(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硝化細菌を含有する活性汚泥を、固定化剤と混合して原材料を調製し、該原材料を重合してゲル化することにより前記硝化細菌を前記固定化剤内に包括固定化する硝化細菌の包括固定化方法において、
硝化活性度を前記活性汚泥全体の呼吸速度に対する前記活性汚泥中の硝化細菌の呼吸速度の百分率で示した場合に、
前記包括固定化される前の活性汚泥中の硝化細菌の前記硝化活性度を２０〜６０％の範囲に設定することを特徴とする硝化細菌の包括固定化方法。
【請求項２】
前記硝化活性度が前記６０％を越える場合には、硝化活性度の低い別の活性汚泥を混合して硝化活性度を前記２０〜６０％に調整することを特徴とする請求項１の硝化細菌の包括固定化方法。
【請求項３】
硝化活性度を活性汚泥全体の呼吸速度に対する活性汚泥中の硝化細菌の呼吸速度の百分率で示した場合に、
前記活性汚泥中の硝化細菌の前記硝化活性度を２０〜６０％の範囲に設定した活性汚泥を、固定化剤と混合して原材料を調製し、該原材料を重合してゲル化して得られることを特徴とする硝化細菌の包括固定化担体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硝化細菌の包括固定化方法及びその担体に係り、特に包括固定化担体の活性度と担体強度の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃水処理に用いられる活性汚泥中には硝化細菌が存在し、この硝化細菌と廃水中のアンモニア性窒素とが生物的に反応することにより硝化処理が行なわれる。しかし、この硝化細菌は脱窒細菌等の他の細菌に比べて増殖速度が遅く、特に冬場の低水温時期に細菌数が少なくなり、硝化性能が著しく低下する。
【０００３】
このことから、硝化細菌を含む活性汚泥を担体の表面や内部に固定化して硝化細菌を高濃度化し、これにより硝化性能を改善することが行なわれている。
硝化細菌の固定化を大別すると付着型と包括型があり、付着型は硝化細菌を含む活性汚泥を担体表面に自然付着させる方法である。一方、包括型は硝化細菌を含む活性汚泥を担体の内部に保持する方法であり、この２種類の固定化を比較すると、包括型は付着型よりも硝化細菌の活性の立ち上がりが速く、活性の安定性にも優れている。
【０００４】
ところで、硝化細菌を包括固定化する際に使用される固定化剤や重合開始剤は、微生物の活性度に阻害作用を及ぼすことは以前より知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、硝化細菌を包括固定化する際の固定化剤や重合開始剤を同じにしても包括固定化された硝化細菌の活性度や担体強度が悪い場合があるという欠点がある。従って、廃水処理に使用する包括固定化担体のロットによって廃水の処理性能にバラツキが生じてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みて成されたもので、硝化細菌の活性度と担体強度を高め、且つ安定した品質の包括固定化担体を製造することのできる硝化細菌の包括固定化方法及びその担体を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、硝化細菌を含有する活性汚泥を、固定化剤と混合して原材料を調製し、該原材料を重合してゲル化することにより前記硝化細菌を前記固定化剤内に包括固定化する硝化細菌の包括固定化方法において、硝化活性度を活性汚泥全体の呼吸速度に対する活性汚泥中の硝化細菌の呼吸速度の百分率で示した場合に、前記包括固定化される前の活性汚泥中の硝化細菌の前記硝化活性度を２０〜６０％の範囲に設定することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は前記目的を達成するために、硝化活性度を活性汚泥全体の呼吸速度に対する活性汚泥中の硝化細菌の呼吸速度の百分率で示した場合に、前記活性汚泥中の硝化細菌の前記硝化活性度を２０〜６０％の範囲に設定した活性汚泥を、固定化剤と混合して原材料を調製し、該原材料を重合してゲル化して得られることを特徴とする。本発明によれば、包括固定化される前の活性汚泥中の硝化細菌の硝化活性度を所定範囲に設定するようにしたので、包括固定化された後の硝化細菌の硝化活性と担体強度を高め、且つ品質が一定な包括固定化担体を作成することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る硝化細菌の包括固定化方法及びその担体の好ましい実施の形態について詳説する。
硝化細菌の硝化活性と担体強度の高い包括固定化担体を作成するには、包括固定化操作において重合反応を速やかに、且つ確実に進行させる必要がある。本発明の発明者等は、この重合反応の速度が包括固定化操作を行う前の活性汚泥中の硝化細菌の馴養度合いを示す指標である硝化細菌の硝化活性度により大きな影響を受けることを発見した。
【００１０】
本発明は、この知見に基づいてなされたものであり、本発明の硝化細菌の包括固定化方法及びその担体は、包括固定化前における活性汚泥中の硝化細菌の硝化活性度に着目し、その硝化活性度を所定範囲に設定するようにしたものであり、より具体的には、硝化活性度が１０〜７０％、好ましくは２０〜６０％に設定するように構成される。
【００１１】
上記構成において、硝化活性度が１０〜７０％、好ましくは２０〜６０％に設定された活性汚泥は、下水処理場の標準活性汚泥の中から選別してもよく、或いは前記硝化活性度のものを実験室にて調製することもできる。
次に、本発明の包括固定化方法及び担体を上記の如く構成した理論的な根拠について説明する。
【００１２】
先ず、活性汚泥中の硝化細菌の硝化活性度を判定する方法について説明する。活性汚泥の硝化活性度は、アンモニア性窒素が十分に存在する状態、例えばＮＨ4 −Ｎ濃度が５ｍｇ／ｌ程度の状態での活性汚泥全体の呼吸活性に対する活性汚泥中の硝化細菌の呼吸活性で示した。ここでは、呼吸活性として、酸素利用速度を測定し、硝化細菌の酸素利用速度はアリルチオ尿素を５ｍｇ／ｌ添加した状態での酸素利用速度を活性汚泥全体の酸素利用速度から引いて求めた。即ち、硝化活性度（Ａ）は次式で表すことができる。
【００１３】
【数１】
0003687292.tif 000002
Ｂ：活性汚泥全体の酸素利用速度
Ｃ：活性汚泥中の硝化細菌の酸素利用速度
Ｄ：アリルチオ尿素を５ｍｇ／ｌ添加による酸素利用速度
尚、本実施の形態では、活性汚泥中の硝化細菌の硝化活性度を呼吸速度から導くようにしたが、特にこの判定法に限るものではない。例えば、活性汚泥全体の菌数に対する活性汚泥中の硝化細菌の菌数を指標とすることでも可能である。要は活性汚泥中の硝化細菌の馴養度合いを判定できれば良い。
【００１４】
次に、包括固定化を行う前の活性汚泥中の硝化細菌の馴養度合いと重合反応の速度との関係を説明する。
図１は、下水処理場の標準活性汚泥処理施設から採取した活性汚泥であり、活性汚泥の硝化活性度が４０％のもの（サンプルＡと称す）を、固定化剤と混合して原材料を調製し、該原材料を重合してゲル化することにより硝化細菌を固定化剤内に包括固定化したものである。一方、図２は、前記活性汚泥をアンモニア性窒素（ＮＨ4 −Ｎ）濃度が３０ｍｇ／ｌの無機合成廃水で馴養して活性汚泥の硝化活性度を９０％にしたもの（サンプルＢと称す）を同様に包括固定化したものである。また、コントロールサンプルとして、活性汚泥を全く混合しないで固定化剤のみを重合した場合について行った。
【００１５】
この時の包括固定化の条件は、固定化剤として、アクリルアミドとメチレンビスアクリルアミドの混合溶液を使用し、各固定化剤の濃度を、製造される担体体積当たりの重量％にしてアクリルアミドを１５％、メチレンビスアクリルアミドを１％の割合で混合した。重合開始剤としては、過硫酸カリウムを使用した。
そして、包括固定化操作を行った場合の、重合反応の速度を、固定化剤の重合反応に伴う温度上昇がピークになるまでの時間を比較した。
【００１６】
その結果、図１に示すように、硝化活性度が４０％のサンプルＡの活性汚泥を用いた場合には、活性汚泥の濃度を高めるに従ってピーク時間が短くなった。即ち、コントロールサンプル（図中ａ）のピーク温度までの重合時間が約６分であるのに対し、活性汚泥濃度が１２０００ｍｇ／ｌ（図中ｂ）の時のピーク時間は約４分、活性汚泥濃度が３３０００ｍｇ／ｌ（図中ｃ）の時のピーク時間は約１．５分であった。
【００１７】
一方、図２から分かるように、硝化活性度が９０％のサンプルＢの活性汚泥を用いた場合には、活性汚泥の濃度を高めると、逆にピーク温度までの重合時間がコントロールサンプル（図中ｄ）よりも長くなった。即ち、コントロールサンプル（図中ｄ）のピーク温度までの重合時間が約６分であるのに対し、活性汚泥濃度が１００００ｍｇ／ｌ（図中ｅ）の時のピーク時間は約６．５分、活性汚泥濃度が２４０００ｍｇ／ｌ（図中ｆ）の時のピーク時間は約８分であった。
【００１８】
このことは、活性汚泥中の硝化細菌の馴養度合い、即ち活性汚泥の硝化活性度により、固定化剤の重合反応が促進される場合と促進されない場合があることを意味する。
そこで、活性汚泥の硝化活性度を変化させた場合に、硝化細菌の活性度と担体の物理的強度がどのように推移するかを調べた。
【００１９】
下水処理場の標準活性汚泥処理施設から硝化活性度の異なる活性汚泥を採取すると共に、採取した活性汚泥をアンモニア無機合成廃水で馴養することにより、硝化活性度が８％〜９５％の範囲の活性汚泥を調整し、これらを包括固定化操作に供した。
この時の包括固定化の条件は、固定化剤として、ポリエチレングリコールプレポリマーを用い、固定化剤の濃度を、製造される担体体積当たりの重量％にしてポリエチレングリコールプレポリ２を１５％とし、活性汚泥濃度で１５０００ｍｇ／ｌになるように調整した。
【００２０】
図３は、包括固定化前の活性汚泥の硝化活性度と、包括固定化操作により得られた包括固定化担体における硝化細菌の活性及び担体強度との関係を示したものである。硝化細菌の活性は、包括固定化前の硝化活性に対する包括固定化後の硝化活性の比である活性残存率で示した。また、担体の物理的強度は、担体を圧縮した時に担体が破壊するまでの圧縮強度（ｋｇ／ｃｍ2 ）で示した。
【００２１】
図３において、□−□の曲線は活性残存率を示し、■−■は担体の圧縮強度を示す。図３から分かるように、硝化活性度を大きくしていくに従って活性残存率も大きくなり、硝化活性度が２０％から６０％の範囲でほぼ安定し、再び低下する傾向があり、硝化活性度が１０％未満、または７０％を越えると活性残存率の低下度合いが大きくなる。硝化活性度が７０％を越えると、固定化剤の重合時間が長くなり、ゲル化前の固定化剤や重合開始剤などの薬剤と硝化細菌との接触により菌体の活性が阻害される為と考えられる。また、硝化活性度が１０％未満の場合には、活性汚泥中の硝化細菌の菌数が少ないことが包括固定化操作による活性残存率の低下が大きくなったものと推察される。従って、硝化活性度が１０％未満、または７０％を越える活性汚泥で作成した包括固定化担体を、実際の廃水処理装置に使用した場合には硝化性能が発揮されるまでに長時間を要してしまうという問題が生じる。
【００２２】
また、担体の圧縮強度は、硝化活性度が８％から６０％までは略３．８ｋｇ／ｃｍ2 で推移し、その後低下する傾向があり、硝化活性度が７０％が越えると圧縮強度の低下度合いが大きくなる。硝化活性度が７０％を越えると重合反応が緩慢になり担体強度が低下するものと推察される。従って、硝化活性度が７０％を越える活性汚泥で作成した包括固定化担体を、実際の廃水処理装置に使用した場合には、担体の寿命が短くなるばかりでなく、担体の破損により処理水が濁るという問題が生じる。
【００２３】
以上の結果から、硝化細菌の活性度と担体の物理的強度の両方を満足させるためには、包括固定化前の活性汚泥の硝化活性度を１０％〜７０％、好ましくは２０％〜６０％の範囲に設定すれば良いことが分かる。
そして、上記の如く構成された本発明の包括固定化担体によれば、包括固定化後の担体中の硝化細菌の活性残存率を大きくすることができ、且つ担体の物理的強度も向上させることができる。
【００２４】
また、本発明の包括固定化担体によれば、包括固定化前の活性汚泥の硝化活性度を１０％〜７０％、好ましくは２０％〜６０％の範囲に設定することにより、包括固定化後の担体中の硝化細菌の活性残存率と担体強度をほぼ一定にすることができるので、安定した品質の包括固定化担体を得ることができる。
尚、本実施の形態では、固定化剤として、アクリルアミドとメチレンビスアクリルアミドの混合液、ポリエチレングリコールプレポリマーを用いたが、重合反応によりゲル化する物質であればこれらに限定されない。また、重合開始剤は過硫酸カリウムに限らない。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の硝化細菌の包括固定化方法及びその担体によれば、硝化細菌の活性残存率と担体強度を高め、且つ安定した品質の包括固定化担体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、硝化活性度が４０％の活性汚泥を用いて包括固定化操作を行った時の重合速度を説明する説明図
【図２】図２は、硝化活性度が９０％の活性汚泥を用いて包括固定化操作を行った時の重合速度を説明する説明図
【図３】図３は、活性汚泥の硝化活性度と、硝化細菌の活性度及び担体の物理的強度との関係を説明する説明図
【符号の説明】
ａ…活性汚泥濃度が０ｍｇ／ｌのコントロールサンプル
ｂ…硝化活性度が４０％で活性汚泥濃度が１２０００ｍｇ／ｌの場合
ｃ…硝化活性度が４０％で活性汚泥濃度が３３０００ｍｇ／ｌの場合
ｄ…活性汚泥濃度が０ｍｇ／ｌのコントロールサンプル
ｅ…硝化活性度が９０％で活性汚泥濃度が１００００ｍｇ／ｌの場合
ｆ…硝化活性度が９０％で活性汚泥濃度が２４０００ｍｇ／ｌの場合
【図１】
0003687292.tif 000003
【図２】
0003687292.tif 000004
【図３】
0003687292.tif 000005