JPH11188378A - 排水処理用生物固定担体及び排水処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 汚泥を高濃度で多量に付着することができ、
取扱い性に優れた繊維を、排水処理における生物固定担
体として提供しつつ、排水処理装置自体の小型化を可能
とする。 【解決手段】 物理特性が、ある特定範囲にある細いフ
ィラメント径の繊維によって生物固定担体を構成した。
また本繊維により構成された生物固定担体を用いること
により、処理槽を浅型にし、かつ生物を高濃度に付着さ
せることにより、排水処理装置全体を小型化できるよう
にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生活排水や河川、
湖沼などの水を生物化学的に処理する方法において使用
する生物固定担体とそれを用いた排水処理方法及び装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の排水処理方法においては、生物固
定担体として合成樹脂を波板状に加工したものを使用し
た生物膜法や、セラミックスあるいはポリプロピレン等
のプラスチック素材を発泡成型したものを使用した生物
膜濾過法等がよく知られている。但し、これらの方法で
は、排水中の有機物質の生物化学的な処理を向上させよ
うとする場合、担体への生物付着量を高める必要がある
が、実際にはこれとは逆に、生物付着量を高めていくと
目づまりを生じて必要な酸素が十分供給されなかった
り、生物と有機物質の接触がうまく行かなくなったりす
る為、有機物質が十分に分解されないまま槽外に流出す
る等の問題があった。この問題に対しては、結局、担体
の洗浄を頻繁に行わなければならなかった。

【０００３】この為、上記の問題を解決する目的で、生
物親和性を主たる特徴に挙げ、生物固定担体に炭素繊維
を使用し、生物を高濃度で多量に付着させ、またフィラ
メントが水中で十分に広がり揺動する形態に成形すると
いった方法（特開平８ー２９０１９１）も提案されてき
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来か
ら提案されている繊維を用いる方法により、細い繊維を
用いることによって確かにしかるべき量の有機物質を処
理可能としたが、実際の使用状況下において処理される
べき有機物質の量や、有機物質の分解に伴い発生する生
物の量を考えると、排水処理装置において生物固定担体
として繊維を使用する場合には、かなりの量を要してし
まう。この為、実際に繊維を使用する際には、安価かつ
入手が容易であることが必須の条件となってくる。さら
に、実際の排水処理装置においては、設置作業を伴うこ
とや維持管理を長期に渡ってを行わなければならないの
が現状である為、担体として使用する繊維は、安全や人
体への健康の面も含め、取扱いが容易であることも大変
重要な条件となってくる。

【０００５】これに対し、前記条件を兼ね備え、かつ生
物を高濃度で多量に付着する繊維を用いることができれ
ば、排水処理装置に設置する繊維の量を少なくし、かつ
安価に構成することが可能となる。また、この結果とし
て、排水処理装置自体を小型化することができ、維持管
理の容易化や従来設置面積や設置場所の地下状況により
困難であった場所への設置をも可能にすることが期待で
きる。

【０００６】本発明では、上記課題を解決し、生物を高
濃度で多量に付着することができ、取扱い性に優れた繊
維を、排水処理における生物固定担体として提供しつ
つ、排水処理装置自体の小型化を可能とすることを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明では、比重や引張弾性率といった物理特性が、ある
特定範囲にある細いフィラメント径の繊維によって生物
固定担体を構成した。また本繊維により構成された生物
固定担体を用いることにより、処理槽を浅型にし、かつ
生物を高濃度に付着させることにより、排水処理装置全
体を小型化できるようにした。

【０００８】本発明に類似した繊維を利用する先の提案
（特開平８ー２９０１９１）においては、炭素繊維へ生
物が多量に付着する理由として、繊維自体の生物親和性
が高いことや、表面の電荷が生物の付着に適しているこ
と等が上げられている。しかしながら、原理面も含め、
いずれも具体的な証明は行われていない。

【０００９】これに対し、本発明者は、むしろ繊維の物
理特性に最大の理由があるのではないかとの仮説のもと
に実験および検討を重ね、比重及び引張弾性率がある一
定の条件を満たすような多数の細いフィラメントからな
る繊維を用いることにより、種類にほぼ関係なく先の発
明と同等以上の生物の付着を可能とすることができた。
本発明に至った経緯に関し、その一実験の結果を示す。

【００１０】実験では各繊維ともフィラメントが１００
００本となるように束ねたもの１５ｃｍを、下水処理場
より入手した活性汚泥中に２４時間吊して行った。活性
汚泥は予め水道水でＭＬＳＳ濃度が２０００ｍｇ／ｌと
なるように調製して用いた。また、各繊維はフィラメン
トが水中で揺動するように上端のみ固定し、反応容器の
側面より曝気して旋回流を与えた。２４時間後各繊維を
引き上げ、繊維に付着した汚泥の容積と乾燥重量を測定
した。表１に付着量に関する実験結果を示す。

【００１１】

【表１】

【００１２】実験では、異なる材質の繊維から、ＰＡＮ
系炭素繊維，ピッチ系炭素繊維，ガラス繊維，アラミド
繊維，ポリエチレンテレフタレート繊維，ステンレス鋼
繊維、といったものをそれぞれ代表種類として使用し
た。実験結果からわかるように、どの繊維にも生物の付
着は見られたが、付着量に違いが生じた。この結果に対
し、異なる材質の繊維であっても同じように多くの付着
が得られることの理由について検討すべく各材質の物性
に着目したところ、フィラメントの水中でのばらけやす
さや、揺動しやすさに影響を及ぼす引張弾性率，比重と
いった物理特性に共通の条件があることを見い出した。
表２に実験で使用した繊維の比重及び引張弾性率を示
す。

【００１３】

【表２】

【００１４】前記実験に用いた繊維以外についても、前
記物理特性が、ある一定の条件範囲にあり、水中で各フ
ィラメントが十分にばらけ、かつ揺動することができる
繊維であれば、同様の結果が得られることは容易に推察
できる。なお、図１に示す一例のように、水中でばらけ
やすく、かつ揺動しやすくフィラメントを設置すること
により、生物付着をより行いやすくすることは言うまで
もない。なお、同様な多量の生物付着が得られる繊維で
あっても、実際に設備に使用する際しては、耐久性や設
置・維持管理の際における取扱い性が良好であることが
求められる。この為、例えば炭素繊維の場合では、引っ
張り応力に対し強く耐久性を示すものの、曲げ応力に対
しては弱く長期間の使用によりフィラメントが脱落する
恐れや、フィラメント同士あるいは手などにくっつきや
すいことや、毛羽や糸屑を生じやすくそれらが皮膚に付
着した場合かゆみを発生したり、吸入すると喉や気管、
肺に障害を起こす恐れがあり、設置や維持管理の際に取
扱い性が良好であるとは言い難い。検討の結果、好適な
ものとしては、アラミド繊維等を用いるのがよいことが
わかった。

【００１５】次に、多量の生物付着が得られる繊維によ
り、その使用量を減らし、実際の処理設備の小型化を可
能とすることもできる。

【００１６】従来の排水処理方法では、例えば、発生す
る余剰汚泥を槽内において重力沈降を用いて固液分離
し、濃縮後貯留する方法や、槽内に充填した生物膜が付
着した担体を用いて排水を生物処理しつつ濾過し、逆洗
水を移送して貯留する生物膜ろ過法を用いたものがよく
知られている。しかしながら、従来の重力沈降を用いた
処理方法では、処理水を長時間槽内に滞留させる必要が
あり、また貯留する汚泥のＳＳ濃度が２００００ｍｇ／
ｌ程度と薄いことから槽全体が大きくなる傾向にあっ
た。また、重力沈降による固液分離を行うために槽の有
効水深が１４００ｍｍ以上必要であり、槽全体の高さが
高くなる傾向にあった。また、生物膜ろ過法を用いた処
理方法では濾過能力を維持するためにろ過槽が高くなる
傾向にあり、逆洗水を固液分離し固形分を貯留するため
の槽へ移送する手段が必要であった。一方、浄化槽の設
置において、設置場所が狭く浄化槽の設置が困難となる
場合や、設置のための土掘削深さが深くなると地下水の
湧水や地下岩盤が現れるなどにより設置が困難となる場
合があり、よりシンプル、より小さい排水処理設備が望
まれていた。特に土掘削等の実際の施工作業を考えた場
合には、より浅い処理槽を持った排水処理設備がとりわ
け重要となってくる。

【００１７】ここで、本発明による繊維状濾材を用いれ
ば、同じ処理能力を持った従来からの方法による排水処
理設備に対し、例えば重力沈降による方法に比較すれば
浅型で、かつ生物担体による生物付着濃度を向上させる
ことができ、結果として排水処理設備全体を小型化する
ことができる。特に処理槽を浅くすることによって、土
掘削が浅くて済む為、施工時も容易となる。また、設備
維持管理時においても、処理槽が浅い為、その作業も行
い易いというメリットも期待できる。

【００１８】以上のように本発明によれば、生物を高濃
度で多量に付着することができ、取扱い性に優れた繊維
を、排水処理における生物固定担体として提供しつつ、
排水処理装置自体の小型化を可能とすることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、以下に本発明の好適な実施
例について説明する。

【００２０】本発明を図面に基づいて説明すると、図２
に示すように本発明にかかる排水処理装置１０は主に排
水処理槽本体１と、仕切板により区画された汚水処理槽
４と、汚水処理槽に酸素を送り込み槽内を攪拌する散気
装置７と、散気装置７に空気を送り込むばっ気装置８
と、繊維状濾材５と、繊維状濾材を固定するための濾材
支持材６からなる。繊維状濾材５は、濾材支持材６に上
端を固定され吊り下げられている。下端は固定せず、水
中で繊維のフィラメントが十分にばらけて揺動するよう
になっている。繊維状濾材の固定の形態は、フィラメン
トが水中で十分にばらけ揺動でき、かつフィラメントの
露出面積が大きくなる形態であれば、この限りではな
い。濾材支持材６は排水処理槽本体または仕切板に、適
当な支持具により固定されるが、濾材の交換などを考慮
して取り外し可能な方式とする。

【００２１】繊維に付着する生物の固まりは大きく成長
するため、各繊維の配置の間隔は５〜１０ｃｍ程度とす
るのが好ましい。５ｃｍ以下では、生物の付着に伴い繊
維が十分に揺動できず、生物の付着量が低下する。ま
た、有機物の分解に必要な酸素が行き渡らなくなり、ま
た微生物と有機物の接触も不十分となるため処理能力が
低下するため好ましくない。各繊維の配置の間隔が１０
ｃｍ以上では懸濁物の捕捉性が悪くなり十分な処理が行
われなくなるため好ましくない。各繊維の配置の間隔
は、処理の目的に合わせて適宜変えることができる。例
えば主に汚水の好気処理を目的として用いる場合は酸素
と有機物が微生物に十分接触するよう広めに、主に固液
分離や汚泥貯留を目的として用いる場合は狭めに配置す
ることも可能である。また、各繊維に付着成長した生物
の固まりと、汚水、酸素が十分に接触するために、各繊
維は千鳥状に設置することが好ましい。

【００２２】また、生物はフィラメントが広がった部分
により多く付着するため、槽底に着く程度の長さの繊維
と、槽水深の中間程度の長さの繊維とを交互に配置する
ことにより、槽内の空間を有効に利用することも可能で
ある。

【００２３】多量の生物を付着させるためには繊維の揺
動が不可欠であり、そのためには槽内を攪拌する必要が
ある。攪拌の方法としては、適当な攪拌装置を用いる方
法、ポンプによる循環、ばっ気による攪拌またその組合
せが考えられるが、生物への酸素の供給も考慮するとば
っ気攪拌が好ましい。ばっ気攪拌のための槽内への散気
装置の設置位置は様々考えられるが、気泡が繊維に直接
かつ激しく当たると繊維に付着した生物が剥がれ落ちる
ため、それを考慮して配置する。より好ましくは、槽底
の側面に配置する。ばっ気により槽内を攪拌する場合
は、汚水中の有機物質の分解に必要な酸素の供給と、槽
内の十分な攪拌のため５０ｌ／ｍ３・ｍｉｎ程度とする
のが望ましい。

【００２４】一般的な繊維としてガラス繊維や炭素繊
維、アラミド繊維等が想定できるが、本発明にによれば
フィラメント径が５〜１５μｍで多数のフィラメントか
らなり、かつ水中でフィラメントが十分にばらけて揺動
するものであればどれでも使用することが出来る。好適
には、生物の付着能力や繊維の取扱い性を考慮するとア
ラミド繊維を用いるのがよい。

【００２５】排水処理装置本体は、攪拌効率を向上させ
るために、また汚水の槽内での滞留時間を長くするため
に仕切板により区画することが好ましい。その場合仕切
板における移流口は、より滞留時間が長くなるような位
置に設置することが望ましい。

【００２６】処理される汚水は、流入管２を介して第１
の汚水処理槽に流入する。各汚水処理槽は散気装置７か
ら送り込まれる空気により攪拌されており、汚水中の懸
濁物質はばっ気流により細かくなり、繊維濾材に直接あ
るいは繊維濾材に付着した生物膜を介して間接的に捕捉
される。繊維状濾材に捕捉された有機物や汚水中の溶解
性の有機物は、繊維状濾材に付着した微生物により分解
され、その結果生じた微生物は繊維状濾材に捕捉され
る。その後さらに、これら微生物を餌とするような微小
動物が住み着き、生態系が形成されて食物連鎖が起こる
ようになる。その結果排水処理に関与する微生物生態系
がフィラメントを介して良好に維持されることが期待で
きる。

【００２７】このようにして繊維状濾材に付着した生物
は最終的には大きな塊となるが、繊維が水中で揺動する
ために目詰まりを生じることがなく、酸素や有機物との
接触も十分に起こることから汚水の浄化能力が低下する
ことはない。さらには、繊維状濾材にはこれら微生物を
餌とするような微小動物が住み着くようになり、ここで
生態系が形成され、食物連鎖が起こるようになる。

【００２８】第１の汚水処理槽で処理できなかった有機
成分は第２の汚水処理槽に流入しここで処理され、生じ
た微生物は繊維濾材に捕捉される。このように繊維濾材
を設置した汚水処理槽は有機物の分解を行うとともに、
汚泥の固液分離機能と貯留機能を合わせ持っている。ま
た、繊維状濾材の付着物の内部は嫌気状態となるため
に、汚泥の嫌気消化が起こり発生する余剰汚泥を減量化
できる。

【００２９】繊維状濾材に付着した余剰汚泥は、約１年
に１回の頻度で槽内より引き抜かれる。その際、散気装
置への送風を停止ししばらく放置することにより繊維状
濾材に付着した汚泥の大部分を容易に剥がし落とすこと
ができる。この方法で繊維状濾材から汚泥が剥がれ落ち
ない場合は、槽上部より散水することにより汚泥を剥が
し落とすことができる。以上のようにして汚水処理槽で
処理された処理水は、消毒槽９で消毒されたのち放流管
３を介して側溝などに放流される。

【００３０】以下、図１に示す装置において実際に汚水
を流入して運転した結果について示す。

【００３１】装置は、５人分の家庭からの排水を処理す
ることを想定し、２０分の１スケールで運転した。長さ
１０５０ｍｍ、幅３７０ｍｍ、高さ２５０ｍｍ（有効水
深２２５ｍｍ）の図１に示す排水処理槽本体１を、仕切
板で５室に区画し汚水処理槽４を形成した。汚水処理槽
４に濾材支持材６に７０ｍｍのピッチで上端のみ固定し
た繊維状濾材５を充填率５５％となるように配置した。
各汚水処理槽４の槽底側面には散気装置７を配置し、ば
っ気装置８から５ｌ／ｍｉｎで空気を送り込むことによ
り、槽内の攪拌と酸素の供給を行った。繊維状濾材には
アラミド繊維を用いた。流入汚水は生下水を使用し、流
入管２から生下水を４３．４ｍｌ／ｍｉｎ連続的に流入
させた。放流管３から流出する処理水の水質を３カ月間
測定した。その結果を表３に示す。

【００３２】

【表３】

【００３３】実験期間中、汚水の処理に伴い発生した微
生物のほとんどは、第１の汚水処理槽の繊維状濾材に付
着しており、第２〜５の汚水処理槽の繊維状濾材への付
着はほとんど認められなかった。３カ月後に繊維濾材に
付着した微生物濃度を測定すると２５０００ｍｇ／ｌで
あった。実験期間中のＢＯＤ除去率は９３％以上であ
り、本装置はＢＯＤ除去を目的とした排水処理に十分適
用可能であった。

【００３４】以上、実施例において述べてきた通り、本
発明による繊維により構成された生物担体を使用するこ
とにより、排水処理装置をコンパクトにしつつ、所定の
性能を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】繊維状濾材を揺動させやすくした一例を示す
図。

【図２】本発明の一実施例にかかわる排水処理装置を示
した図。

【符号の説明】

１…排水処理槽本体 ４…汚水処理槽 ５…繊維状濾材 ６…濾材支持材 ７…散気装置 ８…ばっ気装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥野 祐一 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１ 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 久塚 清和 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１ 号 東陶機器株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 引張弾性率が２００ＧＰａ以下であっ
   て、かつフィラメント径が５〜１５μｍの繊維からなる
   ことを特徴とする生物固定担体。
2. 【請求項２】 引張弾性率が２００ＧＰａ以下であっ
   て、かつ比重が２．６ｇ／ｃｍ３以下、かつフィラメン
   ト径が５〜１５μｍの繊維からなることを特徴とする生
   物固定担体。
3. 【請求項３】 引張弾性率が５０〜２００ＧＰａであっ
   て、かつ比重が１．０〜２．６ｇ／ｃｍ３、かつフィラ
   メント径が５〜１５μｍの繊維からなることを特徴とす
   る生物固定担体。
4. 【請求項４】 請求項３において、引張弾性率がより好
   ましくは５０〜１５０ＧＰａであって、かつ比重がより
   好ましくは１．４〜１．５ｇ／ｃｍ３の繊維からなるこ
   とを特徴とする生物固定担体。
5. 【請求項５】 ポリイミド繊維、もしくは炭化ケイ素繊
   維、もしくはポリビニルアルコール繊維、もしくはガラ
   ス繊維、もしくは芳香族ポリエステル繊維、もしくはポ
   リオキシメチレン繊維、そしてより好適にはアラミド繊
   維から構成されたことを特徴とする請求項１〜４記載の
   生物固定担体。
6. 【請求項６】 液中でフィラメントが揺動するように垂
   設したことを特徴とする請求項１〜５記載の生物固定担
   体の設置方法。
7. 【請求項７】 一端に汚水の流入管、他端に処理水の放
   流管を付設した一連の槽体を区画して複数の汚水処理槽
   と消毒槽を形成し、それぞれの汚水処理槽内部には支持
   材を介して上端のみ固定し、かつ耐久性に優れフィラメ
   ント径が５〜１５μｍの多数のフィラメントからなる繊
   維を垂設し、槽底に位置する散気装置から槽内に空気を
   送り込むことにより該繊維を揺動させることを特徴とす
   る排水処理装置。
8. 【請求項８】 フィラメントがアラミド繊維から構成さ
   れたことを特徴とする請求項７記載の排水処理装置。