WO2007007609A1

WO2007007609A1 - 微生物担体、微生物担体の製造方法、廃水処理方法、及び廃水処理システム

Info

Publication number: WO2007007609A1
Application number: PCT/JP2006/313395
Authority: WO
Inventors: Tetsushi Suzuki; Shigeru Noritake; Kenya Ohtsuka; Kazuo Kamiji
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries, Ltd.; Asahi Breweries, Ltd.; Asahi Beer Engineering Co., Ltd.
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2006-07-05
Publication date: 2007-01-18
Also published as: JPWO2007007609A1

Abstract

　微生物担体は、グラニュール汚泥中の微生物を失活または活性を低下させたものである。或いは、グラニュール汚泥中のメタン生成菌を失活または活性を低下させたものである。或いは、グラニュール汚泥中の特定の微生物の活性を優位にしたものである。この微生物担体は、例えばメタン発酵槽２０から抜き出したグラニュール汚泥を、加熱処理装置１６で加熱処理することで得られる。この微生物担体は、元々微生物が凝集した塊であるため、その構造は微生物が増殖するに適した条件を備えており、微生物の固定化が良好になされる。また、微生物由来の担体であるため、使用後の廃棄も容易であり、環境負荷も小さい。

Description

明細書

微生物担体、微生物担体の製造方法、廃水処理方法、及び廃水処理システム

技術分野

[0001] 本発明は、微生物担体、微生物担体の製造方法、廃水処理方法、及び廃水処理システムに関する。

背景技術

[0002] 嫌気性廃水処理装置として、酸生成槽と、 UASB型メタン発酵槽 (上向流嫌気性汚泥床： Upflow Anaerobic Sludge Blanket)より構成される 2相式のものが実用化されている。酸生成槽は、主に微生物により廃水中の有機物を有機酸にするためのものであって、 UASB型メタン発酵槽でのメタン発酵を容易にするために設置される。

[0003] このような酸生成槽には酸生成菌が存在し、有機物を低級脂肪酸に変換して!/、る。

酸生成菌としては、炭水化物分解菌として Clostridium属、 Bacillus属、 Streptococcus J禹なと、繊維分解菌とし Plectridium spumarum、し aduceus cellosaehydrogenicus 、タンパク質分解菌として Clostridium属、 Proteus属、 Bacterium属、 Bacillus属、脂肪分解菌として Clostridium kluyveriなどが知られており、これらを総称して酸生成菌と呼んでいる。

[0004] 酸生成槽の下流にあるメタン発酵槽では、生育速度の遅いメタン生成菌を効率よく運転'管理するために、嫌気性菌力なる汚泥を反応槽内に固定することにより、高負荷 '高効率プロセスを実現することが試みられており、 UASB (上向流嫌気性汚泥床）、 AF (下向流嫌気性ろ床）、 AFF (上向流嫌気性固定床）、 AFFEB (嫌気性固定膜膨張床）、 FB (嫌気性固定膜流動床）、 EGSB (膨張汚泥床： Expanded Granula r Sludge Bed)などがこれまで実用化されている。

[0005] 特に、 UASB型メタン発酵槽では、ダラ-ユール汚泥と呼ばれる直径 0. 5〜3mm 程度の微生物の造粒物を使用する。このダラ-ユール汚泥は、嫌気性微生物群の自己固定化作用（Self-immobilization)を利用した微生物塊であり、沈降速度が大きく（ 20〜40mZh)、 MLSS濃度を 50000mgZL以上にすることができ、 COD負荷量として 20〜30kgZm³Zd以上の高負荷処理が可能である。このグラニュール汚泥の作用により、高い菌体濃度が維持され、酸生成槽で変換された低級脂肪酸のメタン発酵の高速化と安定化とが図られている。

[0006] し力しながら、効率的な運転 ·管理を行うためにメタン生成菌の固定ィ匕が行われているメタン発酵槽に比べ、その上流側に位置する酸生成槽では、酸生成菌が浮遊状態で運転'管理されることが多ぐ廃水の条件や環境要因によって簡単に微生物相の死滅や系外への流出などが発生していた。そのため、酸生成槽においてもハンドリングが容易で、廃水の条件や環境 (温度等)の影響を受けにくい固定化された酸生成菌の使用が望まれる。

[0007] 一方、微生物固定ィ匕法による水処理については、その担体として活性炭 (木炭）、榭脂系中空担体、プラスチック担体、多孔質体吸水性ゲルなどを用いる複数の方法が実用化されている。そして、例えば特許文献 1には、ゲル状担体を用いて酸生成菌を固定ィ匕する技術が開示されている。

特許文献 1：特開昭 63— 24678号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] し力しながら、上記した従来の担体を用いて微生物を固定ィ匕したのでは、使用後の廃棄につ!、て課題が多ぐ環境負荷が高!、ものであった。

[0009] 本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、微生物の固定ィ匕が良好になされ、且つ、廃棄時における環境負荷の小さい微生物担体を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

[0010] 本発明に係る微生物担体は、グラニュール汚泥中の微生物を失活または活性を低下させたことを特徴とする。ここで、微生物を失活させたとは、汚泥中の主要な微生物であるメタン生成菌、酸生成菌の活性がなくなつたことを言う。すなわち、メタン生成活性が Og— CODZg— VSSZd以下となりメタン生成が行われな、状態であり、力つ糖のような有機物を基質とした培地により一日培養しても消費されない状態になつたことを言う。また、微生物の活性を低下させたとは、メタン生成活性が 0. lg-COD Zg— VSSZd以下となり、メタン生成がほとんど行われない状態であり、かつ糖のような有機物を基質とした培地により一日培養してもほとんど消費されない状態になつたことを言う。

[0011] この微生物担体は、元々微生物が凝集した塊であるため、その構造は微生物が増殖するに適した条件を備えており、微生物の固定ィ匕が良好になされる。また、微生物由来の担体であるため、使用後の廃棄も容易であり、環境負荷も小さい。

[0012] 本発明に係る微生物担体では、当該微生物担体に微生物を付着したことを特徴としてもよい。特に、付着する微生物が酸生成菌であることを特徴としてもよい。このようにすれば、酸生成菌を種菌として利用して固定ィ匕することができる。

[0013] 本発明に係る微生物担体は、グラニュール汚泥中の自己固定化作用を有するメタン生成菌を失活または活性を低下させたことを特徴とする。ここで、メタン生成菌を失活させたとは、汚泥中のメタン生成菌の活性がなくなつたことを言う。すなわち、メタン生成活性が Og— CODZg— VSSZd以下となりメタン生成が行われな、状態になつたことを言う。また、メタン生成菌の活性を低下させたとは、メタン生成活性が 0. lg— CODZg— VSSZd以下となりメタン生成がほとんど行われない状態になったことを

[0014] この微生物担体は、元々微生物が凝集した塊であるため、その構造は微生物が増殖するに適した条件を備えており、特にメタン生成菌を失活または活性を低下させたものであるため、微生物として酸生成菌の固定ィ匕が良好になされる。また、微生物由来の担体であるため、使用後の廃棄も容易であり、環境負荷も小さい。なお、加熱処理により微生物ないしメタン生成菌を失活または活性を低下させると好ましい。

[0015] 本発明に係る微生物担体は、グラニュール汚泥中の特定の微生物の活性を優位にしたことを特徴とする。ここで、特定の微生物の活性を優位にしたとは、通常の汚泥では元々優勢であるメタン生成菌の活性を低下させること、すなわちメタン生成活性を低下させることにより、他の微生物の活性を優位にすることを言う。

[0016] この微生物担体は、元々微生物が凝集した塊であるため、その構造は微生物が増殖するに適した条件を備えており、特に特定の微生物の活性を優位にしたものであるため、当該特定の微生物の固定ィ匕が良好になされる。また、微生物由来の担体であるため、使用後の廃棄も容易であり、環境負荷も小さい。

[0017] 本発明に係る微生物担体では、特定の微生物が酸生成菌であることを特徴としてもよい。このようにすれば、酸生成菌の固定ィ匕が良好になされる。なお、加熱処理により特定の微生物の活性を優位にすると好まし、。

[0018] 本発明に係る微生物担体では、当該微生物担体に微生物を固定化させたことを特徴としてもよい。このようにすれば、固定化された微生物により菌体濃度を高めることができる。

[0019] 本発明に係る微生物担体の製造方法は、メタン生成菌と酸生成菌とを混在させた状態でダラ-ユール汚泥を形成し、このダラ-ユール汚泥中のメタン生成菌を失活または活性を低下させることを特徴とする。この方法によれば、酸生成菌がグラニュールの深部まで分布しているため、酸生成菌を完全に失活させなければ、新たに酸生成菌を付着させる必要がな、。

[0020] 本発明に係る廃水処理方法は、酸生成槽とメタン発酵槽とを含むメタン発酵装置により廃水を処理する方法であって、上記した微生物担体を酸生成槽に添加することを特徴とする。このようにすれば、酸生成槽内で酸生成菌を固定ィ匕することができ、効率的な運転 ·管理が可能となる。

[0021] このとき、酸生成槽は、本体槽と微生物担体を収容し本体槽と流体循環可能な担体槽とを含み、微生物担体を担体槽に添加することを特徴としてもよい。このようにすれば、担体槽内で酸生成菌を固定ィ匕して酸生成の効率ィ匕を図ることができる。

[0022] そして、酸生成槽への微生物担体の添加量は、酸生成槽の全容量 100容量％に対して 5容量％以上であることを特徴としてもよい。このようにすれば、酸生成の効率ィ匕を図ることができる。

[0023] 本発明に係る廃水処理方法は、酸生成槽とメタン発酵槽とを含むメタン発酵装置により廃水を処理する方法であって、メタン発酵槽力ダラ-ユール汚泥を取り出し、取り出したダラ-ユール汚泥を加熱処理して少なくともメタン生成菌を失活または活性を低下させ、加熱処理したダラ-ユール汚泥を酸生成槽に添加することを特徴とする。このようにすれば、酸生成槽内で酸生成菌を固定ィ匕することができ、効率的な運転- 管理が可能となる。特に、ダラ-ユール汚泥はメタン発酵槽カも取り出したものであるため、ダラ-ユール汚泥の有効利用が図られる。

[0024] このとき、酸生成槽は、本体槽と本体槽と流体循環可能な担体槽とを含み、加熱処理したグラニュール汚泥を担体槽に添加することを特徴としてもよ!、。このようにすれば、担体槽内で酸生成菌を固定ィ匕して酸生成の効率ィ匕を図ることができる。

[0025] そして、酸生成槽への加熱処理したグラニュール汚泥の添加量は、酸生成槽の全容量 100容量％に対して 5容量％以上であることを特徴としてもよい。このようにすれば、酸生成の効率ィ匕を図ることができる。

[0026] 本発明に係る廃水処理システムは、酸生成槽、及びメタン発酵槽を有するメタン発酵装置と、グラニュール汚泥を加熱処理する加熱処理装置と、を備えることを特徴とする。

[0027] この廃水処理システムでは、加熱処理装置においてグラニュール汚泥を加熱処理することで、ダラ-ユール汚泥中の微生物が失活または活性を低下された微生物担体を得ることができる。或いは、ダラ-ユール汚泥中のメタン生成菌が失活または活性を低下された微生物担体を得ることができる。或いは、ダラ-ユール汚泥中の特定の微生物の活性が優位にされた微生物担体を得ることができる。そして、得られた微生物担体を酸生成槽に添加することができる。

発明の効果

[0028] 本発明によれば、微生物の固定ィ匕が良好になされ、且つ、廃棄時における環境負荷の小さ、微生物担体を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0029] [図 1]実施形態に係る廃水処理システムの構成を模式的に示す図である。

[図 2]グラニュール汚泥を異なる時間だけ加熱処理したときのメタン生成菌の活性を示すグラフである。

[図 3]加熱処理してメタン生成菌を失活させたグラニュール汚泥の添カ卩による糖消費の結果を示すグラフである。

[図 4]加熱処理してメタン生成菌を失活させたグラニュール汚泥の添カ卩による有機酸生成の結果を示すグラフである。

[図 5]加熱処理して微生物を失活させたグラニュール汚泥にっ、て、メタン生成菌が失活していることを確認する試験の結果を示すグラフである。

[図 6]加熱処理して微生物を失活させたグラニュール汚泥にっ、て、酸生成菌が失活していることを確認する試験の結果を示すグラフである。

[図 7]加熱処理して微生物を失活させたグラニュール汚泥の添カ卩による糖消費の結果を示すグラフである。

[図 8]担体添加量を変化させたときの、回分培養における培養時間とマルトース濃度との関係を示すグラフである。

[図 9]担体添加量を変化させたときの、培地を連続供給したときの滞留時間と全糖濃度との関係を示すグラフである。

[図 10]酸生成槽の変形例として本体槽と担体槽のニ槽構造を示す図である。

[図 11]担体添加量を変化させたときの、酸生成により生成した揮発性脂肪酸 (VFA) 濃度 (Total Organic Carbon換算）の経時変化を示すグラフである。

符号の説明

[0030] 10 廃水処理システム

12 調整槽

14 メタン発酵装置

16 加熱処理装置

18 酸生成槽

20 メタン発酵槽

22 本体槽

24 担体槽

発明を実施するための最良の形態

[0031] 以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明においては、同一の要素には同一の符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

[0032] 本実施形態に係る微生物担体は、グラニュール汚泥中の微生物を失活させたものである。ダラ-ユール汚泥は、メタン発酵に関連する微生物群からなるメタン発酵汚泥を自己造粒させたものであり、メタン生成菌の他、酸発酵などを行う通性嫌気性菌が高濃度に集塊されたものである。あるいは、微生物担体は、ダラ-ユール汚泥中のメタン生成菌を失活させたものである。

[0033] ここで、グラニュール汚泥は、例えば UASB型メタン発酵槽から回収することで得ることができる。また、グラニュール汚泥中の微生物、或いはメタン生成菌の失活は、温度や _PHなどの生育条件を制御することで行うことができる。 pHの制御では、 pHを 4 〜6の範囲で調整する。ただし、 pHの制御では後で pHを中性に戻す必要があり面倒であるため、温度制御が好適である。

[0034] 一般的に、メタン生成菌は、中温菌と高温菌とが存在し、至適温度は 35〜55°Cと言われている。従って、メタン生成菌を失活させるには、 60°C以上の温度で 24時間以上ダラ-ユール汚泥を加熱する。また、さらに酸生成菌を含めて微生物を失活させるには、 121°C程度の温度で 1時間以上グラニュール汚泥を加熱する。なお、加熱の方法については、ヒータなどを用いた直接加熱、蒸気加熱、ホットバス等での湯浴、電磁波による加熱などが挙げられる。

[0035] ここで、グラニュール汚泥は微生物が集塊した造粒物であるため、過加熱状態では炭化してしまう。炭化してしまった場合、強度的に弱くなり、微生物担体として利用できないため、加熱温度や加熱方法、加熱時間は、グラニュール汚泥の微生物 (少なくともメタン生成菌）を失活させるが、ダラ-ユール汚泥を炭化させな、範囲で選択する

[0036] 上記したグラニュール汚泥中の微生物を全て失活させた微生物担体は、そのままメタン発酵装置の酸生成槽に添加することで、酸生成菌を固定ィヒすることができるが、当該微生物担体に酸生成菌を付着させてから酸生成槽に添加してもよい。このようにすれば、付着させた酸生成菌を種菌として利用することができる。

[0037] また、上記したダラ-ユール汚泥中のメタン生成菌を失活させた微生物担体は、グラ-ユール汚泥中の酸生成菌の活性が優位にされているため、そのままメタン発酵装置の酸生成槽に添加することで、酸生成菌を固定ィ匕することができる。

[0038] この微生物担体は、元々微生物が凝集した塊であり、その主成分は微生物菌体の主成分であるセルロース等である。このように微生物が形成した塊であるため、その構造は微生物が増殖するに適した条件を備えており、微生物の固定ィヒが良好になされて担体として有効に機能する。また、微生物由来の担体であるため、使用後の廃棄も容易であり、環境負荷も小さい。

[0039] 図 1は、上記した微生物担体を利用した廃水処理システム 10の構成を模式的に示す図である。図 1に示すように、廃水処理システム 10は、調整槽 12、メタン発酵装置 14、及び加熱処理装置 16を備えている。

[0040] 調整槽 12は、ライン L1を通して導入された廃水を一時貯留することで、廃水の流量や濃度等の変動幅を小さくし、廃水処理システム 10の運転管理を容易にする。メタン発酵装置 14は、酸生成槽 18とメタン発酵槽 20を有している。酸生成槽 18は、ライン L2を通して調整槽 12から送られてきた廃水を、酸生成菌により酸発酵処理して低級有機酸を生成する。メタン発酵槽 20は、ライン L3を通して送られてきた低級有機酸を含む処理液をメタン生成菌によりメタン発酵し、ライン L4を通して処理液を排出する。

[0041] メタン発酵槽 20としては、 UASBや EGSBといった上向流式メタン発酵槽ゃ、固定床型メタン発酵槽を用いることができる。特に、メタン発酵汚泥を自己造粒させたダラ二ユール汚泥を利用してメタン発酵処理する UASBや EGSBは、高効率な処理が可能であるため好ましい。

[0042] 加熱処理装置 16は、グラニュール汚泥に加熱処理を施す。加熱処理装置 16としては、貯留槽に貯留されたダラ-ユール汚泥をヒータにより直接加熱するものであってもよぐ蒸気加熱するものであってもよい。また、ホットバス等の湯浴により加熱するものであってもよぐ電磁波により加熱するものであってもよい。この加熱処理装置 16は、ライン L5を介してメタン発酵槽 20と接続されており、メタン発酵槽 20内のダラ-ュール汚泥を取り出して、加熱処理装置 16に直接供給できるようになつている。また、加熱処理装置 16は、ライン L6を介して酸生成槽 18と接続されており、加熱処理されたダラ-ユール汚泥を、微生物担体として酸生成槽 18に直接供給できるようになっている。

[0043] 次に、上記した廃水処理システム 10を利用した廃水処理方法について説明する。

[0044] まず、有機性廃水を、ライン L1を通して調整槽 12に投入する。そして、調整槽 12 において、廃水の流量や濃度等を調整する。一方、メタン発酵槽 20からグラニュール汚泥を一部抜き出し、ライン L5を通して加熱処理装置 16に投入する。そして、カロ熱処理装置 16でグラニュール汚泥を 60°C以上の温度で 24時間以上加熱し、メタン生成菌を失活させる。そして、メタン生成菌が失活されたダラ-ユール汚泥を微生物担体として、ライン L6を通して酸生成槽 18に添加する。或いは、加熱処理装置 16でダラ-ユール汚泥を 121°C程度で 1時間以上加熱することにより、酸生成菌をも含めて全ての微生物を失活させてもよい。そして、微生物が失活されたダラ-ユール汚泥を微生物担体として、ライン L6を通して酸生成槽 18に添加してもよヽ。

[0045] 次に、ライン L2を通して調整槽 12から送られてきた廃水を、酸生成槽 18において酸発酵処理し、低級有機酸を生成する。このとき、酸生成槽 18には微生物担体が添カロされているため、酸生成槽 18内で酸生成菌を固定ィ匕することができ、効率的な運転 ·管理が可能である。そして、ライン L3を通して送られてきた低級有機酸を含む処理液を、メタン発酵槽 20においてグラニュール汚泥を用いてメタン発酵処理する。そして、ライン L4を通して排出される処理水に必要に応じて高度処理を施した後、公共下水道などへ放流する。

[0046] 次に、本実施形態に係る微生物担体、廃水処理方法、及び廃水処理システムの作用及び効果にっ、て説明する。

[0047] 安定的な嫌気性廃水処理を行うためには、廃水がメタン発酵槽 20に流入するまでに廃水の有機物が十分に酸生成していることが重要である。これは、メタン発酵を行う主体であるダラ-ユール汚泥中のメタン生成菌は、メタン発酵の基質として酢酸以外の有機体炭素を利用することができず、廃水中の有機物が酢酸として生成されるのは酸生成槽 18であり、酸生成槽 18での有機物の分解が十分でないと、下流のメタン発酵槽 20にお、て十分なメタン発酵が進行しないばかりか、グラニュール汚泥の浮上を招いてしまうことになるからである。

[0048] 十分なメタン発酵を進行させるためにも、酸生成槽 18における微生物的安定は必須であるが、従来の酸生成槽では、酸生成菌が浮遊した状態で存在することが多ぐ廃水の成分やその他環境要因により酸生成菌の死滅や活性低下が発生し易ぐその微生物相の回復にも時間がかかり、微生物的安定が図れていな力つた。

[0049] これに対し、本実施形態では、グラニュール汚泥中のメタン生成菌が失活された微生物担体、或!ヽはグラニュール汚泥中の全ての微生物が失活された微生物担体が酸生成槽 18に添加されている。この微生物担体は、元々微生物が凝集した塊であるため、その構造は微生物が増殖するに適した条件を備えており、酸生成菌を固定ィ匕することができる。従って、酸生成槽 18内での菌体濃度を高めることができ、且つ菌体が系外へ流出するのも防止でき、酸生成槽 18を小型化することができる。また、浮遊微生物を槽内で増殖させるには時間がかかり、ハンドリングも煩雑である力この微生物担体は加熱処理により 1日以内に製造することができ、固定化により流出する微生物による微生物相の破壊が無くなると同時に、微生物担体に固定化されている酸生成菌は pHや温度、生育阻害物質などの環境要因に左右されることが少なくなり、安定的に酸生成槽 18を運転 ·管理できるようになる。また、微生物由来の担体であるため、安価に製造することができ、使用後の廃棄も容易であり、環境負荷も小さい。特に、グラニュール汚泥はメタン発酵槽 20から取り出したものであるため、グラニュール汚泥の有効利用が図られる。

[0050] 次に、本実施形態に係る微生物担体について、実施例を挙げて更に詳細に説明する。

[0051] まず、ダラ-ユール汚泥中のメタン生成菌を失活させた微生物担体について説明する。この実施例では、 UASB型メタン発酵槽より採取したグラニュール汚泥 150ml をコ-カル瓶に入れ、ホットバスでフラスコ内のグラニュールの中心温度が 60°Cになるまで昇温した。そして、 60°Cに温度を保持したまま、 2時間、 4時間、 6時間、 24時間、それぞれ加熱した場合の複数のダラ-ユール汚泥を生成した。

[0052] 加熱後、 35°Cまで冷却したグラニュール汚泥のメタン生成活性を、メタン比活性分析装置 (関東ィ匕学社製)により測定した。この測定では、グラニュール汚泥を密閉された測定容器内で嫌気培養し、発生するメタン量をガスの圧力として測定して、メタン生成菌の活性の指標とする。具体的には、測定容器内にダラ-ユール汚泥 50mlと反応液 450mlを入れ、それに NaOH (20%)溶液を 200ml加えて測定容器を密閉し、恒温槽で反応させメタンガスを発生させる。反応させながら測定容器内の圧力を経時的に測定し、経過時間に対する圧力のグラフの傾きをメタン生成活性の指標とする。メタン生成活性が高いダラ-ユール汚泥の場合、反応初期からメタンガスが多く発生するため、グラフの傾きは大きくなる。一方、メタン生成活性が低い場合または失活している場合、グラフの傾きは緩やかか或いは全く傾きが出ない (ガス発生量がゼロ）こととなる。この 1時間当たりのメタンガス発生量 [gCOD/h]を測定に用いた全汚泥量 [gVSS]で除算して、 1単位当たりのグラニュール量における 1日当たりのメタンガス量を算定し、 1日当たりのメタン生成活性量 [gCODZgVSSZd]をメタン生成活性とする。

上記方法により複数のグラニュール汚泥について測定を行った。図 2に示すように、加熱処理をしな力つたダラ-ユール汚泥 (ライン G1)、及び、 2時間加熱処理したグラ-ユール汚泥 (ライン G2)では、メタンガスが発生することによりガス圧が上昇し、グラ-ユール汚泥中のメタン生成菌が失活していないことが分かる。また、加熱処理を 4 時間行ったダラ-ユール汚泥 (ライン G3)、及び 6時間行ったグラニュール汚泥 (ライン G4)では、メタンガスの発生が緩やかであることから、メタン生成菌の活性が低下あるいはメタン生成菌の一部が失活していることが分かる。一方、加熱処理を 24時間行つたダラ-ユール汚泥 (ライン G5)は、ガス圧がほとんど上昇せず、グラニュール汚泥を添加しないもの（ライン G6)と同様のガス圧力を示した。よって、メタン生成活性がゼロであり、ダラ-ユール汚泥内のメタン生成菌は失活したものと思われる。このように、グラニュール汚泥を添加しない測定結果を基準として、メタン生成菌の失活を判断する指標とした。なお、表 1に、それぞれのダラ-ユール汚泥のメタン生成活性を示す。

[表 1] 熱処理時間メタン生成活性

(時間） (gCOD/gVSS/D)

0 0.43

2 0.44

4 0.20

6 0.03

24 0.00

グラニュール添加無し 0.00 次に、上記した 60°Cで 24時間加熱処理を行ったグラニュール汚泥を用いて、酸生成反応の試験を行った。この試験では、まず、表 2に示す組成の培地を 2個生成した。なお、表 2に（注 1)として示す微量金属溶液の組成を、表 3に示す。

[表 2]

[表 3]

次に、酸生成菌の植菌を目的に、既設廃水処理設備の酸生成槽からの処理水を、これら培地に添加して培養を行った。その後、表 2に示す組成の培地を連続供給した。このとき、一方はそのまま連続供給により培養を行った力他方には途中で 60°C において 24時間加熱処理を行ったグラニュール汚泥を 10% (v/v)添加した。そして、反応液の糖濃度と有機酸濃度とから、加熱したダラ-ユール汚泥の添加による酸生成反応の差異を調べた。その結果を、図 3及び図 4に示す。図 3は、加熱処理したダラ-ユール汚泥の添カ卩による糖消費の結果を示すグラフである。また図 4は、加熱処理したダラ-ユール汚泥の添カ卩による有機酸生成の結果を示すグラフである。

[0056] 図 3及び図 4に示すように、加熱処理したダラ-ユール汚泥を添カ卩しな力つた系では、培地の連続供給を開始すると処理水中の全糖濃度は上昇し、有機酸濃度は減少した。一方、加熱処理したグラニュール汚泥を添加した系では、グラニュール汚泥を添加するまでは、培地の連続供給を開始すると全糖濃度は上昇し、有機酸濃度が減少した。しかし、添加後は全糖濃度は再び減少し、有機酸濃度の減少は止まった。これは、加熱したグラニュール汚泥を添加することにより、酸生成速度が速くなつたことを示している。このことから、グラニュール汚泥を加熱処理してメタン生成菌を失活させたものは、酸生成菌を固定化する微生物担体として有効に機能することが分かる。

[0057] 次に、グラニュール汚泥中の微生物を失活させた微生物担体について説明する。

この実施例では、 UASB型メタン発酵槽より採取したグラニュール汚泥 150mlと水 1 50mlを 500mlビーカーに入れ、オートクレーブにより 121°Cで 1時間加熱し、ダラ- ユール汚泥中の微生物菌体を滅菌した。加熱後、 35°Cまで冷却したダラ-ユール汚泥のメタン生成活性を、メタン比活性分析装置（関東ィ匕学社製）により測定した。

[0058] その結果、図 5に示すように、メタン生成活性は 0[gCODZgVSSZd]であり、ダラ二ユール汚泥中のメタン生成菌は失活したものと考えられる。また、このグラニュール汚泥 50mlを、前述した表 2に示す酸生成用の培地 450mlにより嫌気培養した。その結果、図 6に示すように、糖が消費されな力つたことから、酸生成菌を含めてダラ-ュール汚泥中の微生物は完全に死滅して失活したと思われる。

[0059] 次に、マルトースを基質とした表 2に示す酸生成用の培地により、微生物が失活したダラ-ユール汚泥が 10% (v/v)となるようにジャーファメンターに添カ卩し、酸生成菌を混在させ回分培養による馴養を行った。その後、連続培養により培養を行った。その結果、図 7に示すように、滞留時間が 48時間ではグラニュール汚泥の添加の有無に関わらず、糖をほとんど消費し尽した。滞留時間を 24時間、 15時間と短くしていくと、ダラ-ユール汚泥を添加したものは糖をほとんど消費し尽したのに対し、添加しな力つたものは滞留時間 24時間では約 400mgZLの糖を残し、滞留時間 15時間では処理しきれなくなった。

[0060] この結果から、微生物が失活したグラニュール汚泥に、浮遊している酸生成菌が再付着し、ダラ-ユール汚泥内に定着して固定ィ匕され、増殖していると思われる。このように、グラニュール汚泥を加熱処理して微生物を失活させたものは、酸生成菌を固定化する微生物担体として有効に機能することが分かる。これにより、図 1に示すような廃水処理システムの酸生成槽にこの微生物担体を添加することで、酸生成を安定的、且つ効率的に運転 ·管理することができる。

[0061] 次に、酸生成槽に添加する微生物担体の量にっ、て検討する。表 4に示すように、微生物担体として熱処理ダラ-ユールの添加量が異なる 6つのサンプル排水を用意した。

[表 4]

o 〇 O o o 〇

C (M C CN CNJ CM

LO ID ID LO

グ全液量溶熱処嫌気処水理理（l)!（l)（)（l)ラルスルマニmmCCmュ ^一ー

6 S

LO O LO 〇

O CN

寸 O ID O LO

O 00

d

z Θ Θ @ @

[0062] 嫌気処理水としては、 1日静置後の上澄み液を使用した。熱処理クラ-ユールは、 300mlポリ容器にグラニュール約 100mlを用意し、 60°C恒温機にて 1昼夜放置し、その後防臭のため氷で冷却した。マルトース溶液は、全量 5ml中にマルトースが 500 mg含まれるように調製した。

[0063] これらを用いて、マルトース溶液を 5mlとし、全量でサンプル排水 200mlとなるように、嫌気処理水と熱処理グラニュールの量を種々に変更しながら、熱処理グラニュールの添カ卩量の異なる 6種類のサンプル排水を用意した。 [0064] 実験手順としては、まず、 6種類のサンプル排水をそれぞれ 300ml容三角フラスコに入れ、 35°C恒温水槽に入れて攪拌した。このとき、 1Nの NaOH水溶液を添加し、 pHが 6〜8を保持するようにした。そして、 1時間毎にサンプリング (フィルタ一通し)し、糖濃度を測定した (フエノール硫酸法)。なお、サンプルはフィルターを通した後、測定までの期間は冷凍保存した。

[0065] 糖濃度の測定においては、フエノール硫酸法によるマルトースの検量線を作成し、検量線に基づいて吸光度力マルトース濃度を測定した。図 8は、このようにして測定した回分培養における培養時間とマルトース濃度との関係を示すグラフである。なお、図 8においては、参考までに担体として熱処理ダラ-ユールを添カ卩しな力つた場合 (0容量％)も示している。図 8に示すように、担体添加量は基質消費速度に影響を及ぼしており、 5容量％以上で基質消費速度が高くなつて、酸生成の効率が高くなることが分力ゝる。

[0066] また図 9は、培地を連続供給したときの滞留時間と全糖濃度との関係を示すグラフである。図 9に示すように、担体として熱処理グラニュールを 1容量％添加した系では、培地の連続供給を開始すると、滞留時間が 15時間を下回ると全糖濃度は上昇し、有機酸濃度は減少した。一方、熱処理ダラ-ユールを 5容量％添加した系では、培地の連続供給を開始すると、滞留時間が 10時間を下回ると全糖濃度は上昇し、有機酸濃度が減少した。しかし、全糖濃度は 400mgZlでほぼ一定の値を保ち、有機酸濃度の減少は止まった。

[0067] これら図 8及び図 9の結果から、熱処理グラニュールを 5容量％以上添加すると、酸生成を効率的に行うことができることが分かる。

[0068] 次に、本実施形態に係る微生物担体をビール排水に添加したときの効果を、実際のテストプラントで検証した結果を示す。なお、このテストプラントでは、図 10に示すように、酸生成槽 18を本体槽 22と担体槽 24との二槽式の構造とした。担体槽 24には、微生物担体が酸生成槽 18の全容量 100容量％に対して 5容量％収容されており、本体槽 22と担体槽 24とは、流体循環可能であった。そして、本体槽 22と担体槽 24 の容量は、それぞれ 600Lと 200Lであった。このように酸生成槽 18を二槽式の構造とすることで、酸生成槽 18からの微生物担体の流出を抑制し、結果として酸生成の効率ィ匕を図った。

[0069] 酸生成槽 18に流入される原水としてのビール排水は、 F— CODが約 3000mgZL であり、流量を 400LZhと lOOLZhと 2段階に調整した。従って、酸生成槽 18での滞留時間は、それぞれの流量に応じて 2時間と 8時間であった。

[0070] 一方、比較のために酸生成槽 18に微生物担体を添加しない場合について、同様に検証を行った。このとき、酸生成槽 18は容量で 800Lの単槽構造とした。その他の条件は、上記と同様である。

[0071] 図 11は、酸生成により生成した揮発性脂肪酸 (VFA)濃度 (Total Organic Carbon 換算）の経時変化を示すグラフである。図 11に示すように、流量が lOOLZhでは、担体を添カ卩しない場合に VFA濃度が 30〜50mgZLであるのに対し、担体を添加した場合には VFA濃度が 150mgZL程度となり、担体の添カ卩により酸生成が促進されることが分かる。また、流量を 400LZhとした場合でも、担体を添加しない場合に VFA 濃度が lOOmgZL程度であるのに対し、担体を添加した場合には VFA濃度が 150 mgZL程度となり、担体添カ卩による効果が大きいことが分力る。

[0072] なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなぐ本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ダラ-ユール汚泥中の全ての微生物を失活させた微生物担体に、酸生成菌を固定ィ匕する場合について説明したが、この担体は他の菌の担体としても使用することができる。

[0073] また、上記実施形態では、微生物担体としてグラニュール汚泥中の微生物を失活させたもの、或いはダラ-ユール汚泥中のメタン生成菌を失活させたものについて説明した力微生物担体は 60°C以上の温度で 6時間以上グラニュール汚泥を加熱するなどして、失活させないまでも、ダラ-ユール汚泥中のメタン生成菌の活性を 0. lg-C ODZg— VSSZd以下に低下させたものであってもよい。

[0074] また、グラニュール汚泥は、例えば UASB型メタン発酵槽から回収することで得る場合について説明したが、自己固定ィ匕作用を有するメタン生成菌を槽内で造粒させたものであってもよい。このとき、メタン生成菌と酸生成菌とを混在させた状態でダラ- ユール汚泥を形成し、このダラ-ユール汚泥中のメタン生成菌を失活または活性を低下させて微生物担体を製造してもよ、。このように酸生成菌を混在させたものによれば、酸生成菌がダラ-ユールの深部まで分布しているため、酸生成菌を完全に失活させなければ、新たに酸生成菌を付着させる必要がない。

Claims

請求の範囲

[I] ダラ-ユール汚泥中の微生物を失活または活性を低下させたことを特徴とする微生物担体。

[2] 当該微生物担体に微生物を付着したことを特徴とする請求項 1に記載の微生物担体。

[3] 付着する微生物が酸生成菌であることを特徴とする請求項 2に記載の微生物担体

[4] グラニュール汚泥中の自己固定ィ匕作用を有するメタン生成菌を失活または活性を低下させたことを特徴とする微生物担体。

[5] 加熱処理により失活または活性を低下させることを特徴とする請求項 1〜4のいずれかに記載の微生物担体。

[6] グラニュール汚泥中の特定の微生物の活性を優位にしたことを特徴とする微生物担体。

[7] 前記特定の微生物が酸生成菌であることを特徴とする請求項 6に記載の微生物担体。

[8] 加熱処理により活性を優位にすることを特徴とする請求項 6又は 7に記載の微生物担体。

[9] 当該微生物担体に微生物を固定化させたことを特徴とする請求項 1〜8のいずれかに記載の微生物担体。

[10] メタン生成菌と酸生成菌とを混在させた状態でダラ-ユール汚泥を形成し、このダラ二ユール汚泥中のメタン生成菌を失活または活性を低下させることを特徴とする微生物担体の製造方法。

[II] 酸生成槽とメタン発酵槽とを含むメタン発酵装置により廃水を処理する方法であつて、

請求項 1〜10のいずれかに記載の微生物担体を前記酸生成槽に添加することを特徴とする廃水処理方法。

[12] 前記酸生成槽は、本体槽と前記微生物担体を収容し該本体槽と流体循環可能な担体槽とを含み、前記微生物担体を前記担体槽に添加することを特徴とする請求項 11に記載の廃水処理方法。

[13] 前記酸生成槽への前記微生物担体の添加量は、該酸生成槽の全容量 100容量 %に対して 5容量％以上であることを特徴とする請求項 11又は 12に記載の廃水処理方法。

[14] 酸生成槽とメタン発酵槽とを含むメタン発酵装置により廃水を処理する方法であつて、

前記メタン発酵槽力グラニュール汚泥を取り出し、

取り出したダラ-ユール汚泥を加熱処理して少なくともメタン生成菌を失活または活性を低下させ、

加熱処理したダラ-ユール汚泥を前記酸生成槽に添加する、

ことを特徴とする廃水処理方法。

[15] 前記酸生成槽は、本体槽と該本体槽と流体循環可能な担体槽とを含み、

前記加熱処理したグラニュール汚泥を前記担体槽に添加することを特徴とする請求項 14に記載の廃水処理方法。

[16] 前記酸生成槽への前記加熱処理したグラニュール汚泥の添加量は、該酸生成槽の全容量 100容量％に対して 5容量％以上であることを特徴とする請求項 14又は 15 に記載の廃水処理方法。

[17] 酸生成槽、及びメタン発酵槽を有するメタン発酵装置と、

グラニュール汚泥を加熱処理する加熱処理装置と、

を備えることを特徴とする廃水処理システム。