(57)【要約】  本発明は、以下の実施工程を用いる水処理反応器における充填剤の膜形成効率向上方法を開示し、逐次バッチ式で運転する反応器の内に活性汚泥を播種し、水理学的滞留時間が４ｈであり、１サイクルあたり、給水５ｍｉｎ、曝気１０８〜１１１ｍｉｎ、静置沈降２〜５ｍｉｎ、出水２ｍｉｎからなり、ここで、給水の有機負荷が６〜１２ｇ／（Ｌ・ｄ）であり、空気流速が１．６〜２．４ｃｍ／ｓであり、反応器が２〜４日目まで運転した際に、反応器の内に成膜微生物を多く含む好気性粒子汚泥が形成され、この際に反応器に充填剤を投入し、反応器の内に充填剤が入って２〜５日後に膜形成が完了する。本発明の膜形成方法は、他の膜形成方法と比較して、コストの高い特殊な微生物及び基質の投与を必要とせず、膜形成コストが低い。ランニングコストを低減すると共に、充填剤の膜形成時間を２〜５日間に短縮し、生物膜法の膜形成効率を大きく向上させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の実施工程を用いる水処理反応器における充填剤の膜形成効率向上方法であって、
逐次バッチ式で運転する反応器の内に活性汚泥を播種し、水理学的滞留時間が４ｈであり、１サイクルあたり、給水５ｍｉｎ、曝気１０８〜１１１ｍｉｎ、静置沈降２〜５ｍｉｎ、出水２ｍｉｎからなり、ここで、給水の有機負荷が６〜１２ｇ／（Ｌ・ｄ）であり、空気流速が１．６〜２．４ｃｍ／ｓであり、
前記反応器が２〜４日目まで運転した際に、前記反応器の内に成膜微生物を多く含む好気性粒子汚泥が形成され、この際に前記反応器に充填剤を投入し、
前記反応器の内に前記充填剤が入って２〜５日後に膜形成が完了することを特徴とする、
水処理反応器における充填剤の膜形成効率向上方法。
【請求項２】
前記反応器は、筒状構造をなし、そのアスペクト比が２０であることを特徴とする、
請求項１に記載の水処理反応器における充填剤の膜形成効率向上方法。
【請求項３】
前記反応器の内に接種する活性汚泥は、汚水処理場曝気池の活性汚泥であり、汚泥の濃度が３０００〜８０００ｍｇ／Ｌであることを特徴とする、
請求項１に記載の水処理反応器における充填剤の膜形成効率向上方法。
【請求項４】
１サイクル当たりの体積交換比が５０〜７０％であることを特徴とする、
請求項１に記載の水処理反応器における充填剤の膜形成効率向上方法。
【請求項５】
前記反応器の内の温度が１５〜３０℃であり、ｐＨが６．５〜８．５であることを特徴とする、
請求項１に記載の水処理反応器における充填剤の膜形成効率向上方法。
【請求項６】
前記反応容器への給水は、有機炭素源の他に、５０ｍｇ／ＬＮＨ４Ｃｌ、１０ｍｇ／ＬＫ２ＨＰＯ４、３０ｍｇ／ＬＣａＣｌ２２Ｈ２Ｏ、２５ｍｇ／ＬＭｇＳＯ４７Ｈ２Ｏ、２０ｍｇ／ＬＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ、０．０５ｍｇ／ＬＨ３ＢＯ３、０．０５ｍｇ／ＬＺｎＣｌ２、０．０３ｍｇ／ＬＣｕＣｌ２、０．０５ｍｇ／ＬＭｎＳＯ４Ｈ２Ｏ、０．０５ｍｇ／Ｌ（ＮＨ４）６Ｍｏ７Ｏ２４４Ｈ２Ｏ、０．０５ｍｇ／ＬＡｌＣｌ３、０．０５ｍｇ／ＬＣｏＣｌ２６Ｈ２Ｏ及び０．０５ｍｇ／ＬＮｉＣｌ２をさらに含有することを特徴とする、
請求項１に記載の水処理反応器における充填剤の膜形成効率向上方法。
【請求項７】
前記反応器への前記充填剤の充填率が５０％以下であることを特徴とする、
請求項１に記載の水処理反応器における充填剤の膜形成効率向上方法。
【請求項８】
前記反応器への給水中の前記有機炭素源が酢酸ナトリウムであり、酢酸ナトリウムの濃度が１０００−２０００ｍｇ／Ｌであることを特徴とする、
請求項６に記載の水処理反応器における充填剤の膜形成効率向上方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理反応器における充填剤の膜形成効率向上方法に係り、汚水処理の技術分野に係る。
【背景技術】
【０００２】
汚水生物処理技術は、活性汚泥法と生物膜法に大別される。生物膜法は、活性汚泥法に比べて、微生物多様性が高い、生物量が豊富であり、汚泥生産量が少ない、衝撃に強い、管理が容易であり、ランニングコストが低い等の多くの利点を有する。このような利点から、汚水処理分野において生物膜法が広く用いられている。生物膜は、充填剤の表面に微生物が付着し成長して形成される。生物膜がある程度の厚さまで成長すると、酸素ガスによる物質移動が制限され、生物膜の外層が好気状態、内層が嫌気状態となる。生物膜微生物は、外側から内側に向かって順に好気性微生物、通性微生物及び嫌気性微生物からなるので、生物膜系は、一般に、高い微生物多様性を有する。汚水が生物膜表面を流れると、汚水中の汚染物質が生物膜表層に吸着されて内層に移行し、物質移動中に各種の汚染物質が除去される。生物膜がある程度の厚さまで成長すると、酸素や栄養素が内層に伝わらず、内層の生物膜が劣化して剥離する。その後、充填剤表面は、新しい生物膜の成長を継続し、系を長期間安定に動作させる。
【０００３】
生物膜技術は、近年急速に発展しているが、多くの要素によって制限されており、膜形成効率の低さが重要な制限要素の一つとなっている。従来の膜形成方法は、汚水処理場曝気池の活性汚泥を接種汚泥として用い、これを一旦蒸らし、生物膜反応器内の活性汚泥と廃水の混合物を排気し、処理すべき廃水を投入して膜形成を行っている。従来の膜形成方法では、膜形成の開始周期は、少なくとも１５〜３０日、さらにそれ以上必要であり、これは、系のランニングコストを著しく増加させる。近年、研究者は、膜形成効率を向上させるために、幾つかの新しい膜形成方法を提案している。特許「懸濁充填剤の生物膜形成性能を改善する方法」（出願番号２００７１０１０５７８８．２）は、磁性粉または強磁性微粒子を添加することにより、充填剤と微生物との間の吸着能を強化し、膜形成を促進する。機能性微生物を投与する方法により膜形成効率を向上させることも数多く検討されている。これらの方法は、いずれも、ある程度膜形成効率を向上させることができるが、コスト、安全性、操作の煩雑さなどの要素の制約から、現実には大規模な普及が難しい。従って、生物膜汚水処理プロセスにおいては、迅速、簡易で効率の良い膜形成方法を検討することが重要な意味を持つ。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、馴化条件を最適化することにより、付着力の強い微生物群集を得ることができ、同時に微生物膜の急速な成長を促進できる条件を協調させることにより、反応器内における充填剤の膜形成効率を大幅に向上させることができる、水処理反応器における充填剤の膜形成効率向上方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の技術課題を解決するために、本発明は、以下の技術手段を採用する。
以下の実施工程を用いる水処理反応器における充填剤の膜形成効率向上方法であって、逐次バッチ式で運転する反応器の内に活性汚泥を播種し、水理学的滞留時間が４ｈであり、１サイクルあたり、給水５ｍｉｎ、曝気１０８〜１１１ｍｉｎ、静置沈降２〜５ｍｉｎ、出水２ｍｉｎからなり、ここで、給水の有機負荷が６〜１２ｇ／（Ｌ・ｄ）であり、空気流速が１．６〜２．４ｃｍ／ｓであり、反応器が２〜４日目まで運転した際に、反応器の内に成膜微生物を多く含む好気性粒子汚泥が形成され、この際に反応器に充填剤を投入し、反応器内に充填剤が入って２〜５日後に膜形成が完了する。
【０００６】
ここで、反応器は、筒状構造をなし、そのアスペクト比が２０である。
【０００７】
ここで、接種する活性汚泥は、汚水処理場曝気池の活性汚泥であり、汚泥の濃度が３０００〜８０００ｍｇ／Ｌである。
【０００８】
ここで、反応器への給水中の有機炭素源が酢酸ナトリウムであり、酢酸ナトリウムの濃度が１０００−２０００ｍｇ／Ｌである。
【０００９】
ここで、反応容器への給水は、有機炭素源の他に、ＮＨ４Ｃｌ（５０ｍｇ／Ｌ）、Ｋ２ＨＰＯ４（１０ｍｇ／Ｌ）、ＣａＣｌ２２Ｈ２Ｏ（３０ｍｇ／Ｌ）、ＭｇＳＯ４７Ｈ２Ｏ（２５ｍｇ／Ｌ）、ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ（２０ｍｇ／Ｌ）、Ｈ３ＢＯ３（０．０５ｍｇ／Ｌ）、ＺｎＣｌ２（０．０５ｍｇ／Ｌ）、ＣｕＣｌ２（０．０３ｍｇ／Ｌ）、ＭｎＳＯ４Ｈ２Ｏ（０．０５ｍｇ／Ｌ）、（ＮＨ４）６Ｍｏ７Ｏ２４４Ｈ２Ｏ（０．０５ｍｇ／Ｌ）、ＡｌＣｌ３（０．０５ｍｇ／Ｌ）、ＣｏＣｌ２６Ｈ２Ｏ（０．０５ｍｇ／Ｌ）及びＮｉＣｌ２（０．０５ｍｇ／Ｌ）をさらに含有する。
【００１０】
本発明で採用した装置は、円筒状反応器（アスペクト比２０）であり、接種汚泥として都市汚水処理場曝気池汚泥を採用し、短い沈降時間（２〜５ｍｉｎ）、高い有機負荷（６〜１２ｇ／（Ｌ・ｄ））、大きい空気流速（１．６〜２．４ｃｍ／ｓ）とし、水理学的滞留時間を４時間とする。反応器は、逐次バッチ式で運転し、各サイクルは、給水５ｍｉｎ、曝気１０８〜１１１ｍｉｎ、静置２〜５ｍｉｎ、出水２ｍｉｎからなる。１サイクル（給水と排水）当たりの体積交換比は５０〜７０％である。この条件では生物膜方式での成長に適した微生物を多量に濃縮することができる。反応器の２〜４日目の運転で大量の微小汚泥粒子（好気性汚泥粒子）が見られ、この際に反応器の内に充填剤を投入する。充填剤の反応器への充填率は、５０％以下である。充填剤の投入から２〜５日後に膜形成が完了する。本発明の膜形成方法は、特別な種菌や基質を必要とせず、簡便な操作で充填剤の迅速な膜形成が可能であり、生物膜法による汚水処理系の膜形成や開始時間を大幅に短縮することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、従来技術と比較して以下の有利な効果を有する。
本発明の膜形成方法は、他の膜形成方法と比較して、コストの高い特殊な微生物及び基質の投与を必要とせず、膜形成コストが低い。本発明は、好気性汚泥粒子を利用して充填剤表面に膜形成を実現し、ランニングコストを低減すると共に、充填剤の膜形成時間を２〜５日間に短縮し、生物膜法の膜形成効率を大きく向上させる。同時に充填剤上に形成された微生物膜が剥離しにくい。本発明の膜形成方法に用いる装置は、構造が簡単でランニングコストが低く、膜形成効率が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来の方法を用いて１５日間膜形成した充填剤を示す図である。
【図２】本発明の実施例１の膜形成方法を用いて、２日目に膜形成した充填剤を示す図である。
【図３】本発明の膜形成方法に用いる実験装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面及び具体的な実施例を参照しながら本発明の技術手段を更に説明する。
【００１４】
実施例１
反応器は、円筒状構造を採用し、反応エリアは、直径５ｃｍ、高さ１００ｃｍであり、反応エリアの体積を２Ｌとする。逐次バッチ式の反応器の水理学的滞留時間は、４時間であり、１サイクル当たりの体積交換比が５０％である。１サイクルは、給水５ｍｉｎ、曝気１１１ｍｉｎ、静置沈降２ｍｉｎ、出水２ｍｉｎからなる。有機負荷は、６ｇ／（Ｌ・ｄ）であり、空気流速は、２．４ｃｍ／ｓ（反応器内の空気流速を曝気で制御した）である。反応器の接種汚泥は、都市汚水処理場曝気池から採取し、反応器の初期汚泥濃度は、６０００ｍｇ／Ｌである。有機炭素源として酢酸ナトリウムを用い、ＣＯＤ濃度は１０００ｍｇ／Ｌである。反応器を室温で運転し、ｐＨを６．５〜８．５に維持する。図２に示すように、反応器が運転した２日目に充填剤を投入し、充填剤の充填率が２０％であり、充填剤が反応器に投入されてから２日目に、生物膜の厚さが２ｍｍに達する。
【００１５】
実施例２
反応器は、円筒状構造を採用し、反応エリアは、直径５ｃｍ、高さ１００ｃｍであり、反応エリアの体積を２Ｌとする。逐次バッチ式の反応器の水理学的滞留時間は、４時間であり、１サイクル当たりの体積交換比が５０％である。１サイクルは、給水５ｍｉｎ、曝気１１１ｍｉｎ、静置沈降２ｍｉｎ、出水２ｍｉｎからなる。有機負荷は、１２ｇ／（Ｌ・ｄ）であり、空気流速は、２．４ｃｍ／ｓである。反応器の接種汚泥は、都市汚水処理場曝気池から採取し、反応器の初期汚泥濃度は、６０００ｍｇ／Ｌである。有機炭素源として酢酸ナトリウムを用い、ＣＯＤ濃度は２０００ｍｇ／Ｌである。反応器を室温で運転し、ｐＨを６．５〜８．５に維持する。反応器が運転した２日目に充填剤を投入し、充填剤の充填率が２０％であり、充填剤が反応器に投入されてから２日目に、生物膜の厚さが２ｍｍに達する。実施例１と比較すると、生物膜の厚さは、有機負荷が１２ｇ／（Ｌ・ｄ）の場合とあまり差がないことが分かるので、有機負荷が６ｇ／（Ｌ・ｄ）であっても、本方法による高速の膜形成を実現することができる。
【００１６】
比較例１
本実験は、従来の方法を用いて膜形成をし、流動床生物膜反応器（ＭＢＢＲ）を、膜形成充填剤を用いて運転する。まず活性汚泥中に充填剤を投入して４８ｈ蒸らし、ＭＢＢＲ反応器内の活性汚泥と廃水の混合物を排気し、処理すべき廃水を投入する。ＭＢＢＲ反応器の水理学的滞留時間は、６ｈである。有機炭素源として酢酸ナトリウムを用い、ＣＯＤ濃度が３００ｍｇ／Ｌである。活性汚泥に充填剤を入れ４８ｈ蒸らした後、生物膜の付着はほとんどなく、１５日間の運転で生物膜が出現するが、図１に示すように、生物膜の厚さが１ｍｍ未満であり、その膜形成効率が本発明の膜形成方法よりも大幅に低下することが分かる。
【００１７】
本発明の膜形成方法は、微生物馴化の際に、大きいアスペクト、短時間の沈降時間、高有機負荷、大空気流速を採用する。この条件は、成膜微生物を多量に含有する好気性粒子汚泥の形成に適する。好気性粒子汚泥は、成膜微生物を反応器に大量に凝縮し、好気性粒子汚泥の形成初期に充填剤を加えると、充填剤表面に生物膜を迅速に形成することができる。同時にこの条件で馴化した微生物群集は、強い付着力を有し、充填剤（本発明で使用する充填剤は、質量部でポリプロピレン５０〜６０部、エポキシ樹脂２０〜３０部及び澱粉５〜１０部を混合してなり、該充填剤は、比表面積が大きく、空隙率が高く、微生物の付着に有利である利点を有し、微生物の付着及び成長に適している）表面に付着しやすく、充填剤上の成膜が剥離しにくい。また、高い有機負荷によって、充填剤の表面に付着した微生物を迅速に成長させ、生物膜の迅速な形成に有利であり、更に充填剤の成膜効率を向上させる。
【００１８】
図３は、本発明の膜形成方法に用いる実験装置を示す。給水槽に、微生物を成長させる炭素源として酢酸ナトリウムを一定濃度で含む給水を収容し、この給水を蠕動ポンプにより反応器内に供給し、曝気ポンプにより反応器内の空気流速を制御して、高有機負荷（６〜１２ｇ／（Ｌ・ｄ））の給水を調製する。この給水が反応器内に接種した活性汚泥と作用して、成膜微生物粒子を多く含む好気性粒子汚泥を形成し、この好気性粒子汚泥の形成直後に、反応槽内に充填剤を投入し、この充填剤の投入後、速やかに充填剤表面に生物膜を形成する。反応器排水は、廃液槽内に入るように電磁弁によって制御される。
【００１９】
（付記）
（付記１）
以下の実施工程を用いる水処理反応器における充填剤の膜形成効率向上方法であって、
逐次バッチ式で運転する反応器の内に活性汚泥を播種し、水理学的滞留時間が４ｈであり、１サイクルあたり、給水５ｍｉｎ、曝気１０８〜１１１ｍｉｎ、静置沈降２〜５ｍｉｎ、出水２ｍｉｎからなり、ここで、給水の有機負荷が６〜１２ｇ／（Ｌ・ｄ）であり、空気流速が１．６〜２．４ｃｍ／ｓであり、
前記反応器が２〜４日目まで運転した際に、前記反応器の内に成膜微生物を多く含む好気性粒子汚泥が形成され、この際に前記反応器に充填剤を投入し、
前記反応器の内に前記充填剤が入って２〜５日後に膜形成が完了することを特徴とする、
水処理反応器における充填剤の膜形成効率向上方法。
【００２０】
（付記２）
前記反応器は、筒状構造をなし、そのアスペクト比が２０であることを特徴とする、
付記１に記載の水処理反応器における充填剤の膜形成効率向上方法。
【００２１】
（付記３）
前記反応器の内に接種する活性汚泥は、汚水処理場曝気池の活性汚泥であり、汚泥の濃度が３０００〜８０００ｍｇ／Ｌであることを特徴とする、
付記１に記載の水処理反応器における充填剤の膜形成効率向上方法。
【００２２】
（付記４）
１サイクル当たりの体積交換比が５０〜７０％であることを特徴とする、
付記１に記載の水処理反応器における充填剤の膜形成効率向上方法。
【００２３】
（付記５）
前記反応器の内の温度が１５〜３０℃であり、ｐＨが６．５〜８．５であることを特徴とする、
付記１に記載の水処理反応器における充填剤の膜形成効率向上方法。
【００２４】
（付記６）
前記反応容器への給水は、有機炭素源の他に、５０ｍｇ／ＬＮＨ４Ｃｌ、１０ｍｇ／ＬＫ２ＨＰＯ４、３０ｍｇ／ＬＣａＣｌ２２Ｈ２Ｏ、２５ｍｇ／ＬＭｇＳＯ４７Ｈ２Ｏ、２０ｍｇ／ＬＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ、０．０５ｍｇ／ＬＨ３ＢＯ３、０．０５ｍｇ／ＬＺｎＣｌ２、０．０３ｍｇ／ＬＣｕＣｌ２、０．０５ｍｇ／ＬＭｎＳＯ４Ｈ２Ｏ、０．０５ｍｇ／Ｌ（ＮＨ４）６Ｍｏ７Ｏ２４４Ｈ２Ｏ、０．０５ｍｇ／ＬＡｌＣｌ３、０．０５ｍｇ／ＬＣｏＣｌ２６Ｈ２Ｏ及び０．０５ｍｇ／ＬＮｉＣｌ２をさらに含有することを特徴とする、
付記１に記載の水処理反応器における充填剤の膜形成効率向上方法。
【００２５】
（付記７）
前記反応器への前記充填剤の充填率が５０％以下であることを特徴とする、
付記１に記載の水処理反応器における充填剤の膜形成効率向上方法。
【００２６】
（付記８）
前記反応器への給水中の前記有機炭素源が酢酸ナトリウムであり、酢酸ナトリウムの濃度が１０００−２０００ｍｇ／Ｌであることを特徴とする、
付記６に記載の水処理反応器における充填剤の膜形成効率向上方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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