JP3977775B2

JP3977775B2 - 微生物担体

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Publication number: JP3977775B2
Application number: JP2003158494A
Authority: JP
Inventors: 達也吉井; 譲治市原; 金夫水野; 良行高嶋
Original assignee: Denka Consultant and Engineering Co Ltd
Current assignee: Denka Consultant and Engineering Co Ltd
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2023-06-03
Also published as: JP2004358328A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は実用的廃水処理能力の高い微生物担体に関し、より詳しくは担体表面の水濡れ性が優れると共に、馴養期間が短縮され、定常運転時のＢＯＤ処理能力及び硝化脱窒素能力が高い廃水処理用微生物担体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、廃水処理、特に好気的手段による廃水ＢＯＤの積極的低減に関しては、活性汚泥法が採用されていた。活性汚泥法を更に効率化した方法として接触酸化法、流動性担体を充填した流動床法がある。例えば、特許文献１に開示された好ましい担体を用いて特許文献２に開示された流動床式廃水処理装置により処理した場合には、活性汚泥法の１０〜数１０倍の処理効率が得られている。
【０００３】
流動床式廃水処理装置の処理槽に充填される粒状微生物担体としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ポリウレタン等の各種合成樹脂やセルロース誘導体が使用されている。これらは粒状、円筒状、円柱状等の形状に成形され、発泡により表面積を増加し、或いはフィラーの充填により適正な含水密度、１．０±０．１０に調整される。ここで、含水密度とは、水中で連通気泡に吸水させ密度が一定となったときの密度を言う。
【０００４】
一方、各種資材の運送時に資材と容器、資材と資材との間の空隙を埋めるバラ緩衝材として、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂にコーンスターチ、オカラやふすま等を混合し、押出機で押し出して得られた高発泡率の樹脂成形体が使用されている。この緩衝材は樹脂の比率が約３０重量％、コーンスターチ、オカラ、ふすま等の比率が約７０重量％を占めるため物理的衝撃に弱く、手指で押さえると直ちに変形し、廃水処理槽に投入した場合約１〜３か月で微生物分解され、物理的に破壊され、廃水処理用の担体としては使用できない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
流動床式廃水処理装置の一般的な長所として、処理効率が高く処理槽容積が少ないこと、流入廃水流量の変動による汚泥の流出がないこと等が挙げられる。流動床式廃水処理装置には種々の種類の粒子状担体が用いられるが、中でも、担体の外見上の表面だけでなく、担体内部にも微生物生息域を有する連通気泡率の高い担体は、担体あたりの微生物量の多さによる活性の高さと共に、廃水水質、水量の変動に対する安定性が高いので実用的に優れた担体として使用されている。
ここで、連通気泡とは、担体内部の気泡の気相部が互いに繋がっていると共に、その気相部が担体外部に開いている気泡である。
【０００６】
ところが、連通気泡は直径が通常０．１ｍｍ以下の細孔であるため水の進入が難しく、水が連通気泡に完全に進入するまでは、担体は水面に浮上状態であったり、水面近くに偏在したりして水中に均一に分散せず、その機能を充分に発現しない。
そこで、流動床式廃水処理装置に新しい担体を装入し、短期間で槽内を均一に流動させ、微生物膜を付着させ、定常の処理能力を発現せしめる迄に要する期間（馴養期間）を短くすること及び廃水処理効率を高めることが従来からの課題であった。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２７１１６２５号公報
【特許文献２】
実公平６−３４８８０号公報
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決することを目的とし、その構成は、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン又は高密度ポリエチレンとポリプロピレンの混合物からなる熱可塑性樹脂、好ましくは１０重量部以下のポリスチレンを配合した熱可塑性樹脂に、穀物殻、特にふすまを含有する熱可塑性樹脂発泡体からなる微生物担体であって、比表面積が２１〜５０ｍ²／ｇ乾燥担体で、担体１つの粒子の最小径と最大径がそれぞれ２ｍｍ以上、２５ｍｍ以下であり、乾燥担体を内径５０ｍｍ、深さ１２０ｍｍの円筒形容器に入れ、嵩体積で２００ｃｍ³充填し、その上から直径４８ｍｍの円盤状ピストンを３０ｍｍ／分の速度で下げ、荷重とピストンの変位を測定して、１０Ｎから４０Ｎまで荷重が変化する際のピストンの変位が１〜３ｍｍであることを特徴とし、化学発泡剤、液化ガス発泡剤及びガス発泡剤のいずれも用いることなく発泡成形されていることを特徴とする。
更に、流動床式廃水処理装置の担体として使用するため、適正な硬度を保つ必要上穀物殻の配合料は、樹脂１００重量部に対し１０〜５０重量部である。
【０００９】
すなわち、本発明はＢＯＤ増加因子であるため、従来担体に配合しなかった穀物殻を敢えて配合することにより、微生物の栄養源として微生物の着床を促し、馴養期間を短縮し、定常運転後は微生物の生育を活発化して処理効率を高める事実を見出して完成したものである。また、本発明の穀物殻の配合により、担体の連通気泡中への水の進入速度を著しく加速し、含水飽和までの時間を著しく短縮することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明においては、連通気泡とは気泡が一方の面或いは二方以上の面に開口している気泡であり、発泡担体の表面積は発泡担体の乾燥重量あたりの表面積、すなわち、比表面積＝ｍ²／ｇ乾燥担体で表す。比表面積は粒子表面の凹凸を含めた表面積の他、連通気泡の細孔内の表面積も加算される。本発明においては４ｎｍ〜４００μｍの径の気泡孔の表面積測定に適した水銀圧入式細孔分布測定装置により測定した数値を用いる。
なお、製造時に水で冷却される担体の場合には、水を含んでいるので完全に乾燥した後に測定する。
【００１１】
本発明で使用する穀物殻としては籾殻、小麦殻であるふすま等が挙げられる。これら穀物殻は嵩比重０．２〜０．４が好ましく、粒度は１８〜２６タイラーメッシュである。穀物殻の配合量は樹脂１００重量部に対し５〜５０重量部、好ましくは１０〜４０重量部、より好ましくは２０〜３５重量部である。これら穀物殻はそれ自体水分を結合水として含有しているため特に発泡剤を添加しなくとも発泡し、適正な発泡率が得られる。
【００１２】
一般的に、流動床式廃水処理装置においては、処理槽の出口に網目状の分離手段を設け処理槽からの微生物担体の流出を防いでいる。担体はスクリーン等の分離手段の開口部に詰まったり、処理槽の壁面に衝突することもあり、物理的な衝撃に耐えることを要する。したがって、本発明に使用される熱可塑性樹脂は硬質樹脂であることを要し、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、ポリスチレン、硬質ポリ塩化ビニル等の硬質汎用樹脂及びこれらの樹脂の混合物が好ましい。
中でも、高密度ポリエチレン、ポリプロピレンが好適に使用されるが、これらの樹脂にポリスチレンを２〜１０重量％配合するとより高い硬度を付与することができる。
【００１３】
担体の硬度は手指で押さえた程度の力で変形或いは破損するようなものであってはならない。具体的には、乾燥担体を内径５０ｍｍ、深さ１２０ｍｍの円筒形容器に入れ、嵩体積で２００ｃｍ³充填する。その上から直径４８ｍｍの円盤状ピストンを３０ｍｍ／分の速度で下げ、荷重とピストンの変位を、オリエンテック社製の圧縮引張試験機ＲＴＣ−１２１０Ａを用いて測定する。この測定結果から１０Ｎから４０Ｎまで荷重が変化する際のピストンの変位が１〜３ｍｍ程度であることが好ましい。
【００１４】
本発明の発泡担体は、硬質樹脂、穀物殻及びフィラーを配合混練して押出成形して得られる。穀物殻自体が含有する水分に由来して発泡し、表面が粗面となり表面積が拡大する他、表面に開口部を有する多くの連通気泡を有し、担体粒子表面よりはるかに大きい担体内部の表面積を有する。
【００１５】
本発明においては、発泡担体は連通気泡と独立気泡を有し、このため担体の含水密度は樹脂及び樹脂配合物の真比重よりも小さくなる。そこでタルク、石灰石、活性炭、木粉、焼却灰、ペーパースラッジ焼却灰等の真比重が１より大きい無機及び有機の粉状物質をフィラーとして充填配合して水中安定後の見掛け比重を１±０．１０、好ましくは１±０．０５の範囲に調整する。
フィラーには担体比重の調節の他、発泡の核剤として、微生物との親和性の向上、コスト低減等の効果もある。
【００１６】
担体粒子の形状は立方体、直方体、円柱状、円筒形又はこれらの基本型を変形した形状、不定型等、特に限定はないが、その大きさは２〜２５ｍｍの範囲である。円筒形のように明らかな貫通孔を有する場合でも、貫通孔を無視して外寸法で判断する。流動床用担体にあっては、使用状態における担体の機能が担体の表面積にほぼ比例するため２５ｍｍを越える担体はその嵩容積あたりの表面積が減少して好ましくない。また、処理槽から処理水が流出する際に、担体を処理水と分離するためにスクリーン分離法、浮上分離法、沈降分離法等があり、いずれの方式にあっても極度に小さい担体は分離が困難であり、最小径２ｍｍ以上の担体が好ましい。
【００１７】
本発明微生物担体を製造する方法は特に限定しない。穀物殻を含有するため発泡剤、液化ガス発泡剤、ガス発泡を使用せずに充分に発泡させることができる。例えば、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン等の原料樹脂に穀物殻、フィラー等を配合し、通常のプラスチック押出機を用いてダイスから１本或いは２本以上のストランドとして押出すことができる。発泡ストランドを水槽にて冷却固化し、所定の長さに切断する方法等がある。
本発明の微生物担体は流動床式廃水処理装置に好ましく使用される。使用にあたっては本発明担体を流動床式廃水処理槽に、処理槽の水槽容積あたり１０〜６０％の嵩容積になるように充填すると高い廃水処理効率を発現する。
【００１８】
【実施例】
実施例１
活性炭１重量部
ポリスチレン６重量部
ポリプロピレン９４重量部
タルク１５重量部
ふすま３０重量部
界面活性剤１重量部
上記原料を上記割合で混合し、６５ｍｍφスクリュー押出機にて、５ｍｍφの孔１２個を有するストランドダイより押出して発泡ストランドを得た。このストランドを水槽にて冷却固化後、ペレタイザーカッターにて５ｍｍ長さに切断して５ｍｍφ、高さ５ｍｍの本発明円柱状発泡担体を得た。
なお、使用したふすまの嵩比重は０．３０であり、粒度は２２タイラーメッシュ篩で４３％篩上、５７％通過のふすまであった。
【００１９】
この担体粒子の含水密度は１．０３（ｇ／ｍｌ）であり、水銀圧入法による比表面積は４５ｍ²／ｇ乾燥担体であった。担体中の水銀圧入法による空隙率は４２％であった。これらの結果を表１に示した。
【００２０】
実施例２〜３及び比較例１、比較例３
ふすまの量を表１に示すように代えた以外は実施例１と同様にして微生物担体を製造し、実施例２〜３及び比較例３とした。又、比較例１としてふすまを添加せず、発泡剤としてアゾジカルボンアミド１重量部を配合した以外は実施例１と同様にして担体を製造した。
実施例２〜３及び比較例１及び３の比表面積、含水密度及び担体中の空隙率を測定して表１に併記した。
なお、比表面積は島津製作所社製ＡＵＴＯＲＯＰＥ II 9220 により水銀圧入法で測定した。
【００２１】
【表１】
【００２２】
実施例５及び比較例２
水槽有効容積１リットルの曝気槽Ａ、Ｂの２槽を用い、その容積の２０％にあたる２００ｍｌの嵩容積の担体を充填した。曝気槽Ａには実施例１の担体を、曝気槽Ｂには比較例１の担体をそれぞれ充填し、実施例５及び比較例２とした。両曝気槽共、下水処理場の活性汚泥２００ｍｌを種汚泥として入れ、原水はグルコースを水に溶解してＴＯＣ＝５００ｐｐｍの模擬原水を８０ｍｌ／時間で連続的に供給し、曝気槽底部の多孔質散気装置より５リットル／分の空気を供給し、２０〜２５℃の範囲の水槽温度で連続運転した。この運転では返送汚泥を行わなかった。曝気槽出口には目開き２．５ｍｍのスクリーンを設けた。
各曝気槽出口の処理水をＮｏ．６濾紙でろ過後ＴＯＣの分析を行い、その結果を表２に示した（以下、ろ過後のＴＯＣをｓ−ＴＯＣとする）。
【００２３】
【表２】
【００２４】
実施例１の担体を用いた実施例５の場合、処理水のｓ−ＴＯＣ濃度は２４日以降９０ｐｐｍ以下で実質一定となり、馴養期間が完了した。比較例１の担体を用いた比較例２の場合、４０日以降実質１２０ｐｐｍ以下で一定となり、馴養期間が完了した。
表２より馴養期間は実施例１の担体を用いた実施例５の方が、比較例１の担体を用いた比較例２より短く、処理水のｓ−ＴＯＣ濃度も実施例５の方が低く、処理効率も実施例５が優れていることが明らかである。
【００２５】
実施例５において、運転日数８４日目の担体全量を取出し、超音波洗浄機で６０分間振動させて付着生物膜を剥離させ、乾燥重量（以下、ＤＳと略す）を測定したところ、付着生物膜量は３．８８ｇ−ＤＳであった。
一方、比較例２についても運転日数８４日目の担体全量を取出し、実施例５と同様にして付着生物膜量を測定したところ、１．６７ｇ−ＤＳであった。
【００２６】
実施例６及び比較例３
水槽有効容積１リットルの曝気槽Ａ、Ｂの２槽を用いて、その２０％にあたる２００ｍｌの嵩容積の担体を充填した。曝気槽Ａには実施例１の担体を、曝気槽Ｂには比較例１の担体をそれぞれ２００ｍｌ充填し、それぞれ実施例６及び比較例３とした。両曝気槽共に、下水処理場の活性汚泥５００ｍｌを種汚泥として入れた。
原水はＮＨ₄Ｃｌ２２．９ｇ、ＫＨ₂ＰＯ₄５ｇ、Ｋ₂ＨＰＯ₄１０ｇ、
ＮａＨＣＯ₃５６ｇ、メタノール２４ｇを水に溶かして３リットルとしたものを用いた。この原水のＢＯＤは７９００ｐｐｍ、全窒素は１８１０ｐｐｍ、であった。この原水を各曝気槽に０．５リットル入れ、各曝気槽を５リットル／分の空気で１２時間曝気後、１２時間曝気を停止するサイクルを３日間続けた。
３日間経過後、各槽の液をＮｏ．６ろ紙でろ過後溶存全窒素を測定したところ、曝気槽Ａは１１６ｐｐｍであり、一方、曝気槽Ｂは３５４ｐｐｍであった。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の微生物担体を流動床式廃水処理装置に使用すれば、初期の水濡れが良好となり、馴養期間の短縮と、付着生物膜量の増加によって廃水の生物処理効率が改善される。更に硝化／脱窒素の担体としても使用される。

Claims

高密度ポリエチレン、ポリプロピレン又は高密度ポリエチレンとポリプロピレンの混合物からなる熱可塑性樹脂と穀物殻を主成分とし、穀物殻に含有される水により発泡させて得られた熱可塑性樹脂発泡体であって、比表面積が２１〜５０ｍ²／ｇ乾燥担体で、担体１つの粒子の最小径と最大径がそれぞれ２ｍｍ以上、２５ｍｍ以下であり、乾燥担体を内径５０ｍｍ、深さ１２０ｍｍの円筒形容器に、嵩体積で２００ｃｍ³充填し、その上から直径４８ｍｍの円盤状ピストンを３０ｍｍ／分の速度で下げ、荷重とピストンの変位を測定して、１０Ｎから４０Ｎまで荷重が変化する際のピストンの変位が１〜３ｍｍであることを特徴とする廃水処理用微生物担体。
穀物殻が、樹脂１００重量部に対し１０〜５０重量部含まれていることを特徴とする請求項１記載の廃水処理用微生物担体。
熱可塑性樹脂が、１０重量％以下のポリスチレンを配合した樹脂であることを特徴とする請求項１又は２記載の廃水処理用微生物担体。
穀物殻がふすまであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載する廃水処理用微生物担体。
高密度ポリエチレン、ポリプロピレン又は高密度ポリエチレンとポリプロピレンの混合物からなる熱可塑性樹脂１００重量部に対して１０〜５０重量部の穀物殻を配合し、化学発泡剤、液化ガス発泡剤及びガス発泡剤のいずれも用いることなく発泡させ、最小径と最大径がそれぞれ２ｍｍ以上、２５ｍｍ以下であり、乾燥担体を内径５０ｍｍ、深さ１２０ｍｍの円筒形容器に、嵩体積で２００ｃｍ³充填し、上から直径４８ｍｍの円盤状ピストンを３０ｍｍ／分の速度で下げ、荷重とピストンの変位を測定して、１０Ｎから４０Ｎまで荷重が変化する際のピストンの変位が１〜３ｍｍであることを特徴とする廃水処理用微生物担体の製造方法。