JPS58198288A - 微生物付着用粒子 - 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】 本発明は微生物付着用粒子に関し、詳しくは水処理や発
酵生産に用いられる微生物を付着、担持するための合成
樹脂製の筒状粒子に関する。ここで筒状粒子とは貫通し
た中空の粒子であって切り口、すなわち横断面が円形、
楕円形、多角形（たとえば三角形乃至十二角形で星形の
ものなども含む）等のものを云う。

従来、家庭排水、工場排水等の排水処理の方法に関して
ｐ過、沈降分離、生物処理等の広い分野にわたる技術が
提案されている。これらの方法のうち、特に水に浮遊す
る担体を使用してｐ過、生物処理等を効果的に行なう方
法が開発されている。

また、特定の有用物質の生産を目的として行なわれる発
酵においても同様に培養液よりも比重の軽い担体を用い
、該担体に微生物を付着させて発酵を行なう固定微生物
膜法等が採り入れられてきている。

これらの方法に使用される軽量粒子としてはパーライト
、シラスバルーン等で代表される天然の軽量物や比重が
１未満の合成樹脂粒子のほか、発泡することにより低比
重にした合成樹脂、たとえば発泡ポリエチレン、発泡ポ
リプロピレン、発泡ポリスチレン等の既に充填材、ｖ＆
着剤、保温材等の目的で市販されている粒子が用いられ
ている。

しかしながら、天然の軽量物は水を吸収し易いため、半
永久的に水に浮上する粒子として用いるには亀がある。

また、低比重の合成樹脂粒子は均−なものが大量に得ら
れるという有利性がある反面、微生物膜と粒子表面の固
着強度が小さいため。

粒子同士あるいは粒子と器壁との摩擦や粒子と水または
気泡による剪断（以下、単に粒子同士の接触という。）
によって微生物膜の一部あるいは全部が剥離するという
欠点がある上に、経済性の立場からみて合成樹脂原料が
高いために粒子のコストも高いものとなってしまう。

このような状況下において本発明者らは合成樹脂と無機
質材料との混合物を主成分とし、これを発泡せしめて得
られる粒子が親水性にすぐれ、しかも微生物膜の付着性
が極めて大きく、さらに合成樹脂と無機質材料の比率を
変化させる゛ことＫより粒子内の気泡のほとんどが独立
気泡として維持されるため、半永久的に水に浮上する粒
子として使用できることを見出し、水処理用の新規な微
生物担持用粒子として提供するに至った（％開昭５６−
８９８９７号）。さらに、該低比重粒子に改良を加えた
ものとして発泡合成樹脂の表面に特定粒子径の無機およ
び／または有機の物質を付着させた低比重の微生物担持
用粒子を開発した（％願昭５６−１３１２４１号）。こ
れは合成樹脂の発泡倍率を高くして合成樹脂の使用量を
可及的に減少せしめるばかりでなく、粒子の比重調整を
容易に行なうことができるという特色を有している。

しかしながら、これら微生物担持用粒子に共通して言え
ることは、該粒子に微生物を付着、担持させて液中で固
定することな（使用する処理法、たとえば流動層、混合
層等による処理法では、固定層による処理法において見
られるような増殖微生４１による目詰まりもなく、しか
も高濃度の微生物を保持できるため高い反応速度が得ら
れるという長所を有しているが、粒子から剥離してくる
余剰微生物は微細であり沈降性が想いため、後段の余剰
微生物に起因する８８分離のための従来型の重力沈降槽
等を使用する場合、その装置を戒程度大きくせざるを得
ないと（・う短所があった。このた：、＼。

め、このような水処理法においては沈降性の良好な余剰
微生物を得ることが望まれていた。

本発明の目的は上記の欠点を解消して沈降性の良好な余
剰微生物を排出すると共に、該余剰微生物の発生量が少
なく、かつ微生物の付着性にすぐれた微生物付着用粒子
を提供することである。

本発明は、比重が１未満の合成樹脂より成る筒状粒子で
あって、外径が１．５〜１５ｊＬｔ、長さと外径の比が
０２〜６０であり、かつ肉厚が０．０５〜１．０闘であ
る筒状粒子の外表面を粗面化処理してなる微生物付着用
粒子である。

本発明に用いる合成樹脂は真比重または見かけ比重が１
未満のものであり、特に熱可塑性樹脂が好ましく、具体
例としてはたとえばポリエチレン。

ポリプロピレン、ポリスチレン、メチルペンテンポリマ
ーなどを挙げることができる。ここで、これら合成樹脂
は広義に解釈されるべきであり、たと央ばポリエチレン
を例示すると、エチレンのホモポリマーのみならずエチ
レンと他のオレフィンとのコポリマー等も包含するもの
である。また、合成樹脂の比重についても発泡させて比
重を１．０未満としたものも本発明に包含される。

合成樹脂に既知の成形手段を適用して筒状粒子を得るが
、該粒子の形状は前述したように貫通した中空の粒子で
あって切り口、すなわち横断面が円形、楕゛円形、多角
形などのものである。多角形としては三角形、四角形、
六角形等が一般的で、星形を含む十三角形程度のものま
で任意である。

筒状粒子は、たとえば押出し成形によって得られる成形
体をカッター等によって一定の長さに切断することＫよ
って容易に得ることが出来るが、製造しやすく、かつ微
生物膜が均一な厚さで付着しやすく、しかも比表面も太
きいという理由から横断面が円形のものが好ましい。

本発明の筒状粒子は外径が１，５〜１５Ｍのものであり
、外径が小さい程、比表面積が大きくなり好ましいが外
径が１．５１１１８未満であると゛、水処理等に用いた
場合１粒子表面に付着している微生物により粒子同士が
凝着するため、効率的な水処理等が行なえず、かつ該粒
子内表面に微生物が増殖し充満するため該粒子内部は反
応に有効に作用しないこととなる。一方、外径が１５１
１ｍを超えると、比表面積低下に伴ない微生物保持量が
低下し、単位容積当りの反応速度が低下して回転円板、
散水Ｆ床、浸漬式ｐ床等の従来法における反応速度に近
づいてしまい本発明の特色が失なわれることとなる。反
応速度の面からみると、粒子の最も好ましい外径は１゜
５〜１０Ｉｕの範囲である。しかしながら、糖類、デン
プン類などを含有する排水を処理する場合、付着微生物
の膜厚が異常に大きくなり、小さい粒子を使用すると互
に凝着することがあるので、このような基質を含有する
場合には外径かｌＯ〜１５龍程度の粒子を用いることが
適している。なお、筒状粒子の外径については横断面が
円形以外のものは円相当径を外径として取扱えばよい。

次に、筒状粒子の長さくＬ）と外径（Ｄ）の比（Ｌ／Ｄ
）については０．２〜６０とすべきであり、この比が０
．２未満であると、中空内部に微生物が保持され難いの
で余剰微生卿の生成量の減少と良好な沈降性という本発
明の特色が失なわれてしまう。一方、この値が６０を超
えると粒子の長さが長すぎて使用の際に粒子の移動性が
悪くなり、たとえば流動層で使用すると流動性を著しく
阻害する上に、微生物反応によって生成したガスや曝気
用ガスが筒状粒子内部に内包して該粒子の見かけ比重が
軽くなったり、該粒子内部に微生物を十分に保持できな
くなるという欠点が生じる。また、この値が太き（・と
粒子の充填効率も低下する。したがって、一般的には比
（Ｌ／１））を０５〜３．０の範囲とすることが好まし
い。

また、筒状粒子の肉厚は００５〜１０鵡であることが必
要で、肉厚が０．０５１Ｌ１未満では粒子の輸送、貯蔵
時に破損しやすく、また１、０闘を超えると筒状粒子の
内表面の比表面積が減少するばかりでなく、合成樹脂の
使用普が増大し、コスト高を招く。中空部の径は粒子の
外径および肉厚によって異なるが通常１ｎφ以上である
ことが好ましい。

さらに１本発明の微生物付着用粒子は外表面を粗面化処
理することによって微生物の付着性を改良したものであ
る。この処理を行なうことＫよって粒子単位体積当りの
微生物保持量を増大することができる。粒子の表面な粗
面化処理しないで流動層、混合ｌ―、輸送−を形成して
行なう水処理等に使用すると、粒子同士の接触により通
常は筒状粒子の外表面には微生物はほとんど付着しなく
なる。１このような現象は粒子に効率よく微生物を付着
させて利用するという立場からは好ましくない。したが
って、外表面の粗面化は筒状の微生物付着用粒子には重
要なことである。

粒子外表面の粗面化方法には、たとえば押出し成形等に
より得られる成形体を一定の長さに切断する前に、その
表面を加熱処理する方法、濃硫酸などの酸を用いてエツ
チングする方法、研磨材などによる機械的手段により処
理する方法などがある。これらの熱的、化学的、物理的
表面処理により粒子の表面に凹凸、ひだ１．傷などをつ
けることによって微生物の付着性を良くし、かつ妻矛字
粒子同士の接触によっても付着微生物のほとんどが容易
には剥離しないようにすることができる。

粒子表面の粗面化状態と微生物の付着性をさらに詳細に
検討すると、粗面化処理方法の違いによる粗面化状態の
相違が微生物の付着性に大きな影響を与えることが判る
。すなわち、熱的あるいは化学的Ｋｔｓｃ面処理を行な
った粒子の表面には凹凸が形成されるか、この凹凸は一
般に滑らかなものであり、微生物の付着性は無処理の場
合よりも大巾に改善されるが、粒子同士の接触によって
微生物は比較的剥離されやすい。

一方、物理的（機械的）な手段により粗面化したものは
粒子表面Ｋ「引掻き傷」、［ささくれ］などの表面傷が
生じている。これらの表面傷は微生物の付着を容易にす
ると共Ｋ、粒子同士の接触によっても微生物は剥離し難
い。合成樹脂に発泡剤を添加して比重を低下せしめた筒
状粒子に同様な物理的手段を施すと、さらに鋭利な表面
傷の発生が見られるが、これは筒状粒子の表面近傍に存
在する独立気泡が物理的処理によって破壊されることに
起因するものと考えられる。前述の如く、これらの鋭利
な「引掻き傷」や「ささくれ」などの存在する粒子表面
には微生物が付着しやす（、付着に要する日数も短期間
ですむ上、付着した微生物１１粒子同士の接触があって
も剥離しにくいという特性を有していることが判明した
。したがって１本発明では物理的な粗面化処理を行なっ
た筒状粒子が好ましい。

物理的な粗面化処理手段としては、たとえば押出し成形
により得られる筒状成形体の表面に研磨材あるいは研磨
ブラシノをかける方法や鋭利な刃物を１個もしくは複数
個設置して該表面に傷をつける方法等がある。このよう
な処理方法は表面処理用機械等を固定しておき筒状成形
品を連続的に移動させたり、該機械等を回転あるいは往
復運動させて筒状成形品を連続的に処理するなどの連続
的操作が通常行なわれる。次いで、表面処理された筒状
成形体を一定の長さに切断することによって本発明の微
生物付着用粒子が得られる。

物理的な粗面化処理を施した粒子は微生物の付着性が良
好であるため、該粒子の素材としては微生物が付着した
状態でも該粒子が沈降しないように比重が約０．６〜０
．９のもやを使用すべきである。

本発明の筒状粒子は、前述したように押出し成形等によ
って一定の成形体を作るため、均一な肉厚のものが得ら
れ、次（・でカッター等で所定の長さに切断するので長
さもほぼ均一である。したがって、均一な形状で、かつ
比重も一定となるため。

使用中に一部の粒子が沈降するようなこともなく、良好
な流動性が得られる。さらに特筆すべきことは、本発明
の筒状粒子な使用した微生物処理装置尋から排出される
余剰微生物は従来のものよりも沈降性が著しく良好であ
るため、後段のＳＳ分離のための沈降槽、濾過槽を小型
化することができ。

しかも８８分離後は極めて透視度のすぐれた処理水を得
ることができる。また、排出されるＳＳの蓋が従来の粒
子を用いた場合と比較して少ないことも本発明の特色の
１つである。なお、本発明の筒状粒子は水処理や発酵生
産に利用されるが、固定床方式以外の方法、すなわち固
定床装置を用いて水処理を行なう方法以外のものに好適
に用いられ、たとえば流動層装置、完全混合装置等を用
いて流動層、混合層、輸送層などを形成して処理する方
　　１法に％に有利に適用することができる。その場合
、処１１ｉ法としては下向流、十字流、上向流のいずれ
のタイプのものであっても差支えなく、上向流とする場
合にはガスを吹込むことにより流動層、混合層を形成す
ることができる。

従来の粒子を用いて水処理を行なった場合、一般に該粒
子に微生物を付着させ流動層や混合層などを形成せしめ
た生物反応槽では粒子同士の接触が常に行なわれており
、′８子表面に増殖、付着している余剰の微生物はその
一部が絶えず剥離され、系外に流出する。ところが、こ
の余剰微生物は極めて活性度が高く、微細であるため沈
降性が悪い。

そのため、清澄な処理水を得るためには、大型の重力沈
降槽を用意したり、凝集剤を添加する等の対策が必要と
される。しかし、本発明の筒状粒子を用いた場合、該粒
子外表面に増殖、付着する微生物は粒子同士の接触によ
っても容易には剥離せず、粒子への付着時間が長い。ま
た、筒状粒子の内部表面に増殖、付着する微生物は粒子
同士の接触による剥離は行なわれず、該筒状粒子内部を
通過する水や気体の流れによって剥離する。このとき余
剰微生物に与えられる力は外表面に存在する余剰微生物
に加えられる力よりも小さいため、剥離する微生物量は
外表面に比し少なく、粒子に対する微生物の付着時間は
長くなる。そのため、筒状粒子の内部表面に付着してい
る微生物の粘性が増し、微生物同士の結合力も大きく、
また懸濁している微細で沈降性の悪い微生物等を捕獲す
るため、水や気体の流れなどによって剥離した余剰微生
物は凝集性が大きく、良好な沈降性を示す。さらに、前
記の如く懸濁している微生物の捕獲のほか筒状粒子内部
表面に付着している微生物は外表面の微生物に比し一層
剥離し難い。そのため、微生物の付着滞留時間が長くな
り、好気性消化が行なわれるので汚泥量が減少する。

次に、本発明の筒状粒子の使用例を示す。

使用例 異なる粗面化処理を施した中空円筒粒子（素材：ポリプ
ロピレン）を使用して水処理実験を行ない、微生物の付
着速度、付着微生物濃度、処理水ＢＯＤおよび処理水８
Ｂ沈降速度を下記の下向流流動層装置を使用し【求めた
。

第１図に示すようなエアーリフトチューブ４を内蔵し一
、エアーリフトチューブ４下部と反応部３下部に散気管
を備えた微生物反応槽Ａに第１表に示すような各種の粒
子を充填し１反応槽上部よりポンプ２にて排水を供給し
た。一方、エアーリフトチューブ内をエアーリフトによ
り上昇して（る処理水の一部を原水と混合せしめて微生
物を付着した粒子を充填した反応部に下向流で通水し、
かつ散気管からの曝気により該反応部の粒子層に空気を
供給し、排水中の有機物を好気的に微生物処理した。な
お処理条件は次の通りである。

反応槽：ボリ塩化ビニル樹脂製、直径４Ｂ。

高さ約８０　ｃｌｌ（容量約６１）のものを４台使用 粒子充填量：約２ｇ 原水：魚肉エキスを水道水に溶解したもの原水供給量：
約２１／ｂｒ 流動床エキスパンション：静止層高の約１．５〜２倍に
なるようにエアーリフトチ ューブ４下部より空気を供給。なお。

散気管５より空気を供給し、処理水 の溶存酸素が１　ｐｐｍ以上保てるように空気量を調整
した。

実験期間＝２５ケ月 平均水温：２０７°Ｃ 原水ＢＯＤ　：約２００　ｐｐｍ 微生物の付着速度および付着微生物濃度に関して各々の
粒子を使用した連続実験結果を第６図に示す。第６図中
１Ｍ１ｘｅｄ　Ｌｉｑｕｒ　５ｕｓｐｅｎｄｅｄ　８ｏ
１ｉｄ（ＭＬ８８）は微生物濃度を表わす。ＭＬ８８測
定は４台の反応槽より１００　ＣＣの粒子を抜き取り、
０３規定の炭酸ンーダ溶液中にサンプルを入れて攪拌を
行ない剥離した微生物濃度を求めることにより行なった
。第６図はＭＬ８８の軽力変化を示すものである。

第６図より明らかなように、物理的表面処理を施した粒
子は発泡、無発泡に関係なく　ＭＬ８Ｂ濃度が高く微生
物保持能力に極めてすぐれている。また、微生物の付着
速度に関しても、１ケ月以内に急速な付着が行なわれ、
それ以降は微生物濃度は平衡に達する。平衡時における
ｍＬｓ　ｓ濃度は１８．０００〜２０，０００　ｐｐｍ
に達し、粒子ム３およびム４と比較し、極めて高濃度に
微生物を保持することが判明した。

一方、化学的表面処理を施した粒子Ａ３は物理的表面処
理を施した粒子に比較゛して微生物付着速度が緩やかで
あり、１５〜２ケ月ではぼ平衡状態に達するが、その時
のＭＬ８８濃度もやや少なく５．０００　ｐｐｍ未満で
鉛る。

さらに、粒子表面に対して粗面化処理を行なわなかった
Ａ４の粒子は約１ケ月の間微生物の付着がほとんどなか
った。１．５ケ月よりλｆＬｓ８は増加したが、外表面
の状態は粒子と粒子の接触により光沢があり、微生物は
ほとんど付着していない。

ＭＬＳＳの増加は内筒部の内表面に付着増殖してきた微
生物に起因するものと考えられる。このため、４種の粒
子のうち平衡時のＭＬＳＳ濃度は一番低い値を示した。

１．５ケ月から２５ケ月のほぼ平衡状態となったときの
処理水ＳＳ沈降速度および処理水質のＥＯＤ濃度（平均
値）を示すと第２表のようになった。

第２衣 以上の４種の粒子についての同時比較実験により、表面
に物理的処理をして多数の表面傷をつけた粒子の表面に
は微生物が極めて付着し易く、微生物の濃度も極めて高
濃度に保持され、処理水質も極めて良好で処理水ＳＳ沈
降速度も著しく速いものが得られることが判明した。

【図面の簡単な説明】

第１図は好気性処理装置の説明図であり、第２図〜５図
は本発明の粒子の実施例の見取図である。 第６図はＭＬＳＳの軽力変化を示すグラフである。 ｌ・−原水供給管、２・・・ポンプ、３・・反応部、４
、− ・・エアーリフトチューブ、５・・・散°気管、６・・
・処理水抜出し管、Ａ・・−反応槽

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、比重が１未満の合成樹脂より成る筒状粒子であって
   、外径が１．５〜１５１１１１、長さと外径の比が０２
   〜６．０であり、かつ肉厚が０．０５〜１．０鴎である
   筒状粒子の外表面を粗面化処理してなる微生物付着用粒
   子。 ２、合成樹脂が熱可塑性樹脂である特許請求の範囲第１
   項記載の微生物付着用粒子。