JP5105679B2 - 水処理用担体の製造方法 - Google Patents
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Description
【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、その製造方法および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、樹脂からなる水処理用担体が投入されている。
【0003】
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、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂の成形物が用いられているが、このようなポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂は、その比重が1.0以下であるため、そのままの成形物を流動床に用いると、水から浮き上がってしまうので、例えば、炭酸カルシウムや硫酸バリウムなどの充填剤を配合して比重を調整することにより、流動性の改善を図るようにしている。
【0004】
しかし、炭酸カルシウムや硫酸バリウムなどの充填剤を配合すると、機械攪拌により、摩耗および損傷しやすくなり、また、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂は、そもそも疎水性であり、微生物との親和性が低く、水処理の効率の向上が図りにくいという不具合を有している。
【0005】
そのため、親水性の高いポリビニルアルコールを用いて、そのポリビニルアルコールを比重調整することにより、効率の良い水処理を行なう方法が種々検討されている。例えば、特開平10−168105号公報には、その実施例3に、ポリビニルアルコールに、N−メチロールアクリルアミドが付加された光硬化性樹脂の水溶液に、ベンゾインイソブチルエーテルを均一に混合し、3%k−カラギーナン水溶液および中空アルミナシリカを均一に混合分散したものを、塩化カリウム溶液中に滴下して粒状にゲル化させ、これに光照射して、固定化用粒状成型物を製造することが記載されている。
【0006】
また、比重調整の目的ではないが、リンなどの除去を目的として、特開平10−180277号公報には、セラミックスあるいは水に難溶性の無機金属塩を含有し、担体の表面から中心部に連通孔を有するアセタール化ポリビニルアルコール系担体が記載されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平10−168105号公報の実施例3に記載される固定化用粒状成型物では、光硬化された固定化用粒状成型物が脆く、しかも、比重調整のために用いられる中空アルミナシリカも硬質で脆いため壊れやすく、機械的強度が不十分となり、実用的な耐久性を得ることができないという不具合がある。
【0008】
本発明は、このような不具合に鑑みなされたもので、その目的とするところは、親水性の高いポリビニルアルコールにおいて、比重調整が容易になされ、良好な流動性および耐久性を発現して、効率的な水処理を実現することのできる、水処理用担体、その製造方法および水処理用装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者らは、容易に比重調整することができ、良好な流動性および耐久性が得られる水処理用担体について鋭意検討した結果、ポリビニルアルコールに見かけ比重が1.0以下の有機微粒子を配合することで、比重を小さくでき、しかも、良好な機械的強度を有する水処理用担体が得られる知見を見い出し、この知見に基づきさらに研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
【0010】
すなわち、本発明は、
(1) ポリビニルアルコールに、見かけ比重が1.0以下の有機微粒子が含有されている水処理用担体であって、ポリビニルアルコールおよび見かけ比重が1.0以下の有機微粒子を含む水分散液を調製した後、ポリビニルアルコールに、アルデヒド化合物および酸を含有するアセタール化液を反応させて、化学的にゲル化させることによって得られることを特徴とする、水処理用担体、
(2) ポリビニルアルコールおよび見かけ比重が1.0以下の有機微粒子を含む水分散液を調製した後、ポリビニルアルコールに、アルデヒド化合物および酸を含有するアセタール化液を反応させて、化学的にゲル化させることを特徴とする、水処理用担体の製造方法、
(3) ポリビニルアルコールに、見かけ比重が1.0以下の有機微粒子が含有されている水処理用担体であって、ポリビニルアルコールおよび見かけ比重が1.0以下の有機微粒子を含む水分散液を調製した後、ポリビニルアルコールに、アルデヒド化合物および酸を含有するアセタール化液を反応させて、化学的にゲル化させることによって得られる水処理用担体が、用いられていることを特徴とする、水処理用装置を提供するものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の水処理用担体は、ポリビニルアルコールに、見かけ比重が1.0以下の有機微粒子が含有されている。
【0012】
本発明に用いられるポリビニルアルコールは、ポリ酢酸ビニルのケン化などによって工業的に製造されるものが用いられる。このようなポリビニルアルコールは、そのケン化度が、95モル%以上のものが好ましく、また、その粘度平均重合度が、600以上、好ましくは、900〜30000、さらに好ましくは、1500〜22000のものが用いられる。
【0013】
なお、本発明において、ポリビニルアルコールは、水100重量部に対して、ポリビニルアルコールが7.5〜40重量部、好ましくは、10〜30重量部の割合で配合される水溶液として調製され、以下の説明において、「ポリビニルアルコール水溶液」は、このように調製されたポリビニルアルコールの水溶液を指称する。
【0014】
本発明に用いられる見かけ比重が1.0以下の有機微粒子は、有機物の微粒子、好ましくは、ポリマーの微粒子であって、その見かけ比重が、水の比重である1.0以下、好ましくは、0.02〜1、さらに好ましくは、0.025〜0.99のものが用いられる。
【0015】
有機微粒子、とりわけ、ポリマーの微粒子を用いることで、外部応力に対して微粒子の弾性を発現させて、脆性破壊を防止することができ、耐久性の向上を図ることができる。
【0016】
また、見かけ比重とは、見かけ密度であって、粒子が固体(中実固体)の場合には、その比重であり、多孔質固体の場合には、その多孔質固体の空孔を含めた比重として定義される。見かけ比重が、1.0以下のものを用いることにより、水処理用担体の比重を容易に水の比重に近づけることができ、良好な流動性、とりわけ、散気あるいは機械撹拌停止後再起動時の良好な再浮上性を得ることができる。
【0017】
このような有機微粒子として、ポリマーの微粒子を例示すると、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、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、エチレンプロピレン共重合体、ポリ塩化ビニリデン樹脂などの疎水性樹脂の微粒子や、例えば、ポリウレタン樹脂、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリカプロラクトン樹脂、乳酸重合体、ポリ(メタ)アクリル酸重合体などの親水性樹脂の微粒子が挙げられる。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。これらのうち、好ましくは、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂の微粒子が挙げられる。なお、親水性樹脂とは、水により膨潤する樹脂であり、疎水性樹脂とは、水により膨潤しにくい樹脂を指称する。
【0018】
これらのポリマーの微粒子は、ガラス微粒子などの無機微粒子に比べて弾性を有しており、また、上記に例示したポリマー粒子のうち、中実固体として見かけ比重が1.0を越えるものは、発泡体として用いる。発泡体として用いる場合には、たとえ、ポリマーの真比重が1.0を超えているものであっても、その見かけ比重を容易に1.0以下にすることができる。また、ポリマーの微粒子がこのような発泡体である場合には、発泡体内に水が浸入して水処理担体の比重が大きくなることを防止すべく、その発泡体が疎水性樹脂から成形されていることが好ましい。このような発泡体としては、例えば、発泡ポリスチレンの微粒子などが挙げられる。なお、ポリマーの真比重が1.0以下のものを発泡体として用いてもよい。
【0019】
また、有機微粒子は、その形状には、特に限定されないが、例えば、ペレット状やビーズ状に成形されているものが好ましく用いられ、その平均粒子径が、1〜3000μm、さらには、10〜2000μmのものが好ましく用いられる。
【0020】
有機微粒子のポリビニルアルコールに対する配合割合は、例えば、ポリビニルアルコール水溶液100重量部に対して、例えば、0.01〜500重量部が好ましく、さらに好ましくは、0.02〜400重量部である。このような範囲において配合することにより、水処理用担体の比重を、水の比重である1.0に容易に近づけることができる。
【0021】
そして、このような本発明の水処理用担体を得るには、例えば、まず、ポリビニルアルコールおよび有機微粒子を含む水分散液を調製し、次いで、ポリビニルアルコールをゲル化させる。
【0022】
まず、ポリビニルアルコールおよび有機微粒子を含む水分散液を調製するには、水中に、ポリビニルアルコールおよび有機微粒子とともに、必要により、成形助剤を配合して水性混合液を調製し、この水性混合液を、多価金属塩の水溶液中に滴下する。
【0023】
成形助剤としては、例えば、アルギン酸ナトリウム、カラギーナン、ポリアクリル酸誘導体、ゼラチン、寒天、マンナン、キトサンなどが挙げられる。このましくは、アルギン酸ナトリウム、カラギーナンが挙げられる。
【0024】
水性混合液は、例えば、ポリビニルアルコール水溶液100重量部に対して、有機微粒子が0.01〜500重量部、好ましくは、0.02〜400重量部、成形助剤が、0.1〜5重量部、好ましくは、0.2〜4重量部の割合で配合される。
【0025】
また、このような水性混合液には、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てもよい。これらを含有させることで、水処理用担体の表面に、より一層、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。
【0026】
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、ポリビニルアルコール水溶液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。
【0027】
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、ポリビニルアルコール水溶液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。
【0028】
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。
【0029】
また、このような水性混合液には、例えば、シリコーンなどの消泡剤を、例えば、ポリビニルアルコール水溶液100重量部に対して、0.0001〜0.1重量部、好ましくは、0.001〜0.1重量部配合してもよい。
【0030】
さらに、このような水性混合液には、例えば、ポリエチレンイミンなどのポリアルキレンイミンを、例えば、ポリビニルアルコール水溶液100重量部に対して、0.03〜5重量部、好ましくは、0.15〜2重量部配合してもよい。このようなポリアルキレンイミンを配合することで、得られた水処理用担体の表面に、より一層、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。
【0031】
そして、水性混合液の調製は、例えば、ポリビニルアルコールおよび必要により成形助剤を添加して、例えば、110〜120℃の条件で溶解した後、これに有機微粒子を添加して混合すればよい。なお、その他の成分は、適宜、溶解前後に添加すればよい。
【0032】
次いで、この水性混合液を、多価金属塩の水溶液中に滴下する。
【0033】
多価金属塩としては、例えば、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウムなどの2価金属塩が挙げられ、好ましくは、塩化カルシウムが挙げられる。多価金属塩の水溶液中の濃度は、例えば、0.05〜5M、好ましくは、0.1〜2Mとなるように調製される。
【0034】
そして、この水性混合液を、多価金属塩の水溶液中に滴下するには、例えば、10〜30℃の多価金属塩の水溶液の撹拌下において滴下すればよい。このように滴下することによって、成形助剤が多価金属塩とイオン結合して薄膜を形成すると同時に、その薄膜内に有機微粒子を含むポリビニルアルコールが内包されつつ表面張力によって球状(ビーズ状)に成形され、その結果、有機微粒子を含む球状のポリビニルアルコールが水中に分散する水分散液を得ることができる。
【0035】
なお、水性混合液の粘度を、成形助剤の配合量などによって調整しておくことにより、滴下後のポリビニルアルコールの粒子直径を、例えば、0.2〜5mmの範囲で選択的に調整することができる。
【0036】
次いで、このような水分散液からポリビニルアルコールをゲル化させる。ポリビニルアルコールをゲル化させるには、凍結解凍法によって物理的にゲル化させるか、あるいは、ポリビニルアルコールにゲル化剤を反応させて化学的にゲル化させればよい。
【0037】
凍結解凍法によって物理的にゲル化させるには、例えば、この水分散液から球状のポリビニルアルコールを濾別などの公知の方法により分離して、例えば、−130〜−20℃、好ましくは、−80〜−30℃で凍結し、10〜100℃、好ましくは、20〜50℃で解凍する操作を、1回または複数回(例えば、2〜4回)行なえばよい。そうすると、ポリビニルアルコールの分子鎖同士がヘリックス構造を形成して、物理的にゲル化し、有機微粒子を含む球状のポリビニルアルコールを得ることができる。
【0038】
なお、得られたポリビニルアルコールのゲル化物には、ポリビニルアルコールの分子同士の間に浸入した水に起因する細孔が形成される。
【0039】
そして、このようにして得られた有機微粒子を含む球状のポリビニルアルコールを、必要により、水洗や中和など公知の後処理を実施することによって、ポリビニルアルコールに有機微粒子が含有されている水処理用担体として得ることができる。
【0040】
また、ポリビニルアルコールにゲル化剤を反応させて化学的にゲル化させるには、特に制限されることなく公知のゲル化剤を用いて、ポリビニルアルコールの水酸基を、例えば、アセタール化、ウレタン化、エーテル化、エステル化、グラフト化などの公知の方法によって誘導体化または修飾化することによりゲル化させればよい。これらのうち、アセタール化することによってゲル化させることが好ましい。
【0041】
アセタール化するには、ゲル化剤としてのアルデヒド化合物と、酸とを含有するアセタール化液を調製して、そのアセタール化液中に、水分散液を浸漬すればよい。
【0042】
アルデヒド化合物としては、例えば、ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒド、グリオキザール、ベンズアルデヒド、スクシンアルデヒド、マロンジアルデヒド、アジピンアルデヒド、テレフタルアルデヒド、ノナンジアールなどが挙げられる。好ましくは、ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒドが挙げられる。
【0043】
また、酸としては、例えば、硫酸、硝酸、塩酸、リン酸、酢酸、シュウ酸などの酸や、硫酸ナトリウム、硫酸水素ナトリウム、硫酸水素アンモニウムなどの酸性塩が挙げられる。
【0044】
また、アセタール化液は、アルデヒド化合物および酸を水に配合混合して、ポリビニルアルコール水溶液100重量部に対して、アルデヒド化合物が、例えば、0.5〜5重量部、好ましくは、1〜3重量部となり、酸が、例えば、10〜40重量部、好ましくは、15〜35重量部となるように調製される。
【0045】
そして、この水分散液を、アセタール化液中に浸漬するには、例えば、30〜50℃のアセタール化液の撹拌下において、水分散液を加えればよい。このように浸漬することによって、ポリビニルアルコールのアセタール化反応が進行して、ポリビニルアルコールが化学的にゲル化し、有機微粒子を含む球状のポリビニルアルコールを得ることができる。なお、浸漬時間は、0.5〜2時間、さらには、0.5〜1時間が好ましく、アセタール化反応におけるアセタール化度は、例えば、10〜60モル%、さらには、20〜55モル%であることが好ましい。アセタール化度がこれより低いと、耐水性が不十分な場合があり、また、アセタール化度がこれより高いと、ポリビニルアルコールが疎水化され、微生物の付着が低減する。
【0046】
そして、このようにして得られた有機微粒子を含む球状のポリビニルアルコールは、濾別などの公知の方法によってアセタール化液と分離した後、必要により、水洗や中和など公知の後処理を実施することにより、ポリビニルアルコールに有機微粒子が含有されている水処理用担体として得ることができる。
【0047】
このようにして得られた水処理用担体は、その含水率が、60〜94重量%、好ましくは、70〜92重量%であることが好ましい。
【0048】
また、水処理用担体は、通常、球状ないしはビーズ状として得られるが、例えば、流動床として用いる場合には、円柱状、円筒状、俵状、米粒状、ラグビーボール状、さいころ状など、任意の形状に成形してもよく、また、そのサイズも適宜選択され、例えば、1〜50mm程度、好ましくは、2〜30mmのものが好ましい。
【0049】
また、水処理用担体は、有機微粒子の配合量を上記した範囲において適宜調整することにより、比重が、水の比重(1.0)に近い、0.970〜1.030の範囲、好ましくは、0.980〜1.020の範囲、さらに好ましくは、0.990〜1.018の範囲となるように調整されることが好ましい。
【0050】
このようにして得られる本発明の水処理用担体は、親水性の高いポリビニルアルコールが、見かけ比重が1.0以下の有機微粒子によって、容易に水に近い比重に調整されているので、流動床として用いる場合の水中における良好な流動性、例えば、散気あるいは機械撹拌停止後再起動時の良好な再浮上性を得ることができ、また、微生物との親和性を高めて、微生物の付着および増殖を向上させることにより、効率の良い水処理を行なうことができる。
【0051】
さらに、有機微粒子は、とりわけ、ポリマーの微粒子から成形されている場合には、無機微粒子に比べて、脆性破壊を防止することができ、水処理用担体の耐久性の大幅な向上を図ることができる。
【0052】
そして、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。
【0053】
図1には、そのような水処理用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、この水処理用装置は、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。このような水処理用装置には、本発明の水処理用担体4が用いられているので、水処理槽1内において、長期にわたり良好な流動性を発現して、効率的な水処理を行なうことができる。
【0054】
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。
【0055】
【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。
【0062】
実施例1
ポリビニルアルコール(粘度平均重合度4000、ケン化度99.8モル%)15重量部、アルギン酸ナトリウム1重量部、ポリエチレンイミン(平均分子量70000の30重量%水溶液)1重量部を水100重量部に溶解した後、比重0.89のポリプロピレン樹脂粒子(ビスコール 660−P、三洋化成工業社製)10重量部を添加して、均一に混合することにより、混合水性液を調製した。この混合水性液を、0.1M塩化カルシウム水溶液中に滴下して、ビーズ状の粒子が形成される水分散液を得た。
【0063】
また、別途、ホルムアルデヒド1.5重量部、硫酸22重量部、硫酸ナトリウム11重量部を水100重量部に溶解させたアセタール化液を調製した。
【0064】
そして、上記で得られた水分散液をアセタール化液に、40℃で1時間浸漬して、ポリビニルアルコールをアセタール化し、濾別後、水洗することにより、直径約4mmのビーズ状の水処理用担体を得た。
【0065】
実施例2
ポリプロピレン樹脂粒子の添加量を20重量部に変更した以外は、実施例1と同様の操作により、直径約4mmのビーズ状の水処理用担体を得た。
【0069】
比較例1
ポリビニルアルコール(粘度平均重合度4000、ケン化度99.8モル%)15重量部、アルギン酸ナトリウム1重量部を水100重量部に溶解し、混合水性液を調製した。
【0070】
この混合水性液を、0.1M塩化カルシウム水溶液中に滴下して、ビーズ状の粒子が形成される水分散液を得た。この水分散液からビーズ状の粒子を濾別して、−30℃で4回凍結し、室温で3回解凍することによりゲル化させ、直径約4mmのビーズ状の水処理用担体を得た。
【0071】
比較例2
ポリビニルアルコール(粘度平均重合度500、ケン化度99.8モル%)15重量部、N−(ヒドロキシメチル)アクリルアミド5重量部、アルギン酸ナトリウム1重量部を水100重量部に公知の方法によって溶解した後、ベンゾイソブチルエーテル0.3重量部、比重0.70のシリカ系中空粒子(フィライト、日本フィライト社製)5重量部を添加して、均一に混合することにより、混合水性液を調製した。
【0072】
この混合水性液を、0.1M塩化カルシウム水溶液中に滴下して、ビーズ状の粒子を形成した後、さらに、300〜400nmのランプを照射して光硬化させ、直径約4mmのビーズ状の水処理用担体を得た。
【0073】
なお、得られた水処理用担体は、脆く、指で押すと容易につぶれた。
比較例3
ポリビニルアルコール(粘度平均重合度4000、ケン化度99.8モル%)15重量部、アルギン酸ナトリウム1重量部を水100重量部に溶解した後、比重0.92のポリエチレン樹脂粒子(サンワックス 171−P、三洋化成工業社製)15重量部を添加して、均一に混合することにより、混合水性液を調製した。
この混合水性液を、0.1M塩化カルシウム水溶液中に滴下して、ビーズ状の粒子が形成される水分散液を得た。この水分散液からビーズ状の粒子を濾別して、−30℃で4回凍結し、室温で3回解凍することによりゲル化させ、直径約4mmのビーズ状の水処理用担体を得た。
比較例4
ポリエチレン樹脂粒子の添加量を30重量部に変更した以外は、比較例3と同様の操作により、直径約4mmのビーズ状の水処理用担体を得た。
比較例5
ポリビニルアルコール(粘度平均重合度4000、ケン化度99.8モル%)15重量部、アルギン酸ナトリウム1重量部、シリコーン(SH5501、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)0.1重量部を水100重量部に溶解した後、比重0.89のポリプロピレン樹脂粒子(ビスコール 660−P、三洋化成工業社製)15重量部を添加して、均一に混合することにより、混合水性液を調製した。
この混合水性液を、0.1M塩化カルシウム水溶液中に滴下して、ビーズ状の粒子が形成される水分散液を得た。この水分散液からビーズ状の粒子を濾別して、−30℃で4回凍結し、室温で3回解凍することによりゲル化させ、直径約4mmのビーズ状の水処理用担体を得た。
比較例6
ポリプロピレン樹脂粒子の添加量を30重量部に変更した以外は、比較例5と同様の操作により、直径約4mmのビーズ状の水処理用担体を得た。
比較例7
ポリビニルアルコール(粘度平均重合度4000、ケン化度99.8モル%)15重量部、アルギン酸ナトリウム1重量部を水100重量部に溶解した後、比重0.1の発泡ポリスチレンビース(市販の枕に充填してあるもの)0.3重量部を添加して、均一に混合することにより、混合水性液を調製した。
この混合水性液を、0.1M塩化カルシウム水溶液中に滴下して、ビーズ状の粒子が形成される水分散液を得た。この水分散液からビーズ状の粒子を濾別して、−30℃で4回凍結し、室温で3回解凍することによりゲル化させ、直径約4mmのビーズ状の水処理用担体を得た。
比較例8
発泡ポリスチレンビースの添加量を0.6重量部に変更した以外は、比較例7と同様の操作により、直径約4mmのビーズ状の水処理用担体を得た。
【0074】
試験例1
実施例1〜2および比較例1〜8の水処理用担体100gを、イオン交換水2Lに投入して膨潤させた後、比重測定器(MD−200S ミラージュ貿易社製)を用いて、各水処理用担体の比重を測定した。その結果を表1に示す。
【0075】
【表1】
表1から明らかなように、実施例1〜2および比較例3〜8は、比較例1、2よりも比重が低いことがわかる。また、各実施例において、有機微粒子の配合量を増加させれば、比重をより低くできることがわかる。
【0076】
試験例2
実施例1および比較例1〜3および5の水処理用担体を用い、2Lの円筒型水槽(直径7.8cm、高さ50cm、使用時水深42cm)に、膨潤させた各水処理用担体10gを投入し、水面直下を撹拌翼(翼径6cm、翼幅0.8cm、6枚タービン型)で、70min−1の条件で撹拌し、撹拌開始後から全ての水処理用担体が水槽底面から浮上(完全浮上)するまでの所要時間を測定し、再浮上性を評価した。
【0077】
その結果、比較例1では完全浮上しなかったのに対し、比較例3の水処理用担体では平均27秒、比較例5の水処理用担体では平均12秒、実施例1の水処理用担体では平均45秒で完全浮上した。この結果から、比重がより水に近いもの程、再浮上性に優れていることがわかる。
【0078】
試験例3
実施例1および比較例2〜3の水処理用担体を活性汚泥に浸漬し、微生物を吸着させた。すなわち、嵩体積250mLの水処理用担体をドラフト流式水槽5Lに投入し、以下に示す組成をもつ無機人工廃水を使用し、通気量0.1VVM(0.5L/分)、水温20℃、pH6.9〜7.9、水理学的滞留時間5時間の条件で、亜硝酸生成量から算出したアンモニア酸化速度を求めることで評価した。
【0079】
なお、この無機人工廃水を用いると、独立栄養のアンモニア酸化細菌がほぼ単独の優先種となり、多糖類など菌の付着を助ける粘性物質を生産しうる従属栄養細菌は淘汰されるため、担体のアンモニア酸化活性を測定することにより表面の菌付着性能を明確に評価することができる。
【0080】
無機人工廃水組成(1Lあたり)
(NH4)2SO4 0.189g
KH2PO4 1.2g
NaHCO3 0.75g
MgSO4・7H2O 10mg
CaCl2・2H2O 1.8mg
Fe−EDTA 1mg
実施例1および比較例2〜3の水処理用担体に、アンモニア酸化細菌を付着させ評価した結果を図2に示す。
【0081】
比較例2は、流動性は良好であったが、表面に細孔がないので微生物が付着しにくく、アンモニア酸化性能が立ち上がるまで約3週間を要し、1.5ヶ月経過後では、15mg−N/L−担体/Hrであった。
【0082】
これに対し、実施例1および比較例3は、表面に細孔があり(走査電子顕微鏡観察)、微生物が付着しやすいため、付着した細菌が増殖し、2週間後には、アンモニア酸化性能が立ち上がり、比較例3では、5週間後に、アンモニア酸化速度が110mg−N/L−担体/Hrに達し、また、実施例1では、4週間後に、アンモニア酸化速度が130mg−N/L−担体/Hrに達した。
【0083】
また、水処理用担体表面における有用細菌であるアンモニア酸化細菌の増殖(優占化)の確認を、DNAプローブ法(FISH法)により評価した。その結果、実施例1および比較例3の水処理用担体の表面でアンモニア酸化細菌が増殖し優先化していることが確認された。観察では、90%以上がアンモニア酸化細菌であった。
【0084】
【発明の効果】
本発明の水処理用担体は、親水性の高いポリビニルアルコールが、見かけ比重が1.0以下の有機微粒子によって、容易に水に近い比重に調整されているので、流動床として用いる場合の水中における良好な流動性、例えば、散気あるいは機械撹拌停止後再起動時の良好な再浮上性を得ることができ、また、微生物との親和性を高めて、微生物の付着および増殖を向上させることにより、効率の良い水処理を行なうことができる。
【0085】
さらに、有機微粒子は、無機微粒子に比べて、脆性破壊を防止することができ、水処理用担体の耐久性の大幅な向上を図ることができる。
【0086】
そのため、このような水処理用担体が用いられる水処理用装置は、長期にわたり良好な流動性を発現して、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】本発明の水処理用装置の一実施形態を示す、概略構成図である。
【図2】試験例3において、経過日数とアンモニア酸化速度との関係を示す図である。
【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 (1)
- ポリビニルアルコールおよび見かけ比重が1.0以下の有機微粒子を含む水分散液を調製した後、
ポリビニルアルコールに、アルデヒド化合物および酸を含有するアセタール化液を反応させて、化学的にゲル化させることを特徴とする、水処理用担体の製造方法。
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