JP2021506287A - 好塩性古細菌による有機汚染物質の生物分解 - Google Patents

好塩性古細菌による有機汚染物質の生物分解 Download PDF

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Abstract

本発明は、高塩濃度廃水中のニトロベンゼン、ギ酸塩、フェノール、４，４’−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）およびアニリンからなる群から選択される少なくとも１つの汚染物質の含有量を減少させるための方法に関し、当該方法は、（ａ）前記高塩濃度廃水および前記少なくとも1つの汚染物質を含む組成物Ａを提供する工程と、（ｂ）前記組成物Ａをハロフェラクス・メディテラネイ（Ｈａｌｏｆｅｒａｘ ｍｅｄｉｔｅｒｒａｎｅｉ）細胞と接触させ、前記組成物Ａおよびハロフェラクス・メディテラネイ細胞を含む組成物Ｂを生成する工程とを含む。本発明はさらに、塩素および水酸化ナトリウムの製造方法に関する。さらに、本発明は、高塩濃度廃水、前記少なくとも１つの汚染物質、およびハロフェラクス・メディテラネイ細胞を含む組成物をも包含する。

Description

本発明は、高塩濃度廃水中のニトロベンゼン、ギ酸塩、フェノール、４，４’−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）およびアニリンからなる群から選択される少なくとも１つの汚染物質の含有量を減少させるための方法に関し、当該方法は、（ａ）前記高塩濃度廃水および前記少なくとも1つの汚染物質を含む組成物Ａを提供する工程と、（ｂ）前記組成物Ａをハロフェラクス・メディテラネイ（Ｈａｌｏｆｅｒａｘ ｍｅｄｉｔｅｒｒａｎｅｉ）細胞と接触させ、前記組成物Ａおよびハロフェラクス・メディテラネイ細胞を含む組成物Ｂを生成する工程とを含む。本発明はさらに、塩素および水酸化ナトリウムの製造方法に関する。さらに、本発明は、高塩濃度廃水、前記少なくとも１つの汚染物質、およびハロフェラクス・メディテラネイ細胞を含む組成物をも包含する。
工業プロセスでは、何百万リットルもの高濃度の塩が残留する水が生じることになる。全世界における流出物の５％が高塩濃度の水であると推定されている。
例えば、ポリウレタンを製造するための主要な中間体であるジフェニルメタン系列からのジアミンおよびポリアミンの製造は、大量の高塩濃度廃水の生成を伴う（ＵＳ２００９２４００７６を参照のこと）。ジフェニルメタン系のジアミンおよびポリアミンは、通常、塩酸のような酸触媒の存在下でアニリンおよびホルムアルデヒドを反応させることによって製造される。ジフェニルメタン系列からジアミンおよびポリアミンを製造した後、塩基、典型的には水酸化ナトリウム水溶液の添加によって酸触媒を中和する。一般に、中和剤の添加は、得られた中和混合物がジフェニルメタン系列のポリアミンおよび過剰なアニリンを含有する有機相、ならびに残留有機成分（すなわち、高塩濃度廃水）と共に塩化ナトリウムを含有する水相に分離され得るように実施される。これまで、高塩濃度廃水は物理的および／または化学的方法、例えば、吸着、オゾン処理および電気化学的処理による有機成分の除去後に処分されることが多かった（ＵＳ２００９２４００７６参照）。
しかしながら、有機化合物を含有する残留水を処理するために使用される物理的および／または化学的方法では、多くの場合、塩分を含む残留流れ中の全有機炭素含有量を必要な最大レベルまで低下させることができない。残留水（ジフェニルメタン系列のジアミンおよびポリアミンの製造からの廃水など）は、通常、ギ酸塩、フェノール、アニリン、ニトロベンゼンおよび４，４’−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）などの有機汚染物質を含み、淡水でかなり希釈した後または物理化学的方法によって処理された後に環境中に排出されるか、または物理化学的方法によって処理される。従って、高塩濃度廃水のための処理の代替的な選択肢が必要とされている。
有機物の処理のための代替システムとして、好気性および嫌気性生物学的処理を用いるものが、現在、主要な研究対象となっている。従来の非好極限性（ｎｏｎ−ｅｘｔｒｅｍｏｐｈｉｌｉｃ）微生物は、高塩濃度では有機汚染物質の除去を行うことができない。塩ストレスが汚染ストレスに重ね合わされる場合、高い塩濃度の存在下で、異なる有機汚染物質を分解または変換する好塩性細菌の能力は、非常に重要である。したがって、高塩濃度で増殖することができ、高塩濃度廃水中の異なる有機汚染物質を分解または変換することができる微生物に対する高いニーズが存在する。
高塩濃度廃水中に見られる典型的な有機汚染物質は、ギ酸塩、フェノール、アニリン、ニトロベンゼンおよび４，４’−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）である。これらの化学中間体は、除草剤、現像剤、香料、医薬、ゴムおよび染料の製造において頻繁に使用される。
これらの化合物は産業界において広く使用されているため、その増加する使用量が土壌および水の中に放出されており、これは生物に環境上の脅威および健康上の危険をもたらすものである。
さらに、高塩濃度水溶液は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）の電気分解のための工業プロセスである塩化ナトリウム電解プロセス（ｃｈｌｏｒａｌｋａｌｉ ｐｒｏｃｅｓｓ）における重要な材料である。このプロセスは、塩素および水酸化ナトリウムを製造するために使用される技術である。しかしながら、非常に純粋な高塩濃度水溶液が必要とされる。したがって、塩化ナトリウム電解プロセスのためにリサイクルされた高塩濃度廃水を使用することは困難である。例えば、メチレンジアミン製造からの高塩濃度廃水はギ酸塩、フェノール、アニリン、ニトロベンゼンおよび４，４’−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）のような有機汚染物質を含み、これらは廃水を塩化ナトリウム電解プロセスにかける前に除去されなければならない。例えば、ギ酸塩を除去しなければならず、さもなければ、塩素がＣＯ2で汚染されることになる。
ギ酸塩またはアニリンなどの有機化合物の生分解に関する従来の研究は、温和な条件下における単一化合物の分解または変換に焦点を当てていた。しかしながら、高塩濃度、例えば、２０００ｍｇ／ｌまでのＮａＣｌの存在下でギ酸塩、フェノール、アニリン、ＭＤＡおよびニトロベンゼンのような種々の有機化合物を同時に分解することができる微生物は、現在のところ知られていない。
例えば、アニリンおよび／またはギ酸塩の生分解は、温和な条件下で、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ、Ｃｏｍａｍｏｎａｓ、Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ、Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ、Ｆｒａｔｅｕｒｉａ、Ｍｏｒａｘｅｌｌａ、Ｄｅｌｆｔｉａ、ＮｏｃａｒｄｉａおよびＤｉｅｔｚｉａの種々の細菌種によって分解されることが以前に報告されている。しかしながら、アニリンおよび／またはギ酸塩および潜在的にさらなる有機汚染物質、例えばニトロベンゼン、フェノールおよび／またはＭＤＡを含有する残留流れは、しばしば、高い塩分濃度を有し、高塩分濃度は、通常の生物学的処理システムに存在する細菌代謝を破壊するため、高塩分残留流れの処理は難題となっている。また、高塩濃度残留流れのために通常の細菌を使用する場合には、利用可能であるとしても、淡水で塩分を低下させるための事前希釈を必要とする。
国際公開ＷＯ ２０１３／１２４３７５は、ある種の好塩性および／または好ハロアルカリ性微生物による全有機炭素の還元を開示している。
ＷｏｏｌａｒｄとＩｒｖｉｎｅ (１９９５）は、配列決定バッチ反応器における高塩濃度廃水の処理を開示している(Woolard and Irvine.Treatment of hypersaline wastewater in sequencing batch reactor. Water Research ２９．４（１９９５）：１１５９−１１６８）。
Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ−Ｖａｌｅｒｉａら（１９８３）は、炭水化物を利用した極端な好塩性物質の新しい種であるＨａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｍｅｄｉｔｅｒｒａｎｅｉの同定を報告している。Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｍｅｄｉｔｅｒｒａｎｅｉは、炭素およびエネルギーの唯一の供給源として多くの様々な化合物を使用することができ、Ｈ２Ｓを産生しないことが示されている。
Ｃａｍｐｏら（２０１１）は、芳香族化合物で汚染された土壌からの活性汚泥に関するものであり、アニリンやＭＤＡなどのアミンの好気的生分解が、５ｍｇ／ｌアニリンまで観察された（Ｃａｍｐｏ、Ｐ、et al.Aerobic biodegradation of amines in industrial saline wastewaters.Chemosphere ８５．７ （２０１１）： １１９９−１２０３）。
Ａｎｔｏｎら（１９８８）は、ハロフェラクス・メディテラネイ（Ｈａｌｏｆｅｒａｘ ｍｅｄｉｔｅｒｒａｎｅｉ）による細胞外多糖の産生を報告している。著者らは、Ｈａｌｏｆｅｒａｘ ｍｅｄｉｔｅｒｒａｎｅｉがコロニーに典型的な粘液特性を与える細胞外ポリマー物質、特に主成分としてマンノースを含有するヘテロ多糖を産生することができることを示した。この物質はいくつかの条件下で製造され、基質が分析されたが、炭素およびエネルギー源として糖、特にグルコースを使用した場合に最高の収率が得られた（Ａｎｔｏｎ、J et al、Production of an extracellular polysaccharide by Haloferax mediterranei.Applied and Environmental Microbiology ５４．１０ （１９８８）： ２３８１−２３８６）。
Ｏｒｅｎ (２０００）は、好塩性細菌を扱っており、ポリ‐βヒドロキシアルカン酸または細胞外多糖類の生産のためのＨａｌｏｆｅｒａｘ種の潜在的使用について言及されている。特に、生分解性プラスチック材料の供給源であるベータ−ヒドロキシアルカノエートは、好塩性古細菌であるＨａｌｏｆｅｒａｘ ｍｅｄｉｔｅｒｒａｎｅｉから高収率で得られることが報告されている。さらに、Ｈａｌｏｆｅｒａｘ ｍｅｄｉｔｅｒｒａｎｅｉは、Ｒａｌｓｔｏｎｉａと同程度のベータ−ヒドロキシアルカノエートを蓄積することができ、低炭素・エネルギー源としてデンプンを利用することができる（Ａ．Ｏｒｅｎ、Diversity of halophilic microorganisms: environments, phylogeny, physiology, and applications."Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology ２８．１ （２００２）： ５６−６３）。
Ｏｒｅｎら（２０１４）はさらに、Ｈａｌｏｆｅｒａｘ ｍｅｄｉｔｅｒｒａｎｅｉが代謝的に非常に用途が広く、広い塩耐性を有することを報告した。著者らによれば、Ｈａｌｏｆｅｒａｘ ｍｅｄｉｔｅｒｒａｎｅｉは他の類似の極端な好塩性物質よりも速く増殖し、塩耐性のための広いウィンドウを有し、単純および複雑な基質上で増殖し、ポリマー物質を分解し、異なる嫌気性増殖様式を有し、貯蔵ポリマーを蓄積し、ガス小胞を生成し、他の古細菌を死滅させることができるハロシンを排泄する古細菌である（Ｏｒｅｎ、A et al.Microbial weeds in habitats: enigma of weed-like Haloferax mediterranei.FEMS microbiology letters ３５９．２ （２０１４）： １３４−１４２）。
芳香族化合物の微生物分解に関する多くの報告にもかかわらず、高塩濃度での有機汚染物質の分解は依然として限られている。したがって、塩ストレスが汚染ストレスに重ね合わされた場合に、高塩濃度の存在下で有機汚染物質を分解または変換する微生物は、非常に重要である。特に、ニトロベンゼン、ギ酸塩、フェノール、４，４’−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）および／またはアニリンの含量を高塩濃度廃水中で減少させるための手段および方法が非常に必要とされている。
古細菌株Ｈａｌｏｆｅｒａｘ ｍｅｄｉｔｅｒｒａｎｅｉ ＤＳＭ.１４１１の代謝汎用性については、おそらく広範囲の単一炭素源を用いて報告されている。Ｈａｌｏｆｅｒａｘ ｍｅｄｉｔｅｒｒａｎｅｉ ＤＳＭ.１４１１は、広範囲の糖、有機酸およびグリセロール、ならびにいくつかのアミノ酸を、唯一の炭素源として存在する場合、バイオマス増殖を促進する基質として使用し得ることが報告されている。この株はまた、水バイオレメディエーションプロセスのために硝酸塩および亜硝酸塩を除去するために使用されている。しかしながら、この菌株が高塩濃度廃水中で増殖する能力についての報告は存在せず、高塩濃度条件下での基質であるギ酸塩、フェノール、アニリン、ニトロベンゼンおよび／または４，４’−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）の分解についての報告も存在しない。
国際公開ＷＯ ２０１３／１２４３７５
Woolard and Irvine. Treatment of hypersaline wastewater in the sequencing batch reactor. Water Research 29.4 (1995): 1159-1168 Campo, P, et al. Aerobic biodegradation of amines in industrial saline wastewaters. Chemosphere 85.7 (2011): 1199-1203 Anton, J et al.. Production of an extracellular polysaccharide by Haloferax mediterranei. Applied and Environmental Microbiology 54.10 (1988): 2381-2386 Oren, A. Diversity of halophilic microorganisms: environments, phylogeny, physiology, and applications."Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology 28.1 (2002): 56-63 Oren, A et al.. Microbial weeds in hypersaline habitats: the enigma of the weed-like Haloferax mediterranei. FEMS microbiology letters 359.2 (2014): 134-142
本発明が解決しようとする技術的課題は、上述の必要性を満たすための方法を提供することである。当該技術的課題は、特許請求の範囲および本明細書に特徴付けられる実施形態によって解決される。
有利なことに、本発明の研究によって、ハロフェラクス・メディテラネイ（Ｈａｌｏｆｅｒａｘ ｍｅｄｉｔｅｒｒａｎｅｉ）ＤＳＭ.１４１１が高塩濃度の条件下において種々の汚染物質を効率的に分解することが見出された。特に、ギ酸塩、フェノール、ニトロベンゼン、アニリンおよび４，４'−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）のような汚染物質が、ハロフェラクス・メディテラネイ ＤＳＭ.１４１１によって分解され得ることが分かった。
本発明の知見は驚くべきことである。例えば、これまでのところ、塩環境下でのニトロベンゼンの生物学的分解に関する報告はない。従って、この成分が塩の存在下で生物学的に分解可能であることが示されたのは初めてである。さらに、ハロフェラクス・メディテラネイ ＤＳＭ.１４１１の細胞が、それらの高塩濃度環境から上述の化合物の全てを同時に分解することができることが示された。本発明のこれらの知見は、天然および工業的な残留流れに適用することができる。
したがって、本発明は、廃水中における、ニトロベンゼン、ギ酸塩、フェノール、メチレンジアニリン、特に、４，４'−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）、およびアニリンよりなる群から選択される少なくとも１つの汚染物質の含有量を低減するための方法に関し、当該方法は、以下の工程を含む：
（ａ）前記高塩濃度廃水および前記少なくとも1つの汚染物質を含む組成物Ａを提供する工程、および
（ｂ）前記組成物Ａをハロフェラクス・メディテラネイ（Ｈａｌｏｆｅｒａｘ ｍｅｄｉｔｅｒｒａｎｅｉ）細胞と接触させ、前記組成物Ａおよびハロフェラクス・メディテラネイ細胞を含む組成物Ｂを生成する工程。
図１は、好塩性細菌ハロフェラクス・メディテラネイの細胞を使用して、共基質として１．４ｇ／Ｌグリセロールを添加した後の、実際のブライン（１５％ ｗ／ｖ NaCl)中でのギ酸分解を示すグラフである。ギ酸はグリセロールと同時に分解される（三角で示す）。細胞を含まない振盪フラスコの対照実験（アスタリスクで示す）では、グリセロールもギ酸も分解されなかった。 図２は、１５％ ｗ／ｖ ＮａＣｌを含有するモデル培地中のハロフェラクス・メディテラネイ細胞を用いたアニリン（５および１０ｍｇ／ｌ）の分解を表すグラフである。２４０時間のインキュベーションおよびモニタリングの後、基質のみとしてアニリン上でバイオマス増殖は観察されなかった。第２の基質（５０ｍｇ／ｌフェノール）の存在下では、アニリンおよびフェノール還元に伴うバイオマス濃度の増加が示される。アニリン分解の速度は、初期アニリン濃度に依存する。細菌細胞を含まない対照実験では、アニリンまたはフェノール濃度の有意な変化は検出されない。 図３は、ハロフェラクス・メディテラネイ株に対するアニリン分解の初期濃度とｐＨの２つの因子の有意性を示す係数プロットである。ＮａＣｌ濃度はアニリン除去に有意性を有さないよい、ＨＦＸによるアニリン分解は、すべてのＮａＣｌ濃度で起こる。 図４は、最適なアニリン分解がハロフェラクス・メディテラネイ株について、より低い初期アニリン濃度で起こり得ることを示す応答カウンタープロットである。 図５は、好塩性細菌ハロフェラクス・メディテラネイの細胞を用いた、種々の塩濃度（０〜２０％ ｗ／ｖ ＮａＣｌ)でのアニリン分解を示すグラフである。アニリン分解の速度は、より高い塩濃度でより高い。 図６は、好塩性古細菌ハロフェラクス・メディテラネイの細胞を用いた１５％ ｗ／ｖ塩濃度でのニトロベンゼン分解を示すグラフである。総ニトロベンゼン含量の８０％は、インキュベーションの最初の２４時間で分解される。３０ｐｐｍのニトロベンゼンを用いた対照実験では、ニトロベンゼン含量の有意な減少は観察されなかった。 図７は、ハロフェラクス・メディテラネイの５ｇ／Ｌバイオマスを用いた、０．３ｇ／Ｌギ酸塩を含有する工業用ブラインの連続処理を示すものである。ギ酸は分解した。残留ギ酸塩濃度の量は希釈速度に依存する。共基質グリセロールはバイオマス増殖に必要であり、定常状態条件で完全に取り込まれる。
本発明の方法の工程（ａ）によれば、廃水を含む組成物Ａが提供される。当該組成物Ａは、前記廃水と、ニトロベンゼン、ギ酸塩、フェノール、４，４'−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）およびアニリンからなる群から選択される前記少なくとも１つの汚染物質とを含む溶液である。当該廃水は高塩濃度廃水（ｈｙｐｅｒｓａｌｉｎｅ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ）、すなわち、後述するような高濃度のＮａＣｌを有する廃水である。特に、当該廃水は、工業用ブラインのような、前記少なくとも１つの汚染物質を含む工業用廃水である。
本発明の方法の工程（ｂ）によれば、組成物Ａをハロフェラクス・メディテラネイ細胞と接触させ、それによって、組成物Ａ（したがって、廃水および前記少なくとも１つの汚染物質）およびハロフェラクス・メディテラネイ細胞（すなわち、この株の細胞）を含む組成物Ｂが生成される。本発明の方法の実施形態において、組成物Ａは、組成物Ａを細胞と混合することによって当該細胞と接触される。
ハロフェラクス・メディテラネイ株は親ハロゲン性株であり、従って、増殖のために高濃度のＮａＣｌを必要とする。したがって、組成物Ｂは、高濃度のＮａＣｌを含むものとする。これは、廃水を希釈することなく、高塩濃度廃水の処理（すなわち、本明細書における汚染物質の低減）を可能にする。
したがって、組成物Ｂ、および高塩濃度廃水は、高濃度のＮａＣｌを含むものである。本明細書において、高濃度のＮａＣｌとは、廃水または組成物の総体積に基づいて、少なくとも６％(ｗ／ｖ)の濃度である。廃水、組成物ＡまたはＢは、例えば２０．０％(ｗ／ｖ)のＮａＣｌ濃度であってもアニリン含量が減少することが本発明の実験において示されているので、ＮａＣｌの飽和濃度までの濃度でＮａＣｌを含むことができる。それゆえ、濃度の上限は、原則として、ＮａＣｌの飽和濃度である。したがって、高濃度のＮａＣｌは、廃水または組成物の総体積に基づいて、少なくとも６％(ｗ／ｖ)から２５％(ｗ／ｖ)までの濃度である。したがって、廃水は、ＮａＣｌの濃度が低い淡水または海水ではない。
好ましくは、高濃度のＮａＣｌとは、組成物または廃水（例えば、組成物Ｂ）の総体積に基づいて、少なくとも７％(ｗ／ｖ)、より好ましくは少なくとも１０％(ｗ／ｖ)、さらにより好ましくは少なくとも１２％(ｗ／ｖ)、最も好ましくは少なくとも１５％(ｗ／ｖ)のＮａＣｌ濃度である。
高濃度のＮａＣｌの上限は原則としてＮａＣｌの飽和濃度であるが、廃水、組成物ＡまたはＢは飽和濃度未満の濃度のＮａＣｌを含むことが想定される。好ましくは廃水、組成物Ａ、または組成物Ｂ中のＮａＣｌ濃度は、組成物または廃水の総体積に基づいて２３％(ｗ／ｖ)未満、より好ましくは２２％(ｗ／ｖ)未満、さらにより好ましくは２０％(ｗ／ｖ)未満である。
本発明に関する研究において、最適な処理は、約１７％(ｗ／ｖ)のＮａＣｌの濃度で達成されることが示された。したがって、廃水、組成物Ａ、またはＢは、組成物または廃水の総体積に基づいて、好ましくは１２％〜２２％（ｗ／ｖ）の濃度のＮａＣｌ、より好ましくは１２％〜２０％（ｗ／ｖ）の濃度のＮａＣｌ、さらにより好ましくは１５％〜２０％（ｗ／ｖ）の濃度のＮａＣｌ、最も好ましくは１６％〜１８％（ｗ／ｖ）の濃度のＮａＣｌを含む。
最適なＮａＣｌ濃度は、汚染物質に依存し得る。例えば、アニリンに関して、廃水、組成物Ａ、またはＢは、好ましくは組成物または廃水の総体積に基づいて、１２％〜２５％(ｗ／ｖ)の濃度のＮａＣｌを含む。さらに、最適なＮａＣｌ濃度は、廃水／組成物中の汚染物質の濃度に依存し得る。例えば、本発明の研究において、アニリン濃度が高い（例えば、２０ｍｇ／ｌより大きい）場合、より高濃度のＮａＣｌがアニリンの還元の向上を可能とすることが観察された。
高濃度のＮａＣｌは、種々の工業廃水中に見出すことができる。好ましい実施形態では、高塩濃度廃水は、（ポリウレタンの前駆体である）メチレンジアミンの製造工程から単離されたものである。したがって、本発明の方法の工程ａ）は、メチレンジアミン製造工程からの高塩濃度廃水の単離を含み得る。
特に、前記廃水は、ジフェニルメタン系列のジアミンおよびポリアミンの製造工程に由来する、すなわち、当該製造工程から単離されたものである。「ジフェニルメタン系列のジアミンおよびポリアミン」という用語は、以下のタイプのアミンおよびそれらのアミンの混合物を意味する：
Figure 2021506287
（式中、ｎ は２以上の整数である。）。
本明細書の他の箇所に記載されているように、ジフェニルメタン系列のジアミンおよびポリアミンは、ポリウレタンの前駆体であり、よく知られた方法によって生産することができる。前記ジフェニルメタン系列のジアミンおよびポリアミンの好ましい製造方法は例えば、ＥＰ １ ８１３ ５９８ Ａ１に開示されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
一実施形態では、ジフェニルメタン系列のジ−およびポリアミンの製造は、酸触媒の存在下でアニリンおよびホルムアルデヒドを反応させることによって実施される。一実施形態では、酸触媒として塩酸が使用される。ジフェニルメタン系列からジアミンおよびポリアミンを製造した後、酸触媒を水酸化ナトリウムの添加によって中和する。好ましくは、中和剤の添加が得られる中和混合物を、ジアミン、特にジフェニルメタン系列のポリアミン、ならびに過剰のアニリンおよび水相を含有する有機相に分離することができるように実施される。水相は、本明細書に記載の少なくとも１つの汚染物質を含有する高塩濃度廃水である。
本発明の別の実施形態において、高塩濃度廃水は、ジアリールカーボネートの製造工程から単離され、すなわち、当該製造工程に由来するものである。ジアリールカーボネート、より具体的にはジフェニルカーボネートの製造は、一般に、連続プロセスによって、ホスゲンの製造または導入によって、およびその後の、反応界面でのアルカリおよび窒素触媒の存在下での不活性溶媒中でのモノフェノールおよびホスゲンの反応によって行われる。ジアリールカーボネートの製造は、当業者においてよく知られている。好ましい生産方法はＵＳ２００８０５３８３６に記載されており、その全内容は参考として本明細書に取り込まれる。
本発明の別の実施形態において、高塩濃度廃水は、ポリカーボネートの製造工程から単離され、すなわち、当該製造工程に由来するものである。
高塩濃度廃水は、工程ａ）を実施する前に、１つ以上の精製工程に供されていてもよい。１つ以上の精製工程は、廃水中の溶媒残留物の量を減少させることを可能にする。これは、例えば、水蒸気で溶液をストリッピングすること、および／または吸着剤、特に活性炭で処理することによって達成することができる。さらに、廃水は濾過されることができる。さらに、高塩濃度廃水は、オゾン処理（オゾン処理）によって浄化されていてもよい。オゾン処理（オゾン化とも呼ばれる）は水中へのオゾンの注入に基づく化学的水処理技術である（例えば、国際公開ＷＯ２００００７８６８２号を参照のこと）。
さらに、廃水のＮａＣｌ濃度は本発明の方法の工程ａ）を実施する前に、例えば、膜蒸留プロセス、浸透蒸留または逆浸透によって濃縮されることが想定される。さらに、ＮａＣｌを含む組成物を濃縮するための好ましい方法が、本明細書の他の箇所に記載される。
有利なことに、本発明において、ハロフェラクス・メディテラネイ株の細胞は、高塩水中における本明細書で言及される少なくとも１つの汚染物質（ニトロベンゼン、ギ酸塩、フェノール、メチレンジアニリン、特に４，４'−メチレンジアニリン（ＩＵＰＡＣ名：ビス（４−アミノフェニル）メタン）およびアニリンからなる群から選択される少なくとも１つの汚染物質）の含有量を減少させることができることが示された。したがって、高塩濃度廃水、組成物Ａ、および組成物Ｂは、前記少なくとも１つの汚染物質を含むことが想定される。
本発明によれば、ニトロベンゼン、ギ酸塩、フェノール、メチレンジアニリン、特に４，４'−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）およびアニリンからなる群から選択される少なくとも１つの汚染物質の含有量は低減され、すなわち、高塩濃度廃水中の、したがって組成物ＡおよびＢ中の前記少なくとも汚染物質の含有量は、低減される。
本明細書で使用される「少なくとも１つの汚染物質」という用語は、１つ以上を意味する。したがって、１、２、３、４または５種の汚染物質の含有量を減少させることができる。好ましい実施形態では、１つの汚染物質の含有量が低減される。好ましい実施形態では、ギ酸塩、フェノール、メチレンジアニリン、特に４，４'−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）、およびアニリンの４つの汚染物質の含有量が本発明の方法によって減少される。別の好ましい実施形態では、本発明の方法に関して言及される５つ全ての汚染物質の含有量が、本発明の方法によって減少される。特に、前記含有量は同時に減少する。
したがって、高塩濃度廃水、組成物ＡおよびＢは、前記少なくとも１つの汚染物質、好ましくは少なくとも０．５ｍｇ／ｌのギ酸塩、０．５ｍｇ／ｌのフェノール、０．５ｍｇ／ｌのニトロベンゼン、０．５ｍｇ／ｌの４，４'−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）および／または０．５ｍｇ／ｌのアニリン、より好ましくは３ｍｇ／ｌのギ酸塩、３ｍｇ／ｌのフェノール、３ｍｇ／ｌのニトロベンゼン、３ｍｇ／ｌの４，４'−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）および／または３ｍｇ／ｌのアニリンを含む。
汚染物質であるアニリンについては、以下のとおりである：
好ましくは、高塩濃度廃水、組成物Ａおよび／または組成物Ｂは、少なくとも０．５ｍｇ／ｌの量で、より好ましくは少なくとも２ｍｇ／ｌの量で、最も好ましくは少なくとも５ｍｇ／ｌの量でアニリンを含む。さらに、組成物Ａ（またはＢ）は、少なくとも１０ｍｇ／ｌの量、特に少なくとも２０ｍｌ／ｌの量のアニリンを含むことが想定される。
また、好ましくは、高塩濃度廃水、組成物Ａおよび／または組成物Ｂは、アニリンを１〜１００ｍｇ／ｌの量で、より好ましくは２〜５０ｍｇ／ｌの量で、最も好ましくは２〜２０ｍｇ／ｌの量で含む。さらに、２〜１２ｍｇ／ｌの量のアニリンを含むことが想定される。
汚染物質であるギ酸については、以下のとおりである：
好ましくは、高塩濃度廃水、組成物Ａおよび／または組成物Ｂは少なくとも１０ｍｇ／ｌの量のギ酸塩を含み、より好ましくは少なくとも３０ｍｇ／ｌの量であり、最も好ましくは少なくとも１００ｍｇ／ｌの量である。
また、好ましくは高塩濃度廃水、組成物Ａおよび／または組成物Ｂは１０ｍｇ／ｌ〜１０ｇ／ｌの量のギ酸塩を含み、より好ましくは３０ｍｇ／ｌ〜１ｇ／ｌの量であり、最も好ましくは５０〜５００ｍｇ／ｌの量である。
汚染物質であるニトロベンゼンについては、以下のとおりである：
好ましくは、高塩濃度廃水、組成物Ａおよび／または組成物Ｂは少なくとも１ｍｇ／ｌの量で、より好ましくは少なくとも５ｍｇ／ｌの量で、最も好ましくは少なくとも１０ｍｇ／ｌの量でニトロベンゼンを含む。
また、好ましくは、高塩濃度廃水、組成物Ａおよび／または組成物Ｂはニトロベンゼンを１〜１００ｍｇ／ｌの量で、より好ましくは２〜５０ｍｇ／ｌの量で、最も好ましくは２〜２０ｍｇ／ｌの量で含む。
汚染物質４，４'−メチレンジアニリンについては、次のとおりである：
好ましくは高塩濃度廃水、組成物Ａおよび／または組成物Ｂは４，４'−メチレンジアニリンを少なくとも０．２５ｍｇ／ｌの量で、より好ましくは少なくとも０．５ｍｇ／ｌの量で、最も好ましくは少なくとも１ｍｇ／ｌの量で含む。さらに、４，４'−メチレンジアニリンを少なくとも３ｍｇ／ｌの量で含むことが想定される。
また、好ましくは高塩濃度廃水、組成物Ａおよび／または組成物Ｂは４，４'−メチレンジアニリンを０．２５〜３０ｍｇ／ｌの量で、より好ましくは１〜１０ｍｇ／ｌの量で、最も好ましくは２〜７ｍｇ／ｌの量で含む。さらに、４，４'−メチレンジアニリンを０．５〜２０ｍｇ／ｌの量で含むことが想定される。
汚染物質フェノールについては、次のとおりである：
好ましくは高塩濃度廃水、組成物Ａおよび／または組成物Ｂはフェノールを少なくとも１ｍｇ／ｌの量で、より好ましくは少なくとも５ｍｇ／ｌの量で、最も好ましくは少なくとも１０ｍｇ／ｌの量で含む。さらに、それは、少なくとも２０ｍｇ／ｌの量のフェノールを含むことが想定される。
また、好ましくは高塩濃度廃水、組成物Ａおよび／または組成物Ｂはフェノールを１〜５００ｍｇ／ｌの量で、より好ましくは５〜１００ｍｇ／ｌの量で、最も好ましくは５〜５０ｍｇ／ｌの量で含む。さらに、フェノールを５〜２０ｍｇ／ｌの量で含むことが想定される。
好ましくは組成物Ａが５０ｍｇ／ｌを超える、より好ましくは６０ｍｇ／ｌを超える、さらにより好ましくは６０ｍｇ／ｌを超える、最も好ましくは６５ｍｇ／ｌを超える全有機炭素（「ＴＯＣ」）含有量を有する。さらに、組成物Ａは７０ｍｇ／ｌを超える、特に７０ｍｇ／ｌを超えるＴＯＣ(全有機炭素）含有量を有することが想定され、好ましくは組成物Ａが１０００ｍｇ／ｌ以上までの全有機炭素（「ＴＯＣ」）含有量を有することができる。
本発明によれば、高塩濃度廃水中の少なくとも１つの汚染物質の含有量、すなわち組成物Ａおよび組成物Ｂ中の少なくとも１つの汚染物質の含有量は、それぞれ低減される（用語「含有量」、「量」および「濃度」は本明細書では互換的に使用される）。前記少なくとも１つの汚染物質がニトロベンゼン、ギ酸塩、フェノール、メチレンジアニリン、特に４，４'−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）およびアニリンからなる群から選択される。本明細書で使用される用語「低減する」は、高塩濃度廃水の汚染物質含有量（すなわち、少なくとも１つの汚染物質の）の有意な低減を指すものとする。好ましくは、この用語がそれぞれ、高塩濃度廃水、組成物Ａおよび組成物Ｂ中に存在する前記汚染物質の総含有量の少なくとも３０％、少なくとも５０％、少なくとも７０％、または特に少なくとも９０％、または少なくとも９５％の減少を意味する。したがって、組成物Ｂ（または組成物Ａ）において本明細書で言及される汚染物質の総含有量は、少なくとも３０％、少なくとも５０％、少なくとも７０％、または特に少なくとも９０％、少なくとも９５％低減される。
得られる組成物Ｃ、すなわち処理された廃水は、好ましくは５ｍｇ／ｌ未満の量のアニリンを含む。より好ましくは、それは１ｍｇ／ｌ未満、最も好ましくは０．２ｍｇ／ｌ未満の量のアニリンを含む。
また、好ましくは、処理された廃水が本発明の方法が実施された後、１５ｍｇ／ｌ未満、より好ましくは１０ｍｇ／ｌ未満、最も好ましくは５ｍｇ／ｌ未満の量のギ酸塩を含む。
また、好ましくは、処理された廃水が本発明の方法が実施された後、１５ｍｇ／ｌ未満、より好ましくは１０ｍｇ／ｌ未満、最も好ましくは５ｍｇ／ｌ未満の量のニトロベンゼンを含む。
また、好ましくは、処理された廃水が本発明の方法が実施された後、１５ｍｇ／ｌ未満、より好ましくは１０ｍｇ／ｌ未満、最も好ましくは５ｍｇ／ｌ未満の量の４，４'−メチレンジアニリンを含む。
また、好ましくは、処理された廃水が本発明の方法が実施された後に、１５ｍｇ／ｌ未満、より好ましくは１０ｍｇ／ｌ未満、最も好ましくは５ｍｇ／ｌ未満の量のフェノールを含む。
さらに、前記少なくとも１つの汚染物質が完全に除去されることが想定される。
本発明の方法を実施することによって、ＴＯＣ含有量も（すなわち、少なくとも１つの汚染物質の含有量に加えて）低減される。好ましくは、処理された廃水（特に、本明細書の他の箇所に記載されるように、組成物Ｂから細胞を分離した後の廃水）が、４０ｍｇ／ｌ未満、より好ましくは３０ｍｇ／ｌ未満、最も好ましくは２０ｍｇ／ｌ未満のＴＯＣ含量を有する。
好ましくは、本明細書で言及される少なくとも１つの汚染物質の含有量は、本明細書で言及されるハロフェラクス・メディテラネイ細胞の存在、すなわち、その活性によって低減される。好ましくは、前記含有量が前記細胞による汚染物質の分解によって低減される。廃水、または組成物ＡまたはＢの希釈による少なくとも１つの汚染物質の濃度の減少は、前記少なくとも１つの汚染物質の含有量の減少とは見なされない。したがって、用語「少なくとも１つの汚染物質の含有量を減少させる」は、希釈効果（例えば、過食塩水または組成物ＡまたはＢを希釈すること）により生じる前記少なくとも１つの汚染物質の濃度の減少を包含しない。
本発明に従って使用される細胞は、ハロフェラクス・メディテラネイ細胞である。好ましくは、前記細胞は、ＤＳＭ（Ｄｅｕｔｓｃｈｅ Ｓａｍｍｌｕｎｇ ｖｏｎ Ｍｉｋｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｅｎ ｕｎｄ Ｚｅｌｌｋｕｌｔｕｒｅｎ、Ｂｒａｕｎｓｃｈｗｅｉｇ、Ｇｅｒｍａｎｙ）にＤＳＭ番号１４１１で寄託されたハロフェラクス・メディテラネイ株由来の細胞である。従って、ハロフェラクス・メディテラネイ ＤＳＭ １４１１株由来の細胞が使用されることが意図される（本明細書中ではＨＦＸと略される）。この株は、Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ−Ｖａｌｅｒａ、Ｆ．、Ｊｕｅｚ、Ｇ．、Ｋｕｓｈｎｅｒ、ＤＪ（１９８３）のHalobacterium mediterranei sp. nov., a new carbohydrate-utilizing extreme halophile. Syst.Appl.Microbiol. 4 : 369-381において記載されている。この文献はすべて参考として本明細書に取り込まれる。
この株を培養する方法は、当該技術分野において周知である。例えば、適切な培養条件は、この株についてのＤＳＭＺデータベースから評価することができる。この株のための適切な培地組成物は、本願実施例１に記載される。
工程ｂ）において組成物Ａと接触させる（すなわち組成物Ａと混合する）細胞は、生存可能な、すなわち生細胞である。細胞が生存可能であるか否かを評価する方法は、周知の方法によって評価することができる。もちろん、組成物Ａと混合される細胞の特定の割合は、生存可能ではない場合もあるかもしれないが、当業者には理解できるであろう。
１の実施形態において、ハロフェラクス・メディテラネイ細胞の懸濁液が組成Ａと混合される。当該細胞は、好ましくは、それぞれの株の細胞の前培養物に由来する。懸濁液は、適切な基質（すなわち、炭素源）を含むものとする。必要ではないが、細胞の前培養は、本明細書で言及される少なくとも１つの汚染物質の存在下で行うことができる。
混合される、すなわち組成物Ａと接触される、本明細書中で言及されるハロフェラクス・メディテラネイ細胞の量は、当業者によって決定され得る。混合される細胞量は、高塩濃度廃水、したがって組成物ＡおよびＢ（高塩濃度廃水を含む）において、本明細書で言及される少なくとも１つの汚染物質の十分な低減を可能にするものとする。この量は例えば、本発明の方法によって処理される組成物Ａの体積に依存する。一般に、処理される組成物Ａの体積が大きいほど、使用される細胞の量は大きくなければならない。これは、当業者には理解されるであろう。
混合は、適切な容器内で行うことができる。一実施形態では、混合はバイオリアクター内で行われる。本明細書で使用される「バイオリアクター」という用語は、本明細書で言及される少なくとも１つの汚染物質の含有量の減少を可能にするように条件が厳密に制御されるシステムを意味する。一実施形態では、前記バイオリアクターは撹拌タンクリアクターである。好ましくは、バイオリアクターがステンレス鋼などの非腐食性材料から作製される。バイオリアクターは組成物Ｂのインキュベーションに有用である限り、任意のサイズであり得、好ましくは、バイオリアクターが上記少なくとも１つの汚染物質の含有量の大規模な減少を可能にする。したがって、バイオリアクターは、少なくとも１、１０、１００、５００、１０００、２５００、または５０００リットルの体積、または任意の中間体積を有することが想定される。しかしながら、本発明の方法を、５〜１００ｍｌの組成物Ｂを用いるなど、低スケールで実施することもまた想定される。
組成物Ｂは、ハロフェラクス・メディテラネイ細胞による前記少なくとも１つの汚染物質の含有量の減少を可能にする培地成分をさらに含んでもよい。このような媒体構成要素は当技術分野では周知であり、例えば、ＮＨ4Ｃｌ、ＫＨ2ＰＯ4、Ｎａ2ＳＯ4、ＭｇＣｌ2（例えば、ＭｇＣ 2 ＊ ６Ｈ2Ｏ）、ＦｅＣｌ３、ＭｇＳＯ４、ＣａＣｌ2（例えば、ＣａＣｌ2 ＊ ２Ｈ2Ｏ）、ＫＢｒおよびＫＣｌを含む。一実施形態では、組成物Ｂが蛍光体源、窒素源、硫黄源、カリウム源および／またはマグネシウム源（媒体成分として）を含む。組成物Ｂは、鉄、銅、亜鉛およびコバルトなどの微量元素をさらに含んでもよい。一実施形態では、培地成分が組成物Ａを細胞と接触させた後、すなわち組成物と細胞とを混合した後、（工程（ｂ）に規定されるように）組成物Ｂに添加される。
当業者であれば、特段の努力を要せずに、適切な培地成分の選択を行うことができるであろう。さらに、当業者は、特段の努力を要せずに、培地成分の適切な濃度を決定することができる。
例えば、以下の培地成分についての以下の濃度範囲および濃度が適切であると考えられる。しかし、本発明は、上記に言及した培地成分および以下の濃度範囲に限定されない。
組成物Ｂ中の濃度：
・ ＮＨ4Ｃｌ： ０．５〜３ｇ／ｌ、例えば１．５ｇ／ｌ
・ ＫＨ2ＰＯ4： ０．０５ 〜 ０．５ｇ／ｌ、例： ０．１５ｇ／ｌ
・ ＭｇＣｌ2 ＊６Ｈ2Ｏ： ０．５ 〜 ３ｇ／ｌ、例： １．３ｇ／ｌ
・ ＣａＣｌ2 ＊２Ｈ2Ｏ： ０．１ 〜 ２ｇ／ｌ、例： ０．５５ｇ／ｌ
・ ＫＣｌ： ０．５〜３ｇ／ｌ、例えば１．６６ｇ／ｌ
・ ＭｇＳＯ４・７Ｈ2Ｏ： ０．５〜３ｇ／ｌ、例えば１．１５ｇ／ｌ
・ ＦｅＣｌ3： ０．００１ 〜 ０．１ｇ／ｌ、例： ０．００５ｇ／ｌ
・ ＫＢｒ： ０．１〜２ｇ／ｌ、例えば０．５ｇ／ｌ
・ ＭｎＣｌ2・４Ｈ2Ｏ： ０．００１〜０．１ｇ／ｌ、例えば０．００３ｇ／ｌ
培地成分のさらなる好ましい濃度を、実施例の表１に記載する。さらに、組成物は微量元素を含んでもよい。
本発明の好ましい実施形態では、組成物Ｂが基質をさらに含む。当該基質は、ハロフェラクス・メディテラネイ細胞の増殖を可能にする。基質が株の増殖を可能にするか否かは、当業者によって容易に評価され得る。
一実施形態では、前記基質がニトロベンゼン、ギ酸塩、フェノール、メチレンジアニリン、特に４，４’メチレンジアニリン（ＭＤＡ）およびアニリンからなる群から選択される少なくとも１つの汚染物質に加えて存在し、汚染物質は分解されるだけであり、基質として使用されない。したがって、基質は前記少なくとも１つの汚染物質ではない、すなわちニトロベンゼン、ギ酸塩、フェノール、メチレンジアニリン、特に４，４’−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）およびアニリンではないと考えられる。したがって、基質は、本明細書では共基質（ｃｏ−ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）とも呼ばれる。
好ましくは、前記基質の存在によって、例えばアニリンおよびギ酸塩の含有量の減少が改善され得る（実施例を参照のこと）。例えば、グリセロールの添加は、全ての汚染物質（ギ酸塩、アニリン、ＭＤＡ、ニトロベンゼンおよびフェノール）の分解速度を有意に増加させる（実施例および図１を参照のこと）。
好ましくは、基質は組成物Ｂに添加される。したがって、基質は組成物Ａ中に存在しないか、または本質的に存在しないことが想定される。好ましくは前記基質が炭水化物(ハロフェラクス・メディテラネイ細胞の増殖を可能にする）であり、より好ましくは前記基質がグリセロール、有機酸、または糖(ハロフェラクス・メディテラネイ細胞の増殖を可能にする）であり、より好ましくは基質がグリセロール、酢酸塩、グルコース、スクロース、乳酸塩、リンゴ酸塩、コハク酸塩、およびクエン酸塩から選択される。特に好ましい実施形態では、基質はグリセロールである。
好ましくは、インキュベーションが連続プロセスとして実施される場合、組成物Ｂの基質を含む。基質は連続モードでの分解の安定性を達成するために、遅い速度でのバイオマス増殖を可能にするものとする。有利には、例えば、さらなる基質であるグリセロールを組成物Ｂ、すなわち組成物Ｂを含有する反応器に連続的に添加した場合、細胞がそれらの最大増殖速度で増殖すると、アニリンの含有量が連続的に分解され得ることが観察された。
基質のための適切な濃度または濃度範囲は、特段の努力を要せずに、当業者によって決定され得る。廃水（組成物Ａ）中の前記少なくとも１つの汚染物質の含有量の減少、したがって本明細書で言及されるインキュベーションは、好ましくは炭素制限下で行われる。したがって、成長などの基質の濃度は、遅い速度でのバイオマス成長を可能にすることが想定される。それによって、前記少なくとも１つの汚染物質の含有量を連続的に減少させることを可能にする新鮮なバイオマスが製造される。好ましくは、基質が細胞によって完全に取り込まれる量で組成物Ｂに添加される。従って、基質の添加によってＴＯＣ含有量が増加しないことが想定される。
例えば、組成物Ｂ中の基質、特に上述の基質の濃度は、０．５ｇ／ｌ〜１０ｇ／ｌ、特に０．５ｇ／ｌ〜５ｇ／ｌであることが想定される。
本発明の一実施形態では、さらなる培地成分および／または適切な基質を、特に組成物Ａおよびハロフェラクス・メディテラネイ細胞を混合した後に、組成物Ｂに添加する。例えば、さらなる培地成分および／または適切な基質は、組成物Ｂのインキュベーションの開始時または組成物Ｂのインキュベーション中（例えば、連続的または断続的に）であり得る。
もちろん、基質は組成物Ｂに含まれる細胞によって特定の速度で代謝されるので、基質の濃度はインキュベーション中に変化する。従って、基質濃度は一定ではないかもしれない。それにもかかわらず、基質含量の減少を補うために、インキュベーションの間に追加の基質を添加してもよい。
本発明の方法によれば、工程（ｂ）において組成物Ａを前記細胞と接触させることは得られる組成物Ｂの体積を（組成物Ａの体積と比較して）有意に増加させないことが想定される。従って、組成物Ｂの主成分は組成物Ａであるべきである。それゆえ、工程（ｂ）では組成物Ａを大幅に希釈しない。希釈係数が好ましくは１．２未満、より好ましくは１．１未満、最も好ましくは１．０５未満である。さらに、希釈係数は、１．０３または１．０２未満であることが想定される。本明細書で使用される用語「希釈係数」は、好ましくは組成物Ａの体積に対する組成物Ｂの体積の比率を意味する。換言すれば、組成物Ｂは、組成物Ｂの総重量に基づいて、組成物Ａの少なくとも８０重量％、より好ましくは少なくとも９０重量％、最も好ましくは少なくとも９５重量％を含む（特に、これらよりなる）。さらに、組成物Ｂは、組成物Ｂの総重量に基づいて、組成物Ａを少なくとも９７重量％または９８重量％含む（特に、これらよりなる）ことが想定される。希釈係数は無視できるので、組成物Ａは組成物Ｂと同じ、または本質的に同じ含有量の前記少なくとも１つの汚染物質およびＮａＣｌを含むことが想定される。したがって、組成物Ａまたは過食塩水に提供されるＮａＣｌおよび少なくとも１つの汚染物質の濃度は、好ましくは組成物Ｂ中のＮａＣｌおよび少なくとも１つの汚染物質の濃度でもある。もちろん、組成物Ｂ中の前記少なくとも１つの汚染物質の濃度は、ハロフェラクス・メディテラネイ細胞の活性に応じて減少する。
組成物Ａを前記細胞と接触させた後、得られた組成物Ｂをインキュベートすることで、ハロフェラクス・メディテラネイによる少なくとも１つの汚染物質の減少が可能となる。したがって、本発明の方法は、好ましくは組成物Ｂをインキュベートするさらなる工程（ｃ）を含み、このインキュベーション工程において、前記少なくとも１つの汚染物質の含有量が低減される。
したがって、本発明は、特に、高塩濃度廃水（すなわち、高塩分廃水を含む組成物）におけるニトロベンゼン、ギ酸塩、フェノール、メチレンジアニリン、特に４，４’−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）、およびアニリンからなる群から選択される少なくとも１つの汚染物質の含有量を減少させるための方法に関し、当該方法は以下の工程を含む：
（ａ）前記高塩濃度廃水および前記少なくとも1つの汚染物質を含む組成物Ａを提供する工程、
（ｂ）前記組成物Ａをハロフェラクス・メディテラネイ（Ｈａｌｏｆｅｒａｘ ｍｅｄｉｔｅｒｒａｎｅｉ）細胞と接触させ、前記組成物Ａおよびハロフェラクス・メディテラニ細胞を含む組成物Ｂを生成する工程、および
（ｃ）前記組成物Ｂをインキュベートし、それによって前記少なくとも１つの汚染物質の含有量を減少させる工程。
組成物Ｂのインキュベーションは適切な条件下、すなわち、本明細書で言及される前記ハロフェラクス・メディテラネイ株の細胞による前記少なくとも１つの汚染物質の含有量の減少を可能にする条件下において実施される。好ましくは、インキュベーションはバイオリアクター中で行われる。
好ましくは、組成物Ｂのインキュベーション（したがって、前記少なくとも１つの汚染物質の含有量の減少）は、組成物ＢのｐＨ値が６．０〜８．２の範囲、より好ましくは６．２〜７．６の範囲、最も好ましくは６．８〜７．４の範囲で行われる。最適ｐＨ値は７．２である。
さらに、前記インキュベーションは、好ましくは１８℃〜５５℃の温度、より好ましくは２５℃〜４５℃の温度、さらにより好ましくは３０℃〜４０℃の温度、最も好ましくは３５℃〜４０℃の温度で実施されることが想定される。最適温度は３７℃である。
前記減少は、一定の温度で行われることが想定される。しかしながら、インキュベーション中に温度が変化することも考えられる。本発明の好ましい実施形態において、組成物Ｂの温度は、インキュベーション中にモニターされる。
本発明の方法の好ましい実施形態では、組成物Ｂは（インキュベーション中に）撹拌される。
前記インキュベーションは、好気性条件下で行われる。好ましくは、好気性条件は、空気または精製酸素を組成物Ｂに連続的に添加することによって維持される。
好ましくは、組成物Ｂが５．８〜８．５、より好ましくは６．０〜８．０、最も好ましくは６．２〜７．５の範囲のｐＨ値を有する。従って、インキュベーションは、好ましくは５．８〜８．５の範囲、好ましくは６．２〜７．５の範囲のｐＨ値で実施される。好ましい態様において、組成物ＢのｐＨ値は、インキュベーション中にモニターされる。培養の間、ｐＨ値は一定に保たれることが想定される。これは、例えば、ＨＣｌを添加することによって達成することができる。
インキュベーション工程における細胞のバイオマスの濃度は、前記少なくとも１つの汚染物質の含有量の減少を可能にする任意の濃度であり得る。例えば、バイオマス濃度は、０．２〜１０ｇ／ｌの範囲、特に０．５〜４．５ｇ／ｌの範囲であり得る。例えば、２５０ｍｇ／ｌアニリンの最適バイオマス濃度は１．６ｇ／ｌである。従って、バイオマス濃度は、１．３〜１．９ｇ／ｌの範囲であることも想定される。
上述のように、本発明の方法は、好ましくは大規模（ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ）で実施される。したがって、組成物Ｂは、好ましくは、少なくとも１、１０、１００、５００、１０００、２５００、または５０００リットルの体積、または任意の中間的な体積を有する。しかし、（例えば、試験のために）少なくとも５ｍｌまたは１００ｍｌの体積のようなより小さい体積も、本発明において想定される。
本発明の方法、特に本発明の方法の工程（ｃ）において本明細書で言及されるインキュベーションは、好ましくはバッチ、流加または連続プロセスとして、特に、細胞保持を伴うバッチ、流加または連続プロセス（好ましくはバイオリアクター中）として実施される。従って、組成物Ｂは、バッチ、流加、または連続条件下でインキュベートされる。「バッチ・プロセス」とは、培養工程の開始時に、最終的に基質及び更なる培地成分、組成物Ａ並びに細胞自体を含む細胞を培養するために使用される全ての成分が提供される細胞を培養する方法をいうことが好ましく、バッチ法はある時点で停止され、処理された高塩濃度廃水が単離されることが好ましい。本明細書で使用される「流加プロセス（ｆｅｄ−ｂａｔｃｈ ｐｒｏｃｅｓｓ）」とは、培養工程の開始後のある時点で、追加の培地成分及び／又は基質のような追加の成分が培養物に提供される細胞を培養する方法をいう。Ａ流加培養は、好ましくはある時点で停止され、培地中の細胞および／または成分が回収され、処理された高塩濃度廃水が単離される。
特に好ましい実施形態では、本発明の方法、したがって本明細書で言及されるインキュベーションは、上記で言及される基質（グリセロールまたは酢酸塩など）を使用する混合供給システムを用いた連続培養で実施される。
本発明の方法の好ましい実施形態では、組成物Ｂからハロフェラクス・メディテラネイ細胞を分離し、それによって組成物Ｃを与える工程をさらに含む。組成物Ｂのインキュベーション後、すなわち、工程（ｄ）として、組成物Ｂからの細胞の分離は組成物Ｂのインキュベーション後、すなわち、前記少なくとも１つの汚染物質の含有量の減少後に実施されるものとする。
得られる組成物Ｃ（本明細書では「処理された廃水」とも呼ばれる）には、本質的にハロフェラクス・メディテラネイ細胞が存在しない。換言すれば、組成物Ｃは当該細胞を含まない。
組成物Ｂからの前記細胞の分離は、適切であると考えられる全ての細胞保有手段によって達成することができる。例えば、細胞の分離は、遠心分離、濾過、またはデカンテーションによって達成され得る。好ましくは、濾過によって前記細胞が組成物Ｂから分離される。
さらに、細胞をビーズまたは固体支持体上に固定化することができ、それによって、組成物Ｂからの細胞の分離を可能にすることができる。
連続プロセスが実施される場合、分離された細胞が廃水にフィードバックされることもあり得る。従って、分離された細胞は、組成物Ａ、または特に組成物Ｂと接触される。
本発明の方法がバイオリアクター中で実施される場合、バイオリアクターは、好ましくは細胞保有のための手段を含む。好ましくは、バイオリアクターが濾過によって組成物Ｂから細胞を分離するのに適した膜を含む。
組成物Ｃは、好ましくは４０ｍｇ／ｌ未満、より好ましくは３０ｍｇ／ｌ未満、最も好ましくは２０ｍｇ／ｌ未満のＴＯＣ含量を有する。
本発明の好ましい実施形態において、組成物Ｃを濃縮し、それによって組成物Ｃ＊を与える工程をさらに含む。
当該工程は、処理された廃水のＮａＣｌ濃度を増加させ、すなわち、ＮａＣｌは組成物中で濃縮される。好ましくは、濃縮組成物Ｃ＊が組成物Ａの総体積に基づいて２０．０％(ｗ／ｖ)を超える濃度、特に２２％(ｗ／ｖ)を超える濃度のＮａＣｌを含む。これらのＮａＣｌ濃度は、塩素アルカリプロセスの供給流中で使用される場合に理想的な濃度である。
本発明によれば、組成物Ｃの濃度上昇は、適切と考えられる任意の方法による濃度とすることができる。好ましい方法は、逆浸透、限外濾過およびナノ濾過である。これらの方法では、濾過膜の片側に正の浸透圧をかける。さらに、濃縮は、蒸発によって達成することができる。
上述のように、組成物ＡおよびＢは、前記組成物の総体積に基づいて２０％(ｗ／ｖ)を超える濃度のＮａＣｌを含んでもよい。これらの濃度が使用される場合、原則として、処理された廃水を塩化ナトリウム電解プロセスに供する場合、濃縮工程は省略され得る。しかしながら、組成ＣおよびＣ＊は、さらなる精製工程に供することができる。本発明の方法の実施形態において、前記方法は、前記組成物からの無機成分の除去をさらに含む。前記無機成分は、媒体成分の微量元素および／または塩であることが好ましい。この除去は、組成物ＣまたはＣ＊を塩化ナトリウム電気分解にかける前に行うものとする。
上記の定義および説明は、本発明の以下の主題、特に塩素および／または水酸化ナトリウムの製造のための本発明の以下の方法、本発明の組成物、本発明のバイオリアクター、および本発明の使用に準用される。
本発明は、また、塩素および水酸化ナトリウムの製造方法であって、以下の工程を含む方法にも関する：
（ｉ）請求項１１または１２に記載の方法により組成物ＣまたはＣ＊を提供する工程、および
（ｉｉ）（ａ）による前記組成物を塩化ナトリウム電気分解プロセスに供し、塩素および水酸化ナトリウムを生成する工程。
当該方法の工程（ｉ）、すなわち、本発明の方法による組成物Ｃまたは本発明の方法による組成物Ｃ＊の提供は、好ましくはニトロベンゼン、ギ酸塩、フェノール、４，４’−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）および高生理食塩水のアニリンからなる群から選択される少なくとも１つの汚染物質の含有量を減少させるための方法の工程を含む。
一実施形態では、組成物Ｃが以下のステップによって提供される。
（ａ）前記高塩濃度廃水および前記少なくとも1つの汚染物質を含む組成物Ａを提供する工程、
（ｂ）前記組成物Ａをハロフェラクス・メディテラネイ（Ｈａｌｏｆｅｒａｘ ｍｅｄｉｔｅｒｒａｎｅｉ）細胞と接触させ、前記組成物Ａおよびハロフェラクス・メディテラニ細胞を含む組成物Ｂを生成する工程、
（ｃ）前記組成物Ｂをインキュベートし、それによって前記少なくとも１つの汚染物質の含有量を減少させる工程、および
（ｄ）前記組成物Ｂから前記細胞を分離し、組成物Ｃを得る工程。
組成物Ｃ＊が提供される場合、好ましくは、工程ｉｉ）は、組成物Ｃを濃縮し、組成物Ｃ＊を得るさらなる工程（ｅ）を含む。
塩化ナトリウムの電気分解は、当技術分野で周知の方法によって実施することができる。膜電気分解プロセスは通常、例えば、塩化ナトリウムを含有する溶液の電気分解のために使用される（この点については、Peter Schmittinger、ＣＨＬＯＲＩＮＥ、Wiley-VCH Verlag、２０００を参照のこと）。この方法では、２つに分割され、アノードを有するアノード空間と、カソードを有するカソード空間とを備える電解セルが使用され、アノード空間とカソード空間とはイオン交換膜によって分離される。塩化ナトリウムを含有し、通常３００ｇ／ｌを超える塩化ナトリウム濃度を有する溶液をアノード空間に導入する。陽極では塩化物イオンは塩素に酸化され、これは枯渇した塩化ナトリウム溶液（約２００ｇ／ｌ）と共にセルから排出される。ナトリウムイオンは、電界の作用下でイオン交換膜を通ってカソード空間に移動する。この移動の間、ナトリウムの各モルは、膜に応じて、３．５〜４．５モルの水を一緒に運ぶ。これは、陽極液が水中で枯渇することにつながる。アノード液とは対照的に、水は、水の電気分解によってカソード側で消費され、水酸化物イオンおよび水素を形成する。ナトリウムイオンと共に陰極液中に運ばれる水は、３０％の入口濃度および４ｋＡ／ｍ2の電流濃度で、３１〜３２質量％の水酸化ナトリウム濃度を産出物中に維持するのに充分である。カソード空間において、水は電気化学的に還元されて水酸化物イオンおよび水素を形成する。
また、陰極として、酸素と電子とが反応して水酸化物イオンを形成し、水素が形成されないガス拡散電極を用いることもできる。水酸化物イオンは、イオン交換膜を介してカソード空間に移動したナトリウムイオンと一緒になって水酸化ナトリウムを形成する。通常、３０重量％の濃度を有する水酸化ナトリウム溶液がカソードチャンバに供給され、３１〜３２重量％の濃度を有する水酸化ナトリウム溶液が排出される。その目的は、水酸化ナトリウムが通常５０％濃度の溶液として貯蔵または輸送されるので、非常に高濃度の水酸化ナトリウムを達成することである。しかしながら、市販の膜は現在、３２重量％を超える濃度を有するアルカリ溶液に対して耐性がないので、水酸化ナトリウム溶液は熱蒸発によって濃縮されなければならない。
塩化ナトリウムの電気分解の場合、追加の水が塩化ナトリウムを含むこの溶液を介して陽極液に導入されるが、水は膜を介して陰極液に排出されるだけである。塩化ナトリウムを含有する溶液を介して、陰極液に輸送することができるよりも多くの水を導入すると、陽極液は塩化ナトリウムが枯渇し、電気分解を連続的に操作することができなくなる。非常に低い塩化ナトリウム濃度の場合には、酸素形成の二次反応が起こるのであろう。
本発明の方法の好ましい実施形態では、電気分解は、塩化ナトリウムの膜セル電気分解、特に、酸素消費電極を使用する膜電気分解、塩化ナトリウムの隔膜セル電気分解、または塩化ナトリウムの水銀セル電気分解である。
本発明はさらに、本発明の方法に関連して本明細書中において上記で定義された組成物Ｂに関する。したがって、本発明は、高塩水廃水、ニトロベンゼン、ギ酸塩、フェノール、４，４’−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）およびアニリンからなる群から選択される少なくとも１つの汚染物質、ならびハロフェラクス・メディテラネイ細胞を含む組成物Ｂに関する。
アニリンおよび／またはギ酸塩含有量を減少させるための本発明の方法に関連して、前記少なくとも１つの汚染物質またはさらに好ましいＮａＣｌ濃度の好ましい含有量／濃縮が開示される。さらに、組成物は、上記のような成分（さらなる媒体成分および／または適切な基材など）を含んでもよい。
さらに、本発明は、少なくとも１リットルの本発明の組成物Ｂを含むバイオリアクターに関する。
さらに、本発明は、高塩濃度廃水におけるニトロベンゼン、ギ酸塩、フェノール、４，４’−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）およびアニリンからなる群から選択される少なくとも１つの汚染物質の含有量を減少させるためのハロフェラクス・メディテラネイ細胞の使用に関する。特に、本発明は、組成物Ｂの前記少なくとも１つの汚染物質の含有量を減少させるための前記細胞の使用に関する。
前記少なくとも１つの汚染物質の含有量を減少させる本発明の方法に関連して本明細書で上記に与えられた定義および説明は、それに応じて、前述の用途に適用される。したがって、前述の使用によれば、前記少なくとも１つの汚染物質の含有量は、好ましくは本発明の方法に関連して本明細書で前述したように低減される。
本明細書において引用される全ての参考文献は、それらの開示内容全体および本明細書において具体的に言及される開示内容に関して、参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、以下の実施例によって単に説明される。前記実施例は、いかなるものであっても、本発明の範囲を限定するように解釈されるべきではない。
実施例１：振盪フラスコにおける分解実験
株および培地
ハロフェラクス・メディテラネイ (ＤＳＭ １４１１）（ここでは「ＨＦＸ」という。）野生型株をＤＳＭＺ-ドイツの微生物および細胞培養のコレクションから購入した。接種物調製のための振盪フラスコ培養物を、以下の組成(g/l)を有するＤＳＭＺによって示唆される培地番号９７においてわずかな改変を伴って、実験室インキュベーター（Ｉｎｆｏｒｓ、スイス）中で１８０ｒｐｍおよび３７℃で増殖させた。培地番号９７の組成(g/l)：ＮａＣｌ２５０、ＭｇＳＯ４・７Ｈ2Ｏ ２０．０、ＫＣｌ ２．０、Ｎａ−Ｃｉｔｒａｔｅ ３．０、ＦｅＳＯ４・７Ｈ2Ｏ ０．０５、ＭｎＳＯ４・Ｈ2Ｏ、イーストエキス１０．０およびブドウ糖５．０; ｐＨ ７．０。５００ｍｌ三角フラスコおよび培地は常に滅菌した。
分析
細胞増殖の指標としての濁度を、Shimadzu UV/Vis分光光度計を用いて６００ｎｍで様々な時間隔で測定した。
培養上清中の残留ギ酸塩、酢酸塩およびグリセロール濃度を、ＨＰＬＣを用いて測定した。ＨＰＬＣ (Thermo-Fisher)法は３０℃でのＢｉｏ−ＲａｄからのAminex HPX−８７Ｈカラム、流量０．５ｍｌ／ｍｉｎでのＭＱ水中の等極性溶離液０．１％ TFAに続き、２１０ｎｍでのＵＶ検出を用いて実施した。注射容量２０μｌでの定量限界は、ギ酸塩および酢酸塩について５ｍｇ／ｌであった。定量に使用した標準は、サンプルと同じ塩味のマトリックス中で調製した。
培養上清中の残留アニリン、フェノール、ニトロベンゼンおよびＭＤＡ濃度を、ＨＰＬＣを用いて測定した。ＨＰＬＣ (Thermo−Ｆｉｓｈｅｒ）法を、Acclaim PA C−１６ ３μｍカラム（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｆｉｓｈｅｒ）を用いて行った。アセトニトリル、２５mM KH2 ＰＯ4（ｐＨ ３．５）緩衝液およびＭＱを移動相として使用し、１９０ｎｍの紫外線で検知した。５μｌの注入容量で、アニリン１ｐｐｍ、フェノール０．５ｍｇ／、ニトロベンゼン１ｐｐｍ、および４，４’ＭＤＡ ０．１ｍｇ／ｌの定量限界であった。より低い濃度も検出可能であった。
振盪フラスコ実験におけるギ酸分解
ハロフェラクス・メディテラネイ (ＤＳＭ １４１１）は、成長のために少なくとも１０％(ｗ／ｖ)のＮａＣｌを必要とする極端に好塩性古細菌である。２０〜２５％ NaCl(ｗ／ｖ)の濃度において最適な増殖が報告されている。
ギ酸塩実験のために、当該細胞を、０．３７ｇ／Ｌギ酸塩および１５％(ｗ／ｖ)ＮａＣｌを含有する実際の工業用ブライン中で培養した。塩水のｐＨを７．０に調整した後、表１に従って培地成分を補充した。培地は、発酵前に滅菌されていなかった。培地Ｄは、表２に示す組成を有する合成培地である。
Figure 2021506287
振盪フラスコに、複合炭素源または窒素源を全く含まない予備培養物を接種した。接種材料は、いかなる残留炭素源も含まなかった。振盪フラスコに接種して、２００ｍｌの総体積中で０．２５の開始ＯＤを達成した。細胞を、５００ｍｌ振盪フラスコを使用して、１８０ｒｐｍおよび３７℃で実験室インキュベーター（Ｉｎｆｏｒｓ、スイス）中で増殖させた。
実験は、細胞のみを用いた対照実験と共に行った。
Figure 2021506287
Figure 2021506287
ＨＦＸがギ酸塩を分解する能力を振盪フラスコ実験で調べた。３つの異なる培地を、Ａ）グリセロール、Ｂ）酢酸塩およびＣ）ギ酸塩を添加して調製した。ＡおよびＢはＨＦＸが共基質の存在下でギ酸塩を取り込むことができるかどうかを示し、試験Ｃはギ酸塩がＨＦＸの増殖を支持するかどうかを示すものである。細胞増殖およびギ酸分解の両方を、多数のサンプリングによってモニターした。
第２の基質（例えば、グリセロールまたは酢酸塩）が存在した場合、ギ酸塩が急速に分解されたことが検出された。これらの実験では、ギ酸塩と共基質を同時に取り上げた。
追加のギ酸塩を工業用ブライン（培地Ｃ）に補充することによって、ギ酸塩を取り込み、バイオマスに変換することができるかどうかを調べた。その結果、ギ酸塩は分解されたが、増殖は検出されなかったことが示され、ギ酸塩がエネルギー源としてＨＦＸによって使用されるが、バイオマス生産には使用されないことが示された。
さらなる実験により、ＨＦＸがギ酸塩の分解のために第２の炭素源を必要とすることが示された。アニリン、ＭＤＡおよびニトロベンゼンのような有機汚染物質を含むことが知られている産業廃棄物流である培地Ｃとは対照的に、培地Ｄは炭素源としてギ酸塩のみを含有した。この培地では、ギ酸塩の増殖も分解も検出できなかった。
実施例２：振盪フラスコにおけるアニリンおよびフェノール取り込み試験
アニリン取り込み実験のために、合成的に規定された培地を調製した。培地組成を以下に列挙する：
Figure 2021506287
この株を用いて、アニリン取り込みについて実験を行った。複合培地上で予め増殖させた細胞を、３０００ｒｐｍで５分間の遠心分離によって回収した。細胞を洗浄し、そして１００ｍｌのそれぞれの合成規定培地および１５％ ｗ／ｖ ＮａＣｌ(炭素源としてのみアニリンを含む）を含む振盪フラスコに溶解し、そして３７℃の温度でインキュベートし、そして撹拌した。ゼロ時間でＯＤ６００を測定し、１ｍｌのサンプルを参照としてＨＰＬＣ分析のために保存した。アニリン上での成長および残留アニリン濃度をモニターした。ハロフェラクス・メディテラネイ株は増殖のための供給源としてアニリンを使用することができないが、経時的な残留アニリン濃度はアニリンが最初のアニリン濃度に依存して、合成培地上および実際のブライン上の両方で、培養培地から完全に除去されたことを示す。この場合の第２の基質の存在下では、バイオマス濃度の５０〜１００ｍｇ／ｌのフェノール増加およびより良好なアニリン分解が検出された。フェノールの増殖もまた、アニリンの非存在下で検出された。アニリンおよびフェノールの分解を、他のプロセス・パラメーターを制御することができるように、振盪フラスコならびにバイオリアクターにおけるより詳細な実験において調査した。
実施例３：アニリン分解のための最適培養条件
多変量実験デザインを用いたアニリン試験
ＨＦＸによるアニリン分解の最適条件を見出すために、実験の多変量設計を使用した。３つのパラメータ（デルタバイオマス、残留アニリン濃度およびｐＨ）に対する３つの因子（ｐＨ、アニリン濃度およびＮａＣｌ濃度）の影響を評価するために、実験の分数因子設計を行った。この実験で検討した因子を、それぞれの範囲と共に（表５）に示す。
Figure 2021506287
この実験のために、統計ツールＭｏｄｄｅによって１１の実験が示唆された。実験は、３７℃および１７０ｒｐｍストロークで合成規定培地上で振盪フラスコ中で行った。バイオマス濃度、ｐＨ変化および残留アニリン濃度を２４時間隔で測定した。１４４時間後に得られた測定値をＭｏｄｄｅによって分析した。
デルタアニリンについて有効なモデルを得た。アニリンは、全ての実験において分解された。係数プロットは、初期アニリン濃度およびｐＨオンアニリン分解の有意性を示した。ＨＦＸ細胞による最良のアニリン分解はｐＨ ６．２、１２％ ｗ／ｖのＮａＣｌおよび１５ｍｇ／ｌのアニリンで起こり、１４４時間後に９４％のアニリンが分解された。
種々の塩濃度でのアニリン分解
アニリンの分解を、振盪フラスコ実験において炭素源として３０ｍｇ／ｌのアニリンを含有する合成培地中０〜２０％ ｗ／ｖの種々の塩濃度で研究した。残留アニリン濃度を２４時間隔でＨＰＬＣにより測定した。株ＨＦＸについては、最良の分解が２０％ ｗ／ｖ ＮａＣｌであった１４％ ｗ／ｖを超えるより高いＮａＣｌ濃度で、より良好なアニリン分解が起こった。
実施例４:Haloferax mediterraneiによるニトロベンゼン分解
ニトロベンゼンの一次振盪フラスコ実験
ニトロベンゼン取り込み実験のために、合成的に規定された培地を調製した。使用した培地組成を（表１）に示し、ここで、アニリンの代わりに、３０および５０ｐｐｍのニトロベンゼンを基質のみとして使用した。複合培地上で予め増殖させた細胞を、３０００ｒｐｍで５分間の遠心分離によって回収した。細胞を洗浄し、それぞれの合成定義培地１００ｍｌおよび炭素源としてのみニトロベンゼンを含む１５％ ｗ／ｖ NaClを含有する振盪フラスコに溶解し、３７℃の温度および１７０ｒｐｍの撹拌でインキュベートした。ゼロ時間でＯＤ６００を測定し、１ｍｌのサンプルを参照としてＨＰＬＣ分析のために保存した。ニトロベンゼン上での成長および残留ニトロベンゼン濃度をモニターした。ハロフェラクス・メディテラネイ株は増殖のための供給源としてニトロベンゼンを使用しなかったが、経時的な残留ニトロベンゼン濃度はそれが合成培地上および実際のブライン上の両方で培養培地から完全に除去されたことを示す。最も高い分解速度が最初の２４時間の間に観察された。ニトロベンゼンの分解は他のプロセス・パラメーターを制御することができるように、振盪フラスコならびにバイオリアクターにおけるより詳細な実験において調査された。
実験の多変量デザインを用いたニトロベンゼン研究
ＨＦＸによるニトロベンゼン分解の最適条件を見出すために、実験の多変量設計を用いて実験した。３つのパラメータ（デルタバイオマス、残留ニトロベンゼン濃度およびデルタｐＨ）に対する３つの因子（ｐＨ、ニトロベンゼン濃度およびＮａＣｌ濃度）の影響を評価するために、実験の分数因子設計を行った。この実験で検討した因子を、それぞれの範囲と共に（表６）に示す。
Figure 2021506287
この実験のために、統計ツールＭｏｄｄｅによって１１の実験が示唆された。実験は、３７℃および１７０ｒｐｍストロークで合成規定培地上で振盪フラスコ中で行った。バイオマス濃度、ｐＨ変更および残留ニトロベンゼン濃度を２４時間隔で測定した。７２時間後に得られた測定値を、Ｍｏｄｄｅによって分析し、表７に示した。
Figure 2021506287
表７は、実験マトリックスおよび得られた結果を示す。ニトロベンゼンはほとんどすべての実験で分解された。バイオマス濃度の減少は、全ての実験において観察された。細胞のない対照実験では、１３％のニトロベンゼン酸化がＨＦＸ細胞の存在下で８７％高い分解を示す実験Ｎ９〜１１における１００％除去と比較して起こる。ＨＦＸ細胞による最良のニトロベンゼン分解はｐＨ ７．０、１７．５％ ｗ／ｖ ＮａＣｌおよび１５ｍｇ／ｌニトロベンゼンを用いたＣｅｎｔｅｒＰｏｉｎｔ実験で起こり、７２時間後に１００％ニトロベンゼンが分解された。
実施例５：バッチモードでの実際のブライン中でのアニリン、フェノール、ニトロベンゼンおよび４，４’ＭＤＡの分解
バイオリアクター内での培養を確立し、工業的残留水に対する実際のプロセスにおける分解菌株の適用性を調べた。この実験のために、１５％ ｗ／ｖのＮａＣｌを含有する実際のブラインを使用するプロセスのためにＨＦＸ細胞を使用した。この場合、プロセス・パラメータおよび培養条件を制御し、過食塩水環境での培養に適した特別な耐食性バイオリアクター装置で実験を行った。
特殊な非腐食性Ｌａｂｆｏｒｓ ＰＥＥＫ(Ｉｎｆｏｒｓ、ＡＧ、Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）反応器を以下の仕様で使用した：
ホウケイ酸ガラス培養容器： １ Ｌ容量
ホウケイ酸ガラス排ガス冷却
特殊耐食性ポリマー（ＰＥＥＫ）バイオリアクター上蓋
特殊耐食ポリマー（ＰＥＥＫ）温度計ホルダー
ホウケイ酸ガラス採取管、ガス導入管
特殊耐食撹拌機
反応容器上のホウケイ酸ガラスジャケット
オンライン分析：
排ガスＣＯ２
排ガスＯ２
ガラスｐＨプローブ
Hastelloy Clark pO２および
空気用サーマルマスフローコントローラ
以下の培地成分をブラインに添加した: ＫＣｌ ０．６６ｇ／ｌ、ＮＨ４Ｃｌ １．５ｇ／ｌ、ＫＨ２ＰＯ４ ０．１５ｇ／ｌ、ＭｇＣｌ２・６Ｈ２Ｏ １．３ｇ／ｌ、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ １．１ｇ／ｌ、ＦｅＣｌ３ ０．００５ｇ／ｌ、ＣａＣｌ２・２Ｈ２Ｏ ０．５５ｇ／ｌ、ＫＢｒ ０．５ｇ／ｌ、Ｍｎストック３ｍｌおよび微量元素１ｍｌ。
温度： ３７℃
ｐＨ： ７．２（０．５M ＨＣｌおよび０．５M ＮａＯＨのいずれかをｐＨ制御のために使用した）
この実験における芳香族化合物はバイオリアクター中のバイオマス濃度を増加させるために、大部分が分解され、バイオマス増殖を促進するための基質として使用されないので、増殖のための基質として培地成分およびグリセロールを添加して、ブライン上でバッチ培養を行った（表１）。十分なバイオマスが得られたら（約３ｇ／ｌ）、アニリン５ｍｇ／ｌ、フェノール５ｍｇ／ｌおよび４，４’ＭＤＡ ３ｍｇ／ｌを含有するマスターミックスを、パルスとして反応器に添加した。バッチ培養の間、芳香族化合物の完全な分解は９６時間までかかった。
実施例６：細胞保持システムを用いた連続バイオプロセシングにおける実際の残留水中のギ酸塩、ＭＤＡ、ニトロベンゼン、アニリンおよびフェノールの分解
細胞保持を有するバイオリアクター設定
実際のブライン中の汚染物質の連続分解を、細胞保持システムを用いて行った。工業用ブラインに、表１に示す培地成分および共基質としてグリセロールを補充した。培地中のグリセロールの量は、０．０２６ｈ−１の比増殖速度を達成するように調節した。振盪フラスコ実験について記載したように、バイオリアクター中で培養を確立した。バイオリアクター内での発酵は、４５０ｒｐｍの撹拌および３７℃で行った。細胞保持系は、面積４２０ｃｍ鋏、孔径０．２μｍのポリスルホン（ＰＳＵ）中空糸精密濾過膜カートリッジを用いてバイオリアクターにセットした。１３０〜６１０ｇ／ｈの供給流は、０．１〜０．６ｈ−１の希釈速度をもたらした。ブリードフローを含む細胞および無細胞採取に関して供給フローを調節することによって、発酵槽中の一定のバイオマスを達成することができた。
細胞密度の指標としての濁度および残留ギ酸塩、酢酸塩およびグリセロールのＨＰＬＣ分析を、全プロセスの間に測定した。
残留ＭＤＡ、ニトロベンゼン、アニリンおよびフェノールもＨＰＬＣによって測定した。
発酵
ＨＦＸを１Ｌバイオリアクター中で培養して、約０．３ｇ／Ｌギ酸塩の連続流でブライン中で汚染物質を分解した。実験のために、２つのパラメータであるバイオマス濃度（ｇ／Ｌ）および希釈速度（ｈ−１）を、それぞれ２〜５ｇ／Ｌおよび０．１〜０．６ｈ−１の範囲で変化させた。
すべての連続培養で有意なギ酸分解が観察された。より高いバイオマス濃度での実験は、より低い残留ギ酸塩濃度をもたらした。より高い流速を用いた実験では、より高い残留ギ酸塩濃度を測定することができた。
反応器からサンプリングした培養上清の分析は、ＭＤＡおよびアニリンの量もまた、バイオプロセシングの間に減少し得ることを示した。フェノールおよびニトロベンゼンは、検出限界未満の濃度まで分解された。ＨＦＸは、バッチ式ならびに連続式でギ酸塩、ＭＤＡ、アニリン、フェノールおよびニトロベンゼンを分解することができる。上述の汚染物質の分解速度は、バイオマス濃度、希釈速度、およびブライン中の汚染物質の濃度に依存する。
要約−結論：
高塩濃度廃水の多くは、ギ酸アニリン、フェノール、ニトロベンゼンおよび４，４’メチレンジアニリンなどの有機汚染物質を含む。有機化合物を含む残留水を処理するために、収着、オゾン処理、電気化学処理などのいくつかの物理的および化学的方法が使用される。しかしながら、上述の処理の大部分は、塩味残留流中の全有機炭素含有量を必要な最大レベルまで低下させることができない。
本発明において、ハロフェラクス・メディテラネイ ＤＳＭ.１４１１は、２００ｇ／ｌまでの塩分の過塩分環境から有毒な有機汚染物質を能動的に分解することができることが発見された。さらに、ハロフェラクス・メディテラネイ ＤＳＭ.１４１１は、過食塩水環境からギ酸アニリン、フェノール、ニトロベンゼンおよび４，４’メチレンジアニリンを分解することができることが見出された。
本発明は、全有機炭素含有量を減少させることを意図する、以下の成分、ギ酸塩、フェノール、ニトロベンゼン、４，４’−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）およびアニリンのいずれかまたは組み合わせを含有する任意の高塩濃度水の最適かつ効率的な処理に関する。
本発明の他の態様は、価値に対する残余の概念を含む。一方ではかなりの量の望ましくない有機汚染物質で富化された高濃度塩残留流れによって引き起こされる環境問題、および他方では膜電気分解などの他の工業プロセスのための前駆体としての高品質の塩水の必要性がこれらの高濃度塩残留流れの前処理を絶対的に必須とする。本発明は処理されたブラインから塩素ガスおよび／または水酸化ナトリウムを生成するための膜電気分解の要件を満たすために、この安価で迅速かつ効率的な前処理を達成するのに有益である。

Claims (16)

  1. 高塩濃度廃水中における、ニトロベンゼン、ギ酸塩、フェノール、メチレンジアニリン、特に、４，４’−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）、およびアニリンよりなる群から選択される少なくとも１つの汚染物質の含有量を低減する方法であって、以下の工程を含む方法：
    （ａ）前記高塩濃度廃水および前記少なくとも1つの汚染物質を含む組成物Ａを提供する工程、および
    （ｂ）前記組成物Ａをハロフェラクス・メディテラネイ（Ｈａｌｏｆｅｒａｘ ｍｅｄｉｔｅｒｒａｎｅｉ）細胞と接触させ、前記組成物Ａおよびハロフェラクス・メディテラネイ細胞を含む組成物Ｂを生成する工程。
  2. 前記組成物Ｂが、組成物または廃水（例えば、組成物Ｂ）の総体積に基づいて、少なくとも６％(ｗ／ｖ)、好ましくは少なくとも７％(ｗ／ｖ)、より好ましくは少なくとも１０％(ｗ／ｖ)、さらにより好ましくは少なくとも１２％(ｗ／ｖ)、最も好ましくは少なくとも１５％(ｗ／ｖ)の濃度のＮａＣｌを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記組成物Ｂが、少なくとも０．５ｍｇ／ｌのギ酸塩および／または０．５ｍｇ／ｌのフェノールおよび／または０．５ｍｇ／ｌのニトロベンゼンおよび／または０．５ｍｇ／ｌの４，４’−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）および／または０．５ｍｇ／ｌのアニリンを含む、請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記高塩濃度廃水が、ジアリールカーボネートの製造、ポリカーボネートの製造、またはジフェニルメタン系列のジアミンおよびポリアミンの製造に由来する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 前記組成物Ｂが、ハロフェラクス・メディテラネイ細胞の増殖を可能にする基質をさらに含み、特に、前記基質が前記組成物Ｂに添加されており、好ましくは、前記基質が炭水化物、特にグリセロール、グルコースもしくはスクロースなどの糖、または酢酸塩、乳酸塩、リンゴ酸塩、コハク酸塩もしくはクエン酸塩などの有機酸である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 前記組成物Ｂをインキュベートし、それによって前記少なくとも１つの汚染物質の含有量を減少させる工程（ｃ）をさらに含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 工程（ｃ）における前記インキュベーションが１８℃〜５５℃の温度で実施され、および／または工程（ｃ）におけるインキュベーションが６．０〜８．２の範囲、好ましくは６．２〜７．６の範囲のｐＨ値で実施される、請求項６に記載の方法。
  8. 工程（ｃ）における前記インキュベーションが好気性条件下で行われる、請求項６または８に記載の方法。
  9. ハロフェラクス・メディテラネイ細胞が、ハロフェラクス・メディテラネイ ＤＳＭ.１４１１細胞である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
  10. 前記少なくとも１つの汚染物質の総含有量が、少なくとも３０％、少なくとも５０％、少なくとも７０％、特に少なくとも９０％、または少なくとも９５％減少する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
  11. 前記方法が前記組成物Ｂから前記細胞を分離し、組成物Ｃを得ることをさらに含み、場合により、前記方法が組成物Ｃを濃縮し、組成物Ｃ＊を得ることをさらに含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
  12. 前記方法が、組成物ＣまたはＣ＊から無機成分、特に微量元素および／または培地成分の塩を除去することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 塩素および水酸化ナトリウムの製造方法であって、以下の工程を含む方法：
    （ｉ）請求項１１または１２に記載の方法により組成物ＣまたはＣ＊を提供する工程、および
    （ｉｉ）（ａ）による前記組成物を塩化ナトリウム電気分解プロセスに供し、塩素および水酸化ナトリウムならびに任意に水素を生成する工程。
  14. 前記塩化ナトリウム電気分解が、塩化ナトリウムの膜セル電気分解、特に、酸素消費電極を使用する膜電気分解および塩化ナトリウムの隔膜セル電気分解から選択される、請求項１３に記載の方法。
  15. 高塩濃度廃水中における、ニトロベンゼン、ギ酸塩、フェノール、メチレンジアニリン、特に４，４’−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）、およびアニリンからなる群から選択される少なくとも１つの汚染物質の含有量を低減するための、ハロフェラクス・メディテラネイ細胞の使用。
  16. 高塩濃度廃水と；ニトロベンゼン、ギ酸塩、フェノール、メチレンジアニリン、特に４，４’−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）、およびアニリンからなる群から選択される少なくとも１つの汚染物質と；および、ハロフェラクス・メディテラネイ細胞と、を含む組成物Ｂ。
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