(57)【要約】【課題】  組み込んだ装置が運転を開始してから安定状態になるまでの立ち上がり時間が短く、被処理水中の有機物の除去に優れた生物処理用成形体と、この生物処理用成形体を微生物担体として用いた生物処理装置を提供する。【解決手段】  平板状部材２と、熱可塑性合成繊維と体積抵抗率が１Ωｃｍ以下のカーボン繊維とを含有する波板状部材１とが重ねられてなる成形体Ｘであって、前記平板状部材２が織編物で構成された微生物処理用成形体。平板状部材２は、合成樹脂フイルムで構成されてもよい。また、波板状部材１の山高さ（Ｈ）は５〜１００ｍｍ、山のピッチ（Ｐ）は５〜１００ｍｍであることが好ましい。上記微生物処理用成形体は、微生物担体として生物処理装置に用いられる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状部材と、熱可塑性合成繊維と体積抵抗率が１Ωｃｍ以下のカーボン繊維とを含有する波板状部材とが重ねられてなる成形体であって、前記平板状部材が織編物で構成されていることを特徴とする微生物処理用成形体。
【請求項２】
平板状部材と、熱可塑性合成繊維と体積抵抗率が１Ωｃｍ以下のカーボン繊維とを含有する波板状部材とが重ねられてなる成形体であって、前記平板状部材が合成樹脂フイルムで構成されていることを特徴とする微生物処理用成形体。
【請求項３】
波板状部材の山高さが５〜１００ｍｍ、山のピッチが５〜１００ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の微生物処理用成形体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の微生物処理用成形体を微生物担体として用いた生物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観賞魚、養殖用水の浄化、水耕栽培水の浄化、食品工場排水、厨房排水、下水など有機物を含む一般排水処理、半導体工場の排水処理、及び半導体産業等で用いられる超純水の使用後の回収システム等に、微生物担体として組込んで使用することができる微生物処理用成形体と生物処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、微生物担体として活性炭を用いて水処理する生物活性炭法の研究が盛んである。この方法は、微生物と基質の接触時間の増大や、阻害因子の吸着除去などの作用で、難分解性物質の処理が可能となり、また、生物処理効率の上昇などをもたらすと言われている。
【０００３】
従来、生物活性炭法の担体としては、球状又は粒状の活性炭が使用され、処理方式としては流動床法（ｕｐ ｆｌｏｗ）や固定床法（ｄｏｗｎ ｆｌｏｗ）があるが、流動床法（ｕｐ ｆｌｏｗ）による処理が一般的である。しかし、この方法には、次のような欠点がある。
（１）曝気洗浄を行なうと、活性炭が流出するため、生物処理槽の洗浄ができず、このため長時間の運転を行うと、槽内の微生物量が多くなり過ぎて処理能力が低下する。
（２）微粉炭が発生するため、後段に膜分離装置が設置されている場合には、後段の膜分離装置に目詰まりが発生する。
（３）活性炭が生物膜によって凝集して塊状になり、槽壁等に付着することにより、被処理液の流れが不均一になる（いわゆる片流れを生じる）。
（４）活性炭を流動状態に保つことが難かしく、保守が繁雑である。
（５）流動状態を保つために槽内の被処理水量を大きくする必要があるので、槽以外に循環槽を設けて、ここで曝気をする形式の間接曝気になる。
（６）流動床の場合には、流動状態で活性炭が相互に衝突するため、固定床の場合に比べて表面に付着する生物膜が剥がれやすい傾向にある。このため、特に、半導体産業における使用後の超純水のような、有機物濃度の低い被処理水を処理する場合のように、微生物の増殖速度が本来的に遅い場合には、装置が運転を開始してから安定状態になるまでの時間（立ち上がり時間）が長くなる。
【０００４】
一方、球状、あるいは粒状の活性炭を用いた固定床法（ｄｏｗｎ ｆｌｏｗ）による処理においては、活性炭の周囲の生物膜が比較的短時間で肥大化し、すぐに目詰まりを起こすという問題がある。
【０００５】
上記の問題を解決するために、特許文献１には、フェルト布状活性炭繊維を波板状になるように不織布に貼着した成形体を使用する生物処理装置が提案されている。
【０００６】
しかしながら、この装置では、活性炭繊維の体積抵抗率が大きくて生物への親和性が弱いため、超純水回収のような希薄な排水処理を行うには、生物処理担体として不十分であり、さらに強度が低くて耐久性が劣るという問題があった。
【０００７】
また、本発明者らは、特願２００３−３５２２９８号において、フェルト布状活性炭繊維を波板状になるように織編物や合成樹脂フイルム不織布に貼着した成形体を使用する生物処理装置を提案した。
【０００８】
この装置では、成形体の強度は向上するものの、活性炭繊維の体積抵抗率が大きくて生物への親和性が弱いという問題を解消することはできなかった。
【特許文献１】特許第３１０７９５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の問題を解決し、組み込んだ装置が運転を開始してから安定状態になるまでの立ち上がり時間が短く,被処理水中の有機物の除去に優れた微生物処理用成形体と、この微生物処理用成形体を微生物担体として用いた生物処理装置を提供することを技術的な課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、波板状部材の主成分として熱可塑性合成繊維と、特定の体積抵抗率を有するカーボン繊維を用いればよいことを知見して本発明に到達した。
【００１１】
すなわち、本発明は、次の構成を要旨とするものである。
（１）平板状部材と、熱可塑性合成繊維と体積抵抗率が１Ωｃｍ以下のカーボン繊維とを含有する波板状部材とが重ねられてなる成形体であって、前記平板状部材が織編物で構成されていることを特徴とする微生物処理用成形体。
（２）平板状部材と、熱可塑性合成繊維と体積抵抗率が１Ωｃｍ以下のカーボン繊維とを含有する波板状部材とが重ねられてなる成形体であって、前記平板状部材が合成樹脂フイルムで構成されていることを特徴とする微生物処理用成形体。
（３）波板状部材の山高さが５〜１００ｍｍ、山のピッチが５〜１００ｍｍであることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の微生物処理用成形体。
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の微生物処理用成形体を微生物担体として用いた生物処理装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、組み込んだ装置が運転を開始してから安定状態になるまでの立ち上がり時間が短く,被処理水中の有機物の除去に優れた微生物処理用成形体と、この微生物処理用成形体を微生物担体として用いた生物処理装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１４】
本発明の微生物処理用成形体Ｘは、例えば図１（断面図）で示したように、波板状部材１と平板状部材２とが上下に重ねて接合して形成されており、波板状部材１と平板状部材２との間に透孔３が存在して本発明の微生物処理用成形体Ｘが形成されている。
【００１５】
波板状部材は、体積抵抗率が１Ωｃｍ以下のカーボン繊維と熱可塑性繊維とを主成分としたシート状物を波板状に加工したものである。波板状部材となるシート状物としては、生物処理能力と形状安定性を同時に満足させるために、目付が４０〜２００ｇ／ｍ2、カーボン繊維含有量が５〜４０質量％、厚みが０．２〜５ｍｍであるものが好ましく、目付が５０〜１００ｇ／ｍ2、活性炭繊維含有量が１０〜３０質量％、厚みが０．５〜３ｍｍのシートがより好ましい。
【００１６】
波板状部材に用いられるカーボン繊維としては、ポリアクリロニトリル系、セルロース系、ビニロン系、ピッチ系繊維等から製造されたものが使用できる。また、カーボン繊維の体積抵抗率は１Ωｃｍ以下、特に１×１０-1〜１×１０-4Ωｃｍであることが好ましく、体積抵抗率が１Ωｃｍを超えると、微生物との親和性が悪くなる。体積抵抗率が１Ωｃｍ以下のカーボン繊維としては、例えば大阪ガスケミカル株式会社製のピッチ系カーボン繊維（Ｓ−２３３）がある。体積抵抗率の下限は特に限定されるものではないが、製造上から１×１０-7Ωｃｍ程度である。
【００１７】
カーボン繊維の比表面積は５ｍ2／ｇ以下、特に０．１〜２ｍ2／ｇが好ましく、比表面積が５ｍ2／ｇを超えると、体積抵抗率が１Ωｃｍを超えやすくなる。また、カーボン繊維の繊維長は２〜２００ｍｍ、特に５〜６０ｍｍが好ましく、繊維長が２ｍｍ未満であったり、２００ｍｍを超えると、熱可塑性合成繊維とカーボン繊維とを含有する波板状部材
の製造が困難になりやすい。
【００１８】
なお、活性炭繊維は広義のカーボン繊維に含まれるが、通常の活性炭繊維は体積抵抗率が１Ωｃｍを超えるので本発明には含まれない。
【００１９】
また、本発明において、比表面積は、カンタクロム社製「オートソープ６」自動ガス吸着装置により、また体積抵抗率は、ＪＩＳ  Ｒ７６０１「炭素繊維試験方法」の体積抵抗率測定方法に準じて測定するものである。
【００２０】
カーボン繊維とともに波板状部材に用いられる熱可塑性合成繊維は、微生物処理担体の形状を保持するためのもので、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ポリプロピレン繊維やポリエチレン繊維等のポリオレフィン繊維などを使用することができる。また、熱可塑性合成繊維の一種であるバインダー繊維、例えば芯部分がポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、鞘部分が共重合ＰＥＴである芯鞘構造のポリエステル系繊維、芯部分がポリプロピレン、鞘部分が共重合ポリプロピレンである芯鞘構造のオレフィン系繊維も使用できるが、微生物で分解され難いオレフィン系繊維が好ましい。
【００２１】
波板状部材とともに本発明の微生物処理用成形体を形成する平板状部材としては、織編物や合成樹脂フイルムを採用することができるが、通水性、通気性の点からは織編物、特に剛性のあるメッシュ状のものが好ましい。織物や編物は、それらを構成する糸条が連続（フイラメント）するか又は撚で拘束されて（紡績糸）おり、その上、 織組織や編組織で拘束されているので不織布より強度が高く、また、合成樹脂フイルムは繊維より剛性が大きいため、いずれも本発明の微生物処理用成形体の強度を向上させることができる。
【００２２】
平板状部材の材質としては、織編物、合成樹脂フイルムとも、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ナイロン６，ナイロン６．６などのポリアミド、ＰＥＴ、ポロブチレンテレフタレートなどのポリエステルを採用することができる。また、織編物にはガラス繊維、シリカ繊維等の無機繊維からなるものも使用することができるが、ポリオレフィンからなる平板状部材は、微生物で分解され難くて耐久性がよいので好ましい。
【００２３】
本発明で使用される平板状部材は、織編物、合成樹脂フィルムともに、厚みが３０〜５００μｍ、特に５０〜３００μｍのものが好ましい。また、メッシュ状の織編物の場合は、５０ｍｍ間の繊維本数が１０〜１００本、特に２０〜５０本のものが通水性や強度等の点から好ましい。
【００２４】
本発明の微生物処理用成形体は、波板状部材の山高さ（Ｈ）５〜１００ｍｍ、ピッチ（Ｐ）５〜１００ｍｍであることが好ましく、山高さ８〜８０ｍｍ、ピッチ８〜８０ｍｍがより好ましく、山高さ１０〜５０ｍｍ、ピッチ１０〜５０ｍｍがさらに好ましい。波板状部材の山高さやピッチが５ｍｍ未満になると、波板状部材と平板状部材とを重ねて形成される透孔に微生物が詰まりやすくなって、排水処理の能力が低下する場合がある。また、波板状部材の山高さやピッチが１００ｍｍを超えると、微生物と排水の接触がうまくいかず、良好な排水処理ができなくなる場合がある。
【００２５】
本発明の微生物処理用成形体Xは、例えば図２で示したような生物処理装置の処理槽４内に充填し（固定床）、被処理水タンク５からポンプ６で被処理水を下方から処理槽４内に供給するとともに、エアポンプ７で空気を処理槽４内に吹込んで処理し、処理槽４の上部から処理液を取り出すものである。
【００２６】
次に、本発明の微生物処理用成形体の製法例について説明する。
【００２７】
まず、カーボン繊維と熱可塑性合成繊維とを所定の質量比で混綿した後、ランダムカード、パラレルカード等のカード機を用い、カーボン繊維とバインダー繊維からなるフェルト状カーボン繊維シートを形成する。
【００２８】
このようにして形成したフェルト状カーボン繊維シートをシングルフエザーやダブルフエザーで加工して波板状部材とし、これと平板状部材とを重ね、その接点（線）をホットメルト接着剤で接着して図１のようなハニカム状の微生物処理用成形体を製造する。このようにして作製した微生物処理用成形体を多段に重ね合わせ、その接点（線）を接着することによりブロック状の微生物処理用成形体とすることもできる。また、図１の微生物処理用成形体を巻き込むことにより円筒状の微生物処理用成形体とすることもできる。
【００２９】
波板状部材と平板状部材とを接着させるための接着剤としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、エチレンビニルアルコール（ＥＶＡ）等のホットメルト接着剤が好ましく使用できるが、ポリオレフィン、ＥＶＡ等のホットメルト接着剤が微生物分解され難くて耐久性がよいので特に好ましい。
【００３０】
本発明の微生物処理用成形体は、強度が高く、かつ、運転開始から目標とする処理水質に到達するまでの立上げ時間が短縮され、被処理水中の有機物の除去に優れており、特にＴＯＣ濃度が２０ｍｇＣ／Ｌというような低有機物濃度の水の処理、例えば半導体工場の排水処理や半導体産業等で用いられる超純水の使用後の回収システム等に組込んで使用するのに好適であるが、有機物濃度がこれより高い観賞魚や養殖魚用水の浄化、水耕栽培水の浄化、食品工場排水、厨房排水、下水など有機物を含む一般排水の処理にも適用することもできる。
【００３１】
本発明において、比表面積は、カンタクロム社製「オートソープ６」自動ガス吸着装置により、また体積抵抗率は、ＪＩＳ  Ｒ７６０１「炭素繊維試験方法」の体積抵抗率測定方法に準じて測定した。
【実施例】
【００３２】
次に, 本発明を実施例により具体的に説明する。
（実施例１）
ピッチ系カーボン繊維Ｍ(大阪ガスケミカル株式会社製Ｓ−２３３：比表面積０．５ｍ2／ｇ、体積抵抗率１×１０-2Ωｃｍ、繊維長８ｍｍ)と、芯成分がポリプロピレン、鞘成分がポリエチレンからなるポリオレフィン系バインダー繊維Ｎ（大和紡社製  ＥＳＣ  鞘部融点：８０℃）とをパラレルカードを用いて質量比（Ｍ：Ｎ）が２０／８０となる不織ウェブを形成した後、クロスラッパーにより不織ウェブをクロスラップさせ、ニードルパンチ装置により機械的に繊維の三次元交絡を生じさせて一体化した不織ウェブを作成した。引き続き、この不織ウェブを、１３０℃の温度の乾燥機中を通過させてバインダー繊維の鞘成分の溶融により繊維間を接着させ、目付６０ｇ／ｍ2 、厚み１．８ｍｍのフェルト状カーボン繊維シートを作製した後、このシートをシングルフエザーで成型して、山高さ２０ｍｍ、ピッチ１５ｍｍの波板状部材を得た。
【００３３】
次いで、平板状部材としてメッシュ状の織物であるポリプロピレンメッシュ（呉羽合繊社製、ポリプロピレン製網  ５０ｍｍ間の繊維本数が３５本）を用い、これに上記で得た波板状部材を重ね、両者の接触部分をＥＶＡ系ホットメルト接着剤で熱接着させ、微生物処理用成形体を得た。
【００３４】
この微生物処理用成型体を上下方向に数段重ね合わせ、ＥＶＡ系ホットメルト接着剤で接着してブロック状微生物処理用成形体Ａを得た。（サイズ：４００×４００×４００ｍｍ）
（実施例２）
平板状部材として、ポリプロピレンメッシュの代わりに合成樹脂フイルム（東レ社製、無延伸ポリプロピレンフイルム  厚み１００μｍ）を使用した以外は、実施例１と同様にして微生物処理用成形体Ｂを得た。
（比較例１）
ピッチ系カーボン繊維に代えてピッチ系活性炭繊維 (ユニチカ株式会社株式会社製Ａ−７：体積抵抗率１０7Ωｃｍ、比表面積７００ｍ2／ｇ)を用いた以外は実施例１と同様にして微生物処理用成形体Ｃを得た。
【００３５】
次いで、図２に示す生物処理装置を用い、別々の処理槽４にそれぞれ微生物処理用成形体Ａ（実施例１）、微生物処理用成形体Ｂ（実施例２）、微生物処理用成形体Ｃ（比較例１）を充填し（固定床）、全有機炭素量（ＴＯＣ）の除去を行なった。この場合、エアポンプ７で処理槽４内に空気を１０ｍｌ／秒の割合で吹込んだ。また、被処理水は、メタノール、アセトン及びイソプロパノール（メタノール、アセトン及びイソプロパノールの質量比が１：１：４）を主成分として含むＴＯＣ濃度約２０ｍｇＣ／Ｌの水で、これを処理槽４での滞留時間が１０分となるように供給した。
【００３６】
運転時間(経過時間)と、得られた処理水のＴＯＣ測定結果との関係を図３に示す。なお、ＴＯＣ測定は、ＴＯＣ計（島津製作所（株）製 ＴＯＣ−５０００）を用いて行った。
【００３７】
図３から明らかなように、実施例１、２の微生物処理成形体A、Ｂを用いると、処理開始後約１０日後には処理水のＴＯＣが大きく低減しているのに対して、比較例１の微生物処理成形体Ｃを用いると、活性炭繊維を使用しているため処理水のＴＯＣ低減が小さかった。また、比較例１では、９０〜２００日後の処理水のＴＯＣが２〜３ｍｇＣ／Ｌと高かった。
【００３８】
一方、実施例１、２の微生物処理成形体A、Ｂは、９０〜２００日の処理水質が約０．４〜１ｍｇＣ／Ｌで安定していた。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の微生物処理用成形体の基本構造を示す断面図である。
【図２】本発明の生物処理装置の一実施態様を示す説明図である。
【図３】運転時間(経過時間)と、得られた処理水のＴＯＣ測定結果との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
X  微生物処理用成形体
１  波板状部材
２  平板状部材
３  透孔
４  処理槽
５  被処理水タンク
６  ポンプ
７  エアポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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