JPH09220089A

JPH09220089A - セラミック質微生物固定化担体

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Publication number: JPH09220089A
Application number: JP8030638A
Authority: JP
Inventors: Yoji Fujii; 洋治藤井; Hiroshi Takenaka; 宏竹中; Kazuyuki Maruyama; 和志丸山; Shunsuke Shirohige; 俊介白髭; Takeshi Tsuji; 猛志辻; Masaaki Ito; 公明伊藤; Kazunari Katagiri; 一成片桐
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd; NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd; JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-02-19
Filing date: 1996-02-19
Publication date: 1997-08-26

Abstract

(57)【要約】【課題】上水の生物化学的高度処理に有用な微生物担
持担体を提供する。【解決手段】シリカアルミナ系珪酸質原料７５〜９５
重量％、粘土２５重量％未満からなる骨機に気孔形成剤
を添加、成形、焼成した平均径１〜８ｍｍ、均等係数
１．０〜２．０の粒度分布を有し、表面積が３００〜１
３００ｍ²／ｍ³、０．０５〜４００μｍの気孔を有し、
球形、アーモンド形、円柱形のいずれかであり、見掛気
孔率が２０〜５０％であるセラミック質微生物固定化担
体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上水の生物化学処
理微生物固定化担体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】湖沼の富栄養化に伴う植物性のプランク
トンあるいは放線菌、藍藻類などが大増殖した結果、芳
香臭、青草臭、カビ臭、土臭、生ぐさ臭などの好ましく
ない臭いが発生し、とくに水道水のカビ臭（異臭味）が
問題となっている。かび臭の原因となる物質としては、
２−メチルイソボルネオール、ジオスミン（いずれもか
び臭）等が知られている。これらの原因物質を除去する
従来技術としては、イ）オゾンによる酸化脱臭、ロ）粒状活性炭による吸着
脱臭、ハ）粉末活性炭による吸着脱臭等が知られてい
る。

【０００３】オゾン処理は、かび臭物質が原因となる藻
類の体内に保持されている場合には、カビ臭物質を体外
に放出させた後処理を行うため、高いオゾン注入率が必
要となり、注入したオゾンの分解やオゾンによって生成
した物質を除去するために粒状活性炭処理を併用する必
要がある。また、粒状活性炭処理では、カビ臭物質に対
する処理性能が維持できる期間が短く、例えば原水の２
−メチルイソボルネオール濃度２００ｍｇ／ｌに対して
９０〜１２０日程度であり活性炭の再生を行わねばなら
ない。また、カビ臭物質は粉末活性炭でもある程度除去
できるが、原水に注入した後は汚泥として排出され、活
性炭の再利用が不可能なだけでなく、汚泥処理負荷を増
し、有効利用の点からも問題である。

【０００４】一方、川砂を充填した固定床（砂濾過層）
に水を通すことによって、水中に棲息する細菌類、酵母
類が担体に棲みつく。その中でカビ臭物質である２−メ
チルイソボルネオールあるいはジオスミンの分解には特
にＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ属やＦｌａｖｏｂａｃｔｅｒ
ｉｕｍ属に属する細菌等が有力であることが知られてい
る。そこで、従来、カビ臭を除去する目的で使用する固
定床にはアンスラサイト、シャモット粒などが使われて
いる。アンスラサイトはわずかに細孔を有するが、細孔
径が０．１μｍ以下のものが大半で細孔が小さく微生物
の付着には殆ど寄与しない。シャモットも、アンスラサ
イトよりやや大きめの細孔分布を有するが、それでも１
０μｍ程度までであり、また細孔容積も充分でなく、微
生物を効率よく付着させるための濾材としては不適切で
ある。

【０００５】また、セラミックを用いたものでは、平均
径が１〜３ｍｍの一次ポアと平均径が１０〜１５０μｍ
の二次ポアを有するセラミック体が特開昭６３−２８６
号公報に記載されているが、アルミナ粉末、水およびウ
レタン系で２液性の発泡剤を混合して気泡を形成した後
に焼成するものであるが製造が煩雑でまたセラミック体
の強度が得られにくい。また、廃水処理用セラミックで
は、表面積が４００ｍ²／ｇ以下の炭素質担体が特開昭
６２−２９６８７８号公報、特公平７−７７６３９号公
報に開示されているが、微生物との親和性はあるが強度
が得られにくい。また、多孔質のセラミックを用いた特
開昭６０−１５０８９３号公報、内部が中空の多孔質セ
ラミックスを用いた特開昭６１−２８７４９５号公報が
開示されている。これらの多孔質セラミック担体につい
ては、流動床式の廃水処理用であり、粒形状、気孔径、
量の開示はなく、固定床式の上水処理用にはすぐさま利
用できない欠点がある。また、高炉水砕スラグに粘土及
び気孔形成材を配合、焼成した廃水処理用の担体が特開
昭６３−７７５９６号公報において提案されているが、
高炉水砕を用いた担体は、高炉水砕スラグに含まれてい
る多量の酸化カルシウム成分によってカルシウムイオン
の溶出が多く、塩酸可溶率が著しく高い値を示すという
欠点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上水中のカ
ビ臭の発現物質を生物化学的処理により分解、無臭化す
るのに適した上水処理用微生物固定化担体を提供するこ
とを課題とするものである。さらに本発明は水中に棲息
する細菌類を固定化して、固定化した微生物の作用によ
って水を生物処理するのに適しており、かつ、空気、水
等の手段による逆洗操作を受けても固定化微生物が剥離
しにくく、かつ、逆洗操作によって担体自体が損傷、崩
壊しにくい上水処理用微生物固定化担体を提供するもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、シリカ−アル
ミナ系珪酸質原料７５〜２５重量％、粘土２５重量％未
満からなる骨材に、気孔形成剤を添加して成形、焼成し
たセラミック質微生物固定化担体である。また、平均径
１〜８ｍｍ、均等係数１．０〜２．０の粒度分布を有す
る前記のセラミック質微生物固定化担体である。表面積
が３００〜１３００ｍ²／ｍ³である前記のセラミック質
微生物固定化担体である。径が０．０５〜４００μｍの
気孔を有する前記のセラミック質微生物固定化担体であ
る。形状が球状、アーモンド状、円柱状のいずれかであ
る前記のセラミック質微生物固定化担体である。見掛け
気孔率が２０〜５０％である前記のセラミック質微生物
固定化担体である。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明のセラミック質微生物固定
化担体に用いる原料は、ケイ酸質原料の微粉、粘土質原
料、焼成工程で消失する気孔形成剤、および造粒を容易
ならしめる水分である。珪酸質原料は、ＳｉＯ₂−Ａｌ
₂Ｏ₃系を主成分とするものが好ましく、アルミナが多い
ものでは嵩比重が高くなりすぎ、ＭｇＯ、ＣａＯを含む
ものは水和分解、あるいは耐塩酸可溶性に劣り、クロム
質ではクロムイオンの溶出に問題がある。ＳｉＯ₂−Ａ
ｌ₂Ｏ₃系で焼結温度が比較的低いケイ酸質の成分が多い
原料が好ましく、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ａｓ等の有
害金属元素を含まないもので、ＳｉＯ₂５５〜８５％、
Ａｌ₂Ｏ₃１０〜２５％のケイ酸質原料がこのましい。

【０００９】その配合率は７５〜９５重量％で、７５重
量％未満では粘土の使用量が増加し、緻密化して気孔径
も微細化し、微生物の棲息に好ましくない。また、ケイ
酸質原料の粒度は３００μｍ以下で、好ましくは４４μ
ｍ以下が好ましい。３００μｍ以上を含有すると造粒性
に劣る。

【００１０】粘土は木節粘土、水簸粘土、ベントナイト
等を用いることができ、造粒を容易ならしめる作用と焼
結強度が得られる。その配合量は骨材に対し５〜２５重
量％であり、２５重量％を超えて配合しては、シャモッ
ト粒に近い緻密性と１μｍ以下の微細気孔分布となり、
微生物担体として好ましくない。また、５重量％未満で
は造粒が困難となる。また、造粒性を増すために、ＣＭ
Ｃ、ＰＶＡ、デキストリン等の水溶性高分子バインダー
を若干添加することもできる。

【００１１】気孔形成剤は０．１〜１．０ｍｍであり、
好ましくは０．２〜０．６ｍｍの粒度である焼成の際に
消失する木粉、廃プラスチック粉砕粒、コーヒー粕、モ
ミ穀粉砕物、コークス粉、石炭粉末、活性炭微粒子、ヤ
シ殻炭粉末、麩（ふすま）等を用いることができる。気
孔形成剤の粒度が０．１ｍｍ未満では担体の気孔径分布
で８μｍ未満のものが多くなり、細菌、酵母類の増殖に
適した８〜４００μｍのものが少なくなり好ましくな
い。また、１ｍｍを超える粒子を含むと、４００μｍ以
上の気孔が多くなり、担体が脆くなり逆洗操作での消耗
が激しくなる。

【００１２】その配合量は骨材に対して５〜２５重量％
で、５重量％未満では気孔率が小さく、蒿比重の低下が
少ない。２５重量％を超えると気孔率は大きくなり、気
孔径８〜４００μｍの割合も大きくなり、微生物の担持
量の増大には好ましいが、担体強度の低下、硬さの低下
が大きくなる。

【００１３】前述の骨材と気孔形成剤と水を混合して造
粒する造粒手段は、特に制限されるものではないが、バ
スケット型造粒機、アーモンド型ブリケッティングマシ
ン、円板型ダイス水平式押し出し造粒機等により球形、
アーモンド形、円柱形等の形状に造粒することが好まし
い。造粒の際の粒度は、平均径１〜８ｍｍが好ましく、
１ｍｍ未満を多く含むと原水中に含まれる浮遊汚泥物質
が担体充填層中に詰まり易いので、生物化学的な処理が
できなくなる。また、平均粒径が８ｍｍを超える粒径の
ものを多く含むと、充填層の担体表面積が小さくなり微
生物の付着量が少なくなるので、大きな充填層容積を必
要とするので好ましくない。焼成温度は１０５０〜１４
５０℃が好ましいが、担体の焼成後のＪＩＳ硬さが８０
％を超える焼成温度が好ましく、１１００〜１３００℃
が適している。

【００１４】上水異臭味除去作用を有する細菌類等は、
BERGEY'S MANUAL OF SYSTEMATIC BACTERIOLOGYによれ
ば、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ属で直径０．５〜１．０μ
ｍ、長さ１．５〜５μｍ、Ｆｌａｖｏｂａｃｔｅｒｉａ
ｍ属で幅０．５μｍ、長さ１．０〜３．０μｍであり、
担体の気孔径分布は細菌、酵母類の初期の棲息場所とな
り、増殖して担体表面に生物膜が形成される。担体にと
って必要なことは、生物化学処理に適した微生物が速や
かに棲息、増殖して安定した微生物層である、いわゆる
生物膜が形成維持されることが重要である。

【００１５】本発明の担体は、気孔径分布は０．０５〜
４００μｍで、骨材粒子間に形成される０．０５〜８μ
ｍの気孔は細菌、酵母類が入り込み、初期の生息場所と
して着床し易い。また、気孔形成剤によって担体に形成
された８〜４００μｍの気孔には、細菌、酵母類を担持
することができる。とくに、小径からから大径に及ぶ気
孔によって担体表面には凹凸が形成され、細菌、酵母類
が大量に生息し、逆洗操作で剥離しがたい安定した生物
膜が得られる。

【００１６】本発明の担体の見掛気孔率は、好ましくは
２０〜５０％であり、さらに好ましくは３０〜５０％で
ある。気孔率が５０％を超えると担体の単位体積当たり
の微生物担持量は増大するが、担体の硬さは８０％未満
と低下し、担体の損傷や崩壊がし易くなる。また、気孔
率が２０％未満では、担体の硬さは得られるが、微生物
担持量は低下し好ましくない。担体の硬さは８０％以上
が好ましい。平均径は担持体表面積に関係し、（１）平均直径２．４×平均長さ４．５ｍｍ形状にて約
１２００ｍ²／ｍ³ （２）平均直径４．１×平均長さ５．９ｍｍ形状にて約
７５０ｍ²／ｍ³ （３）平均直径５．１×平均長さ５．５ｍｍ形状にて約
６００ｍ²／ｍ³ （４）平均直径７．６×平均長さ８．９ｍｍ形状にて約
３８０ｍ²／ｍ³ となって、平均径の小さい方が単位体積当たりの微生物
担持量は増大して好ましいが、原水中に含まれる浮遊物
質（ＳＳ）の量が多い場合、担体充填層中で詰まりが発
生し、生物化学処理に支障が起きるので平均径としては
３〜８ｍｍ範囲が好ましい。

【００１７】したがって、担体の表面積は３００〜１３
００ｍ²／ｍ³が好ましい。３００ｍ²／ｍ³未満では、微
生物付着量が少なく、多大の担体充填層容積を必要とし
て好ましくなく、１３００ｍ²／ｍ³を超えると担体粒子
径が２ｍｍ以下となり、浮遊物質（ＳＳ）による閉塞が
起こり易く好ましくない。

【００１８】ＪＷＷＡＡ１０３（日本水道協会規格）
水道用濾材試験方法によって定義される均等係数は１よ
り大になるにしたがって最大径と最小径の差が大とな
り、２．０を超えると逆洗操作において小径粒子はより
高位に浮上し、大径粒子は下位に偏析し好ましくない。
したがって、好ましくは均等係数は１．０〜２．０がよ
い。また、本発明の生物化学的処理用担体は、上水に限
らず、都市下水の生物化学的処理、産業廃水の生物化学
的処理にも適し、メタン発酵菌などの微生物をあらかじ
め担持することによって、嫌気性有機質廃水処理に利用
できる。

【００１９】

【実施例】以下に実施例および比較例を示して本発明を
説明する。実施例、比較例で用いた珪酸質原料の組成を
表１に、粘度、ベントナイトの組成を表２に重量％で示
す。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】実施例１ケイ酸質原料微粉９０重量％、水簸粘土１０重量％、木
粉外掛１０重量％、水分外掛１４重量％をニーダーで混
練し、直径５ｍｍの孔のバスケット型造粒機にて円柱状
の造粒を行った。造粒物は乾燥し、１２００℃で３時間
で焼成した。焼成後に２．８〜８．０ｍｍで篩分けし
た。得られたセラミック質微生物固定化担体を以下に記
載の評価方法で評価をし、カビ臭の除去率を測定し、そ
の結果を表３に示す。

【００２３】実施例２ケイ酸質原料微粉９０重量％、水簸粘土１０重量％、コ
ークス粉外掛１０重量％、水分外掛１２重量％をニーダ
ーで混練し、アーモンド型ブリケッティングマシンにて
直径５ｍｍの造粒を行った。造粒物は乾燥し、１２００
℃で３時間で焼成した。焼成後２．８〜６．７ｍｍで篩
分けした。得られたものをセラミック質微生物固定化担
体として、実施例１同様に評価をし、その結果を表３に
示す。

【００２４】実施例３ケイ酸質原料微粉９０重量％、ベントナイト１０重量
％、木粉外掛１０重量％、水分外掛１２重量％をニーダ
ーで混練し、円板型ダイス水平式押し出し造粒機にて直
径４ｍｍの円柱状の造粒した。造粒物は乾燥し、１２０
０℃で３時間焼成した。焼成後２．８〜８．０ｍｍで篩
分けした。得られたものをセラミック質微生物固定化担
体として、実施例１同様に評価をし、その結果を表３に
示す。

【００２５】実施例４ケイ酸質原料微粉８０重量％、水簸粘土２０重量％、コ
ークス粉外掛２０重量％、水分外掛１４重量％をニーダ
ーで混練し、アーモンド型ブリケッティングマシンにて
直径５ｍｍのアーモンド型造粒を行った。造粒物は乾燥
し、１２００℃で３時間焼成した。焼成後２．８〜６．
７ｍｍで篩分けした。得られたものをセラミック質微生
物固定化担体として、実施例１同様に評価をし、その結
果を表３に示す。

【００２６】実施例５ケイ酸質原料微粉８０重量％、水簸粘土２０重量％、木
粉外掛１５重量％、水分外掛１４重量％をニーダーで混
練し、円板型ダイス水平式押し出し造粒機にて直径４ｍ
ｍの円柱状の造粒した。造粒物は乾燥し、１２００℃で
３時間焼成した。焼成後２．８〜８．０ｍｍで篩分けし
た。得られたものをセラミック質微生物固定化担体とし
て、実施例１同様に評価をし、その結果を表３に示す。

【００２７】実施例６ケイ酸質原料微粉８０重量％、水簸粘土２０重量％、木
粉外掛２０重量％、水分外掛１５重量％をニーダーで混
練し、円板型ダイス水平式押し出し造粒機にて直径４ｍ
ｍの円柱状の造粒した。造粒物は乾燥し、１２００℃で
３時間焼成した。焼成後２．８〜８．０ｍｍで篩分けし
た。得られたものをセラミック質微生物固定化担体とし
て、実施例１同様に評価をし、その結果を表４に示す。

【００２８】実施例７ケイ酸質原料微粉８０重量％、水簸粘土２０重量％、木
粉外掛２５重量％、水分外掛１６重量％をニーダーで混
練し、円板型ダイス水平式押し出し造粒機にて直径４ｍ
ｍの円柱状に造粒した。造粒物は乾燥し、１２００℃で
３時間で焼成した。焼成後２．８〜８．０ｍｍで篩分け
した。得られたものをセラミック質微生物固定化担体と
して、実施例１同様に評価をし、その結果を表４に示
す。

【００２９】比較例１濾材として用いられているアンスラサイトを使用し、実
施例１同様に評価をし、その結果を表４に示す。

【００３０】比較例２表１および表２に示した珪酸質原料微粉９０重量％、水
簸粘土１０重量％、水分１２重量％をニーダーで混練
し、直径４ｍｍの円柱状に造粒し、造粒物を乾燥し、１
２００℃で３時間焼成した。焼成後２．８〜８．０ｍｍ
で篩分けした。得られたものをセラミック質微生物固定
化担体として、実施例１同様に評価をし、その結果を表
４に示す。

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【００３３】表において各項目は、以下を表す。１）平均径：メジアン径を示し、５０重量％中位径であ
る。２）有効径、均等係数、最大径、最小径、塩酸可溶率：
いずれもＪＷＷＡＡ１０３（日本水道協会規格）水道
用濾材試験方法による。３）硬さ試験：ＪＩＳＫ１４７４造粒活性炭試験方
法４）１０％膨張水洗流速：内径５７．５ｍｍ、高さ１０
００ｍｍの透明アクリル樹脂製管を垂直に立て、底部に
ステンレス網を設け、５００ｍｍの高さに担体を充填
し、下部より水道水を上方に流した時の担体充填層高さ
が１０％増加に要する流速５）気孔径分布：水銀圧入法による気孔径分布測定。６）カビ臭除去率：生物化学処理装置の容量０．１９ｍ
³の充填塔に担体を１５０ｋｇ充填し、ジオスミンを１
４０〜３５０ｐｐｔ含有する水を２４０ｍ³／日で２ヶ
月間通水した後のジオスミン除去率で示した。

【００３４】

【発明の効果】活性炭、あるいは従来の生物化学的処理
担体よりも、上水のカビ臭の原因物質である２−メチル
イソボルネオールおよびジオスミンを高度に除去するこ
とができ、硝化菌の担体にも優れ、アンモニア性窒素の
除去の効果も得られる。

【００３５】さらに原水中の浮遊物質（ＳＳ）濃度に応
じて担体の大きさを選定することにより、適度な濾過機
能が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者白髭俊介岡山県備前市鶴海1490 (72)発明者辻猛志東京都千代田区丸の内１丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者伊藤公明東京都千代田区丸の内１丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者片桐一成東京都千代田区丸の内１丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリカ−アルミナ系珪酸質原料７５〜９
５重量％、粘土２５重量％未満からなる骨材に、気孔形
成剤を添加して成形、焼成したことを特徴とするセラミ
ック質微生物固定化担体。
【請求項２】平均径１〜８ｍｍ、均等係数１．０〜
２．０の粒度分布を有することを特徴とする請求項１記
載のセラミック質微生物固定化担体。
【請求項３】表面積が３００〜１３００ｍ²／ｍ³であ
ることを特徴とする請求項１記載のセラミック質微生物
固定化担体。
【請求項４】径が０．０５〜４００μｍの気孔を有す
ることを特徴とする請求項１記載のセラミック質微生物
固定化担体。
【請求項５】形状が球状、アーモンド状、円柱状のい
ずれかであることを特徴とする請求項１記載のセラミッ
ク質微生物固定化担体。
【請求項６】見掛け気孔率が２０〜５０％であること
を特徴とする請求項１記載のセラミック質微生物固定化
担体。