JP2005111441A - 微生物処理用成形体及び生物処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 強度が高く、かつ、組み込んだ装置が運転を開始してから安定状態になるまでの立ち上がり時間が短く、被処理水中の有機物の除去に優れた生物処理用成形体と、この生物処理用成形体を微生物担体として用いた生物処理装置を提供する。
【解決手段】 平板状部材２と、活性炭繊維を含有する波板状部材１とが重ねられてなる成形体であって、前記平板状部材２が織編物で構成され、かつ、波板状部材１の山高さ（H）が５〜１００ｍｍ、山のピッチ（P）が５〜１００ｍｍである微生物処理用成形体。平板状部材２は、合成樹脂フイルムで構成されてもよい。上記微生物処理用成形体は、微生物担体として生物処理装置に用いられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、観賞魚、養殖用水の浄化、水耕栽培水の浄化、食品工場排水、厨房排水、下水など有機物を含む一般排水処理、半導体工場の排水処理、及び半導体産業等で用いられる超純水の使用後の回収システム等に、微生物担体として組込んで使用することができる微生物処理用成形体と生物処理装置に関するものである。

現在、微生物担体として活性炭を用いて水処理する生物活性炭法の研究が盛んである。生物活性炭法は、微生物と基質の接触時間の増大や、阻害因子の吸着除去などの作用で、難分解性物質の処理が可能となり、また、生物処理効率の上昇などをもたらすと言われている。

従来、生物活性炭法に用いられる担体としては、球状又は粒状の活性炭が使用され、処理方式としては流動床法（ｕｐ ｆｌｏｗ）や固定床法（ｄｏｗｎ ｆｌｏｗ）があるが、流動床法（ｕｐ ｆｌｏｗ）による処理が一般的である。しかし、流動床法には、次のような欠点がある。
（１）曝気洗浄を行なうと、活性炭が流出するため、生物処理槽の洗浄ができず、このため長時間の運転を行うと、槽内の微生物量が多くなり過ぎて処理能力が低下する。
（２）微粉炭が発生するため、後段に膜分離装置が設置されている場合には、後段の膜分離装置に目詰まりが発生する。
（３）活性炭が生物膜によって凝集して塊状になり、槽壁等に付着することにより、被処理液の流れが不均一になる（いわゆる片流れを生じる）。
（４）活性炭を流動状態に保つことが難しく、保守が繁雑である。
（５）流動状態を保つために槽内の被処理水量を大きくする必要があるので、槽以外に循環槽を設けて、ここで曝気をする形式の間接曝気になる。
（６）流動床の場合には、流動状態で活性炭が相互に衝突するため、固定床の場合に比べて表面に付着する生物膜がはがれやすい傾向にある。このため、特に、半導体産業における使用後の超純水のような、有機物濃度の低い被処理水を処理する場合のように、微生物の増殖速度が本来的に遅い場合には、装置が運転を開始してから安定状態になるまでの時間（立ち上がり時間）が長くなる。

一方、球状、あるいは粒状の活性炭を用いた固定床法（ｄｏｗｎ ｆｌｏｗ）による処理においては、活性炭の周囲の生物膜が比較的短時間で肥大化し、すぐに目詰まりを起こすという問題がある。

上記の問題を解決するために、特許文献１には、フェルト布状活性炭繊維を波板状になるように不織布に貼着した成形体を使用する生物処理装置が提案されている。

しかしながら、この装置では、フェルト布状活性炭繊維を貼着する不織布がルーズな構造であるため、成形体の強度が弱いという問題があった。
特許第３１０７９５０号公報

本発明は、上記の問題を解決し、強度が高く、かつ、組み込んだ装置が運転を開始してから安定状態になるまでの立ち上がり時間が短く,被処理水中の有機物の除去に優れた微生物処理用成形体と、この微生物処理用成形体を微生物担体として用いた生物処理装置を提供することを技術的な課題とするものである。

本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、活性炭繊維を主成分とする波板状部材の山の形態を適切に規定するとともに、波板状部材を接着させる平板状部材として、織編物や合成樹脂フイルムで構成された部材を用いればよいことを知見して本発明に到達した。

すなわち、本発明は、次の構成を要旨とするものである。
（１）平板状部材と、活性炭繊維を含有する波板状部材とが重ねられてなる成形体であって、前記平板状部材が織編物で構成され、かつ、波板状部材の山高さが５〜１００ｍｍ、山のピッチが５〜１００ｍｍであることを特徴とする微生物処理用成形体。
（２）平板状部材と、活性炭繊維を含有する波板状部材とが重ねられてなる成形体であって、前記平板状部材が合成樹脂フイルムで構成され、かつ、波板状部材の山高さが５〜１００ｍｍ、山のピッチが５〜１００ｍｍであることを特徴とする微生物処理用成形体。
（３）上記（１）又は（２）記載の微生物処理用成形体を微生物担体として用いた生物処理装置。

本発明によれば、強度が高くて長寿命であり、かつ、組み込んだ装置が運転を開始してから安定状態になるまでの立ち上がり時間が短く,被処理水中の有機物の除去に優れた微生物処理用成形体と、この微生物処理用成形体を微生物担体として用いた生物処理装置が提供される。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明の微生物処理用成形体は、平板状部材と波板状部材とが重ねられてなる成形体である。例えば図１で示したように、波板状部材１と平板状部材２とが上下に接合されており、波板状部材１と平板状部材２との間に透孔３が存在して本発明の微生物処理用成形体Ｘが形成されている。

波板状部材は、活性炭繊維とバインダー繊維とを主成分としたシート状物を波板状に加工したものである。波板状部材となるシート状物としては、微生物の担持性や、活性炭繊維の脱落及び経済性を考慮すると、目付が４０〜２００ｇ／ｍ²、活性炭繊維含有量が５〜４０質量％、厚みが０．２〜５ｍｍであるものが好ましく、目付が５０〜１００ｇ／ｍ²、活性炭繊維含有量が１０〜３０質量％、厚みが０．５〜３ｍｍのシートがより好ましい。

波板状部材に用いられる活性炭繊維は、石炭ピッチ系、フェノール系、及びセルロース系繊維等から合成されたものが使用できる。活性炭繊維の比表面積は、５００〜２５００ｍ²／ｇであることが好ましい。
活性炭繊維とともに波板状部材に用いられるバインダー繊維としては、ポリエステル、ポリアミド、エチレンビニルアルコール（ＥＶＡ）、ポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィンからなる芯鞘構造の複合繊維である熱融着性繊維が好ましく、芯、鞘部ともポリオレフィンからなるバインダー繊維が、微生物で分解され難いので特に好ましい。

波板状部材とともに本発明の微生物処理用成形体を形成する平板状部材としては、産業資材用に用いられる織編物や合成樹脂フイルムを採用することができるが、通水性、通気性の面からは織編物,特に剛性のあるメッシュ状のものが好ましい。織物や編物は,それらを構成する糸条が連続（フイラメント）するか又は撚で拘束されて（紡績糸）おり、その上, 織組織や編組織で拘束されているので,不織布より強度が高く、また、合成樹脂フイルムは、繊維より強力が大きいため、いずれも本発明の微生物処理用成形体の強度を向上させることができる。

平板状部材を構成するポリマーとしては、織編物、合成樹脂フイルムとも、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ナイロン６，ナイロン６．６などのポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポロブチレンテレフタレートなどのポリエステルを採用することができる。また、織編物にはガラス繊維からなるものも使用することができるが、ポリオレフィンからなる平板状部材は、微生物で分解され難いので好ましい。

本発明で使用される平板状部材は、織編物、合成樹脂フイルムともに、厚みが３０〜５００μｍ,特に５０〜３００μｍのものが好ましい。また、メッシュ状の織編物の場合は、５０ｍｍ間の糸本数が１０〜１００本、特に２０〜５０本のものが好ましい。

本発明の微生物処理用成形体は、波板状部材の山高さ（Ｈ）５〜１００ｍｍ、ピッチ（Ｐ）５〜１００ｍｍであることが必要であり、山高さ８〜８０ｍｍ、ピッチ８〜８０ｍｍが好ましく、山高さ１０〜５０ｍｍ、ピッチ１０〜５０ｍｍがより好ましい。波板状部材の山高さやピッチが５ｍｍ未満になると、波板状部材と平板状部材とを接合して形成される透孔に微生物が詰まりやすくなり、排水処理の能力が低下する。また、波板状部材の山高さやピッチが１００ｍｍを超えると、微生物と排水の接触がうまくいかず、良好な排水処理ができなくなる。

本発明の微生物処理用成形体は、例えば図２で示したような生物処理装置の処理槽４内に充填し（固定床）、被処理水タンク５からポンプ６で被処理水を下方から処理槽４内に供給するとともに、エアポンプ７で空気を処理槽４内に吹込んで処理し、処理槽４の上部から処理液を取り出すものである。

次に、本発明の微生物処理用成形体の製法例について説明する。

まず、活性炭繊維とバインダー繊維とを所定の質量比で混綿した後、ランダムカード、パラレルカード等のカード機を用い、活性炭繊維とバインダー繊維からなるフェルト状活性炭繊維シートを形成する。

このようにして形成したフェルト状活性炭繊維シートをシングルフエザーやダブルフエザーで加工して波板状部材とし、これと平板状部材とを重ね合わせ、その接点をホットメルト接着剤で接着して図１のようなハニカム状の微生物処理用成形体を製造する。このようにして作製した微生物処理用成形体を、さらに多段に重ね合わせ接着することによりブロック状の微生物処理用成形体とすることもできる。また、図１の微生物処理用成形体を筒状に巻き上げることにより円筒状の微生物処理用成形体とすることもできる。

波板状部材と平板状部材とを接着させるための接着剤としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、エチレンビニルアルコール（ＥＶＡ）などのホットメルト接着剤が好ましく使用できるが、ポリオレフィン、ＥＶＡなどのホットメルト接着剤が微生物分解され難いので特に好ましい。

本発明の微生物処理用成形体は、強度が高く、かつ、運転開始から目標とする処理水質に到達するまでの立上げ時間が短縮され、被処理水中の有機物の除去に優れており、特にＴＯＣ濃度が２０ｍｇＣ／Ｌというような低有機物濃度の水の処理、例えば半導体工場の排水処理や半導体産業等で用いられる超純水の使用後の回収システム等に組込んで使用するのに好適であるが、有機物濃度がこれより高い観賞魚や養殖魚用水の浄化、水耕栽培水の浄化、食品工場排水、厨房排水、下水など有機物を含む一般排水の処理にも適用することもできる。

次に, 本発明を実施例により具体的に説明する。
（実施例１）
活性炭繊維Ｍ（比表面積７００ｍ²／ｇ：ユニチカ社製 アドール Ａ−７）と、芯成分がポリプロピレン、鞘成分がポリエチレンからなるポリオレフィン系バインダー繊維Ｎ（大和紡社製 ＥＳＣ 鞘部融点：８０℃）とをパラレルカードを用いて質量比（Ｍ：Ｎ）が２０／８０となる不織ウェブを形成した後、クロスラッパーにより不織ウェブをクロスラップさせ、ニードルパンチ装置により機械的に繊維の三次元交絡を生じさせて一体化した不織ウェブを作成した。引き続き、この不織ウェブを、１３０℃の温度の乾燥機中を通過させ、目付６０ｇ／ｍ² 、厚み１．８ｍｍのフェルト状活性炭繊維シートを作製した後、このシートをシングルフエザーで成型して、山高さ２０ｍｍ、ピッチ１５ｍｍの波板状部材を得た。

次いで、平板状部材としてメッシュ状の織物であるポリプロピレンメッシュ（呉羽合繊社製、ポリプロピレン製網 ５０ｍｍ間の糸本数が３５本）を用い、上記で得た波板状部材の山の稜線部分にＥＶＡ系ホットメルト接着剤を塗布して接着剤側を平板状部材上に重ね、熱処理して波板状部材がポリプロピレンメッシュに熱接着した微生物処理用成形体を得た。

この微生物処理用成型体を上下方向に数段重ね合わせ、ＥＶＡ系ホットメルト接着剤で接着してブロック状微生物処理用成形体Ａを得た。（サイズ：４００×４００×４００ｍｍ）
（実施例２）
平板状部材として、ポリプロピレンメッシュの代わりに合成樹脂フイルム（東レ社製、無延伸ポリプロピレンフイルム 厚み１００μｍ）を使用した以外は、実施例１と同様にして微生物処理用成形体Ｂを得た。
（比較例１）
平板状部材として、ポリプロピレンメッシュの代わりにポリプロピレン不織布（目付４０ｇ／ｍ²）を使用した以外は、実施例１と同様にして微生物処理用成形体Ｃを得た。

次いで、図２に示す生物処理装置を用い、別々の処理槽４にそれぞれ微生物処理用成形体Ａ（実施例１）、微生物処理用成形体Ｂ（実施例２）、微生物処理用成形体Ｃ（比較例１）を充填し（固定床）、全有機炭素量（ＴＯＣ）の除去を行なった。この場合、エアポンプ７で処理槽４内に空気を１０ｍｌ／秒の割合で吹込んだ。また、被処理水は、メタノール、アセトン及びイソプロパノールを主成分として含むＴＯＣ濃度約２０ｍｇＣ／Ｌの水で、これを処理槽４での滞留時間が１０分となるように供給した。

運転時間(経過時間)と、得られた処理水のＴＯＣ測定結果との関係を図３に示す。なお、ＴＯＣ測定は、ＴＯＣ計（島津製作所（株）製 ＴＯＣ−５０００）を用いて行った。

図３から明らかなように、実施例１、２の微生物処理成形体A、Ｂを用いると、処理開始後約１０日後には所定の処理性能が発揮されるのに対して、比較例１の微生物処理成形体Ｃを用いると、排水と活性炭繊維との接触効率が悪いためか効果の発揮する時間が約２０日目からであった。

また、微生物処理成形体Ｃを使用した装置では、約２０日後〜６０日後まではＴＯＣ濃度が約４ｍｇＣ／ｌで安定していたが、平板状部材に使用している不織布の強度不足のためか約６０日目を過ぎるころから形が崩れだし、１２０日をすぎると形態保持ができなくなり、ＴＯＣ濃度も上昇したので測定を中止した。

一方、微生物処理成形体A、Ｂは、１８０日をすぎても形が崩れるなどの問題は生じることがなく、また、処理水質も、約２〜３ｍｇＣ／ｌで安定していた。

本発明の微生物処理用成形体の基本構造を示す説明図である。 本発明の生物処理装置の一実施態様を示す説明図である。 運転時間(経過時間)と、得られた処理水のＴＯＣ測定結果との関係を示すグラフである。 X 微生物処理用成形体 １ 波板状部材 ２ 平板状部材 ３ 透孔 ４ 処理槽 ５ 被処理水タンク ６ ポンプ ７ エアポンプ

Claims (3)

1. 平板状部材と、活性炭繊維を含有する波板状部材とが重ねられてなる成形体であって、前記平板状部材が織編物で構成され、かつ、波板状部材の山高さが５〜１００ｍｍ、山のピッチが５〜１００ｍｍであることを特徴とする微生物処理用成形体。
2. 平板状部材と、活性炭繊維を含有する波板状部材とが重ねられてなる成形体であって、前記平板状部材が合成樹脂フイルムで構成され、かつ、波板状部材の山高さが５〜１００ｍｍ、山のピッチが５〜１００ｍｍであることを特徴とする微生物処理用成形体。
3. 請求項１又は２記載の微生物処理用成形体を微生物担体として用いた生物処理装置。
   

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