包括固定化担体、その製造方法、及び保管・輸送方法
【課題】
本来の担体性能を損なうことなく、低コストで簡単に担体を保管、運搬する。
【解決手段】
微生物を固定化剤中に包括固定した包括固定化担体において、前記固定化剤中に、包括固定化担体が付着するのを防止する付着防止用フィラーを含有させた。
本来の担体性能を損なうことなく、低コストで簡単に担体を保管、運搬する。
【解決手段】
微生物を固定化剤中に包括固定した包括固定化担体において、前記固定化剤中に、包括固定化担体が付着するのを防止する付着防止用フィラーを含有させた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括固定化担体、その製造方法及び保管・輸送方法に係り、特に、廃水処理性能を損なうことなく、低コストで簡単に保管、運搬できる包括固定化担体、その製造方法、保管・輸送方法、及び廃水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃水処理に用いられる活性汚泥中に含まれる硝化細菌は、一般の細菌に比べて増殖速度が遅く、特に、冬場の低水温時期においては、硝化細菌の細菌数が少なくなり、硝化活性が著しく低下する。このことは、硝化細菌と同様の性質を有する微生物においても、同様の傾向がある。
【０００３】
このことから、硝化細菌を含む活性汚泥をけい砂、活性炭、プラスチック等の付着材の表面に固定化して硝化細菌を高濃度化し、これにより、廃水の硝化性能を改善することが行われている（参考文献：微生物固定化法による水処理 担体固定化法・包括固定化法・生物活性炭法 （株）エヌ・ティー・エス ２０００年発行）。
【０００４】
しかし、微生物を付着材に付着する付着固定化型の場合、付着した微生物の剥離や目的の微生物である硝化細菌と異なる微生物の付着により、硝化細菌を充分に高濃度化することができなかった。このことから、硝化細菌等の有用微生物を、固定化剤内に包括固定化させる包括固定化担体を製造し、この包括固定化担体を反応槽に充填して硝化細菌の濃度を高めることによって、硝化活性を高め、廃水を高速処理することが行われている。包括固定化担体は、活性汚泥を高分子化合物等の固定化剤と混合して原料液を調製し、この原料液を重合開始剤により重合、ゲル化させて、製造されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
このようにして製造された微生物の包括固定化担体は、若干の水とともに袋やケースに詰められた状態で保管・運搬される。そして、廃水処理設備において、これらの包括固定化担体は袋やケースから取り出され、生物処理槽に投入されて廃水処理に使用されている。
【特許文献１】特許第３４２２２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の如く製造された包括固定化担体（以下、担体と記す）の表面は、製造条件によっては、固定化剤の未重合物質が残っている場合がある。このため、担体を保管、運搬する際、担体の表面が乾燥すると、担体の表面の未重合物質が粘着性を有し、これにより相互の担体同士が接着して、団子状の塊を形成する場合が多かった。このため、この塊を生物処理槽に投入して水と接触させても、一旦塊となった担体は分離しにくく、本来の担体性能を発揮できなくなるといった問題があった。
【０００７】
このため、担体を保管、運搬する際、袋やケースに担体とともに水を投入して、直接的に担体同士が接着して塊を形成することを防止している。しかし、この方法では、保管する袋やケースの容量が増加して嵩張り、重量も増加してしまうため、保管作業の手間やコストがかかるという問題があった。また、この方法では、袋やケースに投入した水が、腐敗して悪臭を放つことも問題であった。このようなことから、袋やケースに水を投入しなくても、塊を形成しないで担体を保管・運搬することが課題であった。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、本来の担体性能を損なうことなく、低コストで簡単に保管、運搬することができる包括固定化担体、その製造方法、保管・輸送方法、及び廃水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、微生物を固定化剤中に包括固定した包括固定化担体において、前記固定化剤中に、付着防止用フィラーを含有させたことを特徴とする包括固定化担体を提供する。
【００１０】
本発明の請求項１によれば、微生物を固定化剤で包括固定化する際に、付着防止用フィラーを添加する。本発明者らは、微生物を固定化剤で包括固定化する際に、特定の付着防止用フィラーを添加して重合させると、担体同士が接着しにくくなるという知見を得て、これにより、水を投入せずに担体を保管・輸送する方法を見出した。
【００１１】
したがって、本来の担体性能を損なうことなく、簡単かつ低コストで担体を保管、輸送することが可能となった。
【００１２】
なお、上記付着防止用フィラーとしては、タルク、フライアッシュ、粉末活性炭、炭酸カルシウムであることが好ましい。
【００１３】
請求項２は請求項１において、前記付着防止用フィラーが、無機系フィラーであることを特徴とする。
【００１４】
微生物を固定化剤中に包括固定化する際に有機系フィラーを用いると、有機系フィラーは、微生物等により分解されやすく、担体の表面に粒子として存在することができないので好ましくない。請求項２によれば、微生物を包括固定化する際に、無機系フィラーを添加するようにしたので、無機系フィラーは、固定化剤に溶解することなく、重合後も担体の表面に粒子として存在することができ、担体同士の接着を防止させる。これにより、本来の担体性能を損なうことなく、簡単かつ低コストで担体を保管・輸送することが可能となる。なお、請求項２において、無機系フィラーは、タルク、フライアッシュ、炭酸カルシウムであることが好ましい。
【００１５】
請求項３は請求項１又は２において、前記付着防止用フィラーの平均粒径が、５〜１００μｍであることを特徴とする。
【００１６】
請求項３によれば、付着防止用フィラーの平均粒径が５〜１００μｍの場合、担体同士が接着しにくくなり、これにより、本来の担体性能を損なうことなく、簡単かつ低コストで担体を保管、輸送することが可能となる。
【００１７】
すなわち、付着防止用フィラーの平均粒径が５μｍ未満の場合、付着防止用フィラーの粒子が小さすぎて均一に分散しにくく、一方、付着防止用フィラーの平均粒径が１００μｍ超の場合、担体表面と付着防止用フィラーの接触面積が小さくなるため、担体に固定された付着防止用フィラーが脱落しやすく、さらに担体にクラックが入りやすくなるため、担体強度も低下しやすく、いずれも好ましくない。なお、平均粒径とは、付着防止用フィラーと同体積の球の粒径である。
【００１８】
請求項４は請求項１〜３の何れか１において、前記付着防止用フィラーの濃度が、前記包括固定化担体に対して３〜２０質量％であることを特徴とする。
【００１９】
請求項４によれば、本発明者らは、付着防止用フィラーの濃度が３〜２０質量％である場合、担体同士が接着しにくくなることを見出し、これにより、本来の担体性能を損なうことなく、簡単かつ低コストで担体を保管・輸送することが可能となった。
【００２０】
請求項５は請求項１〜４の何れか１において、前記固定化剤が、エチレンオキサイドと、プロピレンオキサイドと、からなるポリマーのアクリレート誘導体又はジアクリレート誘導体を含み、前記アクリレート誘導体又はジアクリレート誘導体の分子量が、１０００〜１００００であることを特徴とする。
【００２１】
請求項５の固定化剤は、水溶性で比較的粘度が低いので、付着防止用フィラーが固定化剤内に均一に分散しやすくなり、これにより、担体の表面にも付着防止用フィラーが均一に分散する。したがって、担体同士が接着しにくくなり、本来の担体性能を損なうことなく、簡単かつ低コストで担体を保管、輸送することが可能となる。
【００２２】
請求項６は請求項１〜５の何れか１において、前記付着防止用フィラーが、前記包括固定化担体の表面に偏在していることを特徴とする。
【００２３】
請求項６によれば、担体の表面に付着防止用フィラーが多く偏在するので、少ない付着防止用フィラー添加量でも、担体同士が接着しにくくなる。したがって、本来の担体性能を損なうことなく、簡単かつ低コストで担体を保管・輸送することが可能となる。
【００２４】
本発明の請求項７は前記目的を達成するために、請求項６の包括固定化担体の製造方法であって、成形容器内又は成形シートにあらかじめ付着防止用フィラーを敷き詰めた上に、少なくとも微生物と固定化剤とを混合した混合液を流し込んだ後、重合させて成形体を作製し、前記成形体をペレット状に切断することを特徴とする包括固定化担体の製造方法を提供する。
【００２５】
本発明の請求項７の包括固定化担体の製造方法によれば、付着防止用フィラーを担体の表面に偏在させて固定させることができ、これにより、本来の担体性能を損なうことなく、簡単かつ低コストで担体を保管・輸送することが可能となる。なお、請求項７において、包括固定化担体の製造方法としては、チューブ成形法、滴下造粒法、シート成形法等が好適である。また、成形容器又は成形シートとは、混合液をゲル化させる（成形させる）チューブ状、ブロック状の成形容器、又はシート状の搬送体（ベルトコンベア等）であるが、これに限定されることはない。
【００２６】
本発明の請求項８は前記目的を達成するために、請求項１〜６の何れか１の包括固定化担体を、保管容器内で保管・輸送する方法であって、前記保管容器に水を投入しないで、前記包括固定化担体を保管・輸送することを特徴とする包括固定化担体の保管・輸送方法を提供する。
【００２７】
本発明の請求項８によれば、袋やケースに水を投入して担体を保管・輸送する従来の方法とは異なり、袋やケースに水を投入することなく担体を保管・輸送するようにした。すなわち、本発明者らは、特定の付着防止用フィラーを添加して重合させた担体は、担体同士が接着しにくいという知見を利用して、袋やケースに水を投入しなくても、担体のみを直接投入して保管・輸送できることを見出し、これにより、低コストかつ簡単に担体を保管・輸送することが可能となった。
【００２８】
請求項９の廃水処理装置は、請求項１〜６の何れか１の包括固定化担体を用いたことを特徴とする。
【００２９】
請求項９は、本発明に係る包括固定化担体を廃水処理装置に使用したものである。請求項９によれば、本発明に係る包括固定化担体を生物処理槽に投入するので、担体性能を損なうことなく生物処理槽に微生物を高濃度に充填することができ、効率よく廃水処理を行える。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように、本発明によれば、本来の担体性能を損なうことなく、低コストで簡単に担体を保管、運搬することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付図面に従って本発明に係る包括固定化担体、その製造方法、その保管、輸送方法、及び廃水処理装置の好ましい実施の形態について詳説する。図１は、本発明に係る包括固定化担体の製造方法の第１の実施形態を示す説明図であり、付着防止用フィラーを担体全体に分散させて、重合法によりゲル化させる例で説明する。
【００３２】
図１に示すように、先ず、微生物を含む活性汚泥と、固定化剤と、付着防止用フィラーと、を混合して原料液Ｉを調製する。ここで、固定化剤に対する付着防止用フィラーの分散性を向上させ、また包括固定化担体同士の接着性を低減させる観点より、付着防止用フィラーの平均粒径は５〜１００μｍであり、添加量は３〜２０質量％である。次いで、この原料液Ｉに過硫酸カリウム等の重合開始剤を添加して、重合温度は、１５〜４０℃、好ましくは２０〜３０℃で、重合時間は、１〜６０分、好ましくは１．５〜６０分で重合（ゲル化）させる。その後、ゲル化させた担体シートを、約３ｍｍ角の角型形状に切断してペレット化する。これにより、本発明に係る包括固定化担体が製造される。
【００３３】
また、上記微生物としては、硝化細菌群、脱窒細菌群、嫌気性アンモニア酸化細菌群等の複合微生物を含む活性汚泥を使用することができる。また、対象微生物の固定化初期濃度を高めるため、活性汚泥濃度は、１００００〜４００００ｍｇ−ｓｓ／Ｌとすることが好ましい。また、上記微生物としては、活性汚泥に限定されることはなく、硝化菌、脱窒菌、嫌気性アンモニア酸化細菌、ＢＯＤ成分酸化細菌、ビスフェノールＡ分解菌、アオコ分解菌、ＰＣＢ分解菌、ダイオキシン分解菌、環境ホルモン分解菌等の純粋微生物等、を使用することができる。
【００３４】
また、上記付着防止用フィラーとしては、タルク、板状アルミナ、カオリナイト、シリチン、アクテジル、雲母粉、酸化亜鉛ウイスカー、ウォストナイト、チタン酸カリウム、硫酸マグネシウムウイスカー、ケイ酸カルシウムウイスカー、マイカ、合成マイカ、黒鉛粉末、炭素繊維、フライアッシュ、粉末活性炭、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、酸化アンチモン、スズ酸亜鉛、酸化チタン、酸化亜鉛、珪石粉末、ガラスビーズ、珪藻土、珪酸カルシウム、アタパルジャイト、アスベスト、カーボンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ホワイトカーボン、ロー石クレー、シリカ、綿、ポリエステル、ナイロン、窒化珪素、二硫化モリブデン、酸化鉄、塩基性炭酸マグネシウム、ハイドロタルサイト、アルミナ、酸化ジルコン、ベントナイト、ゼオライト、カオリングクレー、セリナイト、ケイ酸ジルコン、硫酸バリウム、炭酸バリウム、チタン酸バリウム、酸化亜鉛、カオリン、セピオライト、スメクトナイト、バーミキュライト等、を使用することができる。
【００３５】
また、上記固定化剤としては、高分子モノマー、プレポリマー、オリゴマー等が挙げられるが、特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレングリコール系のポリマー、ポリビニルアルコール系のポリマー等を好ましく使用することができる。具体的には、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの含有比が、７：３のもので、末端基がジアクリレートである分子量４０００のプレポリマーを、好ましく使用することができる。
【００３６】
その他、上記固定化剤としては、ポリエチレングリコールアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールメタアクリレート等、を使用することができる。その他、以下のプレポリマーを使用することもできる。
【００３７】
（モノメタクリレート類）ポリエチレングリコールモノメタクリレート、ポリプレングリコールモノメタクリレート、ポリプロピレングリコールモノメタクリレート、メトキシジエチレングリコールメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート、メタクリロイルオキシエチルハイドロジェンフタレート、メタクリロイルオキシエチルハイドロジェンサクシネート、３クロロ２ヒドロキシプロピルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、２ヒドロキシメタクリレート、エチルメタクリレート等。
【００３８】
（モノアクリレート類）２ヒドロキシエチルアクリレート、２ヒドロキシプロピルアクリレート、イソブチルアクリレート、ｔブチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、イソボルニルアクリレート、シクロへキシルアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、２エトキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコールアクリレート、ノニルフェノキシポリプロピレングリコールアクリレート、シリコン変性アクリレート、ポリプロピレングリコールモノアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシジエチレングリコールアクリレート、フェノキシポリエチレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、アクリロイルアキシエチルハイドロジェンサクシネート、ラウリルアクリレート等。
【００３９】
（ジメタクリレート類）１，３ブチレングリコールジメタクリレート、１，４ブタンジオールジメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ブチレングリコールジメタクリレート、ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポリプレングリコールジメタクリレート、２ヒドロキシ１，３ジメタクリロキシプロパン、２，２ビス４メタクリロキシエトキシフェニルプロパン、３，２ビス４メタクリロキシジエトキシフェニルプロパン、２，２ビス４メタクリロキシポリエトキシフェニルプロパン等。
【００４０】
（ジアクリレート類）エトキシ化ネオペンチルグリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、１，６ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、２，２ビス４アクリロキシヒエトキシフェニルプロパン、２ヒドロキシ１アクリロキシ３メタクリロキシプロパン等。
【００４１】
（トリメタクリレート類）トリメチロールプロパントリメタクリレート等。
【００４２】
（トリアクリレート類）トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパンＥＯ付加トリアクリレート、グリセリンＰＯ付加トリアクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート等。
【００４３】
（テトラアクリレート類）ペンタエリスリトールテトラアクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、プロポキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート等。
【００４４】
（ウレタンアクリレート類）ウレタンアクリレート、ウレタンジメチルアクリレート、ウレタントリメチルアクリレート等。
【００４５】
（その他）アクリルアミド、アクリル酸、ジメチルアクリルアミド等。
【００４６】
また、本実施形態において、包括固定化担体の重合は、過硫酸カリウムを用いたラジカル重合が最適であるが、紫外線や電子線を用いた重合やレドックス重合であってもよい。過硫酸カリウムを用いたラジカル重合においては、過硫酸カリウムの添加量は、０．００１〜０．２５質量％であることが好ましく、アミン系の重合促進剤の添加量は、０．０１〜０．５質量％であることが好ましく、その種類は、βジメチルアミノプロピオニトリル、ＮＮＮ’Ｎ’テトラメチルエチレンジアミン等、であることが好ましい。
【００４７】
また、本実施形態において、包括固定化担体の成形方法としては、シート成形法を例示したが、これに限定されることはなく、チューブ成形法、滴下造粒法、ブロック成形法等、を採用することもできる。
【００４８】
次に、上記の如く製造された本発明に係る包括固定化担体の主な作用について説明する。
【００４９】
図２は、従来の包括固定化担体１０の主な作用を示す模式図である。また、図３は本発明に係る包括固定化担体２０の主な作用を示す模式図である。なお、図３において、包括固定化担体２０の内部にある付着防止用フィラー２２は、図示しないものとする。
【００５０】
従来の包括固定化担体１０（以下、担体１０とする）は、図２（Ａ）に示すように、担体１０の表面に、未重合物質１２が存在している（符号１４は、重合物質を示す）。このとき、担体１０の表面が乾燥すると、担体１０の表面に残存している未重合物質１２が、粘着性を呈するようになる。そして、図２（Ｂ）に示すように、複数の担体１０…が相互に接触すると、担体１０の表面にある未重合物質１２、１２同士が直接接触し、図２（Ｃ）に示すように、相互に接着して団子状の塊１８を形成する。
【００５１】
一方、本発明に係る包括固定化担体２０（以下、担体２０とする）は、図３（Ａ）に示すように、担体２０の表面の未重合物質１２中に付着防止用フィラー２２が分散して固定されている。このとき、図３（Ｂ）に示すように、複数の担体２０…が相互に接しても、従来とは異なり、先ず、相互の担体２０の付着防止用フィラー２２、２２同士、又は付着防止用フィラー２２と未重合物質１２とが接触する。したがって、担体２０の表面にある相互の未重合物質１２、１２同士が直接接触しにくく、団子状の塊を形成しにくい。また、担体２０の表面にある付着防止用フィラー２２は、この周囲の未重合物質１２により固定されているので、担体２０の表面から脱落しにくい。
【００５２】
その他、担体の表面に付着防止用フィラーを存在させる方法としては、従来の担体の表面に付着防止用フィラーをふりかけてまぶす方法も、一見有効のように考えられる。しかし、この方法は、作業者の多大な労力を要するだけでなく、一部の付着防止用フィラーは、担体の表面に付着せず、適量以上の付着防止用フィラーを必要とするため、大量生産には不適である。
【００５３】
以上のように、本発明に係る担体２０の作用について説明したが、本発明の効果は、これらの作用のみに起因するものではない。
【００５４】
次に、本発明に係る包括固定化担体の作用を利用した、包括固定化担体の保管又は輸送方法について説明する。図４は、包括固定化担体の保管方法を示す模式図であり、このうち、図４（Ａ）は従来の担体１０の保管方法を示す図であり、図４（Ｂ）は本発明の担体２０の保管方法を示す図である。
【００５５】
図４（Ａ）に示すように、担体１０…同士が直接接触して、接着することを防止する目的で、従来の担体１０は、保管ケース３０内の水３２に浸漬されることによって、保管される。このとき、特に、保管温度が高くなると、水３２が腐敗し、悪臭を放つようになる。これは、主に、担体１０から水３２中へ有機物が溶出したり、付着有機物（未重合物質１２等）が溶出したりすることで、微生物が水３２中に繁殖して起こることに起因する。このため、担体１０及び水３２を含む保管ケース３２は、一般的に、低温下で保管・輸送される。
【００５６】
一方、図４（Ｂ）に示すように、本発明の担体２０は、乾燥時でも他の担体２０と接着しにくいので、水が投入されていない保管ケース３０内に、直接投入されて保管される。このとき、保管ケース３０は、水が投入されていないので、保管ケース３０あたりに収容可能な担体２０の容量、重量が増加することがなく、また、保管ケース３０は低温下で保管される必要もない。これにより、担体の保管、運搬効率を大幅に向上させることができる。
【００５７】
ここで、上記保管ケース３０は、担体２０と反応しない樹脂製、金属製、ビニル製等であることが好ましい。
【００５８】
その後、本発明の担体２０は、廃水処理システムにおける生物処理槽に添加されて、原水の生物処理（例えば、硝化処理等）に使用される。生物処理槽の流出口には、スクリーンが設けられているため、担体の流出が防止され、担体が生物処理槽内に安定に保持される。したがって、本発明の担体２０を適用した生物処理槽は、高い生物処理性能を維持することができる。
【００５９】
以上説明した本発明の実施形態によれば、微生物を固定化剤で包括固定する際に、特定の付着防止用フィラーを添加して重合させると、担体同士が接着しにくくなる。
【００６０】
したがって、本来の担体性能を損なうことなく、低コストで簡単に担体を保管、運搬することができる。
【００６１】
次に、本発明の包括固定化担体の製造方法の第２の実施形態について、図５及び６により説明する。この実施形態は、担体の一部の表面にのみ付着防止用フィラーを偏在させた担体の製造方法についてである。なお、本実施形態は、担体に付着防止用フィラーを偏在させたこと以外は、第１の実施形態と同様であり、同一部分の詳細な説明については省略する。
【００６２】
図５は、包括固定化担体の製造装置５０の概略を示す側面図である。図６は、上述の担体の製造方法の操作フローを示す説明図である。
【００６３】
図５に示すように、担体の製造装置５０は、主に、原料が貯留された原料槽５２と、薬品が貯留された薬品槽５４、６２と、攪拌・押出装置６０と、ベルトコンベア６６、６８と、裁断装置７６と、切断装置７８と、から構成されている。
【００６４】
原料槽５２は、微生物を含む活性汚泥等を貯留している。薬品槽５４は、固定化剤等を貯蔵している。薬品槽６２は、重合開始剤等を貯留している。
【００６５】
ベルトコンベア６６、６８は、攪拌・押出装置６０より押し出された原料液ＩＩ（図６参照）を、搬送させながら、シート状に重合させるものである。このベルトコンベア６６、６８の表面には、所定量の付着防止用フィラー２２が敷かれている。これは、重合を阻害しない程度の粘着性を示すベルトコンベア６６、６８に、付着防止用フィラー２２を付着させて行ってもよいが、これに限定されない。
【００６６】
ここで、上記の付着防止用フィラー２２の添加量は、担体シートＳの表面において、３〜２０質量％であることが好ましい。
【００６７】
次に、上記の製造装置５０を用いて、本実施形態における担体２０の製造方法について説明する。
【００６８】
まず、原料槽５２の活性汚泥等と、薬品槽５４の固定化剤は、ポンプ５６、５８を駆動することによって、混合されながら攪拌・押出装置６０に送液される（原料液ＩＩ）。攪拌・押出装置６０に送液された原料液ＩＩは、別の薬品槽６２からポンプ６４によって送液された重合開始剤等と混合されて攪拌された後、走行中のベルトコンベア６６上に押し出される。このとき、原料液ＩＩは、付着防止用フィラー２２が敷かれたベルトコンベア６６、６８によって、挟持搬送されながら重合が進み、ゲル化される。これにより、ベルトコンベア６６、６８と接した担体シートＳの表面は、付着防止用フィラー２２が均一に固定される。このようにして、シートの両面に付着防止用フィラー２２が分散された長尺状の担体シートＳが形成される。
【００６９】
そして、担体シートＳは、ベルトコンベア６６から受け板７０の上に押し出された後、搬送方向に回転する円形刃７６を備えた裁断装置７２により、約３ｍｍ幅の格子状に裁断される。その後、担体シートＳは、搬送方向に対して直交する回転刃８４を備えた切断装置７８により、約３ｍｍ角の角型形状の担体２０に切断され、ペレット化される。このようにして、本実施形態に係る担体２０が製造される。
【００７０】
以上説明した本発明の実施形態によれば、担体同士の接着が起こる担体の表面にのみ付着防止用フィラーを偏在させるので、少ない付着防止用フィラーの添加量で、担体同士の接着を防止させる。
【００７１】
したがって、本来の担体性能を損なうことなく、低コストで簡単に担体を保管、運搬することができる。
【実施例】
【００７２】
次に、実施例により、本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００７３】
本実施例において、担体２０の材料は、表１のものを使用した。また、担体２０は、前述の図１の操作フローに従って、製造した。
【００７４】
【表１】
１） 付着防止用フィラーの添加量と担体同士の接着性との関係
表１の活性汚泥、固定化剤、及び添加量の異なる付着防止用フィラー２２（ここでは、平均粒径５０μｍの粉末活性炭を用いた）を、それぞれ混合して原料液Ｉを調製した。次いで、この原料液Ｉに表１の重合開始剤を添加して、重合温度２０℃、０．５時間で重合させて、約１０ｃｍ角の担体シートＳを成形した。その後、この担体シートＳを、１ｃｍ角の略立方体形状に切断して、包括固定化担体２０を製造した。
【００７５】
なお、このときの付着防止用フィラー２２の添加量を、担体の質量に対して０〜２０質量％の範囲で変化させ、付着防止用フィラーの添加量と担体同士の接着性との関係について評価した。
【００７６】
担体同士の接着性の評価は、次のように行った。まず、本発明の担体２個を乾燥機（１０５℃）で１時間乾燥させて、担体の表面に粘着性をもたせた後、担体２個を接触させて７２時間放置し、接着させた。次いで、接着させた担体を分離させる強度（引張り強度）を、レオメータで測定した。ここで、一定の力で担体を引っ張る際の、担体２０同士が分離する寸前の単位面積あたりの強度を引張り強度とし、付着防止用フィラーを添加しなかった担体同士の引張り強度を１としたときの相対値として表した。この測定結果を、図７に示す。
【００７７】
図７に示すように、付着防止用フィラーの添加量が、担体の質量に対して３〜２０質量％であれば、引張り強度は０．４以下であり、付着防止用フィラーの添加量が、５〜２０質量％であれば、引張り強度は０．２以下とさらに低い値でほぼ一定となった。
【００７８】
これより、付着防止用フィラーの添加量が、担体の質量に対して３〜２０質量％、好ましくは５〜２０質量％であれば、担体同士が接着しにくく、本発明の効果が良好に得られることが解った。
【００７９】
２） 付着防止用フィラーの平均粒径と担体同士の接着性との関係
前述の１）において、付着防止用フィラー２２（粉末活性炭）の添加量を５質量％に固定し、付着防止用フィラー２２の平均粒径を３〜１００μｍの範囲で変化させたこと以外は、同様にして包括固定化担体２０を製造した。
【００８０】
そして、付着防止用フィラーの平均粒径と担体同士の接着性との関係について、前述の１）と同様にして評価した。この測定結果を、図８に示す。
【００８１】
図８に示すように、付着防止用フィラーの平均粒径が３〜１００μｍの範囲であれば、引張り強度は０．４以下であり、付着防止用フィラーの平均粒径が５〜１００μｍの範囲であれば、引張り強度は約０．２とさらに低い値でほぼ一定となった。しかし、付着防止用フィラーの平均粒径が１００μｍ超であれば、引張り強度が大幅に増加した。これは、平均粒径が１００μｍ超の付着防止用フィラーを用いた担体は、担体の表面から付着防止用フィラーが脱落しやすく、担体同士が接着しやすくなったためと考えられる。
【００８２】
一方、付着防止用フィラーの平均粒径が５μｍ未満であれば、引張り強度はやや高くなった。これは、付着防止用フィラーの平均粒径が小さすぎて、固定化剤へ均一に分散しにくくダマになりやすく、担体同士の接着性が増加したためと考えられる。
【００８３】
これより、付着防止用フィラーの平均粒径が、３〜１００μｍの範囲、好ましくは５〜１００μｍの範囲であれば、担体同士が接着しにくく、本発明の効果が良好に得られることが解った。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明に係る包括固定化担体の製造方法の第１の実施形態を示す説明図である
【図２】従来の包括固定化担体の作用を示す模式図である
【図３】本実施形態における包括固定化担体の作用を示す模式図である
【図４】本実施形態における包括固定化担体の保管又は輸送方法を示す模式図である
【図５】他の実施形態の包括固定化担体の製造装置の概略を示す模式図である
【図６】他の実施形態の包括固定化担体の製造方法の操作フローを示す説明図である
【図７】本実施例の結果を示すグラフである
【図８】本実施例の結果を示すグラフである
【符号の説明】
【００８５】
１０…包括固定化担体（従来）、２０…包括固定化担体（本発明）、１２…未重合物質、１４…重合物質、１８…塊、２２…付着防止用フィラー、３０…保管ケース、３２…水、５０…製造装置、６６、６８…ベルトコンベア
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括固定化担体、その製造方法及び保管・輸送方法に係り、特に、廃水処理性能を損なうことなく、低コストで簡単に保管、運搬できる包括固定化担体、その製造方法、保管・輸送方法、及び廃水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃水処理に用いられる活性汚泥中に含まれる硝化細菌は、一般の細菌に比べて増殖速度が遅く、特に、冬場の低水温時期においては、硝化細菌の細菌数が少なくなり、硝化活性が著しく低下する。このことは、硝化細菌と同様の性質を有する微生物においても、同様の傾向がある。
【０００３】
このことから、硝化細菌を含む活性汚泥をけい砂、活性炭、プラスチック等の付着材の表面に固定化して硝化細菌を高濃度化し、これにより、廃水の硝化性能を改善することが行われている（参考文献：微生物固定化法による水処理 担体固定化法・包括固定化法・生物活性炭法 （株）エヌ・ティー・エス ２０００年発行）。
【０００４】
しかし、微生物を付着材に付着する付着固定化型の場合、付着した微生物の剥離や目的の微生物である硝化細菌と異なる微生物の付着により、硝化細菌を充分に高濃度化することができなかった。このことから、硝化細菌等の有用微生物を、固定化剤内に包括固定化させる包括固定化担体を製造し、この包括固定化担体を反応槽に充填して硝化細菌の濃度を高めることによって、硝化活性を高め、廃水を高速処理することが行われている。包括固定化担体は、活性汚泥を高分子化合物等の固定化剤と混合して原料液を調製し、この原料液を重合開始剤により重合、ゲル化させて、製造されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
このようにして製造された微生物の包括固定化担体は、若干の水とともに袋やケースに詰められた状態で保管・運搬される。そして、廃水処理設備において、これらの包括固定化担体は袋やケースから取り出され、生物処理槽に投入されて廃水処理に使用されている。
【特許文献１】特許第３４２２２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の如く製造された包括固定化担体（以下、担体と記す）の表面は、製造条件によっては、固定化剤の未重合物質が残っている場合がある。このため、担体を保管、運搬する際、担体の表面が乾燥すると、担体の表面の未重合物質が粘着性を有し、これにより相互の担体同士が接着して、団子状の塊を形成する場合が多かった。このため、この塊を生物処理槽に投入して水と接触させても、一旦塊となった担体は分離しにくく、本来の担体性能を発揮できなくなるといった問題があった。
【０００７】
このため、担体を保管、運搬する際、袋やケースに担体とともに水を投入して、直接的に担体同士が接着して塊を形成することを防止している。しかし、この方法では、保管する袋やケースの容量が増加して嵩張り、重量も増加してしまうため、保管作業の手間やコストがかかるという問題があった。また、この方法では、袋やケースに投入した水が、腐敗して悪臭を放つことも問題であった。このようなことから、袋やケースに水を投入しなくても、塊を形成しないで担体を保管・運搬することが課題であった。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、本来の担体性能を損なうことなく、低コストで簡単に保管、運搬することができる包括固定化担体、その製造方法、保管・輸送方法、及び廃水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、微生物を固定化剤中に包括固定した包括固定化担体において、前記固定化剤中に、付着防止用フィラーを含有させたことを特徴とする包括固定化担体を提供する。
【００１０】
本発明の請求項１によれば、微生物を固定化剤で包括固定化する際に、付着防止用フィラーを添加する。本発明者らは、微生物を固定化剤で包括固定化する際に、特定の付着防止用フィラーを添加して重合させると、担体同士が接着しにくくなるという知見を得て、これにより、水を投入せずに担体を保管・輸送する方法を見出した。
【００１１】
したがって、本来の担体性能を損なうことなく、簡単かつ低コストで担体を保管、輸送することが可能となった。
【００１２】
なお、上記付着防止用フィラーとしては、タルク、フライアッシュ、粉末活性炭、炭酸カルシウムであることが好ましい。
【００１３】
請求項２は請求項１において、前記付着防止用フィラーが、無機系フィラーであることを特徴とする。
【００１４】
微生物を固定化剤中に包括固定化する際に有機系フィラーを用いると、有機系フィラーは、微生物等により分解されやすく、担体の表面に粒子として存在することができないので好ましくない。請求項２によれば、微生物を包括固定化する際に、無機系フィラーを添加するようにしたので、無機系フィラーは、固定化剤に溶解することなく、重合後も担体の表面に粒子として存在することができ、担体同士の接着を防止させる。これにより、本来の担体性能を損なうことなく、簡単かつ低コストで担体を保管・輸送することが可能となる。なお、請求項２において、無機系フィラーは、タルク、フライアッシュ、炭酸カルシウムであることが好ましい。
【００１５】
請求項３は請求項１又は２において、前記付着防止用フィラーの平均粒径が、５〜１００μｍであることを特徴とする。
【００１６】
請求項３によれば、付着防止用フィラーの平均粒径が５〜１００μｍの場合、担体同士が接着しにくくなり、これにより、本来の担体性能を損なうことなく、簡単かつ低コストで担体を保管、輸送することが可能となる。
【００１７】
すなわち、付着防止用フィラーの平均粒径が５μｍ未満の場合、付着防止用フィラーの粒子が小さすぎて均一に分散しにくく、一方、付着防止用フィラーの平均粒径が１００μｍ超の場合、担体表面と付着防止用フィラーの接触面積が小さくなるため、担体に固定された付着防止用フィラーが脱落しやすく、さらに担体にクラックが入りやすくなるため、担体強度も低下しやすく、いずれも好ましくない。なお、平均粒径とは、付着防止用フィラーと同体積の球の粒径である。
【００１８】
請求項４は請求項１〜３の何れか１において、前記付着防止用フィラーの濃度が、前記包括固定化担体に対して３〜２０質量％であることを特徴とする。
【００１９】
請求項４によれば、本発明者らは、付着防止用フィラーの濃度が３〜２０質量％である場合、担体同士が接着しにくくなることを見出し、これにより、本来の担体性能を損なうことなく、簡単かつ低コストで担体を保管・輸送することが可能となった。
【００２０】
請求項５は請求項１〜４の何れか１において、前記固定化剤が、エチレンオキサイドと、プロピレンオキサイドと、からなるポリマーのアクリレート誘導体又はジアクリレート誘導体を含み、前記アクリレート誘導体又はジアクリレート誘導体の分子量が、１０００〜１００００であることを特徴とする。
【００２１】
請求項５の固定化剤は、水溶性で比較的粘度が低いので、付着防止用フィラーが固定化剤内に均一に分散しやすくなり、これにより、担体の表面にも付着防止用フィラーが均一に分散する。したがって、担体同士が接着しにくくなり、本来の担体性能を損なうことなく、簡単かつ低コストで担体を保管、輸送することが可能となる。
【００２２】
請求項６は請求項１〜５の何れか１において、前記付着防止用フィラーが、前記包括固定化担体の表面に偏在していることを特徴とする。
【００２３】
請求項６によれば、担体の表面に付着防止用フィラーが多く偏在するので、少ない付着防止用フィラー添加量でも、担体同士が接着しにくくなる。したがって、本来の担体性能を損なうことなく、簡単かつ低コストで担体を保管・輸送することが可能となる。
【００２４】
本発明の請求項７は前記目的を達成するために、請求項６の包括固定化担体の製造方法であって、成形容器内又は成形シートにあらかじめ付着防止用フィラーを敷き詰めた上に、少なくとも微生物と固定化剤とを混合した混合液を流し込んだ後、重合させて成形体を作製し、前記成形体をペレット状に切断することを特徴とする包括固定化担体の製造方法を提供する。
【００２５】
本発明の請求項７の包括固定化担体の製造方法によれば、付着防止用フィラーを担体の表面に偏在させて固定させることができ、これにより、本来の担体性能を損なうことなく、簡単かつ低コストで担体を保管・輸送することが可能となる。なお、請求項７において、包括固定化担体の製造方法としては、チューブ成形法、滴下造粒法、シート成形法等が好適である。また、成形容器又は成形シートとは、混合液をゲル化させる（成形させる）チューブ状、ブロック状の成形容器、又はシート状の搬送体（ベルトコンベア等）であるが、これに限定されることはない。
【００２６】
本発明の請求項８は前記目的を達成するために、請求項１〜６の何れか１の包括固定化担体を、保管容器内で保管・輸送する方法であって、前記保管容器に水を投入しないで、前記包括固定化担体を保管・輸送することを特徴とする包括固定化担体の保管・輸送方法を提供する。
【００２７】
本発明の請求項８によれば、袋やケースに水を投入して担体を保管・輸送する従来の方法とは異なり、袋やケースに水を投入することなく担体を保管・輸送するようにした。すなわち、本発明者らは、特定の付着防止用フィラーを添加して重合させた担体は、担体同士が接着しにくいという知見を利用して、袋やケースに水を投入しなくても、担体のみを直接投入して保管・輸送できることを見出し、これにより、低コストかつ簡単に担体を保管・輸送することが可能となった。
【００２８】
請求項９の廃水処理装置は、請求項１〜６の何れか１の包括固定化担体を用いたことを特徴とする。
【００２９】
請求項９は、本発明に係る包括固定化担体を廃水処理装置に使用したものである。請求項９によれば、本発明に係る包括固定化担体を生物処理槽に投入するので、担体性能を損なうことなく生物処理槽に微生物を高濃度に充填することができ、効率よく廃水処理を行える。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように、本発明によれば、本来の担体性能を損なうことなく、低コストで簡単に担体を保管、運搬することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付図面に従って本発明に係る包括固定化担体、その製造方法、その保管、輸送方法、及び廃水処理装置の好ましい実施の形態について詳説する。図１は、本発明に係る包括固定化担体の製造方法の第１の実施形態を示す説明図であり、付着防止用フィラーを担体全体に分散させて、重合法によりゲル化させる例で説明する。
【００３２】
図１に示すように、先ず、微生物を含む活性汚泥と、固定化剤と、付着防止用フィラーと、を混合して原料液Ｉを調製する。ここで、固定化剤に対する付着防止用フィラーの分散性を向上させ、また包括固定化担体同士の接着性を低減させる観点より、付着防止用フィラーの平均粒径は５〜１００μｍであり、添加量は３〜２０質量％である。次いで、この原料液Ｉに過硫酸カリウム等の重合開始剤を添加して、重合温度は、１５〜４０℃、好ましくは２０〜３０℃で、重合時間は、１〜６０分、好ましくは１．５〜６０分で重合（ゲル化）させる。その後、ゲル化させた担体シートを、約３ｍｍ角の角型形状に切断してペレット化する。これにより、本発明に係る包括固定化担体が製造される。
【００３３】
また、上記微生物としては、硝化細菌群、脱窒細菌群、嫌気性アンモニア酸化細菌群等の複合微生物を含む活性汚泥を使用することができる。また、対象微生物の固定化初期濃度を高めるため、活性汚泥濃度は、１００００〜４００００ｍｇ−ｓｓ／Ｌとすることが好ましい。また、上記微生物としては、活性汚泥に限定されることはなく、硝化菌、脱窒菌、嫌気性アンモニア酸化細菌、ＢＯＤ成分酸化細菌、ビスフェノールＡ分解菌、アオコ分解菌、ＰＣＢ分解菌、ダイオキシン分解菌、環境ホルモン分解菌等の純粋微生物等、を使用することができる。
【００３４】
また、上記付着防止用フィラーとしては、タルク、板状アルミナ、カオリナイト、シリチン、アクテジル、雲母粉、酸化亜鉛ウイスカー、ウォストナイト、チタン酸カリウム、硫酸マグネシウムウイスカー、ケイ酸カルシウムウイスカー、マイカ、合成マイカ、黒鉛粉末、炭素繊維、フライアッシュ、粉末活性炭、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、酸化アンチモン、スズ酸亜鉛、酸化チタン、酸化亜鉛、珪石粉末、ガラスビーズ、珪藻土、珪酸カルシウム、アタパルジャイト、アスベスト、カーボンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ホワイトカーボン、ロー石クレー、シリカ、綿、ポリエステル、ナイロン、窒化珪素、二硫化モリブデン、酸化鉄、塩基性炭酸マグネシウム、ハイドロタルサイト、アルミナ、酸化ジルコン、ベントナイト、ゼオライト、カオリングクレー、セリナイト、ケイ酸ジルコン、硫酸バリウム、炭酸バリウム、チタン酸バリウム、酸化亜鉛、カオリン、セピオライト、スメクトナイト、バーミキュライト等、を使用することができる。
【００３５】
また、上記固定化剤としては、高分子モノマー、プレポリマー、オリゴマー等が挙げられるが、特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレングリコール系のポリマー、ポリビニルアルコール系のポリマー等を好ましく使用することができる。具体的には、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの含有比が、７：３のもので、末端基がジアクリレートである分子量４０００のプレポリマーを、好ましく使用することができる。
【００３６】
その他、上記固定化剤としては、ポリエチレングリコールアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールメタアクリレート等、を使用することができる。その他、以下のプレポリマーを使用することもできる。
【００３７】
（モノメタクリレート類）ポリエチレングリコールモノメタクリレート、ポリプレングリコールモノメタクリレート、ポリプロピレングリコールモノメタクリレート、メトキシジエチレングリコールメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート、メタクリロイルオキシエチルハイドロジェンフタレート、メタクリロイルオキシエチルハイドロジェンサクシネート、３クロロ２ヒドロキシプロピルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、２ヒドロキシメタクリレート、エチルメタクリレート等。
【００３８】
（モノアクリレート類）２ヒドロキシエチルアクリレート、２ヒドロキシプロピルアクリレート、イソブチルアクリレート、ｔブチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、イソボルニルアクリレート、シクロへキシルアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、２エトキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコールアクリレート、ノニルフェノキシポリプロピレングリコールアクリレート、シリコン変性アクリレート、ポリプロピレングリコールモノアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシジエチレングリコールアクリレート、フェノキシポリエチレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、アクリロイルアキシエチルハイドロジェンサクシネート、ラウリルアクリレート等。
【００３９】
（ジメタクリレート類）１，３ブチレングリコールジメタクリレート、１，４ブタンジオールジメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ブチレングリコールジメタクリレート、ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポリプレングリコールジメタクリレート、２ヒドロキシ１，３ジメタクリロキシプロパン、２，２ビス４メタクリロキシエトキシフェニルプロパン、３，２ビス４メタクリロキシジエトキシフェニルプロパン、２，２ビス４メタクリロキシポリエトキシフェニルプロパン等。
【００４０】
（ジアクリレート類）エトキシ化ネオペンチルグリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、１，６ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、２，２ビス４アクリロキシヒエトキシフェニルプロパン、２ヒドロキシ１アクリロキシ３メタクリロキシプロパン等。
【００４１】
（トリメタクリレート類）トリメチロールプロパントリメタクリレート等。
【００４２】
（トリアクリレート類）トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパンＥＯ付加トリアクリレート、グリセリンＰＯ付加トリアクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート等。
【００４３】
（テトラアクリレート類）ペンタエリスリトールテトラアクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、プロポキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート等。
【００４４】
（ウレタンアクリレート類）ウレタンアクリレート、ウレタンジメチルアクリレート、ウレタントリメチルアクリレート等。
【００４５】
（その他）アクリルアミド、アクリル酸、ジメチルアクリルアミド等。
【００４６】
また、本実施形態において、包括固定化担体の重合は、過硫酸カリウムを用いたラジカル重合が最適であるが、紫外線や電子線を用いた重合やレドックス重合であってもよい。過硫酸カリウムを用いたラジカル重合においては、過硫酸カリウムの添加量は、０．００１〜０．２５質量％であることが好ましく、アミン系の重合促進剤の添加量は、０．０１〜０．５質量％であることが好ましく、その種類は、βジメチルアミノプロピオニトリル、ＮＮＮ’Ｎ’テトラメチルエチレンジアミン等、であることが好ましい。
【００４７】
また、本実施形態において、包括固定化担体の成形方法としては、シート成形法を例示したが、これに限定されることはなく、チューブ成形法、滴下造粒法、ブロック成形法等、を採用することもできる。
【００４８】
次に、上記の如く製造された本発明に係る包括固定化担体の主な作用について説明する。
【００４９】
図２は、従来の包括固定化担体１０の主な作用を示す模式図である。また、図３は本発明に係る包括固定化担体２０の主な作用を示す模式図である。なお、図３において、包括固定化担体２０の内部にある付着防止用フィラー２２は、図示しないものとする。
【００５０】
従来の包括固定化担体１０（以下、担体１０とする）は、図２（Ａ）に示すように、担体１０の表面に、未重合物質１２が存在している（符号１４は、重合物質を示す）。このとき、担体１０の表面が乾燥すると、担体１０の表面に残存している未重合物質１２が、粘着性を呈するようになる。そして、図２（Ｂ）に示すように、複数の担体１０…が相互に接触すると、担体１０の表面にある未重合物質１２、１２同士が直接接触し、図２（Ｃ）に示すように、相互に接着して団子状の塊１８を形成する。
【００５１】
一方、本発明に係る包括固定化担体２０（以下、担体２０とする）は、図３（Ａ）に示すように、担体２０の表面の未重合物質１２中に付着防止用フィラー２２が分散して固定されている。このとき、図３（Ｂ）に示すように、複数の担体２０…が相互に接しても、従来とは異なり、先ず、相互の担体２０の付着防止用フィラー２２、２２同士、又は付着防止用フィラー２２と未重合物質１２とが接触する。したがって、担体２０の表面にある相互の未重合物質１２、１２同士が直接接触しにくく、団子状の塊を形成しにくい。また、担体２０の表面にある付着防止用フィラー２２は、この周囲の未重合物質１２により固定されているので、担体２０の表面から脱落しにくい。
【００５２】
その他、担体の表面に付着防止用フィラーを存在させる方法としては、従来の担体の表面に付着防止用フィラーをふりかけてまぶす方法も、一見有効のように考えられる。しかし、この方法は、作業者の多大な労力を要するだけでなく、一部の付着防止用フィラーは、担体の表面に付着せず、適量以上の付着防止用フィラーを必要とするため、大量生産には不適である。
【００５３】
以上のように、本発明に係る担体２０の作用について説明したが、本発明の効果は、これらの作用のみに起因するものではない。
【００５４】
次に、本発明に係る包括固定化担体の作用を利用した、包括固定化担体の保管又は輸送方法について説明する。図４は、包括固定化担体の保管方法を示す模式図であり、このうち、図４（Ａ）は従来の担体１０の保管方法を示す図であり、図４（Ｂ）は本発明の担体２０の保管方法を示す図である。
【００５５】
図４（Ａ）に示すように、担体１０…同士が直接接触して、接着することを防止する目的で、従来の担体１０は、保管ケース３０内の水３２に浸漬されることによって、保管される。このとき、特に、保管温度が高くなると、水３２が腐敗し、悪臭を放つようになる。これは、主に、担体１０から水３２中へ有機物が溶出したり、付着有機物（未重合物質１２等）が溶出したりすることで、微生物が水３２中に繁殖して起こることに起因する。このため、担体１０及び水３２を含む保管ケース３２は、一般的に、低温下で保管・輸送される。
【００５６】
一方、図４（Ｂ）に示すように、本発明の担体２０は、乾燥時でも他の担体２０と接着しにくいので、水が投入されていない保管ケース３０内に、直接投入されて保管される。このとき、保管ケース３０は、水が投入されていないので、保管ケース３０あたりに収容可能な担体２０の容量、重量が増加することがなく、また、保管ケース３０は低温下で保管される必要もない。これにより、担体の保管、運搬効率を大幅に向上させることができる。
【００５７】
ここで、上記保管ケース３０は、担体２０と反応しない樹脂製、金属製、ビニル製等であることが好ましい。
【００５８】
その後、本発明の担体２０は、廃水処理システムにおける生物処理槽に添加されて、原水の生物処理（例えば、硝化処理等）に使用される。生物処理槽の流出口には、スクリーンが設けられているため、担体の流出が防止され、担体が生物処理槽内に安定に保持される。したがって、本発明の担体２０を適用した生物処理槽は、高い生物処理性能を維持することができる。
【００５９】
以上説明した本発明の実施形態によれば、微生物を固定化剤で包括固定する際に、特定の付着防止用フィラーを添加して重合させると、担体同士が接着しにくくなる。
【００６０】
したがって、本来の担体性能を損なうことなく、低コストで簡単に担体を保管、運搬することができる。
【００６１】
次に、本発明の包括固定化担体の製造方法の第２の実施形態について、図５及び６により説明する。この実施形態は、担体の一部の表面にのみ付着防止用フィラーを偏在させた担体の製造方法についてである。なお、本実施形態は、担体に付着防止用フィラーを偏在させたこと以外は、第１の実施形態と同様であり、同一部分の詳細な説明については省略する。
【００６２】
図５は、包括固定化担体の製造装置５０の概略を示す側面図である。図６は、上述の担体の製造方法の操作フローを示す説明図である。
【００６３】
図５に示すように、担体の製造装置５０は、主に、原料が貯留された原料槽５２と、薬品が貯留された薬品槽５４、６２と、攪拌・押出装置６０と、ベルトコンベア６６、６８と、裁断装置７６と、切断装置７８と、から構成されている。
【００６４】
原料槽５２は、微生物を含む活性汚泥等を貯留している。薬品槽５４は、固定化剤等を貯蔵している。薬品槽６２は、重合開始剤等を貯留している。
【００６５】
ベルトコンベア６６、６８は、攪拌・押出装置６０より押し出された原料液ＩＩ（図６参照）を、搬送させながら、シート状に重合させるものである。このベルトコンベア６６、６８の表面には、所定量の付着防止用フィラー２２が敷かれている。これは、重合を阻害しない程度の粘着性を示すベルトコンベア６６、６８に、付着防止用フィラー２２を付着させて行ってもよいが、これに限定されない。
【００６６】
ここで、上記の付着防止用フィラー２２の添加量は、担体シートＳの表面において、３〜２０質量％であることが好ましい。
【００６７】
次に、上記の製造装置５０を用いて、本実施形態における担体２０の製造方法について説明する。
【００６８】
まず、原料槽５２の活性汚泥等と、薬品槽５４の固定化剤は、ポンプ５６、５８を駆動することによって、混合されながら攪拌・押出装置６０に送液される（原料液ＩＩ）。攪拌・押出装置６０に送液された原料液ＩＩは、別の薬品槽６２からポンプ６４によって送液された重合開始剤等と混合されて攪拌された後、走行中のベルトコンベア６６上に押し出される。このとき、原料液ＩＩは、付着防止用フィラー２２が敷かれたベルトコンベア６６、６８によって、挟持搬送されながら重合が進み、ゲル化される。これにより、ベルトコンベア６６、６８と接した担体シートＳの表面は、付着防止用フィラー２２が均一に固定される。このようにして、シートの両面に付着防止用フィラー２２が分散された長尺状の担体シートＳが形成される。
【００６９】
そして、担体シートＳは、ベルトコンベア６６から受け板７０の上に押し出された後、搬送方向に回転する円形刃７６を備えた裁断装置７２により、約３ｍｍ幅の格子状に裁断される。その後、担体シートＳは、搬送方向に対して直交する回転刃８４を備えた切断装置７８により、約３ｍｍ角の角型形状の担体２０に切断され、ペレット化される。このようにして、本実施形態に係る担体２０が製造される。
【００７０】
以上説明した本発明の実施形態によれば、担体同士の接着が起こる担体の表面にのみ付着防止用フィラーを偏在させるので、少ない付着防止用フィラーの添加量で、担体同士の接着を防止させる。
【００７１】
したがって、本来の担体性能を損なうことなく、低コストで簡単に担体を保管、運搬することができる。
【実施例】
【００７２】
次に、実施例により、本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００７３】
本実施例において、担体２０の材料は、表１のものを使用した。また、担体２０は、前述の図１の操作フローに従って、製造した。
【００７４】
【表１】
１） 付着防止用フィラーの添加量と担体同士の接着性との関係
表１の活性汚泥、固定化剤、及び添加量の異なる付着防止用フィラー２２（ここでは、平均粒径５０μｍの粉末活性炭を用いた）を、それぞれ混合して原料液Ｉを調製した。次いで、この原料液Ｉに表１の重合開始剤を添加して、重合温度２０℃、０．５時間で重合させて、約１０ｃｍ角の担体シートＳを成形した。その後、この担体シートＳを、１ｃｍ角の略立方体形状に切断して、包括固定化担体２０を製造した。
【００７５】
なお、このときの付着防止用フィラー２２の添加量を、担体の質量に対して０〜２０質量％の範囲で変化させ、付着防止用フィラーの添加量と担体同士の接着性との関係について評価した。
【００７６】
担体同士の接着性の評価は、次のように行った。まず、本発明の担体２個を乾燥機（１０５℃）で１時間乾燥させて、担体の表面に粘着性をもたせた後、担体２個を接触させて７２時間放置し、接着させた。次いで、接着させた担体を分離させる強度（引張り強度）を、レオメータで測定した。ここで、一定の力で担体を引っ張る際の、担体２０同士が分離する寸前の単位面積あたりの強度を引張り強度とし、付着防止用フィラーを添加しなかった担体同士の引張り強度を１としたときの相対値として表した。この測定結果を、図７に示す。
【００７７】
図７に示すように、付着防止用フィラーの添加量が、担体の質量に対して３〜２０質量％であれば、引張り強度は０．４以下であり、付着防止用フィラーの添加量が、５〜２０質量％であれば、引張り強度は０．２以下とさらに低い値でほぼ一定となった。
【００７８】
これより、付着防止用フィラーの添加量が、担体の質量に対して３〜２０質量％、好ましくは５〜２０質量％であれば、担体同士が接着しにくく、本発明の効果が良好に得られることが解った。
【００７９】
２） 付着防止用フィラーの平均粒径と担体同士の接着性との関係
前述の１）において、付着防止用フィラー２２（粉末活性炭）の添加量を５質量％に固定し、付着防止用フィラー２２の平均粒径を３〜１００μｍの範囲で変化させたこと以外は、同様にして包括固定化担体２０を製造した。
【００８０】
そして、付着防止用フィラーの平均粒径と担体同士の接着性との関係について、前述の１）と同様にして評価した。この測定結果を、図８に示す。
【００８１】
図８に示すように、付着防止用フィラーの平均粒径が３〜１００μｍの範囲であれば、引張り強度は０．４以下であり、付着防止用フィラーの平均粒径が５〜１００μｍの範囲であれば、引張り強度は約０．２とさらに低い値でほぼ一定となった。しかし、付着防止用フィラーの平均粒径が１００μｍ超であれば、引張り強度が大幅に増加した。これは、平均粒径が１００μｍ超の付着防止用フィラーを用いた担体は、担体の表面から付着防止用フィラーが脱落しやすく、担体同士が接着しやすくなったためと考えられる。
【００８２】
一方、付着防止用フィラーの平均粒径が５μｍ未満であれば、引張り強度はやや高くなった。これは、付着防止用フィラーの平均粒径が小さすぎて、固定化剤へ均一に分散しにくくダマになりやすく、担体同士の接着性が増加したためと考えられる。
【００８３】
これより、付着防止用フィラーの平均粒径が、３〜１００μｍの範囲、好ましくは５〜１００μｍの範囲であれば、担体同士が接着しにくく、本発明の効果が良好に得られることが解った。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明に係る包括固定化担体の製造方法の第１の実施形態を示す説明図である
【図２】従来の包括固定化担体の作用を示す模式図である
【図３】本実施形態における包括固定化担体の作用を示す模式図である
【図４】本実施形態における包括固定化担体の保管又は輸送方法を示す模式図である
【図５】他の実施形態の包括固定化担体の製造装置の概略を示す模式図である
【図６】他の実施形態の包括固定化担体の製造方法の操作フローを示す説明図である
【図７】本実施例の結果を示すグラフである
【図８】本実施例の結果を示すグラフである
【符号の説明】
【００８５】
１０…包括固定化担体（従来）、２０…包括固定化担体（本発明）、１２…未重合物質、１４…重合物質、１８…塊、２２…付着防止用フィラー、３０…保管ケース、３２…水、５０…製造装置、６６、６８…ベルトコンベア
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物を固定化剤中に包括固定した包括固定化担体において、前記固定化剤中に、包括固定化担体が付着するのを防止する付着防止用フィラーを含有させたことを特徴とする包括固定化担体。
【請求項２】
前記付着防止用フィラーが、無機系フィラーであることを特徴とする請求項１の包括固定化担体。
【請求項３】
前記付着防止用フィラーの平均粒径が、５〜１００μｍであることを特徴とする請求項１又は２の包括固定化担体。
【請求項４】
前記付着防止用フィラーの濃度が、前記包括固定化担体に対して３〜２０質量％であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１の包括固定化担体。
【請求項５】
前記固定化剤が、エチレンオキサイドと、プロピレンオキサイドと、からなるポリマーのアクリレート誘導体又はジアクリレート誘導体を含み、前記アクリレート誘導体又はジアクリレート誘導体の分子量が、１０００〜１００００であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１の包括固定化担体。
【請求項６】
前記付着防止用フィラーが、前記包括固定化担体の表面に偏在していることを特徴とする請求項１〜５の何れか１の包括固定化担体。
【請求項７】
請求項６の包括固定化担体の製造方法であって、
成形容器内又は成形シートにあらかじめ付着防止用フィラーを敷き詰めた上に、少なくとも微生物と固定化剤とを混合した混合液を流し込んだ後、重合させて成形体を作製し、前記成形体をペレット状に切断することを特徴とする包括固定化担体の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜６の何れか１の包括固定化担体を、保管容器内で保管・輸送する方法であって、前記保管容器に水を投入しないで、前記包括固定化担体を保管・輸送することを特徴とする包括固定化担体の保管・輸送方法。
【請求項９】
請求項１〜６の何れか１の包括固定化担体を用いたことを特徴とする廃水処理装置。
【請求項１】
微生物を固定化剤中に包括固定した包括固定化担体において、前記固定化剤中に、包括固定化担体が付着するのを防止する付着防止用フィラーを含有させたことを特徴とする包括固定化担体。
【請求項２】
前記付着防止用フィラーが、無機系フィラーであることを特徴とする請求項１の包括固定化担体。
【請求項３】
前記付着防止用フィラーの平均粒径が、５〜１００μｍであることを特徴とする請求項１又は２の包括固定化担体。
【請求項４】
前記付着防止用フィラーの濃度が、前記包括固定化担体に対して３〜２０質量％であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１の包括固定化担体。
【請求項５】
前記固定化剤が、エチレンオキサイドと、プロピレンオキサイドと、からなるポリマーのアクリレート誘導体又はジアクリレート誘導体を含み、前記アクリレート誘導体又はジアクリレート誘導体の分子量が、１０００〜１００００であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１の包括固定化担体。
【請求項６】
前記付着防止用フィラーが、前記包括固定化担体の表面に偏在していることを特徴とする請求項１〜５の何れか１の包括固定化担体。
【請求項７】
請求項６の包括固定化担体の製造方法であって、
成形容器内又は成形シートにあらかじめ付着防止用フィラーを敷き詰めた上に、少なくとも微生物と固定化剤とを混合した混合液を流し込んだ後、重合させて成形体を作製し、前記成形体をペレット状に切断することを特徴とする包括固定化担体の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜６の何れか１の包括固定化担体を、保管容器内で保管・輸送する方法であって、前記保管容器に水を投入しないで、前記包括固定化担体を保管・輸送することを特徴とする包括固定化担体の保管・輸送方法。
【請求項９】
請求項１〜６の何れか１の包括固定化担体を用いたことを特徴とする廃水処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−８２４８５（Ｐ２００７−８２４８５Ａ）
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２７６６３０（Ｐ２００５−２７６６３０）
【出願日】平成１７年９月２２日（２００５．９．２２）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２２日（２００５．９．２２）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
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