JPH0923881A - 微生物担体及びその製造方法並びにそれを用いた生物処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 活性炭が繊維集合体に覆われていることを特
徴とする微生物担体。 【効果】 本発明により、装置の立上がり時間が短く、
取扱いが容易で、被処理水中の有機成分、アンモニア態
窒素などを効率良く除去する汚水処理用の微生物担体が
得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、新規な微生物担体に関
する。

【０００２】本発明に係わる微生物担体は、取扱いが容
易で、かつ有機成分、アンモニア態窒素などの除去に優
れ、生物学的処理に好適に利用される新規な微生物担体
に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】従来、上水の原水のような有機成分濃度
の低い水を浄化する方法として、活性炭流動床法が知ら
れている。これは、粒状の活性炭を微生物担体として流
動させる生物処理方法のことである。活性炭は、比表面
積が大きく、微生物増殖阻害物質の吸着等の作用がある
ことから、難分解性物質の処理にも優れるとされてい
る。また特開平７−２４４８９号公報で、活性炭繊維の
フェルト状形成体を処理槽内に配置した生物処理装置が
知られている。また、特開昭５７−１１７３８７号公報
で、繊維塊を微生物付着媒体として用いた流動媒体廃水
処理装置が知られている。

【０００４】しかしながら活性炭流動床法では、装置の
運転を開始した初期において、流動により活性炭が相互
に衝突するため、活性炭表面に生物膜が形成されにくい
欠点がある。特に硝化細菌のような増殖速度の遅い微生
物を利用する処理の場合、安定した浄化性能が得られる
までの時間（立上がり時間）が長い。また、いったん活
性炭表面に生物膜が形成されると、衝突によるショック
が緩和され、活性炭表面の生物膜が厚くなり、やがて活
性炭の見掛け比重が低下するため、流動により処理水中
に漏出するようになる。このため、過大に増殖した生物
膜を剥離させる曝気洗浄が必要となるが、洗浄後に漏出
した活性炭を処理槽内に戻すという繁雑な操作を加える
必要がある。

【０００５】また、特開平７−２４４８９号公報に記載
された生物処理装置は、活性炭繊維のフェルト状形成体
を、空隙部を持たせて処理槽内に垂直に配置したもので
あったが、処理の進行にともなって空隙が増殖した微生
物によって短期間で閉塞されてしまうという欠点があっ
た。また、構造が複雑なため製造が難しかった。さら
に、特開昭５７−１１７３８７号公報に記載された廃水
処理装置は、短繊維から形成された繊維塊を微生物付着
媒体として排水中の有機物を生物学的に酸化分解させる
ものであるが、難分解性有機物の除去能力がなく、ま
た、繊維が緻密に集合した塊であるため、塊の内部が生
物や懸濁物質ですぐに目詰まりしてしまい、継続的に安
定した処理が出来ないものであった。その上、目詰まり
した繊維塊を洗浄しようとしても、内部の目詰まり物質
が出にくく、洗浄回復性に劣るものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは上記欠点
のない微生物担体について鋭意検討した結果、次の発明
に到達した。本発明の目的は、装置の立上がり時間が短
く、取扱いが容易で、被処理水中の生分解性有機成分、
難分解性有機成分、アンモニア態窒素などの除去性に優
れる微生物担体を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、以下の
構成により基本的に達成される。即ち、「活性炭が繊維
集合体に覆われていることを特徴とする微生物担体」で
ある。

【０００８】本発明で用いうる活性炭は特に限定される
ものではなく、椰子殻系、石炭系、フェノール系などい
ずれでもよい。また形状としては、基質や酸素の拡散抵
抗を小さくするという面から、ペレット状、粒状、球
状、円柱状などが好ましいが、粉末状、繊維状でもよ
い。本発明において、上記活性炭を単独で使用しても良
いし、あるいは用途に応じて混合しても良い。

【０００９】本発明で用いうる繊維集合体の繊維は、活
性炭繊維、天然繊維あるいは繊維形成能を有する高分子
物質からなり、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１
２、共重合ナイロン等のポリアミド、芳香族ポリアミ
ド、ポリエチレンテレフタレート、共重合ポリブチレン
テレフタレートなどのポリエステル、全芳香族ポリエス
テル、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィ
ン、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビ
ニル、ポリビニルアルコール、ビニル重合体、ポリ塩化
ビニリデン、ポリハイドロサルファイト、ポリフッ化エ
チレン、共重合ポリフッ化エチレン、ポリオキシメチレ
ン等が挙げられる。これら高分子物質の複数を組み合わ
せた芯鞘構造、多重芯鞘構造、海島構造、バイメタル構
造などの複合繊維や繊維の種類の組み合わせも目的に応
じて用いられる。繊維の断面形状は、円形のみならず、
異径断面形状でも良い。繊維の太さは目的により変わる
が水浄化処理用としては１〜３０デニール程度が好まし
い。１デニール以下では微生物により目が詰まりやすく
なり、活性炭による浄化能力が低くなる。

【００１０】本発明で用いうる繊維集合体の形態として
は、繊維を主体に構成された構造物であり、織物、編み
物、不織布などが使用できる。中でも不織布構造の繊維
集合体が好ましい。水中における基質や酸素等の拡散抵
抗を小さくするという面から、空隙率は好ましくは７０
〜９９％、より好ましくは８０〜９９％、さらに好まし
くは８５〜９９％がよい。また、繊維集合体は上記繊維
単独からなるものであってもよく、他の繊維と組み合わ
せるものであってもよい。

【００１１】また、本発明の微生物担体中での活性炭の
存在形態としては特に限定されるものではないが、活性
炭が層状に存在する形態が好ましい。この場合、該層の
上下を繊維集合体で挟んだサンドウィッチ構造が特に好
ましい。また、活性炭の層状構造を形成する形態として
は、粒状の活性炭を接着する形態でも良いし、または繊
維状活性炭よりなる織布または不織布を用いる方法も挙
げられる。

【００１２】ここで肝要なのは、活性炭が繊維集合体で
覆われていることである。活性炭は強度が弱いので、繊
維集合体で覆うことにより、崩れたり、微生物担体から
脱落したりするのを防止することが出来る。これは、チ
ップ状の本発明微生物担体を流動させて用いる場合に特
に有効である。ここでチップ状の担体とは、サイコロ状
あるいは直方体形状などの六面体形状のもの、または円
柱状、球状、ペレット状のものをいう。また、本発明の
微生物担体では、安定した浄化性能が得られるまでの時
間（立ち上がり時間）を顕著に短縮することが出来る
が、その理由としては、装置の運転を開始した初期にお
いて、繊維集合体に覆われることにより活性炭表面の生
物膜の脱落が少ないことなどが考えられるが詳細は不明
である。

【００１３】なお、活性炭は繊維集合体により完全に覆
われている必要はなく、一部分が外部に露出していても
良い。特に限定されるものではないが活性炭の表面の３
０％以上が覆われていることが好ましく、より好ましく
は４０％以上、さらに好ましくは５０％以上、特に好ま
しくは６０％以上である。ただし、この場合の表面と
は、活性炭の多孔も含めた超顕微鏡的なレベルでの表面
積ではなく、肉眼乃至は低倍率顕微鏡で観察したレベル
で活性炭または活性炭の集合体とその外部とが形成する
境界面の面積を指している。

【００１４】また、脱落性、耐久性や加工性などを考慮
すると、活性炭の短径は少なくとも０．１ｍｍ以上が好
ましく、より好ましくは０．５ｍｍ以上、さらに好まし
くは１ｍｍ以上、特に好ましくは１．５ｍｍ以上であ
る。逆に短径が大きすぎても脱落性、耐久性や加工性な
どで問題が生じ、好ましくは１０ｍｍ以下、より好まし
くは８ｍｍ以下である。

【００１５】本発明の活性炭と繊維集合体とを接着させ
る方式としては特に限定されるものではなく、熱接着方
式、１液方式または２液方式の反応性接着剤方式などが
挙げられるが、特に熱接着しうる樹脂を用いる方式が好
ましい。

【００１６】本発明の活性炭と繊維集合体とを熱接着さ
せうる樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等
のポリオレフィン、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリ
エステル、ポリアミド、ポリアクリロニトリル、ポリビ
ニルアルコールなどが挙げられるが、用いる繊維重合体
と１０℃以上融点の差がある樹脂を選択することが好ま
しい。形状としては、繊維状、シート状、粒状、パウダ
ー状、液状乃至はこれらの組み合わせ等が挙げられ、目
的によって適宜使用される。

【００１７】本発明の微生物担体の形態は適用する目的
によって変わり得る。特に限定されるものではないが、
布はく状のシートを形成して処理層に充填または積層し
ても良いし、または短冊状、チューブ状、チップ状など
の形態などが挙げられる。

【００１８】また、特にチップ状の形態の場合、チップ
状に切断する際に熱をかけるか、あるいは溶断カッター
などを用いて熱切断することにより、断面の活性炭層を
繊維状ポリマーや接着剤でカバーすることができ、活性
炭の脱落や層の剥がれを抑制できて効果的である。

【００１９】次に、本発明の微生物担体の製造方法につ
いて説明する。例として、活性炭を覆っている繊維集合
体よりも融点の低い樹脂を介して活性炭が接着されてい
る構造の微生物担体について説明するが、なんらこれに
限定されるものではない。まず、２枚のシート状の繊維
集合体の間に、活性炭１０〜９０重量％と樹脂９０〜１
０重量％とを挟む。ここで一枚の繊維シートの上に活性
炭と樹脂を乗せる方法も採用できる。樹脂に対して活性
炭が９０重量％より多いと、互いの接着力が弱くなるた
め好ましくなく、また、活性炭に対して樹脂が９０重量
％より多いと、活性炭の殆どが樹脂に覆われてしまうた
め好ましくない。活性炭と樹脂の全重量を１００％とし
たとき、活性炭の重量は８０〜２０％が好ましく、７５
〜２５％がさらに好ましい。挟む活性炭と樹脂の状態
は、混合した状態、層状に重ねた状態、あるいは両者の
組み合わせなど、目的に応じて使い得るが、形態の安定
性から、混合した状態が好ましい。次に、こうして準備
したシートの上に荷重をかけ、熱風乾燥器等を使用して
加熱する。このとき、樹脂の融点より高く繊維集合体の
ポリマの融点より低い温度に加熱することが好ましい。
加熱は、樹脂がある程度溶融したときに終了し、次いで
冷却する。十分熱接着したことを確認した後、任意の形
状や大きさに切断して、本発明の微生物担体が得られ
る。使用するときの形態は特に限定するものではなく、
目的に応じて変わり得る。例えば、浸漬濾床方式では短
冊状の微生物担体を放射状に重ねて組み合わせた形態
が、また、流動床方式および生物接触濾過方式には３〜
２０ｍｍ角のサイコロ状もしくは直方体形状に切断した
形態が好ましく、取り扱い易さの点で５〜１５ｍｍがよ
り好ましい。活性炭層の厚みとしては好ましくは０．５
〜１０ｍｍが好ましく、より好ましくは１〜５ｍｍであ
る。繊維集合体層の厚みとしては好ましくは０．１〜１
０ｍｍが好ましく、より好ましくは０．２〜０．５ｍｍ
である。なおここで、先に示したように１回の熱融着工
程で製造する方法の他に、活性炭と樹脂あるいは繊維集
合体と樹脂とを先に熱融着させて、その後に繊維集合体
あるいは活性炭を熱融着させるという２回の熱融着工程
で製造する方法でもよい。切断した後の構造は、衝突に
よる生物膜剥離が起こらない活性炭を存在させるため
に、少なくとも一部の活性炭を繊維集合体内部に含有さ
せた構造も採用できる。

【００２０】例えば流動床方式の水処理に担体を使用す
る場合、活性炭をそのまま担体として使用する従来方法
においては、活性炭粒子が相互に擦れ合って、運転初期
からの微生物の付着が大きく妨げられるため、定常的な
運転にいたるまでに長い時間が必要であった。一方、本
発明の微生物担体では、樹脂や別の活性炭、繊維集合体
に適度に覆われた活性炭が存在するため、運転の初期に
も微生物の付着が妨げられることが少なく、定常運転ま
での立ち上がりが早い。

【００２１】また、処理が進行して微生物担体の活性炭
表面が過大の生物膜で覆われたとき、活性炭の漏出を伴
わない曝気洗浄が任意のときに可能であり、活性炭の持
つ浄化能力を長期間維持することが可能である。また、
活性炭のみを担体とした場合には捕捉し難い懸濁成分や
有機成分が、まず繊維集合体表面の微生物よってある程
度分解され、続いてその分解物やその分解反応で発生し
た微生物の代謝物及び繊維集合他表面の微生物では分解
されなかった難分解性有機成分が、さらに活性炭表面の
微生物により分解されると考えられるが、繊維集合体あ
るいは活性炭を単独で微生物担体とする場合よりも浄化
性能が高く効率的な浄化処理が行える。

【００２２】本発明は、好ましくは流動床方式、浸漬濾
過方式、回転円板方式、生物膜濾過方式等の生物処理装
置に用いられる。流動床方式では、チップ状の微生物担
体を曝気、撹拌、水流などによって流動させる方式が、
また、浸漬濾過方式では、短冊状、チューブ状などの微
生物担体を放射状に組み合わせたものを、被処理水に接
触するような配置で処理槽内に固定する方法が好ましく
用いられる。また、回転円板方式では、円板状の微生物
担体を回転軸に対して直角に取り付けた回転体を一定の
周速で回転させる方法が、また、生物接触濾過方式で
は、シート状、チューブ状、チップ状、短冊状あるいは
その組み合わせなどの微性担体を充填または積層した濾
過層に、上向流あるいは下向流で被処理水を接触させる
方法が好ましく用いられる。これらのうち、流動床方式
が特に好ましく、ついで、浸漬濾過方式が好ましい。

【００２３】

【実施例】以下の実施例によて本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるも
のではない。

【００２４】実施例１ ポリエステル製の不織布（単糸繊度：６デニール、空隙
率：９０％）２枚の間に、粒径１〜３ｍｍの石炭系活性
炭５０重量％と粒径０．５〜１．５ｍｍのエチレン酢酸
ビニル共重合体樹脂（融点：８０℃）５０重量％との混
合物を挟み、熱風乾燥器中で８３℃に加熱し、活性炭と
不織布とを熱融着させた。冷却後、約６ｍｍ角のサイコ
ロ状に切断し、容量６．５リットルの流動床方式処理装
置の担体とした。有機成分、アンモニア態窒素を主成分
とした人工河川水を原水として、水温２０℃、ｐＨ７〜
８、滞留時間１時間の条件で上向流式で処理を行い、処
理水中のＣＯＤおよびアンモニア態窒素濃度の測定を行
った。

【００２５】比較例１ 実施例１と同種、同重量の活性炭を処理装置に充填し、
同様の条件下で処理水の処理を行い、処理水中のＣＯＤ
及びアンモニア態窒素濃度の測定を行った。

【００２６】実施例１および比較例１の結果を図１およ
び図２にまとめて比較した。

【００２７】従来の活性炭を担体とした比較例１では、
ＣＯＤ、アンモニア態窒素ともに浄化性能が安定するま
でに４週間かかったが、本発明の微生物担体を用いた実
施例では２週間で安定した。

【００２８】また比較例では、処理を開始してから６週
間経った頃から活性炭表面の微生物膜が厚くなり、見掛
け比重が低下したため、活性炭の担体が処理水中に漏出
し始め、流動および洗浄の操作を困難にしたが、本発明
の微生物担体を用いた実施例では、担体の漏出がなく十
分な曝気洗浄が可能であったため、処理性能が安定して
いた。

【００２９】また実施例では、ＣＯＤ成分の除去性能が
比較例よりも高かった。これは、繊維集合体表面の微生
物よってある程度分解された有機成分及び繊維集合体表
面の微生物によって分解されなかった難分解性有機成分
が、さらに続いて活性炭表面の微生物によって分解され
たため、と考えられる。

【００３０】

【発明の効果】本発明においては、以下の効果を生じる （１）従来の活性炭流動床法では、流動により活性炭が
相互に衝突するため、運転初期からの活性炭表面の生物
膜の形成が遅く、装置の立上がりに長時間かかったが、
本発明の微生物担体を用いると、運転初期からの活性炭
表面に生物膜が形成されやすいため、装置の立上がり時
間を短縮することが可能となる。

【００３１】（２）従来は、担体が漏出するため、担体
の表面および処理層内の洗浄が困難か不十分となり、処
理性能が低下したが、本発明の微生物担体を用いると、
任意のときに適度な洗浄が可能となり処理性能が安定
し、効率的な処理が出来る。

【００３２】（３）活性炭のみを担体とした場合には捕
捉し難かった懸濁成分や有機成分が、まず繊維集合体表
面の微生物よってある程度分解され、低分子になった分
解物及び繊維集合体表面の微生物によって分解されなか
った難分解性有機成分がさらに活性炭表面の微生物によ
り分解されていると考えられ、繊維集合体あるいは活性
炭を単独で微生物担体とする場合よりも浄化性能が高く
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１および比較例１のＣＯＤの濃度変化
を示したグラフである。

【図２】 実施例１および比較例１のアンモニア態窒素
の濃度変化を示したグラフである。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性炭が繊維集合体に覆われていること
   を特徴とする微生物担体。
2. 【請求項２】 活性炭が繊維集合体と接着していること
   を特徴とする請求項１記載の微生物担体。
3. 【請求項３】 活性炭が繊維集合体に、該繊維集合体よ
   りも融点の低い樹脂を介して熱接着していることを特徴
   とする微生物担体。
4. 【請求項４】 活性炭が層状であることを特徴とする請
   求項１記載の微生物担体。
5. 【請求項５】 チップ状の形態を有することを特徴とす
   る請求項１記載の微生物担体。
6. 【請求項６】 活性炭の表面の３０％以上が覆われてい
   ることを特徴とする請求項１記載の微生物担体。
7. 【請求項７】 活性炭の短径が０．１ｍｍ以上であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の微生物担体。
8. 【請求項８】 繊維集合体が積層された構造体の表面お
   よび／または内部に、活性炭と該繊維集合体よりも融点
   の低い樹脂とを存在せしめて、次いで加熱することを特
   徴とする請求項１記載の微生物担体の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項１に記載の微生物担体を用いたこ
   とを特徴とする生物処理装置。
10. 【請求項１０】 請求項５に記載の微生物担体を流動床
    に用いたことを特徴とする生物処理装置。