌気性を選んだもので
なく、必然的に嫌気性となったと解釈されるものであ
る。嫌気性菌の作用は35℃で30日間の長時間を要するの
が常識である。
本発明の目的は、ポーラスなセラミックス素材を含めて
接触酸化槽全体に対し好気性環境を保持して、ポーラス
なセラミックス素材を微生物固着の接触材として形成
し、微生物反応器(バイオリアクタ)として機能させた
汚水浄化装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明では、ポーラスなセラミックス素材を含めて接触
酸化槽全体に対し好気性環境を保持して、ポーラスなセ
ラミックス素材を微生物固着の接触材として形成し、微
生物反応器(バイオリアクタ)として機能させた汚水浄
化装置を達成するため、以下の条件を前提として構成し
た。
(1)間隙支持体によりポーラスなセラミックス素材を支
持する。間隙支持体を支持する枠の体積に対して、ポー
ラスなセラミックス素材の体積比(充填率)は15%以下
であること。
(2)ポーラスなセラミックス素材の相互の間隔が3セン
チメートル以上隔たっていること。
(3)間隔支持体並びに枠で形成する接触材の形状は充填
部に対して、理路整然と整列配置充填が出来る構造とす
る。
(4)隣接する間隙支持体並びに接触材として、デッドス
ペースを生じないようにし、間隙支持体並びに枠の形状
は充填部に対する充填率が100%に近くなるようにす
る。同時に、ポーラスなセラミックス素材の充填可能体
積の増加を計る。
(5)水槽内下方より接触材に対し、所定の酸素を供給す
ること。
即ち、本発明の微生物固着接触材による汚水浄化装置は
以下の手段を備えている。
(1)水槽 予め微生物固着接触材を設置した水槽に汚水入口より汚
水を取り込み、浄化処理を行う。浄化処理された処理水
は処理水出口より排出される。
(2)微生物固着床 ポーラスなセラミックスは主成分を酸化シリカとし、ア
ルミナと鉄分は微生物の繁殖に適さないためできるだけ
含有量が少ないものがよく、同時に連続気孔でなくては
ならない。汚水浄化における接触酸化法の微生物群の大
きさは1ミクロン前後が最も多い。従って、ポーラスな
セラミックスは2ミクロン程度に調整製造する。これら
の製造技術はすでに確立されたものであり、接触材とす
るときの必須条件は満足されている。連続気孔を有した
ポーラスなセラミックスであるため、微生物群はポーラ
スなセラミックスの中へ棲むことができ、安定した増殖
を営むことができる。原生動物等はミリ単位であるため
ポーラスなセラミックスの表面に付着し、凹凸面である
ことから安定付着する。これらは、ポーラスなセラミッ
クスの内部、外部において微生物群の固着状態を形成す
ることになり、大量培養を達成できる。
(3)間隙支持体 微生物固着床を板状、棒状、線状等で所定の間隙を有す
るように規則的な配列(例えば、千鳥状の配列)にし、
直方体、立方体等の形状の枠で支持することにより微生
物固着接触材が形成される。所定の間隙を有する微生物
固着床の配列は、微生物固着接触材の空隙率が85%以
上になるようにする。この千鳥状に配列されたポーラス
なセラミックス素材の規則的な配列は、空気供給装置よ
り発生する気泡を下段より順に上方向へ流すことがで
き、気泡を必ず上段のポーラスなセラミックス素材に接
触させることができるので、気泡は分散化し、拡散す
る。
(4)空気(酸素)供給装置 水槽内の好気性環境を保つためには空気(酸素)供給が
必要である。従って、水槽内の下方に散気管を設置し
て、微生物固着接触材に対して空気を供給することによ
って、ポーラスなセラミックスに付着した微生物群は安
定した繁殖を営むことができる。即ち、水槽内の嫌気性
化を防ぐことができる。
〔作用〕
予め微生物固着接触材を設置した水槽に汚水入口より汚
水を取り込み、所定の浄化処理を行なう。この際、水槽
内下方に設けられた空気供給装置より接触材に対して所
定の酸素を供給しており、微生物固着床の規則的な配列
に基づいて供給空気を均一に分散させ好気性環境を保持
している。浄化処理された処理水は処理水出口より排出
され、次段の沈澱槽より溢れ出る。
立方体、直方体等の形状の枠から成り、所定の間隙を有
するように微生物固着床を支持する、間隙支持体の構成
に基づいて、好気性環境が保持されるため、後に実施例
に述べるごとく、BOD容積負荷を40倍以上、接触滞
留時間を1/4以下にすることができる。
〔実施例〕
以下、本発明の微生物固着接触材による汚水浄化装置を
詳細に説明する。
第1図(a)、(b)は本発明の一実施例を示し、1は汚水を
貯水する水槽、2は微生物固着床を千鳥状に整列配置し
た微生物固着接触材、6は汚水を取り込む汚水入口、7
は汚泥(微生物の死骸)を沈澱させる沈澱槽、8は浄化
した処理水を排出する処理水出口である。9は散気口で
ある。
第2図は微生物固着接触材を示し、3はポーラスなセラ
ミックス素材より成り、微生物の大量培養を行なう微生
物固着床、4は微生物固着床3の所定の間隙を有して板
状、棒状、線状等で支持する間隙支持体、5は間隙支持
体4を支持する直方体状の枠である。
以上の実施例において、 実験機を設計するために、次の様な設計基準値を設定し
た。
1.間隙支持体4の外枠5の外形寸法に基づく接触材2
の容積Sに対するポーラスなセラミックス3の体積Cの
比、即ち、充填率を12.27%とする。
C/S=0.1227 即ち、接触材の空隙率85%以上とする。
2.水槽1の有効容積Vに対するポーラスなセラミック
ス3の体積Cの比、即ち、充填率を8.3%とする。
C/V=0.083 3.水槽1の有効容積Vに対する接触材2の容積Sの
比、即ち、充填率を67.6%とする。
S/V=0.676 4.接触材2の容積S=0.02m3とし、これを原単位とし
た。即ち、接触材2の外形寸法は、 20センチメートル×20センチメートル×50センチメートル(長)=0.0
2m3 である。
5.ポーラスなセラミックス3を34本0.02m3の接触材2
の中に3.5センチメートルの間隔をもって均等に配列し
た。
この設定により、微生物の反応器としての基本的に設計
が可能となり、特に、0.02m3の接触材の中に34本の規格
寸法のポーラスなセラミックス3を収納して、0.02m3
原単位としたことは、微生物菌体の算定において、接触
材2が占める容積に対するポーラスなセラミックス3の
数量が判然とすることから、設計計算を容易にする特徴
をもつ。
従来、活性汚泥法において、処理能力の一つを表現する
とき接触槽内の汚泥菌量、即ち、MLSSで行ってきた。ML
SSは沈澱汚泥量を示すが、本発明によるポーラスなセラ
ミックスでは微生物、即ち、従来の汚泥菌はポーラスな
セラミックスに固着するため、MLSSで表現することが出
来ない。ポーラスなセラミックスに固着する汚泥菌量の
表現は、文献にも記録されておらず、汚泥菌量の目安は
自らで決定しなければならなかった。これをFXMLSSと称
し、1m3の接触材2の容積内に83000gのバクテリヤが固
着していると設定した。
これらを基に実験機の製作を行った結果、優秀な成績で
あった。その一例を示せば、以下の通りである。原水
(汚水)は畜産屠場解体廃水(高タンパク系、脂肪、ヘ
モグロビンの混合汚水)である。
原水BOD分析値 940ppm 第一槽分析値 230ppm(75.5 %) 第二槽分析値 180ppm 第三槽分析値 130ppm(86.17%) 接触滞留時間は合計で6.6時間であった。
接触時間6.6時間でBOD除去率86.17%は従来法の接触時
間で表わせば略30時間以上となる。
又、BOD容積負荷を算出すれば、この条件下で14kg/m3
日であった。
更に、第一槽で接触時間2.2時間のときBOD除去率が75.5
%となった要因は、設定したFXMLSS 83000gにあり、そ
の設定値を裏づけるものである。これらのデータからフ
ァクター化を行う必要があり、順を追って実施してゆか
ねばならない。
従来法と単純に比較するならば、BOD容積負荷で0.3kg/m
3・日が14kg/m3・日で46倍、MLSS 5000ppmの通常運転が
FXMLSS 83000ppmで16倍、接触滞留時間30時間が6.6時間
で1/4.5となり、供給空気量が約1/4に減少した。
尚、本発明は、有機廃水(汚水)の面で説明を加えてき
たが、汚水浄化の面に用途を限定するものではない。
又、C/V比、C/S比、S/V比についても固定するものでな
く、グレード及び濃度などの関係で変動し得るものであ
る。微生物の反応を応用する技術は日進月歩であり、本
発明の反応装置は、液相に対して広く応用できるもので
あり、石油化学プラントの工程にも応用しても良い。
〔発明の効果〕
過去数年、ポーラスなセラミックスが微生物の坦体とし
て有効であるとの説は衆知の事実化しつつあったが、特
に医薬品、食品関係における酵素の応用分野に限られて
いる。その分野では、菌の大きさから云えば、オングス
トローム(Å)の単位であって、本発明によるミクロン
(μ)のバクテリアの分野で汚水を対象とした実施は初
めてであり、特に文献も存在しない。
又、汚水を対象とするとき、水質は千変万化であり、有
機廃水のグレード化を計り、例えば、炭化水素系、デン
プン系、脂肪系、タンパク系と区分し、且つ又、濃度に
より細分化した設計ファクターを完成し適用してゆかね
ばならない。本発明を従来非常に困難とされてきた有機
廃水に適用すれば多大な効果を挙げるであろう。つま
り、ミソ・ショウ油、漬物などの醗酵製造工場、煮豆、
豆腐、魚肉練製品工場の高タンパク系、酒造洗米、せん
べい工場の高デンプン系廃水などに、短時間で精度の高
い安定性のある経済的な施設を安価に供給できる。又、
下水道など200ppm程度の低いBOD廃水には、83000g-バク
テリア/m3のFXMLSSが能力を発揮し、例えば、都市集落
雑排水108m/hr流入水に対して7secの接触時間でBOD55p
pmからBOD20ppmまで除去出来ており、短時間処理が可能
になる。更に、予測したことではあるが、従来の活性汚
泥法における糸状菌の大量発生浮上流出のバルキング現
象が防止できることが実証された。糸状菌は消化力は高
いが、浮遊する上、塊状となり浮上流出する問題があっ
たが、ポーラスなセラミックスの使用により、ポーラス
内へ棲むため、その問題を解決することができる。その
ため、既設の施設に対して改造を施すことが可能にな
り、メンテナンスに特殊な技能を要し、一度発生したバ
ルキングに対しては多大な労力を必要とした従来の方法
に較べ、格段の進歩である。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、(b)は本発明の一実施例を示し、(a)は汚水浄
化装置の平面図、(b)は(a)におけるX−Xの断面図、第
2図は本発明の微生物固着接触材を示す説明図。 符号の説明 1……水槽、2……微生物固着接触材 3……微生物固着床、4……間隙支持体 5……枠、6……汚水入口 7……沈澱槽、8……処理水出口、9……散気口

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】有機廃水系汚水を取り込む汚水入口と、浄
    化処理した後処理水を排出する処理水出口とを有した水
    槽と、前記汚水を接触酸化法によって浄化する、微生物
    固着床を備えた微生物固着接触材と、前記水槽内で前記
    微生物固着床に対して空気を供給する空気供給装置とを
    有する、微生物固着接触材による汚水浄化装置におい
    て、 前記微生物固着接触材が備える前記微生物固着床は、規
    則的に配置できる形状を有する、連続気孔を有したポー
    ラスなセラミックス素材より成り、前記ポーラスなセラ
    ミックス素材の表面および内部に微生物を固着したもの
    であり、 前記微生物固着接触材は、前記微生物固着床を、所定の
    間隙を有するように支持する、立方体、直方体等の形状
    の枠から成る間隙支持体を備え、 前記微生物固着床は前記間隙支持体により、前記微生物
    固着接触材の空隙率が85%以上になるように支持さ
    れ、 前記微生物固着接触材の前記水槽の有効容積に対する充
    填率が67%以上であることを特徴とする、微生物固着
    接触材による汚水浄化装置。
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