JP4131315B2

JP4131315B2 - 包括固定化微生物担体及びその製造方法

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Publication number: JP4131315B2
Application number: JP2001190829A
Authority: JP
Inventors: 立夫角野; 直道森
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2021-06-25
Also published as: JP2003000237A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃水中や大気中の無機および／又は有機化合物を生物学的に効率良く処理するための包括固定化微生物担体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
廃水や下水を微生物で処理する生物学的処理は、比較的低コストであることから広く採用されている。しかし、微生物の種類によっては、増殖速度が遅いものや、被毒し易いもの、又はその環境中において増殖し難いものがあり、必ずしも効率的な方法とはいえない場合がある。そこで、微生物が繁殖しやすい環境を積極的に形成するために、活性汚泥や特定の微生物を予め内部に包括固定した包括固定化微生物担体を用いて生物処理する処理方法がすでに実用化されている。
【０００３】
微生物を内部に担持（保持）する固定化材料としてはゲル材料が通常用いられ、自然環境に対して無害であること、微生物によって変質又は分解されないこと、機械的強度が高いこと、微生物を多量に担持できること等が要求される。これまでに実用化されているゲル材料としては、特願昭６０−４４１３１号公報に記載のポリエチレングリコール系のポリマ、ポリビニルアルコール系の樹脂等がある。一方、ゲル材料に包括固定化する微生物としては活性汚泥や純粋培養した微生物が用いられている。
【０００４】
近年、微生物として、嫌気性細菌が注目されている。この嫌気性細菌は、油分の分解、高濃度ＢＯＤ成分の分解、亜硝酸性窒素成分や硝酸性窒素成分の脱窒、悪臭成分の分解除去等のいわゆる環境汚染物質の浄化に優れており、純粋菌利用技術が検討されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、嫌気性細菌を用いて環境汚染物質を生物学的処理するためには、嫌気性細菌を優占させ高濃度に担持した包括固定化微生物担体を製造しなくてはならないが、従来は、純粋培養した嫌気性細菌をゲル材料に固定化する必要があった。
【０００６】
しかしながら、純粋培養には培養タンクや大量の培地が必要であり、更には培養時間も長くかかり当然人件費もかさむことから製造コストがかかりすぎるという欠点がある。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、微生物の純粋培養を行うことなく微生物をモノマ又はプレポリマの固定化材料に高濃度に担持することができる包括固定化微生物担体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、微生物の存在下でアクリレート類、アクリルアミド、光硬化性ポリビニルアルコール、光硬化性ポリエチレングリコール、光硬化性ポリエチレングリコールポリプロピレングリコールプレポリマから選ばれる固定化材料を重合して微生物を包括固定化させた担体を製造する包括固定化微生物担体の製造方法において、前記微生物は嫌気性細菌であると共に、前記固定化材料の径又は厚みを１〜１０ｃｍの大きさで重合させ、且つ前記重合時における固定化材料の中心部温度から外気温度を引いた温度差を５〜１０°Ｃにすることにより前記担体の中心部から外部に向かう放射状のスポンジ構造を形成することを特徴とする。
【０００９】
本発明は、微生物、特に嫌気性細菌をモノマ又はプレポリマの固定化材料に高濃度に集積させるための技術を検討した結果、固定化材料の径又は厚みを１ｃｍ以上で重合すると共に、重合時における固定化材料の中心部温度から外気温度を引いた温度差を５〜１０°Ｃにして包括固定化微生物担体を製造することにより、その後の包括固定化微生物担体の培養において微生物を効果的に増殖できるようにしたものである。
【００１０】
これは、固定化材料の径又は厚みを１〜１０ｃｍの大きな形で重合すると共に、重合時における固定化材料の中心部温度から外気温度を引いた温度差を５〜１０°Ｃにすることにより、重合時に固定化材料の内部に重合熱がたまり、外に向けて放射状に重合が進行することにより放射状のスポンジ構造が形成されるので、菌の棲息領域が増加するためと考えられる。
【００１１】
固定化材料の径又は厚みを１〜１０ｃｍの大きさにする態様としては、１〜１０ｃｍの成形型に入れて重合するか又は固定化材料を１〜１０ｃｍの大きさでアルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含む水性溶媒中又は有機溶媒中に滴下して重合することができる。
【００１２】
本発明の好ましい態様としては、重合時の重合温度を３０〜６０°Ｃにすることが微生物濃度を一層高めるために好ましい。また、固定化材料に無機物の粒子又は有機物の粒子を含有させることが一層好ましい。
【００１３】
また、本発明は前記目的を達成するために、請求項１〜６の何れか１に記載の包括固定化微生物担体の製造方法により製造されたことを特徴とする。
【００１４】
本発明は、本発明の包括固定化微生物担体の製造方法で製造された包括固定化微生物担体を提供するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って、本発明に係る包括固定化微生物担体及びその製造方法の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１６】
本発明の包括固定化微生物担体の製造方法は、微生物を包括固定化するためのモノマ又はプレポリマの固定化材料を、微生物の存在下で１〜１０ｃｍの大きさで、好ましくは３〜５ｃｍの大きさで重合する。この大きさで重合するためには、球相当径が１〜１０ｃｍ、好ましくは３〜５ｃｍの大きさの成形型で重合してもよく、或いは厚み１〜１０ｃｍ、好ましくは３〜５ｃｍの大きさのシート状に重合して、その後、１〜１０ｃｍ、好ましくは３〜５ｃｍの大きさに成形してもよい。更には、１〜１０ｃｍ、好ましくは３〜５ｃｍの大きさでアルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含む水性溶媒中又は有機溶媒中に滴下して重合してもよい。これにより、本発明の径又は厚さが１〜１０ｃｍ、好ましくは３〜５ｃｍの大きさのスポンジ構造をした包括固定化微生物担体を得ることができる。
【００１７】
以下、微生物として嫌気性細菌の例で説明するが、本発明は嫌気性細菌に限定するものではない。
【００１８】
図１は、重合時の固定化材料の大きさが、得られた包括固定化微生物担体の培養時の菌数増加にどのような影響を及ぼすかを実験したもので、ポリエチレングリコールプレポリマで活性汚泥を包括固定化したときの固定化材料の球相当径の大きさと、培養後の嫌気性細菌の菌数との関係を調べたものである。実験条件は、活性汚泥を２％含有する包括固定化微生物担体を、ペプトン、肉エキスが含有する培地で３週間嫌気培養したときの嫌気性細菌の菌数を測定した。
【００１９】
図１の実験結果から分かるように、培養開始前の菌数が約１０⁶（cells/cm³- 担体）であったものが、球相当径を１０ｍｍを超えて大きくするにしたがって菌数が増加し始め、球相当径が３０ｍｍで菌数が最大の約１０¹¹（cells/cm³- 担体）になった。そして、球相当径が５０ｍｍまで最大の菌数が維持され、その後、球相当径が５０ｍｍを超えると菌数が次第に低下し、球相当径が１００ｍｍを超えて大きくなると培養開始前の菌数と同じ約１０⁸（cells/cm³- 担体）まで低下した。これは、重合時の固定化材料の球相当径が１０ｍｍ以上で重合して得られた包括固定化微生物担体は、重合時に固定化材料の中心部で重合熱がたまり、外に向けた放射状の重合が進行し易くなることによって、固定化材料が放射状のスポンジ構造になり、菌の棲息領域が増加するためと考えられる。事実、固定化材料の球相当径を３０ｍｍまで次第に大きくして重合して得られた包括固定化微生物担体の内部構造は、均一な密の構造からスポンジ構造が次第に現れはじめ、球相当径が３０ｍｍ以上で完全にスポンジ構造となった。この場合、図１で球相当径５０ｍｍを超えるとスポンジ構造であるにもかかわらず菌数が低下するのは、基質の拡散が律速になるために担体全体での菌の保持量が低下するためであろうと考察される。図２は、外に向け放射状に重合が進行して得られた包括固定化微生物担体Ａを概念的に示した図で、包括固定化微生物担体の内部断面を示したものである。図２の（ａ）は、固定化材料を微生物の存在下で一辺が３．５ｃｍの四角状の成形型で重合して得られた包括固定化微生物担体Ａであり、（ｂ）は、固定化材料を微生物の存在下で３．５ｃｍの大きさでアルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含む水性溶媒中に滴下して重合して得られた包括固定化微生物担体Ａである。また、図２の（ｃ）は厚みが３．５ｃｍで縦横が１０ｃｍの成形型で板状（シート状）に重合させて得られた包括固定化微生物担体Ａである。このようにして重合して得られた包括固定化微生物担体Ａは、図３（ａ）（ｂ）の電子顕微鏡写真の図から分かるように、ポーラスなスポンジ構造が形成されていた。図３（ａ）は、ポーラスな穴が見える方向からの電子顕微鏡写真の図であり、図３（ｂ）は、重合が進行する方向に沿った電子顕微鏡写真の図である。
【００２０】
これにより、微生物を高濃度に包括した包括固定化微生物担体Ａを得るためには、固定化材料を、微生物の存在下で１〜１０ｃｍの大きさで、好ましくは３〜５ｃｍの大きさで重合することが重要である。
【００２１】
図４は、重合温度と嫌気性細菌の菌数との関係を調べたものである。
【００２２】
実験条件は、活性汚泥を２％含有する３．５ｃｍの球相当径の包括固定化微生物担体Ａを、ペプトン、肉エキスが含有する培地で３週間嫌気培養したときの嫌気性細菌の菌数を測定した。
【００２３】
図４の実験結果から分かるように、重合温度を上げていくと菌数が次第に増加し、３０°Ｃで最大の約１０¹¹（cells/cm³- 担体）になり、６０°Ｃまで最大の菌数を維持した後、６０°Ｃを超えると再び低下した。これは、重合温度を上げることで外に向けた放射状の重合が一層進行し易くなるためと考えられる。また、６０°Ｃを超えると再び菌数が低下する理由としては、温度を高くすることで菌が死滅し易くなる他に、熱による固定化材料の収縮によりスポンジ構造が形成されにくくなり、菌の棲息領域がかえって減少してしまうものと考察される。これにより、微生物を高濃度に包括した包括固定化微生物担体Ａを得るためには、固定化材料を１〜１０ｃｍの大きさで重合することに加えて重合温度を３０〜６０°Ｃにすることが好ましい。
【００２４】
図５は、重合時における固定化材料の中心部温度と外気温度との温度差と嫌気性細菌の菌数との関係を調べたものである。
【００２５】
実験条件は、活性汚泥を２％含有する３．５ｃｍの角型の包括固定化微生物担体Ａを、ペプトン、肉エキスが含有する培地で３週間嫌気培養したときの嫌気性細菌の菌数を測定した。
【００２６】
図５の実験結果から分かるように、重合時における固定化材料の中心部温度と外気温度との温度差を大きくしていくと菌数が次第に増加し、温度差が５°Ｃ付近で最大の約１０¹¹（cells/cm³- 担体）になり、温度差１０°Ｃ付近までは最大の菌数を維持し、温度差が１０°Ｃを超えると再び菌数が低下した。これは、固定化材料の中心部温度から外気温度を引いた温度差が適度にあった方が、温度差による放熱現象が緩やかに進行して確実にスポンジ構造を形成するのに対し、温度差が１０°Ｃを超えて大きくなり過ぎると、放熱現象が速すぎて、スポンジ構造の形成が間に合わないためと考えられる。
【００２７】
これにより、微生物を高濃度に包括した包括固定化微生物担体Ａを得るためには、固定化材料を１〜１０ｃｍの大きさで重合することに加えて重合温度を３０〜６０°Ｃにすることが好ましく、更には重合時における固定化材料の中心部温度と外気温度との温度差を５〜１０°Ｃにすることが好ましい。
【００２８】
表１は、重合される固定化材料に無機物の粒子又は有機物の粒子を含有させた場合に嫌気性細菌の菌数がどのようになるかを調べたものである。
【００２９】
実験条件は、活性汚泥を２％含有する３．５ｃｍの角型の包括固定化微生物担体Ａを、ペプトン、肉エキスが含有する培地で３週間嫌気培養したときの嫌気性細菌の菌数を測定した。
【００３０】
【表１】

【００３１】
表１の結果から分かるように、重合される固定化材料に無機物の粒子又は有機物の粒子を含有させて得られた包括固定化微生物担体Ａは、無添加の従来のものに比べて何れも菌数が大きくなった。特に、でんぷん粒子や生分解性プラスチックの効果が大きかった。
【００３２】
これにより、微生物を高濃度に包括した包括固定化微生物担体Ａを得るためには、重合される固定化材料に、活性炭、砂、ガラス、ゼオライト等の無機物の粒子、或いは生分解性プラスチック、多糖類、セルロース等の有機物の粒子を含有させるとよい。また、固定化材料に含有させるものとして、活性汚泥を０．２ｇ／Ｌ以上多量に含有させると、汚泥の分解物が炭素供給源になるので、嫌気性細菌の繁殖には好ましい。特に、脱窒菌での脱窒作用の水素供与体となる。
【００３３】
本発明の包括固定化に用いることのできる固定化材料の固定化材料としては次のものを好適に使用することができる。
（モノメタクリレート類）
ポリエチレングリコールモノメタクリレート、ポリプレングリコールモノメタクリレート、ポリプロピレングリコールモノメタクリレート、メトキシジエチレングリコールメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート、メタクリロイルオキシエチルハイドロジェンフタレート、メタクリロイルオキシエチルハイドロジェンサクシネート、3-クロロ-2- ヒドロキシプロピルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、2-ヒドロキキシメタクリレート、エチルメタクリレート等
（モノアクリレート類）
ノニルフェノキシポリエチレングリコールアクリレート、ノニルフェノキシポリプロピレングリコールアクリレート、シリコン変性アクリレート、ポリプロピレングリコールモノアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシジエチレングリコールアクリレート、フェノキシポリエチレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、アクリロイルオキシエチルハイドロジェンサクシネート、ラウリルアクリレート等
（ジメタクリレート類）
1,3-ブチレングリコールジメタクリレート、1,4-ブタンジオールジメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ブチレングリコールジメタクリレート、ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポリプレングリコールジメタクリレート、2-ヒドロキシ1,3-ジメタクリロキシプロパン、2,2-ビス4-メタクリロキシエトキシフェニルプロパン、2,2-ビス4-メタクリロキシジエトキシフェニルプロパン、2,2-ビス4-メタクリロキシポリエトキシフェニルプロパン等
（ジアクリレート類）
エトキシ化ネオペンチルグリコールジアクリレート、プロポキシ化ネオペンチルグリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、2,2-ビス4-アクリロキシジエトキシフェニルプロパン、2-ヒドロキシ1-アクリロキシ、3-メタクリロキシプロパン等
（トリメタクリレート類）
トリメチロールプロパントリメタクリレート等
（トリアクリレート類）
エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、プロポキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート等
（テトラアクリレート類）
エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、プロポキシ化ペンタエリスイリトールテトラアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート等
（ウレタンアクリレート類）
ウレタンアクリレート、ウレタンジメチルアクリレート、ウレタントリメチルアクリレート等
（エポキシアクリレート類）
（その他）
アクリルアミド、光硬化性ポリビニルアルコール、光硬化性ポリエチレングリコール、光硬化性ポリエチレングリコールポリプロピレングリコールプレポリマ上記した包括固定化微生物担体の製造方法により嫌気性細菌を高濃度に担持した本発明の包括固定化微生物担体Ａは、以下に説明する環境汚染物質に接触させて生物学的処理を行うことにより、環境汚染物質の効果的な分解除去或いは脱窒除去が可能である。
【００３４】
嫌気性細菌による効果的な生物学的に可能な環境汚染物質としては、主として、廃水中の油成分（ヘキサン抽出物）、ＢＯＤ成分、亜硝酸性窒素成分や硝酸性窒素成分、大気中のメルカプタン、硫化水素、アンモニア等の悪臭成分が対象である。以下、本発明の包括固定化微生物担体Ａを用いた環境汚染物質の除去について実施例にて説明する。
【００３５】
【実施例】
（実施例１）
実施例１は、本発明の包括固定化微生物担体Ａの処理性能及び嫌気性細菌の高濃度培養状態の安定性、並びに高濃度ＢＯＤ廃水の処理能力を試験したものである。
【００３６】
下水処理場から採取した活性汚泥をポリエチレングリコール系プレポリマ（ポリエチレングリコールジメタクリレート）で固定化した本発明の３．５ｃｍ角型の包括固定化微生物担体を連続処理運転のサンプルとして試験に供した（以下「発明法担体Ａ」という）。発明法担体Ａは、３．５ｃｍの成形型で３０℃で重合して、スポンジ構造の担体としたものである。
【００３７】
比較例として、同様に下水処理場から採取した活性汚泥をポリエチレングリコール系プレポリマ（ポリエチレングリコールジメタクリレート）で３ｍｍの厚さでシート状に重合したものを３ｍｍ角型に切断し、これを従来の包括固定化微生物担体（以下「従来法担体Ｂ」という）として試験に供した。
【００３８】
表２は、包括固定化微生物担体の組成であり、発明法担体Ａ及び従来法担体Ｂともに同様である。
【００３９】
【表２】

【００４０】
表３は、発明法担体Ａ中及び従来法担体Ｂ中の菌数測定用として使用した標準寒天培地である。また、菌の測定は全て嫌気性培養で評価した。
【００４１】
【表３】

【００４２】
図６は、連続処理運転に用いた試験装置１０の概念図である。
【００４３】
試験装置１０は、容積が２Ｌの反応槽１２に、上記した３．５ｃｍ角型の大径な発明法担体Ａを１０００ｍＬ充填し充填率を５０％とした固定床式の連続処理装置で、原水はポンプ１４により反応槽１２の底部から流入し、側面上部から処理水が流出する構造である。連続処理運転での、滞留時間を２４時間とし、流量を１．４ｍＬ／分とした。尚、エア供給配管１６を備えており、反応槽１６内へのエア供給も必要に応じて可能である。
【００４４】
上記試験装置１０を用いて発明法担体Ａと従来法担体Ｂについて、処理性能及び嫌気性細菌の高濃度培養状態の安定性を評価するために合成廃水（ＢＯＤ８０００ｍｇ／Ｌ）での連続処理運転を嫌気性条件下で行った。
【００４５】
その結果、発明法担体Ａ中の嫌気性細菌が顕著に増殖した。初期の嫌気性細菌数は２×１０⁶（cells/cm³- 担体）であったものが、４か月の連続処理運転終了後に菌数を測定したところ４．４×１０¹⁰（cells/cm³- 担体）まで増加し、連続処理運転で高濃度培養が可能であることが分かった。一方、従来法担体Ｂの場合には、４か月の連続処理運転終了後に菌数を測定したところ８．６×１０⁸（cells/cm³- 担体）で高濃度化には至らなかった。また、発明法担体Ａを使用した処理水のＢＯＤは、３５０〜５９０ｍｇ／Ｌで推移したのに対し、従来法担体Ｂを使用した処理水のＢＯＤは、９００〜１２００ｍｇ／Ｌで推移し、発明法担体Ａは従来法担体Ｂに比べて処理性能が優れていた。また、連続処理運転後の担体の稀釈平板培養を行ったときのコロニー形態を観察したところ、発明法担体Ａ及び従来法担体Ｂともに白色や褐色などの多様な小型コロニーが生育し、分離した菌をbioMerieux社製同定キットで同定した結果、通性嫌気性細菌であるPseudomonas sp. 等が同定できた。このことは、発明法担体Ａ及び従来法担体Ｂともに合成廃水の連続処理試験で嫌気性細菌が増殖するが、発明法担体Ａは従来法担体Ｂに比べて処理性能及び嫌気性細菌の高濃度培養状態において優れていることを意味する。
【００４６】
次に、連続処理運転に使用した発明法担体Ａと従来法担体Ｂを用いて動力学的係数を明らかにするために、上記した食品工場廃水を使用して回分処理を行った。
【００４７】
合成廃水での連続処理運転終了後、発明法担体Ａ及び従来法担体Ｂのそれぞれの反応槽１２の水を食品工場廃水に入れ換え、回分実験ではＢＯＤの除去速度を調べた。食品工場廃水のＢＯＤ濃度は５４３０ｍｇ／Ｌの高濃度のものを使用した。処理水のＢＯＤ分析は、５Ａ濾紙で濾過した液を分析した。また、運転終了後に発明法担体Ａ及び従来法担体Ｂの菌数を測定した。
【００４８】
ＢＯＤの除去速度は次式（１）により計算される。
【００４９】
【数１】
ｄｓ／ｄｔ＝Ｋ×ｓ…（１）
ｓ：食品工場廃水のＢＯＤ濃度（ｍｇ／Ｌ）
ｔ：時間（ｈ）
Ｋ：除去速度恒数（１／ｈ）
その結果、従来法担体ＢのＢＯＤ除去速度は、０．１５０ｈ^-1であるのに対し、発明法担体ＡのＢＯＤ除去速度は、０．２２８ｈ^-1となり、高濃度ＢＯＤ廃水のＢＯＤ除去速度は、発明法担体Ａが従来法担体Ｂの約１．５倍速いことが分かった。
（実施例２）
実施例２は、発明法担体Ａと従来法担体Ｂのそれぞれについて、食品工場での中濃度ＢＯＤ成分、ＣＯＤ成分、ＳＳ（懸濁物質）、油分（ｎ−ヘキサン抽出物）の除去性能を試験したものである。
【００５０】
実施例１の実験終了後、空気を１Ｌ／分で通気する好気性条件（但し、担体の中心部は嫌気性状態になる）で、食品工場廃水を滞留時間１２時間で連続処理した。
【００５１】
結果を表４に示す。本発明の処理水とは発明法担体Ａを使用した処理水であり、従来法の処理水とは従来法担体Ｂを使用した処理水である。
【００５２】
【表４】

【００５３】
表４の結果から分かるように、発明法担体Ａを用いた本発明の処理水は、従来法担体Ｂを用いた従来法の処理水に比べて、ＢＯＤ、ＣＯＤ、n-ヘキサン抽出物について良い結果となった。ＢＯＤ分解性能が良い理由としては、発明法担体Ａは従来法担体Ｂに比べて担体の径又は厚みを大幅に大きくしたことにより、担体中に良好な嫌気性条件を形成することができるためと考えられる。また、発明法担体Ａは、ＣＯＤ成分についての分解性能も良いが、これは嫌気性細菌と好気性細菌との共役反応によりＣＯＤ成分を分解していることが考えられる。
（実施例３）
実施例３は、発明法担体Ａと従来法担体Ｂのそれぞれについて、亜硝酸性窒素成分や硝酸性窒素成分の脱窒性能を試験したものである。
【００５４】
発明法担体Ａ及び従来法担体Ｂの製造方法、並びに担体の大きさは実施例１と同様である。
【００５５】
試験装置は直径５０ｃｍ、高さ１５０ｃｍのカラムに担体を６０％になるように充填した固定床式の窒素処理装置を、発明法担体Ａと従来法担体Ｂとのそれぞれについて準備した。そして、それぞれの窒素処理装置のカラム内に千葉県のＴ沼の水を連続的に流入させてカラム内で滞留時間１５分で担体と接触させて窒素処理を行い、処理した処理水を流出させた。Ｔ沼の水は、アンモニア性窒素１．２ｍｇ／Ｌ、硝酸性窒素０．８ｍｇ／Ｌ、有機体炭素濃度２ｍｇ／Ｌを含有する水である。運転開始３週間目で処理水が安定し、その後６ヶ月間硝化反応と脱窒反応が同時に進行した。
【００５６】
その結果、発明法担体Ａを用いた処理水の平均水質は、アンモニア性窒素０．４ｍｇ／Ｌ、硝酸性窒素０．６ｍｇ／Ｌ、有機体炭素濃度０．５ｍｇ／Ｌで、亜硝酸性窒素は検出されなかった。一方、従来法担体Ｂを用いた処理水の平均水質は、アンモニア性窒素０．４ｍｇ／Ｌ、硝酸性窒素１．２ｍｇ／Ｌ、有機体炭素濃度０．５ｍｇ／Ｌで、亜硝酸性窒素は検出されなかった。この結果から分かるように、従来法担体Ｂの処理水は発明法担体Ａの処理水に比べて硝酸性窒素の残存量が２倍になっており、脱窒反応が生じにくいことが分かる。また、６ヶ月間の連続運転終了後の発明法担体Ａと従来法担体Ｂとの菌数を測定したところ、発明法担体Ａの場合には初期の嫌気性細菌数２×１０⁶（cells/cm³- 担体）であったものが、連続運転終了後では５．４×１０¹⁰（cells/cm³- 担体）であり連続運転で高濃度培養が可能である。担体の径又は厚みが大きな発明法担体Ａでは、担体表面近傍で硝化細菌が増殖し、担体の表面から離れた内部で高濃度の嫌気性細菌が増殖していた。これに対し、担体の径又は厚みが小さな従来法担体Ｂでは連続運転終了後の菌数は、２．６×１０⁸（cells/cm³- 担体）と高濃度化には至らなかった。
（実施例４）
実施例５は、排気ガス中のメルカプタン、硫化水素、アンモニア等の悪臭成分の除去を行ったものである。
【００５７】
試験装置は、直径１０ｃｍ、高さ２００ｃｍのカラム内に、担体を５０％になるように充填した固定床式の排ガス処理装置を、発明法担体Ａ及び従来法担体Ｂのそれぞれについて準備した。充填した発明法担体Ａと従来法担体Ｂの担体の製造方法及び担体の大きさは実施例１と同様である。
【００５８】
そして、メルカプタンを含有するガスをカラムの下端から流入させ、固定床を通過させてからカラム上端から排気し、流入ガスと排気ガスのメルカプタン濃度を測定して除去率を求めた。カラム内でのガスの滞留時間を２分とした。
【００５９】
同様に、硫化水素を含有するガス、アンモニアを含有するガスについても実施した。
【００６０】
その結果、発明法担体Ａを使用した場合には、メルカプタン、硫化水素、アンモニアのいずれの場合も９９％の除去率を得ることができた。これに対し、従来法担体Ｂの使用した場合にも８５〜９９％の除去率を得ることができたが、除去率が変動し不安定であった。また、発明法担体Ａを使用した場合には、排ガス中の窒素成分の脱窒が生じ、全窒素量の３０％が窒素ガスに変換することができたが、従来法担体Ｂの場合には１５％止まりであった。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る包括固定化微生物担体及びその製造方法によれば、微生物の純粋培養を行うことなく特定の微生物をモノマ又はプレポリマの固定化材料に高濃度に担持することができる。
【００６２】
従って、本発明の包括固定化微生物担体を用いれば、従来の包括固定化微生物担体に比べて環境汚染物質を効果的に分解除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】重合時における固定化材料の球相当径と嫌気性細菌の菌数との関係図
【図２】本発明の包括固定化微生物担体の製造におけるスポンジ構造が形成される状況を示す概念図
【図３】本発明の包括固定化微生物担体のスポンジ構造の電子顕微鏡写真を図示した図
【図４】重合時のおける重合温度と嫌気性細菌の菌数との関係図
【図５】重合時における固定化材料の中心部温度から外気温度を引いた温度差と嫌気性細菌の菌数との関係図
【図６】連続処理運転装置の概念図
【符号の説明】
１０…試験装置、１２…反応槽、１４…ポンプ、１６…エア供給配管、Ａ… 発明法担体（本発明の包括固定化微生物担体）、Ｂ…従来法担体（従来の包括固定化微生物担体）

Claims

微生物の存在下でアクリレート類、アクリルアミド、光硬化性ポリビニルアルコール、光硬化性ポリエチレングリコール、光硬化性ポリエチレングリコールポリプロピレングリコールプレポリマから選ばれるいずれか１の固定化材料を重合して微生物を包括固定化させた担体を製造する包括固定化微生物担体の製造方法において、
前記微生物は嫌気性細菌であると共に、前記固定化材料の径又は厚みを１〜１０ｃｍの大きさで重合させ、且つ前記重合時における固定化材料の中心部温度から外気温度を引いた温度差を５〜１０°Ｃにすることにより前記担体の中心部から外部に向かう放射状のスポンジ構造を形成することを特徴とする包括固定化微生物担体の製造方法。
前記アクリレート類は、モノメタクリレート類、モノアクリレート類、ジメタクリレート類、ジアクリレート類、トリメタクリレート類、トリアクリレート類、テトラアクリレート類、ウレタンアクリレート類、エポキシアクリレート類であることを特徴とする請求項１の包括固定化微生物担体の製造方法。
前記固定化材料を１〜１０ｃｍの成形型に入れて重合することを特徴とする請求項１又は２の包括固定化微生物担体の製造方法。
前記固定化材料を１〜１０ｃｍの大きさでアルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含む水性溶媒中又は有機溶媒中に滴下して重合することを特徴とする請求項１又は２に記載の包括固定化微生物担体の製造方法。
前記重合時の重合温度を３０〜６０°Ｃにすることを特徴とする請求項１〜４の何れか１に記載の包括固定化微生物担体の製造方法。
前記固定化材料に無機物の粒子又は有機物の粒子を含有させることを特徴とする請求項１〜５の何れか１に記載の包括固定化微生物担体の製造方法。
請求項１〜６の何れか１に記載の包括固定化微生物担体の製造方法により製造された包括固定化微生物担体。