(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオレフィン系樹脂の第１繊維と第１繊維よりも低い溶融温度を有するポリオレフィン系樹脂の第２繊維とよりなるウエブと、基層としての不織布とよりなり、かつ前記ウエブは、片面がニードルパンチで不織布に接着され、前記第１繊維は、第２繊維の溶融により、相互に結着されているとともに、不織布に結着されていることを特徴とする微生物付着用担体。
【請求項２】
前記不織布は、ウエブを接着した面の反対側の面に、起毛針でウエブ側からニードルパンチして設けた第１繊維の起毛を有していることを特徴とする請求項１記載の微生物付着用担体。
【請求項３】
前記ウエブは、４０〜８０％の第１繊維と６０〜２０％の第２繊維で構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の微生物付着用担体。
【請求項４】
前記第２繊維の溶融温度が第１繊維の溶融温度より１０〜１００℃低いことを特徴とする請求項１または２記載の微生物付着用担体。
【請求項５】
次の（１）〜（３）の工程を備えていることを特徴とする微生物付着用担体の製造方法。
（１）ポリオレフィン系樹脂の第１繊維と第１繊維よりも低い溶融温度を有するポリオレフィン系樹脂の第２繊維とによりウエブを形成する工程。
（２）得られたウエブと基層としての不織布とを積層しニードルパンチで接着してウエブと不織布の積層体を得る工程。
（３）得られた積層体を第１繊維の溶融温度より低く、かつ第２繊維の溶融温度より高い温度で加熱することにより、第２繊維を溶融して第１繊維を、相互に結着するとともに、不織布に結着する工程。
【請求項６】
次の（１）〜（４）の工程を備えていることを特徴とする微生物付着用担体の製造方法。
（１）ポリオレフィン系樹脂の第１繊維と第１繊維よりも低い溶融温度を有するポリオレフィン系樹脂の第２繊維とによりウエブを形成する工程。
（２）得られたウエブと基層としての不織布とを積層しニードルパンチで接着してウエブと不織布の積層体を得る工程。
（３）得られた積層体を起毛針でウエブ側からニードルパンチして不織布の表面に第１繊維の起毛を設ける工程。
（４）起毛を設けた積層体を第１繊維の溶融温度より低く、かつ第２繊維の溶融温度より高い温度で加熱することにより、第２繊維を溶融して第１繊維を、相互に結着するとともに、不織布に結着する工程。
【請求項７】
前記ウエブは、４０〜８０％の第１繊維と６０〜２０％の第２繊維で構成されていることを特徴とする請求項５または６記載の微生物付着用担体の製造方法。
【請求項８】
前記第２繊維の溶融温度が第１繊維の溶融温度より１０〜１００℃低いことを特徴とする請求項５または６記載の微生物付着用担体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、汚水または浄水に微生物を作用させる固定床法、揺動床法、流動床法等において用いる微生物付着用担体及びその製造方法に関するものである。
背景技術
汚水または浄水に微生物を作用させる生物膜法は、微生物を付着させる微生物担体を用いる水処理法である。この処理法は、単位水容積当りの微生物量を多くできることから注目されている。
このような生物膜法に用いる微生物付着用担体としては、本件出願人が特公平６−４５０３３号公報において提案しているものがある。図９及び図１０に示す担体Ｔがそれである。
この微生物付着用担体Ｔは、例えば、次の手順（１）〜（３）で製造される。（１）溶融温度が１７０℃で、８０デニールのポリプロピレン繊維（以下、ＰＰ繊維という）と、溶融温度が１１０℃で、６デニールの高圧法低密度ポリエチレン繊維（以下、ＰＥ繊維という）を、それぞれ５０％ずつ、カード及びレイヤーを通過させて、図９（ａ）に示す、幅３ｍのウエブＷを造る。
（２）得られたウエブＷをニードルパンチで接着して、図９（ｂ）に示す、空隙率８０％、重量３５０ｇ／ｍ2、厚さ３mm、幅２．７ｍ、長さ５０ｍの長尺不織布Ｆ1とし、これを裁断して、図９（ｂ）に示す幅２０cmの長尺裁断不織布Ｆ2とする。
（３）ついで、この長尺裁断不織布Ｆ2を加工装置で筒状に丸めて１３０℃で加熱処理して図９（ｃ）に示す筒状不織布Ｆ3とし、これを長さ５．５cmに切断して図９（ｄ）、図１０に示す微生物付着用担体Ｔとする。加工装置での加熱処理により、ＰＥ繊維が溶融してＰＰ繊維が結着され、筒状に丸めた長尺裁断不織布Ｆ2の幅方向両端部の重ね部分も、ＰＥ繊維により結着される。
このようにして得られた微生物付着用担体は、水および空気の通りがよく、微生物の付着面積も大きく、微生物の付着性もよい。しかし、なお、次の２つの問題点がある。
（１）上述のようにして得られた従来の微生物付着用担体Ｔは、ＰＰ繊維がＰＥ繊維の溶融により保持された構造になっていて、ＰＰ繊維が内、外表面に起毛状態で表出している。
このため、担体の梱包、輸送、水処理槽への充填等の取扱い時における振動等あるいは使用時の被処理水の対流による流動で、隣り合う担体Ｔがこすれ合うと、そのときの摩擦で、微生物の付着に寄与する外表面のＰＰ繊維が脱落し、微生物の付着表面積が小さくなり、微生物の担体への付着性が悪くなる。
（２）ウエブＷをニードルパンチで接着するとき、その過程で、ウエブＷを構成するＰＰ繊維とＰＥ繊維が絡み合いながら、ウエブＷの幅方向中央部側へたぐり寄せられる。このため、ウエブＷが幅方向に収縮し、長尺不織布Ｆ1の幅方向両端部の目付が、中央部に比べて相対的に重くなる。
その結果、長尺裁断不織布Ｆ2の加工によって得られる担体Ｔの重さに大きなバラツキが生じ、結果として、単位繊維量当りの担体Ｔの収率が悪くなる。
担体Ｔの単位繊維量当りの微生物の付着表面積は、担体Ｔの単位容積当りの重量の増大によって大きくなるわけではないので、上述のような現象は好ましくない。
この発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたもので、
（１）微生物の付着に寄与するＰＰ繊維の脱落を防止することができ、
（２）担体の重さのバラツキが小さくなり、したがって、単位繊維量当りの担体の収率が良くなる、
微生物付着用担体及びその製造方法を提供することを目的とする。
発明の開示
この発明が提供する微生物付着用担体は、ポリオレフィン系樹脂の第１繊維と第１繊維よりも低い溶融温度を有するポリオレフィン系樹脂の第２繊維とよりなるウエブと、基層としての不織布を構成材料とし、かつ前記ウエブの片面をニードルパンチで不織布に接着し、前記第１繊維を、第２繊維の溶融により相互に結着するとともに、不織布に結着した構造のものである（以下、第１担体という）。
第１担体は、例えば、次の（１）〜（３）の工程を経て製造される（以下、第１担体の製造方法という）。
（１）ポリオレフィン系樹脂の第１繊維と第１繊維よりも低い溶融温度を有するポリオレフィン系樹脂の第２繊維とによりウエブを形成する工程。
（２）得られたウエブと基層としての不織布とを積層しニードルパンチで接着してウエブと不織布の積層体を得る工程。
（３）得られた積層体を第１繊維の溶融温度より低く、かつ第２の溶融温度より高い温度で加熱することにより、第２繊維を溶融して第１繊維を、相互に結着するとともに、不織布に結着する工程。
また、この発明が提供する微生物付着用担体は、第１担体における不織布の、ウエブを接着した面の反対側の面に、起毛針によるニードルパンチで第１繊維の起毛を設けた構造のものである（以下、第２担体という）。
第２担体は、次の（１）〜（４）の工程を経て製造される（以下、第２担体の製造方法という）。
（１）ポリオレフィン系樹脂の第１繊維と第１繊維よりも低い溶融温度を有するポリオレフィン系樹脂の第２繊維とによりウエブを形成する工程。
（２）得られたウエブと基層としての不織布とを積層しニードルパンチで接着してウエブと不織布の積層体を得る工程。
（３）得られた積層体を起毛針でウエブ側からニードルパンチして不織布の表面に第１繊維の起毛を設ける工程。
（４）起毛を設けた積層体を第１繊維の溶融温度より低く、かつ第２繊維の溶融温度より高い温度で加熱することにより、第２繊維を溶融して第１繊維を、相互に結着するとともに、不織布に結着する工程。
第１担体と第２担体及びそれらの製造方法に使用するウエブを構成する第１繊維と第２繊維の割合は、前者が４０〜８０％、後者が６０〜２０％である。
ここにいう、高い融点を有するポリオレフィン系樹脂としては、ポリプロピレン，高密度ポリエチレン，エチレン−プロピレン共重合体等がり、引く融点を有するポリオレフィン系樹脂としては、低密度ポリエチレン，エチレン−酢酸ビニル共重合体等がある。
第２繊維の溶融温度は、第１繊維の溶融温度より１０〜１００℃、好ましくは３０〜８０℃低くするとよい。
第１繊維の太さは、４０〜４００デニール、好ましくは５０〜２００デニールである。４０デニール未満では担体として形状保持性、機械的強度の劣るものとなり、４００デニール超過では担体として表面積の小さいものとなる。第２繊維の太さは、３〜２０デニールが好ましい。この範囲外では、第１繊維同士の結着を充分になし得ず、担体として機械的強度の劣るものとなる。
ウエブを構成する第１繊維の割合は、３０〜９０％、好ましくは４０〜８０％であり、第２繊維の割合は、７０〜１０％、好ましくは６０〜２０％である。第１繊維が３０％未満、第２繊維が７０％超過では担体として形状保持性、機械的強度の劣るものとなり、第１繊維が９０％超過、第２繊維が１０％未満では、第１繊維同士の第２繊維による結着が不充分となり、担体として機械的強度の劣るものとなる。
基層としての不織布の重量は、２０〜６００ｇ／ｍ2、好ましくは４０〜２００ｇ／ｍ2である。２０ｇ／ｍ2未満では、ニードルパンチの際の破壊が大きすぎて収縮を抑えることができず、６００ｇ／ｍ2超過では、丸め加工度が劣り、成形加工が難しくなり、またコスト高になってしまう。
不織布の製法は特に問わないが、スパンボンド法で製造されたものが好ましい。不織布の目付けは、１００〜３０００ｇ／ｍ2、好ましくは、２００〜１０００ｇ／ｍ2である。
第１担体と第２担体の製造方法によれば、ウエブと基層となる不織布を重ねてニードルパンチで接着するので、ウエブを構成する第１繊維と第２繊維は、絡み合いながら不織布に接着される。このとき、第１繊維と第２繊維は、互の絡み合いによって不織布の幅方向中央部側へたぐり寄せられるから、ウエブは収縮しようとする。しかし、ウエブは同不織布に拘束されるので、僅かしか収縮しない。
このため、目付の均一な、ウエブと不織布の積層体を得ることができる。したがって、この積層体によって作られる第１，第２担体の重さにバラツキが生じなくなる。
第１担体は、不織布にウエブ（第１繊維と第２繊維）をニードルパンチにより接着し、かつ第２繊維を溶融することにより、第１繊維を、相互に結着するとともに、不織布に結着した構造になっている。また、第２担体は、不織布にウエブ（第１繊維と第２繊維）をニードルパンチにより接着して両者の積層体をつくり、これを起毛針でウエブ側からニードルパンチして不織布の表面に第１繊維の起毛を設け、しかるのち、第２繊維を溶融することにより、第１繊維を、相互に結着するとともに、不織布に結着した構造になっている。
このため、不織布と第１繊維の結合強度が強くなっている。したがって、第１，第２担体が、例えば、被処理水の対流によって流動し、隣り合う他の担体とこすれ合っても、微生物の付着に寄与する第１繊維が脱落することはない。
【図面の簡単な説明】
図１は、実施例１の微生物付着用担体の製造過程を示す図、図２は、図１における微生物付着用担体を側面から見て模式的に示した図、図３は、実施例の微生物付着用担体の製造に使用する加工装置の断面図、図４は、実施例１の微生物付着用担体の他の態様を側面から見て模式的に示した図、図５は、実施例１の微生物付着用担体の他の態様を側面から見て模式的に示した図、図６は、実施例２の微生物付着用担体の製造過程を示す図、図７は、図６における微生物付着用担体を側面から見て模式的に示した図、図８は、実施例２の微生物付着用担体の他の態様を側面から見て模式的に示した図、図９は、従来の微生物付着用担体の製造過程を示す図、図１０は、従来の微生物付着用担体の斜視図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、この発明を実施するための最良の形態を実施例によって説明する。
（実施例１）
第１担体の製造方法の実施例を、図１〜図３を参照しながら工程順に説明する。（１）第１繊維として、溶融温度が１７０℃で、８０デニールのポリプロピレン繊維（以下、８０ｄＰＰ繊維という）と、第２繊維として、溶融温度が１１０℃で、６デニールの高圧法低密度ポリエチレン繊維（以下、６ｄＰＥ繊維という）を、それぞれ５０％ずつ、空気流を利用して回転する金網上に吹きつけて、図１（ａ）に示す、幅３ｍのウエブＷ1を製造した。なお、ウエブＷ1の製造方法は、実施例１の方法に限定されない。
（２）得られたウエブＷ1と、厚さ０．５mm、幅３ｍ、５０ｇ／ｍ2の基層となる不織布ｆ1を、図１（ａ）に示すように、積層してニードルパンチで接着し、図１（ｂ）に示す、空隙率８７％、重量３５０ｇ／ｍ2、厚さ３mm、幅２．８ｍのウエブＷ1と不織布ｆ1の積層体ｆ2を造った。
ここで使用した不織布ｆ1は、熱可塑性のポリプロピレンを用いて繊維の紡糸と同時にシート状のウエブを造り、これを溶剤で接着して作成した。
（３）得られた積層体ｆ2を裁断して図１（ｃ）に示す幅２０cmの長尺裁断積層体ｆ3とし、これを渦巻状に巻き取り、図３に示す巻装体Ｒとした。巻き取りに際しては、不織布ｆ1が外側にくるようにした。
（４）巻装体Ｒから引き出した長尺裁断積層体ｆ3を、図３に示す加工装置Ｋにより加熱処理して、図１（ｄ）に示す直径５．５cm、長さ５０ｍの筒状体ｆ4とし、これを長さ５．５cmに切断して、図１（ｅ），図２に示す微生物付着用担体Ｔ1とした。
ここにいう加熱処理と切断は、加工装置Ｙにより次の要領で行った。
まず、加工装置Ｙであるが、これは、図３に示すように、加熱部１と、加熱部１の導入側に配設した一対の案内部材２と、導出側に配設した切断機構３と、引取りロール４とより構成されている。
加熱部１は、内面が円筒面で、外面側から電熱機構５により加熱される外側加熱案内筒６と、この中に配設された筒状マンドレル７とよりなる。外側加熱案内筒６と、筒状マンドレル７の間には、長尺裁断積層体ｆ3の厚さとほぼ同じ幅の間隙を有する環状空隙８が設けられている。
環状空隙８の雰囲気温度は、１３０℃に加熱された外側加熱案内筒６と、その雰囲気温度によって加熱された筒状マンドレル７とで形成され、およそ１３０℃に設定されている。この温度は、上述の８０ｄＰＰ繊維の溶融温度より低く、６ｄＰＥ繊維の溶融温度より高い温度である。
加工装置Ｙは、上記のような構成となっているので、巻装体Ｒより逐次引き出された長尺裁断積層体ｆ3は、案内部材２により不織布ｆ1を外側にして丸く曲げられながら環状空隙８に誘導され、ここを通過する過程で、幅方向両側縁部が重ねられるとともに、加熱処理される。
この加熱処理によって、８０ｄＰＰ繊維は、６ｄＰＥ繊維の溶融によって相互に結着されるとともに、不織布ｆ1に結着される。それと同時に、不織布ｆ3の重ねられた両側縁部が結着され、長尺裁断積層体ｆ3が筒状体ｆ4となる。そして、この筒状体ｆ4が切断機構３によって切断された担体Ｔ1となる。
図２は、このようにして得られた実施例の担体Ｔ1である。これは、同図に示すように、基層となる不織布ｆ1が外側に表出し、その内側が起毛状態の８０ｄＰＰ繊維Ｓが表出した構造の担体である。
得られた担体Ｔ1の目付は、後述する担体重量のバラツキ試験の結果から明らかなように、ほぼ均一であった。また、得られた担体Ｔ1を汚水槽に入れて使用したところ、水通しは良く、通気性も良好であり、８０ｄＰＰ繊維Ｓの脱落はほとんど認められず、微生物の付着性は良好であった。
図４に示す担体Ｔ2は、上記実施例における長尺裁断積層体ｆ3を巻き取って巻装体とする際に、基層となる不織布ｆ1が内側にくるようにして巻き取り、これを加工装置Ｋにかけ、加熱処理して筒状体としてから切断したものである。
この担体Ｔ2は、不織布ｆ1が内側に表出し、起毛状態の８０ｄＰＰ繊維Ｓが外側に表出している点で、上記実施例の担体Ｔ1と異なる。作用効果は担体Ｔ1と本質的に同じである。
図５に示す担体Ｔ3は、まず、基層となる不織布ｆ1の両側にウエブＷ1を積層してニードルパンチで接着して長尺積層体を造り、ついで、これを裁断して長尺裁断積層体とし、しかるのち、これを加熱処理して筒状体としてから切断したものである。
図５の担体Ｔ3は、基層となる不織布ｆ1の内側と外側に起毛状態の８０ｄＰＰ繊維Ｓが表出した構造になっている。このように、担体Ｔ3は、その層構成において、上記実施例の担体Ｔ1と異なっている。しかし、作用効果において担体Ｔ1と異なるところはない。
（実施例２）
第１担体の製造方法の実施例を、図６及び図７を参照しながら工程順に説明する。
なお、実施例の製造方法は、実施例１における工程（２）と工程（３）の間に起毛工程を設けた点で、実施例１の製造方法と異なる。
（１）第１繊維として、溶融温度が１７０℃で、８０デニールのポリプロピレン繊維（８０ｄＰＰ繊維という）と、第２繊維として、溶融温度が１１０℃で、６デニールの高圧法低密度ポリエチレン繊維（６ｄＰＥ繊維という）を、それぞれ５０％ずつ、空気流を利用して回転する金網上に吹きつけて、図６（ａ）に示す、幅３ｍのウエブＷ1を製造した。なお、ウエブＷ1の製造方法は、この方法に限定されない。
（２）得られたウエブＷ1と、厚さ０．５mm、幅３ｍ、５０ｇ／ｍ2の基層となる不織布ｆ1を、図６（ａ）に示すように、積層してニードルパンチで接着し、図６（ｂ）に示す、空隙率８７％、重量３５０ｇ／ｍ2、厚さ３mm、幅２．８ｍのウエブＷ1と不織布ｆ1の積層体ｆ2を造った。
ここで使用した不織布ｆ1は、熱可塑性のポリプロピレンの用いて繊維の紡糸と同時にシート状のウエブを造り、これを溶剤で接着して作成した。
（３）得られた積層体ｆ2を、先端が二股形状の起毛針でウエブＷ側からニードルパンチして、図６（ｃ）に示すように、不織布ｆ1の表面に８０ｄＰＰ繊維のループ状の起毛Ｋを設けた。
（４）起毛Ｋを設けた積層体ｆ5を裁断して、図６（ｄ）に示す幅２０cmの長尺裁断積層体ｆ6とし、これを渦巻状に巻き取り、図３に示す巻装体Ｒと同様の巻装体とした。巻き取りに際しては、不織布ｆ1が外側にくるようにした。
（５）巻装体から引き出した長尺裁断積層体ｆ6を、図３に示す加工装置Ｋにより加熱処理して、図６（ｅ）に示す直径５．５cm、長さ５０ｍの筒状体ｆ7とし、これを長さ５．５cmに切断して、図６（ｆ），図７に示す微生物付着用担体Ｔ5とした。
ここにいう加熱処理と切断は、実施例１の場合と同じ要領で行った。
すなわち、巻装体より逐次引き出された長尺裁断積層体ｆ6は、案内部材２により不織布ｆ1を内側にして丸く曲げられながら環状空隙８に誘導され、ここを通過する過程で、幅方向両側縁部が重ねられるとともに、加熱処理される。
この加熱処理によって、８０ｄＰＰ繊維は、６ｄＰＥ繊維の溶融によって相互に結着されるとともに、不織布ｆ1に結着される。それと同時に、長尺裁断積層体ｆ6の重ねられた両側縁部が結着され、同積層体ｆ6が筒状体ｆ7となる。そして、この筒状体ｆ7が切断機構３によって切断されて担体Ｔ5となる。
図７は、このようにして得られた実施例の担体Ｔ5である。これは、同図に示すように、不織布ｆ1の内側に起毛Ｋが表出し、その外側に起毛状態の８０ｄＰＰ繊維Ｓが表出した構造の担体である。
得られた担体Ｔ5の目付は、後述する単体重量のバラツキ試験の結果から明らかなように、ほぼ均一であった。また、得られた担体Ｔ5を汚水槽に入れて使用したところ、水通しは良く、通気性も良好であり、８０ｄＰＰ繊維Ｓと起毛Ｋの脱落はほとんど認められず、微生物の付着性は良好であった。
図８に示す担体Ｔ6は、上記実施例における長尺裁断積層体ｆ6を巻き取って巻装体とする際に、基層となる不織布ｆ1が内側にくるようにして巻き取り、これを加工装置Ｋにかけ、加熱処理して筒状体としてから切断したものである。
この担体Ｔ6は、不織布ｆ1の内側に起毛状態の８０ｄＰＰ繊維Ｓが表出し、その外側に起毛Ｋが表出している点で、上記実施例の担体Ｔ5と異なる。作用効果は担体Ｔ5と本質的に同じである。
表１は、前述した特公平６−４５０３３号で提案されている担体Ｔと実施例１の担体Ｔ1と実施例２の担体Ｔ5の重量を測定し、そのバラツキ状態を示したものである。
重量の測定は、各担体について１０標本より各５サンプルずつ無作為に抽出し、合計５０サンプルについて行った。
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表１から明らかなように、担体Ｔでは、平均重量±５％内に３２％、±１５％内に８０％で、平均重量より２１％以上軽量のものが６％であった。担体Ｔ1では、平均重量±５％内に３６％、±１５％内に８６％で、平均重量より２１％以上軽量のものは無かった。担体Ｔ5では、平均重量±５％内に４２％、±１５％内に９２％で、平均重量より２１％以上軽量のものは無かった。
以上、要するに、担体Ｔの重量のバラツキは大きいが、担体Ｔ1と担体Ｔ5のそれは小さくなった。これは、特公平６−４５０３３号の製造方法で起こる前述したウエブの幅方向中央部へのたぐり寄せが、担体Ｔ1、Ｔ5の製造過程においてはほとんど生じないためと考えられる。
産業上の利用可能性
この発明の微生物付着用担体は、その担体内に第１繊維の織りなす複雑な立体空間が無数に存在し、微生物が居住しやすく、高濃度の微生物を保持できる。また、増殖速度の小さい微生物を確実に捕捉して、その増殖を可能にするだけでなく、担体の繊維に糸状菌を捕捉してバルキングを抑制することができる。
このため、この発明の担体は、食品工場排水、畜産農業排水、紡績工場排水、染色工場排水、洗濯業排水、化学工場排水、製薬工場排水、石油精製、石油化学工場排水、紙・パルプ工場排水、アルコール発酵工場排水、都市下水、農業集落排水、食堂排水、生活排水、オフィスビル排水、駅舎排水等の有機性排水の処理に使用することができる。
また、この発明の担体は軽量でハンドリングが容易であり、空隙率が大きいので、これを使用した処理槽のホールドアップ量は極めて大きくなる。
このため、新規に生物処理槽を設置する場合のみならず、既設処理槽の処理能力の向上にも利用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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