JPH04229174A - 吸水性樹脂複合化シートを利用した固定化微生物の製造方法及び水処理方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸水性樹脂複合化シー
ト、特に繊維状基材に吸水性樹脂を固定化してなる複合
化シートを使用し、該吸水性樹脂内に微生物を固定化す
る固定化微生物の製造方法、及び該製造方法により得ら
れる固定化微生物を利用した水処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】微生物は、その物質変換能力を利用した
生物反応器として各種有用物質の製造分野や水処理分野
等の多方面に広く利用されている。しかしながら微生物
を利用する技術の最大の欠点としては、微生物自体が比
較的不安定であり、しかも利用できる微生物量（反応系
内濃度）に自ずと制限があり、一般的有機化学反応に比
して目的物の生産性や目的とする処理能率をある程度以
上向上できないこと及び通常微生物は一回の反応に用い
られるのみで、反応後ないしは処理後に微生物を回収し
て繰り返し利用することが困難で、使用微生物の散逸を
避けられないことが挙げられる。特に微生物を利用して
水処理を行う代表的方法としてよく知られている活性汚
泥法においては、処理効率に重大な影響を及ぼす活性汚
泥量、すなわち処理すべき水に対する使用菌体濃度に制
限があると共に、処理後の汚泥の一部は繰り返し利用で
きるものの、大量の廃棄されるべきスラッジが発生し、
その固液分離は非常に困難である。

【０００３】上記欠点を解決する方法として、吸水性樹
脂内に微生物が固定化されてなる固定化微生物なる提案
がなされている（特開昭６１−１７３７７７号公報）が
、該方法に依れば、吸水性樹脂自体を循環させるため、
長期循環により樹脂の崩壊が認められる。また、吸水性
樹脂に固定化された微生物と反応終了後の濾液とを効率
よく分離させるためには吸水性樹脂の粒径を揃えておく
必要があるなど実用上若干の不利を伴うものであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記微生物
を利用する各種分野、殊に水処理分野において、従来避
けられなかった微生物自体の安定性の低いこと、菌体濃
度を向上できないこと、微生物の回収、繰返し利用が困
難であるなどの欠点を解消し、更に、濾液と微生物を容
易に分離できる新規な固定化微生物の製造方法及びその
利用技術を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来の吸
水性樹脂内に微生物が固定化されてなる固定化微生物に
比べて一層効率よく回収、分離、繰り返し利用が可能と
なる固定化微生物を提供せんとして鋭意研究を重ねた結
果、意外にもあらかじめ吸水性樹脂が繊維状基材に固定
化されてなる吸水性樹脂複合体を使用することに着目す
ることにより、前記課題を悉く解決できることを見出し
た。本発明は斯かる知見に持つづき完成されたものであ
る。

【０００６】すなわち本発明は、■微生物の水分散液の
攪拌下に、吸水性樹脂複合化シートを入れ、微生物を含
む水分散液を該複合化シートに十分吸収させたのち、該
吸収複合化シートを多価金属塩溶液と接触させ、水の放
出及び架橋反応を行わせることを特徴とする吸水性複合
化シートを利用した固定化微生物の製造法、及び■活性
汚泥法による水処理に当り、前記の固定化微生物を用い
ることを特徴とする水処理方法に関わる。

【０００７】本発明によれば、特開昭６１−１７３７７
７号公報のごとき固定化微生物と反応終了後の濾液との
分離するための濾過操作や、分離効率の点から使用吸水
性樹脂の粒径を揃える等の操作も不要となる。また、複
合化シートの形態で使用するため、処理排水を循環時に
吸水性樹脂自体の損傷が起こらず、従って樹脂脂自体の
崩壊に起因する濾過効率の低下現象も見られない。すな
わち、微生物が閉じ込められた吸水性樹脂が繊維状基材
に固着されているため、単に該複合化シートを反応液中
から取り除くだけで反応液を容易に分離できるという利
点がある。更には本発明方法で得られる固定化微生物は
、微生物が包括的に閉じ込められた吸水性樹脂が繊維状
基材に固着されているため、吸水性樹脂が繊維状基材よ
り脱落せず機械的強度、物理的安定性が良好であるのは
もとより、化学的安定性にも優れるため微生物本来の処
理能率が低下することはない。

【０００８】また本発明の固定化方法によれば、水分散
液の微生物濃度を調節することにより複合化シートに固
着された吸水性樹脂粒子内に任意量の微生物を固定する
ことができるため、固定化等を行うことなく微生物をそ
のままの状態で使用する従来技術に比して、高い微生物
濃度条件下で水処理などを行うことができる。特にこれ
を水処理用活性汚泥として利用するときには、該複合化
シート状固定化微生物自体取扱いが容易であることはも
ちろんのこと、該状固定化微生物中の活性汚泥濃度を顕
著に向上でき、より効率良く所望の水処理が行い得るに
加え、処理水との分離もきわめて容易である。また汚泥
の返送を必要とせず、さらにスラッジの発生量も極めて
少なく、その廃棄のための処理等も著しく軽減されると
いう利点もある。本発明はかかる特長を備えた複合化シ
ート状固定化微生物を利用する水処理技術をも提供する
ものである。

【０００９】以下、本発明の複合化シートを利用した固
定化微生物の製造方法につき詳述する。本発明に係る微
生物の固定化方法において用いられる微生物としては、
特に限定はなく、有用産物生産能を有する各種微生物及
び従来より水処理等の分野で広く用いられている各種の
好気性菌及び嫌気性菌のいずれでもよく、またこれら各
微生物の混合物でもよい。代表的な上記好気性菌として
は、例えばアクロモバクター属（Ａｃｈｒｏｍｏｂａｃ
ｔｏｒ　）、アルカリジエネス属（Ａｌｃａｌｉｇｅｎ
ｅｓ　）、バチルス属（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）、バクテリ
ウム属（Ｂａｃｔｅｒｉｕｍ　）、コリネバクテリウム
属（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ　）、フラボバク
テリウム属（Ｆｌａｖｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、マイク
ロバクテリウム属（Ｍｉｃｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、
マイクロコツカス属（Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ　）、シ
ユードモナス属（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ　）等に属す
る菌を、また嫌気性菌としては、例えばメタノバクテリ
ウム属（Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ　ｆｏｒｍ
ｉｃｉｕｍ、Ｍ．　ｏｍｅｌｉａｎｓｋｉｉ等）、メタ
ノコツカス属（Ｍｅｔｈａｎｏｃｏｃｃｕｓ　ｍａｚｅ
ｉ　、Ｍ．ｖａｎｉｃｌｉｉ等）等の菌を例示できる。

【００１０】本発明で用いられる吸水性樹脂としては、
吸水能を有し且つ多価金属イオンの共存下に架橋反応が
生じるものである限り特に制限はなく、該条件を満足す
る従来公知の各種吸水性樹脂が該当する。その具体例と
しては、例えばカルボキシメチルセルロースの部分架橋
物、デンプンーアクリロニトリルグラフト共重合体の加
水分解物、デンプン−アクリル酸グラフト共重合体、ポ
リ（メタ）アクリル酸部分架橋物、ポリビニルアルコー
ル−（メタ）アクリル酸塩共重合体、その他イソブチレ
ン−マレイン酸系共重合体などのカルボキシル基含有吸
水性樹脂をあげることができる。これらのうちでは、デ
ンプンーアクリロニトリルグラフト共重合体の加水分解
もの、デンプン−（メタ）アクリル酸グラフト共重合体
、ポリ（メタ）アクリル酸塩部分架橋物が好ましい。

【００１１】上記組成の吸水性樹脂と繊維状基材との複
合体としては、例えば特開昭６１−２７５３５５号公報
、特開昭６２−２９１８号公報、特開昭６１−５８６５
８号公報、特開昭６１−１４１５４２号公報、特開昭６
３−６３４５９号公報等に示される製造法で得られる各
種のものを使用でき、吸水性樹脂が繊維状基材から脱落
しない程度に固着されている限り、特に付着態様は制限
されない。また、本発明に使用される吸水性樹脂複合化
シートの吸水能についても特に制限されないが、吸水能
が通常１０以上であれば問題なく使用できる。

【００１２】本発明方法においては、まず微生物の水分
散液中に吸水性樹脂複合化シートを入れ、繊維状基材に
固着された吸水性樹脂に、微生物を含む水溶液を吸収さ
せる。また吸水性樹脂の吸水量が多い場合には、取り扱
い作業性の点から吸水性樹脂の吸水量を調節するために
、必要により濃度が０．０１〜１０％程度の金属塩水溶
液を吸収させることもできる。ここで使用される金属塩
としては特に制限はないが、吸水能の調整及び引き続く
架橋操作時に使用する多価金属塩と区別する観点から、
通常は塩化ナトリウム、塩化カリウム等の１価の金属塩
を使用するのが好ましい。上記の微生物の水分散液を吸
収させるに際しては、微生物水分散液における微生物濃
度、吸水性樹脂複合化シートの使用量は、用いる微生物
の種類、複合化すべき吸水性樹脂の種類及び該樹脂の固
着量並びに得られる固定化微生物の使用目的などに応じ
て適宜に決定される。通常は微生物水分散液における微
生物濃度は、該水分散液がそのまま吸水性樹脂複合化シ
ートに吸収され、かくして得られる微生物を吸収した吸
水性樹脂が引き続く架橋反応により水を放出した後、改
めて各種用途での使用するに当り再度同程度の固定化微
生物の水分散液として利用されることを考慮すれば、菌
体約２０００ｍｇ／ｌ〜８００００ｍｇ／ｌ程度に調整
されるのが望ましい。繊維状基材に対する吸水性樹脂の
付着量は特に制限されるものではないが、１ｇ／ｍ２以
下の付着量だと使用する吸水性複合化シートの使用量が
多くなり経済的ではなく、また５００ｇ／ｍ２を越える
と繊維状基材に対する樹脂付着密度が高くなり、吸水速
度が低下する傾向がある。なお、繊維状基材としては、
ポリプロピレン、ポリエステル、レーヨン、ポリプロピ
レン／レーヨンの混紡、ポリエステル／レーヨンの混紡
、ナイロン等の不織布素材を使用できるが、もちろん、
これらに限定されるものではない。

【００１３】本発明方法によれば、次いで微生物水分散
液を吸収し膨潤した吸水性複合化シートを、多価金属塩
溶液と接触させて、水の放出及び架橋反応を行わせる。 ここで用いられる多価金属塩としては、吸水性樹脂分子
内に存在するカルボキシル基を架橋反応させ得る多価金
属イオン、例えば、カルシウム、マグネシウム、銅、鉄
等の２価金属イオン及び鉄、アルミニウム等の３価金属
イオンを提供できる各種のものでよい。その具体例とし
ては例えば塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化第
一鉄、塩化第二鉄、塩化第二銅、塩化アルミニウム等の
塩化物、硝酸カルシウム、硝酸マグネシウム、硫酸第一
鉄、硫酸第二鉄、硫酸アルミニウム等を例示できる。こ
れらのうちで塩化カルシウム、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄
、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム等は中性付近で
イオン化し、微生物に対して毒性を全く及ぼすおそれが
ないため特に好適である。上記多価金属塩溶液は、通常
０．１〜５重量％程度の濃度の水溶液形態で有利に用い
られる。その使用量は得られる複合化シート状固定化微
生物の微生物固定化能及びその使用時の物理的強度に若
干影響を与えるため、これらの点を考慮して適当なもの
とするのがよく、通常は使用される複合化シートの吸水
性樹脂分子内に含有されるカルボキシル基１モル当り多
価金属イオンが０．０３モル以上となる量とするのが好
ましい。多価金属塩溶液と微生物を吸収した樹脂複合化
シートとの接触は、単に該吸収複合化シートを多価金属
塩溶液中に投入するのみで容易に行われ、この接触によ
り樹脂自体の吸水能の低下による吸収水の放出が起こる
と同時に樹脂の架橋反応が起こり、これにより結果とし
て樹脂内部に微生物を閉じ込めた所望の固定化微生物を
収得できる。

【００１４】かくして得られる固定化微生物は、吸水性
複合化シートの架橋された吸水性樹脂の内部空隙に微生
物が閉じ込められていると共に、該微生物の生存を維持
し得る若干の水を保有している。またこれは、基質、栄
養塩等の取り込み口として通常約１μ以下の細孔が、そ
の表面に多数存在するものである。更に得られる固定化
微生物は、その固定化によって微生物自体例えばシヨツ
クロード耐性、酸素耐性、高級脂肪酸耐性等の好ましい
諸特性を有しており、非常に安定なものとなっている。

【００１５】従って本発明方法で得られる固定化微生物
は、従来微生物がそのまま利用されていた分野に利用し
て一層良好な結果をもたらすと共に、従来安定性、菌体
濃度等の面より微生物の利用が困難であった分野にも、
微生物本来の有する生化学反応を利用し適用できる。特
に本発明の固定化微生物は、水処理分野における好気性
処理及び嫌気性処理に利用して、かかる特有の格別顕著
な効果を奏することができる。以下この水処理方法につ
き詳述する。

【００１６】前記固定化微生物を用いる本発明の水処理
方法は、従来より都市下水や各種産業排水等の処理に広
く利用されている活性汚泥法において、活性汚泥または
その余剰汚泥を上述した固定化方法に従い固定化して用
いることを除いては、基本的には同様の操作により行う
ことができる。即ち、活性汚泥としての固定化微生物と
処理すべき汚水を混合曝気した後、該固定化微生物と処
理水とを分離して、処理水を放流し、固定化微生物は繰
り返し使用すればよい。特に本発明に従う水処理方法に
よれば、用いる微生物自体の酸化分解能力が長期間にわ
たって安定に持続する利点があり、また固定化用の複合
化された吸水性樹脂内に包括される微生物を任意に増加
させることによって、被処理水当りの微生物濃度を従来
の約２倍以上に増加させても、充分な処理が可能であり
、これにより処理効率を顕著に向上できる。また、従来
の活性汚泥では微生物の増殖等により処理水と共に搬出
されるスラツジ（浮遊物）が多く、その処理のための煩
雑な操作及びこれに伴なうコストの増大は避けられなか
ったが、本発明によれば、上記スラツジ量を約１／４程
度以下に減少させることができる。しかも本発明方法で
は用いる固定化微生物自体の固液分離が非常に容易であ
るため、汚泥のバルキング現象等の起こる弊害も確実に
回避することができる。また、嫌気性処理においては、
菌体濃度を従来の数倍以上に高めることが可能であり、
処理時間の短縮、処理装置の小型化等が可能である。こ
れらの効果は、後記する実施例において詳細に説明する
。

【００１７】従って本発明の水処理方法は、都市下水の
他、蓄製肉工場、ミルク工場、缶詰工場等の各種工場排
水の処理に適用して、充分な効果を奏し得るものであり
、水処理対策、産業廃棄物処理対策、環境保全等の社会
問題に大きく貢献するものである。

【００１８】

【実施例】以下、本発明固定化微生物の製造例及びこれ
により得られる固定化微生物を用いた水処理試験例を実
施例として挙げる。

【００１９】実施例１ 固定化すべき微生物として、活性汚泥処理法に利用され
ている余剰汚泥（下水処理場の余剰汚泥を後記する人工
下水により１００以上培養したもの、揮発分９５％以上
）を用い、該微生物の固定用保持担体としてアクリル系
吸水性樹脂を繊維状基材に複合化された吸水性複合化シ
ート（１００ｇ／ｍ２の樹脂付着量、基材；ポリエステ
ル／レーヨン混紡）を用いる。上記余剰汚泥３０ｇを水
１０リットル中に加え、攪拌（２００ｒｐｍ、１０分間
）して菌体を均一に分散させる。この微生物菌体の分散
液に上記吸水性複合化シート（１ｍ２）を入れ、吸水性
複合化シートを吸水膨潤させる。次いで、上記で吸水膨
潤させた複合化シートを１％塩化カルシウム水溶液１．
５リットル中に入れ、６０分間放置後、濾別水洗して本
発明の固定化微生物を得る。このものは、菌体濃度が約
３０ｇ微生物／ｍ２シートであった。

【００２０】実施例２ 微生物として中温嫌気醗酵の余剰汚泥を用い、嫌気性雰
囲気（無酸素雰囲気）下に実施例１と同一操作を行って
、本発明の固定化微生物を得る。このものは、菌体濃度
が約３０ｇ微生物／ｍ２シートであった。

【００２１】実施例３ 微生物を分散させる液を塩化ナトリウムの０．５％溶液
５リットルとした以外は、実施例１と同様に操作を行い
、固定化微生物を得る。このものは、菌体濃度が約３０
ｇ微生物／ｍ２シートであった。

【００２２】実施例４ 下記表１に示す微生物、被吸収液及び多価金属塩の各々
を用い、実施例１と同様にして各々本発明の固定化微生
物を得た。

【００２３】

【表１】

【００２４】実施例９ 実施例１で得た固定化微生物を用い、被処理用原水とし
て、ブドウ糖１７５ｍｇ／ｌ、ペプトン７５ｍｇ／ｌ並
びにリン酸水素カリウム及びリン酸水素ナトリウムを合
計で３ｍｇ／ｌの濃度で含有するように調製した人工下
水を利用して、該人工下水の処理を以下の通り行った。 すなわち、高さ１５ｃｍ、径１５、１２、９、６ｃｍの
各金網で枠組みしたものに実施例１で得た固定化微生物
の複合化物を固定し、うず巻状の反応器を作成する。こ
れを攪拌器付き、径２０ｃｍ、高さ２０ｃｍの処理槽に
入れ、下水及び、処理槽の下部より０．５リットル／分
の空気を気泡として通気する。人工下水は、反応槽下部
より注入し２リットル／ｈｒの割合で供給される。水温
は、本実験期間の平均で２４℃とした。上記試験におい
て、経時的酸素消費量を、呼吸活性度計（アクアコント
ロール社製、呼吸活性度計ＲＲ−７１００）を用いて測
定した。結果を図１に示す。

【００２５】

【発明の効果】本発明方法で得られる固定化微生物は、
その固定化操作を行ったにも拘らず本来の微生物活性を
奏すること、殊に本発明の水処理方法によれば水処理副
生成物として発生する余剰汚泥量が少なく固定化微生物
の漏洩はないこと、従って固定化微生物と水との分離が
非常に容易であり、汚泥処理コストが軽減できるなどの
種々の利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固定化微生物及び比較のため該固定化
微生物中の微生物量と同一量の微生物をそのままの状態
で用いた場合の酸素消費速度の経時変化を調べたグラフ
である（前者は実線、後者は破線で示す）。縦軸は酸素
消費量（ｍｌ）を、横軸は呼吸活性度計に試料をセット
した時からの経過時間（ｈｒ）を示す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　微生物の水分散液の攪拌下に、吸水性
   樹脂複合化シートを入れ、微生物を含む水分散液を該複
   合化シートに十分吸収させたのち、該吸収複合化シート
   を多価金属塩溶液と接触させ、水の放出及び架橋反応を
   行わせることを特徴とする吸水性複合化シートを利用し
   た固定化微生物の製造法。
2. 【請求項２】　　前記吸水性樹脂複合化シートが、繊維
   状基材と吸水性樹脂との複合体である請求項１記載の製
   造方法。
3. 【請求項３】　　前記吸水性樹脂複合化シートに用いら
   れる吸水性樹脂がポリアクリル酸塩架橋物である請求項
   １記載の製造方法。
4. 【請求項４】　　前記微生物が活性汚泥である請求項１
   記載の製造方法。
5. 【請求項５】　　微生物の水分散液が水または０．０１
   〜１０％濃度の１価の金属塩水溶液である請求項１記載
   の製造方法。
6. 【請求項６】　　活性汚泥法による水処理に当り、請求
   項１記載の固定化微生物を用いることを特徴とする水処
   理方法。