JPS62186995A - 廃水処理用微生物固定化担体とその製造法 - 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］ 本発明は微生物菌体を担体に膜状に固定化し、有機物を
含有する廃水をこの固定化生物膜に接触させて処理する
廃水の生物化学的処理に用いる菌体固定化担体並びに該
担体の製造法に関するものである。

［従来の技術］ 廃水中に溶解している有機物を除去するため、微生物を
利用した生物化学的処理が用いられている。従来この方
法は廃水中の有機物を基質として増殖する好気性微生物
を処理装置内に浮遊せしめて曝気する活性汚泥法が一般
的であったが、この方法は処理装置内の微生物密度が低
いため単位容積当りの廃水処理量が小さい、維持管理が
難しいためにフロックの形成状態によっては固液分離が
難しくなる、等々の問題があった。この欠点を解消する
ためアンスラサイト、砂、活性炭等を微生物担体に用い
、これを処理装置内に充填する固定層型又は粒状体とし
て流動化させる流動層型により生物膜を付着させて有機
物を処理する生物膜法が用いられている。

［発明が解決しようとする問題点１ 上記微生物固定担体を用いる処理法では処理装置内の微
生物密度が高くなるので単位容積当りの廃水処理量が多
くなる、又担体を用いるため固液分離が容易で余剰汚泥
発生街も少ない、といった利点がある。しかしこれらの
担体は運転開始より長期間にわたって生物膜が付着しに
クク、又付着しても担体同志の衝突などにより生物膜が
一度剥離すると、もう一度付者するまでに長期間を要し
、微生物が再び担体表面を覆うまでの問、処理水の水質
が橿めて悪化するという欠点があった。

このため、菌体をゲルの微細な格子の中に包み込むか、
半透膜性のポリマー皮膜によって被覆する包括固定化法
が開発され、包括固定化の担体としてポリビニールアル
コールをはじめ、ポリアクリルアミド、寒天等、多くの
材料が用いられている。しかし好気性微生物を固定化し
て廃水の生物学的処理に用いる場合、包括法ではゲル内
への酸素の拡散が律速となり、微生物の増殖が制限され
、担体の種類や大きさによるが事実上担体のごく表層の
微生物しか反応に関与しない。また包括固定化法におい
ては、原理的には菌体自身は結合等反応に直接関与しな
いが、実際の固定化の操作では、菌体を包み込む高分子
のゲルや皮膜の原料となる七ツマ−やポリマーと菌体と
を混合して重合させる、あるいは不溶化させる等の反応
を准めて菌体を固定化するため、この過程で菌体が失活
づる可能性がある。これに対してポリビニルアルコール
担体の表面に、穏やかな条件で菌体を結合固定化させる
ことができれば、固定化の際の失活を防ぎ、かつ菌体は
基質や酸素の失透しやすい担体表面に多く存在すること
になり、これを担体として有利に利用することができる
。

ポリビニールアルコールを包括法の菌体固定化担体とし
て利用する方法は、冷凍法（特願昭５９−２６１５４７
号）、ホウ酸法（特願昭５９−２２２８３２号）などが
報告されている。しかし冷凍法では型に入れ冷凍により
ゲル化させた後、円柱状、直方体等に成形する必要があ
り、かつこのような形状では機械撹拌や通気により角が
摩耗してまるくなり、担体が損失するという欠点があっ
た。又冷凍法、ホウ酸法いずれも水中で使用していると
ゲルが溶解し、固定化した菌体が漏出するため廃水処理
装置内で長期間利用することができないという欠点があ
った。

また従来のアンスラサイトや砂等を用いた微生物の固定
化法は、担体をカラム等に充填し、所望の微生物懸濁液
を連続的に通水する形で行われ、菌体が自然に付着する
のを待つものであったが、この方法では菌体Ｓをコント
ロールできない、又付着する生物膜は極めて薄く、担体
表面積当りの菌体密度を高く保持することができないと
いう問題点を有していた。

そこで本発明は、前記従来技術の欠点を解消すべく担体
表面に微生物を固定化することによってこれが殖種菌と
して働き、運転開始時の生物膜が付着しやすく、生物膜
が剥離しても速やかに再生することができる微生物国体
固定化担体を提供することを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明の第１番目はポリビニ
ールアルコールごとき親水性プラスチックのゲルビーズ
の表面に微生物菌体を半ば包括した状態で結合により固
定化して微生物固定化担体としたものであり、第２番目
の発明は担体に親水性プラスチックのゲルビーズを用い
、その表面に菌体を特殊な方法で固定化することを特徴
とする。

すなわち、ポリビニールのごとき親水性プラスチックの
水溶液をゲル化剤液中に滴下してゲル化させた後、生成
したゲルビーズを水、または固定化する微生物菌体の基
質水溶液、もしくは菌体を遠心分離した上澄中において
溶化、膨潤させ、次いで膨潤させたゲルビーズに凍結乾
燥した菌体を付着させたのぢ凍結、解凍を繰り返して廃
水処理用菌体固定化担体を製造するものである。

本発明における親水性プラスチックとは、水中において
膨潤して糊状となること、その膨潤さける操作が、固定
化する菌体に悪影響のないこと（例えば有機溶媒中での
膨潤化は不適）、凍結、解凍のように菌体を粘着させた
のち、溶液中で反応させるものでないこと（溶液中では
粘着した菌体が脱落してしまう）、更に凍結・解凍の際
に再ゲル化することが望ましく、一般的にはポリビニー
ルアルコールが用いられる。

ポリビニールアルコールはけん化度によって完全けん化
物と部分けん化物に大別され、さらに重合度によって低
重合度（３００〜５００）、中重合度（ｉｏｏｏ〜１５
００）　、高重合度（１７００〜２４００　）に分類さ
れる。このうち水に対する溶解性、水溶液粘度及びその
安定性から完全けん化物で中重合度のものを用いるのが
望ましいと考えられるが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、固定化する微生物菌体により種々のポリビ
ニールアルコールが使用し得る。ポリビニールアルコー
ルの濃度は高い程生成担体ゲルのゲル強度が高くなるが
、水に対する溶解性、水溶液粘度から１０〜１４％の濃
度になるように水に溶解した。又溶解に加熱が必要であ
るが、この加熱方法は水蒸気を吹き込む方法（８５〜９
５℃）等あるが、ママコの生成を防ぐためオートクレー
ブ（加圧釜）　　（１００〜１２０℃）を用いた。こう
して溶解したポリビニールアルコール水溶液を、液滴を
作るべく細口を有するシリンジより直ちにゲル化剤中に
滴下し、球形ゲルを１ｑる。

ゲル化剤としては、たとえば塩化ナトリウム、硫酸ナト
リウム、ボウ砂、ホウ酸、メチルアルコール、アセトン
等を用いることができるが、ゲル化性から飽和ホウ酸水
溶液を用いた。ゲル化を完全に進行させるためゲル化剤
中で１晩程度撹拌、浮遊させた後取り出し、流水にて十
分洗浄し、表面のゲル化剤を洗い落とす。

前記のように、従来の微生物の固定化法は、菌体岳をコ
ントロールできないし、又付着する生物膜は極めて薄く
、担体表面積当りの菌体密度を高く保持することができ
ない。これに対し本発明においては、固定化する国体を
凍結乾燥することによって菌体細胞の有する自由水、間
隙水等を昇華除去し、単位体積当りの乾燥菌体重量を増
してこれを固定化するため菌体密度を高く維持できる。

すなわち、前述のように水洗したゲルビーズを水又は菌
体懸濁液を遠心分離した上澄中に混合し、数時間撹拌す
ることによりゲルビーズは表面が膨潤、溶解し、糊状と
なる。これを水より分離し、別途凍結乾燥した菌体と混
合、表面に乾燥菌体を粘着させ、次いで冷凍庫内（−２
０〜−８０℃）で凍結後、室温で解凍、この凍結、解凍
の操作を２〜３回繰り返すことによって溶解したゲル表
面は再ゲル化する。この際表面に粘着していた乾燥菌体
は、ゲルに半ば包括される形で結合固定化される。

このため副次効果として、好気性菌に比較して一般に担
体等への付着力が小さいといわれている嫌気性菌の固定
化にも本発明は利用でき、廃水処理への用途は拡大する
と考えられる。

また、上記特願昭５９−２６１５４７号および同５９−
２２２８３２号のごとく冷凍法、ホウ酸洗によって菌体
を固定化したものは、処理期間中にゲルが溶解し、固定
化した菌体が漏出するおそれがある。これに対し本発明
のごとく、ポリビニールアルコールで球状様のゲルを作
ったのち菌体を表面に固定化する場合、成形の問題は容
易に回避され、又当該固定化担体を使用する場合におい
ては、表面に結合した菌体の増殖により菌体同志が粘着
結合し、ゲル形状が保たれるため、長期間の使用に耐え
得る固定化担体を提供することができる。

なお第１図は、本発明固定化担体作成のフローシートを
示すものであって、符号１はＰＶＡの溶解、２はＰＶＡ
の水溶液、３はＰＶＡ水溶液をゲル化剤液中に滴下して
ゲル化、４はゲルビーズの分離・水洗、５はゲルビーズ
の表面再溶解、６は被固定化微生物の懸濁液、７は遠心
分離、８は凍結乾燥、９は粉砕、１０は前記表面再溶解
ゲルビーズと粉砕された乾燥菌体との混合、１１は冷凍
、１２は解凍、１３は冷凍・解凍を繰返するための回路
、１４は固定化担体を示している。

以上のように本発明によれば、担体の表面に固定化され
た菌体が殖種菌として作用し、生物膜が速く付着すると
共に、たとえ運転中に生物膜が剥離しても再生が速やか
に行われ、−ａして良好な水質の処理水が得られる。

次に実施例に基づいて本発明を詳述するが、木発明はこ
れに限定されるものではない。

［実施例］ けん化度９８％以上、重合的２０００のポリビニールア
ルコール２５０１Ｊを水２ｇに懸濁し、オートクレーブ
を用いて１２０℃（２ｋＭｃｎ＋２）　２０分で加熱溶
解した。この水溶液を１　ｍｍ径のノズルより飽和ホウ
酸水溶液中に滴下し、球形のビニールアルコール・ゲル
ビーズを生成、１晩ホウ酸溶液中で撹拌した。浄化微生
物（活性汚泥）　　（ｔ４Ｌｓｓ４１００ａＭ　ＩＩ　
）５１を遠心分離により集菌し、菌体は３％ショ糖溶液
２００１　ｆに分散浮遊させて一５５℃で２時間かけ４
゜て凍結乾燥させた後、乾式粉砕機により粉砕し、乾燥
粉末菌体２１（＋を得た。活性汚泥を遠心分離した上澄
中で５時間撹拌し、表面を溶解させたポリビニールアル
コール・ゲルビーズを乾燥菌体と混合、表面に菌体を粘
着させた。これを−４０℃の冷凍庫内で１日凍結させた
後、室温で解凍、この凍結、解凍の操作を２回繰り返し
て固定化担体２１８０Ｑを得た。

得られた固定化担体は、径３．５〜４１１１の球状で表
面の菌体の一部がポリビニールアルコールの巧い被膜で
覆われている。

基呈１ 実施例１で得られた固定化担体を３ｇ容の曝気槽内に投
入し、ＢＯＤ２９０〜３７０ｍｇ／　１２の都市下水（
Ｃ０ＤＨｏ：１２０〜１７０ｎ＋ｇ／　１　、ＳＳ：１
５０〜２００ｍｏ＃！　）を連続して通水し、ｎ苗蒔Ｉ
Ｉ４時間、容積負荷２、０ｋＱ−ＢＯ口／ｌ’　−ｄａ
ｙ　テ処理した。９０日間運転した結果を第２図に示す
。３８目で処理水は安定し、その復も良好な処理水が安
定して得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の微生物固定化担体を作成するための工
程図、第２図は同上担体を使用して廃水を曝気処理した
場合の８０口の経日変化である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　親水性プラスチックのゲルビーズの表面に微生物菌
   体を半ば包括した状態で結合固定化させたことを特徴と
   する廃水処理用微生物固定化担体。 ２　親水性プラスチックの水溶液をゲル化剤液中に滴下
   してゲル化させた後、生成したゲルビーズを水、または
   固定化する微生物菌体の基質水溶液、もしくは菌体を遠
   心分離した上澄中において溶化、膨潤させ、次いで上記
   膨潤したゲルビーズに凍結乾燥した菌体を粘着させたの
   ち凍結、解凍を繰り返して再ゲル化させ、ゲルビーズ表
   面に半ば包括した形で菌体を結合固定化することを特徴
   とする廃水処理用菌体固定化担体の製造法。