JPH0951794A - バイオリアクター用多孔質担体 - Google Patents
バイオリアクター用多孔質担体Info
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- JPH0951794A JPH0951794A JP8139723A JP13972396A JPH0951794A JP H0951794 A JPH0951794 A JP H0951794A JP 8139723 A JP8139723 A JP 8139723A JP 13972396 A JP13972396 A JP 13972396A JP H0951794 A JPH0951794 A JP H0951794A
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- Japan
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- water
- carrier
- porous body
- polyurethane gel
- microorganisms
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
Landscapes
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Biological Treatment Of Waste Water (AREA)
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
- Polyurethanes Or Polyureas (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明はバイオリアクター用多孔質担体に関
する。 【解決手段】 （１）水膨潤性で連通気孔を有するポリ
ウレタンゲルからなることを特徴とするバイオリアクタ
ー用多孔質担体。 （２）ポリウレタンゲルがポリオール化合物とイソシア
ネート化合物と水を反応させることによって得られる体
積膨潤率が１５０％〜１０００％のものである（１）記
載のバイオリアクター用多孔質担体。
する。 【解決手段】 （１）水膨潤性で連通気孔を有するポリ
ウレタンゲルからなることを特徴とするバイオリアクタ
ー用多孔質担体。 （２）ポリウレタンゲルがポリオール化合物とイソシア
ネート化合物と水を反応させることによって得られる体
積膨潤率が１５０％〜１０００％のものである（１）記
載のバイオリアクター用多孔質担体。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は動植物細胞や微生物
を結合固定化し、バイオリアクター（固定化生体触媒）
として使用する多孔質担体に関する。
を結合固定化し、バイオリアクター（固定化生体触媒）
として使用する多孔質担体に関する。
【０００２】
【従来の技術】バイオリアクターには各種の担体が用い
られている。これらを列拳すれば、ポリアクリルアミド
ゲル担体、ポリエチレングリコールゲル担体、ポリビニ
ルアルコールゲル担体、アルギン酸ゲル担体などの含水
ゲル担体（非多孔質）で、ゲル中に動植物細胞や微生物
を包括固定して用いるタイプのもの、ポリウレタン担
体、セルロース担体、ポリプロピレン担体、ポリビニル
ホルマール担体、セラミックス担体などの多孔質担体
（含水ゲルではない）で、多孔質表面に動植物細胞や微
生物を吸着固定する表面結合タイプの担体などが挙げら
れる。
られている。これらを列拳すれば、ポリアクリルアミド
ゲル担体、ポリエチレングリコールゲル担体、ポリビニ
ルアルコールゲル担体、アルギン酸ゲル担体などの含水
ゲル担体（非多孔質）で、ゲル中に動植物細胞や微生物
を包括固定して用いるタイプのもの、ポリウレタン担
体、セルロース担体、ポリプロピレン担体、ポリビニル
ホルマール担体、セラミックス担体などの多孔質担体
（含水ゲルではない）で、多孔質表面に動植物細胞や微
生物を吸着固定する表面結合タイプの担体などが挙げら
れる。
【０００３】含水ゲル担体は予め動植物細胞や微生物を
包括した担体を用いるため、バイオリアクターの初期運
転時の処理能力の立ち上がりが早い利点があるが、高度
に水分を含有するため、どれも物理強度に劣る。反応槽
中で使用中に摩粍、崩壊する恐れが大きい。
包括した担体を用いるため、バイオリアクターの初期運
転時の処理能力の立ち上がりが早い利点があるが、高度
に水分を含有するため、どれも物理強度に劣る。反応槽
中で使用中に摩粍、崩壊する恐れが大きい。
【０００４】さらに、動植物細胞や微生物が含水ゲルに
包まれているので、老化した細胞や微生物が容易に脱落
せず、基質と生成物の輸送が緩慢になってしまう。
包まれているので、老化した細胞や微生物が容易に脱落
せず、基質と生成物の輸送が緩慢になってしまう。
【０００５】一方、ポリウレタン、ポリプロピレン担体
などの多孔質担体は疎水性であるため動植物細胞や微生
物が吸着し難い。
などの多孔質担体は疎水性であるため動植物細胞や微生
物が吸着し難い。
【０００６】セルロース担体は微生物の侵食を受け耐用
年数が低い。ポリビニルホルマール担体は安価な工業的
製造方法が確立されていない等の欠点がある。
年数が低い。ポリビニルホルマール担体は安価な工業的
製造方法が確立されていない等の欠点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は高度に水分を
含有し、物理的強度に優れ、微生物の侵食を受けないバ
イオリアクター用多孔質担体を提供することを目的とす
る。
含有し、物理的強度に優れ、微生物の侵食を受けないバ
イオリアクター用多孔質担体を提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明のバイオリアクター用多孔質担体は水膨潤性の
ポリウレタンゲルからなる連通気孔性の多孔質担体であ
る。
の本発明のバイオリアクター用多孔質担体は水膨潤性の
ポリウレタンゲルからなる連通気孔性の多孔質担体であ
る。
【０００９】さらに、ポリウレタンゲルは、ポリオール
化合物とイソシアネート化合物と水を反応させることに
よって得られる体積膨潤率が１５０％〜１０００％のも
のである。
化合物とイソシアネート化合物と水を反応させることに
よって得られる体積膨潤率が１５０％〜１０００％のも
のである。
【００１０】このポリウレタンゲルをバイオリアクター
用担体として用いると槽内の撹拌効率及び動植物細胞密
度、微生物密度を高め、高度の処理能力を実現できる。
用担体として用いると槽内の撹拌効率及び動植物細胞密
度、微生物密度を高め、高度の処理能力を実現できる。
【００１１】
【作用】本発明に使用される水膨潤性のポリウレタンゲ
ルからなる連通気孔性の多孔質担体（以下、ポリウレタ
ンゲル多孔体と略す。）は素材のポリウレタンが極めて
親水性が高く、多量の水分を素材中に蓄える性質を有
し、動植物細胞や微生物に対する親和性に優れている。
ルからなる連通気孔性の多孔質担体（以下、ポリウレタ
ンゲル多孔体と略す。）は素材のポリウレタンが極めて
親水性が高く、多量の水分を素材中に蓄える性質を有
し、動植物細胞や微生物に対する親和性に優れている。
【００１２】また含水ゲルでありながら連通気孔性の多
孔構造を有するため、動植物細胞や微生物は担体の気孔
内にも入りやすく、培養液や被処理水中に存在する動植
物細胞、微生物は担体の外部表面ないし、気孔表面に効
率的に付着、結合固定される。
孔構造を有するため、動植物細胞や微生物は担体の気孔
内にも入りやすく、培養液や被処理水中に存在する動植
物細胞、微生物は担体の外部表面ないし、気孔表面に効
率的に付着、結合固定される。
【００１３】また、担体表面から内部にかけて連通した
気孔が存在することにより担体表面積が大きいことによ
っても、培養液や被処理水中の動植物細胞、微生物が担
体に多量に付着、結合固定され、しかも気孔部に固定さ
れた動植物細胞、微生物は流動するときも剥がれにく
い。
気孔が存在することにより担体表面積が大きいことによ
っても、培養液や被処理水中の動植物細胞、微生物が担
体に多量に付着、結合固定され、しかも気孔部に固定さ
れた動植物細胞、微生物は流動するときも剥がれにく
い。
【００１４】さらに、従来の含水ゲルと異なり、耐剪断
性が高いので、従って生体触媒として扱う動植物細胞や
微生物が担体の外部表面及び気孔内表面に多量高密度に
固定化させた状態においてプロペラなどによる効率的な
撹拌が可能となる。
性が高いので、従って生体触媒として扱う動植物細胞や
微生物が担体の外部表面及び気孔内表面に多量高密度に
固定化させた状態においてプロペラなどによる効率的な
撹拌が可能となる。
【００１５】ポリウレタンゲル多孔体はポリオール化合
物とイソシアネート化合物と水を反応させることによっ
て得られる。ポリウレタンゲル多孔体は平均孔径１０μ
ｍ〜５ｍｍ好ましくは１００μｍ〜３ｍｍの連通気孔性
の多孔構造を有するものである。
物とイソシアネート化合物と水を反応させることによっ
て得られる。ポリウレタンゲル多孔体は平均孔径１０μ
ｍ〜５ｍｍ好ましくは１００μｍ〜３ｍｍの連通気孔性
の多孔構造を有するものである。
【００１６】図１に本発明に使用できるポリウレタンゲ
ル多孔体の表面の多孔構造の電子顕微鏡写真を示す。
ル多孔体の表面の多孔構造の電子顕微鏡写真を示す。
【００１７】また、本発明に使用できるポリウレタンゲ
ル多孔体は式（１）で定義される水に対する体積膨潤度
が１５０％〜１，０００％の範囲のものが好ましい。
ル多孔体は式（１）で定義される水に対する体積膨潤度
が１５０％〜１，０００％の範囲のものが好ましい。
【００１８】
【数１】
【００１９】１００℃で乾燥し、重量減少がなくなった
点を絶乾とする。２５℃の純水に浸漬し、容積変化のな
くなった点を完全膨潤時の体積とする。
点を絶乾とする。２５℃の純水に浸漬し、容積変化のな
くなった点を完全膨潤時の体積とする。
【００２０】直方体あるいは立方体の担体の各辺の長さ
を測定して体積を求める。１５０％未満の体積膨潤度で
は一般的なポリウレタン多孔体と変わらず、含水ゲルと
は言い難い。１０００％超の体積膨潤度では強度が低下
し過ぎるために実用的ではない。
を測定して体積を求める。１５０％未満の体積膨潤度で
は一般的なポリウレタン多孔体と変わらず、含水ゲルと
は言い難い。１０００％超の体積膨潤度では強度が低下
し過ぎるために実用的ではない。
【００２１】また本発明中に使用できるポリウレタンゲ
ル多孔体は、１０〜３００ｃｍ3／ｃｍ2・Ｓ、更に好ま
しくは５０〜２００ｃｍ3／ｃｍ2・Ｓの通気度をもつこ
とが好ましい。
ル多孔体は、１０〜３００ｃｍ3／ｃｍ2・Ｓ、更に好ま
しくは５０〜２００ｃｍ3／ｃｍ2・Ｓの通気度をもつこ
とが好ましい。
【００２２】通気度は、１０ｍｍ厚のポリウレタンゲル
多孔体を用いてＪＩＳ Ｌ１０９６一般織物試験方法の
通気度試験に準じた方法で測定する。
多孔体を用いてＪＩＳ Ｌ１０９６一般織物試験方法の
通気度試験に準じた方法で測定する。
【００２３】通気度１０ｃｍ3／ｃｍ2・Ｓ以下の場合、
処理槽内におけるポリウレタンゲル反応槽中での多孔体
の流動性が悪くなるために処理能力の低下、担体を流動
させるためにかかるエネルギーコストの増大等の問題が
おこり好ましくない。３００ｃｍ3／ｃｍ2・Ｓ以上であ
ると多孔体の表面積が小さくなり、動植物細胞や微生物
を高密度に固定化できない。
処理槽内におけるポリウレタンゲル反応槽中での多孔体
の流動性が悪くなるために処理能力の低下、担体を流動
させるためにかかるエネルギーコストの増大等の問題が
おこり好ましくない。３００ｃｍ3／ｃｍ2・Ｓ以上であ
ると多孔体の表面積が小さくなり、動植物細胞や微生物
を高密度に固定化できない。
【００２４】更にポリウレタンゲル多孔体を処理槽に添
加する際、通気度が低い物は空気が孔内に残るため、短
期間で容易に沈降せず、培養液や処理水面付近に浮遊状
態でとどまり、担体としての役をなさない。
加する際、通気度が低い物は空気が孔内に残るため、短
期間で容易に沈降せず、培養液や処理水面付近に浮遊状
態でとどまり、担体としての役をなさない。
【００２５】上記したポリウレタンゲル多孔体は一般に
次の様な方法で合成される。例えば、１分子中に少なく
とも２個の末端水酸基を有する水溶性の酸化エチレン／
酸化プロピレン共重合ポリエーテル系ポリオールをイソ
シアネート化合物と反応させ、１分子中に少なくとも２
個の末端イソシアネート基を有する水溶性の酸化エチレ
ン／酸化プロピレン共重合ポリエーテル系ポリウレタン
プレポリマーと遊離のポリイソシアネートとを含む混合
物を合成する。
次の様な方法で合成される。例えば、１分子中に少なく
とも２個の末端水酸基を有する水溶性の酸化エチレン／
酸化プロピレン共重合ポリエーテル系ポリオールをイソ
シアネート化合物と反応させ、１分子中に少なくとも２
個の末端イソシアネート基を有する水溶性の酸化エチレ
ン／酸化プロピレン共重合ポリエーテル系ポリウレタン
プレポリマーと遊離のポリイソシアネートとを含む混合
物を合成する。
【００２６】次いでこの混合物を水と反応させることに
より、ポリウレタンゲル多孔体が製造できる。
より、ポリウレタンゲル多孔体が製造できる。
【００２７】さらに詳しくポリウレタンゲル多孔体の製
造方法を例示すれば、先ず、酸化エチレンと酸化プロピ
レンの共重合体である（エチレン／プロピレン）グリコ
ール、少なくとも３価の多価アルコールの酸化エチレン
／酸化プロピレン共重合ポリエーテル系ポリオールなど
から選ばれるポリエーテル系ポリオールで、水酸基当量
が少なくとも５００で、且つ水溶性のポリエーテルポリ
オールと、該ポリエーテルポリオールのヒドロキシル基
１個あたり約１〜４モル量（２〜８当量）のジイソシア
ネート化合物とを反応させて得られる反応混合物を製造
する。
造方法を例示すれば、先ず、酸化エチレンと酸化プロピ
レンの共重合体である（エチレン／プロピレン）グリコ
ール、少なくとも３価の多価アルコールの酸化エチレン
／酸化プロピレン共重合ポリエーテル系ポリオールなど
から選ばれるポリエーテル系ポリオールで、水酸基当量
が少なくとも５００で、且つ水溶性のポリエーテルポリ
オールと、該ポリエーテルポリオールのヒドロキシル基
１個あたり約１〜４モル量（２〜８当量）のジイソシア
ネート化合物とを反応させて得られる反応混合物を製造
する。
【００２８】該反応混合物におけるジイソシアネートと
してはトリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシ
アネート、ナフチレンジイソシアネート、ジフェニルメ
タンジイソシアネート、ビフェニレンジイソシアネー
ト、ジフェニルエーテルジイソシアネート、トリジンジ
イソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イ
ソホロンジイソシアネート等からなる群から選ばれた少
なくとも１種のジイソシアネートが拳げられる。
してはトリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシ
アネート、ナフチレンジイソシアネート、ジフェニルメ
タンジイソシアネート、ビフェニレンジイソシアネー
ト、ジフェニルエーテルジイソシアネート、トリジンジ
イソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イ
ソホロンジイソシアネート等からなる群から選ばれた少
なくとも１種のジイソシアネートが拳げられる。
【００２９】上記した水溶性のポリウレタンプレポリマ
ーと遊離のポリイソシアネートとからなる反応混合物と
水を反応させてポリウレタンゲル多孔体を製造できる。
ーと遊離のポリイソシアネートとからなる反応混合物と
水を反応させてポリウレタンゲル多孔体を製造できる。
【００３０】水の量を上記反応混合物中のイソシアネー
ト基１当量に対して水酸基が過剰で３００当量未満の量
にすると本発明に好適なポリウレタンゲル多孔体が得ら
れる。
ト基１当量に対して水酸基が過剰で３００当量未満の量
にすると本発明に好適なポリウレタンゲル多孔体が得ら
れる。
【００３１】ポリウレタンゲル多孔体の代表的な製造方
法を例示したが、水中での体積膨潤率が１５０％〜１０
００％の条件を満足するもので有れば、この方法以外の
製造方法で製造されたポリウレタンゲル多孔体を本発明
に使用することができる。
法を例示したが、水中での体積膨潤率が１５０％〜１０
００％の条件を満足するもので有れば、この方法以外の
製造方法で製造されたポリウレタンゲル多孔体を本発明
に使用することができる。
【００３２】本発明のポリウレタンゲル多孔体は含水ゲ
ルでありながら多孔構造を有し、強度は通常のポリウレ
タン多孔体と変わらない。担体の摩耗強度は上記したゲ
ルタイプの担体より著しく高い。
ルでありながら多孔構造を有し、強度は通常のポリウレ
タン多孔体と変わらない。担体の摩耗強度は上記したゲ
ルタイプの担体より著しく高い。
【００３３】また、特筆すべき点は本発明のポリウレタ
ンゲル多孔体は動植物細胞や微生物の包括固定が可能な
ことである。
ンゲル多孔体は動植物細胞や微生物の包括固定が可能な
ことである。
【００３４】上記した水溶性のポリウレタンプレポリマ
ーと遊離のポリイソシアネートとからなる反応混合物と
水を反応させてポリウレタンゲル多孔体を製造する時、
使用する水に動植物細胞や微生物を含有する水（例えば
任意の細胞密度、微生物濃度の懸濁培養液や活性汚泥懸
濁水溶液）を用いることができる。
ーと遊離のポリイソシアネートとからなる反応混合物と
水を反応させてポリウレタンゲル多孔体を製造する時、
使用する水に動植物細胞や微生物を含有する水（例えば
任意の細胞密度、微生物濃度の懸濁培養液や活性汚泥懸
濁水溶液）を用いることができる。
【００３５】反応温度は、３５℃程度に制御できるの
で、生物に与える影響も少なく、動植物細胞や微生物は
ポリウレタンゲル多孔体のゲルマトリクス中に分散、包
括固定される。
で、生物に与える影響も少なく、動植物細胞や微生物は
ポリウレタンゲル多孔体のゲルマトリクス中に分散、包
括固定される。
【００３６】必要に応じてこの方法を用いればバイオリ
アクターの初期の立ち上がりを向上させることができ
る。
アクターの初期の立ち上がりを向上させることができ
る。
【００３７】以下に本発明の実施例を用いて詳細を示す
が、本発明は実施例のみに限定されるものではない。
が、本発明は実施例のみに限定されるものではない。
【００３８】
【実施例１】 ポリウレタンゲル多孔体の製造 水溶性のポリウレタンプレポリマーと遊離のポリイソシ
アネートとからなる反応混合物（三洋化成（株）製、サ
ンプレンＷＥ―１０４、ＮＣＯ ３．８％）１００ｇと
水１００ｇ（ＮＣＯに対してＯＨは１２３等量）を混合
し、強力に撹拌し、発泡させた。
アネートとからなる反応混合物（三洋化成（株）製、サ
ンプレンＷＥ―１０４、ＮＣＯ ３．８％）１００ｇと
水１００ｇ（ＮＣＯに対してＯＨは１２３等量）を混合
し、強力に撹拌し、発泡させた。
【００３９】得られたポリウレタンゲル多孔体を４ｍｍ
角のサイコロ状に切断し、固定化用担体を得た。このポ
リウレタンゲル多孔体の水に対する体積膨潤度は７００
％、通気度は５２ｃｍ3／ｃｍ2・Ｓであった。
角のサイコロ状に切断し、固定化用担体を得た。このポ
リウレタンゲル多孔体の水に対する体積膨潤度は７００
％、通気度は５２ｃｍ3／ｃｍ2・Ｓであった。
【００４０】
【実施例２】水を６７ｇ（ＮＣＯに対してＯＨは８２．
３当量）使用して実施例１の方法でポリウレタンゲル多
孔体を得た。体積膨潤度は９９０％、通気度は８７ｃｍ
3／ｃｍ2・Ｓであった。
３当量）使用して実施例１の方法でポリウレタンゲル多
孔体を得た。体積膨潤度は９９０％、通気度は８７ｃｍ
3／ｃｍ2・Ｓであった。
【００４１】
【実施例３】 動植物細胞並びに微生物を包括固定したポリウレタンゲ
ル多孔体の製造 水溶性のポリウレタンプレポリマーと遊離のポリイソシ
アネートとからなる反応混合物（三洋化成（株）製、サ
ンプレンＷＥ―１０４）１００ｇと糸状菌（Ａｓｐｅｒ
ｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ ＪＣＭ５５４８）の胞子懸
濁液１００ｇ（ＮＣＯに対してＯＨは１２３当量）を混
合し、強力に撹拌し、発泡させた。
ル多孔体の製造 水溶性のポリウレタンプレポリマーと遊離のポリイソシ
アネートとからなる反応混合物（三洋化成（株）製、サ
ンプレンＷＥ―１０４）１００ｇと糸状菌（Ａｓｐｅｒ
ｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ ＪＣＭ５５４８）の胞子懸
濁液１００ｇ（ＮＣＯに対してＯＨは１２３当量）を混
合し、強力に撹拌し、発泡させた。
【００４２】得られたポリウレタンゲル多孔体を４ｍｍ
角のサイコロ状に切断し、糸状菌固定化担体を得た。こ
の固定化担体の水に対する体積膨潤度は７００％、通気
度は５２ｃｍ3／ｃｍ2・Ｓであった。
角のサイコロ状に切断し、糸状菌固定化担体を得た。こ
の固定化担体の水に対する体積膨潤度は７００％、通気
度は５２ｃｍ3／ｃｍ2・Ｓであった。
【００４３】
【実施例４】実施例３の胞子懸濁液をホウレンソウ（Ｓ
ｐｉｎａｃｉａ ｏｌｅｒａｃｅａＬ．ｃｖ．Ｏｋａｍ
ｅ）培養細胞の２０％（ｗ／ｗ）懸濁液（ＮＣＯに対し
てＯＨは９８．４当量）に代える他は実施例３と同様の
操作を行い、植物培養細胞固定化担体を得た。この固定
化担体の水に対する体積膨潤度は７００％、通気度は１
２６ｃｍ3／ｃｍ2・Ｓであった。
ｐｉｎａｃｉａ ｏｌｅｒａｃｅａＬ．ｃｖ．Ｏｋａｍ
ｅ）培養細胞の２０％（ｗ／ｗ）懸濁液（ＮＣＯに対し
てＯＨは９８．４当量）に代える他は実施例３と同様の
操作を行い、植物培養細胞固定化担体を得た。この固定
化担体の水に対する体積膨潤度は７００％、通気度は１
２６ｃｍ3／ｃｍ2・Ｓであった。
【００４４】
【実施例５】 有機汚濁物質を分解、除去する微生物などを包括固定し
たポリウレタンゲル多孔体の製造 水溶性のポリウレタンプレポリマーと遊離のポリイソシ
アネートとからなる反応混合物（三洋化成（株）製、サ
ンプレンＷＥ―１０４）１００ｇと９５００ｍｇ／Ｌの
活性汚泥濃度の活性汚泥懸濁液１００ｇ（ＮＣＯに対し
てＯＨは１２２当量）を混合し、強力に撹拌し、発泡さ
せた。
たポリウレタンゲル多孔体の製造 水溶性のポリウレタンプレポリマーと遊離のポリイソシ
アネートとからなる反応混合物（三洋化成（株）製、サ
ンプレンＷＥ―１０４）１００ｇと９５００ｍｇ／Ｌの
活性汚泥濃度の活性汚泥懸濁液１００ｇ（ＮＣＯに対し
てＯＨは１２２当量）を混合し、強力に撹拌し、発泡さ
せた。
【００４５】得られたポリウレタンゲル多孔体を４ｍｍ
角のサイコロ状に切断し、水処理装置に使用した。この
ポリウレタンゲル多孔体の水に対する体積膨潤度は７０
０％、通気度は５０ｃｍ3／ｃｍ2・Ｓであった。
角のサイコロ状に切断し、水処理装置に使用した。この
ポリウレタンゲル多孔体の水に対する体積膨潤度は７０
０％、通気度は５０ｃｍ3／ｃｍ2・Ｓであった。
【００４６】
【比較例１】トリオールのポリアルキレングリコール、
ユニルーブ５０ＴＧ３２Ｕ（日本油脂（株）製）１００
ｇと、触媒としてＤＡＢＣＯ３３ＬＶ（東洋曹達（株）
製）３．０ｇ、整泡剤としてトーレシリコンＳＨ―１９
０（東レ（株）製）２．５ｇ、発泡剤として水７．０ｇ
（ＮＣＯに対してＯＨは０．９３当量）とをよく混合
し、イソシアネート化合物としてコロネートＴ―８０
（日本ポリウレタン（株）製）８４．１ｇと反応させ
た。得られたポリウレタン多孔体の体積膨潤度は１３０
％、通気度は１０８ｃｍ3／ｃｍ2・Ｓであった。水中に
投入しても吸水せず沈降しなかった。
ユニルーブ５０ＴＧ３２Ｕ（日本油脂（株）製）１００
ｇと、触媒としてＤＡＢＣＯ３３ＬＶ（東洋曹達（株）
製）３．０ｇ、整泡剤としてトーレシリコンＳＨ―１９
０（東レ（株）製）２．５ｇ、発泡剤として水７．０ｇ
（ＮＣＯに対してＯＨは０．９３当量）とをよく混合
し、イソシアネート化合物としてコロネートＴ―８０
（日本ポリウレタン（株）製）８４．１ｇと反応させ
た。得られたポリウレタン多孔体の体積膨潤度は１３０
％、通気度は１０８ｃｍ3／ｃｍ2・Ｓであった。水中に
投入しても吸水せず沈降しなかった。
【００４７】以上の例で得られた多孔体について以下の
評価を行った。
評価を行った。
【００４８】（１）担体の磨耗強度比較 ガラス瓶（直径４０ｍｍ、長さ２００ｍｍ）の内面に耐
水サンドペーパー（１００番）を貼った容器に、４ｍｍ
角の担体３０ｍｌ（１００ｍｌのメスシリンダーを使用
して計量）と水１２０ｍｌを加えて、栓をした。
水サンドペーパー（１００番）を貼った容器に、４ｍｍ
角の担体３０ｍｌ（１００ｍｌのメスシリンダーを使用
して計量）と水１２０ｍｌを加えて、栓をした。
【００４９】この容器をストローク７０ｍｍ、回転数１
５０ｒｐｍで２０時間往復振とうした。その後、中の担
体を取り出し、見開き１ｍｍのふるいを通した。
５０ｒｐｍで２０時間往復振とうした。その後、中の担
体を取り出し、見開き１ｍｍのふるいを通した。
【００５０】ふるいに残った担体の容積を１００ｍｌの
メスシリンダーを使用して計量した。
メスシリンダーを使用して計量した。
【００５１】
【数２】
【００５２】（２）結果
【００５３】
【表１】
【００５４】（３）糸状菌の固定化試験 ５００ｍｌ容三角フラスコに培養液（ａ）２００ｍｌ
と、４ｍｍ角の実施例１と比較例１の各担体５０ｍｌを
入れ、１２１℃で２０分間加圧滅菌し、糸状菌（Ａｓｐ
ｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ ＪＣＭ５５４８）の胞
子を一白金耳接種した。
と、４ｍｍ角の実施例１と比較例１の各担体５０ｍｌを
入れ、１２１℃で２０分間加圧滅菌し、糸状菌（Ａｓｐ
ｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ ＪＣＭ５５４８）の胞
子を一白金耳接種した。
【００５５】この三角フラスコを回転振とう機を用い、
２５℃で４日間、１４０ｒｐｍで振とう培養し、固定化
菌体を得た。
２５℃で４日間、１４０ｒｐｍで振とう培養し、固定化
菌体を得た。
【００５６】別の５００ｍｌ容三角フラスコに培養液
（ｂ）１５０ｍｌを入れて１２１℃で２０分間加圧滅菌
し、先の固定化菌体を無菌的に濾過し、添加した。この
まま３０℃、１８０ｒｐｍで振とう、６日間ごとに同操
作をくり返し、継代培養を行い、クエン酸発酵を行っ
た。
（ｂ）１５０ｍｌを入れて１２１℃で２０分間加圧滅菌
し、先の固定化菌体を無菌的に濾過し、添加した。この
まま３０℃、１８０ｒｐｍで振とう、６日間ごとに同操
作をくり返し、継代培養を行い、クエン酸発酵を行っ
た。
【００５７】６日間培養後の培養液のクエン酸濃度を、
ＨＰＬＣを用いて測定した。
ＨＰＬＣを用いて測定した。
【００５８】（４）結果
【００５９】
【表２】
【００６０】（５）植物培養細胞の固定化試験 ２００ｍｌ容三角フラスコに培養液（ｃ）４０ｍｌと、
４ｍｍ角の実施例１と比較例１の各担体１０ｍｌを入
れ、１２１℃で２０分間加圧滅菌した。
４ｍｍ角の実施例１と比較例１の各担体１０ｍｌを入
れ、１２１℃で２０分間加圧滅菌した。
【００６１】この三角フラスコにホウレンソウ（Ｓｐｉ
ｎａｃｉａ ｏｌｅｒａｃｅａ Ｌ．ｃｖ．Ｏｋａｍ
ｅ）の懸濁培養細胞を１ｇ添加し、８０００ ｌｕｘの
光下、回転振とう機を用い、２５℃、１００ｒｐｍで振
とう培養を行った。
ｎａｃｉａ ｏｌｅｒａｃｅａ Ｌ．ｃｖ．Ｏｋａｍ
ｅ）の懸濁培養細胞を１ｇ添加し、８０００ ｌｕｘの
光下、回転振とう機を用い、２５℃、１００ｒｐｍで振
とう培養を行った。
【００６２】培養１２日後のホウレンソウ懸濁培養細胞
のバイアビリティーとしてＴＴＣ（２，３，５―ｔｒｉ
ｐｈｅｎｙｌｔｅｔｒａｚｏｌｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄ
ｅ）還元力を測定した。
のバイアビリティーとしてＴＴＣ（２，３，５―ｔｒｉ
ｐｈｅｎｙｌｔｅｔｒａｚｏｌｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄ
ｅ）還元力を測定した。
【００６３】ＴＴＣ還元力の測定は、担体無添加で１２
日間培養したホウレンソウ懸濁培養細胞を対照区とし
て、以下の方法で行った。
日間培養したホウレンソウ懸濁培養細胞を対照区とし
て、以下の方法で行った。
【００６４】培養１２日後の三角フラスコの内容物を１
００ｍｌ容スクリューキャップ付試験管に無菌的に移
し、２０００ｒｐｍ、１０分間遠心分離して上清を除
く。
００ｍｌ容スクリューキャップ付試験管に無菌的に移
し、２０００ｒｐｍ、１０分間遠心分離して上清を除
く。
【００６５】あらかじめ滅菌した０．０５Ｍ ＫＨ2Ｐ
Ｏ4―Ｋ2ＨＰＯ4緩衝液（ｐＨ７．４）、０．０５Ｍ
ＴＴＣを３０ｍｌ無菌的に加え、３０℃、１０時間暗所
でインキュベートする。
Ｏ4―Ｋ2ＨＰＯ4緩衝液（ｐＨ７．４）、０．０５Ｍ
ＴＴＣを３０ｍｌ無菌的に加え、３０℃、１０時間暗所
でインキュベートする。
【００６６】２０００ｒｐｍ、１０分間の遠心分離の
後、上清を除去し、沈殿に９５％エタノール５０ｍｌを
加える。１００℃、１０分間のボイルの後冷却し、抽出
物を９５％エタノールで１００ｍｌにメスアップする。
後、上清を除去し、沈殿に９５％エタノール５０ｍｌを
加える。１００℃、１０分間のボイルの後冷却し、抽出
物を９５％エタノールで１００ｍｌにメスアップする。
【００６７】この溶液の５２０ｎｍにおける吸光度を測
定し、担体無添加の培養細胞の値を１００％として表示
する。
定し、担体無添加の培養細胞の値を１００％として表示
する。
【００６８】（６）結果
【００６９】
【表３】
【００７０】培養液組成 培養液（ａ）
【００７１】
【表４】
【００７２】培養液（ｂ）
【００７３】
【表５】
【００７４】培養液（ｃ）
【００７５】
【表６】
【００７６】
【実施例６】以下、図面に基づいて本発明の多孔質担体
を用いた水処理装置を説明する。
を用いた水処理装置を説明する。
【００７７】図２において１は最初沈澱池、２は生物学
的反応槽、３は最終沈澱池である。最初沈澱池から供給
された被処理水４は生物学的反応槽内で生物学的に処理
され処理水５は最終沈澱池で沈澱物を除去して上澄水を
放流するように設計されている。
的反応槽、３は最終沈澱池である。最初沈澱池から供給
された被処理水４は生物学的反応槽内で生物学的に処理
され処理水５は最終沈澱池で沈澱物を除去して上澄水を
放流するように設計されている。
【００７８】生物学的反応槽２には、酸素あるいは酸素
を含有する空気を供給するエアレーションの為の散気装
置６が設置されている。６にはブロアモーター７から酸
素を含む空気が送られる。
を含有する空気を供給するエアレーションの為の散気装
置６が設置されている。６にはブロアモーター７から酸
素を含む空気が送られる。
【００７９】また、生物学的反応槽２には、本発明のポ
リウレタンゲル多孔体８が投入される。又必要に応じて
有機汚濁物質を分解、除去する微生物などを包括固定し
たポリウレタンゲル多孔体８ｂが投入される。
リウレタンゲル多孔体８が投入される。又必要に応じて
有機汚濁物質を分解、除去する微生物などを包括固定し
たポリウレタンゲル多孔体８ｂが投入される。
【００８０】反応槽２において、被処理水４を導入しつ
つ槽内の処理水５を最終沈澱池３に送る状態で散気装置
６から酸素を含んだ空気を吹き出すと、槽内の混合液９
に酸素が供給される。
つ槽内の処理水５を最終沈澱池３に送る状態で散気装置
６から酸素を含んだ空気を吹き出すと、槽内の混合液９
に酸素が供給される。
【００８１】この時上昇気泡流が生じ、混合液の対流が
起き、ポリウレタンゲル多孔体は反応槽内を浮遊、循環
流動する。
起き、ポリウレタンゲル多孔体は反応槽内を浮遊、循環
流動する。
【００８２】混合液９中に存在する有機汚濁物質を分
解、除去する微生物などがポリウレタンゲル多孔体８に
付着、結合固定化される。
解、除去する微生物などがポリウレタンゲル多孔体８に
付着、結合固定化される。
【００８３】この時ポリウレタンゲル多孔体８は極めて
高い含水率を有し、微生物に対する親和性が高い。さら
に、無数の連通気孔性の多孔構造を有しているためその
結果として大きな表面積を有している。
高い含水率を有し、微生物に対する親和性が高い。さら
に、無数の連通気孔性の多孔構造を有しているためその
結果として大きな表面積を有している。
【００８４】このため、担体の表面から内部にかけて連
通する気孔に槽内の混合液９が入り込み易く、混合液９
に含まれる有機汚濁物質を分解、除去する微生物が担体
８の外部表面ないし、気孔表面に効率的に付着、結合固
定されると共に、気孔表面に固定化された微生物は多孔
体８が流動するときも剥がれにくい。
通する気孔に槽内の混合液９が入り込み易く、混合液９
に含まれる有機汚濁物質を分解、除去する微生物が担体
８の外部表面ないし、気孔表面に効率的に付着、結合固
定されると共に、気孔表面に固定化された微生物は多孔
体８が流動するときも剥がれにくい。
【００８５】また、有機汚濁物質を分解、除去する微生
物などを包括固定したポリウレタンゲル多孔体８ｂが使
用された場合は、包括固定された微生物と、後に混合液
９内で結合固定された微生物の両方が有機汚濁物質を分
解、除去するため、特に水処理装置の立ち上がり時の能
力を高めることができる。
物などを包括固定したポリウレタンゲル多孔体８ｂが使
用された場合は、包括固定された微生物と、後に混合液
９内で結合固定された微生物の両方が有機汚濁物質を分
解、除去するため、特に水処理装置の立ち上がり時の能
力を高めることができる。
【００８６】いずれにしても、混合液９中の有機汚濁物
質と、有機汚濁物質を分解、除去する微生物とは、微生
物が槽内に高濃度に維持された状態に於て十分接触する
ことになり、有機汚濁物質は極めて効率的かつ高速度に
生物学的に処理される。
質と、有機汚濁物質を分解、除去する微生物とは、微生
物が槽内に高濃度に維持された状態に於て十分接触する
ことになり、有機汚濁物質は極めて効率的かつ高速度に
生物学的に処理される。
【００８７】本発明の水処理装置に使用できるポリウレ
タンゲル多孔体の大きさ、形は特に限定されない。
タンゲル多孔体の大きさ、形は特に限定されない。
【００８８】しかし、外表面積をなるべく大きく採るに
は、サイコロ状あるいは円筒状が好ましい。例えば、１
辺２〜８ｍｍのサイコロ状や直径５ｍｍ、長さ５ｍｍの
円筒状等の担体が好適である。
は、サイコロ状あるいは円筒状が好ましい。例えば、１
辺２〜８ｍｍのサイコロ状や直径５ｍｍ、長さ５ｍｍの
円筒状等の担体が好適である。
【００８９】また、ポリウレタンゲル多孔体は槽内で微
生物の付着、結合固定化が定常状態に達した時の比重が
１．０００〜１．２５０である場合に反応槽内で均一に
流動し得るという特性を有しているため、この範囲に多
孔体の比重を制御することが好ましい。
生物の付着、結合固定化が定常状態に達した時の比重が
１．０００〜１．２５０である場合に反応槽内で均一に
流動し得るという特性を有しているため、この範囲に多
孔体の比重を制御することが好ましい。
【００９０】実際に回分式排水処理を行った結果を説明
する。
する。
【００９１】図２の最初沈澱池１は有効容積５０ ｌ、
生物学的反応槽２は有効容積３０ ｌ、最終沈澱池３は
有効容積５０ ｌになるよう作製した。日清紡東京工場
の排水を最初沈澱池１に入れ、沈澱物を沈降させ除去し
た。その上清を生物学的反応槽２に移した。生物学的反
応槽は以下の３条件で運転を行った。
生物学的反応槽２は有効容積３０ ｌ、最終沈澱池３は
有効容積５０ ｌになるよう作製した。日清紡東京工場
の排水を最初沈澱池１に入れ、沈澱物を沈降させ除去し
た。その上清を生物学的反応槽２に移した。生物学的反
応槽は以下の３条件で運転を行った。
【００９２】条件 日清紡東京工場排水処理装置の活
性汚泥（汚泥濃度１５００ｍｇ／ｌ） 条件 日清紡績東京工場排水処理装置の活性汚泥（汚
泥濃度１５００ｍｇ／ｌ）と実施例１で作製したポリウ
レタンゲル多孔体（３ ｌ） 条件 日清紡東京工場排水処理装置の活性汚泥（汚泥
濃度１５００ｍｇ／ｌ）と比較例１で作製したポリウレ
タン多孔体（３ ｌ）
性汚泥（汚泥濃度１５００ｍｇ／ｌ） 条件 日清紡績東京工場排水処理装置の活性汚泥（汚
泥濃度１５００ｍｇ／ｌ）と実施例１で作製したポリウ
レタンゲル多孔体（３ ｌ） 条件 日清紡東京工場排水処理装置の活性汚泥（汚泥
濃度１５００ｍｇ／ｌ）と比較例１で作製したポリウレ
タン多孔体（３ ｌ）
【００９３】多孔体の容積３ ｌは、被処理水３０ ｌ
の１０％にあたる。実施例１の多孔体は湿潤多孔体１
ｌあたりの乾燥重量が３５ｇである。従って乾燥重量１
０５ｇが３ ｌ分の多孔体となる。
の１０％にあたる。実施例１の多孔体は湿潤多孔体１
ｌあたりの乾燥重量が３５ｇである。従って乾燥重量１
０５ｇが３ ｌ分の多孔体となる。
【００９４】比較例の多孔体は湿潤多孔体１ ｌあたり
の乾燥重量が１５ｇである。従って乾燥重量４５ｇが３
ｌ分の多孔体となる。
の乾燥重量が１５ｇである。従って乾燥重量４５ｇが３
ｌ分の多孔体となる。
【００９５】このように多孔体の容積は多孔体の比重を
測定した後、多孔体の重量から正確に３ ｌ分を使用し
た。各々３ ｌ分の多孔体はあらかじめ日清紡東京工場
排水処理曝気槽に滞留させて、３０日間微生物の馴養を
行った後で実験に使用した。
測定した後、多孔体の重量から正確に３ ｌ分を使用し
た。各々３ ｌ分の多孔体はあらかじめ日清紡東京工場
排水処理曝気槽に滞留させて、３０日間微生物の馴養を
行った後で実験に使用した。
【００９６】生物学的反応槽では４ ｌ／分の空気で曝
気した。曝気開始時を０分とし、以後、６０、１２０、
１８０、２４０分時にＮＯX窒素（ＮＯX―Ｎ）と総ケー
ルダール窒素（ＴＫＮ）を測定した。
気した。曝気開始時を０分とし、以後、６０、１２０、
１８０、２４０分時にＮＯX窒素（ＮＯX―Ｎ）と総ケー
ルダール窒素（ＴＫＮ）を測定した。
【００９７】測定はそれぞれイオンクロマトグラフィー
とケールダール法トータル窒素測定器を使用した。時間
に対しＮＯX―ＮとＴＫＮをプロットし最少二乗法によ
り傾きを算出し、ＮＯX生成速度と窒素消費速度を決定
した。
とケールダール法トータル窒素測定器を使用した。時間
に対しＮＯX―ＮとＴＫＮをプロットし最少二乗法によ
り傾きを算出し、ＮＯX生成速度と窒素消費速度を決定
した。
【００９８】条件は多孔体を入れない場合の排水処理
能力を示している。条件、は活性汚泥＋多孔体の排
水処理能力を示している。従って、条件、より求ま
るＮＯX生成速度と窒素消費速度から条件のＮＯX生成
速度と窒素消費速度を引き算すれば多孔体単独のＮＯX
生成速度と窒素消費速度が決められる。表に測定結果を
まとめた。
能力を示している。条件、は活性汚泥＋多孔体の排
水処理能力を示している。従って、条件、より求ま
るＮＯX生成速度と窒素消費速度から条件のＮＯX生成
速度と窒素消費速度を引き算すれば多孔体単独のＮＯX
生成速度と窒素消費速度が決められる。表に測定結果を
まとめた。
【００９９】
【表７】
【０１００】以上の結果から、本発明のポリウレタンゲ
ル多孔体を使用することで活性汚泥単独の場合に比べき
わめて効率良く排水中のアンモニア性窒素を分解処理で
きることが明らかになった。
ル多孔体を使用することで活性汚泥単独の場合に比べき
わめて効率良く排水中のアンモニア性窒素を分解処理で
きることが明らかになった。
【０１０１】
【発明の効果】本発明のポリウレタンゲル多孔体は高度
に水分を含有するにも拘らず、磨耗強度も高く、親水性
であるため動植物細胞や微生物がその生理活性を低下さ
せることなく吸着し、微生物の侵食を受けにくい。
に水分を含有するにも拘らず、磨耗強度も高く、親水性
であるため動植物細胞や微生物がその生理活性を低下さ
せることなく吸着し、微生物の侵食を受けにくい。
【図１】本発明に使用できるポリウレタンゲル多孔体の
表面の多孔構造の電子顕微鏡写真。
表面の多孔構造の電子顕微鏡写真。
【図２】本発明の多孔質担体を用いた水処理装置の説明
図。
図。
１ 最初沈殿池 ２ 生物学的反応槽 ３ 最終沈殿池 ４ 被処理水 ５ 処理水 ６ 散気装置 ７ ブロアモーター ８ ポリウレタンゲル多孔体 ８ｂ ポリウレタンゲル多孔体 ９ 混合液
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｃ１２Ｐ 7/48 Ｃ１２Ｐ 7/48 (Ｃ１２Ｐ 7/48 Ｃ１２Ｒ 1:685） Ｃ０８Ｌ 75:04
Claims (3)
- 【請求項１】 水膨潤性で連通気孔を有するポリウレタ
ンゲルからなることを特徴とするバイオリアクター用多
孔質担体。 - 【請求項２】 ポリウレタンゲルがポリオール化合物と
イソシアネート化合物と水を反応させることによって得
られる体積膨潤率が１５０％〜１０００％のものである
請求項１記載のバイオリアクター用多孔質担体。 - 【請求項３】 通気度が１０〜３００ｃｍ3／ｃｍ2・Ｓ
である請求項１又は２に記載のバイオリアクター用多孔
質担体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8139723A JPH0951794A (ja) | 1995-06-09 | 1996-05-10 | バイオリアクター用多孔質担体 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-167130 | 1995-06-09 | ||
| JP16713095 | 1995-06-09 | ||
| JP8139723A JPH0951794A (ja) | 1995-06-09 | 1996-05-10 | バイオリアクター用多孔質担体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0951794A true JPH0951794A (ja) | 1997-02-25 |
Family
ID=26472431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8139723A Pending JPH0951794A (ja) | 1995-06-09 | 1996-05-10 | バイオリアクター用多孔質担体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0951794A (ja) |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6214619B1 (en) | 1996-12-17 | 2001-04-10 | Nisshinbo Industries, Inc. | Water swellable thermoplastic polyurethane gel bioreactor carrier containing a nutrient substance |
| JP2001205285A (ja) * | 2000-01-28 | 2001-07-31 | Takeda Chem Ind Ltd | 水処理用担体、水処理用担体の製造方法および水処理用装置 |
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| KR20030068367A (ko) * | 2002-02-15 | 2003-08-21 | 김임석 | 광촉매를 포함한 오,폐수 처리용 폴리우레탄 지지체 |
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| JP2009039700A (ja) * | 2007-08-13 | 2009-02-26 | Kurita Water Ind Ltd | 排水の生物処理方法 |
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| JPWO2021045104A1 (ja) * | 2019-09-02 | 2021-03-11 | ||
| WO2021045103A1 (ja) * | 2019-09-02 | 2021-03-11 | 日清紡ケミカル株式会社 | 軟質ポリウレタンフォームの製造方法 |
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| JP2022093861A (ja) * | 2020-12-14 | 2022-06-24 | 日本バイリーン株式会社 | 細胞培養担体 |
| CN119735296A (zh) * | 2025-03-05 | 2025-04-01 | 福瑞莱环保科技（深圳）股份有限公司 | 一种污水处理功能微生物载体及其应用 |
-
1996
- 1996-05-10 JP JP8139723A patent/JPH0951794A/ja active Pending
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