JP4489892B2 - 水処理用担体、水処理用担体の製造方法および水処理用装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微生物を用いる各種の水処理に使用される水処理用担体、その水処理用担体の製造方法、および、その水処理用担体が用いられる水処理用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、微生物を用いる廃水処理などの水処理においては、例えば、嫌気槽や好気槽などの水処理槽に、流動床として、合成樹脂の成形物からなる水処理用担体が投入されている。この水処理用担体は、槽内において、微生物を付着して、その付着した微生物を増殖させることによって、水処理を行なうものである。このような水処理用担体としては、例えば、その表面を、凹凸に形成し、あるいは多孔質化するなどして、微生物を付着させやすくしたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように、その表面が、凹凸に形成された、あるいは多孔質化されている水処理用担体では、槽内において発生する微細な気泡が付着したり、あるいは、付着した微生物により生成されるガスが、そのまま担体に付着したりするため、余分な浮力が与えられ、その結果、槽内における流動性の低下を生じてしまうことがある。このような水処理用担体の槽内における流動性の低下は、水処理の効率の低下を招く要因となる。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、気泡の付着が少なく、流動性などが良好で、水処理効率の向上を図ることのできる、水処理用担体、その水処理用担体の製造方法、および、その水処理用担体が用いられる水処理用装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、
（１）親水性の熱可塑性樹脂および疎水性の熱可塑性樹脂からなる熱可塑性樹脂からなる水処理用担体であって、親水性の熱可塑性樹脂が、ポリオキシエチレンを含む親水性ユニットと、ポリオキシプロピレンおよび／またはポリオキシブチレンを含む疎水性ユニットとを、その合計に対して、親水性ユニットの割合が、１０〜９５重量％となるように含む親水性のポリウレタン樹脂であり、表面にスキン層を有し、かつ、その内部が多孔質であることを特徴とする、水処理用担体、
（２）基質吸着物質、および／または、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質を含有していることを特徴とする、（１）に記載の水処理用担体、
（３）親水性の熱可塑性樹脂および疎水性の熱可塑性樹脂からなる熱可塑性樹脂からなる水処理用担体の製造方法であって、親水性の熱可塑性樹脂が、ポリオキシエチレンを含む親水性ユニットと、ポリオキシプロピレンおよび／またはポリオキシブチレンを含む疎水性ユニットとを、その合計に対して、親水性ユニットの割合が、１０〜９５重量％となるように含む親水性のポリウレタン樹脂であり、熱可塑性樹脂を、発泡剤とともに溶融成形し、その表面にスキン層を形成するとともに、その内部を多孔質化することを特徴とする、水処理用担体の製造方法、
（４）親水性の熱可塑性樹脂および疎水性の熱可塑性樹脂からなり、親水性の熱可塑性樹脂が、親水性のポリウレタン樹脂である熱可塑性樹脂を、溶融成形した後、水中カットすることを特徴とする、（３）に記載の水処理用担体の製造方法、
（５）親水性の熱可塑性樹脂および疎水性の熱可塑性樹脂からなる熱可塑性樹脂からなる水処理用担体が用いられている水処理用装置であって、親水性の熱可塑性樹脂が、ポリオキシエチレンを含む親水性ユニットと、ポリオキシプロピレンおよび／またはポリオキシブチレンを含む疎水性ユニットとを、その合計に対して、親水性ユニットの割合が、１０〜９５重量％となるように含む親水性のポリウレタン樹脂であり、表面にスキン層を有し、かつ、その内部が多孔質である水処理用担体が用いられていることを特徴とする、水処理用装置、
を含むものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の水処理用担体は、微生物を用いる水処理などに用いられ、表面にスキン層を有し、かつ、その内部が多孔質とされている。スキン層とは、表面に凹凸がなく平滑な面を有する層であり、より具体的には、その表面から０．００１〜２ｍｍ、好ましくは、０．０１〜１ｍｍの深さまで多孔質でない層であることが好ましい。また、多孔質とは、連続気泡であっても独立気泡であってもよく、例えば、独立気泡である場合には、その気泡のサイズが、１〜３０００μｍ、さらには、１０〜２０００μｍであることが好ましい。
【０００７】
このような水処理用担体は、熱可塑性樹脂を公知の成形方法によって成形することにより得ることができ、好ましくは、熱可塑性樹脂を溶融成形することにより得る。
【０００８】
熱可塑性樹脂としては、親水性の熱可塑性樹脂と疎水性の熱可塑性樹脂とを配合して得られる、親水性の熱可塑性樹脂および疎水性の熱可塑性樹脂からなる熱可塑性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂を用いることで、溶融成形によって任意の形状に成形することができるとともに、その熱可塑性樹脂が親水性であれば、初期の吸水性がよく、微生物の親和性が高いので、たとえその表面がスキン層であっても、微生物の付着および増殖を向上させることができ、これによって、効率的な水処理を行なうことができる。なお、本発明において、親水性の熱可塑性樹脂とは、水により膨潤する樹脂をいう。また、親水性の熱可塑性樹脂と疎水性の熱可塑性樹脂とを配合すれば、適宜比重を調整することができ、例えば、流動床として用いる場合には、その流動性を向上させることができる。さらに、疎水性の熱可塑性樹脂を用いれば、その疎水性の熱可塑性樹脂が疎水部分となるので、水の浸入を防止でき、その結果、微生物による分解を防止することができ、水処理用担体の強度を保持することができる。
【０００９】
このような親水性の熱可塑性樹脂としては、親水性のポリウレタン樹脂が用いられる。また、疎水性の熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリアセタール樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、アクリロニトリル−スチレン（ＡＳ）樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンポリプロピレン共重合体、ポリ塩化ビニリデン樹脂などが挙げられる。
【００１０】
親水性の熱可塑性樹脂と疎水性の熱可塑性樹脂との配合割合としては、親水性の熱可塑性樹脂の割合が、親水性の熱可塑性樹脂と疎水性の熱可塑性樹脂との合計に対して、５〜９９重量％、好ましくは、１０〜９５重量％、より好ましくは、２０〜９０重量％である。
【００１１】
なお、親水性のポリウレタン樹脂は、ポリオキシエチレンなどの親水性ユニットと、ポリオキシプロピレンおよび／またはポリオキシブチレンなどの疎水性ユニットとを含んでいる。親水性のポリウレタン樹脂中に、親水性ユニットと疎水性ユニットとを含むことで、親水性ユニットによって、初期の吸水性を向上させて、微生物の親和性を高めて、微生物の付着および増殖を向上させる一方で、疎水性ユニットによって、長期の使用によっても、微生物により分解されにくくし、強度を保持して、安定した使用を確保することができる。また、親水性のポリウレタン樹脂では、親水性ユニットと疎水性ユニットとの合計に対して、親水性ユニットの割合が、１０〜９５重量％であり、好ましくは、２０〜９０重量％である。
【００１２】
また、本発明の水処理用担体には、基質吸着物質、および／または、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質を含有させることが好ましい。これらを含有させることで、たとえその表面がスキン層であっても、水処理用担体の表面に、容易に微生物を付着および増殖させることができ、さらに効率的な水処理を行なうことができる。
【００１３】
このような基質吸着物質としては、例えば、自然石を含む天然セラミックス、人工セラミックス、活性炭、カーボンブラック、ケイ酸塩化合物などが挙げられる。これらは、単独で使用してもよく、また、２種類以上併用してもよい。好ましくは、活性炭、カーボンブラックが挙げられる。また、基質吸着物質を配合する割合は、例えば、熱可塑性樹脂１００重量部に対して、０．１〜４０重量部、好ましくは、０．５〜３０重量部である。
【００１４】
また、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質としては、例えば、銅や亜鉛などの金属や、そのような金属の、水に不溶あるいは難溶の塩、酸化物、硫化物、水酸化物など、さらには、そのような金属または金属化合物に、無機物および／または有機物が含有されているものなどが挙げられる。これらは、単独で使用してもよく、また、２種類以上併用してもよい。好ましくは、酸化銅、硫化銅、水酸化銅が挙げられる。また、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質を配合する割合は、例えば、熱可塑性樹脂１００重量部に対して、０．００５〜５重量部、好ましくは、０．０１〜３重量部である。
【００１５】
なお、基質吸着物質や、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質は、例えば、マスターバッチとして調製されていてもよい。
【００１６】
そして、本発明の水処理用担体は、例えば、熱可塑性樹脂と、必要により、基質吸着物質、および／または、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質とともに、発泡剤を配合し、例えば、押出成形機などの公知の溶融成形機によって、押出成形などの公知の溶融成形法によって得ることができる。
【００１７】
用いられる発泡剤としては、例えば、通常使用される、化学的発泡剤や物理的発泡剤などが挙げられる。化学的発泡剤としては、例えば、アゾ化合物（例えば、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、バリウムアゾジカルボキシレート（Ｂａ／ＡＣ）など）、ニトロソ化合物（例えば、Ｎ，Ｎ−ジニトロソペンタメチレンテトラミン（ＤＰＴ）など）、ヒドラジン誘導体（例えば、４，４’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）（ＯＢＳＨ）など）、セミカルバジド化合物、アジド化合物、トリアゾール化合物、イソシアネート化合物、重炭酸塩（例えば、重炭酸ナトリウムなど）、炭酸塩、亜硝酸塩、水素化物、重炭酸ナトリウムと酸の混合物（例えば、重炭酸ナトリウムとクエン酸など）、過酸化水素と酵母との混合物、亜鉛粉末と酸との混合物などが挙げられる。また、物理発泡剤としては、例えば、脂肪族炭化水素類（例えば、ブタン、ペンタン、ヘキサンなど）、塩化炭化水素類（例えば、ジクロロエタン、ジクロロメタンなど）、フッ化塩化炭化水素類（例えば、トリクロロモノフロロメタン、ジクロロジフロロメタン、ジクロロモノフロロメタン、ジクロロテトラフロロエタンなど）、代替フロン類、空気、炭酸ガス、窒素ガス、水などが挙げられる。これらは、単独で使用してもよく、また、２種類以上併用してもよい。好ましくは、ＡＤＣＡ、ＯＢＳＨ、重炭酸ナトリウムと酸の混合物が挙げられる。また、発泡剤を配合する割合は、例えば、熱可塑性樹脂１００重量部に対して、０．０１〜２０重量部、好ましくは、０．０５〜１５重量部である。なお、これら発泡剤は、例えば、マスターバッチとして調製されていてもよい。
【００１８】
なお、このような溶融成形においては、溶融成形した後、水中カットすることが好ましい。水中カットは、例えば、ダイから吐出された溶融している熱可塑性樹脂を、水中でカットするものである。発泡剤を用いて溶融成形すると、成形条件によっては、その表面に細孔が形成される場合があるが、水中カットによれば、表面の細孔が塞がれるため、表面にスキン層を有し、かつ、その内部が多孔質となる成形物を、簡易かつ確実に得ることができる。
【００１９】
また、このような溶融成形においては、溶融成形した後、ホットカットしてもよい。ホットカットは、例えば、ダイから吐出された溶融している熱可塑性樹脂を、その溶融している間にカットし、水中に落下させるものである。ホットカットによっても、表面の細孔を塞いで、表面にスキン層を形成し、かつ、その内部を多孔質とすることができる。ただし、ホットカットによる場合には、たとえば、発泡剤を配合する割合を少なくし、例えば、ダイのサイズが外径３ｍｍφの時における発泡剤の割合が、例えば、熱可塑性樹脂１００重量部に対して、０．０１〜２重量部、好ましくは、０．１〜１．５重量部とすることが好ましい。発泡剤の配合割合が、これより多いと、スキン層を形成できない場合がある。
【００２０】
また、水中カットまたはホットカットによれば、角のない形状、すなわち、角張ったところや尖ったところのない表面を有する形状に成形することができる。そのため、例えば、流動床として用いて、機械攪拌されても、摩耗および形状の変化が少なく、水処理用担体の削れに起因する汚染や、化学的酸素要求量（Ｃ．Ｏ．Ｄ．）の上昇を招くことがなく、長期にわたって安定して、微生物を付着および増殖させることができ、その結果、効率的な水処理を行なうことができる。
【００２１】
このような水処理用担体の成形条件としては、例えば、押出成形後に水中カットする場合では、スクリュー径９０ｍｍφの時の吐出量が１０〜１００ｋｇ／ｈｒ、カッタの回転数が１００〜５０００ｍｉｎ-1、好ましくは、５００〜４０００ｍｉｎ-1、吐出するダイの温度が１１０〜２５０℃、好ましくは、１３０〜２２０℃、水温が５〜８０℃、好ましくは、１０〜７０℃である。
【００２２】
また、例えば、押出成形後にホットカットする場合では、スクリュー径５０ｍｍφの時の吐出量が５〜２５ｋｇ／ｈｒ、カッタの回転数が２０〜１０００ｍｉｎ-1、好ましくは、５０〜５００ｍｉｎ-1、吐出するダイの温度が１１０〜２５０℃、好ましくは、１３０〜２２０℃、水温が５〜８０℃、好ましくは、１０〜７０℃である。
【００２３】
また、カットの条件を選択することにより、例えば、ダイから吐出された溶融している熱可塑性樹脂に霧状に水を吹きかけながらカットするミストカットによっても、表面にスキン層を有し、かつ、その内部が多孔質となる成形物を得ることができる。
【００２４】
さらに、例えば、発泡剤の配合量を少なくすることにより、ダイから吐出後に冷却してからカットしても、表面にスキン層を有し、かつ、その内部が多孔質となる成形物を得ることができる。
【００２５】
また、成形する形状は、例えば、流動床として用いる場合には、粒状、球状、円柱状、円筒状、俵状、米粒状、ラグビーボール状など、任意の形状に成形すればよい。また、そのサイズも適宜選択され、例えば、１〜５０ｍｍ程度のものが好ましい。
【００２６】
このようにして得られる本発明の水処理用担体は、その表面にスキン層を有しているので、例えば、流動床として用いても、槽内において発生する微細な気泡が付着したり、あるいは、付着した微生物により生成されるガスが、そのまま担体に付着することが少なく、余分な浮力が与えられることに起因する流動性の低下を生じることが少ない。そのため、効率的な水処理を行なうことができる。
【００２７】
また、表面をスキン層とする一方、その内部が多孔質とされるので、用いる発泡剤の配合量を加減してその水処理用担体の空孔率（ポロシティまたは気孔率ともいう）を適宜選択することにより、水処理用担体の比重を調整することができる。その結果、例えば、流動床として用いた場合における、流動性の向上を図ることができる。なお、このような流動床として用いる場合には、その比重を水の比重（１．０）に近づけるべく、その空孔率を５〜９５％、さらには、１０〜９０％とすることが好ましい。
【００２８】
このようにして得られる本発明の水処理用担体は、各種の水処理、例えば、産業廃水や生活廃水などの廃水処理などに用いることができ、より具体的には、微生物を用いた水処理、例えば、硝化菌（例えば、アンモニア酸化菌、亜硝酸酸化菌など）などの好気性微生物により処理するための好気槽、脱窒菌などの嫌気性微生物により処理するための嫌気槽の、流動床や固定床、とりわけ、流動床として用いることができる。図１には、そのような水処理装置の一実施形態が示されている。すなわち、図１において、この水処理装置は、好気槽や嫌気槽として用いられる水処理槽１と、この水処理槽１に接続される給水管２および排水管３とを備えている。水処理槽１には、本発明の水処理用担体４が流動床として投入されており、水処理槽１内に回転可能に設けられる攪拌機５によって、攪拌されている。このような水処理装置には、スキン層を有している水処理用担体４が、流動床として用いられているので、水処理槽１内において発生する微細な気泡が、その水処理用担体４に付着したり、あるいは、付着した微生物により生成されるガスが、そのまま担体に付着することが少なく、余分な浮力が与えられることに起因する流動性の低下を生じることが少ない。そのため、効率的な水処理を行なうことができる。
【００２９】
なお、本発明の水処理用担体は、上記したように、本来、水処理に用いられるものであるが、気相での処理、例えば、アンモニア、硫化水素などの脱臭に用いることもできる。
【００３０】
【実施例】
以下に実施例および比較例を示し本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、何ら実施例および比較例に限定されることはない。
【００３１】
比較例１
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂（ジフェニルメタンジイソシアネート／ポリオキシエチレンプロピレングリコール（エチレンオキサイド含量８０重量％）８０重量部とポリテトラメチレングリコール２０重量部との混合物／１，４−ブタンジオール、商品名：エラストラン ＯＨ３−３７、武田バーディシェウレタン工業社製、以下同じ）１００重量部に、発泡剤（ポリ酢酸ビニル樹脂７０重量％、ＡＤＣＡ３０重量％のマスターバッチ、商品名：ポリスレンＥＶ３０６、永和化成社製）５重量部を添加し、押出成形機（９０ｍｍφ単軸押出機、Ｌ／Ｄ＝３４、吐出量約６０ｋｇ／ｈｒ、ダイ温度１９０℃、池貝社製、以下、特に明記しない限り同じ) を使用して成形し、ダイからの吐出直後に水中カッター（カッタ回転数２７００ｍｉｎ−１、水温３５〜４０℃、Ｇａｌａ社製、以下、特に明記しない限り同じ）を使用して、水中カットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質（空孔率６０％）とされる、４ｍｍφの球状の担体を得た。
【００３２】
実施例１
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂と、ＡＢＳ樹脂（商品名：ＳＷＲ−１、三菱レイヨン社製、以下同じ) とが、重量比で９／１の割合で配合される混合物１００重量部に、発泡剤（ポリ酢酸ビニル樹脂７０重量％、ＡＤＣＡ３０重量％のマスターバッチ、商品名：ポリスレンＥＶ３０６、永和化成社製）４重量部を添加し、押出成形機を使用して成形し、ダイからの吐出直後に水中カッターを使用して、水中カットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質（空孔率５５％）とされる、４ｍｍφの球状の担体を得た。
【００３３】
実施例２
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂と、ＡＢＳ樹脂とが、重量比で７／３の割合で配合される混合物１００重量部に、発泡剤（ポリ酢酸ビニル樹脂７０重量％、ＡＤＣＡ３０重量％のマスターバッチ、商品名：ポリスレンＥＶ３０６、永和化成社製）４重量部を添加し、押出成形機を使用して成形し、ダイからの吐出直後に水中カッターを使用して、水中カットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質とされる、４ｍｍφの球状の担体を得た。
【００３４】
実施例３
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂と、ＡＢＳ樹脂とが、重量比で５／５の割合で配合される混合物１００重量部に、発泡剤（ポリ酢酸ビニル樹脂７０重量％、ＡＤＣＡ３０重量％のマスターバッチ、商品名：ポリスレンＥＶ３０６、永和化成社製）４重量部を添加し、押出成形機を使用して成形し、ダイからの吐出直後に水中カッターを使用して、水中カットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質とされる、４ｍｍφの球状の担体を得た。
【００３５】
実施例４
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂と、ポリエチレン樹脂（商品名：エボリュー ＳＰ０５１０、三井化学社製、以下同じ）とが、重量比で９／１の割合で配合される混合物１００重量部に、発泡剤（ポリ酢酸ビニル樹脂７０重量％、ＡＤＣＡ３０重量％のマスターバッチ、商品名：ポリスレンＥＶ３０６、永和化成社製）４重量部を添加し、押出成形機を使用して成形し、ダイからの吐出直後に水中カッターを使用して、水中カットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質とされる、４ｍｍφの球状の担体を得た。
【００３６】
実施例５
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂と、ポリエチレン樹脂とが、重量比で７／３の割合で配合される混合物１００重量部に、発泡剤（ポリ酢酸ビニル樹脂７０重量％、ＡＤＣＡ３０重量％のマスターバッチ、商品名：ポリスレンＥＶ３０６、永和化成社製）４重量部を添加し、押出成形機を使用して成形し、ダイからの吐出直後に水中カッターを使用して、水中カットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質とされる、４ｍｍφの球状の担体を得た。
【００３７】
実施例６
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂と、ポリエチレン樹脂とが、重量比で５／５の割合で配合される混合物１００重量部に、発泡剤（ポリ酢酸ビニル樹脂７０重量％、ＡＤＣＡ３０重量％のマスターバッチ、商品名：ポリスレンＥＶ３０６、永和化成社製）４重量部を添加し、押出成形機を使用して成形し、ダイからの吐出直後に水中カッターを使用して、水中カットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質とされる、４ｍｍφの球状の担体を得た。
【００３８】
比較例２
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂１００重量部に、発泡剤（重炭酸ナトリウムとクエン酸との混合物、商品名：ハイドロセロール ＣＦ、ベーリンガーインゲルハイム社製）０．２重量部を添加し、押出成形機を使用して成形し、ダイから吐出後、冷却してからカットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質とされる、外径５ｍｍφ、長さ４ｍｍの円柱状の担体を得た。
【００３９】
実施例７
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂と、ポリエチレン樹脂とが、重量比で９／１の割合で配合される混合物１００重量部に、発泡剤（重炭酸ナトリウムとクエン酸との混合物、商品名：ハイドロセロール ＣＦ、ベーリンガーインゲルハイム社製）０．２重量部を添加し、押出成形機を使用して成形し、ダイから吐出後、冷却してからカットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質とされる、外径５ｍｍφ、長さ４ｍｍの円柱状の担体を得た。
【００４０】
実施例８
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂と、ポリエチレン樹脂とが、重量比で７／３の割合で配合される混合物１００重量部に、発泡剤（重炭酸ナトリウムとクエン酸との混合物、商品名：ハイドロセロール ＣＦ、ベーリンガーインゲルハイム社製）０．２重量部を添加し、押出成形機を使用して成形し、ダイから吐出後、冷却してからカットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質とされる、外径５ｍｍφ、長さ４ｍｍの円柱状の担体を得た。
【００４１】
実施例９
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂と、ポリエチレン樹脂とが、重量比で５／５の割合で配合される混合物１００重量部に、発泡剤（重炭酸ナトリウムとクエン酸との混合物、商品名：ハイドロセロール ＣＦ、ベーリンガーインゲルハイム社製）０．２重量部を添加し、押出成形機を使用して成形し、ダイから吐出後、冷却してからカットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質とされる、外径５ｍｍφ、長さ４ｍｍの円柱状の担体を得た。
【００４２】
比較例３
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂１００重量部に、発泡剤（ポリ酢酸ビニル樹脂７０重量％、ＡＤＣＡ３０重量％のマスターバッチ、商品名：ポリスレンＥＶ３０６、永和化成社製）６重量部、活性炭（商品名：ＤＯ−５、武田薬品工業社製）２重量部、酸化銅（和光純薬社製）０．２重量部を添加し、押出成形機を使用して成形し、ダイからの吐出直後に水中カッターを使用して、水中カットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質とされる、４ｍｍφの球状の担体を得た。
【００４３】
比較例４
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂１００重量部に、発泡剤（ポリ酢酸ビニル樹脂７０重量％、ＡＤＣＡ３０重量％のマスターバッチ、商品名：ポリスレンＥＶ３０６、永和化成社製）３重量部、カーボンブラック（ポリエチレン樹脂６０重量％、カーボンブラック４０重量％のマスターバッチ、商品名：ＰＥＭ５−０６９６ Ｄ１ブラック、大日精化社製）、酸化銅（和光純薬社製）０．２重量部を添加し、押出成形機（５０ｍｍφ単軸押出機、Ｌ／Ｄ＝３４、吐出量約１５ｋｇ／ｈｒ、ダイ温度１９０℃、東芝機械社製）を使用して成形し、ダイからの吐出直後にホットカッター（カッタ回転数２００ｍｉｎ−１、水温５０℃、Ｇａｌａ社製、以下同じ）を使用して、ホットカットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質とされる、４ｍｍφの俵状の担体を得た。
【００４４】
比較例５
ポリエーテルポリオール（ソルビトール開始剤のエチレンオキサイド付加物、商品名：ＭＦ−４３、武田薬品工業社製）８５重量部、ポリマーポリオール（グリセリン開始剤のプロピレンオキサイド／エチレンオキサイド付加物と、アクリロニトリル−スチレンポリマーとからなるポリマーポリオール、商品名：ＰＯＰ−９３、武田薬品工業社製）１５重量部、脱イオン水３重量部、ジメチルシロキサン（和光純薬社製）１重量部、トリレンジイソシアネート（２，４体／８０重量％、２，６体／２０重量％、武田薬品工業社製）１５重量部を、常法に従い反応させて、親水性のポリウレタンフォームを合成し、これを、５ｍｍ角に裁断することにより、ポリウレタンフォームからなる５ｍｍ角の担体を得た。
【００４５】
試験例１
実施例４および比較例３および５の担体を、活性汚泥嫌気好気法処理装置（嫌気槽３Ｌ、好気槽２Ｌ）の嫌気槽に６００ｍＬ投入し、２０℃、ｐＨ７．０〜７．５にて、以下に示す組成をもつ生活系人工廃水の連続通水処理を行なった。嫌気槽の水理学的滞留時間は２．４時間とし、担体の活性は、人工廃水と処理水の水質から脱窒率を算出することにより評価した。その結果を、図２に示す。なお、図２には、担体を投入しなかった活性汚泥のみの系の脱窒率をも併せて示す。
【００４６】
生活系人工廃水組成（１Ｌあたり）
ポリペプトン １４０ｍｇ／ｍＬ
グルコース １４０ｍｇ／ｍＬ
（ＮＨ４）２ＳＯ４ ２２０ｍｇ／ｍＬ
ＫＨ２ＰＯ４ ２５ｍｇ／ｍＬ
ＮａＨＣＯ３ １５０ｍｇ／ｍＬ
ＮａＣｌ １００ｍｇ／ｍＬ
図２において、実施例４および比較例３の担体は、活性汚泥のみの系と比較して、明らかに脱窒率が高く、効率的な脱窒が行なえていることがわかる。また、比較例５の担体は、１５日目に、脱窒反応において発生する気体（窒素ガスなど）の担体への付着により、浮上してしまったため、試験を終了した。一方、実施例４および比較例３の担体においては、その表面にスキン層が形成されているために、担体内部では、ガスの発生がほとんどなく、担体の浮上は数パーセントにとどまり、効率的な脱窒が行なえることがわかった。なお、実施例４と比較例３を比較すると、比較例３の担体の方が脱窒率が高いことから、基質吸着物質、および、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質を含有させることにより、より効率的な脱窒が行なえることがわかる。
【００４７】
試験例２
実施例４および比較例３および５の担体を、活性汚泥嫌気好気法処理装置（嫌気槽３Ｌ、好気槽２Ｌ）の好気槽に４００ｍＬ投入し、２０℃、ｐＨ７．０〜７．５にて、試験例１と同様の組成をもつ生活系人工廃水の連続通水処理を行なった。好気槽の水理学的滞留時間は１．６時間とし、担体の活性は、人工廃水と処理水の水質から硝化率を算出することにより評価した。その結果を、図３に示す。なお、比較例５の担体は、試験開始直後に気泡が付着して浮上してしまい、評価ができなかった。そのため、図３では、比較例５の結果を省略して示す。また、図３には、担体を投入しなかった活性汚泥のみの系の硝化率をも併せて示す。
【００４８】
図３において、実施例４および比較例３の担体は、活性汚泥のみの系と比較して、明らかに硝化率が高く、効率的な硝化が行なえていることがわかる。なお、実施例４と比較例３とを比較すると、比較例３の担体の方が硝化率が高いことから、基質吸着物質、および、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質を含有させることにより、より効率的な脱窒が行なえることがわかる。
【００４９】
また、各担体表面でのアンモニア酸化細菌および亜硝酸酸化細菌の増殖（優占化）を、ＤＮＡプローブ法（ＦＩＳＨ法）を用いて評価した。 その結果、実施例４および比較例３の担体の表面でアンモニア酸化細菌および亜硝酸酸化細菌がコロニーを形成し、増殖し優先化していることが確認された。観察では、９０％がアンモニア酸化細菌および亜硝酸酸化細菌であった。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の水処理用担体は、その表面にスキン層を有しているので、例えば、流動床として用いても、槽内において発生する微細な気泡が付着したり、あるいは、付着した微生物により生成されるガスが、そのまま担体に付着することが少なく、余分な浮力が与えられることに起因する流動性の低下を生じることが少ない。そのため、効率的な水処理を行なうことができる。また、表面をスキン層とする一方、その内部が多孔質とされるので、用いる発泡剤の配合量を加減してその水処理用担体の空孔率（ポロシティまたは気孔率ともいう）を適宜選択することにより、水処理用担体の比重を調整することができ、その結果、例えば、流動床として用いた場合における、流動性の向上を図ることができる。
【００５１】
また、本発明の水処理用担体は、親水性の熱可塑性樹脂および疎水性の熱可塑性樹脂からなる熱可塑性樹脂によって形成されているため、初期の吸水性がよく、微生物の親和性が高いので、微生物の付着および増殖を向上させることができ、これによって、より一層、効率的な水処理を行なうことができる。
また、親水性の熱可塑性樹脂として、親水性のポリウレタン樹脂が用いられるため、水処理用担体の初期の吸水性を向上させて、微生物の親和性を高めて、微生物の付着および増殖を向上させることができる。
【００５２】
また、本発明の水処理用担体に、基質吸着物質、および／または、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質を含有させることで、水処理用担体の表面に、容易に微生物を付着および増殖させることができ、さらに効率的な水処理を行なうことができる。
【００５３】
そして、このような水処理用担体が用いられる水処理用装置は、槽内において水処理用担体が良好に流動するため、効率的な水処理を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水処理装置の一実施形態を示す、概略構成図である。
【図２】試験例１の評価結果であって、経過日数に対して脱窒率がプロットされている図である。
【図３】試験例２の評価結果であって、経過日数に対して硝化率がプロットされている図である。
【符号の説明】
１ 水処理槽
２ 給水管
３ 排水管
４ 水処理用担体
５ 攪拌機
【発明の属する技術分野】
本発明は、微生物を用いる各種の水処理に使用される水処理用担体、その水処理用担体の製造方法、および、その水処理用担体が用いられる水処理用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、微生物を用いる廃水処理などの水処理においては、例えば、嫌気槽や好気槽などの水処理槽に、流動床として、合成樹脂の成形物からなる水処理用担体が投入されている。この水処理用担体は、槽内において、微生物を付着して、その付着した微生物を増殖させることによって、水処理を行なうものである。このような水処理用担体としては、例えば、その表面を、凹凸に形成し、あるいは多孔質化するなどして、微生物を付着させやすくしたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように、その表面が、凹凸に形成された、あるいは多孔質化されている水処理用担体では、槽内において発生する微細な気泡が付着したり、あるいは、付着した微生物により生成されるガスが、そのまま担体に付着したりするため、余分な浮力が与えられ、その結果、槽内における流動性の低下を生じてしまうことがある。このような水処理用担体の槽内における流動性の低下は、水処理の効率の低下を招く要因となる。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、気泡の付着が少なく、流動性などが良好で、水処理効率の向上を図ることのできる、水処理用担体、その水処理用担体の製造方法、および、その水処理用担体が用いられる水処理用装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、
（１）親水性の熱可塑性樹脂および疎水性の熱可塑性樹脂からなる熱可塑性樹脂からなる水処理用担体であって、親水性の熱可塑性樹脂が、ポリオキシエチレンを含む親水性ユニットと、ポリオキシプロピレンおよび／またはポリオキシブチレンを含む疎水性ユニットとを、その合計に対して、親水性ユニットの割合が、１０〜９５重量％となるように含む親水性のポリウレタン樹脂であり、表面にスキン層を有し、かつ、その内部が多孔質であることを特徴とする、水処理用担体、
（２）基質吸着物質、および／または、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質を含有していることを特徴とする、（１）に記載の水処理用担体、
（３）親水性の熱可塑性樹脂および疎水性の熱可塑性樹脂からなる熱可塑性樹脂からなる水処理用担体の製造方法であって、親水性の熱可塑性樹脂が、ポリオキシエチレンを含む親水性ユニットと、ポリオキシプロピレンおよび／またはポリオキシブチレンを含む疎水性ユニットとを、その合計に対して、親水性ユニットの割合が、１０〜９５重量％となるように含む親水性のポリウレタン樹脂であり、熱可塑性樹脂を、発泡剤とともに溶融成形し、その表面にスキン層を形成するとともに、その内部を多孔質化することを特徴とする、水処理用担体の製造方法、
（４）親水性の熱可塑性樹脂および疎水性の熱可塑性樹脂からなり、親水性の熱可塑性樹脂が、親水性のポリウレタン樹脂である熱可塑性樹脂を、溶融成形した後、水中カットすることを特徴とする、（３）に記載の水処理用担体の製造方法、
（５）親水性の熱可塑性樹脂および疎水性の熱可塑性樹脂からなる熱可塑性樹脂からなる水処理用担体が用いられている水処理用装置であって、親水性の熱可塑性樹脂が、ポリオキシエチレンを含む親水性ユニットと、ポリオキシプロピレンおよび／またはポリオキシブチレンを含む疎水性ユニットとを、その合計に対して、親水性ユニットの割合が、１０〜９５重量％となるように含む親水性のポリウレタン樹脂であり、表面にスキン層を有し、かつ、その内部が多孔質である水処理用担体が用いられていることを特徴とする、水処理用装置、
を含むものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の水処理用担体は、微生物を用いる水処理などに用いられ、表面にスキン層を有し、かつ、その内部が多孔質とされている。スキン層とは、表面に凹凸がなく平滑な面を有する層であり、より具体的には、その表面から０．００１〜２ｍｍ、好ましくは、０．０１〜１ｍｍの深さまで多孔質でない層であることが好ましい。また、多孔質とは、連続気泡であっても独立気泡であってもよく、例えば、独立気泡である場合には、その気泡のサイズが、１〜３０００μｍ、さらには、１０〜２０００μｍであることが好ましい。
【０００７】
このような水処理用担体は、熱可塑性樹脂を公知の成形方法によって成形することにより得ることができ、好ましくは、熱可塑性樹脂を溶融成形することにより得る。
【０００８】
熱可塑性樹脂としては、親水性の熱可塑性樹脂と疎水性の熱可塑性樹脂とを配合して得られる、親水性の熱可塑性樹脂および疎水性の熱可塑性樹脂からなる熱可塑性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂を用いることで、溶融成形によって任意の形状に成形することができるとともに、その熱可塑性樹脂が親水性であれば、初期の吸水性がよく、微生物の親和性が高いので、たとえその表面がスキン層であっても、微生物の付着および増殖を向上させることができ、これによって、効率的な水処理を行なうことができる。なお、本発明において、親水性の熱可塑性樹脂とは、水により膨潤する樹脂をいう。また、親水性の熱可塑性樹脂と疎水性の熱可塑性樹脂とを配合すれば、適宜比重を調整することができ、例えば、流動床として用いる場合には、その流動性を向上させることができる。さらに、疎水性の熱可塑性樹脂を用いれば、その疎水性の熱可塑性樹脂が疎水部分となるので、水の浸入を防止でき、その結果、微生物による分解を防止することができ、水処理用担体の強度を保持することができる。
【０００９】
このような親水性の熱可塑性樹脂としては、親水性のポリウレタン樹脂が用いられる。また、疎水性の熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリアセタール樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、アクリロニトリル−スチレン（ＡＳ）樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンポリプロピレン共重合体、ポリ塩化ビニリデン樹脂などが挙げられる。
【００１０】
親水性の熱可塑性樹脂と疎水性の熱可塑性樹脂との配合割合としては、親水性の熱可塑性樹脂の割合が、親水性の熱可塑性樹脂と疎水性の熱可塑性樹脂との合計に対して、５〜９９重量％、好ましくは、１０〜９５重量％、より好ましくは、２０〜９０重量％である。
【００１１】
なお、親水性のポリウレタン樹脂は、ポリオキシエチレンなどの親水性ユニットと、ポリオキシプロピレンおよび／またはポリオキシブチレンなどの疎水性ユニットとを含んでいる。親水性のポリウレタン樹脂中に、親水性ユニットと疎水性ユニットとを含むことで、親水性ユニットによって、初期の吸水性を向上させて、微生物の親和性を高めて、微生物の付着および増殖を向上させる一方で、疎水性ユニットによって、長期の使用によっても、微生物により分解されにくくし、強度を保持して、安定した使用を確保することができる。また、親水性のポリウレタン樹脂では、親水性ユニットと疎水性ユニットとの合計に対して、親水性ユニットの割合が、１０〜９５重量％であり、好ましくは、２０〜９０重量％である。
【００１２】
また、本発明の水処理用担体には、基質吸着物質、および／または、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質を含有させることが好ましい。これらを含有させることで、たとえその表面がスキン層であっても、水処理用担体の表面に、容易に微生物を付着および増殖させることができ、さらに効率的な水処理を行なうことができる。
【００１３】
このような基質吸着物質としては、例えば、自然石を含む天然セラミックス、人工セラミックス、活性炭、カーボンブラック、ケイ酸塩化合物などが挙げられる。これらは、単独で使用してもよく、また、２種類以上併用してもよい。好ましくは、活性炭、カーボンブラックが挙げられる。また、基質吸着物質を配合する割合は、例えば、熱可塑性樹脂１００重量部に対して、０．１〜４０重量部、好ましくは、０．５〜３０重量部である。
【００１４】
また、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質としては、例えば、銅や亜鉛などの金属や、そのような金属の、水に不溶あるいは難溶の塩、酸化物、硫化物、水酸化物など、さらには、そのような金属または金属化合物に、無機物および／または有機物が含有されているものなどが挙げられる。これらは、単独で使用してもよく、また、２種類以上併用してもよい。好ましくは、酸化銅、硫化銅、水酸化銅が挙げられる。また、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質を配合する割合は、例えば、熱可塑性樹脂１００重量部に対して、０．００５〜５重量部、好ましくは、０．０１〜３重量部である。
【００１５】
なお、基質吸着物質や、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質は、例えば、マスターバッチとして調製されていてもよい。
【００１６】
そして、本発明の水処理用担体は、例えば、熱可塑性樹脂と、必要により、基質吸着物質、および／または、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質とともに、発泡剤を配合し、例えば、押出成形機などの公知の溶融成形機によって、押出成形などの公知の溶融成形法によって得ることができる。
【００１７】
用いられる発泡剤としては、例えば、通常使用される、化学的発泡剤や物理的発泡剤などが挙げられる。化学的発泡剤としては、例えば、アゾ化合物（例えば、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、バリウムアゾジカルボキシレート（Ｂａ／ＡＣ）など）、ニトロソ化合物（例えば、Ｎ，Ｎ−ジニトロソペンタメチレンテトラミン（ＤＰＴ）など）、ヒドラジン誘導体（例えば、４，４’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）（ＯＢＳＨ）など）、セミカルバジド化合物、アジド化合物、トリアゾール化合物、イソシアネート化合物、重炭酸塩（例えば、重炭酸ナトリウムなど）、炭酸塩、亜硝酸塩、水素化物、重炭酸ナトリウムと酸の混合物（例えば、重炭酸ナトリウムとクエン酸など）、過酸化水素と酵母との混合物、亜鉛粉末と酸との混合物などが挙げられる。また、物理発泡剤としては、例えば、脂肪族炭化水素類（例えば、ブタン、ペンタン、ヘキサンなど）、塩化炭化水素類（例えば、ジクロロエタン、ジクロロメタンなど）、フッ化塩化炭化水素類（例えば、トリクロロモノフロロメタン、ジクロロジフロロメタン、ジクロロモノフロロメタン、ジクロロテトラフロロエタンなど）、代替フロン類、空気、炭酸ガス、窒素ガス、水などが挙げられる。これらは、単独で使用してもよく、また、２種類以上併用してもよい。好ましくは、ＡＤＣＡ、ＯＢＳＨ、重炭酸ナトリウムと酸の混合物が挙げられる。また、発泡剤を配合する割合は、例えば、熱可塑性樹脂１００重量部に対して、０．０１〜２０重量部、好ましくは、０．０５〜１５重量部である。なお、これら発泡剤は、例えば、マスターバッチとして調製されていてもよい。
【００１８】
なお、このような溶融成形においては、溶融成形した後、水中カットすることが好ましい。水中カットは、例えば、ダイから吐出された溶融している熱可塑性樹脂を、水中でカットするものである。発泡剤を用いて溶融成形すると、成形条件によっては、その表面に細孔が形成される場合があるが、水中カットによれば、表面の細孔が塞がれるため、表面にスキン層を有し、かつ、その内部が多孔質となる成形物を、簡易かつ確実に得ることができる。
【００１９】
また、このような溶融成形においては、溶融成形した後、ホットカットしてもよい。ホットカットは、例えば、ダイから吐出された溶融している熱可塑性樹脂を、その溶融している間にカットし、水中に落下させるものである。ホットカットによっても、表面の細孔を塞いで、表面にスキン層を形成し、かつ、その内部を多孔質とすることができる。ただし、ホットカットによる場合には、たとえば、発泡剤を配合する割合を少なくし、例えば、ダイのサイズが外径３ｍｍφの時における発泡剤の割合が、例えば、熱可塑性樹脂１００重量部に対して、０．０１〜２重量部、好ましくは、０．１〜１．５重量部とすることが好ましい。発泡剤の配合割合が、これより多いと、スキン層を形成できない場合がある。
【００２０】
また、水中カットまたはホットカットによれば、角のない形状、すなわち、角張ったところや尖ったところのない表面を有する形状に成形することができる。そのため、例えば、流動床として用いて、機械攪拌されても、摩耗および形状の変化が少なく、水処理用担体の削れに起因する汚染や、化学的酸素要求量（Ｃ．Ｏ．Ｄ．）の上昇を招くことがなく、長期にわたって安定して、微生物を付着および増殖させることができ、その結果、効率的な水処理を行なうことができる。
【００２１】
このような水処理用担体の成形条件としては、例えば、押出成形後に水中カットする場合では、スクリュー径９０ｍｍφの時の吐出量が１０〜１００ｋｇ／ｈｒ、カッタの回転数が１００〜５０００ｍｉｎ-1、好ましくは、５００〜４０００ｍｉｎ-1、吐出するダイの温度が１１０〜２５０℃、好ましくは、１３０〜２２０℃、水温が５〜８０℃、好ましくは、１０〜７０℃である。
【００２２】
また、例えば、押出成形後にホットカットする場合では、スクリュー径５０ｍｍφの時の吐出量が５〜２５ｋｇ／ｈｒ、カッタの回転数が２０〜１０００ｍｉｎ-1、好ましくは、５０〜５００ｍｉｎ-1、吐出するダイの温度が１１０〜２５０℃、好ましくは、１３０〜２２０℃、水温が５〜８０℃、好ましくは、１０〜７０℃である。
【００２３】
また、カットの条件を選択することにより、例えば、ダイから吐出された溶融している熱可塑性樹脂に霧状に水を吹きかけながらカットするミストカットによっても、表面にスキン層を有し、かつ、その内部が多孔質となる成形物を得ることができる。
【００２４】
さらに、例えば、発泡剤の配合量を少なくすることにより、ダイから吐出後に冷却してからカットしても、表面にスキン層を有し、かつ、その内部が多孔質となる成形物を得ることができる。
【００２５】
また、成形する形状は、例えば、流動床として用いる場合には、粒状、球状、円柱状、円筒状、俵状、米粒状、ラグビーボール状など、任意の形状に成形すればよい。また、そのサイズも適宜選択され、例えば、１〜５０ｍｍ程度のものが好ましい。
【００２６】
このようにして得られる本発明の水処理用担体は、その表面にスキン層を有しているので、例えば、流動床として用いても、槽内において発生する微細な気泡が付着したり、あるいは、付着した微生物により生成されるガスが、そのまま担体に付着することが少なく、余分な浮力が与えられることに起因する流動性の低下を生じることが少ない。そのため、効率的な水処理を行なうことができる。
【００２７】
また、表面をスキン層とする一方、その内部が多孔質とされるので、用いる発泡剤の配合量を加減してその水処理用担体の空孔率（ポロシティまたは気孔率ともいう）を適宜選択することにより、水処理用担体の比重を調整することができる。その結果、例えば、流動床として用いた場合における、流動性の向上を図ることができる。なお、このような流動床として用いる場合には、その比重を水の比重（１．０）に近づけるべく、その空孔率を５〜９５％、さらには、１０〜９０％とすることが好ましい。
【００２８】
このようにして得られる本発明の水処理用担体は、各種の水処理、例えば、産業廃水や生活廃水などの廃水処理などに用いることができ、より具体的には、微生物を用いた水処理、例えば、硝化菌（例えば、アンモニア酸化菌、亜硝酸酸化菌など）などの好気性微生物により処理するための好気槽、脱窒菌などの嫌気性微生物により処理するための嫌気槽の、流動床や固定床、とりわけ、流動床として用いることができる。図１には、そのような水処理装置の一実施形態が示されている。すなわち、図１において、この水処理装置は、好気槽や嫌気槽として用いられる水処理槽１と、この水処理槽１に接続される給水管２および排水管３とを備えている。水処理槽１には、本発明の水処理用担体４が流動床として投入されており、水処理槽１内に回転可能に設けられる攪拌機５によって、攪拌されている。このような水処理装置には、スキン層を有している水処理用担体４が、流動床として用いられているので、水処理槽１内において発生する微細な気泡が、その水処理用担体４に付着したり、あるいは、付着した微生物により生成されるガスが、そのまま担体に付着することが少なく、余分な浮力が与えられることに起因する流動性の低下を生じることが少ない。そのため、効率的な水処理を行なうことができる。
【００２９】
なお、本発明の水処理用担体は、上記したように、本来、水処理に用いられるものであるが、気相での処理、例えば、アンモニア、硫化水素などの脱臭に用いることもできる。
【００３０】
【実施例】
以下に実施例および比較例を示し本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、何ら実施例および比較例に限定されることはない。
【００３１】
比較例１
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂（ジフェニルメタンジイソシアネート／ポリオキシエチレンプロピレングリコール（エチレンオキサイド含量８０重量％）８０重量部とポリテトラメチレングリコール２０重量部との混合物／１，４−ブタンジオール、商品名：エラストラン ＯＨ３−３７、武田バーディシェウレタン工業社製、以下同じ）１００重量部に、発泡剤（ポリ酢酸ビニル樹脂７０重量％、ＡＤＣＡ３０重量％のマスターバッチ、商品名：ポリスレンＥＶ３０６、永和化成社製）５重量部を添加し、押出成形機（９０ｍｍφ単軸押出機、Ｌ／Ｄ＝３４、吐出量約６０ｋｇ／ｈｒ、ダイ温度１９０℃、池貝社製、以下、特に明記しない限り同じ) を使用して成形し、ダイからの吐出直後に水中カッター（カッタ回転数２７００ｍｉｎ−１、水温３５〜４０℃、Ｇａｌａ社製、以下、特に明記しない限り同じ）を使用して、水中カットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質（空孔率６０％）とされる、４ｍｍφの球状の担体を得た。
【００３２】
実施例１
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂と、ＡＢＳ樹脂（商品名：ＳＷＲ−１、三菱レイヨン社製、以下同じ) とが、重量比で９／１の割合で配合される混合物１００重量部に、発泡剤（ポリ酢酸ビニル樹脂７０重量％、ＡＤＣＡ３０重量％のマスターバッチ、商品名：ポリスレンＥＶ３０６、永和化成社製）４重量部を添加し、押出成形機を使用して成形し、ダイからの吐出直後に水中カッターを使用して、水中カットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質（空孔率５５％）とされる、４ｍｍφの球状の担体を得た。
【００３３】
実施例２
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂と、ＡＢＳ樹脂とが、重量比で７／３の割合で配合される混合物１００重量部に、発泡剤（ポリ酢酸ビニル樹脂７０重量％、ＡＤＣＡ３０重量％のマスターバッチ、商品名：ポリスレンＥＶ３０６、永和化成社製）４重量部を添加し、押出成形機を使用して成形し、ダイからの吐出直後に水中カッターを使用して、水中カットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質とされる、４ｍｍφの球状の担体を得た。
【００３４】
実施例３
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂と、ＡＢＳ樹脂とが、重量比で５／５の割合で配合される混合物１００重量部に、発泡剤（ポリ酢酸ビニル樹脂７０重量％、ＡＤＣＡ３０重量％のマスターバッチ、商品名：ポリスレンＥＶ３０６、永和化成社製）４重量部を添加し、押出成形機を使用して成形し、ダイからの吐出直後に水中カッターを使用して、水中カットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質とされる、４ｍｍφの球状の担体を得た。
【００３５】
実施例４
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂と、ポリエチレン樹脂（商品名：エボリュー ＳＰ０５１０、三井化学社製、以下同じ）とが、重量比で９／１の割合で配合される混合物１００重量部に、発泡剤（ポリ酢酸ビニル樹脂７０重量％、ＡＤＣＡ３０重量％のマスターバッチ、商品名：ポリスレンＥＶ３０６、永和化成社製）４重量部を添加し、押出成形機を使用して成形し、ダイからの吐出直後に水中カッターを使用して、水中カットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質とされる、４ｍｍφの球状の担体を得た。
【００３６】
実施例５
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂と、ポリエチレン樹脂とが、重量比で７／３の割合で配合される混合物１００重量部に、発泡剤（ポリ酢酸ビニル樹脂７０重量％、ＡＤＣＡ３０重量％のマスターバッチ、商品名：ポリスレンＥＶ３０６、永和化成社製）４重量部を添加し、押出成形機を使用して成形し、ダイからの吐出直後に水中カッターを使用して、水中カットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質とされる、４ｍｍφの球状の担体を得た。
【００３７】
実施例６
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂と、ポリエチレン樹脂とが、重量比で５／５の割合で配合される混合物１００重量部に、発泡剤（ポリ酢酸ビニル樹脂７０重量％、ＡＤＣＡ３０重量％のマスターバッチ、商品名：ポリスレンＥＶ３０６、永和化成社製）４重量部を添加し、押出成形機を使用して成形し、ダイからの吐出直後に水中カッターを使用して、水中カットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質とされる、４ｍｍφの球状の担体を得た。
【００３８】
比較例２
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂１００重量部に、発泡剤（重炭酸ナトリウムとクエン酸との混合物、商品名：ハイドロセロール ＣＦ、ベーリンガーインゲルハイム社製）０．２重量部を添加し、押出成形機を使用して成形し、ダイから吐出後、冷却してからカットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質とされる、外径５ｍｍφ、長さ４ｍｍの円柱状の担体を得た。
【００３９】
実施例７
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂と、ポリエチレン樹脂とが、重量比で９／１の割合で配合される混合物１００重量部に、発泡剤（重炭酸ナトリウムとクエン酸との混合物、商品名：ハイドロセロール ＣＦ、ベーリンガーインゲルハイム社製）０．２重量部を添加し、押出成形機を使用して成形し、ダイから吐出後、冷却してからカットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質とされる、外径５ｍｍφ、長さ４ｍｍの円柱状の担体を得た。
【００４０】
実施例８
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂と、ポリエチレン樹脂とが、重量比で７／３の割合で配合される混合物１００重量部に、発泡剤（重炭酸ナトリウムとクエン酸との混合物、商品名：ハイドロセロール ＣＦ、ベーリンガーインゲルハイム社製）０．２重量部を添加し、押出成形機を使用して成形し、ダイから吐出後、冷却してからカットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質とされる、外径５ｍｍφ、長さ４ｍｍの円柱状の担体を得た。
【００４１】
実施例９
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂と、ポリエチレン樹脂とが、重量比で５／５の割合で配合される混合物１００重量部に、発泡剤（重炭酸ナトリウムとクエン酸との混合物、商品名：ハイドロセロール ＣＦ、ベーリンガーインゲルハイム社製）０．２重量部を添加し、押出成形機を使用して成形し、ダイから吐出後、冷却してからカットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質とされる、外径５ｍｍφ、長さ４ｍｍの円柱状の担体を得た。
【００４２】
比較例３
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂１００重量部に、発泡剤（ポリ酢酸ビニル樹脂７０重量％、ＡＤＣＡ３０重量％のマスターバッチ、商品名：ポリスレンＥＶ３０６、永和化成社製）６重量部、活性炭（商品名：ＤＯ−５、武田薬品工業社製）２重量部、酸化銅（和光純薬社製）０．２重量部を添加し、押出成形機を使用して成形し、ダイからの吐出直後に水中カッターを使用して、水中カットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質とされる、４ｍｍφの球状の担体を得た。
【００４３】
比較例４
親水性の熱可塑性ポリウレタン樹脂１００重量部に、発泡剤（ポリ酢酸ビニル樹脂７０重量％、ＡＤＣＡ３０重量％のマスターバッチ、商品名：ポリスレンＥＶ３０６、永和化成社製）３重量部、カーボンブラック（ポリエチレン樹脂６０重量％、カーボンブラック４０重量％のマスターバッチ、商品名：ＰＥＭ５−０６９６ Ｄ１ブラック、大日精化社製）、酸化銅（和光純薬社製）０．２重量部を添加し、押出成形機（５０ｍｍφ単軸押出機、Ｌ／Ｄ＝３４、吐出量約１５ｋｇ／ｈｒ、ダイ温度１９０℃、東芝機械社製）を使用して成形し、ダイからの吐出直後にホットカッター（カッタ回転数２００ｍｉｎ−１、水温５０℃、Ｇａｌａ社製、以下同じ）を使用して、ホットカットし、表面にスキン層を有し内部が多孔質とされる、４ｍｍφの俵状の担体を得た。
【００４４】
比較例５
ポリエーテルポリオール（ソルビトール開始剤のエチレンオキサイド付加物、商品名：ＭＦ−４３、武田薬品工業社製）８５重量部、ポリマーポリオール（グリセリン開始剤のプロピレンオキサイド／エチレンオキサイド付加物と、アクリロニトリル−スチレンポリマーとからなるポリマーポリオール、商品名：ＰＯＰ−９３、武田薬品工業社製）１５重量部、脱イオン水３重量部、ジメチルシロキサン（和光純薬社製）１重量部、トリレンジイソシアネート（２，４体／８０重量％、２，６体／２０重量％、武田薬品工業社製）１５重量部を、常法に従い反応させて、親水性のポリウレタンフォームを合成し、これを、５ｍｍ角に裁断することにより、ポリウレタンフォームからなる５ｍｍ角の担体を得た。
【００４５】
試験例１
実施例４および比較例３および５の担体を、活性汚泥嫌気好気法処理装置（嫌気槽３Ｌ、好気槽２Ｌ）の嫌気槽に６００ｍＬ投入し、２０℃、ｐＨ７．０〜７．５にて、以下に示す組成をもつ生活系人工廃水の連続通水処理を行なった。嫌気槽の水理学的滞留時間は２．４時間とし、担体の活性は、人工廃水と処理水の水質から脱窒率を算出することにより評価した。その結果を、図２に示す。なお、図２には、担体を投入しなかった活性汚泥のみの系の脱窒率をも併せて示す。
【００４６】
生活系人工廃水組成（１Ｌあたり）
ポリペプトン １４０ｍｇ／ｍＬ
グルコース １４０ｍｇ／ｍＬ
（ＮＨ４）２ＳＯ４ ２２０ｍｇ／ｍＬ
ＫＨ２ＰＯ４ ２５ｍｇ／ｍＬ
ＮａＨＣＯ３ １５０ｍｇ／ｍＬ
ＮａＣｌ １００ｍｇ／ｍＬ
図２において、実施例４および比較例３の担体は、活性汚泥のみの系と比較して、明らかに脱窒率が高く、効率的な脱窒が行なえていることがわかる。また、比較例５の担体は、１５日目に、脱窒反応において発生する気体（窒素ガスなど）の担体への付着により、浮上してしまったため、試験を終了した。一方、実施例４および比較例３の担体においては、その表面にスキン層が形成されているために、担体内部では、ガスの発生がほとんどなく、担体の浮上は数パーセントにとどまり、効率的な脱窒が行なえることがわかった。なお、実施例４と比較例３を比較すると、比較例３の担体の方が脱窒率が高いことから、基質吸着物質、および、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質を含有させることにより、より効率的な脱窒が行なえることがわかる。
【００４７】
試験例２
実施例４および比較例３および５の担体を、活性汚泥嫌気好気法処理装置（嫌気槽３Ｌ、好気槽２Ｌ）の好気槽に４００ｍＬ投入し、２０℃、ｐＨ７．０〜７．５にて、試験例１と同様の組成をもつ生活系人工廃水の連続通水処理を行なった。好気槽の水理学的滞留時間は１．６時間とし、担体の活性は、人工廃水と処理水の水質から硝化率を算出することにより評価した。その結果を、図３に示す。なお、比較例５の担体は、試験開始直後に気泡が付着して浮上してしまい、評価ができなかった。そのため、図３では、比較例５の結果を省略して示す。また、図３には、担体を投入しなかった活性汚泥のみの系の硝化率をも併せて示す。
【００４８】
図３において、実施例４および比較例３の担体は、活性汚泥のみの系と比較して、明らかに硝化率が高く、効率的な硝化が行なえていることがわかる。なお、実施例４と比較例３とを比較すると、比較例３の担体の方が硝化率が高いことから、基質吸着物質、および、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質を含有させることにより、より効率的な脱窒が行なえることがわかる。
【００４９】
また、各担体表面でのアンモニア酸化細菌および亜硝酸酸化細菌の増殖（優占化）を、ＤＮＡプローブ法（ＦＩＳＨ法）を用いて評価した。 その結果、実施例４および比較例３の担体の表面でアンモニア酸化細菌および亜硝酸酸化細菌がコロニーを形成し、増殖し優先化していることが確認された。観察では、９０％がアンモニア酸化細菌および亜硝酸酸化細菌であった。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の水処理用担体は、その表面にスキン層を有しているので、例えば、流動床として用いても、槽内において発生する微細な気泡が付着したり、あるいは、付着した微生物により生成されるガスが、そのまま担体に付着することが少なく、余分な浮力が与えられることに起因する流動性の低下を生じることが少ない。そのため、効率的な水処理を行なうことができる。また、表面をスキン層とする一方、その内部が多孔質とされるので、用いる発泡剤の配合量を加減してその水処理用担体の空孔率（ポロシティまたは気孔率ともいう）を適宜選択することにより、水処理用担体の比重を調整することができ、その結果、例えば、流動床として用いた場合における、流動性の向上を図ることができる。
【００５１】
また、本発明の水処理用担体は、親水性の熱可塑性樹脂および疎水性の熱可塑性樹脂からなる熱可塑性樹脂によって形成されているため、初期の吸水性がよく、微生物の親和性が高いので、微生物の付着および増殖を向上させることができ、これによって、より一層、効率的な水処理を行なうことができる。
また、親水性の熱可塑性樹脂として、親水性のポリウレタン樹脂が用いられるため、水処理用担体の初期の吸水性を向上させて、微生物の親和性を高めて、微生物の付着および増殖を向上させることができる。
【００５２】
また、本発明の水処理用担体に、基質吸着物質、および／または、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質を含有させることで、水処理用担体の表面に、容易に微生物を付着および増殖させることができ、さらに効率的な水処理を行なうことができる。
【００５３】
そして、このような水処理用担体が用いられる水処理用装置は、槽内において水処理用担体が良好に流動するため、効率的な水処理を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水処理装置の一実施形態を示す、概略構成図である。
【図２】試験例１の評価結果であって、経過日数に対して脱窒率がプロットされている図である。
【図３】試験例２の評価結果であって、経過日数に対して硝化率がプロットされている図である。
【符号の説明】
１ 水処理槽
２ 給水管
３ 排水管
４ 水処理用担体
５ 攪拌機
Claims (5)
- 親水性の熱可塑性樹脂および疎水性の熱可塑性樹脂からなる熱可塑性樹脂からなる水処理用担体であって、
親水性の熱可塑性樹脂が、ポリオキシエチレンを含む親水性ユニットと、ポリオキシプロピレンおよび／またはポリオキシブチレンを含む疎水性ユニットとを、その合計に対して、親水性ユニットの割合が、１０〜９５重量％となるように含む親水性のポリウレタン樹脂であり、
表面にスキン層を有し、かつ、その内部が多孔質であることを特徴とする、水処理用担体。 - 基質吸着物質、および／または、酵素活性を向上させるあるいは生育促進する物質を含有していることを特徴とする、請求項１に記載の水処理用担体。
- 親水性の熱可塑性樹脂および疎水性の熱可塑性樹脂からなる熱可塑性樹脂からなる水処理用担体の製造方法であって、
親水性の熱可塑性樹脂が、ポリオキシエチレンを含む親水性ユニットと、ポリオキシプロピレンおよび／またはポリオキシブチレンを含む疎水性ユニットとを、その合計に対して、親水性ユニットの割合が、１０〜９５重量％となるように含む親水性のポリウレタン樹脂であり、
熱可塑性樹脂を、発泡剤とともに溶融成形し、その表面にスキン層を形成するとともに、その内部を多孔質化することを特徴とする、水処理用担体の製造方法。 - 親水性の熱可塑性樹脂および疎水性の熱可塑性樹脂からなり、親水性の熱可塑性樹脂が、親水性のポリウレタン樹脂である熱可塑性樹脂を、溶融成形した後、水中カットすることを特徴とする、請求項３に記載の水処理用担体の製造方法。
- 親水性の熱可塑性樹脂および疎水性の熱可塑性樹脂からなる熱可塑性樹脂からなる水処理用担体が用いられている水処理用装置であって、
親水性の熱可塑性樹脂が、ポリオキシエチレンを含む親水性ユニットと、ポリオキシプロピレンおよび／またはポリオキシブチレンを含む疎水性ユニットとを、その合計に対して、親水性ユニットの割合が、１０〜９５重量％となるように含む親水性のポリウレタン樹脂であり、
表面にスキン層を有し、かつ、その内部が多孔質である水処理用担体が用いられていることを特徴とする、水処理用装置。
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