嫌気処理におけるシリンジテスト
A

Syringe

Tes一山efhod

forAnclerObi(Trecltmenl.

王買墳装置事業部

山

ShinichiA

optimum
in

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been

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syrlnge,bothofof thesefactors･

confirmed

that

Processing

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えがwith

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pilot

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ratioofaffectthe biodegradability･

By

test

newbatch

simplified

The

method･lowgenerallyacomparisoninfluence

thetestthesyringeowningtO

theacclimation

test

methodfoodinthan

Ⅵ7aSteWater

testが,sludge

thebyきtheandsubstrateshown

bio‑maintainclarifying

biodegradability
presumably

touslngin chemical

慎
Yamazakianaerobic

howdefine

not

技術室

崎

half

Was

about

timerequired.

NaHCO3はF/M比0,3以上で著しくpHが低下し,現在,廃水の嫌気分解性を評価するパッチテストとして当社ではシ.)ンジテス†を行っている｡本テスTlは,廃水ガス化率も減少した｡従って,緩衝液はリン酸カリウムの方が適していることを確認した｡また本実験結果はグルコの嫌気分解性の評価に限らず,実装置の処理性能が悪化し‑スを単一基質としたために50mMでテストを行ったが,実廃水においては100mM,場合によっては200mMの緩た時など,その原因を調査するための重要なテスT‑として考えられている｡また短期間で結果が得られる上に,操作衝液洩度が必要であることも判明した｡
1.

が簡便で,幅広く応用できる利点も有している｡

2

F/M比の最適化

しかし最近,嫌気性処理が化学産業分野をはじめ適用範
囲の拡大に応じ,従来のテスト方法に幾つかの問題点が生ガス化率はシ')ンジ内のF/M比が高くなる程低下することが従来の結果から得られている｡これは廃水中に含まじてきた｡

れる阻害物が生物に影響を与えたことが原因と考えられ

そこで,まずテスト方法を見直し基準化を行い,高精度る｡そこで数種類の食晶系,化学系廃水についてF/M比のテスト法を確立した｡そしてこの基準法により,実廃水を想定した化学物質を含む人工廃水を用い嫌気処理適用判定図を作成し,実廃水でその適用性を示した｡またその人とガス化率の関係を評価した｡その結果を第2図に示す｡
F/M比が高くなると生物に阻害を与える物質の量が多くなるなどの理由によりガス化率は低下した｡従ってF/工廃水中の化学物質の分解性および阻害性の評価,実廃水による阻害形態の検討も行った｡
さらに,シl)ンジテストから得られる活性度から容積負ー＼̲̲̲̲̲.0荷を推定し,どの程度実装置の処理性能をシリンジテスト○＼phosphate 50rn1･rで推定できるかの検討も行ったのでその結果を報告する｡

1.従来法の見直し
1.

￣＼●‑‑‑●ー

1最適pⅡの維持

NaHCO3

従来法のシ1)ンジ内培養液のpHを7に維持するための緩衝液はNaECO2を使用していた｡しかし従来,廃水の種類により緩衝能が異なるなどの考慮がされておらず,普1000ng

p3100＼亘C=コぼすとの報告もある1)2)3)｡･･＼､＼･i:宅●‑‑‑●＼u＼●＼

そこで緩衝液をリン酸カリウムに変更し,ガス化率の比較実験を行った結果を第1図に示す｡テスト方法は3章に記述し,テスト基質はグルコースを用いた｡ここで図中のF/M比とはシリンジ内に投入する廃水濃度と汚泥深度の比(gTOC/gSS)である｡
1)ン酸カ1)ウムはF/M比1.3までpH約7を維持した
Vol･

35

No･3(1991/12)＼｡＼｡＼

たNaHCO3でほ緩衝能が低く,多量の投入はNa阻害を及().51()

F/M

第1図Fig･＼J＼1.52.0ト]

緩衝液によるガス化率の比較
1

神鋼パンテツク技報

Comparisonof gasfication

ratio

by buffersolution

29

Frennlg's solution

100

Vitamin sollltion

Ol
三宍

80

Key

Wastewater()

Foodindustry●

Chemical industry

Mineralsolntion＼○.2忘＼●○60

0.1 mE5m且AdjLIStpr] 7PIIC￣竜

Qoも､,o㌔40岩EJ?

320､ノo

第2園
Fig･o.2

0.4

0.6

Sludgesolution

F/Mratioト]

0.2g
Na2S･9H20500 mE

100 n】且l＼15mE
1.2

Cystein

Substrate

Glucose solution

1.00.1g

water
〒￣0.8

Resazl】rin

1mt

Tpurel一､⊃m&

1.4

Nutrient solution

5mR

ユ.6

100 Tnt
15m且Pure

5 TTIE

Buffer solution

water

F/M比とガス化率の関係
2Comparisonof F/M

ratio

andgasfication

Total voltlme
40 1TLE.

ratio

盟

M比を′J→さくした方がガス化率に与える要因が排除でき,信頼性のある結果が得られるとGlasssyringe
100(Volume考えられる｡しかしF/M比0.2以下では理論

第3図ガス発生量が少なく測定の精度上好ましくな

Fig.

mE)

テスト仕込条件(テスト本数20本用)
3

く,また実装置の1)アクター内のF/M比もTestcondition

考慮するとF/M比は0.2が最も適当と判断される｡ただし阻害物の影響を調査する必要のある廃水については数とおりのF/M比を設定する方が望ましい｡

N2 gasNeedle1. 3

テスト精度の向上
従来法の嫌気分解性はガス化率のみで評価していた｡しRubber

timeが生
かしこの方法では,培養初期のガス発生に1agじた場合(汚泥の馴養が必要)やガス発生速度が適い場合

ZZZZZZ)(汚泥中の菌体数が少ない,廃水中の阻害物の影響),実Col

o=:際の廃水処理能力が把握できない｡そこでガス化率に加え40o＼SyringeてTOC除去率,活性度(培養開始直後の最大ガス発生速磨)を評価基準に加え,テス†精度を高めた｡
1.

stopper【ZZZZZ乙stand処理適用判定基準の明確化

従来は,判定基準があいまいで,処理可能性の判断に個

第4図
窒素パ‑ジ方法

人差が生じた｡そこで分解性の良い廃水から阻害物を含むTOC廃水まで人=的に作成しテスTlを行い,ガス化率,Fig.
How除去率および活性度によりその廃水の分解性を分類し,蘇4
topageonNitrogen

気処理適用判定基準を明確にした｡また廃水中の阻害物の影響についても検討を加えた｡

2.基準化したテスト方法

各便用溶液壊縮液を嫌気的にガラスシl)ンジ(容量100

2. 1使用三容i夜

テストには,グ)I,コース溶液,廃水,汚泥,緩衝液および栄養溶液を使用する｡ここでグルコース溶液は,使用汚me)中に所定量投入し総量40meとする｡シ′.)ンダ‑を押し上げシl)ンジ内のガスを抜き,ゴム栓をし,2本の注射針を介して窒素ガスで約5分間パージする(第4国)｡次泥の活性状態の確認のために投入する(シ1)ンジ内壊度に35oCの恒温窒で培養し,経時的にガス発生量を測定する｡数日後ガス発生が停止したのを確認後,培養幸夜を取り15000rpm,出し,遠Jb分離(4oC,10min)上澄液のPH,3 000 mgTOC/e)｡廃水はシl)ンジ内濃度で600mgTOC/e(F/M比0.2に対応)になるように調整したもの.汚泥は,食品廃水処理嫌気リアクター引き技き汚泥を32メッシュふるいで辞退したもの(シ1)ンジ内濃度3000mgSS/e),演
衝液はl)ン酸カl)ウム(シ1)ンジ内濃度100mMあるいはCa,Co,s'ステインHCl各々シl)ンジ内濃度250,A)の王昆合液とした3)4)5)o2.

30125mg/100

ガス化率(%)‑歪芙蒜量漂笥×詣謡×2

テスト方法
第3図にテス†仕込み条件を示すo3
嫌気分解評価方法
評価は,ガス化率,TOC除去率および活性度の3指標によって行う｡各々の算出方法を式(1)ノ‑(3)に示す｡

Ni),酸化還元指示薬および還元剤(Na2S･9H20,VFAを瓢足するo
ここでpHが6.6‑7.5の範囲になけれは援衝享夜濃度を高め最実験を行う.

2.

200mM),栄養溶液は少量のビタミン,微量金属塩(Fe,Mg,TOC,‑‑(1)
テスト方法は,まず神鋼パンテツク技報

Vol.

35

No.

3(1991/12)

0.30

0.30
Key

TOC

ー【コ0.25のの

reI℃OVal ratio (%)0()
0●89‑50＼QeU⊂)汁

亨()

100‑90>49‑o0〇o()(D00

くp0CED>
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0.20

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O(D00言加￣‑‑I:■●￣‑I‑O￣0.15●U也

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La

10.05(1弓u0,10:コ｢コく⊃

1l‑0.15Uぐq0:□.

･B:⊃｢:⊃(⊃A:≡ll●o,20ト●●>‑Io.25∽∽0‑0詔0.05

u102030･406050

Gasfication

第5国
Fig･ratio

708()

90100

1030

4050

GasfiJca(ion60ratio

708090100[%]

人工廃水による嫌気分解判定図
5Gasficationratio

Activity

wastewater(%)(gTOC/gVSS･d)

I

Starch

600.04B

ⅠⅠ

Starch

560.04

C

供試化学物質III

Boilbean

650.03B

Test

ⅣChemcats

720.llBVChem380.09

CⅥcatsDyestuffs

440.07CⅦ

Orgarl csolvent

00.00

DⅧ

Washingwool

290.005

C

Anaerobic

biodegradability

diagramjudgment

byFactory

artificial wastewater

第1表
Table

20[%]

1chemicals

A. ALCOBOLS

C. KETONES

19. Succiric

1. Methanol

10. Methylethyl

2. Etbano1

ll. Acetolle

3. Propano1

D. CARBOXYLIC

4. Buta1101

12. Formic

5. Eth),leneglyco1

13. Acetic

6. GlyceroI

14. Propionic

B. ALDEHYDES
7. FormACIDSacid

21. Metbl

acetateacid

22. Ethylacetate

acid

F. AROMATICCOMPOUNDSacid
acidacid

25. Benzoic

8. Acetoaldehyde

17. Stearic

9. Propion

18. 01eic acid第6園

23. Pheno1
24. Benz),lalcoho1

16. Palmitic

aldebyde

20. Adpic
E. ESTERS

15. ButyrlC

aldehydeketoneacid

Judgernent

実廃水による嫌気分解判定図
6Anaerobic
byacid26. Salicylic acid27. Phthalic acidacid

Fig･

Manufacturlng

bidegradability
waste

practical

judgment

diagramwater

影響(阻害濃度および形態)を調査することが必要である｡領域D廃水は嫌気分解不可能と考えられる｡
2 実廃水による嫌気分解の判定

3.

第6囲に実廃水VL‑よる嫌気分解判定結果を示す｡食品廃100･･････(2)
TOC除去率(%)‑器策定量…豊吉;×
水において,エ場Ⅰ,※開始時TOC量‑汚泥持込みTOC量＋投入TOC量

Ⅱの廃水(領域B)は馴養すれば処理適用可能と判断できるが,エ場Ⅱ(領域C)の廃水は処理しても低負荷が予想される｡従って,廃水中の繊維状の活性度(gT｡｡/gVSS.

×｡)

S

Sあるいは蛋白質などの高分子物質が分解性を低くした

B&Rps%4;wh%BELE'(mma%
大きな要因と考えられ,その影響濃度等の調査を行った上(mg‑Q)

12

2T2qNme‑‑‑(3))

3.処埋適用判定基準の明確化
3,

1人工廃水による判定基準の作成
第5図に嫌気性処理判定図を示す｡図中のデ‑タは人工廃水でテストを行い,グルコース(シリンジ内濃度2000で適用の判断をする必要がある｡また化学廃水において
ち,工場Ⅳを除いて,全体的に判定C
Ⅵ, Ⅷ)(工場V,(工場Ⅶは適用不可｡)従って,実装置へのの傾向が強い｡
適用に対しては,廃水中に含まれる阻害を与える化学物質などの影響について検討する必要があると判断される｡
3.

mgTOC/e)をベースとして実廃水中に含まれると考えられる第1表の27種類の化学物質(シl)ンジ内濃度100‑1500mgTOC/e)を各々投入したものを使用した｡判定は

3

化学物質の分解性および阻害性

人工廃水中の化学物質の分解性および阻害性の調査は,3.1でテストしたTOC除去率を用いて評価した.しかし

TOC除去率,活性度の3指標で決定されて,ガス化率,おり,この4領域(A‑D)の分類は,その領域をこおける物質の分解性および阻害性を文献6)7)8)などから考察して,ほぼ妥当と考えられる｡
ガス化率60 %以上において活性度0.17

このTOC除去率はグルコースおよび化学物質の両方を伴っている｡そこで次のように化学物質分解率,阻害率を式(5), (6)に定義する｡
T‑TOC除去率:グルコースおよび化学物質の両方を伴

gTOC/gVSS･d以上の領域A廃水は,実装置への適用に全く問題ないという場合のTOC除去率
G‑TOC除去率:グルコースのみの場合のTOC除去率える｡また0･17gTOC/gVSS･d未満の領域B廃水も,馴養すれは活性度は増加すると考えられ,嫌気分解は良好と考えられる｡しかし領域C廃水はガス化率20‑60%と嫌気分解可能だが,実装置へ適用した場合,低負荷が予想され〔T‑TOC除去率>G‑TOC除去率の場合〕
分解率( % ) ‑竺t=TOC除考量二早TT()些臣重量く車g‑C)
投入化学物質量(mg‑C)る｡従って,廃水中に含まれる阻害物の嫌気分解に与える
Vol.

35

No.

3(1991/12)

神鋼パンテツク技報

×100‑‑(5)

3J

60

100=
L=ロ

Succinicacid80

1Propi onaldehyde

F8≡60

1B'邑∈40

喜20lI△△;iAAAEcettohnyeethyketone%o(1dゝ+徳40c3uacid◇□ Oleicacid

三･●Oleic acidロ60･≡20i=Uこ/)

acid

⊂)

＼◇PbenolFormaldehyde

E180o＼200

Acetoaldehyde￣0400600

800

1 000

1 200

第ア国

□

Higher[mgTOC/且]of chemicals

fotty acid

AKetones◇

Aromaticcompo□nds

Fig･

80

Of toxic matter

100120140[mgTOC/りガス化率と阻害物濃度の関係
9Relationshipof toxic

Decomposition

ratio

andtoxicity

of gasfication

ratio

andconcentration

matterせる化学物質を特定化する分析技術の向上が現在緊急に要求される課題と考えられる｡
3. 4 実廃水の阻害物質の影響濃度および阻害形態の検討

of chemicals

60

良三

60

化学物質の嫌気分解性および阻害性

7Fig.

Idehydes

40

1 400

第9図o20ConcentratiorlConcentration‑40･B●O

9￣T￣‑･･̲̲.......
＼⊂コWastewater･LOKeyd

毒 20a●12005●

5000
101520Relationsbipof gasfication

ratio

and000 mgSS/eの場合,阻害物含率が20%に増加してもガス化率は変化しない｡一方,

253 000

000 mgSS/eの場合は含率が10%以上
mgTOC/e/5で著しい低下を示した｡従って,阻害形畠削ま阻害物の汚泥[%]ガス化率と阻害物含率の関係
8200 mgTOC/e/3/汚泥濃度‑1＼

Eatio of concentrationQf toxic solutionin waste water

第8園

そしてその廃水に阻害物を濃度比で0‑20%混入させて,その阻害物の影響を検討した｡
第8国にガス化率と阻害物含率の関係を示す｡廃水溝度

＼3000

3000

●たものを作成したo＼[mgT(冗/E】 mgSS/E]

A社化学
F/M比を0.4に設定し,廃水濃度および汚泥潰度を2とおりに変化させ＼Sludgeconcentration concentration

0ー0

阻害濃度および形態を検討する宍廃水として,薬品製造廃水を使用した｡実験条件として,○F/M ratio=0.4

EdFig.

Concentration‑＼･B
く匂□ Stearic

salicylic

mgTOC/A‑●｡‑o･ト.

l=奄ロ◇

20

塗4001L

50toxic ratioに対する相対主景度ではなく,阻害物の絶対i柴度に起因することを確認した｡また第9図にガス化率と阻害物i濃度の関係を示す｡本廃水vL対する阻害物の影響濃度は50mgTOC〔T‑TOC除去率<G‑TOC除去率の場合〕/β以上と判明した｡

4.実装置(パイロット装置)との整合性の検討
阻害率(%)‑蒜琵警至雲霞誌×100
前章より,シ1)ンジテスT‑による廃水の嫌気性処理判定･‑･･･(6)

第7図に化学物質の嫌気分解率および阻害率を示す｡図中の物質は特長的なもののみを示した｡得られた結果を次基準が明確となったが,実際上,実装置の処理性能までこのシl)ンジテストで評価するのは汚泥の馴養化,スケールに示す｡
1)ア/I,コール,低級脂肪酸,エステルほ,この濃度域(汚泥3000mgVSS/eに対する)では全く問題ないこアップ上の問題などにより困難である｡しかしあらかじめどの程度容積負荷をとれるかを予測することは重要と考え,式(7)により,シ1)ンジテストの活性度から実装置の容積負荷を推定した｡とを確認した｡
2)アルデヒドは僅か数100mgTOC/eでメタン菌のみならず酸生成菌にも阻害を与え,またア/I,キ/レ基が少ないほど阻害効果が大きいことを確認した｡
3)ケトンは阻害性はないが,難分解性物質であることを

10￣3d,7gTOC ''g&v&ss｡k5T*oe,#i3･

次に室内パイロットテストによりこの推定式を実証したoでメタン菌に著しい阻害を及ぼすことを確認した.
5)芳香族化合物は,フェノールが約1000mgTOC/βでテスト装置は101の塩化ビニル製カラムを3基使用し,充填材としてポ1)プロピレン製のメディア(65m2/m3)を充填した｡テスト廃水はB社化学薬品製造廃水を用い,実著しい阻害を及ぼした他は特に大きく阻害を及ぼすも験開始前の各1)アクターの汚泥条件を第2表に示すoのはなかった｡しかしその物質自体の分解性は概めて遅いことを確認した｡て培温度36′‑37 oCで連続実験を行い,段階的に容積負荷

この結果はあくまで目安であり,実廃水中には多種多様の化学物質を有している｡従って,廃水中の菌体を阻害さ∂2d)×悪蕎×‑‑･(7)確認した｡
4 )高級脂肪酸はコハク酸が分解性が良かった他は難分解性物質であり,中でもオレイン酸は数100mgTOC/ど･そしを上昇させた｡
低負荷時においては,各リアクグーの処理水質は1000
IOOmg/β以下),
TOD除去率85

mgTOD/β以下(VFA

神鋼パンテツク技報

Vol.

35

No.

3(1991/12)

第 2

表

培養開始時およぴ終了時の処理性能

第 3表

シリンジテストとパイロットテストの容積負荷の比較

Table

2Treatment

TzLble3Comparison

performance
FinishStart
Reactor Shldgeconcentration
Sludgeconcetltration

hgSS/i]【mgSS/l]Maximumload

5000(5000)

6160(4960)

1650:630

5,05000(0)3940(2290)

1000:272

3.54370(3040)) is fixed sludge#(Syringtest

mgTOD/L][ngVFA/E][kgTOD/m3･d〕

15800(800)Reactor

4.0

1010弓242
concentration::三言o. 52

1.2

1pilot testand･d)

Pilot
1.5…l
3l

test

of of syrirlge

I.oa° (kgTOC/m8Treatmentwater

23of load

test

1.1in reactor.

は低く,廃水中の阻害物の影響を調査する重要性を確%以上,ガス化率62%以上を維持した｡しかし,負荷の上昇に従い処理水質は悪化し,ガス化率も低下した｡この時を限界容積負荷とし,実験終了後,汚泥をリアクターより認した｡
3)シリンジテストにより阻害物の影響濃度および阻害形態まで調査できることを実証した｡今後,実廃水中の取り出しSS測定を行った｡
第3表にシ1)ンジテスト活性度より算出した容積負荷と,パイロットテストの限界負荷との比較を示す｡ここでシ(実験値)l)ンジテストの負荷は活性度0.12gTOC/gSS･d阻害物を特定化する分析技術の向上が緊急に行う重要課題と考えられる｡
4)シ1)ンジテストにより実装置の容積負荷を推定した結果,シリンジテストで推定した値は実装置負荷の約半で算出した｡またパイロッ†テスTlの負荷はTOC/TOD‑O13を乗じている.シ1)ンジテスTlの推定値は,パイロッ
I‑テストと比較して約半分の負荷を示し,これは汚泥の馴養状態の違いによるものと考えられる｡今後さらに検討を重ね,この整合性を明確にする予定である｡
むすぴ

1)テスト時間の短縮,高精度のテスト法を確立し,手法の基準化を行った｡
2)不明確であった嫌気処理適用判定法も,人工廃水を使用し,妥当性のある判定図を作成した.また実廃水によってこの判定図を検証した結果,意外に判定の評価

3(1991/12)〔参考文献〕).丁a°Dolfing:

Journal MicrobiologicalMethods

4(1985)

1‑

12明白となった｡

35. No.

られ,今後さらに検討を行う予定である｡

1

従来のシリンジテストを見直すことにより,次の知見がVol･分となった｡これは汚泥の馴養度の違いが原因と考え

2)古賀洋介:3)松井三郎:4)浦野鉱平:

発酵工学第65巻第5号419‑430
環境工学のための化学森北出版1982
第25回水質汚濁学会講演集366‑367

5)セラニーズ:壬支街資料1982
6 ) Jab Dolfing:
AppliedandEnvironmental
1985

1987

Microbiology

10 No.
ll (1987)
7)野池達也:水質汚濁研究Vol.
8)花木啓祐:微生物による環境制御･管理技術マニュアル
288‑292
境技術研究所

神鋼パンテツク技報

May1142‑1145

環33