JPH10139564A - ポーラスセラミックス複合体及びその製造方法 - Google Patents

ポーラスセラミックス複合体及びその製造方法

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JPH10139564A JP29134496A JP29134496A JPH10139564A JP H10139564 A JPH10139564 A JP H10139564A JP 29134496 A JP29134496 A JP 29134496A JP 29134496 A JP29134496 A JP 29134496A JP H10139564 A JPH10139564 A JP H10139564A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミックス及び酵素のそれぞれの特性・性
能を充分に発揮でき、排水処理効率の高いかつコストの
安い処理材として使用できるポーラスセラミックスの開
発。 【解決手段】 粘土及び珪石を主成分として８０〜４０
重量％、これに酵素製剤２０〜６０重量％及び所定量の
水を混合、焼成してなり、その組成が、 ＳｉＯ2 ６８．０ 〜７１．０ 重量％ Ａｌ2Ｏ3 １６．０ 〜２１．０ 重量％ Ｆｅ2Ｏ3 ０．８ 〜 １．２ 重量％ Ｋ2Ｏ １．１ 〜 １．７ 重量％ ＣａＯ ０．６ 〜 １．２ 重量％ ＭｇＯ １．５ 〜 ２．６ 重量％ Ｎａ2Ｏ ０．６ 〜 １．３ 重量％ ＴｉＯ3 ０．３ 〜 ０．４ 重量％ 酵素 ０．００５〜 ０．０２重量％ である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポーラスセラミッ
クス複合体及びその製造方法に関し、特に排水処理の分
野において利用しうるポーラスセラミックス複合体及び
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、セラミックス系吸油材を用いて、
排水処理、特に動植物系油脂含有排水の処理を行う際に
は、親油性を有するポーラスセラミックスを利用し、ま
たこのセラミックスは親水性も兼ねそなえているため、
これに疎水性を付与して利用することにより、吸油効率
を高めていた。
【０００３】また、排水処理の効率を高めるためにポー
ラスセラミックスと酵素又はバクテリアとを組合せたシ
ステムが知られている。例えば、セラミックスを処理排
水中に載置し、酵素を液体として排水に薬注して処理す
る方法や、酵素又はバクテリアをセラミックスに吸着、
固定化したものを用いて排水処理を行う方法がある。そ
の他の固定化法としては、光硬化性樹脂（エポキシ樹
脂、ウレタン樹脂等）に酵素又はバクテリアを凍結球状
化して固定化する方法、またアルギン酸又はカラギーナ
ンにバクテリアを凍結球状化して固定化する方法（包含
性固定化法）等がある。
【０００４】上記いずれの従来技術の場合も、発生した
汚泥は産業廃棄物として中間処理場へ持ち込んで処分し
ていた。また、セラミックスへの吸油が物理的吸着であ
るために、セラミックスの吸油能力が飽和に達すると、
このセラミックスを回収し、再生処理を行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記したような従来の
セラミックス吸油材による排水処理システムの場合、排
水処理効率が低いこと、処理装置の設置工事が簡易でな
くかつ高コストであること、セラミックスの再生及び汚
泥を産業廃棄物として処分するため維持管理が高コスト
であること等の問題がある。そのため、例えば、厨房排
水、食品加工工場等の排水の処理（いわゆるグリースト
ラップから除害施設までの処理工程）に、コストがかか
り過ぎるので、各事業所においては、低コストで簡易に
設置でき、かつコンパクトで処理効率の高い処理材を用
いる処理システムが望まれている。
【０００６】また、生活排水が河川、湖、沼、海等に流
入したり、地面の下に浸み込んで地下水を汚染したりし
て、自然環境の悪化、ひいては上水道用の取水原水の水
質悪化等の問題が発生し、その解決法が求められてい
る。
【０００７】また、排水を処理した後の処理水質除去オ
ーダー値に関し、ｎ−ヘキサンのみならず、溶解性ＢＯ
Ｄの処理値をも低下させなければならず、また、ｐＨの
値も基準値内でなければならず、従来の物理的処理では
限界があるという問題もある。
【０００８】さらに、ポーラスセラミックスと酵素とを
組合せて排水処理を行う場合、酵素を液体として排水に
薬注して処理するときに、安定した薬注量のコントロー
ルが困難であるということまた常時液体を投与すること
はコスト面においても問題がある。酵素は高濃度になる
程、排水中への拡散率が悪くなると共に、制菌作用が起
きるので、生物処理において特にバクテリアを使用した
場合、安定した処理を行うことが困難になる。酵素の投
与量が少なすぎると、当然に処理効果が期待できない。
また、前記したバクテリア又は酵素固定セラミックスに
よる排水処理、及び光硬化樹脂に固定した場合の排水処
理の効果は、１〜３年程度の短期間しか維持されないと
いう問題があり、またアルギン酸固定化法の場合の廃水
処理効果は６ヶ月程度の短期間しか維持され得ないとい
う問題がある。
【０００９】本発明の目的は、上記従来の問題点を解決
し、セラミックス及び酵素のそれぞれの特性・性能を充
分に発揮し、排水処理効率の高いかつコストの安いポー
ラスセラミックス複合体及びその製造方法を提供するこ
とにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のポーラスセラミ
ックス複合体は、粘土及び珪石を主成分として８０〜４
０重量％、これに酵素製剤２０〜６０重量％及び所定量
の水を混合し、焼成してなるポーラスセラミックス複合
体であって、その組成が、 ＳｉＯ2 ６８．０ 〜７１．０ 重量％ Ａｌ2Ｏ3 １６．０ 〜２１．０ 重量％ Ｆｅ2Ｏ3 ０．８ 〜 １．２ 重量％ Ｋ2Ｏ １．１ 〜 １．７ 重量％ ＣａＯ ０．６ 〜 １．２ 重量％ ＭｇＯ １．５ 〜 ２．６ 重量％ Ｎａ2Ｏ ０．６ 〜 １．３ 重量％ ＴｉＯ3 ０．３ 〜 ０．４ 重量％ 酵素 ０．００５〜 ０．０２重量％ である。
【００１１】また、本発明の上記ポーラスセラミックス
複合体は、粘土及び珪石にバインダー、気孔形成用材料
及び酵素製剤並びに水を添加、混合して、泥状化し、次
いで、約９００〜１３５０℃、好ましくは約１０００〜
１２００℃で焼成して製造することができる。
【００１２】前記酵素製剤が、例えばパイナップル果汁
抽出酵素含有酵素製剤のような果汁抽出酵素含有酵素製
剤であることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の態様】以下、本発明の実施の態様を説明
する。
【００１４】本発明のポーラスセラミックス複合体は、
珪石及び粘土をセラミックスの主成分とし、これに酵素
製剤及び通常の添加剤並びに水を混合し、所定の温度で
焼成してなるものであり、親水性及び親油性を備えてお
り、例えば排水処理に使用した場合、処理中に、吸油し
た油脂分を酵素が分解して処理前の性能を回復するの
で、排水中に載置したままで継続的に機能が回復される
という特徴がある。そのため、かかるポーラスセラミッ
クス複合体を排水中に載置したままで、排水処理中にエ
アレーションを付加することによって、排水中に存在す
る自然界の好気性菌の働きで水質の高度の浄化が永続的
に行われ、目詰まりの心配もない。このため、従来のセ
ラミックス吸油材の処理では困難であった短時間におけ
るｐＨの調整及びより低濃度までのＢＯＤの低下等が可
能となると共に、セラミックスの再生処理はほとんど不
要となり、また汚泥発生量も極端に減少する。
【００１５】本発明のポーラスセラミックス複合体を用
いる排水処理は、完全酸化法であるので、処理後の浄水
自体もまた排水処理雰囲気もその臭気が著しく減少する
という利点がある。
【００１６】本発明で用いる珪石及び粘土は産地によっ
ても異なるが、その各組成は、例えば以下のとおりであ
り、これらを所望により粒度（例えば、２５０〜３００
メッシュ）、配合比率（例えば、珪石と粘土とを同重量
％ずつ）を調整して使用する。
【００１７】 珪 石（重量％） 粘 土（重量％） ＳｉＯ2 ：９６．００ ＳｉＯ2 ：４０．０ Ａｌ2Ｏ3： １．０９ Ａｌ2Ｏ3：４０．０ Ｆｅ2Ｏ3： ０．１５ Ｆｅ2Ｏ3： ０．８〜０．９ Ｋ2Ｏ ： １．５０ ＣａＯ ： ０．７ イグロス： ０．２６ ＭｇＯ ： ０．５５ イグロス：１２．０ 前記酵素製剤は、酵素の機能を向上させるために、特定
の酵素と数種のミネラル群とを組み合わせ、これとゼオ
ライト等の鉱石粉末とを混合し、その後発酵処理して得
たものであり、ゼオライト等の細孔内に酵素が入り込
み、高温に耐えるようになっているので、所望のセラミ
ックス複合体を得るための焼成工程において、酵素がセ
ラミックスに包まれるようにして焼結され、最適の酵素
の固定が可能となっている。
【００１８】酵素としては、高温耐熱性酵素であれば、
用途に応じて種々のものが使用されうるが、例えば、排
水処理を目的とする場合には、パイナップル果汁中で、
アスペルギルス属の微生物を培養して抽出したパイナッ
プル酵素が好ましい。このパイナップル酵素は、多数の
作用対象物質に対して作用する多種類の酵素の混合物で
あり、デハイドロゲナーゼと総称されている。この抽出
酵素に、さらに用途に応じてその用途に適った酵素を添
加してもよい。かかる酵素製剤としては、例えば、エン
ザイム・Ｐ及びエンザイイム・Ｇ（商品名、東洋エンザ
イム社製）がある。
【００１９】本発明のポーラスセラミックス複合体は、
主体とする珪石及び粘土等のポーラスセラミックス原
料、高温耐熱性酵素を含む酵素製剤（一般に、−４０℃
〜＋１３００℃で活性がある）、バインダー、気孔形成
用材料、その他の既知添加剤及び水を混合し、泥状化し
たものを高温で焼成して得られる。
【００２０】以下、本発明のポーラスセラミックス複合
体の製造方法の好ましい態様を説明する。
【００２１】先ず、上記したような粉末状の珪石と粘土
とを焼成後の凝結力を考慮して所定の割合で、一般には
重量でおよそ５０〜６５：５０〜３５、好ましくはおよ
そ６５：３５の割合で混合して基礎組成物を作り、この
基礎組成物８０〜４０重量％（好ましくは７０〜５０重
量％）に、用途に応じた粉末状酵素製剤を、２０〜６０
重量％（好ましくは３０〜５０重量％）混入して、よく
攪拌して混合物を得る。
【００２２】かかる割合を外れて混合したものは、所期
の目的を達成することが難しい。酵素製剤が６０重量％
を超えると、得られたセラミックス複合体の比重が大き
くなりすぎ、気孔率が低くなり、親水性（吸水）が悪化
し、コストが高くつき、また、２０重量％より少ない
と、酵素の作用が充分に発揮できない。
【００２３】次いで、この混合物に通常の気孔形成用材
料を所定量混入して、よく撹拌した後、水を基礎組成物
の好ましくは約４〜４．５倍重量加えつつ更に混合して
泥状となし、得られた泥状物を板状、ブロック状等のよ
うな使用目的に応じた任意の形状の型枠に充填し、自然
乾燥及び／又は強制乾燥して、所望の形状に成型する。
その後、乾燥した成型物を、一般には約９００〜１３５
０℃で、好ましくは約１０００〜１２００℃で、さらに
好ましくは約１１００℃で焼成すると、混入している気
孔形成用材料が焼去されて無数の連続細孔が形成される
と共に、基礎組成物及び酵素製剤中に含まれている数種
のミネラル群及びゼオライト等が焼結して一体化し、目
的のセラミックス複合体が得られる。上記焼成温度に関
し、約９００℃より低いと凝結力を失い形状が崩れやす
くなり、約１３５０℃より高いとセラミックスの表面が
ガラス化して好ましくない。
【００２４】かくして得られた複合体は、前記のような
組成を有し、次の物性を有する。
【００２５】 比 重 ： 約０．４〜０．５ 気孔率 ： 約６５〜８３％ なお、本発明のポーラスセラミックス複合体中に含まれ
ているＦｅ2Ｏ3成分は、０．８５〜 １．１５重量％の
範囲内にある。これは、原料中に当初から含まれている
量であり、Ｆｅ含有物質を添加して、この量より多くす
ると、微生物の繁殖が抑制されて、緩慢となり遂に死滅
してしまうという弊害が生じる。
【００２６】上記気孔形成用材料としては、上記基礎組
成物及び粉末酵素製剤によく分散し、これらの原料を焼
成する温度で完全に焼去され、連続細孔を形成するもの
であればよく、例えばおがくず、もみがら、樟脳等が使
用できるが、形成される連続細孔の状態、焼去条件等を
考慮すればおがくずを使用するのが好ましい。おがくず
を使用する場合、その使用量は、基礎組成物及び粉末酵
素製剤の合計重量の約２倍が適当であり、連続細孔の状
態、得られる複合体の比重等を考慮して適宜増減する。
また、泥状化のために使用される水量は、通常、基礎組
成物の４〜４．５倍重量が適当である。
【００２７】
【実施例】次に本発明を実施例に基づいて詳細に説明す
る。
【００２８】（実施例１） （１）粉末酵素製剤混合率５０％のポーラスセラミック
ス複合体の製造 珪石２５０ｋｇ、粘土２５０ｋｇ、粉末酵素製剤（東洋
エンザイム社製の商品名エンザイム・Ｐ）５００ｋｇ、
おがくず１０００ｋｇ、水４３００ｋｇを用意し、まず
珪石及び粘土をポットミル等に入れて混合し、これにさ
らに粉末酵素製剤を入れて、よく混合・撹拌した。次い
で、おがくずを入れて均一に分散するように混合した
後、水を加えつつ混合し、泥状とした。このように泥状
化した組成物を型枠に流入して５日間自然乾燥し、さら
に１日間約１３０℃で強制乾燥してから脱型し、乾燥済
の成型物を焼成炉中に入れて徐々に昇温し、最高１１０
０℃で３時間焼結してから降温の後出炉させた。
【００２９】以上の条件下において製造された本発明の
セラミックス複合体は、次の通りの比重及び組成を有
し、以下記載するように、排水処理剤として有用であっ
た。
【００３０】 （２）５０重量％の割合で酵素製剤を用いて混合焼成し
て得た上記ポーラスセラミックス複合体を用いて、排水
処理を行った。
【００３１】排水として、現在稼働中の排水処理システ
ムにおけるグリーストラップ槽内の滞留水から採取した
ものを使用した。
【００３２】このｎ−ヘキサン高濃度の滞留水２０ lを
テスト原水としてφ３００ｍｍ×Ｈ５００ｍｍの容器に
投入し、容器中心部の水面下１５０ｍｍに、φ１００ｍ
ｍ×Ｈ２５０ｍｍの円筒内に上記セラミックス複合体５
００ｇを充填したものを設置し、その充填セラミックス
複合体の中心部にブロワー（能力：６ l／分）を設け、
常時エアレーションしながら、室温で排水処理を行い、
表１に示すような経過日数毎に採水し、所定の分析を行
った。その結果を以下の表１に示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】（実施例２）珪石２００ｋｇ、粘土２００
ｋｇ及び粉末酵素製剤６００ｋｇを用いたこと、また、
焼成温度を１０００℃としたこと以外は実施例１と同様
にして実施例１の方法を繰り返し、所望のセラミックス
複合体を得た。この複合体（酵素製剤６０重量％混合焼
成物）を用いて実施例１の（２）記載の処理方法を繰り
返した。ただし、表２に示すような経過時間毎に採水し
て、分析を行った。その結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】
【００３６】上記表１及び２から明らかなように、処理
を始めてから１日以内に、ｐＨは中性になり、ＳＳ、Ｂ
ＯＤ及びｎ−ヘキサン値は極端に減少し、充分排出基準
を満足する浄水が得られた。実際に、食品工場から産業
排水として排出されている排水中にはｎ−ヘキサンが通
常３００〜２００ｐｐｍ程度含まれている。
【００３７】（実施例３）上記実施例１で得たポーラス
セラミックス複合体を用いて行った排水処理を、以下の
表３に示したような従来の各種排水処理法を用いて行っ
た排水処理と、汚泥発生量に関して比較した。その結果
を表３に示す。
【００３８】
【表３】
【００３９】この表３から明らかなように、本発明のポ
ーラスセラミックス複合体を用いた排水処理の場合は、
従来の排水処理法と較べて、汚泥発生量が極端に減少し
た。
【００４０】（実施例４）珪石４８０ｋｇ、粘土３２０
ｋｇ及び粉末酵素製剤２００ｋｇを用いたことまた焼成
温度を１２００℃としたこと以外は実施例１と同様にし
て、実施例１の（１）記載の方法を繰り返し、所望のセ
ラミックス複合体（酵素製剤２０重量％混合焼成物）を
得た。この複合体を用いて実施例１の（２）記載の方法
を繰り返した。ただし、テスト原水はグリーストラップ
より放流された排水を沈殿分離槽で浮上分離した後の中
間水でｎ−ヘキサン７ｐｐｍであるものを用い、表４に
示すような経過日数毎に採水して、分析を行った。その
結果を表４に示す。
【００４１】
【表４】
【００４２】この表４から明らかなように、処理を始め
てから３日以内に、ｐＨは中性になり、ＳＳ、ＢＯＤ及
びｎ−ヘキサン値は極端に減少し、充分排出基準を満足
する浄水が得られた。
【００４３】（実施例５）珪石３９０ｋｇ、粘土２１０
ｋｇ及び粉末酵素製剤４００ｋｇを用いたことまた焼成
温度を１０００℃としたこと以外は実施例１と同様にし
て、実施例１の（１）記載の方法を繰り返し、所望のセ
ラミックス複合体を得た。この複合体を用いて実施例１
の（２）記載の方法を繰り返した。ただし、テスト原水
はグリーストラップより放流された排水を沈殿分離槽で
浮上分離した後の中間水でｎ−ヘキサン３１ｐｐｍであ
るものを用い、表５に示すような経過日数毎に採水し
て、分析を行った。その結果を表５に示す。
【００４４】
【表５】
【００４５】この表５から明らかなように、処理を始め
てから１日以内に、ｐＨは中性になり、ＳＳ、ＢＯＤ及
びｎ−ヘキサン値は極端に減少し、充分排出基準を満足
する浄水が得られた。
【００４６】
【発明の効果】本発明のポーラスセラミックス複合体
は、セラミックス原料と酵素製剤との焼結体であり、こ
れを用いて排水処理を行うと、以下のような効果が得ら
れる。
【００４７】（１）除害効果が抜群である。ｐＨ調整が
可能であり、排出基準であるｐＨ５．８〜８．６を充分
満足することができる。
【００４８】（２）短時間処理が可能である。
【００４９】（３）半永久的に効果が持続されうる。
【００５０】（４）原則的にメンテナンスは年１回以下
で充分である。
【００５１】（５）排水処理システムの占有スペースの
縮小が可能である。
【００５２】（６）セラミックスの逆洗が不要となり、
セラミックスの目減りがない。
【００５３】（７）低い焼成温度で製造できるので、製
造コストの低下が図れる。
【００５４】（８）汚泥発生量が極端に減少する。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 粘土及び珪石を主成分として８０〜４０
    重量％、これに酵素製剤２０〜６０重量％及び所定量の
    水を混合し、焼成してなるポーラスセラミックス複合体
    であって、その組成が、 ＳｉＯ2 ６８．０ 〜７１．０ 重量％ Ａｌ2Ｏ3 １６．０ 〜２１．０ 重量％ Ｆｅ2Ｏ3 ０．８ 〜 １．２ 重量％ Ｋ2Ｏ １．１ 〜 １．７ 重量％ ＣａＯ ０．６ 〜 １．２ 重量％ ＭｇＯ １．５ 〜 ２．６ 重量％ Ｎａ2Ｏ ０．６ 〜 １．３ 重量％ ＴｉＯ3 ０．３ 〜 ０．４ 重量％ 酵素 ０．００５〜 ０．０２重量％ であることを特徴とするポーラスセラミックス複合体。
  2. 【請求項２】 前記酵素製剤が果汁抽出酵素含有酵素製
    剤であることを特徴とする請求項１記載のポーラスセラ
    ミックス複合体。
  3. 【請求項３】 前記果汁抽出酵素含有酵素製剤がパイナ
    ップル果汁抽出酵素含有酵素製剤であることを特徴とす
    る請求項２記載のポーラスセラミックス複合体。
  4. 【請求項４】 粘土及び珪石にバインダー、気孔形成用
    材料及び酵素製剤並びに水を添加、混合して、泥状化
    し、次いで、９００〜１３５０℃で焼成して、 ＳｉＯ2 ６８．０〜７１．０ 重量％ Ａｌ2Ｏ3 １６．０〜２１．０ 重量％ Ｆｅ2Ｏ3 ０．８〜 １．２ 重量％ Ｋ2Ｏ １．１〜 １．７ 重量％ ＣａＯ ０．６〜 １．２ 重量％ ＭｇＯ １．５〜 ２．６ 重量％ Ｎａ2Ｏ ０．６〜 １．３ 重量％ ＴｉＯ3 ０．３〜 ０．４ 重量％ 酵素 ０．００５〜 ０．０２重量％ からなる組成を有するポーラスセラミックス複合体を得
    ることを特徴とするポーラスセラミックス複合体の製造
    方法。
  5. 【請求項５】 前記焼成温度が１０００〜１２００℃で
    ある請求項４記載のポーラスセラミックス複合体の製造
    方法。
  6. 【請求項６】 前記酵素製剤が果汁抽出酵素含有酵素製
    剤であることを特徴とする請求項４又は５記載のポーラ
    スセラミックス複合体の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記果汁抽出酵素含有酵素製剤がパイナ
    ップル果汁抽出酵素含有酵素製剤であることを特徴とす
    る請求項６記載のポーラスセラミックス複合体の製造方
    法。
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