(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
火薬工場、塗料工場、若しくは、界面活性剤工場におけるケミカル排水、又は、砂糖若しくは、デンプンを含む排水を、活性汚泥法、又は、撒水ろ床法で処理する場合に、排水中にスギナの粉末、又は、スギナサポニンを含有するスギナ抽出物を添加して汚泥の減少と沈降を促進することを特徴とする排水処理方法。
【請求項２】
スギナサポニンを0.５％含むスギナ抽出物を２〜２０ppm 、又はスギナ粉末を１００ｍｇ／Ｌ〜２５００ｍｇ／Ｌの濃度で排水中に添加するものである、請求項１記載の排水処理方法。
【請求項３】
スギナの粉末或いはスギナサポニンを含有するスギナ抽出物とともに、キラヤサポニンを含有するシャボンの木の抽出液を添加するものである、請求項１記載の排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、排水を生物化学的に処理する方法の改良に係り、殊に処理の迅速化と発生する汚泥の減少及び沈降性を良好にするものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
浄化微生物の生活反応を利用した生物学的処理は、現在排水処理の主流をなしている。中でも、活性汚泥法は大量の排水を比較的短時日で処理でき、またプロセスの制御・管理についても研究が進んできてコントロールが比較的容易になってきているため広く普及している。
【０００３】
しかし、生物学的処理はあくまでも微生物の酵素作用によって有機物を分解するものであるため、２つの面で一定の限界がある。この限界の一つは、排水量自体或いは排水中の有機物濃度が装置の処理能力をオーバーするいわゆる量の限界である。他の一つは、微生物で分解しがたい難分解物質の存在、いわゆる質の限界である。
【０００４】
前者に対しては、装置の容量を増やせば問題は解決する。しかし、工場排水に関しては敷地が限られており処理装置の大型化は難しい。そこで、接触曝気法や高速酸化法など高濃度の有機排水を効率よく処理する方法も提案されているが、設備費が高く付くとか、改良工事中の排水の処理問題などの難点がある。一方後者の場合、即ち砂糖やデンプンなどの難分解高分子や、人工の化学物質（例えば石油製品、無機化合物、合成高分子など）など、微生物での分解が困難な難分解物質或いは毒性物質を含む排水の場合、多くは排水を希釈したり時間をかけて処理するか、微生物を馴致させて次第に処理能力を高めるなどの方法がとられている。この場合も、結局は処理量の問題に帰結する。
【０００５】
ところで、活性汚泥法による排水処理の基本的パターンは、流入排水を調整槽（又は最初沈澱地）に受入て時間的な水量調整や濃度調整を行い、これを曝気槽に送りここで溶存酸素（曝気による）の存在のもと基質（ＢＯＤ成分）と異種固体群の微生物により構成されたフロックとを充分に接触させてＢＯＤ成分を好気的に酸化・分解し、次いで沈澱槽（或いは最終沈澱地）で微生物フロック即ち活性汚泥と浄化水を分離し、分離上層水は処理水として生物反応系から外部に取り出す一方、濃縮活性汚泥は必要な微生物濃度を維持するために曝気槽に返送され、一部は余剰汚泥として引き抜いて系外に取り出すものである。
【０００６】
装置の処理能力と排水中のＢＯＤ成分濃度等のバランスがとれていれば、上記の処理は順調に行われる。しかし、何等かの原因例えばＢＯＤ濃度やその成分変化、排水量の増大、毒物の流入等により一旦バランスが崩れると、分解処理が充分に行われずに処理水中のＢＯＤ成分やＣＯＤ成分などが増えるとか、汚泥流出（キャリーオーバー）の問題が生じる。汚泥流出に対処するために、無機系（パック等）や高分子系の凝集剤を投入することも一部行われている。しかし、凝集剤を投入すると返送汚泥中に凝集剤が混入し、これが微生物の発育を阻害するため生物処理はますます不十分になり、悪循環に陥る。
【０００７】
本発明者は、この問題に対処するために鋭意研究した結果、植物から抽出したサポニン含有剤を排水中に投入する技術を開発した（特公昭６３−６５３９６号）。即ち、シャボンの木から抽出した液（キラヤサポニンを４％含有）を排水に対して数ppm 添加すると、微生物特に排水処理に好適な微生物群の増加と溶存酸素の増大が見られ、発生汚泥（ＭＬＳＳ）が減少し処理水質が安定するとともに、ＳＶ値（汚泥の沈降度）が良好になって殆どの場合において汚泥流出が防止された。これは、サポニンが微生物の活性剤となるとともに、溶存酸素を増加させる働きを有していることによると思われる。特に後者の場合、投入前の曝気量では過曝気になるほどである。尚、シャボンの木から抽出した液の好ましい使用量は、0.５〜５ppm （油分が多い排水では１０ppm 程度が好ましい）とされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、一部ではあるがキラヤサポニン含有剤を投入しても汚泥の沈降が悪くて汚泥流出を防げない場合がある。火薬工場、塗料工場、界面活性剤工場などにおけるケミカル排水、砂糖やデンプンを含む排水などである。そこで本発明者は曝気槽に磁石を設置したり、キトサンやクリストバル石粉末等の水処理に良いと言われている物質を補助剤として投入してみた。これらは一部には効果があるが、ケミカル排水に対しては無力であった。ただ、キラヤサポニン含有剤を通常の５〜１０倍も投入すると汚泥の沈降は幾分改良されたが、コストがかかり好ましくない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者は、同じくサポニンを含有する種々な植物の抽出物が活性汚泥の沈降状態にどのような影響があるかについて更に研究を続けた結果、スギナの抽出液が極めて良好な沈降性を示すことが判明して本発明を完成させたものである。
【００１０】
サポニンとは、植物体に含有される配糖体の一種で、セッケンのように著しくアワ立つコロイド水溶液を作るものの総称であり、多くの植物から見出されている。前記したキラヤサポニンは、南米のチリー、ボリビア、ペルー等に自生するシャボンの木（学名：Quilaia saponaria Mol.バラ科）に含まれるものであるが、スギナにもある種のサポニンが含まれている。本発明者がスギナに注目したのは、ありふれた植物でその大量採取が容易であること、及び蛋白質（酵素）や珪酸その他のミネラルを豊富に含むことによる。
【００１１】
スギナは、トクサ科の夏緑性シダの一種の栄養茎（土筆はその胞子茎）であり、各地の原野や道端に普通に見られるありふれた植物であり、又ずば抜けた繁殖力を示す。このスギナは、３〜１６％（対乾物、重量％）の珪酸（無水珪酸、ＳｉＯ2 ）の他、エキセトニン（サポニンの一種）、エキセチン（アルカロイドの一種）、フラノボイド、ビタミンＣ、脂肪、フィトステリンを含み、煎じて民間薬として広く利用されている。
【００１２】
本発明では、スギナをアルコールと水の混合溶媒で加熱抽出した抽出液を使用した。このスギナ抽出液（全量中、アルコール9.８％、水約６２％）には、スギナサポニン（エキセトニン）が約0.５％（天然サポニンとして約１％）、粗蛋白1.３％、糖分が4.１％、灰分が4.３％含まれている。また、スギナを煮出したスギナエキスには、約２％の灰分、他の成分も抽出液の約半分が含まれている。但し、スギナ抽出液やスギナエキス中にはＳｉＯ2 は殆ど含まれていない。スギナの場合、サポニンや糖分の含有率はシャボンの木に比べて低いが、粗蛋白は同等以上含まれている。そして、スギナの抽出液は、シャボンの木の抽出液に比べて同等以上の消化促進効果と汚泥沈降効果を示した。尚、スギナを粉砕したものを抽出液の代わりに用いたところ、より一層の効果がみられた。勿論、スギナ抽出液とキラヤサポニン含有物との併用も、キラヤサポニン含有物単独よりも優れた効果を示した。
【００１３】
本発明が適用できる排水処理法は、標準的な活性汚泥法の他に、接触酸化法、脱膣活性汚泥法その他の変形或いは改良型の活性汚泥法を含む。活性汚泥法に限らず、他の生物学的水処理法、例えば撒水ろ床法においても同様に沈澱槽で汚泥と処理水とを分離するので適用できる。また、排水とは生活排水、工業排水等を含む被処理水すべてを言う。
【００１４】
【実施例】
（実施例  １）
次に、本発明を実験結果を基にしてに説明する。汚泥の沈降が不良で汚泥流出のトラブルを起こしているケミカル排水（火薬製造工場排水）を採取し、これを３本の２リットルメスシリンダーに各１リットルずつ入れた。このケミカル排水には、２ppm のサポニン含有剤（キラヤサポニンを４％含有する液状剤）が混入されていが、汚泥の沈降が極めて悪かったものである。
【００１５】
各メスシリンダーの内の１本には▲１▼何も加えず、他の２本には、それぞれ▲２▼８ppm のサポニン含有剤、▲３▼前記したスギナ抽出液８ppm をそれぞれ追加して、下記の回分式実験を行った。エアレーション条件は、ＯＲＰメーターで測定して１８０で行った。これは過曝気状態である（通常は１３０〜１５０）。そして、３０分、６０分、９０分、１２０分、１５０分、１８０分経過後の各液の沈降状態を観察して、ＳＶ値を求めた。その結果、▲１▼では当所殆ど変化は無く、１８０分経過後でも約１０％の減少に止まった。しかし、▲２▼の場合は約５０％、▲３▼の場合には、約７０％も減少した。同じく、スギナ粉末を１００ｍｇ／Ｌ追加したものと１０００ｍｇ／Ｌ追加したものについて、同様の実験をおこなったところ、ＳＶ値が５０％及び７５％減少した。
【００１６】
（実施例  ２）
次に、スギナエキスを用いた場合について説明する。図１は、実験装置の流系図であり、スギナエキスを用いたＡ槽と、用いないＢ槽の２系統を準備した。そして各系統とも、ＢＯＤがおよそ２００ｍｇ／ｌの人工下水を、ＢＯＤ容積負荷がほぼ１０日毎に0.６、0.８、1.０、0.４ｋｇ／ｍ3 ｄａｙになるように流入量を調節することにより変化させて運転した。スギナエキスは、人工下水に対して、２０ppm になるように調節した。本実施例では、汚泥の返送率を４０％、曝気量を3.０リットル／分（５分間隔の簡潔曝気）で運転した。
【００１７】
その結果、図２、図３に示すように、スギナエキスを添加したものは、発生汚泥量が少ない結果となった。即ち、両槽の一日当たりの汚泥増加量は、Ａ槽が1.１４ｇであったのに対し、Ｂ槽では1.９１ｇになった。即ち、汚泥転換率が約1.５倍少なく、また沈降性も優れていた。スギナエキスは、スギナ抽出液の約半分の有効成分を含む。そして、サポニンに着目すると、スギナ抽出液はシャボンの木の抽出液の約１／４となるので、スギナ抽出液の添加量は、２〜２０ppm （４０ppm ）と言うことになる。ただ、沈降性は、サポニン以外の成分に起因するとも思われる。
【００１８】
（実施例  ３）
２個の有効容量４リットルの反応槽を恒温槽内に設置し、各反応槽に人工下水１リットルと水道水１リットルを入れ、その一方に乾燥したスギナ１０ｇを浸漬した状態で吊るした（ＢＯＤ容積負荷：0.５ｋｇ／ｍ3 ｄａｙ）。曝気は、毎分１リットルで行なった。その結果、図４に示すように、スギナを浸漬した方のＭＬＳＳは、用いない場合よりも少なかった。また、曝気停止後３０分経過した時点でのＳＶ、及びＳＶＩは、図５、図６に示すようにスギナを使用した方が値が低かった。
【００１９】
スギナを浸漬したのは、汚泥量に影響を与えるのを防ぐためである。実際は、排水中にスギナ粉末を添加する方法が取られる。この場合の添加量は、１００ｍｇ／Ｌ〜２５００ｍｇ／Ｌ程度である。
【００２０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の排水処理方法は排水を生物化学的に処理する工程において、その工程中にスギナやスギナエキス或いはその抽出液を添加するものである。その結果、発生汚泥量の減少による汚泥廃棄コストの低減、ＳＶ値の低下による安定した処理が可能となった。また、ケミカル排水のように難処理の排水でも迅速に生物処理できるなど、種々優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実験装置の流系図である。
【図２】スギナエキスを使用した場合の、累積引き抜き汚泥量の経日変化を示すグラフである。
【図３】スギナエキスを使用した場合の、累積除去ＢＯＤ量を示すグラフである。
【図４】スギナを使用した場合の、ＭＬＳＳの経日変化を示すグラフである。
【図５】スギナを使用した場合の、ＳＶの経日変化を示すグラフである。
【図６】スギナを使用した場合の、ＳＶＩの経日変化を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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