JP2001025786A - 表面改質多孔質セラミックとそれを用いた重金属の濃縮方法 - Google Patents
表面改質多孔質セラミックとそれを用いた重金属の濃縮方法Info
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- 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
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- Biological Treatment Of Waste Water (AREA)
- Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 固定化光合成細菌菌体による生物濃縮活性に
依存するヘドロ中の金属の除去と、該光合成細菌菌体を
固定する素材の回収を可能にする。 【解決手段】 多孔質セラミックに磁性体を担持させ、
かつ光合成細菌を固定化してなる表面改質多孔質セラミ
ックと、その表面改質多孔質セラミックをヘドロ中に分
散させて、ヘドロ中の金属を生物濃縮させ、濃縮を終え
た表面改質多孔質セラミックをヘドロ中から磁石で回収
することを特徴とする重金属の濃縮方法である。
依存するヘドロ中の金属の除去と、該光合成細菌菌体を
固定する素材の回収を可能にする。 【解決手段】 多孔質セラミックに磁性体を担持させ、
かつ光合成細菌を固定化してなる表面改質多孔質セラミ
ックと、その表面改質多孔質セラミックをヘドロ中に分
散させて、ヘドロ中の金属を生物濃縮させ、濃縮を終え
た表面改質多孔質セラミックをヘドロ中から磁石で回収
することを特徴とする重金属の濃縮方法である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多孔質セラミック
に磁性体を担持させた磁性セラミックビーズ表面で重金
属の生物濃縮による除去を行うことを目的とする、表面
改質多孔質セラミックとそれを用いた重金属の濃縮方法
に関するものである。
に磁性体を担持させた磁性セラミックビーズ表面で重金
属の生物濃縮による除去を行うことを目的とする、表面
改質多孔質セラミックとそれを用いた重金属の濃縮方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】海、河川、湖沼、池などでは環境汚染に
よるヘドロの蓄積が全世界の多くの地域でみられる。水
質保全については微生物処理など多くの対策がなされて
いる。例えば、特開平9-238681にみられるような、光合
成細菌菌体(Rhodopseudomonascapsulata、Rhodopseudom
onas sphaeroides、Rhodospirillum rubrum等)と該菌体
の栄養基質とをゼラチン、海藻多糖類等のゲル化材料で
固定化菌体として用いるのもその一例である。固定化の
目的は光合成細菌菌体が動物性プランクトンや魚介類等
に補食されたり、水流によって損傷するのを防ぐためで
ある。また、特公平01-60314号では、光合成細菌菌体と
該菌体用の培地とを水溶性珪酸化合物を用いてゲル状物
質とした固定化菌体を土壌の肥沃化、植物の育成のため
に水田等に施用したり、排水処理のための種菌にする例
が提案されている。しかし、ヘドロ(底質)には有害金属
(As、Cd、Hg、Sn、Pbなど)を含んでいるものも多く、浚渫に
より回収しても廃棄することができず、放置されている
ケースも多い。重金属流出による汚染拡大も危惧されて
いる。
よるヘドロの蓄積が全世界の多くの地域でみられる。水
質保全については微生物処理など多くの対策がなされて
いる。例えば、特開平9-238681にみられるような、光合
成細菌菌体(Rhodopseudomonascapsulata、Rhodopseudom
onas sphaeroides、Rhodospirillum rubrum等)と該菌体
の栄養基質とをゼラチン、海藻多糖類等のゲル化材料で
固定化菌体として用いるのもその一例である。固定化の
目的は光合成細菌菌体が動物性プランクトンや魚介類等
に補食されたり、水流によって損傷するのを防ぐためで
ある。また、特公平01-60314号では、光合成細菌菌体と
該菌体用の培地とを水溶性珪酸化合物を用いてゲル状物
質とした固定化菌体を土壌の肥沃化、植物の育成のため
に水田等に施用したり、排水処理のための種菌にする例
が提案されている。しかし、ヘドロ(底質)には有害金属
(As、Cd、Hg、Sn、Pbなど)を含んでいるものも多く、浚渫に
より回収しても廃棄することができず、放置されている
ケースも多い。重金属流出による汚染拡大も危惧されて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は固定化光合成
細菌菌体による生物濃縮活性に依存するヘドロ中の金属
の除去について検討すると共に、該光合成細菌菌体を固
定する素材の回収について検討する。
細菌菌体による生物濃縮活性に依存するヘドロ中の金属
の除去について検討すると共に、該光合成細菌菌体を固
定する素材の回収について検討する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を検討した結
果、多孔質セラミックに磁性体を担持させてなる表面改
質多孔質セラミックとした。また、多孔質セラミックに
磁性体を担持させ、かつ光合成細菌を固定化してなる表
面改質多孔質セラミックとしたのである。ここにいう多
孔質セラミックには、多孔質ガラス、孔材入り焼結品、
天然多孔質素材(ゼオライト、軽石など)等があり、ま
た、担持させる手段としては、ゼラチン、海藻多糖類等
のゲル化材料で固定する以外に、表面をシランカップリ
ング剤等で加工した後、カルボジドイミドなどの縮合試
薬で固定化する方法、グルタルアルデヒドなどで直接固
定化する方法等がある。磁性体には、鉄、ニッケル、コ
バルトがある。光合成細菌にはRhodobacter sphaeroide
s S(S株)、Rhodovulum sp PS88(PS88株)、Rhodopseudom
onas palustris、Rhodobacter capsulata等が用いられ
る。
果、多孔質セラミックに磁性体を担持させてなる表面改
質多孔質セラミックとした。また、多孔質セラミックに
磁性体を担持させ、かつ光合成細菌を固定化してなる表
面改質多孔質セラミックとしたのである。ここにいう多
孔質セラミックには、多孔質ガラス、孔材入り焼結品、
天然多孔質素材(ゼオライト、軽石など)等があり、ま
た、担持させる手段としては、ゼラチン、海藻多糖類等
のゲル化材料で固定する以外に、表面をシランカップリ
ング剤等で加工した後、カルボジドイミドなどの縮合試
薬で固定化する方法、グルタルアルデヒドなどで直接固
定化する方法等がある。磁性体には、鉄、ニッケル、コ
バルトがある。光合成細菌にはRhodobacter sphaeroide
s S(S株)、Rhodovulum sp PS88(PS88株)、Rhodopseudom
onas palustris、Rhodobacter capsulata等が用いられ
る。
【０００５】凝集性光合成細菌(FPSB)菌体表面に生産す
る菌体外高分子物質(EPS)を、磁気を付加した多孔質セ
ラミックの粒体上に菌体ごと付着させ、凝集性光合成細
菌(FPSB)の重金属取り込み活性と、菌体外高分子物質(E
PS)の粘着性、さらにはセラミックの磁性体担持による
磁気の活性化作用により、ヘドロ中の有害重金属を顕著
に生物濃縮させる。
る菌体外高分子物質(EPS)を、磁気を付加した多孔質セ
ラミックの粒体上に菌体ごと付着させ、凝集性光合成細
菌(FPSB)の重金属取り込み活性と、菌体外高分子物質(E
PS)の粘着性、さらにはセラミックの磁性体担持による
磁気の活性化作用により、ヘドロ中の有害重金属を顕著
に生物濃縮させる。
【０００６】本発明の表面改質多孔質セラミックの磁性
体／多孔質セラミックは0.1〜0.5が好ましい。磁性体／
多孔質セラミックが0.1よりも小さいと磁石への付着性
が劣るようになり、0.5よりも大きいと錆の発生がみら
れるようになる。
体／多孔質セラミックは0.1〜0.5が好ましい。磁性体／
多孔質セラミックが0.1よりも小さいと磁石への付着性
が劣るようになり、0.5よりも大きいと錆の発生がみら
れるようになる。
【０００７】上記のように表面改質多孔質セラミックを
ヘドロ中に分散させて、ヘドロ中の金属を生物濃縮させ
ることを特徴とする重金属の濃縮方法であるが、濃縮を
終えた表面改質多孔質セラミックはヘドロ中から磁石で
回収する。
ヘドロ中に分散させて、ヘドロ中の金属を生物濃縮させ
ることを特徴とする重金属の濃縮方法であるが、濃縮を
終えた表面改質多孔質セラミックはヘドロ中から磁石で
回収する。
【０００８】
【発明の実施の形態】実施例１ 主成分が珪酸90％、アルミナ５％で120メッシュ以下の
粒度成分が80％である市販の珪藻土200ｇ、市販のベン
トナイトで珪酸が66％、アルミナが14％の300メッシュ
の篩をパスする部分が96％のもの20ｇを混合したセラミ
ック原料に球状熱可塑性樹脂として市販のポリスチレン
製球状体(内山化成製、商品名スチロボール直径0.6ｍ/
ｍ)26ｇを混合し、これに常温の水200ｇ、粘結剤として
パルプ廃液60ｇを入れ、万能混練機で約10分間混練し、
球状熱可塑性樹脂が均一に混ざったペーストが出来た。
つづいてこのペーストをオーガ型押出機にて口径６ｍ/
ｍの口金から押し出し10ｍ/ｍ長の成型物が得られた。
このものを乾燥し、1250℃にて電気炉で焼成し、円柱、
ペレット状多孔質セラミックが得られた。
粒度成分が80％である市販の珪藻土200ｇ、市販のベン
トナイトで珪酸が66％、アルミナが14％の300メッシュ
の篩をパスする部分が96％のもの20ｇを混合したセラミ
ック原料に球状熱可塑性樹脂として市販のポリスチレン
製球状体(内山化成製、商品名スチロボール直径0.6ｍ/
ｍ)26ｇを混合し、これに常温の水200ｇ、粘結剤として
パルプ廃液60ｇを入れ、万能混練機で約10分間混練し、
球状熱可塑性樹脂が均一に混ざったペーストが出来た。
つづいてこのペーストをオーガ型押出機にて口径６ｍ/
ｍの口金から押し出し10ｍ/ｍ長の成型物が得られた。
このものを乾燥し、1250℃にて電気炉で焼成し、円柱、
ペレット状多孔質セラミックが得られた。
【０００９】次に、鉄粉(約40メッシュ)10ｇ、パルプ廃
液50ｇを計量し、鉄粉が沈まないように混ぜ、スラリー
状にした。このスラリーの中に上記にて作成した多孔質
セラミックを20ｇ計量し、スラリーの中へ入れ、よく攪
拌し、鉄粉が均一に付着するようにした。更にアスピレ
ーターで吸引し、多孔質セラミックの内部にも鉄粉が入
るようにした。その後乾燥し、700℃で焼成し、表面改
質品を得た。このものを、水を入れたビーカーに入れ経
時的な錆の発生を観察しているが、６ケ月経過後も錆の
発生が見られなかった。
液50ｇを計量し、鉄粉が沈まないように混ぜ、スラリー
状にした。このスラリーの中に上記にて作成した多孔質
セラミックを20ｇ計量し、スラリーの中へ入れ、よく攪
拌し、鉄粉が均一に付着するようにした。更にアスピレ
ーターで吸引し、多孔質セラミックの内部にも鉄粉が入
るようにした。その後乾燥し、700℃で焼成し、表面改
質品を得た。このものを、水を入れたビーカーに入れ経
時的な錆の発生を観察しているが、６ケ月経過後も錆の
発生が見られなかった。
【００１０】比較例１ 実施例１と同じ組成、方法で多孔質セラミックを得た。
次に鉄粉(約40メッシュ)15ｇ、パルプ廃液50ｇを計量
し、実施例１と同様にスラリー状にした。このスラリー
の中に実施例１と同様にして、多孔質セラミックを入
れ、よく攪拌し、鉄粉を均一に付着させた。このものを
水を入れたビーカーに入れ、経時的な錆の発生を観察し
た。２日後に錆が発生し、次々に赤っぽくなっていっ
た。
次に鉄粉(約40メッシュ)15ｇ、パルプ廃液50ｇを計量
し、実施例１と同様にスラリー状にした。このスラリー
の中に実施例１と同様にして、多孔質セラミックを入
れ、よく攪拌し、鉄粉を均一に付着させた。このものを
水を入れたビーカーに入れ、経時的な錆の発生を観察し
た。２日後に錆が発生し、次々に赤っぽくなっていっ
た。
【００１１】実施例２ 前記実施例１の磁性体/多孔質セラミックが0.5に加え
て、0.1のもの(実施例２)及び0.1よりも小さい0.05(比
較例２)のものを同様にして調製した。これらの４つの
ケースについて錆発生と磁石への付着性を調べた。その
結果を表１に示す。磁性体／多孔質セラミックが0.1よ
りも小さいと磁石への付着性が劣るようになり、0.5よ
りも大きいと錆の発生がみられるようになっている。
て、0.1のもの(実施例２)及び0.1よりも小さい0.05(比
較例２)のものを同様にして調製した。これらの４つの
ケースについて錆発生と磁石への付着性を調べた。その
結果を表１に示す。磁性体／多孔質セラミックが0.1よ
りも小さいと磁石への付着性が劣るようになり、0.5よ
りも大きいと錆の発生がみられるようになっている。
【００１２】
【表１】
【００１３】実施例３ 菌体としてRhodobacter sphaeroides S(S株)とRhodovul
um sp PS88(PS88株)を使用した。培地としてグルタミン
酸ナトリウム3.8ｇ、リンゴ酸2.7ｇ、リン酸１カリ0.5
ｇ、リン酸２カリ0.5ｇ、リン酸アンモニウム0.8ｇ、硫
酸マグネシウム0.2ｇ、塩化カルシウム0.053ｇ、ニコチ
ン酸１mg、B1-Hcl1mg、ビオチン10μｇ、硫酸マンガン
５水塩1.2mg、クエン酸鉄2.45mg、塩化コバルト６水塩
0.95mg、酵母エキス２ｇ、塩化ナトリウム30ｇを１Lの
純水に入れたものを使用した。S株を30℃に保ち、嫌気
明条件下(60μE/m2・sec)で２日間培養した。一方PS88株
は好気条件下でローターシェーカ(100r.p.m)にて５日間
培養を行った。
um sp PS88(PS88株)を使用した。培地としてグルタミン
酸ナトリウム3.8ｇ、リンゴ酸2.7ｇ、リン酸１カリ0.5
ｇ、リン酸２カリ0.5ｇ、リン酸アンモニウム0.8ｇ、硫
酸マグネシウム0.2ｇ、塩化カルシウム0.053ｇ、ニコチ
ン酸１mg、B1-Hcl1mg、ビオチン10μｇ、硫酸マンガン
５水塩1.2mg、クエン酸鉄2.45mg、塩化コバルト６水塩
0.95mg、酵母エキス２ｇ、塩化ナトリウム30ｇを１Lの
純水に入れたものを使用した。S株を30℃に保ち、嫌気
明条件下(60μE/m2・sec)で２日間培養した。一方PS88株
は好気条件下でローターシェーカ(100r.p.m)にて５日間
培養を行った。
【００１４】次にそれぞれの菌体を遠心分離器で集菌し
た。これら集菌したものを寒天溶液(2g/100cc純水で溶
解させたもの)に入れ、攪拌し、均一な溶液にした。こ
の溶液の中に実施例１で得た表面改質した多孔質セラミ
ックを入れた。アスピレーターで引き、溶液を内部まで
吸引させ、入れた。その後、常温に放置した。固定化し
たものは菌体の色であるボルドー色を呈した。
た。これら集菌したものを寒天溶液(2g/100cc純水で溶
解させたもの)に入れ、攪拌し、均一な溶液にした。こ
の溶液の中に実施例１で得た表面改質した多孔質セラミ
ックを入れた。アスピレーターで引き、溶液を内部まで
吸引させ、入れた。その後、常温に放置した。固定化し
たものは菌体の色であるボルドー色を呈した。
【００１５】実施例４ 30Lの水槽を準備し、海底から採取したヘドロを200ｇ/L
の割合で人工海水に懸濁した。この懸濁液を水槽に入
れ、この水槽の下部に市販のエアリフト型濾過器(直径
7.5cm、高さ7cm)を置き、この濾過器に本発明の菌体固
定化品を10ｇ入れた。水槽に入れたヘドロを懸濁した人
工海水はこの濾過器を通過して上部へ出ていくようにし
た。水槽水のCOD、硝酸態窒素、アンモニア態窒素を経
時的に測定した結果、表２のようにいずれも減少してい
ることが判明した。
の割合で人工海水に懸濁した。この懸濁液を水槽に入
れ、この水槽の下部に市販のエアリフト型濾過器(直径
7.5cm、高さ7cm)を置き、この濾過器に本発明の菌体固
定化品を10ｇ入れた。水槽に入れたヘドロを懸濁した人
工海水はこの濾過器を通過して上部へ出ていくようにし
た。水槽水のCOD、硝酸態窒素、アンモニア態窒素を経
時的に測定した結果、表２のようにいずれも減少してい
ることが判明した。
【００１６】
【表２】
【００１７】なお、寒天溶液だけを実施例１で得た表面
改質多孔質セラミックに固定化したものはCODが10日後
でも60mg/L、NO3 −-Nは15mg/L、NH4 −-Nは25mg/Lであっ
た。
改質多孔質セラミックに固定化したものはCODが10日後
でも60mg/L、NO3 −-Nは15mg/L、NH4 −-Nは25mg/Lであっ
た。
【００１８】実施例５ 実施例４で使用した水槽にヘドロを200ｇ/Lの割合で人
工海水に懸濁した。つづいて、原子吸光分析用鉛標準液
(1000ppm)を人工海水懸濁液の中に添加し１mg/Lの濃度
になるようにした。この水槽にも実施例４と同じ市販の
エアリフト型濾過器(直径7.5cm、高さ7cm)を置き、この
濾過器に固定化品を10ｇ入れた。人工海水懸濁液はこの
濾過器を通して循環させた。
工海水に懸濁した。つづいて、原子吸光分析用鉛標準液
(1000ppm)を人工海水懸濁液の中に添加し１mg/Lの濃度
になるようにした。この水槽にも実施例４と同じ市販の
エアリフト型濾過器(直径7.5cm、高さ7cm)を置き、この
濾過器に固定化品を10ｇ入れた。人工海水懸濁液はこの
濾過器を通して循環させた。
【００１９】３日経過した時点で、水槽の人工海水懸濁
液を採取し、IPC質量分析装置(島津製作所製)で鉛およ
びセレンを分析したところ、0.3mg/Lと0.4mg/Lであっ
た。更に10日経過後では鉛及びセレンは0.1mg/Lと0.08m
g/Lであった。菌体の鉛およびセレン濃度は水槽中で減
少した量に相当した。
液を採取し、IPC質量分析装置(島津製作所製)で鉛およ
びセレンを分析したところ、0.3mg/Lと0.4mg/Lであっ
た。更に10日経過後では鉛及びセレンは0.1mg/Lと0.08m
g/Lであった。菌体の鉛およびセレン濃度は水槽中で減
少した量に相当した。
【００２０】実施例６ 実施例５と同じ内容で、濾過器は使用せず、別の方法で
循環させた。水槽の中に固定化品を30ｇ入れた。３日経
過後、外部大型磁石(3000〜5000gaus)を水槽に入れ、固
定化品を付着させ、吊り上げた。吊り上げたものを回収
し、その後固定化品の表面にびっしりと付着しているバ
イオフィルム(この中に鉛、セレンが取り込まれている)
が自己分解し、濃縮された鉛、セレンが溶出してきた。
後は従来の方法(たとえばセメントなどに混ぜ不溶化)で
処理した。
循環させた。水槽の中に固定化品を30ｇ入れた。３日経
過後、外部大型磁石(3000〜5000gaus)を水槽に入れ、固
定化品を付着させ、吊り上げた。吊り上げたものを回収
し、その後固定化品の表面にびっしりと付着しているバ
イオフィルム(この中に鉛、セレンが取り込まれている)
が自己分解し、濃縮された鉛、セレンが溶出してきた。
後は従来の方法(たとえばセメントなどに混ぜ不溶化)で
処理した。
【００２１】
【発明の効果】本発明によって、固定化光合成細菌菌体
による生物濃縮活性に依存するヘドロ中の金属の除去
(除染)が可能となった。海、河川、湖沼、池などでの有
害金属による環境汚染の浄化ができるので、ヘドロの除
去も容易に可能となった。また、光合成細菌菌体を固定
した表面改質多孔質セラミック素材の回収が磁石で行え
るので、回収後は汚染金属の濃縮除去が可能であるし、
表面改質多孔質セラミック素材の再生も可能となった。
による生物濃縮活性に依存するヘドロ中の金属の除去
(除染)が可能となった。海、河川、湖沼、池などでの有
害金属による環境汚染の浄化ができるので、ヘドロの除
去も容易に可能となった。また、光合成細菌菌体を固定
した表面改質多孔質セラミック素材の回収が磁石で行え
るので、回収後は汚染金属の濃縮除去が可能であるし、
表面改質多孔質セラミック素材の再生も可能となった。
Claims (5)
- 【請求項１】 多孔質セラミックに磁性体を担持させて
なる表面改質多孔質セラミック。 - 【請求項２】 多孔質セラミックに磁性体を担持させ、
かつ光合成細菌を固定化してなる表面改質多孔質セラミ
ック。 - 【請求項３】 磁性体／多孔質セラミックが0.1〜0.5で
ある請求項１又は２に記載の表面改質多孔質セラミッ
ク。 - 【請求項４】 請求項２又は３に記載の表面改質多孔質
セラミックをヘドロ中に分散させて、ヘドロ中の金属を
生物濃縮させることを特徴とする重金属の濃縮方法。 - 【請求項５】 請求項４記載の濃縮を終えた表面改質多
孔質セラミックをヘドロ中から磁石で回収することを特
徴とする重金属の濃縮方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11198637A JP2001025786A (ja) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | 表面改質多孔質セラミックとそれを用いた重金属の濃縮方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11198637A JP2001025786A (ja) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | 表面改質多孔質セラミックとそれを用いた重金属の濃縮方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001025786A true JP2001025786A (ja) | 2001-01-30 |
Family
ID=16394530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11198637A Pending JP2001025786A (ja) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | 表面改質多孔質セラミックとそれを用いた重金属の濃縮方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001025786A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009021502A1 (de) * | 2007-08-16 | 2009-02-19 | Georg Fritzmeier Gmbh & Co. Kg | Gitterkugel |
| JP2009178074A (ja) * | 2008-01-30 | 2009-08-13 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 高い重金属吸着能力を有する新規な光合成細菌株、及びかかる細菌株を使用した環境浄化方法 |
| JP2013146718A (ja) * | 2012-01-23 | 2013-08-01 | Ybm Co Ltd | 有機性汚水の浄化方法とその装置 |
| CN106242040A (zh) * | 2016-09-13 | 2016-12-21 | 福建省建筑科学研究院 | 一种有机‑无机复合水处理陶粒及其制备工艺 |
| JP2020142227A (ja) * | 2019-03-04 | 2020-09-10 | 南京大学 | 水処理用の新規生体磁性セラムサイトフィラーの製造方法および装置 |
-
1999
- 1999-07-13 JP JP11198637A patent/JP2001025786A/ja active Pending
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