JPH038444A

JPH038444A - 微生物吸着剤の処理方法

Info

Publication number: JPH038444A
Application number: JP14241589A
Authority: JP
Inventors: Nariaki Kawabata; 川端　成彬; Shintaro Totoki; 十時　信太郎; Akihiro Kondo; 近藤　昭裕; Masanobu Tanigaki; 谷垣　雅信
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1989-06-05
Filing date: 1989-06-05
Publication date: 1991-01-16

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〕本発明は微生物吸着剤の処理方法に関し、更に詳細には
、微生物吸着剤を再生・再利用するため、吸着剤表面に
捕捉された微生物を効率よく離脱させる微生物吸着剤の
処理方法に関する。

〔従来の技術〕

各種用水や廃水、クリーンルームや病室の床・内壁及び
それらに出入りする空気等では、これら液体中、気体中
もしくは固体表面から微生物を除去する必要があり、こ
の目的で種々の微生物吸着能のある樹脂粒子やｔａｍ、
膜等が提供されている。

これらの微生物吸着剤には、速やかに大量の微生物を除
去できる能力とともに、−度捕捉した微生物が簡単な操
作で除去でき、繰返し使用できることが望まれる。

アプライド　アンド　エンバイロメンタル　マイクロバ
イオロジー（八ｐｐｌｉｅｄ　ａｎｄ　Ｂｎｖｉｒｏｎ
ｍｅｎｔａｌＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇＹ　）４６．　２
０３−２１０　（１９８３）及び特公昭６２−４１．６
４１号公報には、架橋型ポリマー（ポリビニルピリジニ
ウムハライド）が水中の微生物をポリマー表面上に吸着
する形で短時間に多量に捕捉することが報告されている
。すなわち、４−ビニルピリジン／ジビニルベンゼン共
重合体を塩化ベンジル、臭化ベンジル、臭化アリル、臭
化プロハルキル、臭化ペンタフルオロフェニルメチル、
臭化ブチル、臭化オクチル、臭化ドデシル、臭化ヘキサ
デシルでそれぞれ四級化したものが、生理食塩水中に浮
遊させた細菌細胞を５〜６時間以内に定量的に捕捉する
。

また、アプライド　アンド　エンバイ口メンタル　マイ
クロバイオロジー４７．８８．−９３（１９８４）にお
いては、４−ビニルピリジン／ジビニルベンゼン共重合
体をヨウ化ラウリルで四級化したものが、イオン交換水
中に浮遊させた大腸菌細胞を生きたまま捕捉することが
でき、さらに大腸菌を表面に捕捉したポリマーを単純な
操作で再生できることが記載されている。すなわち、表
面に大腸菌を捕捉したポリマーを、１規定の水酸化ナト
リウム水溶液、１規定の水酸化カリウム水溶液、２規定
の炭酸ナトリウム水溶液、２規定塩酸のいずれかで洗浄
することにより、吸着剤ポリマーが再生できる。また、
ヨウ化カリウム水溶液、食塩水等でもある程度再生する
ことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、特公昭６２−４１６４１号公報に開示さ
れた方法では、容易に効率良く水中微生物を吸着除去で
きるものの、微生物は不溶性高分子（樹脂）上に生きた
まま吸着しているため、吸着した微生物は高分子上で増
殖をくり返してゆくという問題があった。このことは、
特にカラム法においては、高分子化合物上に微生物がと
どまらず処理水中へ流れてゆく結果となり、微生物除去
効率は著しく低下し、時には吸着前より高い微生物濃度
を示すことになる。

また、アプライド　アンド　エンバイロメンタル　マイ
クロバイオロジー４７．８８−９３（１９８４）記載の
洗浄方法では、ポリマー上に捕捉された微生物の除去は
不充分であり、同様の洗浄を、洗浄に用いる液体の常圧
沸点未満に加熱した状態で行っても、ポリマーの著しい
着色が認められただけで、捕捉された微生物の除去率は
向上しない。

そして、このような処理を施したポリマーは、吸着前の
ものと比較して、極めて小さな吸着能しか示さないとい
う問題があった。

このため、種々の微生物吸着剤に適用可能で、吸着剤表
面に捕捉された微生物を効率良く除去又は死滅させるこ
とができ、しかも該吸着剤を着色・分解させるおそれの
ない処理方法が望まれていた。

〔課題を解決するための手段〕

斯かる実情において、本発明者らは鋭意研究を行なった
結果、表面に微生物を捕捉した微生物吸着剤に超音波を
照射すれば、表面の微生物を吸着剤から効率よく除去で
きることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、表面に微生物を捕捉した微生物吸
着剤に超音波を照射することを特徴とする微生物吸着剤
の処理方法を提供するものである。

本発明は、例えばガラスフラスコ等の容器中に表面に微
生物を捕捉した微生物吸着剤と有機または無機液体を共
存させ、容器の外部から吸着剤部分に超音波を照射する
ことにより行なわれる。

本発明において、対象となる微生物としては、特にその
種類は限定されず、例えば細菌類、真菌類、藻類、ウィ
ルスなどに有効に適用することができる。

微生物吸着剤としては、従来公知のものであれば特に制
限されずに適用できるが、特にペンダントピリジニウム
基を有する水不溶性ポリマーが好ましく、例えば以下の
方法により得られるものが挙げられる。

ａ）４−ビニルピリジン、３−ビニルピリジン、２−ビ
ニルピリジン等のビニルビジンとジビニルベンゼン、エ
チレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレ
ングリコールジ（メタ）アクリレート、メチレンビスア
クリルアミド、トリメチロールプロパントリ　（メタ）
アクリレート等の多官能モノマーおよび場合によってこ
れらと共重合し得る他のモノマーとをラジカル共重合し
、得られた共重合体をベンジルハライド、炭素数１〜１
２のアルキルハライド、２−フェネチルハライド、３−
７エニルプロピルハライド、炭素数１〜１２のアルコー
ルの硫酸エステル等により四級化する方法。

ｂ）４−ビニルピリジン、３−ビニルピリジン、２−ビ
ニルピリジン等のビニルピリジンとアミノ基、ハロアル
キル基、エポキシ基、水酸基、メルカプト基、トリアル
コキシシリル基、イソシアナト基、アルコキシカルボニ
ル基の如き反応性の官能基を有する千ツマ−１および場
合によってこれらと共重合し得る他のモノマーとをラジ
カル共重合し、次いで上記の官能基と反応する官能基を
２個以上含有する化合物（架橋剤）と反応させ、不溶化
したものをａ）に示す方法によって四級化する方法。

さらに、ペンダントピリジニウム基を有する水不溶性ポ
リマーとしては、ポリマー単体だけでなく、ペンダント
ピリジニウム基を有するポリマーを有機または無機の水
不溶性担体上に化学的または物理的方法により担持した
ものでもよい。

本発明で用いられる有機または無機液体は、微生物吸着
剤と化学反応を起こさない不活性のものであれば特に制
限されないが、例えば有機液体としてはｎ−へキサン、
シクロヘキサン、ベンゼン、トルエンの如き炭化水素；
クロロホルム、ジクロロメタン、１，２．３−トリクロ
ロエタンの如き含ハロゲン炭化水素；メタノール、エタ
ノール、エチレングリコール、グリセリンの如きアルコ
ール；ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テ
トラヒドロフラン、ジオキサンの如きエーテル；アセト
ン、２−ブタノン、シクロヘキサノンの如きケトン；ギ
酸メチル、酢酸エチル、Ｔ−ブチロラクトンの如きエス
テル；ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、
１−メチルピロリドンの如きアミド等が挙げられ、また
無機液体の例としては、蒸留水、無機塩の水溶液、界面
活性剤の水溶液などが挙げられる。これらの液体は単独
又は２種以上を混合して用いることができ、また必要に
応じて酵累またはトリブチルスズクロリド等の公知の細
胞壁／細胞膜溶解剤を配合することもできる。さらに、
洗浄時の温度および圧力は洗浄に用いる液体がその流動
性を失わず、かつ気化しない範囲であれば特に制限され
ないが、経済的観点からは、蒸留水、イオン交検水また
は水道水を用いて常温常圧下に行なうのが望ましい。

また、酸性およびアルカリ性水溶液を用いることもでき
るが、特に常温以上の洗浄温度では微生物吸着剤に着色
が起こるため、微生物吸着剤の再生・再利用の点から好
ましくない。このため、洗浄に用いる有機または無機液
体はｐＨ４〜９付近のものが好適である。

照射する超音波の周波数は１〜５０００ｋｌｌｚ、特に
１０〜１００　ｋＨｚが好ましく、超音波発生装置の出
力は１０〜５０００Ｗ、特に１００〜１０００Ｗの範囲
が好ましい。超音波の周波数を１ｋＨｚ未満にした場合
または超音波発生装置の出力をＩＯＷ未満にした場合に
は洗浄効率が低下・するため、吸着剤表面から微生物を
離脱させるのに長時間を要する。また、超音波の周波数
が５０００　ｋｌｌｚまたは超音波発生装置の出力が５
０００Ｗを超えた場合には、微生物吸着剤表面に捕捉さ
れていた微生物はすべて離脱するものの、吸着剤表面自
体に破砕、亀裂が発生するため、微生物吸着剤の再生・
再利用の点から好ましくない。

超音波を照射する場合、その面積が広いほど洗浄効果が
大きいため、表面積の大きい容器を用いるのが好ましい
。例えば、管径の細いガラスカラムに表面に微生物を捕
捉した微生物吸着剤を充填し、このカラムに一定流速で
洗浄に用いる液体を通液しながら、カラムの外周に対し
法線方向から吸着剤部分に超音波を照射する方法が挙げ
られる。

具体的には、管径１　ａｍのガラスカラムに、表面が大
腸菌で覆われたペンダントピリジニウム基を有する不溶
性ポリマー粒子（粒径５００μｍ）を１０ｇ（乾燥重量
相当）充填し、各種液体を流速０．０１〜５０００　ｍ
ｌｌ　／分で通液した場合、照射する超音波の周波数が
１〜５０００　ｋＨｚ　、超音波発生装置の出力がｌＯ
〜５０００Ｗの範囲で洗浄を行なうと、ポリマーの化学
構造や液体の種類によらず６０分以内にポリマーに捕捉
されていた大腸菌がほとんどすべて離脱する。特に、流
速０．１〜１００ｍＪ！／分、周波数１０〜１００ｋＨ
２、出力１００〜１００ＯＷの範囲で洗浄を行なうと、
はぼ１０分以内にポリマー表面に捕捉されていた大腸菌
が離脱し、好ましい。これらカラム通水法は最も効率的
で、工業的にも利用しやすいものであるが、特にこれに
限定されるものではなく、例えば処理する水が少ない場
合には、微生物吸着剤を添加して微生物を吸着除去した
後、これを濾別する方−決などを用いることもできる。

また、例えば海水のようの微生物含有水中に多量の無機
塩が存在する場合には、無機塩を含まない場合に比べて
、微生物吸着能が１７３〜１７５程度まで低下すること
があり、この場合には多量の微生物吸着剤が必要となる
ため、イオン交換樹脂等で無機塩を除去した後、本発明
を実施するのが好ましい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、超音波を照射するという簡単な方法に
より、微生物吸着剤自体に傷をつけたり変性させること
なく、微生物吸着剤表面に捕捉された微生物を効率よく
離脱させることができ、従って、微生物吸着剤を再生・
再利用することが可能である。

また、本発明方法は、例えば飲料水の除菌、プール水、
風呂水、養魚用水の除菌、下水、工場廃水などの除菌等
、数多くの分野での利用が可能である。そして、特に下
水等の懸濁物が多い水中の微生物の除去には、従来の膜
による除菌等でみられた目詰まり等の問題もなく、好適
である。

〔実施例〕

次に、実施例を挙げて本発明をさらに説明する。

（合成例１）１−ラウリル−４−ビニルビリジニウムヨージド／ジビ
ニルベンゼン共重合体粒子の合成：（１）撹拌装置、コ
ンデンサー、温度計および窒素導入管を備えたＩＩ！セ
パラブルフラスコに水５００ｇを入れ、炭酸カルシウム
粉末１０ｇを加えて１１０　ｒｐｍの速度で撹拌し、均
一に分散させた。この状態でさらに、４−ビニルピリジ
ン９４．５ｇ１ジビニルベンゼン１３ｇ１アゾイソブチ
ロニトリル１ｇおよび安息香酸メチル１００ｇからなる
溶液を加えた後、１１０　ｒｐｍの速度で撹拌を続けな
がら８０℃で３時間加熱した。得られたポリマービーズ
をろ別し、１％酢酸ですすいで炭酸カルシウムを溶解除
去したのち、水洗と１％重ソウ洗浄をくり返し、最後に
エタノール洗浄、次いで真空乾燥を行うことによって４
−ビニルピリジン／ジビニルベンゼン共重合体の球状粒
子を得た。

収量１００ｇ、共重合体の平均粒径５００μｍ、窒素含
有率１１％。

（２）　　（１）で合成した共重合体粒子２１ｇをエタ
ノール２００ｇに懸濁させ、これにヨウ化ラウリル１０
０ｇを加え、７５℃で５時間加熱した。ポリマー粒子を
濾別により単離したのちエタノール洗浄、次いで真空乾
燥することにより、ピリジン基をＮ−ラウリルピリジニ
ウム基（対イオン：ヨウ化物イオン）に代えたペンダン
トピリジニウム基含有ポリマー粒子（Ａ）を得た。収量
７４ｇ、ヨウ素含有率３１％。

（合成例２〜４および１０〜１３）合成例１と同様にして、表１に示す構造組成を有するペ
ンダントピリジニウム基含有ポリマー粒子（Ｂ）、（Ｃ
）、（Ｄ）、（Ｊ）、（Ｋ）、（Ｌ）および（Ｍ）を得
た。

（合成例５〜９）合成例４で得られたポリマー（Ｄ）の対イオン（Ｂｒ−
）を公知のイオン交換法で交換し、表１に示すピリジニ
ウム基含有ポリマー粒子（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）、（Ｈ
）、（Ｉ）を得た。

（合成例１４）合成例１（１）と同様にして得られたｐ−クロロメチル
スチレン／ジビニルベンゼン共重合体（共重合モル比９
：１、塩素含有率２１％）を、ヨウ化ラウリルの代わり
にピリジンを用いる以外は合成例１（２）と同様にして
、ペンダントピリジニウム基含有ポリマー粒子（Ｎ）を
合成した。窒素含有率が５．７％、塩素含有率が１４％
であることから、クロロメチル基が定量的にピリジニオ
メチル基（対イオン：塩素）に変換されたことを確認し
た。

以下余白（合成例１５）繊維状の１−ラウリル−４−ビニルピリジニウムヨーリ
ド／ジビニルベンゼン共重合体の合成：綿糸５００ｇに
４−ビニルピリジン９４．５ｇ。

ジビニルベンゼン１３ｇ１アゾイソブチロニトリル１ｇ
からなるモノマー混合物を含浸させた状態で、８０℃で
３時間加熱し、繊維上に担持された４−ビニルピリジン
／ジビニルベンゼン共重合体（窒素含有率１１％）を得
た。（重量６００　ｇ）。

この繊維状共重合体２１ｇを、ヨウ化ラウリル１００ｇ
を含むエタノール３００ｇに浸漬し、７５℃で５時間加
熱してピリジン基をＮ−ラウリルピリジニウム基（対イ
オン：ヨウ化物イオン）に変換した。エタノール洗浄、
次いで真空乾坦することにより、繊維状の１−ラウリル
−４−ビニルビリジニウムヨーリド／ジビニルベンゼン
共重合体（表１のポリマーＡに相当）を得た。収量３０
ｇ１ヨウ素含有率５．１％。

（合１戊例１６）合成例１５と同様にして、表１のポリマーＢ〜Ｍに相当
するｍ錐状のペンダントピリジニウム基含有ポリマーを
得た。

（合成例１７）合成例１５と同様にして繊維状のｐ−クロロメチルスチ
レン／ジビニルベンゼン共ＭＵｒ体（共重合モル比９：
１）を合成し、次いで合成例１４と同様にピリジンと反
応させ、表１のポリマーＮに相当する繊維状のペンダン
トピリジニウム基含有ポリマーを得た。

参考例１（１）合成例で得られたポリマー粒子Ａ−ＮＩＯｇずつ
をそれぞれ内径１　ｃ＋ｎのカラムに入れ、大腸菌１０
１５個／ｍｌｌを含む生理食塩水０．１βを流速１ｏ＋
ｊ２／分で２時間循環通液させた。液中の大腸菌数を１
０分毎に測定したところ、いずれのポリマーについても
４０〜５０分後に、生理食塩水中の大腸菌数が一定とな
り、走査型電子顕微鏡による観察から、この時点でポリ
マー表面全体が大腸菌でおおわれていることがわかった
。結果を表２に示す。

その後、無菌生理食塩水０．１＋ｎｆを通液し、ポリマ
ーに吸着されずにカラム内に残っている大腸菌を洗い去
り、再び電子顕微鏡によるポリマー表面の観察を行った
が、大腸菌細胞の脱落は認められなかった。

（２）　　この状態のポリマーに１規定水酸化ナトリウ
ム水溶液、１規定水酸化カリウム水溶液、２規定炭酸す
）　ＩＪウム水溶液、２規定塩酸および蒸留水を、それ
ぞれ０．１１、流速１＋ｎＪ！／分で個別に通液したの
ち、各々電子顕微鏡でポリマー表面の警察を行った。そ
の結果、大腸菌細胞の大部分は、壊死していることがわ
かったが、破れた細胞膜の大部分はポリマー表面に捕捉
されたまま脱落せずに残っていることがわかった。

以下余白実施例１参考例１（１）の方法により、表面全体が大腸菌でおお
われたポリマー粒子Ａ−Ｎをつくり、これらをカラムに
入れたままの状態で蒸留水を流速１ｍ１１分で通液しつ
つ、ポリマ一部分に出力１００Ｗの超音波発生装置で周
波数を変えて超音波照射を施した。１分ごとにポリマー
表面を電子顕微鏡で観察し、ポリマー表面上の大腸菌細
胞およびその残骸がほとんど認められなくなるまでに要
した時間（以下、ポリマーの再生に要する時間という）
を測定した。その結果、表３に示す通り、超音波の周波
数が１０〜５０００　ｋ）ｌｚの範囲であればほぼ１０
分以内に再生が完了した。

以下余白実施例２参考例１（１）の方法により、表面全体が大腸菌でおお
われたポリマー粒子Ａ−Ｎを、それぞれカラムに入れた
ままの状態で蒸留水を流速１０１７分で通液しつつ、ポ
リマ一部分に周波数２０ｋｌｌｚで超音波照射装置の出
力を変化させて超音波照射を施した。ポリマーの再生に
要する時間を測定した結果、表４に示す通り、短時間で
ポリマーが再生され、特に出力１００〜５０００Ｗの範
囲内では、はぼ１０分以内に再生が完了した。

以下余白実施例３参考例１（１）の方法により、表面全体が大腸菌でおお
われたポリマー粒子Ａ−Ｎを、それぞれカラムに入れた
ままの状態で蒸留水を通液し、出力１００Ｗの超音波発
生装置を用いて周波数２０ｋｆｌｚでポリマ一部分に超
音波を照射した。蒸留水の通液速度を０．０１〜５００
０ｍＡ／分の間で変化させたときのポリマーの再生に要
する時間を測定した結果、表５に示す通り、短時間でポ
リマーが再生され、ことに通液速度０．１〜５０００ｍ
ｊ’／分の範囲で洗浄を行った場合、はぼ１０分以内に
再生が完了した。

以下余白実施例４ポリマー粒子Ａ−Ｎ（平均粒径５００μｍ）をカラムに
充填し、参考例１（１）の方法で粒子表面全体を大腸菌
でおおった後、カラムから取出してビーカーに移した。

表６に示した液体１００　ｍｌを加え、ビーカーごと出
力２４０Ｗの超音波洗浄槽につけ、３８　ｋＨｚで超音
波を照射した。このとき、ポリマーの再生に要する時間
を測定した結果、表６に示す通り、洗浄に用いた液体の
種類によらずほぼ１０分以内にポリマーの再生が完了し
た。

以下余白実施例５ポリマー粒子Ａ−Ｎ（粒径３００〜５００　μｍ）をカ
ラムに充填し、クロカビ胞子１ｍｇを含む空気ｌＩ！を
流速１　　ｍｌ／秒で循環させたところ、３０分間で循
環気流中のクロカビ胞子はすべてポリマー粒子に捕捉さ
れ、ポリマー表面はほとんどクロカビ胞子でおおわれた
ことを、電子顕微鏡による観察から確認した。この状態
のポリマー粒子をカラムに充填したまま、表７に示す液
体を流速０．１ｍｌ！／分で通液しながら、出力２００
Ｗの超音波発生装置を用いて周波数２０ｋＨｚで超音波
照射を行った。ポリマーの再生に要する時間を測定した
結果、表７に示すように、洗浄に用いた液体の種類や温
度によらず、はぼ１０分以内にポリマーの再生が完了し
た。

以下余白実施例６表１のポリマーＡ−Ｎを繊維上に担持させた吸着剤を用
いて、大きさが１０ｃｍ角、厚さ１　ｍｍの不繊布を作
成し、この不繊布を洋式便所の便座表面に、軽くぬぐう
ようにして触れさせたところ、不繊布の表面のかなりの
部分が大腸菌、黄色ブドウ球菌、緑膿菌、白寥菌等の微
生物細胞や糸くず等の無生物粒子におおわれていること
が電子顕微鏡等による観察でわかった。この不繊布１０
ｇを、側面１０１０Ｘ１０．奥ゆき３　ｃｍの水槽内に
折曲げず固定し、表８に示す液体で水槽を満たした後、
出力２００Ｗの超音波発生装置を用いて水槽の１０　Ｘ
　１０　ｃｍ側面から周波数２０　ｋｌｌｚで超音波を
照射した。ポリマーの再生に要する時間を測定した結果
、表８に示す通り、洗浄に用いた液体の種類や温度によ
らず、はぼ１０分以内にポリマーの再生が完了した。

以下余白実施例７ポリマー粒子Ａ−Ｎ（粒径約５００μｍ）１０ｇを内径
１　ｃｍのカラムに充填し、次の操作を行なった。

■　カラムに対し、大腸菌１０１５個／　ｍ　ｌを含む
生理食塩水０．１１を流速１ｍβ／分で１時間通液した
。その直後、ポリマー表面に捕捉されずに液中に残った
大腸菌数を計測した。

■　カラム内の液体を無菌生理食塩水で［δ換した後、
ポリマー粒子数個を取り出し、電子顕微鏡で観察した。

■　カラムに常温、常圧で蒸留水を流速１ｍβ／分で通
液しながら、ポリマ一部分に出力１００Ｗの超音波発生
装置を用いて、周波数２０　ｋＨｚの超音波を１０分間
照射した。この後、ポリマー粒子数個を取り出し、電子
顕微鏡で観察した。

上記■〜■の操作を２０回繰り返した。

その結果各回における操作■完了時の各ポリマー表面に
捕捉されずに残っている大腸菌数（単位：１０’個／ｍ
１ｌ）は表９に示す通りであり、はぼ一定であった。ま
た、２０回目が、完了した時点でポリマー表面を電子顕
微鏡で観察したところ、菌体およびその破砕物は全くな
く、また、亀裂の発生、粒子の変形等、ポリマーの劣化
も認められず、微生物吸着剤の再生、再使用が可能であ
ることがわかった。

以下余白

Claims

【特許請求の範囲】１、表面に微生物を捕捉した微生物吸着剤に超音波を照
射することを特徴とする微生物吸着剤の処理方法。２、微生物吸着剤がピリジニウム基を有する水不溶性ポ
リマーである請求項１記載の処理方法。