JP6635541B2

JP6635541B2 - 微生物保持用担体、汚水の処理方法、並びに、汚水処理システム

Info

Publication number: JP6635541B2
Application number: JP2015080246A
Authority: JP
Inventors: 悟黒住; 克則清水
Original assignee: Sekisui Aqua Systems Co Ltd
Current assignee: Sekisui Aqua Systems Co Ltd
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2015-04-09
Publication date: 2020-01-29
Anticipated expiration: 2035-04-09
Also published as: JP2016198716A; CN106045019B; CN106045019A

Description

本発明は、微生物保持用担体、汚水の処理方法、並びに、汚水処理システムに関し、さらに詳細には、汚水の接触酸化処理に用いる微生物保持用担体、当該微生物保持用担体を用いた汚水の処理方法、並びに当該微生物保持用担体を包含する汚水処理システムに関する。

汚水処理の方法として生物学的処理が広く行われている。例えば、回転円板（例えば特許文献１〜３）や流動担体（例えば特許文献４）を用いた接触酸化法による生物学的処理が行われている。接触酸化法は、生物汚泥濃度の管理が不要であり、また微生物保持量が高いので高効率で汚水を処理できるという特長を有している。

上記生物学的処理においては、回転円板や流動担体等の担体上に微生物を安定的に保持させることが求められる。すなわち、微生物の脱落をできるだけ抑えて高い微生物密度を保つことにより、汚水の処理効率を高めることができる。また上記生物学的処理においては、微生物に対して酸素を十分に供給する必要がある。例えば回転円板法の場合には、微生物を保持させた回転円板を回転させて水面に衝突させることにより、酸素溶解量が増大し、十分な酸素供給が図られる。流動担体法の場合は、通気攪拌を行うことにより酸素溶解量が増大し、十分な酸素供給が図られる。

特開平６−９９１８４号公報特開２０００−１５３２８８号公報中国実用新案第２０２５４２９３８号明細書特開２００２−１９９８７９号公報

しかし、上記した酸素を供給するための操作は、担体上の微生物に物理的ストレスを与える。例えば回転円板法の場合は、円板の回転速度を上げたり、微生物保持面に凹凸を設ける等の方策によって、酸素溶解量を増大させることができる。ところが、これらの方策は微生物と水面との激しい衝突を生じさせ、微生物に高い物理的ストレスを与えてしまう。その結果、回転円板から微生物が剥離してしまい、処理効率の低下を招くおそれがある。流動担体法の場合も同様であり、通気攪拌を激しく行うと、微生物に高い物理的ストレスを与え、流動担体から微生物が剥離してしまうおそれがある。このように、処理効率を上げるために回転円板の回転速度を上げたり、流動担体への通気攪拌を激しく行おうとしても、制限があるのが実情である。したがって、微生物の保持性能により優れた微生物保持用担体の開発が望まれている。

そこで本発明は、微生物の保持性能により優れた微生物保持用担体を提供するとともに、当該微生物保持用担体を用いた汚水の処理技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの様相は、汚水の接触酸化処理に用いる微生物保持用担体であって、前記微生物保持用担体は、ポリオレフィンを主要な樹脂基材とし、平均形状が粒状の炭酸カルシウムを５〜１５重量％含有することを特徴とする微生物保持用担体である。

本様相は汚水の接触酸化処理に用いる微生物保持用担体に係るものである。本様相の微生物保持用担体は、微生物の保持性能に優れるので、微生物が安定的に保持される。そのため、十分な酸素供給を実現すべく微生物保持用担体に高い物理的ストレスを与える操作を行っても、微生物の脱落が抑えられる。すなわち、本様相の微生物保持用担体を用いることにより、汚水の接触酸化処理において、十分な酸素供給を実現することができ、より高効率かつ安定した汚水処理が可能となる。

ここでいう「平均形状」とは、散乱光方式のパーティクルカウンターを用いて検体粒子を無作為の方向から粒径測定することで得られた粒度分布の中央値±２０ｎｍの範囲を指す。また「粒状」とは、粒度分布の中央値±２０ｎｍの範囲に含まれる粒子数が検体全粒子数の７０％以上であることを指す。

好ましくは、前記炭酸カルシウムの平均粒径が７０〜９０ｎｍである。

ここでいう「平均粒径」は、散乱光方式のパーティクルカウンターにより測定した値である。なお、平均粒径の値は、測定精度を考慮して±１０％程度の幅を有するものとする。

好ましくは、前記ポリオレフィンは、ポリエチレン又はポリプロピレンである。

好ましくは、前記微生物保持用担体は、流動担体である。

好ましくは、前記微生物保持用担体は、回転円板である。

本発明の他の様相は、上記の微生物保持用担体を用いる汚水の処理方法であって、微生物を保持させた前記微生物保持用担体に汚水を接触させ、前記汚水を酸化処理することを特徴とする汚水の処理方法である。

本様相の汚水の処理方法によれば、微生物保持用担体に保持された微生物の脱落が抑えられるので、接触酸化処理による汚水処理を高効率かつ安定的に行うことができる。

好ましくは、前記微生物保持用担体が流動担体であり、前記流動担体を旋回させるための曝気強度が３〜６ｍ³／ｍ³・時間である。

好ましくは、前記微生物保持用担体が回転円板であり、前記回転円板の回転速度が周速１５〜３０ｍ／分である。

本発明の他の様相は、上記の微生物保持用担体と、汚水が処理される汚水処理槽と、を備え、前記汚水処理槽内で前記微生物保持用担体と汚水とを接触させることが可能であることを特徴とする汚水処理システムである。

好ましくは、汚水原水が導入される調整槽をさらに備え、接触酸化処理すべき汚水が前記調整槽から流出して前記汚水処理槽に導入されるものである。

好ましくは、前記調整槽に導入される汚水原水の日間平均全有機炭素濃度に対して、調整槽から流出する汚水の全有機炭素濃度を−３０％〜＋３０％に調整し、かつ調整槽における汚水原水の滞留時間を８時間以上にすることが可能である。

好ましくは、前記調整槽と前記汚水処理槽との間にｐＨ調整槽をさらに備え、当該ｐＨ調整槽において、前記調整槽から流出した汚水のｐＨを５．０〜９．０に調整することが可能である。

好ましくは、汚水処理槽から流出する接触酸化処理水を固液分離するための沈殿槽をさらに備える。

好ましくは、前記沈殿槽から流出する沈殿槽処理水に存在する単位体積あたりの固形成分量を、前記沈殿槽に流入する接触酸化処理水に存在する単位体積あたりの固形成分量の１５％以下にすることが可能である。

本発明によれば、汚水の接触酸化処理を高効率でかつ安定して行うことができる。

微生物保持性能の試験結果を表すグラフであり、（ａ）は基材樹脂としてポリエチレンを用いた場合、（ｂ）は基材樹脂としてポリプロピレンを用いた場合を示す。水質浄化性能の試験結果を表すグラフであり、（ａ）は基材樹脂としてポリエチレンを用いた場合、（ｂ）は基材樹脂としてポリプロピレンを用いた場合を示す。流動担体を用いた場合の曝気強度の検討結果を表すグラフである。回転円板を用いた場合の周速の検討結果を表すグラフである。負荷変動に対する耐性評価の結果を表すグラフであり、（ａ）は高負荷条件の場合、（ｂ）は低負荷条件の場合を示す。

本発明の微生物保持用担体は、汚水の接触酸化処理に用いる微生物保持用担体であって、ポリオレフィンを主要な樹脂基材とし、平均形状が粒状の炭酸カルシウムを５〜１５重量％含有するものである。

本発明において「ポリオレフィンを主要な樹脂基材とする」とは、上記微生物保持用担体を構成する樹脂材料の全重量に対して、ポリオレフィンを５０重量％以上含有することを指す。ポリオレフィンの当該含有量は、好ましくは７５重量％以上、より好ましくは９０重量％以上、特に好ましくは９５〜１００重量％である。

上記ポリオレフィンとしては特に限定はなく、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、及びこれらの複合体などの公知のものを採用することができる。好ましくは、ポリエチレン又はポリプロピレンが用いられる。

上記炭酸カルシウムは、平均形状が粒状のものである。上記したように、平均形状とは散乱光方式のパーティクルカウンターを用いて検体粒子を無作為の方向から粒径測定することで得られた粒度分布の中央値±２０nmの範囲を指し、「粒状」とは、粒度分布の中央値±２０nmの範囲に含まれる検体粒子数が検体全粒子数の７０％以上であることを指す。

上記炭酸カルシウムの含有量は５〜１５重量％であり、より好ましくは７〜１５重量％、特に好ましくは１０〜１５重量％である。炭酸カルシウムの含有量が１５重量％を超えると、微生物保持性能が低下するので好ましくない。一方、炭酸カルシウムの含有量が５重量％未満であると、物性（強度）及びコストの点で不利となる。

上記炭酸カルシウムの平均粒径としては特に限定はないが、好ましくは７０〜９０ｎｍ、より好ましくは７５〜８５ｎｍ、特に好ましくは８０ｎｍである。上記したように、ここでいう「平均粒径」は散乱光方式のパーティクルカウンターにより測定した値である。また、ここに示した平均粒径の値は、±１０％程度の幅を有するものとする。

１つの好ましい実施形態では、微生物保持用担体が回転円板である。回転円板の具体的な形状、構造、サイズ等については、公知のものをそのまま採用することができる。例えば、上記特許文献１〜３に記載の回転円板の形状等を採用することができる。

別の好ましい実施形態では、微生物保持用担体が流動担体である。流動担体の具体的な形状、構造、サイズ等については、公知のものをそのまま採用することができる。例えば、上記特許文献４に記載の流動担体の形状等を採用することができる。

本発明の微生物保持用担体には、微生物の保持性能を損なわない範囲で、他の成分をさらに含有させてもよい。他の成分としては、炭酸カルシウム以外の無機フィラー、例えばシリカ、ゼオライト、カオリン、あるいは繊維状のグラス繊維、炭素繊維等の各種ファイバーを含有させてもよい。

本発明の汚水の処理方法では、微生物を保持させた上記の微生物保持用担体に汚水を接触させ、汚水を酸化処理する。微生物保持用担体に汚水を接触させる際の条件としては特に限定はないが、本発明の微生物保持用担体は微生物保持性能に優れるので、十分な酸素供給を実現すべく物理的ストレスが高い操作を行っても、微生物の剥離が抑えられる。
例えば、微生物保持用担体が流動担体である場合には、流動担体を旋回させるための曝気強度を従来技術よりも高く設定することができる。例えば、３〜６ｍ³／ｍ³・時間、より好ましくは４〜６ｍ³／ｍ³・時間、さらに好ましくは５〜６ｍ³／ｍ³・時間、という高い曝気強度を採用することができる。
微生物保持用担体が回転円板である場合には、回転円板の回転速度を従来技術より高く設定することができる。例えば、周速１５〜３０ｍ／分、より好ましくは２０〜３０ｍ／分、という高い回転速度を採用することができる。

本発明の汚水処理システムは、上記の微生物保持用担体と、汚水が処理される汚水処理槽とを備え、汚水処理槽内で微生物保持用担体と汚水とを接触させることが可能であることを特徴とするものである。

本発明の汚水処理システムを用いて、汚水処理槽内で、微生物を保持させた微生物保持用担体と汚水とを接触させることができる。例えば、汚水処理槽内に微生物を保持させた回転円板を設置し、回転円板法による汚水の接触酸化処理を行うことができる。また、汚水処理槽内に微生物を保持させた流動担体を設置し、汚水内で流動させることによって流動担体法による汚水の接触酸化処理を行うことができる。

好ましい実施形態では、汚水原水が導入される調整槽、汚水のｐＨを調整するｐＨ調整槽、接触酸化処理後の汚水（接触酸化処理水）を固液分離するための沈殿槽をさらに備える。例えば、調整槽、ｐＨ調整槽、汚水処理槽、及び沈殿槽をこの順番に設ける。まず汚水原水を調整槽に導入し、汚水の濃度等を調整する。次に、ｐＨ調整槽において汚水のｐＨを調整する。そして、調整後の汚水をｐＨ調整槽から汚水処理槽に導入して接触酸化処理を行う。最後に、接触酸化処理水を沈殿槽に導入し、固液分離を行う構成とすることができる。調整槽、ｐＨ調整槽、及び沈殿槽については、これら全てを備えた構成としてもよいし、これらの一部のみを備えた構成としてもよい。

上記調整槽においては、汚水原水が受け入れられ、汚水原水濃度の均一化や汚水処理槽への汚水導入量の調整が行われる。好ましい実施形態では、調整槽における汚水原水の滞留時間を８時間以上、より好ましくは１２時間以上とし、かつ調整槽に導入される汚水原水の日間平均全有機炭素（ＴＯＣ）濃度に対して、調整槽からの流出する汚水の全有機炭素濃度を−３０％〜＋３０％、より好ましくは−１５％〜＋１５％に調整する。
ｐＨ調整槽においては、濃度等が調整された汚水のｐＨを５．０〜９．０、より好ましくは６．０〜８．０に調整する。

上記沈殿槽において、接触酸化処理後の汚水（接触酸化処理水）を固液分離する。好ましい実施形態では、沈殿槽から流出する処理水（沈殿槽処理水）に存在する単位体積あたりの固形成分量を、沈殿槽に流入する接触酸化処理水に存在する単位体積あたりの固形成分量の１５％以下、より好ましくは１０％以下となるようにする。換言すれば、沈殿槽における固形成分の除去率を８５％以上、より好ましくは９０％以上となるようにする。

以下、実施例をもって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

１．炭酸カルシウム含有量の検討
基材樹脂としてポリエチレン又はポリプロピレンを用い、炭酸カルシウムを、樹脂組成物全体に対する含有量が５重量％（条件１）、１０重量％（条件２）、１５重量％（条件３）、２０重量％（条件４）、２５重量％（条件５）、３０重量％（条件６）、３５重量％（条件７）、又は４０重量％（条件８）となるように添加して、計１６種の樹脂組成物（樹脂材料）を調製した。各樹脂組成物を成形して１６種の回転円板を作製した。各回転円板について、微生物保持性能と水質浄化性能を検証した。

基材樹脂がポリプロピレンの場合には、特開２０００−１５３２８８号公報に記載の構成からなる回転円板を作製した。詳細には、立体格子状である直径１．２ｍのポリプロプレン製円板体を複数用い、隣り合う円板同士を嵌合および連結ボルトを用いた係合により固定して、円板体表面積が２１０ｍ²の回転円板ブロックを作製した。容量１．９６ｍ³の水槽に前記回転円板ブロックの約４０％が浸漬する回転円板装置を作製し、以下の試験に用いた。

基材樹脂がポリエチレンの場合には、特開平６−９９１８４号公報に記載の構成からなる回転円板を作製した。詳細には、凹凸のある直径２．０ｍのポリエチレン製円板体を複数用い、これらを熱融着により一体化して、円板体表面積が２０７ｍ²の回転円板ブロックを作製した。容量１．９６ｍ³の水槽に前記回転円板ブロックの約４０％が浸漬する回転円板装置を作製し、以下の試験に用いた。

微生物保持性能の試験としては、上記の回転円板装置を用いて、円板体表面積および流入負荷とも同条件で排水処理実験を行い、円板体の表面積あたりに付着する微生物乾燥重量（ｇ−ＤＳ／ｍ²）を比較した。流入原水のＴＯＣ濃度は、いずれも８００ｍｇ／Ｌとした。また水質浄化性能の試験として、各条件における処理水の水質（ＴＯＣ濃度）を比較した。

図１に微生物保持性能の試験結果を示す。図１（ａ）は基材樹脂としてポリエチレンを用いた場合、図１（ｂ）は基材樹脂としてポリプロピレンを用いた場合である。いずれの基材樹脂を用いた場合でも、炭酸カルシウムの含有量が５重量％（条件１）、１０重量％（条件２）、１５重量％（条件３）のときに特に高い微生物保持性能が得られた。

図２に水質浄化性能の試験結果を示す。図２（ａ）は基材樹脂としてポリエチレンを用いた場合、図２（ｂ）は基材樹脂としてポリプロピレンを用いた場合である。グラフ中の棒は処理後のＴＯＣ濃度（ｍｇ／Ｌ）、折れ線はＴＯＣ除去率（％）である。いずれの基材樹脂を用いた場合でも、炭酸カルシウムの含有量が５重量％（条件１）、１０重量％（条件２）、１５重量％（条件３）のときに特に高い水質浄化性能が得られた。

２．流動担体を用いた場合の曝気強度検討
樹脂基材としてポリエチレンを用い、炭酸カルシウムの含有量を１５重量％（条件３）として樹脂組成物を調製した。この樹脂組成物を用いて一辺１ｃｍの立方体形状に発泡成形した流動担体（比重０．９９ｇ／ｃｍ³、比表面積３０００ｍ²／ｍ³）を作製した。この流動担体に微生物を保持させ、汚水処理用の流動担体とした。
この流動担体に汚水を接触させ、曝気強度を１、２、３、４、５、又は６ｍ³／ｍ³・ｈとして汚水処理を行った。処理用水槽の容量は１００Ｌ、担体の充填率は処理用水槽の容積に対して２０％、流入原水のＴＯＣ濃度は４２０ｍｇ／Ｌとし、処理前後の汚水についてＴＯＣ濃度を測定した。
図３に結果を示す。グラフ中の棒は処理後のＴＯＣ濃度（ｍｇ／Ｌ）、折れ線はＴＯＣ除去率（％）である。すなわち、曝気強度が４〜６ｍ³／ｍ³・ｈの場合に特に高い水質浄化性能が得られた。

３．回転円板を用いた場合の周速検討
上記１において、樹脂基材としてポリプロピレンを用い、炭酸カルシウムの含有量を１５重量％（条件３）とした場合と同様の回転円板装置を作製した。この装置の回転円板にＴＯＣ濃度１２００ｍｇ／Ｌの汚水を流入させることで微生物を保持させ、汚水処理用の回転円板とした。回転円板の周速を１０、１５、２０、２５、又は３０ｍ／分として汚水処理を行い、処理前後の汚水について、ＴＯＣ濃度を測定した。
図４に結果を示す。グラフ中の棒は処理後のＴＯＣ濃度（ｍｇ／Ｌ）、折れ線はＴＯＣ除去率（％）である。すなわち、周速が１５〜３０ｍ／分の場合に特に高い水質浄化性能が得られた。

４．負荷変動に対する耐性評価
上記１において、樹脂基材としてポリプロピレンを用い、炭酸カルシウムの含有量を１５重量％（条件３）とした場合と同様の回転円板装置を作製した。この装置を用いて、汚水処理槽への流入ＴＯＣ濃度が異なる２つ条件（高負荷条件と低負荷条件）を交互に５回繰り返して汚水処理を行い（ｒｕｎ１〜１０）、負荷変動に対する耐性を評価した（実施例）。汚水処理システムの構成として、調整槽、汚水処理槽（回転円板を含む）、及び沈殿槽が直列に連結された構成を採用した。
比較例として、炭酸カルシウム含有量が４０重量％（条件８）のポリプロピレン製回転円板を用いて同様の評価を行った。

（汚水処理システムの仕様）
・調整槽での滞留時間：１２時間
・汚水処理槽への設計流入ＴＯＣ：８００ｍｇ／Ｌ
・汚水処理槽への流入汚水ｐＨ：６．０〜８．０
・回転円板の周速：１８ｍ／分
・沈殿槽の面積負荷：２０ｍ³／ｍ²・日

結果を図５と表１に示す。図５はＴＯＣ除去率の変化を表すグラフであり、（ａ）は高負荷条件（ｒｕｎ１、３、５、７、９）、（ｂ）は低負荷条件（ｒｕｎ２、４、６、８、１０）の場合を示す。すなわち、実施例の回転円板を用いた場合は、高負荷運転と低負荷運転を５回繰り返しても水質浄化性能の低下は認められなかった。これに対し、比較例の回転円板を用いた場合は、高負荷運転２回目（ｒｕｎ３）から水質浄化性能の低下が認められた。

Claims

汚水の接触酸化処理に用いる微生物保持用担体であって、
前記微生物保持用担体は、ポリオレフィンを主要な樹脂基材とし、平均形状が粒状の炭酸カルシウムを５〜１５重量％含有し、前記微生物保持用担体が回転円板であることを特徴とする微生物保持用担体。
前記炭酸カルシウムの平均粒径が７０〜９０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の微生物保持用担体。
前記ポリオレフィンは、ポリエチレン又はポリプロピレンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の微生物保持用担体。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の微生物保持用担体を用いる汚水の処理方法であって、微生物を保持させた前記微生物保持用担体に汚水を接触させ、前記汚水を酸化処理することを特徴とする汚水の処理方法。
前記回転円板の回転速度が周速１５〜３０ｍ／分であることを特徴とする請求項４に記載の汚水の処理方法。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の微生物保持用担体と、
汚水が処理される汚水処理槽と、を備え、
前記汚水処理槽内で前記微生物保持用担体と汚水とを接触させることが可能であることを特徴とする汚水処理システム。
汚水原水が導入される調整槽をさらに備え、接触酸化処理すべき汚水が前記調整槽から流出して前記汚水処理槽に導入されるものであることを特徴とする請求項６に記載の汚水処理システム。
前記調整槽に導入される汚水原水の日間平均全有機炭素濃度に対して、調整槽から流出する汚水の全有機炭素濃度を−３０％〜＋３０％に調整し、かつ調整槽における汚水原水の滞留時間を８時間以上にすることが可能であることを特徴とする請求項７に記載の汚水処理システム。
前記調整槽と前記汚水処理槽との間にｐＨ調整槽をさらに備え、当該ｐＨ調整槽において、前記調整槽から流出した汚水のｐＨを５．０〜９．０に調整することが可能であることを特徴とする請求項７又は８に記載の汚水処理システム。
汚水処理槽から流出する接触酸化処理水を固液分離するための沈殿槽をさらに備えることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の汚水処理システム。
前記沈殿槽から流出する沈殿槽処理水に存在する単位体積あたりの固形成分量を、前記沈殿槽に流入する接触酸化処理水に存在する単位体積あたりの固形成分量の１５％以下にすることが可能であることを特徴とする請求項１０に記載の汚水処理システム。