JPH01236993A - 固定化微生物または固定化微生物群の製造法 - 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、固定化微生物または固定化微生物群の製造法
に関し、さらに詳細には、廃水処理など各種用途に有用
な沈降性および分離性に優れたフ・ロック状の固定化微
生物または固定化微生物群を製造する方法に関する。

（従来の技術） 生物学的廃水処理法として、活性汚泥法が広（普及して
いる。この活性汚泥法によれば、各種好気性または嫌気
性細菌により有利に廃水処理がなされる。しかし、広大
な処理場を必要とする欠点があり２人口の集中している
都市地域では、新たな下水処理場用地を確保できない状
況にある。活性汚泥法による処理が広い敷地を必要とす
るのは。

曝気槽内の活性汚泥（ＭＬＳＳ）濃度を３〜５　ｇ　／
　Ｑ。

程度にしか高くすることができず、そのため大量の廃水
を処理するには大型の曝気槽および沈澱池を必要とする
ためである。上記ＭＬＳＳ１度は曝気槽への酸素供給速
度、処理後における水と活性ｌチ泥との分離、などの条
件を考慮して得られた値である。ＭＬＳＳ４度を上げて
効果的に廃水処理を行うためには、この酸素供給速度を
高め、かつ活性汚泥の分離を効果的に行うことができれ
ばよいと考えられる。現在では１分子ふるい法や透過膜
法を利用した安価な酸素発生装置が開発され、かつディ
ープシャフト法またはＵ−チューブ法を採用した効果的
な曝気槽が開発されているため、上記曝気槽への酸素の
供給は比較的高効率で行うことが可能である。しかし、
活性汚泥は短時間で沈降しないため、これを分離するに
は比較的長時間にわたり沈澱池で滞留させることが必要
となる。例えば。

曝気処理後の処理水から活性汚泥を分離して排出可能な
有機物濃度に調整するためには、処理水を沈澱池で約２
．５時間もの長時間にわたり滞留させる必要がある。さ
らに、活性汚泥の濃度を上げると沈澱池で活性汚泥のバ
ルキングが起こりやすくなり、固液分離操作が非常に難
しくなる。

、ヒ記活性汚泥のバルキングを避けるため、活性汚泥を
固定化することが考えられる。活性汚泥。

またはそれを構成する微生物を固定化する方法としては
、砂、ガラス粉末、珪砂、ゼオライト、活性炭、スラグ
などの微粒子状の担体に微生物を付着させる自然結合固
定化法がある。このように固定化した微生物を流動床型
の反応槽に入れ、廃水を処理する研究は古（から行われ
ている。しかし。

この方法は、微生物が担体上に付着するのに長時間を要
するうえに担体表面に膜状に付着した微生物が剥離しや
すいなどの欠点があり、実用化されてはいない。微生物
を固定化する他の方法としては、アクリルアミド、　Ｐ
ＶＡ−ホウ酸などによる包括固定化法が開発され、有望
視されているが、未だ充分に実用化されてはいない。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上記従来の欠点を解決するものであり。

その目的とするところは、活性汚泥法などに利用され、
効果的に廃水処理を行うことの可能な固定化微生物また
は固定化微生物群を製造する方法を提供することにある
。本発明の他の目的は、所定の粒径を有し沈降性に優れ
、かつ微生物膜の剥離が起こりにくいフロック状の固定
化微生物または固定化微生物群を短時間のうちに効果的
に製造する方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の固定化微生物または固定化微生物群の製造法は
、微生物または混合微生物群を含む培養液にケイ酸カル
シウム水和物多孔性粒子を添加し。

流動状態で培養することにより、該多孔性粒子を核とし
た微生物フロックを調製する工程を包含し。

そのことにより上記目的が達成される。

本発明方法に用いられる微生物の種類は特に限定されな
い。目的に応じて９例えば単一種の微生物としてフェノ
ール分解菌、メタン細菌、酵母などが、あるいは、複数
の微生物の集合である混合微生物群として活性汚泥、嫌
気性汚泥などが用いられる。本発明方法に用いられ、微
生物フロックの核となるケイ酸カルシウム水和物多孔性
粒子としては、天然に算出するケイ酸カルシウム水和物
および人工的に調製されるケイ酸カルシウム水和物のい
ずれもが利用され得る。例えば、珪藻土。

珪石などのケイ酸源と石灰との高温高圧水熱反応で得ら
れるトベルモライト（Ｔｏｂｅｒｍｏｒｉｔｅ）　＋　
ゾノライト（Ｘｏｎｏｔｌｉｔｅ　）など、特にゾノラ
イトを多量に含む水熱反応混合物が好適に用いられる。

ケイ酸カルシウム水和物多孔性粒子の比表面積は。

１０〜２０Ｏｎ（／ｇ、好ましくは６０〜８０ｎ（／　
ｇ　、そして粒子径は３０〜３００μｍ、好ましくは５
０〜１００μ層である。この粒子は、その表面が粗であ
り、栗イガ状の複数の微小突起を有する。これらケイ酸
カルシウム水和物多孔性粒子は、粉末状態で、もしくは
スラリー状で使用され得る。

本発明方法により固定化微生物または固定化微生物群を
調製するには、固定を目的とする単一種の好気、嫌気の
微生物の培養液１または好気性活性汚泥、あるいは嫌気
性活性汚泥のような混合微生物群の培養液に、上記ケイ
酸カルシウム水和物多孔性粒子を添加し、流動状態で培
養を行う。例えば、好気性微生物を用いて固定化微生物
または固定化微生物群［以下、固定化微生物（群）とい
う］を調製する場合には、該微生物または微生物群［以
下、微生物（群）という］を含む培養液を反応槽に入れ
、これに上記ケイ酸カルシウム水和物多孔性粒子を５０
〜２，０００■／１．好ましくは２００〜１．０００　
ｇ／ｆｆｉの割合で添加する。これを５０〜１０００ｍ
／日の線速度で曝気しながら、　ｆｉｌｌ　ａｎｄ　ｄ
ｒａｗ法または連続法で培養を行う。このことにより。

微生物がケイ酸カルシウム水和物多孔性粒子に付着し、
この粒子を核として増殖するため、徐々に微生物フロッ
クが形成される。２週間程度の培養を行うと、直径が５
０＝　１０００　ｐ　ｍ　、通常２００〜８００μｍの
微生物フロックが形成される。

このように１本発明方法によれば、微生物の一ト記ケイ
酸カルシウム水和物多孔性粒子への自然結合を利用して
微生物フロ、りである固定化微生物（群）が調製される
。自然結合を利用し、特別な処理を行わないため、はと
んどすべての好気性または嫌気性の有用微生物や有用混
合微生物、および好気性または嫌気性の活性汚泥のよう
な有用混合微生物群を、その活性を低下させることな（
容易に固定化することが可能である。

このようにして得られる微生物フロックは１種々の用途
に利用され得る。例えば、好気性または嫌気性活性汚泥
を固定化した固定化微生物群は。

通常の活性汚泥法による廃水処理に利用され得る。

活性汚泥法にこの固定化活性汚泥（微生物群）を利用す
ると、バルキングがほとんど起こらず、そのため固液分
離が短時間で行われる。仮にバルキングが起こったとし
てもフロック同士が強固に密着することはなく、ケイ酸
カルシウム水和物多孔性粒子の架橋沈降効果により比較
的速やかに沈降する。そのため、従来のように、バルキ
ングにより固液分離が困難になることはない。このよう
に。

バルキングが起こりにくいため、廃水処理におけるＭＬ
Ｓ３４度を上げることができ、その結果、効果的に廃水
処理がなされる。活性汚泥の代わりに。

例えばフェノール分解菌を固定化すれば、フェノールを
含む廃水処理に有利に利用される。

本発明により得られる固定化微生物（群）は。

上記廃水処理に利用すること以外に９例えば、水生動物
稚仔に与える飼料としても利用することが可能である。

例えば、！ｔｌＦ化したばかりの体長がｌ間部後の海産
の魚類、甲殻類などの稚仔の養殖には、海水を含む培地
で培養して得られる約５０μｍ前後の粒径を有する微生
物フロックが有利に用いられる。従来、海産動物稚仔の
養殖にはシオミズツボワムシ（以下ワムシとする）が有
効な飼料として汎用されているが、クロレラ、酵母など
を餌とする該ワムシの培養は生産コストが高いという問
題があった。そのため廃水処理で生しる余剰活性汚泥粉
末をワムシの餌とする研究がなされてきた。さらにワム
シではなく微生物フロック自体を餌とする研究もなされ
ており、クルマエビの幼生の養殖などでの成功例がある
。本発明により得られる固定化微生物（群）は粒径の揃
った微生物フロックであるため、これを用いると、−ヒ
記活性汚泥を使用する場合に比べ、さらに効果的に水生
動物稚仔の養殖がなされる。

本発明により得られる固定化微生物は、微生物発酵を利
用した種々の有用物の生産１例えば酵母を利用したエタ
ノールの生産、など広範囲の目的に利用され得る。

（実施例） 災施勲 （八）固定化活性汚泥の調製；第１図に示す処理槽ｌ（
容積３．５ｆｆｉ）を準備した。この処理槽１は略逆円
錐状の容器で構成され、その内部は円筒形の内壁１０に
より、内槽１１および外槽１２に区切られている。内壁
ｌＯの下部には内槽１１と外槽１２とを連通ずる複数の
流通孔１０１が設けられている。処理槽ｌの下部には散
気法１３が設けられており、該散気法１３を介して圧縮
空気が内槽１１内へ吹き込まれる。圧縮空気の流通路に
は、フローメーター１４が介装されている。該フローメ
ーター１４は、圧縮空気の流量を検知する。この処理槽
１の内槽１１にケイ酸カルシウム水和物多孔性粒子を含
むスラリー（比表面積が６５〜７０ｎイ／ｇで粒子表面
が粗なケイ酸カルシウム水和物多孔性粒子（Ｘｏｎｏ　
ｔ　ｌ　ｉ　ｔｅ　）を含むｐ１１９．５〜ｌＯのスラ
リー；含水率９２％）２０ｇを入れた。ついで、水およ
び全酸化処理の活性汚泥（種汚泥）を加え、活性汚泥濃
度を１０００■／１となるようにした。この混合物を、
　　Ｘｏｎｏｔｌｉｔｅの粒子が沈降しない程度の上昇
線速度（５０〜１００ｍ／日程度）で曝気撹拌しながら
、　Ｃ０Ｄｃ、−容積負荷量が０．１〜０．２ｇ／４２
・日の割合となるようにｆｉｌｌａｎｄ　ｄｒａ賀法に
より２週間培養を行った。このことにより１粒径が約２
００μｍで沈降性に優れた微生物フロックが生成した。

さらに負荷量を０．２〜１．０ｇ／ρ・日にまで段階的
に高めながらｆｉｌｌ　ａｎｄ　ｄｒａｗ法で培養を継
続すると、平均フロック径は約３００〜４００μ閘にま
で増大した。このようにして調製した固定化活性汚泥は
Ｓｌｕｄｇｅ　ＶｏｌｕＩＩＩｅ　Ｉｎｄｅｘ　（ＳＶ
Ｉ）が２０前後であり、沈降速度が５ｍ／ｈｒ以上であ
る。

この固定化活性汚泥は通常の活性汚泥では見られない極
めて良好な固液分離機能を示した。

（Ｂ）固定化活性汚泥を用いた廃水処理：第２図に示す
処理槽２［容量（後述の固液分離槽２３を除く容１）４
．２１’ｌを準備した。この処理槽２は略逆円錐状の容
器で構成され、第１図に示す処理槽１とほぼ同様の構造
を有する。内部は内壁２０により内槽２１と外槽２２と
に仕切られている。さらに外槽２２内の上部には固液分
離槽２３（容量Ｆ１５ｆ）が設けられている。処理槽２
上側には定量ポンプ２５を介して被処理水（流入水）が
流入するように構成されており、処理後の水は固液分離
槽２３の排出口２３１から処理槽２外へ排出される。

（Ａ）項で得られた固定化活性汚泥を上記第２図に示す
処理槽２に入れ９表１に示す合成下水を加えた。処理槽
下部からはフローメーター２４を介して圧縮空気を０．
！Ｍ！／分の割合で曝気槽内に導入した。合成下水をポ
ンプ２５を介して２４１／日の流量で処理槽２に加え、
１４日間にわたり連続処理を行った。その結果を表２に
示す。

表１　合成下水組成 肉エキス　　　　　　　　０．１８７ ペプトン　　　　　　　　０．１２５ ＮａＣ１Ｏ，０１８７ ＭＣｌ　　　　　　　　　　　　０．００８７ＣａＣ１
ｔ　　　　　　　　　　　０．００８７Ｍｇ５Ｏ４０，
００６３ ＮａＨＣＯｓ　　　　　　　　　　Ｏ，０５３（以下余
白） 表２　処理成績 ｐＨ７，３８７，２３ アル力リ度　　　（ｖａｇ／　１２　　）　　　　　１
０１　　　　　　　　７１．２　　　　　　２９．５Ｔ
ＯＣ（ｍｇ／ｆり　　　９０　　　　４．２　　　９５
．３Ｔ−Ｎ　　　　（■／　ｌ　）　　　２７．９　　
　１４．２　　　４９．１ＮＨ４−Ｎ　　　（■／ｆ）
　　　　１．８　　　３．５ＮＯ，−Ｎ　　　（■＃り
　　　　０　　　　８．４ＴＫＮ　　　　（ｍｇ／　ｌ
　）　　　２７．９　　　５．６透視度　（ｃｍ）　　
　　　　　　　　＞３０懸濁物質（■／ｌ）２ 第２図に示す処理槽２の固液分離槽２３の容量は上記の
ように０．１５１という小容量である。この固液分離槽
２３における処理水の滞留時間は９分間と非常に短い、
しかしながら、使用した固定化活性汚泥のフロック径が
極めて大きくかつ沈降速度が大きいため固液分離が速や
かに、かつ完全に行われた。微生物フロック上にはＶｏ
ｒｔｉｃｅｌｌａ、　伽謀山」堕。

免徂胚１ハエローなどの繊毛虫類が多数着床しているの
が見い出された。このような微生物は廃水処理における
浄化仕上げの役割を果たす。

得られた処理水は澄明であり、透視度は３０ｃＩ１１以
上であった。長時間の運転により微生物フロックはその
径が増加し、平均径４００〜５００μｍに成長した。

表２から全有機炭素（ＴＯＣ）は９５％以上の高効率で
除去されることがわかる。全窒素（Ｔ−Ｎ）は好気条件
下で運転したにもかかわらず４９．１％という高い割合
で除去された。これは、　ＭＬｓｓ１度が１１　、００
０■／ｌと高いことから、　Ｃ０Ｄ−ＳＳ負荷量が０．
１３０　ｇ　／Ｐ・日と低くなり、そのため、処理水温
が低いにもかかわらず硝化が効率的に起こるためと考え
られる。生成したＮ０３−Ｎの一部は、ケイ酸カルシウ
ム水和物多孔性粒子を核とする活性汚泥フロックの内部
の嫌気域で、嫌気的脱窒により分解される。

連続処理期間中、フロック表面でバルキングの原因とな
る糸状菌が増殖し、沈降速度が低下する場合もあるが、
その場合においてもＳＶＩ　は１００以下と極めて低い
値である。これはケイ酸カルシウム水和物多孔性粒子の
架橋沈降効果による。

実（１缶例−？− １，０μｍのメンブランフィルタ−で濾過した滅菌海水
（塩分２．５〜３．３％）１８１に１表３に示す測定値
を有するウィスキー蒸留廃液３００　ｍｌｌを添加して
、　ＲＯＤ濃度約５　ｇ／ｌの海水希釈ウィスキー演習
廃液溶液を工１１製した。

表３　ウィスキー演習廃液 ＲＯＤ　　　　３１０　　　　ｇ／ρ ＴＯＣ２１０ｇｅｌ Ｔ−Ｎ　　　　　２０．３　　ｇ／ｆｆ１ＴＰ８．０　
　ｇ／ｌ。

これに粒径３０μｍのケイ酸カルシウム水和物多孔性粒
子を含むＸｏｎｏｔｌｉｔｅスラリー（水分含有率９２
％）を３０ｇ添加し、２０°Ｃにて０．２ジ／１／分の
条件下で約１週間曝気を行った。この操作により平均粒
子径５０μｍの均一な微生物フロックが形成され、この
ときの肛５ｓｅＡ度はｉ、ｏｏｏ■／ｌである。

次いで、１日毎に培養液の１０％にあたる１．８Ｐ、を
引き抜き、上記ウィスキー蒸留廃液３０ｍ１と＋　Ｘｏ
ｎｏｔ−１ｉｔｅ　ｔｏ　ｇ　（湿重量）と、滅菌海水
とを含む混合液１．８Ｐを補給し、半連続法で培養を継
続した。

培養槽中のＭＬＳＳ濃度は約２，０００　ｍｇ／　１で
安定した。

生成フロックはその沈降速度が３　ｍ　／　ｈと極めて
速いことから、簡単に濃縮することができた。得られた
微生物フロックは海産動物の稚仔の飼料として好適に用
いられる。

夫施桝↓ （Ａ）固定化微生物の調製：表４に示す合成フェノール
培地にＸｏｎｏｔｌｉｔｅ（平均粒径６０μＩ）のスラ
リー（水分含有率９２％）を湿重量で１％添加し、これ
にフェノール分解菌Ａｃ１ｎｅｔｏｔ彩」ヅ９１９旦９
部中」Ａ）１株［この菌株は、大阪大学工学部環境工学
科にて保存されており、そこから容易に入手し得る；こ
の菌株は１社団法人日木下水道協会の第２１回下水道研
究発表会講演集（昭和５９年４月１日発行）４０４〜４
０６真に発表されている１を植菌した。

表４　合成フェノール培地組成 成分　　　　　　　　濃度（ｇ／ｎ） フェノール　　　　　０．５ Ｋｌ１２ＰＯ，１，０ （ＮＨ，）　２ＳＯ，１，０ Ｍｇ５Ｏ，・７１１□００．２ ＦｅＣ１ｔ　　　　　　　　０．０２ 嘴ａｃｌ　　　　　　　　　Ｏ，ｌ ＣａＣｌ２　　　　　　　　０．１ これを往復振盪機（４０ストロ一ク／分）を用い。

２５°Ｃにて２４時間培養し、培養液を無菌的に３．０
０Ｏｒｐｍで、５分間遠心分離した。得られた沈澱物を
表４に示す組成のフェノール合成培地に懸濁させ。

再び前述の条件で培養を継続した。この操作を数回繰り
返すと、上記フェノール分解菌は栗イガ状の多孔性表面
構造を有するＸｏｎｏｔｌｉｔｅの表面に付着して生育
する。

（Ｂ）固定化微生物を用いた廃水処理：第３図に示す廃
水処理装置を利用してフェノールを含む廃水の処理を行
った。この装置は被処理水槽３１．混合槽３２および流
動床型の処理槽（容量１．１）３３を有する。被処理水
槽３１と混合槽３２とはポンプ３１を介して、混合槽３
２と処理槽３３とはポンプ３２０を介して、そして処理
槽３３と混合槽３２とはポンプ３３０を介してそれぞれ
接続されており、混合槽３２には酸素ボンベ３２１が接
続されている。

この装置の処理槽３３に　本実施例（Ａ）項で得られた
固定化フェノール分解菌を入れた。被処理水槽３１には
表４に示す合成フェノール培地を被処理水として入れて
おき、この被処理水をポンプ３１０を介して混合槽３２
に供給した。混合槽３２には酸素ボンベ３２１から酸素
を供給し、酸素を含む被処理水をポンプ３２０で処理槽
３３へ導入した。処理槽３３で処理された処理水を系外
へ排出し、処理水の一部はポンプ３３０を介して再び混
合槽３２へ戻した。

表５に示す運転条件で２０日間連続して運転を行った。

得られた処理水のフェノール濃度を表６に示す、さらに
流入水量を１．２ｆｆｉ／時間として、別に実験を行っ
た。その結果もあわせて表６に示す。

表５　運転条件 処理槽容量　　　　　　　１．２ｆ 被処理水流入量　　　　　０．６１　／時間処理槽滞留
時間　　　　　２．０時間 循環水量　　　　　　　　　３２２／時間処理温度　　
　　　　　　　２５°Ｃ 固定化微生物量　　　　　　１５ｇ（乾燥重量）表６　
処理水フェノール濃度 フェノール濃度（ａｇ／ｌ） 流入水量　　　　滞留時間　　流入水　　処理水０．６
１／時間　　２．０時間　　　５００５１．２ｆｆｉ／
時間　　１．０時間　　　５００　　　４０表６から、
滞留時間が２時間の場合は９９％の割合で、滞留時間が
１時間の場合には、９２％の割合でフェノールが除去さ
れることがわかる。この固定化フェノール分解菌のフェ
ノール分解活性は２ケ月以上の長期にわたり安定して維
持された。

裏隻拠土 下廃水のメタン発酵処理法は、活性汚泥法に比べて省エ
ネルギー型であり、かつ生成するメタンガスをエネルギ
ー源として有効に利用し得るという利点がある。しかし
、その処理工程において。

被処理水の処理槽での滞留時間が１０〜３０日と非常に
長く、かつ処理水の水質が活性汚泥法による処理水の水
質に比べて劣るという欠点がある。この欠点を解決する
ために、これまでに多くの研究者により処理槽内の菌体
濃度を高める研究がなされている。処理槽内の菌体濃度
を高めるには、担体結合固定化法、自己固定化法などに
より菌体を固定化する方法が有効である。なかでもＵｐ
ｆｌｏｗ　Ａｎ−ａｅｒｏｂｉｃ　Ｓｌｕｄｇｅ　Ｂｌ
ａｎｋｅｔ　（ＵＡＳＢ）法が最も効果的なメタン発酵
法と考えられている。しかし、廃水の質や濃度によって
は、自己固定化グラニユールが形成されず、処理水の固
液分離に時間がかかるという欠点を有する。

そこで９本発明方法により固定化メタン細菌を調製し、
これを用いて廃水処理を試みた。第４図に示す略筒状の
ドラフトチューブ型メタン発酵槽４を準備した。この発
酵槽４は、　２．５１の反応槽４１と、　ｔ、ｏ　ｐの
固液分離槽４２とからなる。反応槽４１は内壁４０によ
り内槽４１１および核種４１２に区切られており、該内
槽４１１と核種４１２とはその上部および下部で連通し
ている。反応槽４１の下部には。

被処理水を導入するためのポンプ４３が接続されている
。固液分離槽４２と反応槽４１の下部とは処理水を循環
させるためのポンプ４４により連結されている。

このメタン発酵槽４に１０，０００■−ＣＯＤ／　ｆｆ
濃度の希釈廃糖密廃液を投入した後１種汚泥として都市
下水処理場の嫌気性消化汚泥を１０．０００■／２．そ
してケイ酸カルシウム水和物多孔性粒子（Ｘｏｎｏ　ｔ
　ｌ　ｉ　ｔｅ　）を１　、０００■／２（乾燥重量基
準）添加した。発酵槽４下部に連結した図外のガス供給
装置から窒素ガスを導入し、槽内の脱気を行った後、槽
内の混合液を８００ｍ７日の線速度で循環させて混合し
た。

このようにして、２５°Ｃにて約１週間にわたり回分培
養を続け、固定化嫌気性活性汚泥の調製を行った。次に
、ポンプ４３から被処理水（希釈廃塘密溶液にペプトン
を２００ｍｇ／４２の割合で添加して、　ＣＯＤを３０
００ｍｇ／　ｌとしたもの）を導入し、上向流で処理を
行った。固液分離槽４２から処理水の一部は発酵槽外へ
排出され、一部はポンプ４４により再び反応槽４１内へ
戻された。発酵により生成したメタン（ｃｌおよび二酸
化炭素（ＣＯＺ）は２発酵槽４上部から排出された。上
記被処理水は、処理開始時には、ＣＯＤが５　ｇ／ｆｆ
ｉ・日となるように発酵槽４内に供給した。１０日ごと
に負荷量を徐々に上げ、１００日後にはＣＯＤを３０　
ｇ　／　ｌ・日とした。このときの反応槽４１内の汚泥
濃度は５０．０００〜６０．０００ｍｇ／　Ｅにまで高
くなった。しかし、固定化嫌気性活性汚泥のフロック径
が５００〜１０００μ川と非常に大きいため、固液分離
槽が１．０！と小容量であるにもかかわらず、充分に固
液分離がなされた。上記負荷量においては、いずれも、
８５％以上の割合でＣＯＯ値が低下した。

実施Ｗ鼾 閉鎖性水域における富栄養化の進行を阻止するためには
、窒素を高濃度で含有する廃水の流入を規制しなければ
ならない。しかし、この規制値を上まわる窒素濃度の工
場排水が流入しているのが現状である。廃水中の窒素を
除去するには、まず。

アミノ酸や核酸に由来する窒素化合物（ＮＨ，−Ｎ　）
をニトロソモナス（訂其邦ｏｍｏｎａｓ　；亜硝酸菌）
・ニトロバクタ−（Ｎｉｔｒｏｂ邦士Ｖ；硝酸菌）など
の硝化菌により、ＮＯ□−ＮやＮｏ、−Ｎに変換し、こ
れを脱窒除去する方法が一般に採用されている。このよ
うな方法によりＮ１１．−Ｎを高濃度で含有する工場廃
水の硝化処理を効果的に行うことを目的として。

本発明方法により硝化菌を高い割合で含有する汚泥を固
定化し、廃水処理を試みた。

全酸化処理汚泥を表７に示す培地で長期間にわたり培養
した。

表７　　硝化菌培地組成 得られた汚泥中には、ニトロソモナスおよびニトロバク
タ−が高濃度で含有されていることが６’ｆ　Ｌ’２さ
れた。これは汚泥中の平均細胞滞留時間が約２００日で
あることからも裏づけられる。次に、第２図に示す処理
槽２［容量（固液分離槽２３を除＜　）　２．０！！］
をｉ？！備した。この処理槽２に５表８に示す培地１．
８１および上記硝化菌を高濃度で含有する全酸化処理汚
泥（濃度７，０００ｍｇ／　１　）　０．２　ｎを入れ
た。これに、ケイ酸カルシウム水和物多孔性粒子（Ｘｏ
ｎｏｔｌｉｔｅ）　０．５ｇ　（乾燥重量）を加え、２
５°Ｃで２日ごとのｆｉｌｌａｎｄ　ｄｒａｗ法にて約
２週間培養を行った。その結果、沈降性に優れ、硝化活
性の高い固定化７η泥（２０００ｍｇ／　１　）が得ら
れた。

次に、第２図に示すように処理槽２にフローメーター２
４および定量ポンプ２５をそれぞれ接続した。

ポンプ２５を介して表８に示す被処理水を処理槽２内に
流入させ、かつ圧縮空気をフローメーター２４を介して
処理槽２下部から吹き込み、連続運転による硝化処理を
１ケ月間にわたり行った。運転期間中、被処理水の流入
量を徐々に増加させることによりＮ１１．−Ｎ負荷を０
．２ｇ／Ｐ、・日から２．０ｇ／ｌ・日まで徐々に高め
た。処理成績を表８に示す。

（以下余白） 表８から、　ＮＨ，−Ｎ負荷が１．Ｏｇ／ｉ！、・日ま
ではほぼ完全に硝化が行われ、　ＮＨ４−Ｎ負荷が２．
０ｇ／！・日である場合も９５％以上の割合で硝化が達
成されることが明らかである。用いられた固定化汚泥は
凝集沈降性に優れるため、運転期間中、処理水の固液分
離が充分になされ、処理水のｓｓ１度は１０■／ｌ以下
であった。

裏施尉旦 近年、浄水取水源の水質が悪化し、　Ｎ）１．−Ｎ濃度
が高くなっている。このＮＨ４−Ｎは浄水場で塩素処理
によって除去されるが、生成するトリハロメタンが発癌
性を有するとされ、大きな問題となっている。ＮＨ４−
Ｎを生物学的硝化により除去しようとする試みがなされ
ているが、硝化菌の生育速度が遅いため９年間を通じて
安定した処理を達成できるには至っていない。そこで９
本発明により硝化菌を固定化し１合成河川水中のＮＨ４
−Ｎの処理を試みた。

第５図に示すように、第３図と同様のタイプの流動床型
の処理槽（容量３．Ｏｅ、底面積３．１４ｃｆｆｌ）５
を準備し、これに実施例５で得られた固定化汚泥を６ｇ
（乾燥重り／ｆｆｉの濃度となるように入れた。次いで
１表９に示す被処理水（合成河川水）をポンプ５２を介
して処理槽５の下部から３００ｆ７日の割合で上向流で
供給した。流動床の底面積が３．１４Ｃ１ｊであるため
、処理槽５下部の被処理水の流入部付近においては、固
定化汚泥５１は９５５ｍ／日の線速度で流動する。この
ような運転条件においては、汚泥界面が流動床高の約５
０％の高さで形成された。処理槽５から排出される処理
水中にＮ１１４−Ｎは検出されず、約１５分間という短
い滞留時間で高効率の硝化が達成された。次に、流水水
量を６００１／日に高めて処理を行った。汚泥界面の高
さは。

流動床高の約８０％にまで上昇したが、処理水中の固定
化汚泥５１は処理槽外へ流出することなく処理が行われ
た。これらの結果をあわせて表ＩＯに示す。

（以下余白） 表１０から、　ＮＨ４−Ｎ　４度が低い場合にも充分に
硝化が行われることが明らかである。この実施例におい
ては、　ＮＨ，−Ｎが１．０■／ｌと低いレベルである
ため、被処理水中の溶存酸素量およびアルカリ度が硝化
を達成するのに充分である。被処理水のＮＨ，−Ｎが２
．０■／！を越える場合には、溶存酸素量およびアルカ
リ度が不足するため、外部からこれらを補給する必要が
ある。

夫旌■工 酵母などを利用したアルコール発酵が古くから行われて
いるが、最近では、効果的にエタノールを生産するため
にバイオマスの利用が試みられている。例えば、固定化
酵母法や凝集性酵母法によるエタノールの生産が試みら
れている。上記酵母の固定化にはゲルで包括する方法が
採用される。

しかし、この包括化の工程がめんどうであるうえ。

基質がゲル内部に拡散するのに長時間を要するため、固
定化された酵母のすべてが効果的に反応に関与すること
ができない。他方、凝集性酵母法で用いられる凝集性酵
母は、長期間の連続発酵によりその凝集性が低下するこ
とが認められており安定したエタノールの生産ができな
い。そこで１本発明方法により固定化酵母を調製し、エ
タノール発酵を試みた。

まず、固定化酵母を調製する予備実験を行った。

グルコース５０ｇ／ｆｆｉ、酵母エキス５　ｇ／ｆｆ、
　（ＮＨ４）２ＳＯ。

１　ｇ／Ｎ、　Ｋ）１２ＰＯ４１ｇ／ｌおよびＭｇＣ］
□・６Ｈ２００，５ｇ　／　ｌを含有するグルコース培
地にケイ酸カルシウム水和物多孔性粒子（Ｘｏｎｏｔｌ
ｉｔｅ　Ａ　）を１　、０００ｍｇ／ｌ＜乾燥重量基準
）となるように加えた。これに凝集性を有するビール酵
母（鋒塵印ｐηｃｅｓｃｅｒｅ−ｖｉｓｉａｅ　ＩＦｏ
　２０１８株）を植菌し、３０°Ｃにて２１間、　　５
００ｍｆｌ容量の三角フラスコ内で振盪培養した。凝集
沈澱した酵母フロックを無菌ピペットにてグルコース濃
度のみを１５０ｇ／ｆｆｉに高めた新たなグルコース培
地に植え付け、さらに２日間、３０°Ｃにて、振盪培養
を行った。この操作を３回繰り返すことにより凝集沈降
性に優れた酵母フロック（固定化酵母）が得られた。

上記回分実験の知見をもとに９次のようにして連続エタ
ノール発酵を行った。まず、第６図に示すように、第４
図と同様のタイプのドラフトチューブ型発酵槽６を準備
した。この発酵槽６は第４図の発酵槽４と同様に反応槽
６１（容量２．！Ｍ、）と固液分離槽６２（容量１．０
ｆｆｉ）とを有する。この発酵槽６に、ケイ酸カルシウ
ム水和物多孔性粒子（Ｘｏｎｏｔｌｉｔｅ　Ａ　）を１
００１００Ｏ乾燥重１）＃の割合で含有する上記グルコ
ース培地を仕込み、グルコ−ス濃度で前培養したＳ、　
ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ　（ＩＰｏ　２０１８株）を５％
植種し、ポンプ６４で培養液を循環させて、３０°Ｃで
２日間培養を行った。３０分間静置沈ｎを行い、上澄液
を除去した後、グルコース濃度のみを１５０　ｇ　／　
ｌに高めた滅菌培地を、ポンプ６３を介して導入し、さ
らに２日間にわたり培養を行った。この操作を３回繰り
返すことにより約５０ｇ（乾燥重量）／ｆｆｉの濃度の
固定化酵母を得た。次いで、グルコース１５０　ｇ　／
　ｆ　、酵母エキス５ｇ／ｆｆ。

（ＮＨ４）ｚｓ０□１　ｇ　／　ｌ　、に１Ｉ２ＰＯ４
１ｇ　／　Ｑ　、およびＭｇＣ１□・６ｏｚｏ　Ｏ，５
ｇ　／　ｆｆｉを含有するグルコース培地を、希釈率（
Ｄ）・０．１　ｈ−’でポンプ６３を介して流入させ。

発酵温度３０°Ｃ１発酵ｐＨ５，０の条件で連続培養を
行った。その結果、流出水に含まれる酵母濃度は０．１
ｇ／／２以下であり、固液分離槽６２でほぼ完全に分離
されることがわかった。流出水中のエタノール濃度は７
０　ｇ　／　ｅであった。さらに、流入水量を増加して
、　Ｄ＝０．２５　ｈ−’で連続培養した結果、流出水
のエタノール濃度は６８ｇ／４２となり、これはＤ・０
．１　ｈ−’の場合はぼ同様であった。エタノールの生
産性（Ｐ）は次式で示される： Ｐ　＝　Ｅ、Ｄ ここで、Ｅは流入水のエタノール濃度（ｇ／Ｎ）、Ｄは
希釈率である。

従っ”ζ、Ｄ・０．３　ｈ−’で、Ｐ・２０．４　ｇ　
／　１・日が達成されることがわかる。Ｄ・０．３　ｈ
−’での流出水中の固定化酵母濃度は、０．１５ｇｚＡ
ｅであり、長期間連続培養を継続した場合にも、高い凝
集沈降性が維持される。

（発明の効果） 本発明方法によれば、このように、所望の微生物もしく
は混合微生物群を用いた固定化微生物（群）が容易にか
つ安価に調製される。この固定化微生物（群）は所定の
粒径を有する微生物フロックであり沈降性に優れること
から１例えば活性汚泥法などによる廃水の処理、エタノ
ールなどの各種有用物質の生産に好適に用いられる。さ
らに粒径の揃った微生物フロックであるため、水生動物
稚仔の養殖用の餌などにも好適に利用される。

４、　゛の　　　なＬ 第１図は固定化微生物を調製するための処理槽の一例を
示す模式図、第２図〜第５回は固定化微生物を利用して
廃水処理を行うための処理装置を示す模式図、そして第
６図は固定化微生物を利用してエタノール発酵を行うた
めの装置を示す模式％式％ ４２、６２・・・固液分解槽、　１４．２４・・・フロ
ーメーター。

３１・・・被処理水槽、３２・・・混合槽。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、微生物または混合微生物群を含む培養液にケイ酸カ
   ルシウム水和物多孔性粒子を添加し、流動状態で培養す
   ることにより、該多孔性粒子を核とした微生物フロック
   を調製する工程を包含する、固定化微生物または固定化
   微生物群の製造法。 ２、前記ケイ酸カルシウム水和物多孔性粒子の粒子径が
   ３０〜３００μｍであり、かつ前記微生物フロックの直
   径が５０〜１０００μｍである特許請求の範囲第１項に
   記載の製造法。