JPH035796B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

Ａ 産業上の利用分野 本発明は多価金属イオンによりゲル化する物質
を担体として嫌気性発酵微生物を固定化する場合
の安定化手段に関する。 Ｂ 従来の技術 微生物の固定化材料として、ポリアクリル酸ゲ
ルやアルギン酸ゲルはカルシウムイオンによつて
架橋したものが広く使用されている。しかし嫌気
性発酵においては、初期段階の低級脂肪酸生成に
よつて架橋カルシウムが脱離されゲル強度が弱く
なり微生物の洗脱、ゲルの崩壊が起り長期間の使
用に耐えない。ゲルのカルシウム脱離を防ぐため
発酵原液に多量のカルシウムイオンを添加する手
段があるが、カルシウムイオン濃度に対する微生
物の適応域から外れる恐れがあり、さらに発酵後
の液が甚しい硬水となるので水処理上好ましくな
い。また予め多量の水溶性カルシウム塩をゲル調
製時に加えることによりゲル保全を計ることもで
きるが、カルシウムイオンは速やかに発酵液中に
溶出され、ゲル強化効果は一時的である。また極
めて濃厚なカルシウムイオン液の中では嫌気性微
生物は生理活性を失う。 Ｃ 発明が解決しようとす問題点 本発明は、上記嫌気性微生物を利用する各種分
野、殊に水処理分野において、従来避けられなか
つた微生物固定化担体の強度安定性の低い欠点、
長期使用に耐えない欠点、発酵液の液性が変化す
る欠点、微生物の生理活性を失う欠点等を悉く解
決できる新しい固定化微生物担体の安定化方法を
提供することを目的とする。 Ｄ 問題点を解決するための手段 本発明によれば、多価金属イオンによりゲル化
する物質を担体として嫌気性発酵微生物を固定化
する場合の安定化方法が提供される。 本発明者らは、微生物の固定化技術について鋭
意研究を重ねる過程において、嫌気性発酵におけ
る酸敗失活への対策として難溶性の炭酸カルシウ
ムを担体材料に予め添加することによつて発酵初
期段階の生成脂肪酸を中和し、酸敗失活を防止す
ることを発見し、発表したが〔本田、村上、佐
野；水処理技術 27巻９号 619頁（1986）〕これ
は炭酸カルシウムを中和剤として利用することに
成功したものであつて単に炭酸カルシウムを任意
量を添加するだけは担体の崩壊を喰い止めること
はできない。 炭酸カルシウムの溶解度は極めて小さく
（0.052g／あるいは、Ca0.5ミリモル／於30
℃）アルギン酸ゾルの固化に要するカルシウムイ
オン濃度（Ca10〜100ミリモル／）の1/100程
度に過ぎず炭酸カルシウムと接触するだけではゲ
ル化架橋に全く効果がない。炭酸カルシウムが多
過ぎればゲルがもろくなり、初めから容易に崩れ
る。ところが嫌気性発酵においては 有機物→低級脂肪酸→（メタン＋二酸化炭素） という二段の反応が遂次的に行われるため、担体
内で初期段階の反応が起きると炭酸カルシウムは
分解して脂肪酸カルシウムとなり、遂次脂肪酸は
メタンと二酸化炭素を発生して消失すると同時に
炭酸カルシウムを再生する。この炭酸カルシウム
リサイクル反応機構は先に発明者らによつて提唱
された〔佐野、本田；エネルギー資源研究会予講
集５−１、99（1985）〕ものであるが、 炭酸カルシウム酸生成 ―――→ ←――― メタン化脂肪酸カルシウム 数値的に実証されていなかつた。そこで本発明者
らは、炭酸カルシウムの量を増減して担体ゲルの
崩壊性を試験し、炭酸カルシウム添加量の一定範
囲内においてゲル担体の寿命を著じるしく延長す
るという新しい知見を得た。本発明はこの知見を
基礎として完成されたものである。 以下、本発明の難溶性炭酸塩を混和することに
よる固定化微生物担体の安定化方法について詳述
する。 本発明に係る固定化微生物担体安定化方法にお
いて、用いられる担体ゲルとしては、多価金属イ
オンより架橋ゲル化する物質であればよく代表的
な例としてポリアクリル酸ナトリウム、アルギン
酸等がある。 本発明方法においては、担体ゾルに嫌気性微生
物、難溶性炭酸塩を攪拌混合して嫌気性微生物含
有担体ゾルを作製する。この際の微生物量は、担
体の種類、使用目的に応じて適宜に決定される。
かくして得られた嫌気性微生物含有担体ゾルは引
続きカルシウムイオンにより架橋反応を行い嫌気
性微生物固定化ゲルが得られる。得られるゲルの
形状は、例えばビーズ状、フイルム状、フレーク
状、顆粒状、塊状等のいずれの形状でも任意に利
用でき、その大きさも特に制限はないが顆粒状の
ものでは0.5mm以上、好ましくは２〜５mm程度で
あるのが適当である。本発明の難溶性炭酸塩によ
るゲル保全機構は炭酸カルシウムを例にして説明
すれば次の通りである。炭酸カルシウムが放出す
るカルシウムイオンは0.5ミリモル／で前後の
ようにゲル架橋効果は無視できるほど小さい。し
かし担体内で嫌気性発酵初期段階で有機物から低
級脂肪酸生成が起き、担体内部のPHが６以下に低
下すると炭酸カルシウムが可溶化して低級脂肪酸
と反応し、脂肪酸カルシウムを生成する。脂肪酸
カルシウムは溶解度が高いので担体内部のカルシ
ウムイオンは急増し、担体の架橋を十分支え得る
ようになる。一方遊離の脂肪酸はカルシウムによ
り中和されるため担体内のPHが低下せずメタン発
酵菌の最適活動範囲になり、脂肪酸が活発にメタ
ンと二酸化炭素に分解される。メタン生成の後
は、分解生成した二酸化炭素によりカルシウムは
再び炭酸カルシウムとなり再生される。 本発明において、炭酸カルシウムの担体材料へ
の添加量は１〜30g／担体、好ましくは１〜
10g／担体である（実施例１）。また、炭酸マ
グネシウム、炭酸鉄などあるいはそれらとの混合
物を用いる場合でも添加量の範囲はほぼ同様であ
る（実施例２）。 本発明において使用される炭酸塩は架橋性を有
する金属で難溶性の炭酸塩を形成するものであれ
ば原理的に同様な効果が期待できる。しかし、嫌
気性微生物の生理活性に重大な影響を及ぼす添加
物を採用することはできないので実際上は炭酸カ
ルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸鉄の三者ある
いは、これらの混合物に限定される。 Ｅ 実施例 以下、本発明難溶性炭酸塩を混和することによ
る固定化微生物担体の安定化方法例及びこれによ
り得られた固定化微生物を用いた水処理試験例を
実施例として挙げる。 実施例 １ 市販ポリアクリル酸ソーダ（重合度22000〜
66000）の８％水溶液を調整し、下水処理場の消
化汚泥（MLSS10％、MLVSS6％）と炭酸カル
シウムを加え混合して、微生物含有ゾルを調製す
る。このときポリアクリル酸ソーダ濃度は約４％
となる。微生物含有ゾルを1.5％塩化カルシウム
溶液中に注射筒から滴下し約１時間攪拌を行ない
架橋反応を行なわせ、微生物含有ゲルを作製す
る。得られたゲル粒子は0.4cm〜0.5cmφであつ
た。このゲル粒子を嫌気発酵槽に充填し、ペプト
ン、グルコースなどからなる人工下水を通水し、
中温消化法で消化試験を行い、ゲル粒子の崩壊性
を調べた。結果を第１表に示す。崩壊度は粒を水
中にて目開き0.3cmの網にてふるい網を通過しな
かつた粒を原形をとどめたものとして計算した。

【表】 炭酸カルシウム無添加でも初期には十分架橋が
行われゲル化するが下水を通水すると間もなくカ
ルシウムイオンが洗脱され始め崩壊が起つてく
る。炭酸カルシウムが多過ぎるとゲル粒子がもろ
くなり初めから容易に崩れる。 実施例 ２ 実施例１と同様にして微生物含有ゾルを作製
し、添加炭酸塩を3g／の割合でそれぞれ混合
しゲル化後ゲル崩壊速度を実験した結果を第２表
に示す。＊アクリル酸系吸水性樹脂ゲルを使用し
た。

【表】

【表】 実施例 ３ 実施例１で得た嫌気性微生物を固定化させたゲ
ルを嫌気発酵槽に充填し、人工下水（有機物とし
てペプトン0.4ｇ／ブドウ糖0.8g／栄養塩と
してリン酸カリウムを0.02g／PH調整のため重
炭酸ナトリウムを含有、PH約７とする）の一定量
を連続して加え、中温消化法（37℃）に従い嫌気
消化させ、有機物の分解能力の経日変化を調べた
結果を第１図に線１として示す。比較試験結果と
して難溶性炭酸塩無添加時の有機物分解能を線２
として示し、供給人工下水の有機物量を線３とし
て示す。第１図において縦軸は、島津製作所製、
全有機炭素測定装置に従い測定された水中の有機
物濃度（mg／）を、横軸は試験開始後の連続運
転経過日数（日）を示す。 第１図より、難溶性炭酸カルシウム添加の場合
線１と、無添加の場合線２（15日経過で崩壊打切
り）との対比より明らかなように、本発明のゲル
化安定化方法により得られた固定化微生物ゲルは
長期に亘つて安定に所望の有機物分解能力を持続
発現できることが判る。

【図面の簡単な説明】

第１図は固定化微生物ゲルの有機物分解能の経
日変化を調べたグラフ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 嫌気性発酵において、嫌気性発酵微生物を固
   定化する担体材料としてポリアクリル酸ゲル、ア
   ルギン酸ゲル等多価金属イオンによりゲル化する
   物質を使用する場合に、カルシウム、マグネシウ
   ム、鉄の炭酸塩またはこれらの混合物をゲルに含
   有させることを特徴とする固定化微生物担体の安
   定化方法。