JPH012569A - 固定化微生物 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固定化微生物及び該固定化微生物を用いた生物
反応法に関するものである。本発明を、例えば水処理技
術に応用すると、水処理操作が簡単になると共に菌体密
度を著しく高めることができ、この結果、高効率水処理
が可能となる。

〔従来の技術〕

これまで微生物あるいは微生物からなる汚泥の固定化に
あたっては、砂、ゼオライト、アンスラサイト等の粒子
担体の表面に吸着、固定化させる方法、ポリアクリルア
ミド、ポリビニルアルコール、寒天、ガラギーナン等の
ゲルにより菌体を包括固定化する方法等が採用されてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前者の吸着、固定化させる方法は、微生
物あるいは微生物からなる汚泥の吸着量の制御が困難で
あると共に担体そのものの体積によりリアクターの有効
容積を減じると云った欠点を有している。また、後者の
ゲル包括法は、固定化の処理操作が繁雑でゲル剤の価格
が高く水処理などの分野では、実規模で採用されている
例はない、そこで、本発明者らは、経済的且つ高効率な
生物反応方法を開発することを目的として水処理技術を
ベースにバイオリアクターの処理速度を従来法に比較し
飛躍的に高める微生物の高濃度固定化方法について研究
を進めた結果、培養もしくは自然界より採取され：九：
微生物を７０℃以下の温度で脱水し、固形形状のまま乾
燥処理して水分含有率を８５％以下に調整し、細胞間隙
の水分を実質的に排除したところ、菌体同士が固着結合
し且つ固着された菌体は反応液と接触し水分を吸収して
膨潤しても、膨潤後の固着形態は崩れることなくしかも
活性も維持されること、及び得られた固定化微生物が効
率よく生物反応に供されることを新たに見出したもので
ある。

このように一端脱水、乾燥処理により固着した菌体が反
応液と接触し膨潤した後も固着形態が崩れないばかりか
、脱水、乾燥前の活性を維持していることは、全く意外
な現象であり、本発明はこのような知見に基づき完成さ
れたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

以下、本発明をより具体的に詳述する。

本発明において固定化可能な微生物は培養もしくは自然
界より採取された微生物が用いられ、何ら特定化された
微生物を必要としない。また、純粋に分離された微生物
である必要もなく、混合微具体的には次のような微生物
が挙げられる。

活性汚泥等好気微生物処理汚泥を構成する細菌類ニ アクロモバクタ−、アエロバクタ−、アルカリゲネス、
バシラス、プレビバクテリューム、コリネバクテリュー
ム、コマモナス、フラボバクテリューム、ミクロコツカ
ス、シュードモナス、スピリラム、ズーグレア、アルス
ロバクタ−、ニトロソモナス、スタフィロコッカス、ノ
カルデイア、スファエロティルス、エシェリッヒア、ア
ゾトバクタ−等 菌　類： ペニシリューム、セファロスボリューム、クラトスボリ
ューム、フサリューム、トリコデルマ、カンジダ、ロド
トルラ、サツカロミセス等。

メタン発酵等嫌気微生物処理汚泥を構成する細菌類： （酸生成菌） コリネバクテリューム、ラクトバシラス、アクチノミセ
ス七゛ビヒドバクテリューム、ラミバクテリューム、ユ
ウバクテリューム、クロストリディーム、バタテロイデ
ス、ビブリオ、スピリラム、ペプトコッカス、フソバク
テリューム。

スファエロフォラス、ベロネア等。

（メタン生成菌） メタノバクテリューム、メタノザルシナ、メタノスピリ
ラム、メタノスリックス、メタノコツカス 固定化処理は、通常７０℃以下の温度で脱水し、固形形
状のまま乾燥処理することによりおこなわれるが、温度
処理は乾燥を促進させるためのものであって目的とする
微生物の温度耐性に応じて決定される。例えば耐熱性に
優れたメタン酸化細菌では高い処理温度でも活性の維持
が可能であるが、この場合においても約７０℃以下であ
ることが望ましい。また、活性汚泥などの好気性微生物
を処理する場合には約５０℃以下であることが望ましい
。

脱水、乾燥１粒子化は適宜おこなわれ、例えば沈降濃縮
微生物あるいは汚泥をフィルタープレス等で説、水した
後固形形状のまま所定の温度で乾燥し、その後粉砕する
ことにより粒子状の固定化物を得ることできる。また、
脱水物を適度に固形形状のまま半乾燥させた後、カッタ
ー等により裁断し粒子化した後固定化強度を増加させる
ため更に乾燥することができる。

固定化強度を高める上では、処理された菌体の水分含量
は細胞間隙の水分がなくなるまで十分に乾燥することが
望ましいが、水分含量が８５％以下になるよう乾燥し、
細胞間隙の水分を減少させ、菌体同士が固着固定化され
るまで乾燥する。

菌体同士の固着固定化は、微生物の水分含量を、固形形
状のまま８５％以下程度に調整することにより、微生物
が生育中に菌体外に産生じた多種多様の物質、特に多糖
、蛋白、糖蛋白などの高分子物質が脱水、乾燥されると
共に変成され、細胞間の結合強度が増加することによる
ものと考えられる。

このように、微生物の菌体外生成物が一種のバインダー
となることにより菌体同士が固着固定化された後、固定
化菌体を裁断もしくは粉砕するこの条件により任意に選
択されるが、粒径が極端に小さくなると沈降性が悪化し
、極端に大きくなると拡散抵抗により反応速度が低下す
る。

従って１通常、膨潤後の粒径を１ｍｍ〜５ｍｍ程度とす
ることが望ましい。

このように、いったん固定化された菌体は反応液と接触
し膨潤しても充分な強度を有し、−膜内な通気、撹拌の
手段を伴なっても微細化することなく反応に供すること
が可能である。

従って、反応に際しては従来の包括固定化菌体と全く同
様に使用できる。例えば嫌気的な処理法ではカラム等に
充填し、反応液を上向流で流すリアクターとして使用が
可能である。

また、好気的な処理法では反応槽上部に沈殿部を設けた
処理槽に本発明によ、る固定化微生物を添加し、通気流
動化させる方法、あるいは通気部と充填部を別々に設け
、反応液を循環させ処理する方法などに使用することが
可能である。また、菌体濃度も包括固定化菌体に較べ菌
体同士の固着面菌体を調製できる。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。

〔実施例〕

実施例１ 一固定化微生物の調整方法− 本発明によれば、培養もしくは自然界より採取された微
生物のいずれにおいても固定化の対象物とすることが可
能であるが、ここではその例として、固定化対象物とし
て活性汚泥、及びメタン発酵汚泥を用いた場合の固定化
微生物の調製方法について述べる。

活性汚泥は、グルコースＩｇ／　Ｑ、ポリペプトン０．
５ｇ／　Ｑ　−Ｋ）ｌｚＰｏ４０−０８５％ｇ／　Ｑか
らなるｐＨ７の合成排水（ＢＯＤ濃度約１，０００ｍｇ
／　Ｑ　）を用い、ＢＯＤ負荷０．５ｋｇ／ボ・ｄａｙ
で回分法により培養したものを使用した。

汚泥濃度１０，０００ｍｇ／　Ｑの汚泥混合液５Ｑを濾
紙で脱水した後、脱水汚泥の厚みを約５１１０１に濾紙
上に塗り広げ２５℃、５０℃、１００℃で風力乾燥し固
定化強・−；　・　　　。

度試験に使用した。メタン発酵汚泥は、グルコース３５
ｇ／Ｑ、コーンスチープリ力−３５ｇＩＱ、に２ＨＰ０
４３ｇＩＱ、　）０１２Ｐ０．２ｇ／ρ、（ＮＨ４）２
Ｃｏ、・ＨｔＯ５ｇ／　Ｑ、Ｎａ２Ｃｏ、　３ｇ／　Ｑ
　、　ＦｅＣｌ３−６８２０１ｇ／　Ｑからなる合成排
水（有機物濃度５０．ＯＯＯ＋＋＋ｇ／　Ｑ　）を用い
、有機物負荷０．５ｋｇ／　ｒｒｉ’−ｄａｙで回分法
により培養したものを使用した。汚泥濃度１０，０００
ｍ　ｇ　／　Ｑの汚泥混合液５Ｑを遠心分離し濾紙で脱
水した後、脱水汚泥の厚みを約５ｍｍに濾紙上に塗り広
げ、２５℃、４０℃、７０℃、１００℃で風力乾燥し固
定化強度試験に使用した。

２５℃乾燥汚泥について、水分含量と膨潤後の固定化強
度との関係を検討した。この場合、水分含！ｔｔ５０％
以上のものではカッターにより０．５ａ＋ｍ〜２Ｉｌ１
１１程度に裁断し、水道水で膨潤させて、また、水分含
量ＩＯ％及び５％のものの測定は、水分含量５０％程度
のｌＩ５泥をカッターでＯ，１ｍｍ＋−１ｍｍに裁断し
た後、更に所定の水分含量となるまで乾燥し、その後水
道水で膨潤させて試験に供した。

なお、汚泥の裁断、粉砕は半乾燥状態で行ってから乾燥
しても、乾燥した後行ってもいずれでもり多い汚泥では
脱水により固定化の効果は現われなかったが、水分含量
を８５％以下にすることにより固定化の効果が現われる
ようになり、５０％以下では極めて安定な固定化物が得
られた。

次に固定化強度に及ぼす乾燥処理時の温度の影響につい
て検討した。活性汚泥の場合は２５℃、５０℃、１００
℃で、メタン発酵汚泥の場合は２５℃、４０℃、７０℃
、１００℃で、それぞれ水分含量６％以下に乾燥した後
水道水で膨潤させた。いずれの汚泥も通気撹拌に対し十
分な固定化強度を有していることから乾燥処理時の温度
は固定化の強度に対してはほとんど影響しないことがわ
かる。

表−１ ２５℃乾燥活性汚泥の水分含量と膨潤後の固定化強度と
の関係 Ｘ：膨潤後撹拌により分散 通気に対しては不安定 ０：膨潤後、撹拌通気に対しても安定 ◎：膨潤後、撹拌通気に対しても極めて安定 表−２ ２５℃乾燥メタン発酵汚泥の水分含量と膨潤後の外定化
強度との関係 実施例２ 一固定化微生物の活性度− 実施例１により調製された固定化微生物のうち、活性汚
泥にライては、２５℃、５０’Ｃ１１ｏｏ℃テ、また、
メタン発酵汚泥については、２５℃、４０’Ｃ５７０℃
、１００℃でそれぞれ十分に乾燥した汚泥を膨潤後の粒
子系で２ｍｍ以下となるように裁断、粉砕し。

膨潤させた後、それぞれの汚泥の培養に用いた合成排水
の処理活性について検討した。表３に示し性を失ってい
るが、２５℃で乾燥した汚泥は、乾燥後の水分含量がわ
ずか部にまで低下しているにもかかわらず、膨潤後には
もとの活性の５０％程度の活性を保持している。本乾燥
固定化汚泥の膨潤後のみかけの汚泥濃度は１５０，００
０ｍ　ｇ　／　Ｑともとの活性汚泥の濃度（１０，００
０ｍ　ｇ　／　Ｑ　）の１５倍を示すことから反応槽容
積当りの最大処理活性は７倍以上となる。また５０℃で
乾燥処理した場合には活性の低下が大きくもとの汚泥の
２０１程度となってしまうが、それでも汚泥濃度を高く
とれることから最大処理活性は通常の汚泥の３倍以上と
なる。次に表４にはメタン発酵汚泥の結果について示し
た。２５℃で乾燥した場合、活性汚泥と同じ程度の５５
％の活性を維持しており、膨潤後の汚泥濃度も１６０，
０００ｍ　ｇ　／Ωと高いことから、もとのメタン発酵
汚泥（濃度１０．０００＋ａ　ｇ　／　Ｑ　）に比較し
、反応槽容積当りの最大処理活性は８倍以上となる。メ
タン発酵汚泥では７０℃の乾燥においてもわずかに活性
が残っているが活性汚泥と同様１００℃の乾燥では活性
を失なう。

下で行う必要があり、好ましくは２５℃程度の比較的低
い温度で行なった方が良い、しかし、０℃以下で凍結乾
燥することは膨潤後の微生物濃度を低下させることから
あまり得策でない。

表−３ 活性汚泥の固定化処理温度と排水処理活性乾燥後水分含
量（％）　　　　　　　６　　　３　　　０ＴＯＣ除去
活性（％）　　　　　　　　　５０　　　２０　　　　
０膨潤後の汚泥濃度Ｃｒａｇ／Ｑ　）　　１５０，００
０　１６５，０００　１６５，０００１１＝固定化処理
を行っていない活性汚泥のＴＯＣ除去去速度に対する固
定化汚泥のＴＯＣ除去速度の比率 未固定化汚泥の濃ｆｆ（１０，０００＋＋ｇ／　Ｑ　）
２に　　：ｊ丁−１ 衷・」ｉ −唱甲 メタン発酵汚泥の固定化処理温度と排水処理活性実施例
３ 一固定化微生物の生物反応法− 実施例１により調製された固定化活性汚泥（２５°Ｃ乾
燥、水分含量６％、膨潤後の粒径０．５〜ｂ１に示す容
量１００ｍ　Ｑの反応器に充填率３０％、反応器当りの
汚泥濃度５０，０００ｍ　ｇ　／　Ｑとなるよう添加し
、温度２５℃で実施例１に示した活性汚泥用合成排水の
処理試験を行った。処理試験は、はじめに１日に１回通
気（通気量５ｖνｍ）を止め、固定化汚泥を沈降させた
後、上清（処理水）５０ｍ１２を抜き取り、新らたに合
成排水５Ｏｒｓ　Ｑを添加するＦｉｌｌ　ａｎｄ　Ｄｒ
ａｖ法とした。その後Ｆｉｌｌ　ａｎｄ　ｄｒａｗの回
数を１日に１回から２回、３回と増やし、処理の経過を
観察した。

添加されたＢＯＤは処理開始後２−３日でほぼ１０分以
下で９は以上除去されるようになった。その後、Ｆｉｌ
ｌ　ａｎｄ　Ｄｒａνの１日当りの回数を増加させ、負
荷を増加させたが、１日当り１０回、ＢＯＤ容積負荷５
ｋｇ／ｒｎ″・ｄｒｙにおいても安定した処理結果が得
られた。この値は標準的な活性汚泥のＢＯＤ容積負荷０
．５−篇・ｄｒｙの１０倍程度となる。このような処理
試験は約３ケ月間にわたって行われたが固定化汚泥の形
態は崩れずに使用することができた。汚泥あるいは微生
物のＰＶＡゲル包括固定においては、固定化汚泥の最大
濃度が約５０，０００ｍ　ｇ　／　Ｑと本法のｌ／３程
度と低く安定したＢＯＤ負荷範囲も２〜３１ｃｇ／ボ・
ｄｒｙ程度と考えられる。

次に実施例１により調製された固定化メタン発酵汚泥（
２５℃乾燥、水分含量部、膨潤後の粒径０．５〜２ｍｍ
）を、図２に示す容量Ｌｏｏｍ　Ｑの反応器に充填率４
０％、反応器当りの汚泥濃度６４，０００ｍ　ｇ　／　
Ｑとなるよう添加し、温度３５℃で実施例１に示したメ
タン発酵汚泥用合成排水の５倍希釈排水（有機物濃度１
０．０００ｍ　ｇ／　Ｑ、ＴＯＣ濃度約４，０００ｍｇ
ハＤの処理試験を行った。

処理試験は反応器下部より排水を供給し、反応器上部よ
り処理水を流出させる上向流処理方式で行った。なお、
流れのチャンネリングを防止するため約Ｌｏａｎ／ｒｎ
ｉｎの上向流速となるように反応槽内液を循環させた。

これにより充填した固定化汚泥床は充填比の４０％から
８０％に膨張し、良好な上向流撹拌状態を得ることが出
来た。はじめに有機物負荷を１驕／イ・ｄａｙに設定し
、処理経過を観察しながら徐々に負荷を増加させたとこ
ろ有機物負荷２０ｋｇ／ｒｒ１１−ｄａｙにおいてもＴ
ＯＣ除去率は８０％程度を示した。

これは、通常のメタン発酵の処理速度２〜３順曜・ｄａ
ｙに比較し１桁高い速度であるとともに、現在量も処理
速度が高いと云われている上向流式嫌気汚泥床（ＵＡＳ
Ｂ）法と同等の速度を示した。ＵＡＳＢはその安定範囲
が狭いこと等から考え本法は極めて有効な処理方法と云
える。

〔発明の効果〕

本発明により経済的且つ高効率な生物反応法を提供され
、例えば水処理に適用した場合、従来法の包括固定化法
に較べ菌体濃度が数倍高い固定化菌体が得られ緩いＢＯ
Ｄ負荷での処理が可能である。

【図面の簡単な説明】

図１は活性汚泥処理用反応器１図２はメタン発酵処理用
反応器を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）培養もしくは自然界より採取された微生物を約７
   ０℃以下の温度で脱水し、固形形状のまま乾燥し、水分
   含有率を８５％以下に調整された固定化微生物。
2. （２）培養もしくは自然界より採取された微生物を、約
   ７０℃以下の温度で脱水し、固形形状のまま乾燥し、水
   分含有率を８５％以下に調整して得られた固定化微生物
   を反応基質に接触させることを特徴とする生物反応法。