JP6641840B2 - 水処理用担体および水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、水処理用担体および水処理方法に関する。具体的には、水処理に用いた場合に吸着量が多い水処理用担体およびこの水処理用担体を用いた水処理方法に関する。

水資源を守るために、上水、排水、廃水、汚水などの様々な水から不純物成分を除去し、浄化水を得る水処理が求められている。

水処理方法としては、微生物により原中の有機物を分解除去する処理槽を用いる方法が知られており、例えば活性汚泥法などが知られている。

活性汚泥法は、処理槽で汚泥と活性汚泥とを混合し、曝気して活性汚泥中の好気性微生物に汚泥中の汚濁物質を分解させ、過剰に増殖した活性汚泥と浄化された処理水とを分離する方法である。

特許文献１には、活性汚泥法を用いて有機性汚水を処理する設備において、処理槽へ投入され、微生物を保持するためのスポンジ担体であって、親水性向上剤を含浸させたスポンジ担体が提案されている。特許文献１によれば、このようなスポンジ担体を用いることで、処理槽に投入するスポンジ担体を、迅速に汚水と馴染ませて、吸水させ、処理槽内を流動可能として、汚水処理装置・施設の立ち上げ時間を短縮すること、スポンジ担体の投入直後よりその機能を充分に発揮させ、立ち上げ時でも処理能力を高い状態とすること、担体の交換時にも処理能力を高い状態に保つことが記載されている。

また、特許文献２には、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からなり、０．０８〜０．５の見かけ比重を有する微生物固定担体が提案されている。特許文献２によれば、軟質ポリウレタンフォームに見かけ比重向上材を施し、排水などの系中における担体の見かけ比重を上げることによって、軟質ポリウレタンフォームが排水などの系中に沈下し、好ましい微生物固定担体とすることができることが記載されている。また、このような微生物固定担体を用いることで、排水などの水中において適度な浮遊力を有し、かつ優れた微生物保持力と耐久性とを兼ね備えた微生物固定用担体を提供することが記載されている。

特開２００８−１６８２０４号公報 特開２００２−２９２３８５号公報

一般的な担体の評価指標のひとつに、吸着量が挙げられる。水処理に使用する担体の量や、担体の洗浄の回数を減らす観点から、担体の吸着量を多くすることが求められている。
本発明者が特許文献１または２に記載の担体を一般的な水処理装置に用いて検討したところ、いずれの担体も吸着量が少ないことがわかった。

本発明が解決しようとする課題は、水処理に用いた場合に吸着量が多い水処理用担体を提供することにある。

上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明者は、多孔質材料からなる水処理用担体であって、多孔質構造を形成するセルの平均セル径が１ｍｍ未満であり、透水性の異なる領域を設けた水処理用担体を用いる態様により、上記の課題を解決できることを見出した。
具体的に、本発明および本発明の好ましい構成は、以下のとおりである。

［１］ 多孔質材料からなる水処理用担体であって、
多孔質構造を形成するセルの平均セル径が１ｍｍ未満であり、
透水性の異なる領域を有していることを特徴とする水処理用担体。
［２］ ［１］に記載の水処理用担体は、セルのセル径が１ｍｍ未満のセルが８０％以上であることが好ましい。
［３］ ［１］または［２］に記載の水処理用担体は、平均セル径が０．３〜０．７ｍｍであることが好ましい。
［４］ ［１］〜［３］のいずれか一つに記載の水処理用担体を含む処理槽に原水を通過させる工程を含む水処理方法。

本発明によれば、水処理に用いた場合に吸着量が多い水処理用担体を提供することができる。

図１は、本発明の水処理用担体の一例の概略図である。 図２（Ａ）は、比較例１の水処理用担体を用いて水処理を行い、水処理用担体に微生物が固着した状態で、比較例１の水処理用担体を切断した切断面を写した写真である。図２（Ｂ）は、水処理を行う前の比較例１の水処理用担体の写真である。 図３（Ａ）は、実施例１の水処理用担体を用いて水処理を行い、水処理用担体に微生物が固着した状態で、実施例１の水処理用担体を切断した切断面を写した写真である。図３（Ｂ）は、水処理を行う前の実施例１の水処理用担体の写真である。 図４は、本発明の水処理方法の一例を用いた水処理装置の概略図である。 図５は、本発明の水処理方法の他の一例を用いた水処理装置の概略図である。

以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は「〜」前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書中、水処理用担体のセル径は、「セルの最も長い径とそれに直交する径の長さの平均値」を意味する。

［水処理用担体］
本発明の水処理用担体（以下、水処理用担体のことを担体とも言う）は、多孔質材料からなる水処理用担体であって、
多孔質構造を形成するセルの平均セル径が１ｍｍ未満であり、
透水性の異なる領域を有していることを特徴とする水処理用担体である。
このような構成により、本発明の担体は、水処理に用いた場合に吸着量が多い。水処理用担体（処理液中で担体に微生物が繁殖）の一部に透水性の異なる領域を設けることにより担体中に十分に微生物を繁殖させることができ、担体に形成された平均セル径が小さいことにより処理水中の物質を吸着した場合の吸着強度が強く、一度吸着した物質を脱離しにくくなるためと思われる。本発明の担体により吸着される物質は特に制限はないが、例えば浮遊物質（ＳＳ）や金属を挙げることができる。本発明の担体は、少なくとも金属吸着量が多いことが好ましい。

＜セル＞
本発明の担体は、多孔質構造を形成するセルの平均セル径が１ｍｍ未満である。本明細書中、「セル」とは、例えば担体が気泡構造を有する場合の１つずつの気泡を意味する。
本発明の担体は、平均セル径が１ｍｍ未満であり、水処理に用いた場合に吸着量を多くしやすくする観点から、平均セル径が０．１〜０．９ｍｍであることが好ましく、平均セル径が０．３〜０．７ｍｍであることがより好ましく、平均セル径が０．４〜０．６ｍｍであることが特に好ましい。また、本発明の担体におけるセル径の中央値は、平均セル径と一致することが好ましい。

本発明の担体は、水処理に用いた場合に吸着量を多くしやすくする観点から、セルのセル径が１ｍｍ未満のセルが８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましく、９５％以上であることが特に好ましく、１００％であることがより特に好ましい。

本発明の担体は、セル数は特に制限はないが、水処理に用いた場合に吸着量を多くしやすくする観点から、セル数が３１〜７０個／２５ｍｍであることが好ましく、４０〜６０個／２５ｍｍであることがより好ましく、４５〜５５個／２５ｍｍであることが特に好ましい。

＜透水性の異なる領域＞
本発明の担体は、透水性の異なる領域を有する。本明細書中、「透水性の異なる領域」とは、水処理用担体の平均的な透水性に比べて、透水性の異なる領域を意味する。
透水性の異なる領域は、透水性の高い領域であることが好ましい。本明細書中、「透水性の高い領域」とは、担体の平均的な透水性に比べて、透水性の高い領域を意味する。
本発明の担体は、透水性に異方性を有することが好ましい。一般にセル構造（特に気泡構造）を有する担体の場合、セル構造は同一形状のセルの繰り返しで形成されることが多く、このようなセル構造を有する担体は透水性に異方性を有さない。なお、本発明の担体の透水性を直接測定することは困難であるため、透水性の高い領域であることは、担体の材料や透水性の高い領域の材料の透水性を公知の方法で別途求めて、判断することが好ましい。
透水性の異なる領域として、「穴（担体を貫通していなくてもよい）」、「貫通孔」、「他の部分と同一の材料で且つ平均セル径が大きい領域」、あるいは「他の部分と素材が異なる領域」などが挙げられる。このような透水性の異なる領域を有することにより、担体内部への生物付着量を増やすことができ、水処理に用いた場合に吸着量を多くしやすくなる。なお、本発明の担体の有する透水性の異なる領域は、これらの具体例に限定されるものではない。これらの中でも、透水性の異なる領域は、貫通孔であることが好ましい。
透水性の異なる領域は、セルと接触していることが好ましい。
透水性の異なる領域が穴または貫通孔である場合、穴または貫通孔の直径は担体が立方体の時、その立方体の１辺の長さに対して１０％〜６０％であることが好ましく、２０％〜４０％であることがより好ましい。
透水性の異なる領域が他の部分と同一の材料で且つ平均セル径が大きい領域である場合、他の部分と同一の材料で且つ平均セル径が大きい領域に存在するセルのみの平均セル径は他の部分の平均セル径に対して２倍〜６倍であることが好ましく、３倍〜４倍であることがより好ましい。
透水性の異なる領域が他の部分と素材が異なる領域である場合、他の部分と素材が異なる領域に用いられる素材の材質は、後述の担体の材質として挙げた材質の中から選択することができる。また、担体に貫通孔を一度設けた後、貫通孔に他の素材を充填して、他の部分と素材が異なる領域を形成してもよい。

また、担体中の透水性の異なる領域の位置は、担体の中心部であってもよく、担体の側面に配置されてもよい。担体中の透水性の異なる領域の位置が担体の側面に配置される場合は、担体の中心部の透水性は従来公知の範囲となるような材質、形状としてもよい。これらの中でも、透水性の異なる領域は、担体の中心部であることが好ましい。

＜構造、形状、サイズ＞
図１に本発明の水処理用担体の一例の概略図を示した。なお、本発明の担体の構造および形状は、図面によって限定されるものではない。
図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示した本発明の水処理用担体３１の一例は、透水性の高い領域１を貫通孔として有する。図１（Ｂ）に示した本発明の水処理用担体３１は、表面に平均セル径が１ｍｍ未満のセル３を有する。

担体は、多孔質材料からなり、気泡構造を有することが好ましい。発泡体であることがより好ましい。
気泡構造は、連続気泡構造であることが好ましく、気泡自体が繋がり、担体を貫通する貫通孔が形成されている構造であることが好ましい。連続気泡構造であることで、原水は担体を通過しやすい。連続気泡構造を有する担体は、吸水性に優れたスポンジ状の構造体とすることができる。

担体は、立方体（キューブ状）、直方体、短冊形、金平糖型、四面体、球体、サッカーボールのような形状等であることが好ましい。
キューブ状の担体を用いる場合、１辺の長さは５〜６０ｍｍであることが好ましく、１０〜３０ｍｍであることがより好ましい。また、担体が球状である場合は、担体の直径は５〜６０ｍｍであることが好ましく、１０〜３０ｍｍであることがより好ましい。

＜材質＞
担体の材質としては特に制限はないが、たとえば樹脂を用いることができる。本発明の担体に用いられる樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ゴム、エラストマー等を挙げることができる。これらの中でも、熱可塑性樹脂が、生物親和性が高く、水処理に用いた場合に吸着量を多くしやすい観点から好ましい。

熱可塑性樹脂としては、ポリビニルアルコール樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、スチレン樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアセタール、ポリアミド樹脂、ポリエステル、ポリウレタン、及びそれらの共重合体などが使用できる。

熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、及びそれらの共重合体などが使用できる。

ゴムとしては、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、エピクロロヒドリンゴム、ＮＢＲ、ＭＢＲ、ＣＲ、フッ素ゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、ＥＰＭ、ＥＰＤＭ、及びそれらの共重合体などが使用できる。

エラストマーとしては、スチレン系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリブタジエン系エラストマー、及びそれらの共重合体などが使用できる。
上述した樹脂、ゴム、エラストマーは、単独で使用することもでき、また、２種類以上を混合して使用することもできる。

これらの中でも、樹脂としては、ポリビニルアルコール、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリエチレンを用いることが好ましく、生物親和性が高く、水処理に用いた場合に吸着量を多くしやすい観点からポリウレタンを用いることがより好ましい。ポリウレタンの中でも、真比重が上述の範囲となるようなポリウレタンまたはポリウレタンと他の成分との共重合体を用いることが、特に好ましい。

担体は、発泡体であることが好ましい。
発泡体は、例えば、エマルジョンを発泡させ、固化することで成形することができる。ここで、エマルジョンとは、上述した樹脂等を分散媒に分散した分散体であり、ラテックスとも呼ばれるものである。上述した樹脂等を分散させる分散媒としては、水や有機溶剤を使用することができる。また、樹脂を分散媒に分散する方法としては、各種の公知の方法が使用でき、例えば、樹脂の原料であるモノマーを分散媒に分散、乳化し、重合する方法を使用することができる。また、樹脂溶液を作製し、分散媒に分散、乳化する方法を使用することができる。また、自然界の植物、動物から得られるエマルジョンを使用することもでき、例えば、天然ゴムラテックスが挙げられる。

本発明の担体としては、市販の担体を加工して用いることもできる。例えば、株式会社イノアックコーポレーション製のウォーターフレックスシリーズの担体のうち、平均セル径１ｍｍ未満のセルを有する担体に対して、透水性の異なる領域を有するように加工したものを用いることができる。

＜空隙率＞
本発明で用いる担体の空隙率は９０％以上であることが好ましく、９５％以上であることがより好ましい。ここで、空隙率は、（単位体積あたりの原料重量−単位体積あたりの担体乾燥重量）／（単位体積あたりの原料重量）×１００で求めることができる。

＜真比重＞
本発明の担体の真比重は、１．０５０〜１．２００ｇ／ｃｍ³であることが好ましく、１．１００〜１．１５０ｇ／ｃｍ³であることがより好ましく、１．１２０〜１．１３０ｇ／ｃｍ³であることが特に好ましい。

＜見かけ比重＞
担体が水処理の処理槽中で浮上するためには、担体の見かけ比重は１．０未満であることが必要である。なお、本明細書において、見かけ比重とは、含水状態における担体の質量を担体の体積で除して求めた比重であり、担体の実質的な比重を示すものである。具体的には、樹脂製の多孔質体を５０ｃｍ³のメスシリンダーに見かけ容積で３０ｃｍ³量り取り、その質量から算出することができる（単位：ｇ／ｃｍ³）。
本発明で用いる担体の見かけ比重は、０．１以上１．０未満であることが好ましく、０．５以上１．０未満であることがより好ましく、０．８以上１．０未満であることがさらに好ましい。担体の見かけ比重を上記範囲とすることにより、空隙率や比表面積を所望の範囲とすることができる。これにより、担体の浮上性を高めることができる。

＜その他の特性＞
本発明で用いる担体の比表面積は、１０００ｍ²／ｍ³以上であることが好ましく、２０００ｍ²／ｍ³以上であることがより好ましい。さらに、比表面積は１０００〜６０００ｍ²／ｍ³であることが好ましく、２０００〜５０００ｍ²／ｍ³であることがより好ましい。

［水処理方法］
本発明の水処理方法は、本発明の水処理用担体を含む処理槽に原水を通過させる工程を含む水処理方法である。
このような構成により、本発明の水処理方法は、水処理に用いた場合に吸着量が多い担体を用いることで、処理水中の物質の量を大きく低下させることができる。

本発明の水処理方法では、処理槽内に微生物が未固着の本発明の担体を投入し、処理槽に原水を通過させるだけで自動的に微生物を固着させることができる。そのため、本発明の担体を、微生物を固着した担体とする工程は特に必要はない。
本発明の水処理方法では、処理槽が曝気槽であることが好ましい。曝気槽としては公知のものとすることができ、例えば空気を槽内に供給できることが好ましい。

本発明の水処理方法は、様々な原水の浄化処理に用いることができる。本発明の水処理方法は、原水として例えば、植物工場の養液や陸上養殖の飼育水といった生物汚濁水、水産加工工場の排水、製紙工場の排水、下水、一般汚水、一般工場排水、河川雑排水の浄化処理に用いることができる。
中でも、本発明の水処理方法は水処理に用いた場合に物質の吸着量が多い担体、特に金属吸着量や浮遊物質（ＳＳ）の吸着量が多い担体を用い、処理水中の物質の量を大きく低下させることができる。さらに、原水の分析では検出されない微量の物質（例えば金属）を担体で吸着し、担体中に捕捉することができる。
本発明の水処理方法で吸着できる物質は、元素として、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｃｌ、Ｓ、Ｋ、Ｃａ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｂｒ、Ｐｂなどを挙げることができる。これらの中でも、本発明の水処理方法では、元素として、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎを吸着することが好ましい。本発明の水処理方法では、金属を吸着することがより好ましく、重金属を吸着することが特に好ましい。

＜水処理装置＞
本発明の担体または本発明の水処理方法を用いた水処理装置について説明する。
このような水処理装置には、水処理に用いた場合に物質の吸着量が多い本発明の担体を用いるため、処理水中の物質の量を大きく低下させることができる。
図４は、本発明の水処理方法の一例を用いた水処理装置の概略図である。図４に示した本発明の水処理方法を用いた水処理装置では、本発明の水処理用担体３１を含む処理槽１０に原水１１を通過させる。処理槽１０で処理された原水は処理槽１０を通過し、処理水１２として処理槽１０から下流に排出される。
図５は、本発明の水処理方法の他の一例を用いた水処理装置の概略図である。図５に示した本発明の水処理方法を用いた水処理装置では、本発明の水処理用担体３１を含む処理槽１０から排出された処理水１２が、第２の処理槽２０を通過する。第２の処理槽２０としては特に制限はなく、任意の水処理用担体３２を用いた曝気槽としてもよく、本発明の担体を用いた曝気槽としてもよい。本発明の水処理方法では水処理に用いた場合に物質の吸着量が多い本発明の担体を用いるため、第２の処理槽２０はＳＳ除去装置ではなくてもよい。
以下、本発明の水処理方法および水処理装置の好ましい態様を順に説明する。

処理槽１０の前段階には、沈降処理室（不図示）が設けられていてもよい。

（処理槽、第２の処理槽）
処理槽１０には、本発明の水処理用担体３１が充填される。図４では、処理槽１０には本発明の水処理用担体３１が充填されている。図５では、処理槽１０には本発明の水処理用担体３１が充填されており、第２の処理槽２０には水処理用担体３２が充填されている。
本発明の水処理用担体３１は、処理槽１０に直接または任意の部材を介して固定されて充填されていても、流動状態で（固定されずに）充填されていてもよいが、流動状態で充填されていることが水処理に用いた場合に物質の吸着量が多くなる観点から好ましい。さらに、本発明の水処理用担体３１は、処理槽１０中で目詰まりを起こさないようにする観点から、処理槽１０中で沈降しているよりも浮上していることが好ましい。本発明の水処理用担体３１を処理槽１０中で沈降させずに浮上させる方法としては、吸着量が多くなり過ぎないように一定時間後に担体を洗浄する方法などを挙げることができる。
本発明の水処理用担体３１の処理槽１０中における充填率は、担体の流動を妨げない観点から、１０〜６０％であることが好ましく、２０〜５０％であることがより好ましく、３０〜４０％であることが特に好ましい。

本発明の水処理方法では、本発明の水処理用担体３１を含む処理槽１０への供給水量は１０〜２５０ｍＬ／分であることが好ましく、５０〜１９０ｍＬ／分であることがより好ましい。

本発明の水処理方法では、担体３１を含む処理槽１０での見かけ上の滞留時間が５分以上であることが好ましく、１５分以上であることがより好ましい。

本発明の水処理用担体３１と第２の処理槽２０に用いる水処理用担体３２は互いに同一の担体であることが好ましいが、互いに異なる担体であってもよい。また、本発明の水処理用担体３１と水処理用担体３２は互いに同一の樹脂製の多孔質体の担体であるが、空隙率や気泡構造の気泡径が異なる多孔質体の担体を用いてもよい。本発明の水処理用担体３１と水処理用担体３２の構成は、処理する原水の性状に応じて適宜選択することができる。

図４および図５では、水の流れを実線の矢印で示している。図４および図５に示されているように、原水１１は、処理槽１０へ連続的に送液される。原水を送液する際には、水頭圧またはポンプを使用することが好ましい。

処理槽１０に流入する原水１１は、その後、本発明の水処理用担体３１を含む処理槽１０を通過する。

本発明の水処理用担体３１を通過した原水１１は処理水１２として、図４に示すように海洋や河川等の外部領域に放出されてもよく、図５に示すようにさらに排水処理が施されてもよい。

図５に示すように本発明の水処理用担体３１を通過した原水１１は処理水１２として、次いで、第２の処理槽２０に流入してもよい。第２の処理槽２０では、処理水１２は、水処理用担体３２を通過し、第２の処理槽２０から排出される。第２の処理槽２０から排出された処理水１２は、海洋や河川等の外部領域に放出されてもよく、さらに排水処理が施されてもよい。

また、処理槽１０または第２の処理槽２０から排出された処理水１２は、再利用されてもよい。この場合、水処理装置は、例えば、閉鎖循環型システムに組み込まれていてもよい。このような閉鎖循環型システムにおいては、水処理装置は、連続的に循環溶液中の不溶性有機物の除去を行うことができる。

沈降した固形物や夾雑物は、沈殿物排出口から排出されることが好ましい。沈殿物排出口は、処理槽１０及び第２の処理槽２０から選択される少なくともいずれかの下部に設けられていることが好ましい（不図示）。沈殿物排出口は、処理槽１０の下部に複数個設けられていてもよい。沈殿物排出口は、開閉口を備えていることが、開閉口を開くことで沈降した固形物や夾雑物を排出することができる観点から好ましい。

処理槽１０及び第２の処理槽２０を構成する材質としては、特に制限はないが、コンクリート製、金属製、樹脂製であることが好ましい。中でも、樹脂製であることが好ましく、例えば、塩化ビニルや繊維強化プラスチックなどを好ましく採用することができる。

（ＳＳ除去装置）
水処理に用いた場合に物質の吸着量が多い本発明の担体を用いるため、処理槽１０の下流には、浮遊物質（ＳＳとも言う）を担体で捕捉できるＳＳ除去装置を設けてもよく、設けなくてもよく、コストの観点から設けないことが好ましい。
本発明の水処理方法においてＳＳ除去装置を設ける場合のＳＳ除去装置では、濾過、浮上処理、沈澱処理等の方法を用いることが好ましい。

（洗浄）
水処理装置は洗浄設備を有していても、有していなくてもよい。本発明の水処理用担体３１などの担体を洗浄する際には、水処理装置から担体を取り出して洗浄してもよく、水処理装置内で逆流洗浄をしてもよく、洗濯機等によって負荷をかけて洗浄してもよい。水処理装置は洗浄設備を有さないことが水処理装置自体をさらに簡素化できて好ましい。本発明で用いる担体は優れた強度を有し、耐久性に優れていることが好ましく、耐久性に優れる担体を用いる場合は、水処理装置は洗浄設備を有さないことが好ましい。

以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。

［比較例１］
株式会社イノアックコーポレーション製のウォーターフレックスシリーズのＡＱ−２０を用いて、担体１つ当たりに直径φ４ｍｍの貫通孔（透水性の高い領域である、透水性の異なる領域）を担体の２つの対向する面の中心を貫通するように１つずつドリルで開け、以下の比較例１の担体を作製した。
（比較例１の担体）
担体 ： １ｃｍ³のポリウレタン
貫通孔 ： 直径φ４ｍｍ（透水性の異なる領域）
平均セル径： １．６ｍｍ
セル数 ： １８個／２５ｍｍ
セル径１ｍｍ以上のセルの個数割合：１００％
セル径１ｍｍ未満のセルの個数割合：０％
空隙率 ： ９５％
真比重 ： １．０４４ｇ／ｃｍ³
形状 ：立方体
サイズ ：１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍ
担体のセル径は、走査型電子顕微鏡を用いて写真を撮影し、写真内（約３ｍｍ四方）で観察できるセルの最も長い径とそれに直交する径の長さを測定し、その平均とした。平均セル径は、担体表面から観察できた全てのセル径の相加平均として求めた。
なお、かさ体積／実体積（％）の換算は、サイズ５ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍの場合１００／６５、サイズ１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの場合１００／５５、サイズ１５ｍｍ×１５ｍｍ×１５ｍｍの場合１００／５２を用いる。

［実施例１］
株式会社イノアックコーポレーション製のウォーターフレックスシリーズのＡＱ−１５を用いて、担体１つ当たりに直径φ４ｍｍの貫通孔（透水性の高い領域である、透水性の異なる領域）を担体の２つの対向する面の中心を貫通するように１つずつドリルで開け、以下の実施例１の担体を作製した。
（実施例１の担体）
担体 ： １ｃｍ³のポリウレタン
貫通孔 ： 直径φ４ｍｍ（透水性の異なる領域）
平均セル径： ０．５ｍｍ
セル数 ： ４９個／２５ｍｍ
セル径１ｍｍ以上のセルの個数割合：０％
セル径１ｍｍ未満のセルの個数割合：１００％
空隙率 ： ９６％
真比重 ： １．１２２ｇ／ｃｍ³
形状 ：立方体
サイズ ：１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍ

［評価結果］
＜吸着＞
実施例１または比較例１の担体を、それぞれ別の宮本製作所製活性汚泥試験装置の処理槽（容量５Ｌ）に、担体の充填率３５％となるように流動状態で投入した。曝気流量３Ｌ／分となるように、以下の実機相当の条件１で水処理を行った。実施例１の水処理を行った際、実施例１の担体は、浮上していた担体と沈降していた担体があったが、以下の測定では浮上していた担体のみを測定に用いた。浮上と沈降は、流動している担体への物質の吸着量の差によるものと推定される。
なお、曝気流量は処理槽内に流入する空気の流入速度を意味し、供給水量は処理槽に流入する原水の流入速度を意味する。
（条件１）
供給水量：１６０ｍＬ／分
見かけの滞留時間：３１分

（吸着量）
上記の条件１で水処理を行った後の実施例１および比較例１の担体（吸着サンプル）を、半日間、乾燥風に曝して乾燥した時の質量を測定した。
一方、水処理を行う前の実施例１および比較例１の担体（新品サンプル）の質量を、半日間、乾燥風に曝して乾燥した時の質量を別に測定した。
吸着サンプルを乾燥した後の質量から、新品サンプルを乾燥した後の質量を減じた値を、実施例１および比較例１の担体を用いて水処理をした場合の吸着量とした。得られた結果を下記表１に記載した。

（吸着強度）
上記の条件１で水処理を行った後の実施例１および比較例１の担体（吸着サンプル）３個中の各元素の元素強度（Ｘ線ピーク強度；単位ｋｃｐｓ）を、波長分散型蛍光Ｘ線分析装置としてスペクトリス社製社製の製品名ＰＷ−２４０４を用い、蛍光Ｘ線にて測定した。
一方、水処理を行う前の実施例１および比較例１の担体（新品サンプル）３個中の各元素の元素強度を、同様に蛍光Ｘ線にて測定した。
吸着サンプル３個中の各元素の元素強度から、新品サンプル３個中の各元素の元素強度を減じた値を、実施例１および比較例１の担体を用いて水処理をした場合の各元素の吸着強度とした。得られた結果を下記表１に記載した。
また、用いた実施例１および比較例１の水処理に用いた原水３Ｌ中の各元素の元素強度を、同様に蛍光Ｘ線にて測定した。得られた結果を下記表２に記載した。
下記表１および表２中、検出されなかった元素については、ＮＤと記載した。

上記表１より、平均セル径が１．０ｍｍ未満である実施例１の担体は、水処理に用いた場合に吸着量が多いことがわかった。なお、実施例１の担体は、Ｍｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｓ、Ｐ、Ｓｉの吸着強度が高かった。
一方、平均セル径が１．０ｍｍ以上である比較例１の担体は、吸着量が０．０５９ｇと少なかった。なお、比較例１の担体は、Ｆｅ、Ｃａ、Ｓ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ａｌの吸着強度が高かった。
なお、上記表２より、以下のことがわかった。
実施例１の担体において多くの金属類が原水に比べて高い強度で検出されている。特に実施例１の担体ではＭｎ、Ｚｎ、Ｆｅの強度が非常に高い。これらの元素は原水の分析では検出されなかった。微量の元素が担体中に捕捉され濃縮されたと考えられる。

［比較例２］
比較例２では、得られた比較例１の担体を、宮本製作所製活性汚泥試験装置の処理槽（容量５Ｌ）に、担体の充填率３５％となるように流動状態で投入した。曝気流量３Ｌ／分となるように、以下の実機相当の条件１と、処理水量増加（滞留時間短縮）の条件２で水処理を行った。
なお、曝気流量は処理槽内に流入する空気の流入速度を意味し、供給水量は処理槽に流入する原水の流入速度を意味する。
（条件１）
供給水量：１６０ｍＬ／分
見かけの滞留時間：３１分
（条件２）
供給水量：３００ｍＬ／分
見かけの滞留時間：１７分

条件１に用いた原水、条件２に用いた原水、条件１で水処理を行った処理水、条件２で水処理を行った処理水について、それぞれＳＳを測定した。ＳＳの測定装置および測定法の詳細を以下に示す。
ＪＩＳ−Ｋ０１０２−１４．１ 工場排水試験法 懸濁物質。
また、水処理を行った後の担体への生物付着量を後述の方法で確認した。
＜原水＞
条件１および条件２に用いた原水は、水温が平均２３．９℃、ＳＳが２０ｍｇ／Ｌであった。
条件２に用いた原水は、水温が平均２３．９℃、ＳＳが２０ｍｇ／Ｌであった。

［実施例２］
比較例２において、比較例１の担体を用いる代わりに、実施例１の担体を用いた以外は比較例２と同様にして、水処理を行った。

［評価結果］
＜ＳＳ＞
比較例２より、ＳＳについて、平均セル径１．０ｍｍ以上である比較例１の担体を用いた処理水では条件１では２６ｍｇ／Ｌ程度、条件２では２７ｍｇ／Ｌ程度であり、ＳＳが原水より多くなったため、水処理に用いた場合に吸着量が少ないことがわかった。ＳＳが原水より多くなった理由として、比較例１の担体は溶存ＢＯＤ成分を不溶態であるＳＳに変換する変換能が高いためと考えられる。
これに対し、実施例２の水処理の結果、平均セル径１．０ｍｍ未満である実施例１の担体を用いた処理水では条件１では２１ｍｇ／Ｌ程度、条件２では１２ｍｇ／Ｌ程度であり、特に条件２の場合にＳＳが減少したため、水処理に用いた場合に吸着量が多いことがわかった。条件２の場合にＳＳが減少した理由として、比較例１の担体を用いた比較例２の水処理の結果では条件２の場合にＳＳが減少していないことから滞留時間短縮による影響ではなく、実施例１の担体の表面に形成された生物膜によるＳＳ吸着効果によるものであると考えられる。

＜担体への生物付着量＞
比較例１の水処理用担体を用いて水処理を行い、担体に微生物が固着した状態で、比較例１の水処理用担体を切断した切断面を写した写真を、図２（Ａ）に示した。水処理を行う前の比較例１の水処理用担体の写真を図２（Ｂ）に示した。実施例１の水処理用担体を用いて水処理を行い、水処理用担体に微生物が固着した状態で、実施例１の水処理用担体を切断した切断面を写した写真を、図３（Ａ）に示した。水処理を行う前の実施例１の水処理用担体の写真を図３（Ｂ）に示した。図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図３（Ａ）および図３（Ｂ）より、透水性の異なる領域（貫通孔）を有する比較例１および実施例１の水処理用担体は、内部まで生物が入り込んでいることがわかり、表面のみ生物が付着するような従来の担体と比較して生物付着量が多くなることがわかった。

１ 透水性の異なる領域
３ 平均セル径が１ｍｍ未満のセル
１０ 処理槽
１１ 原水
１２ 処理水
２０ 第２の処理槽
３１ 本発明の水処理用担体
３２ 水処理用担体

Claims (5)

1. 多孔質材料からなる水処理用担体であって、
   多孔質構造を形成するセルの平均セル径が１ｍｍ未満であり、
   透水性の異なる領域を有していて、
   前記透水性の異なる領域が貫通孔であり、
   前記水処理用担体の材質がポリウレタンまたはポリウレタンと他の成分との共重合体からなり、
   有機物を含む原水中に前記水処理用担体を投入して微生物を固着した担体とすることによって、前記微生物を固着した担体の表面および内部に固着した微生物により元素としてＡｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃａ、Ｍｎ、ＦｅまたはＺｎを捕捉して吸着する用途であること
   を特徴とする水処理用担体。
2. 前記セルのセル径が１ｍｍ未満のセルが８０％以上である請求項１に記載の水処理用担体。
3. 前記平均セル径が０．３〜０．７ｍｍである請求項１または２に記載の担体。
4. 有機物を含む原水中に前記水処理用担体を投入して生物処理して微生物を固着した担体とすることによって、前記微生物を固着した担体の表面および内部に固着した微生物により元素としてＡｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃａ、Ｍｎ、ＦｅまたはＺｎを捕捉して吸着する用途であること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の水処理用担体。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理用担体を含む処理槽に原水を通過させる工程を含む水処理方法。