JP5392719B2 - Electron donor supplier, method for producing electron donor supplier, and environmental purification method using the same - Google Patents

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Description

本発明は、生物学的処理において使用される電子供与体供給剤、その製造方法、及びそれを用いた環境浄化方法に関し、特に、加水分解性を向上させても使用環境下において固体状態とすることができ、且つ、加水分解に伴った電子供与体の放出速度を制御することのできるポリ乳酸系樹脂を含む電子供与体供給剤、その製造方法、及びそれを用いた環境浄化方法に関するものである。   The present invention relates to an electron donor supply agent used in biological treatment, a production method thereof, and an environmental purification method using the same, and in particular, even when hydrolyzability is improved, the solid state is obtained in the use environment. And an electron donor supply agent comprising a polylactic acid resin capable of controlling the release rate of the electron donor accompanying hydrolysis, a method for producing the same, and an environment purification method using the same. is there.

従来より、生活廃水や工場廃水などの影響による河川、湖沼の富栄養化や、農地への窒素肥料の施肥による周辺水環境(地下水、河川、湖沼)への汚染を防止するために、廃水処理が行なわれている。   Conventionally, wastewater treatment to prevent eutrophication of rivers and lakes due to the influence of domestic wastewater and factory wastewater, and contamination of the surrounding water environment (groundwater, rivers and lakes) due to the application of nitrogen fertilizer to farmland Has been done.

かかる廃水処理は、一般的にコスト的に有利な生物学的処理によって行なわれる。廃水処理施設では、処理槽に導入された汚水が活性汚泥の存在下で曝気され、汚水に含まれる有機物(BOD(Biochemical Oxygen Demand)源)は、活性汚泥中の好気性微生物の作用によって分解される。この活性汚泥による処理では、窒素成分を除去する機能が弱く、アンモニア等の窒素成分は残存しやすい。   Such wastewater treatment is generally carried out by biological treatment which is advantageous in terms of cost. In the wastewater treatment facility, the sewage introduced into the treatment tank is aerated in the presence of activated sludge, and the organic matter (BOD (Biochemical Oxygen Demand) source) contained in the sewage is decomposed by the action of aerobic microorganisms in the activated sludge. The This treatment with activated sludge has a weak function of removing nitrogen components, and nitrogen components such as ammonia tend to remain.

冨栄養化の原因物質の一つは硝酸塩(窒素成分)であり、廃水中の有機物が完全に取り除かれたとしても、最終放流水中にかかる窒素成分が多く含まれていると、植物性プランクトンの異常増殖を促進してしまうなどして廃水処理は意味を失ってしまう。   原因 One of the causative substances of nutrition is nitrate (nitrogen component), and even if organic matter in the wastewater is completely removed, phytoplankton Wastewater treatment loses its meaning by promoting abnormal growth.

そこで、近年では、活性汚泥処理の後に、硝化菌によってアンモニアを硝酸塩とする硝化処理が行われ、次いで、嫌気性条件下で、脱窒菌による脱窒処理にて窒素成分の除去が行なわれている。   Therefore, in recent years, after activated sludge treatment, nitrification treatment using ammonia as nitrate is performed by nitrifying bacteria, and then nitrogen components are removed by denitrification treatment by denitrifying bacteria under anaerobic conditions. .

この脱窒処理は、有機物(即ちBOD源)をエネルギー源とし、硝酸塩を電子受容体とする脱窒菌の還元作用を利用したものであり、エネルギー源である有機物は電子供与体となって還元反応に必要な電子を供給する。これにより、硝酸塩は、亜硝酸、一酸化窒素、一酸化二窒素を経て窒素まで還元され、その結果、廃水中の各種窒素化合物は、窒素ガスとして大気中に放散されて除去される。   This denitrification treatment uses an organic substance (that is, BOD source) as an energy source and utilizes the reducing action of denitrifying bacteria using nitrate as an electron acceptor. The organic substance as the energy source becomes an electron donor and undergoes a reduction reaction. Supply the necessary electrons. Thereby, nitrate is reduced to nitrogen through nitrous acid, nitric oxide, and dinitrogen monoxide, and as a result, various nitrogen compounds in the wastewater are diffused into the atmosphere as nitrogen gas and removed.

この脱窒処理には、上記したように微生物のエネルギーとなる電子供与体が必要であるが、活性汚泥による処理にて電子供与体となりうる有機物は大部分が既に取り除かれているので、脱窒に必要な還元力が不足してしまう。このため、現状では、メタノールや酢酸などの低分子有機物を電子供与体として、処理槽に添加している。   As described above, this denitrification treatment requires an electron donor that becomes the energy of microorganisms, but most of the organic substances that can become electron donors in the treatment with activated sludge have already been removed. The necessary reducing power will be insufficient. For this reason, at present, low molecular organic substances such as methanol and acetic acid are added to the treatment tank as an electron donor.

しかし、メタノールや酢酸などは、液体であるため作業性が悪い上、槽内での消費量を把握することが難しい。このため、かかる電子供与体の添加のタイミングや添加量の的確な判断が困難となって、本来の必要量に対して電子供与体の過不足が生じ易い。電子供与体が不足する場合には、脱窒が不十分となって河川等の富栄養化を招きかねず、電子供与体が過剰である場合には、添加した電子供与体による二次汚染を引き起こしかねない。   However, since methanol, acetic acid, and the like are liquid, workability is poor and it is difficult to grasp the consumption in the tank. For this reason, it is difficult to accurately determine the timing and amount of addition of the electron donor, and the amount of the electron donor tends to be excessive or insufficient with respect to the original required amount. If the amount of electron donors is insufficient, denitrification may be insufficient, leading to eutrophication of rivers, etc., and if the amount of electron donors is excessive, secondary contamination by the added electron donor may be caused. It can cause.

そこで、固形有機物を電子供与体として用いるいわゆる固相脱窒法が提案されている。例えば非特許文献1〜4には、この固相脱窒法において、生分解性プラスチックであるポリ(3−ヒドロキシ酪酸)(PHB)、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリ乳酸(PLA)を活性汚泥や廃水中に添加することで窒素除去を試みた報告がされている。   Thus, a so-called solid-phase denitrification method using a solid organic substance as an electron donor has been proposed. For example, Non-Patent Documents 1 to 4 show that in this solid-phase denitrification method, poly (3-hydroxybutyric acid) (PHB), polycaprolactone (PCL), and polylactic acid (PLA), which are biodegradable plastics, are activated sludge and wastewater. There have been reports of attempts to remove nitrogen by adding it to the inside.

更には、生分解性プラスチックを電子供与体として用いた生物学的処理により、窒素化合物のみならず有機塩素系化合物や石油系炭化水素の分解、除去できることが知られている。   Furthermore, it is known that not only nitrogen compounds but also organic chlorine compounds and petroleum hydrocarbons can be decomposed and removed by biological treatment using a biodegradable plastic as an electron donor.

また、特許文献1には、生分解性プラスチックであるポリカプロラクトンを電子供与体として用いて、水、土壌の脱窒を行う技術が開示されている。   Patent Document 1 discloses a technique for denitrifying water and soil using polycaprolactone, which is a biodegradable plastic, as an electron donor.

特許文献2には、脱窒菌などの微生物が固定された高分子ゲルの一面にて処理液に接触し、他面において電子供与体となる固体型の生分解性プラスチックを接触するように設けたバイオリアクターが開示されている。   Patent Document 2 is provided so that one surface of a polymer gel to which microorganisms such as denitrifying bacteria are fixed is in contact with the treatment liquid, and the other surface is in contact with a solid-type biodegradable plastic serving as an electron donor. A bioreactor is disclosed.

特許文献3には、処理液を脱窒するために、生分解性プラスチックと、硝化菌および脱窒菌とをポリビニルアルコールで包括固定化した技術が開示されている。かかる特許文献2および3には、当該技術で用いる生分解性プラスチックの1としてポリ乳酸が例示されている。   Patent Document 3 discloses a technique in which biodegradable plastic, nitrifying bacteria, and denitrifying bacteria are comprehensively immobilized with polyvinyl alcohol in order to denitrify the treatment liquid. In Patent Documents 2 and 3, polylactic acid is exemplified as one of biodegradable plastics used in the art.

ここで、生分解性プラスチックの1つであるポリ乳酸は、微生物にて直接産生するのではなく、発酵法で産生する乳酸を基に化学合成にて産生できる汎用性生分解性プラスチックであり、工業ベースでの生産が開始され、医療、住宅、車など様々な分野へと用途展開されている。また、今後も需要の拡大が見込まれる生分解性プラスチックである。   Here, polylactic acid, which is one of biodegradable plastics, is a general-purpose biodegradable plastic that can be produced by chemical synthesis based on lactic acid produced by fermentation, rather than directly by microorganisms. Production on an industrial basis has begun and its application has been expanded to various fields such as medical treatment, housing, and cars. In addition, it is a biodegradable plastic that is expected to grow in demand in the future.

特許文献4には、このポリ乳酸を利用した環境浄化の技術として、繰り返し単位数が2〜10の低分子量のポリ乳酸と多官能アルコールとを反応させて半固体状のポリエステル(ポリ乳酸系樹脂)を作製し、かかるポリエステルから乳酸を電子供与体として徐放させ、微生物により有機塩素系化合物を分解する技術が開示されている。   In Patent Document 4, as a technology for environmental purification using polylactic acid, a low molecular weight polylactic acid having 2 to 10 repeating units and a polyfunctional alcohol are reacted to form a semi-solid polyester (polylactic acid resin). ), And slowly releasing lactic acid as an electron donor from such polyester, and a technique for decomposing organochlorine compounds by microorganisms is disclosed.

また、特許文献5には、公知の生分解性プラスチックを熱分解や加水分解によってオリゴマーとしたものを用い、有機塩素系化合物や石油系炭化水素を分解して土壌浄化を行う技術が開示されており、公知の生分解性プラスチックの1としてポリ乳酸についての例示がなされている。   Patent Document 5 discloses a technique for remediating soil by decomposing organochlorine compounds and petroleum hydrocarbons using known biodegradable plastics made into oligomers by thermal decomposition or hydrolysis. Thus, polylactic acid is exemplified as one of known biodegradable plastics.

特開2004−209364号公報JP 2004-209364 A 特開2003−117587号公報JP 2003-117487 A 特開2003−265170号公報JP 2003-265170 A 特許第3239899号Japanese Patent No. 3329899 特開2006−218457号公報JP 2006-218457 A

Mller, W.R., Heinemann, A., Schfer,C., Wurmthaler, J., Reutter, T.: Water Supply 10:7990 (1992)Mller, W.R., Heinemann, A., Schfer, C., Wurmthaler, J., Reutter, T .: Water Supply 10: 7990 (1992) Hiraishi, A. S. T. Khan, S.T.: Appl. Microbiol.Biotechnol. 61:103109 (2003)Hiraishi, A. S. T. Khan, S.T .: Appl. Microbiol. Biotechnol. 61: 103109 (2003) Watanabe, A., Uemoto, H., Morisa,M., Saitoh, S., Yoshizaki, R.:Biol. Sci. Space 18:142-143 (2004)Watanabe, A., Uemoto, H., Morisa, M., Saitoh, S., Yoshizaki, R.:Biol.Sci.Space 18: 142-143 (2004) Horiba, Y., Khan, S.T., Hiraishi,A.: Microbes Environ. 20:25-33 (2005)Horiba, Y., Khan, S.T., Hiraishi, A .: Microbes Environ. 20: 25-33 (2005)

しかしながら、ポリ(3−ヒドロキシ酪酸)やポリカプロラクトンなどの生分解性プラスチックは、生産コストが高く実用的でないという問題点があった。一方で、汎用性生分解性プラスチックとして生産されているポリ乳酸は、一般的に、生分解し難い難分解性であり、微生物の基質(即ち電子供与体)にはなり難いという問題点があった。特許文献4においては、生分解性を有する半固体状のポリ乳酸系樹脂が提案されてはいるが、製造方法が煩雑である。また、特許文献5においては、高分子量の生分解性プラスチックからオリゴマー化した生分解性プラスチックを、環境浄化に用いることが提案されているが、得られるオリゴマーは流動性の高いものであり、かかる方法で得られた低分子量ポリ乳酸を固相脱窒法に適用することは難しいという問題点があった。   However, biodegradable plastics such as poly (3-hydroxybutyric acid) and polycaprolactone have a problem of high production costs and impracticality. On the other hand, polylactic acid produced as a general-purpose biodegradable plastic is generally difficult to biodegrade and has a problem that it is difficult to become a microbial substrate (ie, an electron donor). It was. In Patent Document 4, a semi-solid polylactic acid resin having biodegradability is proposed, but the manufacturing method is complicated. Further, in Patent Document 5, it has been proposed to use biodegradable plastics oligomerized from high molecular weight biodegradable plastics for environmental purification, but the resulting oligomers have high fluidity, and such There was a problem that it was difficult to apply the low molecular weight polylactic acid obtained by the method to the solid phase denitrification method.

更には、浄化対象となる汚染の原因物質は多岐にわたるため、生物学的処理にて環境浄化を行う場合、微生物群集が汚染の原因物質を分解する分解速度はまちまちとなる。ここで、電子供与体の供給、即ち、ポリ乳酸からの乳酸の放出は、ポリ乳酸が加水分解されることによって進行するが、除去対象の汚染原因物質を微生物が分解する分解速度に応じて放出されることが重要である。除去対象の汚染原因物質の分解速度に比して乳酸等の放出速度が遅すぎると、栄養源が枯渇してしまい、微生物が増殖不能となって汚染の原因物質の分解が遅々として進行しない。一方、除去対象の汚染原因物質の分解速度に比して乳酸の徐放速度が早すぎると、該原因物質を分解する微生物の増殖と共に他の微生物も増殖してしまい、往々にして、汚染の原因物質を分解するために必要な微生物の増殖を阻害してしまう。   Furthermore, since there are a wide variety of contamination-causing substances to be purified, when the environment is purified by biological treatment, the decomposition rate at which the microbial community decomposes the contamination-causing substances varies. Here, the supply of the electron donor, that is, the release of lactic acid from polylactic acid proceeds by hydrolysis of polylactic acid, but releases the pollutant causing the removal target according to the decomposition rate of the microorganisms. It is important that If the release rate of lactic acid etc. is too slow compared to the degradation rate of the pollutant causing the removal, the nutrient source will be depleted, the microorganisms will not be able to grow and the degradation of the pollutant will not progress slowly. . On the other hand, if the rate of slow release of lactic acid is too fast compared to the rate of degradation of the pollutant causing the substance to be removed, other microorganisms will also grow with the growth of the microorganisms that degrade the causative agent, often resulting in contamination. It inhibits the growth of microorganisms necessary to decompose the causative substances.

しかし、上記したように、電子供与体供給源として用いることのできる程度の生分解性(加水分解性)を有する固体状態のポリ乳酸を得ることが困難である上、更に、生分解に伴って放出される電子供与体の徐放速度が調整されたものを得ることは益々困難であるという問題点があった。このため、かかるポリ乳酸を利用した生物学的処理によって環境浄化を行なうことも困難であった。   However, as described above, it is difficult to obtain a solid polylactic acid having biodegradability (hydrolyzability) that can be used as an electron donor supply source. There has been a problem that it is increasingly difficult to obtain an electron donor having a controlled slow release rate. For this reason, it has been difficult to purify the environment by biological treatment using such polylactic acid.

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、加水分解性を向上させても使用環境下において固体状態とすることができ、且つ、生分解に伴った電子供与体の放出速度を制御することのできるポリ乳酸系樹脂を含む電子供与体供給剤、その製造方法、及びそれを用いた環境浄化方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and even if hydrolyzability is improved, the present invention can be made into a solid state in a use environment, and an electron donor associated with biodegradation can be obtained. It is an object of the present invention to provide an electron donor supplier containing a polylactic acid resin capable of controlling the release rate, a production method thereof, and an environmental purification method using the same.

この目的を達成するために、請求項1記載の電子供与体供給剤は、微生物による生物学的処理に用いられ、該微生物に電子供与体を供給するものであって、重量平均分子量が略12000以下、結晶化度が10%以上で且つ40%以下であって使用環境の温度下で固体状態にあるポリ乳酸系樹脂を含むものである。尚、ここで、使用環境とは、生物学的処理を行なうために電子供与体供給剤が投入される環境を意味しており、例えば、水処理槽、汚水槽、河川、湖沼、土壌が例示される。また、使用環境の温度とは、自然界にて上記環境がとり得る温度範囲であり、例えば、0℃から40℃の範囲である。   In order to achieve this object, the electron donor supply agent according to claim 1 is used for biological treatment by a microorganism and supplies the electron donor to the microorganism, and has a weight average molecular weight of about 12000. Hereinafter, a polylactic acid resin having a crystallinity of 10% or more and 40% or less and in a solid state at the temperature of the use environment is included. Here, the use environment means an environment in which an electron donor supply agent is charged for biological treatment, and examples include a water treatment tank, a sewage tank, a river, a lake, and a soil. Is done. Further, the temperature of the use environment is a temperature range that the environment can take in nature, for example, a range of 0 ° C. to 40 ° C.

請求項2記載の電子供与体供給剤は、請求項1に記載の電子供与体供給剤において、前記ポリ乳酸系樹脂は、重量平均分子量が略9500以上である。   The electron donor supply agent according to claim 2 is the electron donor supply agent according to claim 1, wherein the polylactic acid resin has a weight average molecular weight of about 9500 or more.

請求項3記載の電子供与体供給剤の製造方法は、微生物による生物学的処理に用いられ、該微生物に電子供与体を供給する電子供与体供給剤の製造方法であって、原料のポリ乳酸系樹脂の分子量を低下させる低分子量化工程と、その低分子量化工程にて低分子量化されたポリ乳酸系樹脂を、その融点以上の温度で融解する融解工程と、その融解工程により融解されたポリ乳酸系樹脂を、融点未満の温度でアニールするアニール工程とを有し、そのアニール工程により結晶化させて固体状態としたポリ乳酸系樹脂を用いて電子供与体供給剤を製造するものである。   The method for producing an electron donor supply according to claim 3 is a method for producing an electron donor supply for use in biological treatment by a microorganism and supplying the electron donor to the microorganism, wherein the raw material polylactic acid is used. The molecular weight reduction process for lowering the molecular weight of the resin, the melting process for melting the polylactic acid resin reduced in the molecular weight reduction process at a temperature higher than the melting point, and the melting process And an annealing step of annealing the polylactic acid resin at a temperature lower than the melting point, and an electron donor supply agent is produced using the polylactic acid resin which is crystallized by the annealing step to be in a solid state. .

請求項4記載の電子供与体供給剤の製造方法は、請求項3に記載の電子供与体供給剤の製造方法において、前記低分子量化工程は、重量平均分子量が略9500以上で且つ略12000以下の範囲となるように、原料のポリ乳酸系樹脂を低分子量化するものである。   The method for producing an electron donor supplier according to claim 4 is the method for producing an electron donor supplier according to claim 3, wherein the molecular weight reduction step has a weight average molecular weight of about 9500 or more and about 12000 or less. Therefore, the raw material polylactic acid resin is made to have a low molecular weight.

請求項5記載の電子供与体供給剤の製造方法は、請求項3又は4に記載の電子供与体供給剤の製造方法において、前記アニール工程は、前記ポリ乳酸系樹脂の結晶化度が、10%以上で且つ40%以下となるようにアニールを行うものである。   The method for producing an electron donor supplier according to claim 5 is the method for producing an electron donor supplier according to claim 3 or 4, wherein the annealing step has a crystallinity of 10 for the polylactic acid resin. Annealing is performed so as to be not less than 40% and not more than 40%.

請求項6記載の環境浄化方法は、生物学的処理によって被処理物質中の特定成分を無害化する方法であって、請求項1若しくは2に記載の電子供与体供給剤又は請求項3から5のいずれかに記載の製造方法によって製造された電子供与体供給剤を用いて生物学的処理を行うものである。   The environmental purification method according to claim 6 is a method for detoxifying a specific component in a substance to be treated by biological treatment, and the electron donor supply agent according to claim 1 or 2 or claims 3 to 5. Biological treatment is performed using the electron donor supply produced by the production method described in any one of the above.

請求項7記載の環境浄化方法は、請求項6に記載の環境浄化方法において、前記被処理物質は水系の液体であり、前記特定成分は、窒素化合物であり、前記電子供与体供給剤を用いて液中の窒素化合物を除去する脱窒処理を行うものである。   The environmental purification method according to claim 7 is the environmental purification method according to claim 6, wherein the substance to be treated is an aqueous liquid, the specific component is a nitrogen compound, and the electron donor supply agent is used. The denitrification treatment is performed to remove nitrogen compounds in the liquid.

請求項8記載の環境浄化方法は、請求項7に記載の環境浄化方法において、前記ポリ乳酸系樹脂に含まれるポリ乳酸が、前記被処理物質中において、略3w/v%の濃度となるように投入されているものである。   The environmental purification method according to claim 8 is the environmental purification method according to claim 7, wherein the polylactic acid contained in the polylactic acid resin has a concentration of about 3 w / v% in the substance to be treated. It is the one that has been thrown into.

請求項9記載の環境浄化方法は、請求項6に記載の環境浄化方法において、前記被処理物質は、土壌であり、前記特定成分は、窒素化合物であり、前記電子供与体供給剤を用いて土壌中の窒素化合物を除去する脱窒処理を行うものである。   The environmental purification method according to claim 9 is the environmental purification method according to claim 6, wherein the substance to be treated is soil, the specific component is a nitrogen compound, and the electron donor supply agent is used. Denitrification treatment is performed to remove nitrogen compounds in the soil.

請求項10記載の環境浄化方法は、請求項7から9のいずれかに記載の環境浄化方法において、酢酸と乳酸とが添加された硝酸含有水溶液を用い、該水溶液中で増殖する微生物を集積培養し、その集積培養微生物を前記被処理物質中に添加するものである。   The environmental purification method according to claim 10 is the environmental purification method according to any one of claims 7 to 9, wherein a nitric acid-containing aqueous solution to which acetic acid and lactic acid are added is used, and microorganisms that grow in the aqueous solution are accumulated and cultured. Then, the accumulated cultured microorganism is added to the substance to be treated.

請求項1記載の電子供与体供給剤によれば、重量平均分子量が略12000以下、結晶化度が10%以上で且つ40%以下であって使用環境の温度下で固体状態にあるポリ乳酸系樹脂を含むものである。よって、該ポリ乳酸系樹脂を、生物学的処理において微生物の基質となり得る十分な加水分解性を備えつつ固体状態のものとすることができるという効果がある。その結果、本剤全体を固体状態の剤形で形成できるという効果がある。   According to the electron donor supplier according to claim 1, the polylactic acid system having a weight average molecular weight of approximately 12000 or less, a crystallinity of 10% or more and 40% or less, and being in a solid state at the temperature of the use environment It contains resin. Therefore, there is an effect that the polylactic acid-based resin can be made into a solid state while having sufficient hydrolyzability that can be a substrate of microorganisms in biological treatment. As a result, there is an effect that the entire agent can be formed in a solid state dosage form.

このため、使用者等が反応系に投入した電子供与体供給剤の消費程度を視認によって確認することができ、その消費量(分解量)を容易に把握することができる。従って、消費量に応じて、適宜、電子供与体供給剤の添加量を調整して、必要な反応を十分に行わせることができる上、過剰な電子供与体による二次汚染の発生を回避できるという効果がある。   For this reason, it is possible to visually confirm the degree of consumption of the electron donor supply agent introduced into the reaction system by the user or the like, and to easily grasp the amount of consumption (decomposition amount). Therefore, the necessary amount of the electron donor supply can be adjusted appropriately according to the amount consumed, and the necessary reaction can be sufficiently performed, and the occurrence of secondary contamination due to excessive electron donors can be avoided. There is an effect.

更には、ポリ乳酸系樹脂の重量平均分子量と結晶化度との2つのパラメータを調整することで、本剤を、ポリ乳酸系樹脂の加水分解性が異なる、即ち、同一条件下での加水分解速度が異なる一群のものとすることができる。言い換えれば、本剤は、電子供与体となる乳酸の供給速度に多様性を有する一群のものとできる。   Furthermore, by adjusting the two parameters of the weight average molecular weight and the crystallinity of the polylactic acid resin, this agent is different in the hydrolyzability of the polylactic acid resin, that is, hydrolysis under the same conditions. It can be a group of different speeds. In other words, the agent can be a group having diversity in the supply rate of lactic acid serving as an electron donor.

例えば、生物学的処理によって、環境浄化を行う場合、対象となる汚染物質は多種に及ぶため、微生物群集が汚染物質を分解する分解速度(即ち電子供与体を微生物が消費する消費速度)はまちまちとなる。ここで、汚染物質を分解する微生物が電子供与体を消費する消費速度と電子供与体の供給速度とに大きな差があると、当該微生物が必要とする電子供与体が不足して汚染物質が分解不良になるという不具合が生じてしまう。しかし、本剤は、同一条件下での電子供与体供給速度が様々なものとできるので、汚染物質を分解する微生物の特性に応じて適切なものを選択でき、かかる不具合の発生を回避できるという効果がある。   For example, when purifying the environment by biological treatment, there are a wide variety of pollutants of interest, and therefore the decomposition rate at which the microbial community decomposes the pollutant (that is, the consumption rate at which the microorganism consumes the electron donor) varies. It becomes. Here, if there is a large difference between the consumption rate at which the microorganism that decomposes the pollutant consumes the electron donor and the supply rate of the electron donor, the electron donor required by the microorganism is insufficient and the pollutant is decomposed. The problem of becoming defective occurs. However, since this agent can have various electron donor supply rates under the same conditions, it is possible to select an appropriate one according to the characteristics of the microorganism that degrades the pollutant and to avoid the occurrence of such problems. effective.

請求項2記載の電子供与体供給剤によれば、請求項1に記載の電子供与体供給剤の奏する効果に加え、ポリ乳酸系樹脂は、重量平均分子量が略9500以上であるので、使用環境下において良好に固体状態を保持することができるという効果がある。   According to the electron donor supply agent of claim 2, in addition to the effect exhibited by the electron donor supply agent of claim 1, the polylactic acid resin has a weight average molecular weight of about 9500 or more. There exists an effect that a solid state can be favorably maintained below.

請求項3記載の電子供与体供給剤の製造方法によれば、原料のポリ乳酸系樹脂を低分子量化工程により、その分子量を低下させる。低分子量化されたポリ乳酸系樹脂は、融解工程によりその融点以上の温度で融解され、その後、アニール工程にて、融点未満の温度でアニールされる。このアニール工程により、ポリ乳酸系樹脂は結晶化されて固体状態となる。そして、かかる固体状態のポリ乳酸系樹脂を用いた電子供与体供給剤が製造される。   According to the method for producing an electron donor supply according to claim 3, the molecular weight of the raw polylactic acid resin is lowered by the molecular weight reduction step. The low molecular weight polylactic acid-based resin is melted at a temperature equal to or higher than its melting point in the melting step, and then annealed at a temperature lower than the melting point in the annealing step. By this annealing step, the polylactic acid resin is crystallized to be in a solid state. And the electron donor supply agent using this solid-state polylactic acid-type resin is manufactured.

よって、生物学的処理において微生物の基質となり得る十分な加水分解性を備えると共に固体状態のポリ乳酸系樹脂を得ることができ、これを用いた電子供与体供給剤を提供することができるという効果がある。また、固体状態のポリ乳酸系樹脂を用いることができるので、電子供与体供給剤を固体状態の剤形で形成することができる。   Accordingly, it is possible to obtain a solid polylactic acid resin having sufficient hydrolyzability that can serve as a substrate for microorganisms in biological treatment, and to provide an electron donor supply using the same. There is. Moreover, since a solid-state polylactic acid-based resin can be used, the electron donor supply agent can be formed in a solid-state dosage form.

更に、該ポリ乳酸系樹脂は、高分子量のポリ乳酸系樹脂を低分子量化して作製できるので、わざわざ、重合によってモノマーから新たに合成する必要がない。このため、例えば、高分子量で製造されている汎用のポリ乳酸系樹脂の廃棄物を原料として利用することができ、低コストで本剤を製造できるうえ、廃棄物となるポリ乳酸系樹脂を有効利用することができるという効果がある。   Furthermore, since the polylactic acid-based resin can be prepared by reducing the molecular weight of a high-molecular-weight polylactic acid-based resin, there is no need to bother to newly synthesize from monomers by polymerization. For this reason, for example, wastes of general-purpose polylactic acid resins manufactured with high molecular weight can be used as raw materials, and this agent can be produced at low cost, and polylactic acid resins that are wastes are effective. There is an effect that it can be used.

請求項4記載の電子供与体供給剤の製造方法によれば、請求項3に記載の電子供与体供給剤の製造方法の奏する効果に加え、低分子量化工程にて、重量平均分子量が略9500以上で且つ略12000以下の範囲となるように、原料のポリ乳酸系樹脂は低分子量化されるので、使用環境下において良好に固体状態を保持することができるポリ乳酸系樹脂を確実に得ることができるという効果がある。   According to the method for producing an electron donor supplier according to claim 4, in addition to the effect exhibited by the method for producing an electron donor supplier according to claim 3, the weight average molecular weight is about 9500 in the molecular weight reduction step. Since the raw polylactic acid resin has a low molecular weight so that it is in the range of about 12000 or less, a polylactic acid resin that can maintain a solid state in a use environment can be obtained reliably. There is an effect that can be.

ここで、高分子量のポリ乳酸系樹脂を改質して低分子量化する場合、一般に、低分子量とするほど処理時間が長くなり、また、得られるポリ乳酸系樹脂は分子量分布が広くなりやすい。その結果、低分子量化された樹脂は非結晶性となり易く固体状態を保つことが困難となる。しかし、本剤のポリ乳酸系樹脂は、高分子量のポリ乳酸系樹脂を低分子量化工程にて低分子量化しても、重量平均分子量が略9500以上であるので、良好な加水分解性を備えつつ固体状態を維持することができる。   Here, when a high molecular weight polylactic acid-based resin is modified to lower the molecular weight, generally, the treatment time becomes longer as the molecular weight is lowered, and the obtained polylactic acid-based resin tends to have a wider molecular weight distribution. As a result, the low molecular weight resin tends to be non-crystalline and it is difficult to maintain a solid state. However, the polylactic acid resin of the present agent has a good hydrolyzability because the weight average molecular weight is about 9500 or more even when the high molecular weight polylactic acid resin is reduced in the molecular weight reduction step. A solid state can be maintained.

請求項5記載の電子供与体供給剤の製造方法によれば、請求項3又は4に記載の電子供与体供給剤の製造方法の奏する効果に加え、アニール工程により、ポリ乳酸系樹脂の結晶化度が、10%以上で且つ40%以下となるようにアニールが行われるので、同一分子量でも同一条件下での加水分解速度が異なるポリ乳酸系樹脂を得ることができるという効果がある。このため、様々な加水分解特性を有する一群のポリ乳酸系樹脂を製造することができ、特定の用途に適した加水分解速度、即ち、電子供与体の供給速度を有する電子供与体供給剤を提供できる。   According to the method for producing an electron donor supplier according to claim 5, in addition to the effect exhibited by the method for producing an electron donor supplier according to claim 3 or 4, crystallization of a polylactic acid resin by an annealing step Since the annealing is performed so that the degree is 10% or more and 40% or less, there is an effect that it is possible to obtain polylactic acid resins having different hydrolysis rates under the same conditions even with the same molecular weight. For this reason, a group of polylactic acid resins having various hydrolysis characteristics can be produced, and an electron donor supply agent having a hydrolysis rate suitable for a specific application, that is, an electron donor supply rate is provided. it can.

請求項6記載の環境浄化方法によれば、請求項1若しくは2に記載の電子供与体供給剤又は請求項3から5のいずれかに記載の製造方法によって製造された電子供与体供給剤を用いて生物学的処理を行うものであるので、生物学的処理において微生物の基質となり得る十分な加水分解性を備えつつ、固体状態で取り扱うことができるポリ乳酸系樹脂を利用して、被処理物質中の特定成分を無害化することができるという効果がある。   According to the environmental purification method of claim 6, the electron donor supply agent according to claim 1 or 2 or the electron donor supply agent produced by the production method according to any one of claims 3 to 5 is used. The substance to be treated using a polylactic acid resin that can be handled in a solid state while having sufficient hydrolyzability that can be a substrate for microorganisms in biological treatment. There is an effect that a specific component in the inside can be rendered harmless.

ここで、ポリ乳酸系樹脂は、非生物学的加水分解によって分解されるので、固形基質分解菌が優占せず、加水分解速度に依存したプロセス制御を実現できるという効果がある。つまり、微生物の基質となる電子供与体は化学反応によって供給されるので、例えば、pHを調整するといった簡便な手法で電子供与体の供給速度を制御でき、固形基質分解菌に依存して電子供与体を供給する場合に比べて、生物学的処理のプロセスを簡便に制御することができるのである。   Here, since the polylactic acid-based resin is decomposed by non-biological hydrolysis, the solid substrate-degrading bacteria do not dominate, and there is an effect that process control depending on the hydrolysis rate can be realized. In other words, since the electron donor that becomes the substrate of the microorganism is supplied by a chemical reaction, the supply rate of the electron donor can be controlled by a simple method such as adjusting the pH, and the electron donation depends on the solid substrate degrading bacteria. Compared to supplying the body, the biological treatment process can be controlled more easily.

請求項7記載の環境浄化方法によれば、請求項6に記載の環境浄化方法の奏する効果に加え、被処理物質は水系の液体であり、特定成分は、窒素化合物であり、電子供与体供給剤を用いて液中の窒素化合物を除去する脱窒処理を行うものである。ここで、本法に用いられる電子供与体供給剤は、請求項1若しくは2に記載の電子供与体供給剤又は請求項3から5のいずれかに記載の製造方法によって製造された電子供与体供給剤であるので、微生物の基質となり得る十分な加水分解性を備えつつ固体状態のものであるポリ乳酸系樹脂を電子供与体供給源として、固相脱窒法により、例えば、廃水の脱窒処理を行なうことができるという効果がある。   According to the environmental purification method of claim 7, in addition to the effect of the environmental purification method of claim 6, the substance to be treated is an aqueous liquid, the specific component is a nitrogen compound, and the electron donor supply Denitrification treatment is performed to remove nitrogen compounds in the liquid using an agent. Here, the electron donor supply agent used in the present method is the electron donor supply agent according to claim 1 or 2, or the electron donor supply produced by the production method according to any one of claims 3 to 5. Therefore, for example, denitrification treatment of wastewater is performed by solid-phase denitrification using a polylactic acid resin that is sufficiently solid and capable of serving as a substrate for microorganisms and is in a solid state as an electron donor supply source. There is an effect that it can be performed.

請求項8記載の環境浄化方法によれば、請求項7に記載の環境浄化方法の奏する効果に加え、ポリ乳酸系樹脂に含まれるポリ乳酸が、被処理物質中において、略3w/v%の濃度となるように投入されているので、当該濃度で良好に脱窒を行なうことができるという効果がある。更には、濃度が規定されているので、過剰に電子供与体供給剤が被処理物質に添加されることを回避でき、更には、作業者が不慣れであっても、当該濃度を目安とすることで的確に脱窒処理を行なうことができるという効果がある。   According to the environmental purification method of claim 8, in addition to the effect of the environmental purification method of claim 7, the polylactic acid contained in the polylactic acid-based resin is approximately 3 w / v% in the substance to be treated. Since it is introduced so as to have a concentration, there is an effect that denitrification can be satisfactorily performed at the concentration. Furthermore, since the concentration is specified, it is possible to avoid excessive addition of the electron donor supply agent to the material to be treated, and even if the operator is unfamiliar, the concentration should be used as a guide. Therefore, there is an effect that the denitrification treatment can be performed accurately.

請求項9記載の環境浄化方法によれば、請求項6に記載の環境浄化方法の奏する効果に加え、、被処理物質は、土壌であり、特定成分は、窒素化合物であり、電子供与体供給剤を用いて土壌中の窒素化合物を除去する脱窒処理を行うものである。   According to the environmental purification method of claim 9, in addition to the effect of the environmental purification method of claim 6, the substance to be treated is soil, the specific component is a nitrogen compound, and the electron donor supply Denitrification treatment is performed to remove nitrogen compounds in the soil using an agent.

ここで、本法に用いられる電子供与体供給剤は、請求項1若しくは2に記載の電子供与体供給剤又は請求項3から5のいずれかに記載の製造方法によって製造された電子供与体供給剤であるので、微生物の基質となり得る十分な加水分解性を備えつつ固体状態のものであるポリ乳酸系樹脂を電子供与体供給源として、固相脱窒法により、例えば、汚染された土壌の脱窒処理を行なうことができるという効果がある。 Here, the electron donor supply agent used in the present method is the electron donor supply agent according to claim 1 or 2, or the electron donor supply produced by the production method according to any one of claims 3 to 5. Therefore, for example, decontamination of contaminated soil is performed by solid-phase denitrification using polylactic acid resin, which is sufficiently solid and capable of serving as a substrate for microorganisms, in solid state as an electron donor source. There is an effect that nitrogen treatment can be performed.

請求項10記載の環境浄化方法によれば、請求項7から9のいずれかに記載の環境浄化方法の奏する効果に加え、酢酸と乳酸とが添加された硝酸含有水溶液を用い、該水溶液中で増殖する微生物を集積培養し、その集積培養微生物を被処理物質中に添加するので、被処理物質中において乳酸を電子供与体として窒素化合物を無害化する微生物にて、良好に脱窒を行なうことができるという効果がある。浄化対象の被処理物質は様々であるが、本法によれば、窒素化合物を無害化する活性を備えている微生物を被処理物質中に十分に存在させることができるので、初期状態の被処理物質にかかる微生物が不在である場合や活性が弱い場合などであっても、脱窒を促進できるという効果がある。   According to the environmental purification method of claim 10, in addition to the effect of the environmental purification method according to any of claims 7 to 9, a nitric acid-containing aqueous solution to which acetic acid and lactic acid are added is used. Accumulating and growing the growing microorganisms and adding the enriched microorganisms to the substance to be treated, so that denitrification should be performed well in microorganisms that detoxify nitrogen compounds using lactic acid as an electron donor in the substance to be treated. There is an effect that can be. There are various substances to be treated, but according to this method, microorganisms having the activity of detoxifying nitrogen compounds can be sufficiently present in the substances to be treated. There is an effect that the denitrification can be promoted even when the microorganism related to the substance is absent or the activity is weak.

分子量と生物学的硝酸除去速度との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between molecular weight and biological nitric acid removal rate. 低分子量化したポリ乳酸(重量平均分子量=略10000)の結晶化度と加水分解速度との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the crystallinity degree of the polylactic acid (weight average molecular weight = about 10,000) reduced in molecular weight, and a hydrolysis rate. 結晶化度の異なる低分子量化したポリ乳酸(重量平均分子量=略10000)を基質としたときの活性汚泥の脱窒速度を示した図である。It is the figure which showed the denitrification speed | rate of activated sludge when polylactic acid (weight average molecular weight = about 10,000) with low molecular weight from which crystallinity differs differs was used as a substrate. 改質したポリ乳酸(重量平均分子量=略10000、結晶化度40%)を基質としたときの活性汚泥の脱窒速度を示した図である。It is the figure which showed the denitrification speed | rate of the activated sludge when modified polylactic acid (weight average molecular weight = about 10,000, crystallinity 40%) is used as a substrate. 炭素源を変更して馴養した脱窒菌群集による硝酸除去特性を示した図である。It is the figure which showed the nitric acid removal characteristic by the denitrifying bacteria community acclimatized by changing the carbon source.

以下、本発明について詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明の電子供与体供給剤は、ポリ乳酸系樹脂を分子量と結晶化度とを組み合わせて改質したものを電子供与体の供給源とするものであり、効率的な環境浄化、特に窒素除去を行うことのできるものである。また、本発明の電子供与体供給剤は、生物学的処理において微生物の基質となり得る十分な加水分解性を備えつつ固体状態のものとすることができるものである。   The electron donor supply agent of the present invention is obtained by modifying a polylactic acid-based resin in combination with a molecular weight and a crystallinity and using it as an electron donor supply source. Is something that can be done. In addition, the electron donor supply agent of the present invention can be in a solid state with sufficient hydrolyzability that can be a substrate for microorganisms in biological treatment.

本電子供与体供給剤中のポリ乳酸系樹脂は、主に非生物学的加水分解によって、電子供与体となる乳酸または乳酸の誘導体を産生するものであり、かかる乳酸等が脱窒菌のエネルギー源である電子供与体、即ち基質となる。   The polylactic acid resin in the electron donor supply agent produces lactic acid or a derivative of lactic acid as an electron donor mainly by non-biological hydrolysis, and such lactic acid is an energy source for denitrifying bacteria. As an electron donor, that is, a substrate.

ここで、本発明に用いられるポリ乳酸系樹脂は、ポリ乳酸のホモポリマー(例えば、ポリ(L−乳酸))や、ポリ乳酸誘導体である。ポリ乳酸誘導体としては、ポリ乳酸と同程度の結晶性と生分解性(加水分解性)とを備えるものであれば、特に限定されないが、例えば、ポリ乳酸骨格(−OCHCH3CO−)のα炭素に結合される原子または原子団が、メチル基と水素との組み合わせ以外で、アルキル基、アリ‐ル基、アリル基、ビニル基、ベンジル基、ホルミル基等の炭化水素基、アルコキシ基及びその誘導体とされたものが挙げられる。その他、かかる原子団として、アミノ基、カルバモイル基、アルコキシカルボニル基等を挙げることもできる。更には、上記のうち、炭素数1〜3の炭化水素基若しくはアルコキシ基又は水素原子としたものが好ましい。更に好ましくは、炭化水素基及びアルコキシ基は直鎖状のものとする。より具体的には、当該原子団として、メチル基、エチル基、プロピル基、ビニル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシル基等が挙げられる。更には、これらの誘導体を用いることもできる。誘導体としてこれら炭化水素基及びアルコキシ基の水素原子を置換しうる原子及び原子団には、塩素等のハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボニル基、アミノ基、カルバモイル基、ホルミル基、アルコキシカルボニル基等を挙げられる。また、α炭素に結合される原子としては、水素、フッ素、塩素、臭素等のハロゲン原子を挙げられる。   Here, the polylactic acid-based resin used in the present invention is a polylactic acid homopolymer (for example, poly (L-lactic acid)) or a polylactic acid derivative. The polylactic acid derivative is not particularly limited as long as it has the same degree of crystallinity and biodegradability (hydrolyzability) as polylactic acid. For example, the polylactic acid derivative may be an α carbon of a polylactic acid skeleton (—OCHCH 3 CO—). Atom or atomic group to be bonded is a combination of a hydrocarbon group such as an alkyl group, an aryl group, an allyl group, a vinyl group, a benzyl group, and a formyl group, an alkoxy group, and a derivative thereof other than a combination of a methyl group and hydrogen. The thing which was done is mentioned. In addition, examples of the atomic group include an amino group, a carbamoyl group, and an alkoxycarbonyl group. Further, among the above, those having 1 to 3 hydrocarbon groups, alkoxy groups or hydrogen atoms are preferred. More preferably, the hydrocarbon group and the alkoxy group are linear. More specifically, examples of the atomic group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a vinyl group, a methoxy group, an ethoxy group, and a propoxyl group. Furthermore, these derivatives can also be used. Atoms and atomic groups that can replace hydrogen atoms of these hydrocarbon groups and alkoxy groups as derivatives include halogen atoms such as chlorine, hydroxyl groups, carboxyl groups, carbonyl groups, amino groups, carbamoyl groups, formyl groups, alkoxycarbonyl groups Etc. Examples of the atoms bonded to the α carbon include halogen atoms such as hydrogen, fluorine, chlorine, bromine and the like.

本発明に用いられるポリ乳酸系樹脂は、加水分解速度を制御し、安定的な微生物活性の電子供与体として作用させることができるように分子量、結晶化度の物性が規定される。本ポリ乳酸系樹脂は、11量体以上であって、重量平均分子量が14000以下にある範囲のものとされ、好適には、重量平均分子量が略9500以上、略12000以下の範囲とされている。   The polylactic acid-based resin used in the present invention has molecular weight and crystallinity properties so that it can be controlled as a hydrolysis rate and act as a stable microbially active electron donor. The polylactic acid-based resin is an 11-mer or more and has a weight average molecular weight of 14,000 or less, and preferably a weight average molecular weight of approximately 9500 or more and approximately 12000 or less. .

ポリ乳酸系樹脂は、10量体以下では非結晶性となって固体状態となり難い。このため、本ポリ乳酸系樹脂は、11量体以上であることが必要である。また、重量平均分子量14000を越えると水中や土壌中といった環境下での加水分解速度が著しく低下し、微生物のエネルギー源となる基質の産生が(即ち、本ポリ乳酸系樹脂を微生物の基質とすることが)実質的に不能となる。更には、環境下において固体状態を保証でき、生物学的処理による環境浄化を行うために適切な加水分解性を確保するためには、固形損失を考慮すると重量平均分子量が略9500以上、略12000以下の範囲であることが望ましい。   A polylactic acid-based resin is non-crystalline and less likely to be in a solid state when it is a 10-mer or less. For this reason, this polylactic acid-type resin needs to be an 11-mer or more. On the other hand, if the weight average molecular weight exceeds 14,000, the hydrolysis rate in an environment such as in water or soil is remarkably reduced, and the production of a substrate serving as a microbial energy source (that is, using the polylactic acid resin as a microbial substrate). It becomes practically impossible. Further, in order to ensure a solid state in the environment and to ensure appropriate hydrolyzability for performing environmental purification by biological treatment, the weight average molecular weight is about 9500 or more and about 12000 in view of solid loss. The following range is desirable.

ここで、固形損失とは非生物学的加水分解によって減少する固形重量分を指し、重量平均分子量が略9500以下では、著しくそれが大きくなる。   Here, the solid loss refers to the solid weight reduced by non-biological hydrolysis. When the weight average molecular weight is about 9500 or less, the solid loss becomes remarkably large.

尚、本発明で重量平均分子量とは、ゲル浸透クロマトグラフィを用い、標準ポリスチレン換算値にて求めたものとされている。   In the present invention, the weight average molecular weight is determined by standard polystyrene conversion value using gel permeation chromatography.

また、重量平均分子量は、平均値であるため、十分な加水分解性を備えつつ固体状態であるポリ乳酸系樹脂の分子量範囲を厳格に既定することは困難である。このため、下限値、上限値はそれぞれ略9500、略12000とされており、具体的には、下限値は8000〜9900の範囲であり、また、上限値は11000から14000の範囲である。   In addition, since the weight average molecular weight is an average value, it is difficult to strictly define the molecular weight range of the polylactic acid resin in a solid state while having sufficient hydrolyzability. For this reason, the lower limit value and the upper limit value are approximately 9500 and approximately 12000, respectively. Specifically, the lower limit value is in the range of 8000 to 9900, and the upper limit value is in the range of 11000 to 14000.

本ポリ乳酸系樹脂は、10%以上40%以下の結晶化度を備えるものである。本ポリ乳酸系樹脂は、上記したように加水分解可能な分子量まで低分子量化されているが、更に、結晶化度を上げることにより直線的に加水分解性を上げることができる。   This polylactic acid resin has a crystallinity of 10% or more and 40% or less. As described above, the present polylactic acid-based resin is reduced in molecular weight to a hydrolyzable molecular weight, but it can be further increased in hydrolyzability linearly by increasing the crystallinity.

本発明では、結晶化度は、ΔHccを結晶化エンタルピー、ΔHmを融解エンタルピー、ΔHm0を標準試料の結晶化度100%(結晶厚が無限大の結晶)のエンタルピーとして、下記の(1)式にて規定される。   In the present invention, the degree of crystallinity is expressed by the following equation (1), where ΔHcc is the enthalpy of crystallization, ΔHm is the enthalpy of melting, and ΔHm0 is the enthalpy of 100% crystallinity of the standard sample (crystal with infinite crystal thickness). It is prescribed.

結晶化度(%)=[(ΔHm+ΔHcc)/ΔHm0)]×100・・・(1)
ポリ乳酸の場合には、ΔHm0として135(J・g−1)が用いられる。本発明では、ポリ乳酸誘導体のΔHm0についても、ポリ乳酸と同じ135(J・g−1)を用いて、その結晶化度としている。尚、結晶化エンタルピーと融解エンタルピーとは、測定対象のポリ乳酸系樹脂のDSC分析によって求められる。
Crystallinity (%) = [(ΔHm + ΔHcc) / ΔHm0)] × 100 (1)
In the case of polylactic acid, 135 (J · g−1) is used as ΔHm0. In the present invention, ΔHm0 of the polylactic acid derivative is also set to its crystallinity by using 135 (J · g−1), which is the same as that of polylactic acid. The crystallization enthalpy and the melting enthalpy are determined by DSC analysis of the polylactic acid resin to be measured.

ここで、結晶化度が10%未満では、加水分解速度が実用的な基質供給速度以下になるため、それ以上であることが望ましい。また、結晶化度40%以下であれば、後述の改質方法により、汎用の生分解性樹脂として生産されている高分子量のポリ乳酸系樹脂に単純な熱処理を行なうだけで得ることができる。このため、本発明に用いるポリ乳酸系樹脂を簡便な製法で製造でき、また、廃棄物とされたポリ乳酸系樹脂を利用して製造できるという利点がある。   Here, when the degree of crystallinity is less than 10%, the hydrolysis rate becomes lower than the practical substrate supply rate, so it is desirable to be higher than that. If the degree of crystallinity is 40% or less, it can be obtained by performing a simple heat treatment on a high molecular weight polylactic acid resin produced as a general-purpose biodegradable resin by the modification method described later. For this reason, there exists an advantage that the polylactic acid-type resin used for this invention can be manufactured with a simple manufacturing method, and can be manufactured using the polylactic acid-type resin made into the waste.

故に、本発明では、ポリ乳酸系樹脂の結晶化度は、10%以上40%以下とされているのである。尚、本ポリ乳酸系樹脂は、高分子量のポリ乳酸系樹脂を改質して作製されるものに限定されるものではなく、モノマーから合成して作製されても良い。   Therefore, in the present invention, the degree of crystallinity of the polylactic acid-based resin is 10% or more and 40% or less. In addition, this polylactic acid-type resin is not limited to what is produced by modifying high molecular weight polylactic acid-type resin, You may synthesize | combine and produce from a monomer.

このように、ポリ乳酸系樹脂を、分子量の範囲と結晶化度とを規定することで、その物性の変化に応じて加水分解速度、すなわち乳酸等の電子供与体遊離速度を制御することができる。特に、分子量略9500以上略12000以下の範囲で、且つ、結晶化度10%以上40%以下の範囲とすれば、更に、精度良く加水分解速度を制御でき、また、汎用品として生産されているポリ乳酸系樹脂を用いた簡便な手法にて本ポリ乳酸系樹脂を生産することができる。   Thus, by defining the molecular weight range and crystallinity of the polylactic acid-based resin, it is possible to control the rate of hydrolysis, that is, the rate of liberation of electron donors such as lactic acid according to the change in physical properties. . In particular, when the molecular weight is in the range of about 9500 or more and about 12000 or less and the crystallinity is in the range of 10% or more and 40% or less, the hydrolysis rate can be controlled with higher accuracy, and the product is produced as a general-purpose product. The present polylactic acid resin can be produced by a simple technique using the polylactic acid resin.

また、ポリ乳酸系樹脂は、ポリ乳酸の生分解性(基質となる乳酸を微生物がエネルギー源とできる現実的な供給速度で放出できる加水分解性)を損なわず、且つ、固体状態(上記の結晶化度)を保持できる比率の範囲で他の高分子を含む共重合体であっても良い。ポリ乳酸と共重合体を形成する高分子としては、各種高分子を用いることができるが、好適には生分解性高分子が用いられる。かかる生分解性高分子としては、特に限定されるものではない。具体的には、ポリ(3−ヒドロキシ酪酸)、ポリヒドロキシバリレート、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンアジペート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエステルカーボネート、ポリグリコール酸、ポリジオキサノン及びポリ(2−オキセタノン)、デンプン、セルロース、キチン、キトサン、グルテン、及び天然ゴム、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール及びポリリンゴ酸などが挙げられる。これらの高分子は、単独で使用されても複数使用されても良い。   In addition, the polylactic acid-based resin does not impair the biodegradability of polylactic acid (hydrolyzability that can release lactic acid as a substrate at a realistic supply rate at which microorganisms can be an energy source) and is in a solid state (the above crystals It may be a copolymer containing another polymer within a range of a ratio capable of maintaining the degree of conversion. Various polymers can be used as the polymer that forms a copolymer with polylactic acid, but biodegradable polymers are preferably used. Such a biodegradable polymer is not particularly limited. Specifically, poly (3-hydroxybutyric acid), polyhydroxyvalerate, polycaprolactone, polybutylene succinate, polybutylene adipate, polyethylene succinate, polybutylene terephthalate, polyester carbonate, polyglycolic acid, polydioxanone and poly (2 -Oxetanone), starch, cellulose, chitin, chitosan, gluten, and natural rubber, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol and polymalic acid. These polymers may be used alone or in combination.

更には、本電子供与体供給剤は、ポリ乳酸系樹脂のみで構成されてもよく、ポリ乳酸系樹脂以外の添加剤を含んで構成されても良い。添加剤としては、例えば、pH調整剤が例示され、かかるpH調整剤としては、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、リン酸カルシウム、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、リン酸マグネシウム及び水酸化マグネシウムが例示される。尚、かかるpH調整剤は、1種または2種以上を混合して用いても良い。   Furthermore, this electron donor supply agent may be comprised only with polylactic acid-type resin, and may be comprised including additives other than polylactic acid-type resin. Examples of the additive include a pH adjuster, and examples of the pH adjuster include calcium hydroxide, calcium oxide, calcium phosphate, calcium carbonate, magnesium oxide, magnesium phosphate, and magnesium hydroxide. In addition, you may use this pH adjuster 1 type or in mixture of 2 or more types.

また、本発明の電子供与体供給剤の剤形は、特に限定されるものではなく、粉末状、粒状、塊状、成形体、フィルム、シート状などにすることができる。   Moreover, the dosage form of the electron donor supply agent of the present invention is not particularly limited, and can be powdery, granular, massive, molded, film, sheet or the like.

以上説明したように、本発明の電子供与体供給剤によれば、ポリ乳酸系樹脂の分子量と結晶化度とを規定することで、生物学的処理において微生物の基質となり得る十分な加水分解性を備えつつ使用環境下で固体状態のものとすることができる。例えば、水処理槽、汚水槽、河川、湖沼、土壌などの浄化処理を通年で行なおうとすれば、当然、夏場の気温上昇に伴って使用環境の温度が上昇する。しかし、本剤のポリ乳酸系樹脂は、使用環境の温度下で固体状態にあるよう設計されているので、一年を通じて固体状態で利用することができる。   As described above, according to the electron donor supply agent of the present invention, by specifying the molecular weight and crystallinity of the polylactic acid resin, sufficient hydrolyzability that can serve as a substrate for microorganisms in biological treatment. It can be made into a solid state under use environment. For example, if purification treatment of water treatment tanks, sewage tanks, rivers, lakes, soils, etc. is performed throughout the year, the temperature of the use environment naturally rises as the summer temperature rises. However, since the polylactic acid resin of this agent is designed to be in a solid state under the temperature of the usage environment, it can be used in a solid state throughout the year.

次に、本発明の電子供与体供給剤の製造方法について説明する。本製造方法は、低分子量化工程、融解工程、アニール工程を経て、電子供与体供給剤を製造するように構成されている。   Next, the manufacturing method of the electron donor supply agent of this invention is demonstrated. This production method is configured to produce an electron donor supply agent through a low molecular weight reduction step, a melting step, and an annealing step.

低分子量化工程は、原料の高分子量のポリ乳酸系樹脂の分子量を低下させる工程である。原料ポリ乳酸系樹脂の分子量は、重量平均分子量で、15万から30万とされており、低分子量化工程では、加熱、加圧、粉砕等によって、原料ポリ乳酸系樹脂の分子量を低下させる。好適には、高温高圧処理が用いられる。高温高圧処理では、原料ポリ乳酸系樹脂の分子量や特性と所望の目標分子量とに応じ、その処理条件が、120℃、1.05atmで設定され、任意時間処理が行われる。この低分子量化工程において、より高温で、より高圧で、より長時間の処理を行うほど、低分子量化されたポリ乳酸系樹脂を生成することができる。また、所定の条件で処理することにより、重量平均分子量が略9500以上、略12000以下のポリ乳酸系樹脂を得ることができる。該低分子量化工程が、請求項に記載の低分子量化工程に該当する。   The low molecular weight reduction step is a step of reducing the molecular weight of the raw material high molecular weight polylactic acid resin. The molecular weight of the raw polylactic acid resin is 150,000 to 300,000 in terms of weight average molecular weight. In the low molecular weight reducing step, the molecular weight of the raw polylactic acid resin is reduced by heating, pressurizing, pulverizing, or the like. Preferably, high temperature and high pressure processing is used. In the high-temperature and high-pressure treatment, the treatment conditions are set at 120 ° C. and 1.05 atm according to the molecular weight and characteristics of the raw polylactic acid resin and the desired target molecular weight, and the treatment is performed for an arbitrary time. In this low molecular weight reduction step, the lower the molecular weight of the polylactic acid resin, the higher the temperature, the higher pressure, and the longer the treatment. Further, by treating under predetermined conditions, a polylactic acid resin having a weight average molecular weight of about 9500 or more and about 12000 or less can be obtained. The low molecular weight reduction step corresponds to the low molecular weight reduction step recited in the claims.

この低分子量化工程では、原料ポリ乳酸系樹脂を目標分子量まで一度の処理によって低分子量化を行っても良く、複数回に分けて低分子量化を行っても良い。また、処理した樹脂を、分子量分画して分子量分布の分散度を調整する操作を行っても良い。   In this low molecular weight reduction step, the raw polylactic acid resin may be reduced to a target molecular weight by a single treatment, or may be divided into a plurality of times. Further, the treated resin may be subjected to an operation of fractionating the molecular weight to adjust the degree of dispersion of the molecular weight distribution.

尚、低分子量化工程による処理によって得られたポリ乳酸系樹脂の重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィを用い、標準ポリスチレン換算値にて求められる。   In addition, the weight average molecular weight of the polylactic acid-type resin obtained by the process by a low molecular weight reduction process is calculated | required by a standard polystyrene conversion value using a gel permeation chromatography.

融解工程は、低分子量化工程にて低分子量化されたポリ乳酸系樹脂を融解する工程である。この融解工程では、ポリ乳酸系樹脂が融点以上の温度で加熱されて融解される。尚、加熱温度は、ポリ乳酸系樹脂の融点に依存するが、この融点は、DSC測定によって決定されても良く、重量平均分子量に基づいて決定されても良い。尚、該融解工程が、請求項に記載の融解工程に該当する。   The melting step is a step of melting the polylactic acid resin whose molecular weight has been reduced in the molecular weight reduction step. In this melting step, the polylactic acid-based resin is heated and melted at a temperature equal to or higher than the melting point. In addition, although heating temperature depends on melting | fusing point of polylactic acid-type resin, this melting | fusing point may be determined by DSC measurement and may be determined based on a weight average molecular weight. The melting step corresponds to the melting step described in the claims.

アニール工程は、ポリ乳酸系樹脂を結晶化させるための工程であり、融解されたポリ乳酸系樹脂を、融点よりも20℃〜30℃低温側の温度で、任意時間保持して熱処理し、その後室温まで除冷する工程である。尚、本発明では、アニールは、残留歪除去のための焼きなまし処理ではなく、融点未満の任意温度で結晶化のために一定時間保持することを意味している。このアニール工程において、保持時間を変更することにより、ポリ乳酸系樹脂の結晶化度を調整することができる。これにより、結晶化度が10%以上40%以下の範囲で任意の結晶化度を備えた固体状態のポリ乳酸系樹脂が生成される。尚、該アニール工程が請求項に記載のアニール工程に該当する。   The annealing process is a process for crystallizing the polylactic acid-based resin, and heat treatment is performed by holding the melted polylactic acid-based resin at a temperature lower by 20 ° C. to 30 ° C. than the melting point for an arbitrary period of time. This is a step of cooling to room temperature. In the present invention, annealing means not holding annealing for removing residual strain but holding for a certain time for crystallization at an arbitrary temperature below the melting point. In this annealing step, the crystallinity of the polylactic acid resin can be adjusted by changing the holding time. As a result, a solid-state polylactic acid resin having an arbitrary crystallinity in the range of 10% to 40% crystallinity is generated. The annealing step corresponds to the annealing step described in the claims.

アニール工程を経て得られたポリ乳酸系樹脂は、生物学的処理を行う場合の電子供与体供給源として適した生分解性を備えると共に、固体状態となっている。このため、得られたポリ乳酸系樹脂のみで電子供与体供給剤を構成することが可能となる。また、得られたポリ乳酸系樹脂に結着剤やpH調整剤などの添加剤を加えて電子供与体供給剤を構成しても良い。   The polylactic acid-based resin obtained through the annealing step has biodegradability suitable as an electron donor supply source in the case of performing biological treatment, and is in a solid state. For this reason, it becomes possible to comprise an electron donor supply agent only by the obtained polylactic acid-type resin. Moreover, you may comprise an electron donor supply agent by adding additives, such as a binder and a pH adjuster, to the obtained polylactic acid-type resin.

更には、アニール工程の後に、得られたポリ乳酸系樹脂や、ポリ乳酸系樹脂と添加物との混合物を成形する成形工程を設けても良い。この成形工程は、電子供与体供給剤の剤形を成形体に加工する工程であり、例えば、ポリ乳酸系樹脂の粉末をプレス成形などによりタブレット状とするものである。このように、電子供与体供給剤の剤形が成形体に加工されることで、その取扱性を向上させることができる。   Furthermore, after the annealing step, a molding step for molding the obtained polylactic acid resin or a mixture of the polylactic acid resin and an additive may be provided. This molding process is a process of processing the dosage form of the electron donor supply agent into a molded body. For example, a polylactic acid resin powder is formed into a tablet by press molding or the like. Thus, the handling property can be improved by processing the dosage form of the electron donor supply agent into a molded body.

また、低分子量化工程の前に、原料ポリ乳酸系樹脂の洗浄、乾燥などの前処理を適宜行う理工程を設けても良い。   Further, before the low molecular weight reduction step, a physical step for appropriately performing pretreatment such as washing and drying of the raw polylactic acid resin may be provided.

このように、本製造方法によれば、汎用品として生産されているポリ乳酸系樹脂を用いた簡便な手法にて、良好な生分解性(加水分解性)を備えつつ固体状態であるポリ乳酸系樹脂を得ることができ、更に得られるポリ乳酸系樹脂の分子量の範囲と結晶化度とを規定することができるので、加水分解速度、すなわち乳酸等の電子供与体遊離速度を制御することのできるポリ乳酸系樹脂を製造でき、かかるポリ乳酸系樹脂を含むことにより、生物学的処理において有用な電子供与体供給剤を製造することができる。   Thus, according to this production method, polylactic acid that is in a solid state while having good biodegradability (hydrolyzability) by a simple method using a polylactic acid resin produced as a general-purpose product. Since the molecular weight range and crystallinity of the resulting polylactic acid resin can be defined, the hydrolysis rate, that is, the rate of liberation of electron donors such as lactic acid can be controlled. A polylactic acid resin that can be produced can be produced, and by containing such a polylactic acid resin, an electron donor supply useful in biological treatment can be produced.

次に、本発明の環境浄化方法について説明する。   Next, the environmental purification method of the present invention will be described.

本発明の環境浄化方法は、上記した本発明の電子供与体供給剤を用いて微生物を活性化し、その還元作用によって特定の成分を無害化するものである。   The environmental purification method of the present invention activates microorganisms using the above-described electron donor supply agent of the present invention, and detoxifies specific components by its reducing action.

被処理物質は、水溶液、廃水、汚水、湖沼、河川等の水や、土壌である。被処理物質が水であり、脱窒処理を行う場合には、上記の水のBOD源の除去と硝化菌による硝化処理とが行われた後に、本発明の電子供与体供給剤を微好気あるいは嫌気的条件下で水相に投入することで、脱窒菌を活性化させ窒素成分の除去を行う。   Substances to be treated are aqueous solutions, wastewater, sewage, water from lakes and rivers, and soil. When the substance to be treated is water and denitrification is performed, the electron donor supply agent of the present invention is slightly aerobic after the removal of the BOD source of water and nitrification by nitrifying bacteria. Alternatively, denitrifying bacteria are activated by removing them from the nitrogen component by introducing them into the aqueous phase under anaerobic conditions.

ここで、水中のポリ乳酸系樹脂濃度は、実用的かつ効果的に硝酸除去が達成できる範囲として、含まれているポリ乳酸が、1w/v%〜5w/v%となる範囲が望ましく、好適には、略3w/v%とされる。   Here, the concentration of polylactic acid resin in water is preferably within a range where the contained polylactic acid is 1 w / v% to 5 w / v% as a range where nitric acid removal can be achieved practically and effectively. Is approximately 3 w / v%.

特に、重量平均分子量を略9500以上略12000以下の範囲で且つ、結晶化度40%のポリ乳酸で形成された電子供与体供給剤が窒素除去に最適であり、さらに、添加濃度を略3w/v%とすることにより、最大の脱窒効率を得ることができる。   In particular, an electron donor supplier formed of polylactic acid having a weight average molecular weight in the range of about 9500 to about 12000 and having a crystallinity of 40% is optimal for nitrogen removal, and the addition concentration is about 3 w / By setting it as v%, the maximum denitrification efficiency can be obtained.

尚、かかる環境下で活動する脱窒菌としては、ベータプロテオバクテクテリア綱コマモナス科Comamonadaceaeおよびアルカリゲネス科Alcaligenaceaeに属する脱窒性細菌種(Comamonas属菌種、Alcaligenes属菌種など)が主体である。   The denitrifying bacteria active in such an environment are mainly denitrifying bacterial species (Comamonas spp., Alcaligenes spp., Etc.) belonging to the beta-proteobacterectidae Comamonadaceae and Alcaligenaceae Alcaligenaceae.

また、被処理物質が土壌である場合には、本発明の電子供与体供給剤を土中に漉き込むことや埋設することで脱窒菌を活性化させ窒素成分の除去を行うことができる。   Further, when the material to be treated is soil, the denitrifying bacteria can be activated and the nitrogen component can be removed by pouring or embedding the electron donor supply agent of the present invention into the soil.

ここで、ポリ乳酸系樹脂は、固形基質分解菌が優占せず、非生物学的加水分解によって分解されるので、必要に応じて、被処理物質のpH調整を行って電子供与体の供給速度を調整してもよい。このため、ポリ(3−ヒドロキシ酪酸)やポリカプロラクトンの固形基質を用いた環境浄化方法のように、生分解性に優れているために分解微生物の存在量にポリマーの分解が依存してしまい脱窒速度の制御が困難になるといったことがない。   Here, since the polylactic acid-based resin is not dominated by solid substrate-degrading bacteria and is decomposed by non-biological hydrolysis, the pH of the substance to be treated is adjusted as necessary to supply the electron donor. The speed may be adjusted. For this reason, as the environmental purification method using a solid substrate of poly (3-hydroxybutyric acid) or polycaprolactone is superior in biodegradability, the degradation of the polymer depends on the abundance of decomposing microorganisms, and it is removed. There is no difficulty in controlling the nitrogen rate.

また、嫌気的条件下においては、本発明の電子供与体供給剤をエネルギー源として有機塩素系化合物を無害化する微生物を活性化することもできる。ここで、有機塩素系化合物の生物学的処理による分解は他の有機化合物の分解に比べて非常に低速度で進行する。しかし、本発明の電子供与体供給剤は、電子供与体の放出速度を制御できるので、有機塩素系化合物の無害化に寄与する微生物が、電子供与体を消費する速度に応じて電子供与体を供給し得、当該微生物の微生物活性を安定に維持することができる。   Moreover, under anaerobic conditions, the electron donor supply agent of the present invention can be used as an energy source to activate microorganisms that detoxify organochlorine compounds. Here, the decomposition of the organic chlorine compound by biological treatment proceeds at a very low rate compared to the decomposition of other organic compounds. However, since the electron donor supply agent of the present invention can control the release rate of the electron donor, the microorganism that contributes to the detoxification of the organochlorine compound can change the electron donor according to the rate at which the electron donor is consumed. It can be supplied and the microbial activity of the microorganism can be stably maintained.

更に、本発明の環境浄化方法では、酢酸と乳酸とが添加された硝酸含有水溶液を用い、該水溶液中で増殖する微生物を予め集積培養し、その集積培養微生物を被処理物質中に添加するようにしてもよい。   Further, in the environmental purification method of the present invention, a nitric acid-containing aqueous solution to which acetic acid and lactic acid are added is used, and microorganisms that grow in the aqueous solution are accumulated in advance, and the accumulated cultured microorganisms are added to the substance to be treated. It may be.

ポリ乳酸系樹脂を電子供与体供給源とする固相脱窒プロセスでは遊離した乳酸のみならず、その代謝産物である酢酸も基質として働くため、上記の集積培養によって乳酸と酢酸に親和性のある脱窒微生物が集積された集積培養微生物を得ることができる。そして、かかる集積培養微生物を添加することで当該固相脱窒プロセスを初発から効率的に動かすことができる。   In the solid-phase denitrification process using polylactic acid resin as an electron donor source, not only free lactic acid but also its metabolite acetic acid acts as a substrate, so the above-mentioned enrichment culture has affinity for lactic acid and acetic acid. An accumulation culture microorganism in which denitrification microorganisms are accumulated can be obtained. And the said solid-phase denitrification process can be efficiently moved from the first by adding this accumulation | cultivation microorganism.

脱窒は還元的なプロセスであり、電子供与体を必要とする。それ故、微生物が利用しやすい電子供与体を如何に確保するか、制御するかが、効率的かつ安定的な脱窒を達成するための鍵であるが、本発明の環境浄化方法は、良好な加水分解性を備えつつ、その分解速度、すなわち乳酸等の電子供与体遊離速度を制御することのできるポリ乳酸系樹脂を用いて形成された電子供与体供給剤を利用するので、効率的かつ安定的な脱窒、即ち、環境浄化を達成することができる。   Denitrification is a reductive process and requires an electron donor. Therefore, how to secure and control an electron donor that can be easily used by microorganisms is the key to achieving efficient and stable denitrification, but the environmental purification method of the present invention is good. An electron donor supplier formed using a polylactic acid resin that can control the rate of decomposition, that is, the rate of liberation of electron donors such as lactic acid, while having excellent hydrolyzability. Stable denitrification, that is, environmental purification can be achieved.

以下、実施例に基づいて本発明を詳述する。本発明は、その要旨を超えない限り、これらの実施例に制約されるものではない。尚、実施例中に示す測定値は次に示すような条件で測定を行い、算出した。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. The present invention is not limited to these examples as long as the gist thereof is not exceeded. The measured values shown in the examples were calculated by measuring under the following conditions.

(重量平均分子量の測定)
ゲル浸透クロマトグラフィを用いて、以下に示す条件下で測定し、標準ポリスチレン換算で重量平均分子量を求めた。
(Measurement of weight average molecular weight)
Using gel permeation chromatography, measurement was performed under the following conditions, and the weight average molecular weight was calculated in terms of standard polystyrene.

機種:商品名HLC8020GPC(東ソー(株)製)
溶媒:クロロホルム
サンプル溶解条件:60℃、2時間
温度:40℃
測定濃度:50mg/50mL
注入量:100μL
カラム:商品名TSKgelGMHHR−H(東ソー(株)製)2本
なお、標準ポリスチレン(東ソー(株)製)を用いてユニバーサルキャリブレーション法によりカラム溶出体積を校正した。
Model: Product name HLC8020GPC (manufactured by Tosoh Corporation)
Solvent: Chloroform sample dissolution conditions: 60 ° C., 2 hours temperature: 40 ° C.
Measurement concentration: 50 mg / 50 mL
Injection volume: 100 μL
Column: Two trade names TSKgelGMHHR-H (manufactured by Tosoh Corporation) The column elution volume was calibrated by the universal calibration method using standard polystyrene (manufactured by Tosoh Corporation).

(結晶化度の測定)
示差走査型熱量計(島津製作所社製、商品名DSC50)を用いて、融解エンタルピーと結晶化エンタルピーとを測定した。試料3mgをアルミニウム製のパンに装填し、昇温速度10℃/分で測定を行なった。算出した融解エンタルピーと結晶化エンタルピーとを用い、上記した(1)式に基づいて結晶化度を算出した。
(Measurement of crystallinity)
Melting enthalpy and crystallization enthalpy were measured using a differential scanning calorimeter (manufactured by Shimadzu Corporation, trade name DSC50). 3 mg of the sample was placed in an aluminum pan and measured at a temperature elevation rate of 10 ° C./min. Using the calculated melting enthalpy and crystallization enthalpy, the degree of crystallinity was calculated based on the above formula (1).

(硝酸塩濃度の測定)
イオンクロマトグラフィを用いて、以下に示す条件下で測定し、硝酸イオン濃度を測定した。
(Measurement of nitrate concentration)
Using ion chromatography, the nitrate ion concentration was measured under the following conditions.

機種:導電率検出器 (日立ハイテクノロジーズ社製、商品名L7470)、ポンプ(日立ハイテクノロジーズ社製、商品名L-7110)、オーブン(日立ハイテクノロジーズ社製、商品名L7300)
検出器: 商品名溶媒:2.3Mフタル酸2.5Mトリス水溶液
流速:1.5mL/ml
温度:40℃
注入量:100μL
カラム:商品名#2720(日立ハイテクノロジーズ社製)
Model: Conductivity detector (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, trade name L7470), pump (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, trade name L-7110), oven (made by Hitachi High-Technologies Corporation, trade name L7300)
Detector: Trade name Solvent: 2.3M Phthalic acid 2.5M Tris aqueous solution Flow rate: 1.5mL / ml
Temperature: 40 ° C
Injection volume: 100 μL
Column: Trade name # 2720 (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation)

(遊離乳酸量の測定)
高速液体クロマトグラフィ(HPLC)を用いて、以下に示す条件下で測定し、遊離乳酸濃度を測定した。
(Measurement of free lactic acid)
Using high performance liquid chromatography (HPLC), the free lactic acid concentration was measured under the following conditions.

機種:ダイオードアレイ検出器 (日立ハイテクノロジーズ社製、商品名L7455)、ポンプ(日立ハイテクノロジーズ社製、商品名L-7100)、オーブン(日立ハイテクノロジーズ社製、商品名L7300)
溶媒:0.1%H3PO4水溶液
流速:1.0mL/ml
温度:40℃
注入量:100μL
カラム:商品名Organic Acid(Waters社製)
Model: Diode array detector (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, product name L7455), pump (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, product name L-7100), oven (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, product name L7300)
Solvent: 0.1% H3PO4 aqueous solution Flow rate: 1.0 mL / ml
Temperature: 40 ° C
Injection volume: 100 μL
Column: Brand name Organic Acid (manufactured by Waters)

(実施例1)
実施例1は、本実施形態に係る電子供与体供給剤の有効性を評価するために、改質して低分子量化したポリ乳酸系樹脂の重量平均分子量の変化が脱窒速度に及ぼす影響を試験したものである。
Example 1
In Example 1, in order to evaluate the effectiveness of the electron donor supply agent according to the present embodiment, the influence of the change in the weight average molecular weight of the polylactic acid-based resin modified and reduced in molecular weight on the denitrification rate was examined. Tested.

原料ポリ乳酸系樹脂として、ポリ乳酸(重量平均分子量193300)を用い、オートクレーブにて表1に示す条件で改質処理し、低分子量化を行った。   Polylactic acid (weight average molecular weight 193300) was used as a raw material polylactic acid-based resin, and was subjected to a modification treatment in an autoclave under the conditions shown in Table 1 to reduce the molecular weight.

Figure 0005392719
Figure 0005392719

低分子量化されたポリ乳酸(低分子量化ポリ乳酸)は、ゲル浸透クロマトグラフィを用いて上述した条件で重量平均分子量を測定した。表1には、加熱温度、加熱時間に対応つけてその右側欄に、得られた各低分子量化ポリ乳酸の重量平均分子量を示す。また、各低分子量化ポリ乳酸の結晶化度は、45%であった。   The weight average molecular weight of polylactic acid reduced in molecular weight (lower molecular weight reduced polylactic acid) was measured under the above-described conditions using gel permeation chromatography. Table 1 shows the weight average molecular weights of the obtained low molecular weight polylactic acids in the right column in correspondence with the heating temperature and the heating time. The crystallinity of each low molecular weight polylactic acid was 45%.

次に、各低分子量化ポリ乳酸を基質とし、嫌気的条件下で、活性汚泥による脱窒試験を行なった。   Next, a denitrification test using activated sludge was performed under anaerobic conditions using each low molecular weight polylactic acid as a substrate.

具体的には、活性汚泥による脱窒試験として、125ml容バイアル瓶に100ml人工排水(0.2%KNO3、0.2%NH4Cl、0.7%KH2PO4、0.85%K2PO4、0.02%NaCl、0.02%MgCl2・6H2O、0.045%CaCl2・2H2Oおよび0.1%SL8溶液)を添加して行った。このとき、SL8溶液とは、0.5%EDTA・2Na、0.1%FeCl2・4H2O、0.03%HBO3、0.01%CoCl2、0.005%ZnCl2、0.003%MnCl2・4H2O、0.003%NaMoO4・2H2O、0.03%NiSO4・6H2Oおよび0.001%CuCl2・2H2Oを含む溶液である。さらに、これらのバイアル瓶には、活性汚泥を2000mg/mlとなるように調整して添加した。脱窒試験は、各低分子量化ポリ乳酸毎に3回行い、硝酸除去速度の平均値と標準偏差を算出した。各バイアル瓶には、更に、各低分子量化ポリ乳酸ペレット1gを添加した。これらのバイアル試験はすべて25℃、撹拌速度120rpm/分での条件で行った。   Specifically, as a denitrification test using activated sludge, 100 ml artificial wastewater (0.2% KNO3, 0.2% NH4Cl, 0.7% KH2PO4, 0.85% K2PO4, 0.02% in a 125 ml vial) NaCl, 0.02% MgCl 2 .6H 2 O, 0.045% CaCl 2 .2H 2 O and 0.1% SL 8 solution) were added. At this time, the SL8 solution means 0.5% EDTA · 2Na, 0.1% FeCl2 · 4H2O, 0.03% HBO3, 0.01% CoCl2, 0.005% ZnCl2, 0.003% MnCl2 · 4H2O, It is a solution containing 0.003% NaMoO4 · 2H2O, 0.03% NiSO4 · 6H2O and 0.001% CuCl2 · 2H2O. Furthermore, activated sludge was adjusted and added to these vials so that it might become 2000 mg / ml. The denitrification test was performed three times for each low molecular weight polylactic acid, and the average value and standard deviation of the nitric acid removal rate were calculated. In addition, 1 g of each low molecular weight polylactic acid pellet was added to each vial. All these vial tests were conducted under the conditions of 25 ° C. and a stirring speed of 120 rpm / min.

脱窒活性は、添加した硝酸塩の減少をイオンクロマトグラフィを用いて上述した条件で測定することにより、追跡して評価した。結果を図1に示す。   Denitrification activity was followed and evaluated by measuring the decrease in added nitrate under the conditions described above using ion chromatography. The results are shown in FIG.

図1は、低分子量化ポリ乳酸の重量平均分子量と生物学的硝酸除去速度との関係を示した図であり、横軸は分子量を、縦軸は硝酸除去速度を示している。図1からも分かるように、重量平均分子量が14000を越えると、硝酸除去速度が0(mg/g/h)近傍まで低下している。つまり、重量平均分子量が14000を超えると、脱窒速度が極端に低下することが示されている。また、重量平均分子量が略12000(重量平均分子量11500のもの、図1においてaで示す黒丸)以下では、硝酸除去速度が1(mg/g/h)を超えており、現実的に脱窒処理を行うことのできる十分な硝酸除去速度が得られることが示されている。   FIG. 1 is a graph showing the relationship between the weight average molecular weight of the low molecular weight polylactic acid and the biological nitric acid removal rate, wherein the horizontal axis represents the molecular weight and the vertical axis represents the nitric acid removal rate. As can be seen from FIG. 1, when the weight average molecular weight exceeds 14,000, the nitric acid removal rate decreases to near 0 (mg / g / h). That is, it is shown that when the weight average molecular weight exceeds 14,000, the denitrification rate is extremely reduced. In addition, when the weight average molecular weight is approximately 12000 (those with a weight average molecular weight of 11500, a black circle indicated by a in FIG. 1) or less, the nitric acid removal rate exceeds 1 (mg / g / h). It has been shown that sufficient nitric acid removal rates can be obtained.

一方、得られた低分子量化ポリ乳酸のうち、重量平均分子量が略10000(重量平均分子量9900のもの、図1においてbで示す黒丸)では固体状態であったが、それ以下の重量平均分子量が略8000(重量平均分子量7900のもの、図1においてcで示す黒丸)のものは、液状化していた。   On the other hand, among the obtained low molecular weight polylactic acid, the weight average molecular weight was about 10,000 (thickness average molecular weight 9900, black circle shown by b in FIG. 1) was in a solid state, but the weight average molecular weight below that was An approximately 8000 (weight average molecular weight 7900, black circle shown in FIG. 1) was liquefied.

以上の結果から、固形損失を考慮して、重量平均分子量が略9500以上、略12000以下の範囲が、良好な脱窒を行なうことができる分子量範囲であることが示された。   From the above results, considering the solid loss, it was shown that the range of the weight average molecular weight of about 9500 or more and about 12000 or less is a molecular weight range in which good denitrification can be performed.

(実施例2)
実施例2は、本実施形態に係る電子供与体供給剤の有効性を評価するために、改質した低分子化ポリ乳酸系樹脂の結晶化度の変化が加水分解速度と脱窒速度とに及ぼす影響を試験したものである。
(Example 2)
In Example 2, in order to evaluate the effectiveness of the electron donor supply according to the present embodiment, the change in crystallinity of the modified low molecular weight polylactic acid-based resin depends on the hydrolysis rate and the denitrification rate. This is a test of the effect.

重量平均分子量が略10000(重量平均分子量9900)の低分子量化ポリ乳酸を120℃で融解した後、表2に示した条件で結晶化度を約10%、20%、30%、40%となるように変化させた。各条件による処理後の低分子量化ポリ乳酸の結晶化度を、各条件に対応つけて表2の最右端の欄に示した。   After melting low molecular weight polylactic acid having a weight average molecular weight of approximately 10,000 (weight average molecular weight 9900) at 120 ° C., the crystallinity is about 10%, 20%, 30%, 40% under the conditions shown in Table 2. It changed so that it might become. The crystallinity of the low molecular weight polylactic acid after the treatment under each condition is shown in the rightmost column of Table 2 in association with each condition.

Figure 0005392719
Figure 0005392719

その後、125ml容バイアル瓶に実施例1と同様の人工排水100mlおよび結晶化度を調整したPLA1gを添加し、水中における加水分解速度を遊離乳酸量のHPLC測定によって評価した。その結果を図2に示す。図2は、低分子量化ポリ乳酸(重量平均分子量=略10000)の結晶化度と加水分解速度との関係を示した図であり、横軸に結晶化度、縦軸に乳酸遊離速度が示されている。図2に示したように、結晶化度が上がるに連れて直線的に乳酸遊離量(速度)は上昇した。   Thereafter, 100 ml of artificial waste water similar to Example 1 and 1 g of PLA with adjusted crystallinity were added to a 125 ml vial, and the hydrolysis rate in water was evaluated by HPLC measurement of the amount of free lactic acid. The result is shown in FIG. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the degree of crystallinity of a low molecular weight polylactic acid (weight average molecular weight = approximately 10,000) and the hydrolysis rate, with the crystallinity on the horizontal axis and the rate of lactic acid release on the vertical axis. Has been. As shown in FIG. 2, the amount of lactic acid liberated (rate) increased linearly as the crystallinity increased.

また、これらの結晶化度を変えた低分子量化ポリ乳酸を基質として、実施例1と同様の活性汚泥による脱窒試験を行った。脱窒活性は実施例1と同様に添加した硝酸塩の減少をイオンクロマトグラフィで追跡して評価した。その結果を図3に示す。図3は、結晶化度の異なる低分子量化ポリ乳酸(重量平均分子量=略10000)を基質としたときの活性汚泥の脱窒速度を示した図であり、横軸に結晶化度、縦軸に脱窒速度が示されている。図3に示すように、結晶化度の高い低分子量化ポリ乳酸を基質として用いた場合ほど、脱窒速度は高かった。また、脱窒速度は、結晶化度に比例して直線的に増加する相関関係が認められた。   Moreover, the denitrification test by the activated sludge similar to Example 1 was done by using these low molecular weight polylactic acids having different crystallinity as a substrate. The denitrification activity was evaluated in the same manner as in Example 1 by following the decrease in nitrate added by ion chromatography. The result is shown in FIG. FIG. 3 is a graph showing the denitrification rate of activated sludge when low molecular weight polylactic acid (weight average molecular weight = approximately 10,000) having a different crystallinity is used as a substrate. Shows the denitrification rate. As shown in FIG. 3, the denitrification rate was higher as the low molecular weight polylactic acid having a higher crystallinity was used as the substrate. Further, a correlation was observed in which the denitrification rate increased linearly in proportion to the crystallinity.

このように、本発明に係る電子供与体供給剤の製造方法により、分子量と結晶化度との両パラメータを制御できること及び本発明に係る電子供与体供給剤によって電子供与体供給速度および脱窒速度を制御できることが示された。   As described above, both the molecular weight and crystallinity parameters can be controlled by the method for producing an electron donor supply according to the present invention, and the electron donor supply rate and the denitrification rate can be controlled by the electron donor supply according to the present invention. It was shown that can be controlled.

(実施例3)
実施例3は、本実施形態に係る電子供与体供給剤について、被処理物質に添加する濃度が脱窒速度に及ぼす影響を試験したものである。低分子量化ポリ乳酸(重量平均分子量=略10000、結晶化度40%)を基質として、実施例1と同様の活性汚泥による脱窒試験を行った。その結果を、図4に示す。
(Example 3)
Example 3 tests the influence which the density | concentration added to a to-be-processed substance has on the denitrification rate about the electron donor supply agent which concerns on this embodiment. The same denitrification test using activated sludge as in Example 1 was performed using low molecular weight polylactic acid (weight average molecular weight = approximately 10,000, crystallinity 40%) as a substrate. The result is shown in FIG.

図4は、改質したポリ乳酸(重量平均分子量=略10000、結晶化度40%)を基質としたときの活性汚泥の脱窒速度を示した図であり、横軸に硝酸水溶液中の低分子量化ポリ乳酸の濃度、縦軸に脱窒速度が示されている。図4からも分かるように、低分子量化ポリ乳酸濃度が3w/v%の場合に脱窒速度が極大値となった。尚、ポリ乳酸の濃度が5w/v%以内で、水中のpHは適正(pH5.0以上)に保たれた。   FIG. 4 is a graph showing the denitrification rate of activated sludge when modified polylactic acid (weight average molecular weight = approximately 10000, crystallinity 40%) is used as a substrate. The concentration of molecular weight polylactic acid and the denitrification rate are shown on the vertical axis. As can be seen from FIG. 4, the denitrification rate reached a maximum when the low molecular weight polylactic acid concentration was 3 w / v%. The polylactic acid concentration was within 5 w / v%, and the pH in water was kept appropriate (pH 5.0 or higher).

(実施例4)
実施例4は、本実施形態に係る電子供与体供給剤を用いた環境浄化方法の有効性を評価するために、予め異なる炭素源で集積培養した集積培養微生物を被処理物質中に添加した場合の脱窒速度に及ぼす影響を試験したものである。
Example 4
In Example 4, in order to evaluate the effectiveness of the environmental purification method using the electron donor supply agent according to the present embodiment, an enrichment culture microorganism that is enriched and cultured in advance with a different carbon source is added to the substance to be treated. The effect of NO on the denitrification rate was tested.

下水活性汚泥を採取し、20mM硝酸カリウムを含む無機培地(pH7.0)にペプトン(5gL−1)、10mMグルコース、10mM乳酸塩、10mM酢酸塩、あるいは5mM酢酸塩+5mM乳酸塩を唯一のエネルギー炭素源として添加した5種類の異なる培地で脱窒培養(25℃、静置培養)した。23日毎に培養液の半量を取り出し、新鮮な培地に摂取し、培養を続けた。この回分培養操作を一ヶ月間続けて馴養したものを用いて3%ポリ乳酸(PLA)を含む培地における硝酸除去特性を調べた。結果を図5に示す。   Sewage activated sludge is collected and peptone (5 gL-1), 10 mM glucose, 10 mM lactate, 10 mM acetate, or 5 mM acetate + 5 mM lactate is the only energy carbon source in an inorganic medium (pH 7.0) containing 20 mM potassium nitrate. As a result, denitrification culture (25 ° C., stationary culture) was carried out using five different media added. Every 23 days, half of the culture solution was taken out and taken up in a fresh medium, and the culture was continued. This batch culture operation was continued for one month and used to examine the nitrate removal characteristics in a medium containing 3% polylactic acid (PLA). The results are shown in FIG.

図5は、炭素源を変更して馴養した脱窒菌群集による硝酸除去特性を示した図であり、横軸は時間を縦軸は硝酸塩の残存量を示している。図5中、ペプトンをエネルギー炭素源としてものを黒塗りの四角で、グルコースをエネルギー炭素源としてものを白抜きの四角で、乳酸塩をエネルギー炭素源としてものを黒塗りの三角で、酢酸塩をエネルギー炭素源としてものを黒塗りの丸で、酢酸塩+乳酸塩をエネルギー炭素源としてものを白抜きの丸で示している。図5に示すとおりに酢酸+乳酸で馴養した汚泥について最も速い除去活性が認められた。   FIG. 5 is a diagram showing the nitrate removal characteristics of the denitrifying bacteria community acclimatized by changing the carbon source, with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing the remaining amount of nitrate. In FIG. 5, black squares with peptone as the energy carbon source, white squares with glucose as the energy carbon source, black triangles with lactate as the energy carbon source, and acetate The energy carbon source is indicated by a black circle, and the acetate + lactate energy carbon source is indicated by a white circle. As shown in FIG. 5, the fastest removal activity was observed for sludge conditioned with acetic acid + lactic acid.

Claims (10)

微生物による生物学的処理に用いられ、該微生物に電子供与体を供給する電子供与体供給剤において、
重量平均分子量が略12000以下、結晶化度が10%以上で且つ40%以下であって使用環境の温度下で固体状態にあるポリ乳酸系樹脂を含むことを特徴とする電子供与体供給剤。
In an electron donor supply agent used for biological treatment by a microorganism and supplying an electron donor to the microorganism,
An electron donor supply agent comprising a polylactic acid resin having a weight average molecular weight of about 12000 or less, a crystallinity of 10% or more and 40% or less and being in a solid state at the temperature of the use environment.
前記ポリ乳酸系樹脂は、重量平均分子量が略9500以上であることを特徴とする請求項1に記載の電子供与体供給剤。   The electron donor supply agent according to claim 1, wherein the polylactic acid-based resin has a weight average molecular weight of about 9500 or more. 微生物による生物学的処理に用いられ、該微生物に電子供与体を供給する電子供与体供給剤の製造方法において、
原料のポリ乳酸系樹脂の分子量を低下させる低分子量化工程と、
その低分子量化工程にて低分子量化されたポリ乳酸系樹脂を、その融点以上の温度で融解する融解工程と、
その融解工程により融解されたポリ乳酸系樹脂を、融点未満の温度でアニールするアニール工程とを有し、
そのアニール工程により結晶化させて固体状態としたポリ乳酸系樹脂を用いて電子供与体供給剤を製造することを特徴とする電子供与体供給剤の製造方法。
In a method for producing an electron donor supply agent used for biological treatment by a microorganism and supplying an electron donor to the microorganism,
A low molecular weight reducing step for reducing the molecular weight of the raw polylactic acid resin;
A melting step of melting the polylactic acid resin whose molecular weight has been reduced in the low molecular weight step at a temperature equal to or higher than its melting point;
An annealing step of annealing the polylactic acid resin melted by the melting step at a temperature lower than the melting point;
A method for producing an electron donor supply, comprising producing an electron donor supply using a polylactic acid resin crystallized in a solid state by the annealing step.
前記低分子量化工程は、重量平均分子量が略9500以上で且つ略12000以下の範囲となるように、原料のポリ乳酸系樹脂を低分子量化するものであることを特徴とする請求項3に記載の電子供与体供給剤の製造方法。   The low molecular weight step is a step of reducing the molecular weight of the raw polylactic acid resin so that the weight average molecular weight is in the range of about 9500 or more and about 12000 or less. A method for producing an electron donor supply agent. 前記アニール工程は、前記ポリ乳酸系樹脂の結晶化度が、10%以上で且つ40%以下となるようにアニールを行うものであることを特徴とする請求項3又は4に記載の電子供与体供給剤の製造方法。   5. The electron donor according to claim 3, wherein the annealing step is performed such that the crystallinity of the polylactic acid-based resin is 10% or more and 40% or less. A method for producing a supply agent. 生物学的処理によって被処理物質中の特定成分を無害化する環境浄化方法において、
請求項1しくは2に記載の電子供与体供給剤又は請求項3から5のいずれかに記載の製造方法によって製造された電子供与体供給剤を用いて生物学的処理を行うことを特徴とする環境浄化方法。
In an environmental purification method for detoxifying a specific component in a material to be treated by biological treatment,
Characterized by performing a biological process using an electron donor supplying agent produced by the production method according to any one of 5 the electron donor supply agent or claim 3 according to claim 1 young properly 2 Environmental purification method.
前記被処理物質は水系の液体であり、
前記特定成分は、窒素化合物であり、
前記電子供与体供給剤を用いて液中の窒素化合物を除去する脱窒処理を行うことを特徴とする請求項6に記載の環境浄化方法。
The substance to be treated is an aqueous liquid,
The specific component is a nitrogen compound,
The environmental purification method according to claim 6, wherein a denitrification treatment for removing nitrogen compounds in the liquid is performed using the electron donor supply agent.
前記ポリ乳酸系樹脂に含まれるポリ乳酸が、前記被処理物質中において、略3w/v%の濃度となるように投入されていることを特徴とする請求項7に記載の環境浄化方法。   The environmental purification method according to claim 7, wherein the polylactic acid contained in the polylactic acid-based resin is added so as to have a concentration of about 3 w / v% in the material to be treated. 前記被処理物質は、土壌であり、
前記特定成分は、窒素化合物であり、
前記電子供与体供給剤を用いて土壌中の窒素化合物を除去する脱窒処理を行うことを特徴とする請求項6に記載の環境浄化方法。
The substance to be treated is soil,
The specific component is a nitrogen compound,
The environmental purification method according to claim 6, wherein a denitrification treatment is performed to remove nitrogen compounds in soil using the electron donor supply agent.
酢酸と乳酸とが添加された硝酸含有水溶液を用い、該水溶液中で増殖する微生物を集積培養し、その集積培養微生物を前記被処理物質中に添加することを特徴とする請求項7から9のいずれかに記載の環境浄化方法 The nitric acid-containing aqueous solution to which acetic acid and lactic acid are added is used to accumulate and culture microorganisms that grow in the aqueous solution, and the enriched cultured microorganisms are added to the substance to be treated. The environmental purification method according to any one of the above .
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