JPH01163108A - 海洋性生物汚損防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は発電所の海水取放水路をはじめ臨海コンビナー
トにおける海水導入出路の設備機器、船舶および海洋構
造物の海水接触区分、海水淡水化装置、冷却塔および噴
霧冷水塔などや、定置網などの漁労用網、養殖用漁網な
どに生ずる海洋性付着生物汚損の防止方法に関する。

〔従来の技術〕

火力発電所や原子力発電所では、復水器冷却用水を主体
に冷却水を海洋から多ｔＫ取水し冷却に使用後放流して
いる。この冷却用海水は取水口のパースクリーンによっ
て粗大異物を除去した後、取水路を経てロータリースク
リーンで更に粗大異物並びに海洋生物の生長個体が除か
れ、循環水ポンプによって復水器設備に送られて熱交換
に使用された後、放出管路および水路を経て放水口から
放流される。

海洋生物は取水口のスクリーンによって粗大異物と共に
生成した個体をある程度は除去できるが、幼生、卵の捕
捉は期待できず、これらが付着生育して障害発生の原因
となる。すなわち、冷却水の流路である取放水路（Ｃは
フジッボ、かき、ムラサキイガイなどの貝類や藻類など
の海洋生物が大量に付着し、この結果、流路抵抗の増加
から取水量の低下、付着物の剥離による熱交換器の細管
閉塞などの障害をもたらすこととなる。

発電所立地の地域により付着の量には相違があるが、取
水路壁に付着する貝類の量は凡そ１ゆ／設＠ＫＷ・年に
も達すると云われており、その組成の一例を示せば９０
優程度がムラサキイガイ等のイガイ類で占められ、他は
７優前後の藻類と少量のいそぎんちゃく、ごかい等の海
生生物と土砂で成立っている。

我が国の発電所が臨海立地型である関係上、海洋生物対
策は増数水路系や冷却熱交換器などの健全性を保つため
に重要な課題の一つとなっている。また、上記の問題は
発電所冷却水系統設備と同様に海水利用の海洋構造物、
船舶の船底区分、定置用漁労網や養殖用網などにおいて
も障害の原因となっておシ、大型海生物の付着成長抑制
技術の開発が急がれてい友。

以上の問題を解決する手段として従来は付着生物の生育
を抑制する面と清掃除去の両面から６槌の方策が講じら
れてきた。先ず化学的な生育抑制方法は、塩素注入に代
表されるように除害対象生物に対しての毒性成分を注入
する方法やトリブチル錫オキシドや鋼イオン等の付着忌
避成分を海水中の固体表面に塗装などによシ装着して海
水中に微量溶出させる方法があげられるが、生物汚損に
関与しない海洋生物に対しても毒性を及ぼすことや、有
用な生体への蓄積など、海域の生態系に影響が大きいた
め、環境保護面の配慮からその利用は制限されている。

また、物理的な処理法として音波、紫外線、温水、高流
速などの適用が検討されたが大容量の水に対してこれら
の物理的処理条件を付加するためのエネルギー効率の点
で実用性に乏しいと云える。更にまた、機械的手段によ
る除去方法については回転ブラシやスクレーパなどの装
置化もなされているが材質面と操作上の繁雑性と効果な
ど課題が多く残されている。これらの対処方法の現状か
ら、環境を保全してしかも実用性があって塩素注入なら
びに有機錫化合物等の装着に代替する防汚技術の出現が
またれていた。

近年、バイオテクノロジーに基く付着生物汚損の防止方
法としてバクテリオファージ（以下、単にファージとも
云う）１を活用する新しい防汚方法が提案されている。

この方法に汚損生物の付着生育の過程で細菌を食する７
アージを介在させることによシスライム汚損を防止し、
引いては付着生物の汚損を防止するもので微生物の増殖
作用を利用するユニークな考え方に基く方法である。

この７アージによる防汚技術と生物汚損のメカニズムの
概要を述べると、先ず海水と接する固体表面に海水中の
有機物が付着する。次いで、この有機物被膜に付着細菌
が可逆的に次いで不可逆的に付着する。付着した細菌は
粘着性の細胞外高分子物質を分泌しスライム状の微生物
膜を形成し、次にこの被膜が付着生物の幼生や胞子など
を誘引して着生し、それ等が、かき、のシ、フジッボ、
ムラサキイガイなどのマクロな生物に成長する。この生
物汚損発生の過程において付着細菌の着生を防除すれば
次段階のミクロ生物による汚れが防止でき、さらには以
後のマクロな生物汚損が防止できるとの考えによるもの
である。すなわち、この方法は細菌の付着を抑制するた
めに細菌の天敵とも云えるバクテリオファージを利用し
て食菌作用によって付着細菌を除去する方法である。

このファージによる防汚は付着性の細菌と、それに食菌
作用をもつ７アージとが会合接触して宿主となる細菌の
細胞内へ遺伝子が注入されることによってなされる。そ
こで、通常ｔ’！１０”個／ｌの細菌を含む海水に対し
てファージを１Ｌについて１０９〜１０７個が含まれる
割合で添加が行われる。両者の会合接触の機会は細菌と
バクテリオファージ各々の濃度の、債に比例すると云え
るのでできる限シ添加するファージの濃度を高めること
の方策が考慮されτいる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

特定の付着細菌を宿主として、これに特異的に働く７ア
ージは次のようなサイクルで殺菌効果を発揮する。すな
わち、ファージが特定の細菌（宿主）と会合接触して接
合しファージの遺伝子が宿主菌の細胞内へ注入される。

注入された７アージの遺伝子により細胞内でファージ遺
伝子及び構成蛋白質の複製が行われて新゛２いファージ
が形成され、次いでは宿主細胞が溶菌されて新しく形成
した多数のファージが細胞外に放出される。放出された
７アージの形状や性質は元のファージと全く同一で、ｌ
、再び他の宿主細菌と会合して溶菌し増殖をくシ返す。

以上のように生物汚れを起す付着細菌の溶菌作用に、宿
主となる細菌とこれに特異的に働くファージとの会合接
触によって初めてなされる。

このために会合−接触の機会を増大するべく添加する７
アージの濃度を高めることが採られてきた。７アージに
よる防汚法においてファージ培養槽で調整される７アー
ジ溶菌液中の７ア一ジ濃度は１０１１〜１０９個／−で
あシ充分に高濃度化されていると云える。しかし、その
反面、次の問題点を生ずる。すなわち、通常の火力プラ
ント設備の冷却海水量はおよそ５　ＫＬ　／設備ＫＷ−
日と大量であるため７アージ溶菌液と冷却海水の容量比
ｒｉ１容対１０万容にもなる。また、塩素注入時のよう
にインゼクターなどによシ強制混合すると機械的ショッ
クによシファージの個体を損傷することとなる丸め、こ
れを避けるべきことからファージ溶菌液を大量の冷却海
水中へ、しかも水路流通の短時間内に均等に分散する操
作は容易ではない問題として残されている。

〔発明の目的］ 本発明はバクテリオファージによる海洋性生物の汚損防
止に際しての上記技術水準に鑑み、大容量の海水中に存
在する汚損性付着細菌と、これに特異的に作用するバク
テリオファージとを効率よく会合接触させる方法を提供
しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は海水を利用する施設において、汚損性微生物を
溶菌させるバクテリオファージを担持したキトサン系多
孔質成形材を、海洋性生物の着生が予測される構造部材
に装着することを特徴とする海洋性生物汚損防止方法で
ある。

すなわち、本発明に汚損性付着細菌に対して溶菌活性を
有するファージを高濃度に担持する固定化担体としてキ
トサン系多孔質成形材を選択したものである。キトサン
はキチンを脱アセチル化して得られるポリグルコサミン
でセルロースに似た分子構造をもち、分子内に反応性の
高いアミノ基を有しているため酵素やファージなどの蛋
白質をよく吸着担持する。また、有機酸や鉱酸に易溶性
であるため、反応性も高く粒状、膜状、繊維状など種々
の形態に成形が可能であるなどの特色を有している。

本発明は、キトサン多孔質成形材に汚損性微生物を溶菌
する活性をもつファージを担持させ、海洋性汚損生物の
着生が予測される構造部材に装着して海水中の汚損性微
生物と効率よく会合接触させて付着生物汚損の防止を効
果的に行うものである。

本発明で使用するキトサンの脱アセチル化度および平均
分子量は、特に限定するものではないが、脱アセチル化
度は７０〜９０憾、平均分子量は１万〜３０万程度の比
較的低分子量のものを用いるのが好ましい。なお、脱ア
セチル化度を上げる程、蛋白質の固定化能力は高くなる
ものである。

〔作用〕

本発明において汚損性微生物を溶菌する活性をもつファ
ージを多量に担持するキトサン系多孔質成形材は、キト
サンを醋酸、繞酸などで溶解し、次いで適量のアルカリ
性物質を含む塩基性の雰囲気下で球状、フィルム状、繊
維状など任意の形状に凝固再生して得られる。また、得
られたキトサン系多孔質成形材は必要に応じて架橋処理
を行い酸溶解性を調整するなど用途に応じて化学修飾し
て物性を制御することもできる。

このようにして得られたキトサン系多孔質成形材は分子
構造中にアミン基や水酸基を有しておシバクテリオファ
ージとの親和性が高く、よく固定化することができる。

また、キトサン系多孔質成形材は吸着比表面積を１５〜
２３０ｍ”　／　ｆ　ＩＩＣ採れるので単位容積に多量
の７アージを固定化することが可能である。

海洋性汚損微生物を溶菌し殺菌する活性を有するファー
ジを担持させたキトサン系多孔質成形材を汚損性付着微
生物の着生が予測される海洋構造部材の海水接触面に塗
装などによシ装着して、通常の海水１Ｌ中に１０”個含
まれる細菌中の汚損性付着細菌と上記の担持７アージと
の会合接触を行なわさせて溶菌し、殺菌する。

この両者の会合接触は溶菌活性をもつファージの濃度が
高いこと、並びに付着性細菌が着生する部位に装着され
ていることから効果的に行われるので、よく汚損性付着
細菌を溶菌し殺菌する。また、溶菌作用で宿主細胞外に
放出の新しく形成した多数のファージは形状も性質も全
く元の会合接触して宿主細胞に遺伝子を注入した７アー
ジと同一であるため、汚損性微生物を更に溶菌して殺菌
する。

また、一般に宿主細菌と７７−ジとの関係は「１対１」
の対応であることが知られておシ生物汚損に関与する付
着細菌のみを特異的に殺菌して防汚する丸め他の汚損に
関与しない微生物や動植物に対して悪影響を及ぼすこと
がない。

しがも自然界に存在するバクテリオファージを用いるた
め生体蓄積などによる二次公害を起すこともない。

以上の如く、溶菌活性を有するファージを担持したキト
サン系多孔質成形材を海洋性付着汚損の発生する部所に
装着することによって効果的に、しかも経済的に海洋生
物汚損を防止することができる。

〔実施例〕

臨海立地発電所の復水器冷却系統機器の海水接触面から
採取した付着細菌と、同発電所の海水取水口近傍の海水
から採取した、上記細菌を溶菌する活性をもつバクテリ
オファージをキトサン成形体に固定化させたバクテリオ
ファージとを接触会合して溶菌反応が生ずることを確認
した。

すなわち、復水器の氷室壁面からスライムを採取し、こ
のスライムを無菌海水で段階希釈し、次いで酵母エキス
α１重を係とポリペプトン１５重ｆｑｂほかを含む寒天
培地に生成したコロニーから釣菌し、更に培養を繰返し
てグラム産性のシュードモナス属桿菌を得た。

他方、同発電所の取水口ロータリスクリーン近傍の海水
を採取して上記の桿菌を溶菌するバクテリオファージを
溶菌斑形成法によシ単離した。次いで、このバクテリオ
ファージを増殖してバクテリオファージをｔ４１Ｘ１０
１’個／−含む７アージ水溶液数−に下記の方法で得た
キトサン球状成形体（径（Ｌ７１１１１、細孔径ｃＬ１
〜３μｍ兼浸漬して２５℃にて２時間インキュベイトし
たのち戸別し、更に無菌保存海水にて繰返し洗滌して＆
３６Ｘ１ｇ１１３６重−キトサン粒状体のファージを固
定したキトサン担持体を調製した。

上記の＝？）サン球状成形体は脱アセチル化度８０９Ｇ
で平均分子量が４６０００のキトサンを五６優酢酸溶液
に溶解してキトサン酸性溶液を得、次−でこの溶液ｆｔ
、ｌ１ｌＬ１５■径のノズルから７％苛性ソーダ、３０
係エタノール、６３％水の塩基性溶液中に滴下して粒状
に凝固再生させたのち、水で中性になるまで充分に洗浄
することによって得られる。

次に寒天二重層培地にて上記の桿菌を培養して宿主菌の
培地を作り、これにキトサンのファージ担持体を着床し
て、２５℃にて１０〜２４時間靜置培養装た。その結果
、宿主である桿菌の増殖によシ乳白色を呈していた培地
面においてキトサンの７ア一ジ担持体着床部の周辺に明
確な透明斑′ｆ！：認めた。このことからキトサンの７
ア一ジ担持体によって宿主の桿菌は溶菌されたことが確
認できた。このことは、キトサン多孔質材にファージが
充分に固定化されておシ、これが付着細菌を溶菌浄化す
ることを示している。

次に、第１図（Ａ）、（Ｂ）ｅ参照して臨海発電所の泡
散水路および導水系路の壁面にファージ担持のキトサン
多孔質材を装着する場合の特色を述べると貝類の付着生
物を除去した増数水路壁面および冷却水管路内壁１を高
圧水にて洗浄した後、２４時間の自然乾燥を経て清掃し
た壁面に、エポキシ系またはポリエチレン系などの防食
被ｉ２１！ｅ行った上層にファージを担持し九キトサン
系多孔質体の微粒（α５■φ〜３−一）または短繊維（
ｉｌｌ−φ〜１ｍφ）を主剤とし、無溶剤タールエボヤ
シ樹脂等を接着剤としたキトサン防汚材面の塗覆３を行
いキトサン防汚材面を構成する。（第１図α）） また、キトサン多孔質材の紡糸特性を活用してキトサン
織布を形成して後、７アージを担持させる処理を経てか
ら水路壁内面に貼附してキトサン防汚材面４を構成する
こともできる。

（第１図（Ｂ）　） ここで、ファージの担持体として使用するキトサン多孔
質材の適性を述べると、その分子構造のうちにアミン基
や水酸基を有していることからファージを固定化するＭ
ｋハ他の固定化材料に比較して大きく、キトサン多孔質
材（未架橋、粒径α３　ｗｍ　）が＆１８Ｘ１０１４個
／−−キトサン粒状体に対して、イオン交換樹脂（例；
ダウエックス５０Ｗ−８Ｘ、５０〜１００メツシユ）が
ｉ、７４Ｘ１０１４個／＠ｔ−イオン交換樹脂でちるこ
とから７アージの固定化担体として優れていることが判
る。

このように７アージの担持量が多いことから付着性細菌
と溶菌活性を有するファージとの接触会合の機会をファ
ージ液注入法の場合と比較してみると、７アージ液注入
法では１０８個／ｌの細菌を含む通常の海水に対して１
を中に１０１・〜１０’個、好ましくは１０９〜１０７
個の７７一ジｅｋ度で添加が行われるが、これに対して
キトサンのファージ固定化物は前述記載の通シロ１８Ｘ
１０１４個／ｍｔ−キトサン粒状体のファージ濃度であ
シ、ファージ液注入法とは全く比較にならない高濃度で
汚損性付着細菌の付着予測面に溶菌活性を有するバクテ
リオファージが存在することとなる。

冷却海水に含まれる汚損性の微生物は流速が高い場合（
経験よシ１ｍ／８以上と云われている）には付着性はな
いが、低流速の場合によく付着することが知られている
。冷却海水の流路壁面における海水流動は微速でオシ、
付着に好適な条件を与えるが、この付着予測面に汚損性
細菌を溶菌する活性をもつ７アージを高レベルに担持し
たキトサン多孔質材が装着されているので、効率的に会
合接触が行われて溶菌し、浄化の効果が得られる。

また、溶菌作用で宿主細胞外に放出する新しく形成した
多数のファージ（通常、数十〜数百個）Ｆ′ｉ形状も性
質も全く元のファージと同一であシ、１個のファージの
会合接触によって数百倍にも濃厚なファージ濃度の状況
を付着予測面近傍に生ずることとなるので、その効果は
非常に大きいものとなる。

キトサン多孔質材は、前述の通υセルロースに似た物性
を有することから粒状、膜状、繊維状と種々の形態に成
形することができるので、付着予測面への粒状あるいは
短繊維状キトサン多孔質材の塗着、および布状あるいに
網状としての装着など対象面の条件に合致した対応をす
ることができる。このことは、流水路壁の海洋生物付着
と同様に、貝や藻類の付着が問題とされる養殖用漁網な
どに対しても適用性を拡大するものである。

なお、汚損性微生物の種類は単一種ではなく、また季節
によって変化をする。このため、その汚損性微生物のそ
れぞれに対応して溶菌活性を有するファージも多数種を
必要とするので除害クステムとして検出、培養、効果モ
ニターなどを整備して対処することが考えられる。この
ことからキトサン多孔質材に固定化し担持させる７アー
ジは２糧以上の多種類を担持させることもある。

更にまた、キトサン多孔質材は自然界に広く存在する甲
殻類や昆虫類などの甲皮に含まれるキチン質から作られ
ているので生体適合性がある。万一、海水中に装着した
中トサン多孔質材が外力を受けて不はに剥離して外海に
放出されても、他の魚類や藻類などの生体環境に影響を
及ぼすことはない。

更に重ねて、ファージの環境無害性を述べれば、ウィル
スの一種であるバクテリオ７アージは、その名の示す通
シバクチリアのみを殺菌する機能をもつもので１）、他
の生物には全く関与しないことが特性であシ、その殺菌
（溶菌）の作用も、ファージと細菌は原則的に１対１の
対応であることから、溶菌を目標とする汚損性細菌のみ
に活性を有するファージをキトサン多孔質材に担持すれ
ばよい。

このように、ファージを担持し念キトサン多孔質材によ
る海洋性付着汚損の防除方法は、生体蓄積に基く二次公
害を発生することもなく、環境を保全した汚損防止技術
を提供するものである。

〔発明の効果〕

バクテリオファージによシ付着性細菌を溶菌（殺菌）し
て海洋性付着生物汚損を防除する技術は、ファージと付
着性細菌とが会合接触することで成立つが、本発明は大
容量の流動海水中の付着性細菌が付着の予測面およびそ
の近傍で高レベルに担持されたファージと効率的に会合
するので溶菌され、浄化の効果が得られる。微生物の食
菌作用を活用した本発明方法は、自然界の生物活動を利
用するものであシ実施例の特色に述べた如く数々の特有
効果を生ずるので公害を起すことのない新規な海洋性付
着生物汚損の防除方法の開発実用化に寄与するものであ
り、産業上に有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための図であり、（３
）はファージ担持キトサン微粒または短繊維含有防汚材
層を、（Ｂ）はファージ担持キトサン織布防汚材層を夫
々示す。 図において、１は冷却水管内壁、２は防食被覆、３．４
はキトサン防汚材料塗膜である。 代理人（）「運上）半相４、ｌ　−ｊ−（Ａ） 図 （Ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 海水を利用する施設において、汚損性微生物を溶菌させ
   るバクテリオファージを担持したキトサン系多孔質成形
   材を、海洋性生物の着生が予測される構造部材に装着す
   ることを特徴とする海洋性生物汚損防止方法。