好気性グラニュールの形成方法、水処理方法及び水処理装置
【課題】連続通水式で好気性条件下において安定的にグラニュールを形成することが可能な好気性グラニュールの形成方法を提供する。
【解決手段】有機物を含有する原水を反応槽に連続的に導入して微生物と接触させ、好気性条件下、硝化菌の共存下で、前記微生物を造粒させたグラニュールを形成する好気性グラニュールの形成方法である。
【解決手段】有機物を含有する原水を反応槽に連続的に導入して微生物と接触させ、好気性条件下、硝化菌の共存下で、前記微生物を造粒させたグラニュールを形成する好気性グラニュールの形成方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、好気性グラニュールの形成方法、水処理方法及び水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水や工場廃水などの原水に含まれる有機成分を処理することを目的として、微生物の同化および異化反応を利用する活性汚泥法が広く用いられている。微生物フロックを中心とする汚泥と、処理対象である原水とを溶存酸素の存在下で接触させることにより有機物を二酸化炭素にまで酸化し、反応槽の後段に設置した沈殿槽にて汚泥と処理水とを分離して処理水を得る好気性活性汚泥法は、設備が簡便であること、幅広い濃度の廃水を処理可能であることから、下水、産業排水を問わず広く使用されている。しかしながら、この活性汚泥法はフロック状の細菌を使用し、重力で処理水とフロックとを分離することから、糸状菌や放線菌等による沈降性不良（バルキング）の発生が問題となっている。また反応槽内の微生物濃度を高く取ることができないため、負荷が１．０ｋｇＢＯＤ／ｍ3／ｄａｙ程度と比較的低く、広い面積を必要とする点も課題となっている。
【０００３】
このような問題点を解決するため、近年では反応槽内に充填材を投入して、この充填材に微生物を付着させることにより多量の微生物を反応槽内に保持することができる手法も開発されている。本手法は反応槽あたりの負荷を活性汚泥法より高く取ることが可能であることや、沈殿槽が不要であること、原生動物や後生動物が多く発生し、多様な生物が保持できることから汚泥の発生量が少ないなどの利点を有している。しかしながら、反応槽内に添加する充填物は高価なものが多く、また、定期的に充填物の補充が必要であるなど、処理コストが高くなる傾向がある。
【０００４】
一方、溶存酸素を必要としない嫌気処理においては単位微生物あたりの処理速度が遅いため、微生物自体を自己造粒させて比重の高い塊、いわゆるグラニュールを形成させることにより反応槽内の微生物濃度を飛躍的に高める手法が使用されている。グラニュール化微生物を使用する方法においては、高濃度の微生物を保持しうるため、反応槽あたりの処理速度が充填物を使用した方法と比較しても速い、充填物が不要、グラニュールの比重が高く沈降速度が速いため固液分離が容易等の利点を有している。このようなグラニュールを形成する微生物群は嫌気性メタン発酵のほか、好気性処理においては硝化菌群（特許文献１参照）や半回分式リアクタ（ＳＢＲ）での形成が確認されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２６６０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半回分式の処理装置においては一つの反応槽において、（１）原水の流入、（２）酸素供給および原水と微生物との接触、（３）微生物の沈降、（４）処理水の排出、といった４つの工程を経ることによって処理が行われるが、流入と排出が共に短時間で行われるため、処理流量の変動が大きく、実施設においては大きな流量調整槽が必要となる。そのため、小規模の装置においては簡便で有利な装置となり得るが、中〜大規模の装置においては適用することが困難である場合が多い。こういった問題を解決するためには従来から多くの装置で利用されている連続流入・排出型の装置構成とすることが好ましいが、有機物を処理し、かつ連続通水が可能な好気性グラニュールを形成させる方法は確認されていない。
【０００７】
本発明は、連続通水式で好気性条件下において安定的にグラニュールを形成することが可能な好気性グラニュールの形成方法である。
【０００８】
また、本発明は、処理対象となる有機物を含有する原水を省スペースかつ低コストで生物処理を行うことが可能となる水処理方法及び水処理装置である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、有機物を含有する原水を反応槽に連続的に導入して微生物と接触させ、好気性条件下、硝化菌の共存下で、前記微生物を造粒させたグラニュールを形成する好気性グラニュールの形成方法である。
【００１０】
また、前記好気性グラニュールの形成方法において、前記原水のＣ／Ｎ比を７以下となるように調整することが好ましい。
【００１１】
また、前記好気性グラニュールの形成方法において、前記反応槽内で硝化により生じた硝酸性窒素が５ｍｇ／Ｌ〜２０００ｍｇ／Ｌの範囲となるように調整することが好ましい。
【００１２】
また、前記好気性グラニュールの形成方法において、前記原水中の有機物を嫌気性条件下で発酵させ、少なくとも一部を有機酸に変換した後、前記反応槽に導入することが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、処理対象となる有機物を含有する原水を反応槽に連続的に導入して微生物と接触させ、好気性条件下、硝化菌の共存下で、前記微生物を造粒させたグラニュールを形成して、前記有機物を生物処理する生物処理工程と、前記生物処理した処理水と前記微生物とを分離する分離工程と、を含む水処理方法である。
【００１４】
さらに、本発明は、処理対象となる有機物を含有する原水を微生物と接触させ、前記有機物を生物処理するための反応槽と、前記反応槽に前記原水を連続的に導入するための原水導入手段と、前記反応槽に酸素を供給するための酸素供給手段と、前記生物処理した処理水と前記微生物とを分離する分離手段と、を備え、前記反応槽において、好気性条件下、硝化菌の共存下で、前記微生物を造粒させたグラニュールを形成する水処理装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、硝化菌の共存下で微生物を造粒させることにより、連続通水式で好気性条件下において安定的にグラニュールを形成することが可能となる好気性グラニュールの形成方法を提供することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、硝化菌の共存下で微生物を造粒させることにより、連続通水式で好気性条件下において安定的にグラニュールを形成することが可能となり、処理対象となる有機物を含有する原水を省スペースかつ低コストで生物処理を行うことが可能となる水処理方法及び水処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００１８】
本発明者らは鋭意検討を行った結果、増殖速度の遅い硝化菌を細菌群に共存させることによって好気性条件下で連続接触式のシステムを用いた場合においても菌体のグラニュール化が可能であることを見出した。本手法を用いることにより、微生物を自己造粒させて沈降性のよい好気性グラニュールを形成させ、反応槽内に充填材等を設置することなく高濃度で微生物群を保持することが可能となり、低コストで高速な処理が可能となる。
【００１９】
ここで、本明細書において「グラニュール」とは微生物の自己造粒体のことをいい特に制限はないが、例えばその粒径が１２５μｍ以上のものをいう。また、１Ｌのメスシリンダに微生物を含む汚泥を添加し、添加５分後の汚泥容積指標（ＳＶＩ）［ｍＬ／ｇ］であるＳＶＩ５と添加３０分後のＳＶＩであるＳＶＩ３０との比率（ＳＶＩ５／ＳＶＩ３０）が１．２以下であるものをグラニュールと呼ぶことがある。
【００２０】
また、本明細書において、「連続的に導入」、「連続通水」とは、「回分式」に対する方式であり、連続して反応槽に原水を投入して運転する方式である。反応槽への酸素の供給は連続的であっても間欠的であってもよい。
【００２１】
処理対象となる原水としては例えば、食品工場廃水、化学工場廃水、半導体工場廃水、機械工場廃水等の産業廃水、生活廃水、下水、河川水等が挙げられ、生物分解性の有機物を含有する原水に対して容易に適用することができる。また、生物難分解性の有機物を処理する場合には、予め物理化学的処理を施し、生物分解性の物質に変換することによって処理が可能となる。
【００２２】
以下に食品工場廃水を処理対象とした場合を一例として本実施形態に係る好気性グラニュールの形成方法、水処理方法及び水処理装置の適用について詳細に説明する。
【００２３】
本発明の実施形態に係る水処理装置の一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。図１の水処理装置１は、原水貯留槽１０、反応槽１２、分離手段である固液分離槽１４、処理水槽１６と、原水導入手段である原水導入ポンプ１８と、酸素供給手段であるエアポンプ２０とを備える。
【００２４】
図１の水処理装置１において、原水貯留槽１０の出口は原水導入配管により原水導入ポンプ１８を介して反応槽１２の入口に接続され、反応槽１２の出口は反応液配管により固液分離槽１４の入口に接続され、固液分離槽１４の出口は処理水配管により処理水槽１６の入口に接続されている。反応槽１２の下部には酸素導入配管によりエアポンプ２０が接続されている。また、固液分離槽１４の下部は返送配管により返送ポンプ２２を介して、原水導入配管の原水導入ポンプ１８下流側に接続されてもよい。なお、図１の例では反応槽１２と分離手段である固液分離槽１４とは別の槽として構成されているが、反応槽と固液分離槽を１槽として構成してもよい。
【００２５】
本実施形態に係る好気性グラニュールの形成方法、水処理方法及び水処理装置１の動作について説明する。食品工場工場等より排出された有機物を含有する原水は原水貯留槽１０へと送液され、原水水質の安定化が行われる。この際、原水中に固形物が含まれている場合にはスクリーン等によって取り除いておくことが好ましい。また、原水貯留槽１０では原水の均一化を行うため、撹拌装置（機械撹拌、空気撹拌等）を設置することが好ましい。
【００２６】
原水は、原水導入ポンプ１８により原水貯留槽１０から反応槽１２へ連続的に送液され、微生物と接触され、好気性条件下、硝化菌の共存下で、微生物を造粒させたグラニュールが形成されて原水中の有機物が生物処理される（生物処理工程）。反応槽１２内では好気的に有機物の分解が行われるため、エアポンプ２０により酸素源が供給される。酸素源としては酸素および空気等を使用することができる。この際、酸素源の供給量は原水中の有機物量や有機物負荷等により決定されるが、おおむね反応槽１２内の溶存酸素濃度として０．５〜８ｍｇ／Ｌの範囲となるように供給することが好ましい。
【００２７】
生物処理された反応液は固液分離槽１４へ送液され、処理水と微生物とが自然沈降等により分離される（分離工程）。処理水は処理水槽１６へ送液される。微生物を含む汚泥は固液分離槽１４より取り出され廃棄されてもよいし、返送ポンプ２２により反応槽１２の上流側へ返送されてもよい。
【００２８】
本実施形態では、微生物を造粒させてグラニュール化を促進するために、反応槽１２における微生物群に硝化菌を共存させる。ここで、本明細書において、「硝化菌の共存下」とは、反応槽１２内で硝化により生じたアンモニア性窒素および有機態窒素由来の硝酸性窒素が５ｍｇ／Ｌ以上であることをいう。したがって、反応槽１２内で硝化により生じたアンモニア性窒素および有機態窒素由来の硝酸性窒素が５ｍｇ／Ｌ以上生成する量に調整することが好ましく、１０ｍｇ／Ｌ以上生成する量に調整することがより好ましい。硝酸性窒素が５ｍｇ／Ｌ未満であると、原水中に硝化の対象となる窒素が少ない状態となるため、微生物中に共存する硝化菌が少なくなり、安定的にグラニュールを形成することができない場合がある。グラニュール形成において反応槽１２内で２０００ｍｇ／Ｌ程度までの窒素濃度であれば阻害はほとんどみられないが、過剰量の窒素添加は窒素剤の費用のみならず、ｐＨ調整剤費、処理水中に残存した硝酸イオンを処理する費用がかかるなどのコストアップ要因となる。そのため、窒素の添加量は反応槽１２出口において硝酸性窒素の濃度として１００ｍｇ／Ｌ以下となるように調整することがより好ましい。
【００２９】
反応槽１２における微生物群に硝化菌を共存させるため、原水のＣ／Ｎ比（全有機炭素（ＴＯＣ）／全窒素（ＴＮ））を７以下となるように調整することが好ましい。原水のＣ／Ｎ比が７を超えると、原水中に硝化の対象となる窒素が少ない状態となるため、微生物中に共存する硝化菌が少なくなり、安定的にグラニュールを形成することができない場合がある。
【００３０】
通常の有機物処理においてはＢＯＤと窒素濃度の比が１００：５程度（すなわちＣ／Ｎ比７．５程度）となるように原水に窒素源の添加を行う。これは微生物中の炭素と窒素との比から計算されるもので、必要量の窒素源を添加することによってＢＯＤ成分の処理が行われる。本実施形態においてはこの窒素源を過剰となるように添加する。過剰に添加された窒素源は反応槽１２内にてＢＯＤ成分の処理に使用された後に、余剰分が硝化細菌群により硝酸イオンもしくは亜硝酸イオンにまで酸化される。
【００３１】
ここで、窒素源としては水中でアンモニウムイオンに解離する塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム等の塩類や尿素、タンパク質、アミノ酸類、アミン類等の有機態窒素、またこれらを含有した肥料等が利用できるが、価格面からは塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、アンモニア、コーンスティープリカー等を使用することが好ましい。特にアンモニアはアンモニアストリッピング等により排水から回収したアンモニアを使用することも可能である。これらの成分の添加は原水貯留槽１０、反応槽１２、もしくは後述する有機酸発酵のための有機酸発酵槽に直接投入する方法のほか、それぞれの槽に流入する前段で添加することもできる。
【００３２】
反応槽１２においてはＢＯＤの酸化反応以外に硝化反応が起こることにより、通常窒素１ｋｇあたり７．１７ｋｇＣａＣＯ3のアルカリ度が消費されるため、原水中のアルカリ度が不足する場合には反応槽１２にｐＨ計等のｐＨ測定手段およびアルカリ剤添加装置等のｐＨ調整手段を設けてアルカリ剤等の注入を行ってもよい。このときのアルカリ剤添加により、反応槽１２を好ましくはｐＨ６〜８の範囲、より好ましくはｐＨ６．５〜７．５の範囲とすればよい。
【００３３】
本実施形態における手法は様々な有機物質を対象として使用することが可能であるが、油脂分に関しては汚泥やグラニュールに付着して悪影響を及ぼす場合があるため、予め浮上分離、凝集加圧浮上装置、吸着装置等の既存の手法にてｎ−ヘキサン抽出物質として２０ｍｇ／Ｌ以下程度まで除去しておくことが好ましい。
【００３４】
また、タンパク質や糖類等は時に糸状菌の生育を促し、グラニュール化を阻害、もしくはグラニュール表面に繊維状に発生することにより沈降性不良を引き起こす場合がある。低分子の有機酸においては非常にグラニュールの形成が良好であり、例えば図２に示すように原水を反応槽１２に流入させる前に有機酸発酵槽２４を設け、予め嫌気条件下で原水中の有機物を有機酸にまで発酵させる手法は非常に有効である。有機酸発酵の条件は通常報告されている条件が使用できるが、例えば、有機物負荷５〜５０ｋｇＣＯＤ／ｍ3／ｄａｙ程度（より好ましくは５〜２０ｋｇＣＯＤ／ｍ3／ｄａｙ程度）、ｐＨ４．５〜７．０程度（反応温度によって最適ｐＨは変化する）、ＯＲＰ（酸化還元電位）−２００〜−４００程度、温度２０℃〜４０℃程度に調整することにより流入有機物は酢酸、乳酸、プロピオン酸、酪酸等の低分子有機酸にまで変化する。
【００３５】
また、原水中に栄養塩（窒素、リン）および微量金属元素が不足している場合にはこれらの添加設備を原水貯留槽１０、反応槽１２、もしくは有機酸発酵槽２４、またはそれらの槽に流入する前段側に設けてもよい。食品工場廃水においては微量元素およびリンが不足することは稀であるため、窒素源を供給することとなることが多い。
【００３６】
また、初期の立ち上げ時には反応槽１２内に種汚泥を通常投入するが、この際に沈降促進剤として酸化鉄、フライアッシュ、珪藻土、ゼオライト、高炉スラグ等の粒径５０μｍ以下の不溶性粉末や高分子凝集剤等を添加するとグラニュール形成が促進されるので好ましい。種汚泥濃度は装置にもよるが１０００〜１００００ｍｇ／Ｌ程度、酸化鉄等の不溶性粉末は２００〜１０００００ｍｇ／Ｌ程度、高分子凝集剤は１〜１０００ｍｇ／Ｌ程度とすることが好ましいが、複数回に分けて分割して投入することも可能である。
【００３７】
また、反応槽１２内の有機物負荷としては低負荷ではグラニュールの形成が阻害され、高負荷では糸状菌等の増殖および硝化菌の増殖が阻害されてグラニュールの形状の維持が困難となる場合があるため、容積負荷としては１．０〜３０ｋｇＢＯＤ／ｍ3／ｄａｙ（より好ましくは２．０〜２０ｋｇＢＯＤ／ｍ3／ｄａｙ）、ＭＬＳＳ負荷としては０．１〜３．０ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙ（より好ましくは０．３〜１．０ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙ）とすることが好ましい。
【００３８】
反応槽１２内にグラニュール形成促進剤として鉄イオンを流入原水量に対して０．１〜１０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ添加することが好ましく、１〜５ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ添加することがより好ましい。この鉄イオンは溶液のｐＨ値を調整することで微粒子またはコロイドを形成し、微生物の凝集を助け、グラニュールの形成を促進する。通常の廃水には鉄イオンが微量金属として含まれているが、これらを含まない、もしくはその濃度が十分ではない廃水を原水として使用する場合には上記濃度範囲となるように、水溶性の鉄の化合物を添加することが好ましい。また、原水に含まれるＣａ等がグラニュール形成促進剤として働く場合がある。
【００３９】
本実施形態に係る好気性グラニュールの形成方法によれば、これまで形成が困難と考えられていた連続通水式で好気性条件下においても安定的にグラニュールを形成することが可能となり、省スペースかつ低コストで生物処理を行うことが可能となる。
【００４０】
また、本実施形態に係る水処理方法及び水処理装置は、原水中の汚濁物質を好気性の微生物により生物化学的に処理する方法及び装置であって、微生物を自己造粒させて沈降性のよいグラニュールを形成させ、反応槽内に高密度で微生物を保持することにより高速な処理を実現することができる。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４２】
（実施例１〜３、比較例１）
＜原水中Ｃ／Ｎ比の影響＞
好気性反応槽として内径６４ｍｍ、高さ８４０ｍｍ（有効容積：約２．７Ｌ）の円筒形カラムに下部より酢酸ナトリウムを主体とした模擬排水を連続通水した。反応槽内の溶存酸素濃度は２〜３ｍｇ／Ｌに調整した。また、カラム上部には微生物と処理水、空気を分離するため気固分離装置（ＧＳＳ：Ｇａｓ−Ｓｏｌｉｄ Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）を設置した。なお、このとき種汚泥として下水処理場より採取した活性汚泥を初期濃度として５０００ｍｇＭＬＳＳ／Ｌとなるように添加した。また、原水にはグラニュール形成促進剤としてＦｅＳＯ4をＦｅとして２ｍｇ／Ｌとなるように添加した。
【００４３】
実験はＣ／Ｎ比の影響を確認するため、窒素添加量を変化させて４通り実施した。表１に本実験に使用した原水組成を示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】
通常の生物処理で調整されるＣ／Ｎ比７．５（比較例１）においては糸状菌が繁殖して沈降性の非常に悪いフロック状になり、グラニュール化が確認されなかったが、Ｃ／Ｎ比を７以下に調整した実施例１〜３においては良好なグラニュールが形成された。また、良好なグラニュールが確認された実施例１〜３においては硝酸性窒素濃度が５ｍｇ／Ｌ以上確認され、微生物群中に硝化菌が生育していることが確認されたが、比較例１においては硝酸性窒素濃度が０〜３ｍｇ／Ｌであり、微生物群中に硝化菌が共存していないことが確認された。なお、硝酸性窒素濃度はＪＩＳ Ｋ０１０２（１９９８）に示される方法にて測定を行った。
【００４６】
【表２】
【００４７】
（実施例４〜６）
＜処理対象有機物の影響＞
実施例１と同様の装置を用いて流入有機物の影響を確認するために、処理対象有機物を変化させて試験を実施した。対象有機物のうち、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）については分子中に窒素を含有しているため、窒素源の添加は行わなかったが、その他の有機物については原水中のＣ／Ｎ比を５になるように調整して連続通水した。反応槽内の溶存酸素濃度は２〜３ｍｇ／Ｌに調整した。表３に本実験にて用いた原水組成を示す。
【００４８】
【表３】
【００４９】
表４に各有機炭素源を用いた場合のグラニュール化の有無と沈降性の指標として５０日経過後のＳＶＩについて示した。ペプトン−肉エキスを主体とした原水（実施例４）では初期にグラニュール状の塊が多くみられたが、通水を継続するにしたがって糸状菌が繁殖し、最終的には直径１ｃｍ程のふわふわしたボール状の沈降性の悪いグラニュールとなった。また、酢酸ナトリウム（実施例５）およびＴＭＡＨ（実施例６）を主体とした原水においては初期より良好なグラニュール状となり、安定したグラニュールが形成された。また、良好なグラニュールが確認された実施例５及び６においては硝酸性窒素濃度がそれぞれ１０〜２０ｍｇ／Ｌ及び６０〜７０ｍｇ／Ｌ確認され、微生物群中に硝化菌が生育していることが確認された。一方、実施例４では硝酸性窒素濃度が８５〜９５ｍｇ／Ｌであった。
【００５０】
【表４】
【００５１】
（実施例７）
＜有機酸発酵との組み合わせ＞
実施例４においてやや不安定なグラニュールが形成された肉エキス−ペプトンを主体にした原水（表３）において好気反応槽の前段に容積１．３５Ｌの嫌気性有機酸発酵槽を設置してグラニュールの形成状態を観察した。嫌気性有機酸発酵槽の運転条件はｐＨ５．０〜６．５、温度３５℃、有機物負荷６．０ｋｇＣＯＤ／ｍ3／ｄａｙ、ＯＲＰ−３００程度とした。なお、好気性反応槽に関しては実施例１と同様のものを使用した。原水中のＣ／Ｎ比を２．７になるように調整して連続通水したが、一部の炭素は発酵槽内で消費され、反応槽内入口部分でのＣ／Ｎ比は２．１程度であった。また、反応槽内の溶存酸素濃度は２〜３ｍｇ／Ｌに調整した。
【００５２】
また、比較として有機酸発酵槽に空気を通気し、発酵を行わせない場合についても試験を実施した。結果を表５に示す。
【００５３】
有機酸発酵槽内での発酵により、肉エキスおよびペプトンは大部分が酢酸、酪酸等の有機酸に変化した。発酵が起こらない系においては実施例４と同様に糸状菌が多量に発生し、沈降性の悪いグラニュールが形成されたが、通水継続と共に最終的に汚泥は流出したため、系を維持することができなかった。これに対し有機酸発酵を行った系に関しては良好なグラニュールが形成し、肉エキスやペプトン等のタンパク質系有機物を低分子有機酸に変化させることが好気性グラニュールの形成に有利であることが示された。また、良好なグラニュールが確認された系においては硝酸性窒素濃度が７５〜８５ｍｇ／Ｌ確認され、微生物群中に硝化菌が生育していることが確認された。一方、グラニュールの形成が不安定な系においても８５〜９５ｍｇ／Ｌと、十分な硝酸性窒素濃度を維持していた。
【００５４】
【表５】
【００５５】
（実施例８、比較例２）
内径５０ｍｍ、高さ３０００ｍｍの円筒カラム上部に空気と汚泥、処理水を分離するためのＧＳＳを設置し、下部より表６に示した原水および空気を流入させた。原水中のＣ／Ｎ比を５．６になるように調整して連続通水した。空気量は１Ｌ／ｍｉｎとし、反応槽内の溶存酸素濃度として２〜３ｍｇ／Ｌとなるように調整した。また、比較例２として、ＡＴＵ（アリルチオ尿素）を原水に対して８６μｍｏｌ／Ｌとなるように添加して硝化菌の活性を阻害させた系についても試験を実施した。
【００５６】
【表６】
【００５７】
通水開始から６０〜１１０日目における定常状態での試験結果の平均値を表７に、また汚泥状態の経時変化を表す写真を図３，４に示した。いずれもＴＯＣの除去率は９５％以上と高かったが、ＡＴＵを添加した系においては硝化が阻害されている。また図３，４から分かるように、ＡＴＵを添加しなかった実施例８（図３）においては明らかな造粒体が確認されたのに対して、ＡＴＵを添加して硝化菌が生育しない条件である比較例２（図４）においては造粒体の形成は確認されなかった。さらに、汚泥の沈降性の指標であるＳＶＩも比較例２において高い値を示しており、実施例８の汚泥沈降性がよいことが確認された。また、良好なグラニュールが確認された実施例８においては硝酸性窒素が２０〜３０ｍｇ／Ｌ確認され、微生物群中に硝化菌が生育していることが確認された。一方、比較例２ではＡＴＵにより硝化が阻害され、硝酸性窒素濃度も０〜２ｍｇ／Ｌと非常に低い値であった。このことからグラニュールの形成には硝化菌の存在が大きなファクタとなっていることが示唆された。
【００５８】
【表７】
【００５９】
このように、硝化菌の共存下で微生物を造粒させることにより、連続通水式で好気性条件下において安定的にグラニュールを形成することが可能となり、処理対象となる有機物を含有する原水を省スペースかつ低コストで高速な生物処理を行うことができることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施形態に係る水処理装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る水処理装置の他の例を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施例８における汚泥状態の推移を示す写真である。
【図４】本発明の比較例２における汚泥状態の推移を示す写真である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 水処理装置、１０ 原水貯留槽、１２ 反応槽、１４ 固液分離槽、１６ 処理水槽、１８ 原水導入ポンプ、２０ エアポンプ、２２ 返送ポンプ、２４ 有機酸発酵槽。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、好気性グラニュールの形成方法、水処理方法及び水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水や工場廃水などの原水に含まれる有機成分を処理することを目的として、微生物の同化および異化反応を利用する活性汚泥法が広く用いられている。微生物フロックを中心とする汚泥と、処理対象である原水とを溶存酸素の存在下で接触させることにより有機物を二酸化炭素にまで酸化し、反応槽の後段に設置した沈殿槽にて汚泥と処理水とを分離して処理水を得る好気性活性汚泥法は、設備が簡便であること、幅広い濃度の廃水を処理可能であることから、下水、産業排水を問わず広く使用されている。しかしながら、この活性汚泥法はフロック状の細菌を使用し、重力で処理水とフロックとを分離することから、糸状菌や放線菌等による沈降性不良（バルキング）の発生が問題となっている。また反応槽内の微生物濃度を高く取ることができないため、負荷が１．０ｋｇＢＯＤ／ｍ3／ｄａｙ程度と比較的低く、広い面積を必要とする点も課題となっている。
【０００３】
このような問題点を解決するため、近年では反応槽内に充填材を投入して、この充填材に微生物を付着させることにより多量の微生物を反応槽内に保持することができる手法も開発されている。本手法は反応槽あたりの負荷を活性汚泥法より高く取ることが可能であることや、沈殿槽が不要であること、原生動物や後生動物が多く発生し、多様な生物が保持できることから汚泥の発生量が少ないなどの利点を有している。しかしながら、反応槽内に添加する充填物は高価なものが多く、また、定期的に充填物の補充が必要であるなど、処理コストが高くなる傾向がある。
【０００４】
一方、溶存酸素を必要としない嫌気処理においては単位微生物あたりの処理速度が遅いため、微生物自体を自己造粒させて比重の高い塊、いわゆるグラニュールを形成させることにより反応槽内の微生物濃度を飛躍的に高める手法が使用されている。グラニュール化微生物を使用する方法においては、高濃度の微生物を保持しうるため、反応槽あたりの処理速度が充填物を使用した方法と比較しても速い、充填物が不要、グラニュールの比重が高く沈降速度が速いため固液分離が容易等の利点を有している。このようなグラニュールを形成する微生物群は嫌気性メタン発酵のほか、好気性処理においては硝化菌群（特許文献１参照）や半回分式リアクタ（ＳＢＲ）での形成が確認されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２６６０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半回分式の処理装置においては一つの反応槽において、（１）原水の流入、（２）酸素供給および原水と微生物との接触、（３）微生物の沈降、（４）処理水の排出、といった４つの工程を経ることによって処理が行われるが、流入と排出が共に短時間で行われるため、処理流量の変動が大きく、実施設においては大きな流量調整槽が必要となる。そのため、小規模の装置においては簡便で有利な装置となり得るが、中〜大規模の装置においては適用することが困難である場合が多い。こういった問題を解決するためには従来から多くの装置で利用されている連続流入・排出型の装置構成とすることが好ましいが、有機物を処理し、かつ連続通水が可能な好気性グラニュールを形成させる方法は確認されていない。
【０００７】
本発明は、連続通水式で好気性条件下において安定的にグラニュールを形成することが可能な好気性グラニュールの形成方法である。
【０００８】
また、本発明は、処理対象となる有機物を含有する原水を省スペースかつ低コストで生物処理を行うことが可能となる水処理方法及び水処理装置である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、有機物を含有する原水を反応槽に連続的に導入して微生物と接触させ、好気性条件下、硝化菌の共存下で、前記微生物を造粒させたグラニュールを形成する好気性グラニュールの形成方法である。
【００１０】
また、前記好気性グラニュールの形成方法において、前記原水のＣ／Ｎ比を７以下となるように調整することが好ましい。
【００１１】
また、前記好気性グラニュールの形成方法において、前記反応槽内で硝化により生じた硝酸性窒素が５ｍｇ／Ｌ〜２０００ｍｇ／Ｌの範囲となるように調整することが好ましい。
【００１２】
また、前記好気性グラニュールの形成方法において、前記原水中の有機物を嫌気性条件下で発酵させ、少なくとも一部を有機酸に変換した後、前記反応槽に導入することが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、処理対象となる有機物を含有する原水を反応槽に連続的に導入して微生物と接触させ、好気性条件下、硝化菌の共存下で、前記微生物を造粒させたグラニュールを形成して、前記有機物を生物処理する生物処理工程と、前記生物処理した処理水と前記微生物とを分離する分離工程と、を含む水処理方法である。
【００１４】
さらに、本発明は、処理対象となる有機物を含有する原水を微生物と接触させ、前記有機物を生物処理するための反応槽と、前記反応槽に前記原水を連続的に導入するための原水導入手段と、前記反応槽に酸素を供給するための酸素供給手段と、前記生物処理した処理水と前記微生物とを分離する分離手段と、を備え、前記反応槽において、好気性条件下、硝化菌の共存下で、前記微生物を造粒させたグラニュールを形成する水処理装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、硝化菌の共存下で微生物を造粒させることにより、連続通水式で好気性条件下において安定的にグラニュールを形成することが可能となる好気性グラニュールの形成方法を提供することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、硝化菌の共存下で微生物を造粒させることにより、連続通水式で好気性条件下において安定的にグラニュールを形成することが可能となり、処理対象となる有機物を含有する原水を省スペースかつ低コストで生物処理を行うことが可能となる水処理方法及び水処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００１８】
本発明者らは鋭意検討を行った結果、増殖速度の遅い硝化菌を細菌群に共存させることによって好気性条件下で連続接触式のシステムを用いた場合においても菌体のグラニュール化が可能であることを見出した。本手法を用いることにより、微生物を自己造粒させて沈降性のよい好気性グラニュールを形成させ、反応槽内に充填材等を設置することなく高濃度で微生物群を保持することが可能となり、低コストで高速な処理が可能となる。
【００１９】
ここで、本明細書において「グラニュール」とは微生物の自己造粒体のことをいい特に制限はないが、例えばその粒径が１２５μｍ以上のものをいう。また、１Ｌのメスシリンダに微生物を含む汚泥を添加し、添加５分後の汚泥容積指標（ＳＶＩ）［ｍＬ／ｇ］であるＳＶＩ５と添加３０分後のＳＶＩであるＳＶＩ３０との比率（ＳＶＩ５／ＳＶＩ３０）が１．２以下であるものをグラニュールと呼ぶことがある。
【００２０】
また、本明細書において、「連続的に導入」、「連続通水」とは、「回分式」に対する方式であり、連続して反応槽に原水を投入して運転する方式である。反応槽への酸素の供給は連続的であっても間欠的であってもよい。
【００２１】
処理対象となる原水としては例えば、食品工場廃水、化学工場廃水、半導体工場廃水、機械工場廃水等の産業廃水、生活廃水、下水、河川水等が挙げられ、生物分解性の有機物を含有する原水に対して容易に適用することができる。また、生物難分解性の有機物を処理する場合には、予め物理化学的処理を施し、生物分解性の物質に変換することによって処理が可能となる。
【００２２】
以下に食品工場廃水を処理対象とした場合を一例として本実施形態に係る好気性グラニュールの形成方法、水処理方法及び水処理装置の適用について詳細に説明する。
【００２３】
本発明の実施形態に係る水処理装置の一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。図１の水処理装置１は、原水貯留槽１０、反応槽１２、分離手段である固液分離槽１４、処理水槽１６と、原水導入手段である原水導入ポンプ１８と、酸素供給手段であるエアポンプ２０とを備える。
【００２４】
図１の水処理装置１において、原水貯留槽１０の出口は原水導入配管により原水導入ポンプ１８を介して反応槽１２の入口に接続され、反応槽１２の出口は反応液配管により固液分離槽１４の入口に接続され、固液分離槽１４の出口は処理水配管により処理水槽１６の入口に接続されている。反応槽１２の下部には酸素導入配管によりエアポンプ２０が接続されている。また、固液分離槽１４の下部は返送配管により返送ポンプ２２を介して、原水導入配管の原水導入ポンプ１８下流側に接続されてもよい。なお、図１の例では反応槽１２と分離手段である固液分離槽１４とは別の槽として構成されているが、反応槽と固液分離槽を１槽として構成してもよい。
【００２５】
本実施形態に係る好気性グラニュールの形成方法、水処理方法及び水処理装置１の動作について説明する。食品工場工場等より排出された有機物を含有する原水は原水貯留槽１０へと送液され、原水水質の安定化が行われる。この際、原水中に固形物が含まれている場合にはスクリーン等によって取り除いておくことが好ましい。また、原水貯留槽１０では原水の均一化を行うため、撹拌装置（機械撹拌、空気撹拌等）を設置することが好ましい。
【００２６】
原水は、原水導入ポンプ１８により原水貯留槽１０から反応槽１２へ連続的に送液され、微生物と接触され、好気性条件下、硝化菌の共存下で、微生物を造粒させたグラニュールが形成されて原水中の有機物が生物処理される（生物処理工程）。反応槽１２内では好気的に有機物の分解が行われるため、エアポンプ２０により酸素源が供給される。酸素源としては酸素および空気等を使用することができる。この際、酸素源の供給量は原水中の有機物量や有機物負荷等により決定されるが、おおむね反応槽１２内の溶存酸素濃度として０．５〜８ｍｇ／Ｌの範囲となるように供給することが好ましい。
【００２７】
生物処理された反応液は固液分離槽１４へ送液され、処理水と微生物とが自然沈降等により分離される（分離工程）。処理水は処理水槽１６へ送液される。微生物を含む汚泥は固液分離槽１４より取り出され廃棄されてもよいし、返送ポンプ２２により反応槽１２の上流側へ返送されてもよい。
【００２８】
本実施形態では、微生物を造粒させてグラニュール化を促進するために、反応槽１２における微生物群に硝化菌を共存させる。ここで、本明細書において、「硝化菌の共存下」とは、反応槽１２内で硝化により生じたアンモニア性窒素および有機態窒素由来の硝酸性窒素が５ｍｇ／Ｌ以上であることをいう。したがって、反応槽１２内で硝化により生じたアンモニア性窒素および有機態窒素由来の硝酸性窒素が５ｍｇ／Ｌ以上生成する量に調整することが好ましく、１０ｍｇ／Ｌ以上生成する量に調整することがより好ましい。硝酸性窒素が５ｍｇ／Ｌ未満であると、原水中に硝化の対象となる窒素が少ない状態となるため、微生物中に共存する硝化菌が少なくなり、安定的にグラニュールを形成することができない場合がある。グラニュール形成において反応槽１２内で２０００ｍｇ／Ｌ程度までの窒素濃度であれば阻害はほとんどみられないが、過剰量の窒素添加は窒素剤の費用のみならず、ｐＨ調整剤費、処理水中に残存した硝酸イオンを処理する費用がかかるなどのコストアップ要因となる。そのため、窒素の添加量は反応槽１２出口において硝酸性窒素の濃度として１００ｍｇ／Ｌ以下となるように調整することがより好ましい。
【００２９】
反応槽１２における微生物群に硝化菌を共存させるため、原水のＣ／Ｎ比（全有機炭素（ＴＯＣ）／全窒素（ＴＮ））を７以下となるように調整することが好ましい。原水のＣ／Ｎ比が７を超えると、原水中に硝化の対象となる窒素が少ない状態となるため、微生物中に共存する硝化菌が少なくなり、安定的にグラニュールを形成することができない場合がある。
【００３０】
通常の有機物処理においてはＢＯＤと窒素濃度の比が１００：５程度（すなわちＣ／Ｎ比７．５程度）となるように原水に窒素源の添加を行う。これは微生物中の炭素と窒素との比から計算されるもので、必要量の窒素源を添加することによってＢＯＤ成分の処理が行われる。本実施形態においてはこの窒素源を過剰となるように添加する。過剰に添加された窒素源は反応槽１２内にてＢＯＤ成分の処理に使用された後に、余剰分が硝化細菌群により硝酸イオンもしくは亜硝酸イオンにまで酸化される。
【００３１】
ここで、窒素源としては水中でアンモニウムイオンに解離する塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム等の塩類や尿素、タンパク質、アミノ酸類、アミン類等の有機態窒素、またこれらを含有した肥料等が利用できるが、価格面からは塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、アンモニア、コーンスティープリカー等を使用することが好ましい。特にアンモニアはアンモニアストリッピング等により排水から回収したアンモニアを使用することも可能である。これらの成分の添加は原水貯留槽１０、反応槽１２、もしくは後述する有機酸発酵のための有機酸発酵槽に直接投入する方法のほか、それぞれの槽に流入する前段で添加することもできる。
【００３２】
反応槽１２においてはＢＯＤの酸化反応以外に硝化反応が起こることにより、通常窒素１ｋｇあたり７．１７ｋｇＣａＣＯ3のアルカリ度が消費されるため、原水中のアルカリ度が不足する場合には反応槽１２にｐＨ計等のｐＨ測定手段およびアルカリ剤添加装置等のｐＨ調整手段を設けてアルカリ剤等の注入を行ってもよい。このときのアルカリ剤添加により、反応槽１２を好ましくはｐＨ６〜８の範囲、より好ましくはｐＨ６．５〜７．５の範囲とすればよい。
【００３３】
本実施形態における手法は様々な有機物質を対象として使用することが可能であるが、油脂分に関しては汚泥やグラニュールに付着して悪影響を及ぼす場合があるため、予め浮上分離、凝集加圧浮上装置、吸着装置等の既存の手法にてｎ−ヘキサン抽出物質として２０ｍｇ／Ｌ以下程度まで除去しておくことが好ましい。
【００３４】
また、タンパク質や糖類等は時に糸状菌の生育を促し、グラニュール化を阻害、もしくはグラニュール表面に繊維状に発生することにより沈降性不良を引き起こす場合がある。低分子の有機酸においては非常にグラニュールの形成が良好であり、例えば図２に示すように原水を反応槽１２に流入させる前に有機酸発酵槽２４を設け、予め嫌気条件下で原水中の有機物を有機酸にまで発酵させる手法は非常に有効である。有機酸発酵の条件は通常報告されている条件が使用できるが、例えば、有機物負荷５〜５０ｋｇＣＯＤ／ｍ3／ｄａｙ程度（より好ましくは５〜２０ｋｇＣＯＤ／ｍ3／ｄａｙ程度）、ｐＨ４．５〜７．０程度（反応温度によって最適ｐＨは変化する）、ＯＲＰ（酸化還元電位）−２００〜−４００程度、温度２０℃〜４０℃程度に調整することにより流入有機物は酢酸、乳酸、プロピオン酸、酪酸等の低分子有機酸にまで変化する。
【００３５】
また、原水中に栄養塩（窒素、リン）および微量金属元素が不足している場合にはこれらの添加設備を原水貯留槽１０、反応槽１２、もしくは有機酸発酵槽２４、またはそれらの槽に流入する前段側に設けてもよい。食品工場廃水においては微量元素およびリンが不足することは稀であるため、窒素源を供給することとなることが多い。
【００３６】
また、初期の立ち上げ時には反応槽１２内に種汚泥を通常投入するが、この際に沈降促進剤として酸化鉄、フライアッシュ、珪藻土、ゼオライト、高炉スラグ等の粒径５０μｍ以下の不溶性粉末や高分子凝集剤等を添加するとグラニュール形成が促進されるので好ましい。種汚泥濃度は装置にもよるが１０００〜１００００ｍｇ／Ｌ程度、酸化鉄等の不溶性粉末は２００〜１０００００ｍｇ／Ｌ程度、高分子凝集剤は１〜１０００ｍｇ／Ｌ程度とすることが好ましいが、複数回に分けて分割して投入することも可能である。
【００３７】
また、反応槽１２内の有機物負荷としては低負荷ではグラニュールの形成が阻害され、高負荷では糸状菌等の増殖および硝化菌の増殖が阻害されてグラニュールの形状の維持が困難となる場合があるため、容積負荷としては１．０〜３０ｋｇＢＯＤ／ｍ3／ｄａｙ（より好ましくは２．０〜２０ｋｇＢＯＤ／ｍ3／ｄａｙ）、ＭＬＳＳ負荷としては０．１〜３．０ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙ（より好ましくは０．３〜１．０ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／ｄａｙ）とすることが好ましい。
【００３８】
反応槽１２内にグラニュール形成促進剤として鉄イオンを流入原水量に対して０．１〜１０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ添加することが好ましく、１〜５ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ添加することがより好ましい。この鉄イオンは溶液のｐＨ値を調整することで微粒子またはコロイドを形成し、微生物の凝集を助け、グラニュールの形成を促進する。通常の廃水には鉄イオンが微量金属として含まれているが、これらを含まない、もしくはその濃度が十分ではない廃水を原水として使用する場合には上記濃度範囲となるように、水溶性の鉄の化合物を添加することが好ましい。また、原水に含まれるＣａ等がグラニュール形成促進剤として働く場合がある。
【００３９】
本実施形態に係る好気性グラニュールの形成方法によれば、これまで形成が困難と考えられていた連続通水式で好気性条件下においても安定的にグラニュールを形成することが可能となり、省スペースかつ低コストで生物処理を行うことが可能となる。
【００４０】
また、本実施形態に係る水処理方法及び水処理装置は、原水中の汚濁物質を好気性の微生物により生物化学的に処理する方法及び装置であって、微生物を自己造粒させて沈降性のよいグラニュールを形成させ、反応槽内に高密度で微生物を保持することにより高速な処理を実現することができる。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４２】
（実施例１〜３、比較例１）
＜原水中Ｃ／Ｎ比の影響＞
好気性反応槽として内径６４ｍｍ、高さ８４０ｍｍ（有効容積：約２．７Ｌ）の円筒形カラムに下部より酢酸ナトリウムを主体とした模擬排水を連続通水した。反応槽内の溶存酸素濃度は２〜３ｍｇ／Ｌに調整した。また、カラム上部には微生物と処理水、空気を分離するため気固分離装置（ＧＳＳ：Ｇａｓ−Ｓｏｌｉｄ Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）を設置した。なお、このとき種汚泥として下水処理場より採取した活性汚泥を初期濃度として５０００ｍｇＭＬＳＳ／Ｌとなるように添加した。また、原水にはグラニュール形成促進剤としてＦｅＳＯ4をＦｅとして２ｍｇ／Ｌとなるように添加した。
【００４３】
実験はＣ／Ｎ比の影響を確認するため、窒素添加量を変化させて４通り実施した。表１に本実験に使用した原水組成を示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】
通常の生物処理で調整されるＣ／Ｎ比７．５（比較例１）においては糸状菌が繁殖して沈降性の非常に悪いフロック状になり、グラニュール化が確認されなかったが、Ｃ／Ｎ比を７以下に調整した実施例１〜３においては良好なグラニュールが形成された。また、良好なグラニュールが確認された実施例１〜３においては硝酸性窒素濃度が５ｍｇ／Ｌ以上確認され、微生物群中に硝化菌が生育していることが確認されたが、比較例１においては硝酸性窒素濃度が０〜３ｍｇ／Ｌであり、微生物群中に硝化菌が共存していないことが確認された。なお、硝酸性窒素濃度はＪＩＳ Ｋ０１０２（１９９８）に示される方法にて測定を行った。
【００４６】
【表２】
【００４７】
（実施例４〜６）
＜処理対象有機物の影響＞
実施例１と同様の装置を用いて流入有機物の影響を確認するために、処理対象有機物を変化させて試験を実施した。対象有機物のうち、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）については分子中に窒素を含有しているため、窒素源の添加は行わなかったが、その他の有機物については原水中のＣ／Ｎ比を５になるように調整して連続通水した。反応槽内の溶存酸素濃度は２〜３ｍｇ／Ｌに調整した。表３に本実験にて用いた原水組成を示す。
【００４８】
【表３】
【００４９】
表４に各有機炭素源を用いた場合のグラニュール化の有無と沈降性の指標として５０日経過後のＳＶＩについて示した。ペプトン−肉エキスを主体とした原水（実施例４）では初期にグラニュール状の塊が多くみられたが、通水を継続するにしたがって糸状菌が繁殖し、最終的には直径１ｃｍ程のふわふわしたボール状の沈降性の悪いグラニュールとなった。また、酢酸ナトリウム（実施例５）およびＴＭＡＨ（実施例６）を主体とした原水においては初期より良好なグラニュール状となり、安定したグラニュールが形成された。また、良好なグラニュールが確認された実施例５及び６においては硝酸性窒素濃度がそれぞれ１０〜２０ｍｇ／Ｌ及び６０〜７０ｍｇ／Ｌ確認され、微生物群中に硝化菌が生育していることが確認された。一方、実施例４では硝酸性窒素濃度が８５〜９５ｍｇ／Ｌであった。
【００５０】
【表４】
【００５１】
（実施例７）
＜有機酸発酵との組み合わせ＞
実施例４においてやや不安定なグラニュールが形成された肉エキス−ペプトンを主体にした原水（表３）において好気反応槽の前段に容積１．３５Ｌの嫌気性有機酸発酵槽を設置してグラニュールの形成状態を観察した。嫌気性有機酸発酵槽の運転条件はｐＨ５．０〜６．５、温度３５℃、有機物負荷６．０ｋｇＣＯＤ／ｍ3／ｄａｙ、ＯＲＰ−３００程度とした。なお、好気性反応槽に関しては実施例１と同様のものを使用した。原水中のＣ／Ｎ比を２．７になるように調整して連続通水したが、一部の炭素は発酵槽内で消費され、反応槽内入口部分でのＣ／Ｎ比は２．１程度であった。また、反応槽内の溶存酸素濃度は２〜３ｍｇ／Ｌに調整した。
【００５２】
また、比較として有機酸発酵槽に空気を通気し、発酵を行わせない場合についても試験を実施した。結果を表５に示す。
【００５３】
有機酸発酵槽内での発酵により、肉エキスおよびペプトンは大部分が酢酸、酪酸等の有機酸に変化した。発酵が起こらない系においては実施例４と同様に糸状菌が多量に発生し、沈降性の悪いグラニュールが形成されたが、通水継続と共に最終的に汚泥は流出したため、系を維持することができなかった。これに対し有機酸発酵を行った系に関しては良好なグラニュールが形成し、肉エキスやペプトン等のタンパク質系有機物を低分子有機酸に変化させることが好気性グラニュールの形成に有利であることが示された。また、良好なグラニュールが確認された系においては硝酸性窒素濃度が７５〜８５ｍｇ／Ｌ確認され、微生物群中に硝化菌が生育していることが確認された。一方、グラニュールの形成が不安定な系においても８５〜９５ｍｇ／Ｌと、十分な硝酸性窒素濃度を維持していた。
【００５４】
【表５】
【００５５】
（実施例８、比較例２）
内径５０ｍｍ、高さ３０００ｍｍの円筒カラム上部に空気と汚泥、処理水を分離するためのＧＳＳを設置し、下部より表６に示した原水および空気を流入させた。原水中のＣ／Ｎ比を５．６になるように調整して連続通水した。空気量は１Ｌ／ｍｉｎとし、反応槽内の溶存酸素濃度として２〜３ｍｇ／Ｌとなるように調整した。また、比較例２として、ＡＴＵ（アリルチオ尿素）を原水に対して８６μｍｏｌ／Ｌとなるように添加して硝化菌の活性を阻害させた系についても試験を実施した。
【００５６】
【表６】
【００５７】
通水開始から６０〜１１０日目における定常状態での試験結果の平均値を表７に、また汚泥状態の経時変化を表す写真を図３，４に示した。いずれもＴＯＣの除去率は９５％以上と高かったが、ＡＴＵを添加した系においては硝化が阻害されている。また図３，４から分かるように、ＡＴＵを添加しなかった実施例８（図３）においては明らかな造粒体が確認されたのに対して、ＡＴＵを添加して硝化菌が生育しない条件である比較例２（図４）においては造粒体の形成は確認されなかった。さらに、汚泥の沈降性の指標であるＳＶＩも比較例２において高い値を示しており、実施例８の汚泥沈降性がよいことが確認された。また、良好なグラニュールが確認された実施例８においては硝酸性窒素が２０〜３０ｍｇ／Ｌ確認され、微生物群中に硝化菌が生育していることが確認された。一方、比較例２ではＡＴＵにより硝化が阻害され、硝酸性窒素濃度も０〜２ｍｇ／Ｌと非常に低い値であった。このことからグラニュールの形成には硝化菌の存在が大きなファクタとなっていることが示唆された。
【００５８】
【表７】
【００５９】
このように、硝化菌の共存下で微生物を造粒させることにより、連続通水式で好気性条件下において安定的にグラニュールを形成することが可能となり、処理対象となる有機物を含有する原水を省スペースかつ低コストで高速な生物処理を行うことができることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施形態に係る水処理装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る水処理装置の他の例を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施例８における汚泥状態の推移を示す写真である。
【図４】本発明の比較例２における汚泥状態の推移を示す写真である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 水処理装置、１０ 原水貯留槽、１２ 反応槽、１４ 固液分離槽、１６ 処理水槽、１８ 原水導入ポンプ、２０ エアポンプ、２２ 返送ポンプ、２４ 有機酸発酵槽。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を含有する原水を反応槽に連続的に導入して微生物と接触させ、好気性条件下、硝化菌の共存下で、前記微生物を造粒させたグラニュールを形成することを特徴とする好気性グラニュールの形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の好気性グラニュールの形成方法であって、
前記原水のＣ／Ｎ比を７以下となるように調整することを特徴とする好気性グラニュールの形成方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の好気性グラニュールの形成方法であって、
前記反応槽内で硝化により生じた硝酸性窒素が５ｍｇ／Ｌ〜２０００ｍｇ／Ｌの範囲となるように調整することを特徴とする好気性グラニュールの形成方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の好気性グラニュールの形成方法であって、
前記原水中の有機物を嫌気性条件下で発酵させ、少なくとも一部を有機酸に変換した後、前記反応槽に導入することを特徴とする好気性グラニュールの形成方法。
【請求項５】
処理対象となる有機物を含有する原水を反応槽に連続的に導入して微生物と接触させ、好気性条件下、硝化菌の共存下で、前記微生物を造粒させたグラニュールを形成して、前記有機物を生物処理する生物処理工程と、
前記生物処理した処理水と前記微生物とを分離する分離工程と、
を含むことを特徴とする水処理方法。
【請求項６】
処理対象となる有機物を含有する原水を微生物と接触させ、前記有機物を生物処理するための反応槽と、
前記反応槽に前記原水を連続的に導入するための原水導入手段と、
前記反応槽に酸素を供給するための酸素供給手段と、
前記生物処理した処理水と前記微生物とを分離する分離手段と、
を備え、
前記反応槽において、好気性条件下、硝化菌の共存下で、前記微生物を造粒させたグラニュールを形成することを特徴とする水処理装置。
【請求項１】
有機物を含有する原水を反応槽に連続的に導入して微生物と接触させ、好気性条件下、硝化菌の共存下で、前記微生物を造粒させたグラニュールを形成することを特徴とする好気性グラニュールの形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の好気性グラニュールの形成方法であって、
前記原水のＣ／Ｎ比を７以下となるように調整することを特徴とする好気性グラニュールの形成方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の好気性グラニュールの形成方法であって、
前記反応槽内で硝化により生じた硝酸性窒素が５ｍｇ／Ｌ〜２０００ｍｇ／Ｌの範囲となるように調整することを特徴とする好気性グラニュールの形成方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の好気性グラニュールの形成方法であって、
前記原水中の有機物を嫌気性条件下で発酵させ、少なくとも一部を有機酸に変換した後、前記反応槽に導入することを特徴とする好気性グラニュールの形成方法。
【請求項５】
処理対象となる有機物を含有する原水を反応槽に連続的に導入して微生物と接触させ、好気性条件下、硝化菌の共存下で、前記微生物を造粒させたグラニュールを形成して、前記有機物を生物処理する生物処理工程と、
前記生物処理した処理水と前記微生物とを分離する分離工程と、
を含むことを特徴とする水処理方法。
【請求項６】
処理対象となる有機物を含有する原水を微生物と接触させ、前記有機物を生物処理するための反応槽と、
前記反応槽に前記原水を連続的に導入するための原水導入手段と、
前記反応槽に酸素を供給するための酸素供給手段と、
前記生物処理した処理水と前記微生物とを分離する分離手段と、
を備え、
前記反応槽において、好気性条件下、硝化菌の共存下で、前記微生物を造粒させたグラニュールを形成することを特徴とする水処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−６６５０５（Ｐ２００９−６６５０５Ａ）
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３６６８３（Ｐ２００７−２３６６８３）
【出願日】平成１９年９月１２日（２００７．９．１２）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り （１）刊行物名 第４１回 日本水環境学会年会講演集 （２）発行日 平成１９年３月１５日 （３）発行元 社団法人 日本水環境学会 （４）該当頁 第４６８頁 （５）発表者 戸塚 涼、河野 敦之、岸田 直裕、常田 聡、長谷部 吉昭、江口 正浩 （６）発表内容 （タイトル）連続式反応槽における好気性グラニュールの形成
【出願人】（８９９００００６８）学校法人早稲田大学 (602)
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１２日（２００７．９．１２）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り （１）刊行物名 第４１回 日本水環境学会年会講演集 （２）発行日 平成１９年３月１５日 （３）発行元 社団法人 日本水環境学会 （４）該当頁 第４６８頁 （５）発表者 戸塚 涼、河野 敦之、岸田 直裕、常田 聡、長谷部 吉昭、江口 正浩 （６）発表内容 （タイトル）連続式反応槽における好気性グラニュールの形成
【出願人】（８９９００００６８）学校法人早稲田大学 (602)
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【Ｆターム（参考）】
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