(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥を保持する反応部に排水を導入して生物処理を行い、前記反応部からの流出液を分離部に導入して固液分離を行う排水の生物処理方法であって、
ネットワーク構造を有する膨潤性樹脂担体を前記反応部において５ｍｍ以下の大きさであるように調整して添加し、前記分離部におけるＬＶを３〜６ｍ／ｈｒとし、前記反応部の原水流入部の下方から上方に対して０．０３ｍ／ｓ以上の通気速度でガスを供給して前記膨潤性樹脂担体を流動させ、
前記膨潤性樹脂担体は、ポリアクリル酸またはポリアルキレンオキサイドを主成分とする水不溶性のゲル担体であり、前記反応部に投入して自重の１００〜１，０００倍の水を吸収した状態で、１μｍ以上のメッシュサイズの網目を有し、ｐＨ３〜１０の範囲で吸水して見かけ体積が２０倍以上増加し、前記反応部に添加され汚泥と混合された後、微生物を保持する排水の生物処理方法。
【請求項２】
前記膨潤性樹脂担体を前記反応部に投入し、バクテリアが前記膨潤性樹脂担体の網目の内部に入った状態で、２価以上のカチオンを供給する物質を添加して前記膨潤性樹脂担体を架橋する請求項１に記載の排水の生物処理方法。
【請求項３】
前記膨潤性樹脂担体の比重は０．９５〜１．１ｇ／ｍｌであり、前記反応部において０．５〜１．５ｍｍの大きさである請求項１又は２に記載の排水の生物処理方法。
【請求項４】
前記膨潤性樹脂担体の添加量は、前記反応部へ投入して吸水した後の状態での添加率が容積比として、前記反応部の５〜７０％である請求項１乃至３の何れか一に記載の排水の生物処理方法。
【請求項５】
内部に仕切り板が配置され反応部と分離部とが形成され、前記仕切り板の下部に形成された開口により前記反応部と前記分離部とが連通するように構成された処理槽と、
前記処理槽に排水を供給する原水管と、
ネットワーク構造を有し前記反応部において５ｍｍ以下の大きさであるように調整して添加される膨潤性樹脂担体と、
前記反応部にガスを供給して前記担体を流動させるガス供給手段と、を備え、
少なくとも前記原水管が前記分離部におけるＬＶが３〜６ｍ／ｈｒとなるように前記排水を供給し、前記反応部の原水流入部の下方から上方に対して０．０３ｍ／ｓ以上の通気速度でガスを供給して前記膨潤性樹脂担体を流動させ、
前記膨潤性樹脂担体は、ポリアクリル酸またはポリアルキレンオキサイドを主成分とする水不溶性のゲル担体であり、前記反応部に投入して自重の１００〜１，０００倍の水を吸収した状態で、１μｍ以上のメッシュサイズの網目を有し、ｐＨ３〜１０の範囲で吸水して見かけ体積が２０倍以上増加し、前記反応部に添加され汚泥と混合された後、微生物を保持するように構成されている排水の生物処理装置。
【請求項６】
前記膨潤性樹脂担体を前記反応部に投入し、バクテリアが前記膨潤性樹脂担体の網目の内部に入った状態で、２価以上のカチオンを供給する物質を添加して前記膨潤性樹脂担体を架橋する請求項５に記載の排水の生物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、担体を添加した生物処理槽に排水を導入して生物処理する生物処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生物処理槽に担体を添加する担体添加式の生物処理法が知られている。担体には微生物が保持され、担体を添加することで生物処理槽の微生物保持量を多くできる。担体には、多孔質粒状、筒状、繊維状等の様々な種類があり、担体を構成する材質も様々である。例えば、多孔質粒状担体としては、スポンジ、発泡ウレタン、活性炭、アンスラサイト等を材質とするものが多く、筒状担体はプラスチック製が多い。繊維状担体としては、セルロース、ポリエステル、ポリプロピレン等が、糸状またはフェルトのような布状で用いられている。
【０００３】
また、液体を吸収して膨張する膨潤性樹脂を材料とするゲル担体も知られている。ゲル担体用の樹脂としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、アクリルアミド、ポリアルキレンオキサイドおよびポリアクリル酸等がある（例えば特許文献１）。これらの吸水性の樹脂は吸水して膨張し、網目状の３次元網目構造（ネットワーク構造）を持つ。
【０００４】
ゲル担体は、微生物を含む生物処理槽に添加し吸水させてネットワーク構造を広げ、ネットワーク構造に微生物が保持されるようにして用いることもできる。しかし、ゲル担体の材料樹脂には水との親和性が乏しく微生物の保持力が弱いものもあり、また、強度が弱い場合もある。
【０００５】
このため、ゲル担体は、樹脂に微生物を含む液を混合した後、これをゲル化することで微生物をゲル中に固定した包括固定担体として用いられることが多い。しかし、包括固定担体を製造するためには、材料樹脂と微生物を含む液とを混合した後、これをゲル化して適当な大きさの粒にするという工程が必要で、製造コストが高くなる。
【０００６】
特許文献２には、微生物を包括固定する作業を不要にするため、吸水性高分子ゲルを吸水させた後、アルミニウム塩または鉄塩の水溶液と接触させ、ゲル担体を得る方法が開示されている。特許文献２によれば、水で膨潤させた高分子ゲルの表層部に水酸化アルミニウムまたは水酸化鉄を存在させることで、ゲル強度を増加させることができるとされる。
【特許文献１】特開平１０−１８０２７９号公報
【特許文献２】特開平７−８９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、担体は一般的には直径が５〜１０ｍｍ程度であり、スリットが形成されたスクリーンで固液分離される。しかし、担体の直径は小さい方が単位容積あたりの表面積が大きくなり、微生物保持量を高くすることができる。また、担体直径が小さいと担体内部まで気体が移動しやすくなる。よって、好気的条件で運転する場合は、担体内部が嫌気的になりにくく、担体内部に菌が保持されていれば好気反応速度を高くできる。あるいは、嫌気的条件で脱窒反応等の生物処理を行う場合、担体内部で生成されたガスが抜けやすくなる。
【０００８】
このように、担体の粒径は小さい方がよいが、担体の粒径が小さいとスクリーンでは分離が難しく、別の手段で、例えば沈殿により固液分離する必要が生じる。担体を沈殿により良好に固液分離するためには、担体の沈降性がよいことが求められる。
【０００９】
本発明は上記課題に対し、微生物を包括固定する必要性がなく製造が容易なゲル担体について、沈降性を改善し、また、微生物保持力を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、ネットワーク構造を有する膨潤性樹脂製のゲル担体を微生物の懸濁液中で激しく流動させることで汚泥を密に付着させることができることを見出し、本発明を完成させた。具体的には本発明は以下を提供する。
【００１１】
（１）  汚泥を保持する反応部に排水を導入して生物処理を行い、前記反応部からの流出液を分離部に導入して固液分離を行う排水の生物処理方法であって、ネットワーク構造を有する膨潤性樹脂担体を前記反応部において５ｍｍ以下の大きさであるように調整して添加し、前記分離部におけるＬＶを３〜６ｍ／ｈｒとし、前記反応部の原水流入部の下方から上方に対して０．０３ｍ／ｓ以上の通気速度でガスを供給して前記膨潤性樹脂担体を流動させ、前記膨潤性樹脂担体は、ポリアクリル酸またはポリアルキレンオキサイドを主成分とする水不溶性のゲル担体であり、前記反応部に投入して自重の１００〜１，０００倍の水を吸収した状態で、１μｍ以上のメッシュサイズの網目を有し、ｐＨ３〜１０の範囲で吸水して見かけ体積が２０倍以上増加し、前記反応部に添加され汚泥と混合された後、微生物を保持する排水の生物処理方法。
（２）  前記膨潤性樹脂担体を前記反応部に投入し、バクテリアが前記膨潤性樹脂担体の網目の内部に入った状態で、２価のカチオンを供給する物質を添加して前記膨潤性樹脂担体を架橋する（１）に記載の排水の生物処理方法。
（３）  前記膨潤性樹脂担体の比重は０．９５〜１．１ｇ／ｍｌであり、前記反応部において０．５〜１．５ｍｍの大きさである（１）又は（２）に記載の排水の生物処理方法。
（４）  前記膨潤性樹脂担体の添加量は、前記反応部へ投入して吸水した後の状態での添加率が容積比として、前記反応部の５〜７０％である（１）乃至（３）の何れか一に記載の排水の生物処理方法。
（５）  内部に仕切り板が配置され反応部と分離部とが形成され、前記仕切り板の下部に形成された開口により前記反応部と前記分離部とが連通するように構成された処理槽と、前記処理槽に排水を供給する原水管と、ネットワーク構造を有し前記反応部において５ｍｍ以下の大きさであるように調整して添加される膨潤性樹脂担体と、前記反応部にガスを供給して前記担体を流動させるガス供給手段と、を備え、少なくとも前記原水管が前記分離部におけるＬＶが３〜６ｍ／ｈｒとなるように前記排水を供給し、前記反応部の原水流入部の下方から上方に対して０．０３ｍ／ｓ以上の通気速度でガスを供給して前記膨潤性樹脂担体を流動させ、前記膨潤性樹脂担体は、ポリアクリル酸またはポリアルキレンオキサイドを主成分とする水不溶性のゲル担体であり、前記反応部に投入して自重の１００〜１，０００倍の水を吸収した状態で、１μｍ以上のメッシュサイズの網目を有し、ｐＨ３〜１０の範囲で吸水して見かけ体積が２０倍以上増加し、前記反応部に添加され汚泥と混合された後、微生物を保持するように構成されている排水の生物処理装置。
（６）  前記膨潤性樹脂担体を前記反応部に投入し、バクテリアが前記膨潤性樹脂担体の網目の内部に入った状態で、２価のカチオンを供給する物質を添加して前記膨潤性樹脂担体を架橋する（５）に記載の排水の生物処理装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、膨潤性樹脂を粒状化したゲル担体に圧密な生物膜を担持させて沈降性を高くすることができる。よって、付着性ゲル担体の粒径を小さくしても固液分離を容易にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明について図面を用いて詳細に説明する。以下、同一部材には同一符号を付し、説明を省略または簡略化する。
【００１４】
図１は、本発明の第１実施態様に係る排水の生物処理方法に用いられる生物処理装置１の断面模式図である。生物処理装置１は、内部を仕切り板１５で仕切って２つの室を設けた単一の処理槽１０を中心として構成されている。切り板１５で仕切られた室の一方は反応部１１とされ、他方は分離部１２とされる。反応部１１には原水管３１が接続され、分離部１２には処理水管３３が接続されている。
【００１５】
反応部１１には別の仕切り板（以下「沈積板」）１８が配置されている。仕切り板１５の上縁位置は沈積板１８の上縁位置より高く、処理槽１０の液面は仕切り板１５の上縁より下に位置するように構成されている。仕切り板１５は、下縁が処理槽１０の底面より上にあることが好ましい。これにより仕切り板１５下部が開口となり、反応部１１と分離部１２とは、仕切り板１５の下方で互いに連通する。
【００１６】
沈積板１８は、反応部１１に添加された担体３５をスムーズに循環させるために配置される。以下、沈積板１８で仕切られた反応部１１の部分のうち、原水管３１に近い側の部分を原水流入部１１Ａと呼び、他方を循環部１１Ｂと呼ぶ。沈積板１８は、その上縁が液面より下にあって、その下縁が処理槽１０の底面より上にあるように配置することが好ましい。これにより、原水流入部１１Ａと循環部１１Ｂとは、沈積板１８の上縁より上方と下縁より下方とで互いに連通する。
【００１７】
処理槽１０の底部に近い原水流入部１１Ａの下方には、散気手段として散気管１６が配置されている。担体３５は、反応部１１の槽内液の動きおよび散気管１６からガスの吹き込みにより流動される。担体３５は、吸水性樹脂を微細粒状に成型して得られる付着性ゲル担体であり、反応部１１内で液体を吸収し膨潤して、内部のネットワーク構造、あるいは担体表面に微生物が担持されたものである。
【００１８】
担体３５は、水に溶解せず、吸水して膨張しても外縁を失うことなく個々の形状を保持できるものであれば特に限定されず、公知のゲル担体材料を微細粒状にしたものを用いることができる。ゲル担体の材料樹脂としては、例えばＰＶＡ、ＰＥＧ、（ポリ）アクリルアミド、Ｎ置換アクリルアミド、（ポリ／メタ）アクリル酸またはそのアルカリ金属塩、アルギン酸、ポリアルキレンオキサイド、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート（ＤＡＭ）、ジアセトンアルコール（ＤＡＡ）、ポリアルキレンオキサイド等が挙げられる。より具体的には、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリル酸ナトリウムとアクリルアミドとのコポリマー、アクリル酸ナトリウムとアクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸ナトリウムとのコポリマー、アクリル酸ナトリウムとアクリルアミドとアクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸ナトリウムとのターポリマー、および、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートの三級塩もしくは四級アンモニウムのホモポリマーまたはアクリルアミド等とのコポリマーが挙げられる。
【００１９】
上記の樹脂は、公知の方法、例えば特許文献１や特公平３−８０８０３号等に開示される方法等で重合し、本発明で使用する担体が製造される。具体的には、通常の水溶液重合を行って得られたゲル状反応物を乾燥し、裁断、粉砕して微粒子化する方法が挙げられる。重合は、光重合でも熱開始重合でもよい。逆相エマルション重合によれば、重合液から直接、微粒子ポリマーゲルが得られる。さらに、パラフィン系オイル、脂肪族系有機溶媒、または芳香族系有機溶媒を分散媒として懸濁重合を行った後、重合物を分散媒と分離して乾燥させてポリマーゲルの微粒子を得ることもできる。重合時には必要に応じて連鎖移動剤を添加してもよい。
【００２０】
上記材料を用いて得られた担体３５は、水に不溶であり、水中でも形状を失わずにネットワーク構造を作って膨張する。本発明で用いる担体３５は、包括固定化ゲル担体のように製造過程で微生物を含ませたものでなく、吸水させた後、活性汚泥と混合して流動させることで微生物を保持するようになるものである。よって、包括固定化ゲル担体に比べ、簡易に製造され、低コストである。
【００２１】
担体３５としては、ｐＨ３〜１０の範囲で吸水して見かけ比重が自重の２０倍以上となってネットワーク構造をもつものを使用することが好ましい。特に、自重の３０〜１，０００倍の液体（特に水）を吸収したときのサイズが５ｍｍ以下程度の粒（球を含む）状となるように成形されていることが好ましい。担体３５は、反応部１１において５ｍｍ以下、特に１ｍｍ程度、具体的には０．５〜１．５ｍｍ程度の大きさであるように調整して用いることが好ましい。粒径が大きすぎると、好気処理を行う場合は担体３５内部まで酸素が供給されず、酸素律速で生物分解速度が低下する。また、容積あたりの表面積も低下するので、樹脂あたりの生物保持量も低くなり、生物分解速度の低下につながる。嫌気処理を行う場合は、生物反応により生じた窒素ガス等が担体３５から抜けにくくなるため、担体３５が浮上する。
【００２２】
また、担体３５は、反応部１１に投入した後の状態で（例えば自重の１００〜１，０００倍程度の水を吸収した状態で）、１μｍ程度以上のメッシュサイズの網目を持つことが好ましい。ネットワーク構造の網目サイズを１μｍ程度以上とすることにより、バクテリアが網目の中に入り込みやすくなるため、微生物の付着性・増殖性が向上し、特に、運転開始時の立ち上げ時間を短くできる。ただし、本発明で使用する担体は、水に溶解してしまうことなく吸水後も粒状を維持する吸水性樹脂製のゲル担体であればよく、メッシュサイズが小さいものでも使用できる。メッシュサイズが小さい場合は、担体３５内部まで微生物が入り込まないが、微生物は担体３５表面に保持される。
【００２３】
担体３５の添加量は、反応部１１へ投入して吸水した後の状態での添加率が容積比として、反応部１１の５〜７０％、特に２０〜５０％となるようにすることが好ましい。担体３５添加量が少なすぎると、微生物が反応部１１に十分保持されず、多すぎると担体３５を十分に流動化させることができない。
【００２４】
また、担体の比重は、０．９５〜１．１ｇ／ｍｌ、特に１．００〜１．０５ｇ／ｍｌであることが望ましい。比重が低すぎると担体が浮上するという問題があり、重すぎると反応槽底部に沈みやすくなることが予想される。比重を適切に維持するために、２価のカチオンを供給する物質を添加してゲル担体の架橋することも可能である。例えば、担体３５を反応部１１に添加した後、バクテリアが網目の内部に入った状態で、架橋してもよい。ゲル担体が、ポリアクリル酸を主構造とする場合であれば、カルシウムやマグネシウム等の２価以上のカチオンを投入することで、カルボキシル基間が架橋される。よって、２価以上のカチオンを供給する物質を添加することで、ゲル担体の比重を変えることも可能である。
【００２５】
反応部１１へ添加する前の担体３５は、通常は水を含んでおらず、反応部１１への添加後に吸水して膨張するので、担体３５の添加量はその膨張を考慮して決定する。例えば、自重の約１０倍程度の水を吸収して１０倍程度、膨張する担体３５を用いて、反応部１１内での添加率が４０容積％となるように添加する場合、反応部１１容積の４％の担体３５を添加すればよい。よって、反応部１１へ添加する担体３５（すなわち吸水前）の量は少なくて済むので、担体３５の使用量が少なく、添加コストを低くできる。
【００２６】
上述したような担体３５は反応部１１に添加し、有機物や窒素等を含む排水を原水として反応部１１に導入し、担体３５を流動させながら生物処理を行う。本発明では、担体３５を激しく流動させることで、疎で付着性の弱い微生物は担体３５に保持されずにウォッシュアウトするようにし、強固に付着して圧密な汚泥を担体３５に担持させる。
【００２７】
担体３５を激しく流動させるためには、反応部１１内の液を激しく撹乱すればよく、反応部１１に攪拌機を設けて攪拌することは除外されないが、処理槽１０への通水速度を速くすればよい。また、反応部１１への通気量を多くしてもよい。
【００２８】
通水速度を速くする場合、分離部１２の通水速度を目安として分離部１２のＬＶが２ｍ／ｈｒ以上となるような高速で通水を行うとよい。処理槽１０においては、分離部１２のＬＶを大きくすれば、反応部１１における通水速度も必然的に高くなり、担体３５が激しく流動される。分離部１２のＬＶは一般の排水処理設備では０．４〜０．６ｍ／ｈｒ程度であるため、ＬＶ２ｍ／ｈｒ以上とすれば、付着性の弱い浮遊性の汚泥は担体３５に保持されず、代わりに圧密度の高い汚泥が保持される。特に分離部１２のＬＶ３〜６ｍ／ｈｒ程度とすれば、担体３５は適度に流動して密度が高く沈降性の良い汚泥を保持するようになる。
【００２９】
一方、反応部１１への通気量を大きくして担体３５を流動させ、高密度の汚泥を造粒するためには、反応部１１へ供給するガスの通気速度を０．０３ｍ／ｓ以上とする。通気速度の好ましい範囲は０．０４〜０．１ｍ／ｓであり、通気速度が大きすぎると担体３５に形成された生物膜が過剰に剥離される等して、担体３５を核として造粒した汚泥が破損される恐れがある。
【００３０】
分離部１２のＬＶが上記範囲となるように原水管３１から被処理水を反応部１１に導入すれば付着性に劣る微生物は担体３５に保持されず、付着性の高い微生物が担体３５に保持され優占する。よって、分離部１２のＬＶを大きくすれば担体３５に微生物を密に保持させることができ、散気管１６による通気量は限定されない。
【００３１】
ただし、反応部１１での通気量を大きくし、かつ、分離部１２のＬＶが大きくなるようにしておけば、より沈降性の良い担体３５を得ることができる。このため、ＬＶを６ｍ／ｈｒ以上にしても生物膜３５が担体から剥離することを防ぐことができる。よって、生物処理装置１をＬＶ１０ｍ／ｈｒ以上の高負荷で運転することも可能となる。
【００３２】
以下、上述した方法で担体３５が攪乱される条件で行われる生物処理のフローを説明する。反応部１１には原水管３１から被処理水が導入され、原水流入部１１Ａを下降する。一方、担体３５は、原水流入部１１Ａでは散気管１６からの散気を受けて巻き上げられる。このように反応部１１において担体３５と被処理水とが混合攪拌され、反応部１１に保持された微生物汚泥により被処理水に含まれる有機物等が分解され、微生物が増殖する。本発明では、担体３５を激しく流動させることで、担体３５には微生物が密に付着する。担体３５を激しく流動させることにより、微生物が担体３５に強固に付着する理由としては、微生物と担体３５との接触速度が高いこと等が影響する可能性が考えられるが、定かではない。
【００３３】
担体３５は、原水流入部１１Ａを上昇し、沈積板１８の上縁を越えて循環部１１Ｂに入る。循環部１１Ｂにはガスは供給されていないため、担体３５は自然沈降して処理槽１０底部に堆積する。処理槽１０は、側壁が底面に向かうに従って内側に傾斜するよう構成され、側壁付近を降下する担体３５や汚泥は、処理槽１０の中央に集められて底面に堆積する。
【００３４】
原水流入部１１Ａには原水が導入されているため、循環部１１Ｂを通過した液分は、原水流入部１１Ａには入らず仕切り板１５の下縁をくぐって分離部１２に入る。循環部１１Ｂから流出した液分に含まれる担体３５および汚泥（固形分）は、混合液が分離部１２を上昇する過程で沈降し、清澄化された処理水が処理槽１０上部に接続された処理水管３３から取り出される。
【００３５】
本発明では、担体３５を激しく流動させることで、担体３５に保持される生物膜の密度を高め、担体３５の沈降性を向上させている。このため、ネットワーク構造を持つゲル担体の特性を生かすように担体３５の粒径を小さくし、かつ、担体３５の流出を妨げることができる。また、担体３５に汚泥を密に付着させることで担体３５の強度を高めることもできる。
【００３６】
特に、反応部１１と分離部１２とが下部で連通した生物処理装置１を用いれば、液分と分離された担体３５をポンプで反応部１１に返送する必要がない。さらに、反応部１１からの担体３５の流出を防止するためにスクリーンを設ける必要もない。
【００３７】
なお、本発明は、反応部と分離部とを別々の槽で構成し、両者を配管で接続した生物処理装置で実施することもできる。具体的には、第１の槽に散気管を配置して反応部（生物処理槽）とし、その後段に分離部として第２の槽（沈殿槽）を設け、生物反応槽と沈殿槽とを配管で接続する。処理水管は沈殿槽に接続し、原水管は生物反応槽に接続する。また、沈殿槽には沈降分離された担体および汚泥を取り出す引抜管の一端を接続し、その他端を生物反応槽に接続する。そして、沈殿槽で液分と分離された担体および汚泥を、引抜管から生物反応槽に戻す。
【００３８】
担体は、沈降性が高く、沈殿槽で良好に分離されるため、生物反応槽には担体の流出を防止するスクリーンを設ける必要はない。また、担体の粒径は小さいため、引抜管で返送される際、返送ポンプにより生物膜が剥離される恐れは、粒径が大きい担体を用いる場合に比べて少ない。しかし、図１の生物処理装置１は、担体３５をポンプで返送しないため、担体３５が返送される際に生物膜が剥離される恐れは、反応部と分離部とが別の槽として構成された生物処理装置を用いる場合に比べても確実に回避される。
【実施例】
【００３９】
［実施例１］
実施例１では、図１に示す生物処理装置１を用いた。処理槽１０は有効容積３０／Ｌで、水面面積は３６０ｃｍ２である。仕切り板１５は、下縁が処理槽１０底面から２５ｃｍの高さに位置するようにし、分離部１２の水面面積が２８．３ｃｍ２となるように配置した。処理槽１０の底部は傾斜させて担体３５の体積と閉塞を防ぐようにした。
【００４０】
原水管３１からは、被処理水として脱塩した純水に酢酸ナトリウム、ポリペプトン、酵母エキス、リン酸１水素ナトリウムを混合した模擬排水を原水流入部１１Ａに流入させた。模擬排水は、ＢＯＤ濃度６００ｍｇ／Ｌ、窒素濃度４０ｍｇ−Ｎ／Ｌ、およびリン濃度８ｍｇ／Ｌとなるように調整した。
【００４１】
反応部１１に添加する付着性ゲル担体として、ポリアクリル酸を主成分とする吸水性のゲル担体（アクリル酸重合体部分ナトリウム塩架橋物：三洋化成工業株式会社製、商品名「アクアパールＤＳＣ30」）を用いた。ゲル担体は、純水に浸漬して１２時間、吸水させて用いた。吸水後のゲル担体の平均粒径は約２．５ｍｍで、吸水前の自重に対して約４００倍の水を吸収していた。この吸水したゲル担体の粒径を調整するため、ＣａＣｌ２・２Ｈ２Ｏを１，０００ｍｇ／Ｌの濃度で添加した。この結果、ゲル担体は縮小して平均粒径は１．２ｍｍになった。
【００４２】
このように吸水後にカルシウムを添加して粒径を調整したゲル担体９Ｌを反応部１１に添加するとともに種菌として浮遊性の活性汚泥を１，０００ｍｇ−ＶＳＳ／Ｌの濃度で反応部１１に添加し、原水として模擬排水を通水した。反応部１１には、散気管１６から４０Ｌ／分の吹き込み量で空気を吹き込み、通気速度を０．０３７ｍ／ｓに維持した。
【００４３】
処理槽１０にはｐＨ計（図示せず）を設置して塩酸を添加することでｐＨを７．０〜７．２に維持し、水温は２５℃となるように調整した。
【００４４】
上記条件で、まず、立ち上げ段階として３日間の回分運転を行った後、模擬排水を流量１Ｌ／ｈｒで処理槽１０に供給して１週間、運転した。次いで、流量２．５Ｌ／ｈｒ（分離部１２のＬＶは２．１ｍ／ｈｒ）として２週間、運転した。流量２．５Ｌ／ｈｒにすることで、種菌として添加した浮遊性の汚泥はほとんどが処理水中に含まれて流出した。一方で、処理槽１０内には、生物膜が付着したゲル担体３５が保持された。
【００４５】
そこで、流量５Ｌ／ｈｒで処理槽１０に通水し分離部１２のＬＶを４．２ｍ／ｈｒにした。その結果、運転開始から５０日後に担体３５に付着していた生物膜は密で、担体３５は平均直径１．３ｍｍで微生物が粒状化したグラニュール汚泥となった。このグラニュールは、分離部１２で良好に固液分離され、処理水中には担体３５（グラニュール汚泥）は含まれていなかった。ただし、処理水中には担体３５に保持されなかった微生物が不溶性懸濁物（ＳＳ）として含まれており、その濃度は１７４ｍｇ／Ｌであった。
【００４６】
流量５Ｌ／ｈｒとした運転を行っていた期間の処理槽１０に対するＢＯＤ容積負荷は２．４ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３−ｄで、溶解性ＢＯＤ除去率は９７％であった。
【００４７】
［比較例１］
比較例１として、実施例１の運転を行っていた処理槽１０に対する通水速度と模擬排水を変更した。具体的には、比較例１では、処理槽１０への通水速度を半分にして分離部１２のＬＶを１．１ｍ／Ｌとした。また、比較例１では、ＢＯＤ濃度１２００ｍｇ／Ｌ、窒素濃度８０ｍｇ−Ｎ／Ｌ、およびリン濃度１６ｍｇ／Ｌとなるように調整した模擬排水を用いた。
【００４８】
その結果、比較例１の実験を開始して２週間後には、微生物がフロック化した浮遊汚泥が処理水に含まれるようになった。また、グラニュールの沈降性も悪化し、処理水中に担体３５が含まれるようになった。
【００４９】
[実施例２]
次に、実施例２として、処理槽１０をより高負荷で運転することとした。実施例２でも図１の生物処理装置１と同様の装置を用いた。
【００５０】
原水管３１から供給する原水としては、実施例１で用いた原水と同様の模擬排水を用いた。反応部１１には、ポリアルキレンオキサイドを主成分とする吸水性のゲル担体（住友精化株式会社製、商品名「アクアコークＴＷＢ−ＰＣ」）を主成分とする吸水性のゲル担体を添加した。ゲル担体は、純水に浸漬して１２時間、吸水させて用いた。吸水後のゲル担体の粒径は約１．２ｍｍで、吸水前の自重に対して約３０倍の水を吸収していた。
【００５１】
実施例２では吸水後のゲル担体９Ｌを反応部１１に添加し、種菌として活性汚泥を１，０００ｍｇ−ＶＳＳ／Ｌの濃度で添加した。実施例２では、反応部１１には、散気管１６から４０Ｌ／分の吹き込み量で空気を吹き込み、通気速度を０．０３７ｍ／ｓに維持した。また、処理槽１０内の液は、塩酸によりｐＨ７．０〜７．２となるようにし、水温は２５℃となるように調整した。
【００５２】
上記条件で、まず、立ち上げ段階として３日間の回分運転を行った後、２．５Ｌ／ｈｒの通水量（分離部１２のＬＶ２．１ｍ／ｈｒ）で模擬排水を処理槽１０に供給して１週間、運転を継続した。この立ち上げ段階で、種菌として添加した浮遊性の汚泥はほとんどが処理水中に含まれて流出した。一方で、処理槽１０内には、生物膜が付着したゲル担体３５が保持された。
【００５３】
そこで、処理槽１０への通水量を５Ｌ／ｈｒに上げ、分離部１２におけるＬＶを４．２Ｌ／ｈｒとして約３週間、運転したところ、平均直径１．３ｍｍ程度のグラニュール状の汚泥が形成された。この汚泥は、圧密度の高い生物膜が担体３５に担持されて形成されたものであり、ＳＶＩ（Sludge  Volume  Index）は２６ｍｌ／ｇであった。なお、ＳＶＩは汚泥を３０分間静置した場合に、１ｇの汚泥（ＭＬＳS）の占める容積をｍｌ数で示すものである。
【００５４】
ＬＶ４．２ｍ／ｈｒとした実施例２での運転期間中のＢＯＤ容積負荷は２．４ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／ｄ、溶解性ＢＯＤ除去率は９６％であった。
【００５５】
そこで、分離部１２のＬＶを４．２ｍ／ｈｒから１２．７ｍ／ｈｒとなるように通水量を上げて運転を継続したところ、グラニュール汚泥の固液分離性は良好に維持され、処理水中へ流出する担体３５はなかった。この結果、ＢＯＤ容積負荷７．２ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／ｄという高い負荷で運転を行い、溶解性ＢＯＤ除去率は９６％と良好な処理を行うことができた。
【００５６】
［参考例１］
参考例１として、反応部１１への空気吹き込み量を２０Ｌ／分にして、通気速度を０．０１９ｍ／ｓに低下させた以外は、実施例２と同じ条件として３日間、回分運転を行った後、通水量２．５Ｌ／ｈｒで模擬排水を１週間にわたり処理槽１０に供給して立ち上げを行った。この立ち上げ段階で、種菌として添加した浮遊性の汚泥はほとんどが流出したが、生物膜が付着したゲル担体３５は処理槽１０に保持された。
【００５７】
そこで、処理槽１０への通水量を上げ、分離部１２におけるＬＶを４．２ｍ／ｈｒとして約３週間、運転したところ、担体３５表面の微生物は実施例２に比べると疎になり、担体３５を核とする粒状の汚泥の直径は２〜４ｍｍ程度となった。この汚泥のＳＶＩは６３ｍｌ／ｇであった。次に、分離部１２のＬＶを４．２ｍ／ｈｒから１２．７ｍ／ｈｒとなるように通水量を上げて運転を継続したところ、分離部１２での固液分離が良好に行われず、担体３５の約半分が処理水中に含まれ流出した。
【００５８】
実施例２、および参考例１について、処理条件および結果を表１に示す。表中、「＊」は、担体流出のために測定不能となったことを表す。
【表１】
0005092619.tif 000002
【００５９】
参考例１に示すように、通気量が低いと１０ｍ／Ｌを超えるような極めて高いＬＶにした場合、担体３５が保持する生物膜の密度が低くなり担体３５が流出した。一方、実施例２に示すように、通気速度を０．０３ｍ／ｓ以上としておけば、ＬＶ１０ｍ／Ｌ以上としても担体３５を高密度化でき、良好な処理を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、排水の生物処理に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態に係る生物処理装置の模式図。
【符号の説明】
【００６２】
１      生物処理装置
１０    処理槽
１１    反応部
１２    分離部
１５    仕切り板
１６    散気管
１８    沈積板
３５    担体
【図１】
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