JP2003039098A

JP2003039098A - 微生物群の馴養方法及びそれを用いた汚泥減容化処理方法

Info

Publication number: JP2003039098A
Application number: JP2001231170A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Tsuchida; 達雄土田; Yuichiro Nakaoki; 優一郎中沖; Takuhei Kimura; 拓平木村
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2003-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】アルカリ性、２０〜８０℃の条件で効率良く汚
泥減容化処理を行うための、汚泥減容化に関与する微生
物の馴養方法を提供する。【解決手段】アルカリ性条件かつ２０〜８０℃の条件
で、汚泥減容化処理を行うに際し、ｐＨ条件が０．１〜
５異なる工程を設け、かつこれらの工程を、ｐＨが低い
工程から高い工程へと１〜６３日かけて行うことを特徴
とする汚泥減容化に関与する微生物群の馴養方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は廃水処理によって発
生する余剰汚泥の減容化もしくは発生をなくす汚泥の処
理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在の代表的な生物廃水処理方法とし
て、好気的条件下でＢＯＤ成分を微生物に分解させ、後
段で沈殿・分離を行う活性汚泥法がある。この方法にお
いては沈殿させた汚泥の一部は曝気槽に返送するが、一
部は沈殿槽などで固液分離された後に余剰汚泥として処
理する必要がある。この余剰汚泥は、一部、土壌改良
材、コンポスト材料としての再利用が進められている
が、大部分は産業廃棄物として処理されている。しかし
コスト面や環境への配慮から廃棄手段以外の方法が求め
られている。

【０００３】従来、余剰汚泥の処分方法としては、脱
水、焼却などの前処理をした後、埋め立てなどで廃棄す
る方法が主流である。この方法では大量に発生する余剰
汚泥の処理に、大きな動力を消費する脱水機や乾燥機を
用意する必要がある。焼却する場合には大量の熱エネル
ギーが必要となる。また埋め立て処分場所の逼迫や規制
の問題で埋め立て廃棄費用は年々上昇してきている。

【０００４】これに対し、汚泥を減容化して余剰汚泥発
生量を減らす方法が各種試みられている。余剰汚泥の減
容化を行う既存技術としては嫌気消化法があるが、滞留
時間が１０〜３０日かかり、装置規模が大きくなるため
最近はあまり普及していない。そのほかに提案されてい
る方法としては、物理・化学的方法や、生物学的方法、
各種の汚泥前処理工程と組み合わせた生物学的方法など
がある。特開平４−７８４９６号公報にある湿式酸化に
よる汚泥の処理、特開平９−２７６９００号公報にある
超臨界水による汚泥の処理などは、物理・化学的方法を
用いた汚泥減容化方法である。生物学的方法では、特表
平６−５０９９８６号公報にある好熱性生物消化と中温
性生物消化を繰り返すことにより汚泥の減容化をする方
法などがある。各種前処理工程と組み合わせた生物学的
方法では、汚泥を化学的または物理的に前処理した後、
嫌気的あるいは好気的に微生物処理する方法などが検討
されている。これは汚泥を可溶化もしくは易分解化する
ことにより、後段の微生物による処理時間を短縮するこ
とを狙った方法である。例えば特開昭５９−１０５８９
７号公報は、汚泥をオゾン処理することにより、嫌気性
消化法の消化効率を向上させている。特開平７−１１６
６８５号公報、特開平８−１９７８９号公報はオゾンで
汚泥細胞壁を処理した後、好気槽で汚泥の減容化を行う
ものであり、特開平３−８４９６号公報では汚泥にアル
カリまたは鉱酸を添加して、アルカリ条件または酸性条
件下で処理した後に好気処理するものである。特開平４
−３２６９９８号公報、特開平５−３４５２００号公報
は汚泥をアルカリ性にすると同時に５０〜１００℃に加
温することで熱アルカリ処理を行って可溶化を進めた
後、中性付近で嫌気処理をする方法である。さらには、
汚泥の加温処理（６０〜８０℃）による可溶化を行う方
法（特開平８−２２９５９５号公報、特開平８−２４３
５９５号公報）、超音波で汚泥を前処理し、嫌気消化方
法の消化効率を向上する方法（特開昭５８−７６２００
号公報）、汚泥を界面活性剤存在下で加熱処理して汚泥
を可溶化処理した後、曝気槽に返送することで汚泥処理
を行う方法（特開平９−１１７８００号公報）、汚泥を
嫌気性処理した後、オゾン処理または高圧パルス放電処
理をおこない、嫌気性処理工程に返送することで汚泥の
減容化をおこなう方法（特開平９−２０６７８５号公
報）、汚泥をオゾン処理して曝気槽に返送し、汚泥を処
理する方法（特公昭５７−１９７１９号公報、特開平６
−２０６０８８号公報）等がある。また、汚泥可溶化手
段として特開平９−２５３６９９号公報にあるように好
熱性微生物を添加する方法も提案されている。

【０００５】しかしこれまでの超臨界水、超音波、オゾ
ン、高圧パルス放電や酸又はアルカリ、界面活性剤添加
等に代表される物理・化学的汚泥処理方法は設備コスト
や、電気、薬品代といったランニングコストが高くつく
ことが懸念される。さらに、酸やアルカリを添加した場
合には中和のための設備および薬品コストも必要であ
る。生物学的方法においても好熱菌を利用する場合、加
熱のためのコストアップが問題となっている。好熱性生
物消化と中温性生物消化を繰り返す方法では多くの槽が
必要であり、また汚泥を前処理した後嫌気的あるいは好
気的に微生物処理する方法でも、少なくとも前処理槽と
微生物処理槽が必要になり、スペースを多くとる点など
が問題となる。一方、微生物処理槽を活性汚泥槽と兼用
し前処理した汚泥を返送する場合は、汚泥は可溶化され
るだけでＢＯＤ負荷自体は処理前とほとんど変わらない
ため、活性汚泥槽の負荷を大きく上げてしまい、活性汚
泥槽の処理能力に余裕がある場合にしか適用できない。
少ない槽構成で汚泥の可溶化のみならず減容化すなわち
汚泥成分の分解を大幅に行うことのできる方式が望まれ
ている。

【０００６】そこで本発明者らは、アルカリ性・中高温
条件という通常の微生物の生育には不適な汚泥可溶化条
件において生育可能でかつ汚泥分解能を有する微生物を
利用し、アルカリ性・中高温条件で汚泥を可溶化すると
同時に微生物による汚泥の分解を行う方法を提案した
（特開平１１−７７０９９など）。更にこの処理方法で
用いることのできる高い汚泥分解能を持つバチルス属細
菌を取得している（特開平１２−１３９４４９）。これ
に対し、特開平９−１３６０９７号公報では、アルカリ
性条件で好気性微生物が存在する状態で曝気して生物処
理工程に返送する汚泥処理方法が提案されているが、こ
れはアルカリ可溶化後中和のための酸薬品添加量を減ら
すことが目的であり、汚泥の微生物分解がほとんど無い
点で本発明者らの提案とは異なる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らの提案する
アルカリ性・中高温条件での汚泥減容化処理方法は、高
い汚泥分解能を持つバチルス属細菌が処理の主役ではあ
るが、これら単離された細菌のみによる作用ではなく、
他の微生物群との複合的作用により高度な処理が達成さ
れる。自然界での微生物は、そのほとんどが多様な相互
関係をもって共存しており（複合微生物系）、単一の微
生物では得られない高度な機能を持っているにもかかわ
らず、相互作用等を解析する技術が無いため、大部分が
未利用のまま残されている。水処理においても同様で、
複合微生物系の機能は、純粋培養系の機能の単なる和で
はなく、複合微生物系だからこそ発現する機能もあると
考えられている。長年研究、利用されている活性汚泥で
すら培養できない微生物が９０％以上存在すると言わ
れ、大半の微生物の機能は解明されていない。汚泥減容
化処理においても、主役である汚泥分解能を持つバチル
ス属細菌と分離困難な微生物群の複合微生物系で処理を
行うために馴養を行ったが、これら微生物群の生育条件
が未解明であるため馴養に長時間を要する場合があっ
た。そこで本発明は、高い汚泥分解能を持つ微生物を添
加した後、アルカリ性、中高温条件で余剰汚泥減容化処
理を行うに際し、高水準の減容化率を発揮する汚泥分解
能力に至るまで馴養することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、基本的には以下の構成を有する。

【０００９】即ち、「アルカリ性条件かつ２０〜８０℃
の条件で、汚泥減容化処理を行うに際し、ｐＨ条件が
０．１〜５異なる工程を設け、かつこれらの工程を、ｐ
Ｈが低い工程から高い工程へと１〜６３日かけて行うこ
とを特徴とする汚泥減容化に関与する微生物群の馴養方
法。」である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下本発明の詳細について具体的
に説明していく。

【００１１】本発明は、アルカリ性条件で、汚泥減容化
処理を行うに際し、ｐＨ条件が０．１〜５異なる工程を
設け、かつこれらの工程を、ｐＨが低い工程から高い工
程へと１〜６３日かけて行うことによって汚泥減容化に
関与する微生物群を短期間で高効率分解能が達成できる
ように馴養することができる。

【００１２】本発明において、ｐＨ条件が０．１〜５異
なる工程が設けられていることが必要である。好ましく
は、０．２〜１であり、より好ましくは０．２〜０．５
である。前記数値範囲の下限値を下回ると馴養期間が長
くなり、上限値を上回ると微生物が死滅し汚泥分解能力
が低下するので、好ましくない場合が有る。

【００１３】前記ｐＨが異なる工程とは、ｐＨの低い工
程（ｐＨ条件をｐＨ₁とする）と高い工程（ｐＨ条件を
ｐＨ₂とする）があって、両者のｐＨの差（＝ｐＨ₂−ｐ
Ｈ₁）が、前記ｐＨ数値範囲内であり、かつ、ｐＨが低
い方から高い方へ工程が進めて行われるのならば、特に
限定されるものではなく、例えば無段階的にｐＨを高め
ていく方法であっても良いし、何段階かに分けてｐＨを
上げていく方法であっても良い。無段階的にｐＨを高め
る場合には、その上昇速度は一定であっても良いし、上
昇速度を任意に変速しても良い。段階的にｐＨを高める
場合は、段階数は好ましくは２〜７（より好ましくは２
〜３）である。何故ならば急激にｐＨを変化させた場
合、微生物活性が低下するからである。段階的方法の場
合、各段階のｐＨ差はそれぞれほぼ等しいこと（例え
ば、各段階１〜３の各ｐＨをｐＨ₁〜ｐＨ₃として、ｐＨ
₂−ｐＨ₁≒ｐＨ₃−ｐＨ₂であること）が好ましく、異な
っていてもｐＨ差は０．５以内である方がよい。このよ
うに本発明において、ｐＨを変化させる工程の間にｐＨ
等が実質上変化しない（ｐＨ変化量が好ましくは０．２
以内）ｐＨ一定工程（好ましくは１〜２１日、より好ま
しくは３〜７日）を設けることも好ましい。これにより
馴化が助けられる場合があるからである。

【００１４】本発明において、前記ｐＨ条件が異なる工
程は低い工程から高い工程へと１〜６３日かけて行うこ
とが必要である。好ましくは、３〜３０日であり、より
好ましくは３〜２１日である。前記数値範囲の下限値を
下回ると馴養が不充分で高効率分解能が達成できず、上
限値を上回ると馴養期間が長く非効率的であり、好まし
くない場合が有る。

【００１５】無段階式乃至は段階式、あるいは両者の組
み合わせ等、いずれにしても前記工程の途中において、
急激なｐＨ上昇は好ましくなく、好ましくは１ｐＨ／ｈ
ｒ以内（より好ましくは１ｐＨ／日以内、更に好ましく
は０．５ｐＨ／７日以内）である。但し前記の通りの急
激なｐＨ上昇であってもその前後のｐＨ差が１以内（よ
り好ましくは０．５以内）ならば、さほど支障はない。

【００１６】又、投薬の都合等で、一時的にｐＨが低下
する場合があっても良いが、その場合のｐＨ低下変化量
は、１以内であることが好ましい。

【００１７】本発明における馴養とは、実質上、馴化
（acclimation）と同義である。つまり、生物が新しい
環境に対応するのに数日から数週間を必要とする適応の
ことを指す。これは、突然変異種の出現が主因ではな
く、主に遺伝子の発現形態の変化や多種の生物間での相
互関係や存在比率の再調整乃至は再構成などに起因する
ものと推定される現象である。本発明では、前記の通り
の工程により、汚泥分解微生物は高い汚泥分解効率が発
揮される方向に馴養されるものである。

【００１８】本発明において、馴養および汚泥減容化処
理を行うｐＨはいずれの工程も８以上が好ましい。ｐＨ
が８以上であれば、加温のみを行ったときと比較して汚
泥の可溶化が効率よく行える。しかし高すぎるｐＨでは
薬液コストが高くつく上に微生物の生育が困難になるた
めに、本発明においてはｐＨ８〜１２がより好ましく、
ｐＨ８．５〜１０が更に好ましい。なお、ｐＨ調節に用
いるアルカリ剤は、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カ
リウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸
ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等があり、酸（上昇し
すぎたｐＨを下げたり、ｐＨを一定に保つ必要がある場
合に使用）は、塩酸、硫酸等がある。添加方法は、ｐＨ
調節機能を有する機器等を用いて固体状態または水溶液
の状態で添加すればよい。以上の中でも経済性の点から
アルカリ剤は水酸化ナトリウム、酸は硫酸を用いるのが
好ましい。

【００１９】本発明の馴養方法では、好気的微生物処理
を行うことが好ましい。好気的微生物処理としては、曝
気および／あるいは攪拌により処理液に酸素を供給する
方法が好適に用いられるが特に限定されるものではな
い。

【００２０】本発明で馴養に用いられる微生物は、好ま
しくはアルカリ性条件（特に好ましくは、ｐＨ８〜１２
の範囲）、更に好ましくはアルカリ性条件かつ４０℃以
上の範囲で生育可能な微生物である。主要な汚泥分解微
生物として処理装置内に添加する等して存在させる微生
物は、好ましくはバチルス属に属し、かつ上記アルカリ
性条件および／または温度条件で生育可能な汚泥分解能
を持つ微生物であり、より好ましくは本発明者らが取得
したバチルス sp. Q2-1株（生命工研菌寄第16922号）、
バチルス sp. Q3株（生命工研菌寄第16923号）である。

【００２１】本発明における汚泥の馴養時の温度条件
は、２０〜８０℃である。しかし、熱による汚泥の可溶
化促進効果、分解に寄与しない微生物の生育抑制と汚泥
分解に関与する微生物の優先的生育、加熱に要するエネ
ルギーコストの点から温度は４０℃以上７０℃以下が好
ましく、より好ましくは４５℃以上６５℃以下である。
ただし、汚泥分解に寄与する微生物の性質に応じて設定
すればよい。

【００２２】本発明における汚泥の馴養のための装置
は、基本的には本発明者らが提案した特開平１１−３３
５７３に示された装置であり、ｐＨを一定に維持するた
めに酸及びアルカリ剤が投入される設備を有し、空気あ
るいは酸素を供給する装置を有する曝気槽であり、更に
その曝気槽に加温および／または保温設備が備えられて
いるものであれば、特に限定されるものではない。汚泥
自体の発酵熱や汚泥の発生工程での余熱により、加温し
なくても保温だけで十分な場合もあり得る。処理方式は
バッチ式もあり得るが、連続式である方が効率が良く好
ましい。

【００２３】上記の通り、本発明の方法にて馴養された
微生物群はそのまま、汚泥減容化処理に好適に用いるこ
とが可能である。馴養処理により最終的に調製されたｐ
Ｈを実質上一定に保つ以外は、前記馴養処理と同様の条
件にて汚泥減容化処理を行うことが可能である。又、事
前に実験スケールにて、スケールとｐＨを順次上昇させ
る以外は汚泥減容化と同じ条件にて、ｐＨ上昇処理を試
行し、汚泥の可溶化率乃至は分解率が最高になる最適処
理ｐＨを検討しておき、実スケールにおいては、馴養処
理の最終調整ｐＨを前記最適処理ｐＨにして、汚泥減容
化定常運転時のｐＨも前記最適処理ｐＨにすることがよ
い。

【００２４】

【実施例】以下に本発明の具体的実施例を示す。なお、
本発明は何らこれに限定されるものではない。

【００２５】汚泥の可溶化率は、処理前の固形分濃度に
対する、処理前後での固形分濃度の減少量をパーセント
で表した。即ち、以下の式の通りである。

【００２６】Ｌ＝（Ｓ₁−Ｓ₀）／Ｓ₀＊１００Ｓ₀：処理前の固形分濃度（ｇ／ｌ）Ｓ₁：処理後の固形分濃度（ｇ／ｌ）Ｌ：可溶化率（％）なお、汚泥の固形分濃度Ｓ（ｇ／ｌ）は、一定体積Ｖ
（ｌ）の汚泥液を加速度３０００Ｇで３分間遠心分離し
て得られた沈殿部分を一回洗浄後再度遠心分離を行い沈
殿物を１０５℃で乾燥した後、固形分乾燥重量を秤量し
た値Ｗ（ｇ）から求めた。即ち、以下の式の通りであ
る。

【００２７】Ｓ＝Ｗ／ＶＶ：汚泥液の体積（ｌ）Ｗ：固形分乾燥重量（ｇ）Ｓ：固形分濃度（ｇ／ｌ）また、汚泥の分解率は処理前の全有機炭素濃度に対す
る、処理前後での全有機炭素濃度の減少量をパーセント
で表した。即ち、以下の式の通りである。

【００２８】Ｄ＝（Ｔ₁−Ｔ₀）／Ｔ₀＊１００Ｔ₀：処理前の全有機炭素濃度（ｇ／ｌ）Ｔ₁：処理後の全有機炭素濃度（ｇ／ｌ）Ｄ：分解率（％）実施例１化学工場廃水処理施設から採集した余剰汚泥を固形分濃
度２０ｇ／ｌに水で調整したものを被処理液として、容
量２リットルの処理槽内に、汚泥分解能を有する微生物
をあらかじめ加えた被処理液１リットルを入れ、被処理
液を１０００ｍｌ／日の速度で処理槽に供給しｐＨを一
定に制御しつつ４５℃で好気処理を行った。また、処理
槽内汚泥液の１リットルを越えた分については槽外にオ
ーバーフローするようにした。制御するｐＨを８．８と
して、その後順にｐＨを９．０、９．２、９．４と制御
するｐＨを上げ汚泥減容化処理を行った。一つのｐＨ条
件で約１週間処理を継続し可溶化率および分解率を調べ
た後、次のｐＨ条件に移行する方法（移行時間は数分程
度）で処理を行った結果、可溶化率はｐＨ８．８で２８
％、ｐＨ９．０で２９％、ｐＨ９．２で３７％であっ
た。分解率は、ｐＨ８．８で１６％、ｐＨ９．０で１８
％、ｐＨ９．２で２０％であった。なお、ｐＨ９．４
では、可溶化率は３４％、分解率は１８％と低下したも
のであり、これらより最適処理ｐＨは９．２と判断され
た。

【００２９】比較例１実施例１で判明した最適処理ｐＨ９．２で一定に制御す
る以外は実施例１と同様にして処理を行い可溶化率およ
び分解率を調べた。約３週間処理を行った結果、可溶化
率は３１％、分解率は１８％であった。これらの値に
は、１週間以内に達した後は、これ以上増加する兆候は
全く認められなかった。

【００３０】実施例から明らかなように、ｐＨ条件が異
なる工程を設け、かつこれらの工程を、ｐＨが低い工程
から高い工程へと順に行うことで、汚泥減容化に関与す
る微生物を効率良く馴養し、汚泥減容化処理を高効率に
行うことができることがわかる。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、アルカリ性条件下かつ４０℃
以上の温度で汚泥分解能を有する微生物を用いた汚泥減
容化処理において、ｐＨ条件が異なる工程を設け、かつ
これらの工程を、ｐＨが低い工程から高い工程へと順に
行い、効率良く汚泥減容化に関与する微生物を馴養する
ことによって、経済性に優れた汚泥減容化処理方法を提
供することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ１２Ｎ 1/36 Ｃ１２Ｎ 1/36 //(Ｃ１２Ｎ 1/00 Ｃ１２Ｒ 1:07 Ｃ１２Ｒ 1:07） (Ｃ１２Ｎ 1/20 Ｃ１２Ｒ 1:07） (Ｃ１２Ｎ 1/36 Ｃ１２Ｒ 1:07）Ｆターム(参考） 4B065 AA15X AA99X AC04 BC02 BC06 BC18 BC24 BD14 CA55 4D059 AA05 BA01 BA22 BA28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルカリ性条件かつ２０〜８０℃の条件
で、汚泥減容化処理を行うに際し、ｐＨ条件が０．１〜
５異なる工程を設け、かつこれらの工程を、ｐＨが低い
工程から高い工程へと１〜６３日かけて行うことを特徴
とする汚泥減容化に関与する微生物群の馴養方法。
【請求項２】馴養時のｐＨが８以上であるものである
請求項１記載の汚泥減容化に関与する微生物群の馴養方
法。
【請求項３】アルカリ性、中高温条件で汚泥分解能を
有する微生物が存在するものである請求項１又は２に記
載の汚泥減容化に関与する微生物群の馴養方法。
【請求項４】好気条件下で行うものである請求項１〜
３のいずれかに記載の汚泥減容化に関与する微生物群の
馴養方法。
【請求項５】汚泥分解能を有するバチルス属に属する
微生物が存在するものである請求項１〜４のいずれかに
記載の汚泥減容化に関与する微生物群の馴養方法。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の汚泥減
容化に関する微生物群の馴養方法を用いたものである汚
泥減容化処理方法。