(57)【要約】【課題】  ゲル化炭素源により、液体の利点と固定化単体の利点の両方の性質と特性を発揮する脱窒素処理剤とそれを用いた脱窒素処理方法を提供することを目的とする。【解決手段】  熱可逆性ゲルの寒天に脱窒素処理に有効な炭素源を混入し、天然糖類を添加することでゲル強度や粘度を変化させ、これらの炭素源を処理槽内に配置または、処理槽内に設けた濾過材にチューブ注入し、微生物による脱窒素反応をさせる脱窒素処理剤とそれを用いた脱窒素処理方法。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可逆性ゲルの寒天に天然糖類を添加してゲル強度や粘度を変化させ、処理槽内に強度の高いゲル化状態で配置したり、外部より適正な量を容易に添加できるようゲル化強度を弱めたりすることを特徴とする脱窒素処理剤。
【請求項２】
熱可逆性ゲルの寒天に天然糖類を添加してゲル強度や粘度を変化させた保持体中に、脱窒素処理に有効な液状炭素源と共に、成分の違う複数の固形状炭素源を混入し、溶出時間差を設けたことを特徴とする請求項１記載の脱窒素処理剤。
【請求項３】
熱可逆性ゲルの寒天に混入された炭素源の溶出特性を選択し、処理槽内に設けた濾過材中にチューブ注入することにより炭素源を常に適正に保つことを特徴とする脱窒素処理方法。
【請求項４】
炭素源が配置、または、注入された濾過材を充填した処理槽において、濾過材近傍の流速を可変することで脱窒素処理に移行させたり、消化反応処理に移行させたりすることをことを特徴とする脱窒素処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、生物学的脱窒素処理に用いる脱窒素処理剤とそれを用いた脱窒素に関わる水処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来の脱窒素に関わる水処理方法として生物学的脱窒素法が一般的に用いられている。生物学的脱窒素反応を行うには、消化反応系の好気槽と脱窒素反応系の嫌気槽を設け、脱窒素反応のエネルギー源としてメタノールなどの炭素源を嫌気槽に液体注入していた。しかし、炭素源を直接嫌気槽に液体注入するため、槽全体に拡散してしまい炭素源の利用効率が低く、槽外に炭素源が流出するため除去装置を設置する必要が生じる問題点がある。【０００３】  特許文献１には、脱窒素工程にメタノール・初沈汚泥・有機酸等の有機炭素源を供給し、脱窒素工程から流出する脱窒槽流出水中の流出ＮＯｘ−Ｎ濃度、流出溶解性有機物濃度を連続的に測定し、流出ＮＯｘ−Ｎ濃度が基準値より高く、かつ流出溶解性有機物濃度が基準値より高い場合に異常事態と判断して有機炭素源の供給を停止し、流出ＮＯｘ−Ｎ濃度が基準値より高く、かつ流出溶解性有機物濃度が基準値より低い場合に有機炭素源を供給し、流出ＮＯｘ−Ｎ濃度が基準値より低く、かつ流出溶解性有機物濃度が基準値より高い場合に有機炭素源の供給を停止し、流出ＮＯｘ−Ｎ濃度が基準値より低く、かつ流出溶解性有機物濃度が基準値より低い場合に有機炭素源を供給する有機炭素源添加方法が提案されている。この方法によれば、炭素源の利用効率と炭素源の流出は大幅に改善される。しかし、ＢＯＤ又はＣＯＤ自動分析装置や制御装置などの高度の電子装置を導入する必要が生じる問題点がある。【０００４】  特許文献２には、植物系繊維類と低分子の糖類を接着剤で固めて固形ブロック化することで脱窒用材とする方法が提案されている。この方法によれば、糖類の消耗速度を植物系繊維類との混合率で制御できるので炭素源の利用効率は非常に高い。また、炭素源の流出は完全に抑制できる。しかし、糖類の消耗速度が一定であるため、処理対象や残留濃度が変化すると混合率を変えたり、投入量を増減する必要が生じる問題点がある。また、設置直後からの利用は個体であるため不可能である。【０００５】  特許文献３には、脱窒工程における固定化担体として生分解性高分子を用いる方法が提案されている。この方法によれば、炭素源の流出は原理的に発生しないが生分解性の由来の通り速効的効果は期待できない点と、大量の固定化担体が必要になる問題点がある。【０００６】  特許文献４には、補強が効果的に実現でき、槽内での固定が容易であり、水との接触効率に優れ、成分の消費が可能で容易に把握することが可能な脱窒素促進剤及び水処理方法が提案されている。この方法によれば、炭素源の速効的効果も期待でき、槽外への流出も起こり難く、固定化担体も少量で済む。しかし、投入量を増減する必要が生じる問題点は残る。また、特許文献２同様に設置直後からの利用は個体であるため不可能である。【０００７】  特許文献５や特許文献６には、脱窒微生物を合成高分子担体や高分子ゲル材料を用いて包括固定して用いる方法が提案されている。この方法は、微生物の発生を待たずに脱窒素が可能であるが、硝化菌や脱窒菌そのものを包括固定坦持させたものは性能が先細りする傾向がある。また、生物そのものの固定化という構成からおのずと保存期間に制限があり、また製造方法も特殊な技術や製造方法を必要とする問題点がある。
【特許文献１】特開２００３−１５４３９２号公報
【特許文献２】特開平９−２９９９８６号公報
【特許文献３】特開２００２−１３６９９１号公報
【特許文献４】特開２００３−１５４３９５号公報
【特許文献５】特開２００３−５３３８５号公報
【特許文献６】特開平８−２２４０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  本発明が解決しようとする問題点は上記の如く、従来の槽全体に拡散してしまい炭素源の利用効率が低く槽外に炭素源が流出する問題点や、その問題点を解決するため生じてしまうＢＯＤ又はＣＯＤ自動分析装置や制御装置などの高度の電子装置を導入する必要が生じる問題点や、大量の固定化担体が必要になる問題点や、設置直後からの利用が不可能な問題点や、生物そのものの固定化という構成からおのずと保存期間に制限が生じる問題点を含んでいた。【０００９】  また、固定化単体を用いる方法全てに共通して、炭素源の投入量が固定化されてしまう問題点を含んでいた。従来の技術は、それぞれに特徴があり効果は見られるが上記のような解決すべき問題点を含んでいた。【００１０】  そこで本発明は、熱可逆性ゲルの寒天に脱窒素処理に有効な炭素源を混入し、ゲル強度や粘度を変化させるため天然糖類を添加し、液体の利点と固定化単体の利点の両方の性質と特性を発揮できるようにすると共に、炭素源を処理槽内に設けた濾過材にチューブ注入することも、固形物と同様に処理槽内に固定することも、ゲル強度や粘度を変化さることで可能にでき、従来の問題点を解決する脱窒素処理剤とそれを用いた脱窒素処理方法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】
【００１１】  上記の目的を達成するために請求項１に記載の脱窒素処理剤は、熱可逆性ゲルの寒天に天然糖類を添加してゲル強度や粘度を変化させ、処理槽内に強度の高いゲル化状態で配置したり、外部より適正な量を容易に添加できるようゲル化強度を弱めたりすることを特徴としている。【００１２】  この発明は、原材料の天草などの紅藻類から得られる寒天の特性の凝固点４０℃前後と比較的に高く室温で容易に固めることができ、一度固まったゲルの融点は８０℃以上で水に溶けにくいゲルを形成する性質を利用する。また、寒天は糖分を添加することでゲルの強度や粘度が大きく変化する性質を有するため、脱窒素処理に有効な炭素源として糖類を添加する。その他、アルコール類、低級脂肪酸、還元性硫黄化合物などが混入できるため水に溶けにくい性質を持ち、炭素源の速効的効果も十分に発揮できるのである。また、これらの素材の組み合わせや濃度の違いでゲル強度や粘度を変化させることが可能なため、処理槽内に強度の高いゲル化状態で配置すれば長期間使用が可能となり、反対に強度の低いゲル化状態で使用すれば、チューブなどを用いて外部より適正な量を容易に添加できるのである。【００１３】  請求項２に記載の脱窒素処理剤は、熱可逆性ゲルの寒天に天然糖類を添加してゲル強度や粘度を変化させた保持体中に、脱窒素処理に有効な液状炭素源と共に、成分の違う複数の固形状炭素源を混入し、溶出時間差を設けたことを特徴としている。【００１４】  この発明は、使用される原材料が天草などの紅藻類から得られる天然多糖類に、ゲル強度や粘度を変化させる糖類を主成分として添加して、副成分として、アルコール類、低級脂肪酸、還元性硫黄化合物などを添加した保持体中に、成分の違う複数の固形状炭素源を混入したことにより、処理層内に設置直後からの利用可能な糖類、アルコール類、低級脂肪酸、還元性硫黄化合物などの液状炭素源を初期炭素源として利用し、その後を固形状炭素源が利用できるような適切な配合が選択できるため、液体の利点と固定化単体の利点の両方の性質と特性を利用できるのである。また、全てが炭素源であるため利用効率も非常に良いのである。【００１５】  請求項３に記載の脱窒素処理方法は、熱可逆性ゲルの寒天に混入された炭素源の溶出特性を選択し、処理槽内に設けた濾過材中にチューブ注入することにより炭素源を常に適正に保つことを特徴としている。【００１６】  この発明は、寒天の濃度や種類、又は糖分の添加量を選択してゲル化強度を低くし、粘度を適宜持たせることにより、濾過材中にチューブを経由して注入された炭素源を濾過材中に停留させる。この作用により炭素源の流出を防止すると共に長期安定化を可能にし、脱窒素処理対象や窒素残留濃度が変化してもゲル化炭素源の注入量の増減で常に適正に処理対応できるのである。【００１７】  請求項４に記載の脱窒素処理方法は、炭素源が配置、または、注入された濾過材を充填した処理槽において、濾過材近傍の流速を可変することで脱窒素処理に移行させたり、消化反応処理に移行させたりすることをことを特徴ととしている。【００１８】  この発明は、流速を減じることで濾過材近傍の消化反応に対応する微生物が消費する酸素量が、供給される酸素量を上��るため局部的に酸素量が制限され効率よく脱窒素反応が起こる。反対に流速を早めると脱窒素反応は減少し消化反応が促進されるため、消化反応に対応する微生物が消費する酸素量つまり流速を可変することで脱窒素処理能力をコントロールすることができるのである。
【発明の効果】
【００１９】  以上説明したように請求項１の発明によれば、寒天に糖分を添加することでゲル化強度や粘度が変化する特性を利用して、処理槽内に強度の高いゲル化状態で配置すれば固定化単体と同様の使用に対応でき、ゲル化強度を弱めれば外部より適正な量を容易に添加できるため液体と同様の使用に対応でき、相反した使用目的に対応できる。【００２０】  請求項２の発明によれば、寒天に添加してゲル強度や粘度を変化させる液状炭素源が初期炭素源として利用され、続いて成分の違う複数の固形状炭素源が中長期の炭素源として利用されるため、初期から最後まで安定的に利用効果を発揮できる。【００２１】  誚求項３の発明によれば、濾過材にチューブを経由して注入するため、処理対象や残留濃度が変化してもゲル化炭素源の注入量の増減で水処理制御が可能となる。【００２２】  請求項４の発明によれば、反応流速を増減することで脱窒素反応と消化反応をコントロールすることができるため、従来の設備に付属させたり、単槽での脱窒素に関わる水処理が可能となり、従来の資産を継承することができると共に装置の小型化に貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】  以下、本発明の実施形態を図１〜図６を参照して詳細に説明する。図１は本発明の成分の違う固形状炭素源が混入されたゲル化炭素源の斜視図、図２は本発明の濾材封入カプセルを示す一部切欠き斜視図、図３は本発明の第一実施例を示す断面図、図４は本発明の第二実施例を示す断面図、図５は本発明の脱窒素処理反応を示すグラフ、図６は本発明の流速に対する脱窒素反応と消化反応を示すグラフである。【００２４】  図１に示すゲル化炭素源１の保持体２の中には、成分の違う小粒径のＡ固定化炭素源３と、Ｂ固定化炭素源４と、Ｃ固定化炭素源５が混入されている。このゲル化炭素源１を構成する保持体２の主成分寒天は糖分を添加することでゲルの強度や粘度が大きく変化する性質を有するため、固定化単体と同様の使用に対応させるには糖分濃度を上げる。また、チューブなどを用いて外部より添加する場合は糖分濃度を下げることで対応ができるのである。【００２５】  図２に示す濾材封入カプセル６の内部には、木、竹、樹皮、ヤシ殻、サトウキビなどの繊維質で構成する有機炭素源７が充填されている。そして、有機炭素源７の中央部にはゲル化炭素源１を移送するチューブ８が設けられている。また、濾材封入カプセル６の内部に充填する材料は、プラスチックなどの樹脂や不織布などの繊維質に置き換えて使用することもできる。【００２６】  チューブ８を経由して送り込まれたゲル化炭素源１は、拡大図として示す繊維質で構成する有機炭素源７の表面に、分散粒子状のゲル化炭素源１として付着するため、菌体との反応面積や水との接触面積が拡張され反応スピードを増すことになる。【００２７】  本発明で使用される電子供与体の炭素源としては、脱窒素の栄養源として使用される従来公知の物質はいずれも使用することができ、特に限定されるものではない。例えば、エタノール、メタノールなどのアルコール類、カルボン酸、プロピオン酸、酪酸等の酸、チオ硫酸ナトリウム、硫化ナトリウムなどの化合物等が用いられる。【００２８】  図３に示す第一実施例は、消化と脱窒素を同一槽で行うべく処理槽９内に濾材封入カプセル６を充填し、処理槽９底部よりポンプ１０を用いて処理水１１を吸い上げ、散水パイプ１２から循環水１３を放出させる。ポンプ１０での吸い上げ能力のコントロールはバルブ１４の開閉で行い、バルブ１４を開放すれば流速は速まり、バルブ１４を閉じれば流速は遅くなる。また、流入水１５は流入パイプ１６を経由して処理槽９に流入し、処理槽９内が満されると、オーバーフローパイプ１７を経由して送出水１８となって処理槽９外に放出される。【００２９】  この水処理において、流速を減じることで繊維質で構成する有機炭素源７の表面に分散粒子状のゲル化炭素源１として付着した炭素源と、有機炭素源７の栄養代謝で、微生物が消費する酸素量が供給される酸素量を上回ると局部的に酸素量が制限され効率よく脱窒素反応が起こる。反対に流速を早めると脱窒素反応は減少し消化反応が促進されるため、流速を可変することで脱窒素処理能力をコントロールしたり、脱窒素反応と消化反応を高次元でバランスすることができるのである。【００３０】  ここで働くバクテリアは通性嫌気菌といわれるもので、酸素が豊富にある状態で��酸素呼吸し、貧酸素領域では硝酸塩または亜硝酸塩呼吸をして、硝酸塩→亜硝酸塩→窒素という還元を行い、この際に栄養分として有機炭素が必要になる。【００３１】  図４に示す第二実施例では、消化と脱窒素を個別の槽で行うべく処理槽９とＢ処理槽１９を接続パイプ２０でつないでいる。処理槽９内に濾材封入カプセル６を充填し、処理槽９底部よりポンプ１０を用いて処理する行程は同じであるが、バルブ１４により処理水１１の循環量つまり流速は、脱窒素反応が最大になるように比較的緩やかな流れに固定されている点が相違する。また、流出水２１がＢ処理槽１９に放出されると水面２２が上がり、等量の流入水２３を発生させ処理槽９に戻り循環経路を造る。【００３２】  この水処理において、Ｂ処理槽１９は従来の消化反応槽であり、処理槽９は脱窒素反応専用槽として機能するため従来の設備に横置で外部接続したり、上部空間に設置したり、内部に設置できるため従来の資産を継承することができるのである。【００３３】  また、脱窒素反応は濾材封入カプセル６内部で起こるため、濾材封入カプセル６外部に流れる循環水の総量の影響を受け、流出水２１の溶存酸素は０．５ｍｇ／Ｌ程度低下するに過ぎない。この溶存酸素の０．５ｍｇ／Ｌ程度の低下は、Ｂ処理槽１９の消化反応槽に全く影響を与えないレベルの数値であり第二実施例のごとく実施すれば、処理槽９とＢ処理槽１９を単独でそれぞれの機能を最大限に引き出すことができるのである。【００３４】  脱窒素反応の検証は、魚介類の一時貯留水槽５００Ｌ＋３層式濾過槽１００Ｌの設備に３０Ｌの脱窒素処理槽を付加した状態で行った。脱窒素処理槽内の濾材封入カプセル６には、竹を縦に裁断した有機炭素源７を挿入し、有機炭素源７の中央部に１０ｍｍ角のゲル化炭素源１を２個内包させた濾材封入カプセル６を９組使用した。ゲル化炭素源１の成分は、１００ｇ中に炭水化物８５．８ｇ（砂糖７５％、桃果汁２５％）、水分１６．２ｇ、総エネルギー３３５ｋカロリーに調整した硬めの素材とした。この検証は、脱窒素反応の有効性の確認のため、ゲル化炭素源１の外部からの注入はしていない。また、ゲル化炭素源１内に固形状炭素源も混入していない。【００３５】  処理水質の測定は、テトラベルケ社のアンモニア試薬、亜硝酸試薬と千寿製薬社の硝酸試薬を用い測定する。脱窒素処理槽を付加する直前の水質は、アンモニア態窒素検出レベル以下、亜硝酸態窒素検出レベル以下、硝酸態窒素４００ｍｇ／Ｌと３層式濾過槽の消化反応が理論通り進行していることが判断できる。脱窒素処理槽を付加すると、図５のように１日経過すると硝酸態窒素が２２５ｍｇ／Ｌに低下、２日経過すると硝酸態窒素が１２５ｍｇ／Ｌに低下、３日経過すると硝酸態窒素が７０ｍｇ／Ｌに低下、６日経過すると硝酸態窒素は検出レベル以下まで低下する。脱窒素反応の検証開始から１８日経過した時点で約６ｍｇ／Ｌの硝酸態窒素濃度を検出。ここで使用している硝酸態窒素試薬は比色表により判定するもので、６ｍｇ／Ｌ、１２．５ｍｇ／Ｌ、２５ｍｇ／Ｌ、５０ｍｇ／Ｌ、１００ｍｇ／Ｌの５段階の色見表より判定するものであるため、測定対象水を精製水で分割して測定結果としている。【００３６】  脱窒素反応の検証開始から６��経過した時点で検出レベル以下まで低下した硝酸態窒素濃度が上昇傾向を見せたのは１８日経過した時点であり、ここで検証を終了し濾材封入カプセル６の内部を確認した結果、１０ｍｍ角のゲル化炭素源１は完全に消費されていた。この結杲より、１５日前後にゲル化炭素源１を補充する必要があり、ゲル化炭素源１の外部からの注入は非常に有効な手段であることが確認できる。また、１０ｍｍ角のゲル化炭素源１が消費される時間が予想より早いのは、砂糖や桃果汁の炭水化物８５．８ｇが栄養分として１５日以前に消費され、寒天成分も栄養分として消費されたものと推測できる。したがって、脱窒素処理剤としての有効期間を延命させる手段として、ゲル化炭素源１内に固形状炭素源を混入すれば良いことが確認できる。【００３７】  継ぎに魚介類の設備の３層式濾過槽を停止した状態に３０Ｌの脱窒素処理槽を取付け、脱窒素処理槽単独で送気量の違いによる脱窒素反応と、消化反応の指数推移の検証を行った。送気量を変化させ脱窒素反応と、消化反応を各２週間の平均値を表すと、図６のような流速に対する脱窒素反応Ｄと消化反応Ｓを示すグラフとなった。この３０Ｌの脱窒素処理槽では、送気量２．５Ｌ以下で脱窒素反応Ｄが最大になり、送気量３．５Ｌ以上で消化反応Ｓが最大になることが判明した。単独層で消化反応Ｓと脱窒素反応Ｄを効率良く作用させるには、３Ｌ付近で送気量を固定すれば良い。この結果はあくまでも今回の仕様によるもので、濾材封入カプセル６の容量や長さなどの条件が変われば数値は変化する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の成分の違う固形状炭素源が混入されたゲル化炭素源の斜視図である。
【図２】本発明の濾材封入カプセルを示す一部切欠き斜視図である。
【図３】本発明の第一実施例を示す断面図である。
【図４】本発明の第二実施例を示す断面図である。
【図５】本発明の脱窒素処理反応を示すグラフである。
【図６】本発明の流速に対する脱窒素反応と消化反応を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３９】１      ゲル化炭素源
２      保持体
３      Ａ固形状炭素源
４      Ｂ固形状炭素源
５      Ｃ固形状炭素源
６      濾材封入カプセル
７      有機炭素源
８      チューブ
９      処理槽
１０    ポンプ
１１    処理水
１２    散水パイプ
１３    循環水
１４    バルブ
１５    流入水
１６    流入パイプ
１７    オーバーフローパイプ
１８    送出水
１９    Ｂ処理槽
２０    接続パイプ
２１    流出水
２２    水面
２３    流入水
Ｄ      脱窒素反応
Ｓ      消化反応
【図１】
2005161285.tif 000003
【図２】
2005161285.tif 000004
【図３】
2005161285.tif 000005
【図４】
2005161285.tif 000006
【図５】
2005161285.tif 000007
【図６】
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