JPH10180281A - 水処理用微生物固定化ゲル - Google Patents

水処理用微生物固定化ゲル

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JPH10180281A
JPH10180281A JP8349377A JP34937796A JPH10180281A JP H10180281 A JPH10180281 A JP H10180281A JP 8349377 A JP8349377 A JP 8349377A JP 34937796 A JP34937796 A JP 34937796A JP H10180281 A JPH10180281 A JP H10180281A
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JP
Japan
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gel
bacteria
substance
promoting
growth
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JP8349377A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Koyou
広行 小要
Shinichi Yoshimatsu
慎一 吉松
Shigeru Fujimoto
茂 藤本
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Takeda Pharmaceutical Co Ltd
Original Assignee
Takeda Chemical Industries Ltd
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    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

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  • Biological Treatment Of Waste Water (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 馴養期間の短い、処理効率のよい水処理用微
生物固定化ゲルを提供する。 【解決手段】 純化した硝化菌、該硝化菌の生育促進用
金属含有物質および生育促進用基質の吸着材を包括した
含水ゲル形成性高分子物質のゲルからなる水処理用微生
物固定化ゲル。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水処理用微生物固
定化ゲルに関する。また、本発明は、該ゲルを使用する
水処理方法にも関する。
【0002】
【従来の技術】微生物を利用する水処理、特に、廃水処
理においては、高分子ゲルに固定化した微生物を使用す
ることが提案され、水処理用の各種の固定化微生物が開
発されている。例えば、特公昭62−61583号に
は、馴養中の浮遊形硝化菌を予めアルカリ土類金属の塩
に付着させ、自然沈降させて分離した後、高分子含水ゲ
ルに固定する廃水処理用の硝化菌の固定化用法が開示さ
れている。特公平3−51478号には、含水ゲル中に
好気性硝化菌とアンモニア性窒素に対してイオン交換能
を有する物質とを包括固定した廃水処理剤が開示されて
いる。また、特公平4−2232号では、硝化菌を含む
微生物と、アンモニア吸着能を有する吸着剤とをゲル内
に包括固定して廃水処理用の固定化微生物を得ている。
さらに、特公平7−2236号には、含水ゲル中に硝化
菌、酸素のキャリア物質およびアンモニア性窒素に対し
てイオン交換能を有する物質を包括固定した廃水処理用
のアンモニア性窒素酸化剤が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来提
案されている固定化微生物は、例えば、廃水処理に使用
する場合、馴養期間が長い問題があり、また、処理効率
の観点から、必ずしも満足しうるものではない。
【0004】
【課題を解決するための手段】このような事情に鑑み、
本発明者らは、馴養期間の短い、処理効率のよい水処理
用微生物固定化ゲルを得るべく、鋭意検討を重ねた結
果、これらの問題を解消した、純化硝化菌を固定化した
ゲルを得ることに成功し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、純化した硝化菌、該硝化菌の生育
促進用金属含有物質および生育促進用基質の吸着材を担
持した含水ゲル形成性高分子物質のゲルからなる水処理
用微生物固定化ゲルを提供するものである。
【0005】本発明は、また、該微生物固定化ゲルを使
用する水処理方法も提供する。本発明によれば、純化し
た硝化菌を使用するために、硝化菌の増殖が早く、馴養
に要する時間を短縮でき、また、ゲル内部に硝化菌の生
育促進用金属含有物質および生育促進用基質の吸着材を
包括するので、硝化菌の活性を高め、かつ、高い活性を
維持することができ、処理効率が向上し、硝化菌による
処理が必要な水処理、特に、廃水の脱窒処理に有用な微
生物固定化ゲルが提供できる。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明のゲルにおける含水ゲル形
成性高分子物質は、特に限定するものではなく、従来の
水処理用微生物の固定化に使用されるいずれの高分子物
質も使用できる。例えば、ポリビニルアルコール、ポリ
アクリルアミド、ポリエチルングリコールおよびそのモ
ノ−またはジ−(メタ)アクリレート、ポリウレタン、
アルギン酸塩(例、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸
アンモニウム)、カラギーナン(例、κ−カラギーナ
ン)、寒天、ペクチン等が使用できる。
【0007】硝化菌の純化は、自体公知の方法で行うこ
とができ、固定化する硝化菌としては、自然界から新た
に分離、純化した硝化菌または、例えば、つぎに示すよ
うな公知の純化された硝化菌を単独または組み合わせて
使用することができる。ニトロソモナス・ユーロパエア
(Nitrosomonas europaea)ATCC19718、同A
TCC25978、同IFO14298のようなニトロ
ソモナス(Nitrosomonas)属、ニトロソコッカス・オセ
アヌス(Nitrosococcus oceanus)ATCC19707
のようなニトロソコッカス(Nitrosococcus)属、ニト
ロソスピラ・ブリエンシス(Nitrosopira briensis)A
TCC 25971のようなニトロソスピラ(Nitrososp
ira)属、ニトロソロブス・マルチフォルミス(Nitroso
lobus multiformis)ATCC25196、同ATCC
25197、同ATCC25198)のようなニトロソ
ロブス(Nitrosolobus)属およびニトロソビブリオ・テ
ヌイス(Nitrosovibrio tenius)Nv−1のようなニト
ロソビブリオ(Nitrosovibrio)属に属するアンモニア
酸化細菌。ニトロバクター・アジリス(Nitrobacter ag
ilis)ATCC14123、ニトロバクター・ヴィノグ
ラドスキー(Nitrobacter winogradskyi)ATCC25
391、同IFO14297、ニトロバクター・ハンブ
ルグエンシス(Nitrobacter hamburgensis)#100、
ニトロバクター・スペシーズ(Nitrobacter sp.)AT
CC25381、同ATCC25382、同ATCC2
5383、同ATCC25384、同ATCC2538
5、同ATCC25387、同ATCC25388、同
ATCC25393のようなニトロバクター(Nitrobac
ter)属、ニトロスピナ・グラシリス(Nitrospina grac
ilis)ATCC25379のようなニトロスピナ(Nitr
ospina)属、ニトロコッカス・モビリス(Nitrococcus
mobilis)ATCC25380のようなニトロコッカス
(Nitrococcus)属およびニトロスピラ・マリナ(Nitro
spira marina)ATCC43039のようなニトロスピ
ラ(Nitrospira)属に属する亜硝酸酸化細菌。
【0008】本発明で用いる硝化菌の生育促進用金属含
有物質としては、鉄、モリブデン、マンガン、コバル
ト、亜鉛、銅、ニッケル、カルシウム、マンガン、チタ
ン、ジルコニウム、スズ等の難溶性金属の塩、酸化物お
よび金属単体の1種以上またはそれらを含有するセラミ
ックス、活性炭、珪酸塩または高分子樹脂(例、不飽和
ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂)が挙げられる。
これらの物質は、粉末状、顆粒状(粒径1μm〜10m
m、好ましくは1μm〜5mm)等の形状のものを、単
独または2種以上を組み合わせて使用でき、その添加量
は、硝化菌の生育促進に有効な量であれば、特に限定す
るものではないが、通常、ゲル形成に使用する含水ゲル
形成性高分子物質に対し、0.00001〜5%程度使
用する。少なすぎれば、効果が期待できず、多すぎる
と、かえって硝化菌の生育を阻害することとなる。
【0009】生育促進用基質、すなわち、被処理水中の
アンモニア、リン、炭酸塩(炭酸ガス)、その他の金属
の吸着材としては、活性炭、自然石を含む天然セラミッ
クス、人工セラミックス等が挙げられる。これらの吸着
材は、粉末状、顆粒状(粒径1μm〜10mm、好まし
くは1μm〜5mm)またはその他の任意の形状に成形
したもの等を、単独または2種以上を組み合わせて使用
でき、その添加量は、硝化菌の生育促進に有効な量であ
れば、特に限定するものではないが、通常、硝化菌を含
む含水ゲル形成性高分子物質溶液に対し、0.01〜2
0%程度使用する。少なすぎれば、効果が期待できず、
多すぎると、ゲル強度が低下する。
【0010】本発明のゲルの形状は特に限定するもので
はなく、球状、棒状、円柱状、角柱状、板状等、種々の
形状に成型でき、成型法も特に限定するものではない。
また、粒径も特に限定するものではないが、通常、粒径
1〜50mm程度とすることが性能上、好ましい。所望
により、本発明のゲルには、さらに、菌体破壊保護剤で
あるジメチルスルホキシド、グリセロール、珪酸塩化合
物等や、含水ゲルを膨潤させるための、少量の水溶性の
物質、例えば、アルギン酸ナトリウム等を包括させても
よい。
【0011】本発明の水処理用微生物固定化ゲルを製造
するには、まず、含水ゲル形成性高分子物質の水性溶
液、例えば、リン酸緩衝液、HEPES緩衝液、MOP
S緩衝液のような緩衝液の溶液を調製する。この溶液に
は、上記の硝化菌の生育促進用基質の吸着材や、難溶性
金属塩、それを含有する物質、所望により、他の添加剤
を添加しておく。これに純化した硝化菌の培養液と、要
すれば、保護剤等を添加する。硝化菌の添加は、通常、
1〜60℃の温度で行われ、添加する微生物量は、特に
限定するものではないが、通常、純化した硝化菌の培養
液または濃縮液重量として、用いる含水ゲル形成性高分
子物質の水性溶液の0.01〜10倍量とする。これに
より、以降の操作で、使用する硝化菌のほとんどを、包
括、固定化することができる。
【0012】純化した硝化菌の包括、固定化は、使用し
た含水ゲル形成性高分子物質の応じて、自体公知の方法
により行うことができる。例えば、含水ゲル形成性高分
子物質として、ポリビニルアルコールを使用する場合
は、温度転移およびほう酸法によって包括を行うことが
でき、また、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリ
レートやアクリルアミドのごとくビニル重合性モノマー
では、ラジカル重合により包括することができ、また、
ポリウレタンでは重付加によっても包括できる。包括、
固定化中または、その前、後に、自体公知の方法、例え
ば、キャスティング、カッティング、滴下造粒等によ
り、適宜成型することができる。かくして得られた本発
明のゲルは、自体公知の方法で、下水、産業廃水等の廃
水や、河川の浄化等の水処理に利用できる。水の処理方
法自体は特に限定するものではなく、通常の好気的処理
に効率よく使用することができる。
【0013】
【実施例】つぎに、実施例および比較例を挙げて本発明
をさらに詳しく説明するが、本発明は、これらに限定さ
れるものではない。 実施例1 市販のポリビニルアルコール(PVA−HC、クラレ
(株)製)75g、粉末活性炭(武田薬品(株)製)1
0gおよびアルギン酸ナトリウム(和光純薬(株)製)
10gをリン酸緩衝液750mlに分散させ、オートクレ
ーブ(121℃、20分)にて、溶解した。室温まで冷
却した後、難溶性金属塩(セブントール−C、武田薬品
(株)製)10g、ジメチルスルホキシド60ml、純化
されたアンモニア酸化菌(ニトロソモナス・ユーロパエ
アIFO14298)の培養液250mlをそれぞれ添加
し、混合撹拌した。混合液をシート状の型に流し込み、
凍結解凍法(−30℃で3回凍結、室温で2回解凍)に
よりゲル化させ、形成されたゲルを5mm角に切断し、包
括固定化ゲルを得た。得られた担体5mlを表1に示した
培地100mlを入れたエルレンマイヤーフラスコ中に投
入し、振盪下、28℃でpHが7以下に低下したら、培
地交換を行いつつ馴養し、同じ条件でアンモニア酸化速
度を測定した。
【0014】
【表1】
【0015】図1に、その結果を示す。図1から明らか
なごとく、馴養15日目から、急激に活性が上昇し、2
00mg−N/リットル・Hの最大活性に達した。
【0016】比較例1 市販のポリビニルアルコール(PVA−HC、クラレ
(株)製)75gリン酸緩衝液750mlに分散させ、オ
ートクレーブ(121℃、20分)にて、溶解した。室
温まで冷却した後、ジメチルスルホキシドを60ml、純
化されたアンモニア酸化菌(ニトロソモナス・ユーロパ
エアIFO14298)の培養液あるいはその10倍ま
たは100倍濃縮液250mlをそれぞれ添加し、混合撹
拌した。混合液をシート状の型に流し込み、公知の凍結
解凍法によりゲル化させ、形成されたゲルを5mm角に切
断し、包括固定化ゲルを得た。馴養およびアンモニア酸
化速度の測定は、実施例と同じ条件で行った。結果を図
2に示す。図2に示すごとく、培養液を濃縮して固定化
しないと活性が得られず、また、最大活性は、60mg−
N/リットル−ゲル・Hで、実施例1のものの、約30
%にすぎなかった。
【0017】図1および2の対比から明らかなごとく、
同じ培養液を包括させた場合、実施例1のものは比較例
1のものよりも迅速に活性が発現している。また、最大
活性は比較例1のゲルを用いた場合の3倍近い値が得ら
れた。
【0018】
【発明の効果】以上のごとく、本発明の水処理用微生物
固定化ゲルは、純化した硝化菌を使用するため、馴養に
要する期間が短く、かつ、高い活性を維持できるので、
硝化菌の処理が必要な水処理、特に、廃水の脱窒におい
て高い処理効率を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例におけるアンモニア酸化速度および馴
養時間の関係を示すグラフ。
【図2】 比較例におけるアンモニア酸化速度、固定化
菌液および馴養時間の関係を示すグラフ。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 純化した硝化菌、該硝化菌の生育促進用
    金属含有物質および生育促進用基質の吸着材を担持した
    含水ゲル形成性高分子物質のゲルからなる水処理用微生
    物固定化ゲル。
  2. 【請求項2】 硝化菌が、アンモニア酸化細菌である請
    求項1記載のゲル。
  3. 【請求項3】 硝化菌が、亜硝酸酸化細菌である請求項
    1記載のゲル。
  4. 【請求項4】 硝化菌が、アンモニア酸化細菌および亜
    硝酸酸化細菌である請求項1記載のゲル。
  5. 【請求項5】 生育促進用金属含有物質が、難溶性金属
    塩、金属酸化物、金属およびそれらの混合物からなる群
    から選択される物質またはそれを含むセラミックス、活
    性炭、珪酸塩または高分子樹脂である請求項1記載のゲ
    ル。
  6. 【請求項6】 請求項1の微生物固定化ゲルを使用する
    ことを特徴とする水処理方法。
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