WO2001029203A1 - Support contenant des elements traces pour la croissance de micro-organismes - Google Patents

Support contenant des elements traces pour la croissance de micro-organismes Download PDF

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Takaaki Maekawa
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    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the invention of this application relates to a carrier for culturing microbial cells that diffuses inorganic elements and inorganic nutrients. Furthermore, the present invention relates to a microelement useful for a wastewater treatment device, a food manufacturing industry, a pharmaceutical manufacturing industry, and the like. ⁇ The present invention relates to a carrier for culturing bacterial cells that can diffuse inorganic nutrients. . Background art
  • the invention of this application is a new trace element capable of realizing high activity and high-density microbial cells in a bioreactor and wastewater treatment equipment.
  • ⁇ Inorganic nutrient diffusion type It is intended to provide a carrier for culturing bacterial cells.
  • the invention of this application solves the above-mentioned problems, and synthesizes a trace element for the growth of bacterial cells, or synthesizes an elemental polymer that is confined in a natural polymer.
  • the present invention also provides a microbial cell growth carrier (claim 1) containing a trace element characterized by being sandwiched and laminated by a natural inorganic porous material.
  • the invention of the present application discloses the carrier for cell growth (Claim 2) which is a granular body, a cylindrical body or a plate-like body, and the bacteria which are a honeycomb structure.
  • a carrier for body growth (claim 3) is also provided.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a columnar carrier of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a multi-cylindrical carrier.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a flat carrier.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a part of a carrier having a honeycomb structure.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example in which the carrier of the present invention is loaded in a bioreactor.
  • 6 (A) and 6 (B) are perspective views each showing an example of a carrier in which a plurality of rectangular or cylindrical porous bodies are cut out and filled with a polymer. .
  • FIGS. 7A and 7B are a side cross-sectional view and a plan view, respectively, showing an example of disposing a carrier on a bioreactor.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example in which a carrier is arranged in parallel with the flow in the bioreactor.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example in which the carrier of FIG. 3, FIG. 4 or FIG. 6 (A) is arranged.
  • the invention of this application relates to the binding type carrier as described above, wherein useful substances such as trace metal elements and inorganic nutrients necessary for the growth of bacteria are synthesized or synthesized in the binding type carrier. High concentration of macromolecules.
  • a porous material synthetic or natural inorganic porous material, which is easy for microorganisms to inhabit, is provided around the perimeter. Increase the microbial population.
  • Such a carrier is placed in a reactor, and the periphery of the carrier is to be treated.
  • the liquid comes into contact with the microorganisms in a flow such as parallel or orthogonal to the carrier. Is decomposed.
  • synthetic polymers include, for example, water-absorbing polymers and the like. Acrylic, meta-acryl, vinyl-coal, vinyl-ester, poly-ether, and poly-acrylates Various polymers or copolymers such as a gel system and a polyolefin system, and gels thereof are shown as typical examples. Trace elements and inorganic nutrients are encapsulated in these macromolecules and immobilized. This polymer can also be configured as an aggregate of fine particle polymers.
  • the polymer may be a natural polymer, and may be an agar gel, a cellulose type, a polysaccharide, or the like.
  • the inorganic porous material of the present invention may be any of synthetic or natural materials, such as ceramics, porous concrete, rock wool, A volcanic porous material such as pumice is used.
  • This porous body has a porosity of less than 95%, less force, or more preferably about 95-98%, including an approximate range slightly more than 98%. It is the most suitable for the growth of bacteria, with a diameter of 95 to 98% and a pore diameter of ⁇ 2 to 0.1 mm. It is also necessary to select a substance that does not elute substances (heavy metals such as Cd) that are harmful to the growth of the bacteria used. Furthermore, it is important to select natural products that are not easily degraded by facultative anaerobic bacteria.
  • the element macromolecules containing the above-mentioned trace elements and inorganic nutrients are laminated while being sandwiched by the above-mentioned inorganic porous bodies.
  • the overall shape of the carrier may be a cylindrical body such as a cylinder or a square tube, a plate-like body such as a flat plate or a curved plate, or any other various deformed body.
  • the trace elements and mineral nutrients in the present invention are selected from the trace metal elements and mineral nutrients that are usually considered.
  • trace elements for example, Mg, Mn, Fe, Ni, Co, Cu, Se, o, Al, W, Ca, B, etc.
  • Illustrative examples of inorganic nutrients include phosphate and carbonate of aluminum metal.
  • Bacteria are referred to, for example, on the surface of the porous body, in the inner pores, in the gaps, and the like.
  • the bond is fixed by covalent bonding, physical adsorption, or ion bonding.
  • the cells may be pre-enclosed in the carrier, or may be accumulated on the surface of the carrier depending on the characteristics of the carrier. Yes, it may be a coexistence of both.
  • the attached drawing is an example of the carrier of the present invention, and in the case of FIG. 1, a cylindrical carrier (1) is shown as an example.
  • the macromolecule (11) is a macromolecule containing microelements for the growth of bacterial cells, and also contains inorganic nutrients.
  • the core of the macromolecule is composed of inorganic minerals. It has a structure that is sandwiched and laminated by a hole (12).
  • FIG. 2 illustrates a multi-cylinder type carrier (1).
  • a macromolecule (11) enclosing trace elements such as nutrients for cell growth.
  • trace elements such as nutrients for cell growth.
  • FIG. 3 illustrates a flat carrier (1).
  • the plate-like polymer (11) similar to the above is made of an inorganic porous material.
  • the body (12) is sandwiched and laminated.
  • a carrier (1) having a honeycomb structure is illustrated.
  • the polymer (11) similar to the above is sandwiched and laminated by the inorganic porous material (12).
  • such a carrier is to be installed in a bioreactor.
  • the culture should be performed in the most efficient manner in relation to the flow of the liquid in the reactor.
  • it is possible to determine the carrier and its arrangement in consideration of the target bacterial species and their properties, substrates, trace elements, diffusion rates of inorganic nutrients, and the like.
  • FIG. 5 shows an example in which a carrier (1) as shown in FIG. 3 is loaded into a reactor (2)
  • FIGS. 6 (A) and 6 (B) The prismatic or columnar inorganic porous material (12) is peeled at a plurality of positions in a substantially parallel manner to hold the columnar or particulate trace elements and inorganic nutrients as described above.
  • the condensed polymer (11) is filled in.
  • Fig. 7 the side sectional view (A) and the plan view (B) are shown.
  • the flat carrier (1) shown in Fig. 3 is staggered up and down and left and right in a reactor (2) so as to control the flow.
  • Figure 8 shows the figure "!
  • FIG. 3 shows an example in which the carriers ("I) to (3) are arranged such that the side surfaces of the inorganic porous material (2) are substantially parallel to the flow direction of the culture solution.
  • Fig. 9 shows an example in which the carrier (1) of Fig. 3, Fig. 4 and Fig. 6 (A) is loaded on a bi-reactor, and similarly, the side surface flows.
  • the polymer is substantially parallel to the polymer. It has been confirmed that excellent functions are exhibited by setting the body filling rate to 15 to 25% (volume ratio) of the actual effective volume.
  • the cell for example, the cell
  • X indicates the density of the bacterium
  • X indicates the yield of the bacterium (which takes a certain value depending on the bacterium).
  • the bacterial density X can be increased 2 to 10 times as compared with the conventional method. Therefore, the decomposition rate of the suspension culture device is increased by 2 to 10 times as compared with the conventional method, and can be increased several times as compared with the bioreactor using the conventional carrier. It becomes possible.
  • the PVA (Polyvinyl Alcohol) polymer gel obtained by dissolving in water at 16% by weight and cross-linking with saturated boric acid has microelements and inorganic nutrients.
  • the resulting polymer is supported on a rock wool (asbestos) as an inorganic porous material so as to have a columnar shape as shown in FIG. 6 (B). ), And the cultivation of the bacterium is carried out so that the volume of the polymer filled in the carrier is equivalent to 20% of the liquid part.
  • the liquid temperature was set at 5 ° C, 15 ° C, and 25 ° C, respectively.
  • Table 1 shows the trace metal elements
  • Table 2 shows the basic inorganic salts
  • Table 3 shows the composition of the vitamin solution.
  • Table 4 shows the physical properties and composition of rock wool (asbestos) as an inorganic porous material.
  • Table 5 shows the results of comparing the cultivation of methane bacteria with those without using a carrier at each cultivation temperature. The following results were obtained.
  • culture is mainly affected by the volume of the polymer and the porosity of the inorganic porous material. It has been confirmed that if the porosity is between 95 and 98%, the volume of the porous material has almost no effect.
  • the volume of the polymer is set to 25% of the liquid volume as the upper limit.
  • a high activity and a high density of cells can be realized in a bioreactor or a wastewater treatment device. It is possible to provide a carrier for culturing bacterial cells, which is capable of diffusing inorganic elements and inorganic nutrients. Furthermore, the use of this carrier for environmental protection, such as for ecosystems, can be used to repair the deteriorating environment and to improve the speed of restoration. .

Description

明 細 書 微量要素 を 抱括 し た 菌体増殖用 担体 技術分野
こ の 出願の 発明 は、 微量要素 ' 無機栄養塩類拡散型菌体 培養用 担体 に 関 す る も の で あ る 。 さ ら に 、 こ の 発 明 は、 廃 水処理装置、 食 品製造工業 、 医薬品製造工 業等 に有用 な微 量要素 ■ 無機栄養塩類拡散型菌体培養用 担体 に 関す る も の で あ る 。 背景技術
従来 よ り 、 担体 を製造す る 方法 と し て は、 菌 ゃ酵素 を高 分子ポ リ マ ーゲル内 に抱括 さ せ る 方法 （抱括法） が知 ら れ て お り 、 工業的 に利用 さ れて い る 。
し か し なが ら 、 従来の方法に お い て は、 菌 の増殖に有用 な微量金属要素や無機栄養塩類が外部培養液か ら 担体内部 に拡散移動す る こ と に依存 し て い る た め に 、. こ れ ら の物質 の拡散速度 は菌 の 増殖 に律速 さ れ る 。 ま た 、 代謝 さ れた物 質 は担体表面への拡散抵抗があ る た め に 菌の 増殖に 阻害 と な る 場合が あ る 。 さ ら に 、 ガス 状の物質が代謝 さ れ る 場合 に は担体の 浮上 や破壊が生 じ る。 さ ら に ま た 、 抱括法等の 従来の方法 で は使用す る 高分子の 毒性に よ っ て 菌の 活性が 著 し 〈 減退す る た め、 菌 の 密度が高 ま っ て い て も そ の活性 は菌の密度 に必ず し も 比例 し な い等の 問題が生 じ て いた。
そ こ で 、 こ れ ら の 問題 を 解決す る た め に 、 菌 と 担体 と を 物理化学的 に 付着 さ せ る 表 面結合 型準体が開発 さ れた。 し か し なが ら 、 こ の方法 に お い て は、 菌が増殖す る際に 分泌す る 粘着性の高分子状物 質 と 担体 の 物 理化学的 な付着 に依存す る た め、 菌 の 増殖 は外部液か ら 浸入す る 液の 無機 栄養塩や微量要素成分の構成 に よ っ て 律速 さ れ る。 さ ら に 担体表面 に 存在す る 菌がバイ オ リ ァ ク タ 内 で 流動す る 際に 菌の は く 離が生 じ 、 高密度集積培養 に おの ずか ら 制限が発 生す る 等の 問 題が生 じ て いた。
そ こ で 、 こ の 出願の 発明 は、 高 い活性 と 高密度菌体 を バ ィ ォ リ ァ ク タ ゃ廃水処理装置内 に 実現 で き る 新 し い微量要 素 ■ 無機栄養塩類拡散型の 菌体培養用 担体 を提供す る こ と を 目 的 と し て しヽ る 。 発明の課題
こ の 出願の 発明 は、 上記の課題 を 解決す る も の と し て 、 菌体増殖の た めの微量要素 を 合成ま た は天然の高分子に抱 括 し た要素高分子体が合成ま た は天然の 無機質 多孔体に よ リ 挾持積層 さ れて い る こ と を特徴 と す る 微量要素 を抱括 し た 菌体増殖用 担体 （請求項 1 ) を 提供す る 。
ま た 、 こ の 出願の発 明 は、 粒状体、 筒状体ま た は板状体 で あ る前記菌体増殖用 担体 （請求項 2 ) や、 ハ ニ カ ム構造 体で あ る前記菌体増殖用 担体 （請求項 3 ) を も 提供す る。 図面の 簡単な説明
図 1 は こ の発明 の 円 柱状の担体 を例 示 し た 斜視図 で あ る。 図 2 は 多重円 筒状の 担体 を例示 し た斜視図 で あ る。 図 3 は平板状 の 担体 を例 示 し た 斜視 で あ る 。
図 4 はハニ カ ム状構造の 担体の 一部 を例 示 し た 斜視図 で あ る 。
図 5 こ の 発 明 の 担体 を バ イ オ リ ア ク タ に装入 し た例 を 示 し た 断面図 で あ る 。
図 6 ( A ) ( B ) は、 各 々 、 角 柱状 ま た は 円 柱状の 多 孔体 を複数個 所 く り ぬ いて 高分子体 を 充填 し た担体の例 を 示 し た斜視図 で あ る 。
図 7 ( A ) ( B ) は、 各 々 、 バイ オ リ ア ク タ への担体の配 置例 を 示 し た側 断面 図 お よ び平面 図 で あ る 。
図 8 バイ オ リ ア ク タ 内 の 流れ と 平行 に 担体 を 配置 し た例 を 示 し た断面 図 で あ る 。 図 9 図 3 、 図 4 ま た は図 6 ( A ) の 担体 を配置 し た例 を 示 し た 断面図 で あ る 。
な お、 図 中 の 符号は、 次の も の を 示 し て い る。
1 担体
1 1 高分子体
1 2 無機質 多 孔体
1 3 中 空部
2 リ ア ク タ 発明 を 実施す る た め の最 良の 形態
こ の 出願の 発明 は、 前記の と お り の結合型担体 と し て 、 菌の増殖 に 必要な微量金属要素や無機栄養塩 な どの有用 物 質 を結合型担体内 の 合成ま た は天然の高分子に高 い濃度で 抱括 さ せ る 。 そ し て 、 そ の 周 辺に 、 微生物が棲息 し やす い 多孔質物質 （合成ま た は天然の 無機質 多孔体） を配設 し 、 微生物の棲息密度 を高 め る 。
こ の よ う な担体は、 リ ア ク タ 内 に 配置 し 、 担体の 周 辺 を 処理すべ き 液体が担体 に 平行 あ る い は 直交す る 等の 流れの 中 で 微生物群に接触 し 、 基質 の 分解がな さ れ る 。
こ れに よ つ て 、 使用 す る 高 分子の 毒性に よ る 菌の 活性低 下 を 防止 し 、 ま た 、 担体 を 構成す る 高 分子体や無機質 多 孔 体の 厚 さ や空隙 を 調整す る こ と に よ っ て増殖阻害 を 防止す る 。 さ ら に 、 菌 の 種 と そ の 特性な ら びに 利 用 す る リ ア ク タ の 流動性に 対応 さ せ て 、 菌 の 物理的 は く 離 を 防止す る も の で あ る 。
ま た 、 こ の発 明 は、 メ タ ン 菌の 高濃度培養 を 図 る 研究上 の知 見、 す なわ ち 菌の増殖 に 必要な微量要素 · 無機栄養塩 の 欠 乏が菌 の増殖 を律速す る と の 観点 か ら 、 菌の密度は高 密度化 で き る こ と を発見 し た こ と に基 づ い て も しヽ る 。
さ ら に リ ー ビ ッ ヒ の最小則 、 す なわ ち 、 どの よ う な菌 も 菌が必要 と し て い る 物質が 1 つ で も 欠 乏す る と 菌の増殖 は 停止す る こ と に も こ の知 見 は符 合す る 。 こ の知 見 よ り 、 バ ィ ォ リ ァ ク タ ゃ廃水処理装置 内 で 活動 し て い る 各種の 菌の 増殖 に 必要 な物 質の 供給方法 と し て 、 担体内部 に こ れ ら の 物 質 を高； 度 に包括 さ せ、 拡散 に よ っ て 担体内部 よ り 表面 に拡散移動 さ せ て 、 表面 に 生息す る 菌 に こ れ ら の物質 を 供 給す る 。 こ れ を 菌が取 り 込む こ と に よ っ て 増殖 を つ づ け、 菌の 高密度状態が維持可能に な る こ と を実験的 に確認 し て も い る 。
微量要素や無機栄養塩類 を 抱括 し た こ の発明 の高分子に つ い て は、 合成高分子で は、 た と え ば吸水性ポ リ マ ー等 と し て 知 ら れて しヽ る ア ク リ ル系 、 メ タ ア ク リ ル系 、 ビニ ルァ ル コ ール系、 ビ ニ ルエ ス テ ル系 、 ポ リ エ ーテ ル系、 ポ リ エ ス 亍 ル系、 ポ リ オ レ フ ィ ン 系等の 各種の ポ リ マ 一ま た は共 重合 ポ リ マ ー、 そ れ ら の ゲル等が代表例 と し て 示 さ れ る。 こ れ ら の高分子 に微量要素 や無機栄養塩類が抱括 さ れ て 固 定化 さ れて い る 。 こ の 高分子 は微粒子 ポ リ マ ーの 集合体 と し て も 構成 で き る 。
ま た 、 さ ら に は、 高分子 と し て は天然の も の で も よ く 、 寒天ゲル、 セ ル ロ ース 系 、 多 糖類の 各種の も の 等で あ っ て よ い。
こ の発明 の 無機質 多 孔体 と し て は 、 合 成ま た は天然の各 種の も の で よ く 、 セ ラ ミ ッ ク ス や、 多 孔質 コ ン ク リ ー ト 、 岩綿、 軽石等の 火 山性の 多 孔質体な どが使用 さ れ る 。 こ の 多孔体は空隙率が 9 5 % よ り わず力、 に 少な し、か、 9 8 % を わずか に上 回 る 近似範囲 も 含 め て 9 5 ~ 9 8 %程度、 よ り 好ま し く は 9 5 〜 9 8 % で 、 空隙の 直径力《 2 ~ 0 . 1 m m の も の が最 も 菌の増殖 に 適 し て い る 。 ま た 、 用 い る 菌の增 殖に 有害な物 質 （ C d な どの 重金属 ） を 溶出 し な い も の を 選ぶ必要が あ る。 さ ら に 、 天然物 に あ っ て は通性嫌気性菌 に よ っ て 容易 に分解 さ れな い も の を選定す る こ と が重要で あ る。
前記の微量要素 さ ら に は無機栄養塩 を抱括 し た要素高分 子体 は、 こ の 発明 の 担体に お い て は、 前記の 無機質 多孔体 に挾持 さ れ た状態 で積層 さ れ る 。 担体 と し て の 全体形状 は、 円 筒、 角 筒等の 筒状体、 平板、 曲 面板等の板状体、 そ の他の 各種の異形体で あ っ て よ い。 な お 、 こ の発 明 に お け る 微量要素や無機栄養塩 は、 通常 考慮 さ れて い る微量金属要素、 そ し て 無機栄養塩の う ち か ら 選定 さ れ る も の 等 で あ っ て よ く 、 た と え ば微量要素 と し て は、 M g 、 M n 、 F e 、 N i 、 C o 、 C u 、 S e 、 o 、 A l 、 W 、 C a 、 B 等が例 示 さ れ 、 ま た 無機栄養塩 と し て は、 ア ル力 リ 金属 の リ ン酸塩 や炭酸塩等 で あ る 。
菌体 そ の も の に つ い て は、 前記 多 孔 質体 に 対 し て 、 た と え ばそ の 表面 や 、 内 部の 細孔 内 、 隙間 内 等 に お い て 、 た と え ば共有結合、 物理的 吸着、 あ る い は イ オ ン結合 に よ っ て 結合 固 定化 さ れ る こ と に な る 。 な お 、 菌体は、 あ ら か じ め 担体 に抱括 さ れて い て も よ し、 し 、 担体の特徴 に よ っ て 、 担 体表面 に 集積 さ れ る よ う に し て も よ しヽ し 、 そ の 両者の 共存 で あ っ て も よ しヽ。
添付 し た 図面 は、 こ の発明の担体 を例示 し た も の で あ つ て 、 図 1 の場合 に は、 円 柱型の担体 （ 1 ) を例 示 し て お リ 、 中 心芯部の高分子体 （ 1 1 ) は、 菌体増殖の た めの微 量要素、 さ ら に は無機栄養塩 を抱括 し た高分子体で あ り 、 こ の 芯部 は、 周 囲の 無機質 多 孔体 （ 1 2 ) に よ り 挾持積層 さ れた構造 を有 し て い る。
図 2 は、 多重円 筒型の担体 （ 1 ) を例示 し て い る 。 こ の 場合 に は、 中 空部 （ 1 3 ) を持 つ 円 筒体に お い て 、 菌体增 殖の た めの栄養塩等の微量要素 を 抱括 し た高分子体 （ 1 1 ) を 無機質 多 子し体 （ 1 2 ) に よ り 挾持 し て 積層 し た構造 を有 し て しヽ る。
図 3 は、 平板型の 担体 （ 1 ) を例 示 し て い る 。 こ の場合 に は、 平板状の前記 同様の 高分子体 （ 1 1 ) を 無機質 多孔 体 （ 1 2 ) が挾持 し て 積層 し た構造 と な っ て い る 。
図 4 の 場合 に は、 ハ ニ カ ム構造の 担体 （ 1 ) を例示 し て い る 。 中 空部 （ 1 3 ) を 囲 ん だ 壁面 に お い て 、 前記 同様の 高分子体 （ 1 1 ) が無機質 多 孔体 （ 1 2 ) に よ り 挾持積層 さ れ て し、 る 。
た と え ば 以上 の よ う な担体 は、 バ イ オ リ ア ク タ 内 に設置 さ れ る こ と に な る 。 こ の バイ オ リ ア ク タ への 使用 に際 し て は 、 リ ア ク タ 内 の 液流の 流れ と の 関 連で 、 培養が最 も 効 率的 に 行われ る よ う に 、 培養の 目 的 、 対象の 菌種 と その 性 質、 基質、 微量要素や無機栄養塩 の 拡散速度 等 を考慮 し て 担体 と そ の配置 を 定 め る こ と がで き る 。
た と え ば図 5 は、 図 "！ 〜 3 の よ う な担体 （ 1 ) を リ ア ク タ （ 2 ) 内 に装入 し た例 で あ り 、 図 6 ( A ) ( B ) は、 角 柱状 ま た は 円 柱状の 無機質 多 孔体 （ 1 2 ) を 、 複数個所に お い て略平行に く リ ぬ いて 円 柱状 ま た は粒子状の前記同様 の微量要素 · 無機栄養塩 を 抱括 し た高分子体 （ 1 1 ) を充 填 し た例 を 示 し た も の で あ る 。 図 7 の 場合 に は、 そ の側断 面図 （ A ) お よ び平面 図 （ B ) に示 し た よ う に 、 た と え ば 図 3 の 平板状の 担体 （ 1 ) を リ ア ク タ （ 2 ) 内 に 、 流れ を 制御す る よ う に 、 上下 お よ び左右 に 千鳥状 に配置 さ れて い る。 図 8 は、 図 "！ 〜 3 の担体 （ "I ) を 、 培養液の 流れ方向 に対 し て 、 前記無機質 多孔体 （ 2 ) の 側 面部が略平行に な る よ う に配置 し た例 を示 し て し、 る 。 図 9 は、 図 3 、 図 4 お よ び図 6 ( A ) の担体 （ 1 ) を バイ 才 リ ア ク タ に積ん で構 成 を例 示 し て お り 、 同様に 、 側面部が流れに略平行に な る よ う に し て い る 。 こ の 図 9 の 態様 に お い て は、 前記高分子 体の 充填率 を 実有効容積 の 1 5 〜 2 5 % ( 体積率） と す る こ と で 優れた機能が発揮 さ れ て い る こ と が確認 さ れて い る 。
こ の 発明 の担体の 使用 に よ っ て 、 た と え ば菌体濃度 は 1
0 ~ 2 5 g — d r y · c e I i Z i が期待 で き る 。 従来 の 方法 で は、 1 ~ 5 g — d r y · c e I i l 程度 で あ つ た。
ま た 、 廃水処理な どの 分解系 で は基質量 を S と すれ ば、 そ の 分解 は、 d S
=- μ ■ Χ/Υ
d
で 表せ る 。
こ こ で 、 は菌の 比増殖速度、 X は菌の 密度、 は 菌の 収率 （菌 に よ っ て 一 定 の 値 を と る ） を示す。
こ の 発明 に よ り 、 ； u は / m , * に近 い と こ ろ で 運転可能 と な る た め 、 菌密度 X を 従来 よ り 2 ~ 1 0 倍高 め る こ と がで き る の で 、 懸濁培養装置の 分解速度 は従来 よ り 2 ~ 1 0 倍 に増加 し 、 従来の担体 を 利 用 し た バイ オ リ ア ク タ と 比較 し て 数倍増加 さ せ る こ と が可能 に な る 。
そ こ で 以下実施例 を 示 し 、 さ ら に詳 し く こ の 発明 に つ い て説明 す る。
実施例
重量平均分子量約 2 0 0 0 、 ゲ ン価度 9 8 % の も の を約 1 6 重量％ で水 に溶解 さ せ て 飽和ホ ウ 酸で 架橋 さ せ て 得 ら れた P V A ( ポ リ ビ ニ ル ア ル コ ール） ポ リ マ ーゲルに、 微 量要素 と 無機栄養塩 と し て の金属塩類 を担持 さ せ、 得 ら れ た高分子体 を 、 図 6 ( B ) の 円 柱状 に な る よ う に 無機質 多 孔体 と し て の ロ ッ ク ウ ール （ 石綿） の 6 本の く り ぬ き 部 に 充填 し 、 担体 に 充填 し た高分子の 容積が液部 の 2 0 % に相 当 す る 割合 と し て メ タ ン 菌 の 培養 を 行 い、 担体 を 用 いな い 場合 と 比較 し た。 液温度 を 、 5 °C 、 1 5 °C 、 2 5 °Cの 各々 と し た。
表 1 は、 微量金属 要素 を 、 表 2 は、 基礎無機塩類 を 、 ま た 表 3 は、 ビ タ ミ ン 溶液の組成 を 各 々 例示 し た も の で あ る。
さ ら に ま た表 4 は、 無機質 多 孔体 と し て の ロ ッ ク ウ ール (石綿） の 物理的物性 と 組成 を 示 し た も の で あ る。
表 1
Component Concentrat i on ( Λί g Z 1 iter)
M g C I ■ 6 H 2 O 41 0
M n C I · 4 H 2 0 50
F e C I 2 .· 4 Hz 0 50
N i C I 2 • 6 H 2 0 1 2
Z n S 04 • 7 H 2 0 1 0
C o C I 2 • 6 H 2 〇 1 0
C a C I 2 ■ 2 H2 0 1 〇
N a 2 S e 03 8
N a 2 o 04 · 2 H2 〇 2. 4
C u S 04 • 5 H2 〇 1
A I K (S 04 ) 2 1
H 3 B 03 1. 8
N a W04 • 2 H2 〇 1
表 2
Component Concentration (mg/ "し iter)
KH2 P 3400
K2 H P 04 3400
N H4 C I - 21 30
N a 2 C O 3 2540
Resazur i n 2
0 3
Component Concentration ( μ し iter)
Biol in 20
Fo 1 i c acid 20
Pyr i dox i ne hydrochloride 1 00
Thiamine hydreh 1 or i de 50
R i bof 1 av i n 50
N i cot i n ! c ac i d 50
Calcium Dし— pantothenate 50
p-Ami nobenzoi c acid 50
し i po i c ac i d 50
表 4 口ックウールの物理的特性と組成 密度 (kg/m3) 80±12
真比重 2.9
空隙率 (%) 95〜98
Si02： 42, Al203： 15, CaO： 33, 組成 (%) MgO : 6, Fe： 0.5, Ti02： 0.9,
MnO： 0.2, Na20： 1， K20： 0.8， メ タ ン 菌の培養に つ い て 、 各 々 の 培荤温度 で の 担体 を用 い な い場合 と 比べた結果 メ タ ン 菌量 お よ び メ タ ン発生速度 に つ い て は表 5 の と お り の 結果 が得 ら れ た。
¾ 5 担体内微量要素と無機栄養塩濃度は従来の方法の 1 0 0 0倍の濃度を持たせてある。
Figure imgf000013_0001
リ ァ ク タ 内 に装入 る 前記高分子体 と 無機質 多 孔体の う ち 、 培養 に を 及 ぼす の は主 と し て 高分子体の 容積 と 無 機質 多 孔体の空隙率で あ る こ と が確認 さ れて い る が、 空隙 率が 9 5 ~ 9 8 % で あ る な ら ば 多 孔体の みか けの体積 はほ と ん ど影響がな い。
担体が図 5 の 形態で あ る 場合 、 高分子体の 容積 は液容量 の 2 5 % を ね よ そ の上限 と し て し \ る と 判断 さ れ る。
そ し て 、 表 5 か ら 明 ら か な よ う に 、 担体 を 用 いな い場合 に比ベて メ タ ン菌量で 2 . 3 ~ 4 . 8 倍、 メ タ ン発生速度 で 4 5 〜 5 . 8 倍の優れた 効果が得 ら れて い る こ と か ら 、 図 7 ~ 図 9 に 示す模型 プラ グ フ ロ ー方式の バィ ォ リ ア ク タ に お い て も 同様 に優れ た結果が得 ら れ る と 考 え ら れ る 。 そ こ で 、 実際の 生態系への 応用 と し て 、 硝化 · 脱窒 菌 を 用 い、 生活廃水路の 底 に、 多孔性 コ ン ク リ — 卜 ブ ロ ッ ク に前記高分子体 を組み込ん で 図 6 ( A ) の よ う に し た も
2 の を置 し、 て 実験 し た こ と ろ 、 T 一 N 、. T 一 P で それぞれ に 5 0 % ~ 6 0 % 、 4 0 - 5 0 % ( 年間 平均 ） の 除去率 を達 成 し て しヽ る 。 産業上の 利 用 可能性
以上詳 し 〈 説明 し た と お り 、 こ の 出 願の発 明 に よ っ て 、 高 い活性 と 高密度菌体 を バ イ オ リ ア ク タ や廃水処理装置内 に実現 で き る 新 し い微量要素 · 無機栄養塩類拡散型の 菌体 培養用 担体 を提供す る こ と がで き る 。 さ ら に こ の 担体 を生 態系 な ど環境保全 に 利用 す る こ と に よ っ て 、 悪化 し て い る 環境の修復や修復速度の 向 上 に役立 て る こ と が可能 と な る 。

Claims

請求 の範囲
1 . 菌体増殖の た め の 微量要素、 も し く は微量要素 と 無 機栄養塩 を 合成ま た は天然の 高分子 に 抱括 し た要素高分子 体が合成ま た は天然の 無機質 多 孔体 に よ リ 挾持積層 さ れて い る こ と を 特徴 と す る 微量要素 を 抱括 し た 菌体増殖用 担 体。
2 . 粒状体、 筒状体 ま た は板状体で あ る 請求項 1 の 菌体 増殖用 担体。
3 . ハニ カ ム構造体で あ る 請求項 1 の 菌体増殖用担体。
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