JP2748979B2 - 濾過装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、飲用不可能な水を処理して飲用可能にする
濾過装置で、細菌学的に安全な水が遅滞なく要求され、
しかも消毒剤が容易には得られない、又は連続的には得
られない、あるいは消毒剤の使用が許されない緊急事態
に特に有効な濾過装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、殆どすべての水処理プラントは、その基本的特
徴として用水を砂に通す濾過法を含んでいる。濾過プロ
セスの二つの主要な形式には、それぞれ緩速砂濾過及び
急速砂濾過とがある。この名称は水性液体が濾材を通る
相対的な流量を反映したものである。しかしながら、こ
れらの砂濾過プロセスの二つの形式は操作作業の基本的
な相違によっても区別される。

急速砂濾過装置の場合には、水を凝集タンク中で処理
して微細に分散され懸濁された不純物（存在する有害な
微生物の多くを含む）を凝集させ、その後、凝集により
形成された大きな粒子を沈降タンク中で除去する。この
ような水の予備処理により砂による濾過の高い流量で実
行することができる。緩速砂濾過装置の場合には、この
ような予備処理は行われない。

緩速砂濾過装置では、不純物及び特に有害な微生物の
除去は、砂粒の上層の物理的なストレーナー作用によっ
て行われるのみでなく、砂の上層で繁殖した微生物によ
る不純物の取込みによっても行われる。この層は一般に
“汚泥覆（Schmutz-decke）”層として知られ、砂の上
層がこの層で覆われるには数週間を要し、緩速砂濾過装
置で高品質の水を生産する秘訣の役割を演ずる。

安全な飲料水の補給手段を確立する必要があり、消毒
剤の如き化学処理剤が容易には得られない緊張の場合に
は、原則としてこの目的に緩速砂濾過装置の使用が望ま
しいであろう。しかしながら、必要な汚泥覆層の創生に
は長い時間を要し、従って現在に至るまで緩速砂濾過装
置を緊張時使用には全く不適当なものとしている。

［発明が解決しようとする課題］ このような従来技術を背景として、本発明の目的は、
緊急事態その他の際に有効で、数時間内に安全な水の補
給を可能とする濾過装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明による濾過装置は、微生物及び人体に対し無毒
で−15℃乃至＋65℃の範囲内の温度で耐熱性があり容易
には生分解されない透水性物質の上に支持された菌体外
多糖生産性（exo-poly-saccharide producing）グラム
陰性菌を含む。従来の汚泥覆層に代って緩速砂濾過装置
に用い得るこの新規濾過装置は、通常の汚泥覆層の創生
に必要な時間の数分の一で飲料水の生成に用い得るよう
になる。

本発明による濾過装置の一例としての好適な実施態様
では、透水性物質上に細菌が施された後、装置は凍結乾
燥される。次いで凍結乾燥された製品は、水分を排除す
るように真空包装され、使用時まで貯蔵される。飲料水
が切迫して求められる緊急事態が起った場合には、前記
製品に水を加えることにより二三時間内に再活性化され
る。この製品を適当な方法で支持して、緩速砂濾過装置
として水の精製に用いられる。

本発明の濾過装置に用いられる菌体外多糖生産性グラ
ム陰性菌は汚泥覆層中に見出される種類のものである。
即ち、標準の緩速砂水濾過装置の生体膜層（biofilm la
yer）中、特に濾材の表面から5cm以内の領域中、更には
2.5cm以内の領域中に自然に存在する種類のものであ
る。このように自然に存在する細菌は、栄養素の濃度が
小さい条件の下では、粘稠な又はゼラチン状の物質の形
の多糖塩を多量に生産する特性がある。本発明に用いら
れる細菌は、汚泥覆層から得られたそのままの混合物で
あってもよく、単一細菌の菌株の純粋培養産物を単一に
又は混合物として用いたものであってもよい。適当な細
菌としては、例えばNCIB 40121の如きpseudomonas vesi
cularis;例えばATCC 25935又はNCIB 10340の如きzooglo
ea ramigera;例えばNCIB 11264の如きpseudomonas種；
例えばATCC 23203の如きachromobacter georgiopolitan
um;例えばNCIB 10541の如きpseudomonas mendocinaのよ
うな非病原性のアルギン酸塩生産性pseudomonadsの各菌
株をあげることができる。

本発明の濾過装置に用いられる特に好適な細菌は、確
立された普通の緩速砂濾過装置の表面生体膜の主要微生
物相の一部をなしNCIB 40121として寄託されているもの
である。このものは次の性質を持つ：即ち培地Ａ（後の
記載参照）上での無色素の急速な増殖；培地Ｂ（後の記
載参照）の液体培地及び1.5％の寒天で固化した培地の
両者上での多量の多糖塩粘液の生産；標準の完全細菌学
的普通寒天培地上での無増殖又は貧弱な増殖；及びMc C
onkey寒天上での無増殖。前記及び後記の記載におい
て、培地Ａは、1.0g/lのグルコースを含む濃度2.5g/lの
Ｍ−Lab社製の普通ブイヨン製品であり、培地Ｂは、10.
0.g/lのグルコースを含む濃度2.5g/lの普通ブイヨンで
ある。

選定された細菌又は細菌混合物を、上記特徴を持つ透
水性材料上に支持する。用いられる材質は容易に生分解
されるものであってはならない。しかしながら、例えば
３乃至６ケ月である装置の使用期間にわたって比較的徐
々に生分解される材質も本発明の目的には適する。材質
は紫外線に対して耐性があり、強い日光に長時間曝され
る条件下で使用し得るものが好適である。表面で微生物
のコロニーが形成されるためには、材料の表面は高度に
磨かれたものでも滑かなものでもないことが望ましい。
言うまでもなく、選定された透水性材料は水性液体に溶
解度の小さい又は不溶のものでなければならない。

透水性材料は種々の形状をとることができる。例え
ば、ポリマー質発泡体の如き剛性又は圧縮可能性の材質
であってもよく、又はココヤシ皮繊維より成るものの如
き繊維質マット、又は紙状製品の如き不繊布、又は木綿
又はセルロース材の繊物であってもよい。適当な発泡体
材は“Spontex"なる商品名で市販されているセルロース
質スポンジ（Spontex社製）である。この種で可撓性を
有する材料が用いられるときは、巻かれた形及び又は圧
縮された形で貯蔵及び又は輸送されることができる。適
当な不繊布材は、洋服の芯地として市販に供されてい
る、商品名“Vilene"の製品である。“Vilene"の如き薄
いシート材は、単一層又は複層として、又は他の支持材
の間にサンドイッチ状に挟んで用いることができる。

選ばれた透水性材料が多孔質であるときは、勿論開放
気孔でなければならない。孔の平均直径は、細菌が含浸
される前及び後共に少くとも10ミクロンであることが好
適である。更に好適には、孔の平均直径は少くとも20ミ
クロン、特に含浸前には50ミクロン程度である。浄化す
べき水が濾過装置を通過できる速度は孔の直径と孔数の
両者に影響される。このことに、使用する透水性材料の
選定の際に留意すべきである。これを考慮すると、気孔
率は70乃至90％以上が好適である。

濾過装置を凍結乾燥すべきものとすると、凍結乾燥プ
ロセスの典型的な条件がこの目的に用いられる。好適に
は、含浸した材料材質は−70℃以下の温度で凍結され
る。その後の真空下での昇華による水の除去は、1torr
又はそれ以下の真空中で行われることが好適である。凍
結乾燥後、含浸材料は、例えば合成ポリマーのシート材
の如き水蒸気に対し不透過性の任意の適当な材料で密封
される。次に、凍結乾燥製品の使用が求められるたと
き、真空密封をとき水が加えられる。その結果数時間
（例えば６乃至８時間）以内に微生物は再活性化され使
用状態になる。凍結乾燥された微生物の再活性化及び増
殖を促進するには、微生物の栄養素を、凍結乾燥工程前
の含浸物質中に組み入れることができる、又は再活性化
に用いられる水に添加することができる。

本発明の濾過装置を使用するには、装置を砂床その他
の濾膜支持媒体と接触するように位置させ、次いで浄化
すべき水を装置と濾膜支持媒体の順序に通す。例えば、
濾過装置を砂床の上に水平に置く、あるいは垂直の姿勢
で１個又は複数個の剛体多孔質支持媒体のブロックに固
定する。この目的に適した単純な構造が添付図面に示さ
れている。

第１、２図に示された濾過ユニットは、図示の如く、
平面図では正方形（例えば一辺の長さ約1mの正方形）で
あり、幅よりも高さがやや大きい（即ち、高さ約1.5
m）。濾過ユニットは、持ち運び容易な１個の容器包装
品から支持礎台10の上に現場で組立てられた、ガラス繊
維強化プラスチック製のフランジのある平らなタンク部
材で形成されている。下部側面部材11によって囲まれた
ユニットの下部内には礫又はそれに似たものより成る暗
渠12があり、暗渠12の上には砂より成る支持媒体13があ
る。

可撓性透水性材料上の細菌層をなす本発明の濾過装置
14は媒体13によって支持される。濾過装置14の縁は、下
部側面部材11と上部側面部材15との各フランジ間に保持
され密封される。ユニット中の水16の水準面は溢流17に
よって制御される。

このユニットの使用にあたっては、処理すべき水が流
入管18によってタンクの上部に導入され、濾過装置14及
び支持媒体13を通って浸透し、暗渠12に至る。飲料水は
流出管19に設けられた弁を通して取り出される。使用中
に濾過装置14が時として閉塞することがあるが、その時
は容易に新しいものと交換できる。

第３、４図に図示されたユニットは垂直濾過パネルに
よるものである。このパネルを通して水は大体水平方向
に流れ、流入管20から流出管21に至る。水準面は溢流22
によって制御される。濾過系は、水タンク中に間を隔て
て垂直に置かれた多孔質支持媒体のブロック24に、縁部
で固定された本発明の濾過装置23より成る。

第３、４図のユニットの場合には、時として一つの濾
過装置23が閉塞する至ったとき、該濾過装置とそれと組
合わされた支持ブロックを容易に交換することができ、
ユニット全体を取外して不使用状態にする必要はない。

図示の各ユニットを実験に使用すると、担持された細
菌の再活性化の開始から数時間以内に病原性微生物は高
度に除去された。

［実施例］ 本発明は次の諸実施例によりさらに詳細に説明され
る。諸実施例は、本発明の濾過装置の製法に係る二つの
実施態様と、得られた装置を用いての汚染水の浄化につ
いて記述したものである。両者の場合に於て、用いた細
菌は特に好適な細菌として先に記述した寄託番号NCIB 4
0121のものである。

実施例1; 維持培地は、1.5％（W/V）の寒天で固化させた前記培
地Ｂである。長期間貯蔵のためには、30℃の維持培地で
48時間増殖した細菌を、グリセリン（20％（W/V））を
含む培地Ｂ中に懸濁し、−70℃でねじ蓋付瓶中に貯蔵す
る。すべての場合、別に121℃のオートクレーブ中で15
分間殺菌したグルコースを、同じ方法で殺菌後の培地に
加える。

（ａ） 接種物の増殖 粘液生産性細菌を平板維持培地から容量250mlの三角
フラスコ中の50mlの培地Ａに接種し、毎分100回転の振
盪培養器で30℃で16時間培養した。この培養産物を同じ
培地50mlに接種（２％（V/V））し、得られた培地を前
記と同様にして６時間培養した。

（ｂ） 透水性材への接種と細菌の増殖 オートクレーブ中で加圧下の121℃の蒸留水中で洗浄
された、“Spontex"として市販されているセルロース質
スポンジの直径5cmの滅菌円板を前記接種物中で３時間
同じ条件の下に培養した。接種された濾過円板を容量25
0mlの三角フラスコ中の50mlの培地Ｂ中に無菌的に移
し、首振り回転培養機で30℃、毎分10回転で充分な時間
培養して、10cmの静水圧の下に濾過器を通すと約0.2m/
時間の直線流速が得られるような水流抵抗を持つ粘液性
生体膜を確立した。このような量の生体膜を確立するの
に要する典型的な培養時間は、支持物質の当初の気孔サ
イズに依存し、８乃至16時間である。より大きな気孔寸
法はより長い培養時間を意味する。

実施例2; 実施例１に記載の操作を、商品名“Vilene"で市販さ
れている不織布の厚さ１乃至2mmの直径5cmの円板内に生
体膜を確立するのに用いた。培養８時間後に適当な生体
膜が形成された。

実施例3; 実施例１及び２と同じ操作で、プラスチック網で補強
されたココヤシ皮繊維マットからなる厚さ10mmで直径5c
mの円板内に生体膜を形成した。培養時間は16時間であ
った。

実施例4; 濾過性能の実験室的測定 実施例１乃至３で調製した直径5cmの生体膜含浸円板
を用いて、プラスチック網目支持網を備えた標準の実験
室用濾膜保持器中で、静水圧10cm下の性能を評価した。
用いられた試験水は、（ａ）都市用水処理場に導入され
る典型的な、糞便の大腸菌で汚染された天然水、（ｂ）
抗ナリジキン酸性遺伝子を持つEscherichia coliの実験
室菌株を含む（10,000乃至20,000個の細菌/100ml）リン
酸緩衝塩水の二種類であった。大腸菌のカウント（水の
品質尺度として使用）は、両種の水で標準の国際規定の
操作によって測定した（主として多重管中の選択培地
（McConkey培地）と濾過分析評価、及び標準のE.Coli確
認試験を用いた。）。抗キリジキン酸性の細菌は、キリ
ジキン酸10μg/mlを含む栄養寒天（M.-Lab社製）上で汚
染水の0.1mlの試料を平板培養して計数した。濾過器か
らの流出水は、濾液を相次いで200ml毎に前記の如くし
て大腸菌汚染を検査した。典型的には濾液の第二回の20
0ml回分では大腸菌のカウントは100mlあたり10個より少
ない細菌数に減少し、後続の各200ml回分（少くとも10
回まで）ではこのレベル以下にとどまった。

実施例５ 実験室大規模生産 使用された透水性支持材は、商品名“Spontex"で発売
されているセルロール質スポンジの厚さ15乃至20mmの１
平方メートルのシートである。このシートを、オートク
レーブ中の蒸留水中で121℃で２時間洗浄し、次いで絞
って乾燥した。シートは、実験室用醗酵器中の培地Ａに
完全に浸漬し、そのまま培地と共に滅菌した。実施例１
の如くグルコースを別に滅菌し、無菌的に培地に添加し
た。醗酵器の温度を30℃で平衡させ、実施例１の接種物
と同様にして調製した細菌培養物の接種物を５％（容積
で）添加した。醗酵器には１空気／分／培地１の割
合で通気し、毎分200回転でかきまぜた。８時間後に、
滅菌グルコース（40％（W/V））を加えて、最終濃度10g
/lとし、更に16乃至24時間同じ条件下に培養を続けた。
溶解酸素レベルは制御しなかった。得られた含浸シート
は、添付図面に図示された二種類のものの一つの如き濾
過ユニットに使用するに適したものであった。

【図面の簡単な説明】

第１図は濾過ユニットの第一の態様の垂直断面図であ
る。第２図は第１図の濾過ユニットの平面図である。第
３図は濾過ユニットの第二の態様の垂直断面図である。
第４図は第３図の濾過ユニットの平面図である。 10……支持礎台 11……側面部材 12……暗渠 13……支持媒体 14……濾過装置 15……上部の側面部材 16……ユニット中の水 17……溢流 18……流入管 19……流出管 20……流入管 21……流出管 22……溢流 23……濾過装置 24……支持ブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーチン ロビリアート タッカー イギリス国、ノーサンバランド エヌイ ー47 ６エヌダブリュー、ヘイドン ブ リッジ、ソイン シィールズ、ウェスト コテイジ（番地なし) (56)参考文献 特開 昭48−46153（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−28277（ＪＰ，Ａ)

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】微生物及び人体に対し無毒で−15℃乃至＋
   65℃の範囲内の温度で耐熱性があり容易には生分解され
   ず水に溶けない透水性物質からなる支持体からなり、該
   支持体は微生物が繁殖できる表面組織を有し、使用に先
   立ち、菌体外多糖生産性グラム陰性菌を滲み込ませ、装
   置の使用にともない細菌が再活性化することを特徴とす
   る、水の浄化に用いるための濾過装置。
2. 【請求項２】細菌が、緩速砂水濾過装置の生体膜中に自
   然に存在する種類のものである請求項１に記載の濾過装
   置。
3. 【請求項３】細菌が、寄託番号NCIB 40121、ATCC 2593
   5、NCIB 10340、NCIB 11264、ATCC 23203及びNCIB 1054
   1として同定される細菌の一種又は複数種である請求項
   １に記載の濾過装置。
4. 【請求項４】透水性物質が、剛性又は圧縮可能な多孔質
   材であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の
   濾過装置。
5. 【請求項５】透水性物質が、セルロース質スポンジであ
   る請求項４に記載の濾過装置。
6. 【請求項６】透水性物質が、平均孔径少くとも20ミクロ
   ンの孔を有する請求項４又は５に記載の濾過装置。
7. 【請求項７】透水性物質が、少くとも70％の気孔率を有
   する請求項４、５又は６に記載の濾過装置。
8. 【請求項８】透水性物質が、繊維質マットである請求項
   １、２又は３に記載の濾過装置。
9. 【請求項９】繊維質マットが、ココヤシ皮繊維からなる
   請求項８に記載の濾過装置。
10. 【請求項１０】透水性物質が、不繊布又は繊布である請
    求項１、２又は３に記載の濾過装置。
11. 【請求項１１】透水性物質が、これに細菌が施された
    後、凍結乾燥されたものである請求項１、２、又は３に
    記載の濾過装置。
12. 【請求項１２】請求項11に記載の濾過装置に水を加えて
    該装置中の細菌を再活性化した後、飲用不可能な水を該
    濾過装置に通して浄化する水の浄化方法。