JP2002223751A - 微生物固定化担体 - Google Patents

微生物固定化担体

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microorganism
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immobilized
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Wataru Fujii
渉 藤井
Takashi Okumura
敬 奥村
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    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

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  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
  • Biological Treatment Of Waste Water (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】微生物固定化担体を廃水に投入した直後に前記
担体が廃水になじみ、廃水中で担体が流動するまでの時
間が極めて短く、且つ強度にも優れた廉価な微生物固定
化担体を提供する。 【解決手段】表面に微生物を付着させて使用される微生
物固定化担体は、ポリプロピレン系樹脂とポリエチレン
系樹脂とを含有しており、前記ポリプロピレン系樹脂と
前記ポリエチレン系樹脂との重量組成比が、75/25
〜25/75の範囲にある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、生化学的に廃水処
理を行う際に用いられる、表面に微生物を付着させて使
用される微生物固定化担体に関する。
【0002】
【従来の技術】生物学的廃水処理方法の一つとして、微
生物が付着された微生物固定化担体を槽内で流動させ、
同担体の表面に付着している微生物により有機物や窒素
を吸着、分解して処理する方法が用いられている。この
微生物固定化担体としては、親水性ゲル、ポリプロピレ
ン系発泡中空樹脂、ポリエチレン系樹脂、ウレタンフォ
ーム等が、用いられている。
【0003】ポリプロピレン系発泡中空樹脂は、材料が
安価である上、成形が容易なことから広く使用されてい
る。 ポリプロピレンは、微生物の付着量を増やすため、
発泡成形し、多孔質体として用いられている。しかしな
がら、多孔質ポリプロピレン系樹脂からなる微生物固定
化担体は、表面の疎水性が高く、しかも菌体を付着しや
すくすることを目的として発泡成形等の手段で表面を粗
化しているため、同担体を廃水槽に投入した直後は、同
担体の表面に気泡が付着して浮いてしまい、廃水内に浸
漬して流動し難く、良好な廃水処理ができるようになる
までに長時間を要していた。
【0004】したがって従来から担体表面の親水性を高
める改良が多数提案されている。例えば特開昭63−3
02994号公報に開示されている微生物固定化担体
は、酸化可能な熱可塑性樹脂からなる粒状体をスルホク
ロム混合物(硫酸、重クロム酸カリ及び水)又は発煙硫
酸のスルホナイト混合物と接触させることにより酸化し
ている。かかる酸化された粒状体からなる担体は、水と
の間の相互作用が向上され、担体の浮遊現象や担体体間
の凝結が抑制される。
【0005】或いは、特開平9−296066号公報に
開示された微生物固定化担体は、ポリエチレン又はポリ
プロピレン樹脂に発泡ガス放出助剤及び発泡剤を所定の
割合で配合して得られた、縦及び横方向に多数の通孔を
もつ中空体を、高濃度オゾンガスにより酸化処理し、カ
ルボニル基を生成させて親水性を付与している。
【0006】或いは特開平7−39376号公報に開示
されている微生物固定化担体は、所定の平均粒径及び比
重をもつ無機質及び/又は有機質粉状体を、微生物の付
着性及び増殖性にすぐれた、アラギン酸やコラーゲンな
どの天然高分子、或いはポリビニルアルコールやポリア
クリルアミドなどの親水性樹脂により被覆している。
【0007】更には、特開昭55−111895号公報
に開示されている微生物固定化担体では、例えば馬鈴薯
デンプンやアルギン酸ソーダなどの腐食性高分子物質
や、ポリビニルアルコールなどの水溶性高分子物質を5
〜25重量部、合成樹脂に添加している。この微生物固
定化担体を濾床として使用すると、腐食性高分子物質や
水溶性高分子物質が次第に廃液中の微生物により腐食さ
れ、担体の表面に凹凸模様ができ、微生物の付着が良好
になる。
【0008】また、特開平7−204679号公報に開
示された微生物固定化担体は、熱可塑性樹脂に、親水性
を付与するための熱可塑性ノニオン型吸水性樹脂を樹脂
中の5〜50重量%で混合し、成形することにより製造
される。かかる熱可塑性ノニオン型吸水性樹脂は熱可塑
性樹脂との相溶性に優れているため、担体を例えばネッ
ト状、ボール状、ネットパイプ状等の複雑な形状に容易
に成形できるとしている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
63−302994号公報や特開平9−296066号
公報に開示されている微生物固定化担体のように表面後
処理を行うことで親水性を付与する方法や、特開平7−
39376号公報に開示されている微生物固定化担体の
ように親水性樹脂で被覆することにより親水性を付与す
る方法は、いずれも粒状体などの担体素材に親水性を付
与するための後処理の工程が必要となるため、製造コス
トが高くなる。更には、親水性を付与するための表面後
処理や親水性樹脂による被覆処理は、均一の処理性が得
られず、それら処理の効果の持続性が不充分であるとい
った問題がある。
【0010】また、特開昭55−111895号公報に
開示されているように、樹脂材料に腐食性高分子物質や
水溶性高分子物質を添加する方法や、特開平7−204
679号公報に開示されているように、樹脂材料に熱可
塑性ノニオン型吸水性樹脂を混合する方法は、親水性を
向上させるために上記腐食性物質や水溶性高分子、或い
は熱可塑性ノニオン型吸水性樹脂の含有量を多くする
と、担体の強度が低下し壊れやすくなってしまう。その
ため、それら親水性を向上させるための物質の含有量が
制限され、十分な親水性を付与できないといった問題が
ある。
【0011】一方、ポリエチレン製の微生物固定化担体
は、ポリプロピレン系樹脂と比較すると親水性が高く、
初期の流動性は高いが、発泡成形すると担体として使用
するための十分な機械的強度が得られないため、実質的
には非多孔質体として使用されている。
【0012】そこで、本発明は、微生物固定化担体を廃
水に投入した直後に前記担体が廃水になじみ、廃水中で
担体が流動するまでの時間が極めて短く、且つ強度にも
優れた廉価な微生物固定化担体を提供することを目的と
している。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明者が種々検討を行った結果、微生物固定化担体
として、ポリプロピレン系樹脂とポリエチレン系樹脂と
の両方を含有することにより、所望の流動性と強度とを
兼ね備えた担体とすることができること見出し本発明に
至った。
【0014】すなわち本件請求項1に係る発明は、表面
に微生物を付着させる微生物固定化担体において、前記
担体がポリプロピレン系樹脂とポリエチレン系樹脂とを
含有することを特徴としている。ポリプロピレン系樹脂
とは、プロピレンを主成分として重合したものであれば
特に限定されず、市販のポリプロピレン樹脂が使用でき
る。改質のため少量のエチレンを共重合させたプロピレ
ンも使用できる。ポリエチレン系樹脂としては、エチレ
ンを主成分として重合したものであれば特に限定され
ず、市販のポリエチレン樹脂が使用でき、高密度ポリエ
チレン、低密度ポリエチレン、また、エチレン−酢酸ビ
ニル共重合体が使用できる。中でも高密度ポリエチレン
が高強度であり、好適である。
【0015】かかるポリプロピレン系樹脂とポリエチレ
ン系樹脂との両方を含有する微生物固定化担体は、担体
として十分な機械的強度を有すると共に、親水性が高く
廃水槽に前記担体を投入した直後でも前記担体が良好な
流動性を示し、担体の投入後短時間で廃水処理を開始す
ることができ、廃水処理効率が著しく向上する。
【0016】更に本件請求項2に係る発明によれば、前
記ポリプロピレン系樹脂と前記ポリエチレン系樹脂との
重量組成比が、75/25〜25/75の範囲にあるこ
とを特徴としている。前記ポリプロピレン系樹脂の含有
割合が70以上では十分な親水性が得られず、また、前
記ポリエチレン系樹脂の含有割合が70以上では十分な
機械的強度が得られない。親水性及び機械的強度を共に
満足させる観点から、前記ポリプロピレン系樹脂と前記
ポリエチレン系樹脂との重量組成比が、70/30〜3
0/70の範囲にあることが好ましく、60/40〜4
0/60の範囲とすることがより好ましい。
【0017】本発明の担体は、他の成分として、炭酸カ
ルシウム、タルク、ゼオライト、硫酸バリウム、酸化チ
タン、チタン酸カリウム、水酸化アルミニウム等の比重
調整材や、多孔質化のためのアゾジカルボンアミド(A
DCA)、ジニトロソペンタメチレンテトラミン(DP
T)、炭酸系などの発泡剤、発泡助剤、さらには適当な
添加剤を含んでいてもよい。
【0018】また、親水性、機械強度を損なわない範囲
で、他の熱可塑性樹脂と組み合わせて用いることができ
る。他の熱可塑性樹脂としては、例えばポリエステル系
樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、エチレン(メ
タ)アクリル酸共重合体、プロピレン−無水マレイン酸
共重合体等の熱可塑性樹脂が挙げられる。
【0019】本件請求項3に係る発明では、前記微生物
固定化担体は比重が0.9〜1.1であることを特徴と
している。前記担体を上記比重に調整することにより、
同担体を流動床用として使用する場合に、好適な流動性
が得られる。
【0020】本件請求項4に係る発明は、前記微生物固
定化担体が中空円筒形状であることを特徴としている。
担体を中空円筒形状とすることにより、菌体の付着面積
を大きくすることができるため好ましい。
【0021】かかる構成を備えた本発明の担体は、例え
ば、ペレット状に成形された上述の樹脂組成物と、他の
成分とを所定の比率になるように混合し、従来から使用
されている周知の押出し機を用いて、チューブ状に発泡
成形にすることによって容易に製造することができ、格
別の装置や後処理も不要となり、廉価に製造可能であ
る。
【0022】本件請求項5に係る発明は、固形分含量が
1000mg/Lの液1L中に、該微生物固定化担体を
見かけ容積として100ml添加し、1L/minの流
量で曝気したとき、曝気開始から5時間以内で前記微生
物固定化担体の80%が前記液中を循環流動することを
特徴としている。この流動性試験において短時間で流動
する担体は、実際の装置、例えば生物学的廃水処理装置
においても速やかに流動する。なお、この流動性試験で
言う固形分とは、例えば活性汚泥のように、水中の有機
成分を代謝、分解する能力を持つ微生物群を含んだもの
を言い、その含量は蒸発残分の測定により求められる。
【0023】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
具体的な実施例及び比較例を挙げて詳細に説明する。
【0024】〈初期流動性試験〉得られた各担体を見か
け容量で各100ml計量し、図1に示す内容量が1リ
ットルの水処理装置1に添加した。前記水処理装置1
は、曝気槽10の上部に廃水の導入口10aを有すると
共に、側壁上端に処理水の導出口10bを有している。
前記導出口10bの手前にはスクリーン11を配し、装
置内の微生物固定化担体等が流出するのを防いでいる。
前記曝気槽10の内部には整流版13が、下部には散気
管14が配されている。
【0025】1000mg/Lの種汚泥が充填されてい
る前記水処理装置1の内部に微生物固定化担体12を、
100mlのメスシリンダーを用いて見かけ容量として
100ml添加し、1L/minで曝気しながら、CO
D67mg/Lの濃度の人工廃水を原水として負荷量
0.4Kg−COD/m3 ・日で馴養を行い、担体が流
動するまでの時間を観察した。その結果を表2に示す。
なお、初期流動性として80%の担体が良好に流動しは
じめるまでの時間を測定している。
【0026】
【表1】
【0027】〈実施例1〜3、比較例1、2〉表1に示
す成分のうち、発泡剤以外の成分を、あらかじめ2軸同
方向押出し機によって混合し、成形用樹脂組成物ペレッ
トを作製した。これに、発泡剤を加え、単軸押出し機に
より押出し成形を行い、外径5mm、内径3.5mm、
長さ5mmの多孔性中空円筒状の微生物固定化担体を得
た。
【0028】実施例1:投入後1時間で80%以上の担
体が良好に流動した。2時間で全ての担体が流動した。
担体としての機械的強度は十分であった。 実施例2:投入後1時間30分で80%以上の担体が良
好に流動した。2時間30分後にはほとんど全ての担体
が良好に流動した。担体としての機械的強度は十分であ
った。 実施例3:投入後は3時間で80%以上の担体が良好に
流動した。6時間後にはほとんど全ての担体が良好に流
動した。担体としての機械的強度は十分であった。
【0029】比較例1:投入後8時間で80%以上の担
体が良好に流動した。全ての担体が良好に流動するまで
には、15時間を要した。担体としての機械的強度は十
分であった。 比較例2:投入後1時間で80%以上の担体が良好に流
動した。2時間で全ての担体が流動した。しかしなが
ら、担体としての機械的強度は不十分で、指で押さえる
と裂けてしまった。
【0030】実施例2の担体を、A工場廃水を原水とし
た1m3 の活性汚泥試験装置に20%充填し廃水処理試
験を行ったところ、ほぼ1日で全ての担体が良好に流動
し、3日で良好な処理水質を得ることができた。比較例
1の担体で同様な試験を行ったところ、全てが流動する
までに7日以上を要し、この間十分な処理水質が得られ
なかった。
【0031】以上の結果から明らかなように、本発明に
基づくポリプロピレン系樹脂とポリエチレン系樹脂との
両方を含有している実施例1〜3の担体は、初期流動性
試験において担体の投入から5時間以内で良好に流動
し、実施例2においてはパイロットスケールにおいても
廃水の良好な処理が可能になるまでの時間を著しく短縮
することができた。一方、ポリエチレン系樹脂を含まな
い比較例1の担体は疎水性が高いため、担体が投入され
てから長時間を要し、パイロットスケールにおいては、
流動するまでに7日以上を要し、この間廃水を処理する
ことがほとんどできなかった。更には、ポリプロピレン
系樹脂を含まない比較例2の担体は、機械的強度が弱
く、実際に流動床として使用することができない。
【0032】以上説明したように、本発明の多孔質微生
物固定化担体は、ポリプロピレン系樹脂とポリエチレン
系樹脂の両方を含有する微生物固定化担体は、担体とし
て十分な機械的強度を有し、親水性も高く、廃水槽に前
記担体を投入した直後でも前記担体は良好な流動性を示
し、担体の投入後短時間で廃水処理を開始することがで
き、廃水処理効率が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例で使用した水処理装置を示す概略図であ
る。
【符号の説明】
1 水処理装置 10 曝気槽 10a 廃水導入口 10b 処理水導出口 11 スクリーン 12 微生物固定化担体 13 整流板 14 散気管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4B029 AA21 BB01 BB20 CC02 CC03 CC10 4B033 NA19 NB14 NB34 NB64 NB68 NC04 ND04 4D003 AA14 AB02 EA15 EA28 EA30 FA02

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に微生物を付着させる多孔質の微生
    物固定化担体において、前記担体がポリプロピレン系樹
    脂とポリエチレン系樹脂とを含有することを特徴とする
    微生物固定化担体。
  2. 【請求項2】 前記ポリプロピレン系樹脂と前記ポリエ
    チレン系樹脂との重量組成比が、75/25〜25/7
    5の範囲にあることを特徴とする請求項1記載の微生物
    固定化担体。
  3. 【請求項3】 比重が0.9〜1.1であることを特徴
    とする請求項1又は2記載の微生物固定化担体。
  4. 【請求項4】 中空円筒形状であることを特徴とする請
    求項1〜3のいずれかに記載の微生物固定化担体。
  5. 【請求項5】 固形分含量が1000mg/Lの液1L
    中に、前記微生物固定化担体を見かけ容積として100
    ml添加し、1L/minの流量で曝気したとき、曝気
    開始から5時間以内で前記微生物固定化担体の80%以
    上が前記液中を循環流動することを特徴とする請求項1
    〜4いずれかに記載の微生物固定化担体。
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