JP2002052394A

JP2002052394A - バイオリアクター用担体、その製造方法及び該担体の使用方法

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Publication number: JP2002052394A
Application number: JP2001155190A
Authority: JP
Inventors: Takaya Satou; 貴哉佐藤; Tsutomu Uehara; 孜上原; Hiroshi Yoshida; 浩吉田; Yoshiji Kotani; 美嗣小谷
Original assignee: Nisshinbo Industries Inc; Nisshin Spinning Co Ltd
Current assignee: Nisshinbo Holdings Inc
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2001-05-24
Publication date: 2002-02-19

Abstract

(57)【要約】【課題】水膨潤性を有し、かつ比重が制御され、反応
槽内における均一流動が可能であって、物理的強度の高
いバイオリアクター用担体及びその使用方法を提供する
こと。【解決手段】（Ａ）水膨潤性熱可塑性樹脂と、（Ｂ）
該樹脂の製造時及び／又は成形時に添加されてなる特定
の無機フィラーを含み、かつ水膨潤時の比重が１．０２
〜１．３５の範囲に制御されたバイオリアクター用担
体、並びに、有機性排水中の窒素を微生物により硝化・
脱窒素する方法において、微生物固定化用担体として、
上記バイオリアクター用担体を用いる有機性排水の脱窒
素処理方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バイオリアクター
用担体、その製造方法及び該担体の使用方法に関する。
さらに詳しくは、本発明は、水膨潤性を有すると共に、
ある範囲に比重が制御され、微生物反応や酵素反応を効
果的に行うことができる上、物理的強度が高く、かつ製
造が容易なバイオリアクター用担体、このものを効率よ
く製造する方法、及び上記担体を用い、微生物により有
機性排水の脱窒素処理を効果的に行う方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】バイオリアクターに用いられる担体は、
多孔質担体とゲル担体に大別することができる。多孔質
担体としてはポリウレタン多孔体、セルロース担体、ポ
リプロピレン多孔体、ポリビニルホルマール多孔体、セ
ラミックス多孔体などがある。これらの担体は多孔体で
あるので大きな表面積を有し、多孔表面に動植物細胞、
微生物や原生動物を結合固定して用いる場合が多い。し
かしながら、ポリウレタン、ポリプロピレン多孔体は疎
水性であるため、水中流動性に劣り、且つ動植物細胞、
微生物や原生動物が結合しにくい欠点が有る。セルロー
ス多孔体は微生物の侵食を受け耐用年数が低い。ポリビ
ニルホルマール多孔体は工業的製造方法が確立されてい
ない等の欠点が有る。また、セラミックスは比重が高い
ために水中で流動させることができないので、使用方法
が制限されるのを免れない。

【０００３】一方、ゲル担体としては、ポリアクリルア
ミドゲル担体、ポリエチレングリコールゲル担体、ポリ
ビニルアルコールゲル担体、アルギン酸ゲル担体、さら
には熱可塑性吸水ゲル担体（特開平１０−１３６９８０
号公報）などが知られている。これらのゲル担体では、
ゲル中に動植物細胞、微生物や原生動物を包括固定して
用いることが一般的であるが、ゲル表面に動植物細胞、
微生物や原生動物を結合固定して用いることもできる。
上記ゲル担体は、高度に水分を含有するため、一般に生
体に対する親和性が高く、動植物細胞、微生物や原生動
物に好適な生息環境を与えるが、上記担体の中で、ポリ
アクリルアミドゲル担体、ポリエチレングリコールゲル
担体、ポリビニルアルコールゲル担体、アルギン酸ゲル
担体は、物理的強度が必ずしも充分ではなく、反応槽中
で使用中に摩耗したり、崩壊するおそれがある。その
上、これらの担体は一度決まった形状に成形したら、再
び溶融させて別の形状に変えることは不可能である。し
たがって、一般的には切断により、所要のサイズにする
場合が多い。含水し、膨潤したゲルを数ミリサイズのサ
イコロ状などに切断する工程は大変な手間を要し、その
結果、これらのゲル担体の製造はきわめて煩雑であり、
製造時間とコストが著しく大きいという欠点がある。

【０００４】これに対し、熱可塑性ポリウレタン吸水ゲ
ル担体で代表される熱可塑性吸水ゲル担体は、物理的強
度が高く、かつ工業的に大量生産が可能である上、親水
性であるため、動植物細胞、微生物や原生動物が、その
生理活性を低下させることなく吸着し、かつ微生物の侵
食を受けにくいなどの長所を有し、バイオリアクター用
担体として好適である。ところで、バイオリアクター用
担体においては、比重は極めて重要である。例えば反応
槽内で、微生物の付着、結合固定化が定常状態に達した
際の比重が水に近いと、反応のために槽内の被処理液を
流動させた場合、該担体は上方に移動しやすく、下方に
存在させることが困難で、均一な流動が得られず、微生
物反応の効率が悪いという問題が生じる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
状況下で、水膨潤性を有すると共に、ある範囲に比重が
制御され、微生物反応や酵素反応を効果的に行うことが
できる上、物理的強度が高く、かつ製造が容易なバイオ
リアクター用担体、及びその使用方法を提供することを
目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、水膨潤性熱可
塑性ポリウレタン樹脂などの水膨潤性熱可塑性樹脂に、
その樹脂製造時及び／又は成形時において、特定の無機
フィラーを添加し、比重をある範囲に制御したのち、押
出機を用いて所望形状に成形することにより、その目的
に適合したバイオリアクター用担体が得られること、そ
してこのものを、有機性排水中の窒素を微生物により、
硝化・脱窒素するに際し、微生物固定化用担体として用
いることにより、該有機性排水を効果的に脱窒素処理し
得ることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて
完成したものである。

【０００７】すなわち、本発明は、（１）（Ａ）水膨潤
性熱可塑性樹脂と、（Ｂ）該樹脂の製造時及び／又は成
形時に添加されてなる、硫酸バリウム、シリカ、カオリ
ン、ケイ砂、ケイソウ土、重晶石、タルク、アルミナ、
酸化チタン及び酸化鉄の中から選ばれる少なくとも一種
の無機フィラーが添加されてなる水膨潤性熱可塑性樹脂
をそのままか、又は上記少なくとも一種の無機フィラー
（ただし、硫酸バリウム、カオリン、ケイソウ土及びタ
ルクは、成形時に添加する場合は、予め脱水処理したも
のを使用する。）を含み、かつ水膨潤時の比重が、１．
０２〜１．３５の範囲に制御されていることを特徴とす
るバイオリアクター用担体、（２）水膨潤性熱可塑性樹
脂に、脱水処理された硫酸バリウム、カオリン、ケイソ
ウ土及びタルク並びにシリカ、ケイ砂、重晶石、アルミ
ナ、酸化チタン及び酸化鉄の中から選ばれる少なくとも
一種の無機フィラーを配合したのち、加熱溶融して押出
機からストランド状に押出し、連続切断することを特徴
とする、水膨潤時の比重が１．０２〜１．３５の範囲に
制御されたバイオリアクター用担体の製造方法、（３）
樹脂製造時に、硫酸バリウム、シリカ、カオリン、ケイ
砂、ケイソウ土、重晶石、タルク、アルミナ、酸化チタ
ン及び酸化鉄の中から選ばれる少なくとも一種の無機フ
ィラーが添加されてなる水膨潤性熱可塑性樹脂をそのま
まか、又は上記少なくとも一種の無機フィラー（ただ
し、硫酸バリウム、カオリン、ケイソウ土及びタルク
は、予め脱水処理したものを使用する。）を配合したの
ち、加熱溶融して押出機からストランド状に押出し、連
続切断することを特徴とする膨潤時の比重が１．０２〜
１．３５の範囲に制御されたバイオリアクター用担体の
製造方法、及び（４）有機性排水中の窒素を微生物によ
り硝化・脱窒素する方法において、微生物固定化用担体
として、上記（１）のバイオリアクター用担体を用いる
ことを特徴とする有機性排水の脱窒素処理方法、を提供
するものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明のバイオリアクター用担体
は、（Ａ）水膨潤性熱可塑性樹脂と、（Ｂ）無機フィラ
ーとを含むものであって、該（Ａ）成分の水膨潤性熱可
塑性樹脂としては、水膨潤性熱可塑性ポリウレタン樹脂
や水膨潤性熱可塑性ポリエチレングリコールなどを挙げ
ることができるが、これらの中で、特に水膨潤性熱可塑
性ポリウレタン樹脂が好適である。この水膨潤性熱可塑
性ポリウレタン樹脂は、ウレタン結合によってランダム
に頭尾結合させたソフトセグメント及びハードセグメン
トからなるポリウレタン共重合体であって、２官能長鎖
ジオール化合物、２官能ジイソシアネート化合物、短鎖
ジオール化合物を反応させることにより製造することが
できる。長鎖ジオール化合物とジイソシアネート化合物
の反応によって得られるソフトセグメントは、一般式
（Ｉ）

【０００９】

【化１】

【００１０】で表され、一方、短鎖ジオール化合物とジ
イソシアネート化合物の反応によって得られるハードセ
グメントは、一般式（II)

【００１１】

【化２】

【００１２】で表される。上記一般式（Ｉ）及び一般式
（II) におけるＸは、長鎖ジオール化合物の末端水酸基
がジイソシアネート化合物と反応することによって生じ
る基の、その末端水酸基を除いた部分を表わしている。
これらの式におけるＸの分子量は樹脂の膨潤度などに大
きな影響を及ぼすと考えられ、その分子量は１０００か
ら１３０００が好ましく、さらには４０００から８００
０が好ましい。Ｘの分子量が小さくなるとソフトセグメ
ントの分子量が小さくなり、その結果樹脂の膨潤度が低
くなる傾向が見られ、またＸの分子量が１３０００より
大きくなると合成時に粘度の上昇、溶融温度の上昇など
の問題が起こり好ましくない。本発明で使用される長鎖
ジオール化合物は、水溶性ポリオキシアルキレンジオー
ル（ポリオール）が好ましく、特に１分子中に２個の末
端水酸基を有する水溶性の酸化エチレン・酸化プロピレ
ン共重合ポリエーテル系ジオールか、ポリエチレングリ
コールが好ましい。これらの中で、オキシエチレン基の
含有量が７０重量％以上のものが好ましく、特に８５重
量％以上のものが好適である。この含有量が７０重量％
未満では樹脂の膨潤度が低くなる場合がある。

【００１３】また、一般式（Ｉ）及び一般式（II) にお
けるＹは、通常数平均分子量１００〜１０００のジイソ
シアネート化合物が水酸基と反応することによって生じ
る基の、そのイソシアネート基が除去された部分を表し
ている。本発明で使用されるジイソシアネート化合物と
しては、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソ
シアネート、ナフチレンジイソシアネート、ジフェニル
メタンジイソシアネート、ビフェニレンジイソシアネー
ト、ジフェニルエーテルジイソシアネート、トリジンジ
イソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イ
ソホロンジイソシアネート等が挙げられる。

【００１４】一方、一般式（II) におけるＺは、通常数
平均分子量３０〜４００の短鎖ジオール化合物の末端水
酸基がジイソシアネート化合物と反応することによって
生じる基のその末端水酸基を除いた部分を表している。
本発明で使用される短鎖ジオール化合物としては、エチ
レングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，
３−プロピレングリコール、１，３−ブタンジオール、
２，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、
１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオー
ル、２，２−ジメチル−１，３−プロパンジオール、ジ
エチレングリコール、ジプロピレングリコール、１，４
−シクロヘキサンジメタノール、１，４−ビス−（β−
ヒドロキシエトキシ）ベンゼン、ｐ−キシリレンジオー
ル、フェニルジエタノールアミン、メチルジエタノール
アミン、３，９−ビス−（２−ヒドロキシ−１，１−ジ
メチルエチル）−２，４，８，１０−テトラオキサスピ
ロ〔５，５〕−ウンデカンなどが挙げられる。

【００１５】本発明における前記長鎖ジオール化合物と
短鎖ジオール化合物との使用割合は、それぞれの分子量
や樹脂の所望物性などにより変化させることができる。
長鎖ジオール化合物の分子量にもよるが、長鎖ジオール
化合物と短鎖ジオール化合物のモル比が５：１から１：
２の範囲であることが望ましい。長鎖ジオール化合物の
分子量が大きい場合は、熱可塑性樹脂合成時に粘度が高
くなる傾向があるので、ハードセグメントを形成する短
鎖ジオール化合物のモル比は小さくした方が好ましい。
また高い物理強度を維持しつつ、体積膨潤度を上げる場
合は、短鎖ジオール化合物のモル比を大きくすることが
好ましい。また両者の合計水酸基数に対し、ジイソシア
ネート化合物のイソシアネート基数（ＮＣＯ／ＯＨ）は
0.９５〜1.８の範囲が好ましく、さらには1.０〜1.６で
あることがより好ましい。このように本発明において
は、ポリマー合成反応が十分に完結したポリウレタン共
重合体だけでなく、不完全熱可塑性ポリウレタン、すな
わち一部イソシアネート基等の活性基の残存したポリウ
レタン共重合体を、成形後に架橋を生じさせて使用する
こともできる。

【００１６】この水膨潤性熱可塑性ポリウレタン樹脂の
製造方法としては、長鎖ジオール化合物とジイソシアネ
ート化合物をあらかじめ反応せしめた後、鎖伸長剤とし
て短鎖ジオール化合物を反応させるプレポリマー法及び
反応原料をすべて一時に混合するワンショット法のいず
れも採用することができる。一方、（Ｂ）成分の無機フ
ィラーとしては、硫酸バリウム、シリカ、カオリン、ケ
イ砂、ケイソウ土、重晶石、タルク、アルミナ、酸化チ
タン及び酸化鉄の中から、適宜１種以上を選択して用い
られる。本発明においては、この無機フィラーは、
（Ａ）成分の水膨潤性熱可塑性樹脂の製造時及び／又は
担体を製造するための成形時に用いられるものである。
上記無機フィラーの中で硫酸バリウム、カオリン、ケイ
ソウ土及びタルクは、通常水分が含まれているので、成
形時に添加する場合、そのままでは樹脂を膨潤させるお
それがあるので、予め脱水処理したものを用いることが
必要である。なお、樹脂製造時に添加する場合は、脱水
処理をする必要はない。

【００１７】この無機フィラーとしては、平均粒径が、
好ましくは０．１〜５０μｍ、より好ましくは０．５〜
３０μｍの範囲にあり、かつ比重（真比重、以下同じ）
が、好ましくは１．５以上、より好ましくは２．０〜
６．０の範囲にあるものを用いるのが有利である。本
発明で用いる無機フィラーの比重の例を示すと、硫酸バ
リウム４．３、シリカ２．２、カオリン２．４、ケイ砂
２．５６、ケイソウ土２．１５〜２．３１、重晶石４．
５、タルク２．６〜２．８、アルミナ３．９９、酸化チ
タン３．８〜４．１及び酸化鉄５．２である。該無機フ
ィラーの含有量は、担体の所望比重や使用する無機フィ
ラーの比重などにより左右されるが、一般的には、
（Ａ）成分１００重量部当たり、１〜２５０重量部、好
ましくは１０〜２００重量部の範囲で選定される。本発
明のバイオリアクター用担体の水膨潤時の比重は、反応
槽内で微生物の担体への付着、結合固定化が定常状態に
達した際、該担体が反応槽内で均一に流動し得るため、
１．０２〜１．３５の範囲、好ましくは１．０２〜１．
２２の範囲に制御される。なお、担体の水膨潤時の比重
は、担体を２５℃の純水に浸漬し、容積変化のなくなっ
た点を完全膨潤時の体積とし、その際の重量と該体積と
から求めた値である。

【００１８】本発明のバイオリアクター用担体は、式
（III) 体積膨潤度（％）＝〔水中で完全膨潤時の体積（ｃｍ³）／絶乾時の体積（ｃｍ ³ ）〕×１００・・・（III) で表される体積膨潤度が１２０〜３０００％の範囲にあ
るものが好ましく、特に１５０〜１０００％の範囲にあ
るものが好ましい。この体積膨潤度が１２０％未満では
吸水性が低すぎて、微生物の付着が悪くなるおそれがあ
り、３０００％を超えると物理的強度が著しく低下する
傾向がみられる。なお、本発明においては、１００℃で
乾燥し、重量減少がなくなった点を絶乾とする。また、
２５℃の純水に浸漬し、容積変化のなくなった点を完全
膨潤時の体積とする。本発明のバイオリアクター用担体
の大きさや形状については、特に制限はないが、外表面
積をなるべく大きく採るには、例えばサイコロ状、円柱
状、球状が好ましい。また、粒度の揃ったチップ状で用
いることもできる。具体的には、１辺が１〜１０ｍｍの
サイコロ状や、直径１〜１０ｍｍ、長さ１〜１０ｍｍの
円柱状、直径１〜１０ｍｍの球状などが好適である。

【００１９】本発明のバイオリアクター用担体は、以下
に示す本発明の方法により、効率よく製造することがで
きる。本発明の方法においては、（１）水膨潤性熱可塑
性樹脂の製造時に無機フィラーを添加せずに、成形時に
無機フィラーを配合して溶融成形する方法、（２）水膨
潤性熱可塑性樹脂の製造時に無機フィラーを添加し、成
形時には無機フィラーを配合せずに溶融成形する方法及
び（３）水膨潤性熱可塑性樹脂の製造時に無機フィラー
を添加し、成形時においても無機フィラーを配合し、溶
融成形する方法、の３つの態様がある。

【００２０】水膨潤性熱可塑性樹脂の製造時及び成形時
に加える無機フィラーとしては、それぞれ前述の（Ｂ）
成分について説明したとおりである。溶融成形は、押出
機を用いて加熱溶融してストランド（紐）状に押出した
のち、適当な長さに連続切断することにより、行われ
る。なお、この成形時には、比重調整用無機フィラー以
外に、動植物細胞や微生物などの付着性を向上させる目
的で、活性炭、カーボン粉末、ゼオライトなどの無機粉
末を加えてもよい。また、押出機から押し出されたスト
ランドの表面に、該無機粉末を付着させたのち、切断す
ることもできる。このようにして得られた本発明のバイ
オリアクター用担体は、水膨潤性を有し、親水性が高
く、多量の水分を蓄える性質を有し、動植物細胞、微生
物や原生動物に対する親和性が高い。該担体は、動植物
細胞、微生物や原生動物の存在する培養液や被処理水中
に投入して用いる。担体はきわめて生体に対する親和性
が高いため、水中に存在する動植物細胞、微生物や原生
動物は担体表面に付着し、増殖する。特にアンモニア酸
化細菌、亜硝酸酸化細菌、他のアンモニアの硝化細菌、
脱窒細菌、糸状菌などの粘着性の強い動植物細菌、微生
物や原生動物が、その表面に付着し、結合固定される。

【００２１】また、本発明の担体は、耐剪断性が高いの
で、生体触媒として扱う動植物細胞、微生物や原生動物
が担体の外部表面に多量高密度に固定化された状態にお
いてプロペラなどによる効率的な攪拌が可能となる。さ
らに、比重が特定の範囲に制御されているので、反応槽
における均一な流動が可能となり、効率よく微生物反応
などを進行させることができる。次に、本発明の有機性
排水の脱窒素処理方法について説明する。本発明の脱窒
素処理方法においては、有機性排水中の窒素を微生物に
より硝化・脱窒素するに際し、微生物固定化用担体とし
て、前述の本発明のバイオリアクター用担体が用いられ
る。排水中のアンモニア態窒素は活性汚泥中に存在する
硝酸菌により硝酸に変換され、硝酸は脱窒菌により、窒
素まで変換され大気中に放出される。しかし、硝酸菌は
きわめて生育が遅い菌であるため、浮遊微生物群すなわ
ち活性汚泥中の濃度は余り高くない。したがって、一般
の排水処理に用いられている活性汚泥法では十分にアン
モニア態窒素を処理することができない。

【００２２】活性汚泥においては、ＢＯＤ資化菌のよう
な増殖の速い菌が存在しており、そのため、ＢＯＤ資化
菌ばかりが増えて、硝酸菌のような増殖の遅い菌は増殖
できないことになる。その結果、活性汚泥中の硝酸菌濃
度はいつも低い結果となる。このような系に、本発明の
担体を適用すると、硝酸菌は粘着性が強いために、該担
体の平滑表面にも付着するが、粘着性があまり強くない
ＢＯＤ資化菌のような微生物は担体表面に付着しにく
い。その結果、担体表面においては、硝酸菌が優先的に
高濃度に増殖することになり、この硝酸菌により、アン
モニア態窒素は極めて効率的かつ高速度に生物学的に処
理される。また、本発明の担体は、前述のように、長期
の機械攪拌に耐え得る物理的強度、耐久性をもつ、かつ
吸水膨潤して高分子ゲル構造を持つことから凹凸を設け
なくても脱窒菌が強固に結合固定されることが確認され
た。本発明に使用する担体は、好気条件である硝化工程
と嫌気条件である脱窒工程の両方に使用可能であること
から、各種脱窒素活性汚泥法に適用可能である。特に嫌
気槽と好気槽とに別々の担体を投入し、各槽で向流の担
体返送が必要となる各種担体添加硝化液循環返法と比較
して、嫌気好気の担体区分が無くなると共に担体返送を
硝化液循環と同様に行うことができる。また従来は担体
添加例の少ない各種間欠曝気法、オキシデーションディ
ッチ法にも好適である。

【００２３】本発明においては、例えば、本発明のバイ
オリアクター用担体を処理槽内に留めた状態で、被処理
排水を連続的又は間欠的に処理槽内に供給すると共に処
理条件を硝化条件と脱窒条件とに交互に繰り返し変更す
る方法などにより、同じ微生物担体を硝化条件と脱窒条
件とに交互に繰り返し使用することが可能であり、嫌気
好気サイクルの回数や１サイクルの時間等に限定はな
い。脱窒素活性汚泥法に微生物固定化用担体を添加する
例では、運転初期に長期の馴養が必要という問題があ
り、従来では包括固定化した担体を使用することによっ
て解決を図っている。しかしながら、本発明において
は、好気条件と嫌気条件の両環境下で担体を併用するこ
とにより、硝化能と脱窒能を持つ微生物担体が得られる
だけでなく、どちらか一方の環境のみで馴養期間を短縮
することが可能となる。

【００２４】本発明に用いる担体を活性汚泥の存在下、
硝化菌の増殖する好気条件で馴養すると、担体表面に硝
化菌が、それを覆うようにせん毛虫類等の原生動物が密
生する。この担体を脱窒菌の増殖する嫌気条件下に移し
変えると脱窒菌が担体に吸着され、強固に固定化される
ことを本発明者らは発見した。この現象は１サイクルだ
けに限らず、好気、嫌気の条件を繰り返す毎に硝化能、
脱窒能両方の起ち上がりが速くなることが確認された。
これは微生物同士の凝集力や脱窒菌が通性嫌気性である
ことに関係があると考えられる。

【００２５】次に、図面を参照して本発明をさらに具体
的に説明する。図１は、本発明の一実施態様を示す排水
の硝化脱窒装置の系統図である。図１において、生物処
理槽１内には散気管２及び攪拌羽根４が備えられてお
り、さらに本発明の担体１２が投入されている。生物処
理槽１内を好気状態にする場合は、エアレーションポン
プ３を作動させ、散気管２より空気を吹き込み、曝気処
理を行う。また嫌気状態にするときは、攪拌モーター５
を作動させて攪拌羽根４を回転させ、生物処理槽１内の
原水（被処理排水）と活性汚泥と担体１２を混合させ
る。この生物処理槽１内に原水タンク６から送液ポンプ
７を介して原水を流入させる。まず嫌気好気状態に関わ
らず、原水の有機物が槽内の活性汚泥と担体１２に固定
化された微生物によって分解されるが、同時に有機性窒
素がアンモニア態窒素に分解される。次に好気状態にな
ると担体１２に結合した硝化菌の作用でアンモニア態窒
素の酸化が起こり、硝酸態、亜硝酸態窒素に変換され
る。次いで嫌気状態になると担体１２の表面で脱窒菌が
優勢となり、その作用により硝酸態、亜硝酸態窒素が窒
素ガスにまで分解される。原水を連続的又は間欠的に生
物処理槽１内に供給すると共に、所定時間嫌気状態と好
気状態とに交互に繰り返すことによって上記脱窒素処理
を行う。

【００２６】処理済排水はオーバーフローによって生物
処理槽１から沈澱槽９に流出するが、担体分離スクリー
ン８によって担体１２は生物処理槽１内に常時滞留する
ため、生物処理槽１内の微生物濃度は、原水流入量に関
らず高く保たれる。沈澱槽９では、活性汚泥と処理済排
水が重力沈降によって分離され、放流ライン１１から処
理済排水のみが系外に流出される。沈降した活性汚泥
は、生物処理槽１内のＭＬＳＳ濃度を維持するために汚
泥返送ポンプ１０を介して返送されるが、担体１２によ
って脱窒菌と増殖速度の遅い硝化菌とが高濃度に保持さ
れているため、汚泥管理は標準法よりも容易である。こ
のように、本発明の方法では、担体を入れ換えることな
く、間欠曝気による担体添加型硝化脱窒が可能となる。
また上記間欠曝気法に限らず、各種硝化液循環変法やオ
キシデーションディッチ法にも適用可能である。

【００２７】

【実施例】次に、実施例に基づいて本発明を詳細に説明
するが、本発明はこれによって制限されるものではな
い。なお、得られた担体の水膨潤時の比重及び体積膨潤
度は以下のようにして測定した。（１）水膨潤時の比重２５℃の純水に浸漬し、容積変化のなくなった点を完全
膨潤時の体積とし、その際の比重を測定した。（２）体積膨潤度前記の式（III)に従って測定した。また、無機フィラー
として使用した硫酸バリウム粉体の粒径は０．１〜１５
μｍ、平均粒径は９．０μｍで、比重は４．３であり、
シリカ粉体の粒径は７．０〜４０μｍ、平均粒径は１
５．０μｍで、比重は２．２であった。

【００２８】参考例１長鎖ジオール化合物として数平均分子量２０００のポリ
エチレングリコールを用い、この１００重量部を攪拌機
付き反応釜中に投入し、窒素ガス雰囲気下、１１０℃で
１時間予備加熱を行いポリエチレングリコール中の水分
を放出させた後、反応釜の温度を１３０℃に設定した。
ジイソシアネート化合物として４，４'−ジフェニルメ
タンジイソシアネート２５重量部を反応釜中に添加し、
１３０℃で２時間攪拌してプレポリマーを調製した。次
いで、これに鎖延長剤として１，４−ブタンジオール1.
１９重量部を添加し、１３０℃にて１時間攪拌した。反
応終了後、離型処理したバット上に流延し、１００℃で
４時間加熱処理を行い、水膨潤性熱可塑性ポリウレタン
樹脂を得た。参考例２参考例１で得た水膨潤性熱可塑性ポリウレタン樹脂を冷
却後に細かく粉砕し、加熱エクストルーダーを用い、剪
断力を加えつつ１８０〜２３０℃で加熱溶融を行い、該
エクストルーダーのノズルから押し出された直径2.５ｍ
ｍのストランドを長さ2.５ｍｍに切断して円柱状の担体
を製造した。この担体の水膨潤時の比重は1.０１２であ
り、体積膨潤度は８５０％であった。

【００２９】実施例１参考例２において、水膨潤性熱可塑性ポリウレタン樹脂
１００重量部に対し、シリカ粉体４３重量部を配合した
以外は、参考例２と同様にして担体を製造した。この担
体の水膨潤時の比重及び体積膨潤度を測定した。結果を
第１表に示す。実施例２参考例２において、水膨潤性熱可塑性ポリウレタン樹脂
１００重量部に対し、シリカ粉体８６重量部を配合した
以外は、参考例２と同様にして担体を製造した。この担
体の水膨潤時の比重及び体積膨潤度を測定した。結果を
第１表に示す。実施例３参考例２において、水膨潤性熱可塑性ポリウレタン樹脂
１００重量部に対し、予め脱水処理した硫酸バリウム粉
体１００重量部を配合した以外は、参考例２と同様にし
て担体を製造した。この担体の水膨潤時の比重及び体積
膨潤度を測定した。結果を第１表に示す。

【００３０】実施例４参考例１において、プレポリマー調製における予備加熱
時に、得られるポリウレタン樹脂１００重量部に対し、
硫酸バリウム粉体１００重量部を添加した以外に、参考
例１と同様にして水膨潤性熱可塑性ポリウレタン樹脂を
製造し、さらに、参考例２と同様にして担体を製造し
た。この担体の水膨潤時の比重及び体積膨潤度を測定し
た。結果を第１表に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】実施例５（担体の硝化・脱窒試験）実施例２で得られた担体及び図１に示した硝化脱窒装置
を用い、下記の組成の原水を下記の運転条件で間欠曝気
処理した。原水の組成濃度（ｍｇ／Ｌ）グルコース６1.８Ｌ−グルタミン酸６1.８塩化アンモニウム９3.２ＫＨ₂ＰＯ₄ 4.３ＣａＣｌ₂・２Ｈ₂Ｏ４6.３ＭｇＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏ３2.４ＺｎＣｌ₂ 0.２０８ＦｅＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏ 1.０ＥＤＴＡ・２Ｎａ 1.８ＣｕＳＯ₄・５Ｈ₂Ｏ 0.５１ＭｎＣｌ₂・４Ｈ₂Ｏ 0.０７２Ｎａ₂ＭｏＯ₄・２Ｈ₂Ｏ 0.０５ＣｏＣｌ₂・６Ｈ₂Ｏ 0.００８運転条件生物処理槽の容積：２０リットル担体：実施例２の担体４リットル曝気サイクル：好気３時間＋嫌気３時間を１サイク
ルとした。好気時の溶存酸素濃度は６ｍｇ／Ｌとし、嫌
気時は攪拌羽根で攪拌した。原水流量：嫌気時のみ6.６７Ｌ／ｈｒで添加し
た（８０Ｌ／日）。滞留時間：6.０時間原水窒素濃度：３０ｍｇ−Ｎ／Ｌ窒素負荷：0.１２ｋｇ−Ｎ／ｍ³−槽・日汚泥返送：浮遊ＭＬＳＳが２０００ｍｇ／Ｌに
なるように返送した。水温：２２℃に温度調節試験開始６０日目以降の処理水の平均水質を第２表に示
す。

【００３３】比較例１（担体を使用しない硝化脱窒試
験）生物処理槽内に担体を添加せず、ＭＬＳＳを３０００〜
３５００ｍｇ／Ｌに設定した以外は、実施例５と同様に
して間欠曝気試験を行った。試験開始６０日目以降の処
理水の平均水質を第２表に示す。この試験では、試験開
始１０日目以降から沈澱槽で汚泥の浮上が見られ、ＳＳ
の流出が発生した。また、試験開始６０日目以降の処理
水質は、硝化・脱窒共に安定せず、Ｔ−Ｎ除去率は約８
０％であった。

【００３４】

【表２】

【００３５】

【発明の効果】本発明のバイオリアクター用担体は、水
膨潤性を有すると共に、ある範囲に比重が制御され、微
生物反応や酵素反応を効果的に行うことができる上、物
理的強度が高く、かつ製造が容易である。この本発明の
バイオリアクター用担体を、有機性排水中の窒素を微生
物により、硝化・脱窒素する際の微生物固定化用担体と
して用いることにより、有機性排水を効果的に脱窒素処
理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様を示す硝化脱窒装置の系
統図である。

【符号の説明】１生物処理槽２散気管３エアレーションポンプ４攪拌羽根５攪拌モーター６原水タンク７送液ポンプ８担体分離スクリーン９沈澱槽１０汚泥返送ポンプ１１放流ライン１２担体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ１２Ｎ 11/08 Ｃ１２Ｎ 11/08 Ｇ // Ｂ２９Ｋ 101:12 Ｂ２９Ｋ 101:12 105:16 105:16 (72)発明者吉田浩千葉県千葉市緑区大野台１−２−３日清紡績株式会社研究開発センター内 (72)発明者小谷美嗣千葉県千葉市緑区大野台１−２−３日清紡績株式会社研究開発センター内Ｆターム(参考） 4B033 NA19 NB02 NB14 NB22 NB37 NB65 NB66 NC04 NC12 ND04 NE08 NF06 4B065 AA99X AC20 BA22 BB40 BC43 CA56 4D003 AA13 AA14 AB03 BA03 CA08 EA14 EA26 EA38 FA06 FA10 4D040 BB08 BB22 BB42 BB66 BB67 BB82 4F207 AA31 AB16 AB17 AG14 AH01 AH81 KA01 KA17 KF02 KL64 KW23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）水膨潤性熱可塑性樹脂と、（Ｂ）
該樹脂の製造時及び／又は成形時に添加されてなる、硫
酸バリウム、シリカ、カオリン、ケイ砂、ケイソウ土、
重晶石、タルク、アルミナ、酸化チタン及び酸化鉄の中
から選ばれる少なくとも一種の無機フィラー（ただし、
硫酸バリウム、カオリン、ケイソウ土及びタルクは、成
形時に添加する場合は、予め脱水処理したものを使用す
る。）を含み、かつ水膨潤時の比重が、１．０２〜１．
３５の範囲に制御されていることを特徴とするバイオリ
アクター用担体。
【請求項２】（Ａ）成分の水膨潤性熱可塑性樹脂が、
水膨潤性熱可塑性ポリウレタン樹脂である請求項１記載
のバイオリアクター用担体。
【請求項３】（Ｂ）成分の無機フィラーが、平均粒径
０．１〜５０μｍ及び比重１．５以上のものである請求
項１又は２記載のバイオリアクター用担体。
【請求項４】（Ａ）成分１００重量部当たり、（Ｂ）
成分１〜２５０重量部を含む請求項１、２又は３記載の
バイオリアクター用担体。
【請求項５】水膨潤性熱可塑性樹脂に、脱水処理され
た硫酸バリウム、カオリン、ケイソウ土及びタルク並び
にシリカ、ケイ砂、重晶石、アルミナ、酸化チタン及び
酸化鉄の中から選ばれる少なくとも一種の無機フィラー
を配合したのち、加熱溶融して押出機からストランド状
に押出し、連続切断することを特徴とする、水膨潤時の
比重が１．０２〜１．３５の範囲に制御されたバイオリ
アクター用担体の製造方法。
【請求項６】樹脂製造時に、硫酸バリウム、シリカ、
カオリン、ケイ砂、ケイソウ土、重晶石、タルク、アル
ミナ、酸化チタン及び酸化鉄の中から選ばれる少なくと
も一種の無機フィラーが添加されてなる水膨潤性熱可塑
性樹脂をそのままか、又は上記少なくとも一種の無機フ
ィラー（ただし、硫酸バリウム、カオリン、ケイソウ土
及びタルクは、予め脱水処理したものを使用する。）を
配合したのち、加熱溶融して押出機からストランド状に
押出し、連続切断することを特徴とする膨潤時の比重が
１．０２〜１．３５の範囲に制御されたバイオリアクタ
ー用担体の製造方法。
【請求項７】有機性排水中の窒素を微生物により硝化
・脱窒素する方法において、微生物固定化用担体とし
て、請求項１ないし４のいずれかに記載のバイオリアク
ター用担体を用いることを特徴とする有機性排水の脱窒
素処理方法。
【請求項８】請求項１ないし４のいずれかに記載のバ
イオリアクター用担体を硝化工程と脱窒工程の両方に交
互に繰返し使用する請求項７記載の有機性排水の脱窒素
処理方法。