JPH01249189A

JPH01249189A - 微生物固定化用担体

Info

Publication number: JPH01249189A
Application number: JP63078439A
Authority: JP
Inventors: Konosuke Matsushita; 幸之助松下; Tomoya Furukawa; 智也古川
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1988-03-30
Filing date: 1988-03-30
Publication date: 1989-10-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は、微生物固定化用担体に関する。

（ロ）従来の技術従来、例えば、メタン醗酵は、水分含有量の高い液状、
或いは泥状物質からの唯一のエネルギー回収手段として
期待され、現在、各種工業廃水に試みられている。

しかし、メタン生成菌の増殖速度は、他の微生物に比べ
遅いので、処理速度を増加させようとすると、反応器か
ら菌群が系外にウォッシュアウトし、失゛活しやすい。

以上の欠点を補うためには、菌群を反応器内で高濃度に
保持することが必要であり、そのためには、菌群を担体
に固定化することが必要である。

このように、菌群を固定化することにより、比増殖速度
が極めて小さい細菌の菌体濃度を上げて処理速度を増す
ことができるばかりでなく、菌と処理水の分離を容易に
し、温度・ｐＨ等の流入水量の増減によるショックロー
ド等に対する耐久性も向上し、菌の安定性を図ることが
できるという利点がある。

そして、従来、かかるメタン菌固定化担体の表面設計と
して、材料の静電特性（ゼータ電位）と菌体の吸着特性
に着目したものがある。即ち、−菌体が−の電荷を持つ
ため、組体として十の電荷を有する材料を用いれば菌を
静電的に吸着することができることに着目して、担体へ
の菌体固定を図ったものである。

（ハ）発明が解決しようとする問題点しかし、上記メタン菌の固定化方法は、未だ、以下の問
題点を有していた。

■静電的に菌体を吸着する場合のその吸着力は液中の塩
濃度に依存しているため１、塩濃度の上昇に伴いその菌
体固定化能は低下することになる。

■メタン醗酵ではリアクターへの流入水の水質変動によ
り塩濃度が増減しやす（、そのため、−旦固定化された
菌体の脱着が起きることになる。

本発明は、上記問題点を解決することができるメタン菌
等の微生物固定化担体を提供することを目的とする。

（ニ）問題点を解決するための手段本発明は、担体を形成する材質の濡れ角を、６０゛〜１
２０°としたことを特徴とする微生物固定化用担体に係
るものである。

ここで、濡れ角とは、固体表面の液体による濡れ性を表
す尺度の一つであり、固体表面と液体表面とのなす接触
角をいう。

本発明者は、かかる濡れ角θと、気液界面の表面自由エ
ネルギーの変化ΔＧ−との関係が、以下の式で表される
ことに着目して、本発明を完成したものである。なお、
式中、ＴＬＶは、気液界面の表面自由エネルギーを示す
。

ΔＧｗ−γＬｖ　　ＣＯ３θ 即ち、上記式は、濡れ角θは材料表面自由エネルギーに
より決定され、濡れ角θが小さい程湿潤による材料表面
自由エネルギーの減少が大きく、湿潤しやすくなること
を示している。

つまり、材料面から見れば、濡れ角θが低いほど、即ち
、濡れやすい表面はど微生物固定化用担体としては高エ
ネルギー表面であり、菌体が付着しにくくなる一要因で
ある。

本発明者は、以下に説明する実施例に示す吸着実験を行
うことによって、微生物固定化用担体の濡れ角を、６０
゛　〜１２０゛　とした場合に、菌体の担体への付着率
を高めて菌体を高い濃度に保持できることを発見し、本
発明を完成するに至ったものである。

なお、アルミナ等の微生物固定化用担体の表面の濡れ角
を６０゛　〜１２０°に制御する方法としては、各種方
法が考えられるが、具体的には、■物理的改質（物理的
な手段を利用する。従って、改質のメカニズムは化学的
な要素も含まれる。）及び■化学的改質を利用した改質
を用いることができる。

物理的改質は乾式プロセスで実施可能な点に大きな特徴
があり、紫外線照射処理法、低温プラズマ処理法、スパ
ッタエツチング処理法等がある。

また、化学的改質には、薬品処理をして種々の官能基を
導入する方法や、シラン系、シリルパーオキサイド系等
のカップリング剤で表面コーティングを行い、表面の化
学構造を抜本的に改質する方法等がある。

また、本発明の適用できる担体は、好ましくはアルミナ
等の無機質素材とする。

（ホ）作用及び効果上記微生物固定化用担体を用いることによって、本発明
は、以下の効果を奏する。

■濡れ角を６０゛　〜１２０°にすることによって、菌
体を高濃度に保持して多くの菌体を担体に固定し、処理
速度を増すことができる。かつ、菌体と処理水との分離
も容易にし、温度・ＰＨ等の流入水量の増減によるショ
ックロードに対する耐久性を向上させ、菌体の安定性も
図ることができる。

■また、濡れ角を制御するのみで菌体を高濃度に保持し
て菌体固定化を図るものであるため、材料の静電特性（
ゼータ電位）を利用した従来の固定化方法において不可
避であった液中塩濃度の変化に伴う菌体固定化能の低下
を防止して、塩濃度如何にかかわらず、菌体固定化能を
一定に保持することができる。

（へ）実施例以下、実施例に基づき、本発明に係る微生物固定化担体
による固定化能について説明する。

本実施例は、アルミナを素材とする担体を、シランカッ
プリング剤で表面処理して材料の濡れ角を制御したこと
に特徴を有する。

即ち、まず、第１表に示す物性値を有するアルミナ多孔
質管を、３２〜１００メソシユに粉砕してアルミナ粉体
を得た。同アルミナ粉体を、室温のＩＮ硝酸中で５時間
浸漬・純水洗浄した。ついで、シランカンブリング剤で
あるグリシドキシブロビルヂメチルエトキシシラン（以
下、ＣＰＳと略記する）の２％トルエン溶液中でアルミ
ナ粉体を５時間還流した後、トルエン及びエタノールで
洗浄して、表面改質処理を行い、試料１を作成した。

第１表　アルミナ多孔質管の物性値同様に、上記アルミナ多孔質管を３２〜１００メツシユ
に粉砕し、かつ室温のＩＮ硝酸中で５時間浸漬、純水洗
浄したアルミナ粉体を、シランカップリング剤であるオ
ククデシルヂメチルクロロシラン（以下、ＯＤＳと略記
する）の２％トルエン溶液中で５時間還流した後、トル
エン及びエタノールで洗浄して、表面改質処理を行い、
試料２を作成した。

さらに、上記３２〜１００メツシユに粉砕し、かつ室温
のＩＮ硝酸中で５時間浸漬、純水洗浄したアルミナ粉体
を、シランカップリング剤であるトリデカフルオロテト
ラハイドロオクチルデメチルクロロシラン（以下ＴＤＦ
と略記する）の２％トルエン溶液中で５時間還流した後
、トルエン及びエタノールで洗浄して、表面改質処理を
行い、試料３を作成した。

その後、上記ＧＰＳ処理アルミナ粉体、ＯＤＳ処理アル
ミナ粉体、ＴＤＦ処理アルミナ粉体、及び無処理のアル
ミナ粉体（以下、比較例という）を用いてメタン菌の吸
着実験を行った。

吸着実験は、肚りＳａ度を１０００ｍｇ／Ｉに調整した
メタン醗酵液を２５ａ１入れた５０＋＊　Ｉサンプル瓶
にアルミナ粉体を各々１．０ｇ投入し、３７℃にて４０
時間振盪することにより行った。吸着量は、吸着実験後
の粉体を充分に純水にて洗浄した後、１１０°Ｃで乾燥
して吸着物質中の炭素量を元素分析で、また、８８０°
Ｃ焼成前後での重量変化を元に推定した。

また、第２表に、吸着実験の結果を示す、なお、表中、
メタン菌の吸着菌体量は、以下の方法によって算出した
。

初めに、担体への吸着菌体の乾燥重量を吸着実験前後の
担体の強熱減量として求めた。なお、強熱減量測定は、
担体を予め１１０°Ｃで乾燥、秤量の後、乾燥担体を８
８０　’Ｃで焼成して再度秤量してその差とした。

次に、菌体の含水率ニア０％を補正して菌体の湿潤重量
を計算した後、菌体の代表粒子直径を１μｍ、比重を１
．０５と仮定して担体の単位重量当たりの吸着菌体数を
算出し、担体の見掛けの表面積（細孔直径１μｍ以上の
細孔及び担体の外表面の積算表面積として水銀圧入法に
より測定）：　０．０３　ｒｅ”７ｇ　より担体単位表
面積当たりの吸着菌体数を算出した。

第２表　表面改質アルミナ膜へのメタン菌の吸着量分析値上記表から明らかなように、本発明に係る試料１〜３の
濡れ角θを６０°〜　１２０°に制御することによって
、濡れ角θが３２°の比較例に対して、吸着菌体量を著
しく多くすることができた。

即ち、試料１及び試料２においては、吸着菌体量が、比
較例の２０倍〜３０倍にもなっており、また、試料３に
おいても、吸着菌体量は、比較例の３．５倍となってい
る。

また、第１図に本発明に係る担体を装着可能なりアクタ
−Ａの構造の一例を示す。

図中、１０は中空容器であるリアクター本体であり、同
リアクター本体１０内には、本発明に係る多数の微生物
固定化用担体１１が充填されている。

微生物固定化用担体ＩＩの形状としては各種形態のもの
が考えられ、その幾つかを第２図〜第Ｇ１ｍに示す、即
ち、第２図〜第６図は、それぞれ、ハニカム状、線状、
ベルルサドル状、ラシヒリング状及びビーズ状の担体を
示している。

さらに、第１図において、１２はりアクタ−本体１０に
ｖ５質である原水又は汚水を供給する原水供給配管であ
り、１３は処理水排出配管、１４はメタンガス取出管、
１５は処理水一部還流配管である。

上記構成において、リアクター本体１０内に充填した微
生物固定化用担体１１は、濡れ角θを６０°〜１２０°
としているので、メタン菌を多量に固定化でき、植種的
かつ効率良く醗酵を促進して汚水処理を行い、発生した
メタンガスをメタンガス取出管１４を通してメタンガス
を捕集することができるとともに、処理後水を処理後水
排出配管１３を通して外部に排出することができる。

なお、本実施例では、担体の場合を示したが、この範囲
のはずせば、膜の場合にも有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る微生物固定化用担体を具備するり
アクタ−の概念的構成説明図、第２図〜第６図は微生物
固定化用担体の具体例の説明図である。図中、Ａ：リアクターｌＯ：リアクター本体ｌｌ：微生物固定化用担体１２：原水供給配管１３：処理水排出配管１４：メタンガス取出配管１５：処理水一部還流配管

Claims

【特許請求の範囲】

１、担体を形成する材質の濡れ角を、６０°〜１２０°
としたことを特徴とする微生物固定化用担体。