JP2013505277A

JP2013505277A - 有機脱共役剤

Info

Publication number: JP2013505277A
Application number: JP2012530187A
Authority: JP
Inventors: ロラン・ジャコ; リュック・ルーヴェ; フィリップ・マルシャル; フィリップ・マリオン; ジル・モロー; アニェス・ピラス−ベーグ
Original assignee: Rhodia Operations SAS
Current assignee: Rhodia Operations SAS
Priority date: 2009-09-22
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2013-02-14
Also published as: WO2011035949A2; US20130005810A1; CN102711457A; WO2011035949A3; FR2950226A1; EP2480072A2; FR2950226B1; KR20120101349A

Abstract

本発明は、バニリン、ペンタエリトリトール及び一般式（１）：(Ｒ)₃Ｎ⁺−[ＣＨ₂]_n−ＣＯ₂ ^-（ここで、基Ｒは同一であっても異なっていてもよく、１〜８個の炭素原子を有する直鎖状又は分岐鎖状アルキル基から選択され、ｎは１〜５の範囲の数である）のベタインから選択される有効量の脱共役剤を水性系に加え又は水性系と接触させることを含む、水性系中の細菌バイオマスの増大を制御するための方法に関する。

Description

本発明は、有機誘導体及び脱共役剤としてのその使用に関する。本発明は、水性系中、特に廃水浄化施設中の細菌バイオマスの調節の枠内で使用するためのこれらの脱共役剤、並びにこれらの剤の使用及びこれらの剤の使用方法に関する。

分子の脱共役作用は、有機分子の生物学的分解による細菌細胞の浄化活性を保ちながら、廃水のバイオマス産出を減らすように細菌細胞エネルギーに対して作用することから成る。細胞呼吸に伴われる生化学及びメカニズムの詳細は、例えば「Biochemistry」第３版、Lubert Stryer著、W. H. Freemen and Company編集、米国ニューヨーク州、1998年；及び「General Microbiology」第３版、Roger Y. Stanier, Michael Doudoroff及びEdward A. Adelberg著、Macmillan編集、1971年に論じられている。

細菌の増殖に対する分子の脱共役作用は、最終的に、細菌エネルギーの不均衡によって誘発される酸素の過剰消費となって現れてくる。

この分子の脱共役作用は、活性汚泥（sludge）生成源を有意に減らすことが可能である場合に、廃水浄化施設（以下、ＳＴＥＰと示す）における用途について興味深い。

廃水処理におけるバイオマス産出及びその結果としての活性汚泥生成は、廃水中の栄養分の消費から生じる。呼吸プロセスにより、栄養分が酸化され、これが細胞分裂の枠内で微生物に利用され得るエネルギーを放出する。ここで、栄養分の消費は、酸化的リン酸化現象によって細菌膜においてプロトンの流れを誘発する；この流れはプロトンの勾配を確立し、これがそれ自体でプロトンポンプを動作させ、ＡＴＰ（アデノシントリホスフェート）合成酵素複合体においてＡＤＰ＋ＰからのＡＴＰの合成を可能にする。ＡＴＰは、細胞プロセス（細胞分裂を含む）の際に細胞にエネルギーを提供する。

もしもこのエネルギー放出が回避できたら、エネルギー発生を抑制することによりバイオマス産出の減少につながるであろう。脱共役は、ＡＴＰの形でのエネルギー供給物の形成の防止に相当する。脱共役剤は、ＣＯ₂に酸化される炭素の割合を増やしつつ、炭素燃焼のエネルギー収率を低下させる。従って、脱共役は、より少ないバイオマス産出及びより多い酸素消費となって現れてくる。

廃水処理の際に産出する細菌バイオマスは取り除くのに経費がかかり、従ってバイオマスの減少は除去コストの減少につながる。

国際公開ＷＯ２００４／１１３２３６号

「Biochemistry」第３版、Lubert Stryer著、W. H. Freemen and Company編集、米国ニューヨーク州、1998年「General Microbiology」第３版、Roger Y. Stanier, Michael Doudoroff及びEdward A. Adelberg著、Macmillan編集、1971年

本発明の目的は、脱共役分子であって、その有効性が、水源、即ち都市浄水施設の曝気槽（エアレーションタンク）における生物学的汚泥の生成が少なくとも３０％減少することによって量られる前記脱共役分子を提供することにある。

本発明の別の目的は、脱共役分子であって、その有効性が、（生物学的汚泥生成の減少についての有効性が国際公開ＷＯ２００４／１１３２３６号に示された）参照用分子ＴＨＰＳ（硫酸テトラキスヒドロキシメチルホスホニウム）のものと実質的に同等又はそれ以上である前記脱共役分子を提供することにある。

本発明の別の目的は、ＴＨＰＳに代わる脱共役分子であって、非生物的分解及び生物的分解性はＴＨＰＳほど迅速ではないものの、環境上の問題を提起してしまうほど非分解性ではない前記脱共役分子を提供することにある。

本発明の別の目的は、脱共役分子であって、毒性及び環境毒性プロファイルがＳＴＥＰにおける用途に適した満足できるものである前記脱共役分子を提供することにある。実際、これらの分子は、細菌バイオマスに対する反応性が満足できるものとなるような生物的分解性及び非生物的分解性を有しつつ、環境に対する影響が少なくなければならず、最終的に生物分解性でなければならない。

これらの目的及びその他の目的は、本発明によって達成される。本発明は実際、水性媒体中における細菌バイオマスの増大を制御することを可能にする方法であって、
バニリン、ペンタエリトリトール及び一般式（１）：
(Ｒ)₃Ｎ⁺−[ＣＨ₂]_n−ＣＯ₂ ^- （１）
（ここで、基Ｒは同一であっても異なっていてもよく、１〜８個の炭素原子を有する直鎖状又は分岐鎖状アルキル基から選択され、ｎは１〜５の範囲の数である）
のベタインから選択される有効量の脱共役剤を水性系に加え又は前記水性系と接触させることを含む、前記方法に関する。

好ましくは、Ｒはメチル基であり、ｎは１であり、式（１）の物質は文献中でトリメチルグリシン、Ｎ−トリメチルグリシン、グリシンベタイン又は式（２）：
(ＣＨ₃)₃Ｎ⁺−ＣＨ₂−ＣＯ₂ ^- （２）
のグリシンと示されている。

水性系に加えられる脱共役剤の有効量は、５０００ｍｇ／リットルまで、例えば３０００ｍｇ／リットルまで、例えば１０００ｍｇ／リットルまでであることができる。好ましくは、水性系に加えられる脱共役剤の有効量は、０．００５ｍｇ／リットル〜５００ｍｇ／リットル、例えば０．０１ｍｇ／リットル〜３００ｍｇ／リットル、例えば０．０５ｍｇ／リットル〜１００ｍｇ／リットルである。より一層好ましくは、脱共役剤の有効量は、０．１〜１０ｍｇ／リットル、例えば０．５ｍｇ／リットル〜７．５ｍｇ／リットル、例えば１〜５ｍｇ／リットルである。

脱共役剤は、廃水の処理において従来から用いられている以下の１種以上の化学物質と共に配合することができる：
・界面活性剤；
・消泡剤；
・スケール防止剤；
・腐蝕防止剤；
・殺生物剤、
・凝集剤；
・固体／水分離促進剤；及び
・分散剤。

好ましくは、前記水性系は、産業廃水又は都市廃水を処理するために用いられる廃水処理工場であろう。この施設は、工業プロセス（例えば紙生産、食品産業、化学産業）並びに／又は家庭用住居及び商業用ビル及び同様の施設からの廃水を、有機汚染物質を消費するため及び水を再利用したり環境中に捨てたりするのに適したものにするために無酸素、好気性プロセス（例えば脱窒素）において微生物を用いることによって、回収するものである。

従って本発明は、水性系中の細菌バイオマスの増大を制御するための方法であって、前記の有効量の脱共役剤を細菌バイオマスに直接接触させることを含む前記方法を提供する。この方法を実施するためには、限られた時間内で最適な脱共役剤の有効性を得るために最大容量の活性汚泥と脱共役剤とを接触させることが推奨される。

かくして、実験室での生物学的パイロット試験については、脱共役剤と細菌バイオマスとの直接接触は、「瞬間薬量」又は「瞬間混合」（フラッシュ混合）という表現で示される。

さらに、脱共役剤の有効量は、水性系中の（乾燥材料で表した）汚泥中に存在する固体１ｇ当たり０．１〜１０００ｍｇであることができ、好ましくは０．５〜７５０ｍｇ／ｇ、例えば１〜５００ｍｇ／ｇ、例えば５〜１００ｍｇ／ｇである。

細菌バイオマスと脱共役剤との直接的な素早い接触（言い換えれば最適混合）が、細菌バイオマスの制御による脱共役剤の有効性の改善をもたらすことがわかった。汚泥を含有するバイオリアクターに脱共役剤を単純に直接加えた場合には、脱共役剤はバイオリアクター中に存在する他の物質と相互作用してこの脱共役剤の作用が実質的に低減してしまうため、脱共役剤の有効性が実質的に低下することがわかった。

以下の実施例は、本発明を例示するものであり、その範囲を限定するものではない。

例１：

Oxitopスクリーニング試験における有機誘導体による汚泥減少の実証

スクリーニングにおける化学脱共役剤による汚泥生成の減少を評価するために、Oxitop（登録商標）シリンダーの呼吸計測技術を用いる。活性汚泥において代表的な既知の細菌菌株（それらは曝気槽中で単離されるので）を、所定濃度の脱共役剤の存在下で培地中に７日間接種する。被処理接種物の呼吸を対象物（未処理接種物）と比較することにより、細菌に対する脱共役効果の生理学的徴候である酸素の過剰消費を量ることができる。

用いた方法及び装置は、参考文献として引用する国際公開ＷＯ２００４／１１３２３６号の例３に記載されたものである。

細菌菌株Shinella granuliに対するスクリーニング試験において得られた結果を下記の表１にまとめる。これらは、対照例（脱共役剤を含まないもの）と比較した脱共役％として表される。ＴＨＰＳ（硫酸テトラキス（ヒドロキシメチル）ホスホニウム）はOxitop（登録商標）呼吸計測試験において３ｐｐｍの定格濃度について１６±８％の脱共役効果をもたらした。脱共役ファクターに関するＴＨＰＳの９５％信頼区間は１０〜２２である（２６回のOxitop（登録商標）試験において得られた結果から計算した値）。

その後の生物学的パイロットにおける評価段階に通す前に、最も有望な分子を選別するためにこの段階においてこれらの分子の毒性及び環境毒性特性を評価した。

表１から、次のことがわかる：
・バニリンは０．５ｐｐｍで早くも有効性を示し、２０ｐｐｍまで有効である。
・ペンタエリトリトールはスクリーニング試験において２〜２０ｐｐｍの濃度範囲で２０％付近の有意の脱共役ファクターで有効性を示す。
・グリシンベタインは、２〜８ｐｐｍの濃度範囲で最適有効性を示す。

Claims

水性系中における細菌バイオマスの増大を制御する方法であって、
バニリン、ペンタエリトリトール及び一般式（１）：
(Ｒ)₃Ｎ⁺−[ＣＨ₂]_n−ＣＯ₂ ^- （１）
（ここで、基Ｒは同一であっても異なっていてもよく、１〜８個の炭素原子を有する直鎖状又は分岐鎖状アルキル基から選択され、ｎは１〜５の範囲の数である）
のベタインから選択される有効量の脱共役剤を水性系に加え又は水性系と接触させることを含む、前記方法。
式（１）においてＲがメチル基であり且つｎが１であり、式（１）の物質がトリメチルグリシン、Ｎ−トリメチルグリシン、グリシンベタイン又はグリシンであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記脱共役剤の有効量が０．００５〜５０００ｍｇ／リットルの範囲であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
前記脱共役剤の有効量が０．０１〜１０００ｍｇ／リットルの範囲であることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
前記脱共役剤の有効量が０．０１〜３００ｍｇ／リットルの範囲であることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
前記脱共役剤の有効量が０．０５ｍｇ／リットル〜１００ｍｇ／リットルの範囲であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
前記脱共役剤の有効量が０．１ｍｇ／リットル〜１０ｍｇ／リットルの範囲であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
前記脱共役剤の有効量が０．５ｍｇ／リットル〜７．５ｍｇ／リットルの範囲であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
前記脱共役剤の有効量が１ｍｇ／リットル〜５ｍｇ／リットルの範囲であることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
前記脱共役剤の有効量が水性系中の汚泥中に存在する（乾燥材料で表した）固体１ｇ当たり０．１ｍｇ〜１０００ｍｇの範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記脱共役剤の有効量が水性系中の汚泥中に存在する固体１ｇ当たり１ｍｇ〜５００ｍｇの範囲であることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
前記脱共役剤の有効量が水性系中の汚泥中に存在する固体１ｇ当たり５ｍｇ〜１００ｍｇの範囲であることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
前記水性系が産業廃水又は都市廃水を処理するための廃水処理工場であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。