JPH0242473B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は微生物付着用粒子に関し、詳しくは水
処理や発酵生産に用いられる微生物を付着、担持
するための合成樹脂製の筒状粒子であつて、その
外表面を粗面化して微生物の付着剤を改善した筒
状粒子に関する。ここで筒状粒子とは貫通した中
空の粒子であつて切り口、すなわち横断剖が円
形、楕円形、多角形（たとえば三角形乃至十二角
形で星形のものなども含む）等のものを云う。 従来、家庭排水、工場排水等の排水処理の方法
に関して過、沈降分離、生物処理等の広い分野
にわたる技術が提案されている。これらの方法の
うち、特に水に浮遊する担体を使用して過、生
物処理等を効果的に行なう方法が開発されてい
る。また、特定の有用物質の生産を目的として行
なわれる発酵においても同様に培養液よりも比重
の軽い担体を用い、該担体に微生物を付着させて
発酵を行なう固定微生物膜法等が採り入れられて
きている。 これらの方法に使用される軽量粒子としてはパ
ーライト、シラスバルーン等で代表される天然の
軽量物や比重が１未満の合成樹脂粒子のほか、発
泡することにより、低比重にした合成樹脂、たと
えば発泡ポリエチレン、発泡ポリプロピレン、発
泡ポリスチレン等の既に充填材、吸着剤、保温材
等の目的で市販されている粒子が用いられてい
る。 しかしながら、天然の軽量物は水を吸収し易い
ため、半永久的に水に浮上する粒子として用いる
には難がある。また、低比重の合成樹脂粒子は均
一なものが大量に得られるという有利性がある反
面、微生物膜と粒子表面の固着強度が小さいた
め、粒子同士あるいは粒子と器壁との摩擦や粒子
と水または気泡による剪断（以下、単に粒子同士
の接触という。）によつて微生物膜の一部あるい
は全部が剥離するという欠点がある上に、経済性
の立場からみて合成樹脂原料が高いために粒子の
コストも高いものとなつてしまう。 このような状況下において本発明者らは合成樹
脂と無機質材料との混合物を主成分とし、これを
発泡せしめて得られる粒子が親水性にすぐれ、し
かも微生物膜の付着性が極めて大きく、さらに合
成樹脂と無機質材料の比率を変化させることによ
り粒子内の気泡のほとんどが独立気泡として維持
されるため、半永久的に水に浮上する粒子として
使用できることを見出し、水処理用の新規な微生
物担持用粒子として提供するに至つた（特開昭56
−89897号）。さらに、該低比重粒子に改良を加え
たものとして発泡合成樹脂の表面に特定粒子径の
無機および／または有機の物質を付着させた低比
重の微生物担持用粒子を開発した（特願昭56−
131241号）。これは合成樹脂の発泡倍率を高くし
て合成樹脂の使用量を可及的に減少せしめるばか
りでなく、粒子の比重調整を容易に行なうことが
できるという特色を有している。 しかしながら、これら微生物担持用粒子に共通
して言えることは、該粒子に微生物を付着、担持
させて液中で固定することなく使用する処理法、
たとえば流動層、混合層等による処理法では、固
定層による処理法において見られるような増殖微
生物による目詰まりもなく、しかも高濃度の微生
物を保持できるため高い反応速度が得られるとい
う長所を有しているが、粒子から剥離してくる余
剰微生物は微細であり沈降性が悪いため、後段の
余剰微生物に起因するSS分離のための従来型の
重力沈降槽を使用する場合、その装置を或程度大
きくせざるを得ないという短所があつた。このた
め、このような水処理法においては沈降性の良好
な余剰微生物を得ることが望まれていた。 本発明の目的は上記の欠点を解消して沈降性の
良好な余剰微生物を排出すると共に、該余剰微生
物の発生量が少なく、かつ微生物の付着性にすぐ
れた微生物付着用粒子を提供することである。 本発明は、比重が１未満の合成樹脂より成る筒
状粒子であつて、外径が1.5〜15mm、長さを外径
の比が0.2〜6.0であり、かつ肉厚が0.05〜1.0mmで
ある筒状粒子の外表面を物理的手段により粗面化
処理してなる微生物付着用粒子である。 本発明に用いる合成樹脂は見かけ比重が１未満
のものであり、特に熱可塑性樹脂が好ましく、具
体例としてはたとえばポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリスチレン、メチルペンテンポリマーな
どを挙げることができる。ここで、これら合成樹
脂は広義に解釈されるべきであり、たとえばポリ
エチレンを例示すると、エチレンのホモポリマー
のみならずエチレンと他のオレフインとのコポリ
マー等も包含するものである。また、合成樹脂の
比重についても発泡させて比重を1.0未満とした
ものも本発明に包含される。 合成樹脂に既知の成形手段を適用して筒状粒子
を得るが、該粒子の形状は前述したように貫通し
た中空の粒子であつて切り口、すなわち横断面が
円形、楕円形、多角形などのものである。多角形
としては三角形、四角形、六角形等が一般的で、
星形を含む十二角形程度のものまで任意である。
筒状粒子は、たとえば押出し成形によつて得られ
る成形体をカツター等によつて一定の長さに切断
することによつて容易に得ることが出来るが、製
造しやすく、かつ微生物膜が均一な厚さで付着し
やすく、しかも比表面も大きいという理由から横
断面が円形のものが好ましい。 本発明の筒状粒子は外径が1.5〜15mmのもので
あり、外径が小さい程、比表面積が大きくなり好
ましいが外径が1.5mm未満であると、水処理等に
用いた場合、粒子表面に付着している微生物によ
り粒子同士が凝着するため、効率的な水処理等が
行なえず、かつ該粒子内表面に微生物が増殖し充
満するため該粒子内部は反応に有効に作用しない
こととなる。一方、外径が15mmを超えると、比表
面積低下に伴ない微生物保持量が低下し、単位容
積当りの反応速度が低下して回転円板、散水
床、浸漬式床等の従来法における反応速度に近
づいてしまい本発明の特色が失なわれることとな
る。反応速度の面からみると、粒子の最も好まし
い外径は1.5〜10mmの範囲である。しかしながら、
糖類、デンプン類などを含有する排水を処理する
場合、付着微生物の膜厚が異常に大きくなり、小
さい粒子を使用すると互に凝着することがあるの
で、このような基質を含有する場合には外径が10
〜15mm程度の粒子を用いることが適している。な
お、筒状粒子の外径については横断面が円形以外
のものは円相当径を外径として取扱えばよい。 次に、筒状粒子の長さ(L)と外径(D)の比（Ｌ／
Ｄ）については0.2〜6.0とすべきであり、この比
が0.2未満であると、中空内部に微生物が保持さ
れ難いので余剰微生物の生成量の減少と良好な沈
降性という本発明の特色が失なわれてしまう。一
方、この値が6.0を超えると粒子の長さが長すぎ
て使用の際に粒子の移動性が悪くなり、たとえば
流動層で使用すると流動性を著しく阻害する上
に、微生物反応によつて生成したガスが曝気用ガ
スが筒状粒子内部に内包して該粒子の見かけ比重
が軽くなつたり、該粒内部に微生物を十分に保持
できなくなるという欠点が生じる。また、この値
が大きいと粒子の充填効率も低下する。したがつ
て、一般的には比（Ｌ／Ｄ）を0.5〜3.0の範囲と
することが好ましい。 また、筒状粒子の肉厚は0.05〜1.0mmであるこ
とが必要で、肉厚が0.05mm未満では粒子の輸送、
貯蔵時に破損しやすく、また1.0mmを超えると筒
状粒子の内表面の比表面積が減少するばかりでな
く、合成樹脂の使用量が増大し、コスト高を招
く。中空部の径は粒子の外径および肉厚によつて
異なるが通常１mmφ以上であることが好ましい。 さらに、本発明の微生物付着用粒子は外表面を
物理的手段により粗面化することによつて微生物
の付着性を改良したものである。この処理を行な
うことによつて粒子単位体積当りの微生物保持量
を増大することができる。粒子の表面を粗面化処
理しないで流動層、混合層、輸送層等を形成して
行なう水処理等に使用すると、粒子同士の接触に
より通常は筒状粒子の外表面には微生物はほとん
ど付着しなくなる。このような現象は粒子に効率
よく微生物を付着させて利用するという立場から
は好ましくない。したがつて、外表面の粗面化は
筒状の微生物付着用粒子には重要なことである。 粒子外表面の粗面化方法には、たとえば押出し
成形等により得られる成形体を一定の長さに切断
する前に、その表面を加熱処理する方法、濃硫酸
などの酸を用いてエツチングする方法。研磨材な
どによる機械的（すなわち物理的）手段により処
理する方法などがあるが、物理的手段による粗面
化処理が最も好ましい。物理的表面処理により粒
子の表面に凹凸、ひだ、傷などをつけることによ
つて微生物の付着性を良くし、かつ粒子同士の接
触によつても付着微生物のほとんどが容易には剥
離しないようにすることができる。 粒子表面の粗面化状態と微生物の付着性をさら
に詳細に検討すると、粗面化処理方法の違いによ
る粗面化状態の相違が微生物の付着性に大きな影
響を与えることが判る。すなわち、熱的あるいは
化学的に表面処理を行なつた粒子の表面には凹凸
が形成されるが、この凹凸は一般に滑らかなもの
であり、微生物の付着性は無処理の場合よりも大
巾に改善されるが、粒子同士の接触によつて微生
物は比較的剥離されやすい。 一方、物理的（機械的）な手段により粗面化し
たものは粒子表面に「引掻き傷」、「ささくれ」な
どの表面傷が生じている。これらの表面傷は微生
物の付着を容易にすると共に、粒子同士の接触に
よつても微生物は剥離し難い。合成樹脂に発泡剤
を添加して比重を低下せしめた筒状粒子に同様な
物理的手段を施すと、さらに鋭利な表面傷の発生
が見られるが、これは筒状粒子の表面近傍に存在
する独立気泡が物理的処理によつて破壊されるこ
とに起因するものと考えられる。前述の如く、こ
れらの鋭利な「引掻き傷」や「ささくれ」などの
存在する粒子表面には微生物が付着されやすく、
付着に要する日数も短期間ですむ上、付着した微
生物は粒子同士の接触があつても剥離しにくいと
という特性を有していることが判明した。したが
つて、本発明では物理的な粗面化処理を行なつた
筒状粒子が好ましい。 物理的な粗面化処理手段としては、たとえば押
出し成形により得られる筒状成形体の表面に研磨
材あるいは研磨ブラツシをかける方法や鋭利な刃
物を１個もしくは複数個設置して該表面に傷をつ
ける方法等がある。このような処理方法は表面処
理用機械等を固定しておき筒状成形品を連続的に
移動させたり、該機械等を回転あるいは往復運動
させて筒状成形品を連続的に処理するなどの連続
的操作が通常行なわれる。次いで、表面処理され
た筒状成形体を一定の長さに切断することによつ
て本発明の微生物付着用粒子が得られる。 物理的な粗面化処理を施した粒子は微生物の付
着性が良好であるため、該粒子の素材としては微
生物が付着した状態でも該粒子が沈降しないよう
に比重が約0.6〜0.9のものを使用すべきである。 本発明の筒状粒子は、前述したように押出し成
形等によつて一定の成形体を作るため、均一な肉
厚のものが得られ、次いでカツター等で所定の長
さに切断するので長さもほぼ均一である。したが
つて、均一な形状で、かつ比重も一定となるた
め、使用中に一部の粒子が沈降するようなことも
なく、良好な流動性が得られる。さらに特筆すべ
きことは、本発明の筒状粒子を使用した微生物処
理装置等から排出される余剰微生物は従来のもの
よりも沈降性が著しく良好であるため、後段の
SS分離のための沈降槽、過槽を小型化するこ
とができ、しかもSS分離後は極めて透視度のす
ぐれた処理水を得ることができる。また、排出さ
れるSSの量が従来の粒子を用いた場合と比較し
て少ないことも本発明の特色の１つである。な
お、本発明の筒状粒子は水処理や発酵生産に利用
されるが、固定床方式以外の方法、すなわち固定
床装置を用いて水処理を行なう方法以外のものに
好適に用いられ、たとえば流動層装置、完全混合
装置等を用いて流動層、混合層、輸送層などを形
成して処理する方法に有利に適用することができ
る。その場合、処理法としては下向流、十字流、
上向流のいずれのタイプのものであつても差支え
なく、上向流とする場合にはガスを吹込むことに
より流動層、混合層を形成することができる。 従来の粒子を用いて水処理を行なつた場合、一
般に該粒子に微生物を付着させ流動層や混合槽な
どを形成せしめた生物反応槽では粒子同士の接触
が常に行なわれており、粒子表面に増殖、付着し
ている余剰の微生物はその一部が絶えず剥離さ
れ、系外に流出する。ところが、この余剰微生物
は極めて活性度が高く、微細であるため沈降性が
悪い。そのため、清澄な処理水を得るためには、
大型の重力沈降槽を用意したり、凝集剤を添加す
る等の対策が必要とされる。しかし、本発明の筒
状粒子を用いた場合、該粒子外表面に増殖、付着
する微生物は粒子同士の接触によつても容易には
剥離せず、粒子への付着時間が長い。また、筒状
粒子の内部表面に増殖、付着する微生物は粒子同
士の接触による剥離は行なわれず、該筒状粒子内
部を通過する水や気体の流れによつて剥離する。
このとき余剰微生物に与えられる力は外表面に存
在する余剰微生物に加えられる力よりも小さいた
め、剥離する微生物量は外表面に比し少なく、粒
子に対する微生物の付着時間は長くなる。そのた
め、筒状粒子の内部表面に付着している微生物の
粘性が増し、微生物同士の結合力も大きく、また
懸濁している微細で沈降性の悪い微生物等を捕獲
するため、水や気体の流れなどによつて剥離した
余剰微生物は凝集性が大きく、良好な沈降性を示
す。さらに、前記の如く懸濁している微生物の捕
獲のほか筒状粒子内部表面に付着している微生物
は外表面の微生物に比し一層剥離し難い。そのた
め、微生物の付着滞留時間が長くなり、好気性消
化が行なわれるので汚泥量が減少する。 次に、本発明の筒状粒子の使用例を示す。 使用例 異なる粗面化処理を施した中空筒状粒子（素
材：ポリプロピレン）を使用して水処理実験を行
ない、微生物の付着速度、付着微生物濃度、処理
水BODおよび処理水SS沈降速度を下記の下向流
流動層装置を使用して求めた。 第１図に示すようなエアーリフトチユーブ４を
内蔵し、エアーリフトチユーブ４下部と反応部３
下部に散気管を備えた微生物反応槽Ａに第１表に
示すような各種の粒子を充填し、反応槽上部より
ポンプ２にて排水供給した。一方、エアーリフト
チユーブ内をエアーリフトにより上昇してくる処
理水の一部を原水と混合せしめて微生物を付着し
た粒子を充填した反応部に下向流で通水し、かつ
散気管からの曝気により該反応部の粒子層に空気
を供給し、排水中の有機物を好気的に微生物処理
した。なお処理条件は次の通りである。 反応槽：ポリ塩化ビニル樹脂製、直径4B、高さ
約80cm（容量約６）のものを４台使用 粒子充填量：約２ 原水：魚肉エキスを水道水に溶解したもの 原水供給量：約２／hr 流動床エキスパンシヨン：静止層高の約1.5〜２
倍になるようにエアーリフトチユーブ４下部よ
り空気を供給。なお、散気管５ａ，５ｂより空
気を供給し、処理水の溶存酸素が1ppm以上保
てるように空気量を調整した。 実験期間：25ケ月 平均水温：20.7℃ 原水BOD：約200ppm

【表】 微生物の付着速度および付着微生物濃度に関し
て各々の粒子を使用した連続実験結果を第６図に
示す。第６図中、Mixed Liqur Suspended
Solid（MLSS）は微生物濃度を表わす。MLSS測
定は４台の反応槽より100c.c.の粒子を抜き取り、
0.3規定の炭酸ソーダ溶液中にサンプルを入れて
撹拌を行ない剥離した微生物濃度を求めることに
より行なつた。第６図はMLSSの経月変化を示す
ものである。 第６図より明らかなように、物理的表面処理を
施した粒子は発泡、無発泡に関係なく、MLSS濃
度が高く微生物保持能力に極めてすぐれている。
また、微生物の付着速度に関しても、１ケ月以内
に急速な付着が行なわれ、それ以降は微生物濃度
は平衡に達する。平衡時におけるMLSS濃度は
18000〜20000ppmに達し、粒子No.３およびNo.４と
比較し、極めて高濃度に微生物を保持することが
判明した。 一方、化学的表面処理を施した粒子No.３は物理
的表面処理を施した粒子に比較して微生物付着速
度が緩やかであり、1.5〜２ケ月でほぼ平衡状態
に達するが、その時のMLSS濃度もやや少なく
5000ppm未満である。 さらに、粒子表面に対して粗面化処理を行わな
かつたNo.４の粒子は約１ケ月の間微生物の付着が
ほとんどなかつた。1.5ケ月よりMLSSは増加し
たが、外表面の状態は粒子と粒子の接触により光
沢があり、微生物はほとんど付着していない。
MLSSの増加は内筒部の内表面に付着増殖してき
た微生物に起因するものと考えられる。このた
め、４種の粒子のうち平衡時のMLSS濃度は一番
低い値を示した。1.5ケ月から2.5ケ月のほぼ平衡
状態となつたときの処理水SS沈降速度および処
理水質のBOD濃度（平均値）を示すと第２表の
ようになつた。

【表】 以上の４種の粒子についての同時比較実験によ
り、表面に物理的処理をして多数の表面傷をつけ
た粒子の表面には微生物が極めて付着し易く、微
生物の濃度も極めて高濃度に保持され、処理水質
も極めて良好で処理水SS沈降速度も著しく速い
ものが得られることが判明した。

【図面の簡単な説明】

第１図は好気性処理装置の説明図であり、第２
図〜５図は本発明の粒子の実施例の見取図であ
る。第６図はMLSSの経月変化を示すグラフであ
る。 １……原水供給管、２……ポンプ、３……反応
部、４……エアーリフトチユーブ、５ａ，５ｂ…
…散気管、６……処理水抜出し管、Ａ……反応
槽。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 比重が１未満の合成樹脂より成る筒状粒子で
   あつて、外径が1.5〜15mm、長さと外径の比が0.2
   〜6.0であり、かつ肉厚が0.05〜1.0mmである筒状
   粒子の外表面を物理的手段により粗面化処理して
   なる微生物付着用粒子。 ２ 合成樹脂が熱可塑性樹脂である特許請求の範
   囲第１項記載の微生物付着用粒子。