JP2010029761A - 包括固定化担体及びそれを用いた廃水処理方法並びに装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汚泥削減に係る水生ミミズを容易に優占化させて維持することができる包括固定化担体及びそれを用いた廃水処理方法並びに装置を提供する。
【解決手段】微生物１２と固定化材料とから包括固定化担体１０において、担体内部に水生ミミズ１４の生息領域を確保できるように、包括固定化担体１０の破壊時の変形率を９５％以上、５０％圧縮時の強度を０．０５〜０．１５ｋｇ／ｃｍ^２とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、微生物を包括固定化する包括固定化担体及びそれを用いた廃水処理方法並びに装置であって、汚泥を捕食する水生ミミズを安定的に保持できる包括固定化担体及びそれを用いた廃水処理方法並びに装置に関する。

廃水の処理方法として活性汚泥法が多く用いられている。しかし、活性汚泥法は大量の汚泥が発生するため、その処分が問題となっている。一般的には、発生した余剰汚泥は濃縮・脱水後、埋立て処分や焼却処分されているが、近年、処分場の残余容量の逼迫や、処分時の費用等の問題が生じているために、余剰汚泥の削減が求められている。汚泥を削減する方法の一つとして、汚泥を生物処理槽に移送し、原生動物や後生動物等の高級微生物により前記汚泥を分解する方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、微生物による廃水処理法の後段で濃縮分離した余剰汚泥を、微生物担体を充填した多段消化槽で、原生動物や後生動物の食物連鎖を利用して消化分解することにより、余剰汚泥の発生量を減少させることが開示されている。そして、特許文献２には、捕食処理装置における捕食動物を有効利用することによりコストを低減させることができる汚泥処理装置及び汚泥処理方法について開示されており、特許文献３には、汚泥削減に係る特定の微生物を容易に優占化させて維持することにより汚泥分解能力の高い汚泥処理装置について開示されている。また、特許文献４には、後生動物などの高級微生物の食物連鎖により細菌類などの低級微生物を主体とする余剰汚泥を分解してその排出を大幅に削減した余剰汚泥の分解処理方法が開示されている。
特開平８−３９０９２号公報 特開２００４−１４１８０２号公報 特開２００７−２７５７８２号公報 特開２００２−１４３８９５号公報

しかし、特許文献１〜３の方法では、活性汚泥中に原生動物や後生動物を安定的に優先化することは困難なため、通常活性汚泥槽とは別の反応槽を設置しなければならなかった。

また、特許文献４には、これらの捕食動物を保持する固定床型の生物付着担体が設けられているが、このような生物付着型担体では使用状況によっては、捕食動物の増殖により内部が閉塞し、酸欠となり嫌気腐敗が生じやすく、汚泥の分解処理の妨げとなるという問題があった。そして、閉塞を防止するためには流動床型の生物保持用担体があるが水生ミミズが生息するには担体内部に保持できるような構造でなくてはならず従来のプラスチックやゲル状担体では水生ミミズのような運動性の大きな生物を担体表面に保持することはできない。また、スポンジ状担体は担体自体に細孔があり、その中に水生ミミズを保持するには、細孔の大きさや材質面から水生ミミズを安定的に生息することはできなかった。

このようにいずれの方法においても水生ミミズの生息環境を制御することはできず、水生ミミズを用いた食物連鎖で発生汚泥を減量することは困難であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、汚泥削減に係る水生ミミズを容易に優占化させて維持することができる包括固定化担体及びそれを用いた廃水処理方法並びに装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、前記目的を達成するために、微生物と固定化材料とからなる包括固定化担体であって、該担体は、破壊時の変形率が９５％以上であり、５０％圧縮時の強度が０．０５〜０．１５ｋｇ／ｃｍ^２であることを特徴とする。

請求項１は、微生物を包括固定化する包括固定化担体の内部に水生ミミズが生息領域を確保することを目的としており、水生ミミズが自ら担体を生息する巣を形成することが可能となる。

そして、請求項１は、包括固定化担体の強度など物性に関するもので、水生ミミズが包括固定化担体内部に潜入できる物性を示したものである。従来ゲル状担体は担体寿命を長くするため、比較的硬いゲルが用いられてきた。このゲルには水生ミミズが潜りこみ生息域を作ることはできない。本発明の包括固定化担体は、柔らかい担体であり、水生ミミズが担体を破り内部に侵入し巣のような生息域を設け、包括固定化担体内部を移動することが可能である。このようなゲル性状とするには担体が破壊するときの変形率と、５０％圧縮時の強度を指標とすることが重要であり、変形率を９５％以上とし、５０％圧縮時の強度を０．０５〜０．１５ｋｇ／ｃｍ^２とすることで水生ミミズが潜入することができ、水生ミミズが自ら担体を生息する巣を形成することが可能である。

なお、ここで、「変形率」と「５０％圧縮時の強度」は、レオメーター（島津製作所社製：ＥＺ−ＴＥＳＴ）で測定したものであり、以下の定義によるものである。

担体の変形率は、担体を圧縮し破断したときの変形割合であり、下式で表される。
担体の変形率（％）＝（Ｈ０−Ｈ１）÷Ｈ０×１００
（ここで、Ｈ０：圧縮する前の初期の担体の厚さ、Ｈ１：担体ゲルが破壊する直前の担体の厚さ）
また、５０％圧縮時の強度は、包括固定化担体の初期の厚みの５０％まで圧縮するまでの強度である。

請求項２に係る発明は、請求項１において、固定化材料の母剤プレポリマーが、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドからなるポリマーのアクリレート誘導体又はジアクリレート誘導体を含み、分子量が７５００以上であることを特徴とする。

請求項２には、固定化材料の母剤プレポリマーを規定したもので、このプレポリマーの分子量が７５００以上の比較的高い分子量のアクリレートやジアクリレートの誘導体であることで、変形率を９５％以上とすることができ、水生ミミズの生息環境に適した包括固定化担体を提供することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２の包括固定化担体を処理槽に投入して廃水を処理することを特徴とする廃水処理方法であり、請求項４に係る発明は、請求項１又は２の包括固定化担体を処理槽に備えたことを特徴とする廃水処理装置である。

請求項３及び４によれば、包括固定化担体が廃水処理に有効な細菌を保持しながら、水生ミミズを保持するため、廃水処理を行いながら水生ミミズが汚泥を分解することが可能であり、従来のような水生ミミズなどを保持する汚泥分解槽を設けなくてもよい。

本発明によれば、包括固定化担体内部に水生ミミズが生息でき、その水生ミミズが活性汚泥処理で発生する汚泥を分解することができるので、汚泥発生量の少ない廃水処理施設を提供することができる。

以下、添付図面に従って本発明に係る包括固定化担体の好ましい実施の形態について詳説する。

図１は、本発明の包括固定化担体１０の概要図である。担体内部には微生物１２の他に水生ミミズ１４が生息している。水生ミミズは微生物などを捕食する時は頭部を担体外部に出して捕食する。また、運動性があるため水生ミミズは包括固定化担体内部の巣を移動できる。このように本発明の包括固定化担体は、包括固定化担体内部に水生ミミズが巣をつくることができる。

ここで担体に固定される微生物１２としては、活性汚泥に限定されるものではなく、純粋培養した微生物を使用してもよい。微生物の種類としては、例えばＢＯＤ成分酸化細菌、ダイオキシン分解菌、ビスフェノールＡ分解菌、アオコ分解菌、硝化菌、脱窒菌、嫌気性アンモニア酸化細菌等が担体に保持される。

ところで、従来、包括固定化担体は担体寿命を長くするため、比較的硬いゲルが用いられてきた。このゲルには水生ミミズが潜りこみ生息域を作ることはできない。本発明の包括固定化担体は、柔らかいゲル状担体であり、水生ミミズが担体を破り内部に侵入し巣のような生息域を設け、担体内部を移動することが可能である。

本発明の包括固定化担体は、このようなゲル性状とするために、具体的には、包括固定化担体が破壊するときの変形率と、５０％圧縮時の強度を指標とし、変形率を９５％以上とし、５０％圧縮時の強度を０．０５〜０．１５ｋｇ／ｃｍ^２とする。この条件を満たすことで包括固定化担体内部に水生ミミズが潜入することを可能とする。

このようなゲル性状とするには、ゲル化材料の影響が大きく、プレポリマーの分子量が７５００以上の比較的高い分子量のアクリレートやジアクリレートの誘導体であることを記載している。プレポリマーの分子量７５００以上で変形率９５％以上となり、水生ミミズの生息環境にあった担体物性とすることができる。ゲル化材料としては、例えばポリエチレングリコール系のポリマー、ポリビニルアルコール系の樹脂等が使用され、具体例としては、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの含有比が７：３のもので、末端基がジアクリレートである分子量７５００以上のプレポリマーが使用される。この材料以外には、ポリエチレングリコールアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールメタアクリレートなどを使用してもよい。

次に、水生ミミズが包括固定化担体内部に潜入する条件を確認するため、強度の異なる固定化担体を製作し、５０％圧縮強度別に固定化担体の変形率と水生ミミズ生息の状況を調べた。検討に用いた固定化担体の組成を表１に示す。

製作したこれらの固定化担体を、水生ミミズを培養している反応槽内に１ケ月間浸漬し、その後、固定化担体を裁断し内部に水生ミミズが侵入しているかを目視観察した。結果を表２に示す。なお、ここで用いたポリエチレングリコールジアクリレートの分子量は９５００である。

表２からわかるように、５０％圧縮時の圧縮強度が０．０５〜０．１５ｋｇ／ｃｍ^２の範囲において、変形率９５％で水生ミミズの生息が確認された。その他の条件では水生ミミズの侵入は見られなかった。このことより５０％圧縮時の圧縮強度と変形率が水生ミミズの生息に大きく関与していることがわかった。なお、５０％圧縮時の圧縮強度が０．０３ｋｇ／ｃｍ^２の固定化担体は、強度が弱いため変形率の調整は困難であった。

さらに、変形率に及ぼすプレポリマーの分子量の影響について検討した。表１のポリエチレングリコールジアクリレート分子量を２０００から１２０００まで変化させ、添加量５質量％、水添加量３０．０質量％とした。変形率を測定し、結果を図２に示す。

図２から分子量の増大に伴い変形率が増加する傾向があり、先に示した水生ミミズが生息できる変形率９５％以上にするにはプレポリマーの分子量として７５００以上が最適であることがわかった。

また、水生ミミズが生息できると考えられる変形率９５％以上の担体を水生ミミズの培養槽に一ケ月間浸漬させ、水生ミミズの生息に及ぼす５０％圧縮時強度の影響を調べた。なお、担体中の生息ミミズは嫌気的になると酸素を求め担体外部に出てくるため、水生ミミズ量を測定する場合は担体を嫌気水に浸漬し、担体外部に出てきた水生ミミズ量を測定した。測定結果を図３に示す。ミミズ保持量は最も高い保持量を１００として相対値で示した。

図３から分かるように、５０％圧縮時強度が０．０５から０．１５ｋｇ／ｃｍ^２の範囲で生息数が多く見られ、０．１０ｋｇ／ｃｍ^２の担体が最も高かった。

さらに、本発明の廃水処理方法及び装置を用い、ＢＯＤ２００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ容積負荷０．８ｋｇ／ｍ^３・ｄの条件で処理を行い汚泥発生低減効果について検討した。なお、担体添加率は反応槽容積の１０％ｖ／ｖ、活性汚泥槽内のＭＬＳＳを２０００ｍｇ／Ｌとした。その結果を表３に示す。なお、従来の包括固定化担体としては、表１において、ポリエチレングリコールジアクリレート（分子量、９５００）の添加量を１０質量％、水の添加量を３０重量％とし、架橋剤を０．５質量％添加したものを用いた。この従来の包括固定化担体は、測定した結果、破壊時の変形率は９５％であり、５０％圧縮時の強度は０．７０ｋｇ／ｃｍ^２であった。

本発明の廃水処理方法及び装置では固定化担体内部に水生ミミズを生息させることができ、活性汚泥槽から発生する汚泥量を、従来の固定化担体を用いた廃水処理方法及び装置と比べ４５％に低減することができた。

以上より、本発明の包括固定化担体によれば、微生物を包括固定化する包括固定化担体の内部に水生ミミズが生息領域を確保することで水生ミミズが自ら担体に生息する巣を形成することが可能であり、その水生ミミズが活性汚泥処理で発生する汚泥を分解することができるので、汚泥発生量の少ない廃水処理施設を提供することができる。また、本発明の廃水処理方法及び装置は、本発明の包括固定化担体が廃水処理に有効な細菌を保持しながら水生ミミズを保持するため、廃水処理を行いながら水生ミミズが汚泥を分解することが可能であり、従来のように水生ミミズなどを保持する汚泥分解槽を設けなくてよい。

本発明の包括固定化担体を示す概要図 プレポリマー分子量と変形率の関係を示す図 担体強度と水生ミミズ保持量の関係を示す図

符号の説明

１０…包括固定化担体、１２…微生物、１４…水生ミミズ

Claims (4)

1. 微生物と固定化材料とからなる包括固定化担体であって、
   該担体は、破壊時の変形率が９５％以上であり、５０％圧縮時の強度が０．０５〜０．１５ｋｇ／ｃｍ^２であることを特徴とする包括固定化担体。
2. 固定化材料の母剤プレポリマーが、
   エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドからなるポリマーのアクリレート誘導体又はジアクリレート誘導体を含み、
   分子量が７５００以上であることを特徴とする請求項１に記載の包括固定化担体。
3. 請求項１又は２の包括固定化担体を処理槽に投入して廃水を処理することを特徴とする廃水処理方法。
4. 請求項１又は２の包括固定化担体を処理槽に備えたことを特徴とする廃水処理装置。

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