(57)【要約】【課題】製造ロットによる包括固定化担体の担体強度のバラツキをなくし、製造ロットに関係なく担体強度の大きな包括固定化担体を常時安定して製造することができる。【解決手段】活性汚泥１２の存在下で固定化材料１４を重合してゲル化することにより微生物を固定化材料に包括固定する包括固定化担体２８の製造装置において、活性汚泥１２と固定化材料１４とを混合して原料液を調製するラインミキサー１７と、調製された原料液の温度を測定する温度センサー３０と、調製された原料液に重合開始剤２０を添加する添加ポンプ２１と、測定された温度に応じて添加ポンプ２１を制御して重合開始剤２０の添加率を制御するコントローラ３１と、を備えた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物の存在下で固定化材料を重合してゲル化することにより前記微生物を前記固定化材料に包括固定する包括固定化担体の製造方法において、
前記微生物と前記固定化材料とを混合して原料液を調製する原料液調製工程と、
前記調製された原料液の温度を測定する液温測定工程と、
前記調製された原料液に添加する重合開始剤の添加率を調整する添加率調整工程と、を備え、該添加率調整工程では、前記測定された温度に応じて製造される包括固定化担体の破断時応力Ａ（ｋｇｆ／ｃｍ２）と破断時変形率Ｂ（−）との比Ａ／Ｂ（ｋｇｆ／ｃｍ２）が所定範囲を満足するように前記添加率を調整することを特徴とする包括固定化担体の製造方法。
【請求項２】
前記比Ａ／Ｂが５．５〜２５ｋｇｆ／ｃｍ２になるように、前記重合開始剤の添加率を調整することを特徴とする請求項１に記載の包括固定化担体の製造方法。
【請求項３】
前記比Ａ／Ｂが１２．５〜２１．５ｋｇｆ／ｃｍ２になるように、前記重合開始剤の添加率を調整することを特徴とする請求項１に記載の包括固定化担体の製造方法。
【請求項４】
微生物の存在下で固定化材料を重合してゲル化することにより前記微生物を前記固定化材料に包括固定する包括固定化担体の製造装置において、
前記微生物と前記固定化材料とを混合して原料液を調製する混合手段と、
前記調製された原料液の温度を測定する液温測定手段と、
前記調製された原料液に重合開始剤を添加する添加手段と、  
前記測定された温度に応じて前記添加手段を制御して前記重合開始剤の添加率を制御する添加率制御手段と、を備えたことを特徴とする包括固定化担体の製造装置。
【請求項５】
前記添加率制御手段には、前記温度と、前記添加率と、製造された包括固定化担体の破断時応力Ａ（ｋｇｆ／ｃｍ２）と破断時変形率Ｂ（−）の比Ａ／Ｂ（ｋｇｆ／ｃｍ２）と、の相関関係が入力されており、前記相関関係に基づいて前記比Ａ／Ｂが５．５〜２５ｋｇｆ／ｃｍ２になるように前記添加率を制御することを特徴とする請求項４に記載の包括固定化担体の製造装置。
【請求項６】
前記比Ａ／Ｂが１２．５〜２１．５ｋｇｆ／ｃｍ２になるように前記添加率を制御することを特徴とする請求項５の包括固定化担体の製造装置。
【請求項７】
微生物の存在下で固定化材料を重合してゲル化することにより前記微生物を前記固定化材料に包括固定する包括固定化担体において、
前記包括固定化担体の破断時応力Ａ（ｋｇｆ／ｃｍ２）と破断時変形率Ｂ（−）の比Ａ／Ｂとの関係が５．５〜２５ｋｇｆ／ｃｍ２を満足することを特徴とする包括固定化担体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は包括固定化担体の製造方法及び装置並びに包括固定化担体に係り、特に製造ロットによる包括固定化担体の担体強度のバラツキをなくして担体寿命の向上を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
排水処理に用いられる活性汚泥中に含まれる硝化細菌は、一般の細菌に比べて増殖速度が遅く、特に冬場の低水温期においては硝化細菌の細菌数が少なくなり、硝化活性が著しく低下する。このことは、硝化細菌と同様に増殖速度の遅い有用細菌についても同様のことが言える。このことから、硝化細菌等の有用細菌を含む微生物群、例えば活性汚泥を担体に固定化して有用細菌を高濃度化し、これにより排水処理性能を改善することが行われている。
【０００３】
非特許文献１に記載されるように、活性汚泥の固定化法を大別すると、次の２つの方法がある。一つ目は活性汚泥を担体表面あるいは細孔の内部に自然付着あるいは吸着させて活性汚泥中の細菌を増殖させる付着固定化法（結合固定化法ともいう）であり、二つ目は活性汚泥を固定化材料内に包み込む包括固定化法である。
【０００４】
この２種類の固定化法を比較すると、包括固定化法は付着固定化法よりも硝化細菌等の有用細菌の微生物活性の立ち上がりが速く安定性にも優れている。包括固定化担体は、例えば特許文献１に開示されるように、活性汚泥を高分子化合物等の固定化材料と混合して原料液を調製し、この原料液を重合開始剤により重合、ゲル化させることにより製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「微生物固定化法による水処理、担体固定化法・生物活性炭法」株式会社エヌ・ティー・エス、２０００年発行
【特許文献１】特開２００６−３３３８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１によって製造された包括固定化担体は、同じ固定化材料や同じ重合開始剤を使用しても、製造ロットにより担体強度に大きなバラツキが生じ、担体寿命が実質的に短くなるという問題がある。即ち、排水処理を行う処理槽には包括固定化担体が多数充填されるが、担体強度にバラツキがあると担体強度の弱い担体の寿命に合わせて新しい担体に交換しなくてはならず、排水処理のランニングコストにも大きく影響する。したがって、担体寿命を長くするには、製造ロットごとの担体強度のバラツキをなくし、常に担体強度の強い包括固定化担体を製造できることが要求される。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、製造ロットによる包括固定化担体の担体強度のバラツキをなくし、製造ロットに関係なく担体強度の強い包括固定化担体を常時安定して製造することができるので、排水処理時における担体寿命を長くすることができる包括固定化担体の製造方法及び装置並びに包括固定化担体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、微生物の存在下で固定化材料を重合してゲル化することにより前記微生物を前記固定化材料に包括固定する包括固定化担体の製造方法において、前記微生物と前記固定化材料とを混合して原料液を調製する原料液調製工程と、前記調製された原料液の温度を測定する液温測定工程と、前記調製された原料液に添加する重合開始剤の添加率を調整する添加率調整工程と、を備え、該添加率調整工程では、前記測定された温度に応じて製造される包括固定化担体の破断時応力Ａ（ｋｇｆ／ｃｍ２）と破断時変形率Ｂ（−）との比Ａ／Ｂ（ｋｇｆ／ｃｍ２）が所定範囲を満足するように前記添加率を調整することを特徴とする包括固定化担体の製造方法を提供する。
【０００９】
本発明者は、従来から実施されていた包括固定化担体の製造方法のように、原料液の温度とは関係なく重合開始剤を多めに添加して速く原料液をゲル化させるのではなく、原料液の温度に応じて重合開始剤の添加率を調整することにより所定の重合速度で確実且つ緻密にゲル化を進行させてゲルの架橋密度を高めることにより、担体強度が大きく寿命の長い包括固定化担体を製造できるとの知見を得た。更に、本発明者は、所定の重合速度で確実且つ緻密にゲル化が進行したか否かの指標として、製造された包括固定化担体の破断時応力Ａ（ｋｇｆ／ｃｍ２）と破断時変形率Ｂ（−）との比Ａ／Ｂ（ｋｇｆ／ｃｍ２）を知ることで的確に評価できるとの知見を得た。
【００１０】
本発明はかかる知見に基づいて発明されたものであり、添加率調整工程では、測定された温度に応じて製造される包括固定化担体の破断時応力Ａ（ｋｇｆ／ｃｍ２）と破断時変形率Ｂ（−）との比Ａ／Ｂ（ｋｇｆ／ｃｍ２）が所定範囲を満足するように重合開始剤の添加率を調整するようにしたので、原料液を所定の重合速度で確実且つ緻密にゲル化を進行させてゲルの架橋密度を高めることができる。これにより、製造ロットによる包括固定化担体の担体強度のバラツキをなくし、製造ロットに関係なく担体強度が強く担体寿命の長い包括固定化担体を常時安定して製造することができる。
【００１１】
かかる比Ａ／Ｂの範囲は、５．５〜２５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲であることが好ましく、１２．５〜２１．５ｋｇｆ／ｃｍ２になる範囲が一層好ましい。この範囲が包括固定化担体の担体強度や担体寿命を向上できる範囲だからである。
【００１２】
請求項４に記載の発明は前記目的を達成するために、微生物の存在下で固定化材料を重合してゲル化することにより前記微生物を前記固定化材料に包括固定する包括固定化担体の製造装置において、前記微生物と前記固定化材料とを混合して原料液を調製する混合手段と、前記調製された原料液の温度を測定する液温測定手段と、前記調製された原料液に重合開始剤を添加する添加手段と、前記測定された温度に応じて前記添加手段を制御して前記重合開始剤の添加率を制御する添加率制御手段と、を備えたことを特徴とする包括固定化担体の製造装置を提供する。
【００１３】
請求項４は、本発明を装置として構成したものである。
【００１４】
本発明の製造装置において、前記添加率制御手段には、前記温度と、前記添加率と、製造された包括固定化担体の破断時応力Ａ（ｋｇｆ／ｃｍ２）と破断時変形率Ｂ（−）の比Ａ／Ｂと、の相関関係が入力されており、前記相関関係に基づいて前記比Ａ／Ｂが５．５〜２５ｋｇｆ／ｃｍ２になるように前記添加率を制御することが好ましい。また、比Ａ／Ｂは１２．５〜２１．５ｋｇｆ／ｃｍ２になる範囲が一層好ましい。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、前記目的を達成するために、微生物の存在下で固定化材料を重合してゲル化することにより前記微生物を前記固定化材料に包括固定する包括固定化担体において、前記包括固定化担体の破断時応力Ａ（ｋｇｆ／ｃｍ２）と破断時変形率Ｂ（−）の比Ａ／Ｂとの関係が５．５〜２５ｋｇｆ／ｃｍ２を満足することを特徴とする包括固定化担体を提供する。
【００１６】
請求項７は、比Ａ／Ｂ５．５〜２５ｋｇｆ／ｃｍ２が５．５〜２５ｋｇｆ／ｃｍ２を満足するので、包括固定化担体の担体強度が強くなり担体寿命が長くなる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、製造ロットによる包括固定化担体の担体強度のバラツキをなくし、製造ロットに関係なく担体強度の強い包括固定化担体を常時安定して製造することができる。したがって、排水処理時における担体寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の包括固定化担体の製造方法のステップフロー図
【図２】本発明の包括固定化担体の製造装置の一例を示す全体構成図
【図３】比Ａ／Ｂと包括固定化担体の推定寿命との関係を示す説明図
【図４】原料液の温度と過硫酸カリウムの添加率と比Ａ／Ｂとの関係を説明する説明図
【図５】本発明における比Ａ／Ｂを確保するための原料液の温度と過硫酸カリウムの添加率との関係を説明する説明図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面に従って本発明に係る包括固定化担体の製造方法及び装置並びに包括固定化担体の好ましい実施の形態について詳説する。
【００２０】
図１は、本発明の包括固定化担体の製造方法のステップフローであり、図２は製造方法を実施する包括固定化担体の製造装置の一例を示す。
【００２１】
図１に示すように、本発明の包括固定化担体の製造方法は、活性汚泥１２と固定化材料１４とを混合して原料液を調製する原料液調製工程（ステップ１）と、調製された原料液の温度を測定する液温測定工程（ステップ２）と、測定された温度に応じて前記重合させる重合開始剤の添加率を調整する添加率調整工程（ステップ３）と、原料液を重合反応して所定形状にゲル化する重合工程（ステップ４）と、得られたゲル固形物を所定寸法のペレットに裁断する裁断工程（ステップ５）と、で構成される。
【００２２】
図２に示すように、原料液調製工程では、活性汚泥用タンク１０に貯留された活性汚泥１２が第１のポンプ１５により配管１３を介してラインミキサー１７に送られると共に、固定化材料用タンク１１に貯留された固定化材料１４が第２のポンプ１６により配管１９を介してラインミキサー１７に送られる。これにより、ラインミキサー１７で活性汚泥１２と固定化材料１４とが混合されて原料液が調製される。
【００２３】
なお、本実施の形態では、混合する手段としてラインミキサー１７を使用したが、これに限定されるものではなく、攪拌羽根を備えた攪拌タンク等を使用してバッチ処理を行うこともできる。
【００２４】
本発明において、固定化材料１４に包括固定化する微生物としては、硝化細菌群、脱窒細菌群、嫌気性アンモニア酸化細菌群等の複合微生物を含む活性汚泥１２（本実施の形態）を好適に使用することができる。また微生物の固定化初期濃度を高めるため、活性汚泥濃度は１００００〜４００００ｍｇ-SS／Ｌとすることが好ましい。なお、上記微生物としては、活性汚泥１２に限定されることなく、硝化菌、脱窒菌、嫌気性アンモニア酸化細菌、ＢＯＤ成分酸化細菌、ビスフェノールＡ分解菌、アオコ分解菌、ＰＣＢ分解菌、ダイオキシン分解菌、環境ホルモン分解菌等の純粋微生物等を使用することができる。
【００２５】
また、固定化材料１４としては、高分子モノマー、プレポリマー、オリゴマー等が挙げられるが、特に限定されるものではなく、例えば、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、アルギン酸ナトリウム、カラギーナン、寒天等を用いることができる。
【００２６】
また、プレポリマーとしては、以下に示すモノメタクリレート類、モノアクリレート類、ジメタクリレート類、ジアクリレート類、トリメタクリレート類、トリアクリレート類、テトラアクリレート類、ウレタンアクリレート類等を挙げることができる。
（モノメタクリレート類）
ポリエチレングリコールモノメタクリレート、ポリプレングリコールモノメタクリレート、ポリプロピレングリコールモノメタクリレート、メトキシジエチレングリコールメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート、メタクリロイルオキシエチルハイドロジェンフタレート、メタクリロイルオキシエチルハイドロジェンサクシネート、３クロロ２ヒドロキシプロピルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、２ヒドロキシメタクリレート、エチルメタクリレート等。
（モノアクリレート類）
２ヒドロキシエチルアクリレート、２ヒドロキシプロピルアクリレート、イソブチルアクリレート、ｔブチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、イソボルニルアクリレート、シクロへキシルアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、２エトキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコールアクリレート、ノニルフェノキシポリプロピレングリコールアクリレート、シリコン変性アクリレート、ポリプロピレングリコールモノアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシジエチレングリコールアクリレート、フェノキシポリエチレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、アクリロイルアキシエチルハイドロジェンサクシネート、ラウリルアクリレート等。
（ジメタクリレート類）
１，３ブチレングリコールジメタクリレート、１，４ブタンジオールジメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ブチレングリコールジメタクリレート、ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポリプレングリコールジメタクリレート、２ヒドロキシ１，３ジメタクリロキシプロパン、２，２ビス４メタクリロキシエトキシフェニルプロパン、３，２ビス４メタクリロキシジエトキシフェニルプロパン、２，２ビス４メタクリロキシポリエトキシフェニルプロパン等。
（ジアクリレート類）
エトキシ化ネオペンチルグリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、１，６ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、２，２ビス４アクリロキシヒエトキシフェニルプロパン、２ヒドロキシ１アクリロキシ３メタクリロキシプロパン等。
（トリメタクリレート類）
トリメチロールプロパントリメタクリレート等。
（トリアクリレート類）
トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパンＥＯ付加トリアクリレート、グリセリンＰＯ付加トリアクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート。
（テトラアクリレート類）
ペンタエリスリトールテトラアクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、プロポキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート等。
（ウレタンアクリレート類）
ウレタンアクリレート、ウレタンジメチルアクリレート、ウレタントリメチルアクリレート等。
（その他）アクリルアミド、アクリル酸、ジメチルアクリルアミド。
【００２７】
図２に示すように、次の液温測定工程では、ラインミキサー１７から混合機１８に送られる原料液の温度が測定され、測定値がコントローラ３１に送られる。即ち、ラインミキサー１７と混合機１８とを繋ぐ配管２４途中に温度センサー３０が設けられ、温度センサー３０で測定された測定値が信号ケーブル２５又は無線を介してコントローラ３１に送られる。コントローラ３１は、信号ケーブル２９又は無線を介して後記する添加ポンプ２１を制御する。なお温度センサー３０は、原料液の温度を精度良く測定できるものであればどのようなセンサーでもよい。
【００２８】
一方、添加率調整工程では、重合開始剤用タンク２６に貯留された重合開始剤２０が添加ポンプ２１により添加配管２７を介して混合機１８に送られる。これにより、混合機１８において原料液と重合開始剤２０とが混合され、原料液の重合反応が開始される。本発明における重合開始剤２０としては、原料液を重合させてゲル化させることができる薬剤であれば特に限定されないが、過硫酸カリウムを好適に用いることができる。また、重合促進剤を併用することが好ましく、βジメチルアミノプロピオニトリル、ＮＮＮ’Ｎ’テトラメチルエチレンンジアミン等を好ましく使用することができる。アミン系の重合促進剤の添加量は、混合液（又は担体）に対して０．０１〜０．５質量％の範囲が好ましい。
【００２９】
混合機１８は、原料液と重合開始剤とを均一に混合できる装置であれば特に限定されないが、例えばバレル内部に１本又は２本のスクリュー軸を備えた１軸押出機又は２軸押出機を好適に使用できる。
【００３０】
そして、混合機１８で原料液と重合開始剤とが混合された混合液は、混合機１８から成形箱２２に充填され、成形箱２２内において重合反応を行うことにより所定形状（例えば矩形ブロック）のゲル固形物に成形される。成形箱２２内での重合時間は１〜６０分、好ましくは１．５〜６０分の範囲内がよい。その後、所定形状のゲル固形物は裁断工程において裁断装置２３により例えば３ｍｍ角のペレット状に裁断される。これによりペレット状の包括固定化担体２８が製造される。
【００３１】
かかる原料液の重合反応において、原料液に重合開始剤２０を添加して原料液をゲル化する際に、ゲルの架橋密度が包括固定化担体２８の担体強度及び担体寿命に大きく影響を及ぼす。したがって、包括固定化担体２８の担体強度や担体寿命を向上させるには、所定の重合速度で確実且つ緻密にゲル化を進行させてゲルの架橋密度を増大させることが重要になる。
【００３２】
本発明の発明者らは、所定の重合速度で確実且つ緻密にゲル化が進行したか否かの指標として、製造された包括固定化担体の破断時応力Ａ（ｋｇｆ／ｃｍ２）と破断時変形率Ｂ（−）との比Ａ／Ｂ（ｋｇｆ／ｃｍ２）を知ることで的確に評価できるとことを見出した。即ち、比Ａ／Ｂが大き過ぎても小さ過ぎてもゲル架橋密度を増大させることができず、その結果、担体強度が弱く担体寿命の短い包括固定化担体２８が製造されてしまう。
【００３３】
包括固定化担体２８の担体強度や担体寿命の指標となる比Ａ／Ｂは、製造された包括固定化担体２８について圧縮試験することにより求めることができる。即ち、島津小型卓上試験機ＥＺ  Ｔｅｓｔ（島津製作所製）を用いて、圧板の上に載せた包括固定化担体２８の真上から直径３ｃｍの円盤を５ｍｍ／分の速度で垂直方向に下げ、包括固定化担体２８を破断するまで圧縮させる。その際に、包括固定化担体２８の「ひずみ」と「強度」を測定し、試験力が急激に低下する時点を破断時として破断時応力及び破断時変形率を求める。包括固定化担体２８の破断時応力は、破断直前の最大強度を包括固定化担体２８の圧縮断面積で除した値である。包括固定化担体２８の破断時応力は、包括固定化担体２８の壊れにくさを示し、担体強度が「強い」「弱い」の指標となる。
【００３４】
一方、破断時変形率は破断直前の包括固定化担体２８のひずみの割合であり下記の式１で表される。
【００３５】
破断時変形率（−）＝（Ｈ０−Ｈ１）／Ｈ０…（式１）
但し、Ｈ０…圧縮前の担体厚み
Ｈ１…担体が破壊する直前の担体厚み
包括固定化担体２８の破断時変形率は、包括固定化担体２８がどれだけの塑性を経て破壊するかを示す「ねばい」「もろい」の指標となり、排水処理時における包括固定化担体２８の磨耗しにくさを知ることができる。
【００３６】
図３は、比Ａ／Ｂと包括固定化担体２８の推定寿命との関係を示した曲線である。ここで推定寿命とは劣化加速試験により排水処理槽での担体寿命を推定したものであり、ｐＨ８の調整液（一般的な排水を想定）に浸漬させた包括固定化担体２８を１２１℃及び１００℃で加熱劣化（劣化加速）させたときの破断時応力が１ｋｇｆ／ｃｍ２になるまでの加熱時間を求め、アレニウスの式により実際の排水処理の平均温度である２０℃の破断時応力が１ｋｇｆ／ｃｍ２になるまでの時間に換算したものである。この推定寿命については、角野立夫ら、固定化微生物ペレットの長期安定性と高濃度アンモニア性窒素の除去：水質汚濁研究、Ｖｏｌ．１４，Ｎｏ１０，７５５〜７６２頁、１９９１年の記載を参照されたい。
【００３７】
図３に示すように、包括固定化担体２８の推定寿命は比Ａ／Ｂに大きく影響され、５．５〜２５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲であれば、担体寿命として一般的に要求される５年以上を確保することができる。また、比Ａ／Ｂが１２．５〜２１．５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲において臨界的な曲線を描き、推定寿命が急激に増大する。そして、比Ａ／Ｂが１２．５〜２１．５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲では１０年〜２０年の極めて長い推定寿命を達成できる。
【００３８】
また、発明者らは、包括固定化担体２８の担体強度や担体寿命に大きく関与する比Ａ／Ｂは、重合速度が大きく影響し、重合速度が速過ぎても遅過ぎても上記した適切な比Ａ／Ｂ（５．５〜２５、好ましくは１２．５〜２１．５ｋｇｆ／ｃｍ２）を得ることができないとの知見を得た。換言すると、好適な比Ａ／Ｂになるための所定の重合速度が存在し、この所定重合速度であれば確実且つ緻密にゲル化を進行させることができ、ゲルの架橋密度を増大させることができる。そして、重合速度は重合温度と重合開始剤の添加率とが大きく関与し、重合温度が高いと重合速度が速くなり、重合温度が低いと重合速度が遅くなる。また、重合開始剤２０の添加率が高いと重合速度が速くなり、添加率が低いと重合速度は遅くなる。特に、重合温度によって重合速度が大きく変化し、担体強度や担体寿命が大きくバラツクが、重合温度を制御して重合速度を所定の速度に一定に維持するには、空調設備等の多大な費用及びエネルギーを必要とする。一方、重合温度に応じて重合開始剤２０の添加率を調整して重合速度を所定速度に一定にするのであれば、比較的低コストで行うことができる。
【００３９】
そこで、本発明では、原料液の温度を測定し、温度に応じて、比Ａ／Ｂが５．５〜２５ｋｇｆ／ｃｍ２になるように原料液に添加する重合開始剤２０の添加率を調整するようにした。即ち、コントローラ３１には、原料液の温度と、原料液に添加する重合開始剤２０の添加率と、製造された包括固定化担体２８の比Ａ／Ｂと、の相関関係が入力されており、この相関関係に基づいて前記比Ａ／Ｂが５．５〜２５ｋｇｆ／ｃｍ２になるように添加ポンプ２１の吐出量、即ち重合開始剤２０の添加率を制御する。なお、比Ａ／Ｂが１２．５〜２１．５ｋｇｆ／ｃｍ２になるように制御することが一層好ましい。  
【００４０】
これにより、製造ロットによる包括固定化担体２８の担体強度のバラツキをなくし、製造ロットに関係なく担体強度の大きな包括固定化担体２８を常時安定して製造することができる。したがって、排水処理時における担体寿命を長くすることができる。
【００４１】
なお、本実施の形態では、重合開始剤２０の添加量を制御するために、重合開始剤添加前の原料液の温度を測定することとした。しかしながら、重合速度に影響する重合温度とは重合させる時の温度であるため、本来ならば重合開始剤２０を添加した後の混合機１８の吐出部で温度を測定することが好ましい。しかし、本実施の形態においては重合開始剤２０の添加量は少量であり、重合温度には原料液の温度の影響が大きい。したがって、原料液の温度を制御することで重合温度も同時に制御できると考える。
【００４２】
また、包括固定化担体の成形方法として、成形箱を用いたブロック成形法を適用したが、チューブ成形法、滴下造粒法、シート成形法を採用することもできる。また、本発明は適切な比Ａ／Ｂを得るために原料液の温度に応じて重合開始剤の添加率を変える構成を発明としたが、空調エネルギー等を無視すれば原料液の温度を変える方法もあり得る。
【実施例】
【００４３】
図４は、本発明の包括固定化担体の製造方法の一例として、表１に示す活性汚泥１２、固定化材料１４、重合開始剤２０、及び重合促進剤を用いて、原料液を重合してゲル化する際の原料液の温度と、重合開始剤の添加率と、比Ａ／Ｂとの相関関係を調べたものである。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
図４では、原料液の温度を１０℃、２０℃、３０℃の３水準で行い、横軸に過硫酸カリウム（重合開始剤）の添加率をとり、縦軸に比Ａ／Ｂをとった。
【００４６】
図４から分かるように、原料液の温度が１０℃の場合には、過硫酸カリウムの添加率を０．０６〜０．５質量％の範囲内に調整することで、比Ａ／Ｂを５．５〜２５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲内に制御することができる。更に、過硫酸カリウムの添加率を０．１５〜０．３質量％の範囲内に調整することで、比Ａ／Ｂを一層好ましい１２．５〜２１．５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲内に制御することができる。
【００４７】
原料液の温度が２０℃の場合には、過硫酸カリウムの添加率を０．０６〜０．４質量％の範囲内に調整することで、比Ａ／Ｂを５．５〜２５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲内に制御することができる。更に、過硫酸カリウムの添加率を０．１５〜０．２７質量％の範囲内に調整することで、比Ａ／Ｂを一層好ましい１２．５〜２１．５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲内に制御することができる。
【００４８】
原料液の温度が３０℃の場合には、過硫酸カリウムの添加率を０．０６〜０．３質量％の範囲内に調整することで、比Ａ／Ｂを５．５〜２５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲内に制御することができる。更に、過硫酸カリウムの添加率を０．１５〜０．２質量％の範囲内に調整することで、比Ａ／Ｂを一層好ましい１２．５〜２１．５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲内に制御することができる。
【００４９】
図５は、比Ａ／Ｂが５．５〜２５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲内、更に好ましい１２．５〜２１．５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲内を確保するための、原料液の温度と過硫酸カリウムの添加率との関係を更に詳細に試験したものであり、原料液の温度を０℃から４０℃まで５℃刻みで調べた。なお、図５の曲線１は比Ａ／Ｂが５．５〜２５ｋｇｆ／ｃｍ２を満足する過硫酸カリウムの添加率範囲の上限を示すものであり、曲線２は下限を示すものである。また、曲線３は比Ａ／Ｂが１２．５〜２１．５ｋｇｆ／ｃｍ２を満足する過硫酸カリウムの添加率範囲の上限を示すものであり、曲線４は下限を示すものである。
【００５０】
図５から分かるように、原料液の温度が高くなるに従って比Ａ／Ｂが５．５〜２５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲内を満足する過硫酸カリウムの添加率範囲が下方にシフトする。同様に、原料液の温度が高くなるに従って比Ａ／Ｂが１２．５〜２１．５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲内を満足する過硫酸カリウムの添加率範囲が下方にシフトする。
【００５１】
したがって、例えば、コントローラ３１に、原料液の温度と過硫酸カリウムの添加率との関係を示す階段状のコントロール線５を入力しておけば、原料液の温度に応じて、比Ａ／Ｂが１２．５〜２１．５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲内を満足するように過硫酸カリウムの添加率を精度良く制御することができる。
【００５２】
これにより、製造ロットによる包括固定化担体２８の担体強度のバラツキをなくし、製造ロットに関係なく担体強度の大きな包括固定化担体２８を常時安定して製造することができる。したがって、排水処理時における担体寿命を長くすることができる。  
【符号の説明】
【００５３】
１０… 活性汚泥タンク、１１…固定化材料タンク、１２…活性汚泥、１３…配管、１４…固定化材料、１５…第１のポンプ、１６…第２のポンプ、１７…ラインミキサー（混合手段）、１８…混合機、１９…配管、２０…重合開始剤、２１…添加ポンプ、２２…成形箱、２３…裁断装置、２４…配管、２５…信号ケーブル、２６…重合開始剤用タンク、２７…添加配管、２８…包括固定化担体、２９…信号ケーブル、３０…温度センサー（液温測定手段）、３１…コントローラ（添加率制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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