嫌気性処理方法及び装置
【課題】反応槽内に流動性を持つ非生物担体を充填し、該担体の表面に生物膜を形成させて嫌気条件下で被処理水を通水して処理するにあたり、十分量の微生物を担体に付着させた上で、担体の浮上、流出、固着による閉塞を防止して良好な流動床を形成し、安定かつ効率的な嫌気性処理が行う。
【解決手段】非生物担体として、大きさが１．０〜５．０ｍｍで、沈降速度が２００〜５００ｍ／ｈｒの、以下の（Ｉ）、（II）を用いる。
（Ｉ） ポリオレフィン系樹脂３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤５〜７０重量％とを含み、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体
（II） ポリオレフィン系樹脂３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤４〜６９重量％と、無機粉末１〜３０重量％とを含み、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体
【解決手段】非生物担体として、大きさが１．０〜５．０ｍｍで、沈降速度が２００〜５００ｍ／ｈｒの、以下の（Ｉ）、（II）を用いる。
（Ｉ） ポリオレフィン系樹脂３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤５〜７０重量％とを含み、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体
（II） ポリオレフィン系樹脂３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤４〜６９重量％と、無機粉末１〜３０重量％とを含み、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応槽内に流動性を持つ非生物担体を充填し、該非生物担体の表面に生物膜を形成させて嫌気条件下で被処理水を通水して処理する嫌気性処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性排水の嫌気性処理方法として、反応槽内に高密度で沈降性の大きいグラニュール汚泥を形成し、溶解性ＢＯＤを含む有機性排水を上向流通水して、スラッジブランケットを形成した状態で接触させて高負荷高速処理を行うＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket：上向流嫌気性スラッジブランケット）法が採用されている。この方法は、消化速度の遅い固形有機物を分離して別途処理し、消化速度の速い溶解性有機物のみを、嫌気性微生物密度の高いグラニュール汚泥を用いる嫌気性処理によって高負荷で高速処理する方法である。また、このＵＡＳＢ法を発展させたものとして、高さの高い反応槽を用いてさらに高流速で通水し、スラッジブランケットを高展開率で展開して、さらに高負荷で嫌気性処理を行うＥＧＳＢ（Expanded Granule Sludge Blanket）法も行われている。
【０００３】
ＵＡＳＢ法、ＥＧＳＢ法などのグラニュール汚泥を用いる嫌気性処理は、嫌気性微生物を含む汚泥をグラニュール状に維持、増殖させて処理する方法である。この方法は担体に汚泥を保持する固定床や流動床による処理と比較して高い汚泥保持濃度を達成することができるため、高負荷運転が可能であり、また、既に稼働中の処理系から余剰汚泥を調達することにより短期間で立上げが可能であり、最も効率的な嫌気性処理法として一般にも認識されている。
【０００４】
しかし、これらグラニュール汚泥を用いる方法は、排水のＣＯＤ濃度が高い（ＣＯＤＣｒ濃度として概ね２０００ｍｇ／Ｌ以上）場合には非常に効率が高いが、ＣＯＤ濃度が低い場合（ＣＯＤＣｒ濃度として概ね２０００ｍｇ／Ｌ以下）には反応槽に多くの水量を流す必要が生じ、グラニュールが流出してしまう危険性が増し、安定した性能を発揮し得ない傾向がある。
【０００５】
また、排水の種類によってはグラニュールが形成されにくい排水が存在し、初期に投入したグラニュールが徐々に解体してしまい、運転不能となる場合があることも知られている。
【０００６】
これに対し、流動性の非生物担体を用いる方法では、スクリーン等の機械的な方法で反応槽からの担体の流出を防ぐことができ、また、担体表面は常に微生物の生育場所として確保できるため、低濃度のＣＯＤ排水やグラニュールが解体してしまうような排水に対しても適用できるという利点がある。
【０００７】
従来、このような処理に用いる流動性非生物担体としては、各種のものが用いられており、例えば、特許文献１には、粒径０．１〜０．３ｍｍ、比重１〜３程度の担体を用いることが記載されている。また、特許文献２には、粒径０．５〜０．６ｍｍの粒状有機ゲル微粒子を担体として用いることが記載されている。このゲル微粒子は水で膨潤した状態の比重が１．００〜１．５０、好ましくは１．０１〜１．１０であり、本発明に係る沈降速度は１５〜１５０ｍ／ｈｒであると考えられる。
【０００８】
なお、特許文献３には、水沈降性など流体処理性能に優れたポリオレフィン系発泡体よりなる流体処理用担体として、「ポリオレフィン系樹脂を３０〜９５重量％、セルロース系粉末の親水化剤を５〜７０重量％含む発泡体であって、該発泡体の表面がメルトフラクチャー状態を有することを特徴とする流体処理用担体。」「ポリオレフィン系樹脂を３０〜９５重量％、セルロース系粉末の親水化剤を４〜６９重量％、無機粉末を１〜３０重量％含む発泡体であって、該発泡体の表面がメルトフラクチャー状態を有することを特徴とする流体処理用担体。」が記載され、この流体処理用担体を用いた脱窒処理評価結果が示されているが、担体の大きさ及び沈降速度については明らかにされておらず、また、具体的にどのような処理方式としたかについての記載も全くなされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公平６−６７５１１号公報
【特許文献２】特開２００３−６２５９４号公報
【特許文献３】特開２００９−６６５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
流動性非生物担体を用いて嫌気性処理を行う場合、選定した担体の沈降速度が遅いと担体表面に生物膜が形成された後に沈降性が悪化して浮上、流出する；逆に担体の沈降速度が速すぎると流動性が悪くなり、生物膜の肥大化によって固着、閉塞し、運転不可能となる；という課題がある。
また、担体の表面性状は微生物の付着量に大きな影響を与え、結果として反応槽の処理能力を左右することになるが、沈降性を保つために、担体の微生物付着量を少なくすると高い処理能力を維持できない；逆に微生物の付着量を増やすために担体内部まで微生物が生育する構造とすると、生物膜が厚くなりすぎて内部に気泡が発生し、担体が浮上してしまう；といった課題もある。
【００１１】
本発明は、このような課題を解決する嫌気性処理方法及び装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、流動性非生物担体として、表面がメルトフラクチャー状態を有する樹脂発泡体よりなり、特定の大きさと沈降速度を満たすものを用いることにより、十分量の微生物を担体に付着させた上で、担体の浮上、流出、固着による閉塞を防止して良好な流動床を形成することができ、安定かつ効率的な嫌気性処理が行えることを見出した。
【００１３】
本発明はこのような知見に基いて達成されたものであり、以下を要旨とする。
【００１４】
［１］ 流動性の非生物担体を充填した反応槽に嫌気条件下で被処理水を通水し、該非生物担体の表面に生物膜を形成させて被処理水を処理する嫌気性処理方法において、該非生物担体が以下の（Ｉ）及び／又は（II）の発泡体よりなり、該担体の大きさが１．０〜５．０ｍｍであり、該担体の沈降速度が２００〜５００ｍ／ｈｒであることを特徴とする嫌気性処理方法。
（Ｉ） ポリオレフィン系樹脂を主体とする樹脂成分３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤５〜７０重量％とを含む発泡体であって、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体
（II） ポリオレフィン系樹脂を主体とする樹脂成分３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤４〜６９重量％と、無機粉末１〜３０重量％とを含む発泡体であって、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体
【００１５】
［２］ ［１］において、前記発泡体の表面のメルトフラクチャー状態が、下記式（１）で示される比表面積比を満たすものであることを特徴とする嫌気性処理方法。
Ｂ／Ａ＝１．５〜４．０ ・・・（１）
（式（１）中、Ａは発泡体の見かけの比表面積、Ｂは発泡体の実比表面積を示す。）
【００１６】
［３］ ［１］又は［２］において、前記親水化剤は、前記発泡体の表面に露出ないし突出していることを特徴とする嫌気性処理方法。
【００１７】
［４］ ［１］ないし［３］のいずれかにおいて、前記樹脂成分のメルトフローインデックスが５〜２５ｇ／１０ｍｉｎであることを特徴とする嫌気性処理方法。
【００１８】
［５］ ［４］において、前記樹脂成分は、ポリエチレン、或いは、ポリエチレンと、ポリプロピレン、ポリスチレン及びエチレン−酢酸ビニル共重合体よりなる群から選ばれる１種又は２種以上との混合物であることを特徴とする嫌気性処理方法。
【００１９】
［６］ ［１］ないし［５］のいずれかにおいて、前記発泡体の発泡倍率が２〜１０倍、見かけ容積から求められる比重が０．１０〜０．８０ｇ／ｍｌであることを特徴とする嫌気性処理方法。
【００２０】
［７］ ［１］ないし［６］のいずれかにおいて、前記反応槽が上向流型反応槽であることを特徴とする嫌気性処理方法。
【００２１】
［８］ 流動性の非生物担体を充填した反応槽に嫌気条件下で被処理水を通水し、該非生物担体の表面に生物膜を形成させて被処理水を処理する嫌気性処理装置において、該非生物担体が以下の（Ｉ）及び／又は（II）の発泡体よりなり、該担体の大きさが１．０〜５．０ｍｍであり、該担体の沈降速度が２００〜５００ｍ／ｈｒであることを特徴とする嫌気性処理装置。
（Ｉ） ポリオレフィン系樹脂を主体とする樹脂成分３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤５〜７０重量％とを含む発泡体であって、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体
（II） ポリオレフィン系樹脂を主体とする樹脂成分３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤４〜６９重量％と、無機粉末１〜３０重量％とを含む発泡体であって、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、反応槽内に流動性を持つ非生物担体を充填し、該非生物担体の表面に生物膜を形成させて嫌気条件下で被処理水を通水して嫌気性処理するにあたり、流動性非生物担体として、特定の大きさと沈降速度を満たすものを用いることにより、十分量の微生物を担体に付着させた上で、担体の浮上、流出、固着による閉塞を防止して良好な流動床を形成することができ、安定かつ効率的な嫌気性処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例で用いた嫌気性処理装置の構成を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２５】
本発明は、流動性の非生物担体を充填した反応槽に嫌気条件下で被処理水を通水し、該非生物担体の表面に生物膜を形成させて被処理水を処理するに当たり、流動性非生物担体として特定のものを用いることを特徴とする。
【００２６】
まず、本発明で用いる流動性非生物担体について説明する。
【００２７】
本発明の嫌気性処理方法で用いる流動性非生物担体は、大きさが１．０〜５．０ｍｍで、沈降速度が２００〜５００ｍ／ｈｒのものである。
【００２８】
担体の大きさが大き過ぎると反応槽体積当りの表面積が小さくなり、小さ過ぎると沈降速度が遅くなり、処理水との分離が困難になる。本発明で用いる担体の好ましい大きさは２．５〜４．０ｍｍである。
【００２９】
なお、ここで、担体の大きさとは、通常「粒径」と称されるものであり、例えば直方体形状の担体であればその長辺の長さをさし、立方体形状の担体であればその一辺の長さをさし、円柱形状の担体であれば直径又は円柱の高さのうちいずれか大きい方をさす。また、これらの形状以外の異形形状の担体であれば、担体を２枚の平行な板で挟んだときに、この板の間隔が最も大きくなる部位の板の間隔をさす。
本発明において、担体の大きさは、その平均値が１．０〜５．０ｍｍ、好ましくは２．５〜４．０ｍｍの範囲であればよく、すべての担体の大きさがこの範囲でなくてもよい。
【００３０】
また、担体の沈降速度が小さすぎると、水流や発生ガスにより浮上し易く、水面近くにスカム状に蓄積してしまう。即ち、非生物担体を用いる方法の場合、表面に生物膜が形成され、生物膜内部でガスが発生する反応が進行するため、担体の見かけ比重は生物膜の形成に伴って軽くなっていく。この生物膜の影響を考慮して、担体自体の比重、沈降速度を決定する必要がある。逆に、担体の沈降速度が大きすぎると被処理水との接触効率が悪くなり、十分な処理効率が得られない、或いは担体の堆積層に固形物が蓄積して流路が閉塞するといった弊害が出る。本発明で用いる担体の好ましい沈降速度は２００〜５００ｍ／ｈｒである。
【００３１】
なお、ここで、担体の沈降速度とは、担体を水（水道水等の清水）に浸して沈んだものを取り出し、これを水（水道水等の清水）に入れたメスシリンダーに投入し、単位時間当たりの沈降距離を測定して求められた値であり、本発明においては、１０〜２０個の担体について測定を行い、その平均値を沈降速度とした。
【００３２】
本発明で用いる担体は、以下の（Ｉ）及び／又は（II）の発泡体よりなるものであり、このような樹脂発泡体よりなるものであれば、比重や粒径の調整が容易である点においても好ましい。
（Ｉ） ポリオレフィン系樹脂を主体とする樹脂成分３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤５〜７０重量％とを含む発泡体であって、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体（以下「発泡体（Ｉ）」と記載する場合がある。）
（II） ポリオレフィン系樹脂を主体とする樹脂成分３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤４〜６９重量％と、無機粉末１〜３０重量％とを含む発泡体であって、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体（以下「発泡体（II）」と記載する場合がある。）
【００３３】
ここでメルトフラクチャーとは、プラスチック成形時に、成形品の表面に凹凸が生じる現象（平滑な表面を有さない状態）として、一般的に知られている。例えば、プラスチック材料の押出成形において、押出機の内圧が著しく高くなったり、押出速度が著しく大きくなったり、或いは、プラスチック材料の温度が低くなりすぎたりしたとき、成形品の表面に不規則な凹凸が生じたり、表面の光沢を失ったりする現象をいう。
【００３４】
本発明に係る担体の好ましいメルトフラクチャー状態は、下記式（１）で示される比表面積比を満たすものである。
Ｂ／Ａ＝１．５〜４．０ ・・・（１）
【００３５】
ここで、Ａは発泡体の見かけの比表面積、Ｂは発泡体の実比表面積を示す。
発泡体の見かけの比表面積Ａとは、発泡体の表面が平滑な状態、つまり、メルトフラクチャーを生じていない状態での比表面積を示し、実比表面積Ｂとは、メルトフラクチャーが生じている状態での実際の比表面積を示す。即ち、上記式（１）で示されるＢ／Ａの値は、メルトフラクチャーを生じることによる比表面積の増加の割合を示すものであり、Ｂ／Ａが１であるものは、表面にメルトフラクチャーによる凹凸が全くないことを意味する。
【００３６】
Ｂ／Ａの値が１．５より小さいと、被処理水と担体との接触面積が小さくなるため、処理能力が小さくなり好ましくない。Ｂ／Ａの値が４．０より大きいと、表面のメルトフラクチャーが使用時における担体同士の接触により容易に削られてしまい、好ましくない。なお、見かけの比表面積Ａ及び実比表面積Ｂは、自動比表面積／細孔分布測定装置〔Ｔｒｉｓｔａｒ３０００、（株）島津製作所製〕で測定した値を用いることができる。
【００３７】
発泡体を構成する樹脂成分は、メルトフローインデックスが５〜２５ｇ／１０ｍｉｎであるものが好ましい。メルトフローインデックスが５ｇ／１０ｍｉｎより小さいと樹脂成分の流動性に欠けるため、発泡体の成形に不向きであり、また、２５ｇ／１０ｍｉｎより大きいと発泡成形時に潰れる現象が生じるおそれがある。
【００３８】
ここでメルトフローインデックス（以下、単に「ＭＦＩ」と略記する場合がある。）とは、溶融状態にある樹脂の流動性を示す尺度の一つで、一定圧力，一定温度の下に、規定の寸法をもつノズル（オリフィス）から樹脂が流出する量を測定し、１０分間当たりの重量（単位：ｇ／１０ｍｉｎ）で表した指数として一般的に知られている。本発明では、２３０℃、２１．６Ｎ荷重（ＤＩＮ５３７３５）での値を採用する。
【００３９】
発泡体（Ｉ），（II）を構成する樹脂成分として好ましいものは、ポリエチレン（以下、単に「ＰＥ」と略記する場合がある。）、ポリプロピレン（以下、単に「ＰＰ」と略記する場合がある。）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下、単に「ＥＶＡ」と略記する場合がある。）等が挙げられる。これらの樹脂を単独で用いてもよく、適宜組み合わせた混合物として用いてもよい。また、発泡体（Ｉ），（II）を構成する樹脂成分は、ポリオレフィン系樹脂に他の熱可塑性樹脂成分を加えたものであってもよい。他の熱可塑性樹脂成分として、ポリスチレン（以下、単に「ＰＳ」と略記する場合がある。）、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリ乳酸、ポリメチルメタクリレート、ＡＢＳ樹脂等が挙げられる。
【００４０】
発泡体（Ｉ），（II）を構成する樹脂成分としてはポリエチレンが特に好ましいが、上記のＭＦＩの範囲内であれば、ＰＥと他のポリオレフィン系樹脂等との混合物、例えば、ＰＥとＰＰの混合物、ＰＥとＥＶＡの混合物、ＰＥとＰＰとＥＶＡの混合物、ＰＥとＰＰとＰＳの混合物、ＰＥとＰＰとＥＶＡとＰＳの混合物、或いはこれらに更に他の熱可塑性樹脂を混合した混合物でもよい。具体的には、ＰＥ、ＰＰ、ＥＶＡ、ＰＳを含む他の熱可塑性樹脂の組成比（重量比）が、樹脂全体を１００として、ＰＥ：ＰＰ：ＥＶＡ：ＰＳを含む他の熱可塑性樹脂＝１００〜６０：４０〜０：２０〜０：１５〜０となることが好ましい。なお、担体の耐摩耗性を高めるためには、樹脂成分中にＥＶＡを１０重量％以上含有させることが好ましい。また、これらの樹脂成分は再生樹脂であってもよい。
【００４１】
一方、親水化剤としてのセルロース系粉末としては、木粉、セルロース粉末、麻セルロース粉末などが挙げられ、おがくず、アビセル、アーボセル、紙粉、セルロースビーズ、微結晶セルロース、ミクロフィブリル化セルロースなどが例示されるが、特に木粉を用いることが好ましい。これらはいずれかを単独で用いてもよく、また、２種類以上を任意の割合で混合して用いてもよい。
【００４２】
親水化剤の形状は、球状、楕円状、くさび状、ウィスカー状、繊維状などであるが、これら以外の形状であってもよい。また、親水化剤の粒径は２００メッシュパス品、好ましくは１００メッシュパス品、さらに好ましくは４０メッシュパス品がよい。
【００４３】
本発明において、親水化剤は、独立気泡を有する発泡体に対し、水浸透機能を付与する役割を有するが、そのためには親水化剤は、発泡体の表面に露出ないし突出していることが望ましい。ここで露出とは、発泡体表面に親水化剤の表面の一部が出現していることを意味し、突出とは、発泡体表面から親水化剤の一部が突き出ていることを意味する。即ち、露出ないし突出しているとは、発泡体中に親水化剤の全体あるいは一部が埋没しており、かつ、発泡体表面に親水化剤の表面の一部が現れている状態、あるいは、親水化剤の一部が発泡体表面に突き出ている状態を意味する。
【００４４】
また、発泡体（II）に用いられる無機粉末としては、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、ゼオライト、タルク、酸化チタン、チタン酸カリウム、水酸化アルミニウム等が挙げられ、特に硫酸バリウムを用いることが好ましい。これらの無機粉末は、いずれかを単独で用いてもよく、２種類以上の無機粉末を用いてもよい。
【００４５】
発泡体（Ｉ），（II）において、樹脂成分の割合が上記範囲よりも多く、親水化剤の割合が少ないと、親水化剤を用いることによる水浸透機能の付与効果が十分でなく、水中に沈降する状態とするのに長い時間が必要となり、逆に樹脂成分の割合が上位範囲よりも少なく、親水化剤の割合が多いと担体の強度が低下してしまう。
【００４６】
また、発泡体（II）において、無機粉末は発泡の際の核材、ならびに比重調整のために配合されるが、更に樹脂成分や親水化剤の使用量を減らして製造コストの低減化を図るものである。無機粉末の割合が上記範囲よりも少ないとこのような無機粉末の配合効果を十分に得ることができず、多いと比重が高くなりすぎてしまう。
【００４７】
発泡体（Ｉ），（II）は、後述のように、発泡剤を用いて発泡形成されるが、その発泡倍率は２〜１０倍で、見かけ容積から求められる比重が０．１０〜０．８０ｇ／ｍｌであることが好ましい。
【００４８】
発泡体（Ｉ），（II）の発泡倍率が上記下限より小さいと、比重が大きくなりすぎるため、水中で流動させる際に大きな力を必要とするため好ましくない。また、発泡倍率が上記上限より大きいと、比重が小さくなるため、水面に浮き易くなり、好ましくない。
【００４９】
また、見かけ容積から求められる比重が上記下限より小さくても大きくても、前述の本発明で規定される沈降速度を満足し得なくなる場合がある。なお、ここで発泡体の見かけ容積から求められる比重とは、発泡体を５０ｍｌメスシリンダーに見かけ容積で３０ｍｌ量り取り、その重量から算出して求めた値（単位：ｇ／ｍｌ）であって、実質的な比重を示すものとする。これは、発泡体（Ｉ），（II）が、その表面にメルトラクチャー状態を有しているため、真の体積を測定するのが非常に困難なためである。以下において、発泡体の見かけ容積から求められる比重を、単に「比重」と称す。
【００５０】
発泡体（Ｉ），（II）は、前述のポリオレフィン系樹脂、親水化剤、更には無機粉末を溶融混練し、更に発泡剤を溶融混練して得られた混合物を発泡させた後、所定の大きさにカットすることにより製造することができる。
【００５１】
発泡剤としては、重炭酸ナトリウム（重曹）、アゾジカルボンアミドなどが挙げられる。発泡剤は、これらに制限されるものではなく、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、バリウムアゾジカルボキシレート等のアゾ化合物、Ｎ，Ｎ−ジニトロソペンタメチレンテトラミン等のニトロソ化合物、４，４’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）等のヒドラジン誘導体、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、重炭酸ナトリウム等の重炭酸塩、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等）、過酸化水素と酵素との混合物、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。中でも、分解温度が低く、安価であるという点から、重炭酸ナトリウム（重曹）を用いることが特に好ましい。
【００５２】
更に、発泡剤として、いわゆる自立発泡剤（独立発泡剤、マイクロスフィア、熱膨張性マイクロカプセルともいう）を用いることができる。この自立発泡剤は、発泡により発泡剤自身が外壁面を有する中空球状粒子となることから、樹脂組成物を水中に押し出し発泡させる代わりに気相中（例えば、空気中）に押し出し発泡させても、発泡体の中空部分が潰れることなく維持され、所望の発泡倍率を有する発泡体が得られる。自立発泡剤としては、外壁用のポリマーとして例えば塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体やアクリロニトリル−メタアクリロニトリル共重合体等を使用し、これに内包する揮発性の液体として例えばイソブタン、イソペンタン等を使用したものが挙げられる。具体的にはエクスパンセル（日本フィライト株式会社）やＥＰＤ−０３（永和化成工業株式会社）などを例示することができる。なお、本発明では、セルロース系粉末の親水化剤の存在によって、自立発泡剤による発泡体へも水が透過することから、得られる発泡体は水透過性に優れたものとなる。
【００５３】
これらの発泡剤は１種のみを用いてもよく２種以上を混合して用いてもよい。発泡剤は、前述の好適な発泡倍率を得るために、発泡体（Ｉ）においてはポリオレフィン系樹脂と親水化剤の合計１００重量部に対して、発泡体（II）においてはポリオレフィン系樹脂と親水化剤と無機粉末の合計１００重量部に対して、それぞれ０．５〜８重量部の割合で用いることが好ましい。
【００５４】
担体として上述のような流動性非生物担体を用いる本発明において処理対象となる被処理水は、嫌気性微生物と接触させて嫌気性処理を行うことにより処理可能な有機物を含む液であればよく、組成や濃度には特に制限は無い。
【００５５】
被処理水のＣＯＤ濃度としては特に制限はないが、担体を用いる嫌気性処理は、前述の如く、ＵＡＳＢ法やＥＧＳＢ法のようなグラニュールを用いた処理への適用が困難な低濃度排水の処理において特に優れた効果を発揮することから、本発明における被処理水としては、ＣＯＤＣｒ濃度が２０００ｍｇ／Ｌ以下、例えば５００〜２０００ｍｇ／Ｌの低濃度排水の処理に有効である。
このような排水としては、食品工場等の製造廃水、化学工場等の有機性廃水、一般下水等が含まれるが、何らこれらに限定されるものではない。
【００５６】
被処理水中に糖、タンパク等の高分子成分が含まれる場合には、後掲の実施例で用いた嫌気性処理装置のように、流動性非生物担体を充填した反応槽の前処理手段として高分子を酢酸やプロピオン酸といった低分子有機酸まで分解する酸生成槽を設けてもよい。
【００５７】
この場合、酸生成槽の処理条件としては、被処理水の生分解性等の条件により異なるが、ｐＨ５〜８、好ましくは５．５〜７．０、温度２０〜４０℃、好ましくは２５〜３５℃、ＨＲＴ２〜２４ｈｒ、好ましくは２〜８ｈｒが適当である。
このような酸生成槽により低分子化が十分進行していると、後段の流動性非生物担体を充填した反応槽における処理が良好に進行する。
【００５８】
メタノール、酢酸等のメタン生成細菌が直接利用可能な化合物のみを含む排水の場合には、酸生成槽は必要なく、被処理水を直接流動性非生物担体を充填した反応槽に通水することができる。
【００５９】
本発明において、前述の流動性非生物担体が充填され、被処理水が通水される反応槽としては、攪拌機等を用いる完全混合型反応槽、水流と発生ガスにより槽内を混合する上向流型反応槽等を利用することができるが、特に反応槽の高さ、形を自由に設定でき、担体を多く投入できることから上向流型反応槽を用いることが好ましい。
【００６０】
完全混合型反応槽、上向流型反応槽における処理条件としては、所望の処理効率を得ることができる範囲において、特に制限はないが、例えば以下のような条件を設定することができる。
【００６１】
＜完全混合型反応槽＞
担体充填率：１０〜３０％
ＨＲＴ：１．０〜２４ｈｒ
槽負荷：４．０〜１２．０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３／ｄａｙ
汚泥負荷：０．８〜３．０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙ
ｐＨ：６．５〜７．５
温度：２５〜３８℃
＜上向流型反応槽＞
担体充填率：１０〜８０％
ＨＲＴ：１．０〜２４ｈｒ
上昇流速（ＬＶ）：１．０〜２０ｍ／ｈｒ
槽負荷：４．０〜３２ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３／ｄａｙ
汚泥負荷：０．８〜３．０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙ
ｐＨ：６．５〜７．５
温度：２５〜３８℃
【実施例】
【００６２】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００６３】
なお、以下の実施例及び比較例で用いた流動性非生物担体の仕様は表１に示す通りであり、発泡体の構成材料としてのポリオレフィン系樹脂としては、ポリエチレン（ＭＦＩ１５ｇ／１０ｍｉｎ）を用い、親水化剤としては、だ円形状で、１００メッシュパスの木粉を用い、無機粉末としては硫酸バリウムを用いた。また、担体はいずれも円柱形状であり、担体の大きさとはその円柱の高さである。
【００６４】
【表１】
【００６５】
［実施例１〜３、比較例１〜３］
図１に示す嫌気性処理装置により、糖と有機酸主体の合成排水（ＣＯＤＣｒ濃度：２０００ｍｇ／Ｌ、グルコース：１０００ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌ、酢酸：１０００ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌ、ｐＨ７．０）を原水として通水試験を行った。
この嫌気性処理装置は、原水を酸生成槽１で処理した後、ポンプＰ１でｐＨ調整槽２に送給してｐＨ調整し、ｐＨ調整水をポンプＰ２により流動性非生物担体４を充填した反応槽３に上向流で通水して処理するものである。反応槽３の流出水は一部が循環水としてｐＨ調整槽２に循環され、残部が処理水として系外へ排出される。酸生成槽１内の水はポンプＰ０により循環されている。酸生成槽１及びｐＨ調整槽２には、ｐＨ調整のためにアルカリ剤として水酸化ナトリウムが添加される。１Ａ，２ＡはｐＨ計であり、３Ａ，３Ｂはスクリーンである。
【００６６】
酸生成槽１及び反応槽３の処理条件は以下の通りとした。
＜酸生成槽＞
容量：６．７Ｌ
ＨＲＴ：２ｈｒ
ｐＨ：６．５
温度：３０℃
【００６７】
＜反応槽＞
容量：約１０Ｌ（直径１５ｃｍ、高さ６０ｃｍ）
ＨＲＴ：３ｈｒ
上昇流速（ＬＶ）：１０ｍ／ｈｒ
ｐＨ：７．０
担体充填率：４０％
【００６８】
処理水量は約８０．４Ｌ／ｄａｙ（流入ＣＯＤＣｒ量：約１６０．８ｇ／ｄａｙ）とし、処理開始に当っては、反応槽３に種汚泥として分散状の嫌気汚泥（１０ｇ−ＶＳＳ／Ｌ）を２Ｌ投入した。
【００６９】
実施例１〜３及び比較例１〜３においては、反応槽３に、それぞれ表２に示す担体を充填したこと以外は同様にして処理を行った。このときの処理能力及びＣＯＤＣｒ除去率と、反応槽３内の担体の状態を表２に示す。
【００７０】
【表２】
【００７１】
表２より、本発明によれば、流動性非生物担体を用いる嫌気性処理において、担体の浮上、固着による閉塞現象を起すことなく、高負荷で安定した処理を行うことができることが分かる。
【符号の説明】
【００７２】
１ 酸生成槽
２ ｐＨ調整槽
３ 反応槽
４ 流動性非生物担体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応槽内に流動性を持つ非生物担体を充填し、該非生物担体の表面に生物膜を形成させて嫌気条件下で被処理水を通水して処理する嫌気性処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性排水の嫌気性処理方法として、反応槽内に高密度で沈降性の大きいグラニュール汚泥を形成し、溶解性ＢＯＤを含む有機性排水を上向流通水して、スラッジブランケットを形成した状態で接触させて高負荷高速処理を行うＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket：上向流嫌気性スラッジブランケット）法が採用されている。この方法は、消化速度の遅い固形有機物を分離して別途処理し、消化速度の速い溶解性有機物のみを、嫌気性微生物密度の高いグラニュール汚泥を用いる嫌気性処理によって高負荷で高速処理する方法である。また、このＵＡＳＢ法を発展させたものとして、高さの高い反応槽を用いてさらに高流速で通水し、スラッジブランケットを高展開率で展開して、さらに高負荷で嫌気性処理を行うＥＧＳＢ（Expanded Granule Sludge Blanket）法も行われている。
【０００３】
ＵＡＳＢ法、ＥＧＳＢ法などのグラニュール汚泥を用いる嫌気性処理は、嫌気性微生物を含む汚泥をグラニュール状に維持、増殖させて処理する方法である。この方法は担体に汚泥を保持する固定床や流動床による処理と比較して高い汚泥保持濃度を達成することができるため、高負荷運転が可能であり、また、既に稼働中の処理系から余剰汚泥を調達することにより短期間で立上げが可能であり、最も効率的な嫌気性処理法として一般にも認識されている。
【０００４】
しかし、これらグラニュール汚泥を用いる方法は、排水のＣＯＤ濃度が高い（ＣＯＤＣｒ濃度として概ね２０００ｍｇ／Ｌ以上）場合には非常に効率が高いが、ＣＯＤ濃度が低い場合（ＣＯＤＣｒ濃度として概ね２０００ｍｇ／Ｌ以下）には反応槽に多くの水量を流す必要が生じ、グラニュールが流出してしまう危険性が増し、安定した性能を発揮し得ない傾向がある。
【０００５】
また、排水の種類によってはグラニュールが形成されにくい排水が存在し、初期に投入したグラニュールが徐々に解体してしまい、運転不能となる場合があることも知られている。
【０００６】
これに対し、流動性の非生物担体を用いる方法では、スクリーン等の機械的な方法で反応槽からの担体の流出を防ぐことができ、また、担体表面は常に微生物の生育場所として確保できるため、低濃度のＣＯＤ排水やグラニュールが解体してしまうような排水に対しても適用できるという利点がある。
【０００７】
従来、このような処理に用いる流動性非生物担体としては、各種のものが用いられており、例えば、特許文献１には、粒径０．１〜０．３ｍｍ、比重１〜３程度の担体を用いることが記載されている。また、特許文献２には、粒径０．５〜０．６ｍｍの粒状有機ゲル微粒子を担体として用いることが記載されている。このゲル微粒子は水で膨潤した状態の比重が１．００〜１．５０、好ましくは１．０１〜１．１０であり、本発明に係る沈降速度は１５〜１５０ｍ／ｈｒであると考えられる。
【０００８】
なお、特許文献３には、水沈降性など流体処理性能に優れたポリオレフィン系発泡体よりなる流体処理用担体として、「ポリオレフィン系樹脂を３０〜９５重量％、セルロース系粉末の親水化剤を５〜７０重量％含む発泡体であって、該発泡体の表面がメルトフラクチャー状態を有することを特徴とする流体処理用担体。」「ポリオレフィン系樹脂を３０〜９５重量％、セルロース系粉末の親水化剤を４〜６９重量％、無機粉末を１〜３０重量％含む発泡体であって、該発泡体の表面がメルトフラクチャー状態を有することを特徴とする流体処理用担体。」が記載され、この流体処理用担体を用いた脱窒処理評価結果が示されているが、担体の大きさ及び沈降速度については明らかにされておらず、また、具体的にどのような処理方式としたかについての記載も全くなされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公平６−６７５１１号公報
【特許文献２】特開２００３−６２５９４号公報
【特許文献３】特開２００９−６６５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
流動性非生物担体を用いて嫌気性処理を行う場合、選定した担体の沈降速度が遅いと担体表面に生物膜が形成された後に沈降性が悪化して浮上、流出する；逆に担体の沈降速度が速すぎると流動性が悪くなり、生物膜の肥大化によって固着、閉塞し、運転不可能となる；という課題がある。
また、担体の表面性状は微生物の付着量に大きな影響を与え、結果として反応槽の処理能力を左右することになるが、沈降性を保つために、担体の微生物付着量を少なくすると高い処理能力を維持できない；逆に微生物の付着量を増やすために担体内部まで微生物が生育する構造とすると、生物膜が厚くなりすぎて内部に気泡が発生し、担体が浮上してしまう；といった課題もある。
【００１１】
本発明は、このような課題を解決する嫌気性処理方法及び装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、流動性非生物担体として、表面がメルトフラクチャー状態を有する樹脂発泡体よりなり、特定の大きさと沈降速度を満たすものを用いることにより、十分量の微生物を担体に付着させた上で、担体の浮上、流出、固着による閉塞を防止して良好な流動床を形成することができ、安定かつ効率的な嫌気性処理が行えることを見出した。
【００１３】
本発明はこのような知見に基いて達成されたものであり、以下を要旨とする。
【００１４】
［１］ 流動性の非生物担体を充填した反応槽に嫌気条件下で被処理水を通水し、該非生物担体の表面に生物膜を形成させて被処理水を処理する嫌気性処理方法において、該非生物担体が以下の（Ｉ）及び／又は（II）の発泡体よりなり、該担体の大きさが１．０〜５．０ｍｍであり、該担体の沈降速度が２００〜５００ｍ／ｈｒであることを特徴とする嫌気性処理方法。
（Ｉ） ポリオレフィン系樹脂を主体とする樹脂成分３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤５〜７０重量％とを含む発泡体であって、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体
（II） ポリオレフィン系樹脂を主体とする樹脂成分３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤４〜６９重量％と、無機粉末１〜３０重量％とを含む発泡体であって、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体
【００１５】
［２］ ［１］において、前記発泡体の表面のメルトフラクチャー状態が、下記式（１）で示される比表面積比を満たすものであることを特徴とする嫌気性処理方法。
Ｂ／Ａ＝１．５〜４．０ ・・・（１）
（式（１）中、Ａは発泡体の見かけの比表面積、Ｂは発泡体の実比表面積を示す。）
【００１６】
［３］ ［１］又は［２］において、前記親水化剤は、前記発泡体の表面に露出ないし突出していることを特徴とする嫌気性処理方法。
【００１７】
［４］ ［１］ないし［３］のいずれかにおいて、前記樹脂成分のメルトフローインデックスが５〜２５ｇ／１０ｍｉｎであることを特徴とする嫌気性処理方法。
【００１８】
［５］ ［４］において、前記樹脂成分は、ポリエチレン、或いは、ポリエチレンと、ポリプロピレン、ポリスチレン及びエチレン−酢酸ビニル共重合体よりなる群から選ばれる１種又は２種以上との混合物であることを特徴とする嫌気性処理方法。
【００１９】
［６］ ［１］ないし［５］のいずれかにおいて、前記発泡体の発泡倍率が２〜１０倍、見かけ容積から求められる比重が０．１０〜０．８０ｇ／ｍｌであることを特徴とする嫌気性処理方法。
【００２０】
［７］ ［１］ないし［６］のいずれかにおいて、前記反応槽が上向流型反応槽であることを特徴とする嫌気性処理方法。
【００２１】
［８］ 流動性の非生物担体を充填した反応槽に嫌気条件下で被処理水を通水し、該非生物担体の表面に生物膜を形成させて被処理水を処理する嫌気性処理装置において、該非生物担体が以下の（Ｉ）及び／又は（II）の発泡体よりなり、該担体の大きさが１．０〜５．０ｍｍであり、該担体の沈降速度が２００〜５００ｍ／ｈｒであることを特徴とする嫌気性処理装置。
（Ｉ） ポリオレフィン系樹脂を主体とする樹脂成分３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤５〜７０重量％とを含む発泡体であって、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体
（II） ポリオレフィン系樹脂を主体とする樹脂成分３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤４〜６９重量％と、無機粉末１〜３０重量％とを含む発泡体であって、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、反応槽内に流動性を持つ非生物担体を充填し、該非生物担体の表面に生物膜を形成させて嫌気条件下で被処理水を通水して嫌気性処理するにあたり、流動性非生物担体として、特定の大きさと沈降速度を満たすものを用いることにより、十分量の微生物を担体に付着させた上で、担体の浮上、流出、固着による閉塞を防止して良好な流動床を形成することができ、安定かつ効率的な嫌気性処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例で用いた嫌気性処理装置の構成を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２５】
本発明は、流動性の非生物担体を充填した反応槽に嫌気条件下で被処理水を通水し、該非生物担体の表面に生物膜を形成させて被処理水を処理するに当たり、流動性非生物担体として特定のものを用いることを特徴とする。
【００２６】
まず、本発明で用いる流動性非生物担体について説明する。
【００２７】
本発明の嫌気性処理方法で用いる流動性非生物担体は、大きさが１．０〜５．０ｍｍで、沈降速度が２００〜５００ｍ／ｈｒのものである。
【００２８】
担体の大きさが大き過ぎると反応槽体積当りの表面積が小さくなり、小さ過ぎると沈降速度が遅くなり、処理水との分離が困難になる。本発明で用いる担体の好ましい大きさは２．５〜４．０ｍｍである。
【００２９】
なお、ここで、担体の大きさとは、通常「粒径」と称されるものであり、例えば直方体形状の担体であればその長辺の長さをさし、立方体形状の担体であればその一辺の長さをさし、円柱形状の担体であれば直径又は円柱の高さのうちいずれか大きい方をさす。また、これらの形状以外の異形形状の担体であれば、担体を２枚の平行な板で挟んだときに、この板の間隔が最も大きくなる部位の板の間隔をさす。
本発明において、担体の大きさは、その平均値が１．０〜５．０ｍｍ、好ましくは２．５〜４．０ｍｍの範囲であればよく、すべての担体の大きさがこの範囲でなくてもよい。
【００３０】
また、担体の沈降速度が小さすぎると、水流や発生ガスにより浮上し易く、水面近くにスカム状に蓄積してしまう。即ち、非生物担体を用いる方法の場合、表面に生物膜が形成され、生物膜内部でガスが発生する反応が進行するため、担体の見かけ比重は生物膜の形成に伴って軽くなっていく。この生物膜の影響を考慮して、担体自体の比重、沈降速度を決定する必要がある。逆に、担体の沈降速度が大きすぎると被処理水との接触効率が悪くなり、十分な処理効率が得られない、或いは担体の堆積層に固形物が蓄積して流路が閉塞するといった弊害が出る。本発明で用いる担体の好ましい沈降速度は２００〜５００ｍ／ｈｒである。
【００３１】
なお、ここで、担体の沈降速度とは、担体を水（水道水等の清水）に浸して沈んだものを取り出し、これを水（水道水等の清水）に入れたメスシリンダーに投入し、単位時間当たりの沈降距離を測定して求められた値であり、本発明においては、１０〜２０個の担体について測定を行い、その平均値を沈降速度とした。
【００３２】
本発明で用いる担体は、以下の（Ｉ）及び／又は（II）の発泡体よりなるものであり、このような樹脂発泡体よりなるものであれば、比重や粒径の調整が容易である点においても好ましい。
（Ｉ） ポリオレフィン系樹脂を主体とする樹脂成分３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤５〜７０重量％とを含む発泡体であって、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体（以下「発泡体（Ｉ）」と記載する場合がある。）
（II） ポリオレフィン系樹脂を主体とする樹脂成分３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤４〜６９重量％と、無機粉末１〜３０重量％とを含む発泡体であって、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体（以下「発泡体（II）」と記載する場合がある。）
【００３３】
ここでメルトフラクチャーとは、プラスチック成形時に、成形品の表面に凹凸が生じる現象（平滑な表面を有さない状態）として、一般的に知られている。例えば、プラスチック材料の押出成形において、押出機の内圧が著しく高くなったり、押出速度が著しく大きくなったり、或いは、プラスチック材料の温度が低くなりすぎたりしたとき、成形品の表面に不規則な凹凸が生じたり、表面の光沢を失ったりする現象をいう。
【００３４】
本発明に係る担体の好ましいメルトフラクチャー状態は、下記式（１）で示される比表面積比を満たすものである。
Ｂ／Ａ＝１．５〜４．０ ・・・（１）
【００３５】
ここで、Ａは発泡体の見かけの比表面積、Ｂは発泡体の実比表面積を示す。
発泡体の見かけの比表面積Ａとは、発泡体の表面が平滑な状態、つまり、メルトフラクチャーを生じていない状態での比表面積を示し、実比表面積Ｂとは、メルトフラクチャーが生じている状態での実際の比表面積を示す。即ち、上記式（１）で示されるＢ／Ａの値は、メルトフラクチャーを生じることによる比表面積の増加の割合を示すものであり、Ｂ／Ａが１であるものは、表面にメルトフラクチャーによる凹凸が全くないことを意味する。
【００３６】
Ｂ／Ａの値が１．５より小さいと、被処理水と担体との接触面積が小さくなるため、処理能力が小さくなり好ましくない。Ｂ／Ａの値が４．０より大きいと、表面のメルトフラクチャーが使用時における担体同士の接触により容易に削られてしまい、好ましくない。なお、見かけの比表面積Ａ及び実比表面積Ｂは、自動比表面積／細孔分布測定装置〔Ｔｒｉｓｔａｒ３０００、（株）島津製作所製〕で測定した値を用いることができる。
【００３７】
発泡体を構成する樹脂成分は、メルトフローインデックスが５〜２５ｇ／１０ｍｉｎであるものが好ましい。メルトフローインデックスが５ｇ／１０ｍｉｎより小さいと樹脂成分の流動性に欠けるため、発泡体の成形に不向きであり、また、２５ｇ／１０ｍｉｎより大きいと発泡成形時に潰れる現象が生じるおそれがある。
【００３８】
ここでメルトフローインデックス（以下、単に「ＭＦＩ」と略記する場合がある。）とは、溶融状態にある樹脂の流動性を示す尺度の一つで、一定圧力，一定温度の下に、規定の寸法をもつノズル（オリフィス）から樹脂が流出する量を測定し、１０分間当たりの重量（単位：ｇ／１０ｍｉｎ）で表した指数として一般的に知られている。本発明では、２３０℃、２１．６Ｎ荷重（ＤＩＮ５３７３５）での値を採用する。
【００３９】
発泡体（Ｉ），（II）を構成する樹脂成分として好ましいものは、ポリエチレン（以下、単に「ＰＥ」と略記する場合がある。）、ポリプロピレン（以下、単に「ＰＰ」と略記する場合がある。）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下、単に「ＥＶＡ」と略記する場合がある。）等が挙げられる。これらの樹脂を単独で用いてもよく、適宜組み合わせた混合物として用いてもよい。また、発泡体（Ｉ），（II）を構成する樹脂成分は、ポリオレフィン系樹脂に他の熱可塑性樹脂成分を加えたものであってもよい。他の熱可塑性樹脂成分として、ポリスチレン（以下、単に「ＰＳ」と略記する場合がある。）、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリ乳酸、ポリメチルメタクリレート、ＡＢＳ樹脂等が挙げられる。
【００４０】
発泡体（Ｉ），（II）を構成する樹脂成分としてはポリエチレンが特に好ましいが、上記のＭＦＩの範囲内であれば、ＰＥと他のポリオレフィン系樹脂等との混合物、例えば、ＰＥとＰＰの混合物、ＰＥとＥＶＡの混合物、ＰＥとＰＰとＥＶＡの混合物、ＰＥとＰＰとＰＳの混合物、ＰＥとＰＰとＥＶＡとＰＳの混合物、或いはこれらに更に他の熱可塑性樹脂を混合した混合物でもよい。具体的には、ＰＥ、ＰＰ、ＥＶＡ、ＰＳを含む他の熱可塑性樹脂の組成比（重量比）が、樹脂全体を１００として、ＰＥ：ＰＰ：ＥＶＡ：ＰＳを含む他の熱可塑性樹脂＝１００〜６０：４０〜０：２０〜０：１５〜０となることが好ましい。なお、担体の耐摩耗性を高めるためには、樹脂成分中にＥＶＡを１０重量％以上含有させることが好ましい。また、これらの樹脂成分は再生樹脂であってもよい。
【００４１】
一方、親水化剤としてのセルロース系粉末としては、木粉、セルロース粉末、麻セルロース粉末などが挙げられ、おがくず、アビセル、アーボセル、紙粉、セルロースビーズ、微結晶セルロース、ミクロフィブリル化セルロースなどが例示されるが、特に木粉を用いることが好ましい。これらはいずれかを単独で用いてもよく、また、２種類以上を任意の割合で混合して用いてもよい。
【００４２】
親水化剤の形状は、球状、楕円状、くさび状、ウィスカー状、繊維状などであるが、これら以外の形状であってもよい。また、親水化剤の粒径は２００メッシュパス品、好ましくは１００メッシュパス品、さらに好ましくは４０メッシュパス品がよい。
【００４３】
本発明において、親水化剤は、独立気泡を有する発泡体に対し、水浸透機能を付与する役割を有するが、そのためには親水化剤は、発泡体の表面に露出ないし突出していることが望ましい。ここで露出とは、発泡体表面に親水化剤の表面の一部が出現していることを意味し、突出とは、発泡体表面から親水化剤の一部が突き出ていることを意味する。即ち、露出ないし突出しているとは、発泡体中に親水化剤の全体あるいは一部が埋没しており、かつ、発泡体表面に親水化剤の表面の一部が現れている状態、あるいは、親水化剤の一部が発泡体表面に突き出ている状態を意味する。
【００４４】
また、発泡体（II）に用いられる無機粉末としては、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、ゼオライト、タルク、酸化チタン、チタン酸カリウム、水酸化アルミニウム等が挙げられ、特に硫酸バリウムを用いることが好ましい。これらの無機粉末は、いずれかを単独で用いてもよく、２種類以上の無機粉末を用いてもよい。
【００４５】
発泡体（Ｉ），（II）において、樹脂成分の割合が上記範囲よりも多く、親水化剤の割合が少ないと、親水化剤を用いることによる水浸透機能の付与効果が十分でなく、水中に沈降する状態とするのに長い時間が必要となり、逆に樹脂成分の割合が上位範囲よりも少なく、親水化剤の割合が多いと担体の強度が低下してしまう。
【００４６】
また、発泡体（II）において、無機粉末は発泡の際の核材、ならびに比重調整のために配合されるが、更に樹脂成分や親水化剤の使用量を減らして製造コストの低減化を図るものである。無機粉末の割合が上記範囲よりも少ないとこのような無機粉末の配合効果を十分に得ることができず、多いと比重が高くなりすぎてしまう。
【００４７】
発泡体（Ｉ），（II）は、後述のように、発泡剤を用いて発泡形成されるが、その発泡倍率は２〜１０倍で、見かけ容積から求められる比重が０．１０〜０．８０ｇ／ｍｌであることが好ましい。
【００４８】
発泡体（Ｉ），（II）の発泡倍率が上記下限より小さいと、比重が大きくなりすぎるため、水中で流動させる際に大きな力を必要とするため好ましくない。また、発泡倍率が上記上限より大きいと、比重が小さくなるため、水面に浮き易くなり、好ましくない。
【００４９】
また、見かけ容積から求められる比重が上記下限より小さくても大きくても、前述の本発明で規定される沈降速度を満足し得なくなる場合がある。なお、ここで発泡体の見かけ容積から求められる比重とは、発泡体を５０ｍｌメスシリンダーに見かけ容積で３０ｍｌ量り取り、その重量から算出して求めた値（単位：ｇ／ｍｌ）であって、実質的な比重を示すものとする。これは、発泡体（Ｉ），（II）が、その表面にメルトラクチャー状態を有しているため、真の体積を測定するのが非常に困難なためである。以下において、発泡体の見かけ容積から求められる比重を、単に「比重」と称す。
【００５０】
発泡体（Ｉ），（II）は、前述のポリオレフィン系樹脂、親水化剤、更には無機粉末を溶融混練し、更に発泡剤を溶融混練して得られた混合物を発泡させた後、所定の大きさにカットすることにより製造することができる。
【００５１】
発泡剤としては、重炭酸ナトリウム（重曹）、アゾジカルボンアミドなどが挙げられる。発泡剤は、これらに制限されるものではなく、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、バリウムアゾジカルボキシレート等のアゾ化合物、Ｎ，Ｎ−ジニトロソペンタメチレンテトラミン等のニトロソ化合物、４，４’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）等のヒドラジン誘導体、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、重炭酸ナトリウム等の重炭酸塩、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等）、過酸化水素と酵素との混合物、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。中でも、分解温度が低く、安価であるという点から、重炭酸ナトリウム（重曹）を用いることが特に好ましい。
【００５２】
更に、発泡剤として、いわゆる自立発泡剤（独立発泡剤、マイクロスフィア、熱膨張性マイクロカプセルともいう）を用いることができる。この自立発泡剤は、発泡により発泡剤自身が外壁面を有する中空球状粒子となることから、樹脂組成物を水中に押し出し発泡させる代わりに気相中（例えば、空気中）に押し出し発泡させても、発泡体の中空部分が潰れることなく維持され、所望の発泡倍率を有する発泡体が得られる。自立発泡剤としては、外壁用のポリマーとして例えば塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体やアクリロニトリル−メタアクリロニトリル共重合体等を使用し、これに内包する揮発性の液体として例えばイソブタン、イソペンタン等を使用したものが挙げられる。具体的にはエクスパンセル（日本フィライト株式会社）やＥＰＤ−０３（永和化成工業株式会社）などを例示することができる。なお、本発明では、セルロース系粉末の親水化剤の存在によって、自立発泡剤による発泡体へも水が透過することから、得られる発泡体は水透過性に優れたものとなる。
【００５３】
これらの発泡剤は１種のみを用いてもよく２種以上を混合して用いてもよい。発泡剤は、前述の好適な発泡倍率を得るために、発泡体（Ｉ）においてはポリオレフィン系樹脂と親水化剤の合計１００重量部に対して、発泡体（II）においてはポリオレフィン系樹脂と親水化剤と無機粉末の合計１００重量部に対して、それぞれ０．５〜８重量部の割合で用いることが好ましい。
【００５４】
担体として上述のような流動性非生物担体を用いる本発明において処理対象となる被処理水は、嫌気性微生物と接触させて嫌気性処理を行うことにより処理可能な有機物を含む液であればよく、組成や濃度には特に制限は無い。
【００５５】
被処理水のＣＯＤ濃度としては特に制限はないが、担体を用いる嫌気性処理は、前述の如く、ＵＡＳＢ法やＥＧＳＢ法のようなグラニュールを用いた処理への適用が困難な低濃度排水の処理において特に優れた効果を発揮することから、本発明における被処理水としては、ＣＯＤＣｒ濃度が２０００ｍｇ／Ｌ以下、例えば５００〜２０００ｍｇ／Ｌの低濃度排水の処理に有効である。
このような排水としては、食品工場等の製造廃水、化学工場等の有機性廃水、一般下水等が含まれるが、何らこれらに限定されるものではない。
【００５６】
被処理水中に糖、タンパク等の高分子成分が含まれる場合には、後掲の実施例で用いた嫌気性処理装置のように、流動性非生物担体を充填した反応槽の前処理手段として高分子を酢酸やプロピオン酸といった低分子有機酸まで分解する酸生成槽を設けてもよい。
【００５７】
この場合、酸生成槽の処理条件としては、被処理水の生分解性等の条件により異なるが、ｐＨ５〜８、好ましくは５．５〜７．０、温度２０〜４０℃、好ましくは２５〜３５℃、ＨＲＴ２〜２４ｈｒ、好ましくは２〜８ｈｒが適当である。
このような酸生成槽により低分子化が十分進行していると、後段の流動性非生物担体を充填した反応槽における処理が良好に進行する。
【００５８】
メタノール、酢酸等のメタン生成細菌が直接利用可能な化合物のみを含む排水の場合には、酸生成槽は必要なく、被処理水を直接流動性非生物担体を充填した反応槽に通水することができる。
【００５９】
本発明において、前述の流動性非生物担体が充填され、被処理水が通水される反応槽としては、攪拌機等を用いる完全混合型反応槽、水流と発生ガスにより槽内を混合する上向流型反応槽等を利用することができるが、特に反応槽の高さ、形を自由に設定でき、担体を多く投入できることから上向流型反応槽を用いることが好ましい。
【００６０】
完全混合型反応槽、上向流型反応槽における処理条件としては、所望の処理効率を得ることができる範囲において、特に制限はないが、例えば以下のような条件を設定することができる。
【００６１】
＜完全混合型反応槽＞
担体充填率：１０〜３０％
ＨＲＴ：１．０〜２４ｈｒ
槽負荷：４．０〜１２．０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３／ｄａｙ
汚泥負荷：０．８〜３．０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙ
ｐＨ：６．５〜７．５
温度：２５〜３８℃
＜上向流型反応槽＞
担体充填率：１０〜８０％
ＨＲＴ：１．０〜２４ｈｒ
上昇流速（ＬＶ）：１．０〜２０ｍ／ｈｒ
槽負荷：４．０〜３２ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３／ｄａｙ
汚泥負荷：０．８〜３．０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙ
ｐＨ：６．５〜７．５
温度：２５〜３８℃
【実施例】
【００６２】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００６３】
なお、以下の実施例及び比較例で用いた流動性非生物担体の仕様は表１に示す通りであり、発泡体の構成材料としてのポリオレフィン系樹脂としては、ポリエチレン（ＭＦＩ１５ｇ／１０ｍｉｎ）を用い、親水化剤としては、だ円形状で、１００メッシュパスの木粉を用い、無機粉末としては硫酸バリウムを用いた。また、担体はいずれも円柱形状であり、担体の大きさとはその円柱の高さである。
【００６４】
【表１】
【００６５】
［実施例１〜３、比較例１〜３］
図１に示す嫌気性処理装置により、糖と有機酸主体の合成排水（ＣＯＤＣｒ濃度：２０００ｍｇ／Ｌ、グルコース：１０００ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌ、酢酸：１０００ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌ、ｐＨ７．０）を原水として通水試験を行った。
この嫌気性処理装置は、原水を酸生成槽１で処理した後、ポンプＰ１でｐＨ調整槽２に送給してｐＨ調整し、ｐＨ調整水をポンプＰ２により流動性非生物担体４を充填した反応槽３に上向流で通水して処理するものである。反応槽３の流出水は一部が循環水としてｐＨ調整槽２に循環され、残部が処理水として系外へ排出される。酸生成槽１内の水はポンプＰ０により循環されている。酸生成槽１及びｐＨ調整槽２には、ｐＨ調整のためにアルカリ剤として水酸化ナトリウムが添加される。１Ａ，２ＡはｐＨ計であり、３Ａ，３Ｂはスクリーンである。
【００６６】
酸生成槽１及び反応槽３の処理条件は以下の通りとした。
＜酸生成槽＞
容量：６．７Ｌ
ＨＲＴ：２ｈｒ
ｐＨ：６．５
温度：３０℃
【００６７】
＜反応槽＞
容量：約１０Ｌ（直径１５ｃｍ、高さ６０ｃｍ）
ＨＲＴ：３ｈｒ
上昇流速（ＬＶ）：１０ｍ／ｈｒ
ｐＨ：７．０
担体充填率：４０％
【００６８】
処理水量は約８０．４Ｌ／ｄａｙ（流入ＣＯＤＣｒ量：約１６０．８ｇ／ｄａｙ）とし、処理開始に当っては、反応槽３に種汚泥として分散状の嫌気汚泥（１０ｇ−ＶＳＳ／Ｌ）を２Ｌ投入した。
【００６９】
実施例１〜３及び比較例１〜３においては、反応槽３に、それぞれ表２に示す担体を充填したこと以外は同様にして処理を行った。このときの処理能力及びＣＯＤＣｒ除去率と、反応槽３内の担体の状態を表２に示す。
【００７０】
【表２】
【００７１】
表２より、本発明によれば、流動性非生物担体を用いる嫌気性処理において、担体の浮上、固着による閉塞現象を起すことなく、高負荷で安定した処理を行うことができることが分かる。
【符号の説明】
【００７２】
１ 酸生成槽
２ ｐＨ調整槽
３ 反応槽
４ 流動性非生物担体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動性の非生物担体を充填した反応槽に嫌気条件下で被処理水を通水し、該非生物担体の表面に生物膜を形成させて被処理水を処理する嫌気性処理方法において、該非生物担体が以下の（Ｉ）及び／又は（II）の発泡体よりなり、該担体の大きさが１．０〜５．０ｍｍであり、該担体の沈降速度が２００〜５００ｍ／ｈｒであることを特徴とする嫌気性処理方法。
（Ｉ） ポリオレフィン系樹脂を主体とする樹脂成分３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤５〜７０重量％とを含む発泡体であって、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体
（II） ポリオレフィン系樹脂を主体とする樹脂成分３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤４〜６９重量％と、無機粉末１〜３０重量％とを含む発泡体であって、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体
【請求項２】
請求項１において、前記発泡体の表面のメルトフラクチャー状態が、下記式（１）で示される比表面積比を満たすものであることを特徴とする嫌気性処理方法。
Ｂ／Ａ＝１．５〜４．０ ・・・（１）
（式（１）中、Ａは発泡体の見かけの比表面積、Ｂは発泡体の実比表面積を示す。）
【請求項３】
請求項１又は２において、前記親水化剤は、前記発泡体の表面に露出ないし突出していることを特徴とする嫌気性処理方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記樹脂成分のメルトフローインデックスが５〜２５ｇ／１０ｍｉｎであることを特徴とする嫌気性処理方法。
【請求項５】
請求項４において、前記樹脂成分は、ポリエチレン、或いは、ポリエチレンと、ポリプロピレン、ポリスチレン及びエチレン−酢酸ビニル共重合体よりなる群から選ばれる１種又は２種以上との混合物であることを特徴とする嫌気性処理方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記発泡体の発泡倍率が２〜１０倍、見かけ容積から求められる比重が０．１０〜０．８０ｇ／ｍｌであることを特徴とする嫌気性処理方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項において、前記反応槽が上向流型反応槽であることを特徴とする嫌気性処理方法。
【請求項８】
流動性の非生物担体を充填した反応槽に嫌気条件下で被処理水を通水し、該非生物担体の表面に生物膜を形成させて被処理水を処理する嫌気性処理装置において、該非生物担体が以下の（Ｉ）及び／又は（II）の発泡体よりなり、該担体の大きさが１．０〜５．０ｍｍであり、該担体の沈降速度が２００〜５００ｍ／ｈｒであることを特徴とする嫌気性処理装置。
（Ｉ） ポリオレフィン系樹脂を主体とする樹脂成分３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤５〜７０重量％とを含む発泡体であって、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体
（II） ポリオレフィン系樹脂を主体とする樹脂成分３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤４〜６９重量％と、無機粉末１〜３０重量％とを含む発泡体であって、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体
【請求項１】
流動性の非生物担体を充填した反応槽に嫌気条件下で被処理水を通水し、該非生物担体の表面に生物膜を形成させて被処理水を処理する嫌気性処理方法において、該非生物担体が以下の（Ｉ）及び／又は（II）の発泡体よりなり、該担体の大きさが１．０〜５．０ｍｍであり、該担体の沈降速度が２００〜５００ｍ／ｈｒであることを特徴とする嫌気性処理方法。
（Ｉ） ポリオレフィン系樹脂を主体とする樹脂成分３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤５〜７０重量％とを含む発泡体であって、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体
（II） ポリオレフィン系樹脂を主体とする樹脂成分３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤４〜６９重量％と、無機粉末１〜３０重量％とを含む発泡体であって、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体
【請求項２】
請求項１において、前記発泡体の表面のメルトフラクチャー状態が、下記式（１）で示される比表面積比を満たすものであることを特徴とする嫌気性処理方法。
Ｂ／Ａ＝１．５〜４．０ ・・・（１）
（式（１）中、Ａは発泡体の見かけの比表面積、Ｂは発泡体の実比表面積を示す。）
【請求項３】
請求項１又は２において、前記親水化剤は、前記発泡体の表面に露出ないし突出していることを特徴とする嫌気性処理方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記樹脂成分のメルトフローインデックスが５〜２５ｇ／１０ｍｉｎであることを特徴とする嫌気性処理方法。
【請求項５】
請求項４において、前記樹脂成分は、ポリエチレン、或いは、ポリエチレンと、ポリプロピレン、ポリスチレン及びエチレン−酢酸ビニル共重合体よりなる群から選ばれる１種又は２種以上との混合物であることを特徴とする嫌気性処理方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記発泡体の発泡倍率が２〜１０倍、見かけ容積から求められる比重が０．１０〜０．８０ｇ／ｍｌであることを特徴とする嫌気性処理方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項において、前記反応槽が上向流型反応槽であることを特徴とする嫌気性処理方法。
【請求項８】
流動性の非生物担体を充填した反応槽に嫌気条件下で被処理水を通水し、該非生物担体の表面に生物膜を形成させて被処理水を処理する嫌気性処理装置において、該非生物担体が以下の（Ｉ）及び／又は（II）の発泡体よりなり、該担体の大きさが１．０〜５．０ｍｍであり、該担体の沈降速度が２００〜５００ｍ／ｈｒであることを特徴とする嫌気性処理装置。
（Ｉ） ポリオレフィン系樹脂を主体とする樹脂成分３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤５〜７０重量％とを含む発泡体であって、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体
（II） ポリオレフィン系樹脂を主体とする樹脂成分３０〜９５重量％と、セルロース系粉末の親水化剤４〜６９重量％と、無機粉末１〜３０重量％とを含む発泡体であって、表面がメルトフラクチャー状態を有する発泡体
【図１】
【公開番号】特開２０１２−１１０８４３（Ｐ２０１２−１１０８４３Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６２５０４（Ｐ２０１０−２６２５０４）
【出願日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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