JPH1015572A

JPH1015572A - 微生物固定化用担体及びその担体を用いた液体中の窒素化合物の変換方法

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Publication number: JPH1015572A
Application number: JP8174840A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Nakamura; 義男中村; Naoyuki Fujii; 直幸藤井; Koji Hatanaka; 浩治畑中
Original assignee: BIO MATERIAL KK
Current assignee: BIO MATERIAL KK
Priority date: 1996-07-04
Filing date: 1996-07-04
Publication date: 1998-01-20

Abstract

(57)【要約】【課題】汚水などに含まれる窒素化合物を微生物を利用
して処理槽内で変換する場合、微生物を容易に固定でき
る担体およびその担体による液体処理法を提供するこ
と。【解決手段】表面に毛羽を有する繊維織物または編物を
粒状、サイコロ状、片々状、短冊状、板状または帯状に
して微生物を担持または保持させる担体とすることによ
り安価で簡易な微生物固定化用担体を提供するものであ
る。また、この担体を硝化処理槽、脱窒素処理槽などの
液体処理槽の内部に設置して、被処理液を循環させるこ
とにより、汚水などに含まれる窒素化合物を亜硝酸態窒
素、硝酸態窒素あるいは窒素ガスに変換させる方法を提
供するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微生物固定化用担
体及びその担体を用いた液体中の窒素化合物の変換方法
に関するものである。詳しくは表面に毛羽を有する微生
物固定化用担体と、その担体を、好気条件下の液体処理
槽または嫌気条件下の液体処理槽に投入して、上水中ま
たは汚水中に含まれる有害な窒素化合物を無害な窒素化
合物に変換または除去することができる液体中の窒素化
合物の変換方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、窒素肥料の消費の増大とともに、
窒素化合物による地下水等の汚染が進んでいる。その地
下水の汚染の原因となるのが、硝酸であり、その硝酸を
含んだ水を飲料水として飲んだ乳幼児が、貧血性のブル
ーベビーシンドロームとよばれる症状により死亡してい
る例が欧米諸国において発生している。これは乳幼児の
胃が酸性になっておらず、胃の中で硝酸が微生物により
亜硝酸となり、血液中のヘモグロビンと結合して酸素の
供給不足を起こし、死に至るというものである。

【０００３】そこで、世界保健機構（ＷＨＯ）では、飲
料水の硝酸態窒素濃度の基準を１０ｐｐｍに定めてい
る。しかし、欧米の地下水の中には、この１０ｐｐｍの
基準を遙に越え、デンマークでは５０ｐｐｍの濃度を検
出した井戸が８％もあり、さらに、アメリカの地下水で
は１５０ｐｐｍの高濃度のものが検出されている。ま
た、日本の畑作地帯の地下水においても１０ｐｐｍの基
準を越えているものがあり、厚生省や環境庁では、環境
監視項目として調査を強化している。

【０００４】さらに、下水等の汚水処理においては、下
水処理施設を整備拡充しているにも拘かわらず、湖沼、
河川の富栄養化が進み、根本的な解決に至っていないの
が現状である。その処理方法は、活性汚泥法を用いて微
生物による生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）を低減させて
いるが、汚水中の有機化合物由来の窒素化合物およびリ
ン等の栄養塩類を除去することができず、栄養塩類が放
出された湖沼や河川は、植物プランクトンが増殖し易い
状態となり、再び富栄養化が進み、汚染が進むのであ
る。

【０００５】特に、窒素化合物に汚染された地下水また
は汚水等の排水に対しては、これらを除去するために様
々な方法が取られている。その一つに生物学的除去法が
あり、有機態窒素からアンモニア態窒素、亜硝酸態窒
素、硝酸態窒素と変換し、最後に窒素ガスにまで変換さ
れる。この方法は、基本的には活性汚泥中の硝化菌およ
び脱窒素菌を用いて、硝化処理槽または脱窒素処理槽に
おいて液体の処理を行うものである。すなわち、硝化処
理槽においては、有機態窒素からアンモニア態窒素に変
換し、さらに、そのアンモニア態窒素を硝化菌によって
亜硝酸態窒素および硝酸態窒素へと変換させることがで
きる。前記硝化処理槽において変換された硝酸態窒素ま
たは亜硝酸態窒素は、一般に水素供与体が添加された脱
窒素処理槽において脱窒素菌によって窒素へと変換され
て大気中へ放出される。このような過程を経て、地下水
または汚水から窒素化合物を除去している。このとき、
その処理能力のアップを図るために、硝化処理槽にポリ
ウレタンの発泡体または特開平５−２３６８４号公報に
開示されているゼリー状のポリエチレングリコール誘導
体で作製された微生物固定化用担体を投入して微生物の
高密度化が図られてきた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では、種々の問題があった。すなわち、特開平５−
２３６８４号公報に開示されているポリエチレングリコ
ール誘導体の担体を用いた方法では、予め微生物を担体
に固定しなければならず、固定化するための装置等を必
要とし、そのための設備投資を要した。さらに、このポ
リエチレングリコール誘導体の担体は、好気条件下では
硝化処理槽にて硝化菌を固定させることはできるが、嫌
気条件下で行う脱窒素処理槽においては脱窒素菌を固定
化させることは困難であり、汎用性に欠けていた。

【０００７】また、ポリウレタンの発泡体を用いた場合
には、脱窒素処理槽においても利用できるという点で
は、ポリエチレングリコール誘導体の欠点を補うことが
できるが、前記微生物との親和性に欠けるので硝化処理
槽に用いたときの最大硝化速度が１３０ｍｇ−窒素／ｌ
−ｃａｒｒｉｅｒ／ｈと低く、これ以上の処理能力の向
上は見込めなかった。さらに、上記のものでは、液体中
の窒素化合物を変換したときに、操業開始より定常運転
に至る期間が長く、処理量の増加を図ることができず問
題であった。

【０００８】そこで、本発明はこのような現況に鑑み、
単位面積当たりの微生物の吸着量が多く、コスト的にも
安価で、使用場所が限定されずにあらゆる液体処理槽に
おいても使用が可能で、且つ、操業開始より定常運転に
至る期間が短く、微生物の固定化のために設備投資を必
要としない微生物固定化用担体と、それを用いた生物学
的脱窒素法による上水や汚水等の液体中の窒素化合物を
除去する能力の高い液体中の窒素化合物の変換方法を提
供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
上記従来技術における問題点を解決する目的で鋭意研究
を行った結果、表面に毛羽を有する微生物固定化用担体
を用いると、微生物が担体に吸着される量が増大し、さ
らに液体中の窒素化合物を変換させる能力が増大するこ
とが判明した。

【００１０】本発明に係る微生物固定化用担体は、微生
物を担持または保持する担体であって、表面に毛羽を有
することを特徴とする微生物固定化用担体である。前記
担体は、繊維織物または編物で構成されることができ
る。また、その担体の形状としては粒状、サイコロ状、
片々状、短冊状、板状、帯状の形状から選ばれた少なく
とも１種または２種以上の形状を有するものを用いるこ
とができる。

【００１１】このような、繊維織物または編物で構成さ
れる微生物固定化用担体の表面に毛羽を有するために
は、起毛処理または植毛処理を施すことにより目的を達
成することができる。起毛処理を施すには、担体の素材
となる繊維織物または編物等の布を針金等により引っか
けて起毛させることができる。また、植毛処理を施すに
は、繊維織物または編物等の布に接着剤を塗布して、さ
らに、その上に毛となるポリエステル、ナイロンまたは
レーヨン等の繊維からなるパイルを立毛・固着させて行
うことができる。このようにして得られた起毛処理また
は植毛処理を施した布を粒状、サイコロ状、片々状、短
冊状、板状または帯状に切断して微生物固定化用担体を
得るものである。

【００１２】本発明に係る微生物固定化用担体を用いた
液体中の窒素化合物の変換方法は、該微生物固定化用担
体を好気条件下の液体処理槽に被処理液とともに収容し
て、被処理液中の窒素化合物を変換する液体中の窒素化
合物の変換方法並びに該微生物固定化用担体を嫌気条件
下の液体処理槽に被処理液とともに収容して、被処理液
中の窒素化合物を変換する液体中の窒素化合物の変換方
法である。

【００１３】また、本発明に係る微生物固定化用担体
を、好気条件下の液体処理槽に被処理液とともに収容し
て被処理液中の窒素化合物を変換させた後、被処理液の
みを新たな前記微生物固定化用担体とともに嫌気条件下
の液体処理槽に収容して、被処理液中の窒素化合物を変
換する液体中の窒素化合物の変換方法である。

【００１４】さらには、本発明に係る微生物固定化用担
体を、嫌気条件下の液体処理槽に被処理液とともに収容
して被処理液中の窒素化合物を変換させた後、被処理液
のみを新たな前記微生物固定化用担体とともに好気条件
下の液体処理槽に収容して、被処理液中の窒素化合物を
変換させて、さらに被処理液の一部を嫌気条件下の液体
処理槽に戻し、好気条件下の液体処理槽との間を循環さ
せながら被処理液中の窒素化合物を変換する液体中の窒
素化合物の変換方法である。

【００１５】また、前記被処理液に上水または汚水を用
いることができる。このように本発明に係る表面に毛羽
を有する微生物固定化用担体を好気条件下の液体処理槽
または嫌気条件下の液体処理槽に被処理液とともに収容
すると、毛羽により微生物を大量に固定することがで
き、また、微生物の活性を高く維持することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明に係る微生物固定化用担体
は、粒状、サイコロ状、片々状、短冊状、板状または帯
状の形状を有するものを用いることができる。また、該
微生物固定化用担体に用いる繊維織物または編物の材質
としては、天然繊維または合成繊維のいずれも用いるこ
とができる。天然繊維の具体的な例としては、麻、綿、
絹または毛を、合成繊維の具体的な例としては、レーヨ
ン、ポリエステル、ナイロン、アクリル等をあげること
ができる。合成繊維においては、内部が充填された通常
の糸のほか、異形断面糸および内部が中空である中空糸
をも使用することができる。これらの繊維のうちでは合
成繊維の中空糸を用いるのが好ましい。いずれにして
も、起毛処理または植毛処理を施すことができる材質で
あればどのような種類の繊維であっても良い。

【００１７】このような微生物固定化用担体に用いる繊
維織物または編物に起毛処理を施すには、担体の素材と
なる繊維織物、編物等の布を針金等により引っかけて起
毛させることができる。例えば、新訂毛織物仕上法（加
藤雅樹著、昭和４４年１０月３０日第６版（新訂版）発
行、株式会社コロナ社）に記載の、針金起毛、薊起毛、
カービンランダム起毛等による機械起毛によって行うこ
とができる。

【００１８】また、植毛処理を施すには、繊維織物また
は編物等の布に接着剤を塗布して、さらに、その上に毛
となるナイロンまたはレーヨン等の合成繊維からなるパ
イルを立毛・固着させて行うものである。例えば、植毛
処理を施す方法としては、染色加工便覧（１９８８年１
０月１５日発行、株式会社日本繊維センター）に記載の
吹付け法、散布式、振動式等の機械方式、固定式、半固
定式、連続式、電極移動式等によるフロック加工によっ
て行うことができる。

【００１９】その他、微生物固定化用担体は、毛織物事
典（大野一郎著、昭和２８年６月２５日発行、丸善株式
会社）に記載のパイルした素材も用いることができる。
また、ベルベットのようなものも微生物固定化用担体と
して用いることができる。さらに、上記起毛処理または
植毛処理は、繊維織物または編物などの片面だけではな
く両面にも施すことができる。

【００２０】本発明における被処理液とは、窒素化合物
を含み、その窒素化合物を別の窒素化合物に変換するこ
とを目的とする液体であって、地下水、汚水、下水等を
例示することができる。

【００２１】また、本発明における被処理液中に含まれ
る窒素化合物とは、窒素原子を含む化合物であり、主に
硝化処理槽または脱窒素処理槽に含まれているアンモニ
ア、亜硝酸、硝酸等が例示できる。さらに、タンパク
質、アミノ酸等の有機態窒素も例示できる。

【００２２】液体処理槽とは、窒素化合物を含有してい
る液体中の窒素化合物の変換を目的とした処理槽を意味
するものである。例えば、上水処理場等で用いられる浄
化槽、汚水処理場で用いられる曝気槽、硝化処理槽、脱
窒素処理槽等である。微生物固定化用担体を、液体処理
槽へ被処理液とともに収容するとき、該微生物固定化用
担体と被処理液とを接触することにより液体中の窒素化
合物の変換を行うので、その変換を円滑に行うために、
被処理液を流動させることができる設備を設置すること
が好ましい。

【００２３】硝化処理槽は、好気条件下で、硝酸菌また
は亜硝酸菌等によって、有機態窒素からアンモニア態窒
素、さらには亜硝酸態窒素または硝酸態窒素へと変換す
ることができる液体処理槽である。一般的に、硝化処理
を行う微生物は液体処理槽内に既に存在しており、微生
物の栄養素である炭素源の供給を制限して硝化処理槽と
することにより微生物の淘汰が起こる。その結果、その
硝化処理槽に適した硝酸菌または亜硝酸菌等の微生物群
が多く生存することになる。従って、この過程で本発明
の、表面に毛羽を有することを特徴とする微生物固定化
用担体を被処理液と接触させることにより、該微生物固
定化用担体に硝化処理を行う微生物を固定させ、従来に
なく処理能力を高めることができる。特に、硝化能力の
高い微生物を予め集積して固定させると、窒素化合物の
変換を行ううえで、処理能力の立ち上がりが速く好まし
い。この硝化処理を行う亜硝酸菌の１例にはニトロソモ
ナス（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ）属が、硝酸菌の１例
にはニトロバクター（Ｎｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ）属が、
それぞれ硝化処理槽において重要な働きをしている。

【００２４】脱窒素処理槽は、汚水処理において硝化処
理槽と組み合わせて用いられたり、あるいは硝酸を大量
に含む地下水等の処理に用いられるもので、特に嫌気条
件下で行われるものである。この脱窒素処理槽に本発明
の表面に毛羽を有することを特徴とする微生物固定化用
担体を入れることにより、硝化処理槽と同様に脱窒素菌
を固定させ、硝酸を窒素ガスに変換して、被処理液から
窒素化合物を除くものである。このとき、該微生物固定
化用担体を被処理液に接触させるに際し、被処理液を移
動させることが窒素化合物の変換を行ううえで、好まし
い。特に、脱窒能力の高い微生物を予め集積して固定さ
せると、窒素化合物の変換を行ううえで、処理能力の立
ち上がりが速く好ましい。この脱窒素菌には、シュード
モナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）属、ミクロコッカス
（Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ）属、スピルラム（Ｓｐｉｒ
ｉｌｌｕｍ）属、アクロモバクター（Ａｃｈｒｏｍｏｂ
ａｃｔｅｒ）属、アルカリゲネス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎ
ｅｓ）属、ハイドロジェノモナス（Ｈｙｄｒｏｇｅｎｏ
ｍｏｎａｓ）属、チオバシルス（Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌ
ｕｓ）属が例示できる。

【００２５】また、この脱窒素処理槽には、水素供与体
を供給することができる。例えば、メタノール、酢酸、
エタノール、アセトン、グルコース、メチルエチルケト
ン、イソプロピルアルコール等をあげることができ、こ
れらの水素供与体は、亜硝酸態窒素または硝酸態窒素を
窒素ガス（Ｎ₂）にするために電子を供給することにあ
る。

【００２６】従って、本発明において硝化処理槽、脱窒
素処理槽の順に被処理液を処理して窒素化合物を除去す
ることができる。すなわち、前述の硝化処理槽で処理さ
れた亜硝酸態窒素または硝酸態窒素を含む被処理液を、
脱窒素処理槽に流入させて亜硝酸態窒素または硝酸態窒
素を窒素ガスに変換して、被処理液から窒素化合物を除
くことができる。あるいは、その硝化処理槽と脱窒素処
理槽との間に沈澱池を介して、硝化処理槽から流出する
被処理液を沈澱池に流入させたのち、さらに沈澱池から
脱窒素処理槽に流入させて、被処理液中の窒素化合物を
除去することができる。

【００２７】また、本発明は、曝気槽を硝化処理槽の前
に設置して、被処理液中のＢＯＤを低減させた液を沈澱
池に流入させたのち、その沈澱池から硝化処理槽へ被処
理液を流入させることもできる。また、脱窒素処理槽、
硝化処理槽の順で被処理液を処理して、さらにその硝化
処理槽で処理された被処理液の一部を脱窒素処理槽に循
環させて処理することもできる。脱窒素処理槽と硝化処
理槽との間に沈澱池を介在させて処理し、被処理液中の
窒素化合物を除去することもできる。

【００２８】このような液体処理槽に、本発明に係る微
生物固定化用担体を収容する量は、液体処理槽の形状お
よび被処理液の流動設備の形状にもよるが、液体処理槽
の容量に対して３〜４０容量％、好ましくは５〜３５容
量％、特に好ましくは１５〜３０容量％、にするのが望
ましい。すなわち、３容量％未満であると、処理能力が
低下し、４０容量％を越えると過剰に投与することにな
るので、液体の流動性が著しく損なわれ、効率の低下が
顕著になる。従って、前記範囲にするのが良い。また、
脱窒素処理槽においては、カラムのように微生物固定化
用担体を充填して用いることができる。その場合には、
微生物固定化用担体を液体処理槽の容量に対して５０〜
１００容量％収容することができる。

【００２９】本発明に用いられる液体処理槽の具体的な
例として、図１〜図６に示す従来の公知の液体処理槽お
よび図８および図９に示す液体処理槽を用いることがで
きる。図１および図２は、ガスを被処理液中に注入する
ことにより、前記本発明の表面に毛羽を有する微生物固
定化用担体（以下「担体」という。）の粒状、サイコロ
状または片々状の形状のものと被処理液を攪拌すること
ができる液体処理槽を例示したものである。図３は、担
体の形状が短冊状、板状または帯状であって槽内に固定
されている液体処理槽を示した例であり、ガスを被処理
液中に注入することにより、被処理液が循環し、前記本
発明の表面に毛羽を有する担体と接触する例である。ま
た、図４および図５は、被処理液をポンプによって循環
することにより前記本発明の表面に毛羽を有する担体と
接触する例である。図６および図８は、槽内における被
処理液と担体の攪拌を被処理液の循環によって行う液体
処理槽である。特に、図６に示した液体処理槽は、図７
に示すような液流ジェット機構を有するもので、前記粒
状、サイコロ状または片々状の担体とともに被処理液を
攪拌をする機構を備えている。

【００３０】以下に各液体処理槽の詳細を説明する。図
１は、ドラフトチューブ付気泡塔型の液体処理槽１であ
る。その槽本体２の内部には、窒素ガスまたは空気等の
ガス３を液体処理槽１の底部４から供給することにより
図中の矢印に示される上昇流と下降流による流れが起こ
り、被処理液５と粒状、片々状またはサイコロ状の担体
６と接触することによって窒素化合物を変換することが
できる例である。この図１の液体処理槽においては、前
記槽本体２に、プロペラ等の攪拌手段を設け攪拌させる
こともできる。また、短冊状、板状または帯状の担体を
槽本体２の内部に固定して、被処理液５のみを循環させ
ることにより被処理液５の窒素化合物を変換させること
もできる。

【００３１】次に、図２に示すものは、箱状ガスリフト
型の液体処理槽１である。この液体処理槽１は、エアー
コンプレッサー、窒素ボンベ等からガス３を供給するガ
ス供給手段７を被処理液５中に設置して、被処理液５に
空気または窒素ガス等のガス３を送り込むことにより好
気条件下または嫌気条件下にて被処理液５を処理するも
のである。被処理液５は窒素化合物が変換された後に仕
切壁８を通して処理液取出口９から取り出すことができ
る。この場合も図１と同様に図中の矢印に示される上昇
流や下降流による流れが起こり、被処理液５と粒状、片
々状またはサイコロ状の担体６と接触することによって
窒素化合物を変換することができる例である。

【００３２】図３に示す箱状ガスリフト型の液体処理槽
１は、担体の形状を短冊状、板状または帯状として槽内
に固定したものである。この液体処理槽１は、エアーコ
ンプレッサー、窒素ボンベ等からガス３を供給するガス
供給手段７を被処理液５中に設置して、被処理液５に空
気または窒素ガス等のガス３を送り込むことにより好気
条件下または嫌気条件下にて被処理液５を処理し、被処
理液５は窒素化合物が変換された後に仕切壁８を通して
処理液取出口９から取り出すことができる。このこと
は、図２の場合と同様である。この場合も図１と同様に
図中の矢印に示される上昇流や下降流による流れが起こ
り被処理液５の窒素化合物を変換することができる。

【００３３】図４に示す下降流エキスパンド型の液体処
理槽１は、主に嫌気条件下で用いられ、底部４の上部に
スクリーン１０を設け、その上に粒状、サイコロ状また
は片々状の坦体６を置き、被処理液５を下降させながら
担体と接触させる。このときも、槽本体２の底部４の上
部から接続される環流管１１は、槽外を経由して槽本体
２の被処理液５の液面１２より上の槽本体２と接続さ
れ、ポンプ１３を介して被処理液５を循環させる。被処
理液５は坦体６と接触することにより、その液中の窒素
化合物を変換させることができる。坦体の見掛け比重が
水より小さい場合には特に有効である。

【００３４】図５に示す下降流型の液体処理槽１も、主
に嫌気条件下で用いられ、被処理液５を下降させながら
担体６と接触させるものである。この液体処理槽１は、
短冊状、板状または帯状の担体を槽本体２の内部に固定
して被処理液５を循環させるものであり、槽本体２の底
部４の上部から接続される環流管１１は、槽外を経由し
て槽本体２の被処理液５の液面１２より上の槽本体２と
接続され、ポンプ１３を介して被処理液５を循環させて
いる。従って、被処理液５は坦体６と接触することによ
り、その液中の窒素化合物を変換させることができる。

【００３５】図６は、エジェクター型の液体処理槽１に
粒状、サイコロ状または片々状の担体６を用いた例であ
る。この液体処理槽１は、槽本体２をスクリーン１０に
よって上下に２分し、このスクリーン１０の下部には、
ポンプ１３によって被処理液５を循環させる環流管１１
と、さらにその環流管１１と合流する液流ジェット機構
１４を有する担体回収管１５を槽外にそれぞれ設けてい
る。そこで被処理液５は、ポンプ１３によって強制的に
環流管１１内を流れ、液流ジェット機構１４に流入して
液流ジェットとなる。そして担体回収管１５を循環して
いる被処理液５および担体６は、その液流ジェットによ
り槽本体２内部に推進力を発生させて流動攪拌を行うも
のである。このようにして被処理液５は坦体６と接触す
ることにより、その液中の窒素化合物を変換させること
ができる。

【００３６】そこで、図６に用いられる液流ジェット機
構１４の原理を図７を用いて説明する。環流管１１の途
中に粒状、サイコロ状または片々状の担体６を回収する
担体回収管１５を受け入れるボックス２０が形成されて
おり、担体回収管１５の槽外導出端２１は、このボック
ス２０内における通過断面積を狭くした狭径部２２を臨
ませている。そこで、ボックス２０内に侵入した被処理
液５は狭径部２２を通過する際に、通過断面積の縮小に
伴って流速が加速される。このように流速が加速された
結果、狭径部２２の周辺は負圧となり、この負圧状態に
吸引されて担体回収管１５から担体６を含む被処理液５
が液流ジェットになる。

【００３７】図８は、液流ジェット機構１４を有したエ
ジェクター型の液体処理槽１の別の例である。この液体
処理槽１は、担体回収管１５およびその管路途中に循環
ポンプ１３を介在させた環流管１１と、液流ジェット機
構１４とにより主に構成されている。この槽本体２は、
底部４と蓋１６を有する円筒状の容器であり、気密性を
維持できるように構成されている。槽本体２の内部に
は、内部を２分するスクリーン１０を設けて被処理液５
と共に収容された粒状、サイコロ状または片々状の担体
６を分離させて、環流管１１に担体６が侵入することを
阻止するものである。そして槽本体２の内部には、担体
回収口１７を上端に取り付けた担体回収管１５が設けら
れている。この担体回収管１５は、被処理液５の液面１
２よりも下方の位置において、担体６および被処理液５
を吸い込むことにより、槽壁１８を通して槽本体２の外
部へと導き、液流ジェット機構１４において環流管１１
と合流している。この環流管１１は、槽本体２の内部の
被処理液５を強制的にポンプ１３によって液流ジェット
機構１４に供給して、さらに液流ジェット機構１４と合
流している担体回収管１５内を流れる被処理液５および
担体６を、その発生する液流ジェットの推進力により循
環させることができる。さらに槽本体２の内部には、担
体回収口１７の周辺に、傾斜壁体１９が、全周または一
部に設けられており、液面１２に向かって浮上する担体
６を担体回収口１７の周辺に集めやすくしている。

【００３８】図９は、液流ジェット機構１４を有したエ
ジェクター型の液体処理槽１の別の例である。この液体
処理槽１は、その管路途中に循環ポンプ１３を介在させ
た環流管（１）１１および循環ポンプの介在しない環流
管（２）１１’と、液流ジェット機構１４とにより主に
構成されている。この槽本体２は、底部４と蓋１６を有
する円筒状の容器であり、気密性を維持できるように構
成されている。槽本体２の内部には、短冊状、板状また
は帯状の担体６が固定されている。そして槽本体２の内
部には、液の取入口１７’を上端に取り付けた環流管
（２）１１’が設けられているが、この環流管（２）１
１’は、被処理液５の液面１２よりも下方の位置におい
て、被処理液５の別の吸い込み口であって、槽壁１８を
通して槽本体２の外部へ導かれ、液流ジェット機構１４
において環流管（１）１１と合流している。この環流管
（１）１１は、槽本体２の内部の被処理液５を強制的に
ポンプ１３によって液流ジェット機構１４に供給して、
さらに液流ジェット機構１４と合流している環流管
（２）１１’の内部を流れる被処理液５を、その発生す
る液流ジェットの推進力により循環させることができ
る。

【００３９】図８および図９の環流管１１は、図１０に
示すように槽壁１８を通して槽本体２に接続している。
環流管１１の軸線を槽壁１８の略接線方向に沿わせるこ
とにより、槽内空間に帰還した液流に旋回流が生じ、担
体６との接触が充分に行われる。

【００４０】以上の液体処理槽１では、特に気密性の高
い槽本体２を用いることができる。また、槽本体２の周
囲に被処理液５の温度を一定に保つウオータジャケット
を装着することもできる。さらには、必要に応じて被処
理液５の溶存酸素を測定するための溶存酸素電極および
溶存酸素メーターを、被処理液５のｐＨを測定するため
のｐＨ電極およびｐＨメーターを、炭化水素や無機系の
化合物等を供給する供給口を、それぞれ被処理液５の種
類に応じて槽本体２の蓋１６または槽壁１８に設けるこ
とができる。特に、水素供与体となり得る化合物として
は、メタノール、エタノール等を用いることができる。
無機系の化合物としては、水酸化ナトリウムや塩酸等の
被処理液５のｐＨを調整するものが例示できる。

【００４１】本発明の硝化処理槽および脱窒素処理槽に
ついて詳しく説明する。硝化処理槽には、前記図１〜図
６並びに図８および図９の液体処理槽１を用いることが
できる。好気条件下にて処理した場合には、硝化処理を
行うことができる微生物群（以下「硝化菌」という。）
が増殖して、硝化処理することのできる液体処理槽１を
意味するものである。そこで、図１１によりその原理を
説明すると、硝化処理槽２３の底部４には、ポンプ１３
と結合したブロア２４が接続されており、さらに硝化菌
を含む被処理液５と担体６を収容している。この担体６
を収容することにより、被処理液５中に含まれる硝化菌
が担体６に付着もしくは結合し、前記ブロア２４が被処
理液５中に空気３を送ることによる攪拌作用により、被
処理液５と担体６の接触効率を上げて、被処理液５を硝
化するものである。また、硝化処理の場合には、ｐＨを
一定に保つために、硝化処理槽２３内にはｐＨ電極２５
およびｐＨメーター２６を設置して、矢印に示すように
水酸化ナトリウムなどのアルカリ性の化合物２７を投入
しながら、ｐＨの低下を防ぎ硝化処理を行うことがで
き、微生物群の生育環境を一定に保つことができる。こ
の硝化処理槽２３内の被処理液５中のアンモニア態窒素
（ＮＨ₄−Ｎ）を主とする窒素化合物は、亜硝酸態窒素
（ＮＯ₂−Ｎ）、硝酸態窒素（ＮＯ₃−Ｎ）に変換され
る。

【００４２】図１２の脱窒素処理槽２８についても、前
記硝化処理槽２３と同様に図１〜図６並びに図８および
図９に示す液体処理槽１を用いることができる。図１２
によりその脱窒素の原理を説明すると、脱窒素処理槽２
８は、液体処理槽１を嫌気条件下、すなわち、無酸素条
件下で被処理液５の処理を行うことにより、被処理液５
中に含まれる脱窒素処理を行うことができる微生物群
（以下「脱窒素菌」という。）が繁殖して、被処理液５
を処理するものである。特に、脱窒素処理槽２８は、密
閉されていて、酸素の流入を防ぐことができる槽を用い
るのが望ましい。そして、この脱窒素処理槽２８におい
ては、担体６と被処理液５を収容して、脱窒素菌を担体
６に吸着もしくは付着させて、被処理液５中に含まれる
亜硝酸態窒素（ＮＯ₂−Ｎ）、硝酸態窒素（ＮＯ₃−
Ｎ）を水と窒素ガスに変換させるものである。さらに、
その窒素ガスは脱窒素処理槽２８から分離されて、大気
中に放出される結果、液体中から窒素化合物が除去さ
れ、脱窒素処理が行われる。このとき、必要に応じて、
水素供与体でもあるメタノール、エタノールなどを加え
て被処理液５に供給することができる。担体６と被処理
液５の接触をよくするために、脱窒素処理槽２８内の被
処理液５中に攪拌手段を設けることが望ましい。また、
脱窒素処理槽２８は、被処理液５中の酸素を放出して嫌
気条件を保つために、窒素ガス等の無酸素ガス３をポン
プ１３を介してガス供給手段７により被処理液５中に送
り込むことにより、被処理液５を攪拌し、担体６との接
触をよくすることもできる。

【００４３】さらに、前記硝化処理槽２３と脱窒素処理
槽２８とを組み合わせて、被処理液５を処理することも
できる。その方法は図１３に示すように、好気条件下の
硝化処理槽２３および嫌気条件下の脱窒素処理槽２８を
その順番に配置して、さらに各槽には被処理液５を担体
６とともに収容して、硝化処理槽２３では硝化菌を、脱
窒素処理槽２８では脱窒素菌を、担体６に吸着もしくは
付着させて固定化させている。すなわち、前記硝化処理
槽２３にて処理された被処理液５中の窒素化合物は、ア
ンモニア態窒素（ＮＨ₄−Ｎ）から亜硝酸態窒素（ＮＯ
₂−Ｎ）、硝酸態窒素（ＮＯ₃−Ｎ）へと変換される。
そして、さらに脱窒素処理槽２８に被処理液５を移し
て、メタノール、エタノールなどの化合物２７を供給し
ながら脱窒素菌により、その亜硝酸態窒素（ＮＯ₂−
Ｎ）、硝酸態窒素（ＮＯ₃−Ｎ）を窒素ガスに変換する
ものである。また、図１３とは逆に脱窒素処理槽２８お
よび硝化処理槽２３の順番に配置して、各槽に前記同様
に被処理液５と担体６を収容して被処理液中の窒素化合
物を処理することもできる。

【００４４】図１４は、帯状の微生物固定化用担体を図
示したものである。これは幅およそ２５ｃｍ、長さ１ｍ
に切断した担体の両端を縫合し、環状にしたものの例で
ある。この上端および下端を固定して、液体処理槽に挿
入することができる。図１５は、短冊状の微生物固定化
用担体を図示したものである。これは幅およそ１０ｍ
ｍ、長さ３０ｃｍの短冊状の担体にひねりを加えたもの
である。これも短冊状の担体を連ねて、その上端および
下端を固定して、液体処理槽に挿入することができる。

【００４５】

【実施例】次に、本発明の詳細を実施例に基づいて説明
する。（製造例１）芯糸として７５デニールのポリエステル加
工糸、起毛となる上糸および下糸に３５デニールのポリ
エステル中空糸を用いて丸編みにより担体ベースとなる
編物を作製し、これを常法により開反および精錬を行っ
た後、針布起毛機にて片面につき７回の起毛処理を行
い、シャーリングおよびセットを行って、目的の両面起
毛布（幅１５０ｃｍ×３０ｍ、目付２５０ｇ／ｍ²、起
毛長約２．５ｍｍ）を得た。

【００４６】（実施例１）製造例１の起毛布を幅２５ｃ
ｍ、長さ１ｍに裁断し、その両端を縫合し図１４のよう
な帯状の微生物固定化用担体を得た。

【００４７】（実施例２）製造例１の起毛布を幅１０ｍ
ｍ、長さ３０ｃｍに裁断し、図１５のような短冊状の微
生物固定化用担体を得た。

【００４８】（実施例３）製造例１の起毛布を一辺の長
さが５ｍｍとなるように裁断し、サイコロ状の微生物固
定化用担体を得た。

【００４９】（実施例４）図３に示す容量３０リットル
の箱状ガスリフト型の液体処理槽を硝化処理槽として用
い、表１に示す排水組成による人工無機合成排水（１）
を作製して、実施例１により得られた帯状の微生物固定
化用担体に活性汚泥を吸着固定化した後、充填率１５％
で槽内に充填し、塩化アンモニウムにより人工無機合成
排水（１）のアンモニア態窒素（ＮＨ₄−Ｎ）含有量を
５００ｐｐｍになるように調整した被処理液を液体処理
槽に連続的に流入し、硝酸態窒素に変換した。このとき
の被処理液の温度は３０℃、ｐＨは７．５〜８．５、容
積負荷は表２に示す通りであった。なお、水質の分析
は、ＪＩＳＫ０１０２−１９９３に拠った。試験期間
中の流出処理液中のアンモニア態窒素（ＮＨ₄−Ｎ）の
濃度変化は図１６に示したように、容積負荷を０．５ｋ
ｇ−窒素／ｍ³−液体処理槽／日から１．５ｋｇ−窒素
／ｍ³−液体処理槽／日に増加させたにも拘わらず７０
日後においても、アンモニア態窒素の除去率を約８０％
以上に維持することができた。担体の硝化速度は３３０
ｍｇ−窒素／ｌ−ｃａｒｒｉｅｒ／ｈ以上であった。

【００５０】

【表１】

【００５１】

【表２】

【００５２】（実施例５）人工無機合成排水（１）のア
ンモニア態窒素（ＮＨ₄−Ｎ）含有量を５０ｐｐｍにな
るように調整した以外は実施例４と同様にして試験を行
った。このときの被処理液の温度は３０℃、ｐＨは７．
５〜８．５、容積負荷は表３に示す通りであった。試験
期間中の流出処理液中のアンモニア態窒素（ＮＨ₄−
Ｎ）の濃度変化は図１７に示したように、容積負荷を
０．０５ｋｇ−窒素／ｍ³−液体処理槽／日から１．０
０ｋｇ−窒素／ｍ³−液体処理槽／日に増加させたにも
拘わらず２００日後においても、アンモニア態窒素の除
去率を９０％以上に維持した。担体の硝化速度は２５０
ｍｇ−窒素／ｌ−ｃａｒｒｉｅｒ／ｈ以上であった。

【００５３】

【表３】

【００５４】（実施例６）図２に示す容量１．４リット
ルの箱状ガスリフト型の液体処理槽を硝化処理槽として
用い、表１に示す排水組成による人工無機合成排水
（１）を作製して、実施例３により得られたサイコロ状
の微生物固定化用担体に活性汚泥を吸着固定化した後、
充填率２０％で槽内に充填し、塩化アンモニウムにより
人工無機合成排水（１）のアンモニア態窒素（ＮＨ₄−
Ｎ）含有量を５００ｐｐｍになるように調整した被処理
液を液体処理槽に連続的に流入し、硝酸態窒素に変換し
た。このときの被処理液の温度は３０℃、ｐＨは７．５
〜８．５、容積負荷は表４に示す通りであった。なお、
水質の分析は、ＪＩＳＫ０１０２−１９９３に拠っ
た。試験期間中のアンモニア態窒素（ＮＨ₄−Ｎ）の濃
度変化は図１８に示したように、容積負荷を０．２５ｋ
ｇ−窒素／ｍ³−液体処理槽／日から０．８ｋｇ−窒素
／ｍ³−液体処理槽／日に増加させたにも拘わらず１０
０日後においても、アンモニア態窒素の除去率を９０％
以上に維持した。

【００５５】

【表４】

【００５６】（実施例７）図９に示す容量１５リットル
のエジェクター型液体処理槽を脱窒素処理槽として用
い、表５に示す排水組成による人工無機合成排水（２）
を作製して、実施例２により得られた短冊状の微生物固
定化用担体を図１５のように枠に固定し、活性汚泥を吸
着固定化した後、充填率１８％で槽内に充填し、硝酸に
より人工無機合成排水（２）の硝酸態窒素（ＮＯ₃−
Ｎ）含有量を５００ｐｐｍになるように調整した被処理
液を液体処理槽に連続的に流入し脱窒素処理を行った。
このとき、水素供与体としてメタノールを添加し、その
濃度を１４３０ｍｇ／ｌに維持した。また被処理液の温
度は３０℃、ｐＨは７．５〜８．５、容積負荷は表６に
示す通りであった。なお、水質の分析は、ＪＩＳＫ０
１０２−１９９３に拠った。試験期間中の流出水中の硝
酸態窒素（ＮＯ₃−Ｎ）の濃度変化は図１９に示したよ
うに、容積負荷を０．５ｋｇ−窒素／ｍ³−液体処理槽
／日から８．０ｋｇ−窒素／ｍ³−液体処理槽／日に増
加させたにも拘わらず２００日後においても、硝酸態窒
素の除去率を約９０％以上に維持した。担体の脱窒速度
は１７００ｍｇ−窒素／ｌ−ｃａｒｒｉｅｒ／ｈ以上で
あった。

【００５７】

【表５】

【００５８】

【表６】

【００５９】（実施例８）図８に示す容量１５リットル
のエジェクター型液体処理槽を脱窒素処理槽として用
い、表５に示す排水組成による人工無機合成排水（２）
を作製して、実施例３により得られたサイコロ状の微生
物固定化用担体に活性汚泥を吸着固定化した後、充填率
２０％で槽内に充填し、硝酸により人工無機合成排水
（２）の硝酸態窒素（ＮＯ₃−Ｎ）含有量を５００ｐｐ
ｍになるように調整した被処理液を液体処理槽に流入し
脱窒素処理を行った。このとき、水素供与体としてメタ
ノールを添加し、その濃度を１４３０ｍｇ／ｌに維持し
た。また被処理液の温度は３０℃、ｐＨは７．５〜８．
５、容積負荷は表７に示す通りであった。なお、水質の
分析は、ＪＩＳＫ０１０２−１９９３に拠った。試験
期間中の硝酸態窒素（ＮＯ ₃−Ｎ）の濃度変化は図２０
に示したように、容積負荷を０．５ｋｇ−窒素／ｍ ³−
液体処理槽／日から７．０ｋｇ−窒素／ｍ³−液体処理
槽／日に増加させたにも拘わらず２００日後において
も、硝酸態窒素の除去率を約９０％以上に維持した。担
体の脱窒速度は１３００ｍｇ−窒素／ｌ−ｃａｒｒｉｅ
ｒ／ｈを越えていた。

【００６０】

【表７】

【００６１】

【発明の効果】本発明の微生物固定化用担体によれば、
表面に毛羽を有することにより、その毛羽により多量の
微生物を担持または保持し、固定化することができる。
従って、この微生物固定化用担体を好気条件下の液体処
理槽、例えば硝化処理槽、に被処理液とともに収容する
ことにより、被処理液中の窒素化合物、例えばアンモニ
ア態窒素、を硝酸態窒素へ効率よく変換することができ
る。また、この微生物固定化用担体を嫌気条件下の液体
処理槽、例えば脱窒素処理槽、に被処理液とともに収容
することにより、被処理液中の窒素化合物、例えば硝酸
態窒素、を効率よく脱窒素処理することができる。これ
らの処理は、該微生物固定化用担体が多量の微生物を固
定化できるので、硝化処理槽または脱窒素処理槽等にお
いて窒素変換処理の立ち上がりが早くなり、速やかに微
生物の活性を高め、且つ活性を維持することができるの
で、上水処理場、汚水処理場等の処理能力のアップを図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ドラフトチューブ付気泡塔型の液体処理槽の説
明図。

【図２】箱状ガスリフト型の液体処理槽の説明図。

【図３】箱状ガスリフト型の液体処理槽の別の例の説明
図。

【図４】下降流エキスパンド型の液体処理槽の説明図。

【図５】下降流型の液体処理槽の説明図。

【図６】エジェクター型の液体処理槽の説明図。

【図７】液流ジェット機構の説明図。

【図８】エジェクター型の液体処理槽の別の例の説明
図。

【図９】エジェクター型の液体処理槽の別の例の説明
図。

【図１０】図８および図９に示したエジェクター型の液
体処理槽の平面図。

【図１１】硝化処理槽として用いた液体処理槽の説明
図。

【図１２】脱窒素処理槽として用いた液体処理槽の説明
図。

【図１３】硝化処理槽と脱窒素処理槽を併用した液体処
理槽の説明図。

【図１４】帯状の微生物固定化用担体の説明図。

【図１５】短冊状の微生物固定化用担体の説明図。

【図１６】液体中のアンモニア態窒素の時間経過におけ
る変化（１）

【図１７】液体中のアンモニア態窒素の時間経過におけ
る変化（２）

【図１８】液体中のアンモニア態窒素の時間経過におけ
る変化（３）

【図１９】液体中の硝酸態窒素の時間経過における変化
（１）

【図２０】液体中の硝酸態窒素の時間経過における変化
（２）

【符号の説明】

１．液体処理槽１５．担
体回収管２．槽本体１６．蓋３．ガス１７．担
体回収口４．底部１７’．
液の取入口５．被処理液１８．槽
壁６．担体１９．傾
斜壁体７．ガス供給手段２０．ボ
ックス８．仕切壁２１．槽
外導出端９．処理液取出口２２．狭
径部１０．スクリーン２３．硝
化処理槽１１．環流管（１）２４．ブ
ロア１１’．環流管（２）２５．ｐ
Ｈ電極１２．液面２６．ｐ
Ｈメーター１３．ポンプ２７．化
合物１４．液流ジェット機構２８．脱
窒素処理槽

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ１２Ｎ 11/02 Ｃ１２Ｎ 11/02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微生物を担持または保持する担体であっ
て、表面に毛羽を有することを特徴とする微生物固定化
用担体。
【請求項２】前記担体が、繊維織物または編物で構成さ
れる請求項１記載の微生物固定化用担体。
【請求項３】前記担体が、粒状、サイコロ状、片々状、
短冊状、板状および帯状の形状から選ばれた少なくとも
１種または２種以上の形状を有する請求項１または２記
載の微生物固定化用担体。
【請求項４】請求項１から３のいずれか１項に記載の微
生物固定化用担体を、好気条件下の液体処理槽に被処理
液とともに収容して、被処理液中の窒素化合物を変換す
る液体中の窒素化合物の変換方法。
【請求項５】請求項１から３のいずれか１項に記載の微
生物固定化用担体を、嫌気条件下の液体処理槽に被処理
液とともに収容して、被処理液中の窒素化合物を変換す
る液体中の窒素化合物の変換方法。
【請求項６】請求項１から３のいずれか１項に記載の微
生物固定化用担体を、好気条件下の液体処理槽に被処理
液とともに収容して被処理液中の窒素化合物を変換させ
た後、被処理液のみを新たな前記微生物固定化用担体と
ともに嫌気条件下の液体処理槽に収容して、被処理液中
の窒素化合物を変換する液体中の窒素化合物の変換方
法。
【請求項７】請求項１から３のいずれか１項に記載の微
生物固定化用担体を、嫌気条件下の液体処理槽に被処理
液とともに収容して被処理液中の窒素化合物を変換させ
た後、被処理液のみを新たな前記微生物固定化用担体と
ともに好気条件下の液体処理槽に収容して、被処理液中
の窒素化合物を変換させて、さらに被処理液の一部を嫌
気条件下の液体処理槽に戻し、好気条件下の液体処理槽
との間を循環させながら被処理液中の窒素化合物を変換
する液体中の窒素化合物の変換方法。
【請求項８】前記被処理液が上水または汚水である請求
項４から７の少なくとも１項に記載の液体中の窒素化合
物の変換方法。