JP5284057B2 - 水処理用微生物担体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、曝気槽等に投入される水処理用微生物担体の製造方法に関する。

従来、水処理には、微生物による働きで溶存有機物を分解させる方法が多用されている。前記微生物を用いる水処理においては、樹脂発泡体からなる水処理用微生物担体を、浄化槽等に設けられた曝気槽（エアレーションタンク）等へ投入し、水処理用微生物担体に保持された微生物による働きで排水中の溶存有機物を分解させている。

しかし、水処理用微生物担体に用いられている樹脂発泡体は、通常、撥水性を示すことから、担体を曝気槽等に投入しても、担体表面が水に濡れ難く、水面上に浮揚したままとなり易い。そのため、曝気槽等に投入された担体は、エアレーションによる排水の流動に応じて曝気槽等内の排水内を旋回せず、担体に保持された微生物と排水との接触効率が悪い問題がある。

特に、水処理用微生物担体をポリウレタン発泡体で構成する場合、ポリウレタン発泡体には良好な発泡を行うために整泡剤が添加されることが多く、この整泡剤によって発泡体が疎水性（撥水性）となる。そのため、ポリウレタン発泡体からなる水処理用微生物担体は、曝気槽等に投入されても、直ちに水中に沈まず、水面上に山のように盛り上がって投入作業が困難となるだけでなく、排水中を旋回するまでに時間がかかって本来の排水処理能力を充分に発揮できない問題がある。

そこで、ポリウレタン発泡体からなる水処理用微生物担体においては、ポリウレタン発泡体に親水性を付与するため、界面活性剤等を発泡体の原料中に予め添加して発泡体を成形することが考えられる。しかし、前記のように、水処理用微生物担体として用いられるポリウレタン発泡体には、疎水性を発揮する整泡剤が含まれているため、親水性を付与する界面活性剤等を添加する場合、少量の界面活性剤等では親水性を付与することができず、親水性を付与するためには界面活性剤等を大量に添加する必要がある。ところが、親水性を付与するために界面活性剤等を大量に添加すると、発泡体を形成する気泡構造が形成されなくなって発泡体が得られない問題が発生する。また、ポリウレタン発泡体が得られても、得られたポリウレタン発泡体を微生物用担体として曝気槽の排水に投入した場合、界面活性剤等の影響で泡が発生し、しかも発生した泡がポリウレタン発泡体中に保持されて泡の浮力により水中への水処理用微生物担体の沈降が阻害されやすくなる。

近年、ポリウレタン発泡体にポリプロピレングリコール、エチレングリコール、またはグリセリンを塗布したり、アセチレングリコールを塗布したりすることが提案されている。しかし、この場合、ＣＯＤが（化学的酸素要求量）が高い問題がある。
また、無機系繊維、無機系微粒子、金属繊維、金属微粒子、合成樹脂の少なくとも一つからなる見かけ比重向上材が施された軟質ポリウレタンフォームの微生物固定担体が提案されている。しかし、この場合、微生物固定担体の使用中に、軟質ポリウレタンフォームから見かけ比重向上材が脱落して流失し、排水処理能力が低下するおそれがある。

特開２００４−２５０５９３号公報 特開２００８−１００１８５号公報 特開２００６−３４６５５１号公報 特開２００２−２９２３８５号公報

本発明は前記の点に鑑みなされたものであって、親水性が良好でＣＯＤが低く、排水処理能力が良好な水処理用微生物担体の製造方法の提供を目的とする。

請求項１の発明は、エチレンオキサイド比率が４０モル％以上のポリオールとポリイソシアネートの反応により得られたイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーをポリウレタン発泡体の表面に圧着して付着させた後、前記イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーの付着面を加熱することにより前記イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーを硬化させ、その後裁断してＣＯＤ（化学的酸素要求量）が２０（ｍｇ／Ｌ）以下である水処理用微生物担体を得るようにし、前記ＣＯＤは、１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの寸法に裁断した前記水処理用微生物担体に対し、過マンガン酸カリウムを用いる方法（ＪＩＳ Ｋ０１０２準拠）により、体積充填率を２０％とし、室温で２４時間保持し、ポリウレタン発泡体を除去して測定した水のＣＯＤであることを特徴とする水処理用微生物担体の製造方法に係る。

本発明によれば、ポリウレタン発泡体の表面に付着したイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーは、硬化時にポリウレタン発泡体のセルと結合し、分離し難くなる。しかも、本発明の水処理用微生物担体は、ポリウレタン発泡体の表面に塗布されて硬化したイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーによって、親水性が高く、ＣＯＤが低くなる。

本発明における水処理用微生物担体は、ポリウレタン発泡体の表面にイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーを塗布し硬化させたものからなる。なお、ポリウレタン発泡体においてイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーを付着させる表面は、ポリウレタン発泡体の一表面に限られず、ポリウレタン発泡体の複数の表面、あるいはポリウレタン発泡体の全表面であってもよい。また、水処理用微生物担体のサイズ及び形状は適宜とされるが、一辺が数ｍｍ〜７０ｍｍ程度の直方体あるいは立方体形状のものが一般的である。

ポリウレタン発泡体は、ポリオールとポリイソシアネートを発泡剤及び触媒の存在下において反応させることにより得られる公知の軟質ポリウレタン発泡体を使用することができる。また、ポリウレタン発泡体の密度は１５ｋｇ／ｍ^３〜７０ｋｇ／ｍ^３が好ましい。

ポリウレタン発泡体のポリオールは、加水分解のし難いポリウレタン発泡体とするため、ポリエーテルポリオールからなるもの、あるいはポリエーテルポリオールを主体とするものが好ましく、一部にエステル基を含むポリエーテルポリエステルポリオールを用いることもできる。ポリエーテルポリオールとしては特に制限されるものではなく、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ハイドロキノン、水、レゾルシン、ビスフェノールＡ、水添ビスフェノールＡ、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリプロパノールアミン、エチレンジアミン、１，６−ヘキサンジアミン、トリレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、トリエチレンテトラアミン、ソルビトール、マンニトール、ズルシトール等を出発原料として、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを付加して得られるものなどを用いることができる。

ポリウレタン発泡体のポリイソシアネートは特に制限されるものではなく、芳香族系、脂環式、脂肪族系の何れでもよく、また、１分子中に２個のイソシアネート基を有する２官能のイソシアネート、あるいは１分子中に３個以上のイソシアネート基を有する３官能以上のイソシアネートであってもよく、それらを単独であるいは複数組み合わせて使用してもよい。

例えば、２官能のイソシアネートとしては、２，４−トリレンジイソシアネート（２，４−ＴＤＩ）、２，６−トリレンジイソシアネート（２，６−ＴＤＩ）、ｍ−フェニレンジイソシネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（４，４’−ＭＤＩ）、２，４’−ジフェニルメタンジアネート（２，４’−ＭＤＩ）、２，２’−ジフェニルメタンジイソシアネート（２，２’−ＭＤＩ）、キシリレンジイソシアネート、３，３’−ジメチル−４，４’−ビフェニレンジイソネート、３，３’−ジメトキシ−４，４’−ビフェニレンジイソシアネートなどの芳香族系のもの、シクロヘキサン−１，４−ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−４，４’−ジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネートなどの脂環式のもの、ブタン−１，４−ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソプロピレンジイソシアネート、メチレンジイソシアネート、リジンイソシアネートなどの芳香族系のものを挙げることができる。

また、３官能以上のイソシアネートとしては、１−メチルベンゾール−２，４，６−トリイソシアネート、１，３，５−トリメチルベンゾール−２，４，６−トリイソシアネート、ビフェニル−２，４，４’−トリイソシアネート、ジフェニルメタン−２，４，４’−トリイソシアネート、メチルジフェニルメタン−４，６，４’−トリイソシアネート、４，４’−ジメチルジフェニルメタン−２，２’，５，５’テトライソシアネート、トリフェニルメタン−４，４’，４”−トリイソシアネート、ポリメリックＭＤＩ等を挙げることができる。

発泡剤としては、水が好適である。水の添加量はポリオール１００重量部に対して１．５〜５重量部程度が一般的である。

触媒としては、ポリウレタン発泡体用として公知のものを用いることができ、例えば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、ジエタノールアミン、ジメチルアミノモルフォリン、Ｎ−エチルモルホリン、テトラメチルグアニジン等のアミン触媒や、スタナスオクトエートやジブチルチンジラウレート等の錫触媒やフェニル水銀プロピオン酸塩あるいはオクテン酸鉛等の金属触媒（有機金属触媒とも称される。）を挙げることができる。触媒の一般的な量は、ポリオール１００重量部に対して０．２〜５重量部程度である。

その他、整泡剤、顔料などの添加剤を適宜配合することができる。整泡剤は、ポリウレタン発泡体に用いられるものであればよく、シリコーン系整泡剤、含フッ素化合物系整泡剤および公知の界面活性剤を挙げることができる。顔料は、求められる色に応じたものが用いられる。

なお、本発明のポリウレタン発泡体は、前記ポリオール、ポリイソシアネート、発泡剤、触媒、及び適宜の添加剤からなるポリウレタン発泡原料を攪拌混合して前記ポリオールとポリイソシアネートを反応させ、発泡させる公知の発泡方法によって製造される。

前記ポリウレタン発泡体の表面に塗布されるイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーは、ポリイソシアネートを化学量論的に過剰量にしてポリオールと反応させて得られるものである。前記イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーのポリイソシアネートは、特に制限されるものではなく、芳香族系、脂環式、脂肪族系の何れでもよく、また、１分子中に２個のイソシアネート基を有する２官能のイソシアネート、あるいは１分子中に３個以上のイソシアネート基を有する３官能以上のイソシアネートであってもよく、それらを単独であるいは複数組み合わせて使用してもよく、前記ポリウレタンフォームで説明したものを挙げることができる。特にトリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）が好ましい。

また、イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーで使用されるポリオールとしては、特に制限されるものではなく、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールの何れか一方、あるいはそれらの二種以上を用いることができる。特に、ポリエーテルポリオールが好ましく、ＥＯ比率（エチレンオキサイド比率）が４０モル％以上、より好ましくは５０モル％〜１００モル％のポリオールが好ましい。ＥＯ比率が４０モル％以上のポリオールを用いたイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーは、水処理用微生物担体の親水性が一層良好なものになる。

前記イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーは、前記ポリウレタン発泡体の表面に付着後硬化させられる。前記イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーは、湿分硬化性を有するため、水分をポリウレタン発泡体のイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーの付着面に噴霧等で供給することが好ましい。また、前記イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーは加熱により硬化が促進するため、前記イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーの付着面を加熱することが好ましい。前記ポリウレタン発泡体の表面へのイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーの付着は、ロールコータなどの公知の付着方法あるいは塗布方法で行われる。前記ポリウレタン発泡体の表面に対するイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーの付着量は、８０ｇ／ｍ^２〜１０００ｇ／ｍ^２程度が好ましい。８０ｇ／ｍ^２より少ない場合には親水性向上効果が少なくなり、一方、１０００ｇ／ｍ^２より多い場合にはポリウレタン発泡体の表面にイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーがフィルム状で形成され、水処理用微生物担体の親水性向上効果が少なくなる。より好ましい塗布量は、１００ｇ／ｍ^２〜６００ｇ／ｍ^２である。

前記水処理用微生物担体の製造方法の第１例として図１の方法を示す。図１の方法においては、まず（１Ａ）のように、ポリエチレンテレフタレート等からなるプラスチックフィルム１１の上面にイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマー２３を塗布し、次に（１Ｂ）のように、前記プラスチックフィルム１１のイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマー２３上にポリウレタン発泡体２１を載置し、前記プラスチックフィルム１１上のイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマー２３を前記ポリウレタン発泡体２１の表面に付着させる。その後（１Ｃ）のように、前記ポリウレタン発泡体２１を前記プラスチックフィルム１１から剥がし、前記ポリウレタン発泡体２１におけるイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマー２３の付着面に水分２５を噴霧し、その後（１Ｄ）のように、前記イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマー２３の付着面をヒータ等の加熱手段１７で加熱することによりイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマー２３を硬化させ、その後に所定寸法に裁断して（１Ｅ）に示す本発明の水処理用微生物担体２０を得る。

前記水処理用微生物担体の製造方法の第２例として図２の方法を示す。図２の方法においては、ベルトコンベア４１によって一方向へポリウレタン発泡体５１を搬送し、前記搬送中のポリウレタン発泡体５１の上面にコーターロール４３によってイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマー５３を塗布して付着させ、その後にポリウレタン発泡体５１のイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマー５３の付着面に水分５５を噴霧する。その後にヒータ等の加熱手段４７でイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマー５３の付着面を加熱することによりイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマー５３を硬化させ、その後に所定寸法に裁断して本発明の水処理用微生物担体を得る。

図１の方法によって、密度３５ｋｇ／ｍ^３のエーテル系ポリウレタン発泡体（品番：ＡＱ−１、株式会社イノアックコーポレーション製）の一表面に、表１に示すイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマー（１）〜（４）を表２に示す量付着させ、次に１１０℃で１５分間加熱し、その後に所定寸法の立方体に裁断して実施例の水処理用微生物担体を得た。また、イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーを付着させてない比較例１と、イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーに代えてエチレングリコール（ＥＧ）をポリウレタン発泡体の一表面に付着させた比較例２を作成した。比較例１及び比較例２で用いたポリウレタン発泡体は、実施例で用いたポリウレタン発泡体と同一である。

表１におけるポリオールＰＥＧ−６００は三洋化成工業株式会社製、ポリオールＧＲ−２５０５は株式会社ＡＤＥＫＡ製である。また、ポリイソシアネートＴ−８０（２，４−ＴＤＩ／２，６−ＴＤＩ＝８０／２０）は、日本ポリウレタン工業株式会社製、ポリイソシアネートフォームライトＮＥ−５０００Ｂ（ポリメリックＭＤＩ ＮＣＯ％＝３２％）は、ＢＡＳＦ ＩＮＯＡＣ ポリウレタン株式会社製である。

実施例及び比較例の水処理用微生物担体に対して親水性とＣＯＤの測定を行った。測定結果は、表２の下部に示す通りである。

親水性の測定は、図３の（３Ａ）に示すように、容器６１に収容した水Ｗの表面に水処理用微生物担体７０を浮かべ、２４時間後に（３Ｂ）のように水処理用微生物担体７０における水面下の高さｔ１を測定し、全体の高さｔに対する水没割合［ｔ１／ｔ×１００］（％）を計算し、水没割合が５０％以下の場合には親水性に劣るとして×にし、５０％〜７０％以下の場合に親水性が良好として○にし、７０％〜の場合には親水性が極めて良好として◎にした。なお、親水性の測定に使用した水処理用微生物担体の寸法は２０ｍｍ×２０ｍｍ×２０ｍｍである。また、図３の（３Ａ）に示すように、実施例においてはイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーの付着面７３が水面側となるようにして水処理用微生物担体７０を水面に浮かべた。符号７１はポリウレタン発泡体を示す。

ＣＯＤの測定は、１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの寸法に裁断した実施例及び比較例の水処理用微生物担体に対して、過マンガン酸カリウムを用いる公知の方法によって行った。なお、測定条件は、体積充填率を２０％とし、室温で２４時間保持し、ポリウレタン発泡体を除去して水のＣＯＤを測定した（ＪＩＳ Ｋ０１０２準拠）。ＣＯＤの判定はＣＯＤ値が２０以下の場合には○、２０を超える場合に×とした。

表２から分かるように、実施例品は親水性が良好でＣＯＤも低いものであった。それに対し、イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーを付着させてない比較例１は、ＣＯＤは低かったが親水性に劣っていた。また、イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーに代えてエチレングリコールを付着させた比較例２は、親水性は良好であったが、ＣＯＤが高いものであった。

このように、本発明の水処理用微生物担体は、親水性が良好でＣＯＤが低く、排水処理能力が良好なものである。

水処理用微生物担体の製造方法の第１例を示す概略図である。 水処理用微生物担体の製造方法の第２例を示す概略図である。 親水性測定方法の概略を示す図である。

符号の説明

２０ 水処理用微生物担体
２１，５１ ポリウレタン発泡体
２３，５３ イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマー

Claims (1)

1. エチレンオキサイド比率が４０モル％以上のポリオールとポリイソシアネートの反応により得られたイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーをポリウレタン発泡体の表面に圧着して付着させた後、前記イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーの付着面を加熱することにより前記イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーを硬化させ、その後裁断して、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）が２０（ｍｇ／Ｌ）以下である水処理用微生物担体を得るようにし、前記ＣＯＤは、１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの寸法に裁断した前記水処理用微生物担体に対し、過マンガン酸カリウムを用いる方法（ＪＩＳ Ｋ０１０２準拠）により、体積充填率を２０％とし、室温で２４時間保持し、ポリウレタン発泡体を除去して測定した水のＣＯＤであることを特徴とする水処理用微生物担体の製造方法。

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