JP2005152893A - 有機ポリマーを除去するための生物学的な方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 非イオン性界面活性剤等を含む有機ポリマーを除去するための、新規な生物学的な方法を提供する。
【解決手段】 細菌株シュードモナス・ニトロレドュセンス（Pseudomonas nitroreducensTX1）を培養し、培養後の該細菌株を有機ポリマーを含む環境中に分散させ、窒素源と無機栄養塩溶液を該環境へ提供し、その環境中において有機ポリマーを該細菌株で分解する過程からなる。加えて培養された細菌の生存性は土壌中の内在性細菌によって影響されず、本方法における有機ポリマーの分解能力を維持することができる。本発明は広範囲の量の有機ポリマーを効果的に除去することが可能であり、土壌と水の中の両者において有機ポリマー由来の汚染のバイオリミジエーションにおいて有効である。
【選択図】なし

Description

本発明は生物学的な方法に関する。より特異的には、本発明は有機ポリマーを除去するための生物学的な方法に関する。

有機ポリマーは農業、製造業、化粧品および医薬産業において広範囲に使用されている。非イオン性界面活性剤は典型的な型の有機ポリマーである。非イオン性界面活性剤の約25％は、ノニルフェノール・ポリエトキシレート（NPEO_n）およびオクチルフェノール・ポリエトキシレート（OPEO_n）を含む、アルキルフェノール・ポリエトキシレート（APEO_n）である。いくつかのアルキルフェノール・ポリエトキシレートおよびそれらの代謝物は天然の環境中でしばしば蓄積し、環境ホルモンと見做されている。そこで、非イオン性界面活性剤によりもたらされる生態系およびヒトの健康におけるそれらの毒性は、近年多くの注目を集めている。

現在、法的な規制がないために、多くの産業において使用された有機ポリマー、例えば界面活性剤は、それ以上処理されることなく、排水と共にしばしば天然の環境へ放出される。更に多くの農場では大量の農薬または除草剤が散布され、それは土壌および水を汚染する。

加えて、石油および石油化学による汚染のバイオリミジエーション（生物的汚染除去）において、界面活性剤のような有機ポリマーが、石油化学による汚染物質の生物分解性を促進するために添加される。そのようなバイオリミジエーションの過程に由来する更なる汚染を防ぐために、これらの有機ポリマーの残余を除去することは重要である。

（発明の概要）
従って、本発明は有機ポリマーを除去するための生物学的な方法を提供するものであり、ここで土壌、水または他の環境中の有機ポリマーは除去され、環境汚染の問題は解決される。

本発明は有機ポリマーを除去するための生物学的な方法を提供する。本方法は細菌株の培養物を提供する（シュードモナス・ニトロレドュセンス（Pseudomonas nitroreducens）TX1）（アメリカンタイプ・カルチャーコレクション（ATCC）USAにおける寄託番号はPTA-6168であり、中華民国（台湾）の食物産業研究開発研究所の生物資源収集研究センター（バイリソース・コレクション・アンド・リサーチセンター）における寄託番号はBCRC910228である）。培養された微生物株は、有機ポリマーを含む土壌、水または他の環境中に散布される。その後、細菌株に環境中の有機ポリマーを分解させるために、窒素源および無機栄養塩を環境へ提供する。

本発明の一つの態様において、培養された細菌が土壌環境中の有機ポリマーを除去するのに使用されるときには、窒素源および無機栄養塩に加えて空気も土壌中に提供される。土壌中の水含量は30％から60％の範囲内に維持された。土壌に添加される細菌株は、土壌中の内在性細菌の量の約0.05から1.5倍である。

本発明の他の態様において、水中の有機ポリマーを除去するために培養された細菌株が適用されるときには、必要に応じて水に空気を提供する。更に水中での有機ポリマーの除去率は土壌中での除去率より高い。

本発明の方法を、土壌、水または他の環境におけるバイオリミジエーション過程に実際に適用し、有機ポリマー由来の環境問題を解決する事ができる。

上記は先行技術および本発明の利点の簡単な説明である。本発明の他の特徴、利点および態様は、下記の説明、添付した図面および添付した特許請求の範囲から当業者にとって明白であろう。

（好適な態様の説明）
本発明は、家庭内の、産業上のまたは農業の活動において通常使用される有機ポリマーを効率的に除去するための生物学的な方法を提供し、有機ポリマーによる土壌と水の汚染に関連した環境汚染を解決するものである。例えばアルキルフェノール・ポリエトキシレート型の非イオン性界面活性剤などの有機ポリマーは、農業活動および化学産業において通常使用される。本発明の方法は、アルキルフェノール・ポリエトキシレート型の非イオン性界面活性剤においてのみ適用できるのではない。それは、環境汚染をもたらすかもしれない他の型のポリマー化合物の除去においても適用可能である。土壌と水への本発明の方法の適用は、それぞれ下記において議論される。しかし本発明は多くの種々の形式により具体化され、この中で述べされる態様に限定されると解釈されるべきではない。

細菌株（シュードモナス・ニトロレドュセンス TX1）が最初に培養される。この細菌株は、2004年8月26日にアメリカンタイプ・カルチャーコレクション（U.S.A）に寄託番号PTA-6168として、2003年8月6日に中華民国（台湾）の食物産業研究開発研究所の生物資源収集研究センター（バイリソース・コレクション・アンド・リサーチセンター）に寄託番号BCRC910228として、寄託されている。P.ニトロレドュセンス TX1の特性および関連情報は台湾特許出願番号92126305の中で述べられている。一つの態様において、その細菌株は摂氏15および40度の間の温度で、攪拌しながら好気的な条件下で培養される。P.ニトロレドュセンス TX1の世代時間は0.5から2.0時間である。培養培地は、例えば、アルキルフェノール・ポリエトキシレートを含んでいるMSB（無機塩基礎培地）を含む。MSB培地に関する関連情報は、R.Y.G.Stainer, C.BazireおよびW.R.SistromのJ.Cell Comp.Physiol.,49:25-28(1966)「非硫黄紅色細菌による色素合成の反応動力学（”Kinetics Studies of Pigment Synhesis by Nonsurfur Purple Bacteria”）」を参照できる。

その後培養された細菌（P.ニトロレドュセンス TX1）を、有機ポリマーを含んでいる土壌または水の中に分散させる。その細菌（P.ニトロレドュセンス TX1）に有機ポリマーを分解させるために、窒素源と無機栄養塩をこれらの環境へ供給する。一つの態様において、土壌または水の中での有機ポリマーの分解は、摂氏10度から40度の温度において行われる。

本発明の一つの態様において、土壌および水の中の有機ポリマーには、アルキルフェノール・ポリエトキシレート、ドデシル・オクタエトキシレート、ポリエチレングリコール、1,4-ジオキサン、トリオキサンまたはサイクリックエーテルの一つまたは群を含む。

更に、有機ポリマーを含む土壌または水の中に細菌株P.ニトロレドュセンス TX1を分散させるのに加えて、図１に示されるように窒素源および無機栄養塩もこれらの環境へ添加される。図１に言及すると、有機ポリマーを含む水、土壌または他の成分の反応単位100を、空気提供装置104および窒素源と無機栄養塩の供給装置102に、チュービング106とチュービング108によりそれぞれ接続した。反応単位100は、排水、有機ポリマーを含む土壌または他の成分を含むのに加えて、P.ニトロレドュセンス TX1も含む。反応単位100は、それに限定されるものではないが、汚染された土壌または排水がその中で、手動によるか又は機械によるかのいずれかによりバッチで処理される反応槽であるのに注意する事は重要である。反応単位100は天然の環境中における特異的な領域でもありうる。それは、空気提供装置104、窒素源と無機栄養塩の供給装置102、チュービング106およびチューブ108の構成を通じて処理できる。

本発明を描くために、土壌と水の処理がそれぞれ議論されるであろう。

なおも図１に言及すると、本発明の方法が土壌中の有機ポリマーを除去するのに適用されるとき、最初にそれは反応単位100の内部に置かれる。その後培養された本発明のP.ニトロレドュセンス TX1を反応単位100の中の土壌中に分散させた。一つの態様において、反応単位100中の土壌の水含量は、好ましくは30％と60％に維持される。もし土壌中の水含量が低すぎるならば、菌株P.ニトロレドュセンス TX1の生育および分解能において不都合な効果が生じる。そこで、もし土壌中の水含量が適切な範囲内でないならば、土壌の中で特定の水含量を得るために、水噴霧装置（示さず）または他の水供給方法を用いて土壌に水を供給する。

窒素源と無機栄養塩の供給装置102およびチュービング106を、窒素源と無機栄養塩を反応単位100の中の土壌に供給するのに使用した。本発明の一つの態様において、供給装置102は窒素源と無機栄養塩の溶液を混合し、チュービング106を通じてその溶液を土壌に運搬した。窒素源はアンモニアまたは硝酸塩である。有機ポリマーの1グラムを除去するために、0.1から0.5グラムの窒素源を必要とした。無機塩は、例えば、細菌株を培養するために先に使用したMSB培養培地である。MSB培養培地は多数の型の無機塩を含む。添加された無機塩の量は、例えば、添加された細菌の1E8（10⁸）から1E10（10¹⁰）について100から400mlである。細菌株の生育および有機ポリマーの分解を可能とするために、土壌は特定の水含量を維持する必要があるということに注目するのは重要である。土壌中で特定の水含量を得るために特定の水噴霧システムを使用するのに加えて、水噴霧システムを窒素源と無機栄養塩の供給装置102と組み合わせる事ができる。言い換えれば、窒素源と無機栄養塩を特定の量の水と混合することができ、その後混合された溶液は土壌に運搬される。

同時に、空気供給装置104およびチュービング108を使用して、反応単位100の中の土壌に空気を供給する。一つの態様において空気の必要性は、土壌の立方メートルあたり0.5m³/分および1.0m³/分の間である。

本発明の一つの態様において、100mgから10000mgの範囲内の有機ポリマーを含む1キログラムの土壌について、その細菌株による有機ポリマーの除去は、30日から90日の内で90％から99％もの高さであった。

土壌中の特定の量の内在性細菌は、P.ニトロレドュセンス TX1の生存性に有害作用を及ぼす可能性があると注意することは重要である。しかし実際の操作の後に、本発明のP.ニトロレドュセンス TX1の生存性は内在性の細菌によって影響されず、有機ポリマーの分解するそれの能力を保持することができた。本発明の一つの態様において、P.ニトロレドュセンス TX1および土壌中の内在性細菌により分解された有機ポリマーの量を、時間の関数として図２に描いた。図２に示されるように、曲線200は時間の増加に伴う土壌中の内在性細菌による有機ポリマーの残りを現し、一方、曲線202は外因性のP.ニトロレドュセンス TX1および土壌中の内在性細菌による有機ポリマーの残りを現す。本発明のこの態様から、土壌中の内在性細菌も有機ポリマーを分解できることは明らかである。しかし、P.ニトロレドュセンス TX1の添加により分解能力は促進された。この態様において、土壌に添加されたP.ニトロレドュセンス TX1の量は、内在性細菌の量の0.05から1.5倍である。添加されたP.ニトロレドュセンス TX1の量は、1グラムの土壌あたり約1E8（10⁸）から1E10（10¹⁰）である。

本発明が水の中の有機ポリマーを除去するのに適用されるならば、その工程は、未処理の水に空気を提供することを除いては土壌中の有機ポリマーを除去するのに使用される工程と類似するが、空気を提供することは必須ではなく必要である場合のみ提供される。しかし水の攪拌が提案される。本発明を水の中の有機ポリマーを除去するのに適用すると、特定の水含有量を維持するという問題と、土壌中の内在性細菌の影響という問題を除外できるから、水の中の有機ポリマーの処理は土壌の中における処理よりも簡便である。

水の中の有機ポリマーの除去率は土壌中における除去率よりも高いということも、注意する価値がある。一つの態様において、水の中の有機ポリマーの濃度が0.01％から1.0％の間にあるときには、1日から2日の内における細菌株P.ニトロレドュセンス TX1による有機ポリマーの除去率は、70％から90％もの高さである。本発明の一つの態様において、P.ニトロレドュセンス TX1により水の中で分解された有機ポリマーの量を、時間の関数として図３に示す。図３に示されるように本発明の方法によって、水の中の有機ポリマーの大部分は20から40時間の内に分解された。

本発明の方法を汚染された土壌および水のバイオリミジエーションに、例えば、農業用の土壌に、工業排水に、または工業プロセスにおける成分の処理に適用することができる。加えてこの方法は、排水または汚泥の、生物的な処理プロセス、物理的な処理プロセス、および化学的な処理プロセスにおける有機ポリマーの処理にも適用可能である。

前述の本発明の好適な態様の記載は、図解および解説の目的で提示されたものである。それは本発明を、開示されたそのままの形態または例示した態様に網羅されているか、又は限定されると意図するものではない。従って前述の記載は、限定するというよりも説明するものであると見做すべきである。本分野の当業者にとって明らかに、多くの改変および変形は明らかであろう。本発明の原理およびそのベストモードの実際の適用を最も良く説明するために、態様を選択し且つ記載したので、それによって本技術分野の当業者は、特定の使用または検討された実現に適したものとして、種々の態様について種々の改変を伴って本発明を理解できるであろう。本発明の範囲はここに添付した特許請求の範囲およびそれらの均等物によって規定され、その中において全ての用語は、特に示さないならば、それらの最も広い合理的な意義において意味されるものである。特許請求の範囲によって規定された本発明の精神から離れることなく、本技術分野の当業者は、記載された実施態様において改変を行うことができる事を理解するべきである。更に本願の開示の中の如何なる要素および成分も、該要素または成分が特許請求の範囲の中に明記されているか否かに関わらず、公衆に提供することを意図したものではない。

添付した図面は本発明の更なる理解を提供するために含められるものであり、本願明細書中に組み込まれてその一部分を構成する。図面は説明と共に本発明の態様を描くものであり、本発明の原理を説明する役割を果たす。

図１は、本発明の一態様により有機ポリマーを除去するための生物学的な方法により使用されるシステムを描いた模式図である。 図２は、本発明の細菌株および内在性細菌によって土壌中で分解された有機ポリマーの量と、時間の増加の間の関係を描いたものである。 図３は、本発明の細菌株によって水中で分解された有機ポリマーの量と、時間の増加の間の関係を描いたものである。

１００ 反応単位
１０２ 窒素源と無機栄養塩の供給装置
１０４ 空気提供装置
１０６ チュービング
１０８ チュービング

Claims (14)

1. 細菌株（シュードモナス・ニトロレドュセンス（Pseudomonas nitroreducens）TX1）を培養し、培養された該細菌株を有機ポリマーを含む環境中に分散させ、窒素源と無機栄養塩溶液を該環境へ提供し、その環境中において有機ポリマーを該細菌株で分解する過程からなる、有機ポリマーを除去するための生物学的な方法。
2. 前記環境が土壌であるときに、土壌に空気が更に提供されている、請求項１記載の方法。
3. 土壌に供給された空気の量が、土壌の立方メートルあたり0.5m³/分から1.0m³/分の範囲内である、請求項２記載の方法。
4. 土壌中の水分含量が30％から60％に維持された、請求項２記載の方法。
5. 前記土壌は外来性細菌を更に含み、土壌に添加された細菌株の量は、内在性細菌の量の約0.05から1.5倍である、請求項２記載の方法。
6. 100mgから10000mgの有機ポリマーを含む1キログラムの土壌について、前記細菌株は30から90日の内に該有機ポリマーの90％から99％を除去することができる、請求項２記載の方法。
7. 前記環境が水であり、水の中の有機ポリマー濃度は0.01％から1.0％の間であるときに、前記細菌株は1から2日間の内に有機ポリマーの70％から90％を除去することができる、請求項２記載の方法。
8. 前記窒素源はアンモニアまたは硝酸塩である、請求項１記載の方法。
9. 1グラムの有機ポリマーについて、0.1から0.5グラムの窒素源をシステム中に添加することを必要とする、請求項１記載の方法。
10. 添加された1E8（10⁸）から1E10（10¹⁰）の細菌株について、100mlから400mlの無機栄養塩溶液が添加された、請求項１記載の方法。
11. 摂氏10度から40度の温度範囲の環境中で有機ポリマーが分解される、請求項１記載の方法。
12. 前記有機ポリマーは、アルキルフェノール・ポリエトキシレート、ドデシル・オクタエトキシレート、ポリエチレングリコール、1,4-ジオキサン、トリオキサンおよびサイクリックエーテルからなる群から選択された、請求項１記載の方法。
13. 前記細胞株は摂氏15度から40度で好気的な条件下で攪拌しながらで培養され、該細菌株の世代時間は0.5から2時間であり、培養培地はアルキルフェノール・ポリエトキシレートを含む、請求項１記載の方法。
14. 排水由来の汚泥および工業プロセスの中の有機ポリマーの処理に適用可能である、請求項１記載の方法。
    
    

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