文献情報
文献番号
199900657A
報告書区分
総括
研究課題名
膜処理法を導入した小型生活排水処理装置の実用化に関する研究
課題番号
-
研究年度
平成11(1999)年度
研究代表者(所属機関)
大森 英昭(財団法人 日本環境整備教育センター)
研究分担者(所属機関)
- 海野 肇(東京工業大学)
- 木曽祥秋(豊橋技術科学大学)
- 小林高臣(長岡技術科学大学)
- 長岡 裕(武蔵工業大学)
- 山本和夫(東京大学環境安全研究センター)
- 山本康次(大阪府立公衆衛生研究所)
研究区分
厚生科学研究費補助金 健康安全確保総合研究分野 生活安全総合研究事業
研究開始年度
平成10(1998)年度
研究終了予定年度
平成12(2000)年度
研究費
10,000,000円
研究者交替、所属機関変更
-
研究報告書（概要版）
研究目的
小型合併処理浄化槽は、下水道と同等の処理性能を有する生活排水の処理施設として開発・実用化され、急速に普及しつつあるが、水環境の保全に対する社会的要請の高まりから、今まで以上に高度な処理機能を有することが求められてきている。しかしながらその一方、未だに単独処理浄化槽の設置がいまだ5割強を占めているのが実状である。
また、病原性大腸菌O-157やクリプトスポリジウムなど経口摂取によって下痢症等を引き起こす感染性微生物が大きな社会問題となっており、浄化槽放流水の衛生学的な安全性を確保する方策の確立が求められている。
本研究は、このような社会背景の下、水処理技術として、近年、著しく技術革新が行われている膜分離技術に焦点を当てて、これを活用した小型合併処理浄化槽の汚水処理技術を研究・開発することを目的とした。
また、病原性大腸菌O-157やクリプトスポリジウムなど経口摂取によって下痢症等を引き起こす感染性微生物が大きな社会問題となっており、浄化槽放流水の衛生学的な安全性を確保する方策の確立が求められている。
本研究は、このような社会背景の下、水処理技術として、近年、著しく技術革新が行われている膜分離技術に焦点を当てて、これを活用した小型合併処理浄化槽の汚水処理技術を研究・開発することを目的とした。
研究方法
し尿処理等の各種汚水処理に関する膜分離技術及び申請者らがこれまでに行った研究の成果を踏まえて、生活排水の処理への膜分離技術の適用可能性について研究し、必要となる技術の研究開発を行った。具体的な研究課題は以下のとおりである。
(1)膜と担持微生物のハイブリッドによる硝化・脱窒反応の高度化
膜を設置した好気反応槽内に適切な多孔質担体を投入し、これに微生物を担持させ、この担体内に好気と嫌気の相異なる環境の共存を実現することで、1つの好気反応槽内で硝化・脱窒反応を行う装置の開発を検討した。
(2)膜分離型小型合併処理浄化槽の維持管理方法に関する研究
ろ紙で所定の時間活性汚泥のろ過を行い、得られた水量により、膜分離型小型合併処理浄化槽の膜分離装置における活性汚泥の膜透過性について把握する手法を検討した。
(3)メッシュろ過による汚泥濃縮に関する研究
中・小規模浄化槽における簡易な汚泥濃縮に対応できる方法として、重力濃縮とメッシュろ過を併用する回分式の汚泥濃縮法の処理特性について実験的検討を行った。
(4)超音波処理による小型水処理装置の開発
超音波処理デバイスを実装した膜処理システムの開発とその技術の基礎的研究として、膜処理法におけるファウリングに対する超音波処理と水洗浄の効果の検討を行った。
(5)膜分離活性汚泥の挙動の予測手法の開発
膜分離活性汚泥法の、膜目詰まりの過程に関して、カルマンフィルタによる予測手法について検討を行った。
(6)浸漬型膜分離活性汚泥法における微生物生態系を利用した汚泥管理
下水処理場におけるパイロットプラント運転において、分子生物学的手法を用いた膜汚染制御に有効に機能すると考えられる有用微生物群の探索を行った。また、リングレース等の付着胆体を用いて、汚泥管理の容易な微生物生態系を利用したバイオリアクターを運転し、その基礎的諸特性を把握した。
(7)膜分離装置を組み込んだ小型合併処理浄化槽の開発に関する研究
既設単独処理浄化槽の合併化手法を検討するとともに、試験装置を戸建住宅に設置し、装置の処理機能および維持管理の方法の検討を行った。
(1)膜と担持微生物のハイブリッドによる硝化・脱窒反応の高度化
膜を設置した好気反応槽内に適切な多孔質担体を投入し、これに微生物を担持させ、この担体内に好気と嫌気の相異なる環境の共存を実現することで、1つの好気反応槽内で硝化・脱窒反応を行う装置の開発を検討した。
(2)膜分離型小型合併処理浄化槽の維持管理方法に関する研究
ろ紙で所定の時間活性汚泥のろ過を行い、得られた水量により、膜分離型小型合併処理浄化槽の膜分離装置における活性汚泥の膜透過性について把握する手法を検討した。
(3)メッシュろ過による汚泥濃縮に関する研究
中・小規模浄化槽における簡易な汚泥濃縮に対応できる方法として、重力濃縮とメッシュろ過を併用する回分式の汚泥濃縮法の処理特性について実験的検討を行った。
(4)超音波処理による小型水処理装置の開発
超音波処理デバイスを実装した膜処理システムの開発とその技術の基礎的研究として、膜処理法におけるファウリングに対する超音波処理と水洗浄の効果の検討を行った。
(5)膜分離活性汚泥の挙動の予測手法の開発
膜分離活性汚泥法の、膜目詰まりの過程に関して、カルマンフィルタによる予測手法について検討を行った。
(6)浸漬型膜分離活性汚泥法における微生物生態系を利用した汚泥管理
下水処理場におけるパイロットプラント運転において、分子生物学的手法を用いた膜汚染制御に有効に機能すると考えられる有用微生物群の探索を行った。また、リングレース等の付着胆体を用いて、汚泥管理の容易な微生物生態系を利用したバイオリアクターを運転し、その基礎的諸特性を把握した。
(7)膜分離装置を組み込んだ小型合併処理浄化槽の開発に関する研究
既設単独処理浄化槽の合併化手法を検討するとともに、試験装置を戸建住宅に設置し、装置の処理機能および維持管理の方法の検討を行った。
結果と考察
上記研究課題については、それぞれ以下のとおりである。
(1)微生物を担持させた担体を用いる流動層型反応装置とこの装置に平膜を組み込んだハイブリッド系では、適切なC/N条件下では、硝化反応が進みかつ脱窒も促進されていることなどが明らかとなった。
(2)ろ紙で活性汚泥のろ過を行い所定の時間で得られた水量により、膜の透過性に影響すると考えられるMLSS濃度及び粘度等の把握が容易に行えることが示唆された。
(3)メッシュろ過法を回分式活性汚泥法と組み合わせた場合には、安定した活性汚泥の分離が可能で、高度処理に対応する処理システムとなり得ることが示された。
(4)超音波を照射しながらの水による膜の洗浄は効果的であるが、さらに発信周波数等の条件の最適化を検討すべきであることが判明した。
(5)カルマンフィルターにより、膜ろ過抵抗および混合液粘度を予測した結果、菌体合成に対するポリマーの割合および膜面からの付着汚泥の剥離速度が同定された。さらに、将来のろ過抵抗の上昇傾向や、膜洗浄を行時期を推定することができた。
(6)FISH法(Fluorescent in situ Hybridization)による膜分離活性汚泥の細菌相や特徴を調べた結果、いわゆる従属栄養細菌叢には特徴的な違いは見られなかったが、硝化細菌(アンモニア酸化細菌)の他の細菌に対する比率が高く、膜分離活性汚泥法では、窒素除去に有用な硝化細菌を蓄積していることが実証された。
(7)既設単独処理浄化槽を膜分離型合併処理浄化槽へ改造した3施設の調査結果では、放流水質については、ほぼ良好な水質が得られた。ただし、膜分離槽のみで余剰汚泥を長期間貯留するのは困難であり、保守点検時に既設単独処理浄化槽へ移送する必要があると考えられた。
(1)微生物を担持させた担体を用いる流動層型反応装置とこの装置に平膜を組み込んだハイブリッド系では、適切なC/N条件下では、硝化反応が進みかつ脱窒も促進されていることなどが明らかとなった。
(2)ろ紙で活性汚泥のろ過を行い所定の時間で得られた水量により、膜の透過性に影響すると考えられるMLSS濃度及び粘度等の把握が容易に行えることが示唆された。
(3)メッシュろ過法を回分式活性汚泥法と組み合わせた場合には、安定した活性汚泥の分離が可能で、高度処理に対応する処理システムとなり得ることが示された。
(4)超音波を照射しながらの水による膜の洗浄は効果的であるが、さらに発信周波数等の条件の最適化を検討すべきであることが判明した。
(5)カルマンフィルターにより、膜ろ過抵抗および混合液粘度を予測した結果、菌体合成に対するポリマーの割合および膜面からの付着汚泥の剥離速度が同定された。さらに、将来のろ過抵抗の上昇傾向や、膜洗浄を行時期を推定することができた。
(6)FISH法(Fluorescent in situ Hybridization)による膜分離活性汚泥の細菌相や特徴を調べた結果、いわゆる従属栄養細菌叢には特徴的な違いは見られなかったが、硝化細菌(アンモニア酸化細菌)の他の細菌に対する比率が高く、膜分離活性汚泥法では、窒素除去に有用な硝化細菌を蓄積していることが実証された。
(7)既設単独処理浄化槽を膜分離型合併処理浄化槽へ改造した3施設の調査結果では、放流水質については、ほぼ良好な水質が得られた。ただし、膜分離槽のみで余剰汚泥を長期間貯留するのは困難であり、保守点検時に既設単独処理浄化槽へ移送する必要があると考えられた。
結論
膜を使用した浄化槽では、膜の透過性の維持が重要である。膜の閉塞の予測方法としてカルマンフィルターによる方法が示された。さらに、膜の閉塞の防止あるいは除去には、超音波処理が有効であった。洗浄効果を高めるため、処理の条件に関しての検討が今後望まれた。また、ろ紙を使った活性汚泥のろ過試験では、膜の透過性に影響すると考えられる活性汚泥の粘性等を容易に把握できることが示唆された。
一方、汚水の処理性能としてはBOD除去以外にN除去、P除去機能の付加が期待されているところである。反応槽内に多孔質担体を投入し平膜を組み込んだ装置でBOD除去に加えN除去を行う実験では、硝化反応が進みかつ脱窒も促進された。膜分離活性汚泥の細菌相や特徴を調べた結果、硝化細菌(アンモニア酸化細菌)の他の細菌に対する比率が高く、膜分離活性汚泥法では、窒素除去に有用な硝化細菌を蓄積していることが実証された。
浄化槽を清掃する場合には、余剰汚泥を濃縮した後で清掃するのが経済的であり効率的である。間欠的に操作できるメッシュろ過分離法の小・中規模施設における簡易な余剰活性汚泥の濃縮法としての有用性と効果が明らかとなった。今後は実排水処理装置における検討が望まれた。
一方、汚水の処理性能としてはBOD除去以外にN除去、P除去機能の付加が期待されているところである。反応槽内に多孔質担体を投入し平膜を組み込んだ装置でBOD除去に加えN除去を行う実験では、硝化反応が進みかつ脱窒も促進された。膜分離活性汚泥の細菌相や特徴を調べた結果、硝化細菌(アンモニア酸化細菌)の他の細菌に対する比率が高く、膜分離活性汚泥法では、窒素除去に有用な硝化細菌を蓄積していることが実証された。
浄化槽を清掃する場合には、余剰汚泥を濃縮した後で清掃するのが経済的であり効率的である。間欠的に操作できるメッシュろ過分離法の小・中規模施設における簡易な余剰活性汚泥の濃縮法としての有用性と効果が明らかとなった。今後は実排水処理装置における検討が望まれた。
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