JP2003245681A - 流動床用微生物固定化担体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は薬剤の流出がなく、生物処理槽に投
入後、短時間で水と馴染み優れた流動性を示し、微生物
の付着性にも優れている流動床用微生物固定化担体を提
供することを目的とする。 【解決手段】低密度ポリエチレン樹脂を主成分とし、連
続気泡を有する微生物固定化担体であって、木炭を含有
させることにより流動性、微生物の固定化を促進させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微生物を利用して
廃水を処理するバイオリアクタ−に用いる流動床用微生
物固定化担体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、微生物を利用したバイオリアクタ
−においては、流動床として多孔質担体を処理槽内に投
入し、微生物を担体に固定化、曝気操作で流動化させる
ことにより、廃水処理を行うものである。多孔質担体と
してはポリウレタン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエチ
レン樹脂、ポリプロピレン樹脂等の発泡成形体からなる
担体が多く使用されており、中でも特に、耐久性及び耐
腐食性等に優れたポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹
脂の発泡成形体からなる担体が好適に使用されている。
しかし、これらのプラスチック製担体は、疎水性のため
水との馴染み性が悪く処理槽内に投入した直後において
は、担体の細孔に水が浸透せず、水面上に浮遊して流動
性に問題があった。また比重を調整するため無機充填材
として炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウ
ム、酸化チタン、ゼオライト、チタン酸カリウム、水酸
化アルミニウム、タルク等が使用されている。

【０００３】このような問題を改善する方法として、特
公平４−５５７５７号には、高級アルコール、脂肪酸エ
ステルまたはシリコン油を主成分とする濡れ性改良剤を
添加する方法が記載されている。また特開平５−１５８
８９号には、多孔質担体をアルコールもしくは界面活性
剤溶液中に浸漬し、その後に多孔質担体を生物処理槽に
投入する方法が記載されている。特開平１１−２２５７
５７号には、ポリオレフィン系樹脂を主成分とした発泡
成形体からなる微生物固定化担体に、多価アルコール脂
肪酸を含有させた担体が記載されている。特開２００１
−２４７７０３号には、ポリオレフィン樹脂と吸湿性物
質と、グリセリン誘導体と、無機充填剤からなる連続気
泡を有する発泡成形体が記載されている。

【０００４】これらの方法は、多孔質体に親水性物質を
含有させることにより、処理水が担体の表面の気孔部及
び、内部の連続気孔に短時間で浸透させ、微生物を付着
しやすくする方法である。しかし、これらの方法は薬剤
が親水性のため、容易に処理水槽に流出し、流出した薬
剤を処理する必要が生じ、コストも高くなる。薬剤を使
用しない方法としては、特開平９−５７２８８号にスポ
ンジ状担体を、減圧または加圧してスポンジ状担体を収
縮させた後、水または処理水を吸水させ、反応槽に投入
する方法が記載されている。この方法は薬剤を使用しな
い利点はあるが、減圧、加圧するための特別な機器、装
置が必要になり、汎用性に乏しい。また特開２００１−
２０５２８８号には、水との馴染みや微生物の親和性の
高い親水性のポリウレタン樹脂に微生物による分解を防
ぐため、疎水性のポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹
脂を併用することが記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は薬剤の流出が
なく、生物処理槽に投入後、短時間で水と馴染み優れた
流動性を示し、微生物の付着性にも優れている流動床用
微生物固定化担体を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成すべく種々検討を重ねた結果、低密度ポリエチレン樹
脂を主成分とし、連続気泡の有する発泡体に木炭を含有
させることにより本発明をなすに至った。本発明の木炭
含有低密度ポリエチレン発泡体の製造方法は、例えば低
密度ポリエチレン樹脂に木炭粉末と発泡剤、架橋剤等を
添加、混練し、金型に充填し加圧発泡する方法や、押し
出し機を用いて、棒状、管状、板状等に押し出し成型さ
れた発泡成型体を切断し粒子状の担体を得る。木炭粉末
としては、どのような種類の木炭でもよく、例えば広葉
樹にはウバメガシ、カシ、ナラ、クヌギ、クリ等があ
り、針葉樹では、カラマツ、スギ、ヒノキ等、外国産のユ
ウカリ、マングローブ、サザンカ、オリーブ、アカシア
等が知られている。入手のしやすさ、品質の安定、を考
えると、竹炭、備長炭が好ましく、特に価格考慮すると
竹炭が望ましい。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の木炭粉末の粒径は５〜１
００μｍが好ましく、粒径が小さいと微生物の棲家とし
ては不適当で、大きすぎると低密度ポリエチレン樹脂に
均一に分散させることや、マスターバッチをつくること
が難しい。木炭とカーボンブラックや活性炭の違いは、
木炭は多孔体で、数ミクロン〜数百ミクロンに至る各種
の孔の集合体で、この孔はことごとく外部に通じてい
る、またミネラルも多く含まれるため微生物の生育に適
している。カーボンブラックや活性炭も微生物の生育に
効果があるが、孔が小さく木炭に比べ、その効果は劣っ
ている。

【０００８】木炭粉末は、低密度ポリエチレン樹脂に直
接添加しても良いが、あらかじめ低密度ポリエチレン樹
脂でマスターバッチをつくり、混合するほうが作業が容
易である。木炭粉末の添加量は低密度ポリエチレン樹脂
１００重量部に対して、０．１〜４０部、好ましくは１
〜３０重量部である。１重量部以下だと木炭を添加して
いる効果が薄く、３０重量部以上では、発泡成形体の物
理的強度が低くなり、バイオリアクターでの使用中に崩
壊する恐れがあり、また木炭含有マスターバッチを使用
する場合は、添加量が多くなるとコストが高くなる。発
泡成形体の発泡倍率は、１０〜４０％が好ましい、１０
％以下ではコストが高くなり担体の表面積も小さくな
る。４０％以上では物理的強度が低くなる。また木炭粉
末は、親水性のため担体に木炭を含有させると水との馴
染み性が向上し、担体の比重調整の効果もあり、処理槽
投入後短期間で流動できる状態になる。

【０００９】本発明の担体に固定化する主な微生物は、
バチルス属に属する菌種の菌体Ｂａｃｉｌｌｕｓｕ ｓ
ｐ．ＯＹ１−２（以下バチルス菌）でアゾ染料の発色団
であるアゾ基を分解還元して、アミン化合物に変換する
ことにより脱色する。この菌体は、ベンゼンアゾ系、ナ
フタレンアゾ系及び複素環アゾ系染料等の全てに効果が
あることが知られている。またアゾ系染料は、反応染
料、直接染料、酸性染料、分散染料等の種類にかかわら
ず、全てのアゾ染料に効果がある。

【００１０】以下、本発明の連続気泡を有する、木炭含
有低密度ポリエチレン発泡体の製造方法について具体的
に説明する。本発明に用いる木炭の炭化温度は任意の温
度を選ぶことができるが、木材の種類によっても変わっ
てくる。例えば竹炭の場合は５００〜６００℃、備長炭
の場合は最初は低温で炭化し最終的に９００〜１０００
℃で炭化し自然冷却する。次に木炭をロールクラッシャ
ーで粗粉砕し、１ｍｍ以下の粉末にし、この粉末をボー
ルミルに入れ、１〜３時間粉砕を行い、分球し粒径５〜
１００μｍの紛体を得る。この木炭４０重量部と低密度
ポリエチレン樹脂６０重量部を溶融混合しマスターバッ
チをつくった。

【００１１】このマスターバッチを２〜５０部と発泡
剤、架橋剤、発泡助剤等を低密度ポリエチレン樹脂に添
加し、加熱したミキシングルール等により混練し、密閉
式金型に仕込み130〜１６０℃で加圧発泡し、連続気泡
を有する木炭含有低密度ポリエチレン発泡体を得た。こ
の発泡体を切断し、染工場に設置した廃水処理装置に入
れ実用化実験を行った。廃水処理装置のフローシートを
図に示す。 （廃水処理装置概要） 原水槽 ３０００Ｌ ：染色廃水、精練廃水混合 ＰＨ調整槽 １０００Ｌ ：硫酸でＰＨ７に調整 バイオリアクター槽 １００Ｌ×６槽 ：１，２、６槽好気 ：３，４，５槽嫌気 ：滞留時間 ５時間 活性汚泥槽 ３０００Ｌ ：滞留時間 ２５時間 沈殿槽 ７００Ｌ 砂ろ過槽 ２５０Ｌ

【００１２】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明
する。着色度の測定方法は、和歌山市排出水の色等規制
条例・規則による。和歌山市の着色度の規制は着色度１
２０以下、平均８０である。 （実施例１）低密度ポリエチレン樹脂８０重量部と３０
μｍの竹炭粉末４０％含有マスターバッチ２０重量部に
発泡剤、架橋剤等を添加し、１５倍発泡の竹炭含有低密
度ポリエチレン発泡体を得た。この発泡体を１０ｍｍ角
に切断して、連続気泡を有する流動床用微生物固定化担
体を得た。 （比較例１）竹炭マスターバッチをカーボンブラック４
０％含有マスターバッチに変え、実施例１と同様にし連
続気泡を有する流動床用微生物固定化担体を得た。 （比較例２）低密度ポリエチレン樹脂のみで実施例１と
同様に連続気泡を有する流動床用微生物固定化担体を得
た。

【００１３】実施例１、比較例１，２で得られた担体を
２ｍｍ角に切断し、１Ｌの円筒容器に０．１Ｌと培養し
たバチルス菌を入れ、下部より曝気を２４時間行い菌を
担体に担持させた。次に５００ｐｐｍに希釈したニッス
イ乾燥ブイヨンにアゾ染料を加え着色度９００の人工廃
水をつくり、バイオリアクター第１槽として担体の入っ
た円筒容器下部から連続的に人工廃水を注入し曝気を行
い、好気処理をした。第２槽は１Ｌの円筒容器で、曝気
を行わない嫌気処理をして、着色度を測定した。廃水の
滞留時間は５時間、処理温度は２５〜３０℃に設定し、
２ヶ月間脱色実験を行った。その結果を表１に示す。

【表１】

【００１４】（実施例２）染工場に設置した廃水処理装
置のバイオリアクター槽にバチルス菌株の胞子を接種
し、３０〜３５℃で２４時間曝気し培養を行った。また
活性汚泥槽には返送汚泥と染色廃水、精練廃水の混合廃
水をいれ曝気を行った。実施例１で得られた連続気泡を
有する竹炭含有流動床用微生物固定化担体をバイオリア
クター１，２槽に各２０Ｌと、活性汚泥槽に３００Ｌを
投入し２５〜３０℃で３ヶ月間廃水を流し実用化実験を
行った。着色度、ＣＯＤ，ＢＯＤの分析値は、２〜３ヶ
月間の平均値を示す。 （比較例３）比較例２で得られた担体を用い、実施例２
と同様の実用化実験を行った。実施例２、比較例３の結
果を表２に示す。

【表２】

【００１５】

【発明の効果】実施例１では比較例１，２に比べ、放流
水中のバチルス菌の菌数が格段に多く、菌の担持が良好
に行われ、脱色率も優れている。実施例２では染工場に
廃水処理プラントを設置し、実廃水での実用化実験を行
い、優れた結果が得られた。木炭含有の連続気泡を有す
る流動床用微生物固定化担体は、廃水処理槽に投入後４
〜５日で流動する。これは廃水処理の実プラントでも充
分に対応できる速さであり、バチルス菌の菌数も１０８
あり脱色処理を行うに充分な菌数である。本発明の担体
を使用することによりバチルス菌が実廃水の変動に耐え
られることが証明できた。着色度も和歌山市の規制値１
２０以下をクリアできる結果が得られた。更に、活性汚
泥槽においても、本発明の担体を使用することによりＣ
ＯＤ，ＢＯＤの低減効果が得られ、微生物にとって好適
な担体である。

【図面の簡単な説明】

【図１】廃水処理装置フローシート図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低密度ポリエチレン樹脂を主成分とする
   連続気泡を有する発泡体からなり、木炭を含有すること
   を、特徴とする流動床用微生物固定化担体。
2. 【請求項２】 木炭の種類が竹炭である請求項１記載の
   流動床用微生物固定化担体。
3. 【請求項３】 固定化する微生物がバチルス属に属する
   菌種の菌体Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ．ＯＹ１−２（受託
   番号：微工研菌寄第１３１１８号）である請求項１、２
   記載の流動床用微生物固定化担体。