JPS63310696A - 廃水処理生物膜担体 - 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〉 本発明は廃水の生物学的処理に関するもので、と（に微
生物を固定化させて廃水を浄化する生物膜担体に関する
。

〈従来の技術〉 廃水の生物学的処理方法としては、従来の浮遊状態の微
生物を用いる方法に代わり、反応槽内の流動床あるいは
固゛定床担体に微生物を付着固定化して生物膜を形成し
、これに廃水を通して処理を行う方法が嫌気的処理およ
び好気的処理の双方で広く用いられている。担体素材に
は、高分子系では塩化ビニール、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、種々のイオン交換樹脂などが、無機系では、
砂、石、ゼオライト、セラミック、活性炭などが用いら
れる。また担体形状としては、糸状、ネット状、粒子状
、筒状などがある。いずれも、処理効率を上げるために
微生物の付着量が多くなるように、あるいは効率や経済
性から下記のような種々の工夫がなされているが、すべ
てを満足させるものではない。

（１）微生物が付着しやすい担体を用いる。

（２）多孔性あるいは形状を複雑にして表面積を大きく
する。

（３）目詰まりをしない構造にする。

（滲低コストの材料を用いる。

また、この方法では、処理槽内の好気的処理担体と嫌気
的処理担体は別々で単一機能的であるので、従来の浮遊
型とプロセスとしてはあまり変わらない。例えば、含窒
素廃水処理方法において第６図は従来の浮遊微生物を用
いる方法、第７図は担体を用いる方法である。

しかし、担体を用いる付着固定化法では、処理槽内の微
生物濃度を高（して処理効率および処理量を大幅に向上
させるというメリットはある。また、付着により微生物
の流出量が減り、沈殿池への負荷量が低減するなどの利
点がある。第６および第７図において、原水２１、循環
水２２、処理水２３、脱窒素槽２４、硝化槽２５、沈識
池２６、空気２７、嫌気性ろ床２８および好気性ろ床２
９である。

く本発明が解決しようとする問題点〉 前記した従来、の生物膜担体を用いる廃水処理方法には
次のような問題点が存在する。

くイ〉微生物の付着面の主体は担体の表面であるので、
担体内部は有効利用されない。したがって、処理槽内の
死空間が増し、その分処理槽容量を大きくする必要があ
る。

く口〉同様に付着面が担体表面に限られることから、好
気性菌と嫌気性菌の付着による生物膜は各々別の担体に
単一機能的に形成される。したがって、例えば、含窒素
廃水を処理する硝化脱窒素性のように好気的処理と嫌気
的処理を必要とする場合にも画処理を同時進行できない
。

くハ〉上記の問題を解決するために、第８図に示すよう
に、好気的処理槽の担体に多孔性材料を用いて担体内部
細孔２に嫌気的領域をつくる方法（Ａ）や、担体を例え
ば筒状に形成して担体中空部に嫌気的領域をつくる方法
（Ｂ）が試みられている。しかし、方法Ａでは細孔２の
嫌気的領域空間に限界があり、担体表面の好気的領域に
比べて容量が著しく小さくなる。また、細孔２内部への
基質拡散が不充分なので、満足な嫌気的処理効果が期待
できない。一方、方法Ｂでは担体内部の嫌気状態は槽内
の廃水の流動状態によって偶然に形成されるにすぎない
。

なお、好気性国の形成する担体表面の肥厚した生物膜の
下層部に自然発生的に嫌気状態が形成されるが、これを
人為的にコントロールすることは難しい。

このように、従来のタイプの担体では廃水条件に合わせ
て好気的処理と嫌気的処理とを一担体で行い、安定した
所定の効率を得るには至っていない。

く二〉いずれの生物膜法においても、微生物を担体に付
着固定化させるためには、廃水中の有機成分や無機成分
を利用して増殖する微生物群を予め処理槽内で培養する
必要がある。したがって微生物の増殖に必要な栄養分が
廃水中に不足していたりバランスよく含まれて０ない場
合には、担体の生物膜形成のために長時間のしゅん養が
必要である。

く本発明の目的〉 本発明は上記のような問題点を解決するためになされた
もので、同一の担体に好気性および嫌気性微生物を高濃
度に付着固定化させて廃水処理を効率よ（安定して行う
ための生物膜担体を提供することを目的とする。

く問題を解決するための手段〉 上記の問題を解決するために、本発明では外表面と多数
の連続細孔で通じる内部空間を有する中空立体物からな
る担体を用いる。

さらに、この担体を成型する際に微生物の増殖に必要な
栄養成分を基材に含有させて製造し、担体の生物膜形成
を促進させる。

く本発明の構成〉 以下、図面および実施例を含めて本発明の詳細な説明す
る。

本発明による生物膜担体は、外表面と多数の細孔で通じ
る内部空間を有する中空立体で、第１図にその一例の中
空球体の断面図を示す。

構成材は、例えば、砂、粘土の焼結物材料や有機材料な
どの粒状のものなどを用い、これをセメントや水ガラス
など水硬性物質で、また樹脂系接着材等で混練し、型枠
を用いて成型する。担体形状としては球体のほか、円筒
状、テトラポット状、箱状などが適当である。

この担体１を曝気状態にある処理槽廃水に浸漬すると、
担体１表面近傍には好気性微生物の生物膜が形成される
。一方、担体内部に細孔２を通じて浸透流入する廃水中
の溶存酸素はこれら好気性微生物に消費されるため、担
体内部中空３は嫌気状態になり、嫌気性微生物群の増殖
が優勢になる。第１図下部に担体１の酸化還元電位状態
を模式的に示した。外表面と内部中空３をつなぐ細孔２
の直径は大きすぎると酸素の溶存する廃水が内部に流入
して担体中空３の嫌気性が維持されない。小さすぎると
好気性生物膜による閉塞が起き、廃水液の流入が困難と
なり、嫌気的処理能率が著しく低下する。好ましい細孔
２の直径は０．０５〜１１１ｍ程度である。

本発明の担体の大きさや内部中空の大きさなどを変える
ことによって、好気的およ゛び嫌気的な生物膜形成がコ
ントロールできるので処理対象に応じたシステム設計が
できる。例えば、第２図に示すような生物学的膜窒素法
では一槽式の処理プロセスを形成することが可能である
。

さらに、本発明の担体１の応用は、上記の中空立体物を
製造する際に軽量骨材と普通ポルトランドセメントを代
表とする水硬性の材料を用いて製作し、これを微生物群
の要求する基質を含む溶液中に含浸させることによって
、基質を含む生物膜担体を構成することを特徴とする。

所望の基質は骨材もしくは骨材のバインダーとなるセメ
ント中に含ませる。微生物群の増殖基質としては、とく
に炭素源および窒素源が重要であるが、例えば、炭素源
としそはブドウ糖溶液、窒素源としてはペプトン溶液な
どが用いられる。一般に望ましい炭素と窒素の量比はく
６〜１０）：１といわれている。他の微量成分などは廃
水中に充分に含まれることが多（、とくに問題とはなら
ない。

こうして製造した担体は基質条件の偏った廃水の処理に
適している。すなわち、窒素量に比べて極端に炭素量が
少ない廃水の処理にはブドー糖含浸担体を、また、炭素
量に比べて窒素量の極端に少ない廃水の処理にはペプト
ン含浸担体を用いれば、生物膜の形成が速やかに行われ
る。したがって所定の処理効率に達するまでのスタート
アップ期間が短縮される。また、一旦含浸させた基質は
徐々に放出されるために長期にわたって安定した生物膜
の形成ができる。

さらに本発明の担体は、これを集合体としであるいは河
川床や堤防域の構造の一部として使用することによって
、河川、湖沼、海洋などの富栄養化した水域や養殖湯水
域の浄化にも用いられる。

集合体の形成には、ロープ、鋼棒、鋼線、プラスチック
などで結合したり、カゴの中に入れたりして用いる。

スＪ１引り 粒子径０．６〜１．２■■の軽量骨材と普通ポルトラン
ドセメントと水とを重量比で３．３　：　１．０　：　
０．２６　（水セメント比＝０．２６）の割合で混合し
たものを球体直径４４■、中空直径２０繭■となるよう
な半球体を成型し、これを６０℃で４時間蒸気養生し、
その後、１０５℃で２４時間乾燥させた。この半球体２
個をエポキシ樹脂で接着し、中空球体を製造した。乾燥
した成型中空球体に形成された細孔の径は約０．１〜１
．０−鵬であった。

こうして製造した担体を第３図に示すような性能評価槽
（容積　４．９　　リットル）に浸漬し、基質としては
アンモニア性窒素４０ｐｐｍを含む人工下水６（塩化ア
ンモニウム１５３ｍｇ／Ｌ燐酸ナトリウム４■ｇ／ｌ、
炭酸水素ナトリウム３００ｍｇ／　ｌ　Ｎグルコース３
０（ｌａｇ／　１　％ほか）を１．２リットル／時で供
給した。窒素負荷率は２３０ｇ／ｉ　　日であり、この
時、処理水中のアンモニア性窒素は１０ｐｐｍ以下、硝
酸性窒素は１　ｐｐｍ以下となり、総窒素除去率７５％
以上が達成されて、本発明の効果が実証された。

また、コノ時、ＢＯＤ除去率ｉ；ｔ　９０９６　以上、
Ｔ。

Ｃ除去率は７５％以上という結果を得た。

さらに、この結果を裏付けるために担体の浸漬後２０日
目に一担体を取り出して二分割して観察した。担体外表
面には明らかに好気性菌群からなる茶褐色の生物膜が形
成されており、担体内部中空部には黒色汚泥が貯留し、
明らかに嫌気的状態を示しており、本発明の目的の達成
が実証された。

実施例２ 実施例１の方法で製造したコンクリート製の中空担体を
３．４％ブドウ糖水溶液または１０００％ペプトン水溶
液に浸漬し、対セメント比でブドウ糖３．３％を含むブ
ドー糖担体８およびペプトン９．８％を含むペプトン担
体９の、２種の基質含浸型担体を製造する。

これら担体の処理性能を調べるために、ブドウ糖担体８
については炭素源を含まない人工下水６を用いて、ペプ
トン担体９については窒素源を含まない人工下水６を用
いて、基質を含浸させない担体１０と比較検討したく第
４図）。実験条件は、原水Ｔ　ＯＣＩ２０ｐｐ■、ＴＯ
Ｃ容積負荷０．５３ｇＴＯＣ７１日で行った。その結果
、ＴＯＣ処理効率を比較対象担体に比べると、ブドウ糖
含有担体で１６％、ペプトン含有担体で１０％の向上が
認められた。ただし、当実験では、微生物の付着量の差
をみるために、実験初期に実験槽に種汚泥を投入したた
めに種汚泥そのものの影響が現れて処理効率の向上が低
くあられれたものと考えられる。種汚泥を用いなければ
、含浸担体と非含浸担体の処理効率の差は一層顕著にな
ることは自明である。また、骨材に人工軽量骨材を使用
すれば、さらにブドウ糖あるいはペプトンを多量に含浸
することができ、さらに能力向上が図れる。

実施例３ 本発明の担体を用いると、一般に好気状態にある流水中
において好気領域および嫌気領域を同時に形成すること
ができる。したがって、より自然の状態で河川床や堤防
域での自浄作用を行い得る。

自浄作用を行わせるためには、回道中に接触ろ材などを
置く方法が一般的に行われているが、この方法によると
回道断面積が縮小されるので、治水上は担体質量分だけ
回道断面積を増す必要がある。また、回道中にこのよう
な物体を置くことは洪水時の流出の恐れなどを考えると
望ましくない。

本発明の担体１は、使用骨材とセメント量の比および大
きさをコントロールすることにより、第５図のように河
川床あるいは堤防構造の一部として用いることができる
。すなわち、河川水の流水量も確保され、かつ担体表面
と内部でそれぞれ好気および嫌気的廃水処理を行うこと
ができ、河川の自浄作用が高められる。

薯」１■Ａ一 本発明の担体の複数個をロープ、鋼棒、鋼線などで連結
させて河川に投入する。

く本発明の効果〉 本発明は上記したようになるので、次のような効果を期
待することができる。

くイ〉本発明の担体は担体表面だけでなく内部も有効に
利用されるので、担体自体による死空間容量を少なくシ
、反応槽あるいは浄化領域の空間効率を高める。

く口〉担体表層部を好気的領域として、担体内部を嫌気
的領域として使用することができるので、好気的処理と
嫌気的処理を必要とするような生物学的硝化脱窒素性で
は一部での処理が可能である。

くハ〉担体内部は細孔のみではな（、中空となっている
ため、嫌気的領域での菌体量を条件に応じて設定するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図二本発明の担体の断面図と各部位の酸化還元電位
の模式図 第２Ｘ：本発明の担体を用いた硝化脱窒素プロセス 第３図：実施例１の性能評価槽 第４図：実施例２の基質含浸型担体の性能実験装置 第５図二本発明の担体を河川床構造に構成した実施例３
の説明図 第６図：従来の浮遊微生物を用いる生物学的硝化脱窒素
法の説明図 第７図：従来の固定化担体を用いる生物学的硝化脱窒素
法の説明図 第８図：従来の担体の説明図 第１図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）多数の連続細孔で外側表面と連結された中空を有
   する形状体からなり、外部表面に好気性微生物群が優勢
   な生物膜を、中空部に嫌気性微生物群が優勢な生物膜を
   形成するように構成することを特徴とする廃水処理生物
   膜担体。
2. （２）前記の中空を有する形状体に、微生物群の栄養物
   となる炭素源および／または窒素源を含有するように構
   成する特許請求の範囲第１項記載の廃水処理生物膜担体
   。
3. （３）前記の中空を有する形状体を、ロープなどで連結
   して集合体として用いる特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の廃水処理生物膜担体。
4. （４）前記の中空を有する形状体を、河川床や堤防域の
   構造の一部として構成する特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の廃水処理生物膜担体。