JP2010142166A

JP2010142166A - セレン処理方法

Info

Publication number: JP2010142166A
Application number: JP2008323232A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Yamashita; 光雄山下; Michihiko Ike; 道彦池
Original assignee: Osaka University NUC; Shibaura Institute of Technology
Current assignee: Osaka University NUC; Shibaura Institute of Technology
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2010-07-01

Abstract

【課題】セレン化合物および／または元素態セレンの処理方法の提供。
【解決手段】本発明により、微生物を使用するセレン化合物および／または元素態セレンの処理方法が提供される。
【選択図】なし

Description

本発明は、微生物を使用するセレン化合物および／または元素態セレンの処理方法に関する。

微量金属（レアメタル）の一種であるセレンは、生物にとって必須元素であるが、水溶性のセレン化合物（セレン酸、亜セレン酸など）は生物に対する毒性を有する。セレンは、コピー機、ガラスの着色など幅広い用途に使用されているので、その供給源の確保は重要である。また、廃水等に含まれるセレン化合物の人の健康および生態系への影響が問題となっている。セレン酸の無毒化および除去の方法としては、樹脂吸着、電気化学的方法などが従来より検討されているが、効率、コストなどの問題から実用には至っていなかった。また、このような方法によってセレンを回収して再利用することはできなかった。

水溶性セレン化合物の生物学的処理方法が開発できれば、低コストでセレンを処理および回収できる可能性がある。本発明者らは、好気的培養条件下でセレン酸を亜セレン酸に効率的に還元し、さらに亜セレン酸を元素態セレンへ効率的に還元する能力を有するグラム陰性細菌Pseudomonas stutzeri NT-I株（以下、「ＮＴ−Ｉ株」）を単離した。元素態セレンは水に不溶性であり、無毒であるので、このような微生物を使用すれば、比較的安価に、セレン化合物を含有する廃水などを無毒化し、そこからセレンを回収して再利用することができる。

一般に、セレンの精錬においては、電子機器スクラップなどに含有されるセレンを燃焼させることによって二酸化セレンに気化させ、これをアルカリスクラバーでの処理に供して高純度の亜セレン酸塩溶液を得ている。上記のような微生物を使用して得られた固形のバイオマスからは、脱水、燃焼などの工程によって二酸化セレンを得ることができると考えられるが、そのためには特別な設備およびランニングコストが必要となる。セレンが揮発性のメチル化形態で回収できれば、そのような前処理は不要になる。また、例えば、揮発性セレン化合物の一種であるジメチルセレニドは水溶性セレンに比較して大幅に（約１／７００）毒性が低下することが知られており、土壌や廃水からの水溶性セレン化合物の除去などの目的のためにもセレンを気化することが望ましい。しかし、現在までに微生物を使用して揮発性のメチル化形態のセレンを効率的に生成できる方法は、セレンの精錬分野では、知られていなかった。

本発明の目的は、微生物を使用するセレン化合物および／または元素態セレンの処理方法を提供することである。

本発明は、
［１］Pseudomonas stutzeri NT-I株（ＮＩＴＥＰ−６８５）を水溶性セレン化合物および／または元素態セレンと接触させて気化させることを含む、水溶性セレン化合物および／または元素体セレンの処理方法；
［２］水溶性セレン化合物がセレン酸または亜セレン酸である、［１］の方法；
［３］ジメチルジセレニドが生成されることを特徴とする、［１］の方法；
［４］ジメチルセレニドが生成されないことを特徴とする、［１］の方法
に関する。

本発明により、微生物を使用するセレン化合物および／または元素態セレンの処理方法が提供される。

本明細書において使用する「元素態セレン」なる用語は、他の元素と化合物を形成していない元素の形態のセレンを指す。本明細書において使用する「セレン化合物」なる用語は、セレンを含有する化合物を指す。セレン化合物には、水溶性セレン化合物（セレン酸、亜セレン酸など）、揮発性セレン化合物（ジメチルセレニド、ジメチルジセレニドなど）などが含まれる。セレン酸、亜セレン酸にはそれぞれの塩が含まれる。

本発明の処理方法においては、Pseudomonas stutzeri NT-I株（ＮＴ−Ｉ株）を使用する。ＮＴ−Ｉ株は、金属リサイクル工場の排水溝底汚水から本発明者らが分離した微生物である。ＮＴ−Ｉ株の生理特性を表１に示す。ＮＴ−Ｉ株の１６ＳｒＤＮＡの塩基配列はPseudomonas stutzeri DSM 5190の１６ＳｒＤＮＡの塩基配列と１００％一致した。これらの結果から、ＮＴ−Ｉ株はPseudomonas stutzeriに分類された。ＮＴ−Ｉ株は〒２９２−０８１８千葉県木更津市かずさ鎌足２−５−８独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センターに、表示ＮＴ−ＩＳＩＩＤ６９３７、受託番号ＮＩＴＥＰ−６８５の下、２００８年１２月４日に寄託されている。

公知の多くのセレン酸還元菌は嫌気性であるのに対し、ＮＴ−Ｉ株は好気的条件下で増殖し、水溶性セレン化合物を還元することができる。この性質は、取り扱いの容易さ、反応速度の高さ、処理性能の安定性などの点で有利である。ＮＴ−Ｉ株は、１ｍＭのセレン酸塩を１６時間以内に元素態セレンに還元し、１ｍＭの亜セレン酸塩を１４時間以内に元素態セレンに還元するという、公知の好気性セレン酸還元菌と比較して高い還元能を有している。ＮＴ−Ｉ株を使用して生成される元素態セレンは菌体外に排出される。ＮＴ−Ｉ株の最適な増殖はｐＨ７．０、温度３８℃、ＮａＣｌ濃度１．０％で見られるが、ＮＴ−Ｉ株は、ｐＨ６．０〜９．０、温度３０〜５０℃、ＮａＣｌ濃度０．１〜２．０％という広範な条件下でセレン化合物還元能を示す。

さらに、ＮＴ−Ｉ株は、元素態セレンをメチル化して揮発性セレン化合物を気相に生成する（気化させる）能力を有する。詳細には、ＮＴ−Ｉは元素態セレンから揮発性セレン化合物であるジメチルジセレニド（ＤＭＤＳｅ）を生成することができる。すなわち、ＮＴ−Ｉ株を使用すれば、セレン酸、亜セレン酸、元素態セレンのいずれからもジメチルジセレニドを生成させることができる。この際、別の揮発性セレン化合物であるジメチルセレニド（ＤＭＳｅ）の生成は実質的に検出されない。

公知のセレン酸還元菌の中には、セレン酸、亜セレン酸および元素態セレンから揮発性セレン化合物を生成するものがあるが、これらは、ジメチルセレニドおよびジメチルジセレニドのうち、ジメチルセレニドのみ、またはジメチルセレニドおよびジメチルジセレニドの両方を生成し、ジメチルジセレニドのみを生成する微生物は知られていない（Doran, J. W. et al., Applied and Environmental Microbiology, 33:31-37 (1977)；Dungan, R. S. et al., Soil Biology & Biochemistry, 32:1353-1358 (2000)）。

本発明の方法を使用して、土壌や廃水から有害な水溶性セレン化合物を毒性の低い揮発性セレン化合物として除去することができる。また、本発明の方法によって得られたジメチルジセレニドをセレン精錬などに利用することによって、セレンの回収・再利用をすることができる。例えば、本発明の方法によって得られたジメチルジセレニドを従来のセレン精錬で使用されている燃焼炉に通せば、メチル基は二酸化炭素として除去され、生じた二酸化セレンをスクラバーで回収することができる。

ジメチルセレニドおよびジメチルジセレニドのいずれもが同様に直接セレンの精錬に使用可能であり、またいずれの場合でも土壌や廃水からの水溶性セレン化合物の除去が達成される可能性があると考えられるので、一見、揮発性生成物としてジメチルジセレニドを生成できること自体が本発明の直接的な特徴とは考えられないかもしれない。しかし、この性質が、高濃度（５００ｍＭ）のセレン酸の存在下でも還元活性を示すというＮＴ−Ｉ株の特徴に寄与している可能性がある。５００ｍＭのセレン酸に対して耐性を示す菌株は本発明者らの知る限りＮＴ−Ｉ株のみである。このことは、ジメチルジセレニドを生成することができる微生物は、ジメチルセレニドのみを生成する微生物に比べて、セレン化合物に対する耐性が高いとの報告によって支持される（Reamer, D.C. et al., Science, 208:500-502 (1980)）。上記のＮＴ−Ｉ株の特徴は、水溶性セレン化合物の菌体への悪影響を考慮して処理しようとする試料中の水溶性セレン化合物の濃度を調整する必要を抑制できる点で有利である。

ＮＴ−Ｉ株をセレン酸の存在下で培養すると、亜セレン酸、元素態セレン、ジメチルジセレニドの生成が経時的に観察される。例えば、１ｍＭのセレン酸を含むＴＳＢ（Tryptic Soy Broth）培地中２８℃で好気的条件下でＮＴ−Ｉ株を培養すると、ジメチルジセレニドの生成は約１０時間目から観察され、その後元素態セレンの減少とともに生成量が増加し、４８時間目（２日間）で約４５％の、そして１２０時間目（５日間）で約９０％の気化率が得られた。例えば、公知のセレン酸還元菌であるEnterobacter cloacae SLD1a-1は、ＴＳＢ培地を用いたバッチ実験において、亜セレン酸の初期濃度１．０ｍＭ、３５℃、ｐＨ６．５の最適条件下で５日間処理した場合のセレン気化率は１５％のみであり、また亜セレン酸が高濃度なるとその毒性によって気化速度が低下することが報告されている（Dungan, R. S. et al.、上記）。このことからも、ＮＴ−Ｉ株の気化能力の高さが示される。１つの実施態様において、本発明の方法により１ｍＭのセレン化合物または元素態セレンを処理するためにＮＴ−Ｉ株を培養する期間は、例えば８時間以上、好ましくは１０時間以上、より好ましくは１５時間以上、さらに好ましくは２０時間以上であり、例えば２０日以下、好ましくは１５日以下、より好ましくは１０日以下、さらに好ましくは５日以下である。

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

５０ｍｌ容バイアル瓶内に分注した２０ｍｌのＴＳＢ（Trypticase Soy Broth）培地（ｐＨ７．０）（１７．０ｇ／Ｌカゼイン、３．０ｇ／Ｌダイズペプトン、２．５ｇ／Ｌデキストロース、５．０ｇ／Ｌ塩化ナトリウム、２．５ｇ／Ｌリン酸二カリウム）にPseudomonas stutzeri NT-I株（ＮＴ−Ｉ株）のコロニーを一白金耳接種し、シリコ栓で蓋をした好気的条件下において、２４時間回転振盪培養（２８℃、１２０ｒｐｍ）した（前々培養）。この培養液の１ｍｌを同組成の培地に植継ぎ、同様の条件下で１２時間回転振盪培養した（前培養）。その後、培養液の１ｍｌを、３００ｍｌ容三角フラスコにセレン酸を１ｍＭの濃度で添加したＴＳＢ培地１００ｍｌに植継ぎ、同様の条件で回転振盪培養を行い、経時的にこの培養液を採取し、培養液中のセレン酸、亜セレン酸、および元素態セレン濃度をイオンクロマトグラフィーまたは原子吸光光度計で測定した。また、気相部のガスサンプルを１．０ｍｌ採取し、ＧＣ／ＭＳでガス状セレンを分析した。

図１にセレン酸、亜セレン酸、元素態セレンの濃度（ｍＭ）およびＤＭＤＳｅのピーク面積を示す。この結果より、セレン酸の還元と同時に亜セレン酸が生成されたことが示唆された。また、亜セレン酸濃度が減少するのと同時に元素態セレン濃度が増加したことから、亜セレン酸の還元と元素態セレンの生成が同時におこった可能性が示された。また、ＤＭＤＳｅはシリコ栓で蓋をした三角フラスコの気相部を測定したため、閉じた系での実験ではないが、ＤＭＤＳｅのピーク面積が元素態セレンの生成とともに増加し、元素態セレンが減少する際に最も大きくなったため、ＤＭＤＳｅは元素態セレンを経由して生成されていることが示唆された。さらに培養を継続したところ、４８時間目（２日間）で約４５％の、そして１２０時間目（５日間）で約９０％の気化率が得られた。いずれの時点でもジメチルセレニド（ＤＭＳｅ）は検出されなかった。

セレン酸、亜セレン酸、元素態セレンの濃度（ｍＭ）およびジメチルジセレニド（ＤＭＤＳｅ）のピーク面積（peak area）を示す図である。図中、四角はセレン酸を、菱形は亜セレン酸を、バツ印は元素態セレンを、黒色の三角はジメチルジセレニド（ＤＭＤＳｅ）を示す。

Claims

Pseudomonas stutzeri NT-I株（ＮＩＴＥＰ−６８５）を水溶性セレン化合物および／または元素態セレンと接触させて気化させることを含む、水溶性セレン化合物および／または元素体セレンの処理方法。
水溶性セレン化合物がセレン酸または亜セレン酸である、請求項１記載の方法。
ジメチルジセレニドが生成されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
ジメチルセレニドが生成されないことを特徴とする、請求項１記載の方法。