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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-17
(45)【発行日】2024-01-25
(54)【発明の名称】微生物担体及び廃液処理方法
(51)【国際特許分類】
C12N 11/00 20060101AFI20240118BHJP
C12N 11/084 20200101ALI20240118BHJP
C02F 3/34 20230101ALI20240118BHJP
C02F 3/10 20230101ALI20240118BHJP
【ＦＩ】
C12N11/00
C12N11/084
C02F3/34 Z
C02F3/10 A
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2019199827
(22)【出願日】2019-11-01
(65)【公開番号】P2021069351
(43)【公開日】2021-05-06
【審査請求日】2022-10-04
(73)【特許権者】
【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】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】幡本 将史
(72)【発明者】
【氏名】シッタカーン シッティ
(72)【発明者】
【氏名】山口 隆司
(72)【発明者】
【氏名】渡利 高大
【審査官】西 賢二
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１９／１１７２４２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２００７／０００９４２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平１０－２３０２９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０１－２０７１９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６０－１８３０９５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ１２Ｎ １１／００－１３／００
Ｃ１２Ｍ １／００－３／１０
Ｃ０２Ｆ ３／０２－３／１０
Ｃ０２Ｆ ３／２８－３／３４
Ｂ０９Ｂ １／００－５／００
Ｂ０９Ｃ １／００－１／１０
Ｃ０２Ｆ １１／００－１１／２０
Ｃ１２Ｐ １／００－４１／００
ＣＡｐｌｕｓ／ＭＥＤＬＩＮＥ／ＥＭＢＡＳＥ／ＢＩＯＳＩＳ（ＳＴＮ）
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基材と、前記基材に含有された粒子状の導電性物質と、を備え、
メタン生成古細菌及びプロテオバクテリアを含むプロピオン酸分解微生物群集を保持しており、
平均サイズが２．７μｍ～４．１μｍの微細孔を有する、
微生物担体。
【請求項2】
前記導電性物質として、活性炭粒子、マグネタイト粒子及び凝灰岩粒子のうち、少なくともいずれかを含む、請求項１記載の微生物担体。
【請求項3】
前記導電性物質の含有量は前記基材の重量を１００重量％とした場合に、２．５重量％以上１０重量％以下の範囲にある、請求項１又は請求項２記載の微生物担体。
【請求項4】
前記基材は、ＰＶＡを含む、請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の微生物担体。
【請求項5】
有機物を含む廃液に、基材と前記基材に含有された粒子状の導電性物質とを備え、メタン生成古細菌及びプロテオバクテリアを含むプロピオン酸分解微生物群集を保持しており、平均サイズが２．７μｍ～４．１μｍの微細孔を有する微生物担体を添加する工程と、前記廃液中の前記微生物担体量を一定範囲内に維持し、前記廃液中の前記有機物の分解を促進する工程と、
を備えた廃液処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、微生物担体及びこれを用いた廃液処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、嫌気性処理を促進する目的で、導電性物質の粉末/粒状物を反応槽に投入し、廃水処理におけるメタン生成を高速化する手法が提案されている。
また、微生物担体をメタン発酵槽に添加することで、微生物担体上に微生物を増殖させ、メタン生成効率を向上する手法が提案されている。
また、微生物担体をメタン発酵槽に添加することで、微生物担体上に微生物を増殖させ、メタン生成効率を向上する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００１－０８９５７４号公報
【文献】特開２０１１－０６２１９５号公報
【文献】特開２０１１－２１１９７７号公報
【文献】特開２０１１－２１２５１３号公報
【文献】特開２０１６－２０３０２９号公報
【文献】特開２０１９－０５５３９３号公報
【文献】特開２０１９－１０３４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来技術においては、反応槽に投入した導電性物質のサイズは小さいため、汚泥と混じってしまうとフィルタリング処理により分離することが容易ではなく、汚泥と共に流出して回収できずにその量が減少してしまう虞があった。このため、嫌気性処理を継続的に促進するためには、新たに導電性物質を追加する必要があり、廃水処理能力を維持するために、廃水処理コストが増加することとなっていた。
【0005】
また微生物担体を添加した場合、微生物担体上で増殖する微生物を選択することはできないため、廃水処理に必ずしも貢献しないという問題点があった。また仮に単独の微生物のみを微生物担体に包括固定化しても処理の向上はあまり期待できない虞もあった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、嫌気性処理を促進し、かつ、微生物を安定して保持可能な微生物担体及びこれを用いた廃液処理方法を提供する。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、嫌気性処理を促進し、かつ、微生物を安定して保持可能な微生物担体及びこれを用いた廃液処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決する本発明の一観点に係る実施形態の微生物担体は、基材と、基材に含有された粒子状の導電性物質と、を備え、メタン生成古細菌及びプロテオバクテリアを含むプロピオン酸分解微生物群集を保持しており、平均サイズが２．７μｍ～４．１μｍの微細孔を有するものである。
【0007】
また、本発明の他の一観点に係る廃液処理方法は、有機物を含む廃液に、基材と基材に含有された粒子状の導電性物質とを備え、メタン生成古細菌及びプロテオバクテリアを含むプロピオン酸分解微生物群集を保持しており、平均サイズが２．７μｍ～４．１μｍの微細孔を有する微生物担体を添加する工程と、廃液中の前記微生物担体量を一定範囲内に維持し、廃液中の前記有機物の分解を促進する工程と、を備えるものである。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
次に実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、実施形態の微生物担体の製造方法の説明図である。
以下の説明においては、微生物担体を構成する基材として、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）用いる場合について説明する。
図１は、実施形態の微生物担体の製造方法の説明図である。
以下の説明においては、微生物担体を構成する基材として、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）用いる場合について説明する。
【0010】
（微生物担体の製造方法）
図１は、微生物担体を構成する粒状担体の製造処理の処理フローチャートである。
この場合において、微生物担体の製造には、第１担体作製溶液及び第２担体作製溶液を用いて、第２担体作製溶液中に第１担体作製溶液を滴下することにより行っている。
図１は、微生物担体を構成する粒状担体の製造処理の処理フローチャートである。
この場合において、微生物担体の製造には、第１担体作製溶液及び第２担体作製溶液を用いて、第２担体作製溶液中に第１担体作製溶液を滴下することにより行っている。
【0011】
まず、第１担体作製溶液を調製し、導電性物質を添加する（ステップＳ１１）。
より詳細には、第１担体作製溶液は、所望量の水に所定割合のＰＶＡ粉末及びアルギン酸ナトリウムを入れて、混合し、所定温度に熱しつつ攪拌し、完全に溶解させる。さらにこの状態で所定量、かつ、所定の大きさを有する導電性物質（活性炭、マグネタイトあるいは凝灰岩）を添加し、分散するように攪拌する。その後、所定温度に冷却する。
より詳細には、第１担体作製溶液は、所望量の水に所定割合のＰＶＡ粉末及びアルギン酸ナトリウムを入れて、混合し、所定温度に熱しつつ攪拌し、完全に溶解させる。さらにこの状態で所定量、かつ、所定の大きさを有する導電性物質（活性炭、マグネタイトあるいは凝灰岩）を添加し、分散するように攪拌する。その後、所定温度に冷却する。
【0012】
また、第１担体作製溶液の調製と並行して、第２担体作製溶液を調製する（ステップＳ１２）。
より詳細には、第２担体作製溶液は、所望量の水に所定割合のホウ酸及び塩化カルシウムを入れて、混合し、攪拌して完全に溶解させる。
より詳細には、第２担体作製溶液は、所望量の水に所定割合のホウ酸及び塩化カルシウムを入れて、混合し、攪拌して完全に溶解させる。
【0013】
そして、第１担体作製溶液を第２担体作製溶液中に滴下する（ステップＳ１３）。これにより、滴下された第１担体作製溶液は、第２担体作製溶液中でゲル状のＰＶＡ粒体として形成される。
【0014】
その後、所定濃度の硫酸ナトリウムである強度増強液を調製し（ステップＳ１４）、調製した強度増強液にゲル状のＰＶＡ粒体を所定時間浸漬させて（ステップＳ１５）、ＰＶＡ粒体の強度を高めることで微生物を保持し嫌気性処理に使用可能なＰＶＡ担体（粒状担体）を製造できる。
【0015】
図２は、粒状担体の概観図である。
粒状担体は、球形の粒形状を有しており、大きさは、およそ２ｍｍ以上８ｍｍ以下程度の大きさとなっている。実用的には、比表面積、強度、取り扱いの容易さ等から、微生物担体の大きさは、平均粒子径として３ｍｍ以上４ｍｍ以下の範囲にあることが好ましい。なお、ここで「平均粒子径」とは算術平均により求められる粒子径である。
粒状担体は、球形の粒形状を有しており、大きさは、およそ２ｍｍ以上８ｍｍ以下程度の大きさとなっている。実用的には、比表面積、強度、取り扱いの容易さ等から、微生物担体の大きさは、平均粒子径として３ｍｍ以上４ｍｍ以下の範囲にあることが好ましい。なお、ここで「平均粒子径」とは算術平均により求められる粒子径である。
【0016】
次に得られた粒状担体に微生物を付着させて保持させ、微生物担体とする方法について説明する。
図３は、粒状担体に微生物を付着させる場合の処理フローチャートである。
まず、所定の大きさのバイアル瓶に所定量の嫌気性汚泥、所定量の培地、基質となる所定量（＝バイアル瓶内における最終濃度が所定濃度となる量に相当）のプロピオン酸又はその塩（例えば、プロピオン酸ナトリウム）を加える培地調製を行う（ステップＳ２１）。
続いて、培地調整後の培地に所定量のＰＶＡ担体を添加する（ステップＳ２２）。
さらにバイアル瓶内の気層部を窒素ガスで置換する窒素パージを行い、バイアル瓶をゴム栓で密封する（ステップＳ２３）。
図３は、粒状担体に微生物を付着させる場合の処理フローチャートである。
まず、所定の大きさのバイアル瓶に所定量の嫌気性汚泥、所定量の培地、基質となる所定量（＝バイアル瓶内における最終濃度が所定濃度となる量に相当）のプロピオン酸又はその塩（例えば、プロピオン酸ナトリウム）を加える培地調製を行う（ステップＳ２１）。
続いて、培地調整後の培地に所定量のＰＶＡ担体を添加する（ステップＳ２２）。
さらにバイアル瓶内の気層部を窒素ガスで置換する窒素パージを行い、バイアル瓶をゴム栓で密封する（ステップＳ２３）。
【0017】
続いて、所定温度にて所定回転数で攪拌しながら培養する（ステップＳ２４）。
培養と並行して、メタン生成量測定、基質濃度測定等の培地チェックを行い（ステップＳ２５）、プロピオン酸が消費されているか否かを判定する（ステップＳ２６）。
培養と並行して、メタン生成量測定、基質濃度測定等の培地チェックを行い（ステップＳ２５）、プロピオン酸が消費されているか否かを判定する（ステップＳ２６）。
【0018】
ステップＳ２６の判定において、所定量以上のプロピオン酸が消費されている場合には（ステップＳ２６；Ｙｅｓ）、消費量に応じてプロピオン酸ナトリウムを添加して、バイアル瓶内におけるプロピオン酸濃度が所定濃度となるようにし（ステップＳ２７）、処理を再びステップＳ２５に移行して、培地チェックを行い、以下、上述したのと同様に処理を継続する。
【0019】
ステップＳ２６の判定において、所定量以上のプロピオン酸が消費されていなければ（ステップＳ２６；Ｎｏ）、所定の培養期間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２８）。
【0020】
ステップＳ２８の判定において、所定の培養期間が経過していない場合には（ステップＳ２８；Ｎｏ）、処理を再びステップＳ２４に移行して培養を継続する。
ステップＳ２８の判定において、所定の培養期間が経過した場合には（ステップＳ２８；Ｙｅｓ）、培養を終了する。
ステップＳ２８の判定において、所定の培養期間が経過した場合には（ステップＳ２８；Ｙｅｓ）、培養を終了する。
【0021】
これらの結果、プロピオン酸分解微生物群集の集積したＰＶＡ担体である微生物担体（以下、微生物ＰＶＡ担体という。）が得られる。なお、プロピオン酸分解微生物群集とは、プロピオン酸をメタンと二酸化炭素に分解することのできる微生物の群集をいい、具体的には、メタン生成古細菌（ユーリアーキオータ門：phylum Euryarchaeota）及びプロテオバクテリア門（phylum Proteobacteria）を含む。
【0022】
ここで、得られた微生物ＰＶＡ担体における微生物の集積状態について説明する。
図４は、微生物ＰＶＡ担体における微生物の集積状態の説明図である。
図４においては、比較のため導電性物質無添加の微生物ＰＶＡ担体（図４中、ＰＶＡと表記）、導電性物質として活性炭を添加した微生物ＰＶＡ担体（図４中、ＰＶＡ＿ＡＣと表記）、導電性物質としてマグネタイトを添加した微生物ＰＶＡ担体（図４中、ＰＶＡ＿ＭＴと表記）及び導電性物質として凝灰岩を添加した微生物ＰＶＡ担体（図４中、ＰＶＡ＿ＧＴと表記）中の微生物の集積状態を各微生物の存在割合（％）として表示している。
図４は、微生物ＰＶＡ担体における微生物の集積状態の説明図である。
図４においては、比較のため導電性物質無添加の微生物ＰＶＡ担体（図４中、ＰＶＡと表記）、導電性物質として活性炭を添加した微生物ＰＶＡ担体（図４中、ＰＶＡ＿ＡＣと表記）、導電性物質としてマグネタイトを添加した微生物ＰＶＡ担体（図４中、ＰＶＡ＿ＭＴと表記）及び導電性物質として凝灰岩を添加した微生物ＰＶＡ担体（図４中、ＰＶＡ＿ＧＴと表記）中の微生物の集積状態を各微生物の存在割合（％）として表示している。
【0023】
図４に示すように、実施形態に相当する活性炭、マグネタイトあるいは凝灰岩を添加した微生物ＰＶＡ担体は、メタン生成古細菌（ユーリアーキオータ門：phylum Euryarchaeota）が従来の導電性物質無添加の微生物ＰＶＡ担体と比較して、いずれの場合も１０倍以上多く集積していることが分かる。さらに真正細菌であるプロテオバクテリア門（phylum Proteobacteria）も従来の導電性物質無添加の微生物ＰＶＡ担体と比較して、いずれの場合も２倍以上多く集積していることが分かる。
すなわち、本実施形態の導電性物質を添加した微生物ＰＶＡ担体によれば、メタン生成に有効な細菌を高濃度で同時に保持できるため、メタン生成の高速化が可能になることが容易に理解できる。
すなわち、本実施形態の導電性物質を添加した微生物ＰＶＡ担体によれば、メタン生成に有効な細菌を高濃度で同時に保持できるため、メタン生成の高速化が可能になることが容易に理解できる。
【0024】
次に導電性物質として活性炭を添加した実施形態の微生物ＰＶＡ担体を用いた場合のメタン生成と活性炭添加量との関係について説明する。
図５は、酢酸溶液中に導電性物質として活性炭（ＡＣ）を、基材のＰＶＡ担体の重量を１００重量％とした場合に、２．５重量％、５重量％及び１０重量％添加した場合のメタン生成量と時間（日）との関係を説明する図である。
図５は、酢酸溶液中に導電性物質として活性炭（ＡＣ）を、基材のＰＶＡ担体の重量を１００重量％とした場合に、２．５重量％、５重量％及び１０重量％添加した場合のメタン生成量と時間（日）との関係を説明する図である。
【0025】
図５に示すように、活性炭を５重量％添加した場合が最もメタン生成量が多く、１２日経過時点でおよそ１２５０ｍｌとなっている。次に活性炭を２．５重量％添加した場合がメタン生成量が多く、１２日経過時点でおよそ１１００ｍｌとなっている。さらに、活性炭を１０重量％添加した場合がメタン生成量が多く、１２日経過時点でおよそ９００ｍｌとなっている。
【0026】
図６は、グルコース溶液中に導電性物質として活性炭（ＡＣ）を上記と同様、ＰＶＡ担体の重量を１００重量％とした場合に、２．５重量％、５重量％及び１０重量％添加した場合のメタン生成量と時間（日）との関係を説明する図である。
図５に示すように、活性炭を２．５重量％及び５重量％添加した場合がメタン生成量が多く、１２日経過時点でおよそ６００ｍｌとなっている。活性炭を１０重量％添加した場合はメタン生成量が１２日経過時点でおよそ５００ｍｌとなっている。
図５に示すように、活性炭を２．５重量％及び５重量％添加した場合がメタン生成量が多く、１２日経過時点でおよそ６００ｍｌとなっている。活性炭を１０重量％添加した場合はメタン生成量が１２日経過時点でおよそ５００ｍｌとなっている。
【0027】
これらの場合において、基材のＰＶＡ担体の重量を１００重量％とした場合に、活性炭を１０重量％添加した場合は、活性炭を２．５重量％添加した場合及び５重量％添加した場合と比較して、強度がやや低くなっていた。
また、いずれの場合においても、導電性物質である活性炭を２．５重量％未満とすると、活性炭添加量の低下に伴い、メタン生成量が急激に低下することがわかった。
また、いずれの場合においても、導電性物質である活性炭を２．５重量％未満とすると、活性炭添加量の低下に伴い、メタン生成量が急激に低下することがわかった。
【0028】
したがって、導電性物質の添加量としては、２．５重量％以上、１０重量％以下とするのが好ましい。
またこれらの結果に基づけば、メタン生成量を確保し、微生物担体の取り扱いを容易とするためには、導電性物質の添加量としては、３重量％以上、７重量％以下とするのがより好ましいと考えられた。
またこれらの結果に基づけば、メタン生成量を確保し、微生物担体の取り扱いを容易とするためには、導電性物質の添加量としては、３重量％以上、７重量％以下とするのがより好ましいと考えられた。
【0029】
さらに好ましくは、活性炭を５重量％添加した場合とメタン生成量を同等とするためには、導電性物質の添加量としては、４重量％以上、６重量％以下とするのがより好ましいと考えられた。
【0030】
図７は、実施形態と従来例におけるメタン生成速度の比較説明図である。
図７において、三角印の線は、導電性物質として活性炭を５重量％添加した微生物ＰＶＡ担体のメタン生成量と時間との関係を示している。また、菱形印の線は、導電性物質としてマグネタイトを、上記と同様、基材であるＰＶＡ担体の重量を１００重量％とした場合に５重量％添加した微生物ＰＶＡ担体のメタン生成量と時間との関係を示している。さらに、黒丸印の線は、従来の微生物ＰＶＡ担体（導電性物質無添加）のメタン生成量と時間との関係を示している。この場合において、各微生物ＰＶＡ担体として、図３に示した手順で培養し、微生物を付着、集積したものを用いている。
図７において、三角印の線は、導電性物質として活性炭を５重量％添加した微生物ＰＶＡ担体のメタン生成量と時間との関係を示している。また、菱形印の線は、導電性物質としてマグネタイトを、上記と同様、基材であるＰＶＡ担体の重量を１００重量％とした場合に５重量％添加した微生物ＰＶＡ担体のメタン生成量と時間との関係を示している。さらに、黒丸印の線は、従来の微生物ＰＶＡ担体（導電性物質無添加）のメタン生成量と時間との関係を示している。この場合において、各微生物ＰＶＡ担体として、図３に示した手順で培養し、微生物を付着、集積したものを用いている。
【0031】
図７に示すように、従来の微生物ＰＶＡ担体（導電性物質無添加）と比較して、実施形態の導電性物質として活性炭を５重量％添加した微生物ＰＶＡ担体及び導電性物質としてマグネタイトを５重量％添加した微生物ＰＶＡ担体は明らかにメタン生成速度及びメタン生成量の増加が認められた。
【0032】
（廃液処理方法）
図８は、実施形態の第１の廃水処理システムの説明図である。有機物を含む廃液に、上述の基材及び基材に含有された粒子状の導電性物質を備えた微生物担体を添加して、廃液中の前記有機物の分解を促進する、廃液処理方法を実施する。さらに、廃液処理に伴う微生物担体量の減少に伴う、処理対象廃液中の微生物担体量を適宜測定し、追加添加することにより、廃液中の微生物担体量を一定範囲内に維持することにより、より一層廃液中の前記有機物の分解を促進することができる。
ここで有機物とは、微生物によって分解可能なものである限りにおいて限定されず、例えば酢酸、プロピオン酸等の有機酸、グルコース、スクロース等の糖類、タンパク質等を例示することができる。これら有機物は嫌気性条件下において二酸化炭素とメタンに分解される。
図８は、実施形態の第１の廃水処理システムの説明図である。有機物を含む廃液に、上述の基材及び基材に含有された粒子状の導電性物質を備えた微生物担体を添加して、廃液中の前記有機物の分解を促進する、廃液処理方法を実施する。さらに、廃液処理に伴う微生物担体量の減少に伴う、処理対象廃液中の微生物担体量を適宜測定し、追加添加することにより、廃液中の微生物担体量を一定範囲内に維持することにより、より一層廃液中の前記有機物の分解を促進することができる。
ここで有機物とは、微生物によって分解可能なものである限りにおいて限定されず、例えば酢酸、プロピオン酸等の有機酸、グルコース、スクロース等の糖類、タンパク質等を例示することができる。これら有機物は嫌気性条件下において二酸化炭素とメタンに分解される。
【0033】
また、本実施形態に係る廃水処理システム１０は、完全混合型反応槽（完全混合型の嫌気性消化槽）１１と、固液分離槽（沈殿槽）１２と、フィルタ１３と、を備えている。
【0034】
完全混合型反応槽１１は、処理対象水（廃水）ＡＱ０が導入管ＰＩを介して導入されるとともに、微生物担体（例えば、上述の導電性物質を添加した微生物ＰＶＡ担体ＭＣ）が投入されて、それらを反応させて、処理後の処理対象水ＡＱ０を第１移送管ＰＴ１を介して固液分離槽１２に供給する。
【0035】
固液分離槽１２は、処理後の処理対象水ＡＱ０の固液分離を行い、導出管ＰＯ１を介して処理水ＡＱ１を導出し、第２移送管ＰＴ２を介して少量の処理水ＡＱ１、微生物ＰＶＡ担体ＭＣ及び汚泥ＭＤを導出する。
【0036】
フィルタ１３は、少量の処理水ＡＱ１、微生物ＰＶＡ担体ＭＣ及び汚泥ＭＤから微生物担体を分離して、汚泥ＭＤを第２導出管ＰＯ２から導出するとともに、所定の大きさ以上の有用な微生物ＰＶＡ担体ＭＣを戻し管ＰＢ及び導入管ＰＩを介して再び完全混合型反応槽１１に戻して再利用する。
【0037】
これらの結果、第１の廃水処理システム１０によれば、完全混合型反応槽１１においては、再利用された微生物ＰＶＡ担体ＭＣ及び新たに投入された微生物ＰＶＡ担体ＭＣにより微生物ＰＶＡ担体ＭＣの量を所定量以上に常時保つことができ、廃水処理能力を維持しつつ、廃水処理コストの低減が図れる。
【0038】
図９は、実施形態の第２の廃水処理システムの説明図である。
廃水処理システム２０は、ＵＡＳＢ槽等の固液分離が可能なグラニュール型反応槽２１を備えている。
廃水処理システム２０は、ＵＡＳＢ槽等の固液分離が可能なグラニュール型反応槽２１を備えている。
【0039】
グラニュール型反応槽２１は、処理対象水（廃水）ＡＱ０が導入管ＰＩを介して導入されるとともに、微生物担体（例えば、上述の導電性物質を添加した微生物ＰＶＡ担体ＭＣ）が投入されて、それらを反応させて、処理後の処理対象水ＡＱ０の固液分離を行い、導出管ＰＯ１を介して処理水ＡＱ１を導出する。
【0040】
この結果、グラニュール型反応槽２１においては、微生物担体微生物ＰＶＡ担体ＭＣを適宜投入することにより微生物担体の量を所定量以上に常時保つことができ、廃水処理能力を維持することができる。
【0041】
以上の説明のように、実施形態によれば、導電性物質及びメタン生成能力の高い微生物が保持された微生物ＰＶＡ担体ＭＣにより、嫌気性処理を促進しつつ、容易に微生物を保持することができる。
この結果、廃水処理システムにおいて、微生物保持担体の取り扱いを容易にしつつ、廃水処理能力を維持して、廃水処理コストの低減が図れる。
この結果、廃水処理システムにおいて、微生物保持担体の取り扱いを容易にしつつ、廃水処理能力を維持して、廃水処理コストの低減が図れる。
【0042】
以上の説明においては、微生物担体を構成する基材として、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）用いる場合について説明したが、基材としては、微生物が集積可能な微細孔が形成されつつ、導電性物質を添加しても担体としての形状を保てる力学的特性を有していればどのような材料であっても用いることが可能である。例えば、有機材料としてはＰＶＡ以外にも、水溶性ポリウレタン、ポリアクリル酸塩（ポリアクリル酸ナトリウム等）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等を用いることができる。さらに、アルミナ、シリカ等の無機材料も基材として用いることができる。特に集積する微生物に対する非毒性、親和性の観点からは、ＰＶＡ及びＰＥＧが好ましい。
【0043】
また、本実施例において、導電性物質は、導電性を備えたものである限りにおいて限定されるわけではないが、上述の活性炭、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）、凝灰岩の他、例えば、カーボンナノチューブ、フラーレン、黒鉛及びカーボンブラック等の炭素材料、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＦｅＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＭｇＯ、ＳｎＯ、ＩＴＯ等の金属酸化物等の導電性無機材料、更には樹脂に金属コートをした粒子等を例示することができる。
【実施例】
【0044】
次に実施例について説明する。
まず、導電性物質の大きさについて説明する。
実施例において、ＰＶＡに混合する導電性物質である活性炭、マグネタイト及び凝灰岩のサイズとしては、以下の通りである。
活性炭 ：０．３６～０．８５ｍｍ
マグネタイト：中心粒径 ５μｍ以下
凝灰岩 ：中心粒径 ３００ｎｍ
まず、導電性物質の大きさについて説明する。
実施例において、ＰＶＡに混合する導電性物質である活性炭、マグネタイト及び凝灰岩のサイズとしては、以下の通りである。
活性炭 ：０．３６～０．８５ｍｍ
マグネタイト：中心粒径 ５μｍ以下
凝灰岩 ：中心粒径 ３００ｎｍ
【0045】
次にＰＶＡ担体の微細孔の平均サイズについて説明する。
比較として、従来の導電性物質無添加のＰＶＡ担体の微細孔の平均サイズは、およそ０．９６μｍであった。
これに対し、導電性物質として、活性炭を５％添加したＰＶＡ担体の微細孔の平均サイズは、およそ２．７μｍであった。
比較として、従来の導電性物質無添加のＰＶＡ担体の微細孔の平均サイズは、およそ０．９６μｍであった。
これに対し、導電性物質として、活性炭を５％添加したＰＶＡ担体の微細孔の平均サイズは、およそ２．７μｍであった。
【0046】
同様に導電性物質として、マグネタイトを５％添加したＰＶＡ担体の微細孔の平均サイズは、およそ４．１μｍであった。
さらに導電性物質として、凝灰岩を５％添加したＰＶＡ担体の微細孔の平均サイズは、およそ３．１μｍであった。
さらに導電性物質として、凝灰岩を５％添加したＰＶＡ担体の微細孔の平均サイズは、およそ３．１μｍであった。
【0047】
すなわち、導電性物質を添加した実施例のＰＶＡ担体においては、導電性物質無添加のＰＶＡ担体の微細孔の平均サイズの２倍以上であり、この微細孔のサイズが主としてメタン生成古細菌、ひいては、プロピオン酸分解微生物の集積を促していると考えられた。
【0048】
次に再び図１を参照して、実施例の微生物ＰＶＡ担体（粒状担体）の製造方法について説明する。
まず、第１担体作製溶液を調製し、導電性物質を添加する（ステップＳ１１）。
より詳細には、実施例の第１担体作製溶液は、所望量の水に１０％（ｗ／ｖ）のＰＶＡ粉末及び０．５％（ｗ／ｖ）のアルギン酸ナトリウムを入れて、混合し、７０～８０℃に熱しつつ攪拌し、完全に溶解させる。さらにこの状態で所定量、かつ、上述した所定の大きさを有する導電性物質（活性炭、マグネタイトあるいは凝灰岩）を５％添加し、分散するように攪拌する。その後、５０℃程度に冷却する。
まず、第１担体作製溶液を調製し、導電性物質を添加する（ステップＳ１１）。
より詳細には、実施例の第１担体作製溶液は、所望量の水に１０％（ｗ／ｖ）のＰＶＡ粉末及び０．５％（ｗ／ｖ）のアルギン酸ナトリウムを入れて、混合し、７０～８０℃に熱しつつ攪拌し、完全に溶解させる。さらにこの状態で所定量、かつ、上述した所定の大きさを有する導電性物質（活性炭、マグネタイトあるいは凝灰岩）を５％添加し、分散するように攪拌する。その後、５０℃程度に冷却する。
【0049】
また、第１担体作製溶液の調製と並行して、第２担体作製溶液を調製する（ステップＳ１２）。
より詳細には、第２担体作製溶液は、所望量の水に６％（ｗ／ｖ）のホウ酸及び０．５％（ｗ／ｖ）の塩化カルシウムを入れて、混合し、攪拌して完全に溶解させる。
より詳細には、第２担体作製溶液は、所望量の水に６％（ｗ／ｖ）のホウ酸及び０．５％（ｗ／ｖ）の塩化カルシウムを入れて、混合し、攪拌して完全に溶解させる。
【0050】
そして、第１担体作製溶液を第２担体作製溶液に滴下する（ステップＳ１３）。これにより、滴下された第１担体作製溶液は、第２担体作製溶液中でゲル状のＰＶＡ粒体として形成される。
【0051】
その後、１Ｍ（１ｍｏｌ／ｌ）の硫酸ナトリウムである強度増強液を調製し（ステップＳ１４）、調製した強度増強液にゲル状のＰＶＡ粒体を２時間浸漬させて（ステップＳ１５）、ＰＶＡ粒体の強度を高めることで微生物を保持し嫌気性処理に使用可能なＰＶＡ担体（粒状担体）を製造できる。
このようにして製造されるＰＶＡ担体のサイズは、２～８ｍｍ程度となる。
このようにして製造されるＰＶＡ担体のサイズは、２～８ｍｍ程度となる。
【0052】
次に再び図３を参照して、得られたＰＶＡ担体に微生物を付着させて保持させ、微生物ＰＶＡ担体とする方法について説明する。
まず、７００ｍｌのバイアル瓶に１７０ｍｌの嫌気性汚泥、３２０ｍｌの培地、基質となる１０ｍｌ（＝バイアル瓶内における最終濃度が１０ｍＭとなる量に相当）のプロピオン酸ナトリウムを加える培地調製を行う（ステップＳ２１）。
続いて、培地調整後の培地に１０ｇのＰＶＡ担体を添加する（ステップＳ２２）。
さらにバイアル瓶内の気層部を窒素ガスで置換する窒素パージを行い、バイアル瓶をゴム栓で密封する（ステップＳ２３）。
まず、７００ｍｌのバイアル瓶に１７０ｍｌの嫌気性汚泥、３２０ｍｌの培地、基質となる１０ｍｌ（＝バイアル瓶内における最終濃度が１０ｍＭとなる量に相当）のプロピオン酸ナトリウムを加える培地調製を行う（ステップＳ２１）。
続いて、培地調整後の培地に１０ｇのＰＶＡ担体を添加する（ステップＳ２２）。
さらにバイアル瓶内の気層部を窒素ガスで置換する窒素パージを行い、バイアル瓶をゴム栓で密封する（ステップＳ２３）。
【0053】
続いて、３７℃で１７０ｒｐｍの回転数で攪拌しながら培養する（ステップＳ２４）。
培養と並行して、メタン生成量測定、基質濃度測定等の培地チェックを行い（ステップＳ２５）、プロピオン酸が消費されているか否かを判定する（ステップＳ２６）。
培養と並行して、メタン生成量測定、基質濃度測定等の培地チェックを行い（ステップＳ２５）、プロピオン酸が消費されているか否かを判定する（ステップＳ２６）。
【0054】
ステップＳ２６の判定において、所定量以上のプロピオン酸が消費されている場合には（ステップＳ２６；Ｙｅｓ）、消費量に応じてプロピオン酸ナトリウムを添加して、バイアル瓶内におけるプロピオン酸濃度が１０ｍＭとなるようにし（ステップＳ２７）、処理を再びステップＳ２５に移行して、培地チェックを行い、以下、上述したのと同様に処理を継続する。
【0055】
ステップＳ２６の判定において、所定量以上のプロピオン酸が消費されていなければ（ステップＳ２６；Ｎｏ）、所定の培養期間（例えば、一ヶ月）が経過したか否かを判定する（ステップＳ２８）。
【0056】
ステップＳ２８の判定において、所定の培養期間が経過していない場合には（ステップＳ２８；Ｎｏ）、処理を再びステップＳ２４に移行して培養を継続する。
ステップＳ２８の判定において、所定の培養期間が経過した場合には（ステップＳ２８；Ｙｅｓ）、培養を終了する。
ステップＳ２８の判定において、所定の培養期間が経過した場合には（ステップＳ２８；Ｙｅｓ）、培養を終了する。
【0057】
これらの結果、プロピオン酸分解微生物群集の集積したＰＶＡ担体である微生物ＰＶＡ担体が得られる。
本実施例により得られる微生物ＰＶＡ担体は、メタン生成に大きく関与するメタン生成古細菌を１０倍以上、プロテオバクテリア門を２倍以上多く、同時に保持しており、メタン生成速度及びメタン生成量が大きく向上していた。
本実施例により得られる微生物ＰＶＡ担体は、メタン生成に大きく関与するメタン生成古細菌を１０倍以上、プロテオバクテリア門を２倍以上多く、同時に保持しており、メタン生成速度及びメタン生成量が大きく向上していた。
【0058】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0059】
１０、２０ 廃水処理システム
１１ 完全混合型反応槽
１２ 固液分離槽
１３ フィルタ
２１ グラニュール型反応槽
ＡＱ０ 処理対象水
ＡＱ１ 処理水
ＭＤ 汚泥
ＰＯ１ 導出管
ＰＯ２ 第２導出管
ＰＴ１ 第１移送管
ＰＴ２ 第２移送管
１１ 完全混合型反応槽
１２ 固液分離槽
１３ フィルタ
２１ グラニュール型反応槽
ＡＱ０ 処理対象水
ＡＱ１ 処理水
ＭＤ 汚泥
ＰＯ１ 導出管
ＰＯ２ 第２導出管
ＰＴ１ 第１移送管
ＰＴ２ 第２移送管
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】