[報文]地域鉱物資源活用による生物膜廃水処理技術に関する研究: 沖縄地域学リポジトリ

Title

[報文]地域鉱物資源活用による生物膜廃水処理技術に関

_する研究

Author(s)

宮城, 周子; 比嘉, 三利; 池間, 洋一郎; 照屋, 輝一

Citation

南方資源利用技術研究会誌 = Journal of the society tropical

_{resources technologists, 4(1): 9-20}

Issue Date

1988-03-30

URL

http://hdl.handle.net/20.500.12001/13977

Vol. 4 No.1 1988

報 文

地域鉱物資源活用はよる生物膜廃水処理技術に関する研究

地域鉱物資源活用による生物膜廃水処理技術に関する研究

宮城周子,比嘉三利,池間洋一郎,照屋輝-(沖縄県工業試験場,化学室)

A Study on Biological Filtration Treatment of Waste Water with the Ryukyu Limestone

Noriko MIYAGI, Mitoshi HIGA, Yoichiro IKEMA and Kiichi TERUYA (Chemistry Division, Indutrial Research Institute of Okinawa Prefecture Naha, Okinawa 902)

In order to develop and establish an inexpensive and efficient waste water treatment de-vice for small-scale manufacturing factories with waste water treatment capacity of 50m /day, the Ryukyu Limestone was tested as a medium for filtration treatment.

1. Characteristics of biological filters

The following restults were obtained from analysis of physical properties of the Ryukyu Limestone and biological adhesion experiment :

(1) The limestone samples investigated as potential media were Motobu(F),Makiminato(A), Naha(B,C), Yoniitan(D,E), and reef coral(G,H,I,). Limestone F, the oldest one in Okina-wa is the Paleozoic origine. A,B,C and D are limestones classified as the Ryukyu Limestone originated in the Quaternary formation. These limestones are so abundant that they are easily available throughout Okinawa. The physical properties of the

Ryukyu Limestone and reef coral tested are grouped into two,し呈Ie soft limestones and

the hard ones. All of them are porous in a considerable degree, excepting the hardest Motobu limestone, which has fine crystalline character.

(21 A degree of adhesion of-microorganisms were generally proportional to water absorption capacity. The Ryuku Limestone, having higher water absorption capacity, showed desir-able adhesion of microorganisms.

(3) Makiminato limestone (awa-ishi), Yomitan limestone(coral), Naha limestone(travatine), and reef corals were considered as useful biological filters.

2. Smalトscale filtration treatment experiment

The following results were obtained from a small-scale experiment of Makiminato lime-stone, Yomitan limelime-stone, reef coral, and plastic material as biological filters with artificial

sewage water:

(1) Limestone filters showed more effective biological adhesion than those of plastic mate-rial. However, no significant differences were observed among the limestones and reef

coral.

(2) The BOD removal led to the following BOD removal formula under a limited range of

- 9 -rtwal;]r-,比it.-.川.池間汀 %,り;i吋.岬 L _{If) '; (C.川川=川州lt二∴LL.} concentrationoftheBOD:Le/Lo-e-K -KADQ'-".V->-tr (3)Highefficiencyofwatertreatmentwasobtainedatthelevelofmorethan20m3/m2. dayhydraulicloadings. (4)Laboratoryexperimentshowedthatinacaseofartificialsewagewater,theBOD loadingsweresuitableatthelevelof1kg/m3-hydraulic-oadings. (5)Limestonefilterstestedshowedstrongdurabilityandusefulnessasbiologicalfilters forwastewatertreatment. 3.Medium-scaleexperiment Theresultsfromthefieldexperimentoffactory'swastewatertreatmentareasfollows: (1)Highefficiencyofwatertreatmentwasobtainedatthelevelof0.5kg/BOD/m3day, however,thewatertreatmentefficiencydecreasedatthelevelof1kg-BOD/m3.day. (2)Desirableaerobicconditionsinthewastewatertreatmentchamberappearedwhenthe BODloadingswereatalevelof0.5kg/m3.day.ButwhentheBODloadingsreached atalevelof1kg/m.daythechamberturnedtoshowanaerobicconditions. (3)Aremarkableincreaseintheefficiencyofwatertreatmentwasnotobtainedbymeans offorcedairation. ?iォas 本県における河川の水質環境基準の達成状況 は約48% 昭和60年度)となっており1,J都市地 域の河川をはじめとして望ましい水質環境に達 していない河川が依然として数多く残されてい る.そこで,県では条例により上乗せ排水基準 (流域によっては排水量5-が/日以上を規制)を 設定し,事業所からの排水を厳しく規制し水質 環境の改善を図ろうと努めている.現在.この 上乗せ排水基準は6河川, 5海域について設定 されているが,県では今後ともその設定水域の 拡大を図る方向にある・ この上乗せ排水基準の設定により,排水量1 日当り50mJ未満の小規模食品工場等が新たな規 制対象となり,同工場廃水の早急な処理対策を 講じる必要が生じている.これらの事業所のほ とんどは零細企業であり,廃水処理施設の設置 のための資金,スペ-ス等で悩みを抱えるとと もに,処理技術の蓄積はほとんど無く,企業独 自での廃水処理技術の開発は同社射犬況にある. そのため,関係業界からは低廉で効率的でしか も簡便な処理技術の開発が切望されている. 本研究では,県内に多量に賦存し安価に入手 できる琉球石伏岩が多孔質で微生物の付着生成 に極めて有効であることに着目し,これを生物 ※ 〒902沖縄県那覇市寄妄vl-8-39 膜炉材に活用した生物膜廃水処理技術の開発を 目的として,今回石灰岩生物膜法の処理機能 の諸特性を検討した結果,同法は小規模工場の 有機性廃水の処理法として有効であることが明 らかになったので,その結果を報告する. 1.石灰岩の生物膜炉材特性 まず,本研究では使用する石灰岩の生物膜炉 材としての特性を知るため,石灰岩の物理的性 状を調べ,さらに生物付着試験を行った. 実験方法 1) 試料 沖縄県内に分布する石灰岩は,生成年代別に 古生代の結晶質石灰岩(以後本部石灰石とする) と新生代第四紀の琉球石灰岩に大別される. 石灰岩の埋蔵量は約16億トンと推定されてい る.ちなみに昭和60年度の石灰岩の探鉱量は約 1,000万トンであり,その内8割が本部石灰石で 占め,残り2割が琉球石灰岩となっている.堤 荏,これらの石灰岩は,本部石灰石の一部がセ メント用原料として使用されている他は,ほと んどが路盤材,土木建築用骨材として使用され ているにすぎず,従ってその高度利用は今後の 重要な課題となっている. 本実験に供した試料は,沖縄本島草地の探鉱 -

10-Vol.4 Nn1 1988 地 域鉱物資源活用 による生物膜廃 水処理技術 に関す る研 究 現場 か ら採取 した石 灰 岩 お よ び海 岸 か ら採取 し ょび採取 地 点 は 表1.1 お よ び 図1.1にそれぞれ た造礁 サ ンゴの塊 ,破 片 で あ る .試料 の種 類 お 示 す . 表1.1 採 取 試料 の種 類 分類 記号 種 別 産 地 利用状況 A 牧港石灰岩 (薬 石) 玉 城 村 奥 武勝連町平敷屋// 建 材 B 群蔀石灰岩 (コ-ラル) 路 盤 材 C 〟 (トラバーチ ン) 建 材 D 読谷石灰岩 (コー ラル) 読谷村座 吾味 路セメント､盤

I

/

骨材材 E

〟

(コー ラル) 本 部 町 山 川 F 古生代結晶質石灰岩(本部石灰石) 名 護 市 安 和 G 造礁サ ンゴ(丸 形) 言充谷 村 海 岸 未生石灰原料利〟 用 H

I

,

(樹 枝 J伏) 恩 納 村 海 岸

/

/

図1.1 試料 採取 地 点 2)石 灰岩 及 び造礁 サ ンゴの物理 性状 に示 す . 石 灰 岩 及 び造礁 サ ンゴの物理 性状 を表 1.2 硬 度は ,生物膜 炉材の耐久性 に極 めて重要 な 表1.2 各種 石 灰 岩 及 び造礁 サ ンゴの物 理 性 状 分類記号 名 称 結 .品 形 外 観 硬度 真 比重 一柳比重 嵩 比重 串与己寸卦気 才D/L0 吸水率(%) A 牧(栗港 石 灰石)岩 カ ル サ イ ト 茶黄色 3 2.69 2.44 1.77 25,4 14.0 ち 那(クラッシャーラン)覇 石 灰 岩 カ ル サ イ ト 淡 黄色 5' 2.70 2./I.Q 2.23 10.3 4.6 C 那(トラ バ ー チ ン)覇 石 灰 岩 カ ル サ イ ト 淡 白色 4 2.67 2.62 2.38 8.9 3.8 D 読(コ ー谷 石ラ灰ル)岩 カ ル サ イ ト 淡茶黄色 4 2.69 2.72 2.38 12.5 5.3 E 読(コ谷ー石ラ灰ル)岩 カ ル サ イ ト 淡 白色 3 2.69 2.47 1.98 19.8 10.0 F 古生代結 晶質石灰岩(本 部 石 灰 石) カ ル サ イ ト 淡灰色 5 2.69 2.83 2.75 2.8 1.0 G 造(丸 形 サ ン ゴ)礁 サ ン ゴ カ ル サ イ ト 淡 白色 5 2.69 2.49 2.24 10.7 4.7 H 造(樹礁 枝サ ン状)ゴ アラゴナ イ ト 淡 白色 5 2.83 2.69 2.26 16.1 7.1 (備 考) ※ 試料の大 きさ :径20mm-30mm ※ 硬 度 :モース硬度 ※ 真 比重 :JISRlllO準拠 ※ その他 :JISR2205準拠 - 1 "

-宮城 周子, 比妾三 利, 他聞洋一郎, 照屋輝-因子である.試料の硬度 は ,モース硬 度 で 3-5の範囲 にあ り,本部石灰石 は硬度 が高 く.一 方琉球石灰岩 および造礁サ ンゴは軟質 と硬 質 に 分類 され る.また石灰岩 の多孔 度 を表 わす見掛 気孔率 は,2.8-31%の範囲 を示 し,琉球石灰岩 と造礁サ ンゴは比較的 多孔 質の ものが多いの に 対 し,∼本部石灰石 は徽密 であ る. 一方 .生物膜の付着 に関係する吸 水率は ,採取 した石灰岩 によりかな り異 な り1.0-22.6%の値 を示 した .す なわち牧港石伏岩(A),読谷石灰岩 (E),および造礁サ ンゴ(I)は吸 水率 が高いの に対 し,那覇石灰岩

(B,

C)

および本部石灰石

(

F)

は 吸 水率 が低 い債 を示 した .また ,吸 水率 と硬度 との間 には 図

1.

2

に示す よ うに負の相関関係 が あった｡ 3) 生物付着試験 石灰岩の生物付着性状 を浸漬法 によ る阿分振 塗培養法 で検討 した . 実験装置は往複式振塑機 の上部 に設置 した プ ラスチ ック容器(容量約300)に廃 水 を入 れ ,そ の中 に試料 (石灰岩)を入 れた網 目状 プラチ ッ ク容器 を浸漬 して実験 を行 った . 試料の粒径は約20-25mmのほぼ同じ形状 の も の を使用 した .をお樹枝状 造礁サ ンゴの場合 は 長 さ30-70nlmの もの を使用 した .また供試廃 水 はペプ トンとグルコース を主成分 とす る合成廃 水 を

BOD

約

1,

0

0

0m

9/βに調整 して使用 した . 生物培 責方法および生物付着量測定方法 はプ d . O N 2 (%

)

静 羊 警 南方資源利用技術研究公 認 6 図1.2 各種石灰岩及 び造礁サ ンゴの 硬度 と吸水率 との関係 ラスチ ックの容器 に合成廃 水

5

2入 れ ,その中 に石灰岩 を浸潰 して振逸機 を1分当 り150担】振凌 させ,24時間経過 ごとに廃 水 を入れ換 える方 法 で,15日間回分法 によ り,石灰岩の表面 に 生物 培養 を行 った .生 物培養後 .試料の表面 に付着 した生物汚泥 を純 水 10中 に剥離 し,この懸濁 液の全蒸発残留物 と強熱残留物 を求めた .全蒸発 残留物 か ら強熱残 留物 を差 し引いた値 (強熱減 量)を生物 付 着 量 とした .なお ,試料 に対す る 生物付着量 は試料 単位重量 当 りで表 わ した . 実験結果及び考察 各石灰岩 に対す る生物付着量 は表1.3に示す よ うに,造礁サ ンゴ

(

I).造礁サ ンゴ(H),読谷石 表1.3 各種石灰岩及 び造礁 サ ンゴの生物付着量測定結果

＼ ヾ分類記ぢ＼目 全蒸発残留物(m

9

/e) 強熱残留物(mg/e) (生物付着量)強 熱 減 量(m

9

/A) 試料総重量(9) (生 物 付 着 量m9/9- 試料) 個数)備(試料考 A 1,514 360 1,154 137.3 8.4 20 B 1,589 372 1,217 173.6 7.0 20 C 1.922 356 1.566 167.3 9.4 20 1D 1,706 344 1,362 143.8 9.5 20

E

2,018 -459 1,559 178.0 8.8 20

F

1,296 311 985 188.9 5.2 20 G 1,229 309 920 196.9 4.7 20 H 1.845 330 1,515 157.8 9.6 20 Ⅰ 1､665 335 1､330 124.9 10.6 20 - 12

-Vol.4 Nol 1988 地 域鉱物 資源 泊用 によ る生物膜廃 水処理技術 に関す る研究 灰岩(D),)那覇石灰岩(C),読谷石灰 岩(E),牧港石 灰岩(A),那覇石灰岩(B)) 造礁 サ ンゴ(G),本部石 灰石(F)の順 であ る. 12r (玄 絹 1 5 ] 8Lu ) 瑚 柵 と 蜜 耕 cc 4 8 12

1

6

吸 水 率 (%) 20 24 図 1 .3 各種石灰岩及び造礁サ ンゴの 生物付着量と吸水率との関係 造礁 サ ンゴ(Ⅰ)が最 も高 い生物付着性 を示すの に対 し,本部石灰石(F)と造礁 サ ンゴ(G)は生物付 着性 が低 い .一 方,生物付着量 と石灰岩 の吸 水率 廃 水 容 器 図

2.

1

実験 装置の概 要 循 環 ボ ン の 関係 は図1.3に示す よ うに,-一般 に峻 水率が高 い 場 合 ,生物付 着性 は高い傾向 がみ られた .さ らに,読谷石灰岩(D)と都覇石灰岩(C)は ,比較的硬 質で あ るが生物付着性 は良好 で あ った ,この こ とは ,これ らの石灰岩 の表面構 造 が多孔 質であ るため ,表面積 が大 き く在 り,生物膜 の形成 に 有利 に作用 した と考 え られた . 以上 の よ うに,石灰 岩 の物理 性状 並 びに生物 付着量 か ら,生物膜 炉材 と して は牧港石灰岩(A), 読 谷石灰岩 (D,E),那覇石灰岩(C),及 び造礁サ ンゴ(H)が有 効 であ ると考 え られた .

2.

小規模炉床 実験 前実験 での石灰岩 の物理性状 並 びに生物付着 量 の結 果 か ら本実験 では ,牧港石灰岩(A),読谷 石灰岩(D)お よび造礁 サ ンゴ(H)の3種類 の石灰岩 を生物膜 炉材 と して選 定 し,小規模 実験 装置 で 廃 水 を循環 して処理 す る方法 で回分式散水拒床 法 による処理 実験 を行 い ,石灰 岩 の生物膜 炉材 としての諸特性 につ いて検討 した .をお石灰岩炉 材 との比較 の ため ,網 目状 円柱形 プ ラスチ ック (比表面積206rnZ/m3)を対象炉 材 と して使用 した. 表

2.

1

実 験 条 件 の種 剛l⊆Ⅰ 塔 rI 塔 nI 塔 11 塔 ;材種の領 石 伏 岩 l牧 准 壬A)TT,i)LJに.l,/i岩(?I))i 造サ ンゴ礁けり ブ ラ スチツ ク 日日 嘆重量 g) 5,480 7ー580 4,830 650 - 1

3-宮城 周子, 比嘉 三 札 他聞洋一郎, 甲耀 輝-実験方法 実験装置 は､透明塩 化 ビニー ル製 円筒

2

個 を 垂直 に立 てた もの を使用 した.炉床 の直径 は7.9 cm高 さは150cmで ある.廃水 は炉床 の直下 の廃水 容器 か ら定量 ポ ンプで折床 上部 に積 み揚 げ られ､ 炉床 上部 および中間部 に設置 した網 目状 の プ ラ スチ ック円根 を通 してほぼ均一 に散水 した .廃 水は､炉材の表面 を伝 って流 れ､折床底部 か ら､ 廃水容 器 に滝下 して容器内の廃水 と混合 して再 び炉床上部 に循環 散水 され る. これ を連続的 に 所定の時 間繰 り返 して実験 を行 った｡ なお､実験 に供 した廃水は､前述 の生物付着 試験 と同様 を組成の合成廃 水 を水道水 で適′庄希

go

800 ㈹ ㈹ 200

洲

榔 600 ㈹

m

o

2 1 1 1 -1

1

(5 ' 6 u ) s s 00 90 80 70 60 20 00 80 60 40 20 0 ( o/ a ) 掛 軸 盤

U

OL

(P U )澄 草 野 僻 恵 良 ＼ 6u 朝 整 容 胡 南 方資源利 用 技術研究 会誌 釈 して使用 した｡ 実験炉床 は4塔組立､表2.1に示 す 条 件 で 実験 を行 い､ また通気方法 は自然対流方式 で行 った . 結果 と考察 1) 生物膜 の馴着 と付 着生成試験 廃 水のBOD約1,00伽19/A,1日当 りの循環 水 量 は3.74,水量負荷 は10m3/m2･日で,BOD負 市 はO.5k9/m3･日に設定 し,76日間実験 を行い 各炉材の生物付着生 成量 につ いて検討 した .そ の結果 を図2.2に示す . 生物膜量(m9/炉材充項体積 (rrJ))は ,各炉材 と も実験 開始 よ り経 目的 に増加 し,30日後で最大付 0 20 30 40 50 60 70 76

-

I

-

:

:

-

-

-

:

-

I

-

一

戦 十 ･

1

-

i

:

-

;

-

.

:

0 20 30 40 50 60 70 76 10 20 30 40

5

0

時間 (目)

6

0

70 76 ∩ :牧港石灰岩 △ :読谷石灰岩 □ :造礁 サ ンゴ ● :プ ラスチ ック 図2.2各炉材の生物膜量 と処理 水質

(

TO

C､SS) の変化 - 1

4-Vot.4 No.1 1988 地 域鉱物 資源活用 によ る生物膿廃 水処理技 術 に関す る研究 者量 を示 した . しかしをがら,その後急激 な生物 膜量の減少 が観察 された .生物膜 の減少量 はプ ラスチ ック炉材 が約800/Oの高い減少率 を示す の に対 し,石灰岩炉材の場合 は約50-60%の減少 率であ り,生物膜 の保持 力は石灰岩炉材の方 が プ ラスチ ック炉材 よ りも高 い結 果 を示 した . をお ,生物膜 が減少 した時点では .処理 水中 の懸濁物質 (SS)は高い値 を示 してお り,ま た処理 水水質は極 めて悪 い状態 にあった .一般 に

.

炉材表面の生物膜 は ある程度肥厚増殖 す る と生物膜 の下層 が嫌 気性 を呈 して剥離脱落 を起 こす ことが知 られてお り,この ことが生物膜量 の減少 および処理水水質の劣化 と開通 してい る もの と考 えられた. 以上の結 果か ら,生 物膜 の付 着量 は ,牧 港 ( . 1 J a 1 ) 静 聴 鮮 G O q 0 CO 6 4 1 0 0 0 2 1 ㈹ 06 0 . 0 0 0 8 6 0 8 6 4 2 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 ( . 1 J a J ) 櫛 撫 ぜ G O q 1 2 3 4 5 時 間 1 2 3 4 5 6 時 間 石灰岩 ,読 谷石灰岩 .道礁サ ンゴの各榊 オ問に顕 著 な差異 はみ られず ,また対 象の プラスチ ック 炉材の場 合 は石灰岩炉材 と比較 して低 い着成状 態 を示 す傾向のあ ることがわか った . 2) 水量負荷 と処理効率の関係 散水炉床法 では ,炉床 の断面穏当 V)に散水す る水量 (水量 負荷 とい う) が廃水の浄化機構上 重 要 をパ ラメー ターになる. 水量 負荷 を 5

m

J/mZ･日-50

m

3

/

m

Z

･E]の 5段階 に設定 し,廃 水の BOD値約

1,

0

0

0m

9

/

0, 1日 当 りの処理 水量 を3.72,BOD負荷 を0.5kg/m･･日 に設定 し,各 炉材の処理機能の特性 を評価 した . 図2.3に循環廃 水のBOD残存 率 に及ぼす水魔負 荷 の影響 につ いて経時的 に調べた結果 を示す. (図2.3において .IA は原廃 水のBOD濃度 .Le ( . ｣ ＼ 3 1 ) 静 聴 鮮 G O g 0 8 6 4 1 0 0 0 CC tD 2 -n 0 0 0 n 0 . 0 . 8 . 6

.4

. 2 1 08 鵬 1 0 0

0

0 0 0 0 ( j J

aJ

) 静 聴 鮮 G O g 1 2 3 4 5 6 時 間 1 2 3 4 5 6 時 間 ○ :5m3/m2･日

･△:

15m

-

/m

2･日,□':20m'/mt･臥

●:

30

m

'

/m

2･日

,▲:

50m'/m'･日 図2.3 BOD残存率 と処理時間の関係 は処理 水 のBOD濃度であ る). 各炉材の水盛 負荷 におけ る廃 水のBODは,処 理時間の経過 とともに対数的 に減少 し,また水 量負荷 の増加 とともにBOD は短時間で低 くな り,BOD除去速度は早 くなる傾向 にあった . これ らの結果から,いずれの炉材の場合 もBOD 除去 は一次反応式 で表 わされ ることが示 された 以上 の よ うに,回分式散水折床法 では ,水量 - 15

-宮城周子,比嘉三札 他聞洋一郎,揖屋埠-負荷 が高 くなると単位時間当 りの廃 水 の炉床通 過 回数 が多 くな り,したがって生物膜 との接触 は増加 し

.

BOD

除去速度 が速 くなると考 え られ た .回分式散水折床処理 において

,

BOD

除去反 応式 は ,次式 によ り示 され る2'.

Le/Lo

=e

ーK^DQト nyJ'tr ･-･･･-(1) ここで

Le

:処理 水の

BOD

(

m

9

/

A)

Lo

:原廃 水の

BOD

(

m

g

/

P) K(-kc):除去反応速度定数 (1/hr) (o J ＼ a J ) (% ) 鞍 ･L t 詳 Q O

皿

(o J ＼ a 1 ) (0 / a ) 鞍 控 詳 G

O

g

20 0 2

00

20 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 時 間 ×JO 0 1 2 3 4 5 6 7 時 間 ×10 南方 資源 利 用 技術研 究 会 誌

A:

折床断面積

(

m

2

)

D:

炉床 の高 さ (m)

Q:

水量 負荷 (mJ/rn'一日)

V:

処理水量

(

m

3

)

tr:処理 時間 (hr) mc :炉材の形状 ,廃 水の粘性 に関係 す る 定数 そこで(1)式 での水量負荷 Qの指数

1-n

を各炉 材 ごとに求め ,BOD残存率 と接触時間 について 検討 した . (. 1

JC)

i ) ( %

)

･.･+ ･ ! J 誉 0

0

皿

(0 1 [ 0 1 ) ( % ) 鞍 i Ij 詳 G

O

g

00

2

0

t0

20 】0 2 I 0 1 2 3 4 5 6 7 8 時間 ×JO 0 1 2 3 4 5 6 時 間 ×10 図2･

4 BOD

残存率 (形)と接触時間との関係 図

2

.4は ,各炉材の Qの指数

1ln

を前述 の

B

OD

除去反応式

(

1

)式 に代入 して

BOD

残存 率 と 接触時間の関係 を示 した ものであ る.各炉材 と もほぼ直線 で近似 で き,(1)式の

BOD

除去 反応 式 が成立す ることが示 された . 各水量負荷 におけ る

BOD

除去率 の変化 を図

2･

5

に示 した .

BOD

除去率 は

2

0

m

3

/

m2･日以上の 負荷 でほぼ平衡 になった .このことから,水量 負荷 は

1

日当 り

2

0

ml以上の負荷 を維持 した場 合. 廃 水の

BOD

の約99%以上の除去 が期待 で きる

3

) BOD

負荷 と処理効率 の関係 炉床単位容積 当 りに負荷す る

BOD

量

(

BO

D負符) は水量負荷 とともに散水炉床 の設計上 5 15 20 30 50 水魔 負荷 (rn'/m2･日) 閉 2.5 各水 圭It負 荷 におけ る

B

OD

除去 ヰ乙の変化 - 1

6-VoI 4 No.1 1988 地域鉱物資源活用による生物膜廃水処理技術に関する研究 重要 を項 目で あ る. 水量負荷 を20mJ/m7･日に一定 とし,BOD負 荷 を0.5,1.0,2.0kg/m]･日の 3段 階 に設定 して , 8 6 ro 4 2 1 0 0 ..u n ) 0 0 人 U H U へ0 1 ] む ｣ ) 脊 i :J 群 Q O m . 0 . 8 . 6 . 1 . 2 -鵬 00 1 nu o o 0 0 o ハ U ( o J ＼ a ｣ ) 落 L L 鮮 凸 O q 6 -,. 4 ､ソ ︼ 2 3 4

.

1

6 叫 (.Ill 各 炉材 でのBOD負荷 と除去効率 との関係 につ いて検討 した .その結 果 は図2.6に示す . 各炉材 とも,BOD除去速 度 は,BOD負荷 (. ｣ ＼ a 1 ) 脊 +J 鮮 凸 O q (. 1 J D 1 ) 簿 ･J j 慾 G O g 0 8 6 4 2 -0 0 0 0 ./ . ･.い l ･ 0 0 0 ハU n U nU 8 6 4 2 1 0 0 0 0 I aj=f < 仙 nU ハU ハ U I _- .1 時 FllLJ 1 r-) (∼

1

2 3 4 5 6 鴨 川 00.5kg/

m

l

･日.△1.0kg/m'･日.02.0kg/

m

'

･日, 図2.6 BOD負荷 とBOD残存率の関係 量の増加 とともに遅 くな る傾向 がみ られた .ま た.BOl)除去 は負荷1kg/m3･日までは対数 的 に減少 し.一一･次 反応 式 で表 わされ るが .BOD 負荷2kg

/

m

3

1日では-一次 反応式 に従 わを くな り, BOD除去速 度 は極 めて小 さ くなった.一般 に 廃 水のkn]分式散 水炉床処理 でのB0D除去速度 は廃 水の初発濃度 によ り影響 を受け ,初発濃度 が高 い場 合BOD除去速 度 は小 さくをることが 知 られてい る

3

'.=のことは .lpj分処理 法 では処理 開始 時 において ,浄化 に関与す る微 生物量 に対 し廃水 中の有機物量 が相対 的 に多い ことによ る とい われてい る

3

'.従って.本実験 でのBOD負荷 2kg

/

m

}･臼の場合 はこの理 由 によ りBOD除去 速 度 が遅 くなってい るもの と考 え られた . 以 上の結 果か ら,BOD負荷 量 にはあ る程度 限 界 があ り,石灰岩 を炉材 にした場 合,BOD 負荷 は本研究 での小規模 炉床 実験 では ,1k9/m3･ 日以下 が適 当で あ ると考 え られた . 3.中間規模済床 実験 ′J､規模 折床 実験 で ,石灰岩 炉材 による合成廃 水 の浄化 につ いて種 々のパ ラメー ター について 調 べ ,良好 な結 果 が得 られた .本研究 では ,さ らに中間規模 実験 装置 で実際 の工場廃 水 を対 象 に実験 を行 った .実験 は(1)BOD負荷 と処理 効 率 の関係及 び(2)弓師 1通気 と処理 効率 の関係 に主 眼 を置 いて行 った . - 17

-宮城 周+,比虜三利,他聞洋一郎,岬屋穣一 実験方法 1) 実験 装置 実験装置 の概略 を図3.1に示 す.炉床 本体 は透 明塩 化 ビニール樹脂製 で

,

炉材 の出 し入 れが 自 由 にで きるよ うに3分割 した構 造 になってい る. I.^' ′._▼打■ ､■■■- ノ ズ ル｢H枇板フりランン p l i,.,il, ン抜き 1 図 3.1 実験装 置の概 要 炉床 の内径は56cm,高 さ1.50m ,英容積3692 で ,また循環 水槽 の実容積 は1502で あ る. 廃 水は ,折床本体 の直下 に設置 した循環 水槽 か らマ グネ ッ ト式定量 ポ ンプによって揚 水 し, 炉床最上部 に設置 してあ るノズ ルで はぼ均等 に 炉材表面 に散水 した .折床 本体 を流下 した廃 水 は ロー ト状 の集水器 を経 由 して循環 水槽 で混合 され ,再 び炉床上 部 に揚 水 され る.また強制通 気 の実験 の場 合は小型 ロー タ リー ブロ ワ-で炉 床上部 か ら通気 を行 った . 炉材 と して用い る石灰 岩 は前実験 において生 物膜 の付着生成 が良好 で適 当 な強度 を有 し,ま 手可能であ る等の条件 か ら読 谷石灰岩(D)を使 用 した .なお ,炉材の平 均粒径 は約 50mmの石灰岩 を用 いた . 2) 供試廃水 実験 に供 した廃 水 は大豆煮汁廃 液 を使用 した . 水質分析結 果 を表3.1に示す.本実験 では ,この 廃 液 を適宜水道水 で希釈 して使用 した . 南 方 資源 利用 技術 研究 会誌 表 3.1 大豆煮汁廃 液の水質分析結果 列 屯 透視度 (cn) pH COD(叫/ e) TOC(q/e) BOD (叩/ A) SS(叩/ e) 窒素 (JTq/e) T)ン (aq/ e) 全蒸発残 留物 (q/e) 強熱残 留物 (q/ e) 強熱 校正 (叩/ e) 貫 南 2.5-19.0 6.18--6.48 (6.33) 10,970∼17,820(15,480) 7.370-ll,490(10,230) 14,120-17,720(15,930) 5.3-875 (310) 406-696 (579) 94.5-238 (220) 16,869-29,900(25,780) 乙210∼4.817 (4.010) 14.661-24.770(21.760) 備 考 ( )平均 値

3)

生物膜 の馴 養 大豆煮汁廃 液 を

B0D

約500-1.

0

0

0

m

9

/

CにST,I 整 した もの を21口間循環 散水 して炉材 に生物膜 を付着生成 させた.次 いで.原水の

BOD

を約1,000 お よび

2.

0

0

0

m

g

/

βに希釈調整 し, 1R当 りの処 理 水量 を

1

5

00

,水量 負荷 は30mJ/m2･nと し,B OD負荷 は0.5お よび 1.0kg/ml･日にな るよ うに 設定 し.2O日間単位 で負荷iiを増す方法 で処理 実験 を行 った . 実験結果及 び考察 1

) BOD

負荷 と処理 効率 各

BOD

負荷 におけ る処理 水水 質 を表3.2に また処理 水の

BOD

の変化 は図 3.2にそれ ぞれ 示 す｡(なお､表3.2,表3.3の処理 水 の分析 は

S

S

以外 は槻れ･:後,1時間静置 した上浸水 で行ったO) 40

Ⅶ

川 40 ( 7 ＼ b ) Q O 皿 5 10 15 20 25 30 35 40 叩 剛 (白) 図3･2 処理水の

BOD

変化 - 1

8-Vo14 No.1 1988 地域鉱物資源活用による生物膜廃水処理技術に関する研究 表3.2 各BO D負荷 における22時間処甥後の水質 (最終) 水魚 負7"'jnI/n1.日 BOD紬 k9/A.日 項 月 種 別 30 30 0.5 1.0 原

水

処 理 水 原 水 処 理 水 外 観 淡 黄 濁 淡 茶 黄 色 淡 黄 色 淡 茶 色 透 視 度 (cm) 6.0 14.0 30 5.0

pH

5.25 8.04 6.60 7.70 C O D (咽 / A) 879 51.7 (94.1) 2.286 137.0 (94.0)

TO

C (&/ e) 640 17.0 (97.3) 1,491 127.0 (91.5) B O D (TDg/ e) 1,040 18.3 (98.2) 2.440 138.0 (94.3) S

S (

咽/e)

137 ※ 624 35 K.710 (僻考) 除去率 (形) B0D負荷0.5kg/m3･日では ,平 均除去率980/0 の高い浄化結果 が得 られた が ,さ らに引 き続 き 1k9/m3,日の負荷 に上 げ ると処理 水のBOD

値

は経 目的 に除 々に高 く在り,実験終 了時 では138 m9/Cで ,処理 水質は悪 くなった. また .BOD 負荷1k9/mJ･日では ,処理 期 間 を通 して循環 水 槽 内 において著 る しい発 泡 と腐敗 臭 の発生 が観 察 された . この時点 での循 環 水 槽 の 溶 存 酸 素 (DO)は極 めて低 い値 を示す こ とか ら.過 負 荷のため ,極 度 の酸 素不足 をきた し,この こ と が,生物膜 の嫌 気 的 腐､敗 を引 き起 こ し, 結 果 的 に処 理 効 率の低 下 を招 いた もの と考 え られ た . 2) 強制通気 の実験 と処理効 率の関係 自然通気 の実験 で負荷1k9/ml･日の場 合 は低 ※ 艶拝直後の分析値 い処理 効 率 を示す結果 が得 られたので ,さ らに 同 負荷 条件下 で強制通気 の効 果につ いて検 計 し た . 通気 方法 は

,

炉床上 部 をア ク リル板 で覆 いそ の中 に送気 管 を挿 入 して コ ンプ レッサー で折床 内 に強制通気 を行 った場 合 の処理 効率 を検 計 し た . 一一般 に廃 水の好気性生物処理 ではBOD 1k9 あた り,60n了の空気 が必要 とされてい る.そこ で原水 のBOD2,000m9/β,処理 水量150gで処 理 時 間22時 間 .また炉床断面積 は2.462cnfとす る と.必 要 空 気 蛍 は55mm/minとな り,本実験 で は この通気量 の約2- 3倍 の空気塵 を送気す る こ とと した .なお実験 は12日間行 った .その結 果 は表3.3に示す , 表3･3 強制通気 にお ける22時 間処理後の水質 (最終 )

j

jn気冊

I

-

.

T

i

(

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別

a

n

,

A

in)

項

目

原 水■102処 印 水 原 水 1′】3処 印 水 外 観 淡 売 色 淡 黄 色 淡 黄 色 淡 炎 色 透 視 皮 (cm) 30 5.0 30 9.0 pH 6.62 7.81 6.80 7_95 COD(mg/e) 2.324 】00(95.7) 2.209 59,5(97.3) TOC(叩 / e) I.391 82(94.1) I.322 71.0(94.6) BOD(mg/e) 2,400 112(臼5.3) 2.005 70.2(96.5) (節考) ※ 靴坪内後のJJl析統 ( )除去平 (形) - 1

9-'[･:･.'城

閏(

･,比窺三札 池聞洋一郎.照鎚. 坤-BOD除去率は,自然通気 の場 合 に比べ明確 を 効 果はみ られ なかった.従って 負荷1kg/m'･日 におけ る通気 の有無 は処理 効率 にほ とん ど影響 を及 ぼ さない と考 え られた .この こ とは .折床 の空隙率 が約 50%と小 さいことに原因 があ ると 考 え られ ,石灰岩 を生物膜 炉材 と して用 い る場 令,BOD負荷 は1k9/m-･日以下 に設定 し.自 然通気法 で処理 を行 うことが経済的 に も得策 で あ ると考 え られた .

4.

まとめ 小規模工場 廃 水の低廉 で効率的 な廃 水処理 技 術 を確 立す るこ とを目的 として ,県内 に賦存 す る琉球石IR岩 を生物膜 炉材 に活用 した .回分式 散水炉床法 による処理 特性 について検 討 し,次 の 結果 を得た . 1.生 物膜 特性 石灰岩 の物理 性状 並 びに生物付着 試験 を行 い , 次の結 果 を得た . 1)石灰岩 の物理性状 は古生 代結 晶質石灰岩 (杏 部石灰石)は硬度 が高 く, 徴密 で あ るの に対 し, 琉球石灰 岩 と造礁サ ンゴは軟 質 と硬 質 に分類 さ れ ,また比較的 に多孔 質の もの が多い . 2) 生物付着性 は吸水率 と関係 し,一般 に吸 水 率 が高 い石灰 岩 は生物付 着性 が良好 で ある｡

2.

小規模 炉床実験 牧港石IR岩 .読 谷石灰岩 .造礁 サ ンゴ及 びプ ラスチ ック を生物膜 炉材 に使 用 して ,合成廃水 を対 象 に小規模 炉床実験 を行 い ,次 の結 果 を得 た . 1) 生物付 着性 は プ ラスチ ック炉材 よ y),石浜 岩炉材 が高い結 果が得 られ ､また .各石依岩 炉 材間 に顕著 を差異 はみ られ をか った . 2) BOD除去 は .あ る濃 度範閣内 でBOD除 去反応式

Le

/Lo-

e

-K^Dq. nV-tr が成 I-;T_す る. 3)水量負荷 は .20mJ/m'･日以 上で高 い処理 効 率 が得 られ る. 4) BOD負荷 は1kg

/

m

-･日以下 が適 当で あ る. 5) 石灰岩等 は耐 久性 に問題 がな く.生物臆 炉 材 として適 当であ る. 3.中間規模 炉床実験 実際の工場廃 水 を対 象 に中間規模 炉床 実験 を 南方資源 利 悶推称1研究 会誌 行 い ,次 の結 果 を得 た . 1) BOD負荷 は0.5kg/m'･日で高 い処理 効率 が得 られ るが ,負荷1kg/mS･日では処理 戚 率 は 低 くなる. 2) 折床 内 はBOD負荷

0.

5kg/m'･日では 好気 的状 態 を維 持 し良好 であ るが､負荷1k

9

/m'･日 では長時 間嫌 気 的状 態 にを る. 3)強制通気 と自然通気 の処理 効率 に5!fi著 を差 異 はみ られ なか った . をお .本研究 は昭和61年度技 術 開発研究 費補 助金事 業 (単独研究 )と して行 った もの であ る. 参考文献 1) 沖縄 県環 境保健 部編 了環 境 自書｣, 沖縄 県

(

1

9

8

3)

2) 田代鉄 人 .松井安倍 .山岸昂夫 .公害 資源 研究所 桑報 .

5-2

,

4

9(

1

9

7

6

)

3)

出代鉄 人 ,山岸昂夫 ,松井妄催 ,溢水秀樹 . 平井正 直 ,田中稔 ,公害 資源研究所 秦報 ,

7-3

,

2

3(

1

9

7

8

)

- 2