JPS62262796A - 水性相中の生化学的転化方法における担体としての重合体担体塊の使用 - 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〕 本発明は生化学的な転化プロセス、そして特に廃水の生
化学的な精製における担体として、水中で浮かぶ親水性
の連続気泡重合体の担体の塊を使用することに関するも
のである。

〔従来の技術〕

生物的な転化プロセス、特に廃水の生物的な精製のため
に無機または有機の担体材料を使用することが知られて
いる。米国特許第久ｊ７乙、７／♂号（ドイツ特許出願
公告明細書第３．≠０２，６９７号に対応する）、およ
び同第４Ｌ、６０９３７７号（同第３．≠０２乙り了号
に対応する）、／りｆ弘年／／月／６日に出願された米
国特許出願第乙７シ≠３７号（同第３．４ｔＯ，２，乙
り４号に対応する）、／りｆ６年り月／７日に出願され
次米国特許出願第ｆざＩＩ、乙ｆ１号（同第ユｊコ乙、
／ｇ！号に対応する）、および／りど６年り月／♂日に
出願された米国特許第ど♂７．０　／　７号（同第３、
３；　２　ｇ、　／　、ｒ≠号に対応する）１、／りど
６年７月１ｇ日に出願された米国特許出願第ざｇ乙、、
！ｉ’！３号（同第３．ｊ２乙、７２３号に対応する）
に記載された担体材料は、使用される担体材料の代表的
なものであシ、これらの明細書に開示されている事項は
参照によって本明細書中に加えである。典型的には、こ
れらの方法において、廃水の生物的な精製は、沈降する
傾向のある（すなわちタンクの底に沈降し易い）懸濁液
の形の固体、流体または流動床として担体を含む塔状の
活性化したスラッジタンクまたはバイオリアクタの中で
遂行される。

〔研究に基づく知見事項〕

驚くべきことには、水で飽和され、かつバイオマスを含
ませたときに水性媒体の密度よりも僅かに低い平均密度
を有し、したがって水性媒体の表面に向って浮く担体の
塊を使用すると、廃水の生物的精製に対して多くの注目
すべき利益をもたらすことがここに発見された。

この場合、反応器の中の濃度差をなくすのに必要なエネ
ルギーの量は、沈降する傾向のある担体材料を使用する
ときに必要なエネルギーの量よりもかなシ小さくなる。

これまでに知られている沈降性の担体材料と比較すると
、本発明にしたがって使用される密度の低い担体材料は
、遥かに少ない量で同じ効果を生ずるという利点を有す
る。

〔発明の構成および発明の詳細な説明〕したがって、本
発明は、水性相における好気性、酸素欠乏性または嫌気
性の生化学的転化プロセスのための担体として、水中で
浮かぶ、充填材を含む親水性の連続気泡重合体の担体の
塊の使用において、使用される重合体の担体の塊が、水
で飽和され、かつバイオマスを含ませたとき、担体の少
なくとも７０容量チが水性媒体よりもわずかに低い密度
を有する個々に分離した粒子から成ることを特徴とする
前記使用に関するものである。

より詳しくは、本発明は、微生物で有機物を除去するこ
とによって、廃物を含む水性液体を生物的に処理する方
法であって、前記微生物のための担体材料が前記液体に
加えられ、かつ前記担体材料が充填材を含む、個々に分
離した粒子の形の親水性の連続気泡重合体からなる前記
処理方法において、前記重合体粒子が充填材を含むとと
もに、水で飽和され、かつバイオマスを含ませたときプ
ロセス中に形成された担体の少なくとも７０容量チが、
前記液体の密度よりもわずかに低い平均密度を有し、そ
れによって前記液体の上方の３分の２の中Ｋｇ濁してい
る点が改良されている前記処理方法をめざしている。

重合体担体材料の充填材含有量は、担体の乾燥物質を基
にして、３〜乙Ｏ重債チ、好ましくは５〜５０重量％、
そして特に好ましくは７０〜３０重１％である。

本発明にしたがって使用すべき担体材料は、従来知られ
ている沈降性の担体塊と実質的に同様な化学組成を有す
る。これは、本発明の担体の塊として、重合体および／
ｉたは重縮合物および／または重付加生成物を基とした
担体の塊が使用できることを意味しており、このような
担体の塊の製造は、例えば前に確認した参照文献の中に
記載されている。

本発明方法において使用すべき担体の塊の製造は、前記
文献の参照事項中に示されている製造方法と完全に類似
している。これらの参照文献の中に一般に記載され、か
つ廃水の精製のために使用される担体材料の密度は、水
で飽和され、かつバイオマスを含ませたとき、その材料
が精製することが要求されている廃水中で沈降する傾向
を示すような密度である。本発明方法において使用され
る担体の塊は、その化学的組成が沈降性の担体の塊のそ
れと実質的に同様であるけれども、本発明方法において
使用される前記担体の塊が前記文献の参照事項に記載さ
れた方法と類似した方法によって製造されるとき、使用
された成分の性質および量は、それらの材料が水性媒体
中で浮く性質ヲもつように選ばれる。「浮く」とは、担
体材料が水で飽和され、かつその担体材料の少なくとも
！０容量チ、好ましくは少なくとも♂０容量チ、そして
最も好ましくはりＯ〜１００容ｔチの「充填塵」までバ
イオマスを含有させたときに、その担体材料が水性相の
上方の３分の２の中で懸濁することを意味している。こ
れはまた、担体材料の全く取るに足らない割合だけが、
すなわち１０チ以下、そして好ましくは２チ以下が水性
媒体の表面の上に突出することを意味している。この定
義の及ぶ範囲内で、水で飽和され、かつ少なくとも７０
容量チの程度までバイオマスを含有させた個々の粒子が
水性媒体よりもわずかに密度が小さいとき、担体の塊は
一般に浮く。

これと関連して使用される「充填塵」という用語は、バ
イオマスが満たされ、かつ水で飽和された担体材料によ
って占められる割合を、水性媒体を満たした反応器に対
する容量チで表わした値を意味している。

したがって、本発明によって使用される担体の塊は、浮
かび、かつ結合した形で好ましくは親水性の充填材を含
むとともに、水中で、特に生物的な清澄タンク中で長年
放置し念ときでも安定である、吸水性の高い多孔質重合
体の担体の塊である。

充填材のために使用される結合剤は、随意に水性エマル
ジョンまたはポリウレタン水性分散液の形でポリインシ
アネートプレ号？リマーとして好ましく使用される水性
分散液および／またはポリウレタン（尿素）塊の形に凝
固し、そして充填材に対してマトリックス作用を発揮す
る重合体であり得る。低分子量のポリインシアネートが
重合体の水性分散液のための改質用成分として使用する
ことができ、そしてこれは重合体マトリックスの結合力
を向上させる。これらの重合体は非イオン性、親水性で
あり得、かつ／またはそれらは高分子に組み込まれる陰
イオン基および／または陽イオン基を含むことができる
か、あるいはそれらの重合体は適当な外部乳化剤との混
合物として存在できるか、あるいは担体の塊の親水性が
適当な親水性充填材によって保証されることを条件とし
て、それらは大いに疎水性となることもできる。廃水の
生物的精製において使用される担体は多くの場合イオン
性、特に陽イオン性の重合体担体である。

上記の参照事項の中で述べたように、微生物に対して不
活性でなければならない充填材の選択は、廃水中に溶解
している成分の吸収力と吸着力、および大きな表面、し
たがってバイオマスによるコロニゼーションのための空
洞および保護空間に関して、非常に重要である。特に好
ましい充填材は、粉砕した粒状の形で添加できるポリウ
レタンフォーム、特に粒状の屑材料として大量に入手で
きる、３０ｍ未満、好ましくは２０■禾満、そして最も
好ましくは３〜／！糊の平均粒子寸法を有する柔軟なポ
リエーテル−ポリウレタンブロックフオームである。半
硬質または硬質ポリウレタンフォームは専ら粉末の形で
使用される。担体の塊の親水性は、特に親水性（例えば
イオン性）結合剤の使用および／または親水性充填材（
例えば亜炭粉末、ビートまたはマグネタイト）の添加に
よって保証される。好適な充填材および結合材の例は前
述の文献の参照事項中にもみることができる。

本発明方法において使用される担体材料は、無水の状態
において、０．３１７ｃｍ未満、好ましくは０、．２９
　／ｃｍ’未満、そして最も好ましくは０．　／　１１
７ｃｍ’未満の密度を有する。これらの担体材料は、一
般に７０の未満、好ましくは５１未満、そして最も好ま
しくは０．３〜２ｊｃｍの平均粒子直径を有する個々に
分離し次粒子の形で使用される。。

本発明にしたがって便用される担体材料は、その著しい
親水性のために、水と接触すると、水で完全に飽和され
るまで膨潤する。この水の吸収と、清浄化プロセスの開
始後まもなくバイオマスで満たされるようになる結果、
その担体材料は水性媒体の密度よりも僅かしか低くない
平均密度を速やかに獲得する。

本発明が意図している廃水の精製は、一般に、本発明に
したがって使用される担体材料が、水性相の全容量のｊ
−乙ｊ容量チ、好ましくは１０〜ｊＯ容景チ、そして特
に１０〜３０容量チの「充填塵」Ｋ相当する量で充填さ
れている活性化タンりまたは廃水塔の中で遂行される。

廃水の＃製のために担体材料が本発明にしたがって使用
されるとき、精製すべき廃水は好ましくはタンクまたは
塔の上方領域に連続的に導入される一方、精製された廃
水はタンクまたは塔の下方領域から連続的に抜き出され
右。原則として、汚れた廃水を下方領域に導入する一方
、精製された廃水をタンクまたは塔の上方領域から抜き
出すことができるが、その場合、精製された廃水が排出
される場所において、後に濃縮される担体材料が持ち去
られないように注意を払う必要がある。

本発明は以下の実施例によってさらに説明されるが、こ
れらの実施例によって限定されることは意図されてなく
、実施例中のすべての部および百分率は、別に明記され
ていなければ重量によるものである。

〔実施例および発明の効果〕

Ａ）重合体担体の塊の製造 ／　、２　ｗａ　Ｘ　／　、２　ｗ　Ｘ　／　、２　ｍ
の寸法を有する立方体に切断された、０．０２ｊｔｌｃ
ｍの密度を有する疎水性のポリエーテル−ポリウレタン
フォーム７０重量部：１００μｍ未満の平均粒子寸法と
７重量％の残留水分含有ｔを有する、不活性な乾燥亜炭
粉末２人！重量部；より重量％のインシブネート含有量
を有する、米国特許出願第６７２．ｌＡ３り号、第１表
の陽イオン性インシアネートプレポリマーＫＯ−ＰＰ−
Ｅ　／　０．０１ｊＬ量部；水（＠度：ｊＯ℃）５０重
量部、からなる出発材料を、米国特許出願第６７２≠３
り号、方法Ａ３に記載されたような二翼式（ｔｗｉｎ　
ｐａｄｄｌｅ　）スクリュトラフの中で混合し、そして
４４ｊｔｌ：の生成物温度における７分間の滞留時間の
後、前記材料をトラフ端部の底の開口を通してｐ耳内に
排出し、ついでサイクロンを通し圧縮空気で充填用容器
に移した。最終生成物は立方体状を呈し、親水性である
結果、水で直ちに濡れた。それは水よシもわずかに密度
が低いので、表面から突出しないで水中に浮いた。

充填材を含む重合体担体材料は、水中に懸濁したとき、
懸濁液／ｍ　に付き／り時の乾燥物質含有量をもってい
次。重合体担体の連続気泡の中および問および立方体の
中の水分含有量はり乙／％に達した。水から取シ出した
とき、この担体材料は次の嵩密度（ｋｇ／ｍ）をもって
いた。

１０分間しずくをたらしたとき２３０ｇ水を搾り取った
とき（３パール）：Ｊ−Ｊ−（水が脱落しなくなるまで
） １００℃において乾燥したとき：２０ Ｃ２０時間、真空） Ｂ）本発明による使用：　亜硫酸法セルロース工場の塩
素漂白から生じた種々の等級の不純物を含む廃水の連続
式の嫌気型生物的精製のため。

使用した装置は１００１の容量と、／：２の直径対高さ
比を有する円筒形のガラス製容器であった。バイオリア
クタの上部にある孔のあいた環状の管から廃水を連続的
に導入し、そしてバイオリアクタの下部からこれを排出
させた。容器内の水面を流入点の上３ｍに調整でさるよ
うに、孔あきダイヤフラムを備えた排出装置に、連通管
が取り付けられていた。

前記のポリウレタン担体材料をバイオリアクタの中に導
入した。水性懸濁液における充填度は２ｊ容ｔ％であっ
た。

’Ａ２乙ｊｍ９／ｌのＣＢＳ値（化学的酸素要求量）に
相当する不純度を有する廃水は、連続流動式反応器の中
で、ｊ週間以内、かつ３日間の平均滞留時間でバイオマ
スを発育させた。微生物は殆ど専ら担体材料の上とその
内部の気泡状空間の中に毛状物質の形で沈着した。生成
した、主としてメタンからなるバイオガスは、担体材料
に妨げられることなく自由え逃げ出すことができ、そし
て反応器頂部の管を通って排出された。

乙週間経過後、化学的酸素要求量（ＣＢＳ値）の低下に
ついて３つの別々の日に測定された平均値はり０チであ
った。さらに、排出された精製後の廃水はかなり清澄化
されていた。バイオマスが移植された担体材料はバイオ
リアクタの上方の３分の／の範囲内に完全にとどまって
いた。

本発明はこれまで説明の目的のために詳細に述べられて
き九けれども、このような詳細な説明は専らその目的の
ために述べられたものであり、しかも本発明が特許請求
の範囲に記載された事項によって制限されることを除き
、本発明の精神と範囲を逸脱しないで、当業者が本発明
の中で種々の変更をなし得ることは理解されるべきであ
る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）微生物で有機物を除去することによつて、廃物を
   含む水性液体を生物的に処理する方法であつて、前記微
   生物のための担体材料が前記液体に加えられ、かつ前記
   担体材料が充填材を含む、個個に分離した粒子の形の親
   水性の連続気泡重合体からなる前記処理方法において、
   前記重合体粒子が充填材を含むとともに、水で飽和され
   、かつバイオマスを含ませたとき担体材料の少なくとも
   ７０容量％が、前記液体の密度よりもわずかに低い平均
   密度を有し、それによつて前記液体の上方の３分の２の
   中に懸濁している点が改良されている前記処理方法。
2. （２）前記担体材料が、微生物に対して不活性である充
   填材が充填されている親水性ポリウレタンからなる、特
   許請求の範囲第（１）項記載の処理方法。
3. （３）処理すべき液体を、水と担体材料が充填されてい
   る容器の上方領域に連続的に導入し、そして処理された
   液体を、前記容器の下方領域から連続的に抜き出す、特
   許請求の範囲第（１）項記載の処理方法。