(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒径３０〜５００μｍの多孔質無機物を１０〜９０容量％含有する熱可塑性樹脂の成形体であって、
前記熱可塑性樹脂を水蒸気発泡成形で押出成形すると同時に延伸して冷却固化させた発泡体であり、
外表面に空隙径１００〜６００μｍの空隙を有し、
前記多孔質無機物が、
針葉樹材からなり最大径が１０〜６０mmの木材チップを、４５０〜５５０℃で１００〜１２０時間かけて熱処理して炭化させる低温炭化工程と、低温炭化工程に引き続いて、木材チップの炭化物を８００〜９００℃、４８０〜９６０秒で熱処理して、さらに炭化させる高温炭化工程と、高温炭化工程の終了時点で、炭化物に水を接触させる活性化工程とを含む方法で製造された活性化木炭であって、
その一部が成形体の外表面および気孔の表面に露出している、
ことを特徴とする、臭気ガスを脱臭する微生物脱臭装置の微生物用担体。
【請求項２】
前記成形体が、外径１０〜３０mm、厚み０．５〜５mm、長さ１０〜５０mmの中空円管状をなす、請求項１に記載の微生物用担体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、微生物用担体に関し、悪臭や排ガス、汚水などを微生物によって処理して無害化する微生物利用技術において、処理装置内で微生物を担持しておく担体を対象にしている。
【０００２】
【従来の技術】
微生物を利用した微生物脱臭装置が知られている。
【０００３】
アンモニアなどの臭気ガスが導入される脱臭槽に、脱臭機能を有する微生物が増殖あるいは活動するのに適した木炭やゼオライトなどの粒体や塊を収容しておく。脱臭槽を通過する臭気ガスは微生物によって分解され無臭化されてから外界に放出される。
【０００４】
微生物脱臭装置の性能は、微生物を保持する微生物用担体の性能に大きな影響を受ける。
【０００５】
微生物用担体は、比較的に小さな粒体にして使用することで、微生物を保持する表面積を増やすことができる。しかし、粒状の微生物用担体を脱臭槽に充填すると、通気抵抗が高くなるため、処理性能が十分に上がらない。また、大量の微生物担体を脱臭槽に充填すると、全体の重量が非常に大きくなるという問題がある。そのために、脱臭槽の構造を強化しなければならず、装置の大型化や設置コストの増大化を招くことになる。
【０００６】
微生物用担体として木炭を使用した場合、木炭は比較的に脆い性質を有しているので、脱臭槽への充填作業時に加わる外力や充填後の自重によって崩壊したり微細な粉塵が発生したりし、微生物の担持機能が低下したり、通気性が悪くなったりする問題がある。崩壊や微粉の発生が少ない硬質で緻密な木炭を使うと、微生物の担持機能が低くなるとともに、比重が大きいために総重量が増加してしまう。
【０００７】
このような問題を解決するために、微生物用担体の改良技術が種々提案されている。
【０００８】
特開平９−１５５４７号公報（先行文献１）には、ポリスチレン樹脂などからなる発泡成形体に、ゼオライトなどの親水性無機質粒子を、粒子の一部が表面に露出するようにして固着一体化させた微生物用担体が示されている。発泡成形体は軽量で取扱い易く、通気性や保水性、微生物保持性能が良好であり、脱臭性能に優れているとされている。
【０００９】
特開平１０−２８６４１３号公報（先行文献２）には、ポリプロピレン樹脂に穀物の粉末などの有機物と硫酸バリウムとを配合しておき、加熱押出機のノズルから中空管状に押し出すと同時に冷却し延伸して、多孔質状の水中用濾材を製造する技術が示されている。濾材として使用したときに、微生物の定着が良好に行われ、濾過性能が向上するとされている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記した先行文献１の技術では、親水性無機質粒子のうち、微生物の担持機能を果たすのは、発泡成形体の外表面に露出している一部の表面だけなので、親水性無機質粒子の微生物用担体としての機能が十分に発揮されないという問題がある。
【００１１】
微生物担持機能を果たす親水性無機質粒子の露出表面積を増やすために、脱臭槽に大量の微生物用担体を充填すれば、使用する微生物用担体の総重量が増えてしまうととに、発泡成形体を使用している分だけ嵩も大きくなってしまい、装置の大型化を招いてしまう。
【００１２】
先行文献２の技術は、多孔質構造であっても樹脂には微生物が定着し難いため、微生物用担体としての機能はそれほど高くない。しかも、多孔質構造を構成するのに穀物などの有機物を使用しているため、これらの有機物が残存していると、腐敗や変質を起こす心配がある。
【００１３】
本発明の課題は、前記した脱臭装置などに利用される微生物用担体として、微生物の担持機能が高いとともに、軽量で耐久性にも優れた微生物用担体を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる微生物用担体は、平均粒径３０〜５００μｍの多孔質無機物を１０〜９０容量％含有する熱可塑性樹脂の成形体であって、前記熱可塑性樹脂を水蒸気発泡成形で押出成形すると同時に延伸して冷却固化された発泡体であり、外表面に空隙径１００〜６００μｍの空隙を有し、前記多孔質無機物が、針葉樹材からなり最大径が１０〜６０mmの木材チップを、４５０〜５５０℃で１００〜１２０時間かけて熱処理して炭化させる低温炭化工程と、低温炭化工程に引き続いて、木材チップの炭化物を８００〜９００℃、４８０〜９６０秒で熱処理して、さらに炭化させる高温炭化工程と、高温炭化工程の終了時点で、炭化物に水を接触させる活性化工程とを含む方法で製造された活性化木炭であって、その一部が成形体の外表面および気孔の表面に露出している、ことを特徴とする、臭気ガスを脱臭する微生物脱臭装置の微生物用担体である。
【００１５】
〔多孔質無機物〕
微生物の増殖、活動、ガス成分の分解作用などを活発にさせる機能を有していれば、単独であるいは樹脂とともに微生物用担体として使用されている各種の材料が使用できる。微生物が定着し易い親水性の表面を有するものが好ましい。微生物が処理する被処理物を一時的に吸着保持しておく機能を有するものが好ましい。多孔質構造内に水を保持しておけるものが好ましい。具体的には、木炭、ゼオライト、珪藻土、活性炭、セピオライトなどが使用できる。
【００１６】
多孔質無機物の形状は特に限定されない。球状などの表面が滑らかな形状のもののほか、板状や針状のもの、表面に凹凸のある不定形状のものなどがある。
【００１７】
多孔質無機物の寸法は、平均粒径が３０〜５００μｍのものを用いる。好ましくは、平均粒径１００〜３００μｍのものを用いる。多孔質無機物は、塊状の原料を粉砕して特定の粒径に調整したものが使用できる。分級によって特定の粒径範囲の粒子のみを分離して使用することもできる。
【００１８】
木炭として、特願平１１−２６７１９号に開示された活性化木炭が使用できる。この活性化木炭は、通常の木炭に比べて、原料や炭化処理条件を適切に設定することによって、物理的および化学的に活性化された木炭である。ガス吸着性や吸放湿性、脱臭性、帯電防止性、イオン交換機能など、木炭が有する各種の機能に優れている。
【００１９】
活性化木炭の製造方法は、赤松材などの針葉樹材からなり最大径が１０〜６０mm程度の木材の細片すなわち木材チップを、４５０〜５５０℃で１００〜１２０時間程度かけて熱処理して炭化させる低温炭化工程と、低温炭化工程に引き続いて、木材チップの炭化物を８００〜９００℃、４８０〜９６０秒で熱処理して、さらに炭化させる高温炭化工程と、高温炭化工程の終了時点で、炭化物に水を接触させる活性化工程とを含む方法が採用される。低温炭化工程は空気の流通を遮断しておき、高温炭化工程では酸素を供給した状態にする。
【００２０】
〔熱可塑性樹脂〕
多孔質無機物の機能を損なわずに配合し成形することのできる材料であれば、各種の成形用樹脂が使用できる。担持する微生物にとって無害な材料が好ましい。ポリプロピレンやポリエチレン、ポリスチレンなどのポリオレフィン樹脂が使用できる。押出成形や延伸処理に適した樹脂が好ましい。ポリエチレン樹脂が好ましい。複数の樹脂を混合したものや共重合樹脂を用いることもできる。脱臭装置などのガス処理装置に使用する場合、処理するガス成分に侵されたり溶融したり変質したりし難い材料が好ましい。
【００２１】
熱可塑性樹脂に多孔質無機物を配合するには、粉末状あるいはペレット状の樹脂と、粉粒状をなす多孔質無機物とを、各種の混合装置で攪拌混合しておく。この混合物を加熱溶融して所定の形状に成形する。
【００２２】
多孔質無機物に適切な量の水分を含有させておくと、成形時に樹脂の発泡を促進させる。含水率を０．５〜８．０重量％に設定しておくことができる。水分が少ないと、成形体の発泡が良好に行われず、多孔質無機物の表面が露出した多孔質構造が形成し難い。水分が多すぎると、樹脂への混合が困難になる。多孔質無機物は、その多孔質構造に水分を吸収するので、熱可塑性樹脂と混合する前に多孔質無機物に水分を供給したり乾燥させたりすることで、多孔質無機物の含水率を調整することができる。
【００２３】
熱可塑性樹脂には、多孔質無機物以外の各種添加材を配合しておくこともできる。具体的には、発泡剤を配合できる。多孔質無機物の分散を良好にするために、界面活性剤などの分散剤を配合しておくこともできる。
【００２４】
〔成  形〕
熱可塑性樹脂に多孔質無機物が含有された成形原料を用いて微生物用担体を成形する。
【００２５】
成形原料の全体に対して１０〜９０容量％の多孔質無機物を配合しておく。好ましくは、２５〜７５容量％を含有させておく。多孔質無機物が少ないと微生物の担持機能が十分達成できず、多孔質無機物が多すぎると成形が困難になり、強度などの性能が低下する。
【００２６】
微生物用担体の成形には、通常の加熱押出成形装置が使用できる。押出口の近くに成形物を急速に冷却する手段および成形物を延伸する手段を備えておくことが好ましい。具体的には、特開平１０−２８６４１３号公報に開示された装置が使用できる。
【００２７】
製造する成形物の形状に合わせて押出口の形状を変えることができる。
【００２８】
多孔質無機物に含有された水分が、押出成形される樹脂を発泡させて、連続気孔を有する多孔質構造の成形物になる。発泡した樹脂を押出成形の直後に急速に冷却することで、膨張し多孔質構造になった成形物がそのままの状態で固化する。成形物の表面および多孔質構造の内部表面には多孔質無機物の一部が露出した状態になる。多孔質無機物から水分あるいは水蒸気が放出されるときに、多孔質無機物の表面を覆う樹脂を突き破ったり取り除いたりすることで、多孔質無機物の表面の露出が良好になる。
【００２９】
なお、冷却に時間をかけると、一旦は膨張した樹脂あるいは樹脂中の気孔が収縮したり閉じたりしてしまう。多孔質無機物の表面が樹脂で塞がれてしまうので好ましくない。
【００３０】
押出成形された成形物を延伸させることで、成形物が引き伸ばされて、複雑な連続気孔の多孔質構造になる。多孔質無機物の表面を塞ぐ樹脂が引き剥がされて、多孔質無機物の露出が良好になる。延伸によって、成形物の機械的強度が向上する。
【００３１】
成形物は、全ての気孔が連続気孔からなる完全な連続気孔発泡体であるものが好ましい。しかし、本発明の目的を損なわない範囲で一部に連続気孔になっていない独立気孔があっても構わない。本発明の目的を達成するのに充分な空隙が成形物の表面に存在すれば、独立気孔のみからなる発泡体でも構わない。
【００３２】
押出成形された成形物は、所定の長さ毎に切断されたり、必要な後加工を行って、微生物用担体となる。
【００３３】
〔微生物用担体〕
微生物用担体は、使用目的や要求性能に合わせて任意の寸法形状を有することができる。例えば、断面円形あるいは多角形の中空管状、円形あるいは角形の棒状、球状、板状、シート状などが挙げられる。
【００３４】
中空円管状の微生物用担体は、取扱いが容易であり、多数を堆積させた状態で使用したときに、内部に十分な空隙を確保でき、機械的な強度や耐久性にも優れたものとなる。具体的寸法は、使用目的や要求性能によって変更できるが、例えば、外径１０〜３０mm、厚み０．５〜５mm、長さ１０〜５０mmの範囲に設定できる。
【００３５】
微生物用担体を堆積させて使用する場合、自重あるいは外力によって崩壊し難いように、圧縮強度の高いものが好ましい。具体的には、圧縮破壊強度が０．１〜１０ＭＰａ、好ましくは１〜５ＭＰａであるものを用いる。
【００３６】
微生物用担体の外表面には、空隙径１００〜６００μｍ、好ましくは１７０〜３５０μｍの空隙を有する。空隙径は、微生物用担体の外表面に露出している空隙の差し渡し径の最小値で定義される。なお、微生物用担体の外表面に露出している空隙の主要な部分が前記数値条件を満足していれば、本発明の技術的意義を損なわない範囲で、上記数値条件に該当しない空隙が一部に存在していても構わない。
【００３７】
〔微生物〕
微生物用担体に担持させる微生物は、脱臭や有毒ガスの無害化、水質改善など、目的とする処理に合わせて適切な微生物が選択される。例えば、硝化細菌はアンモニアを亜硝酸イオンや硝酸イオンに分解する。イオウ酸化細菌は硫化水素を硫酸イオンに酸化する。有機物分解菌は、フェノールやクレゾール、ホルムアルデヒドなどの有機化合物を分解して最終的に二酸化炭素と水に変換する。ナフタレンの分解にステノトロフォマナス属（Stenotrophomanas）が有効である。シュードモナス属（Pseudomonas ）、コマモナス属（Comamonas ）なども使用される。無機物あるいは有機物を結合させて、別の無機物あるいは有機物を合成する機能を有する微生物も知られている。
【００３８】
微生物は、予め微生物用担体に担持させておいてから、脱臭装置などに供給してもよいし、脱臭装置の脱臭槽には微生物用担体のみを供給し、その後で微生物を供給して担持させることもできる。微生物用担体の一部に少量の微生物を供給したあと、微生物用担体の表面で微生物を増殖させて微生物用担体の全体に微生物を担持させることもできる。
【００３９】
〔微生物処理技術〕
微生物用担体に担持された状態の微生物が有する各種機能を利用するものであれば、通常の各種微生物利用技術に適用できる。
【００４０】
具体的には、微生物を利用した脱臭技術、排ガスの無害化技術、水質改善技術、有機物を分解して有用な無機物に変換する技術、微生物を触媒として利用する反応技術などがある。
【００４１】
これらの処理技術において、微生物が担持された微生物用担体は所定形状の処理槽に収容されて使用される。処理槽には、微生物の活動に適した環境を維持するための機構や装置を備えておくことができる。具体的には、水分を供給する装置や温度を調整する装置、ｐＨを調整する装置などがある。
【００４２】
微生物用担体の表面に水分を保持させておいたり水膜を形成したりしておくことで、被処理物を微生物用担体の表面の水に付着あるいは溶かし込んでから微生物に処理させることができ、効率的な処理が果たせる。
【００４３】
処理槽には、処理を行うガスなどを供給する供給口や供給配管、処理済のガスなどを排出する排出口や排出配管なども備えておくことができる。ガスや液体を強制的に循環させる循環装置を備えておくことができる。微生物の分泌物や分解生成物を取り出すために、散水および排水機構あるいは水の循環機構を備えておくことができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態となる微生物用担体の製造と、得られた微生物用担体を用いた脱臭装置およびその性能について説明する。
【００４５】
〔微生物用担体の製造〕
微生物用担体の材料となる多孔質無機物として、特願平１１−２６７１９号に開示された活性化木炭を用いた。
【００４６】
熱可塑性樹脂としてポリエチレン樹脂を用いた。
【００４７】
＜配  合＞
ポリエチレン樹脂      ５０容量％
活性化木炭粉          ５０容量％
（平均粒径３００μｍ、
含水率１．０重量％）
＜成  形＞
特開平１０−２８６４１３号公報に開示された成形装置を用いた。すなわち、汎用の合成樹脂成形用の加熱押出機と、中空円管状の押出ダイと、加熱押出機の押出口を囲んで直ぐ下流に配置された冷却水の噴射装置と、冷却水噴射装置の下流側に配置された冷却水槽と、冷却水槽の下流側に配置された引き取りローラ装置と、引き取りローラ装置の下流側に配置された切断装置とを備えている。
【００４８】
加熱押出機のホッパーに、前記活性化木炭粉が配合された樹脂材料を供給した。加熱押出機内で溶融混練された樹脂が中空円管状に押し出され、引き取りローラ装置で引き取られる。押出直後の成形物が冷却水噴射装置で急速に冷却され、さらに冷却水槽で冷却されて固化する。成形物には引き取りロール装置によって軸方向の延伸が加えられる。引き取りロール装置を出た成形物は切断装置で所定寸法毎に切断され、中空円管状の成形体が得られる。
【００４９】
〔微生物用担体〕
図１は、成形された微生物用担体１０の概略形状を示している。中空円筒状をなすとともに、表面は滑らかではなく、全面にわたって多数の空隙を有している。
【００５０】
微生物用担体１０の具体的寸法および性状は以下のとおりであった。
【００５１】
寸法  mm              ：外径１２×内径１０×長さ１２
嵩密度   g/cm3        ：０．２
空隙径  μｍ          ：１７０〜３５０
圧縮破壊強度  ＭＰａ  ：１．０
微生物用担体１０を顕微鏡で観察したところ、図２に模式的に示す内部構造を有していることが確認できた。すなわち、合成樹脂１４からなるマトリックスが、連続気孔からなる多孔質構造あるいは三次元の網目構造を有しているとともに、その中に木炭粉１２が分散して配置されている。木炭粉１２は、多孔質構造の空隙の内部表面あるいは成形体１０の表面に突出した形で露出している。したがって、成形体１０の表面に存在する木炭粉１２だけでなく成形体１０の多孔質構造の内部に存在する木炭粉１２も外界と連通している。
【００５２】
〔脱臭装置〕
図３に示す脱臭装置に微生物用担体を収容した。
【００５３】
脱臭槽２０は、メッシュ状あるいは格子状の床上に微生物用担体１０を堆積させた状態で収容している。微生物用担体１０には予め、脱臭機能を有する微生物が担持されている。
【００５４】
微生物用担体１０の収容個所に対して、上方には被処理ガスの供給口２２、下方には排出口２４を備えている。微生物用担体１０の収容個所の上方には散水配管３０が設置されている。散水配管３０は、脱臭槽２０の外部に備えた貯水槽３４の水をポンプ３２で吸い上げて、微生物用担体１０の上方に散水する。散水された水は、微生物用担体１０の隙間を流下して、脱臭槽１０の下部に設けられた排水管３６から貯水槽３４に戻される。
【００５５】
＜具体的処理例＞
被処理ガス組成：
アンモニア          ２８０ppm
フェノール        ０．５３ppm
Ｏ−クレゾール    ０．７１ppm
ホルムアルデヒド  ０．７３ppm
被処理ガス流量：０．７５m3/min
脱臭槽：前記微生物用担体を０．１m3の容量で収容。
【００５６】
上記処理条件で一定時間の処理を行ったあと、排出口２４から出てくる処理済ガスの分析結果は以下のとおりである。また、脱臭槽１０内での圧力損失および微生物担体の嵩密度を測定し、その結果を以下の表に示す。なお、上記実施例とは別に、比較のために、微生物用担体として備長炭（外径５〜１０mmの塊状をなすもの）をそのまま用いた場合について同様の条件で測定を行い、比較例として示している。
【表１】
0003971542.tif 000002
以上の結果、実施例の微生物用担体は、比較例に比べて、アンモニアの脱臭機能について格段に優れており、ホルムアルデヒドについても優れていることが実証された。なお、フェノールおよびＯ−クレゾールについても、被処理ガス中の濃度が高い場合や微生物用担体の量が少ない場合には、比較例に比べて明らかな違いが生じることが確認されている。
【００５７】
実施例の微生物用担体を取り出して、その内部構造を顕微鏡観察したところ、微生物用担体を構成する熱可塑性樹脂１４の気孔内部および表面には微生物が十分な密度で存在していた。
【００５８】
実施例の微生物用担体は、圧力損失が少ないので、大量の被処理ガスを迅速に処理することができ、送風機などの容量も小さなものでよくなる。嵩密度が小さいので、脱臭槽に収容する微生物用担体の総重量を軽減することができる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の微生物用担体は、多孔質無機物が表面に多数の空隙を有する発泡体に担持されていて、多孔質無機物の表面が、空隙の内部空間あるいは担体の表面に十分に露出しているので、多孔質無機物の表面が有する微生物に対する優れた担持機能が有効に発揮できる。また、多孔質無機物が、微生物による分解処理などが施される被処理物質を吸着したり捕捉したりする機能も良好に果たせることになるので、脱臭などの微生物処理が効率的に達成されることになる。
【００６０】
嵩密度が小さく軽量であるため、使用時の取扱いが行い易い。微生物用担体を大量に堆積あるいは集積させた形態で使用しても、全体の重量はあまり増大しない。その結果、微生物用担体の収容構造が簡略化でき、微生物による処理装置の全体構造が簡単になり、設置スペースも少なくて済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態を表し、微生物用担体の斜視図
【図２】  内部構造を示す模式的拡大断面図
【図３】  脱臭装置の模式的構造図
【符号の説明】
１０    微生物用担体
１２    多孔質無機物
１４    熱可塑性樹脂
【図１】
0003971542.tif 000003
【図２】
0003971542.tif 000004
【図３】
0003971542.tif 000005