JP2001198584A - ステロイド骨格をもつ物質の除去方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排水中に含まれる女性ホルモン類の環境汚染
への問題と、酸化チタン光触媒の優れた有機物分解活性
とに着目し、ステロイド骨格をもつ物質、とくに女性ホ
ルモン類の処理の分野に酸化チタン光触媒を活用するこ
とを初めて提案するものであり、それによって、今後問
題となる、女性ホルモン類に代表されるステロイド骨格
をもつ物質による環境汚染を防止可能とする。 【解決手段】 被処理水中に含有されているステロイド
骨格をもつ物質を酸化チタン光触媒を用いて分解、除去
することを特徴とする、ステロイド骨格をもつ物質の除
去方法、および、ステロイド骨格をもつ物質が含有され
ている被処理水を通水し、被処理水との接触面に酸化チ
タン光触媒層が成膜された通水手段と、該通水手段の酸
化チタン光触媒層に光を照射する光照射手段とを備えた
ことを特徴とする、ステロイド骨格をもつ物質の除去装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、環境汚染物質とし
てのステロイド骨格をもつ物質、とくに女性ホルモン類
を含有する排水中の女性ホルモン作用を除去する方法お
よび装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】環境中に放出された化学物質の内、体内
に入ったホルモンの産生、分泌を乱したり、ホルモン受
容体に結合しホルモン様作用を示したり、あるいはホル
モンの作用を阻害したりして、固体の生殖、発生、成長
に影響を及ぼす化学物質を環境ホルモンあるいは内分泌
攪乱物質と呼ぶが、その大部分が女性ホルモン（エスト
ロゲン）様作用をもち、ヒトを含めた動物の生殖への影
響が懸念されている。

【０００３】この環境中の内分泌攪乱物質としては様々
な物質が知られてきており、とくにステロイド骨格をも
つ物質の影響が懸念されている。中でも、ヒト及び家畜
の尿に由来し、下水あるいは生活廃水に含まれる女性ホ
ルモンそのものとその代謝物や女性ホルモン製剤（以
下、女性ホルモン類と言うこともある。）は、河川や湖
の環境汚染をし内分泌攪乱物質としてかなりの部分に寄
与しているものと考えられている。女性ホルモンは体内
で生成、分泌されるが、近年更年期障害の治療用の薬剤
としてあるいは避妊用のピルとして、また家畜では肉質
改善のため餌として体内にとりこまれ、代謝され尿や糞
便中に排泄されている。これらは女性ホルモンそのもの
であり、また避妊目的のためのピルではホルモン作用が
持続するように高濃度に作られている。女性の体内を通
過して、ピルの大半は女性ホルモンそのものとして環境
中に放出される。すでに欧米では生態系を変える環境汚
染物質として大きな問題となり、また日本でも近年ピル
が解禁され今後の問題となろうとしており、環境の保全
のためには何らかの対策が必要である。

【０００４】通常の下水処理では、流入する女性ホルモ
ンは主に生物処理槽における吸着作用により十分の一程
度に減らすことができる。しかし、女性ホルモンはホル
モンそのものであるために他の環境中の物質に比べて極
めて低い濃度で作用し高い活性を持つため、通常の下水
処理だけでは不充分である。

【０００５】また従来、ステロイド骨格をもつ女性ホル
モンのホルモン活性を除去する方法としては、酵素反応
による抱合体形成や、活性基の置換などの方法と活性炭
等を用いた吸着法により行われてきた。これらの方法は
効率が悪く、材料となる酵素や、活性炭などが高価であ
り、大量の処理には向いていない。また、吸着による方
法は吸着材の廃棄や再処理が必要でありその際のホルモ
ンの再度の流出や汚染の可能性がある。したがって、ホ
ルモンの吸着ではなく分解による方法が望ましいが、そ
のような方法はいままでなかった。

【０００６】一方、近年、酸化チタンの光触媒反応が注
目されつつあり、酸化チタン光触媒が各種有機物の分解
に極めて有効であることが知られつつある。この酸化チ
タンは触媒として作用するものであるから、各種有機物
の分解においては、酸化チタン自身は環境に対しまった
く悪影響を及ぼさない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、排水中に含まれる女性ホルモン類の環境汚染への問
題と、酸化チタン光触媒の優れた有機物分解活性とに着
目し、ステロイド骨格をもつ物質、とくに女性ホルモン
類の処理の分野に酸化チタン光触媒を活用することを初
めて提案することにあり、それによって、今後問題とな
る、女性ホルモン類に代表されるステロイド骨格をもつ
物質による環境汚染を防止することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係るステロイド骨格をもつ物質の除去方法
は、被処理水中に含有されているステロイド骨格をもつ
物質を酸化チタン光触媒を用いて分解、除去することを
特徴とする方法からなる。

【０００９】また、本発明に係るステロイド骨格をもつ
物質の除去装置は、ステロイド骨格をもつ物質が含有さ
れている被処理水を通水し、被処理水との接触面に酸化
チタン光触媒層が成膜された通水手段と、該通水手段の
酸化チタン光触媒層に光を照射する光照射手段とを備え
たことを特徴とするものからなる。

【００１０】これら本発明に係るステロイド骨格をもつ
物質の除去方法および装置において、代表的なステロイ
ド骨格をもつ物質は、女性ホルモン類である。

【００１１】上記ステロイド骨格をもつ物質の除去装置
においては、通水手段は、通常の管構造のもの、平板形
状のもののいずれでもよい。光照射手段としては、分解
を促進して効率よく処理するためには、強制的に光を照
射することが好ましいが、自然光を利用することも可能
である。照射する光としては、たとえば紫外線を用いる
ことができる。とくに、酸化チタン光触媒の励起波長で
ある３８０ｎｍ以下の波長の光、たとえば３６０ｎｍ近
傍の光を照射することが好ましい。

【００１２】本発明においては、下水処理等に応用すべ
くステロイド骨格をもつ女性ホルモン類の分解にもとづ
くホルモン活性の除去に酸化チタン光触媒反応を応用し
た基本的方法の開発の検討を行った。その結果、本発明
に係るステロイド骨格をもつ物質の除去方法および装
置、とくに女性ホルモンの除去方法および装置において
は、短時間に水中の女性ホルモンを一万分の一程度まで
減らすことができ、ホルモン活性も消失させることがで
きることが明らかとなった。

【００１３】この酸化チタン光触媒を用いる方法は、下
水、生活廃水、産業廃水、用水や河川、湖水等の浄化に
応用できる。とくにこの方法は、（１）効率よく女性ホ
ルモンとその類似物質を分解し活性を除去できる、
（２）分解効率は光量、酸化チタン光触媒量、反応時間
で容易に調節できる、（３）自然光も十分応用可能であ
る、（４）酸化チタン光触媒はくり返し使用可能であ
る、（５）分解反応の相手となる物質の選択性は少ない
ので複合的な化学物質の分解にも対応できる、等の利点
をもつ。

【００１４】したがって、本発明に係るステロイド骨格
をもつ物質の除去方法および装置により、例えば排水中
に含まれる女性ホルモン類を効率よく大量処理すること
が可能になり、環境汚染の問題を解消することが可能に
なる。また、酸化チタン光触媒は、繰り返し使用可能で
あるから、本発明に係る方法は、大量の処理を安価にし
かも二次的な汚染を生じることなく実施できる方法であ
る。さらに、生態系を破壊しヒトにも大きな影響をあた
える可能性のある環境ホルモンの対策に広く役立つ方法
でもある。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るステロイド
骨格をもつ物質の除去方法および装置の望ましい実施の
形態について説明する。図１は、本発明の一実施態様に
係るステロイド骨格をもつ物質の除去装置を示してお
り、１は除去装置全体を示している。除去装置１におい
ては、供給されてくる被処理水としての排水２は、まず
貯槽３に貯留される。貯槽３からの被処理水は、ポンプ
４によって通水手段５へと送られる。通水手段５は、管
状のもの、平板状のもののいずれでもよく、また、流路
も、直進状に形成されたのもの、蛇行状に形成されたの
もののいずれでもよい。この通水手段５の被処理水との
接触面、つまり内面には、酸化チタン光触媒層６が成膜
されている。

【００１６】通水手段５上には、該通水手段５内の酸化
チタン光触媒層６に向けて光、本実施態様では紫外線を
照射する紫外線照射手段７が設けられている。本実施態
様では、紫外線照射手段７からの紫外線は、通水手段５
の外面から内面側の酸化チタン光触媒層６へと通水手段
５の壁を透過して到達するようになっているので、通水
手段５の壁は、透明または半透明の材質で構成されてい
る。

【００１７】通水手段５を通過した処理水は、循環ライ
ン８を介して貯槽３に戻され、貯槽３から再び通水手段
５へと送られて処理が繰り返されるようになっている。
所定時間の処理が終了した処理水９は、放流されるか、
あるいは、必要に応じて他成分除去のための二次処理工
程に送られる。この循環ライン８と処理水排出ライン１
０との切替えは、バルブ１１、１２の切替えによって行
われる。

【００１８】上記のような装置によって、被処理水中に
含有されているステロイド骨格をもつ物質が、紫外線照
射手段７からの紫外線照射による酸化チタン光触媒層６
の活性により、分解される。紫外線照射手段７から照射
される紫外線の波長を、酸化チタン光触媒の励起波長で
ある３８０ｎｍ、とくに３６０ｎｍ近傍の波長に設定す
ることにより、高い分解効率が得られる。

【００１９】酸化チタン光触媒層６によるステロイド骨
格をもつ物質の分解特性を、とくに女性ホルモンについ
て、以下のように確認した。

【００２０】まず、女性ホルモンとしての１７β−estr
adiol を水に溶かし、酸化チタンを加えて攪拌し、紫外
線を照射し（波長：３６０ｎｍ、照射強度：６ｍＷ／ｃ
ｍ²）、時間経過に伴う１７β−estradiol の濃度を、R
adio-Immuno-Assay法（ＲＩＡ法）にて測定した。試験
は、酸化チタンを加えずに紫外線照射のみを行った場
合、試験液１ｍｌ当たり５０μｇの酸化チタンを加える
とともに紫外線照射を行った場合、２５０μｇの酸化チ
タンを加えるとともに紫外線照射を行った場合、２５０
μｇの酸化チタンを加え紫外線照射を行わなかった場
合、のそれぞれについて実施した。結果を図２に示す。

【００２１】図２から分かるように、酸化チタンの添加
と紫外線の照射の両方を行った場合のみ、１７β−estr
adiol の大きな濃度低下が得られた。

【００２２】次に、上記のように女性ホルモンが酸化チ
タン光触媒によって分解されると、女性ホルモン活性
（エストロゲン活性）がどのようになるかを測定した。
実験は、表１に示す実験群Ｉ〜Ｖの条件で行った。結果
を図３に示すが、酸化チタンの添加と紫外線の照射の両
方を行った実験群ＩＩＩ〜ＩＶでは、エストロゲン活性
がほとんど無くなっていることが分かる。つまり、女性
ホルモンがほぼ完全に近く分解されていることが分か
る。

【００２３】

【表１】

【００２４】なお、上記の実験におけるエストロゲン活
性は次のように測定した。ホルモン応答配列の下流にレ
ポーター遺伝子を配置したプラスミドを培養細胞に導入
し、レポーター遺伝子の発現を検出するレポーターアッ
セイを用いる。酵母にエストロゲンレセプター発現プラ
スミド及びレポータープラスミドを導入し、レポーター
として発現したβ-Galactosidase反応からレポーター遺
伝子の発現量を求める。

【００２５】酵母前々培養として、BJ3505(ER transfor
med)ＭＭ寒天培地を用い、シングルコロニーアイソレー
ションにて、３０℃、７２時間静培養したＭＭ培地組成
は: Yeast Nitrogen Base : ６．７ｇ／ｌ Dextrose : ２０ｇ／ｌ L-Lysine-HCl : ３６ｍｇ／ｌ L-Histidine-Hcl : ２４ｍｇ／ｌ Bactoagar : ２０ｇ／ｌ とした。

【００２６】前培養として、ＭＭ液体培地１０ｍｌ（試
験管）に１コロニー接種し、３０℃、１８〜２０時間振
とう培養した。

【００２７】菌濃度調整として、Ｏ．Ｄ．６００ｎｍ測
定後、ＭＭ培地でＯ．Ｄ．１．０に調整した。

【００２８】本培養として、ＭＭ培地１０ｍｌ（試験
管）に、菌液を２５０μｌ、１０ｍＭＣｕＳＯ₄ を５０
μｌ、β-Estradiol溶液５０μｌを添加し、３０℃、１
８〜２０時間振とう培養した。

【００２９】次に菌濃度をＯ．Ｄ．６００ｎｍにて測定
した。そして、生理食塩水２５０μｌ、菌液１５０μｌ
を混合し、１４０００ｒｐｍ、５ｍｉｎ遠心上清除去す
ることにより、菌洗浄した。

【００３０】溶菌として、Z-bufferを７００μｌ、０．
１％ＳＤＳ溶液を２５μｌ、Chloroformを５０μｌ添加
してボルテックスで強攪拌後、３０℃、Incubate ５ｍ
ｉｎ、室温放置（２０ｍｉｎ以上) の順に処理した。 Z-buffer 成分組成 : ６０ｍＭ ： Ｎａ₂ ＰＯ₄ ４０ｍＭ ： ＮａＨ₂ ＰＯ₄ １０ｍＭ ： ＫＣｌ １ｍＭ ： ＭｇＳＯ₄ ３５ｍＭ ： β-MercaptoEtOH

【００３１】β-galactosidase反応させるため、o-Nitr
ophenyl-β-D-Galactopyranoside (４ｍｇ／ｍｌ,in Z-
buffer）を添加し、２０ｍｉｎ反応後、１Ｍ Ｎａ₂ Ｃ
Ｏ₃を添加した。しかる後、１４０００ｒｐｍ、４ｍｉ
ｎの条件で遠心操作を行った。吸光度をＯ．Ｄ．４２０
ｎｍにて測定した。ユニット計算は、次式によった。
(O.D.420 nm × 1000)／（反応時間(min) ×菌液量(ml)
× O.D.600nm）

【００３２】上述の如く、とくに図２、図３に示した結
果から、酸化チタン光触媒とそれへの光照射により、際
立った女性ホルモンの分解、除去効果が得られることが
分かる。このような効果は、基本的に、ステロイド骨格
をもつ物質に対して同様に得られる。

【００３３】本発明が、基本的にステロイド骨格をもつ
物質に対して有効であり、とりわけ各種女性ホルモンの
分解、除去に有効であることを確認するために、前述の
１７β−estradiol 以外の女性ホルモンについて試験を
行った。試験は、天然型女性ホルモンと合成型女性ホル
モンについて行った。

【００３４】まず、代表的な天然型女性ホルモンである
エストロンとエストリオールに対する分解特性を試験し
た。エストロンとエストリオールを水に溶かし、エスト
ロン（初発濃度：５×１０Ｅ−８Ｍ）とエストリオール
（初発濃度：５×１０Ｅ−８Ｍ）の混合液のサンプルを
調製した。このベースサンプルを用いて、図４、図５に
示すような各種サンプルについて試験した。図４、図５
において、"control"と表示されているのは、上記ベー
スサンプル自身の経時特性を測定したものであり、"TiO
₂"と表示されているのは、上記ベースサンプルに２５０
μｇ／ｍｌの酸化チタンを加えて攪拌したサンプルの光
照射なしの条件での経時特性を測定したものであり、"U
V"と表示されているのは、上記ベースサンプルに酸化チ
タンを加えることなく紫外線を照射した条件での経時特
性を測定したものであり（紫外線波長：３６０ｎｍ、照
射強度：６ｍＷ／ｃｍ² ）、"TiO₂+UV" と表示されてい
るのは、上記ベースサンプルに酸化チタンを加えるとと
もに紫外線を照射した条件での経時特性を測定したもの
である（酸化チタン添加量：２５０μｇ／ｍｌ、紫外線
波長：３６０ｎｍ、照射強度：６ｍＷ／ｃｍ² ）。測定
は４０分間行った。

【００３５】図４、図５から明らかなように、エストロ
ンとエストリオールともに、酸化チタンの添加と紫外線
の照射の両方を行うことにより、濃度が大幅に低下して
いき、女性ホルモンが良好に分解されていることが分か
る。したがって、女性ホルモン活性も無くすことができ
る。酸化チタンの添加、紫外線の照射のいずれか一方の
みでは、効果がないことも分かる。

【００３６】次に、代表的な合成型女性ホルモンであ
り、薬剤として使われることがあるジエチルステルベス
テロール（以下、「ＤＥＳ」と略称することもある。）
と、ピル中に使われることがあるエチニルエストラダイ
オール（以下、「ＥＥＳ」と略称することもある。）に
対する分解特性を試験した。ＤＥＳとＥＥＳをそれぞれ
水に溶かし、ＤＥＳのサンプル（初発濃度：１０Ｅ−７
Ｍ）と、ＥＥＳのサンプル（初発濃度：１０Ｅ−９Ｍ）
をそれぞれ調製した。これらベースサンプルに、２５０
μｇ／ｍｌの酸化チタンを加えて攪拌したサンプルに対
し、紫外線を照射した場合と、照射しない場合とについ
て、エストロゲン活性（女性ホルモン活性）の低下度合
を測定した。照射する紫外線の強度は６ｍＷ／ｃｍ² と
し、ＤＥＳのサンプルに対しては１０分間照射し、ＥＥ
Ｓのサンプルに対しては４０分間照射した。

【００３７】結果、図６に示すように、紫外線を照射し
なかった場合にはエストロゲン活性の変化は実質的に無
かったが、酸化チタンを添加し紫外線を照射した場合に
は、ＤＥＳ、ＥＥＳともに、分解によりエストロゲン活
性を大幅に低下させることができた。なお、図６におけ
る"TiO₂-UVA"と表示されているのは、酸化チタンは添加
したが紫外線を照射しなかった場合を示しており、"TiO
₂+UVA"と表示されているのは、酸化チタンを添加し紫外
線を照射した場合を示している。

【００３８】上述した各試験では、照射する光として紫
外線を用いたが、本発明においては、太陽光（自然光）
を用いることも可能である。このことを確認するために
以下の試験を行った。

【００３９】女性ホルモンとしての１７β−estradiol
を水に溶かし（初発濃度：１０Ｅ−７Ｍ）、それに酸化
チタンを加えないサンプルと、酸化チタンを５０μｇ／
ｍｌ、２５０μｇ／ｍｌ添加したサンプルとを調製し、
各サンプルに対し、自然光（太陽光）を照射した（波
長：３６０ｎｍ、強度：１．８〜２．０ｍＷ／ｃ
ｍ² ）。試験は屋外で午前１０時３０分から午後０時３
０分までの２時間行い、その時の天候は「晴れ時々曇
り」であり、気温は３７〜３８℃（日陰：３３℃）であ
った。

【００４０】結果、図７に示すように、酸化チタンを添
加しなかった場合には（図７において、「−ＴｉＯ₂ 〕
ｔｏ表示）、自然光を照射してもエストロゲン活性はほ
とんど変化しなかったが、酸化チタンを添加した場合に
は、５０μｇ／ｍｌ、２５０μｇ／ｍｌの両サンプルと
もに、自然光４０分照射後にはエストロゲン活性がほぼ
完全に無くなった。この結果、自然光（太陽光）であっ
ても、女性ホルモンとしての１７β−estradiol を充分
に分解できることが確認できた。

【００４１】さらに、酸化チタンを添加して光照射によ
り女性ホルモンを分解する場合、光照射量（光のフォト
ン数）とどのような関係があるかを確認する試験を行っ
た。試験は、女性ホルモンとしての１７β−estradiol
を水に溶かし、酸化チタンを２５０μｇ／ｍｌ添加して
サンプルを調製し、このサンプルに紫外線を照射した場
合の、１７β−estradiol の濃度（ｐｇ／ｍｌ）のフォ
トン数に対する関係を測定した。

【００４２】結果、図８に示すように、１７β−estrad
iol の濃度は、光照射量（光のフォトン数）にほぼ比例
して低下するが、フォトン数の高い領域では、その効果
がやや飽和する傾向にあることが分かった。したがっ
て、女性ホルモンを分解するためには、あるレベル以上
のフォトン数で充分であることが分かった。つまり、格
別強度の高い紫外線照射手段等を使用する必要はなく、
通常の紫外線照射手段等で充分であると考えられる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るステ
ロイド骨格をもつ物質の除去方法および装置によれば、
被処理水中に含有されているステロイド骨格をもつ物質
を酸化チタン光触媒を用いて極めて効果的に分解、除去
できるので、今後問題となる、女性ホルモン類に代表さ
れるステロイド骨格をもつ物質による環境汚染を防止す
ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様に係るステロイド骨格をも
つ物質の除去装置の概略構成図である。

【図２】酸化チタン光触媒によるステロイド骨格をもつ
物質の除去効果を確認するための実験における特性図で
ある。

【図３】酸化チタン光触媒処理による女性ホルモン活性
除去効果を確認するための実験における特性図である。

【図４】酸化チタン光触媒処理による女性ホルモン分解
効果を確認するための別の実験における特性図である。

【図５】酸化チタン光触媒処理による女性ホルモン分解
効果を確認するためのさらに別の実験における特性図で
ある。

【図６】酸化チタン光触媒処理による女性ホルモン活性
除去効果を確認するためのさらに別の実験における特性
図である。

【図７】酸化チタン光触媒処理による太陽光照射下での
女性ホルモン分解効果を確認するためのさらに別の実験
における特性図である。

【図８】酸化チタン光触媒処理における、照射する光の
フォトン数と女性ホルモン分解効果との関係を確認する
ためのさらに別の実験における特性図である。

【符号の説明】

１ ステロイド骨格をもつ物質の除去装置 ２ ステロイド骨格をもつ物質を含有する排水 ３ 貯槽 ４ ポンプ ５ 通水手段 ６ 酸化チタン光触媒層 ７ 紫外線照射手段 ８ 循環ライン ９ 処理水 １０ 処理水排出ライン １１、１２ 切替えバルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 和仁 神奈川県横浜市栄区小菅ケ谷町2000−10− ２−５ (72)発明者 渡部 俊也 神奈川県藤沢市鵠沼海岸６−15−７ (72)発明者 井口 泰泉 神奈川県三浦郡葉山町堀内537−１ (72)発明者 中島 哲人 千葉県流山市向小金２−250−２ Ｆターム(参考） 4D037 AA11 AB17 BA16 BB02 CA12 4D038 AA08 AB17 BA06 BB07 4D050 AA15 AB23 BB01 BC04 BC09 BD08 CA07 4G069 AA02 AA03 BA04A BA04B BA48A CA05 CA10 CA11 DA03 DA05 EA07

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理水中に含有されているステロイド
   骨格をもつ物質を酸化チタン光触媒を用いて分解、除去
   することを特徴とする、ステロイド骨格をもつ物質の除
   去方法。
2. 【請求項２】 ステロイド骨格をもつ物質が女性ホルモ
   ン類である、請求項１のステロイド骨格をもつ物質の除
   去方法。
3. 【請求項３】 ステロイド骨格をもつ物質が含有されて
   いる被処理水を通水し、被処理水との接触面に酸化チタ
   ン光触媒層が成膜された通水手段と、該通水手段の酸化
   チタン光触媒層に光を照射する光照射手段とを備えたこ
   とを特徴とする、ステロイド骨格をもつ物質の除去装
   置。
4. 【請求項４】 ステロイド骨格をもつ物質が女性ホルモ
   ン類である、請求項３のステロイド骨格をもつ物質の除
   去装置。