(57)【要約】【課題】微生物固定化担体として好適な親水性軟質ポリウレタンフォーム及びその製造方法と、この親水性軟質ポリウレタンフォームを用いた、微生物固定化担体及び汚水浄化方法並びに汚水浄化装置を提供する。【解決手段】１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさのサンプルを蒸留水に浮かべ大気圧下に放置したときに、該サンプルの最上部が水面下に入るまでの時間が５時間以内である親水性軟質ポリウレタンフォーム。ポリイソシアネート成分、ポリオール成分、触媒、発泡剤、界面活性剤及びその他の助剤を配合してなる原料を発泡させることにより軟質ポリウレタンフォームを製造するに当たり、ポリオール成分１００重量部に対して界面活性剤を１．５重量部以上配合することにより、この親水性軟質ポリウレタンフォームを製造する方法。この親水性軟質ポリウレタンフォームにより形成された微生物固定化担体。この微生物固定化担体を用いた汚水浄化方法及び汚水浄化装置。【特許請求の範囲】
【請求項１】
１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさのサンプルを蒸留水に浮かべ大気圧下に放置したときに、該サンプルの最上部が水面下に入るまでの時間が５時間以内であることを特徴とする親水性軟質ポリウレタンフォーム。
【請求項２】
請求項１において、密度が０．０１５〜０．０７０ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする親水性軟質ポリウレタンフォーム。
【請求項３】
請求項１又は２において、セル数が５〜７０／インチであることを特徴とする親水性軟質ポリウレタンフォーム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、硬度が５〜３０ｋｇｆであることを特徴とする親水性軟質ポリウレタンフォーム。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、セル膜のない軟質ポリウレタンフォームであることを特徴とする親水性軟質ポリウレタンフォーム。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の親水性軟質ポリウレタンフォームを製造する方法であって、ポリイソシアネート成分、ポリオール成分、触媒、発泡剤、界面活性剤及びその他の助剤を配合してなる原料を発泡させることにより軟質ポリウレタンフォームを製造するに当たり、ポリオール成分１００重量部に対して界面活性剤を１．５重量部以上配合することを特徴とする親水性軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項７】
請求項６において、ポリオール成分１００重量部に対して界面活性剤を１．８〜５．０重量部配合することを特徴とする親水性軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項８】
請求項６又は７において、原料を発泡させた後得られたフォームのセル膜を除去することを特徴とする親水性軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の親水性軟質ポリウレタンフォームにより形成されたことを特徴とする微生物固定化担体。
【請求項１０】
請求項９において、一辺の長さが４〜５０ｍｍの立方体又は直方体の形状を有することを特徴とする微生物固定化担体。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の微生物固定化担体が内部に収容された曝気槽内に汚水を導入し、該汚水中に空気を供給しながら該微生物固定化担体に汚水を接触させることにより、該担体に担持された微生物によって汚水処理を行うことを特徴とする汚水浄化方法。
【請求項１２】
内部に請求項９又は１０に記載の微生物固定化担体が収容された曝気槽を備えることを特徴とする汚水浄化装置。
【請求項１３】
請求項１２において、該微生物固定化担体が固定床又は流動床を形成することを特徴とする汚水浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微生物固定化担体として好適な親水性軟質ポリウレタンフォーム及びその製造方法と、この親水性軟質ポリウレタンフォームを用いた微生物固定化担体及び汚水浄化方法並びに汚水浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排水の浄化処理のための家庭用浄化槽、プラント向け排水処理槽等の各種処理槽には、通常、槽内に微生物固定化担体の固定床又は流動床を形成した曝気槽が使用されている。このような曝気槽による汚水浄化方法は、汚水をこの曝気槽に導入し、槽底部に設けた散気管により空気を供給しながら、好気条件下で汚水と微生物固定化担体とを接触させ、担体に担持された微生物により汚水中の汚染物質を生物分解させ、処理水を取り出すものである。微生物固定化担体は、曝気槽内に固定床又は流動床を形成して収容されており、従来、固定床用微生物固定化担体としては樹脂波板又はへちま樹脂成形品等が、流動床用微生物固定化担体としてはポリエチレン発泡体等が使用されている。
【０００３】
しかし、樹脂製担体では、比表面積が比較的小さいために、担持し得る微生物量に限度があり、しかも固定床でしか使用することができず、流動床には使用し得ないという制約があった。また、フィルター効果も少なく、汚水の処理効果の面でも劣るものであった。
【０００４】
一方、ポリエチレン発泡体の場合、通気性が低いために内部への空気の通りが悪く、微生物の繁殖が担体の外側表面でしか行われず、内部の空隙の利用が見込めないことから、浄化能力の向上が図れないという問題がある。
【０００５】
本出願人は先に、比表面積が大きく、通気性が良く、微生物の繁殖率が高いため、浄化能力が高く、汚水処理設備の低コスト化に有利な微生物固定化担体として、セル膜のない軟質ポリウレタンフォームが有効であることを見出した（特開２００１−９６２８９）。セル膜のない軟質ポリウレタンフォームであれば、比表面積が大きく、通気性が良好であるため、微生物の繁殖率が高く、浄化能力に優れた微生物固定化担体を提供することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−９６２８９
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、軟質ポリウレタンフォームは元来親水性が低いものであるため、微生物固定化担体としての使用に当たり、浄化槽内の汚水中に沈漬させることが困難であり、また、使用中に汚水中から浮上してしまう場合もあり、このために所期の目的を達成し得ない場合があった。
【０００８】
特開２００１−９６２８９では、親水性を高めるために、セル膜のない軟質ポリウレタンフォームにシリコーン系界面活性剤を含浸させることが提案されているが、この方法は、製造された軟質ポリウレタンフォームに界面活性剤を含浸させるための工程数が増え、工業的に有利な方法とは言えない。
【０００９】
本発明は、微生物固定化担体として好適な親水性軟質ポリウレタンフォーム及びその製造方法と、この親水性軟質ポリウレタンフォームを用いた、微生物固定化担体及び汚水浄化方法並びに汚水浄化装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の親水性軟質ポリウレタンフォームは、１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさのサンプルを蒸留水に浮かべ大気圧下に放置したときに、該サンプルの最上部が水面下に入るまでの時間が５時間以内であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の親水性軟質ポリウレタンフォームは、それ自体極めて親水性が高いため、界面活性剤の含浸処理は不要であり、微生物固定化担体等として用いた場合に、水中に早期に沈積させることができ、また、使用中の浮上の問題も防止される。
【００１２】
本発明の親水性軟質ポリウレタンフォームは、次のような物性を有し、特にセル膜のない軟質ポリウレタンフォームであることが好ましい。
密度：０．０１５〜０．０７０ｇ／ｃｍ３
セル数：５〜７０／インチ
硬度：５〜３０ｋｇｆ
【００１３】
このような本発明の親水性軟質ポリウレタンフォームは、本発明の親水性軟質ポリウレタンフォームの製造方法に従って、ポリイソシアネート成分、ポリオール成分、触媒、発泡剤、界面活性剤及びその他の助剤を配合してなる原料を発泡させることにより軟質ポリウレタンフォームを製造するに当たり、ポリオール成分１００重量部に対して界面活性剤を１．５重量部以上、好ましくは１．８〜５．０重量部配合することにより製造することができる。
【００１４】
即ち、このように多量の界面活性剤を用いることにより、親水性に優れた軟質ポリウレタンフォームを製造することができる。この方法において、原料を発泡させて得られたフォームのセル膜を除去することが好ましい。
【００１５】
本発明の微生物固定化担体は、このような本発明の親水性軟質ポリウレタンフォームにより形成されたことを特徴とするものであって、その優れた親水性により、微生物固定化担体として良好な浄化性能を得ることができる。
【００１６】
本発明の微生物固定化担体は、一辺の長さが４〜５０ｍｍの立方体又は直方体の形状を有することが好ましい。
【００１７】
本発明の汚水浄化方法は、このような本発明の微生物固定化担体が内部に収容された曝気槽内に汚水を導入し、該汚水中に空気を供給しながら該微生物固定化担体に汚水を接触させることにより、該担体に担持させた微生物によって汚水処理を行うことを特徴とするものであって、親水性に優れた微生物固定化担体により、汚水を効率的に浄化処理することができる。
【００１８】
本発明の汚水浄化装置は、このような本発明の微生物固定化担体が収容された曝気槽を備えるものであり、親水性に優れ、汚水への浸漬効率に優れた微生物固定化担体により、汚水を効率的に浄化することができる。
【００１９】
本発明の汚水浄化装置において、曝気槽中の微生物固定化担体は固定床を形成するものであっても流動床を形成するものであっても良い。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
まず、本発明の親水性軟質ポリウレタンフォームについて説明する。
【００２２】
本発明の親水性軟質ポリウレタンフォームは、１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさのサンプルを蒸留水に浮かべ（１０ｍｍ×１０ｍｍの面を水面上に載せて）大気圧下に放置したときに、該サンプルの最上部（最上面）が水面下に入るまでの時間（以下、単に「完全浸水時間」と称す場合がある。）が５時間以内、好ましくは３時間以内、例えば１〜３時間であるような親水性に優れたものである。
【００２３】
本発明の親水性軟質ポリウレタンフォームの密度は、通常０．０１５〜０．０７０ｇ／ｃｍ３、特に０．０２〜０．０４ｇ／ｃｍ３であることが好ましく、これよりも密度が高すぎると通気性が低くなり、低すぎると耐久性に問題を生じる場合がある。
【００２４】
また、本発明の親水性軟質ポリウレタンフォームのセル数は、通常５〜７０／インチ、特に１０〜４０／インチであることが好ましく、これよりもセル数が多すぎると通気性が低くなり、少なすぎると比表面積が小さくなり、微生物の生育が悪くなる場合がある。
【００２５】
更に本発明の親水性軟質ポリウレタンフォームの硬度は、通常５〜３０ｋｇｆ、特に５〜１５ｋｇｆであることが好ましく、これよりも硬すぎると耐久性が低下する場合があり、柔らかすぎると裁断加工が困難になる。なお、この硬度はＪＩＳ−Ｋ６４００による測定値である。
【００２６】
本発明の親水性軟質ポリウレタンフォームは、特に、前述の通気性を確保する上で、セル膜のない軟質ポリウレタンフォームであることが好ましい。
【００２７】
このような本発明の親水性軟質ポリウレタンフォームは、本発明の親水性軟質ポリウレタンフォームの製造方法に従って、ポリイソシアネート成分、ポリオール成分、触媒、発泡剤、界面活性剤及びその他の助剤を配合してなる原料を発泡させることにより軟質ポリウレタンフォームを製造するに当たり、ポリオール成分１００重量部に対して界面活性剤を１．５重量部以上、好ましくは１．８〜５．０重量部配合し、発泡させて得られたフォームのセル膜を必要に応じて除去することにより容易に製造することができる。
【００２８】
本発明の親水性軟質ポリウレタンフォームの製造に当って、界面活性剤の配合量以外は通常の処方で原料の混合、発泡を行うことができ、ポリイソシアネート成分、ポリオール成分、触媒、発泡剤等の原料成分についても特に制限はなく、通常の軟質ポリウレタンフォーム原料を用いることができる。
【００２９】
本発明の親水性軟質ポリウレタンフォームの製造方法において、通常採用される原料の配合組成は下記の通りであるが、何らこれに限定されるものではない。
【００３０】
〈原料配合（重量部）〉
ポリオール成分        ：１００
イソシアネート成分    ：２０〜１００、好ましくは３０〜６０
触媒                  ：０．１〜１．０
発泡剤                ：０〜１０
界面活性剤            ：１．５以上、好ましくは１．８〜５．０
【００３１】
ポリオール成分としては、特に制限はないが、分子量２５００〜５０００、ＯＨ価４０〜６０程度のものを用いるのが好ましい。
【００３２】
イソシアネート成分としては特に制限はなく、一分子中に２個以上のイソシアネート基を有する有機ポリイソシアネートであって、脂肪族系及び芳香族ポリイソシアネート化合物、更にこれらの変性物が包含される。脂肪族系ポリイソシアネートとしては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネート等が挙げられ、芳香族ポリイソシアネートとしては、例えば、トルエンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメリックジフェニルメタンジイソシアネート等が挙げられる。また、これらの変性物としては、カルボジイミド変性物、プレポリマー変性物が挙げられる。本発明において好ましいポリイソシアネートは、芳香族系ポリイソシアネート又は芳香族系ポリイソシアネートの変性物であり、特に好ましくはジフェニルメタンイソシアネート、トルエンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート等が挙げられる。
【００３３】
イソシアネート成分の配合量は特に制限されるものではないが、全ポリオール成分１００重量部に対して、通常２０〜１００重量部、特に３０〜６０重量部であることが推奨される。イソシアネート成分の配合量が１００重量部を超えると樹脂化反応が進みすぎ、独立気泡になり、２０重量部より少ないとポリウレタンフォームの樹脂化反応が進まない場合がある。
【００３４】
また、発泡剤としては、ポリウレタンフォームの製造に使用される全ての発泡剤が使用できる。例えば、低沸点不活性溶剤としてトリクロロフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン等のフロン系化合物等、メチレンクロライド、液化炭酸ガス反応によってガスを発生するものとして水、酸アミド、ニトロアルカン等、熱分解してガスを発生するものとして重炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム等がある。これらのうち、好ましい発泡剤としては、メチレンクロライド、水等が挙げられる。
【００３５】
触媒としては、通常の軟質ポリウレタンフォームの製造に使用される全ての触媒が使用できる。例えば、ジブチルチンジウラレート、スタナスオクトエート等の錫系触媒、トリエチルアミン、テトラメチルヘキサメチレンジアミン等の３級アミン類等が挙げられる。
【００３６】
界面活性剤としては、オルガノポリシロキサン、アルキルカルボン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩等を用いることができる。
【００３７】
この界面活性剤の配合量がポリオール成分１００重量部に対して１．５重量部未満であると、親水性に優れた軟質ポリウレタンフォームを得ることができない。しかし、界面活性剤の使用量が多過ぎると発泡安定性が損なわれることから、ポリオール成分１００重量部に対して１．８〜５．０重量部とすることが好ましい。
【００３８】
なお、本発明においては、原料中に、更に必要に応じて酸化防止剤や、顔料、染料などの着色粉末、タルク、グラファイトなどの粉末、ガラス短繊維、その他の無機増量剤などを配合しても良い。
【００３９】
得られた軟質ポリウレタンフォームからセル膜を除去するには、常法に従って、爆発処理、アルカリ処理などによりセル膜を除去すれば良い。
【００４０】
本発明の微生物固定化担体は、このようにして製造される本発明の親水性軟質ポリウレタンフォームよりなるものである。
【００４１】
本発明の微生物固定化担体は、固定床、流動床のいずれにも採用することができ、固定床としては、格子状、パイプ状、パイプの集合体状、波板状、ハニカム状、ひも状、へちま型状等の公知の任意の形状に成形することができる。また、流動床としての形状は、一辺の長さが４〜５０ｍｍ、特に１０〜２５ｍｍのキューブ状（立方体、直方体）に形成することができる。一辺の長さが短いと排水時に槽外へ流出しやすくなり、一辺の長さが長すぎると担体内部にまで好気性菌を付着させることができない場合がある。
【００４２】
本発明の微生物固定化担体は、本発明の親水性軟質ポリウレタンフォームにて形成されるものであり、その親水性により、汚水中に非常に浸漬し易いものであるため、従来のような界面活性剤による処理は不要である。ただし、界面活性剤の併用を何ら排除するものではない。
【００４３】
本発明の微生物固定化担体は、通常の固定化担体と同様にして曝気槽内で使用することができる。また、微生物を付着させる方法も従来と同様の方法である。この場合、本発明の微生物固定化担体は親水性に優れるため汚水中になじみ、十分に浸漬させることができ、微生物固定化担体による浄化処理をスムーズに行うことができる。特に、流動床とした場合でも効率良く浄化処理を行うことができる。
【００４４】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００４５】
なお、実施例及び比較例において用いた軟質ポリウレタンフォーム原料は次の通りである。
【００４６】
［軟質ポリウレタンフォーム原料］
ポリオール：三洋化成社製ポリエーテルポリオール「ＧＰ−３０００」
ポリイソシアネート：日本ポリウレタン社製トルエンジイソシアネート「ＴＤＩ−８０」
発泡剤：水
触媒：花王社製アミン系触媒「カオーライザーＮｏ．３１」
触媒：三井武田ケミカル社製スズ触媒「スタノクト」
界面活性剤：日本ユニカー社製シリコーン系界面活性剤「Ｌ６２０２」
【００４７】
実施例１、比較例１
表１に示す配合処方で軟質ポリウレタンフォームを製造し、得られた軟質ポリウレタンフォームの完全浸水時間、通気性、密度、セル数及び硬度を下記方法により測定し、結果を表１に示した。
【００４８】
［完全浸水時間］
１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさのサンプルを、１０ｍｍ×１０ｍｍの面を蒸留水の水面に置いて浮かべて大気圧下に放置したときに、該サンプルの最上部が水面下に入るまでの時間を測定した。
【００４９】
［通気性］
厚さ１０ｍｍのサンプルについて、フランジ−ル型試験機によりＪＩＳ−Ｋ６４００に準じて測定した。
【００５０】
［セル数］
ＪＩＳ−Ｋ６４００に準じて測定した。
【００５１】
［密度］
試験片５０×３００×３００ｍｍの重量を体積で除した（ＪＩＳ−Ｋ６４０１に準拠）。
【００５２】
［硬度］
ＪＩＳ−Ｋ６４００に準拠して測定した。
【００５３】
【表１】
2004250593.tif 000002
【００５４】
表１より、本発明の親水性軟質ポリウレタンフォームは親水性に優れ、水中に浸漬し易いことがわかる。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、著しく優れた親水性を有する軟質ポリウレタンフォームが提供され、この親水性軟質ポリウレタンフォームよりなる微生物固定化担体を用いることにより、汚水を効率的に浄化処理することができる。