JP2603183B2 - 有機塩素化合物分解菌の活性化方法 - Google Patents

有機塩素化合物分解菌の活性化方法

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浩二 三島
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環境庁国立環境研究所長
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  • Treating Waste Gases (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、トリクロロエチレン等
の有機塩素化合物分解能を有するメチロシナス属等の細
菌の培養・活性化方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】各種の工場からの排水・排ガス、或いは
それらの工場周辺の地下水・土壌中にはトリクロロエチ
レン等の有機塩素化合物が混入している場合があり、近
年環境汚染等の見地からこれらの物質の有効な除去技術
の確立が切望されている。従来の除去技術としては、揮
発性有機塩素化合物についてはエアーストリッピングに
よる大気放散、活性炭による吸着除去等があるが、これ
らの方法は必ずしも汚染物を分解・無害化するものでは
なく、また汚染物を吸着飽和した使用済み活性炭などの
新たな有害廃棄物を生み出していた。
【0003】一方、有機塩素化合物の有効かつ効率的な
除去・無害化方法として、微生物を用いる方法が幾つか
報告されており、その中でも特開平2−92274号公
報に記載されているメチロシナス属細菌は、他の分解微
生物に比べて優れた有機塩素化合物分解能を有している
ことが知られている。このメチロシナス属細菌は、トリ
クロロエチレン及びその類縁化合物、すなわちシス−
1,2−ジクロロエチレン、トランス−1,2−ジクロ
ロエチレン、1,1−ジクロロエチレン、1,1,2,
2−テトラクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタ
ン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム等を分解す
る性質を有し、例えば10ppmの高濃度トリクロロエ
チレンを10日間で約半分に分解する能力を持つ。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】メチロシナス属等のメ
タン資化性細菌を、有機塩素化合物の無害化手段として
利用するためには、これらの細菌をあらかじめ大量に培
養し、得られた菌体をバイオリアクターに固定化して有
機塩素化合物の分解を行わせる必要がある。大量培養技
術に関すれば、メチロシナス属等の細菌は特開平2−9
2274号公報に記載されているようにメタンあるいは
メタノールを炭素源として培養できることが知られてい
る。しかし、メタンを炭素源とする場合は、(a)炭素
源であるメタンが高価である、(b)メタンはガス体な
のでメタン利用効率を高く維持することが困難である、
(c)メタンは爆発性があり危険である、などの点で実
用上の問題点がある。
【0005】一方、メタノールはメタンに比べて安価で
あり、爆発性もないことから炭素源として有望である
が、メチロシナス属等の細菌をメタノールで培養する場
合には、得られる菌体が有機塩素化合物分解能力を有さ
ないことが知られている。その理由は、メチロシナス属
等の細菌で生産される有機塩素化合物の分解に関与する
酵素メタンモノオキシゲナーゼが、メタンを基質として
生育した場合に生産されるものであって、メタノールを
基質とした場合には生産されないためである。このよう
な事情から、従来では有機塩素化合物分解能力を有する
メチロシナス属等の細菌を大量培養するには、高価なメ
タンを炭素源として培養を行ってきた。しかし、メタン
はガス体でありかつ爆発性が高いことから、メタンを利
用する大型ファーメンターは非常に高価な設備になって
おり、運転操作にも熟練を要した。
【0006】また、固定化方法に関しては、アルギン
酸、κ−カラギーナン、光架橋性樹脂等の親水性高分子
ゲルに菌体を包括固定化する方法が一般的であり、この
ような手段で固定化したメチロシナス属等の細菌を、カ
ラム型のバイオリアクターに充填して、カラムに有機塩
素化合物を含む排水を供給し、連続的あるいは間欠的に
空気及び/又はメタンを供給することで、有機塩素化合
物の分解を行ってきた。本発明は、メタンを炭素源とし
て大量培養することに起因する培養コストの増加を抑
え、かつ大型ファーメンターの設備を簡素化する有機塩
素化合物分解菌の効率的かつ経済的な活性化方法を提供
することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、有機塩素化合物分解能を有するメチロ
シナス属、メチロシスティス属又はメチロバクター属の
少なくとも一種を含む細菌を、第一段階でメタノールを
炭素源として培養し、第二段階でメタンガスを炭素源と
して培養・活性化することを特徴とする有機塩素化合物
分解菌の活性化方法としたものである。また、本発明で
は有機塩素化合物分解能を有するメチロシナス属、メチ
ロシスティス属又はメチロバクター属の少なくとも一種
を含む細菌を、第一段階でメタノールを炭素源として培
養後、固定化し、第二段階で該固定化菌体をメタンと酸
素を含むガスに接触、活性化させることを特徴とする有
機塩素化合物分解菌の活性化方法としたものである。
【0008】上記において、メチロシナス属細菌として
は、例えば、メチロシナス・トリコスポリウム・TSU
KUBA(微工研菌寄No.10004)、メチロシス
ティス属としては、メチロシスティス・パルバス等を用
いることができる。また本発明の第一段階の培養におい
ては、培養液のメタノール濃度が4000mg/l以上
になると、表1に示すようにメチロシナス属等の細菌の
生育がメタノールによる基質阻害を受ける。従って、培
養液のメタノール濃度は3000mg/l以下に維持す
ることが必要である。
【0009】
【表1】 表1において、生育比はメタノール2000mg/lの
時の増殖量を100として示した。
【0010】また本発明の第二段階のメタンでの培養、
活性化は、メタノールで増殖したメチロシナス属等の細
菌にメタンを供給することで、メタンモノオキシゲナー
ゼを生産させて有機塩素化合物の分解能力を発現させる
ためのものであり、供給するメタンガス濃度としては表
2に示されるように20〜50%であることが適切であ
る。
【0011】
【表2】 表2において、トリクロロエチレン分解比活性は相対値
であり、メタン濃度20v/v%の分解活性を100と
して示した。
【0012】また、第一段階でメタノールを用いて培養
し、得られた菌体を固定化する手段としては、アルギン
酸、κ−カラギーナン、光架橋性樹脂などの親水性高分
子ゲルに包括固定化する方法が有効であり、またセラミ
ック、活性炭などの無機系担体に付着固定化させる方法
も採用できる。こうして得られた固定化菌体をメタンと
酸素を含むガスに接触させて、有機塩素化合物分解能力
を付与する。この方法としては、例えば有機塩素化合物
分解用バイオリアクターに固定化菌体を充填し、リアク
ターにメタン・空気の混合ガスを供給する方法が有効で
ある。
【0013】
【作用】本発明によれば、安価な炭素源であるメタノー
ルを用いて、メチロシナス属等の細菌をあらかじめ大量
に培養し、その後に菌体とメタンガスを接触させること
で、増殖したメチロシナス属等の細菌にメタンモノオキ
シゲナーゼを生産させて、有機塩素化合物の分解能力を
付与することが可能である。
【0014】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
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。 実施例1 容量2.5リットルのジャーファーメンターに、表3に
示す組成の培養液1.5リットル、メチロシナス・トリ
コスポリウム・TSUKUBAの前培養液50mlを加
え、温度30℃、pH6.5、攪拌速度600rpm、
空気通気量40ml/分で150時間培養を行った。ま
た培養途中の50時間及び100時間目に約1000m
g/lの濃度になるようにメタノールを追加して添加し
た。
【0015】
【表3】
【0016】メタノールでの培養開始後150時間目に
は、菌体濃度は2500mg/lに到達した。その時点
で一部の菌体を遠心分離機で回収し、トリクロロエチレ
ン分解能力を測定したところ、トリクロロエチレン分解
一次反応定数k1 (式1)はゼロであった。 〔式1〕 dC/dt=k1 ×X×C C : トリクロロエチレン濃度(mg/l) t : 反応時間(hr) k1 : 一次反応定数(l/g・hr) X : 菌体濃度(g/l)
【0017】150時間のメタノール培養を経て、メタ
ン・空気混合ガスの通気を開始した。メタン濃度は20
v/v%、混合ガス通気量50ml/分とし、温度、p
H、攪拌条件はそれまでと同等にした。メタン供給開始
後70時間目の菌体濃度は4000mg/lに増加し、
この時のトリクロロエチレン分解一次反応定数は3リッ
トル/g・hrの高い値を示した。すなわち、メタン供
給後の菌体は高いトリクロロエチレン分解能力を有して
いることが確認された。
【0018】実施例2 実施例1と同様に、メタノールで培養し、培養開始後1
50時間目には、菌体濃度は2500mg/lに到達し
全量を遠心分離機で回収した。この菌体も実施例1と同
様に上記式1のトリクロロエチレン分解一次反応定数k
1 はゼロであった。得られた菌体を脱イオン水に再懸濁
させて、100mlの菌体濃縮液(菌体濃度36000
mg/l)を得た。これと2.7%アルギン酸ナトリウ
ム溶液300mlとを静かに混合し、滴下ノズルを介し
て、100mM塩化カルシウム溶液中に滴下した。この
ようにして、粒径2〜3mmのアルギン酸カルシウムゲ
ルを800ml得た。
【0019】次に、有効容積1.2リットルのガラス製
カラムに固定化菌体を充填し、カラムに塩素を除去した
水道水を上向流で供給しながら、同時にカラム底部から
メタン・空気混合ガスの通気を行った。この時の水道水
供給量は、300ml/分、メタン濃度は20v/v
%、混合ガス通気量は50ml/分とした。温度は室温
とし、pH調整は特に行わなかった。120時間後に固
定化菌体の一部を取り出し、トリクロロエチレン分解一
次反応定数を測定したところ、固定化した菌体単位重量
当たりで1.5リットル/g・hrの高い値を示した。
すなわち本発明により、高いトリクロロエチレン分解能
力を有する固定化物を得ることができた。
【0020】
【発明の効果】以上のように、本発明の培養方法に従え
ばトリクロロエチレン等の有機塩素化合物の分解能力を
有するメチロシナス属等の細菌を、効率的しかも安価に
大量培養することが可能である。例えば、培養にかかる
炭素源のコストを比較すると、本発明のコストは従来の
メタン単独培養法のコストの約1/6であり、本発明は
極めて経済的な方法であった。
【0021】また、本発明に従えばトリクロロエチレン
等の有機塩素化合物の分解能力を有するメチロシナス属
等の細菌固定化物を、簡単かつ合理的に大量製造するこ
とが可能である。本発明は、有機塩素化合物に汚染され
た地下水、排ガス、土壌等の処理をメチロシナス属等の
細菌により行う場合に、今後広く採用されていくものと
確信する。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 //(C12N 1/20 C12R 1:01) (C12N 1/38 C12R 1:01) (72)発明者 三島 浩二 神奈川県藤沢市本藤沢4丁目2番1号 株式会社 荏原総合研究所内 (72)発明者 下村 達夫 神奈川県藤沢市本藤沢4丁目2番1号 株式会社 荏原総合研究所内 (72)発明者 岡田 扶佐子 神奈川県藤沢市本藤沢4丁目2番1号 株式会社 荏原総合研究所内 (56)参考文献 特開 平1−160479(JP,A) 特開 平2−92274(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機塩素化合物分解能を有するメチロシ
    ナス属、メチロシスティス属又はメチロバクター属の少
    なくとも一種を含む細菌を、第一段階でメタノールを炭
    素源として培養し、第二段階でメタンガスを炭素源とし
    て培養・活性化することを特徴とする有機塩素化合物分
    解菌の活性化方法。
  2. 【請求項2】 第一段階の培養において、培養液のメタ
    ノール濃度を3000mg/l以下に維持することを特
    徴とする請求項1記載の有機塩素化合物分解菌の活性化
    方法。
  3. 【請求項3】 第二段階の培養・活性化において、メタ
    ンガス濃度を20〜50%にすることを特徴とする請求
    項1記載の有機塩素化合物分解菌の活性化方法。
  4. 【請求項4】 有機塩素化合物分解能を有するメチロシ
    ナス属、メチロシスティス属又はメチロバクター属の少
    なくとも一種を含む細菌を、第一段階でメタノールを炭
    素源として培養後、固定化し、第二段階で該固定化菌体
    をメタンと酸素を含むガスに接触、活性化させることを
    特徴とする有機塩素化合物分解菌の活性化方法。
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