微生物固定化担体、ＤＨＳリアクタ、生物学的硝化脱窒装置及びその使用方法
【課題】高充填も可能で、かつ充填率を自由に設定することが可能な微生物固定化担体、この微生物固定化担体を用いたＤＨＳリアクタ、及び該ＤＨＳリアクタを用いた安価で窒素除去性能に優れた生物学的硝化脱窒装置、さらに幅広い窒素含有排水に適用することが可能な生物学的硝化脱窒装置の使用方法を提供する。
【解決手段】生物処理法を用いた排水処理リアクタに充填し使用する微生物を固定化するための微生物固定化担体８０であって、前記排水処理リアクタが、ＤＨＳリアクタ、散水ろ床型リアクタ、又は好気ろ床型リアクタであり、ゼオライトで形成された板状体であり、該板状体の外縁部が排水処理リアクタの横断面と同一の大きさを有し、前記排水処理リアクタ内に隙間なく嵌り込み、複数積み重ねても変形しない強度を有し、前記板状体に貫通孔８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄ、８２ｅを穿設することで空隙率を調整可能なことを特徴とする。
【解決手段】生物処理法を用いた排水処理リアクタに充填し使用する微生物を固定化するための微生物固定化担体８０であって、前記排水処理リアクタが、ＤＨＳリアクタ、散水ろ床型リアクタ、又は好気ろ床型リアクタであり、ゼオライトで形成された板状体であり、該板状体の外縁部が排水処理リアクタの横断面と同一の大きさを有し、前記排水処理リアクタ内に隙間なく嵌り込み、複数積み重ねても変形しない強度を有し、前記板状体に貫通孔８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄ、８２ｅを穿設することで空隙率を調整可能なことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物処理法を用いた排水処理リアクタに充填し使用する微生物を固定化するための微生物固定化担体、該微生物固定化担体を充填したＤＨＳリアクタ、及び該ＤＨＳリアクタを用いた生物学的硝化脱窒装置及びその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
排水中に含まれる窒素は、富栄養化現象の原因とされ、排水中の窒素を除去する技術が多く開発されている。この一つである微生物を利用して排水中の窒素を除去する生物学的窒素除去方法も、従来からよく使用されており、順送法、ＡＯ（Ａｎａｅｒｏｂｉｃ−Ｏｘｉｃ）法、Ａ２Ｏ（Ａｎａｅｒｏｂｉｃ−Ａｎｏｘｉｃ−Ｏｘｉｃ）及びＵＡＳＢ（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ）−ＤＨＳ（Ｄｏｗｎｆｌｏｗ Ｈａｎｇｉｎｇ Ｓｐｏｎｇｅ Ｃｕｂｅ）法などの循環法を含め多くのプロセスが提案されている。生物学的窒素除去方法は、好気性細菌である硝化菌により排水中のアンモニア体窒素を、亜硝酸体又は硝酸体窒素にまで酸化する硝化工程と、嫌気性細菌である脱窒菌を用いて硝酸体、亜硝酸体窒素を窒素に還元する脱窒工程とからなり、ここで使用するリアクタも種々の形態のものが開発されている。
【０００３】
循環法の一つであるＵＡＳＢ−ＤＨＳ法は、前段のＵＡＳＢリアクタで脱窒反応、後段のＤＨＳリアクタで硝化反応を行い、後段の硝化反応の進んだ処理水の一部を前段の脱窒塔であるＵＡＳＢリアクタへ循環させ、処理水中の有機物を脱窒反応の水素供与体として利用する（例えば特許文献１参照）。この他、ＵＡＳＢリアクタ及びＤＨＳリアクタを用いた排水処理方法としては、前段に脱窒素槽とＵＡＳＢ槽、後段にＤＨＳ槽、さらに砂ろ過槽を設け下水処理を行う、ＵＡＳＢリアクタとＤＨＳリアクタとを組み合わせた新しい下水処理方法も提案されている（例えば非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２８５６９６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】加藤ら，「ＵＡＳＢとスポンジ担体槽を組み合わせた新しい下水処理方法」，衛生工学シンポジウム論文集，北海道大学衛生工学会，２００５年１１月，１３巻，Ｐ２３９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のＤＨＳリアクタを使用する硝化塔は、リアクタ内に微生物を固定化させるための微生物固定化担体（以下、固定化担体、又は担体と記す場合もある）としてスポンジを懸垂させるか、又はリアクタ内にスポンジをランダムに充填し、リアクタの上部から散水すると共に、下方から上方に向かって空気を送り使用される。このためリアクタ内の空隙率を小さくすることができず、空隙率を下げて、逆に言えば固定化担体の充填率を高めて微生物の濃度を高めることが困難であった。また、汚泥が流入した際に流路が閉塞しないようにするためには、リアクタ内入口部の空隙率を上げることが望ましいけれども、リアクタ内の空隙率が一定であり、空隙率を上げることができなかった。さらにスポンジをランダムに充填する充填式のＤＨＳリアクタの場合、水を含んだ固定化担体自身の自重により、ＤＨＳリアクタ内の下部では固定化担体が変形し、空隙率が低下してしまう。このためリアクタ内をいくつかの領域に区画し、一区画の固定化担体の高さが一定以上の高さにならないようにする必要があった。このため構造が複雑となり、ＤＨＳリアクタのコストアップの要因の一つとなっていた。
【０００７】
本発明の目的は、高充填も可能で、かつ充填率を自由に設定することが可能な微生物固定化担体、この微生物固定化担体を用いたＤＨＳリアクタ、及び該ＤＨＳリアクタを用いた安価で窒素除去性能に優れた生物学的硝化脱窒装置、さらに幅広い窒素含有排水に適用することが可能な生物学的硝化脱窒装置の使用方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の微生物固定化担体は、生物処理法を用いた排水処理リアクタに充填し使用する微生物を固定化するための微生物固定化担体であって、前記排水処理リアクタが、ＤＨＳリアクタ、散水ろ床型リアクタ、又は好気ろ床型リアクタであり、ゼオライトで形成された板状体であり、該板状体の外周部が前記排水処理リアクタの横断面と同一の大きさを有し、前記排水処理リアクタ内に隙間なく嵌り込み、複数積み重ねても変形しない強度を有し、前記板状体に貫通孔を穿設することで空隙率を調整可能なことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の微生物固定化担体は、請求項１に記載の微生物固定化担体において、前記板状体の底面部に局所的に突起を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載のＤＨＳリアクタは、請求項１又は請求項２に記載の微生物固定化担体を複数充填したＤＨＳリアクタであり、１の微生物固定化担体と隣りあう微生物固定化担体との間に空気層を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の生物学的硝化脱窒装置は、請求項３に記載のＤＨＳリアクタからなり、硝化菌により排水中のアンモニア体窒素を亜硝酸体窒素又は硝酸体窒素にまで酸化する硝化搭と、脱窒菌を用いて硝酸体窒素、亜硝酸体窒素を窒素に還元するＵＡＳＢ脱窒搭と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の生物学的硝化脱窒装置の使用方法は、請求項４に記載の生物学的硝化脱窒装置の使用方法であって、有臭ガス又はアンモニア含有排水を前記硝化搭に供給し、有臭ガス又はアンモニアをゼオライトからなる微生物固定化担体に吸着させる第一工程と、第一工程の後、前記硝化搭に空気を送り、前記微生物固定化担体に付着する硝化菌で有臭ガス又はアンモニアを亜硝酸体窒素又は硝酸体窒素にまで酸化する第二工程と、第二工程後の硝化搭に水を供給し、前記微生物固定化担体を水洗する第三工程と、第三工程で得られた洗浄水中の硝酸体窒素、亜硝酸体窒素を、前記ＵＡＳＢ脱窒搭において脱窒菌を用いて窒素に還元する第四工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の本発明によれば、微生物固定化担体は、ゼオライトで形成されているので、排水処理リアクタの形状に合わせて加工することが容易である。排水処理リアクタ全体に微生物固定化担体を充填することが可能なことはもちろん、微生物固定化担体は、板状体であるので、ここに貫通孔を設けることで充填率を任意に調整することができる。これにより汚泥が流入するような場合であっても空隙率を上げることで流路の閉塞を防止することができる。また、微生物固定化担体は、外周部が排水処理リアクタの横断面と同一の大きさを有し、排水処理リアクタ内に隙間なく嵌り込み、複数積み重ねても変形しない強度を有するので排水処理リアクタへの充填が容易である。このような微生物固定化担体を使用することで排水処理リアクタの構造が簡単となると共に、小型化も可能となり安価に製造することができる。
【００１４】
請求項２に記載の本発明によれば、前記微生物固定化担体は、底面部に局所的に突起を有するので、ＤＨＳリアクタなどにこの微生物固定化担体を複数充填すると、突起が微生物固定化担体間のスペーサの役目を果たす。これによりＤＨＳリアクタなどに微生物固定化担体を複数充填するときであっても、微生物固定化担体間に空気層を設けるためのスペーサが不要であり、排水処理リアクタの構造が簡単となり、安価に製造することができる。
【００１５】
請求項３に記載の本発明によれば、ＤＨＳリアクタは、前記微生物固定化担体が複数充填され、１の微生物固定化担体と隣りあう微生物固定化担体との間に空気層を備えるので、充填率の高い又は所望の充填率を有するＤＨＳリアクタを安価に製造することができる。
【００１６】
請求項４に記載の本発明によれば、生物学的硝化脱窒装置は、前記ＤＨＳリアクタからなる硝化搭と、ＵＡＳＢ脱窒搭とを備えるので、窒素除去性能に優れた生物学的硝化脱窒装置を安価に製造することができる。また、ＤＨＳリアクタにおいて微生物を固定化する微生物固定化担体の充填率を高くすることが可能なため、生物学的硝化脱窒装置の小型化が可能となる。
【００１７】
請求項５に記載の本発明によれば、ゼオライトで形成された微生物固定化担体を充填したＤＨＳリアクタを硝化塔とする生物学的硝化脱窒装置を使用し、有臭ガス又はアンモニア含有排水を硝化搭に供給し、有臭ガス又はアンモニアをゼオライトからなる微生物固定化担体に吸着させる第一工程と、第一工程の後、硝化搭に空気を送り、微生物固定化担体に付着する硝化菌で有臭ガス又はアンモニアを亜硝酸体窒素又は硝酸体窒素にまで酸化する第二工程と、第二工程後の硝化搭に水を供給し、微生物固定化担体を水洗する第三工程と、第三工程で得られた洗浄水中の硝酸体窒素、亜硝酸体窒素を、ＵＡＳＢ脱窒搭において脱窒菌を用いて窒素に還元する第四工程と、を備えるので、アンモニア濃度の低い排水であっても、一度アンモニアを微生物固定化担体に吸着させた後、硝化反応、脱窒反応により無害化させることができるなど、本発明を幅広い窒素含有排水に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一実施形態としての微生物固定化担体１０の斜視図である。
【図２】図１中のＡ部の拡大図である。
【図３】図１の微生物固定化担体１０を充填したＤＨＳリアクタを備える生物学的硝化脱窒装置２０のプロセスフロー図である。
【図４】本発明の第２実施形態としての微生物固定化担体５０を構成するフレーム５２の平面図である。
【図５】本発明の第３実施形態としての微生物固定化担体６０を構成するフレーム６２の斜視図である。
【図６】本発明の第４実施形態としての微生物固定化担体７０を構成するフレーム７２であって図６（ａ）が平面図、図６（ｂ）が正面図である。
【図７】本発明の第５実施形態としての微生物固定化担体８０を示す斜視図である。
【図８】微生物固定化担体に図７のゼオライトを使用した微生物固定化担体８０を充填した図３の生物学的硝化脱窒装置の使用方法の一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明の第一実施形態としての微生物固定化担体１０の斜視図、図２は図１中のＡ部の拡大図である。図３は、図１の微生物固定化担体１０を充填したＤＨＳリアクタを備える生物学的窒素除去装置２０のプロセスフロー図である。微生物固定化担体１０は、硝化菌などの微生物を固定化ための担体であって、図３に示すように微生物を利用し排水を処理する排水処理リアクタに充填し使用する。微生物固定化担体１０は、多孔体を保持するフレーム１２と、フレーム１２に充填された微生物を固定化する多数の多孔体１４とからなる。
【００２０】
フレーム１２は、微生物を固定化させる多孔体１４を保持するためのものであって、網目状の円柱体１６が複数規則正しく配置固定され、全体では排水処理リアクタの横断面と同じ大きさである。微生物固定化担体１０が排水処理リアクタの横断面と同じ大きさとは、微生物固定化担体１０を排水処理リアクタに充填したとき、フレーム１２の外周部と排水処理リアクタの内壁とに隙間を有さない大きさの他、フレーム１２の外周部と排水処理リアクタの内壁とに大きな隙間を有さず実質的に同一とみなせる大きさを意味する。大きな隙間とは、排水処理リアクタ内に空気を流通させたとき、大半の空気が、フレーム１２の外周部と排水処理リアクタとの内壁との隙間を流通する大きさを言う。フレーム１２の外周部の大きさは、排水処理リアクタ内に隙間なく又は殆ど隙間なく充填可能な大きさが好ましい。
【００２１】
円柱体１６の網目１５の大きさは、特に限定されないけれども、排水、空気の拡散、隣同士の多孔体１４の接触を考えれば大きい方が好ましい。但し、フレーム１２を複数積み重ねても変形しない強度が必要である。円柱体１６は、安価で、排水で腐食されないポリエチレン、ポリプロピレンなどの汎用プラスチックで製造すればよく、底には、円柱体１６内にスポンジゴムなどの多孔体１４を充填したとき、多孔体１４が抜け落ちないようにストッパ、又は網目状の底板を設けることが好ましい。これら円柱体１６が複数規則正しく並べられ、１の円柱体１６と接する隣りの円柱体１６とは結合され、これにより一つのフレーム１２が形作られている。１の円柱体１６の大きさは特に限定されないけれども、直径は、３０〜５０ｍｍ程度、高さは２０〜４０ｍｍ程度の大きさが好ましい。排水処理リアクタの大きさが小さい場合は、フレーム１２の外周部と排水処理リアクタの内壁とに大きな隙間ができないように、円柱体１６の直径、高さを小さくしてもよいことは言うまでもない。
【００２２】
フレーム１２は、底面に局所的に突起部１７（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）を設けてもよい。微生物固定化担体１０は図３に示すように排水処理リアクタ内に多数充填して使用するものであり、このとき空気の拡散をよくするため１の微生物固定化担体１０と隣りあう微生物固定化担体１０との間に空間部が設けられる。フレーム１２の底面に局所的に突起部１７を設けることで、微生物固定化担体１０を充填するだけで、微生物固定化担体間に空間部を設けることができる。フレーム１２の底面の局所的な突起部１７は、フレーム１２を積み重ねたとき、下のフレーム１２の空間部又は多孔体１４に入り込まない位置、大きさとする。ただし、微生物固定化担体間に形成する空間部は、別途スペーサを使用することでも確保することができるため、フレーム１２の底面の突起部１７は必ず必要なものではない。微生物固定化担体１０は、排水処理リアクタ内に複数積み重ねるように充填して使用するものであるから、フレーム１２は、複数積み重ねても変形しない強度が必要である。本実施形態に示すフレーム１２は、複数の円柱体１６が結合され形成されており、複数積み重ねても変形しない十分な強度を有する。フレーム１２の底面に局所的に突起部１７を設ける場合も、突起部１７はフレーム１２を複数積み重ねても変形しない強度、数が必要である。
【００２３】
多孔体１４は、微生物を付着固定化させるものであるから微細な孔を有し比表面積の大きい多孔体が好ましい。また多孔体１４は、フレーム１２に充填し使用するものであるから、弾力性を備え、軽いものが好ましい。これらに該当する多孔体１４としては、従来から一般的に使用されているウレタン、セルロースなどのスポンジゴムを使用することができる。多孔体１４の大きさは、フレーム１２を構成する１の円柱体１６の大きさとほぼ同じか、若干大きい方が好ましい。スポンジゴムなど弾力性を有する多孔体１４の大きさを１の円柱体１６の大きさに比べ若干大きくし、これを円柱体１６に押入れると、円柱体１６の網目１５から多孔体１４が一部外にはみ出す。これにより隣り同士のはみ出し多孔体１４が接触することで、排水が幅広く拡散する。
【００２４】
多孔体１４の大きさは、フレーム１２と同じ高さであり、具体的には２０〜４０ｍｍ程度の厚さ（高さ）が好ましい。この微生物固定化担体１０を硝化槽に使用する場合、微生物固定化担体１０に付着する硝化菌は、好気性細菌であるため硝化槽内を好気状態に保持することが重要である。空気との接触で酸素が拡散し、好気状態が保たれる範囲は、経験上、空気接触面から４０ｍｍ程度であり、硝化槽の微生物固定化担体１枚の厚さが４０ｍｍを超えると中心部が嫌気状態となり好ましくない。微生物固定化担体１枚当りの厚さを薄くすることは、性能上問題はないけれども、微生物固定化担体に効率的に空気を接触させるために１の微生物固定化担体と隣りあう微生物固定化担体との間には、空気層が必要なことから、微生物固定化担体１枚当りの厚さを薄くしすぎると硝化槽の空隙率が大きくなりすぎ、硝化槽が大型化してしまう。
【００２５】
以上のように微生物固定化担体１０は、多孔体１４を保持するフレーム１２と、フレーム１２に充填された微生物を固定化する多数の多孔体１４とからなるので、多孔体１４の充填率を高めることができる。従来の円柱状のスポンジ担体を複数ランダムに充填する方法、スポンジを懸垂させるカーテン方式では、担体の充填率を５０％以上とすることが困難であったが、本実施形態に示す微生物固定化担体１０を使用すれば、多孔体１４が規則正しく配置されるので、多孔体１４の充填率を簡単に５０％以上とすることができる。また、本実施形態に示す微生物固定化担体１０は、図１に示すように多孔体１４を充填しない箇所１８を設けることで充填率（空隙率）を簡単に変更することができる。また、微生物固定化担体１０は、隣合う円柱体１６との間に空間部１９を有するので、空気拡散性能に優れる。また、微生物固定化担体１０は、充填して使用する排水処理リアクタの横断面積と同一の大きさを有し、さらに複数積み重ねても変形しない強度を備えることから、簡単に使用することができる。
【００２６】
図３に示す生物学的硝化脱窒装置２０は、ＤＨＳリアクタからなるＤＨＳ硝化塔２２とＵＡＳＢ脱窒塔２４とを備える生物学的硝化脱窒装置である。排水貯槽２６内の窒素含有排水（以下排水と省略）は、排水ポンプ２８を介して混合槽３０へ送られる。混合槽３０へ送られた排水は、ここで循環ポンプ３２から送られる処理水と混合され、アンモニア体窒素濃度が５００ｍｇ／Ｌ以下に調整される。さらにｐＨ調整ポンプ３４を介してｐＨ調整薬品貯槽３６内に貯留されているｐＨ調整薬品、及び栄養塩ポンプ３８を介して栄養塩貯槽４０内に貯留されている栄養塩が混合槽３０に送られ撹拌機４２により混合される。混合槽３０で調整された排水は、ＤＨＳ硝化塔２２へ送られる。ＤＨＳ硝化塔２２内には、複数の微生物固定化担体１０が充填され、排水は、ＤＨＳ硝化塔２２の上部から散水され、微生物固定化担体１０を通過するとき、微生物固定化担体１０に付着する硝化菌の作用により空気中の酸素で酸化され、硝酸イオンとなる。
【００２７】
硝化された排水は、硝化塔出口ポンプ４４を介してＵＡＳＢ脱窒塔２４へ送られる。途中、排水中に含まれる硝酸イオンに対応するメタノールがメタノール貯槽４６に連結するメタノールポンプ４８を通じて供給され、排水はメタノールと混合した状態でＵＡＳＢ脱窒塔２４へ送水される。ＵＡＳＢ脱窒塔２４は、内部にグラニュールを保持し、ＵＡＳＢ脱窒塔２４に送られた排水は、グラニュール中の脱窒菌の作用により、硝酸イオンとメタノールとが反応し窒素ガスと炭酸ガスに分解される。これらの工程により排水中のアンモニア体窒素が窒素ガスに分解される。このとき副産物とし発生する炭酸ガスは、ＤＨＳ硝化塔２２に必要な栄養塩として循環することで、栄養塩の添加を削減することができる。窒素が除去された処理水は、処理水貯槽４９に集められ、一部は循環ポンプ３２を介して混合槽３０に送られる。
【００２８】
本実施形態に示す生物学的硝化脱窒装置２０の基本的な構成は、従来から使用されている生物学的硝化脱窒装置と類似の構成であり、本実施形態に示す生物学的硝化脱窒装置２０は、ＤＨＳ硝化塔２２が従来の硝化塔にない特徴を有する。ＤＨＳ硝化塔２２は、横断面形状が円の円筒形状の塔本体２３を有し、塔本体２３の内部には、図１、図２に示す多孔体１４がスポンジである微生物固定化担体１０が充填され、５段の充填層が形成されている。大きさを例示すれば、１段の充填層の高さは８００ｍｍであり、高さ１０ｍｍの突起部１７を底面に備える微生物固定化担体１０が１段に２０枚充填されている。これによりスポンジ間に１０ｍｍの空気層が形成される。各段の間には微生物固定化担体１０を保持するための網状の受け２５が挿入され、各段間には約２００ｍｍの空間部が設けられている。微生物固定化担体１０の外周部の大きさは、塔本体２３内に殆ど隙間なく入る大きさである。また塔本体２３の上部には空気の排気口２７が、底部には空気の取入口２９が設けられている。空気の排気口２７に誘引通風機（図示を省略）を設けてもよい。さらに塔本体２３の上部には、混合槽３０から送水される排水を充填層に均一に分散させるための回転式の散水装置３１を備える。ただし、多孔体１４がスポンジである微生物固定化担体１０が充填され排水が均一化されるので、散水装置３１は精密な散水装置でなくてもよい。さらにＤＨＳ硝化塔２２が小型の場合は、散水装置３１がなくてもよい。
【００２９】
このように構成されたＤＨＳ硝化塔２２は、従来のスポンジ担体をランダムに充填したＤＨＳ硝化塔に比較し、以下のような利点を有する。多孔体１４であるスポンジが規則正しく配置されているので、スポンジの充填率を高めることができる。これにより従来のＤＨＳ硝化塔に比較し小型化することができる。またフレーム１２は、自立可能でかつ複数のフレームを積み重ねても変形しない強度を有するので、多孔体１４を保持したフレーム１２を塔本体２３内に複数充填しても、スポンジが変形することがない。このためスポンジ担体をランダムに充填する場合に、必要としていたスポンジ担体の変形を防止するための手段が必要なく、安価にＤＨＳ硝化塔を製造することができる。さらに微生物固定化担体１０の充填が簡単であり、底面に突起部を設ければ微生物固定化担体１０間に空気層を設けるためのスペーサも必要ない。また排水中に含まれる有機物濃度、ＳＳ濃度が高く、塔入口部で汚泥が閉塞しないようにスポンジの充填率を下げたい場合にも、充填率の調整を簡単に行うことができる。さらに塔本体２３の高さ方向のスポンジの充填率の調整を簡単に行うことができる。なお、生物学的硝化脱窒装置は、本実施形態に示す生物学的硝化脱窒装置２０に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で他の形態の生物学的硝化脱窒装置にも使用可能なことは言うまでもない。
【００３０】
図４は、本発明の第２実施形態としての微生物固定化担体５０を構成するフレーム５２の平面図である。微生物固定化担体５０は、第１実施形態に示す微生物固定化担体１０と同様、多孔体を保持するフレーム５２と、フレーム５２に充填された微生物を固定化する多数の多孔体（図示を省略）とからなる。第２実施形態に示すフレーム５２は、１の空間部形状が平面視で六角形を有するハニカム構造である。フレームの材質、大きさ等は本発明の第１実施形態に示すフレーム１２と同じである。フレーム５２に充填する多孔体（図示を省略）も断面形状が異なる以外、第１実施形態に示す多孔体１４と同じである。
【００３１】
図５は、本発明の第３実施形態としての微生物固定化担体６０を構成するフレーム６２の斜視図である。微生物固定化担体６０は、第１、第２実施形態に示す微生物固定化担体１０、５０と同様、多孔体を保持するフレーム６２と、フレーム６２に充填された微生物を固定化する多数の多孔体（図示を省略）とからなる。第３実施形態に示すフレーム６２は、波板の一方に平板を有する部材を螺旋状に巻き付けた、断面がハニカム構造の微生物固定化担体６０である。また、底部に局所的に突起部６４（６４ａ、６４ｂ、６４ｃ）を有する。フレーム６２の材質、大きさ等は、第１、第２実施形態に示すにフレーム１２、５２同じである。フレームに充填する多孔体（図示を省略）も断面形状が異なる以外、第１実施形態に示す多孔体１４と同じである。第３実施形態に示す微生物固定化担体６０は、排水処理リアクタ内に殆ど隙間なく充填することができる。以上にようにフレームの１の空間部の形状は、円以外に六角形、波型でもよく、これらハニカム構造のフレームを備える微生物固定化担体５０、６０は、第１実施形態の微生物固定化担体１０と同等の作用、効果を有すると共に、第１実施形態の微生物固定化担体１０よりも多孔体の充填率を容易に高めることができる。さらにこれらハニカム構造のフレーム５２、６２は製造が容易であることから、微生物固定化担体５０、６０を安価に製造することができる。
【００３２】
図６は、本発明の第４実施形態としての微生物固定化担体７０を構成するフレーム７２であって図６（ａ）が平面図、図６（ｂ）が正面図である。微生物固定化担体７０は、第１から第３実施形態に示す微生物固定化担体１０、５０、６０と同様、多孔体を保持するフレーム７２と、フレームに充填された微生物を固定化する多数の多孔体（図示を省略）とからなる。第４実施形態に示す微生物固定化担体７０のフレーム７２は、平面視において正方形の形状を有する。図３に示したＤＨＳ硝化塔２２は横断面形状が丸であったけれども、方形でもよいため、第４実施形態に示す微生物固定化担体７０は、横断面形状が正方形の排水処理リアクタに好適に使用することができる。このとき微生物固定化担体７０を、排水処理リアクタ内に殆ど隙間なく充填することができる。第４実施形態に示す微生物固定化担体７０のフレーム７２は、４つの大きなフレーム７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄから構成されており、各フレーム７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄは分離することができる。また各フレーム７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄは、各々底部に局所的に突起部７４（７４ｃ、７４ｄ、７４ａは図示省略、７４ｂは図示省略）を有し、自立可能である。
【００３３】
排水処理リアクタの横断面の長さが数メートルにも及ぶような大きなリアクタの場合、微生物固定化担体を一体的に形成すると、運搬、リアクタへの充填などをスムーズに行うことができない場合もあるが、このように分割することで、これらの問題を解決することができる。分割数は、４つに限定されるものではないので、微生物固定化担体の大きさと取扱い易さを考慮して分割数を決定すればよい。必要以上に分割数を多くすると、排水処理リアクタへの充填に手間がかかるので、この点も考慮すべきである。分割可能なことに関しては、第１から第３実施形態に示す微生物固定化担体１０、５０、６０についても同様である。フレーム７２の材質、網目構造、突起物７４の構造、フレーム７２に充填する多孔体も断面形状が異なる以外、第１から第３実施形態に示す微生物固定化担体１０、５０、６０と同じである。以上からなる第４実施形態に示す微生物固定化担体７０は、第１から第３実施形態の微生物固定化担体１０、５０、６０と同等の作用、効果を有する。
【００３４】
図７は、本発明の第５実施形態としての微生物固定化担体８０を示す斜視図である。第５実施形態としての微生物固定化担体８０は、第１から第４実施形態に示す微生物固定化担体１０、５０、６０、７０と異なり、フレームと多孔体との区別がなく一体的に形成されている。第５実施形態としての微生物固定化担体８０は、ゼオライトを円板状に形成することで微生物固定化担体としている。微生物固定化担体８０の厚さは特に限定されないけれども、第１実施形態の微生物固定化担体１０と同様２０〜４０ｍｍ程度の厚さ（高さ）が好ましい。ゼオライトは、周知のように多数の微細な細孔を有すると共に、比表面積が大きく担体として適している。ゼオライオを所定の形状に加工し微生物固定化担体とするには、従来から用いられている合成ゼオライトの合成方法を用い、ゼオライトを合成するとき原料を円盤状の型にして入れて合成すればよい。または、ゼオライトのパウダーを製造し、これをバインダを用いて形成した後に焼結させてもよい。
【００３５】
合成ゼオライトの製造方法の一例を示せば、酸化ケイ素と酸化アルミニウムを含んだ多孔質セラミックを４Ｎの水酸化ナトリウム溶液中で１００℃、２４時間加熱処理することで製造することができる。多孔質セラミックは、重量比でパーライト１００、石炭灰フライアッシュ１００〜２００、珪酸ナトリウム１０〜２０を混合し、８５０〜１２００℃で焼結させることで得ることができる。なお、合成ゼオライト及び多孔質セラミックの製造方法は、他にも多くの方法が開示されており、上記製造方法に限定されるものではない。ゼオライトの合成には、石炭灰フライアッシュを利用することができるので、発電所から発生する廃棄物を有効に利用することができる。
【００３６】
上記のようなゼオライトからなる微生物固定化担体８０は、強度が強くフレームがなくても自立すること可能であり、これらを複数段積み重ねても破損することはない。このような合成ゼオライトを使用する微生物固定化担体８０は、フレームが不要となるため、安価に製造することができる。またゼオライトは、ドリルなどで簡単に貫通孔８２（８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄ、８２ｅ）を開けることができるので、空隙率の調整を簡単に行うことができる。さらに貫通しない凹部をドリルで加工し、ここにプラスチック製の棒８４（８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８４ｄ）を嵌め込むことで、微生物固定化担体８０を複数段充填するときのスペーサの代わりとすることができる。
【００３７】
図８は、微生物固定化担体に図７のゼオライトを使用した微生物固定化担体８０を充填した図３の生物学的硝化脱窒装置の使用方法の一例を説明するための図である。ここでは生物学的硝化脱窒装置２０をセミバッチ的に使用する。例えばアンモニア濃度が低く、排水量が多い排水を処理する場合、この排水を連続的に処理することはもちろん可能であるが、微生物固定化担体８０であるゼオライトのアンモニアを吸着する能力を利用することで効率的に排水を処理することができる。第一工程として、排水をＤＨＳ硝化塔２２に供給し、微生物固定化担体８０にアンモニアを吸着させる（図８中（Ａ））。このとき、吸着させたアンモニアを直ちに硝化させる必要はなく、アンモニアの吸着を優先させる。よって多量の排水を短時間にＤＨＳ硝化塔２２に供給することができる。この工程では、微生物固定化担体８０が主に濃縮器として機能する。第二工程として、ＤＨＳ硝化塔２２に空気を送り、微生物固定化担体８０に付着する硝化菌を利用してアンモニアを亜硝酸、硝酸に酸化する（図８中（Ｂ））。その後、第三工程として、ＤＨＳ硝化塔２２の上部から洗浄用の水を送り、微生物固定化担体８０を洗浄すると共に、第四工程として洗浄水をＵＡＳＢ脱窒塔２４へ送り、亜硝酸、硝酸を窒素ガスにする（図８中（Ｃ））。これによりアンモニア濃度が低く、量が多い排水であっても効率的に排水を処理することができる。
【００３８】
上記の通り、本発明の微生物固定化担体を使用することで、生物学的硝化脱窒装置の性能を高めることができる。同時に装置を小型化することが可能となり装置を安価に製造することができる。また、本発明の微生物固定化担体は、既存の生物学的硝化脱窒装置への適用も容易である。以上、本発明の微生物固定化担体を使用した排水処理リアクタとして、ＤＨＳ硝化塔を示したけれども、微生物固定化担体を使用した排水リアクタは、ＤＨＳ硝化塔に限定されるものではない。この他、下水、し尿、産業排水などの排水処理装置などで使用される散水ろ床型リアクタ、又は好気ろ床型リアクタなどに本発明の微生物固定化担体を好適に使用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１０ 微生物固定化担体
１２ フレーム
１４ 多孔体
２０ 生物学的硝化脱窒素装置
２２ ＤＨＳ硝化塔
５０ 微生物固定化担体
５２ フレーム
６０ 微生物固定化担体
６２ フレーム
６４ 突起部
７０ 微生物固定化担体
７２ フレーム
７４ 突起部
８０ 微生物固定化担体
８４ 棒
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物処理法を用いた排水処理リアクタに充填し使用する微生物を固定化するための微生物固定化担体、該微生物固定化担体を充填したＤＨＳリアクタ、及び該ＤＨＳリアクタを用いた生物学的硝化脱窒装置及びその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
排水中に含まれる窒素は、富栄養化現象の原因とされ、排水中の窒素を除去する技術が多く開発されている。この一つである微生物を利用して排水中の窒素を除去する生物学的窒素除去方法も、従来からよく使用されており、順送法、ＡＯ（Ａｎａｅｒｏｂｉｃ−Ｏｘｉｃ）法、Ａ２Ｏ（Ａｎａｅｒｏｂｉｃ−Ａｎｏｘｉｃ−Ｏｘｉｃ）及びＵＡＳＢ（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ）−ＤＨＳ（Ｄｏｗｎｆｌｏｗ Ｈａｎｇｉｎｇ Ｓｐｏｎｇｅ Ｃｕｂｅ）法などの循環法を含め多くのプロセスが提案されている。生物学的窒素除去方法は、好気性細菌である硝化菌により排水中のアンモニア体窒素を、亜硝酸体又は硝酸体窒素にまで酸化する硝化工程と、嫌気性細菌である脱窒菌を用いて硝酸体、亜硝酸体窒素を窒素に還元する脱窒工程とからなり、ここで使用するリアクタも種々の形態のものが開発されている。
【０００３】
循環法の一つであるＵＡＳＢ−ＤＨＳ法は、前段のＵＡＳＢリアクタで脱窒反応、後段のＤＨＳリアクタで硝化反応を行い、後段の硝化反応の進んだ処理水の一部を前段の脱窒塔であるＵＡＳＢリアクタへ循環させ、処理水中の有機物を脱窒反応の水素供与体として利用する（例えば特許文献１参照）。この他、ＵＡＳＢリアクタ及びＤＨＳリアクタを用いた排水処理方法としては、前段に脱窒素槽とＵＡＳＢ槽、後段にＤＨＳ槽、さらに砂ろ過槽を設け下水処理を行う、ＵＡＳＢリアクタとＤＨＳリアクタとを組み合わせた新しい下水処理方法も提案されている（例えば非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２８５６９６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】加藤ら，「ＵＡＳＢとスポンジ担体槽を組み合わせた新しい下水処理方法」，衛生工学シンポジウム論文集，北海道大学衛生工学会，２００５年１１月，１３巻，Ｐ２３９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のＤＨＳリアクタを使用する硝化塔は、リアクタ内に微生物を固定化させるための微生物固定化担体（以下、固定化担体、又は担体と記す場合もある）としてスポンジを懸垂させるか、又はリアクタ内にスポンジをランダムに充填し、リアクタの上部から散水すると共に、下方から上方に向かって空気を送り使用される。このためリアクタ内の空隙率を小さくすることができず、空隙率を下げて、逆に言えば固定化担体の充填率を高めて微生物の濃度を高めることが困難であった。また、汚泥が流入した際に流路が閉塞しないようにするためには、リアクタ内入口部の空隙率を上げることが望ましいけれども、リアクタ内の空隙率が一定であり、空隙率を上げることができなかった。さらにスポンジをランダムに充填する充填式のＤＨＳリアクタの場合、水を含んだ固定化担体自身の自重により、ＤＨＳリアクタ内の下部では固定化担体が変形し、空隙率が低下してしまう。このためリアクタ内をいくつかの領域に区画し、一区画の固定化担体の高さが一定以上の高さにならないようにする必要があった。このため構造が複雑となり、ＤＨＳリアクタのコストアップの要因の一つとなっていた。
【０００７】
本発明の目的は、高充填も可能で、かつ充填率を自由に設定することが可能な微生物固定化担体、この微生物固定化担体を用いたＤＨＳリアクタ、及び該ＤＨＳリアクタを用いた安価で窒素除去性能に優れた生物学的硝化脱窒装置、さらに幅広い窒素含有排水に適用することが可能な生物学的硝化脱窒装置の使用方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の微生物固定化担体は、生物処理法を用いた排水処理リアクタに充填し使用する微生物を固定化するための微生物固定化担体であって、前記排水処理リアクタが、ＤＨＳリアクタ、散水ろ床型リアクタ、又は好気ろ床型リアクタであり、ゼオライトで形成された板状体であり、該板状体の外周部が前記排水処理リアクタの横断面と同一の大きさを有し、前記排水処理リアクタ内に隙間なく嵌り込み、複数積み重ねても変形しない強度を有し、前記板状体に貫通孔を穿設することで空隙率を調整可能なことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の微生物固定化担体は、請求項１に記載の微生物固定化担体において、前記板状体の底面部に局所的に突起を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載のＤＨＳリアクタは、請求項１又は請求項２に記載の微生物固定化担体を複数充填したＤＨＳリアクタであり、１の微生物固定化担体と隣りあう微生物固定化担体との間に空気層を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の生物学的硝化脱窒装置は、請求項３に記載のＤＨＳリアクタからなり、硝化菌により排水中のアンモニア体窒素を亜硝酸体窒素又は硝酸体窒素にまで酸化する硝化搭と、脱窒菌を用いて硝酸体窒素、亜硝酸体窒素を窒素に還元するＵＡＳＢ脱窒搭と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の生物学的硝化脱窒装置の使用方法は、請求項４に記載の生物学的硝化脱窒装置の使用方法であって、有臭ガス又はアンモニア含有排水を前記硝化搭に供給し、有臭ガス又はアンモニアをゼオライトからなる微生物固定化担体に吸着させる第一工程と、第一工程の後、前記硝化搭に空気を送り、前記微生物固定化担体に付着する硝化菌で有臭ガス又はアンモニアを亜硝酸体窒素又は硝酸体窒素にまで酸化する第二工程と、第二工程後の硝化搭に水を供給し、前記微生物固定化担体を水洗する第三工程と、第三工程で得られた洗浄水中の硝酸体窒素、亜硝酸体窒素を、前記ＵＡＳＢ脱窒搭において脱窒菌を用いて窒素に還元する第四工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の本発明によれば、微生物固定化担体は、ゼオライトで形成されているので、排水処理リアクタの形状に合わせて加工することが容易である。排水処理リアクタ全体に微生物固定化担体を充填することが可能なことはもちろん、微生物固定化担体は、板状体であるので、ここに貫通孔を設けることで充填率を任意に調整することができる。これにより汚泥が流入するような場合であっても空隙率を上げることで流路の閉塞を防止することができる。また、微生物固定化担体は、外周部が排水処理リアクタの横断面と同一の大きさを有し、排水処理リアクタ内に隙間なく嵌り込み、複数積み重ねても変形しない強度を有するので排水処理リアクタへの充填が容易である。このような微生物固定化担体を使用することで排水処理リアクタの構造が簡単となると共に、小型化も可能となり安価に製造することができる。
【００１４】
請求項２に記載の本発明によれば、前記微生物固定化担体は、底面部に局所的に突起を有するので、ＤＨＳリアクタなどにこの微生物固定化担体を複数充填すると、突起が微生物固定化担体間のスペーサの役目を果たす。これによりＤＨＳリアクタなどに微生物固定化担体を複数充填するときであっても、微生物固定化担体間に空気層を設けるためのスペーサが不要であり、排水処理リアクタの構造が簡単となり、安価に製造することができる。
【００１５】
請求項３に記載の本発明によれば、ＤＨＳリアクタは、前記微生物固定化担体が複数充填され、１の微生物固定化担体と隣りあう微生物固定化担体との間に空気層を備えるので、充填率の高い又は所望の充填率を有するＤＨＳリアクタを安価に製造することができる。
【００１６】
請求項４に記載の本発明によれば、生物学的硝化脱窒装置は、前記ＤＨＳリアクタからなる硝化搭と、ＵＡＳＢ脱窒搭とを備えるので、窒素除去性能に優れた生物学的硝化脱窒装置を安価に製造することができる。また、ＤＨＳリアクタにおいて微生物を固定化する微生物固定化担体の充填率を高くすることが可能なため、生物学的硝化脱窒装置の小型化が可能となる。
【００１７】
請求項５に記載の本発明によれば、ゼオライトで形成された微生物固定化担体を充填したＤＨＳリアクタを硝化塔とする生物学的硝化脱窒装置を使用し、有臭ガス又はアンモニア含有排水を硝化搭に供給し、有臭ガス又はアンモニアをゼオライトからなる微生物固定化担体に吸着させる第一工程と、第一工程の後、硝化搭に空気を送り、微生物固定化担体に付着する硝化菌で有臭ガス又はアンモニアを亜硝酸体窒素又は硝酸体窒素にまで酸化する第二工程と、第二工程後の硝化搭に水を供給し、微生物固定化担体を水洗する第三工程と、第三工程で得られた洗浄水中の硝酸体窒素、亜硝酸体窒素を、ＵＡＳＢ脱窒搭において脱窒菌を用いて窒素に還元する第四工程と、を備えるので、アンモニア濃度の低い排水であっても、一度アンモニアを微生物固定化担体に吸着させた後、硝化反応、脱窒反応により無害化させることができるなど、本発明を幅広い窒素含有排水に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一実施形態としての微生物固定化担体１０の斜視図である。
【図２】図１中のＡ部の拡大図である。
【図３】図１の微生物固定化担体１０を充填したＤＨＳリアクタを備える生物学的硝化脱窒装置２０のプロセスフロー図である。
【図４】本発明の第２実施形態としての微生物固定化担体５０を構成するフレーム５２の平面図である。
【図５】本発明の第３実施形態としての微生物固定化担体６０を構成するフレーム６２の斜視図である。
【図６】本発明の第４実施形態としての微生物固定化担体７０を構成するフレーム７２であって図６（ａ）が平面図、図６（ｂ）が正面図である。
【図７】本発明の第５実施形態としての微生物固定化担体８０を示す斜視図である。
【図８】微生物固定化担体に図７のゼオライトを使用した微生物固定化担体８０を充填した図３の生物学的硝化脱窒装置の使用方法の一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明の第一実施形態としての微生物固定化担体１０の斜視図、図２は図１中のＡ部の拡大図である。図３は、図１の微生物固定化担体１０を充填したＤＨＳリアクタを備える生物学的窒素除去装置２０のプロセスフロー図である。微生物固定化担体１０は、硝化菌などの微生物を固定化ための担体であって、図３に示すように微生物を利用し排水を処理する排水処理リアクタに充填し使用する。微生物固定化担体１０は、多孔体を保持するフレーム１２と、フレーム１２に充填された微生物を固定化する多数の多孔体１４とからなる。
【００２０】
フレーム１２は、微生物を固定化させる多孔体１４を保持するためのものであって、網目状の円柱体１６が複数規則正しく配置固定され、全体では排水処理リアクタの横断面と同じ大きさである。微生物固定化担体１０が排水処理リアクタの横断面と同じ大きさとは、微生物固定化担体１０を排水処理リアクタに充填したとき、フレーム１２の外周部と排水処理リアクタの内壁とに隙間を有さない大きさの他、フレーム１２の外周部と排水処理リアクタの内壁とに大きな隙間を有さず実質的に同一とみなせる大きさを意味する。大きな隙間とは、排水処理リアクタ内に空気を流通させたとき、大半の空気が、フレーム１２の外周部と排水処理リアクタとの内壁との隙間を流通する大きさを言う。フレーム１２の外周部の大きさは、排水処理リアクタ内に隙間なく又は殆ど隙間なく充填可能な大きさが好ましい。
【００２１】
円柱体１６の網目１５の大きさは、特に限定されないけれども、排水、空気の拡散、隣同士の多孔体１４の接触を考えれば大きい方が好ましい。但し、フレーム１２を複数積み重ねても変形しない強度が必要である。円柱体１６は、安価で、排水で腐食されないポリエチレン、ポリプロピレンなどの汎用プラスチックで製造すればよく、底には、円柱体１６内にスポンジゴムなどの多孔体１４を充填したとき、多孔体１４が抜け落ちないようにストッパ、又は網目状の底板を設けることが好ましい。これら円柱体１６が複数規則正しく並べられ、１の円柱体１６と接する隣りの円柱体１６とは結合され、これにより一つのフレーム１２が形作られている。１の円柱体１６の大きさは特に限定されないけれども、直径は、３０〜５０ｍｍ程度、高さは２０〜４０ｍｍ程度の大きさが好ましい。排水処理リアクタの大きさが小さい場合は、フレーム１２の外周部と排水処理リアクタの内壁とに大きな隙間ができないように、円柱体１６の直径、高さを小さくしてもよいことは言うまでもない。
【００２２】
フレーム１２は、底面に局所的に突起部１７（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）を設けてもよい。微生物固定化担体１０は図３に示すように排水処理リアクタ内に多数充填して使用するものであり、このとき空気の拡散をよくするため１の微生物固定化担体１０と隣りあう微生物固定化担体１０との間に空間部が設けられる。フレーム１２の底面に局所的に突起部１７を設けることで、微生物固定化担体１０を充填するだけで、微生物固定化担体間に空間部を設けることができる。フレーム１２の底面の局所的な突起部１７は、フレーム１２を積み重ねたとき、下のフレーム１２の空間部又は多孔体１４に入り込まない位置、大きさとする。ただし、微生物固定化担体間に形成する空間部は、別途スペーサを使用することでも確保することができるため、フレーム１２の底面の突起部１７は必ず必要なものではない。微生物固定化担体１０は、排水処理リアクタ内に複数積み重ねるように充填して使用するものであるから、フレーム１２は、複数積み重ねても変形しない強度が必要である。本実施形態に示すフレーム１２は、複数の円柱体１６が結合され形成されており、複数積み重ねても変形しない十分な強度を有する。フレーム１２の底面に局所的に突起部１７を設ける場合も、突起部１７はフレーム１２を複数積み重ねても変形しない強度、数が必要である。
【００２３】
多孔体１４は、微生物を付着固定化させるものであるから微細な孔を有し比表面積の大きい多孔体が好ましい。また多孔体１４は、フレーム１２に充填し使用するものであるから、弾力性を備え、軽いものが好ましい。これらに該当する多孔体１４としては、従来から一般的に使用されているウレタン、セルロースなどのスポンジゴムを使用することができる。多孔体１４の大きさは、フレーム１２を構成する１の円柱体１６の大きさとほぼ同じか、若干大きい方が好ましい。スポンジゴムなど弾力性を有する多孔体１４の大きさを１の円柱体１６の大きさに比べ若干大きくし、これを円柱体１６に押入れると、円柱体１６の網目１５から多孔体１４が一部外にはみ出す。これにより隣り同士のはみ出し多孔体１４が接触することで、排水が幅広く拡散する。
【００２４】
多孔体１４の大きさは、フレーム１２と同じ高さであり、具体的には２０〜４０ｍｍ程度の厚さ（高さ）が好ましい。この微生物固定化担体１０を硝化槽に使用する場合、微生物固定化担体１０に付着する硝化菌は、好気性細菌であるため硝化槽内を好気状態に保持することが重要である。空気との接触で酸素が拡散し、好気状態が保たれる範囲は、経験上、空気接触面から４０ｍｍ程度であり、硝化槽の微生物固定化担体１枚の厚さが４０ｍｍを超えると中心部が嫌気状態となり好ましくない。微生物固定化担体１枚当りの厚さを薄くすることは、性能上問題はないけれども、微生物固定化担体に効率的に空気を接触させるために１の微生物固定化担体と隣りあう微生物固定化担体との間には、空気層が必要なことから、微生物固定化担体１枚当りの厚さを薄くしすぎると硝化槽の空隙率が大きくなりすぎ、硝化槽が大型化してしまう。
【００２５】
以上のように微生物固定化担体１０は、多孔体１４を保持するフレーム１２と、フレーム１２に充填された微生物を固定化する多数の多孔体１４とからなるので、多孔体１４の充填率を高めることができる。従来の円柱状のスポンジ担体を複数ランダムに充填する方法、スポンジを懸垂させるカーテン方式では、担体の充填率を５０％以上とすることが困難であったが、本実施形態に示す微生物固定化担体１０を使用すれば、多孔体１４が規則正しく配置されるので、多孔体１４の充填率を簡単に５０％以上とすることができる。また、本実施形態に示す微生物固定化担体１０は、図１に示すように多孔体１４を充填しない箇所１８を設けることで充填率（空隙率）を簡単に変更することができる。また、微生物固定化担体１０は、隣合う円柱体１６との間に空間部１９を有するので、空気拡散性能に優れる。また、微生物固定化担体１０は、充填して使用する排水処理リアクタの横断面積と同一の大きさを有し、さらに複数積み重ねても変形しない強度を備えることから、簡単に使用することができる。
【００２６】
図３に示す生物学的硝化脱窒装置２０は、ＤＨＳリアクタからなるＤＨＳ硝化塔２２とＵＡＳＢ脱窒塔２４とを備える生物学的硝化脱窒装置である。排水貯槽２６内の窒素含有排水（以下排水と省略）は、排水ポンプ２８を介して混合槽３０へ送られる。混合槽３０へ送られた排水は、ここで循環ポンプ３２から送られる処理水と混合され、アンモニア体窒素濃度が５００ｍｇ／Ｌ以下に調整される。さらにｐＨ調整ポンプ３４を介してｐＨ調整薬品貯槽３６内に貯留されているｐＨ調整薬品、及び栄養塩ポンプ３８を介して栄養塩貯槽４０内に貯留されている栄養塩が混合槽３０に送られ撹拌機４２により混合される。混合槽３０で調整された排水は、ＤＨＳ硝化塔２２へ送られる。ＤＨＳ硝化塔２２内には、複数の微生物固定化担体１０が充填され、排水は、ＤＨＳ硝化塔２２の上部から散水され、微生物固定化担体１０を通過するとき、微生物固定化担体１０に付着する硝化菌の作用により空気中の酸素で酸化され、硝酸イオンとなる。
【００２７】
硝化された排水は、硝化塔出口ポンプ４４を介してＵＡＳＢ脱窒塔２４へ送られる。途中、排水中に含まれる硝酸イオンに対応するメタノールがメタノール貯槽４６に連結するメタノールポンプ４８を通じて供給され、排水はメタノールと混合した状態でＵＡＳＢ脱窒塔２４へ送水される。ＵＡＳＢ脱窒塔２４は、内部にグラニュールを保持し、ＵＡＳＢ脱窒塔２４に送られた排水は、グラニュール中の脱窒菌の作用により、硝酸イオンとメタノールとが反応し窒素ガスと炭酸ガスに分解される。これらの工程により排水中のアンモニア体窒素が窒素ガスに分解される。このとき副産物とし発生する炭酸ガスは、ＤＨＳ硝化塔２２に必要な栄養塩として循環することで、栄養塩の添加を削減することができる。窒素が除去された処理水は、処理水貯槽４９に集められ、一部は循環ポンプ３２を介して混合槽３０に送られる。
【００２８】
本実施形態に示す生物学的硝化脱窒装置２０の基本的な構成は、従来から使用されている生物学的硝化脱窒装置と類似の構成であり、本実施形態に示す生物学的硝化脱窒装置２０は、ＤＨＳ硝化塔２２が従来の硝化塔にない特徴を有する。ＤＨＳ硝化塔２２は、横断面形状が円の円筒形状の塔本体２３を有し、塔本体２３の内部には、図１、図２に示す多孔体１４がスポンジである微生物固定化担体１０が充填され、５段の充填層が形成されている。大きさを例示すれば、１段の充填層の高さは８００ｍｍであり、高さ１０ｍｍの突起部１７を底面に備える微生物固定化担体１０が１段に２０枚充填されている。これによりスポンジ間に１０ｍｍの空気層が形成される。各段の間には微生物固定化担体１０を保持するための網状の受け２５が挿入され、各段間には約２００ｍｍの空間部が設けられている。微生物固定化担体１０の外周部の大きさは、塔本体２３内に殆ど隙間なく入る大きさである。また塔本体２３の上部には空気の排気口２７が、底部には空気の取入口２９が設けられている。空気の排気口２７に誘引通風機（図示を省略）を設けてもよい。さらに塔本体２３の上部には、混合槽３０から送水される排水を充填層に均一に分散させるための回転式の散水装置３１を備える。ただし、多孔体１４がスポンジである微生物固定化担体１０が充填され排水が均一化されるので、散水装置３１は精密な散水装置でなくてもよい。さらにＤＨＳ硝化塔２２が小型の場合は、散水装置３１がなくてもよい。
【００２９】
このように構成されたＤＨＳ硝化塔２２は、従来のスポンジ担体をランダムに充填したＤＨＳ硝化塔に比較し、以下のような利点を有する。多孔体１４であるスポンジが規則正しく配置されているので、スポンジの充填率を高めることができる。これにより従来のＤＨＳ硝化塔に比較し小型化することができる。またフレーム１２は、自立可能でかつ複数のフレームを積み重ねても変形しない強度を有するので、多孔体１４を保持したフレーム１２を塔本体２３内に複数充填しても、スポンジが変形することがない。このためスポンジ担体をランダムに充填する場合に、必要としていたスポンジ担体の変形を防止するための手段が必要なく、安価にＤＨＳ硝化塔を製造することができる。さらに微生物固定化担体１０の充填が簡単であり、底面に突起部を設ければ微生物固定化担体１０間に空気層を設けるためのスペーサも必要ない。また排水中に含まれる有機物濃度、ＳＳ濃度が高く、塔入口部で汚泥が閉塞しないようにスポンジの充填率を下げたい場合にも、充填率の調整を簡単に行うことができる。さらに塔本体２３の高さ方向のスポンジの充填率の調整を簡単に行うことができる。なお、生物学的硝化脱窒装置は、本実施形態に示す生物学的硝化脱窒装置２０に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で他の形態の生物学的硝化脱窒装置にも使用可能なことは言うまでもない。
【００３０】
図４は、本発明の第２実施形態としての微生物固定化担体５０を構成するフレーム５２の平面図である。微生物固定化担体５０は、第１実施形態に示す微生物固定化担体１０と同様、多孔体を保持するフレーム５２と、フレーム５２に充填された微生物を固定化する多数の多孔体（図示を省略）とからなる。第２実施形態に示すフレーム５２は、１の空間部形状が平面視で六角形を有するハニカム構造である。フレームの材質、大きさ等は本発明の第１実施形態に示すフレーム１２と同じである。フレーム５２に充填する多孔体（図示を省略）も断面形状が異なる以外、第１実施形態に示す多孔体１４と同じである。
【００３１】
図５は、本発明の第３実施形態としての微生物固定化担体６０を構成するフレーム６２の斜視図である。微生物固定化担体６０は、第１、第２実施形態に示す微生物固定化担体１０、５０と同様、多孔体を保持するフレーム６２と、フレーム６２に充填された微生物を固定化する多数の多孔体（図示を省略）とからなる。第３実施形態に示すフレーム６２は、波板の一方に平板を有する部材を螺旋状に巻き付けた、断面がハニカム構造の微生物固定化担体６０である。また、底部に局所的に突起部６４（６４ａ、６４ｂ、６４ｃ）を有する。フレーム６２の材質、大きさ等は、第１、第２実施形態に示すにフレーム１２、５２同じである。フレームに充填する多孔体（図示を省略）も断面形状が異なる以外、第１実施形態に示す多孔体１４と同じである。第３実施形態に示す微生物固定化担体６０は、排水処理リアクタ内に殆ど隙間なく充填することができる。以上にようにフレームの１の空間部の形状は、円以外に六角形、波型でもよく、これらハニカム構造のフレームを備える微生物固定化担体５０、６０は、第１実施形態の微生物固定化担体１０と同等の作用、効果を有すると共に、第１実施形態の微生物固定化担体１０よりも多孔体の充填率を容易に高めることができる。さらにこれらハニカム構造のフレーム５２、６２は製造が容易であることから、微生物固定化担体５０、６０を安価に製造することができる。
【００３２】
図６は、本発明の第４実施形態としての微生物固定化担体７０を構成するフレーム７２であって図６（ａ）が平面図、図６（ｂ）が正面図である。微生物固定化担体７０は、第１から第３実施形態に示す微生物固定化担体１０、５０、６０と同様、多孔体を保持するフレーム７２と、フレームに充填された微生物を固定化する多数の多孔体（図示を省略）とからなる。第４実施形態に示す微生物固定化担体７０のフレーム７２は、平面視において正方形の形状を有する。図３に示したＤＨＳ硝化塔２２は横断面形状が丸であったけれども、方形でもよいため、第４実施形態に示す微生物固定化担体７０は、横断面形状が正方形の排水処理リアクタに好適に使用することができる。このとき微生物固定化担体７０を、排水処理リアクタ内に殆ど隙間なく充填することができる。第４実施形態に示す微生物固定化担体７０のフレーム７２は、４つの大きなフレーム７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄから構成されており、各フレーム７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄは分離することができる。また各フレーム７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄは、各々底部に局所的に突起部７４（７４ｃ、７４ｄ、７４ａは図示省略、７４ｂは図示省略）を有し、自立可能である。
【００３３】
排水処理リアクタの横断面の長さが数メートルにも及ぶような大きなリアクタの場合、微生物固定化担体を一体的に形成すると、運搬、リアクタへの充填などをスムーズに行うことができない場合もあるが、このように分割することで、これらの問題を解決することができる。分割数は、４つに限定されるものではないので、微生物固定化担体の大きさと取扱い易さを考慮して分割数を決定すればよい。必要以上に分割数を多くすると、排水処理リアクタへの充填に手間がかかるので、この点も考慮すべきである。分割可能なことに関しては、第１から第３実施形態に示す微生物固定化担体１０、５０、６０についても同様である。フレーム７２の材質、網目構造、突起物７４の構造、フレーム７２に充填する多孔体も断面形状が異なる以外、第１から第３実施形態に示す微生物固定化担体１０、５０、６０と同じである。以上からなる第４実施形態に示す微生物固定化担体７０は、第１から第３実施形態の微生物固定化担体１０、５０、６０と同等の作用、効果を有する。
【００３４】
図７は、本発明の第５実施形態としての微生物固定化担体８０を示す斜視図である。第５実施形態としての微生物固定化担体８０は、第１から第４実施形態に示す微生物固定化担体１０、５０、６０、７０と異なり、フレームと多孔体との区別がなく一体的に形成されている。第５実施形態としての微生物固定化担体８０は、ゼオライトを円板状に形成することで微生物固定化担体としている。微生物固定化担体８０の厚さは特に限定されないけれども、第１実施形態の微生物固定化担体１０と同様２０〜４０ｍｍ程度の厚さ（高さ）が好ましい。ゼオライトは、周知のように多数の微細な細孔を有すると共に、比表面積が大きく担体として適している。ゼオライオを所定の形状に加工し微生物固定化担体とするには、従来から用いられている合成ゼオライトの合成方法を用い、ゼオライトを合成するとき原料を円盤状の型にして入れて合成すればよい。または、ゼオライトのパウダーを製造し、これをバインダを用いて形成した後に焼結させてもよい。
【００３５】
合成ゼオライトの製造方法の一例を示せば、酸化ケイ素と酸化アルミニウムを含んだ多孔質セラミックを４Ｎの水酸化ナトリウム溶液中で１００℃、２４時間加熱処理することで製造することができる。多孔質セラミックは、重量比でパーライト１００、石炭灰フライアッシュ１００〜２００、珪酸ナトリウム１０〜２０を混合し、８５０〜１２００℃で焼結させることで得ることができる。なお、合成ゼオライト及び多孔質セラミックの製造方法は、他にも多くの方法が開示されており、上記製造方法に限定されるものではない。ゼオライトの合成には、石炭灰フライアッシュを利用することができるので、発電所から発生する廃棄物を有効に利用することができる。
【００３６】
上記のようなゼオライトからなる微生物固定化担体８０は、強度が強くフレームがなくても自立すること可能であり、これらを複数段積み重ねても破損することはない。このような合成ゼオライトを使用する微生物固定化担体８０は、フレームが不要となるため、安価に製造することができる。またゼオライトは、ドリルなどで簡単に貫通孔８２（８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄ、８２ｅ）を開けることができるので、空隙率の調整を簡単に行うことができる。さらに貫通しない凹部をドリルで加工し、ここにプラスチック製の棒８４（８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８４ｄ）を嵌め込むことで、微生物固定化担体８０を複数段充填するときのスペーサの代わりとすることができる。
【００３７】
図８は、微生物固定化担体に図７のゼオライトを使用した微生物固定化担体８０を充填した図３の生物学的硝化脱窒装置の使用方法の一例を説明するための図である。ここでは生物学的硝化脱窒装置２０をセミバッチ的に使用する。例えばアンモニア濃度が低く、排水量が多い排水を処理する場合、この排水を連続的に処理することはもちろん可能であるが、微生物固定化担体８０であるゼオライトのアンモニアを吸着する能力を利用することで効率的に排水を処理することができる。第一工程として、排水をＤＨＳ硝化塔２２に供給し、微生物固定化担体８０にアンモニアを吸着させる（図８中（Ａ））。このとき、吸着させたアンモニアを直ちに硝化させる必要はなく、アンモニアの吸着を優先させる。よって多量の排水を短時間にＤＨＳ硝化塔２２に供給することができる。この工程では、微生物固定化担体８０が主に濃縮器として機能する。第二工程として、ＤＨＳ硝化塔２２に空気を送り、微生物固定化担体８０に付着する硝化菌を利用してアンモニアを亜硝酸、硝酸に酸化する（図８中（Ｂ））。その後、第三工程として、ＤＨＳ硝化塔２２の上部から洗浄用の水を送り、微生物固定化担体８０を洗浄すると共に、第四工程として洗浄水をＵＡＳＢ脱窒塔２４へ送り、亜硝酸、硝酸を窒素ガスにする（図８中（Ｃ））。これによりアンモニア濃度が低く、量が多い排水であっても効率的に排水を処理することができる。
【００３８】
上記の通り、本発明の微生物固定化担体を使用することで、生物学的硝化脱窒装置の性能を高めることができる。同時に装置を小型化することが可能となり装置を安価に製造することができる。また、本発明の微生物固定化担体は、既存の生物学的硝化脱窒装置への適用も容易である。以上、本発明の微生物固定化担体を使用した排水処理リアクタとして、ＤＨＳ硝化塔を示したけれども、微生物固定化担体を使用した排水リアクタは、ＤＨＳ硝化塔に限定されるものではない。この他、下水、し尿、産業排水などの排水処理装置などで使用される散水ろ床型リアクタ、又は好気ろ床型リアクタなどに本発明の微生物固定化担体を好適に使用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１０ 微生物固定化担体
１２ フレーム
１４ 多孔体
２０ 生物学的硝化脱窒素装置
２２ ＤＨＳ硝化塔
５０ 微生物固定化担体
５２ フレーム
６０ 微生物固定化担体
６２ フレーム
６４ 突起部
７０ 微生物固定化担体
７２ フレーム
７４ 突起部
８０ 微生物固定化担体
８４ 棒
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物処理法を用いた排水処理リアクタに充填し使用する微生物を固定化するための微生物固定化担体であって、
前記排水処理リアクタが、ＤＨＳリアクタ、散水ろ床型リアクタ、又は好気ろ床型リアクタであり、
ゼオライトで形成された板状体であり、該板状体の外周部が前記排水処理リアクタの横断面と同一の大きさを有し、前記排水処理リアクタ内に隙間なく嵌り込み、複数積み重ねても変形しない強度を有し、前記板状体に貫通孔を穿設することで空隙率を調整可能なことを特徴とする微生物固定化担体。
【請求項２】
前記板状体の底面部に局所的に突起を有することを特徴とする請求項１に記載の微生物固定化担体。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の微生物固定化担体を複数充填したＤＨＳリアクタであり、
１の微生物固定化担体と隣りあう微生物固定化担体との間に空気層を備えることを特徴とするＤＨＳリアクタ。
【請求項４】
請求項３に記載のＤＨＳリアクタからなり、硝化菌により排水中のアンモニア体窒素を亜硝酸体窒素又は硝酸体窒素にまで酸化する硝化搭と、
脱窒菌を用いて硝酸体窒素、亜硝酸体窒素を窒素に還元するＵＡＳＢ脱窒搭と、
を備えることを特徴とする生物学的硝化脱窒装置。
【請求項５】
請求項４に記載の生物学的硝化脱窒装置の使用方法であって、
有臭ガス又はアンモニア含有排水を前記硝化搭に供給し、有臭ガス又はアンモニアをゼオライトからなる微生物固定化担体に吸着させる第一工程と、
第一工程の後、前記硝化搭に空気を送り、前記微生物固定化担体に付着する硝化菌で有臭ガス又はアンモニアを亜硝酸体窒素又は硝酸体窒素にまで酸化する第二工程と、
第二工程後の硝化搭に水を供給し、前記微生物固定化担体を水洗する第三工程と、
第三工程で得られた洗浄水中の硝酸体窒素、亜硝酸体窒素を、前記ＵＡＳＢ脱窒搭において脱窒菌を用いて窒素に還元する第四工程と、
を含むことを特徴とする生物学的硝化脱窒装置の使用方法。
【請求項１】
生物処理法を用いた排水処理リアクタに充填し使用する微生物を固定化するための微生物固定化担体であって、
前記排水処理リアクタが、ＤＨＳリアクタ、散水ろ床型リアクタ、又は好気ろ床型リアクタであり、
ゼオライトで形成された板状体であり、該板状体の外周部が前記排水処理リアクタの横断面と同一の大きさを有し、前記排水処理リアクタ内に隙間なく嵌り込み、複数積み重ねても変形しない強度を有し、前記板状体に貫通孔を穿設することで空隙率を調整可能なことを特徴とする微生物固定化担体。
【請求項２】
前記板状体の底面部に局所的に突起を有することを特徴とする請求項１に記載の微生物固定化担体。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の微生物固定化担体を複数充填したＤＨＳリアクタであり、
１の微生物固定化担体と隣りあう微生物固定化担体との間に空気層を備えることを特徴とするＤＨＳリアクタ。
【請求項４】
請求項３に記載のＤＨＳリアクタからなり、硝化菌により排水中のアンモニア体窒素を亜硝酸体窒素又は硝酸体窒素にまで酸化する硝化搭と、
脱窒菌を用いて硝酸体窒素、亜硝酸体窒素を窒素に還元するＵＡＳＢ脱窒搭と、
を備えることを特徴とする生物学的硝化脱窒装置。
【請求項５】
請求項４に記載の生物学的硝化脱窒装置の使用方法であって、
有臭ガス又はアンモニア含有排水を前記硝化搭に供給し、有臭ガス又はアンモニアをゼオライトからなる微生物固定化担体に吸着させる第一工程と、
第一工程の後、前記硝化搭に空気を送り、前記微生物固定化担体に付着する硝化菌で有臭ガス又はアンモニアを亜硝酸体窒素又は硝酸体窒素にまで酸化する第二工程と、
第二工程後の硝化搭に水を供給し、前記微生物固定化担体を水洗する第三工程と、
第三工程で得られた洗浄水中の硝酸体窒素、亜硝酸体窒素を、前記ＵＡＳＢ脱窒搭において脱窒菌を用いて窒素に還元する第四工程と、
を含むことを特徴とする生物学的硝化脱窒装置の使用方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２４７６２（Ｐ２０１２−２４７６２Ａ）
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０８２１３（Ｐ２０１１−２０８２１３）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【分割の表示】特願２００８−７００２０（Ｐ２００８−７００２０）の分割
【原出願日】平成２０年３月１８日（２００８．３．１８）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【出願人】（５９５０９５６２９）中電環境テクノス株式会社 (44)
【出願人】（５０２３９５９８５）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【分割の表示】特願２００８−７００２０（Ｐ２００８−７００２０）の分割
【原出願日】平成２０年３月１８日（２００８．３．１８）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【出願人】（５９５０９５６２９）中電環境テクノス株式会社 (44)
【出願人】（５０２３９５９８５）
【Ｆターム（参考）】
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