JP7416335B1 - 微生物担体及び水処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2022年3月31日に、日本国特許庁に出願された特願2022-059131号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
[1] 脱窒能力を有する微生物を担持する微生物担体であって、
生分解性樹脂と鉄とを含有する鉄含有担体を含み、
前記鉄含有担体中のリンと鉄とのモル比(リン/鉄)Xは、
前記鉄含有担体がリンを含有する場合、0<X≦0.5であり、
前記鉄含有担体がリンを含有しない場合、X=0であり、
前記鉄含有担体の鉄含有率が、鉄含有担体の質量に対して1.0×10-4質量%以上2.0質量%未満である、微生物担体。
[2] 生分解性樹脂とリンとを含有するリン含有担体をさらに含み、
前記リン含有担体中の鉄とリンとのモル比(鉄/リン)Yは、
前記リン含有担体が鉄を含有する場合、0<Y≦0.1であり、
前記リン含有担体が鉄を含有しない場合、Y=0である、[1]に記載の微生物担体。
[3] 前記鉄含有担体が、三価の鉄を含有する、[1]または[2]に記載の微生物担体。
[4] 前記生分解性樹脂が、生分解性ポリエステルである、[1]~[3]のいずれかに記載の微生物担体。
[5] 前記生分解性ポリエステルが、ジカルボン酸由来の構成単位を2種類以上含む、[4]に記載の微生物担体。
[6] 前記微生物担体が、さらに前記生分解性樹脂を分解する能力を有する微生物を担持する微生物担体である、[1]~[5]のいずれかに記載の微生物担体。
[7] 脱窒能力を有する微生物を担持する微生物担体を用いる水処理方法であって、
前記微生物担体は、生分解性樹脂と鉄とを含有する鉄含有担体を含み、
前記鉄含有担体中のリンと鉄とのモル比(リン/鉄)Xは、
前記鉄含有担体がリンを含有する場合、0<X≦0.5であり、
前記鉄含有担体がリンを含有しない場合、X=0であり、
前記鉄含有担体の鉄含有率が、鉄含有担体の質量に対して1.0×10-4質量%以上2.0質量%未満である、水処理方法。
[8] 前記微生物担体が、生分解性樹脂とリンとを含有するリン含有担体をさらに含み、
前記リン含有担体中の鉄とリンとのモル比(鉄/リン)Yは、
前記リン含有担体が鉄を含有する場合、0<Y≦0.1であり、
前記リン含有担体が鉄を含有しない場合、Y=0である、[7]に記載の水処理方法。
脱窒菌とは、脱窒する能力を有する微生物を意味する。
分解菌とは、生分解性樹脂を分解する能力を有する微生物を意味する。
微生物とは、脱窒菌および分解菌を含む微生物を意味する。脱窒菌と分解菌とは、同一種の微生物である場合もある。つまり、脱窒菌および分解菌の両方に該当する微生物が存在し得る。
低分子有機分とは、微生物により生分解性樹脂が分解されることで、低分子量化した有機分を意味する。
担体Aとは、生分解性樹脂と鉄とを含有する鉄含有担体を意味する。担体Aは、リンをさらに含有していてもよい。
担体Bとは、生分解性樹脂とリンとを含有するリン含有担体を意味する。担体Bは、鉄をさらに含有していてもよい。
微生物担体とは、1以上の担体Aを含む担体を意味する。微生物担体は、1以上の担体Bもさらに含んでいてもよい。
全有機炭素(TOC:Total Organic Carbon)は、水中に存在する有機物の濃度を意味する。TOCは、日東精工アナリテック社製「TOC-300V」を用いて、燃焼式のTOC分析装置を用いて測定される。
全鉄とは、水中に含まれる溶解性及び非溶解性の鉄を意味する。全鉄は、JIS K0102 57.4に記載のICP発光分光分析法により測定される。
全リンとは、水中に含まれる溶解性及び非溶解性のリンを意味する。全リンは、JIS K0102 46.3.1~3に記載のモリブデン青吸光光度法により測定される。
数値範囲を示す「~」は、その前後に記載された数値を下限値および上限値として含むことを意味する。本明細書に開示の数値範囲は、その下限値および上限値を任意に組み合わせて新たな数値範囲とすることができる。
一実施形態に係る微生物担体について、詳細に説明する。
微生物担体は、脱窒能力を有する微生物を担持する微生物担体である。
微生物担体は、少なくとも1つの担体Aを含む。微生物担体は2以上の担体Aを含んでいてもよい。微生物担体は、担体Aに加えて、さらに、1以上の担体Bを含んでいてもよい。微生物担体は、2種以上の担体を含む場合、それらの担体の集合体である。
微生物担体は、生分解性樹脂を分解する能力を有する微生物を担持する微生物担体であることが好ましい。
(I)担体Aまたは担体Bを10gと、2mol/lの水酸化ナトリウム水溶液を30mlとを、容量50~100mlの耐圧チューブ内に測り取り、しっかりと蓋をする。
(II)105℃で12時間加熱した後、20℃付近まで市水等で冷却する。
(III)冷却後、耐圧チューブ内に存在する水溶液αを全量取り出し、200mlのガラスビーカーへと移す。
(IV)2mol/lの塩酸を用いて、水溶液αのpHを7.0に調整する。
(V)pH調整した水溶液αを100mlメスフラスコに移し、さらに純水を加えて水溶液αの体積を100mlに調整する。
(VI)水溶液αのTOCα(mg/l)、全鉄α(mg/l)、全リンα(mg/l)を上述した測定方法によって測定する。
(VII)以下の式1により、鉄含有率C(Fe)が求められる。また、以下の式2により、リン含有率C(P)が求められる。
C(P)(質量%)=全リンα(mg/l)÷TOCα(mg/l)×100 …式2
生分解性ポリエステルの中でも、ジカルボン酸由来の構成単位を有する生分解性ポリエステルが好ましく、ジカルボン酸由来の構成単位とジオール由来の構成単位とを有する生分解性ポリエステルがより好ましい。生分解性樹脂が生分解性ポリエステルであれば、担体Aに含有される鉄を脱窒菌がより効率的に体内に取り入れることができ、それにより脱窒菌の増殖及び活性が安定し、脱窒効率が改善する。
「海水」とは、塩分を3.2質量%以上の濃度で含有する水を意味する。
「汽水」とは、塩分を0.05質量%以上3.2質量%未満の濃度で含有する水を意味する。
一方、「淡水」とは、塩分を全く含まない水であってもよく、塩分を汽水の塩分濃度未満の濃度で含有する水であってもよい。
一実施形態に係る水処理方法について、詳細に説明する。
水処理方法は、上述した実施形態の微生物担体を用いた脱窒処理方法に関する。水処理方法では、1以上の担体Aを含む微生物担体を、脱窒する能力を有する微生物を担持する微生物担体として用いる。
より詳細には、水処理方法は、脱窒菌が担持された微生物担体が内部に充填された脱窒槽に被処理水を供給し、被処理水中の亜硝酸態窒素及び/又は硝酸態窒素を脱窒反応により窒素に変換することで脱窒を行う脱窒処理工程を含む。
水処理方法において、微生物担体が充填された脱窒槽に被処理水を供給する方法は特に制限されない。例えば、循環式、オーバーフロー式、間欠式、又は回分式の脱窒処理システムを用いて脱窒槽に被処理水を供給する方法が挙げられる。これらのうち、循環式脱窒処理システムを用いることが好ましい。
(微生物担体の作製)
以下に示す方法により、担体A1~A14、担体a1、担体a2、担体B1~B4、及び担体cを作製した。
ペレット状のポリ(ブチレンサクシネート/アジペート)(PBSA;PTT MCC バイオケム社製;短径約3mm;長径約6mm)(以下、PBSAと記載する)200gを耐熱性のPTFE万能容器120φ(フロンケミカル社製)(以下、PTFE皿と記載する。)に投入した。さらに粉末状の酸化鉄(III)赤色(林純薬工業製)、及び粉末状のリン酸三カルシウム(関東化学製)を、以下の表1に記載の「PBSA200gに対する鉄化合物の添加量(g)」の欄、及び「PBSA200gに対するリン化合物の添加量(g)」の欄に記載した量(g)だけ添加した。PTFE製の棒(径12mm、長さ300mm)(以下、PTFE棒と記載する)を用いて撹拌混合することで、添加した酸化鉄(III)とリン酸三カルシウムとの全量をPBSAと混ぜ合わせた。その後、恒温槽にてPTFE皿ごと、PBSAを125℃で30分間加熱し、PBSAを溶融させた。その後、PTEF棒で溶融したPBSAと酸化鉄を練り合わせた。その後、再度、PTFE皿ごと、PBSAを125℃で30分間加熱し、溶融させた。その後、溶融したPBSAを、耐熱性のPTFE板(50mm×50mm)の上に全量移し、PTEF棒で押しつぶして厚さ3mmで、おおよそ横3000mm×横300mmの板状に成形した。その後、ハサミで、横10mm×横10mm×厚さ3mmのチップ状に裁断し、担体A1を作製した。
酸化鉄(III)およびリン酸三カルシウムの添加量を、表1に記載の各担体の「PBSA200gに対する鉄化合物の添加量(g)」の欄に記載した量とすること以外、担体A1と同様の方法で、担体A3~A5、担体a1、担体B2~B4を作製した。
酸化鉄(III)の代わりに、酸化鉄(II、III)を添加すること以外、担体A1と同様の方法で、担体A2を作製した。
酸化鉄(III)の代わりに、硫酸鉄(II)・七水和物を添加すること以外、担体A1と同様の方法で、担体A6を作製した。
リン酸三カルシウムを添加しないこと以外、担体A1と同様の方法で、担体A7、A9~A13、担体a2を作製した。
酸化鉄(III)の代わりに、酸化鉄(II、III)を添加すること、及びリン酸三カルシウムを添加しないこと以外、担体A1と同様の方法で、担体A8を作製した。
酸化鉄(III)の代わりに、硫酸鉄(II)・七水和物を添加すること、及びリン酸三カルシウムを添加しないこと以外、担体A1と同様の方法で、担体A14を作製した。
酸化鉄(III)を添加しないこと以外、担体A1と同様の方法で、担体B1を作製した。
酸化鉄(III)及びリン酸三カルシウムを添加しないこと以外、担体A1と同様の方法で、担体cを作製した。
養殖場の飼育水の浄化処理設備の脱窒槽から懸濁水を採取し、3000rpmで5分間遠心分離にかけ濃縮し、活性汚泥浮遊物質(MLSS)が3600mg/Lの汚泥を作製した。
硝酸態窒素、リン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン、カルシウムイオンの濃度が、それぞれ100mg-N/L、5mg-P/L、8.8mg-Mg/L、1.03mg-Na/L、0.57mg-Ca/Lとなるよう、硝酸ナトリウム(NaNO3)、リン酸水素二カリウム(K2HPO4)、硫酸マグネシウム七水和物(MgSO4・7H2O)、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム(EDTA)、塩化カルシウム・二水和物(CaCl2・H2O)を純水に溶解させることで、模擬排水を調製した。
まず、内径3.5mm、長さ450mm、及び有効容積300mLの脱窒カラム105に、以下の表2中に示す「微生物担体」の欄に示すような混合比率で組み合わせて作製した実施例1~24、及び比較例1~6の微生物担体を200g投入した。
鉄含有担体の鉄含有率が鉄含有担体の質量に対して2.0質量%未満である実施例は、鉄含有担体の鉄含有率が鉄含有担体の質量に対して2.0質量%である比較例6に比べ、脱窒試験後の被処理水の硝酸態窒素の値が低く、高い脱窒効率を示すことが確認された。
また、鉄化合物が三価の鉄を含有する実施例1~21の場合、より高い脱窒効率が確認された。
さらに、担体Aに含有されるリンと鉄とのモル比(リン/鉄)Xの値が0.05以下(実施例1~16)である場合、特に高い脱窒効率が確認された。
102…ポンプ
103…供給チューブ
104…微生物担体
105…脱窒カラム
106…返送チューブ
Claims (4)
- 脱窒能力を有する従属栄養性脱窒菌を担持する微生物担体であって、
生分解性ポリエステルと鉄とを含有する鉄含有担体と、生分解性ポリエステルとリンとを含有するリン含有担体とを含み、
前記鉄含有担体が、三価の鉄を含有し、
前記鉄含有担体中のリンと鉄とのモル比(リン/鉄)Xは、
前記鉄含有担体がリンを含有する場合、0<X≦0.5であり、
前記鉄含有担体がリンを含有しない場合、X=0であり、
前記鉄含有担体の鉄含有率が、鉄含有担体の質量に対して1.0×10-4質量%以上2.0質量%未満であり、
前記リン含有担体中の鉄とリンとのモル比(鉄/リン)Yは、前記リン含有担体が鉄を含有する場合、0<Y≦0.1であり、前記リン含有担体が鉄を含有しない場合、Y=0である、微生物担体。 - 前記生分解性ポリエステルが、ジカルボン酸由来の構成単位を2種類以上含む、請求項1に記載の微生物担体。
- 前記微生物担体が、さらに前記生分解性ポリエステルを分解する能力を有する微生物を担持する微生物担体である、請求項1または2に記載の微生物担体。
- 脱窒能力を有する従属栄養性脱窒菌を担持する微生物担体を用いる水処理方法であって、
前記微生物担体は、生分解性ポリエステルと鉄とを含有する鉄含有担体と、生分解性ポリエステルとリンとを含有するリン含有担体とを含み、
前記鉄含有担体が、三価の鉄を含有し、
前記鉄含有担体中のリンと鉄とのモル比(リン/鉄)Xは、
前記鉄含有担体がリンを含有する場合、0<X≦0.5であり、
前記鉄含有担体がリンを含有しない場合、X=0であり、
前記鉄含有担体の鉄含有率が、鉄含有担体の質量に対して1.0×10-4質量%以上2.0質量%未満であり、
前記リン含有担体中の鉄とリンとのモル比(鉄/リン)Yは、前記リン含有担体が鉄を含有する場合、0<Y≦0.1であり、前記リン含有担体が鉄を含有しない場合、Y=0である、水処理方法。
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