JP2000287679A

JP2000287679A - バイオリアクターによる気体状有機塩素化合物の分解方法ならびに装置

Info

Publication number: JP2000287679A
Application number: JP11102956A
Authority: JP
Inventors: Shinya Furusaki; 眞也古崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-04-09
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 2000-10-17

Abstract

(57)【要約】【課題】オキシゲナーゼの作用を利用して有機塩素
化合物を分解し得る微生物により気体に含まれる有機塩
素化合物を連続的に分解する方法において、曝気による
菌濃度の低下を抑える方法を提供する。【解決手段】 (Ａ) 前記微生物を培養液中で連続的
に培養する工程と、(Ｂ)前記工程(Ａ)から連続的に供給
される微生物を含む培養液と、有機塩素化合物を含有す
る気体とを連続的に接触させて、該有機塩素化合物を分
解する工程とを有し、前記工程(Ａ)における培養液中の
溶存酸素濃度を制御して、前記工程(Ｂ)における培養液
中の微生物の菌濃度を維持することを特徴とする有機塩
素化合物の分解方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は有機塩素化合物で汚
染された土壌や水の生物的浄化に好適な方法及びそれに
用いる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の急速な科学技術の進歩は大量の化
学物質や化成品を生みだしている。これらの多くは環境
中に徐々に蓄積しながら自然を汚染している。環境中の
水、大気が循環していることを考えると環境汚染は地球
レベルへと拡大していく深刻な問題である。これまでに
よく知られた汚染物質としては、トリクロロエチレン
(ＴＣＥ)、テトラクロロエチレン(ＰＣＥ)、ダイオキシ
ンなどの有機塩素化合物、あるいはトルエン、キシレ
ン、ベンゼンなどの芳香族化合物、ガソリンなどの燃料
などが挙げられる。

【０００３】なかでもトリクロロエチレンやテトラクロ
ロエチレンなどの有機塩素化合物は精密部品の洗浄やド
ライクリーニングなどにおいてかつて大量に使用され、
その漏洩により土壌や地下水の大規模な汚染実態が明ら
かになりつつある。

【０００４】また、これらの有機塩素化合物は、一般
に、揮発性が高く、場合によっては大気汚染をも引き起
こす。さらに、これら有機塩素化合物の催奇性や発がん
性が指摘され、生物界へも影響を及ぼすことがわかっ
た。そのため、汚染源の遮断はもちろん、すでに汚染が
拡大した土壌や地下水の浄化は早急に解決すべき課題と
なっている。

【０００５】有機塩素化合物で汚染された土壌の浄化方
法としては、汚染土壌を掘り起こして加熱処理する方
法、汚染土壌から真空抽出する方法、あるいは汚染物質
を分解する能力を有する微生物を注入する方法などが挙
げられる。

【０００６】加熱処理法では土壌から汚染物質をほとん
ど完全に取り除くことが可能であるが、土壌掘削が必要
であることから建造物下の浄化処理は困難であり、また
掘削・加熱処理に要する費用が膨大となるため広範囲な
汚染土壌の浄化にも適用困難である。

【０００７】さらに、土壌中から加熱蒸発させた有機塩
素化合物は大気汚染の原因になるので、活性炭等に吸着
して回収する必要があるが、この使用済みの活性炭をさ
らに処理する必要が生じる。汚染物質がトリクロロエチ
レンやテトラクロロエチレン等の有機塩素化合物の場
合、この処理時にホスゲン等の更に毒性の高い化合物を
生成してしまうという問題も有る。

【０００８】これに対して、真空抽出法や微生物利用法
は汚染土壌を掘削する必要がないため安価で簡便である
上、建造物等で地表を使用中の土壌でも地表を使用した
まま修復作業を行なうことができる利点がある。しか
し、真空抽出法は数ppｍ以下の低濃度の有機塩素化合物
の除去効率が低い上に、加熱処理用と同様に回収した有
機塩素化合物を改めて処理する必要がある。

【０００９】一方、微生物利用法は栄養物や酸素など、
土壌中の分解菌の分解活性を高めるための物質や外来の
分解菌を土壌に注入して浄化を行なうものであるが、土
壌によっては注入が困難であったり、広大な汚染地を浄
化するために膨大な注入量が必要となる、注入した栄養
素や分解菌によって生態系に影響を与える場合がある、
といった欠点がある。

【００１０】そこで近年、汚染土壌中の有機塩素化合物
で汚染された空気や地下水を地上に取り出し、分解菌の
充填されたリアクターに導入することで分解処理をする
という方法が試みられてきている。例えば特開平６-２
５４５３７号公報および特開平７-１１２１７６号公報
では、真空抽出法によって汚染空気や地下水を真空抽出
し、地上で微生物によって浄化する方法が提案されてい
る。

【００１１】一般的にリアクターは、菌の培養方法の違
いによってバッチ式、回分式、連続培養式に分類される
が、排水処理など、連続的に汚染物質が導入され、それ
を分解していくようなリアクターでは常に一定の分解活
性を保持できる連続培養式が装置の規模を小さく抑える
点で実用的とされ、有機塩素化合物で汚染された土壌の
浄化にも連続培養式が多く検討されている(特開平５-２
３６９１号公報、特開平７-４６９８４号公報)。

【００１２】ところで分解菌が有機塩素化合物を分解す
るためには誘導物質(インデューサー)と呼ばれる化学物
質の存在が必要である場合が多い。この場合、インデュ
ーサーを分解するために発現した酵素、特にオキシゲナ
ーゼによって目的とする有機塩素化合物を分解すること
が可能となる。現在知られている誘導物質としては、フ
ェノール、クレゾール、トルエン等の芳香族化合物やメ
タン等が挙げられ、その多くは分解菌を培養するための
栄養源としても利用されうる。

【００１３】有機塩素化合物の分解菌のうち、例えばト
リクロロエチレン分解菌としては、以下の単離株が報告
されており、これらを用いることができる。

【００１４】Ｗelchia alkenophila sero ５ (ＵＳ
Ｐ４８７７７３６, ＡＴＣＣ５３５７０)、Ｗelchia
alkenophila sero ３３ (ＵＳＰ４８７７７３
６, ＡＴＣＣ５３５７１)、Ｍethylocystis sp.strai
n Ｍ(Ａgric.Ｂiol.Ｃheｍ.,５３,2903(1989)、Ｂiosc
i.Ｂiotech.Ｂiocheｍ.,５６,486(1992)、同５６, 736
(1992))、Ｍethylosinus trichospriuｍＯＢ３b
(Ａm.Ｃhem.Soc.Natl.Ｍeet.Ｄev.Ｅnviron.Ｍicrobio
l.,２９,365(1989)、Ａppl.Ｅnviron.Ｍicrobiol.,５
５,3155(1989)、Ａppl.Ｂiocheｍ.Ｂiotechnol.,２８,8
77(1991)、特開平２-９２２７４号公報、特開平３-２９
２９７０号公報)、Ｍethyloｍonas sp.ＭＭ２(Ａppl.
Ｅnviron.Ｍicrobiol.,５７,236(1991))、Ａlcaligenes
denitrificans ssp. xylosoxidans ＪＥ７５(Ａrc
h.ｍicrobiol.,１５４,410(1990))、Ａlcaligenes eut
rophus ＪＭＰ１３４(Ａppl.Ｅnviron.Ｍicrobiol.,５
６,1179(1990)) Ｍycobacteriuｍ vaccae ＪＯＢ５(Ｊ.Ｇen.Ｍicrobi
ol.,８２,163(1974)、Ａppl.Ｅnviron.Ｍicrobiol.,５
４,2960(1989)、ＡＴＣＣ２９６７８)、Ｐseudoｍona
s putida ＢＨ(下水道協会誌,２４,27(1987))、Ｇ４
株(Ａppl.Ｅnviron.Ｍicrobiol.,５２,383 (1986)、同
５３,949(1987)、同５４,951(1989)、同５６,279(199
0)、同５７,193(1991)、ＵＳＰ４９２５８０２,ＡＴ
ＣＣ５３６１７)、Ｐseudoｍonas ｍendocina ＫＲ
-１(Ｂio/Ｔechnol.,７，282(1989))、Ｐseudoｍonas
putida Ｆ１(Ａppl.Ｅnviron.Ｍicrobiol.,５４,1703
(1988)、同５４,2578(1988))、Ｐseudoｍonas fluores
cens ＰＦＬ１２(Ａppl.Ｅnviron.Ｍicrobiol.,５４,2
578(1988))、Ｐseudoｍonas putida ＫＷI-９(特開平
６-７０７５３号公報)、Ｂurkholderia cepacia ＫＫ
０１(特開平６-２２７７６９号公報、なお、この菌株は
Ｐseudoｍonas cepacia ＫＫ０１として寄託されたも
のであるが、後日分類変更されたものである)、Ｎitros
oｍonas europaea(Ａppl.Ｅnviron.Ｍicrobiol.,５６,
1169(1990))、Ｌactobacillus vaginalis sp.nov(In
t.Ｊ.Ｓyst.Ｂacteriol.,３９,368(1989)、ＡＴＣＣ
４９５４０) なお、これらの分解菌は、すべて、トリクロロエチレン
を分解するためにインデューサーを必要とする。

【００１５】一方、インデューサーなしで構成的に分解
酵素を発現し、かつその活性が実用上十分に高い分解菌
が変異操作等によって開発されている。例えばトリクロ
ロエチレンを分解する酵素であるオキシゲナーゼを構成
的に発現するＪＭ１株が野性株の突然変異処理によって
取得されている(特開平０８-２９４３８７号公報)。し
かしこのように構成的に分解酵素を発現している分解菌
を連続培養した場合、遺伝的な不安定性から培養時間の
経過とともに分解酵素を発現しない株に変異してしま
い、分解活性が消失してしまう場合がある。

【００１６】そのため連続培養によるリアクターに適用
する分解菌としては現在のところインデューサーによっ
てインデュースを行なう分解菌が好適であり、有機塩素
化合物の処理を行なうためにインデューサーを用いた連
続培養式リアクターの開発が進められている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】次に有機塩素化合物を
分解する連続培養リアクターの現状の形態について見て
みる。

【００１８】インデューサーを用いて有機塩素化合物を
分解する場合、分解を行なう反応場にインデューサーが
存在すると分解酵素がインデューサーの分解にばかり使
用されてしまい、肝心の有機塩素化合物の分解が進まな
くなるという、いわゆる競合阻害が生じることが分かっ
ている。

【００１９】バッチ培養であればインデューサーはいつ
かは消費されつくすため問題になりにくいが、連続培養
によるリアクターの場合には次々にインデューサーを含
んだ培地が培養槽に供給されてくるため、分解菌を培養
する槽と有機塩素化合物を分解する槽が同一である場合
には槽内に供給されたインデューサーが速やかに分解菌
によって分解され、槽内のインデューサー濃度が高くな
らないようにする必要がある。

【００２０】しかし分解菌に有機塩素化合物を分解させ
ると分解菌が生理的にダメージを受け、それによってイ
ンデューサーの分解速度が低下し、連続培養槽内のイン
デューサー濃度が増加するといった問題があった。

【００２１】さらに、フェノールやトルエンといったイ
ンデューサーを用いたときには、インデューサー自身の
濃度上昇によっても分解菌がダメージを受けることがあ
り、増殖速度の低下によって分解菌が連続培養槽から完
全流失してしまったり、インデューサー濃度が低下して
も活性を持った菌が培養されてこないといった、連続培
養そのものに関わる深刻な問題を生じる場合がある。

【００２２】一方、連続培養に供給するインデューサー
の濃度をあらかじめ低く設定しておけば残留インデュー
サー濃度の上昇をある程度事前に防ぐことができるが、
今度は分解菌に対するインデュース作用が弱くなり、分
解活性が低下してしまうことになる。

【００２３】そこで分解菌に対するインデュース作用を
継続しながら培養を行なう培養槽と、そこで培養された
分解菌を有機塩素化合物と接触させて分解を行なう分解
槽からなる二槽式リアクターを利用して、インデュース
を行なう工程と有機塩素化合物の分解工程とを分離する
ことが有効である。

【００２４】二槽式リアクターであれば、培養槽で大部
分のインデューサーを分解し、分解槽に供給する培養液
中に阻害濃度以上のインデューサーを含まないようにす
ることが可能であり、インデューサーによる競合阻害を
防止、あるいは効果的に低減できる。また、分解槽にお
いて有機塩素化合物の分解によって分解菌がダメージを
受けた場合でも、培養槽から新たな菌体が供給されてく
るので、分解槽での分解効率の低下を防ぐことができ
る。

【００２５】一方、分解槽への有機塩素化合物の供給方
法としては、気体状の有機塩素化合物を含有する空気等
のキャリアガスが用いられる。その理由として、まず有
機塩素化合物は気体状で分解処理に供される場合が多い
ことが挙げられる。例えば汚染土壌を物理的に浄化する
方法として良く用いられている真空抽出法では、有機塩
素化合物は気体状で回収され、地上で活性炭に吸着させ
る等の処理を行なっている。

【００２６】また、地下水等の液体に溶解した状態の有
機塩素化合物を分解する場合、汚染液体を分解槽に供給
し、培養液と混合すると分解菌を含有した廃液が大量に
分解槽から排出され、廃液の処理コストが増大する問題
が生じる。

【００２７】さらに汚染液体中には環境微生物が大量に
存在することが多く、それらが分解槽に混入すると分解
菌の活性や生育が阻害される可能性がある。それらの環
境微生物の侵入を阻止するために汚染液体を分解槽に導
入する前に環境微生物を通過させないフィルターによっ
て濾過することが考えられるが、汚染液体中には微生物
以外にも様々な大きさの粒子が大量に存在するため、フ
ィルターがたちまち目詰まりを起こしてしまい、それを
防ぐためにはかなりの設備が必要となって来る。

【００２８】そこで汚染液体中の有機塩素化合物を曝気
によって曝気気体中に取り出し、その汚染気体を分解槽
に曝気することで有機塩素化合物を培養液に溶解させ、
それによって分解菌と有機塩素化合物を接触させて分解
を行なう方法が有効である。

【００２９】この方法によれば廃液は培養液だけとな
り、また環境微生物もほとんど液体中に残され、気体中
のミストに存在する微生物はエアーフィルターによって
簡単に除去される。

【００３０】このように有機塩素化合物を気体状で供給
することによって簡便かつ低コストに処理が行なわれ
る。

【００３１】この気体状の有機塩素化合物を分解菌を含
む培養液に溶解させる方法としては、分解槽に満たされ
た培養液中に汚染気体を曝気する気泡塔式と、分解槽に
充填された充填剤の間隙に汚染気体を流通させて充填材
に付着した培養液に有機塩素化合物を溶解させる充填式
の大きく分けて二通りがある。

【００３２】しかし、充填式は分解槽内の培養液量が少
ないため、分解菌の分解能が高くないと分解槽全体の分
解量が低くなってしまうこと、また気体の流量が多い場
合には充填材の間隙を気体が素通りし、有機塩素化合物
の溶解量が減少してしまうという問題がある。

【００３３】気泡塔式は分解槽内に最大限培養液を貯留
でき、目の細かいディフューザーを用いて微細な気泡を
発生させれば気体と培養液の接触面積を大きくすること
ができるため、汚染気体の処理にとって有効な方式であ
る。

【００３４】以上のように、有機塩素化合物を分解する
連続培養リアクターとしてはインデュースと培養を行な
う培養槽と、有機塩素化合物の分解を行なう分解槽の二
槽式で、分解槽を気泡塔式にして気体によって有機塩素
化合物を供給する形態が効率的である。

【００３５】ところが、本発明者らの知見によれば、分
解菌の発現するオキシゲナーゼを利用して気体状の有機
塩素化合物を分解する場合、汚染気体を分解菌の培養液
に曝気することによって分解菌の菌濃度が減少し、分解
槽の分解能が低下するという問題が生じた。

【００３６】この曝気による菌濃度の減少は、曝気する
気体中に有機塩素化合物が含まれていない場合にも同様
にして起こる。分解槽内の菌濃度を維持するためには培
養槽から供給する培養液の供給速度をかなり早くしなけ
ればならず、そのため培養槽のサイズ、培地量、廃液量
等の培養コストが増大してしまう。

【００３７】したがって曝気による菌濃度の低下を抑え
ることがオキシゲナーゼによる有機塩素化合物の分解リ
アクターにとって重要な課題となっている。

【００３８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決することを目的としたものである。すなわち本発明
は、オキシゲナーゼの作用を利用して有機塩素化合物を
分解し得る微生物により気体に含まれる有機塩素化合物
を連続的に分解する方法であって、(Ａ) 前記微生物を
培養液中で連続的に培養する工程と、(Ｂ) 前記工程
(Ａ)から連続的に供給される微生物を含む培養液と、有
機塩素化合物を含有する気体とを連続的に接触させて、
該有機塩素化合物を分解する工程とを有し、前記工程
(Ａ)における培養液中の溶存酸素濃度を制御して、前記
工程(Ｂ)における培養液中の微生物の菌濃度を維持する
ことを特徴とする有機塩素化合物の分解方法である。

【００３９】該好適な溶存酸素濃度は、該微生物の増殖
を妨げず、かつオキシゲナーゼの活性を抑制する範囲で
あることが好ましい。

【００４０】また、該微生物の連続培養がオキシゲナー
ゼのインデューサーを含む培地によること、該酸素の供
給が空気によるものであること、さらには該有機塩素化
合物の供給を行なう気体(キャリアガス)が空気であるこ
とが好ましい。

【００４１】さらに、該微生物がバルクホルデリア・セ
パシア(Ｂurkholderia cepacia)ＫＫ０１株で、このＫ
Ｋ０１株における該好適な溶存酸素濃度の範囲がトリク
ロロエチレンの分解速度が１２μg/hr/１０⁹cellを超え
ないように制御されることが好ましい。また、該ＫＫ０
１株の好適な溶存酸素濃度の範囲が、培養槽への酸素の
供給が空気による場合に空気の流速として該ＫＫ０１株
の培養液１ｍLあたり０.０２ｍL/ｍin以上０.０５ｍL/
ｍin以下にするものであることが好ましい。

【００４２】また、本発明は、オキシゲナーゼの作用を
利用して有機塩素化合物を分解し得る微生物により気体
に含まれる有機塩素化合物を連続的に分解する装置であ
って、前記微生物を含む培養液と、有機塩素化合物を含
有する気体とを連続的に接触させて、該有機塩素化合物
を分解するための分解槽と、前記微生物を培養液中で連
続的に培養する培養槽と、該培養槽から連続的に排出さ
れる前記微生物を含む培養液を前記分解槽に連続的に供
給する手段と、前記分解槽に前記有機塩素化合物を含む
気体を連続的に供給する手段と前記分解槽内の微生物の
菌濃度を検知し、検知された菌濃度に基づいて、前記培
養槽内の培養液中の溶存酸素濃度を、前記分解槽内の微
生物の菌濃度が維持される範囲に制御する手段とを有す
ることを特徴とする有機塩素化合物の分解装置である。

【００４３】

【発明の実施の形態】従来、微生物の培養時に培養液中
の溶存酸素を制御する例としては、培地中の溶存酸素濃
度を制御することで微生物によるアデノシン生産性を向
上したもの(特開平６-１２５７８１号公報)、酸素制限
下に微生物を培養することで高濃度の有機溶媒存在化で
微生物の生菌数を高く維持したもの(特開平１０-２３４
３５８号公報)、開放系の培養液の溶存酸素量を制御す
ることで微生物菌体を捕食する原生動物の増殖を防止す
ることで微生物の培養効率を高めたもの(特開平１０-３
１３８５４号公報)等があるが、これらはいずれも曝気
による菌濃度の低下を防止するためのものではなく、ま
た有機塩素化合物の浄化を行なうものでもない。

【００４４】以下、本発明をより具体的に説明する。

【００４５】課題のところで述べたように、本発明には
有機塩素化合物分解菌を連続培養し、かつオキシゲナー
ゼを発現させて分解活性をインデュースする培養槽と実
際に有機塩素化合物を分解する分解槽を別にした２槽式
リアクターが好ましく用いられる。インデューサーを含
有した培地を連続的に培養槽に供給することで分解菌を
連続的に培養し、かつ分解活性をインデュースする。こ
の分解活性のインデュースはオキシゲナーゼの発現を介
して行なわれる。

【００４６】培養槽で生産された培養液は分解槽に供給
され、分解槽内に貯留される。この貯留された培養液に
有機塩素化合物を含有した汚染気体をディフューザー等
によって分解槽下部から曝気し、培養液中に汚染気体中
の有機塩素化合物を溶解させる。

【００４７】培養液に溶解した有機塩素化合物は菌体表
面に付着した後菌体内に取り込まれ、菌体内のオキシゲ
ナーゼによって分解される。汚染気体は気泡として分解
槽内を上昇する間に浄化され、リアクター外に排出され
る。

【００４８】本発明においては、このような有機塩素化
合物を含有した気体を浄化するリアクターにおいて、培
養槽の培養液中の溶存酸素濃度が分解槽内での分解菌の
菌濃度が維持できる範囲に制御される。

【００４９】分解槽において分解菌が増殖し、また分解
活性がインデュースされるには酸素が必要であるが、こ
のときの酸素の供給量が多いと分解槽で曝気された分解
菌の菌濃度が低下しやすいことを本発明者は見出した。

【００５０】この原因は今のところ明確にはわかってい
ないが、培養時におけるオキシゲナーゼの発現量が多す
ぎることが考えられる。オキシゲナーゼはその酸化作用
によって有機塩素化合物を分解するが、反面その酸化作
用が分解菌自身に害作用を及ぼすものと考えられる。

【００５１】菌体内のオキシゲナーゼの量が多いと酸素
存在下で酸化作用を発現し、そのとき有機塩素化合物等
の酸化対象物が存在すればその酸化のために酸化作用が
使用されるが、その際もある割合で菌体構成成分に対し
て酸化作用を及ぼす。

【００５２】分解菌はそのようなオキシゲナーゼによる
酸化作用から自分の体を保護するために活性酸素除去等
の防御機能を保有しているが、オキシゲナーゼの量が多
く、菌の存在する環境に酸素が多い場合には酸化作用が
強く働き、防御機能を上回って菌体を傷つけ、死にいた
らしめものと考えられる。

【００５３】分解槽における汚染気体の供給量が多いと
気体中の酸素によって酸素の供給量が多くなるため、分
解槽内の培養液は酸素過剰の状態になっている。さらに
汚染気体中の有機塩素化合物の含有率もあまり多くない
ため、それだけオキシゲナーゼの酸化作用が菌体構成成
分に振り向けられることになる。

【００５４】そこでインデュース時の酸素供給量をある
程度制限して発現するオキシゲナーゼの量を少なくすれ
ば、分解槽においてオキシゲナーゼの酸化作用が分解菌
に害を及ぼす閾値に達しなくなるものと考えられる。

【００５５】しかし酸素はインデュースのためにも分解
菌の増殖のためにもある程度必要であるため、酸素供給
量、すなわち、溶存酵素濃度を制御する必要が生じる。

【００５６】菌濃度の低下防止に有効な培養槽の培養液
中の溶存酸素濃度の指標になるものとしてはいくつか考
えられるが、最も直接的には培養槽内にある一定量の培
養液のオキシゲナーゼ活性を測ることが挙げられる。具
体的には、分解対象とする有機塩素化合物やそれ以外の
オキシゲナーゼで分解される物質の分解速度を測定すれ
ば良い。また、間接的だが最も簡便な方法として、酸素
供給のために用いる気体の曝気速度によって範囲を規定
することが挙げられる。例えば酸素供給を空気で行なう
場合、培養槽の曝気のために通気する空気の流速を流量
計によって測定すればよい。

【００５７】有効な溶存酸素濃度の範囲は使用する分解
菌によって異なるが、有機塩素化合物としてのトリクロ
ロエチレンの分解槽への供給を行なうキャリアガスが空
気であり、分解菌がＫＫ０１株の場合にはトリクロロエ
チレンの分解速度が１２μg/hr/１０⁹cellを超えないよ
うに溶存酸素濃度を制御することが好ましい。すなわ
ち、分解速度が高すぎると分解菌が受けるダメージが大
きくなり、菌濃度の維持が困難となる場合がある。ま
た、培養槽への酸素供給が空気による場合には空気の流
速として培養培養液１ｍLあたり０.０２ｍL/ｍin以上
０.０５ｍL/ｍin以下となるようにすれば培養とオキシ
ゲナーゼの発現が可能であり、かつ分解槽での曝気によ
る死滅が防止できることを確認している。

【００５８】一方、トリクロロエチレンの分解速度の下
限は特に定めないが、分解効率の面では５μg/hr/１０⁹
cell以上が望まれる。

【００５９】本発明で用いられる装置を図１に示す。

【００６０】(１)は培養槽であり、Ｍ９培地(４)の供給
口と、供給のための液体ポンプ(５)と、培養液(６)を分
解槽(８)へと送る排液管(７)とを有し、分解槽(８)との
間にも同様の液体ポンプ(５)を有する。

【００６１】空気(２)の通気手段として、送入管ならび
にその槽内側の一端にディフューザー(３)を、また、排
気管(１１)とを有する。

【００６２】(８)の分解槽には、前記培養槽の排液管
(７)の先端がそのまま供給口でつながっており、分解後
の液の排出のためには同様の機構、排液管(７)と液体ポ
ンプ(５)が設けられている。

【００６３】また、トリクロロエチレン含有空気(１０)
の供給手段としてパーミエーター(９)とディフューザー
(３)がそれぞれ送気管の両端、槽の外側と内側に配され
ている。分解の進んだ排気を系外に出すために、排気管
(１１)の途中に活性炭(１２)が設けられ、またトリクロ
ロエチレンの分解除去の程度を評価するために(気体)サ
ンプリングポート(１３)が設けられている。

【００６４】また、図５は本発明の装置の別の態様であ
る。前記図１のすべての構成を含む他、培養槽(１)、分
解槽(８)の少なくとも一方に培養液のサンプリングポー
ト(１４)を有し、サンプリングされた培養液は分析装置
(１５)に送られる。分析装置は培養液・分解液中の菌濃
度や分解活性などの測定ができるものであればいかなる
ものでも構わないが、分光光度計による菌濃度測定装置
が簡便で必要な精度を有し好ましい。

【００６５】測定されたデータはデータ処理/制御指令
装置(１６)に送られる。このデータ処理/制御指令装置
(１６)は、送られてきたデータを自動解析しそれに基づ
き制御のための信号を出力できるものであればいかなる
ものでも構わないが、必要な制御用ソフトウェアをイン
ストールしたパーソナルコンピュータやワークステーシ
ョンがコストやメインテナンスの点で好ましい。

【００６６】データ処理/制御指令装置(１６)で判断さ
れた結果は培養槽の送気管の流量調節バルブ(１７)に、
さらに必要に応じてＭ９培地の供給部の流量調節バルブ
(不図示)に送られ、空気送入量やＭ９培地の供給速度を
制御する。

【００６７】図６に制御アルゴリズムの一例を示す。菌
濃度が一定以下に、もしくはその減少速度が一定以上に
なった場合に送気量を減らし、逆に菌濃度が一定以上に
なった場合に送気量を増やすものである。なお、ここに
挙げた数値は実施例の結果をもとに仮に定めたものであ
り、培養・分解に支障のない範囲で自由に変更してよ
い。また、アルゴリズムの組み方はここに示すかぎりで
はなく、同様の効果をもたらすものであればいかなるも
のでも構わない。

【００６８】

【実施例】以下、実施例により本発明をより具体的に説
明する。

【００６９】[実施例１]フェノールをインデューサーと
するトリクロロエチレン分解菌である、バルクホルデリ
ア・セパシア(Ｂurkholderia cepacia)ＫＫ０１株(通
商産業省工業技術院生命工学工業技術研究所、受託番
号:ＦＥＲＭＢＰ-４２３５、受託日:平成４年３月１
１日)を坂口フラスコ中のフェノール２００ppｍ、酵母
エキス０.２％、ミネラルを含有したＭ９培地４００ｍL
に接種し、３０℃、１２０rpｍで振とう培養を行なっ
た。

【００７０】Ｍ９培地の成分(ミネラルのみ) Ｎa₂ＨＰＯ₄:６.２g ＫＨ₂ＰＯ₄:３.０g ＮaＣl:０.５g ＮＨ₄Ｃl:１.０g （培地１リットル中;pＨ７.０）この培養液３８０ｍLを図１に示すような直径４５ｍ
ｍ、長さ３００ｍｍの円筒形の培養槽(１)に注入し、５
ｍL/ｍinで空気(２)をディフューザー(３)によって通気
しながらフェノール１０００ppｍとミネラルを含有した
Ｍ９培地(４)を液体ポンプ(５)によって２０ｍL/hrで供
給し、２３.５℃に温度制御して連続培養を行なった。
培養槽内の培養液量は３８０ｍLとなるように設定し、
それを越えて生産された培養液(６)は排液管(７)から液
体ポンプ(５)によって外部に排出するようにした。

【００７１】一週間馴致後、培養槽から排出する培養液
を直径３０ｍｍ、長さ１０００ｍｍの円筒形の分解槽
(８)に供給した。分解槽内の培養液量は７００ｍLとな
るように設定し、それを越えて供給された培養液(６)は
排液管(７)から液体ポンプ(５)によって外部に排出する
ようにした。分解槽に培養液が貯留された後、分解槽に
パーミエーター(９)からトリクロロエチレン含有空気
(１０)を導入し、ディフューザー(３)によって培養液に
溶解させた。このとき分解槽へのトリクロロエチレンの
導入濃度は気相濃度として５ppｍとし、流量は１５０ｍ
L/ｍinとした。培養液を通過した汚染空気は排気管(１
１)から排出し、活性炭を充填したカラム(１２)を通過
させて外部へ排出した。

【００７２】分解槽内の培養液を経日的にサンプリング
し、フェノール２００ppｍ、酵母エキス０.２％、ミネ
ラルを含有したＭ９培地を用いてプレートカウントして
菌濃度を求めた。その結果を図２に示す。

【００７３】同時に分解槽からの排出気体をサンプリン
グポート(１３)からシリンジを用いて経日的にサンプリ
ングし、ガスクロマトグラフィーによってトリクロロエ
チレン濃度を測定し、分解効率を求めた。その結果を図
３に示す。

【００７４】また、トリクロロエチレン導入時の培養槽
内の培養液の菌あたりのトリクロロエチレン分解活性を
測定した。分解活性は、１０ｍLの培養液を２０ｍL容量
のバイアル瓶に注入し、テフロンコーティングしたゴム
栓でキャップし、気相部分のトリクロロエチレン濃度を
ガスクロマトグラフィーによって定量する方法によって
求めた。その結果を図４に示す。

【００７５】次に上記の工程を踏まえながら培養槽への
通気量を１０,１５,２０,３０,５０ｍL/ｍinと順次上昇
させ、同様に分解槽内の培養液の菌濃度、分解槽のトリ
クロロエチレン分解効率、培養槽内の培養液のトリクロ
ロエチレン分解活性を測定し、それらの結果を図２、図
３、図４に示す。

【００７６】通気量が１０〜２０ｍL/ｍinの場合、分解
効率が約９０％と高い値を保ち、菌濃度も１０⁹cell/ｍ
L近くを保った。これに対し、５ｍL/ｍinの場合(１ｍL
あたり０.０１３ｍL)、分解効率が５０〜６０％と低
く、菌濃度も１０〜２０ｍL/ｍinの場合に比べやや低か
った。また、通気量を３０ｍL/ｍin以上にすると、２〜
４日目から菌の死滅による濃度低下と分解効率の低下が
顕著となった。

【００７７】一方、分解活性は通気量の増加に伴い、わ
ずかな増加の傾向があるものの、全体としてはほぼ一定
に近かった。

【００７８】これらの結果から、培養時の酸素供給速度
をある範囲に制御することで分解時の菌濃度の低下を抑
制することが可能となり、リアクターの分解能力の低下
を防止することが可能となることがわかる。

【００７９】また特にＫＫ０１株を用いたトリクロロエ
チレンの処理に関しては、培養時の培養液のトリクロロ
エチレンの分解速度として１２μg/hr/１０⁹cell以下、
培養槽への酸素供給が空気による場合には空気の流速と
して培養培養液１ｍLあたり０.０５ｍL/ｍin以下であれ
ば菌濃度の低下を抑制することが可能となり、また培養
培養液１ｍLあたり０.０２ｍL/ｍin以上であれば菌の十
分な増殖が可能であることがわかる。

【００８０】

【発明の効果】本発明により、有機塩素化合物分解菌の
連続培養によって気体状の有機塩素化合物の分解を行な
うリアクターにおいて、有機塩素化合物の連続分解が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いられる装置を実施例に従って示し
たものである。

【図２】分解槽内の培養液の菌濃度の経時変化を培養槽
への通気量別に示したものである。

【図３】分解槽のトリクロロエチレン分解効率の経時変
化を培養槽への通気量別に示したものである。

【図４】培養槽内の培養液のトリクロロエチレン分解活
性を培養槽への通気量別に示したものである。

【図５】本発明の装置の別の態様を示したものである。

【図６】図５の装置での送気量を制御するアルゴリズム
の一例である。

【符号の説明】

１培養槽２空気３ディフューザー４Ｍ９培地５液体ポンプ６培養液７排液管８分解槽９パーミエーター１０トリクロロエチレン含有空気１１排気管１２カラム１３サンプリングポート１４培養液用サンプリングポート１５分光光度計・分析装置１６データ処理/制御指令装置１７流量調節バルブ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） (Ｃ１２Ｎ 1/20 Ｃ１２Ｒ 1:01）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】オキシゲナーゼの作用を利用して有機塩
素化合物を分解し得る微生物により気体に含まれる有機
塩素化合物を連続的に分解する方法であって、 (Ａ) 前記微生物を培養液中で連続的に培養する工程
と、 (Ｂ) 前記工程(Ａ)から連続的に供給される微生物を含
む培養液と、有機塩素化合物を含有する気体とを連続的
に接触させて、該有機塩素化合物を分解する工程とを有
し、前記工程(Ａ)における培養液中の溶存酸素濃度を制御し
て、前記工程(Ｂ)における培養液中の微生物の菌濃度を
維持することを特徴とする有機塩素化合物の分解方法。
【請求項２】該溶存酸素濃度が該微生物の増殖を妨げ
ず、かつオキシゲナーゼの活性を抑制する範囲内に制御
される請求項１記載の分解方法。
【請求項３】該微生物の連続培養がオキシゲナーゼ活
性を誘導するためのインデューサーを含む培養液を用い
て行なわれる請求項１または２に記載の分解方法。
【請求項４】該溶存酸素濃度の制御が該培養液中に空
気を接触させることによるものである請求項１〜３のい
ずれかに記載の分解方法。
【請求項５】該有機塩素化合物を含有する気体が空気
である、請求項１〜４のいずれかに記載の分解方法。
【請求項６】該有機塩素化合物がトリクロロエチレン
である請求項１〜５のいずれかに記載の分解方法。
【請求項７】該微生物がバルクホルデリア・セパシア
(Ｂurkholderia cepacia)ＫＫ０１株(ＦＥＲＭＢＰ-
４２３５)である請求項６記載の分解方法。
【請求項８】該溶存酸素濃度が、前記工程(Ｂ)でのク
ロロエチレンの分解速度が１２μg/hr/１０⁹cell以下を
超えない範囲内に制御される請求項７記載の分解方法。
【請求項９】該溶存酸素濃度が、培養槽への酸素の供
給が空気による場合に、空気の流速として該ＫＫ０１株
の前記培養液１ｍLあたり０.０２ｍL/ｍin以上０.０５
ｍL/ｍin以下の空気の供給速度により得られる請求項７
記載の分解方法。
【請求項１０】オキシゲナーゼの作用を利用して有機
塩素化合物を分解し得る微生物により気体に含まれる有
機塩素化合物を連続的に分解する装置であって、前記微生物を含む培養液と、有機塩素化合物を含有する
気体とを連続的に接触させて、該有機塩素化合物を分解
するための分解槽と、前記微生物を培養液中で連続的に培養する培養槽と、該培養槽から連続的に排出される前記微生物を含む培養
液を前記分解槽に連続的に供給する手段と、前記分解槽に前記有機塩素化合物を含む気体を連続的に
供給する手段と前記分解槽内の微生物の菌濃度を検知
し、検知された菌濃度に基づいて、前記培養槽内の培養
液中の溶存酸素濃度を、前記分解槽内の微生物の菌濃度
が維持される範囲に制御する手段とを有することを特徴
とする有機塩素化合物の分解装置。