JPH10180277A

JPH10180277A - 水処理用微生物固定化多孔質ゲルおよびその製造法

Info

Publication number: JPH10180277A
Application number: JP8349376A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Koyou; 広行小要; Shinichi Yoshimatsu; 慎一吉松; Shigeru Fujimoto; 茂藤本
Original assignee: Takeda Chemical Industries Ltd
Current assignee: Takeda Pharmaceutical Co Ltd
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 1998-07-07

Abstract

(57)【要約】【課題】馴養期間の短い、処理効率のよい水処理用微
生物固定化ゲルを提供する。【解決手段】純化した硝化菌を包括した含水ゲル形成
性高分子物質のゲルであって、硝化菌と共に該ゲルに包
埋させた異種の高分子物質のゲルの溶出により形成され
た多孔質性を有する水処理用微生物固定化多孔質ゲル。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水処理用微生物固
定化多孔質ゲルおよびその製造法に関する。また、本発
明は、該ゲルを使用する水処理方法にも関する。

【０００２】

【従来の技術】微生物を利用する水処理、特に、廃水処
理においては、高分子ゲルに固定化した微生物を使用す
ることが提案され、水処理用の各種の固定化微生物が開
発されている。例えば、特公昭６４−９０７２号には、
微生物として、濃縮汚泥をポリエチレングリコールエス
テルの重合体ゲル内部に包括固定した廃水処理剤が開示
されている。特公昭６４−９０７３号には、硝化菌を含
む混合微生物を、アルギン酸ナトリウムを混合したアク
リルアミドモノマー水溶液に添加し、重合させる微生物
の固定方法が開示されている。また、特公平７−７３７
０２号では、メタン生産菌等を、ポリビニルアルコール
および多糖類の混合液に添加し、凍結・脱水あるいは凍
結・解凍のくり返しにより微細網目構造にした廃水処理
用の含水ゲルを得ている。一方、固定化微生物の一般的
な方法として、特公昭６３−５０７３号には、酵素や微
生物と、ポリビニルアルコール溶液とを混合し、飽和ホ
ウ酸水溶液中でゲル化させて包括固定する固定化微生物
の製造法が開示され、また、特公平２−４４５１４号に
は、ポリビニルアルコールと微生物との混合液を凍結・
成型し、真空脱水後、水中で膨潤させる微生物生菌体の
固定化法が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来提
案されている固定化微生物は、例えば、廃水処理に使用
する場合、馴養期間が長い問題があり、また、処理効率
の観点から、必ずしも満足しうるものではない。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このような事情に鑑み、
本発明者らは、馴養期間の短い、処理効率のよい水処理
用微生物固定化ゲルを得るべく、鋭意検討を重ねた結
果、これらの問題を解消した、純化硝化菌を固定した多
孔質のゲルを得ることに成功し、本発明を完成するに至
った。すなわち、本発明は、純化した硝化菌を包括した
含水ゲル形成性高分子物質のゲルであって、硝化菌と共
に該ゲルに包埋させた異種の高分子物質のゲルの溶出に
より形成された多孔質性を有することを特徴とする水処
理用微生物固定化多孔質ゲルを提供するものである。

【０００５】本発明のゲルの多孔質性は、含水ゲル形成
性高分子物質に包埋させた異種の高分子物質のゲルの溶
出により形成させるもので、本発明は、また、含水ゲル
形成性高分子物質の水性溶液に、純化した硝化菌および
異種高分子のゲルを添加し、固化、包括させた後、異種
高分子物質ゲルを溶出させることを特徴とする上記の水
処理用微生物固定化ゲルの製造法を提供するものであ
る。また、該微生物固定化ゲルを使用する水処理方法も
提供する。本発明によれば、純化した硝化菌を使用する
ために、硝化菌の増殖が早く、馴養に要する時間を短縮
でき、また、多孔質ゲルであるため、有効表面積が増加
し、被処理水との接触面積が増大するので、処理効率が
向上し、硝化菌による処理が必要な水処理、特に、廃水
の脱窒処理に有用な微生物固定化ゲルが提供できる。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明のゲルは、内部に微生物を
包括でき、また、異種高分子物質のゲルを包埋でき、か
つ、包埋したゲルを溶出させると、それ自体が多孔質と
なる含水ゲル形成性高分子物質のゲルで、かかる高分子
物質としては、そのような性質を有する限り、水処理用
微生物の固定化に使用されるいずれの高分子物質でもよ
く、例えば、従来から使用されている、ポリビニルアル
コール、ポリアクリルアミド、ポリエチルングリコール
およびそのモノ−またはジ−（メタ）アクリレート、ポ
リウレタン、アルギン酸塩（例、アルギン酸ナトリウ
ム、アルギン酸アンモニウム）、カラギーナン（例、κ
−カラギーナン）、寒天、ペクチン等が使用できる。

【０００７】包埋されるゲルは、含水ゲル形成性高分子
物質から、固定化された微生物の活性に影響を及ぼすこ
とのない処理、例えば、適当な緩衝液への浸漬により溶
出できる異種の高分子物質のゲルで、かかる高分子物質
としては、高分子物質中にイオン性の官能基を有するも
の、例えば、上記のアルギン酸塩等が挙げられる。特
に、良好な多孔質のゲルが得られるところから、含水ゲ
ル形成性高分子物質としてポリビニルアルコール、包埋
ゲル用の高分子物質としてアルギン酸塩の組み合わせが
好ましい。

【０００８】硝化菌の純化は、自体公知の方法で行うこ
とができ、固定化する硝化菌としては、自然界から新た
に分離、純化した硝化菌または、例えば、つぎに示すよ
うな公知の純化された硝化菌を単独または組み合わせて
使用することができる。ニトロソモナス・ユーロパエア
（Nitrosomonas europaea）ＡＴＣＣ１９７１８、同Ａ
ＴＣＣ２５９７８、同ＩＦＯ１４２９８のようなニトロ
ソモナス（Nitrosomonas）属、ニトロソコッカス・オセ
アヌス（Nitrosococcus oceanus）ＡＴＣＣ１９７０７
のようなニトロソコッカス（Nitrosococcus）属、ニト
ロソスピラ・ブリエンシス（Nitrosopira briensis）Ａ
ＴＣＣ２５９７１のようなニトロソスピラ（Nitrososp
ira）属、ニトロソロブス・マルチフォルミス（Nitroso
lobus multiformis）ＡＴＣＣ２５１９６、同ＡＴＣＣ
２５１９７、同ＡＴＣＣ２５１９８）のようなニトロソ
ロブス（Nitrosolobus）属およびニトロソビブリオ・テ
ヌイス（Nitrosovibrio tenius）Ｎｖ−１のようなニト
ロソビブリオ（Nitrosovibrio）属に属するアンモニア
酸化細菌。ニトロバクター・アジリス（Nitrobacter ag
ilis）ＡＴＣＣ１４１２３、ニトロバクター・ヴィノグ
ラドスキー（Nitrobacter winogradskyi）ＡＴＣＣ２５
３９１、同ＩＦＯ１４２９７、ニトロバクター・ハンブ
ルグエンシス（Nitrobacter hamburgensis）＃１００、
ニトロバクター・スペシーズ（Nitrobacter sp.）ＡＴ
ＣＣ２５３８１、同ＡＴＣＣ２５３８２、同ＡＴＣＣ２
５３８３、同ＡＴＣＣ２５３８４、同ＡＴＣＣ２５３８
５、同ＡＴＣＣ２５３８７、同ＡＴＣＣ２５３８８、同
ＡＴＣＣ２５３９３のようなニトロバクター（Nitrobac
ter）属、ニトロスピナ・グラシリス（Nitrospina grac
ilis）ＡＴＣＣ２５３７９のようなニトロスピナ（Nitr
ospina）属、ニトロコッカス・モビリス（Nitrococcus
mobilis）ＡＴＣＣ２５３８０のようなニトロコッカス
（Nitrococcus）属およびニトロスピラ・マリナ（Nitro
spira marina）ＡＴＣＣ４３０３９のようなニトロスピ
ラ（Nitrospira）属に属する亜硝酸酸化細菌。

【０００９】本発明のゲルの形状は特に限定するもので
はなく、球状、棒状、円柱状、角柱状、板状等、種々の
形状に成型でき、成型法も特に限定するものではない。
また、粒径、空隙率（総表面積に対する孔表面積の割
合）も特に限定するものではないが、通常、粒径１〜５
０ｍｍ、空隙率１０〜９０％程度とすることが性能上、
好ましい。なお、包埋される異種高分子物質のゲルの形
状、粒度も特に限定するものではないが、得られる水処
理用微生物固定化多孔質ゲルの粒径や、空隙率から、粒
径０．５〜２０ｍｍ程度の粒子状のものや、太さ０．５
〜２０ｍｍの繊維状のものが好ましい。所望により、さ
らに、本発明のゲルには、基質を吸着させるための活性
炭や、自然石を含む天然セラミックス、人工セラミック
ス、菌体破壊保護剤であるジメチルスルホキシド、グリ
セロール、珪酸塩化合物等を包括させてもよい。

【００１０】本発明の水処理用微生物固定化ゲルを製造
するには、まず、含水ゲル形成性高分子物質の水性溶
液、例えば、リン酸緩衝液、ＨＥＰＥＳ緩衝液、ＭＯＰ
Ｓ緩衝液のような緩衝液の溶液を調製する。この溶液に
は、含水ゲルを膨潤させるために、水溶性の物質、例え
ば、アルギン酸ナトリウムを少量添加してもよく、所望
により、さらに、要すれば、活性炭等の他の添加剤を添
加する。これに純化した硝化菌の培養液と、要すれば、
保護剤等と、別途、公知の方法、例えば、高分子物質中
のイオン性の官能基を多価金属イオンで架橋することに
より調製した異種高分子物質のゲルを添加する。硝化菌
の添加は、通常、１〜６０℃の温度で行われ、添加する
微生物量は、特に限定するものではないが、通常、純化
した硝化菌の培養液または濃縮液重量として、用いる含
水ゲル形成性高分子物質の水性溶液の０．０１〜１０倍
量とする。これにより、以降の操作で、使用する硝化菌
のほとんどを、包括、固定化することができる。また、
異種高分子物質のゲルの添加量は、通常、所望の空隙率
等から、含水ゲル形成性高分子物質水溶液の１０〜９０
重量％程度とする。

【００１１】純化した硝化菌の包括、固定化および異種
高分子物質ゲルの包埋は、使用した含水ゲル形成性高分
子物質の応じて、自体公知の方法により行うことができ
る。例えば、含水ゲル形成性高分子物質として、ポリビ
ニルアルコールを使用する場合は、温度転移およびほう
酸法によって包括を行うことができ、また、ポリエチレ
ングリコールジ（メタ）アクリレート、アクリルアミド
等のビニル重合性モノマーはラジカル重合で包括するこ
とができ、さらに、ポリウレタンは重付加によっても包
括できる。包括、固定化中または、その前、後に、自体
公知の方法、例えば、キャスティング、カッティング、
滴下造粒等により、適宜成型することができる。

【００１２】包埋した異種高分子物質ゲルの溶出は、例
えば、当該ゲルを溶解するために、pＨ、イオン強度を
調整した緩衝液（例えば、リン酸緩衝液）等へ、上記で
得られた成型ゲルを浸漬することにより行うことができ
る。溶出が完了すれば、所望の多孔質ゲルが得られる。
この多孔質ゲルは、自体公知の方法で、下水、産業廃水
等の廃水や、河川の浄化等の水処理に利用できる。水の
処理方法自体は特に限定するものではなく、通常の好気
的処理に効率よく使用することができる。

【００１３】

【実施例】つぎに、実施例および比較例を挙げて本発明
をさらに詳しく説明するが、本発明は、これらに限定さ
れるものではない。実施例１市販のポリビニルアルコール（ＰＶＡ−ＨＣ、クラレ
（株）製）７５g、粉末活性炭（武田薬品（株）製）１
０gおよびアルギン酸ナトリウム（和光純薬（株）製）
１０gをリン酸緩衝液７５０mlに分散させ、オートクレ
ーブ（１２１℃、２０分）にて、溶解した。室温まで冷
却した後、ジメチルスルホキシド６０ml、純化されたア
ンモニア酸化菌（ニトロソモナス・ユーロパエアＩＦＯ
１４２９８）の培養液２５０mlをそれぞれ添加し、さら
に、公知の方法（アルギン酸ナトリウム溶液を、塩化カ
ルシウム溶液に滴下）にて調製したアルギン酸ナトリウ
ムビーズ（粒径２ｍｍ）を、図１に示す所定の割合で添
加し、混合撹拌した。混合液をシート状の型に流し込
み、凍結解凍法（−３０℃で３回凍結、室温で２回解
凍）によりゲル化させ、形成されたゲルを５mm角に切断
した。切断後、リン酸緩衝液中にゲルを投入し、アルギ
ン酸ナトリウムを溶出させ、内部に空洞を生じせしめる
ことにより、表面積を増大させた多孔質の包括固定化ゲ
ルを得た。得られたゲル５mlを、表１に示した培地１０
０mlを入れたエルレンマイヤーフラスコ中に投入し、振
盪下、２８℃でpＨが７以下に低下したら、培地交換を
行いつつ馴養し、同条件でアンモニア酸化速度を測定し
た。

【００１４】

【表１】

【００１５】図１に、その結果を示す。図１から明らか
なごとく、ビーズ混合比（重量比）１０：０、すなわ
ち、ビーズを使用せず、ゲルが多孔質でない場合は、ア
ンモニア酸化の効率が非常に低いが、ビーズの混合比を
多くすると、アンモニア酸化の効率が上昇し、混合比
５：５の場合、空隙率は５０％程度に達し、最大活性
は、１５０mg-Ｎ／リットル−ゲル・Ｈであった。

【００１６】比較例１市販のポリビニルアルコール（ＰＶＡ−ＨＣ、クラレ
（株）製）７５gリン酸緩衝液７５０mlに分散させオー
トクレーブ（１２１℃、２０分）にて、溶解した。室温
まで冷却した後、ジメチルスルホキシドを６０ml、純化
されたアンモニア酸化菌（ニトロソモナス・ユーロパエ
アＩＦＯ１４２９８）の培養液あるいはその１０倍また
は１００倍濃縮液２５０mlをそれぞれ添加し、混合撹拌
した。混合液をシート状の型に流し込み、公知の凍結解
凍法によりゲル化させ、形成されたゲルを５mm角に切断
し、包括固定化ゲルを得た。馴養およびアンモニア酸化
速度の測定は、実施例と同じ条件で行った。結果を図２
に示す。図２に示すごとく、最大活性は、６０mg−Ｎ／
リットル−ゲル・Ｈで、実施例１の混合比５：５のもの
の約４０％であった。

【００１７】図１および２の対比から明らかなごとく、
実施例１のゲルを使用すると、同じ培養液を包括させた
比較例１のものよりも迅速に活性が発現している。ま
た、比較例１のゲルを用いて実施例１と同様に迅速に活
性を発現させるためには、培養液を１００倍に濃縮する
必要があり、そのような濃縮液を使用しても、実施例１
で得られた活性強度には達していない。

【００１８】

【発明の効果】以上のごとく、本発明の水処理用微生物
固定化多孔質ゲルは、純化した硝化菌を使用するため、
馴養に要する期間が短く、かつ、有効表面積の広い多孔
質のゲルであるところから、硝化菌の処理が必要な水処
理、特に、廃水の脱窒において高い処理効率を発揮す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における異種高分子物質のゲルの混合
比、アンモニア酸化速度および馴養時間の関係を示すグ
ラフ。

【図２】比較例におけるアンモニア酸化速度、固定化
菌液および馴養時間の関係を示すグラフ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】純化した硝化菌を包括した含水ゲル形成
性高分子物質のゲルであって、硝化菌と共に該ゲルに包
埋させた異種の高分子物質のゲルの溶出により形成され
た多孔質性を有することを特徴とする水処理用微生物固
定化多孔質ゲル。
【請求項２】硝化菌を包括するに際し、菌体破壊保護
剤を用いる請求項１記載のゲル。
【請求項３】硝化菌が、アンモニア酸化細菌である請
求項１記載のゲル。
【請求項４】硝化菌が、亜硝酸酸化細菌である請求項
１記載のゲル。
【請求項５】硝化菌が、アンモニア酸化細菌および亜
硝酸酸化細菌である請求項１記載のゲル。
【請求項６】異種高分子物質のゲルを包埋した、硝化
菌を含むポリビニルアルコールゲルから、異種高分子物
質のゲルを溶出させて得られる請求項１記載のゲル。
【請求項７】空隙率が１０〜９０％である請求項１記
載のゲル。
【請求項８】含水ゲル形成性高分子物質の水性溶液
に、純化した硝化菌およびイオン結合で架橋した異種高
分子物質のゲルを添加し、固化、包括させた後、イオン
結合で架橋した異種高分子物質のゲルを溶出させること
を特徴とする請求項１記載のゲルの製造法。
【請求項９】ポリビニルアルコールの水性溶液に、純
化した硝化菌およびイオン結合で架橋した異種高分子物
質のゲルを分散させた後、ゲル化させ、ついで、イオン
結合で架橋した異種高分子物質のゲルを溶出させる請求
項８記載の製造法。
【請求項１０】 pＨおよびイオン強度を調整した緩衝
液で、イオン結合で架橋した異種高分子物質のゲルを溶
出する請求項９記載の製造法。
【請求項１１】イオン結合で架橋した異種高分子物質
のゲルがアルギン酸ゲルである請求項９記載の製造法。
【請求項１２】リン酸緩衝液でアルギン酸ゲルの溶出
を行う請求項１１記載の製造法。
【請求項１３】請求項１の微生物固定化多孔質ゲルを
使用することを特徴とする水処理方法。