JPH01247091A - 微生物固定化用基材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、微生物を播種、増殖させて、反応系を工業用
微生物リアクターや排水処理等に用いる微生物固定化用
基材に関するものである。

〔従来の技術〕

現在、排水処理技術として、生物膜を利用する方法が広
く採用されている。このことは自然の河川の浄化作用の
原理から判るように、藻類や菌類（好気性又は嫌気性菌
）、あるいは水中植物などが植物の繊維状物や砂利、岩
石の表面に繁茂することにより水中の有機成分、浮遊成
分を分解する働きを利用したものである。

また浄化効果として、流水中で藻類や菌類が排水と共に
流れながら浄化している場合もあり、これによる効果も
大きい。

このような原理を考慮すれば、リアクターとしての微生
物が固定床として作用するばかりでなく流動床としても
作用するものであることが分る。

この点に着目し、従来から流動床リアクターが種々提案
されている。しかしながら従来より提案されている流動
床リアクターは、微生物包括ゲル状リアクターやスポン
ジ状物あるいは核材により生長するりアクタ−などであ
り、排水と微生物リアクターとの接触面積が十分ではな
い。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明らは、接触面積を広くすることが可能な繊維を微
生物固定化用基材に用いることを目的に検討を行なった
結果、合成繊維からなるトウ、不織布、織編物などは、
第１に繊維間隔が狭く、菌体が基材内部に入りにくいこ
と、更に一般に疎水性ポリマーからなる繊維であること
より表面の撥水性が高く、微生物（菌体、酵母、胞子な
ど）が付着し難いという本質的な性質がある。加えて繊
維製造面からみれば、一般の合成繊維は溶融紡糸法によ
り製造されたものが多く、このような繊維は表面が平滑
であるため物理的にも付着し難いという問題がある。ま
た繊維表面に微生物が付着できたとしても脱落が起こる
ため浮遊物の増減が大きく、安定した処理反応が得に＜
＜、排水処理やバイオケミカルの反応系の安定運転がで
きないという問題もある。さらに微生物の生成が遅かっ
たり、流出したりしてリアクター内での反応が均一にす
すまず、反応生成物が得にくいという難点もある。

本発明者らは、かかる問題を解決するために、流動床用
微生物固定化基材について鋭意研究の結果、本発明に到
達した。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、熱接着性繊維により固定された１〜１００デ
ニールの繊維からなる集束棒状体の切断チップ状物であ
り、かつ切断チップ状物の切断面の面積相当円の直径（
Ｄ）と切断チップ状物の高さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｄ）が０
．１〜１０である切断チップ状物よりなる微生物固定化
用基材である。

本発明の微生物固定化用基材を構成している繊維の繊度
は１〜１００デニールである必要がある。

更に好ましくは２〜３０デニールである。ｌデニール未
満では繊維本数が多くなり微生物が入り込むべき繊維空
間が小さくなり好ましくない。また１００デニールを越
えると繊維本数が少なくなり、一方向性を得るための空
間を保ちつつ成形することがむずかしく、さらに微生物
が付着し膜成形をすべき表面積が小さくなるためにバイ
オリアクターとしての効果で少なくなり好ましくない。

本発明を構成する繊維集束体は、比較的熱溶融温度が高
い合成繊維、具体的にはポリエチレンテレフタレート系
繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリアミド系繊維
、ポリアクリロニトリル系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維
等からなる主体繊維と、主体繊維よりも比較的熱溶融ま
たは軟化温度が低い繊維、例えば共重合ポリエステル系
繊維、ポリエステル系未延伸繊維、ポリオレフィン（ポ
リエチレン、ポリプロピレンなど）系繊維、あるいは低
融点ポリマーと高融点ポリマーからなる複合繊維であっ
て、低融点ポリマーが繊維表面に存在している繊維（バ
イメタル型、芯鞘型等）、例えば低融点ポリマーがポリ
エチレン、ナイロン６６、変性共重合ポリエステル、高
融点ポリマーがポリプロピレン、ポリエステルなどから
なる繊維とからなる。これら繊維を混合し、スライバー
状にした後、熱接着処理することにより得られる。こｔ
らの主体繊維および熱接着性繊維は捲縮を有す不もので
あっても、あるいは捲縮を有さないものであってもよい
。

本発明の微生物固定化用基材の製造方法の一例を示すと
、前記の混合合成繊維をカードでウェブ化したのち、繊
維の長さ方法にそろえて束ね（集束）、接着性繊維の溶
融温度あるいは軟化温度以上、かつ主体繊維の溶融温度
以下の温度で加熱し、集束体内部の繊維間を接着するこ
とにより固定するとともに表層部に（熱接着性繊維の溶
融物と主体繊維などからなる）穴あき状または非穴あき
状の皮膜を形成し、そして得られた集束棒状体を適宜長
さにカットすることによって製造される。なお、加熱に
際しては、筒状のヒーター付成形ノズル中にウェブの集
束体を走行させ、加熱接着させながら形態を整えること
によって繊維集束基材を形成する。集束体表面より加熱
すると、表層部の熱接着性繊維が集束体内部よりも軟化
あるいは溶融状態となるため、熱接着性繊維が多い場合
にはほとんど該繊維が溶融され皮膜が形成されるこλと
なる。該繊維が少ないときは、その溶融物の接着点が少
なくなり、主体繊維が接合された形の穴あき皮膜となる
。

本発明において成形物（切断チップ状物）が十分な通水
性と耐久性を有しているためには、集束物の切断面にお
いて、個々の繊維とその最も近くに位置する繊維との距
離が平均で約３０〜５００μ−の範囲となるように成形
するのが好ましく、このためには、熱接着性繊維の混合
比を１０〜８０重量％とすることが好ましい。より好ま
しくは３０〜６０重量％である。このように本発明の微
生物固定化用基材では、内部で繊維間が熱融着により固
定化されており、その表層部では、熱接着性繊維の熱溶
融物を含む皮膜が形成されている。なお繊維は必要によ
り親水化処理がなされていてもよく、また表面が凹凸化
されていてもよい。親水化剤あるいは凹凸化処理方法と
しては公知のものが用いられる。

本発明の微生物固定化用基材の製造に用いられる繊維の
長さとしては、スライバーが容易に作れること、更には
繊維束成形が均一に行なえることより、２０〜ｌ　ＯＯ
ｔｉｔｓが好適である。２０ｍ５未満では、一方向性の
ある繊維束に集束しに＜＜、また１００ｍ１を越えては
均一なスライバーが得られにくい。より好ましくは３０
〜６０　ａｓである。

流動床用微生物固定化基材としては集束体の見掛けの比
重が小さいことが好ましく、具体的？こは見掛比重は０
．０５〜０．３ｇ／ａｍ’が好ましい。

また流水中での流動性の点より、成形物の形状としては
球状が最も好ましいが、集束体の成形方法の点で制限を
うけるため、球状に近似した円筒状が一般的である。そ
してその形状因子を決定するものはアスペクト比、すな
わち切断チップ状物の切断面の面積相当円の直径（Ｄ）
と切断チップ状物の高さの比（Ｌ／Ｄ）である。チップ
状物の形状が円断面の棒状物を長さ方向？こほぼ直角に
切断した形状である場合、つまり円筒状である場合には
、Ｄは底面の直径、Ｌは円筒の高さとなる。これらのこ
とより、切断チップ状物において、Ｄは繊維の長さ方向
のほぼ直角方向での断面の面積相当円の直径と言え、ま
たＬは繊維の長さ方向のチップ状物の平均高さと言い換
えることができる。本発明においては、このアスペクト
比が０．１〜１ｏの範囲内であることが必須であり、好
ましくは０．５〜２、より好ましくは０．８〜１．５で
ある。繊維集束体の断面形状は円上外にも、楕円、三角
、正方、長方形等任意の形状を選ぶことができる。アス
ペクト比が０．１未満では偏平性が高くなり、！Ｏを越
えては棒状となり、水中の流動性及び繊維集束体中の通
水性の点から好ましくない。使用上の点からは直径３〜
１５Ｉ、長さ２〜２３ＩＩＩｍの円筒形が工業的に実用
的である。

生物膜用基材として固定化できる微生物に関しては特に
制約はな（、細菌、放線菌、カビ、酵母、胞子等、ある
いは任意の微生物を純粋培養又は混合培養したもの、あ
るいは活性汚泥菌などが挙げられるか、特に個性嫌気性
菌、通性嫌気性菌などに有効である。例えばムコール属
（Ｍｕｃｏｒ　ｒａｓｅｒａｏ−ｓｕｓ）、フザリウム
属（Ｐｕｓａｒｉｕｍ−ｓｐ）、クラドッリツクス・ジ
コトｖ　（Ｃ１ａｄｏｔｈｒｉｘ　ｄｉｃｈｏｔｏｍａ
）やスフエロチルス・ナタンス（５ｐｈａｅｒｏｔｉｌ
ｕｓ　ｎａｔａｎｓ）、ヅーグレア・ラミゲラ（Ｚｏｏ
ｇｌｏｅａ　ｒａ雪ｉｇｅｒａ）、レブトミツス属菌、
イオウ細菌、その他のメタン菌、酪酸菌、乳酸菌、枯草
菌、変形菌、不全菌、硝酸菌、亜硝酸菌等に用いること
ができる。その他の例を挙げるならば、アスペルギルス
（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）属、リゾプス（Ｒｈ１ｚｏ
ｐｕｓ）属等のかび類、シュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏ
ｍｏｎａｓ）属、アセトバクター（Ａｃ−ｅｔｏｂａｃ
ｔｅｒ）属、ストレプトマイセス（５ｔｒｅｐｔｏａｙ
−ｃｅｓ）属、ニジエリシア（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ
）属等の細菌、サツカロマイセス（Ｓａｃｃｈａｒｏｍ
ｙｃｅｓ）属、キャンデイダ（Ｃａｎｄｉｄａ）属等の
酵母を例示することが出来る。

本発明の成形物は公共下水排水、家庭用又はビル等のし
尿排水、家庭雑排水、農業畜産関係、漁業養魚池の排水
処理、園芸、庭園、ゴルフ場、タメ池等の水処理用基材
に利用することができる。

また食品の製造、排水、酵素の生産等の基材として利用
することもできる。

以□下実施例で説明する。

実施例１ 表面を凹凸化処理したポリエステル繊維ステーブル（２
デニール、繊維長５１■）にポリエステル系親水剤（低
分子量脂肪族ポリエステル系親水剤：高松油脂（株）製
５Ｒ−１０００）を０．２重量％付着したものを５０重
量％、芯成分がポリエチレンテレフタレートで鞘成分が
１１０℃で軟化する変成ポリエチレンテレフタレートか
らなる芯鞘構造熱接着性繊維（２デニール、繊維長５１
■、（株）クラレ製ソフィットＮ７２Ｇ）を５０重量％
混綿し、４　ｇｅｔｓ″のカードスライバ−を作る。こ
のスライバーを直径８ｍ＋ｎの円型の熱金型（１５０℃
）を通し、直径８−１の棒状の繊維束を得た。これを１
０ｍｍの長さに切断し、微生物固定化用基材とした。ア
スペクト比は　１０／８＝　１．２５である。得られた
かかる繊維集束体の見掛密度は０．１９ｇ／ｃｍ’であ
った。繊維集束体の表面部分は熱融着しているものの、
それ以外の部分は繊維が均一に充填され軽く繊維相互が
接着していた。外層表面部以外の繊維方向と垂直断面の
繊維間隔の平均値は１８８μ■であり、その時の標準偏
差は１０２μ真であった。繊維方向面の横断面から観察
される繊維間隔の平均値は１６７μ−でその時の標準偏
差は９６μｍであった。

該繊維集束体を容ｆｉ３０１の透明塩化ビニール製で内
筒付の円筒容器に投入し、エアリフトで管底部より原水
中にエアーを吹き込むことにより繊維集束体を流体循環
し、溶存酸素量が３　ｍｇ／ｌ一定となるようにコント
ロールした。

固定化する微生物は岡山市の株式会社クラレ岡山工場内
の排水処理設備に用いている活性汚泥を表−１に示す合
成下水で馴養したものを用いた。

表−１合成下水 ペプトン　　　　４ｏ　　ｇ／ｌ 内エキス　　　　１７〃 ＮａＣ１１，２〃 ＫＣＩ　　　　　　　　１．４　〃 ＣａＣＬ　　　　　　　１．４１ Ｍｇ５Ｏｉ　　　　　　　１．０　〃 Ｎａ＊ＨＰＯ４４，０〃 １週間後には活性汚泥が繊維集束体内部に付着、してい
るのが認められた。使用した基材の充填率は４０％とし
た。原水のＢＯＤハ３４０ｍｇ／１１＝固定し、流量調
節によりＢＯＤの負荷を０．６〜１０ｋｇＢＯＤ／ａ３
・日まで順次変化させた。得られた処理水のＢＯＤは２
０　ｍｇ／ｌ以下であった。３ケ月間連続実験を続けた
が汚泥の発生量も少なく、固定化基材の破損、損傷もな
かった。処理水と固定化基材の分離も格子状金網を用い
ることで容易に分離することが可能であった。

特許出願人　株式会社り　ラ　し 代　理　人　弁理士　本多　堅

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱接着性繊維により固定された１〜１００デニールの繊
   維からなる集束棒状体の切断チップ状物であり、かつ切
   断チップ状物の切断面の面積相当円の直径（Ｄ）と切断
   チップ状物の高さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｄ）が０．１〜１０
   である切断チップ状物よりなる微生物固定化用基材。