特開 2023-161611 微生物担持体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023161611

(43)【公開日】2023-11-08

(54)【発明の名称】微生物担持体

(51)【国際特許分類】

   C02F 3/10 20230101AFI20231031BHJP

   C02F 3/04 20230101ALI20231031BHJP

【ＦＩ】

C02F3/10 Z

C02F3/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022072036

(22)【出願日】2022-04-26

(71)【出願人】

【識別番号】000003687

【氏名又は名称】東京電力ホールディングス株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】304021288

【氏名又は名称】国立大学法人長岡技術科学大学

(74)【代理人】

【識別番号】100120400

【弁理士】

【氏名又は名称】飛田 高介

(74)【代理人】

【識別番号】100124110

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 大介

(72)【発明者】

【氏名】矢嶌 健史

(72)【発明者】

【氏名】吉澤 厚文

(72)【発明者】

【氏名】福田 浩二

(72)【発明者】

【氏名】山口 隆司

(72)【発明者】

【氏名】幡本 将史

(72)【発明者】

【氏名】渡利 高大

(72)【発明者】

【氏名】ヌルアデリンビンティ アブバカル

(72)【発明者】

【氏名】三輪 徹

【テーマコード（参考）】

4D003

【Ｆターム（参考）】

4D003AA02

4D003AB06

4D003AB08

4D003EA03

4D003EA18

4D003EA21

(57)【要約】

【課題】有機性排水の処理に使用した後に産業廃棄物として処理する必要がなく、産業廃棄物の削減ひいては環境負荷を軽減することが可能な微生物担持体を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明にかかる微生物担持体（担持体３００）の構成は、散水ろ床法において有機性排水である流体を循環させる処理タンク１１０内に充填され好気性微生物を担持する微生物担持体であって、生分解性繊維からなることを特徴する。また上記生分解性繊維はヤシガラであるとよい。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

散水ろ床法において有機性排水である流体を循環させる処理タンク内に充填され好気性微生物を担持する微生物担持体であって、
生分解性繊維からなることを特徴とする微生物担持体。

【請求項2】

前記生分解性繊維はヤシガラであることを特徴とする請求項１に記載の微生物担持体。

【請求項3】

当該微生物担持体は、表面に前記生分解性繊維の毛先が向いたブラシ状であることを特徴とする請求項１または２に記載の微生物担持体。

【請求項4】

当該微生物担持体は、前記生分解性繊維からなるマットを円柱形に打ち抜いて形成されていることを特徴とする請求項３に記載の微生物担持体。

【請求項5】

当該微生物担持体は、前記生分解性繊維からなるマットを円板型に打ち抜いて、生分解性の留め具で円柱形に複数連結して形成されていることを特徴とする請求項３に記載の微生物担持体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、散水ろ床法において有機性排水である流体を循環させる処理タンク内に充填され好気性微生物を担持する微生物担持体に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から有機性排水の処理に好気性微生物が用いられている（生物学的処理）。かかる好気性微生物を活性化させるためには酸素を供給する必要がある。好気性微生物への酸素の供給方法の１つとして散水ろ床法がある。散水ろ床法では、処理槽内に被処理水を散水し、処理槽内に充填された充填材（砕石等）の表面に形成された生物膜と被処理水との接触反応によって被処理水内の対象物質を分解処理している。

【0003】

散水ろ床法では、被処理水が処理槽内を流下する際に空気に接触することで、被処理水に酸素が溶け込む。このため、曝気を不要とすることができ、曝気に要する装置コスト等の削減を図ることが可能であった。しかしながら散水ろ床法では、被処理水が処理槽内を流下する時間が短いため、充填材の生物膜と被処理水とが接触反応する時間を十分に取れず、処理効率の向上が課題となっていた。

【0004】

上記課題の解決方法として、ＤＨＳ法（Downflow Hanging Sponge）が近年開発された。ＤＨＳ法では、スポンジ担体を充填した反応槽の上部から被処理水を散水し、被処理水がスポンジ担体上に増殖している微生物と接触しながら流下することで対象物の分解処理を行っている。充填材であるスポンジ担体と被処理水とが接触反応する時間を十分に得ることができる。また散水ろ床法で用いられる充填材の表面のみに薄い生物膜が形成されているのに対して、ＤＨＳ法で用いられるスポンジ担体では内部にも微生物が生息している。これらにより、ＤＨＳ法は被処理水の処理効率の向上を図ることが可能となっている。

【0005】

例えば特許文献１には、ＤＨＳ法を用いた散水式浄化装置が開示されている。特許文献１では、中空のタンク内に形成された処理空間に充填材としての保水体を充填している。かかる保水体は、処理空間内に充填配置された状態で内側に通気路を形成可能な保形性を有する筒状芯材を有し、筒状芯材の内外表面に微生物を付着育成可能な繊維材料または多孔質材料からなる被覆担体層が形成されている。筒状芯材の通気路は、被覆担体層に微生物が付着育成された状態で通気自在に開放される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第５７３９１９１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

散水式浄化装置の保水体（微生物担持体）は、長期使用によって担体のスポンジの詰まり等によって処理効率が低下したら交換する必要がある。このとき、特許文献１の保水体は、筒状芯材としてポリエチレンを用い、被覆担体層としてポリエステルを用いているため、使用後の保水体は産業廃棄物として処分することとなる。すると特許文献１の保水体は、有機性排水の処理には寄与できるものの、産業廃棄物の削減ひいては環境保全の観点においては更なる改善の余地がある。

【0008】

本発明は、このような課題に鑑み、有機性排水の処理に使用した後に産業廃棄物として処理する必要がなく、産業廃棄物の削減ひいては環境負荷を軽減することが可能な微生物担持体を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明にかかる微生物担持体の代表的な構成は、散水ろ床法において有機性排水である流体を循環させる処理タンク内に充填され好気性微生物を担持する微生物担持体であって、生分解性繊維からなることを特徴とする。また上記生分解性繊維はヤシガラであるとよい。

【0010】

当該微生物担持体は、表面に生分解性繊維の毛先が向いたブラシ状であるとよい。また当該微生物担持体は、生分解性繊維からなるマットを円柱形に打ち抜いて形成されているとよい。または当該微生物担持体は、生分解性繊維からなるマットを円板型に打ち抜いて、生分解性の留め具で円柱形に複数連結して形成されているとよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、有機性排水の処理に使用した後に産業廃棄物として処理する必要がなく、産業廃棄物の削減ひいては環境負荷を軽減することが可能な微生物担持体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】有機性排水処理システムを備える排水処理設備を例示する図である。

【図2】図１の有機性排水処理システムの概略図である。

【図3】本実施形態にかかる担持体の実施例および比較例を例示する図である。

【図4】生分解性繊維のマットであるヤシガラ繊維マットを例示する図である。

【図5】本実施形態の担持体および比較例の排水処理性能について説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0014】

（排水処理設備２００）
図１は、有機性排水処理システム（以下、処理システム１００と称する）を備える排水処理設備２００を例示する図である。図１に例示する排水処理設備２００は、沈殿タンク２１０、処理タンク１１０、砂ろ過タンク２２０および貯留タンク２３０を含んで構成される。

【0015】

排水処理設備２００では、河川等からの水（有機性排水）がポンプ２０２によって沈殿タンク２１０に送られる。沈殿タンク２１０では、砂等の固形物の沈殿物除去処理が行われる。沈殿物除去処理が行われた処理水はポンプ２１２によって本実施形態の処理タンク１１０に送られる。処理タンク１１０では、後述する好気性微生物を用いた生物学的処理による処理水中の有機物の分解処理、および硝化菌によるアンモニア態窒素の硝化処理が行われる。

【0016】

有機物の分解処理等が行われた処理水は、処理システム１００の浄水ポンプ１４０によって砂ろ過タンク２２０に送られる。砂ろ過タンク２２０では、細かな固形物の除去処理が行われる。固形物の除去処理が行われた処理水は貯留タンク２３０に送られる。貯留タンク２３０は、砂ろ過タンク２２０から送られた処理水を貯留し、活性炭を用いた有害物質の吸着処理や消毒処理等の仕上げ処理を行う。仕上げ処理を行われた処理水は、ポンプ２３２によって外部の水使用設備に供給される。

【0017】

（処理システム１００）
図２は、図１の有機性排水処理システム（処理システム１００）の概略図である。図２に例示するように本実施形態の処理システム１００は、有機性排水である流体を貯留する処理タンク１１０を備える。処理タンク１１０には、沈殿タンク２１０のポンプ２１２が供給管１０２を介して接続されていて、沈殿タンク２１０における沈殿物除去処理後の流体が供給管１０２を介して供給される。供給管１０２は処理タンク１１０の上部に配置されたノズル１２０と接続されていて、処理タンク１１０に供給された流体はノズル１２０によって処理タンク１１０内に散水される。

【0018】

図２に示す処理タンク１１０の内部には、好気性微生物を担持する本実施形態の微生物担持体（以下、担持体３００と称する）が収容されている。上述したようにノズル１２０から散水された流体は、処理タンク１１０内を流下する際に担持体３００と接触する。これにより、担持体３００が担持している好気性微生物（不図示）との接触反応が生じ、流体に含まれている有機物が分解処理される。なお、本実施形態の担持体３００については後に詳述する。

【0019】

担持体３００を通過した流体は、処理水として処理タンク１１０の下部に貯留され、所定のタイミングにおいて浄水ポンプ１４０によって浄水経路１４２を通じて汲み上げられる。汲み上げられた処理水は、所定量が送出経路１４４を通じて外部設備（不図示）に送出され、それ以外は循環経路１４６を通じて処理タンク１１０に循環する。

【0020】

図２に示す処理システム１００には、浄水ポンプ１４０の経路すなわち浄水経路１４２に、空気を吸引し且つ微細気泡化するエジェクタ１５０が配置されている。これにより、浄水ポンプ１４０によって処理タンク１１０の下部から汲み上げられた処理水には、エジェクタ１５０を通過することで空気の微細気泡（マイクロバブル）が供給される。そしてエジェクタ１５０を通過した処理水は、エジェクタ１５０の下流側と連通しているノズル１２０によって処理タンク１１０内に散水される。

【0021】

微細気泡は表面積が大きくなるため酸素が水に溶けやすく、水の酸素濃度を高めることができ、微細気泡を供給された水は溶存酸素の量が増加する。したがって、溶存酸素を多く含んだ処理水を処理タンク１１０内に散水することで、処理タンク１１０全体に効率的に酸素を供給することができる。その結果、処理タンク１１０全体において担持体３００に担持されている好気性微生物を活性化することができ、有機性排水の処理効率の更なる向上を図ることが可能となる。

【0022】

また上述したようにエジェクタ１５０を用いることにより、強制通風を行うことなく、すなわち処理タンク１１０への空気供給量を最小化しながら空気ひいては酸素を処理水に供給することができる。したがって、強制通風を行った際に生じる周囲への臭気の拡散を回避することが可能である。

【0023】

図２に示す処理システム１００には更に、処理タンク１１０と浄水ポンプ１４０とを連結する連結経路１４８には、処理タンク１１０の下部に貯留された処理水の水位を検知する水位センサ１６０と、浄水ポンプ１４０の動作を制御する制御部１９０とが設けられている。

【0024】

制御部１９０は、浄水ポンプ１４０が検知した処理水の水位が所定値以上になったら浄水ポンプ１４０を動作させる。かかる構成によれば、処理タンク１１０の下部に処理水がある程度貯まったら、浄水ポンプ１４０によって汲み上げられた処理水の一部が外部に送出される。したがって、処理タンク１１０が満量になって処理水が処理タンク１１０から溢れ出てしまうことを好適に防ぐことができる。

【0025】

またぬめり（バイオフィルム）や固形物を多く含んだ排水が流れ込む等によって担持体３００が目詰まりすると、ノズル１２０から散水された流体（処理水）は、担持体３００に捕捉されることなく処理タンク１１０の下部に流下する。このため、流体と担持体３００との接触反応の効率が低下するとともに、水位の上昇速度が上がる。このような場合に水位センサ１６０が水位に応じて浄水ポンプ１４０を動作させることで、浄水ポンプ１４０の起動回数が増え、担持体３００への酸素供給量を増加させることができる。したがって、流体と担持体３００との接触反応の効率を上昇させることが可能となる。

【0026】

一方、水位センサ１６０は、処理水の水位が所定値未満となったら浄水ポンプ１４０を停止させる。かかる構成によれば、処理タンク１１０の内部の処理水が極めて少なくなったら、外部設備（不図示）への処理水の送出が停止され、処理水が処理タンク１１０に貯留される。これにより、担持体３００の乾燥を抑制し、担持体３００に担持された好気性微生物の死滅を防ぐことが可能となる。

【0027】

また本実施形態の処理システム１００は、処理タンク１１０の天面となる蓋１７０を備え、ノズル１２０は蓋１７０の下面に向かって処理水を散水する。これにより、ノズル１２０によって処理水を単に（下方に向かって）散水する場合に比して、処理水をより広い範囲に均等且つ効率的に散水することができる。したがって、好気性微生物の活性化を促進し、有機性排水の処理効率をより高めることが可能となる。

【0028】

（担持体３００）
本実施形態の担持体３００は、上述したように散水ろ床法において有機性排水である流体を循環させる処理タンク内に充填され好気性微生物を担持する。本実施形態の特徴として担持体３００には生分解性繊維が用いられる。かかる構成によれば、担持体３００そのものもゆっくりと生分解されるため、廃棄物の量を削減することができる。分解速度は、一例として、処理水に含まれる有機物質が数日のサイクルで分解されるのに対し、担持体３００は一年程度で分解される。また使用後の担持体３００を肥料として用いることができるため再利用が可能である。

【0029】

したがって本実施形態の担持体３００によれば、有機性排水の処理に使用した後に産業廃棄物として処理する必要がなく、産業廃棄物の削減ひいては環境負荷を軽減することが可能である。なお、担持体３００が処理タンク１１０内において生分解されて減量した際には担持体３００を追加で補充すればよい。

【0030】

また従来のＤＨＳ法において保水体に用いられる発泡材では、微細孔の径（例えば０．３～２．０ｍｍ）を超える固形物が表面に堆積したりぬめりが増えたりして目詰まりが生じ、表層流れが発生しやすい傾向があった。これに対し、発泡材に替えて繊維材を用いることにより、固形物を内部に取り込み、微生物を接触させることができるため、表層流れの発生を抑制することが可能である。加えて繊維材を用いることにより、担持体３００の内部への酸素供給が促進され、好気性微生物による有機性排水中の有機物の分解処理効率を向上させることが可能である。

【0031】

上記の生分解性繊維としてはヤシガラを好適に用いることができる。ヤシガラは流通量が多いため、安価であり、且つ入手が容易である。またヤシガラはある程度の剛性を有するため、縦方向に積み上げても（例えば１ｍ）、変形が生じにくいという利点がある。

【0032】

更にヤシガラを用いた担持体３００は、従来のように担持した微生物によって有機性排水に含まれる有機物を分解する機能に加え、透水性が高いため有機性排水中の浮遊物質をろ過して捕捉することが可能である。なお生分解性繊維は、ヤシガラに限定されず、木材やサトウキビ、もみ殻等の他の材料を用いることも可能である。

【0033】

また担持体３００は、表面に生分解性繊維の毛先が向いたブラシ状であるとよい。「表面に毛先が向いている」とは、担持体３００の表面に毛先の切断面があることを意味している。これにより、担持体３００の表面にぬめりが生じても生分解性繊維の毛先（先端）がぬめりから突出した状態となる。したがって、有機性排水と好気性微生物との接触面積を十分に確保することができ、処理効率を好適に維持することが可能となる。

【0034】

図３は、本実施形態にかかる担持体３００の実施例および比較例を例示する図である。図３（ａ）は、実施例１の担持体３００ａの斜視図である。図３（ｂ）は、実施例２の担持体３００ｂの斜視図である。図３（ｃ）は、実施例３の担持体３００ｃの斜視図である。図３（ｄ）は、比較例の担持体３０の斜視図である。

【0035】

図３（ａ）に示す実施例１の担持体３００ａは、生分解性繊維からなる円柱である。図３（ｂ）に示す実施例２の担持体３００ｂは、生分解性繊維からなる複数の円板３１０を円柱状に積層し、複数の円板３１０を生分解性の留め具３２０によって連結して構成されている。

【0036】

実施例１の担持体３００ａおよび実施例２の担持体３００ｂの円板３１０は、カッタ等の工具（不図示）によって生分解性繊維のマットを打ち抜いて形成するとよい。これにより、担持体３００ａおよび担持体３００ｂ（厳密には円板３１０）の表面が切りっぱなしになるため、生分解性繊維の毛先が表面に向いたブラシ状となり、特段の表面加工処理を行うことなく上述した効果を得ることができる。

【0037】

具体的には、実施例１の担持体３００ａであれば、厚いマットを用いることにより１回の打ち抜き（工程）で製造可能である。実施例２の担持体３００ｂの円板３１０であれば、薄いマットを用いることにより打ち抜きを容易に行うことができる。

【0038】

図３（ｃ）に示す実施例３の担持体３００ｃは、生分解性繊維のマットを渦巻状に巻いて円柱３３０を作成し、円柱３３０の外面を生分解性のバンド３４０で締結して構成されている。かかる構成によっても、上記と同様の効果を得ることができる。ただし実施例３の担持体３００ｃは、繊維の毛先が担持体の表面に向いている割合が少ない。

【0039】

図４は、生分解性繊維のマットであるヤシガラ繊維マットを例示する図である。図４に示すヤシガラ繊維マットは、ロープ状のヤシ繊維をニードルパンチによってシート状に成型されて形成されている。上述した実施例１の担持体３００ａ、実施例２の担持体３００ｂおよび実施例３の担持体３００ｃとしては、図４に示すヤシガラ繊維マットを好適に用いることができる。

【0040】

図３（ｄ）に示す比較例の担持体３０は、好気性微生物を担持し且つ水を吸収する多孔質体３２、および多孔質体３２の形状を保持する枠体３４を含んで構成される。多孔質体３２としては、無数の微小な孔を有する高分子材料、例えばスポンジ等が用いられていて、枠体３４としては、剛性の高い合成樹脂材料が用いられている。

【0041】

図５は、本実施形態の担持体３００および比較例の排水処理性能について説明する図である。図５（ａ）は、流入水および処理水のＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）の変化を説明する図である。図５（ｂ）は、流入水および処理水のＳＳ（浮遊物質量）の変化を説明する図である。図５（ｃ）は、流入水および処理水のＣＯＤ－ｓｏｌｕｂｅ（溶解性化学酸素要求度）の変化を説明する図である。

【0042】

図５（ａ）－（ｃ）では、本実施形態の３００として実施例Ｃの担持体を用いている。流入水は下水であり、処理水は実施例Ｃの担持体または比較例の担持体３０が充填された処理タンク１１０を通過した水である。

【0043】

図５（ａ）を参照すると、例えば流入水ＢＯＤが３０００ｍｇ／Ｌのとき、処理水ＢＯＤは、実施例Ｃの担持体を用いた場合が４００ｍｇ／Ｌであり、比較例の担持体３０を用いた場合が８００ｍｇ／Ｌである。このことから、本実施形態のように生分解性繊維であるヤシガラを用いることにより、従来のスポンジを用いた担持体３０に比してＢＯＤすなわち処理水に含有される汚染物質の量を半減できることがわかる。

【0044】

図５（ｂ）を参照すると、例えば流入水ＳＳが４０００ｍｇ／Ｌのとき、処理水ＳＳは、実施例Ｃの担持体を用いた場合が３５０ｍｇ／Ｌであり、比較例の担持体３０を用いた場合が５００ｍｇ／Ｌである。このことから、従来のスポンジに替えて本実施形態のように生分解性繊維（ヤシガラ）を用いることにより、処理水に含まれる固形物を好適に補足することができ、処理水の濁度を従来に比して３０％低下させられることが理解できる。またこのことは、従来ＤＨＳに用いられる担持体が一般的に２００ｍｇ/Ｌ以下の低濃度で使用されるのに対し、実施例Ｃの担持体はショックロード(異常高濃度の固形分または溶解物質を含む排水が流入した場合)に十分対応できることも意味する。

【0045】

図５（ｃ）を参照すると、流入水ＣＯＤ－ｓｏｌｕｂｅが同じ濃度であった場合、比較例の担持体３０を通過した処理水のＣＯＤ－ｓｏｌｕｂｅよりも、実施例Ｃの担持体を通過した処理水のＣＯＤ－ｓｏｌｕｂｅの方が低くなる傾向があることがわかる。このことから、本実施形態のように生分解性繊維であるヤシガラを用いた担持体３００は、従来のスポンジ製の担持体３０よりも流入水に溶解している汚染物質をより効率的に処理可能であることがわかる。

【0046】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0047】

本発明は、散水ろ床法において有機性排水である流体を循環させる処理タンク内に充填され好気性微生物を担持する微生物担持体として利用することができる。

【符号の説明】

【0048】

３０…担持体、１００…処理システム、１０２…供給管、１１０…処理タンク、１２０…ノズル、１４０…浄水ポンプ、１４２…浄水経路、１４４…送出経路、１４６…循環経路、１４８…連結経路、１５０…エジェクタ、１６０…水位センサ、１９０…制御部、２００…排水処理設備、２０２…ポンプ、２１０…沈殿タンク、２１２…ポンプ、２２０…過タンク、２３０…貯留タンク、２３２…ポンプ、３００…担持体、３００ａ…担持体、３００ｂ…担持体、３００ｃ…担持体、３１０…円板、３２０…留め具、３３０…円柱、３４０…バンド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】