平成12年度〔2000〕№45
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告

生物竹炭による水質浄化に関する研究＊
福地 哲郎＊１・山内博利＊１・高橋克嘉＊１・小玉義和＊１・神力はるな＊２

Study on Purification of Waste Water by Bio-Bamboo-Charcoal
Tetsuro FUKUCHI, Hirotoshi YAMAUCHI, Katsuyoshi TAKAHASHI, Yoshikazu KODAMAand Haruna KOURIKI
竹炭と竹炭に微生物を付着させた生物竹炭による模擬排水（界面活性剤等の有機物および無機塩の混合溶液）の浄化処理試験を行った。竹炭は市販品を用い、微生物は下水処理場から採取した活性汚泥を馴化培養したもの（以下、活性汚泥）を実験に供した。浄化処理試験の結果、窒素成分は竹炭のみでは殆ど除去されなかったが、活性汚泥を加えることで除去された。また、有機態炭素（以下、TOC）は、竹炭のみ
では殆ど除去されなかったが、活性汚泥中の微生物により除去され、竹炭と活性汚泥の両方を用いることで除去性能がさらに向上した。活性汚泥とともに使用した竹炭を回収した。この竹炭による浄化作用は、竹炭のみよりも向上しており、竹炭＋活性汚泥とほぼ同等であり、浄化性能の回復がみられた。
キーワード：竹炭、微生物、排水処理、吸着分等の浄化性能について検討を行った。窒素成分

１ はじめに
本研究では竹炭を利用した経済的で効果的な排は排水の汚染成分で主要なものの一つである。そ水処理技術の確立を目指した。竹炭に微生物を付の浄化性能は、実際の排水処理に対する生物竹炭１）着させ、生物竹炭にすることで、竹炭の吸着にの有用性についての判断の参考になる。

よる汚染物質の除去機能だけでなく、微生物による分解作用を複合化させる。このことによって、

２

実験方法

排水処理の能力が上がるだけでなく、竹炭の吸着２−１

実験用竹炭の選定能が飽和した場合でも、付着している微生物によっ

県内産の市販竹炭で５mm角程度に大きさにそて吸着している物質が分解されることで木炭の吸ろえられた破砕炭を用いた。炭化温度の異なる２着能が回復する。すなわち、生物竹炭の開発が効種類を用意した。これらについてアンモニウムイ率的で経済的な排水処理技術の開発につながるとオン（以下、NH４＋）の吸着等温線の測定を行い、期待される。

吸着性能が高かった炭化温度500℃の竹炭を実験
２）

昨年度の研究 では、排水中の汚染物質である陰イオン界面活性剤の直鎖アルキルベンゼンスルに供した。本実験に使用した竹炭の物性を表１に示す。

ホン酸ナトリウム（以下、LAS） と化学的酸素要求量（以下、COD）について、竹炭の炭化温

表１

実験用竹炭の物性度別の浄化性能を調べた。また、竹炭に微生物を竹炭の炭化温度付着させて生物竹炭にすることで、複合浄化作用があらわれることが確認された。本年度は窒素成＊

県産資源の活用と環境浄化技術に関する研究（第２報）

＊１

資源環境部

＊２

元客員研究員２比表面積［m g］

細孔容積＋［cm＊３g］

NH４ 吸着量 ［ g g］
現宮崎医科大学微生物学講座

＊

500℃

700℃

10以下

290

0.01以下0.17

12.97.6

吸着等温線より求めた，1.0mg LのNH４Cl水溶液に対する吸着量11生物竹炭による水質浄化に関する研究

２−２

竹炭に付着させる微生物の培養

表２

竹炭と活性汚泥による模擬排水浄化試験

付着させる微生物は昨年度と同様に下水処理場

48時間後
初期値の活性汚泥槽より採取した活性汚泥中の微生物を竹炭のみ使用した。これを25℃において、模擬排水（１L中に、LAS １mg、ペプトン 120mg、酵母エキス

全窒素［mgN L］

50.2

竹炭＋活性汚泥
活性汚泥 のみ

51.0

42.0

36.5

NH４ ［mg L］

4.5

4.6

15.8

16.8

尿素 ［mg L］

15.1

14.8

11.3

11.3

KCl 2.8mg、CaCl２ 2.8mg、MgSO４ ２mg）を培

NO２− ［mg L］

0.1以下

0.1以下

1.20.6

地として馴化培養を行った。

NO３− ［mg L］

0.1以下

0.1以下

0.10.1以下

２−３TOC ［mgC L］

123.9

161.5

18.2

25.380mg、尿素 20mg、NaCl ６mg、KH２PO４ 20mg、浄化処理試験

＋模擬排水と竹炭は予め120℃、20分で高圧蒸気滅菌を行った。バッフル付きフラスコに処理するの微生物の脱窒がおもな過程であると考えられる。

排水として前述の模擬排水100mLを入れ、竹炭NH４＋は竹炭のみでは変化がほとんどなかったが、１g、活性汚泥培養液２mL（以下、活性汚泥）、活性汚泥のみと竹炭＋活性汚泥では全窒素の場合もしくはその両方を入れた。これを25℃で48時間とは逆に増加した。このことから、活性汚泥中の振とうを行った。

微生物による脱窒の中間生成物としてNH４＋が残また、実験終了後、竹炭と活性汚泥を入れた試存していると考えられる。尿素も全窒素と同様に料から竹炭（生物竹炭）を回収し、活性汚泥を添竹炭のみでは変化がほとんどなく、活性汚泥のみ加せずに、この竹炭のみを用いた排水処理実験をと竹炭＋活性汚泥では減少した。NH４＋と尿素の行った。

初期濃度が２−２と異なるのは滅菌時に尿素の一２−４部がNH４＋に分解しているためであると考えられ

浄化処理液の分析

浄化処理液から竹炭を取り除くためにNo.5Bのる。NO２−は活性汚泥のみと竹炭＋活性汚泥とでろ紙でろ過と0.45 mのメンブレンフィルターで増加がみられ、NO３−は殆ど変化がみられなかっのろ過（イオンクロマトグラフとTOCのみ）をた。この増加量はNH４＋ に比べて小さく、NO２−行った。ろ液についてJIS K0102に規定されてい及びNO３−が生成しているもののそれらが効率的る方法での全窒素の分析、衛生試験法３）に規定さに除去されているためであると考えられる。また、れている方法での尿素の分析、イオンクロマトグ

TOCの場合、竹炭のみでは増加が起こっている

ラフによるNH４＋、硝酸イオン（以下、NO３−）、が、これは竹炭中の有機成分が水中に溶出したた亜硝酸イオン（以下、NO−２）の分析、TOC測定めであると考えられる。活性汚泥のみと竹炭＋活装置によるTOCの分析を行った。また、回収し性汚泥では大きく減少しており、竹炭＋活性汚泥

３）た生物竹炭の試験では、衛生試験法 に規定されが活性汚泥のみよりも減少が大きい。すなわち、ている方法でのLASの分析も行った。

生物竹炭にすることで浄化能力が単純な足し合わせとならない複合効果が現れていた。窒素成分の３ 結果及び考察

結果と考え合わせると、活性汚泥中の微生物によ３−１る分解で吸着除去が効率化されると考えられる。

竹炭と活性汚泥による浄化試験

竹炭と活性汚泥による模擬排水浄化性能を検討した。その結果を表２に示す。
模擬排水が浄化される過程は汚染物質の竹炭へ３−２回収した生物竹炭による浄化試験

回収した生物竹炭による模擬排水浄化性能を検討した。その結果を表３に示す。の吸着と活性汚泥中の微生物による分解の２種類

竹炭のみと竹炭＋活性汚泥は比較のために行っが想定される。全窒素の場合、竹炭のみでは変化た。３−１で、NO２−１とNO３−は微量であったたがほとんどなく、活性汚泥のみと竹炭＋活性汚泥め、分析を行わなかった。

では減少した。このことから、窒素成分はほとん

回収した生物竹炭による結果では、全窒素、尿ど竹炭へ吸着せず、窒素成分の除去は活性汚泥中

素、TOC、LASの結果において、竹炭のみより12

生物竹炭による水質浄化に関する研究も浄化能力が高くなっており、回収した竹炭に活活性汚泥中の微生物の両方が存在することで除性汚泥中の微生物が付着していることが示唆され去性能が高くなる。

た。また、竹炭＋活性汚泥と比べても全窒素の除回収した生物竹炭による浄化作用は、竹炭の去性能が高くなっており、付着した微生物が増殖みよりも向上しており、竹炭＋活性汚泥とほぼして分解による除去効率がよくなっていると推定同等であった。このことから、竹炭の吸着能力される。

が再生していること、すなわち活性汚泥中の微生物が付着していることで汚染物質が分解して表３いることが示唆された。

回収した生物竹炭による模擬排水浄化試験

いずれにしても、竹炭よりも生物竹炭の処理効48時間後初期値

回収した
竹炭＋
竹炭のみ
生物竹炭
活性汚泥果が高いことを確認した。
昨年度の研究で、生物竹炭の複合効果により、全窒素［mgN L］

50.2

37.051.0

42.0

NH４＋ ［mg L］

4.5

21.1

4.6

15.8

尿素

15.1

11.3

14.811.3

TOC ［mgC L］ 123.9

22.0

161.518.2

成分の結果でも生物竹炭の複合効果が現れること

LAS ［mg L］

0.08

0.240.05が示された。特に、生物竹炭において浄化能力の［mg L］

1.40

竹炭よりも生物竹炭のLAS、CODの処理効果が大きくなることが分かったが、今回得られた窒素再生が起こっていることは、排水処理の経済性の４まとめ点で重要である。

模擬排水について、竹炭、竹炭＋活性汚泥及び生物竹炭による処理効果を窒素成分等の除去性能

５で検討した結果、以下のことが明らかになった。

１）堀 克敏．ケミカル・エンジニヤリング．1998，

NH＋４などの窒素成分除去性能は、竹炭には殆どなく、活性汚泥中の微生物によって浄化される。
TOC除去性能は、竹炭には殆どなく、活性

参考文献

685-689
２）福地哲郎、山内博利、高橋克嘉、小玉義和．
宮崎県工業技術センター研究報告．1999，11．
３）衛生試験法・注解．金原出版．1995，994．他

汚泥中の微生物によって浄化されるが、竹炭と13