JPH0729107B2

JPH0729107B2 - 活性汚泥の硬化処理法

Info

Publication number: JPH0729107B2
Application number: JP62046770A
Authority: JP
Inventors: 久吉皆方; 剛彦高野
Original assignee: 浅野工事株式会社
Priority date: 1987-03-03
Filing date: 1987-03-03
Publication date: 1995-04-05
Anticipated expiration: 2010-04-05
Also published as: JPS63214393A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、活性汚泥の硬化処理法に関するものであり、
更に詳細には、担体に付着させた活性汚泥を糊料処理
し、硬化させて、担体と活性汚泥とを強固に結合せしめ
る方法に関するものである。

このようにして得られた硬化活性汚泥を使用すれば、特
に下水処理を有利に実施することができ、したがって本
発明は、下水処理技術、公害防止技術の産業分野におい
て重要な役割を果すものである。

（従来の技術）活性汚泥法による下水処理において、活性汚泥を担体に
固定することができれば、活性汚泥濃度を高めることが
できるので高負荷処理が可能となるし、粒子の沈降速度
を高めることができるので固液分離が容易となり、非常
に効率よく低コストで下水処理を実施することができる
はずである。

しかしながら、このような活性汚泥の固定化において、
攪拌や振動といつた機械的力を及ぼしても活性汚泥を遊
離することなく強固に結合し且つ活性汚泥の活性には全
く影響を与えることのない方法は開発されておらず、結
局、上記したような理想的な下水処理は実施できていな
いのが技術の現状である。

（発明の目的）本発明はこのような技術の現状に鑑みてなされたもので
あって、上記した新規にして有用な担体と活性汚泥との
強固な結合方法を開発し、これを用いて更に効率よく下
水処理を行なう新規な方法を開発する目的でなされたも
のである。

（発明の構成）本発明は上記目的を達成するためになされたものであっ
て、物理化学、生化学、生物学、微生物学、無機化学そ
の他各種の分野から検討した結果、発想の根本的転換を
はかる必要を認めた。そして、従来から行われている担
体と汚泥との直接結合の面の検討ではなく、担体と汚泥
を付着せしめた後の処理に着目するに到った。このよう
に、後処理について着目された例は今まで知られておら
ず、本発明は、そもそも発想の出発点自体が既に新規で
あり、非常に特徴的である。

そこで、担体と汚泥を付着せしめた後の処理について鋭
意検討した結果、糊料処理が有用であるとの知見を得
た。そして、この新知見を基礎として更に研究し、遂に
本発明の完成に到ったのである。

担体と汚泥とを接触させると、特別の処理を施さなくて
も両者は自然に結合する場合が多いので、本発明を実施
するに当っては、両者を自然結合させ、これを糊料で処
理して硬化させれば、担体と汚泥とを強固に結合硬化さ
せることができ、初期の目的が達成される。

しかしがら、面にこれらの結合を強固ならしめるために
は、担体と汚泥との結合を自然のままに任せるのではな
く、両者を人工的に処理するのが更に好ましい。そこ
で、この点について鋭意研究した結果、担体及び／又は
汚泥を帯電させることにより、両者が強固に結合するこ
とが判明した。そして、このようにして担体に固定化さ
れた汚泥は、糊料によって更に硬化させても、各種活性
は全く低下することなくしかも担体に強固に固定化され
ていることも併せて確認した。

このように、本発明に係る糊料処理に先立って、汚泥及
び／又は担体の帯電処理を主体とする結合処理を前処理
ないし予備処理として行うと、汚泥の固定化に特に好都
合である。

該前処理は次のようにして行う。

先ず、固定化用担体としては、無機物、有機物、低分子
物質、高分子物質、天然物、合成物のいずれもが広く使
用でき、その例としては次のものが列挙される：砂、硅
砂、貝化石、クリストバル石、活性炭、ゼオライト、石
灰、コークス粒、鉄粉、磁鉄鉱、粘土鉱物（モンモリロ
ナイト、ベントナイト、酸性白土、カオリナイト等）、
多孔性ガラス、アルミナ、シリカゲル、ヒドロキシルア
パタイト、リン酸カルシウムゲル；ポリスチレン、ナイ
ロン、ポリウレア、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリ
アクリルアミドゲル、ポリアクリレート、ケイ素樹脂、
ポリビニルアルコールゲル、各種共重合体といった合成
樹脂；デンプン、コンニャク粉、寒天、アガローズゲ
ル、グルテン、セルロース、DEAE（又はDEAA、TEAE、C
M）−セルロース、セルロースエステル等の天然物；担
体は、これらに限定されるものではなく、各種のものが
広く使用される。

担体の大きさ、形状は必要に応じて適宜選択するもので
あり、球状、棒状、角状、中空状、膜状、筒状、ホロー
ファイバー状等に成形できる。その表面は滑面としても
よいし、付着性を向上させるために粗面としたり、ま
た、多孔質にしたりしてもよい。担体の種類も目的に応
じて選択するのが良いが、活性汚泥を固定する場合に
は、大量に使用するために価格が問題となり且つ攪拌や
振動等の機械的処理にも耐えねばならないので、硅砂、
貝化石、クリストバライト、活性炭、ゼオライトといっ
た無機系の担体が好都合であるが、これらのものに限定
されるものではなく、その他有機系の担体も適宜使用で
きる。

本発明においてはこの担体をカチオンまたはアニオンに
帯電せしめると、汚泥の付着が改良されるので、帯電処
理する方法が推奨される。この場合、アニオンに帯電せ
しめてもカチオンに帯電せしめてもよいが、以下、カチ
オンに帯電せしめる場合を例にとって説明する。

本発明の好適例にしたがって担体をカチオンに帯電せし
めるためには、担体を高分子凝集剤で処理するのであ
る。高分子凝集剤としては、分子量500〜1500万、好適
には1000〜1000万のカチオン性高分子凝集剤が使用さ
れ、その例としては次のものが挙げられる。

○ポリジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレート ○ポリジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレート
−ポリアクリルアミド共重合物 ○ポリエチレンイミン CH₂CH₂NH_ｎ ○キトサン ○ポリビニルビリジン塩酸塩 ○ビニルピリジン共重合物塩上記のように担体をカチオン性高分子凝集剤で処理すれ
ば、担体が直接カチオン化される。しかしながら、カチ
オン処理した担体を乾燥し又は乾燥することなくアニオ
ン性高分子凝集剤で処理すると、カチオン化されるだけ
でなく、両者が反応して水不溶性の繊維状析出物が担体
表面に生成するので、このような処理も利用である。こ
のようにして、必要あれば、カチオン性及びアニオン性
高分子凝集剤処理を多数回くり返して、全体として担体
をカチオン性に帯電させることもでき、しかも生成した
繊維状物によって活性汚泥を更に強固に結合固定するこ
ともできる。

これらの高分子凝集剤は、上記したように交互に層状に
処理してもよいし、これらで担体を同時に処理して、担
体表面上にカチオンとアニオンとを混在せしめるように
してもよい。ただ、カチオン性高分子凝集剤とアニオン
性高分子凝集剤とを併用する場合には、併用した後、全
体として帯電性がカチオンとなるようにその使用比率を
調整しなければならない。また、その使用比率を変える
ことによって、活性汚泥の性質や下水処理の性質に応じ
て、カチオン帯電性の強度を適正値にもっていくことが
できる。カチオン性高分子凝集剤のみを使用する場合で
あっても、その使用量及び／又はその種類を変えること
によって、同じくカチオン帯電性の強度を適正な範囲に
調節することができる。

陰イオン性高分子凝集剤としては、分子量500〜1500
万、好適には1000〜1000万のアニオン性高分子凝集剤を
使用するのが良く、次のものが例示される。

○ポリアクリル酸塩 ○ポリ（アクリルアミド−アクリル酸塩）共重合物 ○アルギン酸ナトリウム ○マレイン酸共重合物塩このようにしてカチオン処理した担体は、活性汚泥と接
触せしめて、担体上に汚泥を付着凝集せしめる。この場
合、担体はカチオン処理されているので、無処理の場合
よりも汚泥の付着凝集が促進強化される。

カチオン処理した担体に汚泥を付着せしめる際、上記の
ように無処理の汚泥を該担体と接触せしめてもよいが、
活性汚泥を予じめアニオン処理しておき、しかる後にカ
チオン処理した担体と接触せしめるという従来未知の新
規な手段を採ると、非常に良い結果が得られる（担体を
帯電させる際、上記とは逆にアニオン処理した場合に
は、汚泥をカチオン処理することは当然のことであ
る。）。

本発明においては、担体と活性汚泥との結合をより有利
に行うために、担体のカチオン化のみでなく、活性汚泥
の方はアニオン化するという全く新規な技術を採用し且
つこれらの技術を併用するものである。活性汚泥のアニ
オン化は、アニオン源を汚泥と混合接触せしめたり、イ
オン交換樹脂で処理したり、また、前記したアニオン性
高分子凝集剤と接触せしめたりして行うが、他のアニオ
ン化処理も適宜必要に応じて行うことができる。

カチオン化担体とアニオン化活性汚泥による活性汚泥の
固定化処理の具体的態様は、次のとおりである。

方法１砂等の担体に、カチオン性高分子凝集剤の水溶液を添加
して、混合し、30〜150℃で乾燥すると、担体表面に高
分子凝集剤が付着する。

一方、固定化しようとする活性汚泥にあらかじめ、アニ
オン性高分子水溶液を添加し充分に混合しておく、これ
に上記により処理した担体を投入し攪拌すると、担体の
表面のカチオンは、活性汚泥を凝集付着させると同時
に、アニオンと不溶性の繊維状反応物を作るので、活性
汚泥はカチオンの凝集作用と、繊維物の包括安定化の両
作用により非常に安定化する。

方法２上記カチオン処理を行なった担体に、アニオン性高分子
凝集剤の水溶液を添加して混合すると、担体表面に付着
したカチオン性高分子凝集剤とアニオンが反応して、水
不溶性の繊維状析出物が担体表面に生成する。この場
合、アニオンの量は、カチオンとの反応当量と同じか少
ない量とする。次いで、30〜150℃で乾燥すると、担体
粒子表面には、カチオンとそれを包括する繊維状反応物
が付着し、方法１の場合よりもカチオンが更に強固に担
体に付着する。

一方、固定化しようとする活性汚泥にあらかじめ、アニ
オン性高分子水溶液を添加し充分に混合しておく。これ
に上記により処理した担体を投入し攪拌すると、担体の
表面のカチオンは、活性汚泥を凝集付着させると同時
に、アニオンと不溶性の繊維状反応物を作るので、活性
汚泥はカチオンの凝集作用と、繊維物の包括安定化の両
作用により非常に安定化する。

ただこの場合は、活性汚泥自体もアニオン化されている
ので、カチオン化担体との反応が更に迅速に行なわれて
活性汚泥と担体との結合固定化がきわめて短時間に行わ
れる。また、この方法によれば、担体と、活性汚泥との
結合が更に強固なものとなり、しかもそれにもかかわら
ず活性汚泥の活性の低下率が極端に低下し且つ活性汚泥
の増殖が更に大巾に増加する。そのメカニズムの詳細は
今後の研究にまたねばならないが、先ず第１に、担体上
のカチオンとアニオン性高分子凝集剤のアニオンとが反
応して水不溶性の繊維状析出物が生成し、担体にカチオ
ンが強力に結合固定される。次に第２に、これをアニオ
ン処理した活性汚泥中に投入し攪拌すると、アニオン処
理を行なわない活性汚泥の場合よりも更に、両者の付着
力が増加するのみでなく水不溶性の繊維反応物の生成が
更に促進増強されて活性汚泥が迅速に凝集付着し、また
該繊維状物の包括安定化作用によって活性汚泥と担体と
が更に強固に結合固定化される。つまりこの方法によれ
ば、活性汚泥と担体とが上記したように第１及び第２の
作用によって二重に処理されて、両者間の結合が更に強
固なものとなると推定される。

担体の粒径は、担体の種類、その形状、固定化すべき活
性汚泥の種類、目的等によっても相違するが、小球状と
した場合は0.001〜10mm程度が好ましく、特に好ましい
範囲は、0.05〜0.3mm程度であるが、この範囲に限定さ
れるものではなく、必要に応じて適宜選択する。

これらの高分子凝集剤は、これを水溶液若しくはペース
ト状とした後これに担体を加えて混合攪拌してもよい
し、それとは逆に、担体に該水溶液若しくはペーストを
加えて混合攪拌しても、また担体にスプレーしたり滴下
しても、高分子凝集剤を担体に付着せしめ、担体をカチ
オン化することができる。

これらの高分子凝集剤は、これを水溶液として使用する
場合には、0.05〜5w/v％、好ましくは0.1〜1.0w/v％と
するのがよく、高分子を粉末の状態で担体と混合して、
水を添加する場合は、水の量は担体がわずかに水没する
程度とするのが好ましい。必要ある場合には、高分子凝
集剤は、その水溶液を担体に直接スプレーしたり、又は
粉末をスプレーした後、水をスプレーしたりして、該粉
末を担体に付着せしめて担体をカチオン化することも可
能である。

担体とカチオン高分子凝集剤の割合は、乾物量換算で 100:0.2〜100:2程度とし、担体とアニオン高分子凝集剤の割合は、乾物量換算で 100:0.2〜100:2程度とするのが好ましい。

このようにして高分子凝集剤によってカチオンに帯電さ
せた担体は、乾燥させた後又は乾燥させることなく、ア
ニオン化した活性汚泥の処理に使用し、活性汚泥を付着
させる。

すなわち、カチオンに帯電した担体をアニオン化した活
性汚泥中に投入したりこれとは逆に該担体にアニオン化
した活性汚泥を加えて、両者を接触させれば活性汚泥の
処理が完了し、担体に活性汚泥が付着する。具体的に
は、該担体をアニオン化した活性汚泥中に投入し、両者
を静置したり、混合、攪拌したり、軽く遠心処理したり
して、両者を直接々触せしめればよく、この処理方法が
極めてシンプルな点も、下水の工業的ないし大量処理を
目的とする本発明の重要な特徴の１つである。

活性汚泥のアニオン化は前記した方法によって行うので
あるが、例えばアニオン性高分子凝集剤を使用してアニ
オン化する場合には、アニオン性高分子凝集剤の0.01〜
10％程度の水溶液を調製しておき、これと活性汚泥とを
混合させれば容易にアニオン化が完了する。担体のカチ
オン強度に応じて、アニオン性高分子凝集剤の濃度及び
使用量を変えることによって、担体と活性汚泥との結
合、固定化の程度を自由に変化させ、目的とする値にす
ることができる。

このようにして汚泥を付着せしめた担体は、直ちに、後
記する糊料処理に付することができる。

しかしながら、糊料処理に先立ち、更に次に述べるよう
な帯電処理を行うと、その効果が更に高められる。

つまり、上記によって得た活性汚泥付着担体は、アニオ
ン処理して更に汚泥の付着を強化補強した後、カチオン
処理するのである。あるいは、わずかにカチオン化する
よう、カチオンとアニオン処理を同時に行うことも可能
である。いずれの場合においても、これらの処理は、先
に述べたと同様の方法で実施することができる。

しかる後に、次のようにして糊料処理を行うのである。

糊料としては、例えば、アルギン酸プロピレングリコー
ルエステル、繊維素グリコール酸カルシウム、同ナトリ
ウム、澱粉グリコール酸ナトリウム、澱粉リン酸エステ
ルナトリウム、メチルセルロース、ポリアクリル酸ナト
リウム、ゼラチン、カゼインナトリウム、寒天等のよう
に特別の処理をしないでもそれ単独で増粘、硬化、凝固
するタイプのもののほか、金属イオンその他の硬化剤に
より硬化ないしゲル化するタイプのいずれもが適宜使用
できる。

後者のタイプとしては次のものが例示される（カッコ内
は硬化剤の例）：アルギン酸ナトリウム（金属イオ
ン）：カゼイン（酸化カルシウム、水酸化カルシウム、
水酸化ナトリウム、フッ化ナトリウム、水ガラス）；ポ
リビニルアルコール（硫安、硫酸ソーダ＋硫酸亜鉛）そ
の他。

糊料処理は、糊料の水溶液を加えて攪拌したり、スプレ
ーしたりして汚泥付着担体と糊料と接触せしめたり、硬
化剤を添加するタイプのものにあっては、更に硬化剤水
溶液を添加したり、その他適宜常法に処理すればよく、
特別な糊料処理が何ら必要ない点も、工業的大量処理法
に適している本発明のすぐれた特徴の１つである。

糊料の添加量は、糊料の種類、担体及び活性汚泥の種
類、その量等によって相違するので、最適量をそれぞれ
必要に応じて設定すればよい。一応の目安としては、硅
砂担体1kg当り、アルギン酸ソーダを例にとれば１％水
溶液として0.5〜50l程度である。糊料水溶液中の糊料濃
度も適宜必要に応じて変えることができる。糊料水溶液
と汚泥付着担体とは、水溶液中で攪拌したりそのまま静
置したりして接触せしめることもできるほか、汚泥付着
担体のみを分離しておき、又は少量の水分の存在下、糊
料水溶液をスプレーないし滴下して直接且つ強力に糊料
処理することもできる。糊料処理後に行う硬化剤処理
も、液体同志を接触させたり硬化剤液をスプレーないし
滴下したりして上記と同様に行う。硬化剤は、糊料を硬
化せしめるためのものであり、硬く硬化させるのであれ
ば多量に用いればよく、目的や汚泥の種類、帯電処理等
に応じて最適な硬度となるようその添加使用量を調節す
ればよい。

糊料処理の場合に限らず、担体の帯電処理、汚泥付着担
体の帯電処理も、上記したのと同様に、担体を分離し又
は少量の存在下で、帯電剤、例えばカチオンないしアニ
オン高分子凝集剤液を直接スプレーしたり、滴下したり
してこれを実施することができる。

本発明によれば、このようにして活性汚泥を固定化した
担体は、エアレーションや機械的攪拌又は下水中の化学
成分等による物理的ないし化学的な作用によっても活性
汚泥を剥離することなく強固に固定し、しかも糊料の膜
の存在にもかかわらず活性汚泥の活性はいささかも衰え
ることがないばかりでなく、きわめて短時日に増殖し、
その結果下水処理がきわめて迅速に行われるのである。

したがって本発明によって得られた活性汚泥固定化担体
は、常法にしたがって通常の活性汚泥と同様に下水処理
場における反応槽において使用することにより、きわめ
て効率よく下水を処理することができる。この担体は、
このように地方自治体における様な大規模な下水処理施
設で有利に使用できるのみでなく、工場の廃水処理設備
はもとより家庭用の浄化槽や屎尿処理装置においても有
利に使用できる。また、畜舎や鶏舎に併設してこれらか
らの排出物も有利に処理するのに利用できる。

（作用）糊料を用いる処理のメカニズムの詳細は、今後の研究に
またねばならないが、現在では一応次のように推定され
る。

先ず、担体をカチオン化しておき、これに（アニオン処
理した）活性汚泥を接触せしめると、汚泥の凝集、付着
が迅速且つ強固に行われる。そして更にアニオン処理す
ることにより、汚泥の凝集、付着が更に補強される。

その後で糊料処理すると、付着した汚泥内に糊料が深く
浸透し、汚泥同志及び／又は汚泥と担体とが強く接着さ
れる。そして硬化剤を加えると、糊料のゲル化、硬化が
生じて汚泥同志及び／又は汚泥と担体との結合接着が硬
化され、非常にしっかりしたものとなり、更に汚泥表面
は硬化膜で保護され、非常に安定度が上昇する。

しかも、糊料は活性汚泥の活性を損うことは全くない
し、硬化膜を通して充分にその活性が発揮されるので、
汚泥の高活性が非常に長時間接続するのである。

（発明の効果）活性汚泥のような生物学的物質を担体に固定するに際し
て、強固に固定すれば活性は一般的に低下するものであ
る。換言すれば、活性の保持と担体への固定とは、本来
両立し得ないものなのである。

しかしながら、このように両立し得ないこと、従来より
不可能とされていたことを、本発明は、糊料処理という
従来未知の新規な技術をはじめて採用することによっ
て、ここにはじめて可能にしたのである。

そのうえ、帯電処理、硬化処理を有機的に結合すること
によって、更にその効果を高め、担体への汚泥の付着が
長時間持続するのみでなく、機械的攪拌等によっても剥
離したり破壊したりすることがなく、しかも活性は全く
低下しないというまさに理想的な汚泥の作成に成功した
のである。

そのうえ、本発明は、各種処理が単に各成分を単に接触
せしめるだけでよく、その工程にデリケートな操作は必
要とされず、したがって工業的大量処理に特に適してい
る。本発明によれば、このように簡単な操作で担体と汚
泥とを付着せしめることができ、それでいて、一旦付着
固定化したら、激しく攪拌しても両者が分離することが
なく、しかも活性汚泥の活性、品質、力価、性能は全く
衰えることがなく活性汚泥の増殖もスムースに行われる
ので処理がスピードアップされる、という新規にして顕
著な効果が奏されるのである。

そのうえ、本発明は各種の活性汚泥を広く固定化するこ
とができ、各種の下水や廃出物の処理に広く応用できる
ことも本発明のすぐれた特徴の１つである。

本発明によって処理された活性汚泥を用いると、活性汚
泥濃度を高くする事ができるので、高負荷処理ができ、
また粒子の沈降速度が速いので、固液分離が容易である
などの効果が得られる。そしてこの方法によれば、投入
した担体に、活性汚泥が付着し、所定の付着性活性汚泥
濃度となるまでには、少なくとも２ケ月、長くて６ケ月
程の馴養期間を要し、その間の汚水処理方法が問題とな
る事や、投入した担体のうち、活性汚泥の付着する割合
が得られるといった従来からの下水処理技術の欠点が完
全に解決されるという著効も得られる。また本発明によ
れば、上記したように粒子の体積、重量が増大するの
で、担体粒子と液体とを、遠心分離、濾過、凝集剤処理
等によって分離する必要がなく、静置したりデカンテー
ションするだけで迅速且つ容易に分離でき、省エネルギ
ー化、低コスト化が望まれる下水処理において本発明は
非常に有利である。担体として鉄粉等磁性粒子を用いる
と、磁場を作用させることによって上記処理が更に容易
に実施される。

以下、本発明の実施例について述べる。

実施例１珪砂（0.074〜0.149mm）50gに強力カチオン性高分子凝
集剤（＊１）１％水溶液80ccを加え、90℃で４時間乾燥
させ水分を蒸発させる。次いでこれを室温に冷却してカ
チオン化した担体を得た。

一方、下水処理場から採取した活性汚泥（MLSS5000mg/
l）3l中に上記処理した珪砂を添加し、ジャーテスター
にて150rpmで数分攪拌すると、珪砂の表面に活性汚泥が
凝集付着する。これに中アニオン性高分子凝集剤（＊
２）0.1％水溶液500mlを加えて混合し、150rpmにて数分
攪拌する。更に、上記と同じ強カチオン性高分子凝集剤
0.1％水溶液300mlを加えて混合すると、粒径5mm〜1cm位
のやや大きな凝集体が生成する。これを更に、150rpmで
10分程攪拌すると2mm以下の大きさに均一化できた。こ
れに、アルギン酸ナトリウム１％水溶液400ccを加えて
混合し、150rpmにて数分攪拌する。150rpmにて攪拌を続
けながらこれに0.2M塩化カルシウム水溶液600ccを徐々
に加えてゆくと、前記凝集体に浸透付着したアルギン酸
ナトリウムは、アルギン酸カルシウムのゲルに変化して
ゆき、前記凝集体が硬いゲルでおおわれる。塩化カルシ
ウム水溶液を全量投入して、更に150rpmで30分程攪拌す
ると、2mm位の大きさに均一化できた。活性はほぼ100％
残存していた。

＊１カチオン性高分子凝集剤＊２アニオン性高分子凝集剤実施例２実施例１において、珪砂をポリスチレン小球に代え糊料
及び硬化剤としてカゼイン及び水酸化ナトリウムを使用
した以外は同様に処理して、活性汚泥をその表面に強固
に凝集付着せしめたポリスチレン担体を得た。

この場合の活性残存率を測定したところ、約100％であ
った。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】担体に活性汚泥を付着させ、次にこれを糊
料で処理した後、硬化させることを特徴とする活性汚泥
の硬化処理法。