JPH067958B2

JPH067958B2 - 下水汚泥焼却灰を利用した微生物活性化材とその製造方法

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Publication number: JPH067958B2
Application number: JP7634288A
Authority: JP
Inventors: 一男野木; 光一郎下村; 哲夫石井; 悦夫米山
Original assignee: YOKOHAMA TOWN
Current assignee: YOKOHAMA TOWN
Priority date: 1987-04-27
Filing date: 1988-03-31
Publication date: 1994-02-02
Anticipated expiration: 2009-02-02
Also published as: JPS6427695A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は廃水等の中の有機物を除去するために使用す
る下水汚泥焼却灰を利用した微生物活性化材（以下、微
生物活性材という。）とその製造方法に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

流動床によって有機物を除去する場合、その有機物を分
解する微生物の活性化材、すなわち、微生物を付着、増
殖させる媒体として、従来は砂、活性炭、プラスチッ
ク、ゼオライト等を使用していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、砂は表面積が極めて小さく、滑らかなため微生
物が付着しにくい。また、比重が約２．６ｇ／cm³と大
きいので、流動床で移動するとき砂の粒子と粒子が衝突
し、付着した微生物が剥がれる。親水性にも乏しくミネ
ラル等の溶出も期待できないため、微生物にとって好ま
しい生存環境をつくれない。

活性炭は、表面積は大きいが、細孔径が小さ過ぎて微生
物が細孔の中に入り込めない。また、機械的強度が低い
ので、流動床で移動するとき粒子と粒子が衝突して破砕
され、黒く濁るだけでなく、微生物生存のための物理的
環境が破壊されてしまう。なお、価格の高いのも難点で
ある。

プラスチックは、砂と同様、表面が滑らかなため、微生
物が付着しにくく、疎水性であるので、微生物の保持量
が小さい。また、ミネラルの溶出も期待できないため、
砂と同様、微生物にとって好ましい生存環境をつくれな
い。

ゼオライトは、親水性でイオン交換能力はあるが、機械
的強度が弱く、細孔がきわめて小さく、微生物の保持媒
体として適さない。

このように、従来の活性化材は、いずれも微生物の生存
に適した表面細孔が少なく、活性構造になっていない。
また、個々にみれば、粒子の強度は大きいが、重くて流
動床における流動性に欠けるとか、親水性がないとか、
ミネラルの溶出がなくミネラル補給材として期待できな
い等の欠点があった。このため、従来の活性化材では、
微生物を多量に保持し、これを増殖しない活性化させる
という機能を充分に果たせず、したがって廃水中等の有
機物を効果的に除去できないという問題があった。

この発明は、このような従来の問題点を解決するために
なされたもので、（１）水中の有機物を除去するために
微生物を活性化させ、一定容積中に高濃度の微生物を保
持できる性能を有し、したがって、水中の有機物の除去
能力が高く、（２）また、下水汚泥焼却灰の有効利用が
可能であり、（３）さらに路盤材等としても利用できる
微生物活性化材とその製造方法を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る微生物活性化材は、下水汚泥焼却灰とセ
メントと黒曜石発泡体粉末および／または黒曜石粉砕物
（以下、黒曜石粉末という。）と水の混練物の粒状固化
物より成るものである。

また、この発明に係る微生物活性化材の製造方法は、下
水汚泥焼却灰を基材とし、これにセメントと黒曜石粉末
を加えて混合した混合物に水を加えて混練し、得られた
混練物を粒状に加工して養生するか、または養生固化し
たものを粒状に加工することを特徴とするものである。

上記下水汚泥焼却灰は基材であり、セメントは固化材で
あり、黒曜石粉末は比重調節材である。これら各材料の
好ましい配合割合は、下水汚泥焼却灰が５０重量％以
上、セメントが５重量％以上、黒曜石粉末が１重量％以
上である。

〔作用〕

（１）上記微生物活性化材は、下水汚泥焼却灰とセメン
トと黒曜石粉末との水の混練物の粒状固化物であるの
で、比表面積が大きく、表面にバクテリア等の水中微生
物の大きさに近い細孔が多い活性構造体である。このた
め、微生物を高濃度に保持し、これを活性化（増殖）さ
せ易い。

（２）微生物活性化材は、黒曜石粉末を配合しているの
で、軽量な構造体である。このため、流動床で流動性を
もって循環することができる。そして、この流動性は、
上記黒曜石粉末の配合量を可変して活性化材としての比
重を調整することによって最適なものに設定できる。

（３）微生物活性化材は、その組成分である下水汚泥焼
却灰とセメントと黒曜石粉末が水に濡れる性質を有する
ので、親水性をもつ構造体である。すなわち、水吸着性
と吸水性がともに大きい。このため活性化材に含有され
るミネラル成分等が溶出し易い。

（４）微生物活性化材は、その組成分であるセメントが
自硬性を有し、組成分である黒曜石粉末が混練物の硬化
によい影響を与えるので、容易に破壊しない強度を有す
る構造体となる。黒曜石粉末が混練物の硬化によい影響
を与える理由としては、次の３つが考えられる。

すなわち、（ａ）黒曜石粉末がＳｉＯ_２を主成分としな
がらもpHが中性という特性を有すること、（ｂ）黒曜石
粉末の分散性がよいので、これが組成分の均一な混合に
有効に作用すること、（ｃ）下水汚泥焼却灰から発生す
るアンモニアガスは混練物の硬化を妨害するが、黒曜石
粉末がこれを除去するのに有効に作用すること、の３つ
である。

このように、この発明による微生物活性化材は、容易に
破壊しない強度を有するので、流動床における循環過程
で破壊するおそれがない。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を説明する。

まず、微生物活性化材の製造方法と得られた微生物活性
化材の性質と作用を説明する。

（製造方法１）自硬性を有する下水汚泥焼却灰８０重量％、ボルトラン
ドセメント１０重量％、黒曜石発泡体粉末１０重量％を
混合機に入れて充分に混ぜあわせる。ついで得られた混
合物に水を２５重量％加え、よく混練する。このとき、
混練物は少し湿った状態の砂状とする。

次に、砂状混練物を圧力型押し出し機（ディスク型）で
ペレット状に押し出す。押し出されたペレットは、約２
４時間湿潤状態で養生する。この湿潤状態での養生によ
り、ペレットの強度は発現する。強度発現後必要に応じ
て加工する。

（製造方法２）自硬性を有する下水汚泥焼却灰８３重量％、ボルトラン
ドセメント１５重量％、黒曜石発泡体粉末２重量％を混
合機に入れて充分混合し、ついで得られた混合物に水２
５重量％を加えよく混練する。

このようにして準備した混練物を、回転するパン型造粒
機にかけ、同時に水を噴霧すると、球状造粒物が連続的
にできる。造粒物の大きさは、パン型造粒機の回転数、
角度、水の噴霧量の調節によって自由に選択する。成形
された球状物は、必要に応じて、密閉湿潤状態で養生す
る。

（製造方法３）自硬性を有する下水汚泥焼却灰８０重量％、ボルトラン
ドセメント１０重量％、黒曜石発泡体粉末１０重量％を
混合機に入れて充分混合し、ついで得られた混合物に水
を約６０重量％加えて混合物に流動性を持たせ、あらか
じめ準備してある所定の形状の形枠の中へ流しこみ養生
し、しかるのち、破砕する。

次に、製造方法１によって得られた微生物活性化材の性
質を各試験項目について調べたところ、以下の結果を得
た。

（１）粒子の構造粒子の全体構造は、第１図の走査型電子顕微鏡写真のよ
うになっていて、表面に微細な凹凸ができていた。第２
図は第１図に示した粒子を拡大した走査型電子顕微鏡写
真で、黒曜石発泡体粉末が混合されている状態を示して
いる。第３図はさらに拡大した走査型電子顕微鏡写真
で、微生物が入り込み易い細孔が多数あることが分っ
た。

（２）圧縮強度(Kgf/cm²) （ＪＩＳＡ１１０８の圧縮試験による）（３）表面積（N₂ＢＥＴ法による）比表面積が５３．５m²／ｇであった。

（４）細孔径分布（N₂吸着等温線をDollimore-Heal法に
より解析）半径１００Å以上に多く分布していた。

（５）親水性（ａ）水吸着性（３０℃における水蒸気の等温吸着石英
スプリングを使用した重量法による）湿度１００％で０．２３Ｗ_H2O/g・g^-1であった。

（ｂ）吸水性（ＪＩＳＡ１１１０の吸水試験によ
る）吸水率は４６．２％であった。

（６）重さ（ＪＩＳＡ１１１０による）絶乾比重で１．１４であった。

（７）イオン交換能陽イオン交換能で３１．６meq/100gであった。

なお、アンモニウムイオンの吸着に有効である陽イオン
交換能としては、陽イオン交換剤に近いことがわかり、
Ｘ線回折分析では、結晶性の大きい化合物は少なく、ガ
ラス質に類似し、触媒として開発された無機物質に近い
ものであることが判明した。

（８）化学成分（９）ミネラルの溶出状況（昭和４８年環境庁告示第１３号による溶出試験によ
る）（ａ）１年間使用後の溶出量(mg/l) （ｂ）製造直後の溶出量(mg/l) （作用）次に、上記データからみた微生物活性化剤の性質と、こ
の性質に基づく作用について述べる。

（１）測定結果による比表面積の５３．５m²／ｇは、硅
鉱石の１．４m²／ｇ、砂の０．７m²／ｇ、あるいは吸着
剤として開発されている。例えば、シリカゲルの２０〜
３０m²／ｇと比較しても劣らない。

また、細孔径分布は、１００Å以上が多く発達ている
（第３図）。

このことは、得られた活性化材が、比表面積の大きい、
かつバクテリア等の水中微生物に近い表面細孔を多く持
つ活性構造体であることを示している。おそらく、活性
化材が下水汚泥焼却灰とポルトランドセメントと黒曜石
発泡粉末という複数の材料の混練物の固化物であって、
従来の砂、プラスチック等のように単一材料から構成さ
れていないためであろう。

このような構造になっているため、上記活性化材は、微
生物を高濃度に付着、増殖させる媒体として適してい
る。

（２）測定結果の絶乾比重１．１４は、最も軽いと云わ
れている市販軽量骨材粗粒の比重１．２０〜１．３０と
比較しても劣っていない。

このことは、得られた活性化材が軽量な構造体となるこ
とを示すと同時に、黒曜石発泡体粉末の配合量によっ
て、比重、つまり単位体積重量を可変し得ることを示し
ている。

このため、活性化材を流動床において適度の流動性をも
って循環させることができる。

（３）活性化材の成分は、いずれも水に濡れる性質を有
し、測定結果による水吸着性は、シリカゲルやアルミナ
のそれに類似している。吸水率４６．２％は市販軽量骨
材の６〜１５％、砂の３％と比較しても大きな値といえ
る。

これらの事実は、得られた活性化材が親水性を有する構
造体であることを示す。このため、活性化材が水中にあ
るときは、その中のミネラル成分が溶出し易い。この実
施例の微生物活性化材の場合であれば、Ｃａ，Ｋ等が１
年後も溶出し、微生物に対するミネラル供給源となるだ
けでなく、水中のアンモニア態窒素が硝化されるのに必
要なアルカリ供給源となる。

（４）圧縮強度試験の結果からみて、上記活性化材は流
動床内で破壊しないだけの強度を有していることが判
る。

これは、ポルトランドセメントが自硬性を持っており、
また、黒曜石発泡体粉末が混練物の硬化によい影響を与
えているためと考えられる。

このため、活性化材が流動床内を循環する過程で破壊す
るおそれはない。また、この微生物活性材の製造にあた
って、例えば、活性炭粉末、木炭粉末、酸化ジルコニウ
ム、カルシウム化合物等の粒子状あるいは粉末状物質を
必要に応じて配合することにより、上記性質に基づく作
用を適当に変化させることができる。

最後に、上記微生物活性化材を使用した場合の有機物除
去効果を、第４図に示す外部循環式三相流動床を使用し
た人工廃水の有機物除去実験によって明らかにする。

（実験方法）まず、流動床について説明する。第４図において、１は
環状の流動槽、２は流動槽１に人工廃水を供給する供給
口、３は酸素供給とリフト兼用のエア供給管で、３ａは
そのボールフィルタ、４は流動槽１に添加した微生物活
性化材で、この実験では前述の製造方法１で得られた活
性化材を使用した。５は流動槽１を循環し、活性化材に
よって有機物の除去された人工廃水（処理水）の流出口
である。

実験は次の要領で行った。有効内容積３．７６の流動
層１内の粒子径０．４２〜０．５９mmの上記活性化材４
を０．５添加した。そして、表１の組成を有する人工
廃水を供給口２より供給しながらエア供給管３よりエア
を吹き込み、そのエアリフト効果により活性化材を人工
廃水とは逆の方向に循環させた。人工廃水の供給は、は
じめはバクテリア等の微生物の馴養のため少量とし、徐
々に負荷をあげた。温度は室温とし、pHの調整は行わな
かった。エア吹込量は、１．０〜３．５／minとし
た。

活性化材４に付着増殖した微生物により有機物が分解さ
れて除去された処理水は、流出口５より取り出した。

（実験結果とその評価）（１）供給した人工廃水の有機物（ＢＯＤ）濃度は、は
じめ５００mg／程度であったが、その後約１４００mg
／（最大２７３０mg／）まで増大させても、良好な
水質の処理水が得られ、処理水中の有機物濃度は、終
始、数mg／から１０mg／と安定していた。実験開始
後、１年を経過しても除去率に変化はなかった。

このことは、実験に供した活性化材が有機物の除去能力
とその持続性において優れていることを示している。

（２）当初、容積負荷０．５kg−ＢＯＤ／m³・ｄａｙで
開始したが、最大１７kg−ＢＯＤ／m³・ｄａｙまで負荷
を上昇させることができた。容積負荷１７kg−ＢＯＤ／
m³・ｄａＹという高負荷条件でも、処理水中の有機物濃
度は１０mg／以下に維持され、この時の流動層内の溶
存酸素は、６mg／以上を保持することができた。

このことは、高有機物負荷の条件下でも、この活性化材
を充填した流動床が充分な有機物除去能力を持っている
ことを示している。

（３）処理水のpHは、当初は、活性化材の粒子から溶出
するアルカリ分によって、やや高い値を示したが、粒子
表面に微生物が付着し、負荷が増大するとともに、７〜
７．５の範囲に落ち着くようになった。

このことは、人工廃水にアルカリ成分を補給しなくてよ
いこと、すなわち、人工廃水のpH調整が不要であること
を示している。

（４）有機物負荷の増大とともに、微生物保持量も増大
するが、やがて頭打ちとなった。最終的な微生物保持量
は、エア供給量の影響を受けたにもかかわらず、２０ｇ
／以上に達した。通常の活性汚泥法ばっ気槽内の微生
物濃度が２〜４ｇ／であるのに比較して５〜１０倍高
い値であった。

このことは、活性化材の微生物保持量が極めて大きいこ
とを示しており、これが上記（１），（２）で述べた有
機物の除去能力の向上に大きく寄与していることは容易
に推測できる。

（５）微生物保持量２４ｇ／時において、バクテリア
の他に数十種類の原生動物が確認された。これは流動槽
１内の活性化材が生物相間の食物連鎖機能に有効に作用
したためと考えられる。

このことは、これによって活性化材の有機物除去能力を
一層高め得ることを示している。

さらに、高負荷流動床を嫌気的条件に放置したところ、
３．２×１０^９個／mlの紅色非イオウ細菌が分離され
た。このことは、硝化菌等、一般に増殖しにくい菌体に
も利用できることを示している。

上述した製造方法１〜３は、自硬性を有する下水汚泥焼
却灰を対象とし、これに黒曜石粉末として黒曜石発泡体
粉末を使用した例である。次に述べる製造方法４は、自
硬性を持たない下水汚泥焼却灰を対象とし、これに黒曜
石粉末として黒曜石発泡体粉末と黒曜石粉砕物を使用し
た例であり、製造方法５は、自硬性を有する下水汚泥焼
却灰を対象とし、これに黒曜石発泡体粉末と黒曜石粉砕
物を使用した例である。

いずれの製造方法による粒状固化物も、圧縮強度が著し
く大きくなる点で特徴的であった。

（製造方法４）自硬性を持たない下水汚泥焼却灰５０重量％、ポルトラ
ンドセメント４２重量％、黒曜石発泡体粉末２重量％、
黒曜石粉砕物３重量％、水酸化カルシウム３重量％を混
合機に入れて充分混合し、得られた混合物に適量の水を
加えて混練し、養生する。

この製造方法により得られた粒状固化物の一軸圧縮強度
は、材齡７日で２０３kgf/cm²、２８日で３１３kgf/cm²
であった。

（製造方法５）自硬性を有する下水汚泥焼却灰５０重量％、ポルトラン
ドセメント４６重量％、黒曜石発泡体粉末１重量％、黒
曜石粉砕物３重量％を混合機に入れて充分混合し、得ら
れた混合物に適量の水を加えて混練し養生する。

この製造方法により得られた粒状固化物の一軸圧縮強度
は、材齡７日で４３８kgf/cm²、２８日で６６３kgf/cm²
であった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、（１）比重表
面積が大きく、表面に微生物に適した細孔を有し、
（２）比重調整が可能であり、かつ流動床において容易
に流動する程度に軽量であり、（３）親水性を有し、
（４）流動床において破壊しない強度を有し、（５）微
生物の増殖に必要であり、かつ微生物の栄養源となる水
中のアンモニア態窒素を硝化するに必要なアルカリ源で
あるミネラルを水中に溶出する性質を有し、したがっ
て、水中の有機物の除去に優れた能力を発揮する微生物
活性化材とその製造方法を得ることができる。

また、この発明による微生物活性化材は、その物理的化
学的性質を利用し、微生物活性化材以外の用途、例えば
モルタル、コンクリート用の軽量骨材、セメントに代る
結合材、路盤材、透水材、保水材、通気性園芸資材、透
気性の壁材、礫間接触酸化材、歩道用平板、透水性レン
ガ、軽量ブロック、水貯溜性路盤材、植木鉢、園芸用プ
ランター、透水性Ｕ字溝、透水性廃水管、コンクリート
積みブロック、テトラポッド等に、所要の加工を施し
て、利用することができる。

さらに、この発明による微生物活性化材は、下水汚泥焼
却灰を基材として５０重量％以上使用している。したが
って、この発明によれば、従来、処理、処分に苦慮して
いた下水汚泥焼却灰の資源化が可能になる。すなわち、
その有効活用が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図はこの発明の実施例に係るペレツト状の微生
物活性化材の粒子構造を示す顕微鏡写真であり、第１図
は粒子の全体像を示し、第２図および第３図は第１図を
拡大したものである。第４図は実施例に係るペレット状
の微生物活性化材について行った有機物除去実験に使用
した外部循環式三相流動床の構成図である。１……流動槽２……供給口３……エア供給管４……微生物活性化材５……流出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者米山悦夫神奈川県横浜市磯子区滝頭１―２―15 横浜市公害研究所内 (56)参考文献特開昭50−124459（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−143896（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−71892（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下水汚泥焼却灰とセメントと黒曜石発泡体
粉末および／または黒曜石粉砕物と水の混練物の粒状固
化物より成る下水汚泥焼却灰を利用した微生物活性化
材。
【請求項２】下水汚泥焼却灰を基材とし、これにセメン
トと黒曜石発泡体粉末および／または黒曜石粉砕物を加
えて混合した混合物に水を加えて混練し、得られた混練
物を粒状に加工して養生するか、または養生固化したも
のを粒状に加工することを特徴とする下水汚泥焼却灰を
利用した微生物活性化材の製造方法。