JPH0592195A

JPH0592195A - 生体触媒による処理方法

Info

Publication number: JPH0592195A
Application number: JP18153191A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Kuroda; 正和黒田; Hiroyuki Uchida; 宏之内田; Koji Tanaka; 孝二田中; Tatsuo Terada; 達雄寺田
Original assignee: AASUNIKUSU KK; Earthnix Corp; Toyobo Co Ltd
Current assignee: AASUNIKUSU KK; Earthnix Corp; Toyobo Co Ltd
Priority date: 1991-06-27
Filing date: 1991-06-27
Publication date: 1993-04-16

Abstract

(57)【要約】【目的】被処理気体や被処理水を処理する生体触媒を
極く短時間のうちに担持材の表面に固着させ、即時的に
被処理気体や被処理水を処理可能にする。【構成】膨潤度が２倍以上の吸水性材料を含有し、マ
イクロフィルター効果を有する生体触媒担持材に生体触
媒を含む生体触媒の培養液を吸収させて生体触媒を担持
材に固着し、生体触媒が固着した前記生体触媒担持材に
被処理ガスと被処理水の一方、又は双方を接触させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、微生物菌体、酵素、
動・植物細胞などの生体触媒の生化学的反応を利用して
有用物質の生産、回収、環境汚染物質の分解などを行な
うバイオリアクターの生体触媒による液体や、気体の処
理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】被処理水が供給される処理槽の液中に生
体触媒として嫌気性菌を担持した担持材を浸漬し、被処
理水に含まれている有機物を分解して除去する処理方法
は従来から公知である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した嫌気性処理法
を実行するには、処理槽を作って槽内に嫌気性菌を含む
液を入れ、その液中に担持材を浸漬し、担持材に嫌気性
菌が固着し、増殖して所要の処理性能で運転が行なえる
ようになるまで待ち、それから運転を開始しなければな
らない。

【０００４】担持材には従来、種々な材料製のものが使
用されているが、処理槽の液中に浸漬後、運転を開始す
るまでには数ケ月の期間を要し、又、嫌気性菌を充分に
馴養するには、その間、空（から）運転を継続して行な
う必要があり、単に立ち上がり時間の空費だけにとどま
らず、空運転するためのエネルギーをも必要とする無駄
があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上述した問題点
を解消することを目的に開発されたのであって、膨潤度
が２倍以上の吸水性材料を含有し、マイクロフィルター
効果を有する生体触媒担持材に生体触媒を含む生体触媒
の培養液を吸収させ、生体触媒が固着した前記生体触媒
担持材に被処理気体と被処理水の一方、又は双方を接触
させることを特徴とする。

【０００６】

【実施例】本発明の担持材が有するマイクロフィルター
効果とは、吸水性材料の高速吸水性能によって生じる材
料表面の法線方向の局所水流速に基ずく濾過効果のこと
であり、又、膨潤度とは吸水材料の自重に対する吸水量
の割合を示す。

【０００７】つまり膨潤度が大で、吸水速度が早いほど
マイクロフィルター効果は高まり、スラリー中の生体触
媒が担持材に固着する能力は高いから、膨潤度は２倍以
上、好ましくは５倍以上、更に好ましくは１０倍以上で
あること、又、飽和するまでの吸水速度は数秒から数分
であることが望ましい。

【０００８】尚、生体触媒担持材がマイクロフィルター
効果を備えている限り、吸水材料の含有割合に限定はな
く、吸水性材料の膨潤度との兼ね合いで適宜、非吸水性
材料を併用して差支えない。

【０００９】担持材の吸水材料の形態としては、粉・粒
体、ペレット、綿状、繊維状、フィルムないしシート状
などいずれでもよいが、粉・粒体、ペレットの場合は流
動床の充填材として使用することができる。又、粉・粒
体、ペレット、綿状の吸水材料は、処理槽内への装入、
取り出しなどのハンドリングを考慮してメッシュの袋や
筒に入れて保持したり、二枚の不織布の間に挟んで保持
してもよい。又、吸水材料が繊維状の場合は短繊維や、
長繊維のまゝで使用することもできるが、糸、紐、縄、
棒等の線状にしたり、紙、不織布、編織布等のシート状
に加工したり、螺旋状編組モールコードなどの形態にす
ることが好ましい。

【００１０】特に取扱い容易性（ハンドリング）、所望
の寸法や形状への加工性、生体触媒担持能力、被処理ガ
スや、被処理気体との接触効率などの点から繊維形態、
中でも吸水性部と非吸水性部との二層構造繊維からなる
吸水材料を使用し、シート状や、螺旋状編組モールコー
ドとすることが望ましい。又、生体触媒担持能力を向上
させるため吸水性材料の表面に凹凸をもたせることが好
ましく、それには、粉・粒体や繊維等をプラズマ処理す
るなどして微細な凹凸を形成したり、ノズル形状の選択
によりＹ字、十字、星形等の断面形状に繊維を押出した
りする手段を採ればよい。

【００１１】吸水材料の素材には所定の膨潤度を有する
限り、天然物、合成物等を任意に使用することができ、
例えばデンプン−アクリル酸塩グラフト重合体、アクリ
ロニトリルと（メタ）アクリル酸塩との共重合体、マレ
イン酸等の二塩基酸共重合体、非吸水性材料にポリアク
リル酸ソーダ等の親水性重合体をコーティングしたも
の、アクリル繊維や、セルロース繊維を吸水変性処理し
たものなどが挙げられる。

【００１２】尚、担持材が担持する生体触媒の種類に限
定はないが、特に固定化に長期間を要する嫌気性菌が実
用上、望ましい。

【００１３】担持材の表面に固着した生体触媒を包括固
定する包括固定化材料としては、セルロース、デキスト
ラン、デンプン、寒天、カラギーナン、アルギン酸とそ
の誘導体、ゼラチン、アルブミン、コラーゲン、タンニ
ン、ＰＶＡ、光架橋性樹脂、ウレタン、ポリアクリルア
ミドゲル、ポリエチレングリコール、エポキシなどが挙
げられる。

【００１４】本特許出願人等の特願平２−１６８１８６
号、同平２−２５７３５６号に記載したように、担持材
に吸水性外層部と非吸水性内層部との二層構造からなる
膨潤度が７倍、２０倍、１５０倍のランシール（日本エ
クスラン工業（株）製の超吸水性繊維の商品名）を３０
〜９０重量％含有する三種類の不織布を使用した場合
と、他の材料を担持材に使用した場合とで嫌気性菌の固
着量がどのように相違するかを調べるため各担持材を嫌
気性菌（メタン発酵菌）スラリー濃度３８４０ｍｇ／ｌ
の生体触媒の培養液中に３分間浸漬後、引上げ、担持材
を超音波で洗浄し、洗浄液中の嫌気性菌をＴＯＣ濃度で
測定した所、表１の結果が得られた。

【表１】

【００１５】又、培養液中の嫌気性菌スラリー濃度の変
化が嫌気性菌の固着量に及ぼす影響を調べるため、膨潤
度が１５０倍の上記ランシール含有不織布を、スラリー
濃度１３６０ｍｇ／ｌの液を蒸留水で２倍と３倍に希釈
した希釈液と、スラリー濃度３８４０ｍｇ／ｌの液に３
分間浸漬後、引上げ、同様に洗浄液中の嫌気性菌をＴＯ
Ｃ濃度で測定した所表２の結果が得られた。

【表２】

【００１６】以上のことから膨潤度（α）は材料単位面
積当たりに吸収される液量で、次式により定義できる。

【数１】

【００１７】膨潤度２倍以上の吸水性材料では、材料に
液が急激に吸収されるため材料の表面では表面に鉛直方
向の局所的な流れが生じ、表面鉛直方向の単位面積当た
りに流れる液量ないしフラックス（Ｊ）は膨潤度のｎ乗
に比例すると考えられる。Ｊ∝（αｓ−α）ⁿ （ｓ：飽和を表わす）

【００１８】そして、液がスラリーの場合は局所的な液
流に随伴して固形分も移動し、液は材料に吸収される
が、固形分はマイクロフィルタ効果で材料の表面に残
り、固着する。この場合、固着する固形分が多いと固形
分は材料の表面にケーキ状に堆積する。

【００１９】材料の表面への固形分の固着速度（Ｆ）は
マイクロフィルタ効果による液の移動量ないし吸収量と
スラリー濃度に比例すると考えられる。Ｆ∝Ｊ・Ｃ^m ＝Ｃ^m （αｓ−α）ⁿ （Ｃはスラリー濃度）

【００２０】そして、全固着量（Ｍ）は近似的に次式で
表わされる。Ｍ＝β・Ｃ^m ・αｓⁿ （β：係数）

【００２１】上記膨潤度１５０倍のランシール含有不織
布を担持材に使用して処理を行なった状況を次に示す。

【００２２】上記不織布を幅数ｃｍ〜数ｍ、長さ数１０
ｃｍ〜数ｍの帯片に截断し、吸水性を有する状態で嫌気
性菌の培養液の液中に浸漬する。上記帯片を吸水性を有
する状態で浸漬する理由は、マイクロフィルタ効果を充
分に発揮させるためであって、若し飽和状態に吸水させ
て浸漬したのでは嫌気性菌の初期固着量が減少するから
である。尚、生物槽の液中の嫌気性菌の濃度は数１００
ｐｐｍ以上であることが好ましい。

【００２３】こうして、生体触媒培養液に上記不織布の
帯片を浸漬して数分、経過すると、帯片の表面には嫌気
性菌が固着する。嫌気性菌が固着した状態は帯片の表面
に嫌気菌が層状に堆積し、且つ繊維の表面を被覆する状
態をいう。

【００２４】嫌気性菌（メタン発酵菌）スラリー濃度１
３６０ｍｇ／リットルの液中に前記膨潤度１５０倍のラ
ンシール含有不織布を浸漬した場合の、浸漬時間の長短
による嫌気性菌の固着量を調べた所、表３の結果が得ら
れた。尚、固着量は、浸漬した不織布を超音波で洗浄
し、洗浄液中の嫌気性菌をＴＯＣ濃度で測定した。

【表３】

【００２５】前表の結果から浸漬時間３分のときが固着
量は最大で、浸漬時間がそれ以上、長いと固着量は逆に
減少することが分かる。これは超吸水性繊維であるラン
シールの膨潤度が１５０倍であるため、３分の浸漬時間
中に強力なマイクロフィルター効果が発揮され、ほゞ最
大の飽和状態に嫌気性菌が固着でき、浸漬時間がそれよ
り長くなると、その後はマイクロフィルター効果は失わ
れるので、折角、ランシールに固着した嫌気性菌の一部
はランシールから遊離し液中に移動するためと思われ
る。

【００２６】従って、培養液中での浸漬時間は担持材の
構成要素中の吸水性材料の膨潤度に応じて適切に定める
ことが必要であり、長い程よい訳ではない。

【００２７】こうして嫌気性菌が帯片の表面に固着した
らこの帯片に被処理水を接触させて嫌気性菌を馴養しな
がら被処理水を処理する実運転を開始することができ
る。

【００２８】第１図でＡ（○）は前述の膨潤度１５０倍
のランシール含有不織布を嫌気性菌（メタン発酵菌）ス
ラリー濃度２４０ｍｇ／ｌの液中に３分間、浸漬し、こ
れにＢＯＤ１３０〜１８０ｍｇ／ｌ（ＴＯＣ２６０〜３
６０ｍｇ／ｌ）の被処理水を接触させて運転を開始し、
処理により発生する消化ガスの発生量を開始当初から測
定した結果を示す。又Ｂ（●）は嵩高性のある非吸水性
不織布を嫌気性菌スラリー濃度１００００ｍｇ／ｌの培
養液中に１０分間浸漬し、これを上記と同じ条件の被処
理水と接触させて運転を開始し、処理により発生する消
化ガスの発生量を開始当初から測定した公表データをグ
ラフ化したものである。

【００２９】Ａではランシールにほゞ飽和状態に嫌気性
菌が固着しているため、運転を開始した直後から消化ガ
スが発生し、消化ガスの発生は１０日後に定常に達し
た。これに対し嫌気性菌スラリー濃度がＡに較べて40倍
以上も高濃度の培養液中に１０分間浸漬した嵩高性のあ
る非吸水性不織布の担持材では運転を開始して数日後に
消化ガスの発生が認められたが、その量は少なく、又、
運転開始後、３０日で発生量は定常に達した。しかし、
Ａと比較して起ち上りの勾配が大きく異なっている。

【００３０】又、運転開始後、担持材Ａの一部を時々、
液から引上げ、上記担持材Ａに固着している嫌気性菌
（メタン発酵菌）の量を測定した所、第２図の結果が得
られた。運転開始後、３日目の菌固着量は４．０ｍｇ−
Ｃ（有機炭素量）／ｃｍ² 、７日以後に固着量が急激に
増加し、６０日後には１０．０ｍｇ−Ｃ／ｃｍ² を越え
た。第２図でＣ（▲）は水膨潤度１倍の多孔質炭素板を
同じ原水が供給される処理槽に浸漬して運転開始後、炭
素板の一部を時々、液から引上げ、炭素板に固着してい
る嫌気性菌の量を測定した場合を示す。Ｃでは運転開始
後、３日目を経ても殆ど無く、６０日後でも２．０ｍｇ
−Ｃ／ｃｍ² しか無かった。

【００３１】以上により生体触媒培養液との接触時間を
吸水性材料の膨潤度に応じ最適に制御することにより運
転を開始した直後から固着した嫌気性菌を馴養しながら
多量に増殖させ、多量の菌によって１０日間程度の極く
短期間で定常運転を開始できることが明らかである。

【００３２】尚、担持材が粉・粒体であるときは、被処
理水が上向流で供給される処理塔に充填し、上向流する
被処理水によって流動化する流動床を構成することがで
きる。この場合、従来の担持材は菌を固定材で包む等し
て１粒宛、造粒したり、グラニュール形成菌の馴養によ
り造粒するには数ケ月の期間を要したが、本発明の粉・
粒体の担持材は生体触媒の培養液と接触すると、その水
膨潤度に基ずくマイクロフィルター効果により極く短時
間（数秒間から数分間）のうちに全量の粉・粒体は生体
触媒を固着し、濃縮して固定化が行なえる。

【００３３】又、包括固定化法を併用した場合は、浸漬
時間をマイクロフィルター効果による固着量が最大とな
るようにした上で、固定化材料で生体触媒を包括固定す
ることにより、最大固着量を保つことが可能となり、効
率をさらに上げることが出来る。

【００３４】包括固定化法の併用は、従来の包括固定化
法と異なり、生体触媒がマイクロフィルター効果により
一度固着しているので、表面強度上必要とする最低限度
の量の包括固定化材料で包括すれば良く、従来の包括固
定化法よりも接触効率を高めることが出来る。

【００３５】このように固定化材料で生体触媒を担持材
に包括固定すると、接触効率などを高めることができる
ほかに、生体触媒の活性の維持、水分ないしは酵素など
の乾燥状態の維持が行え、長期保存が可能になると共
に、ハンドリング性も高まる。更に、固定化材料中に栄
養分や活性化維持剤等を例えばマイクロカプセルの形態
で混入することにより生体触媒の活性の向上を図ること
ができる。

【００３６】本発明の方法を実施するには、通気、通液
可能な容器、例えば図３に示すように両端が開放した筒
形カートリッジ１の内部に吸水性材料を含む生体触媒担
持材２を充填し、必要に応じ該筒形カートリッジの開放
した各端を多孔板、ネットなどの通気、通水可能な蓋３
で塞ぐ。カートリッジ１の内部に充填する生体触媒担持
材は粒状、ペレット状、綿状、繊維状、ロープないしモ
ール状でもよく、ロープないしモール状の場合は筒形カ
ートリッジの長手方向に揃えた束として装入すればよ
い。又、担持材はネット、穴が開いたフィルムやシート
など平面状のものでもよく、その場合は図４に示すよう
に筒形カートリッジの内形に対応した円板４を多数枚打
抜いて積層し、積層体としてカートリッジの内部に収容
する。

【００３７】この筒形カートリッジ１を生体触媒の培養
液に浸漬するか、或いはカートリッジ１の内部の生体触
媒担持材に培養液を散布するかして液を吸水材料に吸収
させることで担持材の表面に生体触媒を固着させ、必要
に応じ固定化材料で担持材の表面を被覆して固着した生
体触媒を包括固定し、被処理水や、悪臭気体などの被処
理気体を筒形カートリッジ１の内部に一端から供給する
ことで他端に処理水や、悪臭成分などを分解、浄化され
た処理ガスが得られる。勿論、悪臭を発する被処理水を
供給し、気体としての悪臭成分と、水に溶解した水中成
分を同時に分解し、処理水にすることもできる。尚、悪
臭ガスなどの気体だけを処理する場合は、運転中、筒形
カートリッジ１の内部に水分を補給し、担持材が乾燥す
るのを防いだり、栄養分や、活性維持剤を供給し、活性
を向上させたりしてもよい。

【００３８】生体触媒担持材は図５に示すように波板状
に成形したシートないし板５でもよいし、ハニカム断面
などの筒でもよい。又、図６に示すように四角などのフ
レーム６の内部に張設したフィルムや、該フレーム６に
すだれ状に取付けた紐、帯片、モールコードでもよい。
そして、シートないし板の場合、或いはフレーム６に取
付けた場合はこれを積層し、筒の場合は複数本を束ねる
ことにより所定の大きさの集合体７とし、この集合体７
を処理槽や処理塔などの処理装置８の内部に収容し、生
体触媒培養液を該集合体７に散布して担持材の表面に生
体触媒を固着させる。

【００３９】処理装置８内の担持材の集合体７への生体
触媒培養液の散布は、処理装置が円形の場合は図７の回
転式散水管９で行い、処理装置が方形の場合は図８の固
定式散水管１０や往復移動式散水管で行えばよい。処理
装置は処理槽や、処理塔に限定されず、河川、沼、湖等
で処理を行なう場合は、これらの河川、沼、湖等も処理
装置に含まれる。

【００４０】こうして集合体を構成する担持材の表面に
生体触媒が固着したら、必要に応じ担持材の表面を固定
化材料で被覆することによって固着した生体触媒を包括
固定し、被処理気体を集合体に通気するか、処理するの
が液であるときは散水管９や１０で被処理水を集合体７
に散布するか、或いは処理装置内に被処理水を導入し、
生体触媒により処理して処理水を槽７から排水する。

【００４１】

【発明の効果】本発明の処理方法により、担持材に生体
触媒を極く短時間で固着し、空運転のための時間とエネ
ルギーの空費なしに被処理気体や被処理水を処理する実
運転を開始できる。そして、生体触媒担持材を通気、通
水可能な容器に収容することによって担持材のハンドリ
ングが著しく容易になる。又、被処理水や被処理気体を
処理する処理槽や処理塔の内部に担持材を配置し、この
担持材に生体触媒培養液を吸収させるようにすれば、別
の場所で生体触媒培養液を吸収させて重量が重くなった
担持材を処理槽や処理塔内に運搬する労力、手数を必要
とせず、生体触媒培養液を吸収させたあと直ぐに被処理
水や被処理気体の処理が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で使用する担持材と、そうではない担持
材を使用して被処理水を処理した場合の比較図表であ
る。

【図２】図１の処理を行った場合、運転時間の経過に伴
い嫌気性菌の固着量が増加する状況を示す比較図表であ
る。

【図３】担持材を充填した筒形カートリッジの一部を欠
截した斜視図である。

【図４】円板形の担持材の一例の斜視図である。

【図５】波板形の担持材の一例の斜視図である。

【図６】スダレ形の担持材の一例の斜視図である。

【図７】円形処理槽内に担持材の積層体を配置し、回転
式散水管で生体触媒培養液を散布している状態の断面図
である。

【図８】方形処理槽内に担持材の積層体を配置し、回転
式散水管で生体触媒培養液を散布している状態の説明図
である。

【符号の説明】

１筒形カートリッジ２カートリッジ内の担持材３カートリッジの両端の蓋４円板形の担持材５フレーム６担持材の積層体７処理槽８回転式散水管９固定式散水管

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０２Ｆ 3/28 Ｂ 7158−4Ｄ (72)発明者内田宏之東京都千代田区外神田１丁目９番９号アースニクス株式会社内 (72)発明者田中孝二岡山県岡山市益野町432−９番地 (72)発明者寺田達雄大阪府吹田市青葉丘北21番１−707号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】膨潤度が２倍以上の吸水性材料を含有
し、マイクロフィルター効果を有する生体触媒担持材に
生体触媒を含む生体触媒の培養液を吸収させて該担持材
に生体触媒を固着し、生体触媒が固着した前記生体触媒
担持材に被処理気体と被処理水の一方、又は双方を接触
させることを特徴とする生体触媒による処理方法。
【請求項２】請求項１に記載の生体触媒による処理方
法において、生体触媒担持材を通気、通液可能な容器に
収容したことを特徴とする生体触媒による処理方法。
【請求項３】請求項１に記載の生体触媒による処理方
法において、生体触媒担持材を板状又は筒状に成形し、
その複数を積層又は結束したことを特徴とする生体触媒
による処理方法。
【請求項４】請求項１に記載の生体触媒による処理方
法において、被処理気体又は被処理水を処理する処理装
置の内部に生体触媒担持材を収容し、処理装置内で生体
触媒担持材に生体触媒培養液を吸収させ、その後に被処
理気体と被処理水の一方又は双方を生体触媒担持材に接
触させることを特徴とする生体触媒による処理方法。
【請求項５】請求項１から４のどれか１項に記載の生
体触媒による処理方法において、生物触媒担持材が生体
触媒培養液を吸収することによって該担持材の表面に固
着した生体触媒を固定化材料により包括、固定してある
ことを特徴とする生体触媒による処理方法。