(57)【要約】【課題】耐久性があり、曝気槽中で適度な浮遊ができ、低コストで微生物の付着に利用でき、しかも汚水の浄化能力の高い粒状の生物処理用担体を提供する。【解決手段】生物処理用担体であって、直径０．１〜１００μｍの孔を有する熱可塑性樹脂からなる粒状体により構成され、見かけ密度が０．５〜１．５グラム／ミリリットルである。この生物処理用担体は、熱可塑性樹脂と粉粒状の無機化合物とを溶融混練して粒状体を形成し、その後に、粒状体を、無機化合物は溶解するが熱可塑性樹脂は溶解しない溶媒により処理して、粒状体から無機化合物を除去することで、この無機化合物が存在していた部分に孔を形成することにより、製造される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径０．１〜１００μｍの孔を有する熱可塑性樹脂からなる粒状体により構成され、見かけ密度が０．５〜１．５グラム／ミリリットルであることを特徴とする生物処理用担体。
【請求項２】
熱可塑性樹脂と粉粒状の無機化合物とを溶融混練して粒状体を形成し、その後に、前記粒状体を、前記無機化合物は溶解するが熱可塑性樹脂は溶解しない溶媒により処理して、前記粒状体から無機化合物を除去することで、この無機化合物が存在していた部分に直径０．１〜１００μｍの孔を形成するとともに、前記粒状体の見かけ密度を０．５〜１．５グラム／ミリリットルとすることを特徴とする生物処理用担体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚水中に含まれる有機性成分や窒素成分を微生物により効率的に除去するために曝気槽に投入される生物処理用担体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、生活廃水や工場排水などによって湖沼、内海などの富栄養化が進み、それがアオコや赤潮などの発生を引き起こすため、下水処理場や工場排水処理施設において、ＢＯＤ、窒素、リンなどの除去技術の効率化が検討されている。
【０００３】
最近、高負荷、高効率用の除去技術として、直径または一辺が３ｍｍ以上の粒子（本明細書では「担体」と称す）を処理槽内に分散浮遊させ、この担体の表面および内部細孔に高密度に着生した微生物によって、有機成分や窒素成分を分解除去するシステムが注目されている。
【０００４】
例えば、微生物付着用担体として、（１）ポリビニルアルコール系ゲル状物、（２）ポリエチレングリコール系ゲル状物、（３）発泡ポリプロピレン成型物、（４）発泡ポリウレタン成型物、（５）ポリエチレン球状成型物、（６）セラミック成型物、（７）繊維塊、束状物などが提案されており、素材や形状に工夫がなされて使い分けられている。これらの担体は、通常、処理槽内に、汚水に対して体積比で１０〜５０％投入され、槽底部からの曝気空気により流動して、汚水と接触する。
【０００５】
したがって、これらの担体は、水中での流動性がよく、しかも流動時の担体同士または槽壁面との摩擦や衝突に対して損傷のないものでなければならない。さらに、担体の表面や内部により多くの微生物が付着できる面積、空間があることが重要である。したがって、これらの担体は、処理槽より流出しない最低の大きさまで小さくすることにより微生物の付着面積を上げる工夫がなされている。
【０００６】
これらの種々の担体の中で、ポリビニルアルコールやポリエチレングリコールのゲル状物およびポリエチレン球状成型物は、発泡体や繊維塊に比して内部に空隙が少なく、微生物の付着は担体の表面に限られる。また、ウレタンやポリプロピレン発泡体は、内部に多くの細孔を有するものの、処理水槽の水面上に浮きやすく、水中での流動が悪くなるという欠点がある。
【０００７】
このため連続孔にする方法が提案されているが、比較的連続孔が作りやすいのは膜やシート状、板状のものである。しかし、これらは、製造時の後工程として担体としての適当な大きさにカットする必要があり、そのための手間がかかる。そのうえに、形状としては直方体となるため、使用中に角が取れて粉となって流れていってしまい、かえって水質を悪化させる原因になってしまう。
【０００８】
連続孔を有した球状に近い形態の担体を一工程で作るには、ビーズ発泡粒子を用いる方法があるが、連続孔を有するビーズ発泡体の製造は難しく、従来のものはほとんどが独立気泡となってしまい、軽量で水面に浮くため浄水機能が低くなる。このため、担体を形成する樹脂とは溶融しない粉体を同時に混ぜて発泡させた連続気泡発泡体が提案されているが(特許文献１)、発泡剤も含めて多くの添加剤を加える必要があるため、製造時の操作が煩雑でコストアップとなってしまう。また、たとえ連続孔になっていたとしても、疎水性の樹脂の場合は水が細孔に入っていきにくいため、結果として内部の多くの細孔を有効利用できていなかった。疎水性の樹脂にて形成された発泡体の場合に内部に水が入りやすくするために、親水性の樹脂を混ぜる方法も提案されているが(特許文献２)、非相溶の樹脂を混ぜることは簡単ではなく、再現性も得られにくいという問題があった。
【０００９】
一方、発泡体にすることなく連続孔を有した担体を作製するために、ポリオレフィン樹脂に無機粉体と有機液状体とを混合、溶融し、あとから無機粉体と有機液状体を抽出除去する方法が提案されている(特許文献３)。しかしながら、この方法は、無機粉体と有機液状体を抽出するために有機溶剤を使用する必要があり、好ましいものではなかった。
【００１０】
これらに対して、構成繊維の直径が数十μｍ以下の繊維塊状物は、微細な繊維が無数の立体網目構造を形成するため、粒状物に比して極めて大きな微生物付着効果を得ることができる(特許文献４)。しかし、この場合は、製造方法が簡単であるとはいえず、また熱処理により繊維塊が収縮して内部空隙が減少することがあり得るものであった。
【特許文献１】特開２００５−１７１０６４号公報
【特許文献２】特開２００４−１１３２２０号公報
【特許文献３】特公昭６０−２３１３０号公報
【特許文献４】特開平１０−１８０２７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、耐久性があり、曝気槽中で適度な浮遊ができ、低コストで微生物の付着に利用でき、しかも汚水の浄化能力の高い粒状の生物処理用担体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記の欠点を解決するために鋭意検討をした結果、耐久性があり、曝気槽中で適度な浮遊ができ、低コストで微生物の付着に利用できる汚水の浄化能力の高い粒状の生物処理用担体を見い出し、本発明を完成した。
【００１３】
すなわち、本発明の生物処理用担体は、直径０．１〜１００μｍの孔を有する熱可塑性樹脂からなる粒状体により構成され、見かけ密度が０．５〜１．５グラム／ミリリットルであることを要旨とする。
【００１４】
本発明の生物処理用担体の製造方法は、熱可塑性樹脂と粉粒状の無機化合物とを溶融混練して粒状体を形成し、その後に、前記粒状体を、前記無機化合物は溶解するが熱可塑性樹脂は溶解しない溶媒により処理して、前記粒状体から無機化合物を除去することで、この無機化合物が存在していた部分に直径０．１〜１００μｍの孔を形成するとともに、前記粒状体の見かけ密度を０．５〜１．５グラム／ミリリットルとすることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、生物処理用担体が、直径０．１〜１００μｍの孔を有する熱可塑性樹脂からなる粒状体により構成され、見かけ密度が０．５〜１．５グラム／ミリリットルであるため、孔の直径が適切な範囲であることから微生物の付着性が良く、また見かけ密度が適切な範囲であることから曝気槽中で適度な浮遊ができ、このため処理効率に優れて汚水の浄化能力が高い担体とすることができる。また、孔の直径が最大でも１００μｍであるため、この孔が担体の強度に悪影響を及ぼすことがなく、このため耐久性に優れた担体とすることができる。
【００１６】
また本発明の製造方法によれば、上記した高性能の担体を低コストで簡単に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の生物処理用担体は、直径０．１〜１００μｍの孔を有する熱可塑性樹脂からなる粒状体であって、見かけ密度が０．５〜１．５グラム／ミリリットルのものにより構成されている。
【００１８】
本発明の生物処理用担体に用いる熱可塑性樹脂は、特に限定されるものはなく、一般的な熱可塑性樹脂を挙げることができる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−４−メチルペンテン−１、ポリブテン、ポリイソブチレン、シクロオレフィン樹脂に代表されるポリオレフィン樹脂、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン４６、ナイロン１１、ナイロン１２などに代表されるポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネート、ポリカーボネートなどに代表されるポリエステル系樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリアクリロニトリルなどに代表されるアクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニルなどに代表されるビニル系樹脂のほか、フッ素系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アセタール系樹脂、ポリエーテル樹脂、シリコン樹脂などを挙げることができる。これらの樹脂は共重合体でも構わないし、一部が変性されていたり、架橋されていたりしても構わない。なかでも、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル系樹脂は、加工性・耐久性・コスト面などで優れているので、好ましく用いることができる。特に好ましいのは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンであり、最も好ましいのはポリエチレンとポリプロピレンである。
【００１９】
本発明の生物処理用担体は、粒状体であって、直径０．１〜１００μｍの孔を有することが必要である。これにより微生物が付着・繁殖しやすくなり、浄水能力が高まる。孔は、担体の表面部のみならず、内部にも存在することが好ましい。孔の直径が１００μｍを超えると、空隙が大きくなって担体の耐久性が劣りやすくなる。
【００２０】
本発明の粒状の生物処理用担体は、その見かけ密度が０．５〜１．５グラム／ミリリットルであることが必要であり、好ましくは０．６〜１．４グラム／ミリリットルであり、より好ましくは０．８〜１．２グラム／ミリリットルであり、最も好ましくは０．９〜１．１グラム／ミリリットルである。見かけ密度が０．５グラム／ミリリットルよりも低い場合は、曝気槽中で担体が浮いてしまい、効率よく処理することができない。一方、見かけ密度が１．５グラム／ミリリットルよりも高い場合は、担体が沈んでしまい、やはり効率よく処理することができない。
【００２１】
本発明の粒状の生物処理用担体は、熱可塑性樹脂と粉粒状の無機化合物とを溶融混練することにより、好適に製造することができる。その溶融混練に際しては、単軸押出機、二軸押出機、ロール混練機、ブラベンダー等の一般的な混練機を使用することができるが、無機化合物をより分散させるためには二軸押出機を使用することが好ましい。熱可塑性樹脂と無機化合物とは、ドライブレンドしてホッパーから投入しても良いし、無機化合物をサイドフィーダーから添加しても良い。
【００２２】
ここで使用される粉粒状の無機化合物は、熱可塑性樹脂との溶融混練の際に、ある程度の大きさを保って分散するものであることが好ましい。このようにして作製した熱可塑性樹脂と無機化合物との混合体は、そのまま処理用担体として用いることもできるが、本発明においては、無機化合物を溶融混練後に取り除いて孔を形成する。これにより、微生物の保持に効果的となる。このために、無機化合物は溶解するが熱可塑性樹脂は溶解しない溶媒による処理を行なう。
【００２３】
このためには、無機化合物は、水に溶けやすいものが好ましい。無機化合物は溶融混練後に水抽出などによって取り除くが、完全に取り除く必要はない。そのため毒性の低いものが好ましい。また、水に溶けやすい無機化合物は、水との親和性が良いため、微量が樹脂中に残って、水が担体中に浸入することを助ける役割を果たすことができる。
【００２４】
このような無機化合物の例としては、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化アルミニウム、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどが挙げられる。なかでも好ましいのは、塩化ナトリウムと硫酸マグネシウムである。これらの無機化合物は、無定形で粒の大きさがそろってなくても良いが、ある程度粒の大きさをそろえたものが好ましい。この場合に好ましい平均粒径は１〜１００μｍである。１μｍ未満でも構わないが、かさ高くなって扱いにくかったり、水分など余分なものを吸着してしまう場合などがある。
【００２５】
なお、上記のように粉粒状の無機化合物の好ましい平均粒径は１〜１００μｍであるが、平均粒径の小さい方の無機化合物では、その粒径分布によって、粒径が１μｍ以下である粒子もある程度含まれる。また、粉粒状の無機化合物のうちには、溶融混練の際に破砕されてその粒径が小さくなるものが存在する。このため、平均粒径が１〜１００μｍである粉粒状の無機化合物を用いても、得られる担体には、それよりも小さい範囲を含んで、直径０．１〜１００μｍの孔が形成されることになる。
【００２６】
本発明の粒状の生物処理用担体は、球形もしくは楕円球形であることが好ましい。大きさとしては平均粒径が３〜１５ｍｍであることが好ましく、より好ましくは４〜１３ｍｍである。球状に成形するには、混練機から押出した際にホットカットする方法が最も一般的である。そのほかに、通常の水浴を通した後にペレタイズし、ミルなどで角を落とす方法を用いても良いし、射出成形などの成形法を取ることもできる。担体の平均粒径が小さいほど、複数の担体による単位体積あたりの表面積が大きくなって処理効率が上がるが、平均粒径が３ｍｍ以下であると、処理水と担体とを分離するためのスクリーンの目幅が小さくなって通水抵抗が大きくなり、水処理に支障をきたしやすくなる。反対に平均粒径が１５ｍｍよりも大きくなると、複数の担体による単位体積あたりの表面積が小さくなって処理効率が下がる傾向が生じる。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。ただし、本発明は下記の実施例のみに限定されるものではない。
下記の実施例、比較例における評価方法は、以下の通りである。
【００２８】
（１）メルトフローレート（ＭＦＲ）；
ＪＩＳ  Ｋ７２１０  にしたがい、付属Ａ表の条件のなかから、温度１９０℃、荷重２１．２Ｎ（２．１６ｋｇ）で測定した。ＭＦＲの単位は、ｇ／１０分である。
【００２９】
（２）微細構造観察、孔の大きさ測定
作製した担体を液体窒素に浸して割り、その破断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。この時観察される孔の大きさを測定し、最も細いものと最も太いものとの範囲で表した。
【００３０】
（３）見かけ密度
エー・アンド・ディ社製  天秤：ＨＡ−２０２Ｍ  比重測定キット：ＡＤ−１６５３を用いて測定した。
【００３１】
（４）ＢＯＤ平均除去率（％）
担体２０リットルを１００リットルの処理水槽に入れ（充填率２０％）、原水として、ＢＯＤ５６０ｍｇ／リットルの製麺排水を、槽底部から８リットル／分の空気量で曝気して撹拌しながら、処理水量２０リットル／時で処理した。運転開始後、２０日、２５日、３０日経過したときの処理水を採取し、ＢＯＤを測定して、原水からのＢＯＤ平均除去率を求めた。
【００３２】
（５）耐久性
上記の（４）の処理を３か月継続した後に、担体を取り出し、処理前との大きさを調べ（粒子の長径と短径の平均値を、５０個の担体について測定し、それらについての平均値を出した）、初期値に対し何％小さくなったかを調べた。その値が小さいほうが、耐久性に優れていることを示す。
【００３３】
［原料］
次に、下記の実施例、比較例において用いた各種原料を示す。
（１）樹脂
樹脂Ａ：ポリエチレン（日本ポリエチレン社製  ＹＦ３０、ＭＦＲ＝１．１ｇ／１０分）
樹脂Ｂ：ポリエチレン（日本ポリエチレン社製  ＬＦ５４７、ＭＦＲ＝３．８ｇ／１０分）
樹脂Ｃ：ポリプロピレン（チッソ社製  Ｋ５０１９Ｆ、ＭＦＲ＝５．４ｇ／１０分）
樹脂Ｄ：無機質充填ナイロン６（ユニチカ社製  Ａ３１３０、ＭＦＲ＝２０ｇ／１０分）
【００３４】
（２）無機化合物
Ｎ：塩化ナトリウム（赤穂化成社製  オシオミクロンＴ−０、平均粒径１０μｍ）
Ｍ：硫酸マグネシウム（赤穂化成社製  ＭＧ−０Ｋ、平均粒径７０μｍ）
Ｏ：硫酸マグネシウム（赤穂化成社製  ＭＧ−０Ｋ−１００、平均粒径１０μｍ）
【００３５】
実施例１
樹脂Ａを１００質量部と、無機化合物Ｎを１００質量部とを、二軸押出機（池貝社製、ＰＣＭ−３０）を用い、ダイス（直径５ｍｍ×２孔）から押出した。押出し温度は１９０℃、スクリュー回転数は１５０ｒｐｍとして、ホットカットにて直径約５ミリの球状サンプルを作製した。これを熱水中で８時間処理することで、無機化合物Ｎをサンプルから抽出した。これにより得られた担体の断面をＳＥＭで観察した結果を図１に示す。図示のように多数の微小な孔が形成されていた。担体の見かけ密度、孔の大きさを表１に示す。
【００３６】
この担体を用いて、製麺排水を処理した後のＢＯＤ平均除去率を求めた。その結果を表１に示す。初期粒径および３ヵ月後の粒径変化も求めた。その結果も表１に示す。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
実施例２〜１２、比較例１〜３
樹脂の種類、無機化合物の種類、それらの量比を、表１のように変化させて、担体を作製した。そして。それ以外は実施例１と同様にして試験を行った。ただし、実施例９では、実施例１と比べて、押出し温度を２１０℃、スクリュー回転数を２５０ｒｐｍに変化させた。また実施例１０では、実施例１と比べて、押出し温度を２１０℃に変化させた。実施例１１では、他の実施例１〜１０に比べて初期粒径が大きくなるように変化させ、実施例１２では初期粒径が小さくなるように変化させた。その結果を表１に示す。
【００３９】
実施例１のものは、見かけ密度、孔の大きさが、本発明の範囲であったため、ＢＯＤ平均除去率が高く、また耐久性にも優れた担体であった。同様に、実施例２〜１２についても、樹脂の種類、無機化合物の種類、作製時の量比を変化させても、見かけ密度および孔の大きさが本発明の範囲であったため、ＢＯＤ平均除去率が高く、また耐久性にも優れた担体であった。ただし、実施例１１のものは、担体の初期粒径が大きかったため、実施例１〜１０のものに比べてＢＯＤ除去率がやや低かった。また実施例１２のものは、担体の初期粒径が小さかったため、同様に実施例１〜１０のものに比べてＢＯＤ除去率がやや低かった。
【００４０】
比較例１のものは、無機化合物を用いなかったために孔が開いておらず、このため耐久性は良いがＢＯＤ平均除去率が悪いものであった。比較例２のものは、無機化合物の配合量が多すぎた結果、孔が大きくなって本発明の範囲を外れるものが見られることとなり、ＢＯＤ除去はある程度できても、耐久性が悪くなってしまった。比較例３のものは、は無機化合物の配合量が非常に多かった結果、見かけ密度が低くなり、また孔の大きさも非常に大きくなってしまって本発明の範囲からかなり外れたものが見られた。このため、曝気槽中で担体が浮いてしまって、効率のよい浄水処理が不可能であり、ＢＯＤ平均除去率も悪くなり、さらに耐久性も悪いものであった。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例１の担体の断面をＳＥＭで観察した結果を示す図である。
【図１】
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