JPS62166889A - 固定化微生物、該固定化微生物の製法及び該固定化微生物を用いる水処理方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、固定化微生物、該固定化微生物の製法及び該
固定化微生物を用いる水処理方法に関する。

従来の技術及びその問題点 微生物は、その物質変換能力を利用して、各種有用物質
の製造分野や水処理分野等の多方面に亘って広く実用さ
れている。微生物を利用する水処理方法の１種として、
嫌気醗酵法が知られており、この方法は好気醗酵法であ
る活性汚泥法に比べて、余剰汚泥の微生物発生量が約１
７１０になるという利点がある。

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、微生物自体が一般に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、目的とする処理効率をある程度以上向上できないこ
とや、処理侵に微生物を回収して繰返し使用することが
困難で、使用微生物の散逸が避けられないことなどが挙
げられる。

嫌気醗酵法による水処理効率を向上させるための一つの
方法として、寒天、アルギン酸カルシウム、コラーゲン
等の天然の固定化剤やポリビニルアルコール（ＰＶＡ）
、ポリアクリルアミド、光硬化性樹脂等の合成高分子の
固定化剤に嫌気性微生物を高濃度で保持させる、いわゆ
る微生物固定化法が知られている。この微生物固定化法
は、酸素阻害、負荷変動、ｐＨ変化、温度変化等に敏感
な微生物を安定に維持できるという利点がある。

しかしながら、前記した固定化剤のうち、天然物の多く
は、嫌気Ｓ酵に用いると２０日前後で可溶化崩壊するた
めに、長期連続運転には適さないという欠点がある。ま
た、ポリアクリルアミドや光硬化性樹脂は、ゲル化に際
して、重合開始剤を使用するため、この作用によって微
生物が損傷やショックを受けるという問題点がある。ま
たＰＶＡは、ゲル化するために凍結乾燥操作を要し、固
定化操作が煩雑になる。この他、微生物の固定化法とし
て、無機、有機の担体に、微生物を付着させる方法もあ
るが、担体に生物膜が付着し、定常化するまでに長時間
を要するという難点がある。

問題点を解決するための手段 本発明者は、水の再生処理において用いる各種の微生物
を高濃度で、長期間安定に保持し得る微生物の固定化方
法について鋭意研究を重ねてきた。

その結果、空隙率の高い構造材を担体とし、これに、微
生物を含有するポリアクリル酸ソーダ及び／又はポリメ
タクリル酸ソーダの溶液を含浸させた後、架橋ゲル化さ
せることによって、簡単な操作で、短時間に大量の微生
物を固定化することが可能となり、該担体に固定化され
た微生物は、固定化条件が温和であることから活性が低
下することはなく、また微生物が高濃度で固定化され、
処理水と微生物との接触頻度が高いことから、水処理反
応槽の小型化や水処理速度の大巾な向上が図れ、更に、
負荷変動等に対する微生物の安定性を向上させることが
可能となることを見出した。本発明は、このような知見
に基づいて完成されたものである。

即ち、本発明は、以下に示す固定化微生物、該固定化微
生物の製法及び該固定化微生物を用いる水処理方法を提
供するものである。

■　高空隙率の構造材からなる担体中に、ポリアクリル
酸金属塩ゲル及び／又はポリメタクリル酸金属塩ゲルで
包括固定化された固定化微生物。

■　ポリアクリル酸ソーダ及び／又はポリメタクリル酸
ソーダ、並びに微生物を含有する溶液を、高空隙率の構
造材に含浸させた後、多価金属イオンにより、ポリアク
リル酸ソーダ及び／又はポリメタクリル酸ソーダをゲル
化させることを特徴とする固定化微生物の製法。

■　微生物を用いる水処理において、高空隙率の構造材
からなる担体中にポリアクリル酸金属塩ゲル及び／又は
ポリメタクリル酸金属塩ゲルで包括固定化された固定化
微生物を用いることを特徴とする水処理方法。

以下、本発明の固定化微生物について、その製法より詳
述する。

本発明において固定化微生物の担体として用いる構造材
は、固定化すべき微生物を用いる水処理方法において分
解や可溶化を生じない安定な材質であって、多孔性で空
隙率の高いものであればよい。空隙率は、通常５０〜９
５％程度が好ましく、また空隙部の形状は、閉塞形の細
孔よりも、全方位から通気又は通水が可能な連続気孔を
もったものが好ましい。

このような構Ｔｉ＋Ａとしては、ウレタンフオーム等の
連続発泡体、各種化学繊維及びその不織布、石綿布、ガ
ラス布、軽石等の充分な空隙部を有するものを例示でき
る。

構造材の形状は、特に限定されず、例えばシート状、チ
ップ状、粒状、球状等の各種の形状のものが使用できる
。空隙率が高い構造材を用いる場合には、処理水と微生
物との接触面積は大きく取れるので、体積が大きくても
よいが、構造材の空隙率が小さい場合には、処理水との
接触面積が大きくなるように、構造材を小粒乃至小片と
して用いることが好ましい。

本発明において用いられる微生物としては、特に限定は
なく、従来から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−属（Ａｃｈｒｏｎ＋ｏ
ｂａｃｔｏｒ　）　、アルカリ土類金属（八Ｉｃａｌｉ
ｇｅｎｅｓ　）　、バチルス属（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）　
、バクテリウム属（ａａｃｔｅｒｔｕｍ　）、コリネバ
クテリウムＨ，（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ　）
　、７ラボバクテリウム属（Ｎａｖｏｂａｃｔｅｒｉｕ
ｍ）　、ｖイクロバクテリウム属（Ｈｉｃｒｏｂａｃｔ
ｅｒｉｕｍ）　、ｖイクロコツカス属（Ｈｉｃｒｏｃｏ
ｃｃｕｓ　）　、シュードモナス属（ＰＳｅＵｄｏｍＯ
ｎａＳ　）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（Ｈｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅ
ｒｉｕｌｌｒｏｒｍｉｃｉｕｍ　。

Ｍ、ｏｍｃｌｉａｎｓｋｉｉ　、　Ｈ，ｐｒｏｐｉｏｎ
ｉｃｕｍ　１Ｈ，ｓｏｈｎｇｅｎｉｉ　。

Ｈ，５ｕｂｏｘｙｄａｎｓ等）、メタノコツカス属（Ｈ
ｅｔｈａｎｏｃｏｃｃｕｓ　　ｍａｚｅｉ　、Ｈ，ｖａ
ｎｉｃｌｉｉ等）、メタノサルシナ属（ｆ４ｅｔｈａｎ
ｏｓａｒｃｉｎａ　　ｍｅｔｈａｎｉｃａ　。

Ｈ，ｂａｒｋ１３ｒｉｉ等）等の菌を夫々例示できる。

本発明では、上記微生物を前記担体としての構造材中に
固定化するためにポリアクリル酸ソーダ及び／又はポリ
メタクリル酸ソーダを用いる。本発明で使用するポリア
クリル酸ソーダ及びポリメタクリル酸ソーダは、特に限
定はされないが、重合度１万〜１０万程度のものが好ま
しい。

本発明方法では、まず微生物とポリアクリル酸ソーダ及
び／又はポリメタクリル酸ソーダとの混合液を調製する
。微生物濃度は、用いる微生物の種類や得られる固定化
微生物の使用目的に応じて適宜に決定される。一般に微
生物濃度が高い方が、水処理効率を向上できる点で好ま
しいが、好気性微生物を用いる場合には、固定化された
微生物と酸素とが充分に接触できることが必要であり、
過度に高濃度の混合液を用いることは好ましくない。

微生物源として、例えば、活性汚泥を用いる場合には、
溶液中への分散性を考慮して、ＭＬＳＳが１０〜２０％
程度の種汚泥を用いることが適当である。ＭＬＳＳが、
この範囲よりも大巾に大きく、水分量が少ない種汚泥を
用いる場合には、溶液中に均一に分散させることが困難
となる。種汚泥を用いる場合の混合液中での微生物のＲ
高濃度は、種汚泥を溶液中に均一に分散できるＭが限度
となり、例えば、ＭＬＳＳ２０％程度の種汚泥を使用す
る場合には、ＭＬＳＳがすべて微生物からなると仮定す
ると混合液中の微生物濃度は、１５０ｇ／Ｑ程度が上限
となる。微生物濃度の下限は特に限定されないが、効率
のよい水処理を行なうためには、５０　（Ｊ／Ｑ程度以
上の微生物濃度とすることが好ましい。

混合溶液中のポリアクリル酸ソーダ及び／又はポリメタ
クリル酸ソーダの濃度は、３％程度以上とすることが好
ましい。これを上回る濃度では、微生物の固定化が不充
分となる。一方、ポリアクリル酸ソーダ及び／又はポリ
メタクリル酸ソーダの濃度の上限は、混合液中へのこれ
らの溶解性の点で通常５％程度であるが、微生物濃度が
低い場合には、より高い濃度とすることも可能である。

微生物とポリアクリル酸ソーダ及び／又はポリメタクリ
ル酸ソーダとの混合液を調製した後、該混合液を担体と
してのＭ？Ｊ造材に充分に含浸させる。

構造材中への混合液の含浸法は、通常混合液中に構造材
を浸漬し、必要に応じて撹拌するか、又は減圧状態とし
て、構造材中の気泡を抜きながら、構造材内部まで混合
液を充分含浸させる方法等によればよい。

Ｍ４造材の使用量は、構造材の空隙率によって異なるが
、一般に、混合液の液量に対して、同量から３倍量程度
の体積の構造材を用いることが適当である。通常空隙率
の低い構造材を用いる場合には、含浸される液量が少な
くなるので、多量の構造材を使用することが可能となる
。

構造材中に、微生物とポリアクリル酸ソーダ及び／又は
ポリメタクリル酸ソーダとを含有する混合液を含浸させ
た後、該構造材を多価金属塩溶液と接触させて、ポリア
クリル酸ソーダ及び／又はポリメタクリル酸ソーダの架
橋反応を行なわせる。

ここで用いられる多価金属塩としては、多価金属イオン
として、例えば、カルシウムイオン、マグネシウムイオ
ン、ストロンチウムイオン、バリウムイオン、銅イオン
、カドミウムイオン、鉄イオン、アルミニウムイオン等
を含むものを例示でき、具体例として塩化カルシウム、
塩化マグネシウム、酢酸カルシウム、酢酸マグネシウム
、塩化ストロンチウム、塩化銅、塩化カドミウム、硝酸
カルシウム、硝酸マグネシウム、塩化鉄、塩化アルミニ
ウム等を挙げることができる。上記多価金属塩は、通常
１〜５重量％程度の溶液として用いることが好ましい。

多価金属塩の使用量は、ポリアクリル酸ソーダ及び／又
はポリメタクリル酸ソーダのカルボキシル基に対する多
価金属イオンの理論当量に対して、多価金属イオンが１
．５〜２倍階程度となるようにすればよく、例えば、Ｃ
ａ　ＣＱ　２　・２Ｈ２０を使用する場合には、ポリア
クリル酸ソーダ１ｇに対して、ＣａＣＱ２・２Ｈ２０が
１．１〜１．６ｇ程度となるようにすればよい。

構造材と多価金属塩溶液との接触は、通常、多価金属塩
溶液中に構造材を投入して浸漬することによって行なわ
れる。微生物どして嫌気性微生物を使用する場合には、
この過程で微生物が酸素と長時間接触することを避ける
ために、不活性ガス雰囲気又は、真空下において構造材
を浸漬することが適当である。好気性微生物を使用する
場合には、大気雰囲気中で浸漬処理を行なえばよい。

構造材を多価金属塩溶液と接触させることにより、構造
材中に含浸されたポリアクリル酸ソーダ及び／又はポリ
メタクリル酸ソーダの架橋反応が起こり、微生物は生成
したゲル中に含有されて構造材の全面に分散凝縮する。

かくして得られる固定化された微生物は、構造材の空隙
等に分散付着したポリアクリル酸及び／又はポリメタク
リル酸の金属塩のゲル中に包括固定化されたものとなる
。この固定化微生物を廃水処理等に用いる場合には、ゲ
ルの同化後に構造材中に存在する空隙部に、処理水が侵
入し易く、このため処理水と微生物を固定化したゲルと
の接触面積が大きくなり、また該ゲルは多孔質であるこ
とから処理水と微生物との接触頻度が高くなるという利
点がある。これに対して、構造材中に含浸させることな
く、単にポリアクリル酸ソーダと微生物とからなる混合
液をゲル化させるだけの場合には、ポリアクリル酸ソー
ダが水分を脱雛して固結する性質があることから、処理
水と微生物との接触頻度が低くなるという欠点がある。

例えば空隙率９６％の合成繊維不織布球状体を担体とし
て微生物を固定化する場合には、微生物含有ゲルが構造
材に分散凝縮した後は、該不織布の空隙率は、５０〜７
０％程度となり、この空隙部へは水が自由に出入できる
ので、処理水と固定化された微生物とは、非常に高い頻
度で接触することとなる。

上記方法によって得られる本発明の固定化微生物では、
高濃度の微生物が長期間安定に保持され、また、固定化
された微生物と処理水との接触ＶＡ度が高く、従来の微
生物を用いる水処理に利用して、−ｍ良好な効果が得ら
れるものである。以下、本発明の固定化微生物を用いる
水処理方法について述べる。

本発明の固定化微生物を用いる水処理法は、従来の都市
下水や各種産業排水等の処理における好気性処理法や嫌
気性処理法において、微生物を上述した固定化法に従い
固定化して用いることを除いては、基本的には同様の操
作により行なうことができる。本発明製法では、微生物
を高濃度で固定化でき、得られる固定化微生物は、接触
反応効率が高く、また微生物の負荷変動耐性、酸・アル
カリ耐性等が高いなどの利点があり、水処理に用いると
、処理効率の向上や長期間安定な処理をおこなうとか可
能となる。特に本発明方法により得られる固定化微生物
を嫌気性処理法による廃水処理に用いる場合には、廃水
処理の処理効率を著るしく向上できることから、嫌気性
処理法の処理効率を従来の活性汚泥法による水処理と同
等のちのとでき、嫌気性処理法における滞留時間の大幅
な縮少や有機物負荷濃度の向上が可能となる。従って、
本発明により、嫌気性処理法の利点である省エネルギー
余剰汚泥の減少、廃水中の固型物の液化作用、汚泥の良
好な濃縮性や脱水性などの特徴をより一層有効に利用で
き、また発生メタンガスの有効利用を図ることなども可
能となる。

発明の効果 本発明方法によれば、高濃度の微生物を固定化すること
ができ、また固定化された微生物は、処理水との接触頻
度が非常に高くなる。従って、微生物反応効率が非常に
高くなり、処理時間の短縮や処理装置の小型化等が可能
となる。また、該固定化微生物は、負荷変動耐性、酸・
アルカリ耐性等が高く、また担体である構造材内部への
空気や油の侵入が困難であることから、酸素耐性、高級
脂肪酸耐性等も高くなり、微生物は、長期間安定に維持
される。また、処理水°と共に搬出されるスラッジ（浮
遊物）量が非常に少なく、沈澱池等を必要としないとい
う利点もある。

本発明固定化微生物は、上記の如き優れた特性を有する
ものであり、水処理分野、特に嫌気醗酵処理において極
めて有用である。

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
て示す。

実施例１ ポリアクリル酸ソーダ（重合度２２０００〜６６０００
）の８％水溶液５００−を調製し、これに固定化すべき
微生物として、下水処理場のメタン醗酵汚泥（ＭＬＳＳ
２０％）を５００ｇ加えて、汚泥含有ゾル約１ＱをｖＡ
製した。次にポリエステル短！！維からなる直径１０〜
１５ｍｍ径の球状担体（空隙率９６％＞１．５Ｑを上記
ゾルに投入し、減圧下（真空デシケータ中）で３０分間
浸漬して、担体空隙部に汚泥ゾルを含浸さ「た。次いで
塩化カルシウム１％溶液５Ｑ中に上記担体を入れ、窒素
雰囲気中で４時間溶液中に放置した後、炉別水洗して本
発明固定化微生物を得た。この微生物を固定化した担体
は、空隙率的７０％であり、水の再生処理に用いた場合
に、該空隙部に容易に水が侵入するものであった。

このようにして得た固定化微生物を用いて、以下の方法
により、固定床方式による嫌気醗酵を行ない、水の再生
処理を試みた。

反応槽としては長さ１００ｃｍ、内径４．１ｃｍ。

容Ｗ１１．２Ｑのプラスデックパイプ中に上記固定化微
生物を充填し、これを直列に３本連結したものを使用し
、汚水としては、ペプトン−グルコース合成廃水試料を
用いて、３７℃で一過式通水によるメタン醗酵処理を行
なった。

廃水試料としては、有機物負荷濃度ＴＯＣ５００ｍＱ／
Ｑ　、２２００ｍＯ／ｆ２の２種類を用い、通水速度ハ
、ＴＯＣ５００１１（１／Ｑ１７）ものは７００Ｉｎ１
２／ｈｒとし、ＴｏＣ２２００ＩＩ１ｇ／Ｑのもツバ３
００鵬／ｈｒとした。反応槽中の滞留時間と廃水試料中
のＴＯＣ値との関係を求めた結果を第１表（Ｔ　ＯＣ５
００ｍａ／　Ｑの廃水）及び第２表（Ｔ。

Ｃ２Ｃ２２０Ｏ／［７）廃水）ニ示ス。

第　　　１　　　表 第　　　２　　　表 各々の場合の１日当りの容積負荷は、２．３ｋｃ＋−Ｔ
ＯＣ／ｍ’　／ｄａｙ　、４．４ｋａ−ＴＯＣ／ｍ３／
　ｄａｙとなり、ＢＯＤ容積負荷に換算するとこの２倍
程度と考えられる。

上記した結果から判るように、本発明の固定化微生物を
用いることによりＴＯ０５００ｍＭ９程度の廃水では、
反応槽中の滞留時間５時間程度、ＴＯＣ２２００ＩＩｌ
ａ／Ｑ程度の廃水テハ、′ｆ６留時間１２時間程度で９
０％以上の有機物処理ができ、滞留時間の大幅な縮少や
有機物角化濃度の向上ができる。従って、本発明の固定
化微生物を用いることにより、嫌気醗酵法による廃水処
理が、活性汚泥処理に充分に対抗し得るものとなり、省
エネルギー、余剰汚泥の減少などが図れ、また、浮遊物
の流出が極めて少ないために、沈澱池が不必要となり、
メタン回収ができるなど多くの利点が生じる。

実施例２ 各種の固定化剤により微生物を固定化した固定化微生物
を用いる嫌気醗酵法による廃水処理、及び汚泥浮遊法に
よる嫌気醗酵廃水処理を行ない、メタン生成活性の比較
を行なった結果を以下に示す。

固定化微生物は、実施例１の方法で得た微生物の他に、
固定化剤として、ポリアクリルアミド、寒天、アルギン
酸カルシウム及び市販吸水樹脂の各々を用いて従来法に
より得たものを用いた。

固定化する微生物としては、下水処理場メタンＰＩＪ酵
汚泥（ＭＬＳＳ２０％）を各々の場合に１０９ずつ用い
た。

廃水処理は、２Ｑの処理槽を用いて、ＴＯ０５００ｍＭ
　Ｑのペプトン−グリコース合成廃水試料を３７℃で中
温醗酵する方法により行なった。

ＰＩＪ酵５日目のメタン生成活性を第３表に示す。

第　　３　　表 固定化微生物を用いる方法では、固定化剤として、寒天
及びアルギン酸カルシウムを用いる場合に実施例１の担
体を用いる場合よりもメタン生成活性が大きくなったが
、寒−大役、びアルギン酸カルシウムは２０日間連続処
理を行なうことにより、可溶化してゲルは崩壊した。

（以　上）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）高空隙率の構造材からなる担体中に、ポリアクリ
   ル酸金属塩ゲル及び／又はポリメタクリル酸金属塩ゲル
   で包括固定化された固定化微生物。
2. （２）ポリアクリル酸ソーダ及び／又はポリメタクリル
   酸ソーダ、並びに微生物を含有する溶液を、高空隙率の
   構造材に含浸させた後、多価金属イオンにより、ポリア
   クリル酸ソーダ及び／又はポリメタクリル酸ソーダをゲ
   ル化させることを特徴とする固定化微生物の製法。
3. （３）微生物を用いる水処理において、高空隙率の構造
   材からなる担体中にポリアクリル酸金属塩ゲル及び／又
   はポリメタクリル酸金属塩ゲルで包括固定化された固定
   化微生物を用いることを特徴とする水処理方法。