(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性汚泥における微生物フロックを形成するための液剤であって、
カルボキシル基を有する直鎖状の第１高分子と、
前記カルボキシル基と水素結合するアミノ基を有するカチオン性の第２高分子と、
前記第１高分子と前記第２高分子とからなる複合高分子に吸着する第３高分子と、
を少なくとも含み、
前記第３高分子は、ポリグルタミン酸、カルボキシルメチルセルロース、ポリアスパラギン酸、アルギン酸の少なくともいずれか１つであることを特徴とするフロック形成促進剤。
【請求項２】
前記第１高分子は、ポリアクリル酸ナトリウムのポリマーであることを特徴とする請求項１記載に記載のフロック形成促進剤。
【請求項３】
前記第２高分子は、ポリエチレンイミンであることを特徴とする請求項１記載に記載のフロック形成促進剤。
【請求項４】
前記第３高分子は、ポリグルタミン酸であることを特徴とする請求項１から３のいずれ
か一項に記載されたフロック形成促進剤。
【請求項５】
請求項１記載のフロック形成促進剤を用いることを特徴とする活性汚泥処理方法。
【請求項６】
前記フロック形成促進剤を生物反応槽に添加して活性汚泥密度を高めることを特徴とす
る請求項５記載の活性汚泥処理方法。
【請求項７】
前記フロック形成促進剤を生物反応槽に添加してバルキングの発生を防止することを特
徴とする請求項５記載の活性汚泥処理方法。
【請求項８】
請求項１記載のフロック形成促進剤を用いることを特徴とするバルキング防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物フロックの形成を促進する技術に関する。より詳しくは、活性汚泥処理方法などにおける生物反応槽での微生物フロックの形成を促進する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性排水の生物酸化処理方法である活性汚泥法が知られている。この「活性汚泥法」は、細菌、かび類、藻類、原生動物、輪虫類、線虫類などの好気性微生物の集合体である「活性汚泥」を利用して排水を浄化する方法であり、現在、下水処理、産業排水処理、畜産汚水処理等に広く利用されている。
【０００３】
この活性汚泥法のプロセスは、概ね、次の通りである。まず、濾過、沈殿などの前処理を行った排水を、生物反応槽（「曝気槽」とも言う。）に送り込み、曝気しながらフロック状の活性汚泥と接触させ、この過程で排水中に含まれている有機物を好気的に酸化分解する。続いて、処理水を沈殿槽（沈殿池）に送って汚泥を分離・沈殿（固液分離）させた後に、その分離上層水を消毒し、放流する。そして、前記沈殿槽で発生した濃縮活性汚泥の一部を返送汚泥として前記生物反応槽に送って、該反応槽内の汚泥の微生物濃度の調製に用いるとともに、新しい流入排水（流入基質）と接触させる。
【０００４】
フロック状の微生物集合体である前記活性汚泥は、有機物酸化力と凝集吸着力が強く、沈降分離性に優れている。生物反応槽における微生物は、特定の微生物の産生するポリマーでフロックを形成し、フロック化することにより、槽内における微生物のＢＯＤ処理能力が高くなる。また、フロック化することで固液分離性能が良くなり、沈殿槽で清澄な上澄みが得られる。
【０００５】
しかしながら、一旦生物反応槽において「バルキング」と称される現象が発生すると、活性汚泥が膨れて軽くなるため、沈降性と圧密性が悪化し、沈殿槽での分離上層水の量が減少悪くなる等の問題が起こる。このバルキングは、活性汚泥中に糸状体を形成する微生物（糸状性細菌）が増殖した場合（糸状性バルキング）や活性汚泥中に高粘性多糖類のような物質が蓄積した場合（非糸状性バルキング）などに発生する。その発生原因として、水温の変化、炭水化物を多量に含む排水の流入、低分子の溶解性有機物の多量流入、ＳＳ流入量の低下、窒素及びリンの不足等が知られている。
【０００６】
一般的なバルキング対策としては、凝集剤の添加によって汚泥の沈降性の改善を行う方法、殺菌剤添加による糸状性細菌の殺菌を行う方法、糸状性細菌の糸状化抑制を行う方法などが採用されている。
【０００７】
例えば、特許文献１には、カチオン系高分子凝集剤、無機凝集剤などを含有するバルキング防除剤が開示され、これを曝気槽、沈殿槽、返送汚泥に添加するバルキング防除方法が開示されている。特許文献２には、メチレンジチオシアネートを有効性成分として含有し、該有効成分によって特定の糸状性細菌を破壊することを特徴とするバルキング現象防止剤が開示されている。特許文献３には、ピラゾロピリミジン誘導体によって、糸状性細菌の糸状化のみを抑制するバルキング防止剤が開示されている。加えて、特許文献４には、天然原料から製造されたゼオライトを主成分とするバルキング防止剤が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２４４２８７号公報。
【特許文献２】特開平６−２０６０８９号公報。
【特許文献３】特開平５−３０９３８８号公報。
【特許文献４】特開２０００−３３４４８３号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、活性汚泥槽などに凝集剤や殺菌剤の添加を行ってバルキングを防止又は抑制を図る方法では、微生物活性が低下するという技術的課題がある。また、従来のバルキング防止剤では、微生物のフロック形成の促進を充分に行うことができなかった。
【００１０】
そこで、本発明は、微生物活性を低下させることなく、フロック形成を促進できる液状のフロック形成促進剤を提供するとともに、該フロック形成促進剤を用いる活性汚泥処理方法とバルキング予防方法を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明では、まず、フロック形成促進剤を提供する。このフロック形成促進剤は、活性汚泥の微生物フロックを形成するために有用な液剤であり、カルボキシル基を有する直鎖状の第１高分子と、前記カルボキシル基と水素結合するアミノ基を有するカチオン性の第２高分子と、前記第１高分子と前記第２高分子とからなる複合高分子に吸着する第３高分子と、を少なくとも含んでいる。
【００１２】
第１高分子は微生物フロックの基本的な骨格を形成する役割を果たし、第２高分子は、前記第１高分子のカルボキシル基と水素結合して分岐状構造の複合高分子を形成する役割を果たすとともに、マイナスに荷電する微生物を吸着する役割を果たし、第３高分子は、第１高分子と第２高分子からなる複合高分子の構造を強固に維持する役割を果たす。
【００１３】
本発明に係るフロック形成促進剤は、微生物吸着担体として有用であり、従来一般の高分子凝集剤とは異なって、一旦吸着した微生物の活性を阻害することがないという特徴を有する。従来一般の高分子凝集剤は、微生物をポリマーの膜で包み込むようにフロックを形成するため、好気性菌や微好気性菌の生息が困難となるという問題があるが、本発明に係るフロック形成促進剤では、フロックの最外側に好気性菌と食菌性原生動物の相が形成され、その内側には微好気性菌の相が形成され、さらにフロックのコアの部分には嫌気性菌の相が形成され、これらの微生物相は非常に安定である。食菌性原生動物は、フロック内の細菌を捕食し、捕食される細菌は捕食刺激によりその活性が高く維持されるので、この捕食・被捕食関係がフロックの安定化と微生物活性の維持に大きく寄与する。
【００１４】
ここで、本発明に係るフロック形成促進剤を構成する高分子は、狭く限定されないが、第１高分子としては、例えば、ポリアクリル酸ナトリウムのポリマーを採用でき、第２高分子は、例えば、ポリエチレンイミンを採用でき、第３高分子は、例えば、ポリグルタミン酸を好適に採用できる。
【００１５】
このような高分子構成を採用した場合、ポリアクリル酸ナトリウムのカルボキシル基とポリエチレンイミンのアミノ基が水素結合することによって、ポリアクリル酸ナトリウムの直鎖状高分子からポリエチレンイミンが分岐してぶら下がっている状態の分岐構造（架橋構造）が形成され、これにより全体としては網目状又は格子状の構造が形成される。また、この網目状又は格子状の構造体にポリグルタミン酸のイオン化したカルボキシル基が吸着することによって、当該分岐構造の安定化や維持が達成される。また、ポリエチレンイミンのカチオン性の遊離アミノ基（水素結合に係わらないアミノ基）は、マイナスに荷電する微生物を電気的に引き寄せるため、微生物フロックの形成を促進する作用を発揮する。
【００１６】
本発明では、上記構成のフロック形成促進剤を用いる活性汚泥処理方法、より具体的には、このフロック形成促進剤を生物反応槽に添加して活性汚泥密度を高め、さらにはバルキングの発生を防止する活性汚泥処理方法を提供する。また、本発明に係る上記フロック形成促進剤を用いることを特徴とするバルキング防止方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、微生物活性を低下させることなく、むしろ微生物を活性化しながらフロックの形成を促進することができる。また、微生物フロックが強固に安定化するので、バルキングの発生を有効に予防することができ、固液分離も容易化し、沈殿槽では清澄な上澄み液を得ることができる。さらに、使用汚泥を減量することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための好適な形態について、添付図面や化学式を参照しながら説明する。なお、本実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。
【００１９】
本発明に係るフロック形成促進剤は、以下に説明する第１〜３の高分子を少なくとも含有する液性の微生物吸着担体であり、活性汚泥処理方法における生物反応槽（曝気槽）などに添加されて微生物フロックの形成を促進し、活性汚泥密度（微生物密度）を高め、さらにはバルキングの発生を有効に防止する。
【００２０】
本実施形態では、第１高分子として、次の化学構造を有する直鎖状のポリアクリル酸ナトリウム（以下、しばしば「ＳＰＡ」と略称）を採用する。なお、第１高分子の他の候補としては、例えば、ポリマレイン酸ナトリウムやアクリル酸とマレイン酸の共重合体塩などを挙げることができる。
【００２１】
【化１】
0004602847.tif 000002
【００２２】
このポリアクリル酸ナトリウム（ＳＰＡ）は、分子量数千万から数億に及ぶ長鎖状を呈する高分子を形成し、水中においては絡まった長い糸のような状態で存在する。このポリアクリル酸ナトリウムのカルボキシル基は、微生物吸着能を有するカチオン性の第２高分子を結合する役割を果たす。
【００２３】
この第２高分子として、以下の化学式２にその分子式が示されたポリエチレンイミン（以下「ＰＥＩ」としばしば略称）を好適に採用できる。このＰＥＩは、溶液中でプラスにチャージするため、マイナスに荷電する微生物との間で電気的に吸着する役割を果たす。なお、この第２高分子の他の候補として、ポリエチレンイミン以外のアルキレンイミンポリマー、ポリアクリルアミド、ポリアミノ酸（例えば、ポリリジン、ポリアルギニン）を挙げることができる。
【００２４】
【化２】
0004602847.tif 000003
【００２５】
更に、ポリアクリル酸ナトリウム（ＳＰＡ）とポリエチレンイミン（ＰＥＩ）の溶液中におけるカルボキシル基とアミノ基の水素結合による複合高分子状態を強固に結合させるために、第３高分子を用いる。
【００２６】
この第３高分子として、下記の化学式３にその分子式が示されたポリグルタミン酸（以下「ＰＧＡ」としばしば略称I）が好適である。なお、この第３高分子の他の候補として、カルボキシルメチルセルロース、ポリアスパラギン酸、アルギン酸やこれらの物質の組み合わせを挙げることができる。
【００２７】
【化３】
0004602847.tif 000004
【００２８】
ここで、高濃度で混合されているＳＰＡ、ＰＥＩ、ＰＧＡの三つの高分子は、それぞれの物質間で相互作用を及ぼさないために、ｐＨ１２位の高アルカリ性溶液として存在している。これらの高分子の高濃度混合体を、例えば、活性汚泥処理装置の生物反応槽（曝気槽）へ１万〜１０万倍程度に希釈混合するように添加すれば、ＳＰＡは次の化学式４のようにイオン化し、また、ＰＥＩは、次の化学式５のようにイオン化した状態となる。
【００２９】
【化４】
0004602847.tif 000005
【００３０】
【化５】
0004602847.tif 000006
【００３１】
水中でイオン化したＳＰＡのカルボキシル基（−ＣＯＯ-）とアミノ基（−ＮＨ２＋）が水素結合し、次の化学式６に示されたような構造の複合高分子を形成する。
【００３２】
【化６】
0004602847.tif 000007
【００３３】
前掲した複合高分子に対して、ＰＧＡのイオン化したカルボキシル基が立体的に結合して、図１に示すような立体的構造の微生物吸着担体を形成する。この場合、ＳＰＡのカルボキシル基と結合していないＰＥＩのカチオン性アミノ基部位が、マイナスに荷電している微生物と電気的な結合をする部位として機能し、生物反応槽中では微生物フロックの形成を促進させる機能を果たす。
【実施例１】
【００３４】
まず、本発明の効果を検証するため、以下の実験を行った。
【００３５】
沖縄県島尻郡知念村志喜屋の知念西地区汚水処理設備  JARUS４型（農業集落排水処理設備）で本実験を実施した。本実験を行ったとき、活性汚泥はバルキング状態であった。実験に用いた曝気槽は、２００ｍ３の回分曝気槽（並列２槽）であり、曝気槽１基・１日あたり１５０ｍ３の生活排水を処理していた（２槽あるので合計３００ｍ３）。
【００３６】
本発明に係るフロック形成促進剤を１ｋｇ／日のペースで上記曝気槽に連続添加を行った（実施例区）。比較例区として、もう一つの回分曝気槽には、フロック形成促進剤を全く添加せず、それ以外の条件は同じとした。本実験に使用したフロック形成促進剤を構成する第１高分子はポリアクリル酸ナトリウム、第２高分子はポリエチレンイミン、第３高分子はアルギン酸である。
【００３７】
実験結果。
フロック形成促進剤を添加した実施例区での８日後の汚泥界面水位は、２．６４ｍであり、一方の比較例区での８日後の汚泥界面水位は、３．６４ｍであった。汚泥界面水位は沈降させた汚泥の高さに相関し、この値が小さいほど汚泥の嵩体積は小さく、その密度が大きいことを意味している。なお、汚泥の嵩体積が大きく、密度が小さい状態をバルキングという。この実験の結果から、本発明に係るフロック形成促進剤は活性汚泥の密度を高め、バルキング防止に有効であることを検証できた。
【実施例２】
【００３８】
化学工場の排水処理施設において、次の実験を行った。本実験で用いた排水処理機は、１０Ｌの曝気槽と６Ｌの沈殿槽を有するテスト機である。このテスト機で、１日あたり１４Ｌの工場排水を処理した。なお、原水（工場排水）のＣＯＤ濃度は８８０ｍｇ／Ｌで、ＳＳは３１ｍｇ/Ｌであった。
【００３９】
本発明に係るフロック形成促進剤を、５６ｍｇ／日のペース（原水に対し４ｍｇ／Ｌに相当）で上記曝気槽に連続添加を行い、一方、比較例区として、同じ条件で、フロック形成促進剤無添加で行った。なお、実験に使用したフロック形成促進剤は、実施例１と同様である。
【００４０】
実験結果。
実験開始から１０日後の処理水（沈殿槽から出る水）の水質に関して、フロック形成促進剤を添加した実施例区ではＣＯＤ：３８ｍｇ／Ｌ、ＳＳ：５５ｍｇ／Ｌであり、フロック形成促進剤を添加しない比較例区のＣＯＤ：４５ｍｇ／Ｌ、ＳＳ：７６ｍｇ／Ｌであった。なお、「ＣＯＤ」は化学的酸素要求量の値で、水の汚れの指標であり、この値が小さいほど活性汚泥がよく働いたことになり、汚泥の量が多いことや、汚泥の活性が高いことを示している。また、「ＳＳ」は懸濁物質の値で、やはり水の汚れの指標であり、この値が小さいほど、沈殿槽での汚泥と水との分離性が良いことを示しており、バルキングの時はこの値が大きくなる。
【００４１】
本実験の結果から、フロック形成促進剤を用いた実施例区では、汚泥の活性が高く、沈殿槽での汚泥と水との分離性が良いことがわかった。
【実施例３】
【００４２】
化学工場の排水処理施設において、次の実験を行った。本実験に用いた処理槽は、３２００ｍ３の曝気槽と８００ｍ３の沈殿槽であり、１日あたり１５００ｍ３の工場排水処理を行う施設である。本発明に係るフロック形成促進剤を２５ｋｇ／日のペースで曝気槽に連続添加した。なお、本実験で使用しフロック形成促進剤は、実施例１と同様である。
【００４３】
実験結果。
実験開始から１０日後の沈殿槽の活性汚泥濃度はＭＬＳＳ：１７５００ｍｇ／Ｌであり、実験前の沈殿槽の活性汚泥濃度・ＭＬＳＳ：１３０００ｍｇ／Ｌよりも約３５％上昇した。なお、ＭＬＳＳは活性汚泥の浮遊物質としての濃度であり、この値が大きいほど活性汚泥の密度が高いことになる。
【００４４】
本実験の結果から、本発明に係るフロック形成促進剤は、活性汚泥の密度向上に寄与することが明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、微生物フロック形成技術、特に活性汚泥処理方法を用いた排水処理、例えば、バルキングが発生し易い食品工場排水の処理を行うときの生物反応槽（曝気槽）におけるフロック形成促進技術、ひいてはバルキング防止技術として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係るフロック形成促進剤の一実施形態の立体構造を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
ＳＰＡ  ポリアクリル酸ナトリウム
ＰＥＩ  ポリエチレンイミン
ＰＧＡ  ポリグルタミン酸
【図１】
0004602847.tif 000008