(57)【要約】【課題】発生する汚泥量を低く抑えながら、汚水中の有機物を微生物により分解し、適切な廃水処理をすることができる汚水の処理方法を提供すること。【解決手段】汚水中の有機物を微生物により分解する汚水の処理方法において、有機物を代謝した微生物から電子伝達剤により電子を取り出し、細胞合成を阻止して微生物の増殖を抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚水中の有機物を微生物により分解する汚水の処理方法において、有機物を代謝した微生物から電子伝達剤により電子を取り出し、細胞合成を阻止して微生物の増殖を抑制することを特徴とする汚水の処理方法。
【請求項２】
微生物から取り出した電子を電極に移動させるとともに、該電極を別の電極と結んで電子を移動させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の汚水の処理方法。
【請求項３】
電子伝達剤を担体に保持させて生物反応槽に投入することを特徴とする請求項１又は２記載の汚水の処理方法。
【請求項４】
前記担体に微生物を担持させることを特徴とする請求項３記載の汚水の処理方法。
【請求項５】
微生物から取り出した電子を移動させる電極の表面に電子伝達剤を保持させることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の汚水の処理方法。
【請求項６】
微生物から取り出した電子を移動させる電極に微生物を担持させることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の汚水の処理方法。
【請求項７】
生物反応槽にて汚水中の有機物を微生物により分解する汚水の処理装置において、生物反応槽に電子伝達剤を投入し、有機物を代謝した微生物から電子伝達剤により電子を取り出し、細胞合成を阻止して微生物の増殖を抑制することを特徴とする汚水の処理装置。
【請求項８】
生物反応槽に電極を設け、微生物から取り出した電子を電極に移動させるとともに、該電極を別の電極と結んで電子を移動させるようにしたことを特徴とする請求項７記載の汚水の処理装置。
【請求項９】
電子伝達剤を担体に保持させて生物反応槽に投入することを特徴とする請求項７又は８記載の汚水の処理装置。
【請求項１０】
前記担体に微生物を担持させることを特徴とする請求項９記載の汚水の処理装置。
【請求項１１】
微生物から取り出した電子を移動させる表面に電子伝達剤を保持させることを特徴とする請求項７、８、９又は１０記載の汚水の処理装置。
【請求項１２】
微生物から取り出した電子を移動させる電極に微生物を担持させることを特徴とする請求項７、８、９、１０又は１１記載の汚水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚水の処理方法及び処理装置に関し、特に、有機物を含有する汚水の生物学的処理システムに利用することができる汚水の処理方法及び処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機性物質を含有する廃水等の汚水の処理方法として、活性汚泥微生物群による生物学的処理法が多く取り入られてきた。
すなわち、活性汚泥微生物を保持した生物反応槽に有機物を含有する汚水を導入し、これらを攪拌あるいは必要に応じて曝気することで活性汚泥微生物と有機物を接触させ、活性汚泥微生物による代謝・資化過程を利用し、汚水中の有機性物質を分解・処理するものである。
【０００３】
代謝・資化過程では、活性汚泥微生物は有機物あるいは無機物を酸化・還元することによってエネルギーを獲得し、獲得したエネルギーを利用して有機物の資化を行い、新しい細胞の合成、すなわち増殖が行われる。
エネルギーの獲得では、まず最初にＡＴＰ（アデノシン三リン酸）と呼ばれる物質の合成が行われるが、これは微生物の酵素などが作用する代謝系のひとつ（電子伝達系と言われる）において生成されるもので、対象となる有機物あるいは無機物間の酸化・還元反応、すなわち電子の移動が関連している。
ここで合成したＡＴＰは、生体内でＡＤＰ（アデノシン二リン酸）に分解されるが、同時にエネルギーも発生し、これを細胞合成のエネルギー源としている。
【０００４】
一方、汚水の生物学的処理においては、前述のように生物反応槽内に活性汚泥微生物群を保持し、その代謝機能を利用して汚水の有機物を分解処理するが、良好な処理性能を保つためには、微生物の保持量をある一定範囲内に抑えることが必要となっている。
すなわち、有機物の代謝・資化過程で増殖した微生物を、適宜生物反応槽の外に排出しなければならない。
このため、実廃水処理施設においても、活性汚泥微生物群を保持した生物反応槽の汚泥濃度を一定範囲に保つために、一定量の汚泥を系外に排出し、処理・処分を行っている。
【０００５】
このように、汚水の処理過程においては、水中の有機物の分解・除去に伴い、活性汚泥微生物が増殖するため、一定量の汚泥を適宜系外に排出する必要があるが、系外に取り出した汚泥は適切に処理・処分する必要があり、その処理・処分のコストが問題となるばかりでなく、処理した汚泥を埋め立てる処分地が年々少なくなっているという問題もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来の汚水の処理方法が有する問題点に鑑み、発生する汚泥量を低く抑えながら、汚水中の有機物を微生物により分解し、適切な廃水処理をすることができる汚水の処理方法及び処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の汚水の処理方法は、汚水中の有機物を微生物により分解する汚水の処理方法において、有機物を代謝した微生物から電子伝達剤により電子を取り出し、細胞合成を阻止して微生物の増殖を抑制することを特徴とする。
【０００８】
この場合、微生物から取り出した電子を電極に移動させるとともに、該電極を別の電極と結んで電子を移動させることができる。
【０００９】
また、電子伝達剤を担体に保持させて生物反応槽に投入したり、この担体に微生物を担持させることができる。
【００１０】
また、微生物から取り出した電子を移動させる電極の表面に電子伝達剤を保持させたり、この電極に微生物を担持させたりすることができる。
【００１１】
一方、上記汚水の処理方法を実施するための本発明の汚水の処理装置は、生物反応槽にて汚水中の有機物を微生物により分解する汚水の処理装置において、生物反応槽に電子伝達剤を投入し、有機物を代謝した微生物から電子伝達剤により電子を取り出し、細胞合成を阻止して微生物の増殖を抑制することを特徴とする。
【００１２】
この場合、生物反応槽に電極を設け、微生物から取り出した電子を電極に移動させるとともに、該電極を別の電極と結んで電子を移動させることができる。
【００１３】
また、電子伝達剤を担体に保持させて生物反応槽に投入したり、この担体に微生物を担持させることができる。
【００１４】
また、微生物から取り出した電子を移動させる電極の表面に電子伝達剤を保持させたり、この電極に微生物を担持させたりすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の汚水の処理方法及び処理装置によれば、汚水中の有機物を微生物により分解する汚水の処理方法において、有機物を代謝した微生物から電子伝達剤により電子を取り出し、細胞合成を阻止して微生物の増殖を抑制することから、活性汚泥微生物の増殖を抑えながらも汚水中の有機物を分解することができ、これにより、廃水処理の後段に必要となる汚泥処理・処分量が減少し、その処理・処分が簡易になるばかりでなく、そのコストも削減することができる。
【００１６】
この場合、微生物から取り出した電子を電極に移動させるとともに、該電極を別の電極と結んで電子を移動させることにより、微生物から奪った電子を電気エネルギーとして利用することができる。
【００１７】
また、電子伝達剤を担体に保持させて生物反応槽に投入したり、この担体に微生物を担持させることにより、電子伝達剤や微生物を効率的に生物反応槽に投入することができる。
【００１８】
また、電極表面に電子伝達剤を保持させたり、この電極に微生物を担持させたりすることにより、電子伝達剤や微生物を効率的に生物反応槽に投入することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の汚水の処理方法及び処理装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００２０】
本実施例では、活性汚泥微生物の増殖を抑えながらも汚水中の有機物を分解するために、微生物が新しい細胞を合成できないか又は阻害するような汚水の処理方法及び処理装置を提案する。
つまり、本実施例では、微生物の細胞合成に必要であるエネルギーの獲得の阻害、すなわち微生物の電子伝達系を分断し、ＡＴＰを合成できないようにするものである。
【００２１】
微生物の電子伝達系を分断するためには、微生物から電子を奪うことが必要となるが、通常微生物は細胞膜によって保護されているため、体外に電子を放出することはない。
しかし、ニュートラルレッドやメチレンブルーといった色素を含む有機物の一部は、細胞内あるいは細胞膜表面を介して微生物から電子を奪うことが可能であり、これらを電子伝達剤と呼んでいる。
そこで、こういった電子伝達剤あるいはこれを保持させた担体を生物反応槽に投入し、活性汚泥微生物と接触させることで微生物から電子を奪い、細胞合成に必要なエネルギー獲得を阻害することができる。
【００２２】
この機構を利用したものを、微生物燃料電池としてその機構の概略を図３に示す。
微生物燃料電池は、容器１内に負極２及び正極３、これらを結ぶ外部回路４そして負極側と正極側を分離する隔膜５からなる。
負極側には微生物６が保持されており、有機物７を利用して代謝を行い、代謝産物８及び電子９を生成する。
また、負極側には電子伝達剤１０も同時に保持されており、これが微生物内で生成された電子９を奪い、還元型電子伝達剤１１となる。
この間、通常であれば微生物６は代謝によって得られた電子９を利用してエネルギーの獲得を行い、新しい細胞の合成を行うが、電子伝達剤１０によって電子を奪われるため、細胞合成を行うことができない。
【００２３】
一方、還元型電子伝達剤１１は負極２において電子９を受け渡し、再び電子伝達剤１０へと変化し、微生物６からの電子獲得に用いられる。なお、負極側での反応は、分子状酸素が存在しない、いわゆる嫌気条件下で行われる。嫌気条件下では、代謝産物８として水素イオンがあるが、これは濃度勾配によって隔膜５を通過して正極側に移動する。したがって、隔膜５としては水素透過膜あるいは陽イオン交換膜が用いられる。
負極２に受け渡された電子９は、外部回路４を経て正極３に移動する。正極側には酸化剤１２が導入されており、正極３上の電子９を受け取って還元型酸化剤１３へと変化する。なお、酸化剤１２としては酸素が用いられることが多く、これが還元され、負極側より移動してきた水素イオンと結合し水へと変化する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明の汚水の処理方法を適用した第１実施例の処理装置を示すフロー図である。
処理場に流入した汚水Ａは、最初沈殿池１４に導かれるが、一定時間滞留することで夾雑物の大部分が除去され、固形物が少なくなった最初沈殿池流出水Ｂが負極室１５へ流れ込む。
負極室１５には、負極２が設置されるとともに微生物が保持されており、最初沈殿池流出水Ｂと混合・攪拌される。なお、負極２としては電子伝達剤（図示省略）がコーティングされた電極板が用いられ、その組み合わせの一例として電子伝達剤のひとつであるニュートラルレッドでコーティングしたカーボンクロスが考えられる。ただし、この組み合わせは一例であり、本発明をなんら限定するものではない。
【００２５】
負極室１５に保持された微生物は、最初沈殿池流出水Ｂに含まれる有機物を取り込んで代謝、すなわちエネルギーの獲得のために電子を生成するが、負極２と接することで、負極２に含まれる電子伝達剤（図示省略）に電子を奪われる。
負極２に取り込まれた電子は外部回路４を通って正極３に達するが、正極３が設置されている正極室１６は隔膜５を隔てて負極室１５と接している。正極３としては、白金を含んだ黒鉛を素材とした電極などが考えられるが、特に限定するものではない。
また、正極室１６には散気装置１７が設けられており、これを通じて空気Ｃが導入され、空気中に含まれる酸素は正極３の表面において電子を受け取るとともに水素イオンと結合して水となる。
一方、負極室１５では、微生物の代謝によって有機物が分解・除去されるが、一定時間の滞留の後、混合液Ｄとして流出し、最終沈殿池１８に導かれる。量終沈殿池１８では一定時間静置することによって固液分離を行い、上澄みは処理水Ｅとして系外に排出され、固形物のごく一部は余剰汚泥Ｆとして排出されるが、ほとんどは返送汚泥Ｇとして負極室１５に戻される。
【実施例２】
【００２６】
図２は、本発明の汚水の処理方法を適用した第２実施例の処理装置を示すフロー図である。
この汚水の処理装置は、第１実施例と同様に、処理場に流入した汚水Ａは最初沈殿池１４を経ることで夾雑物が除かれ、最初沈殿池流出水Ｂとして、嫌気槽１９に流入する。
嫌気槽１９には、電子伝達剤（図示省略）がコーティングされ、かつ微生物が表面に付着した担体２０が保持されており、最初沈殿池流出水Ｂと混合・攪拌される。
最初沈殿池流出水Ｂ中の有機物は担体２０に付着している微生物によって取り込まれ、その代謝に利用されるが、その代謝過程で微生物が生成する電子は電子伝達剤に奪われるため、微生物は新しい細胞の合成に利用することができない。このため、担体に付着した微生物はほとんど増殖することがない。
なお、電子を受け取った電子伝達剤を含む担体２０は、時間の経過とともにその性能が低下することが懸念されるが、一定期間ごとに取り出し、酸化剤と接触させ電子の授受を行わせることで再生することができる。
一方、ある程度の有機物が除去された汚水は、好気槽２１に導かれるが、担体２０は嫌気槽１９に留まる。
【００２７】
好気槽２１では、散気装置１７を通して空気Ｃが導入され、残存している有機物が微生物によってさらに分解・除去される。
この過程で微生物が増殖するが、残存している有機物の量が少ないため、その増殖量はごくわずかである。
好気槽２１では、一定の滞留時間が経過した後、混合液Ｄとして最終沈殿池１８に流入し、固液分離が行われ、その上澄みが処理水Ｅとして系外に排出される。
一方、固形分の一部は余剰汚泥Ｆとして系外に排出されるが、その量はごくわずかであり、そのほとんどは返送汚泥Ｇとして好気槽２１に戻される。
【００２８】
以上、本発明の汚水の処理方法及び処理装置について、複数の実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、各実施例に記載した構成を適宜組み合わせる等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の汚水の処理方法及び処理装置は、活性汚泥微生物の増殖を抑えながらも汚水中の有機物を分解するという特性を有していることから、下水処理場をはじめとする汚泥を含めた汚水処理の用途に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の汚水の処理方法を適用した第１実施例の処理装置を示すフロー図である。
【図２】本発明の汚水の処理方法を適用した第２実施例の処理装置を示すフロー図である。
【図３】微生物燃料電池の概念図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    容器
２    負極
３    正極
４    外部回路
５    隔膜
６    微生物
７    有機物
８    代謝産物
９    電子
１０  電子伝達剤
１１  還元型電子伝達剤
１２  酸化剤
１３  還元型酸化剤
１４  最初沈殿池
１５  負極室
１６  正極室
１７  散気装置
１８  最終沈殿池
１９  嫌気槽
２０  担体
２１  好気槽
Ａ    汚水
Ｂ    最初沈殿池流出水
Ｃ    空気
Ｄ    混合液
Ｅ    処理水
Ｆ    余剰汚泥
Ｇ    返送汚泥
【図１】
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【図２】
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【図３】
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