JPS6043951B2 - 細菌の休眠化方法及び該方法による生成物製品 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は細菌を休眠させる方法およびそれによつて製造
される生成物に関する。

さらに詳細には本発明は（ａ）細菌を好気的条件下に、
水性媒体中で生育させその際にこうして生産される細菌
が酵素作用下に硝酸塩を窒素に還元しうる少くとも１種
のプソイドモナス（ＰｓｅｕｄｅｍＯｎａｓ）菌と、光
合成的に赤色色素を生産しうる１種のロドプソイドモナ
ス（Ｒｈ（ＸｌＯｐｓｅｕｄＯｍＯｎａｓ）菌とを含有
するようにし、（ｂ）硫化ナトリウム、硫化カリウムお
よびそれらの混合物からなる群からえらばれる少くとも
一種の硫化物の有効量を上記の細菌含有媒体中に溶解し
、（ｃ）この硫化物含有媒体を嫌気的条件下に、ロドプ
ソイドモナス菌が光合成的に赤色色素を生じるようにな
るだけの時間をかけて光に曝すことからなる細菌の水性
懸濁液を休眠させる方法に関する。本発明はまた上記の
方法を実施して得られる生成物にも関する。本明細書に
おいて休眠とは細菌が増殖せす新陳代謝を行わない状態
を意味する。

従つて休眠の確認は細菌が増殖せず新陳代謝をしていな
い状態にあることを確かめることによつて行われる。廃
物の処理は、その廃物が人間由来のものであれ、食品製
造、家畜或は植物及び微生物の腐食によるものであれ過
去において天然の過程として行われていたが、この過程
は廃物自体中に存在する生物或は天然処理過程中に最終
的に廃物が接触するようになる生物によつて効果的に達
成されうる。このような方法は低人口密度の田舎にぞく
する地域では少量の廃物が分解に曝されるのでそれで十
分であつた。しかしながら廃物の高い濃度及び人工的設
備の使用が都市並に農村における処理の許容される形態
となり、開放トイレツト（０ｐｅｎｔ０１１ｅｔ）、浅
池（１ａｇ（１Ｘ）ｎ）又は類似の保持施設における廃
物の固化が廃物処理の基準となつて来ると、廃物が土壌
生物と接触することもなくなり、分解に必要な時間もな
くなつてしまつた。

人間及び動物の廃物の排泄物中の微生物はその行える作
業の大部分を消化管内で行つてしまつており廃物処理施
設においてはほとんど価値がなかつた。保持施設及び処
理の複合系には、有害な臭気があり、不完全分解廃物が
その施設から排出されていることから、適正に機能を発
揮していないことがあまりにも早く明らかになつた。最
初に臭気の制御、既存施設における有機廃物の過度負荷
、或は特殊廃物の処理の問題を解決するために提出され
た解決策のほとんどは既存施設の拡張にすぎなかつた。

結局さらに簡単で一そう効果的な方法は既知の機能をも
つ細菌を既存施設に導入し、それによつて廃物の分解を
増大させることてあると感じられるに至つた。今日では
廃物分解を助け又は促進すると主張する多くの製品が市
場に現われている。一般にこれらの製品は酵素、凍結乾
燥細菌、徽又は種々の化成品のいずれかてある。これら
の技法中て凍結乾燥細菌の使用は処理されている系に添
加されるべき異物の数を最少にするという事から特に興
味をもたれている。

しかしながら多くの細菌は希薄懸濁液中て休眠したまま
にされていると急速に死んだり、胞子を形成し、代謝機
能を発揮するためには発芽するまでの時間を必要とする
ことが周知てある。たとえば凍結乾燥細菌を再ひ賦活さ
せるとしばしばもとの細菌の９５％以上もの菌が死滅し
ており、したがつて処理されるべき廃物の分解に顕著な
助けにはならないことが知られている。したがつて再賦
活と長期間にわたつて希薄懸濁液中で細菌の生活能力を
保持する方法の開発とが要求されている。本発明はその
ような技法を提供するものてあつてその技法の利点は当
業界の熟練者に明白てある。廃物の処理に関連した問題
は無数である。たとえば化学的立場から下水処理施設に
おける有害な臭気はアンモニアガスおよび硫化水素ガス
の生産及ひタンパク質廃物の部分的嫌気的消化から生じ
る。一旦ＮＦＩ３が生成されると系のＰＨは上昇しはじ
め、高いＰＨ及び代謝毒であるＮＨ３の存在に感受性の
高い生物は死ぬ。そこで、一旦アンモニア酸化が供給さ
れる局部酸素を減少させるようになると硫化物生産を行
える生物が繁殖し、真の臭気の問題を生じる。上記の問
題を解決する一つの方法は遊離アンモニアの発生を低下
させるか又は除去してしまうことである。この点に関し
、協力して働いてアンモニア（ＮＩ（３）を硝酸イオン
（ＮＯ３つに転化させる二種の細菌すなわちニトロソモ
ナス（ＮｉｔｒＯｓＯｍＯｎａｓ）及びニトロバクテル
（ＮｉｔｒＯｂａｃｔｅｒ）がある。しかしながらこの
硝酸イオンは一たん生成するとそれ自身の生成を制限す
るであろう。さらに加えて、アンモニア酸化過程中に酸
が作られる。土壌環境において緑色植物はアンモニアの
酸化によつて生じた硝酸塩を利用する。水溶液において
植物及び藻類は生育の窒素源として硝酸塩を利用する。
脱窒菌（Ｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａ）
といわれる細菌があつてＮＯ３を窒素（Ｎ２）ガスに転
化しそれによつて硝酸塩を水又は廃物処理施設から除い
ている。したがつてＮＨ３を硝酸塩経由でＮ２に転化し
うるサイクルを行いうるならばその系のＰＨは上記のア
ンモニア酸化経由で酸性になるかわりに増大し、有害（
有臭）化合物であるＮＨ３は無害（無臭）な化合物であ
るＮ２に転化されるであろう。さらに硝酸塩は酸素の不
在下に有効な電子受容体として作用し、硝酸塩から窒素
への還元の間に硫黄のような物質を硫酸塩に転化しさら
に臭気の原因化合物の除去を助けることができる。これ
らの反応を記述する化学式は次のとおりである：アンモ
ニアの亜硝酸塩への酸化： ２ＮＨ３＋３０２→２Ｎ０２−＋２Ｈ＋＋２Ｈ２０亜硝
酸塩の硝酸塩への酸化：２Ｎ０２−＋０２→２Ｎ０３− 硝酸塩の窒素への還元： ２Ｎ０３−＋１喧子（ｅ−）＋１２Ｈ＋→Ｎ２＋６Ｈ２
０硫黄酸化を伴う硝酸塩の還元：？＋６Ｎ０３−＋２Ｈ
２０→ ５Ｓ０４２−＋３Ｎ２＋社Ｐ
硫黄の酸化は分子状酸素なしに進行することがわかる。

このような硝酸塩の還元と共役した酸化・は無機化合物
に限らない。たとえば酢酸塩は硝酸塩の還元に伴つて酸
化されて二酸化炭素にもなりうる。この化学式は次の化
学量論を与える；５ＣＨ３Ｃ００Ｈ＋８Ｎ０３−→１０
Ｃ０２＋４Ｎ２＋６Ｈ２０＋８０Ｈ−ノここでも分子状
酸素は消費されない。

上記のことを達成するための先行技術はいずれもその成
功の度合が限られていた。

上述したように（たとえば凍結乾燥によつて）休眠させ
られた細菌を利用する技術はすべて細菌の大部分がこの
不活化過程て殺されるという事実を弱点としてもつてい
る。したがつて本発明の一つの目的は細菌を、引続いて
行われる処理によつて再賦活される能力に著しい影響を
与えることなく、休眠させる方法を提供することである
。

本発明の他の目的は本明細書及び特許請求の範囲を読む
ことによつて当業界の熟練者には明らかとなろう。

本発明の好適な態様は細菌を休眠させる独特な方法とそ
のように作られた生成物とに関する。

一般的に本発明の方法は（ａ）細菌を好気的条件下に水
性媒体中で生育させ、その際にこうして生産された細菌
が硝酸塩を窒素に酵素的に還元しうる少くとも１種のプ
ソイドモナス菌と光合成的に赤色色素を生産しうる１種
のロドプソイドモナス菌とを含むようにする工程、（ｂ
）硫化ナトリウム、硫化カリウムおよびそれらの混合物
からなる群から選ばれる少くとも１種の化合物の有効量
を上述の細菌を含む媒体中に溶解させる工程及び（ｃ）
その硫化物含有媒体を嫌気的条件下にロドプソイドモナ
ス菌に光合成性赤色色素を生せしめるに十分な時間だけ
光に曝す工程からなる。例 本発明の実施において数株の生きた細菌を水性懸濁液に
生育させる。

一つの特定な例においてこの懸濁液は細菌を一緒に一つ
のパット又は釜の中て細菌接種前に減菌された次の諸成
分（養分）を用いて生育させることによつて製造される
：ｙ／ｅ 百 分 率１．０ｙ／ｅ
（イ）．１％）
塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）１．０ｙ／ｅ
（イ）．１％） 一塩基性
リン酸カリウム（ＫｌＩ２ＰＯ４）０．５ｙ／ｆ
（４）．０５％） 硫酸マグネ
シウム（ＭｇＳＯ４・７Ｈ２０）２．０ｙ／ｅ
（０．２％） 酢酸ナトリウム
（ＮａＣ２Ｈ３Ｏ２・７Ｈ２０）１．０ｙ／ｅ
（４）．１％）
酵母工キズ・上記の百分率は本明細書に
記載されたすべての他のものと同様にそれを溶解するの
に用いられた溶液の容積当りの化合物の重量として与え
られる。

上記の各成分を蒸留水または脱イオン水に溶解するが、
この水には予め痕跡元素を供給するために１０％の水道
水を添加しておく。減菌を１２５℃で１時間継続する。
生育は６種の細菌を導入して開始されるが、この６種の
細菌は１種の桿菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）（グラム陽性、
胞子形成桿状）即ち具体例としてはバチルスズブチリス
（ＢａｃｉＩＩｕｓｓｕｂｔｉｌｉｓ）であって周知菌
であることにもとづき商業上の供給先から容易に入手さ
れる菌、１種のロドプソイドモナス（光ノ合成により非
イオウ性紫を形成し、グラム陰性、胞子非形成、桿状）
及び４種のプソイモナス（グラム陰性、胞子非形成、少
くともその１種は硝酸塩を窒素ガスまたは亜酸化窒素ガ
スに還元しうる）である。

これらの細菌は２５〜３（代）において激・しい通気下
に１８〜２橋間生育され、その間にその全濃度は２〜５
×１Ｃｆ細胞／ｍｌに達する。好気的生育の終了後にそ
の細菌懸濁液の試料を取り次の生育サイクル用の新鮮な
接種物とする。１００ｆの硫化ナトリウム（Ｎａ２Ｓ−
９１（２０）を１００ｅ゛の懸濁液に加える（硫化ナト
リウムの濃度を１．０ｆ／ｅとする）。

そこでこの懸濁液を複数個の半透明ポリエチレン容器に
入れ、それをさらに２肴間光（けい光）の中に保つ。こ
の時間中にロドプソイドモナス中には赤色の光合成色素
が生じる。この細菌を嫌気的に２＠間保持したがその間
に相当な量のロドプソイドモナス菌が赤色になつた。こ
のように作られ処理された懸濁液をそこで力ートンに入
れ使用に供するまで貯えた。それらが凍結しないように
又長時間約５０℃以上の温度に達しないようにすること
以外にそれ以上の注意は不要である。上述の例は本発明
の実施の単なる例示的なものである。

明らかに本発明の要旨及び範囲から背違することなく上
述の操作から種々な変更をなしうる。たとえば他の系を
用いて所望の細菌を生育させうるし、これらの系は当業
界の熟練者には周知であるのでそれらについてここでは
詳細に論じない。同様に生育する細菌の型は、それが硝
酸塩を酵素的に還元して窒素になしうる少くとも１種の
プソイドモナス菌と赤色色素を生成しうる１種のロドプ
ソイドモナス菌とを含まねばならないことを除けば臨界
的ではない。

（上記の例では４種のプソイドモナスを使用するが本発
明の利点を実現するにはその中の唯１種だけが存在すれ
ばよいことを理解すべきである。）さらに関連ある細菌
を上述の条件下に生育させることが好適ではあるがこれ
らのパラメータを変更させることは十分に本発明の範囲
内にある。

たとえば一般には関連ある細菌を約１５〜約３５℃の温
度て少くとも１×１Ｃｆ′細胞／Ｍｔの細胞濃度を生じ
うる程度まで生育させることが望ましい。硫化ナトリウ
ム、硫化カリウム又はそれらの混合物にはＮａＳ，．Ｋ
２Ｓ．．ＮａＨＳ及びＫＨＳが含まれるがそれらに限定
されない。

これらは本発明の実施には等しく効果的である。しかし
ながら硫化ナトリウムはそれらの化合物の中で最も安価
であるために一般に好適である。使用されるべき硫化物
化合物の正確な量は付随する環境によつて変化しうる。
実際に必要なことは有効量の硫化物化合物を使用するこ
とてある。すなわち細菌を休眠状態にするがかなりのパ
ーセンテージの細菌を死滅させることなく、その細菌を
再賦活化しうることを保証するために十分な量の硫化物
化合物を使用せねばならない。しかしながら一般には任
意の硫化物化合物をその化合物の硫黄含量にもとづいて
約０．０７〜約０．３ｙ／′の濃度で使用することが好
適である。明らかに、使用される硫化物の正確な量は使
用される個々の化合物によつて変化されうる。たとえば
Ｎａ２Ｓ−９１１２０の場合に１′の懸濁液当り約０．
５〜約２．０ｙ（７）Ｎａ２Ｓ−９Ｈ２０を用いること
が好適である。このように処理された細菌をロドプソイ
ドモナス菌に赤色光合成色素を生せしめるに十分な時間
をかけて光に曝す。

明らかにこの露光の時間は付随する環境、たとえは生育
温度および生育する細菌の個々の型によつて変化しうる
。本発明の実施において硫化物は電気化学ポテンシアル
を低下させて光合成色素の発生を誘起するのに役立つ。

それはまた硝酸塩を窒素又は亜酸化窒素に還元しうるプ
ソイドモナスを無限に生存させうる環境を与える。これ
らのプソイドモナスは硫化物の添加されていない懸濁液
中では１ケ月の半減期で死滅するであろう。ロドプソイ
ドモナスはさらに長い半減期で死滅するが桿菌は全く死
滅するようには思われない。しかし桿菌は硫化物を含ま
ない懸濁液中で胞子を作る。本発明によつて処理された
細菌の行いうるすべての反応は、その多くが未知である
ためにそれらについて論じることはできない。

アンモニアおよび硫化水素の臭気の除去方法に関する我
々の理解が不完全であるということは極めてありうるこ
とである。しかしながら機能的には臭気の制御及びその
他の多くの有機反応が、上述の方法によつて休眠化され
続いて用時に再賦活化された細菌の存在による直接の結
果として生じていることは明らかである。上述のように
製造された細菌の試料（３．８ｅ）を約１２ケ月貯蔵し
、そこでその効能を検査した結果再賦活された場合に最
初の細菌の９０％以上がなお生存していた。

この結果は、本発明の方法に従つて処理されなかつた類
似の細菌の生育能力が約０．１％であること著しく対照
的である。上述のようにして製造された細菌は次のよう
な例に使用されつ）あり、又使用することができる：（
１）地下倉庫およびセメント格納所の化粧室（Ｐｉｔａ
ｒＫｉＣｅｍｅｎｔＶａｕｌｔＴＯｉｌｅｔｓ）（２）
あらゆる種類の下水処理工場：（３）家庭、農園及び高
層住宅用の腐敗物処理系及び排液場；（４）グリースト
ラツプ（ＧｒｅａｓｅＴｒａｐｓ）（５）下水およびり
クリエーション用の池及び浅池；（６）個人用および産
業用の養魚場； （７）養犬場からの廃物貯蔵系； （８）飛行機、キヤンパー、りクリエーション用乗ノ
物及びボートの廃物保持槽；（９）すべての型のビルデ
ィングの排液ライン及び下降バイブ。

人間による廃物が含まれるか又は処理されるような系に
おいてこれらの系を本発明方法によつて門製造された生
成物製品によつて処理するとアンモニア又は硫化水素の
通常の臭気は存在しなくなる。

さらに廃物処理中に硝酸塩は集積されず、有機固形廃物
は本発明による生成物製品を使用しない類似の場合より
著しく（３０〜５０％）減少する。フ活性汚泥型又は一
次通気槽型の下水処理からの固型物及び汚泥の嫌気的消
化中に本発明による生成物製品を嫌気的消化槽に添加す
ると二酸化炭素よりもメタンの百分率の高いガスがより
多く生産される。結局、下水処理工場からの流出液にお
ける全生化学的酸素要求（ＢＯＤ）は本発明による生成
物製品を用いた施設において、これを用いない類似の施
設と比較して減少する。廃物の型が排泄性のものではな
く、たとえばレストランまたは層殺所から出るような脂
肪、リピド、グリース及び血液のような物質である場合
にこの廃物は本発明による生成物製品によつて効果的に
分解される。分解はこれらの施設で使用されるバイブ及
びグリーストラツプおよび保持槽中で起るであろう。り
クリエーション施設又は農場に設けられた池並に浅池内
ではそこに本発明による生成物製品を添加してみられる
活性の型はピツトトイレツト及び下水処理工場について
記載されたものと類似している。

本発明に従つて処理された細菌は廃物及びその廃物の代
謝生産物上で生育しうるので、添加された物質の容積の
百万倍の容積のものを処理することができる。実際にこ
の使用量が推奨されるものてあるが異常な環境下又は迅
速な成績を得たい場合にはさらに多くの量が使用される
。養魚池に本発明による生成物製品を添加することによ
つて槽の底に蓄積する固形廃物の量を減少させ、淵過材
交換の間の時間を長くし、藻の生育を制御して水の透明
性を改善し、槽内にさらに種々な健全な細菌集団を与え
、最後に魚の餌となるプロトゾア及びその他の無を椎動
物の食物を提供することができる。廃物保持設備におい
ては迅速な結果が望まれるので本発明の生成物製品の使
用量を一そう多くすることが必要である。

主としてその目的は飛行中”あるいはその保持槽の使用
時から空にするまでの間に臭気の発生を阻止することて
ある。これは本発明による生成物製品の上記の使用法が
開放的に終結される処理サイクルを含んでいる点て状況
が異つている。しかしながら今日までの試験では本発明
の生成物製品がこの目的に対し有効であることが明らか
に示されている。本発明の好適な態様と現在考えられる
ものをここに記載したが、特許請求の範囲に述べられた
本発明の要旨及び範囲から離脱することなく種々の変更
と修正とが可能であることが当業界の熟練者には明白で
あろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 細菌の水性懸濁液を休眠させる方法において、（ａ
   ）細菌を水性媒体内で好気的条件下で生育させ、その際
   にその細菌が酵素作用下に硝酸塩を窒素に還元しうる少
   くとも１種のプソイドモナス菌と、赤色色素を光合成的
   に生成しうる１種のロドプソイドモナス菌とを含むよう
   にし、（ｂ）硫化ナトリウム、硫化カリウム及びそれら
   の混合物からなる群から選ばれる少くとも１種の硫化物
   化合物の有効量を上記の細菌含有媒体中に溶解し、（ｃ
   ）その硫化物含有媒体を嫌気性条件下に光に曝し、その
   時間をロドプソイドモナス菌中に赤色の光合成色素を生
   ぜしめるに十分な長さとすることを特徴とする上記の方
   法。 ２ 硫化物化合物の濃度がその化合物の硫黄含量にして
   約０．０７〜約０．３ｇ／ｌの範囲内にある特許請求の
   範囲第１項に記載の方法。 ３ 硫化物化合物が硫化ナトリウムである特許請求の範
   囲第２項に記載の方法。 ４ 細菌の生育に用いられる栄養系が （ａ）塩化アンモニウム； （ｂ）一塩基性リン酸カリウム（リン酸二水素一カリウ
   ム）；（ｃ）硫酸マグネシウム； （ｄ）酢酸ナトリウム及び （ｅ）酵母エキス からなる特許請求の範囲第３項に記載の方法。 ５ 生育する細菌が桿菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）を包含し
   、及びプソイドモナス菌をさらに有する特許請求の範囲
   第１項に記載の方法。 ６ 工程（ａ）で生育する細胞の濃度が最低１×１０＾
   ６細胞／（１ｍｌ溶液）である特許請求の範囲第１項に
   記載の方法。 ７ 細菌が約２５〜約３０℃の温度で約１８〜２４時間
   生育しそれによつて細菌の全細胞濃度が約２〜約５百万
   細胞／（１ｍｌ溶液）になる特許請求の範囲第５項に記
   載の方法。 ８ 硫化ナトリウムの量が約１．０ｇ／ｌである特許請
   求の範囲第３項に記載の方法。 ９ ロドプソイドモナスが光合成による赤色色素を生産
   するに十分な時間だけ工程（ｃ）を継続する特許請求の
   範囲第１項に記載の方法。 １０ 工程（ｃ）を約２４時間継続する特許請求の範囲
   第９項に記載の方法。 １１ （ａ）細菌を水性媒体中において好気的条件下で
   生育させ、その際に細菌が硝酸塩を窒素に酵素的に還元
   しうる少くとも１種のプソイドモナス菌と、赤色色素を
   光合成的に生成しうる１種のロドプソイドモナス菌とを
   含むようにし、（ｂ）硫化ナトリウム、硫化カリウム及
   びそれら混合物からなる群から選ばれる少くとも１種の
   硫化物化合物の有効量をその細菌含有媒地中に溶解させ
   、（ｃ）ロドプソイドモナス菌中に赤色の光合成色素を
   生産せしめるに十分な時間だけその硫化物含有媒体を嫌
   気的条件下で光に曝すことによつて得られることを特徴
   とする休眠細菌の水性懸濁液。 １２ 硫化物化合物の濃度がその化合物の硫黄含量にし
   て約０．０７〜約０．３ｇ／ｌの範囲にある特許請求の
   範囲第１１項に記載の水性懸濁液。 １３ 硫化物化合物が硫化ナトリウムである特許請求の
   範囲第１２項に記載の水性懸濁液。 １４ 細菌の生育に用いられる栄養系が （ａ）塩化アンモニウム； （ｂ）一塩基性リン酸カリウム（リン酸二水素一カリウ
   ム）；（ｃ）硫酸マグネシウム； （ｄ）酢酸ナトリウム及び （ｅ）酵母エキス からなる特許請求の範囲第１３項に記載の水性懸濁液。 １５ 生育する細菌が桿菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）を包含
   し、及びプソイドモナス菌をさらに含む特許請求の範囲
   第１１項に記載の水性懸濁液。１６ 工程（ａ）で生育
   する細胞の濃度が最低１×１０＾６細胞／（１ｍｌ溶液
   ）である特許請求の範囲第１１項に記載の水性懸濁液。 １７ 細菌が約２５〜約３０℃の温度で約１８〜２４時
   間生育しそれによつて細菌の全細胞濃度が約２〜約５百
   万細胞／（ｍｌ溶液）になる特許請求の範囲第１５項に
   記載の水性懸濁液。 １８ 硫化ナトリウムの量が約１．０ｇ／ｌである特許
   請求の範囲第１３項に記載の水性懸濁液。 １９ ロドプソイドモナスが光合成による赤色色素を生
   産するようになる時間だけ工程（ｃ）を継続する特許請
   求の範囲第１１項に記載の水性懸濁液。 ２０ 工程（ｃ）を約２４時間継続する特許請求の範囲
   第１９項に記載の水性懸濁液。