JP2007197471A - 生物膜形成用担体の製造方法及び生物膜形成用担体 - Google Patents

Abstract

【課題】微生物の担持を促進させることができると共に、逆洗浄時の生物膜の剥離を抑制することができる熱可塑性樹脂発泡体からなる生物膜形成用担体を所望の比重で簡単に製造することができる生物膜形成用担体の製造方法及び生物膜形成用担体を提供すること。
【解決手段】微生物を担持させて生物膜を形成させるための表面に陥没部２を有する熱可塑性樹脂発泡体３からなる生物膜形成用担体１の製造方法である。その製造にあたっては、発泡性熱可塑性樹脂又は発泡熱可塑性樹脂の表面に可塑剤をコーティングする。次いで、可塑剤がコーティングされた発泡性熱可塑性樹脂粒子又は発泡熱可塑性樹脂を加熱して、発泡性熱可塑性樹脂を発泡させると共にその表面を溶融することにより又は発泡熱可塑性樹脂の表面を溶融することにより、表面に陥没部２を形成する熱可塑性樹脂発泡体３を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、微生物を担持させて生物膜を形成させるための表面に陥没部を有する熱可塑性樹脂発泡体からなる生物膜形成用担体の製造方法及び生物膜形成用担体に関する。

工場排水及び都市下水等の排水の浄化方法の一つとして生物膜ろ過法が知られている。具体的には、担体上に微生物からなる生物膜を形成し、その生物活性を利用して浄化することが行われている。このような生物膜ろ過においては、生物膜を形成するための担体として、発泡性熱可塑性樹脂粒子を所定の発泡倍率に発泡した独立気泡構造の発泡熱可塑性樹脂粒子やその型内発泡成形体等の熱可塑性樹脂発泡体を浮遊性のろ材・担体として用いる方法が知られている。この生物膜ろ過法においては、浮遊性の発泡体を充填したろ過塔(カラム)に原水を流すことにより、発泡体で形成されたろ過層でＳＳ分を捕捉し、浄化を行う。これと同時に、発泡体の表面に形成された微生物膜と、底部からの曝気により溶解性有機分を分解し、浄化を行う。

一般に、生物膜ろ過法においては、排水等の通水によりろ過層が閉塞する場合がある。そのためこの場合には、閉塞物を排出してろ過能力を再生させる洗浄処理が行われていた。その洗浄手段としては、排水の通水とは逆向きに洗浄用水を流すという逆洗浄（向流洗浄）が効果的である。
上記の独立気泡構造の発泡体からなる担体は内部に気体が封入された構造となっているため、比重を小さくすることが可能であり、発泡倍率と材料比重の選定により比重調節することで、ろ過時の担体の安定性や逆洗浄時の担体の流動性が調節可能な点が優れている（特許文献１参照）。

しかし、このような独立気泡を持つ樹脂発泡体からなる担体は、一般に、表面が平滑であるために立上時における生物膜の付着速度が小さく、立上（効果を発揮するまで）に時間がかかると言う問題点がある。また、表面が平滑な樹脂発泡体では、逆洗浄時の生物膜の剥離が著しいために逆洗浄後の生物分解速度の低下が大きいという問題もある。
このような問題を解決するために、表層部に連続気泡層が形成され、内部に独立気泡層が形成された生物膜形成用発泡成形体が提案されている（特許文献２参照）。表層部に連続気泡層を形成することにより、比表面積を大きくして生物膜を付着しやすくし、これにより処理能力を大きくすることができ、かつ立上げ時の生物膜の付着速度を大きくして短時間で立上げることが可能である。このような生物膜形成用発泡成形体は、独立気泡層を有する合成樹脂の発泡成形体を外部から加熱することにより、発泡成形体のセルの隔壁を軟化させ、表層部に連続気泡層を形成することにより作製することができる。

しかしながら、上記生物膜形成用発泡成形体においては、その作製時の加熱により発泡成形体が大きく収縮するおそれがあった。そのため、所定の比重の生物膜形成用発泡成形体を得るためには、その収縮分を見越して発泡成形体の比重を軽くしておかなければならかった。それ故、最終的な上記生物膜形成用発泡成形体の比重を調整することが困難であり、比重のバラツキが大きくなり易いという問題があった。

特開平５−９６２９２号公報 特開平７−２９００８０号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、微生物の担持を促進させることができると共に、逆洗浄時の生物膜の剥離を抑制することができる熱可塑性樹脂発泡体からなる生物膜形成用担体を所望の比重で簡単に製造することができる生物膜形成用担体の製造方法及び生物膜形成用担体を提供しようとするものである。

本発明は、微生物を担持させて該微生物からなる生物膜を形成させるための表面に陥没部を有する熱可塑性樹脂発泡体からなる生物膜形成用担体の製造方法であって、
発泡性熱可塑性樹脂又は発泡熱可塑性樹脂の表面に可塑剤をコーティングし、次いで、上記可塑剤がコーティングされた上記発泡性熱可塑性樹脂又は上記発泡熱可塑性樹脂を加熱して、上記発泡性熱可塑性樹脂を発泡させると共にその表面を溶融することにより又は上記発泡熱可塑性樹脂の表面を溶融することにより、表面に陥没部を有する熱可塑性樹脂発泡体を得ることを特徴とする生物膜形成用担体の製造方法にある（請求項１）。

また、本発明は、上記製造方法により得られたことを特徴とする表面に陥没部を有する熱可塑性樹脂発泡体からなる生物膜形成用担体にある（請求項６）。

本発明の生物膜形成用担体の製造方法においては、上記発泡性熱可塑性樹脂又は上記発泡熱可塑性樹脂の表面に可塑剤をコーティングし、次いで、上記可塑剤がコーティングされた上記発泡性熱可塑性樹脂又は上記発泡熱可塑性樹脂を加熱し、上記発泡性熱可塑性樹脂を発泡させると同時に得られる発泡体の表面を溶融させるか、又は上記発泡熱可塑性樹脂の表面を溶融させている。即ち、加熱により、上記発泡性熱可塑性樹脂においては、該発泡性熱可塑性樹脂が発泡して上位熱可塑性樹脂発泡体になると共に、上記可塑剤がコーティングされた部位において最表面のセル膜が浸食されて穴等の上記陥没部を形成させることができる。また、加熱により、上記発泡熱可塑性樹脂においては、上記可塑剤がコーティングされた部位において最表面のセル膜が浸食されて穴等の上記陥没部を形成させることができる。これにより、表面に上記陥没部を有する上記熱可塑性樹脂発泡体からなる上記生物膜形成用担体を簡単に得ることができる。

本発明の生物膜形成用担体においては、上記陥没部を有しているため、表面の平滑性が低下すると共に、表面積が増大している。そのため、微生物の担持（付着）が促進され、さらに逆洗浄時には、上記生物膜の剥離を抑制することができる。

また、本発明の製造方法においては、上記可塑剤をコーティングすることにより、上記陥没部を形成している。そのため、従来のように高温度での加熱により発泡体のセルの隔壁を大きく軟化させる処理が必要なくなる。それ故、加熱による収縮を抑制することができ、所望の比重で上記生物膜形成用担体を作製することができる。

以上のように、本発明によれば、微生物の担持を促進させることができると共に、逆洗浄時の生物膜の剥離を抑制することができる生物膜形成用担体を所望の比重で簡単に製造することができる生物膜形成用担体の製造方法および生物膜形成用担体を提供することができる。

次に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
本発明において、上記生物膜形成用担体は、微生物を担持させて、該微生物の上記生物膜を形成させるための担体として用いられる。上記生物膜を形成させた上記生物膜形成用担体は、上記生物膜の生物活性を利用して工場排水、都市下水等の排水の浄化に利用することができる。具体的には、例えば上記生物膜形成用担体をカラム等に充填させ、該カラムに排水を流通させることにより、排水を浄化させることができる。

上記生物膜形成用担体としては、球状又は不定形状等の粒状物とすることができる。この場合には、カラムへの充填を容易に行うことができる。
また、上記生物膜形成用担体の粒径（不定形状等の場合は最大長さ）は、通常は０．５〜５０ｍｍである。
粒径が小さすぎる場合には、上記生物膜形成用担体の使用時、即ち、例えば上記生物膜形成用担体をカラムに充填して生物膜を形成させ、排水を流通させたときに、圧力損失が大きくなるおそれがある。一方、粒径が大きすぎる場合には、単位体積あたりの比表面積が小さくなり、排水等の浄化処理能力が低下するおそれがある。それ故、上記生物膜形成用担体の粒径は、１〜５ｍｍであることが好ましく、２〜４ｍｍであることがより好ましい。

また、上記生物膜形成用担体の比重は、１．０〜０．００１ｇ／ｃｍ³であることが好ましい。比重が１．０ｇ／ｃｍ³を越える場合には、担体がカラム内で沈降してしまうため、ろ過能力が落ちたり、逆洗浄の際に担体が流動しなくなるために洗浄がうまく行えなくなる等という問題が起こるおそれがある。一方、０．００１ｇ／ｃｍ³未満の場合には、担体のカラム内での浮上力が大きすぎ、同様に逆洗浄の際担体が流動しないため洗浄がうまく行えない等の問題が起こるおそれがある。より好ましくは、上記生物膜形成用担体の比重は、０．８〜０．００１ｇ／ｃｍ³がよい。

上記生物膜形成用担体は、表面に微生物の付着を促進できる上記陥没部を有し、内層部に独立気泡層が形成された構造を有する。独立気泡層のセル径は通常は２０〜１５０μmである。

上記生物膜形成用担体を形成する熱可塑性樹脂としては、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリエート等がある。発泡が容易で任意の比重の発泡粒子を作り易く、特に本発明の効果が得やすいという観点から、上記熱可塑性樹脂としては、スチレン系樹脂が好ましい。スチレン系樹脂とは、スチレン、αメチルスチレン等のスチレン系単量体の重合体、もしくはスチレン系単量体５０モル％以上とそれと共重合可能な単量体５０モル％以下とを共重合して得られる樹脂である。

次に、本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態について説明する。
本発明の第１の実施形態においては、発泡性熱可塑性樹脂の表面に可塑剤をコーティングし、次いで、上記可塑剤がコーティングされた上記発泡性熱可塑性樹脂を発泡させると共にその表面を溶融させる。
また、本件発明の第２の実施形態においては、発泡熱可塑性樹脂の表面に可塑剤をコーティングし、次いで、上記可塑剤がコーティングされた上記発泡熱可塑性樹脂を加熱し、その表面を溶融させる。

本発明の上記第１の実施形態における上記発泡性熱可塑性樹脂は、例えばスチレン系単量体、メチルメタクリレート単量体等から選ばれる１種以上の単量体を懸濁重合することにより樹脂粒子を生成し、この重合時に反応器内に発泡剤を導入して該発泡剤を樹脂粒子に含浸させることにより得ることができる。即ち、上記発泡性熱可塑性樹脂としては、具体的には、例えば発泡剤を含有する熱可塑性樹脂粒子よりなる発泡性熱可塑性樹脂粒子等がある。
また、本発明の上記第２の実施形態における発泡熱可塑性樹脂は、発泡剤を含有する熱可塑性樹脂粒子を加熱することにより、又は発泡剤を含有する溶融状態の熱可塑性樹脂を発泡が生じない高圧下に保持した状態から発泡が生じる低圧下に押出又は放出又は射出することにより得ることができる。また、本発明の上記第２の実施形態における上記発泡熱可塑性樹脂は、発泡樹脂粒子を型内成形することにより得ることもできる。即ち、上記発泡熱可塑性樹脂としては、具体的には上記発泡性熱可塑性樹脂粒子を発泡してなる発泡熱可塑性樹脂粒子、該発泡熱可塑性樹脂粒子を型内成形してなる成形体等がある。

したがって、本発明のより具体的な実施形態としては、微生物を担持させて該微生物からなる生物膜を形成させるための担体として用いられ、表面に陥没部を有する発泡熱可塑性樹脂粒子からなる生物膜形成用担体（生物膜形成用発泡粒子）の製造方法であって、
発泡性熱可塑性樹脂粒子の表面に可塑剤をコーティングし、次いで、上記可塑剤がコーティングされた上記発泡性熱可塑性樹脂粒子を発泡させることにより上記発泡熱可塑性樹脂粒子を得ると共に、該発泡熱可塑性樹脂粒子の表面に陥没部を形成させることを特徴とする生物膜形成用担体（生物膜形成用発泡粒子）の製造方法がある。

また、微生物を担持させて該微生物からなる生物膜を形成させるための担体として用いられ、表面に陥没部を有する発泡熱可塑性樹脂粒子からなる生物膜形成用担体（生物膜形成用発泡粒子）の製造方法であって、
発泡性熱可塑性樹脂粒子を発泡させてなる上記発泡熱可塑性樹脂粒子の表面に可塑剤をコーティングし、次いで、上記可塑剤がコーティングされた上記発泡熱可塑性樹脂粒子を加熱することにより、該発泡熱可塑性樹脂粒子の表面に陥没部を形成させることを特徴とする生物膜形成用担体（生物膜形成用発泡粒子）の製造方法がある。

また、微生物を担持させて該微生物からなる生物膜を形成させるために用いられ、表面に陥没部を有する発泡熱可塑性樹脂成形体からなる生物膜形成用担体（生物膜形成用発泡成形体）の製造方法であって、
表面に陥没部を有する上記生物膜形成用担体（生物膜形成用発泡粒子）を成形型内に充填し、該成形型内で表面に陥没部を有する上記生物膜形成用担体（生物膜形成用発泡粒子）同士を加熱融着させることを特徴とする生物膜形成用担体（生物膜形成用発泡成形体）の製造方法がある。

さらに、微生物を担持させて該微生物からなる生物膜を形成させるために用いられ、表面に陥没部を有する発泡熱可塑性樹脂成形体からなる生物膜形成用担体（生物膜形成用発泡成形体）の製造方法であって、
上記発泡熱可塑性樹脂成形体の表面に可塑剤をコーティングし、次いで、上記可塑剤がコーティングされた上記発泡熱可塑性樹脂成形体を加熱することにより、該発泡熱可塑性樹脂成形体の表面に陥没部を形成させることを特徴とする生物膜形成用担体（生物膜形成用発泡成形体）の製造方法がある。

好ましくは、上記発泡性熱可塑性樹脂又は上記発泡熱可塑性樹脂は、スチレン系樹脂を熱可塑性樹脂の主成分とすることがよい（請求項２）。
この場合には、上記発泡性熱可塑性樹脂の発泡又は上記発泡熱可塑性樹脂表面の溶融が容易で任意の比重の上記生物膜形成用担体を作り易く、特に本発明の効果が得やすい。このような発泡性熱可塑性樹脂、スチレン、αメチルスチレン等のスチレン系単量体を重合させたり、該スチレン系単量体５０モル％以上とそれと共重合可能な単量体５０モル％以下とを共重合させて樹脂粒子を得ると共に、該樹脂粒子に発泡剤を含浸させることにより得ることができ、また、発泡熱可塑性樹脂は、上記発泡性熱可塑性樹脂を発泡させることにより得ることができる。

また、上記可塑剤としては、上記熱可塑性樹脂に可塑性を付与する物質を用いることができ、上記発泡性熱可塑性樹脂を発泡させる加熱時に得られる発泡体の表面のセル膜を浸食し穴を発生させて上記陥没部を形成できる物質であれば、樹脂の種類に応じて選択可能である。
上記熱可塑性樹脂がポリスチレン系樹脂である場合には、例えばジオクチルフタレート等のフタル酸エステル、グリセリントリステアレート等の脂肪酸トリグリセリド、ブチルステアレート等の脂肪酸エステル、油脂類、トルエンやキシレン等の溶剤、流動パラフィン等を上記可塑剤として用いることができる。

これらの可塑剤のうち、トルエンやキシレン等の溶剤はポリスチレン系樹脂に対する可塑性が特に強い。そのため、上記溶剤の添加量によっては、上記熱可塑性樹脂としてポリスチレン系樹脂を用いた上記熱可塑性樹脂発泡体を、その表面のセル膜だけでなく内部まで溶解してしまうおそれがある。これに対し、脂肪酸トリグリセリド、流動パラフィン等の可塑剤は、ポリスチレン系樹脂を容易に溶解せず、ポリスチレン系樹脂に対して僅かに可塑性を有するため、表面のセル膜のみを浸食して上記陥没部を形成させる上記可塑剤として適している。

特に、脂肪酸トリグリセリドは、上記発泡性熱可塑性樹脂又は上記発泡熱可塑性樹脂の表面に薄く均一に付着させることができるため好ましい（請求項３）。その中でもグリセリントリステアレート、牛脂硬化油、ヒマシ硬化油といった常温で固体の飽和脂肪酸トリグリセリドは、取り扱い易く、例えば上記発泡性熱可塑性樹脂又は上記発泡熱可塑性樹脂が軟化しない程度の温度で若干加熱してミキサー等で混合することにより、上記発泡性熱可塑性樹脂又は上記発泡熱可塑性樹脂の表面に薄く均一に付着させることができるので好ましい。

また、上記第１の実施形態において、上記可塑剤の上記発泡性熱可塑性樹脂へのコーティングは、上記発泡性熱可塑性樹脂１００重量部に対して、上記可塑剤としての上記脂肪酸トリグリセリド０．０５〜１．０重量部を上記発泡性熱可塑性樹脂に添加して混合することにより行うことが好ましい（請求項４）。
また、上記第２の実施形態において、上記可塑剤の上記発泡熱可塑性樹脂へのコーティングは、該発泡熱可塑性樹脂１００重量部に対して、上記可塑剤としての上記脂肪酸トリグリセリド０．０５〜１．０重量部を上記発泡熱可塑性樹脂に添加して混合することにより行うことが好ましい（請求項４）。

上記第１の実施形態及び上記第２の実施形態のいずれにおいても上記可塑剤が０．０５重量部未満の場合には、上記陥没部を充分に形成させることができなくなるおそれがある。一方、１．０重量部を越える場合には、上記生物膜形成用担体の強度が低下し、該生物膜形成用担体を生物膜を形成させるための担体として用いることが困難になるおそれがある。より好ましくは、上記脂肪酸トリグリセリドは、０．２０〜０．６０重量部であることがよい。

上記発泡性熱可塑性樹脂又は上記発泡熱可塑性樹脂に上記可塑剤をコーティングさせる場合には、例えば上記発泡性熱可塑性樹脂又は上記発泡熱可塑性樹脂と上記可塑剤とをミキサー等により混合する方法、上記発泡性熱可塑性樹脂又は上記発泡熱可塑性樹脂に上記可塑剤を塗布する方法等がある。また、上記発泡性熱可塑性樹脂の発泡時に、発泡機内に上記可塑剤を導入し混合しながら発泡させることもできる。

また、上記発泡性熱可塑性樹脂又は上記発泡熱可塑性樹脂には、上記可塑剤の他に、その他のコーティング剤をコーティングさせることができる。このようなコーティング剤としては、具体的には、例えばステアリン酸亜鉛及び脂肪酸ビスアマイド等のブロッキング防止剤、脂肪酸モノグリセリド、ポリエチレングリコール、及び脂肪酸ジエタノールアミン等の帯電防止剤等がある。

また、本件発明においては、上記で担体として説明した表面に陥没部を有する熱可塑性樹脂発泡体の複数個を相互に融着又は接着することにより生物膜形成用担体を製造することもできる。表面に陥没部を有する熱可塑性樹脂発泡体を融着又は接着しても表面の陥没部は維持される。表面に陥没部を有する熱可塑性樹脂発泡体を融着又は接着する方法は、小さな表面に陥没部を有する熱可塑性樹脂発泡体から任意の大きさの担体を得ることができるという利点がある。表面に陥没部を有する熱可塑性樹脂発泡体を融着するには、従来周知の発泡粒子の型内発泡成形プロセスと同じ方法を採用すればよい。また、表面に陥没部を有する熱可塑性樹脂発泡体を接着するには、熱可塑性樹脂発泡体を接着剤を使用して相互に接着すれば良い。

（実施例１）
次に、本発明の実施例につき、説明する。
本例においては、微生物を担持させて生物膜を形成させるための担体として用いられる生物膜形成用担体を作製する。
図１に示すごとく、本例の生物膜形成用担体（生物膜形成用発泡粒子）１は、表面に陥没部２を有する熱可塑性樹脂発泡体（発泡熱可塑性樹脂粒子）３からなる。熱可塑性樹脂発泡体３の内部には、独立気泡層４が形成されている。独立気泡層４においては、セル４１（樹脂の壁と壁との間で区切られた部分）が実質的に独立しており、気体が封入された構造となっている。

また、熱可塑性樹脂発泡体３の表層部である独立気泡層表面には、陥没部２が形成されている。また、独立気泡層４においても、表層部の近傍であれば、独立気泡層４に陥没部２が生じて気泡（セル）４１に細孔が生じても、全体の比重に与える変化が５％程度以内であれば実質的には問題はない。
なお、図１においては、図面作成の便宜のため、熱可塑性樹脂発泡体３の表面の一部に、陥没部２が形成された図を示しているが、本例においては、後述の図２及び図３に示すごとく、熱可塑性樹脂発泡体３の表面全体に陥没部２が形成された生物膜形成用担体１を作製する。また、図１においては、生物膜形成用担体１の内部のセル４１を示すために、その一部を切断した部分断面図を示してある。

次に、本例の生物膜形成用担体の製造方法について説明する。
本例の製造方法においては、熱可塑性樹脂と発泡剤とを含有する発泡性熱可塑性樹脂粒子の表面に可塑剤をコーティングし、次いで、上記可塑剤がコーティングされた上記発泡性熱可塑性樹脂粒子を発泡させる。本例においては、平均直径３．３ｍｍ、比重６１ｇ／Ｌ（嵩密度４５ｇ／Ｌ）、気泡（セル）径５０〜１００μｍの生物膜形成用担体を作製する。

具体的には、まず、発泡剤としてブタンを含有する発泡性ポリスチレン樹脂粒子（以下、適宜「発泡性ＰＳ粒子」という）を準備した。この発泡性ＰＳ粒子をタンブラーミキサーに投入し、発泡性ＰＳ粒子１００重量部に対して、可塑剤としてのグリセリントリステアレートを０．４５重量部、ブロッキング防止剤としてのステアリン酸亜鉛を０．１２重量部、帯電防止剤としてのグリセリンモノステアレートを０．０８重量部添加し、４０分間混合を行った。

その後、可塑剤等がコーティングされた発泡性ＰＳ粒子を発泡機にて比重６１ｇ／Ｌ（嵩密度４５ｇ／Ｌ）に蒸気発泡させた。これにより、発泡性ＰＳ粒子が発泡して発泡熱可塑性樹脂粒子（発泡ポリスチレン樹脂粒子）になると共に、その表面に陥没部が形成された。このようにして、図１に示すごとく、表面に陥没部２を有する発泡熱可塑性樹脂粒子３からなる生物膜形成用担体１を得た。これを試料Ｅ１とする。
次いで、試料Ｅ１の生物膜形成用担体の表面及び断面を倍率５００倍の電子顕微鏡で観察した。その結果を図２及び図３に示す。

また、本例においては、試料Ｅ１の比較用として、陥没部を有していない発泡ポリスチレン系樹脂粒子（試料Ｃ１）を作製した。試料Ｃ１は、可塑剤を用いなかった点を除いては上記試料Ｅ１と同様にして作製したものである。
具体的には、まず、発泡剤としてブタンを含有する発泡性ＰＳ粒子を準備した。この発泡性ＰＳ粒子をタンブラーミキサーに投入し、発泡性ＰＳ粒子１００重量部に対して、ブロッキング防止剤としてのステアリン酸亜鉛を０．１２重量部、帯電防止剤としてのグリセリンモノステアレートを０．０８重量部添加し、４０分間混合を行った。その後、発泡性ＰＳ粒子を発泡機にて比重６１ｇ／Ｌ（嵩密度４５ｇ／Ｌ）に蒸気発泡させることにより、平均直径３．３ｍｍ、比重６１ｇ／Ｌ（嵩比重４５ｇ／Ｌ）、気泡径５０〜１００μｍの発泡ポリスチレン樹脂粒子（試料Ｃ１）を得た。
次いで、上記試料Ｅ１と同様に、試料Ｃ１の生物膜形成用担体についても、その表面及び断面を倍率５００倍の電子顕微鏡で観察した。その結果を図４及び図５に示す。

図２と図４、及び図３と図５とをそれぞれ比較してわかるように、試料Ｃ１においては、陥没部はなく、表面が平滑であるのに対し、試料Ｅ１の表面には、多数の陥没部が形成されていることがわかる。

次に、上記試料Ｅ１及び試料Ｃ１を生物膜形成用の担体として用いて、担体上に硝化菌よりなる生物膜を形成し、アンモニウムイオンの硝化処理を行い、硝化速度の経時変化を比較検討した。
具体的には、まず、各試料（試料Ｅ１及び試料Ｃ１）をそれぞれ嵩体積約４８０ｍＬずつ採取した。次いで、各試料を直径３５ｍｍのカラムに充填し、硝化細菌を含む活性汚泥を担体の嵩体積１０００ｍＬあたり２０００ｍｇとなる量を系内に添加して２４時間循環運転した後に、アンモニウムイオン１００ｍｇ−Ｎ／Ｌ、ｐＨ８．０の排水をカラム内に通水させ、生物膜ろ過によるアンモニウムイオンの硝化処理を行った。なお、カラム内への通水は、上昇線流速１２ｍ／ｈｏｕｒで上向流通水することにより行った。
この硝化処理試験を１７日間行い、アンモニウムイオンの硝化速度の変化を調べた。なお、試験開始から４日後と８日後においては、洗浄水を下降流で通水して逆洗を行った。各試料について、１７日間における硝化速度と経時日数との関係を調べた。その結果を図６に示す。なお、図６においては、逆洗を行った日を矢印で示してある。

図６より知られるごとく、試料Ｅ１と試料Ｃ１とを比較すると、試験開始後の４日間においては、試料Ｅ１と試料Ｃ１とはほぼ同程度の硝化速度を示したが、試験開始から４日後の逆洗を行った後においては、試料Ｅ１の方が試料Ｃ１に比べて、硝化速度が優れていた。再度逆洗を行った８日以降においては、より硝化速度の開き具合が顕著になっていた。即ち、試料Ｅ１においては、試料Ｃ１に比べて、逆洗後の立上げ時の硝化速度が優れていることがわかる。

このように、試料Ｅ１においては、逆洗においても硝化速度の低下をほとんど生じず、逆洗を開始してからの硝化速度の上昇が増大していた。これに対し、試料Ｃ１においては、逆洗後に硝化速度が低下しており、一旦、逆洗を行うとなかなか硝化速度が上昇しなかった。この理由は、試料Ｃ１においては、逆洗を行ったことにより、担体上に形成された生物膜が剥がれ、再度生物膜が形成されるために一定の時間を要するのに対し、試料Ｅ１においては、上記陥没部を有しているため、担体上に形成された生物膜が剥がれにくいためであると考えられる。

（実施例２）
本例は、実施例１とは異なる方法により、実施例１の上記試料Ｅ１と同様の生物膜形成用担体（生物膜形成用発泡粒子）を作製する例である。即ち、本例においては、発泡性熱可塑性樹脂粒子を発泡させてなる発泡熱可塑性樹脂粒子の表面に可塑剤をコーティングし、次いで、可塑剤がコーティングされた上記発泡熱可塑性樹脂粒子を加熱することにより、生物膜形成用担体を作製する。

具体的には、まず、実施例１と同様にして、発泡剤としてブタンを含有する発泡性ＰＳ粒子を準備した。この発泡性ＰＳ粒子をタンブラーミキサーに投入し、発泡性ＰＳ粒子１００重量部に対して、ブロッキング防止剤としてのステアリン酸亜鉛を０．１２重量部、帯電防止剤としてのグリセリンモノステアレートを０．０８重量部添加し、４０分間混合を行った。その後、発泡性ＰＳ粒子を発泡機にて比重６１ｇ／Ｌ（嵩密度４５ｇ／Ｌ）に蒸気発泡させ、発泡ポリスチレン樹脂粒子を得た。

次いで、発泡ポリスチレン樹脂粒子をタンブラーミキサーに投入し、発泡ポリスチレン樹脂粒子１００重量部に対して、可塑剤としてのグリセリントリステアレートを０．４５重量部添加し、４０分間混合した。その後、可塑剤等がコーティングされた発泡ポリスチレン樹脂粒子を温度５０℃にて６０分間加熱することにより、発泡ポリスチレン樹脂粒子の表面に陥没部を形成させ、生物膜形成用担体（試料Ｅ２）を得た。

本例において作製した試料Ｅ２の生物膜形成用担体についても、実施例１と同様に電子顕微鏡でその表面及び断面を観察したところ、試料Ｅ２においても、試料Ｅ１と同様に、発泡熱可塑性樹脂粒子の表面に多数の陥没部が形成されていた（図示略）。
そのため、上記試料Ｅ２においても、上記試料Ｅ１と同様に、微生物の担持（付着）が促進され、さらに逆洗浄時には、上記生物膜の剥離を抑制することができる。

（実施例３）
本例においては、実施例１及び実施例２において作製した生物膜形成用担体（試料Ｅ１及び試料Ｅ２）を用いて型内発泡成形し、発泡粒子が相互に融着された生物膜形成用担体（生物膜形成用発泡成形体）を作製する例である。
具体的には、まず、実施例１の試料Ｅ１と同様にして、表面に多数の陥没部を有する発泡ポリスチレン樹脂粒子（生物膜形成用担体；試料Ｅ１）を作製した。次に、この表面に多数の陥没部を有する発泡ポリスチレン樹脂粒子を室温で１日熟成後、型物成形機（ダイセン工業社製、ＶＳ−５００型物成形機）の金型に充填し，０．０７ＭＰａのスチーム圧力で２０秒間加熱した。次いで、所定時間冷却後、金型から取り出し、比重４５ｇ／Ｌ、直径２５ｍｍの球状の発泡ポリスチレン樹脂成形体（生物膜形成用担体）を得た。

また、本例においては、実施例１の試料Ｅ１の代わりに、実施例２において作製した上記試料Ｅ２を用いて、上述と同様の方法により、比重４５ｇ／Ｌ、直径２５ｍｍの球状の発泡ポリスチレン樹脂成形体（生物膜形成用担体）を作製した。

本例において作製した２種類の生物膜形成用担体は、上記試料Ｅ１又は試料Ｅ２をそれぞれ成形型内で加熱融着させてなる。即ち、表面に陥没部を有する発泡粒子（試料Ｅ１又は試料Ｅ２）同士を成形型内で融着させてなる。そのため、得られた成形体（生物膜形成用担体）においては、その表面に多数の陥没部を有し、表面の平滑性が低下すると共に、表面積が増大している。それ故、微生物の担持（付着）が促進され、さらに逆洗浄時には、上記生物膜の剥離を抑制することができる。

実施例１にかかる、生物膜形成用担体（生物膜形成用発泡粒子）の構造を示す部分断面説明図。 実施例１にかかる、生物膜形成用担体（試料Ｅ１）の表面の電子顕微鏡写真を示す説明図。 実施例１にかかる、生物膜形成用担体（試料Ｅ１）における表面付近の断面の電子顕微鏡写真を示す説明図。 実施例１にかかる、スチレン系樹脂発泡粒子（試料Ｃ１）の表面の電子顕微鏡写真を示す説明図。 実施例１にかかる、スチレン系樹脂発泡粒子（試料Ｃ１）における表面付近の断面の電子顕微鏡写真を示す説明図。 実施例１にかかる、試料Ｅ１及び試料Ｃ１を用いてアンモニウムイオンの硝化処理を行ったときの硝化速度の経時変化の様子を示す説明図。

符号の説明

１ 生物膜形成用担体（生物膜形成用発泡粒子）
２ 陥没部
３ 熱可塑性樹脂発泡体（発泡熱可塑性樹脂粒子）

Claims (6)

1. 微生物を担持させて該微生物からなる生物膜を形成させるための表面に陥没部を有する熱可塑性樹脂発泡体からなる生物膜形成用担体の製造方法であって、
   発泡性熱可塑性樹脂又は発泡熱可塑性樹脂の表面に可塑剤をコーティングし、次いで、上記可塑剤がコーティングされた上記発泡性熱可塑性樹脂又は上記発泡熱可塑性樹脂を加熱して、上記発泡性熱可塑性樹脂を発泡させると共にその表面を溶融することにより又は上記発泡熱可塑性樹脂の表面を溶融することにより、表面に陥没部を有する熱可塑性樹脂発泡体を得ることを特徴とする生物膜形成用担体の製造方法。
2. 請求項１において、上記発泡性熱可塑性樹脂又は上記発泡熱可塑性樹脂は、スチレン系樹脂を熱可塑性樹脂の主成分とすることを特徴とする生物膜形成用担体の製造方法。
3. 請求項１又は２において、上記可塑剤としては、脂肪酸トリグリセリドを用いることを特徴とする生物膜形成用担体の製造方法。
4. 請求項３において、上記可塑剤の上記発泡性熱可塑性樹脂又は上記発泡熱可塑性樹脂へのコーティングは、上記発泡性熱可塑性樹脂又は上記発泡熱可塑性樹脂１００重量部に対して、上記可塑剤としての上記脂肪酸トリグリセリド０．０５〜１．０重量部を上記発泡性熱可塑性樹脂粒子に添加して混合することにより行うことを特徴とする生物膜形成用担体の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の上記陥没部を有する上記熱可塑性樹脂発泡体の複数個を相互に融着又は接着することを特徴とする生物膜形成用担体の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造方法により得られたことを特徴とする表面に陥没部を有する熱可塑性樹脂発泡体からなる生物膜形成用担体。