【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業廃棄物の特性を利用した生物膜法排水処理用微生物担体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】有機性排水システムは、自然浄化機能を人工的に効率よく増強させた方法によって処理されており、これが生物処理と呼ばれている。 流水及び止水共自然浄化能力を有するが、浄化作用は流水の方が大きい。
特に水深が数１０ｃｍ以下の浅い川での浄化作用は著しく大きく、この作用は底部に付着している微生物に依存している。

【０００３】一般にこの様な河川の底部は礫であり、礫の表面は細菌藻類と原生動物等の微生物及び輪虫類、貧毛類等の微小後生動物等で構成された生物膜で被われている。 この河川の生物膜の浄化力をシステム化しタンクの中で能率よく進行させる排水処理法が生物膜法と呼ばれるものである。

【０００４】すなわち河川では生物膜は底部のみ一面的に存在するだけであるが、排水処理では単位体積当りの生物膜の表面積を著しく増大させると共に生物膜と排水との接触反応が十分行なえる工夫がなされている。

【０００５】生物を固着させる担体としては多糖類（セルローズ、デキストラン等）、不活性蛋白質（ゼラチン、アルブシン等）合成樹脂、合成高分子（ボリビニルクロライド等）及び無機物（砂、ゼオライト、多孔性ガラス等）が使用されている。 排水処理に利用できるのは安価で実際使用時に排水処理槽内でのエヤレータから噴出される気泡流等による循環流の流動に耐える機械的強度と耐久性のあるものでなければならない。 更に効率を上げるには担体表面積を大きくすると共に、表面が粗く凸凹に富む状態にする工夫が必要である。

【０００６】現在は主に樹脂製の担体が使用されているが、従来の担体は 担体表面が平滑な為に付着している微生物が剥離しやすい。 担体が組成的に微生物との親和性が不足している。 担体の表面積が不足している。 担体が複雑形状となれば高価になる。 材料によっては強度が劣る。 上記の諸問題があり、高効率の排水処理が可能となる担体が求められていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決すべき課題は、産業廃棄物の特性を利用し上記生物膜法排水処理システムに最適な組成、内部構造、形状を有し耐久性があり安価な高効率セラミックスフィルター担体を提供し、排水処理の効率を向上させることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため、本発明の生物膜法排水処理用微生物担体は、平均気孔径が１０〜５０μｍ、好適には３０μｍの多孔質セラミックスを用いたものである。

【０００９】

【作用】セラミックス製の担体であるので、物理的、生化学的に安定である。 繊維断面が鎖状空孔になっている天然無機繊維原料と有機繊維原料及び不定形の可燃物の特性を利用し、気孔率、気孔径の制御とそれらの連続気孔化を図り、これらの特性によって表面積の増大と有効気孔により微生物量を増大させる。 イオン交換能の高いゼオライト及び微生物の堆積物である多孔質の珪藻土を利用し、微生物との親和性が向上する。 実際使用に耐える機械的強度を有する様にゼオライトの特性を利用する。 産業廃棄物の特性を利用して最適組成及び気孔率、
気孔径の制御とそれらの連続気孔化を図ると共に低コストとなる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。 本発明は、産業廃棄物を利用し高効率で安価な耐久性のある組成、内部構造、形状を有するセラミックス担体を提供するものであり前記条件を満たす多孔質セラミックス担体として下記の成果を得た。

【００１１】まず、本発明に係るセラミックフィルターの原料の調合割合は、表１の通りである。

【００１２】

【表１】

【００１３】天然無機繊維原料としては、セピオライトを例示することができる。 また産業廃棄物の無機質としては天草陶石をスタンパー粉砕し、水箙するときに出る珪酸質の１ｍｍアンダー粉末を例示することができる。
有機質としては、缶コーヒー等を製造する過程で出るコーヒーの搾り粕を例示することができる。 このコーヒーの搾り粕に含まれているコーヒー粒の粒子は径が揃っており、気孔の径を揃えるのに都合がよい。

【００１４】バインダー添加量は０〜５重量％、好ましくは１重量％とし、水分添加量は、２０〜６０重量％、
好ましくは３０重量％とした。 上記調合で平均気孔径５
〜１０００μｍ間の制御が自由に調整できた。 押し出し成形はバインダー０〜５％，水分２０〜６０％の調整で均質な成型体が得られた。

【００１５】焼成は１１５０℃〜１３００℃で目的のセラミックスの物性値が得られた。 平均気孔径３０μｍの場合、１２００℃で焼成した。

【００１６】平均気孔径３０μｍセラミックスの物性値は表２の通りであった。

【００１７】

【表２】

【００１８】セラミックス担体の形状は、中空円筒状とし、外径を２０ｍｍ、穴径を５ｍｍ、長さを２００ｍｍ
とした。 実際稼働している排水処理槽に平均気孔径１０
μｍ、２０μｍ、３０μｍのセラミックス担体を３０日間浸漬して菌体の付着状況を調べた。 セラミックス担体の菌体付着状況を表３に示す。

【００１９】

【表３】

【００２０】菌体付着状況は、倍率４，５００×のときの顕微鏡の視野当り菌数で表したもので、スコアは次の通りである。 スコア ０ なし １ １ 個 ２ ２ 〜 ５個 ３ ６ 〜１０個 ４ １１〜５０個 ５ ５１個以上

【００２１】いずれのセラミックスでも微生物の付着が内部迄確認された。 実質的に内部の付着物も機能していると、浄化能力は大きくなり排水汚濁度の低減効果が期待できる。 以上の結果より性能評価試験は気孔径３０μ
ｍセラミックスを選び進めた。 なお、３０μｍの気孔径が好適であるが、±２０μｍ、すなわち１０〜５０μｍ
の気孔径でも充分に使用できることが推測される。

【００２２】生物膜法排水処理装置の例を図１に示す。
この装置は、工場排水を貯留する原水ピット１、流入量を調節する計量槽２、排水処理施設の主構成部である〜の４段階の生物膜接触槽３〜６と、発生した汚泥を沈殿させる沈殿槽７及び汚泥貯留槽８とで構成されている。 この排水処理装置には生物膜接触槽３〜６内を撹拌させる循環ポンプと汚泥を生物膜接触槽に戻す汚泥返送ポンプが取付られている。 生物膜接触槽には、図２に示すセラミックス微生物接触担体を各槽にセットした。

【００２３】排水処理実験条件は表４の通りである。

【００２４】

【表４】

【００２５】図３はＳＳ状態を示すグラフである。 ＳＳ
は流入水で１４３（ｍｇ／ｌ）あったが沈殿槽では９
（ｍｇ／ｌ）になり最終では３（ｍｇ／ｌ）迄除去できた。 除去率は９７％である。

【００２６】図４はＢＯＤ状態を示すグラフである。 Ｂ
ＯＤ（Ｔ−ＢＯＤ）は原流入水は１４３（ｍｇ／ｌ）で沈殿槽では２２（ｍｇ／ｌ）、最終的には１１（ｍｇ／
ｌ）迄下り除去率は９２％となった。

【００２７】図５はＣＯＤ状態を示すグラフである。 Ｃ
ＯＤは原流入水は６８（ｍｇ／ｌ）で沈殿槽では１８
（ｍｇ／ｌ）、最終的に１４（ｍｇ／ｌ）迄下り除去率は７９（％）となった。

【００２８】図６は窒素の処理状態を示す。 Ｔ−Ｎは原流入水は２７（ｍｇ／ｌ）で沈殿槽では２１（ｍｇ／
ｌ）、最終的に１１（ｍｇ／ｌ）迄下り除去率は５９％
となった。 各生物膜接触槽内での窒素の形態変化は，
ではＮＨ４−Ｎ，有機態窒素が主成分で，段階では酸化が進んでＮＯ ₃ −Ｎが増えＮＨ ₄ −Ｎは減ってくる。 有機態窒素は原流水では％以上を占めるが、沈殿槽ではほとんどなくなった。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、産業廃棄物を利用し高効率で安価な耐久性のある組成、内部構造、形状を有するセラミックス担体でありその条件を満たす多孔質セラミックス担体として下記の成果を得た。

【００３０】（１）無機質の産業廃棄物及び有機質の産業廃棄物の特性を利用し、無機質原料は組成に特性を利用し、有機質原料は内部構造に特性を利用した。

【００３１】（２）物理、生化学的に安定させることについては今までの経験を生かして、組成的に珪酸質とし酸化鉄の含有量を少なくした。 焼成温度は１１５０℃〜
１２００℃とし、ゼオライトの焼結化により機械的強度を持たせ安定化させることができた。 担体の化学組成はＳｉＯ ₂ ７１．１％，Ａｌ ₂ Ｏ ₃ １９．６％，Ｆｅ ₂ Ｏ
₃ １．０％である。

【００３２】（３）内部構造は繊維断面が鎖状に空孔になっている天然繊維原料と有機繊維原料及び有機物の特性を利用し、気孔率・気孔径の制御とそれらの連続気孔化を図ると共に担体表面を粗にし又イオン交換能の高い天然ゼオライト及び微生物の堆積物である多孔質の珪藻土の特性を利用し、微生物との親和性を向上させ表面積の増大と有効気孔により微生物量を増大させることについて見掛比重０．５７８、気孔率７１．４％、平均気孔径３１．７μｍ、吸水率１００．５％の値を示し、顕微鏡観察で細菌の付着が外表面より５ｍｍの深度迄確認され目的を達せられた。

【００３３】（４）実際に使用に耐える機械的強度を持たせることは、形状的には生物膜槽内の循環流に対し抵抗性を小さくし、表面積は大きく又機械的強度値も高くなる中孔の丸棒（φ２０，長２００ｍｍ）とし、使用原料の粒度分布の調整及び押し出し成型機を改造することで均質な成型体を得ることができ、更に１１５０℃〜１
２００℃間で焼成することで天然ゼオライトの焼結特性を利用して、曲げ強度３０（ｋｇ／ｃｍ ² ）台の値を示すセラミック担体が得られた。 以上の物性値を有することで排水処理装置内の循環流及びエヤレーション等に十分耐える強度を有するセラミック担体が得られた。

【００３４】（５）生物膜法排水処理装置による性能評価試験の結果ＳＳ−ＢＯＤ共に活性汚泥法による除去率９０〜９７％と同程度の結果を得られたことで成果を収められた。

【００３５】（６）反応槽のセラミックス担体に生息する微生物群は食物環が大きく複雑で高濃度に保持されているので負荷変動の対応力がありバルキングを起こしにくい。

【００３６】（７）セラミックス担体には高濃度の微生物が付着しているので負荷面積を高くできコンパクト化が可能である。

【００３７】（８）排水は生物膜排水処理装置内のセラミックスフィルター担体に生息する微生物群の生物学的利用により浄化される。 このとき効率的な条件でのエヤーレーションと循環流により排水の浄化効率が高くなりランニングコストを下げることができる。

【００３８】（９）最適条件でのセラミック担体の充填と担体間の空間を取ることで目詰まりがなく、逆洗の必要がないので運転操作がやさしくなる。

【００３９】（１０）最近ＣＯ ₂の増大による地球温暖化、オゾン層の破壊、森林の減少と砂漠化の進行等地球規模の環境問題が深刻化している。 水環境も例外ではなく、河川や湖・海洋へと汚染は拡大し、ますます多様化・複雑化・広域化の様相を示しているが、本発明の生物膜法排水処理用セラミックス微生物担体により、生活排水工場排水等の適正処理を行ない安定化させることが可能となり、水の再利用等有効利用が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る生物膜法排水処理装置の例を示す概略図である。

【図２】 本発明に係るセラミックス微生物接触担体の例を示す斜視図である。

【図３】 ＳＳ状態を示すグラフである。

【図４】 ＢＯＤ状態を示すグラフである。

【図５】 ＣＯＤ状態を示すグラフである。

【図６】 窒素の処理状態を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 原水ピット、２ 計量槽２、３〜６ 生物膜接触槽、７ 沈殿槽、８ 汚泥貯留槽