JPH09164391A

JPH09164391A - 回分式排水処理用含水ゲル

Info

Publication number: JPH09164391A
Application number: JP7326798A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Fujii; 弘明藤井; Masanobu Abe; 匡信阿部
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 1995-12-15
Filing date: 1995-12-15
Publication date: 1997-06-24

Abstract

(57)【要約】【解決手段】含水率５０〜９９重量％およびアセター
ル化度１０〜５０モル％のポリビニルアルコール系含水
ゲルからなる回分式排水処理用含水ゲル。【効果】本発明の回分式排水処理用含水ゲルを、回分
式排水処理に用いた場合には、簡単な設備で回分式排水
処理能力を向上させることができ、また長期間にわたっ
て使用する場合においても、含水ゲルの耐久性が高いこ
とから、工業的価値が高い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回分式排水処理用
含水ゲルおよびそれを用いた回分式排水処理方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、下水処理、産業排水処理、農業・
水産・食品関係の排水処理、生活排水処理、し尿処理に
は、好気性微生物を用いた標準活性汚泥法が用いられて
いる。しかし、標準活性汚泥法は、処理工程が長く、設
備自体も大がかりとなり、経済性および維持管理の点か
ら、中小規模の排水処理には不向きである。従って、中
小規模の排水処理には回分式活性汚泥法が検討されてい
る。

【０００３】回分式排水処理は活性汚泥法の変法であ
り、コンタクト・スタビリゼーション法、ハイレート
法、二段エアレーション法、ステップ・エアレーション
法、長期間エアレーション法、オキシデーション・デイ
ッチ法、アクティベーテッド・エアレーション法等に適
用できるものである。

【０００４】現在、検討されている回分式活性汚泥法は
排水の流入、撹拌・曝気、沈殿、放流工程を１サイクル
とし、そのすべての操作は一つの槽で連続的に繰り返さ
れる。流入工程では、槽下部に残った活性汚泥混合液に
排水を流入させる。この間、曝気や撹拌を行うことによ
って有機物の分解反応を進行させる。所定水量に達した
後、曝気・撹拌を停止する。沈殿工程では、静置状態で
活性汚泥を沈降させる。放流工程では、上澄水を処理水
として放流し、残った活性汚泥と処理水の一部は、次の
サイクルで使われる。

【０００５】一般に、回分式活性汚泥法は、（１）汚泥のバルキングが起こりにくい。（２）エアレーションの動力費を節減できる。（３）装置構成が単純であるため設備費、運転管理費と
もに安価である。（４）曝気槽容積を連続式より小さくできる。等の特長により、中小規模の排水でも、より良好、かつ
安定した処理水質を得やすい排水処理方法として見直さ
れるようになってきている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、活性汚泥浮遊
法による回分式排水処理には次のような問題があった。（１）活性汚泥と処理水の固液分離が容易でない。（２）活性汚泥の沈降に時間を要するため、処理槽内の
汚泥を高濃度にすることができない。（３）高負荷の排水処理を行うには限界がある。

【０００７】これらの課題を解決するために本発明者等
は、回分式処理に微生物固定化成形物を用いることによ
り、汚泥濃度を上げた状態で沈降時間を短縮することが
でき、これらの問題点を解決する方法を提案した（特開
平３−２４２２９２号）。この提案において微生物の固
定化担体として用いられるポリビニルアルコール（以下
ＰＶＡと略記する）ゲルは、微生物固定時の生菌数の多
い、高強度で、耐摩耗・損耗に優れた固定化担体であ
る。とくに、凍結によってゲル化したポリビニルアルコ
ールゲルは微生物が棲息できるような平均孔径数μｍ程
度の網目構造をもっているため微生物が棲息しやすく、
排水処理能力も高い。しかしながら、これは物理的な結
晶化によるゲルであり、その結晶化は不十分である。し
たがって、水中へのポリビニルアルコールの溶出が大き
く、水のＣＯＤが増加するという問題が生じる。また、
長期間使用しているとゲルが劣化しやすいという問題点
もあった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意検討した結果、含水率５０〜９９
重量％およびアセタール化度１０〜５０モル％のポリビ
ニルアルコール系含水ゲルからなる回分式排水処理用含
水ゲル；ならびに該含水ゲルを用いることを特徴とする
回分式排水処理方法を見出し、本発明を完成させるに至
った。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の、回分式排水処理
用含水ゲルおよび回分式排水処理方法について詳細に説
明する。本発明に用いるＰＶＡの平均重合度は１０００
以上が好ましく、１５００以上が特に好ましい。ＰＶＡ
の平均重合度の上限は特に制限はないが、２００００以
下が好ましく、１００００以下がより好ましく、５００
０以下が特に好ましい。ＰＶＡのケン化度は、９５モル
％以上が好ましく、特に９８モル％以上が好ましい。

【００１０】本発明の含水ゲルの含水率は、５０〜９９
重量％であることが必要であり、７０〜９９重量％が好
ましく、８０〜９９重量％がより好ましい。本発明の含
水ゲルは、微生物の棲息性の観点から、ゲル内部に平均
孔径（円径換算）０．５〜２０μｍの網目構造を有して
いることが好ましく、該平均孔径は１〜１０μｍがより
好ましい。このような網目構造は、ＰＶＡ水溶液を−５
℃以下で凍結させることにより得られる。すなわち、Ｐ
ＶＡ水溶液の凍結により、水が凍りＰＶＡの微結晶が生
成し、その結果、網目構造が形成される。ＰＶＡ水溶液
の濃度としては、ゲルの強度面からは高いほうが好まし
く、微生物の棲息性からは低いほうが好ましい。したが
って、ＰＶＡ水溶液の濃度は、１〜４０重量％が好まし
く、３〜２０重量％がより好ましい。また、網目構造を
強固にするために、凍結解凍を反復してもよいし、凍結
状態で減圧にして部分的に脱水してもよい。特に、アセ
タール化反応の前に、凍結解凍操作を行うことにより、
平均孔径が数μｍの網目構造を有する微生物の棲息に優
れた含水ゲルが得られる。

【００１１】ＰＶＡのアセタール化度としては１０〜５
０モル％が好ましく、２０〜４０モル％がより好まし
い。アセタール化度が低すぎると、耐水性が不十分であ
り、逆に、アセタール化度が高すぎると、ＰＶＡが疎水
化され、微生物の棲息性が低下したり、網目構造が崩壊
してしまうことがある。アセタール化反応は、凍結した
ままでもよいが、一旦解凍した後の方が好ましい。ＰＶ
Ａのアセタール化にはアルデヒド化合物を用いるが、そ
のアルデヒド化合物としては、グリオキザール、ホルム
アルデヒド、ベンズアルデヒド、スクシンアルデヒド、
マロンジアルデヒド、グルタルアルデヒド、アジピンア
ルデヒド、テレフタルアルデヒド、ノナンジアールなど
が挙げられる。本発明の含水ゲルにおいて、ＰＶＡのゲ
ル化を阻害しない範囲で、ＰＶＡ以外の公知の成分を添
加することができる。

【００１２】たとえば、ＰＶＡゲルを任意の形状に成形
するために、水溶性高分子多糖類を添加してもよい。具
体的には、アルギン酸のアルカリ金属塩、カラギーナ
ン、マンナン、キトサンなどの陽イオンとの接触によっ
てゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類が挙げられ
る。その場合、任意の形状に成形するために、カルシウ
ムイオン、マグネシウムイオン、ストロンチウムイオ
ン、バリウムイオンなどのアルカリ土類金属イオン、ア
ルミニウムイオン、ニッケルイオン、セリウムイオンな
どの多価金属イオン、カリウムイオン、アンモニウムイ
オンなどの水溶性高分子多糖類をゲル化させる陽イオン
に接触させてもよい。

【００１３】上記のＰＶＡ水溶液には微生物を混合して
もよいが、微生物はゲルを成形した後に付着させる方が
よい。微生物の種類は特に限定されるものではなく、細
菌、放線菌、カビ、酵母などのいずれでもよく、純粋培
養で得られたものでも混合培養で得られたものでも、活
性汚泥のようなものでもよい。微生物としては、たとえ
ば、ムコール(Muccor)属、フザリウム(Fusarium)属、ク
ラドツリックス(Cladothrix)属、スフェロチルス(sphae
rotilus)属、ズーグレア(Zooglea) 属、レプトミッス(L
eptomitus)属、アスペルギルス(Aspergillus) 属、リゾ
プス(Rhizopus)属、シュードモナス(Pseudomonas) 属、
アセトバクター(Acetobacter) 属、ストレプトマイセス
(Streptomyces)属、エシエリシア(Escherichia) 属、サ
ッカロマイセス(Saccharomyces)属、キャンディダ(cand
ida) 属などの微生物が挙げられ、イオウ細菌、メタン
菌、酪酸菌、乳酸菌、枯草菌、変形菌、不全菌、硝酸
菌、亜硝酸菌なども例示される。

【００１４】本発明の含水ゲルの形状は特に限定される
ものではなく、球状、繊維状、サイコロ状、フィルム
状、円筒状などの任意の形状を適宜適択することができ
るが、操作性および耐久性の観点からは球状が好まし
い。

【００１５】本発明の含水ゲルの回分式排水処理への利
用方法は、従来の回分式排水処理槽に、好ましくは最小
水量の５０分の１以上、２分の１以下の含水ゲルを投入
し、従来の浮遊法と同様の方法で運転することができる
が、ゲルへの微生物棲息性が高いため、処理槽内の微生
物濃度を高めることができるという特徴、および処理水
と微生物（微生物の棲息する含水ゲル）の分離が容易で
あるという特徴を生かして、曝気・撹拌工程および沈殿
工程に要する時間を短縮することができる。また、浮遊
法と含水ゲルの併用も可能である。

【００１６】本発明によると、回分式排水処理に有用な
微生物がアセタール化ポリビニルアルコール系含水ゲル
担体で増殖し、回分式排水処理効果は半永久的に持続す
る。また、含水ゲルからのＰＶＡの溶出が激減し、曝気
槽での泡立ちや、水のＣＯＤの上昇がなくなる。また、
含水ゲルの劣化も起こりにくく、含水ゲルの耐久性が向
上する。

【００１７】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的にに説明
するが、本発明はこれらの実施例により限定されるもの
ではない。なお、以下の実施例において特に断りのない
限り、「％」とは「重量％」を意味する。

【００１８】実施例１（株）クラレ製のＰＶＡ（平均重合度１７００、ケン化
度９９．８モル％）を４０℃の温水で約１時間洗浄後、
ＰＶＡ濃度が８％となるように、ＰＶＡに水を加え、オ
ートクレーブで１２１℃、３０分間処理しＰＶＡを溶解
した。これを厚さ５ｍｍとなるようにトレーに流延し、
−２０℃の冷凍庫で１２時間凍結させ、室温で解凍させ
ることにより、板状成形物を得た。この板状成形物を、
ホルムアルデヒド３０ｇ／リットル、硫酸２００ｇ／リ
ットル、硫酸ナトリウム１５０ｇ／リットルの４０℃の
水溶液に３０分間浸漬した後、水洗し、これを５ｍｍ角
に切断した。この含水ゲルは、アセタール化度１９モル
％および含水率９３％であった。この含水ゲルを走査型
電子顕微鏡で観察したところ、平均孔径が２〜８μｍの
網目構造をもっていた。

【００１９】この含水ゲルを用いて、図１に示す装置で
回分式排水処理を行った。この含水ゲル３．５ｋｇを２
５リットルの回分式処理槽に入れ、流入・撹拌・曝気３
時間、沈殿２時間、放流１時間を１サイクルとし、１日
４サイクルで運転した。最大水量２０リットル、最小水
量１２．５リットルとした。流入原水は、株式会社クラ
レ岡山工場（岡山県岡山市海岸通１丁目２番１号）の排
水処理槽へ流入する排水を適宜希釈して用いた。流入原
水および処理水の負荷はＴＯＣ測定装置（島津製作所
製、ＴＯＣ−５０００）により測定した。処理水の透視
度は、３０ｃｍの透視度計により測定した。ＢＯＤ容積
負荷は０．１ｋｇ／ｍ³・日から始め、処理水のＴＯＣ
を見ながら、随時、流入水の負荷を上げていった。２カ
月間運転を続け、ＢＯＤ容積負荷１０ｋｇ／ｍ³・日に
対し、処理水のＴＯＣを１０ｍｇ／ｌ以下にすることが
できた。処理水の透視度は３０ｃｍ以上であり、浮遊物
質が非常に少ないことを示している。さらに、流入・撹
拌・曝気３時間、沈殿０．５時間、放流０．５時間を１
サイクルとし、１日６サイクルで運転しても、上記のＢ
ＯＤ容積負荷１０ｋｇ／ｍ³・日の負荷に対し、処理水
ＴＯＣは１０ｍｇ／ｌ以下であった。この運転を４カ月
および８ケ月間続けた時の含水ゲルの体積保持率は、そ
れぞれ９７％および９６％で良好であった。

【００２０】比較例１株式会社クラレ岡山工場（岡山県岡山市海岸通１丁目２
番１号）の排水処理槽より採取した活性汚泥を調整し、
ＭＬＳＳ１０００ｍｇ／ｌとして、１２．５リットルを
２５リットルの回分式処理槽に入れ、流入・反応３時
間、沈殿２時間、放流１時間を１サイクルとし、１日４
サイクルで運転した。最大水量２０リットル、最小水量
１２．５リットルとした。流入水は実施例１と同一の排
水を適宜希釈して用いた。ＢＯＤ容積負荷は０．１ｋｇ
／ｍ³・日から始め、処理水のＴＯＣを見ながら、随
時、流入水の負荷を上げていった。２カ月間運転を続け
た結果、ＭＬＳＳは２０００ｍｇ／ｌまで増加し、ＢＯ
Ｄ容積負荷０．６ｋｇ／ｍ³・日まで高めたが、汚泥が
処理水中へ流出するため、槽内の汚泥濃度が上がらず、
負荷はこれ以上、上げることができなかった。処理水の
透視度は約１５ｃｍであり、浮遊物が多かった。

【００２１】比較例２実施例１と同様のＰＶＡ８％水溶液を厚さ５ｍｍとなる
ようにトレーに流延し、−２０℃の冷凍庫で１２時間凍
結させ、室温で解凍させることにより、板状成形物を得
た。この板状成形物を５ｍｍ角に切断した。この含水ゲ
ルは、アセタール化度０モル％および含水率９４％であ
った。この含水ゲルを走査型電子顕微鏡で観察したとこ
ろ、平均孔径が２〜８μｍの網目構造をもっていた。こ
の含水ゲルを用いて、実施例１と同様の回分式排水処理
テストを実施したところ、ＴＯＣ値および透明度は実施
例１と同等で回分式排水処理能力は良好であったが、こ
の運転を４ケ月間および８ケ月間続けた時の含水ゲルの
体積保持率はそれぞれ６６％および４３％で不良であっ
た。

【００２２】実施例２実施例１と同様のＰＶＡを４０℃の温水で約１時聞洗浄
後、ＰＶＡ濃度が１６％となるように、ＰＶＡに水を加
え、オートクレーブで１２１℃、３０分間処理し、ＰＶ
Ａを溶解した。この１６％ＰＶＡ水溶液５００ｇと２％
アルギン酸ナトリウム水溶液５００ｇを十分に混合し
た。この混合水溶液を先端に内径２ｍｍのノズルをとり
つけた内径３．２ｍｍのシリコンチューブを装着したロ
ーラーポンプにより５ミリリットル／分の速度で送液
し、スターラーで撹拌した濃度０．１モル／リットルの
塩化カルシウム水溶液に滴下した。滴下した液滴は塩化
カルシウム水溶液中で球状化して沈降した。この球状成
形物を塩化カルシウム水溶液と分離して水洗し、これを
トレーに入れ、−２０℃の冷凍庫で２４時間凍結し、室
温で解凍した。これを、ホルムアルデヒド３０ｇ／リッ
トル、硫酸２００ｇ／リットル、硫酸ナトリウム１５０
ｇ／リットルの４０℃の水溶液に６０分間浸漬した後、
水洗した。その結果、直径約５ｍｍの柔軟性に富んだ球
状の含水ゲルが得られた。この含水ゲルは、アセタール
化度３０モル％および含水率９２％であった。この含水
ゲルを走査型電子顕微鏡で観察したところ、平均孔径が
２〜８μｍの網目構造をもっていた。この含水ゲルを用
いて、実施例１と同様の回分式排水処理テストを実施し
たところ、ＴＯＣ値および透明度は実施例１と同等で回
分式排水処理能力は良好であり、この運転を４ケ月間お
よび８ケ月間続けた時の含水ゲルの体積保持率はそれぞ
れ９８％および９９％で良好であった。

【００２３】比較例３実施例１と同様のＰＶＡを４０℃の温水で約１時間洗浄
後、ＰＶＡ濃度が１６％となるように、ＰＶＡに水を加
え、オートクレーブで１２１℃、３０分間処理し、ＰＶ
Ａを溶解した。この１６％ＰＶＡ水溶液５００ｇと２％
アルギン酸ナトリウム水溶液５００ｇを十分に混合し
た。この混合水溶液を先端に内径２ｍｍのノズルをとり
つけた内径３．２ｍｍのシリコンチューブを装着したロ
ーラーポンプにより５ミリリットル／分の速度で送液
し、スターラーで撹拌した濃度０．１モル／リットルの
塩化カルシウム水溶液に滴下した。滴下した液滴は塩化
カルシウム水溶液中で球状化して沈降した。この球状成
形物を塩化カルシウム水溶液と分離して水洗し、これを
トレーに入れ、−２０℃の冷凍庫で２４時間凍結し、室
温で解凍した。その結果、直径約５ｍｍの柔軟性に富ん
だ球状の含水ゲルが得られた。この含水ゲルは、アセタ
ール化度０モル％および含水率９４％であった。この含
水ゲルを走査型電子顕微鏡で観察したところ、平均孔径
が２〜８μｍの網目構造をもっていた。この含水ゲルを
用いて、実施例１と同様の回分式排水処理テストを実施
したところ、ＴＯＣ値および透明度は実施例１と同等で
回分式排水処理能力は良好であったが、この運転を４ケ
月間および８ケ月間続けた時の含水ゲルの体積保持率は
それぞれ７０％および５０％で不良であった。

【００２４】

【発明の効果】上記の実施例からも明らかなとおり、本
発明の回分式排水処理用含水ゲルを、回分式排水処理に
用いた場合には、簡単な設備で回分式排水処理能力を向
上させることができ、また長期間にわたって使用する場
合においても、含水ゲルの耐久性が高いことから、工業
的価値が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１において用いた回分式排水処理設備で
ある。

【符号の説明】

１・・・回分式処理槽２・・・流入原水供給槽３・・・流入ポンプ４・・・エアーポンプ５・・・散気管６・・・電磁弁７・・・タイマー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】含水率５０〜９９重量％およびアセター
ル化度１０〜５０モル％のポリビニルアルコール系含水
ゲルからなる回分式排水処理用含水ゲル。
【請求項２】ポリビニルアルコール系含水ゲルがその
内部に平均孔径０．５〜２０μｍの網目構造を有する請
求項１記載の回分式排水処理用含水ゲル。
【請求項３】請求項１または２記載の含水ゲルを用い
ることを特徴とする回分式排水処理方法。