JP4778938B2 - 環境汚染物質の処理方法及びバイオリアクター - Google Patents
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Description
供試菌株であるフェノール分解菌Acinetobacter sp.(ATCC-11171)の培養には、JCM Medium List No.22(Nutrient agarNo.2)を基本とした液体培地を用いた。培地の組成を表1に示す。尚、JCM培地No.22からは寒天を除き、液体培地として用いた。そして、30℃で振とう(110rpm)培養を行った後、遠心分離により集菌し、リン酸緩衝液(9g/l Na2HPO4・12H2O、1.5g/l KH2PO4、pH=7.5)により3回洗浄した。洗浄菌体は、Acinetobacter sp.に10mg dry wt./mlになるようそれぞれリン酸緩衝液に懸濁した。
厚さ0.05mmのポリエチレン膜(商品名:ミポロンフィルム、ミツワ(株)製)を用いて、大きさが50mm×100mmの袋A及び袋Bを作製した。袋Aには、無機培地100mLのみを封入した。袋Bには無機培地100mLとAcinetobacter sp.を封入した。無機培地の組成を表2に示す。尚、Acinetobactersp.は、実施例1のリン酸緩衝液0.2mLに懸濁したものを無機培地100mLに添加して混合した。
フェノール濃度を50000mg/L、KCN濃度を100mg/Lとした溶液500mL(以下、フェノール溶液と呼ぶ)をビーカー内に入れ、この溶液中に袋A、袋Bをそれぞれ浸漬し、経過日数に対して袋内の無機培地のフェノール濃度を測定して、袋内へのフェノールの透過量を評価した。フェノール濃度は4−アミノアンチピリン吸光光度法を用いて、510nmの吸光度を測定することにより求めた。また、実験中は、袋に空気供給管を差し込んで、空気を袋内に送り込み続けた。尚、実験中のフェノール溶液の温度は30℃とし、マグネチックスターラーにより撹拌し続けた。結果を図12に示す。袋Aを浸漬した場合は、日数の経過に伴って、フェノール濃度が増加し、7日目には4000mg/L程度まで増加した。つまり、本実施例では、50000mg/Lの高濃度なフェノール溶液を、28.6g・m−2・日−1で徐々に容器内に透過させることが可能であることが確認された。また、袋Bを浸漬した場合は、1日目まではフェノール濃度の増加が見られたが、それ以降は減少し続け、2日目以降は検出限界(0.05mg/L)以下となった。
ビーカー内に、フェノール原液を15mL、フェノールの凍結を防止するためのエタノール原液1mLをビーカー内に入れ、袋A、袋Bをビーカー内の溶液と接触しないようにそれぞれビーカー内に配置し、このビーカーを密閉状態として、ビーカー内にフェノール蒸気を充満させた。そして、袋A、袋Bの配置からの経過日数に対して袋内の無機培地のフェノール濃度を測定して、袋内へのフェノールの透過量を評価した。フェノール濃度は4−アミノアンチピリン吸光光度法により測定した。また、実験中は、袋に空気供給管を差し込んで、空気を袋内に送り込み続けた。尚、実験中のビーカー内の温度は30℃とした。結果を図13に示す。袋Aを配置した場合は、日数の経過に伴って、フェノール濃度が増加し、7日目には約700mg/L程度まで増加した。また、袋Bを配置した場合は、5時間後まではフェノール濃度の増加が見られたが、それ以降は減少し続け、2日目以降は検出限界(0.05mg/L)以下となった。
以下、非多孔性膜を用いて形成した袋の内部に各種物質を密封したときの非多孔性膜透過性について検証した実験例について説明する。尚、以下に示す実験例では、袋の内側から外側に物質を透過させているが、これらの結果から導かれる傾向は、袋の外側から内側に物質を透過させる場合にも適用できるものである。
厚さ0.05mm、0.1mm、0.3mm、0.5mmのポリエチレン膜(商品名:ミポロンフィルム、ミツワ(株)製)を袋状として、その中にメタノール(和光純薬工業製、99.8%)、エタノール(和光純薬工業製、99.5%)をそれぞれ密封した。密封した溶液量は全て5mLとした。これを水の中に浸漬し、経過日数に対して分子透過量をTOC濃度を測定することによりメタノールおよびエタノールの透過量を評価した。TOC濃度は燃焼−赤外線式全有機炭素分析計(TOC−650、東レエンジニアリング製)により測定した。この結果を図14の(A)並びに(B)に示す。図中において、Bはバックグラウンド、MeOHはメタノール、EtOHはエタノール、0.05、0.1、0.3、0.5等の数値はポリエチレン膜厚(単位;mm)を表している。この実験から、メタノール、エタノール共に、ポリエチレン膜厚が薄くなるにつれて、TOC濃度も増加していくことが確認された。したがって、非多孔性膜の膜厚により、環境汚染物質の透過速度の制御が可能であることが確認された。
厚さ0.05mmのポリエチレン膜(商品名:ミポロンフィルム、ミツワ(株)製)を袋状として、その中に酢酸(和光純薬工業製、99.7%)を密封した。また、厚さ0.01mmのポリエチレン膜(商品名:ポリエチレンラップ、(株)ダイエー製)を袋状として、その中に乳酸(和光純薬工業製、DL‐乳酸85〜92%溶液)、グルコース(和光純薬工業製、10%水溶液)をそれぞれ密封した。密封した溶液量はすべて5mLとした。これらをそれぞれ水の中に浸漬し、経過時間に対してTOC濃度を測定して、酢酸、乳酸及びグルコースの透過量を評価した。また、ポリエチレン膜中にエタノール(和光純薬工業製、99.5%)を密封して袋状としたものについても同様にTOC濃度濃度を測定し、酢酸、乳酸及びグルコースのポリエチレン膜透過性との比較を行った。この結果を図15に示す。図中において、EtOHはエタノール、Aceは酢酸、Lacは乳酸、Gluはグルコースを表している。この実験から、酢酸はエタノールよりもポリエチレン膜の透過速度が速いことが確認された。一方、乳酸とグルコースはポリエチレン膜をほとんど透過しないことが確認された。したがって、メタノールやエタノール等のアルコールに加えて、酢酸もポリエチレン膜を透過することが明らかとなった。また、乳酸やグルコース等の水に良く溶ける物質はポリエチレン膜を透過し難いことが明らかとなった。
厚さ0.025mmのポリビニルアルコール膜(商品名:ビニロンフィルムDX−N#25、東セロ株式会社製)を袋状として、その中にグルコース(和光純薬工業製、10%水溶液)、スクロース(和光純薬工業製、10%水溶液)をそれぞれ密封した。密封した溶液量はすべて5mLとした。これらをそれぞれ水の中に浸漬し、経過時間に対してTOC濃度を測定して、グルコース及びスクロースの透過量を評価した。この結果を図16に示す。図中において、Gluはグルコース、Sucはスクロースを表している。この実験から、グルコースとスクロースはPVA膜を透過していることが確認された。また、TOC濃度が平衡状態に達する時間は、グルコースが約15時間後であるのに対し、スクロースは約50時間後であり、スクロースの方がグルコースと比較して遅いことが確認された。したがって、分子量の大きいグルコースやスクロース等の糖類もPVA膜のような親水性の膜を用いることで透過させることが可能であることが明らかとなった。また、単糖類であるグルコースよりも分子量の大きい二糖類のスクロースの方がTOC濃度の平衡状態に達する時間が遅かったことから、分子量によりPVA膜の分子透過速度を制御することが可能であることが明らかとなった。尚、本実験では、グルコースやスクロースのPVA膜透過速度が、メタノールやエタノール、酢酸のポリエチレン膜透過速度に比べて速い傾向が見られた。これは、使用したPVA膜の膜厚が0.025mmと薄かったことに起因しており、PVA膜厚を厚くすることやポリエチレン膜とPVA膜の中間の性質を持つエチレンビニルアルコール共重合体膜を用いることにより、グルコースやスクロースの透過速度を抑えることが可能である。
厚さ0.01mmのポリエチレン膜(商品名:ポリエチレンラップ、(株)ダイエー製)を袋状として、その中にアンモニウムイオンと硫酸イオンを含む溶液、硝酸イオンを含む溶液、リン酸イオンを含む溶液をそれぞれ密封した。アンモニウムイオンと硫酸イオンを含む溶液は、硫酸アンモニウム0.047gを蒸留水10mLに溶解して、濃度を1000mg−N/Lとした。硝酸イオンを含む溶液は、硝酸カリウム0.072gを蒸留水10mLに溶解して、濃度を1000mg−N/Lとした。リン酸イオンを含む溶液は、リン酸カリウム0.056gを蒸留水10mLに溶解して、濃度を1000mg−P/Lした。溶液を密封した袋は、それぞれ水の中に浸漬し、経過時間に対してイオン濃度を測定し、アンモニウムイオン、硝酸イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンの透過量を評価した。アンモニウムイオン濃度はインドフェノール青吸光光度法により測定した。その他のイオン濃度は、イオンクロマトアナライザー(DX−AQ、ダイオネックス社製)により測定した。この結果を図17に示す。図中において、図中において、NH4 +−Nはアンモニウムイオンを、NO3 −−Nは硝酸イオンを、PO4 3−−Pはリン酸イオンを、SO4 2−−Sは硫酸イオンを表している。この実験から、アンモニウムイオン、硝酸イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンはポリエチレン膜をほとんど透過しないことが確認された。したがって、ポリエチレン膜を用いてもイオンをほとんど透過性させることができないことが明らかとなった。
厚さ0.025mmのPVA膜(商品名:ビニロンフィルムDX−N#25、東セロ株式会社製)を袋状として、その中にアンモニウムイオンと硫酸イオンを含む溶液、硝酸イオンを含む溶液、リン酸イオンを含む溶液をそれぞれ密封した。これらの溶液は上記(4)の実験と同じものとした。これらをそれぞれ水の中に浸漬し、上記(4)の実験と同様の手法により、経過時間に対してイオン濃度を測定し、アンモニウムイオン、硝酸イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンの透過量を評価した。この結果を図18に示す。この実験から、アンモニウムイオン、硝酸イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンはPVA膜を透過していることが確認された。また、各種イオン濃度が平衡状態に達する時間は、アンモニウムイオンと硝酸イオンが約50時間後であるのに対し、リン酸イオンと硫酸イオンは約100時間後であり、リン酸イオン及び硫酸イオンの方がアンモニウムイオン及び硝酸イオンと比較して遅いことが確認された。したがって、アンモニウムイオン、硝酸イオン、リン酸イオン及び硫酸イオン等の水に可溶なイオンをPVA膜のような親水性の膜を用いることで透過させることが可能であることが明らかとなった。また、アンモニウムイオンや硝酸イオンよりも分子量の大きいリン酸イオンや硫酸イオンの方が各種イオン濃度の平衡状態に達する時間が遅かったことから、イオンの分子量によりPVA膜のイオン透過速度を制御することが可能であることが明らかとなった。尚、本実験では、各種イオンのPVA膜透過速度が、メタノールやエタノール、酢酸のポリエチレン膜透過速度に比べて速い傾向が見られた。これは、使用したPVA膜の膜厚が0.025mmと薄かったことに起因しており、PVA膜厚を厚くすることやポリエチレン膜とPVA膜の中間の性質を持つエチレンビニルアルコール共重合体膜を用いることにより、各種イオンの透過速度を抑えることが可能である。
厚さ0.01mmのポリエチレン膜(商品名:ポリエチレンラップ、(株)ダイエー製)に、HCl溶液(和光純薬工業製、1N)、酢酸(和光純薬工業製、99.7%)、NaOH溶液(和光純薬工業製、1N)、アンモニア溶液(和光純薬工業製、25%)をそれぞれ密封して袋状とした。また、厚さ0.025mmのPVA膜(商品名:ビニロンフィルムDX‐N#25、東セロ株式会社製)中に、HCl溶液(和光純薬工業製、1N)、NaOH溶液(和光純薬工業製、1N)をそれぞれ密封して袋状とした。溶液を密封した袋は、それぞれ水の中に浸漬し、経過時間に対してpHを測定し、ポリエチレン膜またはPVA膜による酸性物質や塩基性物質の透過性の評価を行った。この結果を図19に示す。この実験から、酸性物質である酢酸、塩基性物質であるアンモニア溶液がポリエチレン膜を透過して、袋の周辺環境のpHの制御が可能であることが確認され、酸性物質である塩酸、塩基性物質である水酸化ナトリウムはポリエチレン膜は透過しにくいがPVA膜を透過することが確認された。ここで、上記(3)の実験例により、アンモニウムイオンはポリエチレン膜を透過しなかったことから、アンモニア溶液から発生したアンモニアガスがポリエチレン膜を透過していると考えられた。したがって、アンモニアガスがポリエチレン膜を透過することが明らかとなった。尚、本実験でアンモニア溶液から発生したアンモニアガスのポリエチレン膜の透過性について、pHが実験開始から2時間後まで急激に上昇したが、これは、使用したポリエチレン膜の膜厚が0.01mmと薄かったことに起因しており、ポリエチレン膜厚を厚くすることやポリエチレン膜とPVA膜の中間の性質を持つエチレンビニルアルコール共重合体膜を用いることにより、アンモニアガスの透過速度を抑えることが可能である。
酢酸ビニル含有率が5重量%、10重量%、15重量%及び20重量%であるエチレン−酢酸ビニル共重合体膜(EVA膜)を用いて袋を形成し、その中にフェノールを密封した場合のフェノールの透過量を測定して、EVA膜に対するフェノールの透過性について確認試験を行った。
酢酸ビニル含有率を上記割合としたEVA膜(昭和パックス社製、厚さ0.1mm)を50mm×50mmの袋状として、その中にフェノール濃度50000mg/Lのフェノール水溶液をそれぞれ密封した。密封した溶液量は5mLとした。これをビーカー内に入れた水300mLの中に浸漬し、経過日数に対して水のフェノール濃度を測定し、袋からのフェノール透過量を評価した。フェノール濃度は4−アミノアンチピリン吸光光度法を用いて、510nmの吸光度を測定することにより求めた。実験中のビーカー内の温度は30℃とし、実験中はビーカー内の水をマグネチックスターラーで撹拌し続けた。
酢酸ビニル含有率が10重量%及び20重量%であるEVA膜を用いて袋を形成し、その中にフェノールを密封し、無機培地とAcinetobacter sp.を入れたビーカー内に当該袋を浸漬して、Acinetobactersp.のフェノール分解能の確認試験を行った。
実施例6と同様、酢酸ビニル含有率を上記割合としたEVA膜を50mm×50mmの袋状として、その中にフェノール濃度50000mg/Lのフェノール水溶液をそれぞれ密封した。密封した溶液量は5mLとした。そして、ビーカー内に表2に示した無機培地300mLと実施例1で調製したAcinetobacter sp.入りのリン酸緩衝液0.2mLとを入れ、袋を浸漬し、経過日数に対してビーカー内の無機培地のフェノール濃度を測定し、Acinetobacter sp.のフェノール分解能を評価した。フェノール濃度は4−アミノアンチピリン吸光光度法を用いて、510nmの吸光度を測定することにより求めた。実験中のビーカー内の温度は30℃とし、無機培地はエアレーションを行って好気性雰囲気を維持した。尚、比較実験として、ビーカー内に無機培地300mLのみを入れた場合についても同様の実験を行った。つまり、この実験系においては、袋内に密封されたフェノール水溶液が被処理環境であり、ビーカー内の無機培地が微生物棲息領域である。
2 非多孔性膜
3 環境汚染物質分解微生物
4 容器
5 環境汚染物質
6 担体
20 産業廃棄物処分場
21 遮水シート
22 産業廃棄物
Claims (7)
- 非多孔性膜を少なくとも一部に備えると共に被処理対象となる環境汚染物質を分解する能力を有する微生物と培地とが収容されている容器を含み、前記非多孔性膜は前記環境汚染物質を透過する疎水性の非多孔性膜またはエチレンと酢酸ビニルの共重合体膜であり、前記容器の周辺に存在している前記環境汚染物質を前記容器の前記非多孔性膜部分に収着させると共に前記非多孔性膜の分子透過性能に支配される速度で前記環境汚染物質を前記容器内に透過させて前記微生物に緩やかに供給し、前記微生物により前記環境汚染物質を分解処理することを特徴とする環境汚染物質分解処理用バイオリアクター。
- 前記疎水性の非多孔性膜は、ポリエチレン膜またはポリプロピレン膜である請求項1に記載の環境汚染物質分解処理用バイオリアクター。
- 前記微生物は、前記微生物を担持しうる担体に担持されて前記容器内に収容されている請求項1に記載の環境汚染物質分解処理用バイオリアクター。
- 産業廃棄物からの環境汚染物質の拡散を防ぐ遮水シートが敷設されている産業廃棄物処分場において、前記遮水シートの裏面側近傍に請求項1に記載の環境汚染分解処理用バイオリアクターが敷設されている産業廃棄物処分場。
- 排水処理槽に収容されている排水に含まれる環境汚染物質を請求項1に記載のバイオリアクターで分解処理する方法であり、前記バイオリアクターを複数個用意すると共に前記複数個のバイオリアクターはそれぞれ環境汚染物質透過速度を異なるものとし、前記排水の環境汚染物質濃度の低下に従って、前記環境汚染物質の分解処理に使用する前記バイオリアクターの環境汚染物質透過速度を大きくすることを特徴とする環境汚染物質含有排水の処理方法。
- 排水処理槽に収容されている排水に含まれる環境汚染物質を請求項1に記載のバイオリアクターで分解処理する方法であり、前記排水処理槽を複数個備えて前記排水処理槽のそれぞれに前記バイオリアクターを配置し、前記バイオリアクターの環境汚染物質透過速度を前記排水処理槽の後段に向かうに従って大きくし、前段の前記排水処理槽で前記排水の環境汚染物質濃度を低減し、環境汚染物質濃度が低減された前記排水を次段の前記排水処理槽で処理することを特徴とする環境汚染物質含有排水処理方法。
- 環境汚染物質と微生物の機能を少量で阻害する水溶性の毒性物質とが併存している被処理領域と前記環境汚染物質を分解処理する能力を有する微生物が棲息している領域との間に非多孔性膜を介在させて前記微生物を前記被処理領域から遮蔽し、前記非多孔性膜は前記環境汚染物質を透過する疎水性の非多孔性膜またはエチレンと酢酸ビニルの共重合体膜であり、前記被処理領域に存在している前記環境汚染物質を前記非多孔性膜に収着させると共に前記非多孔性膜の分子透過性能に支配される速度で前記微生物が棲息している領域に透過させる一方で前記毒性物質は透過させずに前記微生物に前記環境汚染物質のみを供給し、前記微生物により前記環境汚染物質を分解処理することを特徴とする環境汚染物質の分解処理方法。
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