(57)【要約】【課題】余剰汚泥の発生抑制が可能な有機排水処理方法、及び、余剰汚泥の発生を抑制する方法の提供。【解決手段】有機排水を曝気槽内で微生物を用いて処理する生物処理工程を含む有機排水処理方法であって、前記生物処理工程が、曝気槽内の溶存酸素濃度を１０ｍｇ／Ｌ以上に維持すること、及び、前記微生物としてXanthomonas属、Ralstonia属、Flavobacterium属、Desulfotalea属、Polaromonas属、Stenortophomonas属の少なくとも１種類以上の微生物を使用することを含む有機排水処理方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機排水を曝気槽内で微生物を用いて処理する生物処理工程を含む有機排水処理方法であって、
前記生物処理工程が、曝気槽内の溶存酸素濃度を１０ｍｇ／Ｌ以上に維持すること、及び、前記微生物としてXanthomonas属、Ralstonia属、Flavobacterium属、Desulfotalea属、Polaromonas属、Stenortophomonas属の少なくとも１種類以上の微生物を使用することを含む、余剰汚泥の発生抑制が可能な有機排水処理方法。
【請求項２】
曝気槽で微生物を利用して生物処理することを含む有機排水処理において余剰汚泥の発生を抑制する方法であって、
Xanthomonas属、Ralstonia属、Flavobacterium属、Desulfotalea属、Polaromonas属、Stenortophomonas属の少なくとも１種類以上の微生物を使用し、溶存酸素濃度が１０ｍｇ／Ｌ以上の条件で、曝気槽内で有機排水を生物処理することを含む、余剰汚泥の発生抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機排水処理方法及び余剰汚泥の発生抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、多くの下水処理施設においては、活性汚泥法により汚水の浄化が行われている。活性汚泥法は微生物の代謝作用を利用するため処理効率が高く経済的である。
【０００３】
活性汚泥法では、先ず、汚水（有機排水）が曝気槽へと連続的に供給される。曝気槽内で汚水は好気性微生物の集団と接触し、有機排水の基質（ＢＯＤ成分）は該好気性微生物の集団によって酸化分解（生物処理）される。この好気性微生物の集団が「活性汚泥」と呼ばれる。該曝気槽で生物処理された汚水は該好気性微生物の集団とともに沈殿槽に移される。
【０００４】
沈殿槽では、該好気性微生物の集団は互いにくっつき合ってフロックを形成して沈降する。一方、上澄み（分離液）は溢流する。沈殿槽に沈殿した該好気性微生物の集団（汚泥）は再び曝気槽に返送され、再び汚水の生物処理に使用される。しかし、微生物は増殖するため、すべての汚泥を返送すると曝気槽で酸素不足となったり、沈殿槽における固液分離が困難になったりする。このため増殖した分の該好気性微生物の集団（汚泥）は「余剰汚泥」として系外に取り出される。余剰汚泥は、一般に脱水、乾燥、焼却などの処理が行われ、最終的には埋め立て処分される。
【０００５】
余剰汚泥の発生量は、下水処理施設の増加等の理由により、年々着実に増加している。このため、余剰汚泥の埋め立て用の最終処分地の確保が困難となっている。また、各自治体では余剰汚泥の運搬や処理にかかる費用が増大している。このような状況から、余剰汚泥の削減方法が研究されている。それらのうちの１つの方法として、曝気槽内に空気又は酸素を吹き込むことにより溶存酸素濃度（ＤＯ）を５ｍｇ／Ｌ以上に調整して生物処理を行う方法が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１８８５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、余剰汚泥の発生を抑制できるさらなる技術が求められている。そこで本発明は、余剰汚泥の発生抑制が可能な有機排水処理方法、及び、余剰汚泥の発生を抑制する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、一態様として、有機排水を曝気槽内で微生物を用いて処理する生物処理工程を含む有機排水処理方法であって、前記生物処理工程が、曝気槽内の溶存酸素濃度を１０ｍｇ／Ｌ以上に維持すること、及び、前記微生物としてXanthomonas属、Ralstonia属、Flavobacterium属、Desulfotalea属、Polaromonas属、Stenortophomonas属の少なくとも１種類以上の微生物を使用することを含む、余剰汚泥の発生抑制が可能な有機排水処理方法に関する。
【０００９】
また、本発明は、その他の態様として、曝気槽で微生物を利用して生物処理することを含む有機排水処理において余剰汚泥の発生を抑制する方法であって、Xanthomonas属、Ralstonia属、Flavobacterium属、Desulfotalea属、Polaromonas属、Stenortophomonas属の少なくとも１種類以上の微生物を使用し、溶存酸素濃度が１０ｍｇ／Ｌ以上の条件で、曝気槽内で有機排水を生物処理することを含む余剰汚泥の発生抑制方法に関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、余剰汚泥の発生が抑制された有機排水の生物処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、曝気槽内の溶存酸素濃度（ＤＯ）と汚泥濃度(ＳＳ)との関係を示すグラフである（実施例）。
【図２】図２は、実施例で使用した装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
余剰汚泥の発生のメカニズムは以下のように説明できる。生物処理に利用される好気性微生物は基質となる有機性汚濁物質（ＢＯＤ成分）を摂取すると、「同化反応」による細胞合成と、「異化反応」によるエネルギー生産を行う。この同化反応による細胞合成によって増殖微生物が発生し、余剰汚泥となる。生物処理において処理される基質のうち、細胞合成される割合を同化率α、エネルギー生産に利用される割合を異化率βとするとα＋β＝１となる。
【００１３】
従来の活性汚泥法では溶存酸素濃度（ＤＯ）が数ｍｇ／Ｌに維持されているため、同化率：異化率はほぼ０．５：０．５となり微生物の増殖が活発で大量の余剰汚泥が発生する。よって、異化反応を促進して異化率を上げ、同化反応を抑制して同化率を下げることができれば、微生物の増殖を抑制でき、余剰汚泥の発生を抑制できる。本発明は、曝気槽内の溶存酸素濃度（ＤＯ）を１０ｍｇ／Ｌ以上に維持すること、及び、生物処理用の微生物としてXanthomonas属、Ralstonia属、Flavobacterium属、Desulfotalea属、Polaromonas属、Stenortophomonas属の少なくとも１種類以上の微生物を使用することにより、同化率を下げて異化率を上げることができ、結果として余剰汚泥の発生を抑制できるという知見に基づく。
【００１４】
すなわち、本発明は一態様において、有機排水を曝気槽内で微生物を用いて処理する生物処理工程を含む有機排水処理方法（以下、「本発明の有機排水処理方法」ともいう。）であって、前記生物処理工程が、曝気槽内の溶存酸素濃度を１０ｍｇ／Ｌ以上に維持すること、及び、前記微生物としてXanthomonas属、Ralstonia属、Flavobacterium属、Desulfotalea属、Polaromonas属、Stenortophomonas属の少なくとも１種類以上の微生物を使用することを含む有機排水処理方法に関する。本発明によれば、好ましくは、生物処理における微生物による異化率を向上でき、余剰汚泥の発生を抑制できる。
【００１５】
有機排水
本明細書において、有機排水は、有機物（ＢＯＤ成分）を含む排水をいい、家庭から出る生活排水や工場などから出る有機系産業排水を含む。
【００１６】
溶存酸素濃度（ＤＯ）
本発明の有機排水処理方法において、生物処理工程を行う曝気槽内の溶存酸素濃度は、余剰汚泥の発生を抑制する点から、１０ｍｇ／Ｌ以上に調整され、１３ｍｇ／Ｌ以上が好ましく、１５ｍｇ／Ｌ以上がより好ましい。曝気槽内の溶存酸素濃度の上限は、曝気槽やガス導入設備のコスト低減の点から、３０ｍｇ／Ｌ以下が好ましく、２５ｍｇ／Ｌ以下がより好ましく、２３ｍｇ／Ｌ以下がより好ましい。したがって、曝気槽内の溶存酸素濃度は、余剰汚泥の発生抑制及び設備コスト低減の点から、１０〜３０ｍｇ／Ｌが好ましく、１３〜２５ｍｇ／Ｌがより好ましく、１５〜２３ｍｇ／Ｌがさらに好ましい。
【００１７】
溶存酸素濃度（ＤＯ）の調整方法
曝気槽内の溶存酸素濃度の調整方法は、特に制限されないが、例えば、曝気槽底部に配置された曝気管から酸素を含むガスを供給することで行うことができる。酸素を含むガスとしては、純酸素ガス、窒素と酸素との混合ガス、及びこれらの圧縮ガスが挙げられる。いずれの場合も、供給する酸素量を変えることで曝気槽内の溶存酸素濃度を調整できる。溶存酸素濃度を均一にするため、曝気槽にはプロペラ型、タービン型、パドル型、スクリュー型などの撹拌機や、エアリフト用の内筒が備えられることが好ましい。また、より少ない酸素量で高い溶存酸素濃度（ＤＯ）を維持できる観点からは、曝気槽を密閉型とすることが好ましく、さらに、前記曝気槽に加圧してもよい。なお、溶存酸素濃度は、従来公知の溶存酸素濃度メータ（ＤＯメータ）を使用して測定できる。
【００１８】
微生物
本発明の有機排水処理方法の生物処理工程は、余剰汚泥の発生抑制の点から、Xanthomonas属、Ralstonia属、Flavobacterium属、Desulfotalea属、Polaromonas属、Stenortophomonas属の少なくとも１種類以上の微生物を使用する。さらに、余剰汚泥の発生抑制の点から、Xanthomonas属は、Xanthomonas camprestis pv.種の微生物であることが好ましい。これらの好気性微生物は、通常の下水処理場などの活性汚泥中に存在しうるが、溶存酸素の低い条件ではその存在量が小さい。一方、溶存酸素濃度が高い条件、例えば、前述した１０ｍｇ／Ｌ以上、１３ｍｇ／Ｌ以上、１５ｍｇ／Ｌ以上などの条件では、他の微生物よりも生存確率が高くなりその割合も増加する。そして、これらの微生物は、前述した高い溶存酸素濃度の条件下において、基質（ＢＯＤ成分）の異化率が高い。
【００１９】
よって、より効率的に余剰汚泥の派生抑制の点からは、本発明の有機排水処理方法は、使用する活性汚泥（微生物）を予め前述した曝気槽内の溶存酸素濃度と同程度の溶存酸素濃度の培養槽で培養して生物処理工程で使用する活性汚泥を準備する工程を含んでもよい。この工程を含むことにより、前述した微生物を選択的に取り出すことができ、より効率的に余剰汚泥の発生抑制が可能となる。
【００２０】
本発明の有機排水処理方法は、生物処理工程において前述した溶存酸素濃度で前述した微生物を使用すること以外は、従来の活性汚泥法と同様に行うことができる。
【００２１】
余剰汚泥の発生抑制方法
本発明は、その他の態様において、曝気槽で微生物を利用して生物処理することを含む有機排水処理において余剰汚泥の発生を抑制する方法であって、Xanthomonas属、Ralstonia属、Flavobacterium属、Desulfotalea属、Polaromonas属、Stenortophomonas属の少なくとも１種類以上の微生物を使用し、溶存酸素濃度が１０ｍｇ／Ｌ以上の条件で、曝気槽内で有機排水を生物処理することを含む余剰汚泥の発生抑制方法に関する。曝気槽内の溶存酸素濃度及び使用する微生物については、本発明の有機排水処理方法と同様である。
【００２２】
以下、本発明を実施例を用いて説明するが、本発明はこれに限定して解釈されない。
【実施例】
【００２３】
図２の概略図に示す装置にて、模擬有機排水の生物処理を行った。該装置は、容積３Ｌの密閉型の曝気槽１を備え、容量２Ｌの分離槽（沈殿槽）５が付設されている。曝気槽１には、ブロワーから散気管２により下記のガスを導入した。また、曝気槽１は、槽内の溶存酸素濃度（ＤＯ）を均一にする目的で攪拌機３、及び、エアリフト用の内筒４を備える。図２の曝気槽１内の矢印は、エアリフト用の内筒４を使用することにより生じる内筒４の外側から内筒４の上部への水流を示す。曝気槽１の外側の槽は恒温槽（図示せず）となっており、この恒温槽により曝気槽内の温度を２５〜３０℃に設定した。ｐＨは５．０〜７．０、曝気槽をＨＲＴ（水理学的滞留時間：Hydraulic Retention Time）１２ｈとし、分離槽のＨＲＴを８ｈした。曝気槽のＢＯＤ容積負荷は０．５ｋｇ−ＢＯＤ／（ｍ3・日）とした。活性汚泥は、下水処理場の活性汚泥を培養したものを使用した。曝気槽１内の溶存酸素濃度(ＤＯ）は、ブロワーから散気管２を介して純酸素曝気、及び、窒素−酸素混合ガス曝気、空気曝気のいずれかを導入して調節した。
【００２４】
溶存酸素濃度（ＤＯ）の設定
純酸素曝気では溶存酸素濃度（ＤＯ）を１０ｍｇ／Ｌ、１３ｍｇ／Ｌ、１５ｍｇ／Ｌ、１７ｍｇ／Ｌ、２３ｍｇ／Ｌ、２５ｍｇ／Ｌに設定した。窒素−酸素混合ガスの曝気では、窒素と酸素の混合割合を１：４としたガスを使用し、ＤＯを１０ｍｇ／Ｌ、１３ｍｇ／Ｌ、１７ｍｇ／Ｌに設定した。また、空気曝気では、ＤＯを２ｍｇ／Ｌに設定した。溶存酸素濃度の調節は、純酸素ガス、混合ガス又は空気ガスをバルブで調節しながら一定の流量で供給し行った。
【００２５】
模擬有機排水
模擬有機排水の組成は８Ｌ当り、基質としてスキムミルクを４．００ｇ、栄養塩類として（ＮＨ4）2ＳＯ4を１．８８ｇ、ＫＨ2ＰＯ4を０．１８ｇ、ｐＨ調整剤としてＮａＨＣＯ3を４．００ｇ、Ｎａ2ＣＯ3を０．２５ｇそれぞれ用い水に溶かして調製した。
【００２６】
生物処理
スキムミルクと塩類で調整した模擬有機排水を曝気槽１に管Ｐ１から投入し、投入量は６Ｌ／日とした。活性汚泥は曝気槽１容積が３Ｌになるようにポンプで管Ｐ２から引き抜き、分離槽５に送った。分離槽５では固液分離が行われ、沈降分離した活性汚泥はポンプで管Ｐ３を通して曝気槽１に返送した。分離槽５の上澄み液を処理水として管Ｐ４から取り出した。なお、生物処理期間中、余剰汚泥の引き抜きは行わなかった。
【００２７】
測定項目
溶存酸素濃度測定は、フロー式を採用し、曝気槽からポンプで汚泥を循環させて曝気槽外で溶存酸素濃度を測定した。測定には、市販のＤＯメーターを使用した。模擬有機排水と処理水に関しては定法によりＴＯＣ及びＢＯＤの測定を行った。また、曝気槽内の汚泥を定期的にサンプリングしてＭＬＳＳ（汚泥量）測定を行った。
【００２８】
活性汚泥の微生物の特定
各ＤＯ濃度設定値において、曝気槽内の汚泥を採取し、ＰＣＲ−ＤＧＧＥ法を用いて１６ＳｒＲＮＡの解析を行い、各ＤＯでの微生物同定を行った。
【００２９】
結果
図１にＤＯ濃度とＳＳ濃度の関係を示す。同図からＤＯが高くなるにつれ、ＭＬＳＳ濃度が減少していることがわかる。とりわけ、ＤＯが１３〜１５ｍｇ／Ｌ以上になるとＭＬＳＳ濃度が現象した。また、本来では汚泥濃度を制御するために汚泥の抜き取りを行うのだが、純酸素曝気及び混合ガス曝気では汚泥の抜き取りは全く行わなかった。なお、空気曝気によるＤＯ  ２ｍｇ／Ｌの実験では３〜４ヶ月実験を続けると汚泥が膨化し実験が困難になった。このような様子は純酸素曝気及び混合ガス曝気条件下では現れず長期にわたって連続的に実験することができた。水質処理能力は、ＴＯＣについてはどのＤＯにおいても除去率９０％以上であり良好であった。
【００３０】
ＤＯ  １５ｍｇ／Ｌにおける微生物を同定したところ、Xanthomonas属、Ralstonia属、Flavobacterium属、Desulfotalea属、Polaromonas属、及びStenortophomonas属の微生物が同定された。また、Xanthomonas属については、Xanthomonas camprestis pv.という種まで同定できた。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上、説明したとおり、本発明によれば、例えば、余剰汚泥の発生が抑制された有機排水の処理方法を実現できる。
【符号の説明】
【００３２】
１：曝気槽
２：散気管
３：撹拌機
４：内筒
５：分離層（沈殿槽）
【図１】
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【図２】
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