(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
引裂強度２０〜３００ｋＮ／ｍ、破断伸び２００〜１８００％のゴム弾性を有するウレタン系エラストマーと、ポリエチレン樹脂との混合物からなり、
前記ウレタン系エラストマーの割合が、前記ポリエチレン樹脂および前記ウレタン系エラストマーの合計量に対して、５０〜９５重量％であり、
中空筒状に形成されていることを特徴とする、機械撹拌式水処理用担体。
【請求項２】
引裂強度２０〜３００ｋＮ／ｍ、破断伸び２００〜１８００％のゴム弾性を有するウレタン系エラストマーと、ポリエチレン樹脂との混合物からなり、
前記ウレタン系エラストマーの割合が、前記ポリエチレン樹脂および前記ウレタン系エラストマーの合計量に対して、５０〜９５重量％であり、
中空筒状に形成されている機械撹拌式水処理用担体が用いられていることを特徴とする、機械撹拌式水処理用装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微生物を用いる各種の水処理に使用され、撹拌羽根の回転により機械撹拌する機械撹拌式水処理用装置に用いられる機械撹拌式水処理用担体、および、その機械撹拌式水処理用担体が用いられる機械撹拌式水処理用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、微生物を用いる廃水処理などの水処理においては、例えば、嫌気槽や好気槽などの水処理槽に、流動床として、合成樹脂の成形物からなる水処理用担体が投入されている。この水処理用担体は、水処理槽内において、微生物を付着して、その付着した微生物を増殖させることによって、水処理を行なうものである。このような水処理用担体としては、例えば、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂の成形物が用いられている。
【０００３】
また、近年、水処理用担体の展開率を向上させるべく、撹拌羽根の回転によって槽内を流動させる機械撹拌式の水処理用装置が使用されるようになってきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂は、その比重が１．０以下であるため、そのままの成形物を流動床に用いると、水から浮き上がってしまうため、例えば、炭酸カルシウムや硫酸バリウムなどの充填剤を配合して比重を調整することにより、流動性の改善を図るようにしている。
【０００５】
しかし、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂は、引裂強度および破断伸びがたとえ高くても、ゴム弾性を有さず、さらには、このような炭酸カルシウムや硫酸バリウムなどの充填剤が配合されるので、機械撹拌式水処理用装置に適用すると、機械撹拌によって摩耗および引き裂けが生じて、長期の使用に耐えられないという不具合を生じる。
【０００６】
一方、引裂強度および破断伸びが高く、ゴム弾性を有する熱可塑性エラストマーを水処理用担体として用いれば、良好な強度およびゴム弾性の変形により、摩耗および引き裂けを防止することができる。
【０００７】
しかし、このような良好な強度およびゴム弾性を有する熱可塑性樹脂の成形物からなる水処理用担体を、機械撹拌式水処理用装置にそのまま適用しても、機械撹拌によって生じるせん断力により、微生物の付着が妨げられ、また、付着しても、その微生物が増殖すると剥がれ落ちてしまうという不具合を生じる。
【０００８】
本発明は、このような不具合に鑑みなされたもので、その目的とするところは、機械撹拌によっても、長期の使用に耐え、良好に微生物を付着および増殖させることのできる機械撹拌式水処理用担体、および、その機械撹拌式水処理用担体が用いられる機械撹拌式水処理用装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、
（１）引裂強度２０〜３００ｋＮ／ｍ、破断伸び２００〜１８００％のゴム弾性を有するウレタン系エラストマーと、ポリエチレン樹脂との混合物からなり、前記ウレタン系エラストマーの割合が、前記ポリエチレン樹脂および前記ウレタン系エラストマーの合計量に対して、５０〜９５重量％であり、中空筒状に形成されていることを特徴とする、機械撹拌式水処理用担体、
（２）引裂強度２０〜３００ｋＮ／ｍ、破断伸び２００〜１８００％のゴム弾性を有するウレタン系エラストマーと、ポリエチレン樹脂との混合物からなり、前記ウレタン系エラストマーの割合が、前記ポリエチレン樹脂および前記ウレタン系エラストマーの合計量に対して、５０〜９５重量％であり、中空筒状に形成されている機械撹拌式水処理用担体が用いられていることを特徴とする、機械撹拌式水処理用装置、
を提供するものである。
【００１０】
なお、引裂強度２０〜３００ｋＮ／ｍ、破断伸び２００〜１８００％のゴム弾性を有するウレタン系エラストマーには、親水性エラストマーや疎水性エラストマーなどが含まれ、また、中空筒状には、円筒形状や角筒形状が含まれる。なお、親水性とは、水により膨潤するものをいう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の機械撹拌式水処理用担体は、撹拌羽根の回転によって水処理槽内を流動させる機械撹拌式の水処理用装置に適用される水処理用担体であって、引裂強度が２０〜３００ｋＮ／ｍであり、かつ、破断伸びが２００〜１８００％であるゴム弾性を有するウレタン系エラストマーと、ポリエチレン樹脂との混合物からなり、中空筒状に形成されている。
【００１３】
また、このような混合物において、ウレタン系エラストマーは、上記のように、その引裂強度が２０〜３００ｋＮ／ｍ、好ましくは、３０〜２８０ｋＮ／ｍ、破断伸びが２００〜１８００％、好ましくは、３００〜１５００％の物性値を有し、ゴム弾性を発現し得るものが用いられる。なお、上記の引裂強度および破断伸びは、ＪＩＳ Ｋ ７３１１（２ｍｍ厚の射出成形板を基準に測定）に準拠して求めることができる。
【００１４】
このような物性値を有し、ゴム弾性を発現するものであれば、機械撹拌のせん断力によっても、良好な強度およびゴム弾性の変形により、摩耗および引き裂けを防止することができ、機械撹拌式水処理用装置に適用しても長期の使用に耐えることができる。
【００１５】
また、本発明の機械撹拌式水処理用担体では、このようなウレタン系エラストマーに、さらに、ポリエチレン樹脂が配合される。ポリエチレン樹脂は、上記の物性値を有さず、および／または、ゴム弾性を有していない熱可塑性樹脂である。
【００１７】
ウレタン系エラストマーとポリエチレン樹脂との混合物においては、ウレタン系エラストマーの割合が、これらの合計量に対して、５０〜９５％である。
【００１８】
ウレタン系エラストマーに、ポリエチレン樹脂を配合すれば、適宜比重を調整することができ、その流動性を向上させることができる。
【００１９】
なお、このようなウレタン系エラストマーとポリエチレン樹脂との混合物は、良好な流動性を確保すべく、その比重が、水の比重（１．０）に近い、０．９５〜１．２０の範囲、好ましくは、０．９８〜１．１０の範囲のものが好ましく用いられる。
【００２０】
また、ウレタン系エラストマーとポリエチレン樹脂との混合物の物性値が、上記の物性値を有していることが好ましい。
【００２１】
また、本発明の機械撹拌式水処理用担体には、基質吸着物質、および／または、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質を含有させてもよい。これらを含有させれば、機械撹拌式水処理用担体の表面に、より一層、容易に微生物を付着および増殖させることができ、効率的な水処理を行なうことができる。
【００２２】
このような基質吸着物質としては、例えば、自然石を含む天然セラミックス、人工セラミックス、活性炭、カーボンブラック、ケイ酸塩化合物などが挙げられる。これらは、単独で使用してもよく、また、２種類以上併用してもよい。好ましくは、活性炭、カーボンブラックが挙げられる。また、基質吸着物質を配合する割合は、例えば、ウレタン系エラストマーとポリエチレン樹脂との混合物１００重量部に対して、０．１〜４０重量部、好ましくは、０．５〜３０重量部である。
【００２３】
また、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質としては、例えば、銅や亜鉛などの金属や、そのような金属の、水に不溶あるいは難溶の塩、酸化物、硫化物、水酸化物など、さらには、そのような金属または金属化合物に、無機物および／または有機物が含有されているものなどが挙げられる。これらは、単独で使用してもよく、また、２種類以上併用してもよい。好ましくは、酸化銅、硫化銅、水酸化銅が挙げられる。また、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質を配合する割合は、例えば、ウレタン系エラストマーとポリエチレン樹脂との混合物１００重量部に対して、０．００５〜５重量部、好ましくは、０．０１〜３重量部である。
【００２４】
なお、基質吸着物質や、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質は、例えば、マスターバッチとして調製されていてもよい。
【００２５】
そして、本発明の機械撹拌式水処理用担体は、上記したウレタン系エラストマーおよびポリエチレン樹脂の混合物と、必要により、基質吸着物質、および、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質を配合して、例えば、押出成形機などの公知の溶融成形機によって、押出成形などの公知の溶融成形法によって成形することにより、中空筒状に成形される。
【００２６】
例えば、押出成形の場合では、単軸押出のスクリュー径５０ｍｍφにおいては、吐出量が５〜３５ｋｇ／ｈｒ、スクリューの回転数が１０〜８０ｍｉｎ−１、ダイの温度が１３０〜２３０℃の成形条件において成形することができる。また、熱可塑性樹脂を２種類以上用いて成形する場合には、２種類以上の仕切られたダイから同時に引き出し、形状が自由に成形できる、いわゆる共押出成形によって成形してもよい。また、溶融成形後、成形物をダイから吐出させた後に、水中カット、ホットカット、ミストカットなどのカット方法でカットしてもよい。
【００２７】
このようにして成形された本発明の機械撹拌式水処理用担体は、中空筒状を有している。より具体的な形状としては、円筒形状や、角筒形状など中空状であれば特に制限されない。また、そのサイズも適宜選択すればよいが、例えば、その外径が２〜２５ｍｍφ、さらには、２．５〜１５ｍｍφ、その内径が１〜２４ｍｍφ、さらには、１．５〜１４ｍｍφ、その長さが１〜３０ｍｍであることが好ましい。また、その肉厚が、０．１〜１０ｍｍであることが好ましく、また、その直径に対する長さの比（Ｌ／Ｄ）が０．１〜２．５であることが好ましい。なお、これらのサイズは、例えば、親水性エラストマーや親水性樹脂が用いられる場合には、吸水によって膨潤した時の値である。
【００２８】
このような中空筒状に形成することによって、たとえ機械撹拌によるせん断力を受けても、その中空とされる筒形状の内側面に、微生物を効率よく付着および増殖させることができ、しかも、筒形状の変形により、機械撹拌によるせん断力を良好に緩和することができ、摩耗および引き裂けをより一層防止して、耐久性を向上させることができる。
【００２９】
また、本発明の機械撹拌式水処理用担体は、上記した成形時において、発泡剤を配合して、得られる成形物を多孔質化するようにしてもよい。発泡剤を配合する場合には、より具体的には、ウレタン系エラストマーおよびポリエチレン樹脂の混合物と、必要により、基質吸着物質、および、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質と、これらとともに発泡剤を配合して、上記した公知の溶融成形法によって成形すればよい。
【００３０】
発泡剤によって成形時に多孔質化すれば、用いる発泡剤の配合量を加減してその機械撹拌式水処理用担体の空孔率（ポロシティまたは気孔率ともいう。）を適宜選択することにより、機械撹拌式水処理用担体の比重を、この発泡剤によって調整することができ、その結果、流動性の向上を図ることができる。また、多孔質化することにより、その表面には、通常、凹凸状の細孔が形成されるので、これによって、その表面に、微生物を付着させやすくすることができ、さらに効率的な水処理を行なうことができる。なお、このような発泡剤を配合する場合には、その比重が、水の比重（１．０）に近い、０．９３〜１．１５の範囲、好ましくは、０．９７〜１．０５の範囲となるように、その空孔率を２０〜９０％、さらには、２０〜８０％とすることが好ましい。また、多孔質化は、連続気泡であっても独立気泡であってもよく、例えば、独立気泡である場合には、その気泡のサイズが、１〜３０００μｍ、さらには、１０〜２０００μｍであることが好ましい。
【００３１】
用いられる発泡剤としては、例えば、通常使用される、化学的発泡剤や物理的発泡剤などが挙げられる。化学的発泡剤としては、例えば、アゾ化合物（例えば、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、バリウムアゾジカルボキシレート（Ｂａ／ＡＣ）など）、ニトロソ化合物（例えば、Ｎ，Ｎ−ジニトロソペンタメチレンテトラミン（ＤＰＴ）など）、ヒドラジン誘導体（例えば、４，４’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）（ＯＢＳＨ）など）、セミカルバジド化合物、アジド化合物、トリアゾール化合物、イソシアネート化合物、重炭酸塩（例えば、重炭酸ナトリウムなど）、炭酸塩、亜硝酸塩、水素化物、重炭酸ナトリウムと酸の混合物（例えば、重炭酸ナトリウムとクエン酸など）、過酸化水素と酵母との混合物、亜鉛粉末と酸との混合物などが挙げられる。
【００３２】
また、物理的発泡剤としては、例えば、脂肪族炭化水素類（例えば、ブタン、ペンタン、ヘキサンなど）、塩化炭化水素類（例えば、ジクロロエタン、ジクロロメタンなど）、フッ化塩化炭化水素類（例えば、トリクロロモノフロロメタン、ジクロロジフロロメタン、ジクロロモノフロロメタン、ジクロロテトラフロロエタンなど）、代替フロン類、空気、炭酸ガス、窒素ガス、水などが挙げられる。これらは、単独で使用してもよく、また、２種類以上併用してもよい。好ましくは、ＡＤＣＡ、ＯＢＳＨ、重炭酸ナトリウムと酸の混合物が挙げられる。
【００３３】
また、発泡剤を配合する割合は、例えば、ウレタン系エラストマーとポリエチレン樹脂との混合物１００重量部に対して、０．０１〜２０重量部、好ましくは、０．０５〜１５重量部である。なお、これら発泡剤は、例えば、マスターバッチとして調製されていてもよい。
【００３４】
このようにして得られる本発明の機械撹拌式水処理用担体は、機械撹拌のせん断力によっても、良好な引裂強度および破断伸びと、ゴム弾性による変形と、筒形状の変形によるせん断力の緩和とによって、摩耗および引き裂けを良好に防止することができ、機械撹拌式水処理用装置に適用しても長期の使用に耐えることができる。しかも、中空とされる筒形状の内側面に、微生物を効率よく付着および増殖させることができるので、機械撹拌によるせん断力を受けても、その微生物の付着が妨げられたり、あるいは、付着した微生物が剥がれ落ちるということも、有効に防止することができる。
【００３５】
そして、このような本発明の機械撹拌式水処理用担体は、撹拌羽根の回転によって槽内を流動させる機械撹拌式の水処理用装置に適用される。図１には、そのような機械撹拌式水処理用装置の一実施形態が示されている。すなわち、図１において、この機械撹拌式水処理用装置は、水処理槽１と、この水処理槽１に接続される給水管２および排水管３と、撹拌羽根５とを備えている。給水管２からは処理水が給水され、排水管３からは処理が終了した処理水が排水される。また、撹拌羽根５は、水処理槽１内を機械撹拌できるように、プロペラ形状をなし、図示しないモータなどによって、所定の回転速度で回転可能に設けられている。
【００３６】
水処理槽１には、本発明の機械撹拌式水処理用担体４が流動床として投入されており、撹拌羽根５によって水処理槽１内において機械攪拌される。このような機械撹拌式水処理用装置では、機械撹拌によって、機械撹拌式水処理用担体４の展開率を向上させることができるので、効率的な水処理を行なうことができる。しかも、この機械撹拌式水処理用装置は、良好に微生物を付着および増殖させ、かつ、機械撹拌による長期の使用に耐える、本発明の機械撹拌式水処理用担体４が投入されているので、優れた水処理能力および耐久性を発現することができる。
【００３７】
なお、このような本発明の機械撹拌式水処理用担体および機械撹拌式水処理用装置は、各種の水処理、例えば、産業廃水や生活廃水などの廃水処理などに用いることができ、より具体的には、微生物を用いた水処理、例えば、硝化菌（例えば、アンモニア酸化菌、亜硝酸酸化菌など）などの好気性微生物により処理するための好気槽における水処理、脱窒菌などの嫌気性微生物により処理するための嫌気槽における水処理に用いることができる。
【００３８】
また、本発明の機械撹拌式水処理用担体は、上記したように、本来、水処理に用いられるものであるが、気相での処理、例えば、アンモニア、硫化水素などの脱臭に用いることもできる。
【００３９】
【実施例】
以下に実施例および比較例を示し本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、何ら実施例および比較例に限定されることはない。
【００４２】
実施例１
ウレタン系エラストマー（商品名：エラストランＯＰ８０Ａ１０、武田バーディシェウレタン工業社製、引裂強度７１ｋＮ／ｍ、破断伸び７９０％、硬度８４Ａ）と、ポリエチレン樹脂（商品名：エボリュー０５１０、三井化学社製）とが、重量比で８／２の割合で配合される混合物（引裂強度８２ｋＮ／ｍ、破断伸び６１０％、硬度８７Ａ）１００重量部に、発泡剤（ハイドロセロール−ＣＦ、ベーリンガーインゲルハイム社製）０．６重量部、カーボンブラックマスターバッチ（ベース樹脂：ポリエチレン、カーボンブラック含有率３０重量％）０．６重量部、酸化銅（和光純薬社製）０．１重量部を添加し、押出成形機（５０ｍｍφ単軸押出機、ＦＳ−２５、Ｌ／Ｄ＝３４、池貝社製）を使用して成形し、外径８ｍｍφ、内径６ｍｍφ、長さ６ｍｍの円筒形状の担体を得た。
【００４３】
比較例１
ポリエチレン樹脂（商品名：エボリュー０５１０、三井化学社製）と炭酸カルシウム（丸尾カルシウム社製）とを、その比重が１．０２となるように配合した混合物（引裂強度１３ｋＮ／ｍ、破断伸び５２０％、硬度５４Ｄ）を、押出成形機（５０ｍｍφ単軸押出機、ＦＳ−２５、Ｌ／Ｄ＝３４、池貝社製) を使用して成形し、外径８ｍｍφ、内径６ｍｍφ、長さ６ｍｍの円筒形状の担体を得た。
【００４４】
比較例２
ポリエチレン樹脂（商品名：エボリュー０５１０、三井化学社製）と炭酸カルシウム（丸尾カルシウム社製）とを、その比重が１．０２となるように配合した混合物（引裂強度１３ｋＮ／ｍ、破断伸び５２０％、硬度５４Ｄ）１００重量部に、発泡剤（ハイドロセロール−ＣＦ、ベーリンガーインゲルハイム社製）０．６重量部、カーボンブラックマスターバッチ（ベース樹脂：ポリエチレン、カーボンブラック含有率３０重量％）１重量部、酸化銅（和光純薬社製）０．１重量部を添加し、押出成形機（５０ｍｍφ単軸押出機、ＦＳ−２５、Ｌ／Ｄ＝３４、池貝社製) を使用して成形し、外径８ｍｍφ、内径６ｍｍφ、長さ６ｍｍの円筒形状の担体を得た。
【００４５】
比較例３
ウレタン系エラストマー（商品名：エラストランＯＰ８０Ａ１０、武田バーディシェウレタン工業社製）と、ポリエチレン樹脂（商品名：エボリュー０５１０、三井化学社製）とが、重量比で８／２の割合で配合される混合物（引裂強度８２ｋＮ／ｍ、破断伸び６１０％、硬度８７Ａ）を、押出成形機（５０ｍｍφ単軸押出機、ＦＳ−２５、Ｌ／Ｄ＝３４、池貝社製) を使用して成形し、外径６ｍｍφ、長さ７ｍｍの円柱形状の担体を得た。
比較例４
ウレタン系エラストマー（商品名：エラストランＯＰ８０Ａ１０、武田バーディシェウレタン工業社製）１００重量部に、発泡剤（ハイドロセロール−ＣＦ、ベーリンガーインゲルハイム社製）０．６重量部、カーボンブラックマスターバッチ（ベース樹脂：ポリエチレン、カーボンブラック含有率３０重量％）０．８重量部、酸化銅（和光純薬社製）０．１重量部を添加し、押出成形機（５０ｍｍφ単軸押出機、ＦＳ−２５、Ｌ／Ｄ＝３４、池貝社製）を使用して成形し、外径８ｍｍφ、内径６ｍｍφ、長さ６ｍｍの円筒形状の担体を得た。
【００４６】
試験例１
実施例１および比較例１、２で得られた各担体を、嵩体積で各２００Ｌ用い、これを５ｍ３の水槽に投入し、機械攪拌式エアレータ（出力０．７５ｋｗ、回転数５６０〜５７０、新明和工業社製）を使用して耐久試験を行なった。
【００４７】
実施例１の担体は、試験開始から２カ月経過しても、目視では、摩耗または引き裂けているように見えなかった。それに対し、比較例２の担体は、試験開始から２、３日経過すると、目視によって、表面が摩耗しているものや、引き裂けた形状のものが観察され、また、比較例１の担体は、試験開始から２カ月経過すると、目視によって、表面が摩耗しているものや、引き裂けた形状のものが観察された。
【００４８】
試験例２
実施例１および比較例１、３、４で得られた各担体を、嵩体積で各２５０Ｌ用い、これを５ｍ３の水槽に投入し、機械攪拌式エアレータ（出力０．７５ｋｗ、回転数５６０〜５７０、新明和工業社製）を使用して排水の水処理試験を行なった。使用した排水には、ＢＯＤが１００ｍｇ／ｍＬ前後含まれており、必要に応じてグルコース、リン酸およびアンモニア態窒素を添加して試験を行なった。
【００４９】
この試験においては、各担体のタンパク質付着量を測定することで、生物付着量を推定した。なお、試験の最終負荷は、容積負荷で１．２ｋｇ、最終付着量を測定した。その結果として、図２に、試験開始からの日数経過に対するタンパク質付着量をプロットした。
【００５０】
図２から明らかなように、実施例１の担体は、１０日以内の時点からタンパク質付着量が増加し始め、２０日を経過すると飽和に達して、その付着量が、７〜９ｇ−Ａｌｂ／Ｌ嵩体積−担体となることがわかる。一方、比較例１、３の担体は、１０日を過ぎた時点からタンパク質付着量が増加し始めるが、５０日を経過した時点においても、その付着量が、担体の破損の影響もあって、１〜２．５ｇ−Ａｌｂ／Ｌ嵩体積−担体にしかならないことがわかる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の機械撹拌式水処理用担体は、機械撹拌のせん断力によっても、良好な引裂強度および破断伸びと、ゴム弾性による変形と、筒形状の変形によるせん断力の緩和とによって、摩耗および引き裂けを良好に防止することができ、機械撹拌式水処理用装置に適用しても長期の使用に耐えることができる。しかも、中空とされる筒形状の内側面に、微生物を効率よく付着および増殖させることができるので、機械撹拌によるせん断力を受けても、その微生物の付着が妨げられたり、あるいは、付着した微生物が剥がれ落ちるということも、有効に防止することができる。
【００５２】
そのため、このような機械撹拌式水処理用担体が用いられる機械撹拌式水処理用装置は、優れた水処理能力および耐久性を発現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の機械撹拌式水処理用装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】試験例２の評価結果であって、試験開始からの日数経過に対してタンパク質付着量がプロットされている図である。
【符号の説明】
１    水処理槽
２    給水管
３    排水管
４    機械撹拌式水処理用担体
５    攪拌羽根
【図１】
0004597325.tif 000002
【図２】
0004597325.tif 000003