JP2003340480A

JP2003340480A - 微生物固定化担体及びその製造方法、並びにこれを用いた排水処理方法

Info

Publication number: JP2003340480A
Application number: JP2002155583A
Authority: JP
Inventors: Takashi Okumura; 敬奥村; Wataru Fujii; 渉藤井
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2003-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】排水処理に使用するにあたって、強度が高
く、長期間良好な処理水質を維持できる微生物固定化担
体を提供する【解決手段】熱可塑性樹脂（１）とフィラー（２）と
を含み、全体質量に対するフィラー（２）の質量割合が
０．１％以上５％未満である微生物固定化担体は、強度
に優れると共に微生物の付着性が良好である。また、熱
可塑性樹脂（１）とフィラー（２）とを含み、該フィラ
ーが炭素質（３）とガラス質（４）とを含んでなる微生
物固定化担体は、強度が高いことに加えて担体表面を適
度に粗面化し、しかもガラス質の親水性と炭素質の微生
物との親和性が働くため、微生物の付着性が特に優れて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生化学的に排水処
理を行う際に、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】生物学的排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、多孔質中空樹
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、ポリエチレン等の多孔質
中空樹脂は、材料が安価である上、成形が容易なことか
ら広く使用されており、中でもポリプロピレンは、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
用いられることが多い。しかしながら、このように発泡
成形した多孔質体は、強度や微生物との親和性等の性能
が充分とはいえなかった。

【０００４】樹脂成型体の強度を向上させる方法として
は、樹脂中に繊維を混入させる方法が公知であり、例え
ば特開２００１−１９１３８８号公報には、ポリオレフ
ィン系樹脂に、炭素繊維を配合した微生物担体が開示さ
れている。また、特開２００１−２１１８８１号公報に
は、熱可塑性樹脂と、熱可塑性樹脂よりも高い融点を有
する繊維とからなる微生物担体が開示されている。

【０００５】しかしながら、特開２００１−１９１３８
８号公報、特開２００１−２１１８８１号公報に記載の
発明では、樹脂中の繊維の含有量や種類と、微生物との
親和性等については深く考慮されていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、排水処理に
使用するにあたって、強度が高く、長期間良好な処理水
質を維持できる微生物固定化担体を提供することを目的
としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明の第一の
要旨は、熱可塑性樹脂（１）とフィラー（２）とを含
み、全体質量に対する該フィラー（２）の質量割合が
０．１％以上５％未満である微生物固定化担体、であ
る。また、本発明の第二の要旨は、熱可塑性樹脂（１）
とフィラー（２）とを含み、該フィラーが炭素質（３）
とガラス質（４）とを含んでなる微生物固定化担体、で
ある。

【０００８】また、前記炭素質（３）の質量と前記ガラ
ス質（４）の質量との比が０．０２〜２であると、排水
処理性能がさらに向上するためより好ましい。また、前
記フィラー（２）が繊維であると、強度に優れるため好
ましい。

【０００９】また、前記熱可塑性樹脂（１）がポリプロ
ピレンからなると、成型性及び流動性に優れるため好ま
しい。また、前記フィラー（２）の長さが５０μｍ〜３
ｍｍであるか、前記フィラー（２）の太さが１〜２５μ
mであると、強度に優れるため好ましい。

【００１０】本発明の第三の要旨は、熱可塑性樹脂
（１）とフィラー（２）とを、全体質量に対する該フィ
ラー（２）の質量割合が０．１％以上５％未満となるよ
うに混合し、加熱成型する微生物固定化担体の製造方
法、である。また、本発明の第四の要旨は、熱可塑性樹
脂（１）と、フィラー（２）として炭素質（３）及びガ
ラス質（４）とを混合し、加熱成型する微生物固定化担
体の製造方法、である。

【００１１】ここで、前記フィラー（２）として、フィ
ラーと熱可塑性樹脂（５）とで成型されたマスターペレ
ット（６）を使用すると、取り扱い性と成型性に優れる
ため好ましく、前記マスターペレット（６）の質量に対
する前記フィラー（２）の質量割合が、１５〜６５％で
あると更に好ましい。また、前記マスターペレット
（６）として、前記炭素質（３）及び前記ガラス質
（４）をペレット中に含むものを使用するか、又は前記
炭素質（３）をペレット中に含むものと、前記ガラス質
（４）をペレット中に含むものとを使用すると、取り扱
い性が更に向上するため好ましい。また、前記炭素質
（３）の質量と前記ガラス質（４）の質量との比が０．
０２〜２であると、排水処理性能が高いため好ましい。

【００１２】前記フィラー（２）が繊維であると、強度
に優れるため好ましい。また、前記熱可塑性樹脂（１）
及び／又は前記熱可塑性樹脂（５）がポリプロピレンで
あると、及び流動性に優れるため好ましい。また、前記
フィラー（２）の長さが３〜１２mmであるか、前記フィ
ラー（２）の太さが１〜２５μmであるか、製造が容易
で、成型後の強度に優れるため好ましい。

【００１３】本発明の第五の要旨は、前記微生物固定化
担体を流動床として使用する排水処理方法、である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１５】本発明の微生物固定化担体に用いる熱可塑
性樹脂（１）は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ
塩化ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、ポリス
チレン等を使用することができ、１種または２種以上組
み合わせて用いることもできる。中でも、ポリプロピレ
ンは、成型性、価格、処理性能等を考慮すると、最も好
ましい。

【００１６】ポリプロピレンとしては、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、通常
市販されている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したプロピレンも使用で
きる。更に樹脂との接着性を改善するために、酸変性ポ
リプロピレン系樹脂も使用できる。また、リサイクル及
び原料費低下の観点より再生ポリプロピレンを使用する
こともできる。

【００１７】ポリプロピレンとしては、例えば、日本ポ
リケム(株)製、商品名「ノバテックＰＰＢＣ４」、「ノ
バテックＰＰＢＣ４Ｌ」、等があげられる。酸変性ポ
リオレフィン系樹脂としては、例えば、三井化学(株)
製、商品名「アドマー」、三洋化成(株)製、商品名「ユー
メックス」等があげられる。

【００１８】本発明の微生物固定化担体に使用するフィ
ラー（２）とは、粒状、棒状、繊維状等の形状を有する
ものを充填材として使用するものであり、強度、微生物
との親和性等、微生物固定化担体としての性能を向上さ
せることを目的として添加する。フィラー（２）は、熱
可塑性樹脂（１）の成型温度において、溶融、分解等が
起こらないものであれば使用することができ、天然や合
成の各種フィラーを用いることができる。

【００１９】フィラー（２）は、微生物固定化担体の全
体質量に対する割合として、０．１％以上５％未満とな
るようにする。フィラー（２）の質量割合が０．１％未
満であった場合、強度或いは微生物との親和性の向上効
果はほとんど期待できない。また、５％を超えても、微
生物固定化担体の性能はほとんど変わらない一方で、成
型性が悪化したり、価格が高くなることから好ましくな
い。

【００２０】フィラー（２）の長さとしては、５０μｍ
〜３ｍｍであると、強度を高くでき、かつ微生物との親
和性の向上効果も高くできるため好ましく、１００μｍ
〜２ｍｍであるとより好ましい。また、フィラー（２）
の太さとしては、１〜２５μｍであると、強度を高くで
きるため好ましく、５μｍ〜２０μｍがより好ましい。

【００２１】フィラー（２）は、炭素質（３）、ガラス
質（４）を使用することが最も好ましい。ここでいう炭
素質（３）とは、主として炭素からなる物質をいい、例
えば活性炭、活性炭素繊維、炭素繊維等を使用すること
ができる。また、ガラス質（４）とは、主としてガラス
からなる物質をいい、粒状、棒状、板状、繊維状等の形
状を有するガラスを使用することができる。炭素質
（３）、ガラス質（４）を使用すると、少量の添加で強
度を大幅に向上できると共に、担体表面の粗化度合が著
しく高くなることから、微生物固定化担体の外表面及び
内表面への微生物の付着量が増加し、排水処理効率が著
しく向上する。

【００２２】また、炭素質（３）、ガラス質（４）を含
有しない担体では、反応槽に添加した後しばらくは気泡
を内包して浮上するのに対し、炭素質（３）、ガラス質
（４）を含有する担体は、表面が親水化され、投入した
直後わずかに浮上するものの、まもなく良好に流動する
という利点も合わせて有する。

【００２３】フィラー（２）としては、ガラス質（４）
を単独で使用すると、微生物固定化担体の表面に対する
微生物付着性向上効果が高くなるため好ましい。また、
炭素質（３）とガラス質（４）を共に用いると、付着性
が更に向上するためより好ましい。この理由は必ずしも
明らかではないが、炭素質（３）の微生物に対する親和
性と、ガラス質（４）の親水性とが相乗的に機能してい
る可能性はある。炭素質（３）を単独で使用した場合、
ガラス質（４）を単独で使用したときよりも付着性向上
効果は低い。

【００２４】炭素質（３）とガラス質（４）とを併用す
る場合、炭素質（３）の質量とガラス質（４）の質量と
の比、即ち炭素質（３）の質量を、ガラス質（４）の質
量で割った値は、０．０２〜２の範囲とすると、微生物
付着性向上効果が高いため好ましく、０．１〜１の範囲
がより好ましく、０．１〜０．５の範囲が更に好まし
い。

【００２５】また、全体質量に対する炭素質（３）の質
量の割合の上限としては、２％以下が好ましく、１％以
下が更に好ましい。下限としては、０．１％以上が好ま
しく、０．３％以上がより好ましい。

【００２６】また、全体質量に対するガラス質（４）の
質量の割合の上限としては、５％未満が好ましく、３％
以下がより好ましい。下限としては、０．１％以上が好
ましく、１％以上がより好ましい。

【００２７】フィラー（２）としては、繊維を用いる
と、強度を向上させる効果が最も高く、かつ担体表面を
粗面化する効果も高いため好ましい。

【００２８】本発明に用いる微生物固定化担体は、熱可
塑性樹脂（１）及びフィラー（２）を混合し、溶融し、
押出し機を用いて成型することにより、容易に製造する
ことができ、格別の装置や後処理も不要で、廉価に製造
可能である。

【００２９】熱可塑性樹脂（１）は、ペレット状の成型
体を用いると、取り扱い性に優れている。このとき、熱
可塑性樹脂（１）と、必要な長さに切断したフィラー
（２）とを混合して成型することも可能であるが、フィ
ラーと熱可塑性樹脂（５）とで成型されたマスターペレ
ット（６）を使用すると、切断したフィラーと熱可塑性
樹脂（１）とを押出機の中で溶融混練する方法と比較し
て、フィラーの粉砕がないことから、強度及び取り扱い
性が圧倒的に優れているため好ましい。

【００３０】フィラー（２）の長さは、押出機中の溶融
混練や切断等の工程を通過することを考慮すると、３〜
１２ｍｍの長さのものを使用することが好ましく、５〜
１０ｍｍの長さのものを使用することがより好ましい。

【００３１】マスターペレット（６）は例えば、数千本
のフィラメントからなるフィラーのロービングを含浸ダ
イスに導き、フィラメントの間に溶融した熱可塑性樹脂
を均一に含浸させた後、所定長に切断してペレット化し
て製造することができる。

【００３２】マスターペレット（６）を使用して、炭素
質（３）及びガラス質（４）を併用する場合は、炭素質
（３）及びガラス質（４）をペレット中に含むものを使
用することもできるし、炭素質（３）をペレット中に含
むものと、ガラス質（４）をペレット中に含むものとを
使用することもできる。

【００３３】マスターペレット（６）を構成する熱可塑
性樹脂（５）は、熱可塑性樹脂（１）と同じ材質とする
ことが好ましく、ポリプロピレン樹脂を用いることが最
も好ましい。

【００３４】マスターペレットの具体例としては、例え
ば、チッソ(株)製の長繊維ガラス繊維強化ポリプロピレ
ン樹脂、商品名「ファンクスターＬＲ２５Ｚ」、ガラス
繊維含有量＝５０重量％、や、三菱レイヨン(株)製の炭
素繊維強化ポリプロピレン樹脂、商品名「パイロフィル
ＰＰ−Ｃ２０」、炭素繊維含有量＝２０重量％、が挙
げられる。

【００３５】本発明の微生物固定化担体は、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（ＡＤＣＡ）、ジニトロソペンタメチレンテト
ラミン（ＤＰＴ）、炭酸系などの発泡剤、発泡助剤や、
適当な添加剤、例えば粉系発泡剤を使用した際に、ペレ
ットとの分散性を高めるために、流動パラフィンや非イ
オン系界面活性剤を主成分とする添加剤、等を含んでい
てもよい。これらの成分を用いて微生物固定化担体を製
造する際は、これらの成分を直接添加することもできる
し、これらの成分を含む樹脂ペレットを用いても構わな
い。

【００３６】本発明の微生物固定化担体の形状は、円柱
状、円筒状、球状、立方体状等にすることができるが、
中空円筒状とすると、微生物の付着性が向上するため好
ましい。

【００３７】本発明の微生物固定化担体を流動床に用い
て排水処理を行うと、強度に優れると共に、微生物の付
着性が良好で、流動性も優れることから、好適に排水処
理を行うことができる。

【００３８】以下、実施例及び比較例により本発明をさ
らに詳細に説明する。

【００３９】１．微生物固定化担体の製造方法原料ペレット（ポリプロピレン樹脂ペレット、繊維含有
ペレット、炭酸カルシウム含有ペレット等）、添着剤
を、タンブラーを用いて十分に混合し、さらに、発泡剤
を添加した後、タンブラーで再び混合した。この混合物
を５０ｍ／ｍφ単軸押出機により押出成形を行い、冷却
後、ロータリーカッターを用いて所定の長さに切断して
中空円筒状の多孔性微生物固定化担体を作成した。形状
は、外径１０ｍｍ、内径６．４ｍｍ、長さ１０ｍｍとし
た。なお、原料ペレットは、以下のものを使用した。ポリプロピレン樹脂ペレット：日本ポリケム(株)製、商
品名「ノバテックＰＰＢＣ４Ｌ」ガラス繊維含有ペレット：チッソ(株)製、商品名「ファ
ンクスターＬＲ２５Ｚ」、ガラス繊維含有量＝５０重
量％炭素繊維含有ペレット：三菱レイヨン(株)製、商品名
「パイロフィルＰＰ−Ｃ２０」、炭素繊維含有量＝２０
％炭酸カルシウム含有ペレット：日東粉化工業(株)製、商
品名「カルペットＡ」、炭酸カルシウム含有量＝８０％

【００４０】この際、微生物固定化担体の成型性につい
て、発泡成形体中の連続気泡が容積当たり４０〜７０％
のときは◎とし、連続気泡が容積当たり２０％以上４０
％未満又は７０〜８０％のときは○とし、それ以外の場
合は×とした。なお、製造された発泡成形体には、貫通
気泡は殆ど観察されなかった。

【００４１】２．流動性試験流動性試験は、容量１Ｌの槽に固定分含量が１０００ｍ
ｇ/Ｌの汚泥と、微生物固定化担体を見掛け体積として
１００ｍｌ添加し、１Ｌ／ｍｉｎの空気を曝気しなが
ら、人工排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。なお、ここで言う固形分とは、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。

【００４２】流動性の判断基準としては、曝気開始から
１日目の槽内での流動状態を目視観察し、完全に均一流
動した場合は◎、ほぼ均一に流動した場合は○、一部浮
上している等、完全に流動していない場合を×とした。

【００４３】３．微生物付着性試験微生物付着性試験は、担体充填量を２０％とした以外
は、前述の流動性試験と同条件にて馴養を行い、微生物
固定化担体に付着した微生物の量や度合を目視で観察し
た。

【００４４】微生物付着性の判断基準としては、曝気開
始から７日目の発泡成形体への微生物付着度合が均一で
かつ付着量が多い場合は◎、均一だが付着量が少ない場
合は○、付着度合がまばらで付着量が少ない場合は×と
した。

【００４５】４．ＢＯＤ、ＣＯＤ除去率評価ＢＯＤ、ＣＯＤ除去率評価は、前述の微生物付着性試験
において、曝気開始から７日目の処理水と、処理前の原
水とのＢＯＤ、ＣＯＤの値から除去率を求めて行った。

【００４６】ＢＯＤは、ＪＩＳＫ０１０２．２１に、Ｃ
ＯＤは、ＪＩＳＫ０１０２．１７にそれぞれ準拠して測
定した。ＢＯＤ除去率は、処理水ＢＯＤ／原水ＢＯＤ、
またＣＯＤ除去率は、処理水ＣＯＤ／原水ＣＯＤから算
出した。

【００４７】実施例１〜５、及び比較例１、２の仕込組
成と担体組成、これら微生物固定化担体の、流動性、微
生物付着性、ＢＯＤ、ＣＯＤ除去率を、表１に示した。

【表１】

【００４８】以上の結果より、本発明の微生物固定化担
体は、好適に排水処理を行うことができたことがわか
る。

【００４９】

【発明の効果】本発明の微生物固定化担体は、熱可塑性
樹脂（１）とフィラー（２）とを含み、全体質量に対す
るフィラー（２）の質量割合が０．１％以上５％未満で
あるため、強度に優れると共に微生物の付着性が良好で
ある。また、本発明の微生物固定化担体は、熱可塑性樹
脂（１）とフィラー（２）とを含み、該フィラーが炭素
質（３）とガラス質（４）とを含んでなるため、強度が
高いことに加えて担体表面を適度に粗面化し、しかもガ
ラス質の親水性と炭素質の微生物との親和性が働くた
め、微生物の付着性が特に優れている。

───────────────────────────────────────────────────── 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 1/00 Ｃ１２Ｎ 1/00 Ｒ 11/08 11/08 ＡＦターム(参考） 4B033 NA19 NB02 NB14 NB22 NB34 NB64 NC04 ND04 NE08 4B065 AA99X BA22 BC42 CA56 4D003 AA12 EA14 EA15 EA26 EA38 4F070 AA15 AC04 AC28 AD02 FB04 4J002 BB121 DE036 DL006 FA046 FD186 GD00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱可塑性樹脂（１）とフィラー（２）と
を含み、全体質量に対する該フィラー（２）の質量割合
が０．１％以上５％未満である微生物固定化担体。
【請求項２】熱可塑性樹脂（１）とフィラー（２）と
を含み、該フィラー（２）が炭素質（３）とガラス質
（４）とを含んでなる微生物固定化担体。
【請求項３】熱可塑性樹脂（１）とフィラー（２）と
を含み、該フィラー（２）が炭素質（３）とガラス質
（４）とを含んでなる請求項１に記載の微生物固定化担
体。
【請求項４】前記炭素質（３）の質量と前記ガラス質
（４）の質量との比が０．０２〜２の範囲である請求項
２又は３に記載の微生物固定化担体。
【請求項５】前記フィラー（２）が繊維である請求項
１〜４いずれかに記載の微生物固定化担体。
【請求項６】前記熱可塑性樹脂（１）がポリプロピレ
ンである請求項１〜５いずれか一項に記載の微生物固定
化担体。
【請求項７】前記フィラー（２）の長さが５０μｍ〜
３ｍｍである請求項１〜６いずれか一項に記載の微生物
固定化担体。
【請求項８】前記フィラー（２）の太さが１〜２５μ
mである請求項１〜７いずれか一項に記載の微生物固定
化担体。
【請求項９】熱可塑性樹脂（１）とフィラー（２）と
を、全体質量に対する該フィラー（２）の質量割合が
０．１％以上５％未満となるように混合し、加熱成型す
る微生物固定化担体の製造方法。
【請求項１０】熱可塑性樹脂（１）と、フィラー
（２）として炭素質（３）及びガラス質（４）とを混合
し、加熱成型する微生物固定化担体の製造方法。
【請求項１１】熱可塑性樹脂（１）と、フィラー
（２）として炭素質（３）及びガラス質（４）とを混合
し、加熱成型する請求項９記載の微生物固定化担体の製
造方法。
【請求項１２】前記フィラー（２）として、フィラー
と熱可塑性樹脂（５）とで成型されたマスターペレット
（６）を使用する請求９〜１１いずれか一項に記載の微
生物固定化担体の製造方法。
【請求項１３】前記マスターペレット（６）の質量に
対する前記フィラー（２）の質量割合が、１５〜６５％
である請求項１２に記載の微生物固定化担体の製造方
法。
【請求項１４】前記マスターペレット（６）として、
前記炭素質（３）及び前記ガラス質（４）をペレット中
に含むものを使用する請求項１２又は１３に記載の微生
物固定化担体の製造方法。
【請求項１５】前記マスターペレット（６）として、
前記炭素質（３）をペレット中に含むものと、前記ガラ
ス質（４）をペレット中に含むものとを使用する請求項
１２又は１３に記載の微生物固定化担体の製造方法。
【請求項１６】前記前記炭素質（３）の質量と前記ガ
ラス質（４）の質量との比が、０．０２〜２の範囲であ
る請求項１０〜１５いずれか一項に記載の微生物固定化
担体の製造方法。
【請求項１７】前記フィラー（２）が繊維である請求
項９〜１６いずれか一項に記載の微生物固定化担体の製
造方法。
【請求項１８】前記熱可塑性樹脂（１）がポリプロピ
レンである請求項９〜１７いずれか一項に記載の微生物
固定化担体の製造方法。
【請求項１９】前記熱可塑性樹脂（５）がポリプロピ
レンである請求項１２〜１８いずれか一項に記載の微生
物固定化担体の製造方法。
【請求項２０】前記フィラー（２）の長さが３〜１５
ｍｍである請求項９〜１９いずれか一項に記載の微生物
固定化担体の製造方法。
【請求項２１】前記フィラー（２）の太さが１〜２５
μmである請求項９〜２０いずれか一項に記載の微生物
固定化担体の製造方法。
【請求項２２】請求項１〜８に記載の微生物固定化担
体を流動床として使用する排水処理方法。