JPH09163981A - 包括固定化微生物担体及びその製造方法 - Google Patents

包括固定化微生物担体及びその製造方法

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JPH09163981A
JPH09163981A JP7327561A JP32756195A JPH09163981A JP H09163981 A JPH09163981 A JP H09163981A JP 7327561 A JP7327561 A JP 7327561A JP 32756195 A JP32756195 A JP 32756195A JP H09163981 A JPH09163981 A JP H09163981A
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JP
Japan
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solution
activated carbon
microorganism
microorganisms
carrier
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JP7327561A
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English (en)
Inventor
Tatsuo Shimokawa
龍夫 下川
Katsumi Kosaka
勝己 小坂
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Toyo Management Service Co Ltd
Original Assignee
Toyo Management Service Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

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  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
  • Biological Treatment Of Waste Water (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 包括固定化微生物担体の長所を活かしつつ、
さらに耐久性を高める手段を提供する。 【解決手段】 多孔質核体1表面に微生物と粉末活性炭
とを包括固定法によってコーティングし、その後、近紫
外線照射法によって表面に固化層2を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、下水や汚濁水域等
の生物学的処理に使用される包括固定化微生物担体に関
する。
【0002】
【従来の技術】廃水中に含まれる有機物は、放流先であ
る河川や湖沼の『富栄養化』の原因となり、この『富栄
養化』が進むと、燐、窒素などの栄養塩が増加して、藻
類などの水性植物が繁茂したり、プランクトンが異常増
殖するようになる。
【0003】このような状態を回避し良好な水質を保全
するために、従来より、活性汚泥法に代表されるような
懸濁性微生物を用いる方法や、生物膜法に代表されるよ
うな固着性微生物を用いる方法などがとられている。
【0004】固着性微生物を用いる後者の方法は、前者
の方法と比べて、バルキングなどの固液分離上の問題を
解消できるほか、微生物を高濃度に維持しやすい、特定
の微生物を反応槽に保持してウオッシュアウトを回避で
きるなどの利点があり、種々研究開発が進められてい
る。
【0005】微生物固着法としては、微生物をセラミッ
クスなどの物理的担体に付着させた最も基礎的なものの
他、微生物担持担体を多孔質として、微生物の付着捕捉
量を高めたもの、高分子化合物をマトリクスとして微生
物を包括固定(ゲル包括固定化)したものが開発されて
いる。
【0006】このような固定化微生物は、実際に有機性
廃水の処理に用いた場合、 固定化担体(ゲル)内に固定化された微生物の活性
は、担体中に外部から透過してくる基質と酸素ガスとの
濃度、これらの担体中への拡散速度に依存するが、担体
(ゲル)内には、微生物と基質とを高濃度に維持するた
めの空間が充分には確保できず、拡散速度を律速とし
て、被処理水の有機物負荷量及び処理速度は自ずと制約
を受ける。 廃水は一般にその流入水質が季節的に変動し、また
微生物に対する毒物が混入したり、難分解性成分が多量
に含まれる場合もあり、その固定化微生物による処理に
は、水質変動を加味した大規模な貯留槽を必要とするの
みならず、これによっても上記毒物や難分解性成分の処
理は行い得ず、これらの混入は失活などを起こしたり、
不安定化を招く。 などの問題を生じる。
【0007】このような問題点を解消したものとして、
特開昭61−242691号公報、特開平1−2071
93号公報には、微生物と粉末活性炭とを有機高分子樹
脂などの固定化剤によってゲル化した微生物−活性炭複
合担体が提案されている。
【0008】このようにゲル内に包括された活性炭は、
ミクロ細孔とマクロ細孔とを保有しており、このような
特有の構造によって、活性炭の保有するミクロ細孔がそ
の内部に低分子の基質を吸着捕捉する作用を発揮し、ま
た活性炭のマクロ細孔表面は、ミクロ細孔と同様に基質
を吸着する作用を発揮すると共に微生物の棲息場所を提
供し、ここで微生物は充分な棲息及び増殖が可能とな
る。したがって、このような微生物−活性炭複合担体を
廃水の処理に使用した場合、外部から流入してきた廃水
中の有機物は、一部活性炭のミクロ細孔内に吸着捕捉さ
れると共に、残部は微生物との接触により基質として代
謝分解され、これによって上記問題点のない廃水の浄化
が可能となる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところが上記公報に開
示された微生物−活性炭複合担体は、アルギン酸ナトリ
ウムなどの固定化剤によって粉末活性炭をゲル化し、こ
の中に微生物を包括固定したものであるため、全体が脆
弱で機械的な磨耗に弱く、また乾燥によって失活しやす
いなど、実際の使用条件では著しく耐久性に劣る。
【0010】そこで、本発明において解決すべき課題
は、上記した包括固定化微生物担体の長所を活かしつ
つ、さらに耐久性を高める手段を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の包括固定化微生
物担体は、上記課題を解決するために、エフエイライト
(商品名)などの多孔質核体表面に微生物と粉末活性炭
とを固定化剤により包括固定化してなることを特徴とす
る。
【0012】この発明によれば、特開平1−20719
3号公報に開示された従来の包括固定化微生物担体の長
所を活かしつつ、さらに耐久性を高めることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明は、多孔質核体表面に微生
物と粉末活性炭とを固定化剤により包括固定化したもの
で、このように、従来の生物−活性炭複合担体には無い
多孔質核体を備えることによって、包括固定された粉末
活性炭及び微生物が、機械的に磨耗した場合、多孔質核
体内ではすでに微生物の移動が行われており、次の水処
理段階で多孔質核体内から生物膜処理へ速やかに移行で
きる。上記公報による微生物−活性炭複合担体は、乾燥
に弱く元の製品の形状をとどめないが、本発明の多孔質
核体には吸水力があり、一時的な乾燥に対しても形態を
維持することができ、これによって、長期の寿命を達成
できる。
【0014】多孔質核体は、有害な重金属を含んでい
ない、微生物の棲息場所となる孔が存在する、微生
物の繁殖を妨げない、弱酸性(pHが6.5前後)で
一定している等の条件を備えることが望ましく、例え
ば、サンゴ石や陶石、プラスチック濾材、また、石炭灰
から製造される人工軽量粗骨材(商品名;エフエイライ
ト、販売元;日本セメント株式会社)を使用することが
できる。
【0015】この中でも石炭火力発電所から発生する石
炭灰及びフライアッシュを原料とした造粒型人工軽量骨
材であるエフエイライトは、多孔質性で有害な重金属も
なく、またpH値が安定しているという理由から、本発
明の多孔質核体として好適に使用することができる。こ
のエフエイライトの化学成分は、強熱減量;0.8%,
SiO2 ;65.0%,Al2 3 ;18.0%,Fe
2 3 ;6.4%,CaO;2.1%,MgO;1.0
%,SO3 ;0.2%,Na2 O;3.1%,K2 O;
3.0%であり、また、物理的性質は、乾燥比重;1.
35,24時間吸水率;16.3%,単位容積重量;
0.83kg/l, 実積率;61.4%である。
【0016】また核体に形成された微細孔の径は、機械
的磨耗に抵抗可能な核体の強度を維持しつつ、かつ、微
生物と固定化剤と粉末活性炭からなるゲル物質が、内部
深くまで浸透して全体の物理的かつ生物学的強度を高め
るという点からは、10〜500μm、特に、50〜1
00μmが望ましい。
【0017】使用する核体の粒径は使用する材料によっ
ても異なるが、エフエイライトを用いる場合5〜10m
mが望ましい。粒径が5mm未満では、核体としての効
果が弱く、10mmを越えると、アルギン酸混合液など
の固体化剤の付着にムラが生じやすい。
【0018】また、粉末活性炭としては、従来公知の各
種粉末活性炭を使用することができ、その粒径は特に限
定はないが、使用する核体の粒径としては、74μm以
下のものが好ましく、平均細孔半径の比較的大きいもの
が好ましい。
【0019】粉末活性炭と共に包括固定される微生物
は、活性汚泥中などから採取される、複合担体内で棲息
可能な有機性廃棄物処理用の微生物であれば良いが、特
に、これらの微生物に加え、アンモニアを分解するため
の亜硝酸菌と硝酸菌などの硝化細菌を含ませるのが望ま
しい。
【0020】固化剤としては、従来より微生物などの包
括固定法に使用されている、アルギン酸ナトリウム、κ
−カラギーナン、ポリエチレングリコールジアクリレー
ト、メトキシテトラエチレンメタクリレートなどの各種
水溶性高分子物質を使用することができる。
【0021】このような包括固定化微生物担体は、従来
公知の包括固定法を用い、その製造プロセスにおいて、
活性汚泥、固定化剤及び粉末活性炭からなる溶液中に、
中心となる多孔質核体を浸すことによって、製造するこ
とができる。
【0022】その際、包括固定化微生物担体表面の強度
を増す目的で、包括固定法によって多孔質核体表面にコ
ーティングする微生物及び粉末活性炭中に、光架橋性樹
脂ポリマであるポリエチレングリコールや光増幅剤であ
るベンゾインエチルエーテルなどの近紫外線硬化物質を
含有させ、これに近紫外線を照射して表面に固化層を形
成することができる。波長が300〜350nmの近紫
外線を使用することによって、微生物に悪影響を及ぼす
ことなく、硬化させることができる。
【0023】近紫外線照射による固化層の形成は、従来
公知の技術を用いることができるが、ポリエチレングリ
コールとベンゾインエチルエーテルを粉末活性炭及び活
性汚泥原液との混合液に予め含有させ、多孔質核体内に
混合液を浸潤して得られた複合担体に、近紫外線を照射
することによって行うことができる。その際、近紫外線
の照射時間は、ポリエチレングリコールを硬化させ、し
かも微生物を失活させない範囲内で決定する必要があ
る。
【0024】
【実施例】図1は本発明の実施例を示す包括固定化微生
物担体の拡大断面図で、1はエフエイライトからなる多
孔質核体、2は多孔質核体1の表面にコーティングされ
た、微生物、粉末活性炭及び固定化剤によるゲル層で、
このゲル層は近紫外線照射によって固化されている。
【0025】このように石炭灰から人工的に作った多孔
質核体表面に微生物及び活性炭を固着させることによっ
て、微生物を包括した表面の活性炭が剥離した場合に
も、多孔質核体中に入った微生物と活性炭によって、微
生物の移動及び繁殖が起こり、従来の生物膜酸化処理へ
の移行がスムーズに行えるようになる。
【0026】次いで、このような包括固定化微生物担体
5kgの具体的な製造方法について述べる。
【0027】(1)まず、活性汚泥原液(3%)700
mlと、アンモニアの分解性を高める目的で、硝化細菌
を含む腐葉土壌水溶液の上澄み液300mlをミキサー
で充分に撹拌する。次いで、これに粉末活性炭20g、
ポリエチレングリコール5ml、ベンゾインエチルアル
コール1gを加え充分に撹拌する。さらに、これにアル
ギン酸ナトリウム15gを加えて充分に撹拌・混練す
る。
【0028】(2)この混合液に、エフエイライト5k
gを約10分間浸し、エフエイライトと混合液とを馴染
ませる。
【0029】(3)これを、水8.5lに塩化カルシウ
ム1.5kgを溶かした塩化カルシウム溶液中に落とし
込んで約10分間浸し、エフエイライト表面に微生物及
び粉末活性炭とともに付着したアルギン酸ナトリウムを
ゲル化する。
【0030】(4)次いで、塩化カルシウム溶液中から
取り出し、近紫外線を数分間照射して表面に固化層を形
成し、さらに硫酸アルミニウム溶液に約1分間入れ、カ
ルシウムとアルミニウムを置換する。
【0031】このようにして得られた包括固定化微生物
担体は、エアレーションしながら水中で保存する。
【0032】本発明の効果を確認するため、上記方法に
よって製造した包括固定化微生物担体と、核体を有さな
い特開平1−207193号公報に開示された包括固定
化微生物担体を用い実際の廃水処理に使用したところ、
従来品では3ヵ月程度で浄化能力の低下がみられたのに
対し、本発明品は1年以上良好な浄化能力を維持するこ
とができた。
【0033】図2及び図3は、核体を有さない従来品と
上記包括固定化微生物担体の耐久性を示すもので、図2
は天日により乾燥させた場合の質量の変化を、また図3
は磨耗率の変化をそれぞれ示す。
【0034】図2に示すように、核体を有さない従来品
は1日で大幅な重量の減少がみられたのに対し、発明品
は比較的緩やかな勾配で重量の減少がみられた。また、
図3より、比較例ではエアレーション及びバクテリアの
食作用によって、6ヵ月でほぼ磨耗したのに対し、発明
品は1年以上にわたって磨耗率20%以上を維持するこ
とができた。
【0035】図4は核体1の直径(φ)と磨耗率の関係
を示すグラフで、2mm<φ<15mm、15mm<
φ、φ<2mmの三種類について、測定を行った。直径
(φ)が2mm〜15mmのものが特に良好な結果を示
し、15mmを越えるものではこれよりも劣り、2mm
以下の核体を使用したものは、核体を有さないものとさ
ほど差はみられなかった。この原因として、核体1の直
径が15mmを越えるものではコーティングにムラが生
じて薄い部分の剥離がみられたためであり、また2mm
以下のものでは、核体が小さすぎて実質的な核体として
の役目を果たしていないものと推察される。
【0036】図5は近紫外線による固化層の影響を示す
グラフであり、同図に示すように、近紫外線による固化
層を形成した発明品が耐磨耗性の点において明らかな優
位性が認められた。
【0037】
【発明の効果】本発明によって、従来の包括固定化微生
物担体の長所を活かしつつ、さらに耐久性を高めること
ができ、過酷な条件においても半永久的に使用すること
が可能となる。特に、表面に近紫外線照射法によって固
化層を形成したものでは、機械的磨耗に対する耐久性が
大幅に向上した。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の包括固定化微生物担体を示す拡大断
面図である。
【図2】 天日により乾燥させた場合の質量の変化を示
すグラフである。
【図3】 磨耗率の変化を示すグラフである。
【図4】 核体の粒径の違いによる磨耗率の変化を示す
グラフである。
【図5】 近紫外線による固化層の有無による磨耗率の
変化を示すグラフである。
【符号の説明】
1 多孔質核体 2 ゲル層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多孔質核体表面に微生物と粉末活性炭と
    を固定化剤により包括固定化してなる包括固定化微生物
    担体。
  2. 【請求項2】 前記核体が石炭灰から製造される人工軽
    量粗骨材であることを特徴とする請求項1記載の包括固
    定化微生物担体。
  3. 【請求項3】 前記核体の粒径が2〜15mmの範囲で
    あることを特徴とする請求項1,2記載の包括固定化微
    生物担体。
  4. 【請求項4】 多孔質核体表面に微生物と粉末活性炭と
    を包括固定法によってコーティングし、その後、近紫外
    線照射法によって表面に固化層を形成することを特徴と
    する包括固定化微生物担体の製造方法。
JP7327561A 1995-12-15 1995-12-15 包括固定化微生物担体及びその製造方法 Pending JPH09163981A (ja)

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