(57)【要約】【課題】亜硝酸型の硝化を行うことができ、しかも担体のハンドリング、スクリーンの目詰まり、担体強度不足といった従来の亜硝酸型硝化担体の欠点を解消することができる亜硝酸型硝化担体の製造方法を提供する。【解決手段】図１（Ａ）に示すように、本発明担体を用いた廃水処理では開始から２〜３週間目にかけてアンモニア酸化活性が確認され、亜硝酸の生成が確認された。その後、２ヶ月以上排水処理を行ったが、硝酸の生成は見られなかった。一方、図１（Ｂ）に示すように、比較担体で廃水処理を行うと、３週間目以降から硝酸の生成が確認され、亜硝酸酸化細菌が存在することが判明した。このように、活性汚泥を加熱処理した後に包括固定化して製造した本発明担体は、亜硝酸型の硝化を行うことが確認された。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア性窒素を亜硝酸まで硝化するアンモニア酸化細菌を優先的に集積させた亜硝酸型硝化担体の製造方法において、
少なくともアンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌を含む硝化性能を有する複合微生物系の汚泥を４０〜１００°Ｃの範囲で加熱処理した後、モノマ又はプレポリマの何れかに包括固定化することを特徴とする亜硝酸型硝化担体の製造方法。
【請求項２】
前記加熱処理は、５０〜９０°Ｃの範囲とすることを特徴とする請求項１の亜硝酸型硝化担体の製造方法。
【請求項３】
前記加熱処理は、
加熱処理温度が４０°Ｃ以上、６０°Ｃ未満の範囲では６０分以上行い、
加熱処理温度が６０°Ｃ以上、８０°Ｃ未満の範囲では４０分以上行い、
加熱処理温度が８０°Ｃ以上、１００°Ｃ以下の範囲では２０分以上行うことを特徴とする請求項１の亜硝酸型硝化担体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニア性窒素を亜硝酸まで硝化するアンモニア酸化細菌を優先的に集積させることにより形成される亜硝酸型硝化担体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、廃水や下水を微生物で処理する生物学的処理は、比較的低コストであることから広く採用される。しかし、微生物の種類によっては増殖速度が遅いものや、被毒し易いもの、又はその環境中において増殖しにくいものもあり、必ずしも効率的な方法とはいえない場合がある。そこで、微生物が繁殖しやすい環境を積極的に形成するために、特定の微生物をあらかじめ内部に包括固定した固定化微生物担体を用いて生物処理する処理方法がすでに実用化されている。
【０００３】
特許文献１では、水又は大気中に含有されるアンモニア性窒素を好気性条件下で亜硝酸まで硝化する硝化処理として、亜硝酸型硝化担体を使用することが提案されている。この亜硝酸型硝化担体は、採集した活性汚泥をモノマ又はプレポリマを用いて包括固定化した後、加熱処理することにより形成される。これにより、亜硝酸型硝化担体はアンモニア酸化細菌を優先的に集積させることができるので、アンモニア性窒素に対して亜硝酸型の硝化処理を行うことができる。
【特許文献１】特開２００３−２１１１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の亜硝酸型硝化担体は包括固定化後に加熱処理されて製造されるため、加熱処理時の熱により担体から水分が放出されて収縮するので、製造後に担体を回収して製品として袋詰め等を行う際にハンドリングが悪くなるという欠点がある。また、収縮した亜硝酸型硝化担体を処理槽に投入して廃水処理を行うと、処理槽に設けられたスクリーンから流出したり、スクリーンを目詰まりさせるという欠点がある。更には、担体は処理槽内で半永久的に使用されるため、担体の強度が強いことが要求されるが、特許文献１の亜硝酸型硝化担体は担体強度の点でも未だ十分とは言えない。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、亜硝酸型の硝化を行うことができ、しかも担体のハンドリング、スクリーンの目詰まり、担体強度不足といった従来の亜硝酸型硝化担体の欠点を解消することができる亜硝酸型硝化担体の製造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】
【０００６】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、アンモニア性窒素を亜硝酸まで硝化するアンモニア酸化細菌を優先的に集積させた亜硝酸型硝化担体の製造方法において、
少なくともアンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌を含む硝化性能を有する複合微生物系の汚泥を４０〜１００°Ｃの範囲で加熱処理した後、モノマ又はプレポリマの何れかに包括固定化することを特徴とする。
【０００７】
ここで、少なくともアンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌を含む硝化性能を有する複合微生物系の汚泥の具体例としては、下水や工場廃水を処理する処理場の活性汚泥、湖沼や河川や海の底泥、地表の土壌等がある。
【０００８】
請求項１によれば、亜硝酸型硝化担体の製造において、少なくともアンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌を含む硝化性能を有する複合微生物系の汚泥を４０〜１００°Ｃの範囲で加熱処理した後、モノマ又はプレポリマの何れかに包括固定化するようにした。これにより、亜硝酸酸化細菌を殺菌してアンモニア酸化細菌を優先的に集積させた亜硝酸型の担体を製造でき、しかも従来のように汚泥を包括固定してから加熱処理していないので、加熱処理の熱によって担体が収縮することを防止できる。したがって、亜硝酸型の硝化性能を維持したまま担体のハンドリングを向上できるとともに、担体を投入して硝化処理を行う処理槽のスクリーンに担体が目詰まりすることがない。更には、加熱処理後に包括固定するので、包括固定化時の活性汚泥の温度が高くなるため、モノマ又はプレポリマのゲルと結合し易く、重合反応を行う際に重合が速く且つ強力に行われる。これにより、担体強度を強くすることができるので、衝撃による破損や再加熱による収縮を抑えることができる。このように、本発明の製造方法で製造された亜硝酸型硝化担体は、亜硝酸型の硝化を行うことができ、しかも担体のハンドリング、スクリーンの目詰まり、担体強度不足といった従来の亜硝酸型硝化担体の欠点を解消することができる。
【０００９】
本発明の請求項２は請求項１において、前記加熱処理は、５０〜９０°Ｃの範囲とすることを特徴とする。加熱処理の温度を５０°Ｃ以上にすることで亜硝酸酸化細菌の殺菌を促進でき、９０°Ｃ以下にすることでアンモニア酸化細菌の失活を防止して集積度を上げることができる。
【００１０】
本発明の請求項３は請求項１において、前記加熱処理は、加熱処理温度が４０°Ｃ以上、６０°Ｃ未満の範囲では６０分以上行い、加熱処理温度が６０°Ｃ以上、８０°Ｃ未満の範囲では４０分以上行い、加熱処理温度が８０°Ｃ以上、１００°Ｃ以下の範囲では２０分以上行うことを特徴とする。
【００１１】
請求項３によれば、加熱処理を上記条件で行うことにより、亜硝酸酸化細菌を排除してアンモニア酸化細菌を集積できるとともに、過度の加熱によるアンモニア酸化細菌の失活を防止できるので、亜硝酸型の硝化を効率よく行う担体を製造することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明に係る亜硝酸型硝化担体の製造方法によれば、亜硝酸型の硝化を行うことができ、しかも担体のハンドリング、スクリーンの目詰まり、担体強度不足といった従来の亜硝酸型硝化担体の欠点を解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下添付図面に従って本発明に係る亜硝酸型硝化担体の製造方法の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１４】
本発明の亜硝酸型硝化担体は、湖沼や河川や海の底泥、地表の土壌、又は下水や工場廃水を処理する処理場の活性汚泥のように、多数の微生物が混在する複合微生物系の汚泥、特にアンモニア酸化細菌や亜硝酸酸化細菌等の硝化細菌を多く含む汚泥を微生物供給源とし、この複合微生物系の汚泥をモノマ又はプレポリマに包括固定した後に、４０〜１００°Ｃ、好ましくは５０〜９０°Ｃの範囲内で加熱処理するか、あるいは複合微生物系の汚泥の存在下でモノマ又はプレポリマを重合して包括固定する際に４０〜１００°Ｃ、好ましくは５０〜９０°Ｃの範囲内で加熱処理することにより製造される。
【００１５】
すなわち、本発明は複合微生物系の汚泥をモノマ又はプレポリマで包括した状態や、モノマ又はプレポリマで包括するゲル化反応での重合時に加熱処理するのではなく、複合微生物系の汚泥を加熱処理してからモノマ又はプレポリマで重合して包括固定することが重要である。
【００１６】
これにより、複合微生物系の汚泥中に混在する複数種の微生物のうち、アンモニア性窒素を亜硝酸まで硝化するアンモニア酸化細菌を優先的に集積し、亜硝酸を硝酸に酸化する亜硝酸酸化細菌の集積を抑制することができる。このとき、加熱処理の熱により複合微生物系の汚泥中の微生物が可溶化され易くなるが、直ぐに包括固定化を行うため、包括固定化後の微生物の棲息空間を形成できる。また、加熱処理後に包括固定化することにより、活性汚泥は加熱処理によって加熱されているため、重合による結合力を強くすることができる。これにより、製造された担体の強度を強くすることができるので、衝撃による破損や再加熱による熱収縮の少ないハンドリングのよい担体を提供することができる。
【００１７】
本発明の亜硝酸型硝化担体の製造に用いられるモノマ又はプレポリマとしては、モノメタクリレート類、モノアクリレート類、ジメタクリレート類、ジアクリレート類、トリメタクリレート類、トリアクリレート類、テトラアクリレート類、ウレタンアクリレート類、エポキシアクリレート類、その他、ポリビニルアルコール、アクリルアミド、光硬化性ポリビニルアルコール、光硬化性ポリエチレングリコール、光硬化性ポリエチレングリコールポリプロピレングリコールプレポリマ等を使用することができる。
【００１８】
本発明の亜硝酸型硝化担体の製造方法において、加熱処理による亜硝酸型の硝化性能を調べるため、下記における第１の廃水処理試験を行った。
【００１９】
供試される担体は、下水処理場の余剰汚泥をビーカーに採取して、ビーカーを湯浴に浸して６０°Ｃ、６０分加熱処理した。加熱処理後の汚泥をポリエチレングリコール系のプレポリマと混合し、重合開始剤として過硫化カリウムを添加して重合させた。重合後のゲルを３ｍｍ角の立方体に整形して、亜硝酸型硝化担体を製造した（以後、本発明担体と記す）。なお、本発明担体の汚泥の含有量は２％とし、プレポリマ含有量は１０％になるように包括固定化したものを使用した。
【００２０】
なお、比較例として、上述した活性汚泥を加熱処理せずにポリエチレングリコール系のプレポリマーと混合し、過硫化カリウムを添加して重合させた担体（以後、比較担体と記す）を使用した。
【００２１】
廃水処理の条件は、水温を２０°Ｃ、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）を６時間、ＤＯを７以上とした。供試廃水としては、アンモニア性窒素を１００ｍｇ／Ｌを含有する合成廃水を用いた。合成廃水の組成を表１に示す。
【００２２】
【表１】
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その結果を図１に示す。図１は試験結果を示したグラフであり、図１（Ａ）は本発明担体を使用した場合、図１（Ｂ）は比較担体を使用した場合である。なお、各グラフにおいて、■は総窒素濃度を示し、□は亜硝酸濃度を示し、○は硝酸性窒素濃度を示し、●はアンモニア性窒素濃度を示している。
【００２３】
図１（Ａ）に示すように、本発明担体を用いた廃水処理では開始から２〜３週間目にかけてアンモニア酸化活性が確認され、亜硝酸の生成が確認された。その後、２ヶ月以上排水処理を行ったが、硝酸の生成は見られなかった。一方、図１（Ｂ）に示すように、比較担体で廃水処理を行うと、３週間目以降から硝酸の生成が確認され、亜硝酸酸化細菌が存在することが判明した。このように、活性汚泥を加熱処理した後に包括固定化して製造した本発明担体は、亜硝酸型の硝化を行うことが確認された。
【００２４】
次に、本発明の亜硝酸型硝化担体の製造方法における加熱処理温度と加熱処理時間との関係を調べるために第２の廃水処理試験を行った。
【００２５】
供試される担体は、第１の廃水処理試験で使用された活性汚泥を４０°Ｃ、５０°Ｃ、６０°Ｃ、７０°Ｃ、８０°Ｃ、９０°Ｃ、１００°Ｃで加熱処理を行い、加熱処理時間を各温度条件で２０分、４０分、６０分、１２０分とした。加熱処理後の各活性汚泥をポリエチレングリコール系のプレポリマと混合し、過硫化カリウムを添加して重合させた担体を使用した。また、供試される廃水は、亜硝酸窒素を４０ｍｇ／Ｌを含有した合成廃水を使用した。廃水処理試験は、合成廃水４５０ｍｌ中に担体５０ｍｇを投入して連続曝気にて廃水処理を行い、１日ごとに交換して、交換した処理水中の硝酸濃度を測定した。
【００２６】
その結果を図２に示す。図２は、各加熱処理温度及び各加熱処理時間における処理水中の硝酸濃度を示したグラフである。
【００２７】
図２から分かるように、４０°Ｃと５０°Ｃで６０分以上、６０°Ｃと７０°Ｃで４０分以上、８０°Ｃと９０°Ｃと１００°Ｃで２０分以上加熱処理した活性汚泥では硝酸がほとんど検出されず、廃水に対して亜硝酸型の硝化を行うことができた。
【００２８】
このことから、複数微生物汚泥の加熱処理を４０°Ｃ以上、６０°Ｃ未満では６０分以上、６０°Ｃ以上、８０°Ｃ未満では４０分以上、８０°Ｃ以上、１００°Ｃ以下では２０分以上で行うことにより、亜硝酸型の硝化を行う亜硝酸型硝化担体を製造できることが確認された。
【００２９】
また、下水や工場廃水を処理する処理場の活性汚泥、湖沼や河川や海の底泥、地表の土壌等の採集地の異なる汚泥を使用し、汚泥を加熱処理後に包括固定を行う本発明担体と、特許文献１のように汚泥を包括固定した後に加熱処理を行う従来担体とにおける、担体のハンドリング性、処理槽のスクリーンの目詰まり回避性、担体強度を比較したところ、本発明担体は、担体のハンドリング性、処理槽のスクリーンの目詰まり回避性、担体強度の全ての点で従来担体よりも優れていた。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の亜硝酸型硝化担体の製造方法における余剰汚泥の加熱処理と亜硝酸型の硝化能力との関係を示したグラフ
【図２】本発明の亜硝酸型硝化担体の製造方法における加熱処理温度及び加熱処理時間と、亜硝酸型の消化能力の関係を示したグラフ
【図１】
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【図２】
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