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電子供与体供給剤、電子供与体供給剤の製造方法、およびそれを用いた環境浄化方法 新技術説明会

国内特許コード P100000794
掲載日 2010年7月2日
出願番号 特願2009-264383
公開番号 特開2011-104551
登録番号 特許第5392719号
出願日 平成21年11月19日(2009.11.19)
公開日 平成23年6月2日(2011.6.2)
登録日 平成25年10月25日(2013.10.25)
発明者
  • 平石 明
  • 辻 秀人
  • 山田 剛史
出願人
  • 国立大学法人豊橋技術科学大学
発明の名称 電子供与体供給剤、電子供与体供給剤の製造方法、およびそれを用いた環境浄化方法 新技術説明会
発明の概要

【課題】加水分解性を向上させても使用環境下において固体状態とすることができ、且つ、生分解に伴った電子供与体の放出速度を制御することのできるポリ乳酸系樹脂を含む電子供与体供給剤、その製造方法、及びそれを用いた環境浄化方法を提供する。
【解決手段】重量平均分子量が略12000以下、結晶化度が10%以上で且つ40%以下であって使用環境の温度下で固体状態にあるポリ乳酸系樹脂を用いて電子供与体供給剤が形成されているので、生物学的処理において微生物の基質となり得る十分な加水分解性を備えつつ使用環境下で固体状態のものとできる。また、重量平均分子量と結晶化度との2つのパラメータを調整することで、電子供与体となる乳酸の供給速度に多様性を付与できる。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


従来より、生活廃水や工場廃水などの影響による河川、湖沼の富栄養化や、農地への窒素肥料の施肥による周辺水環境(地下水、河川、湖沼)への汚染を防止するために、廃水処理が行なわれている。



かかる廃水処理は、一般的にコスト的に有利な生物学的処理によって行なわれる。廃水処理施設では、処理槽に導入された汚水が活性汚泥の存在下で曝気され、汚水に含まれる有機物(BOD(Biochemical Oxygen Demand)源)は、活性汚泥中の好気性微生物の作用によって分解される。この活性汚泥による処理では、窒素成分を除去する機能が弱く、アンモニア等の窒素成分は残存しやすい。



冨栄養化の原因物質の一つは硝酸塩(窒素成分)であり、廃水中の有機物が完全に取り除かれたとしても、最終放流水中にかかる窒素成分が多く含まれていると、植物性プランクトンの異常増殖を促進してしまうなどして廃水処理は意味を失ってしまう。



そこで、近年では、活性汚泥処理の後に、硝化菌によってアンモニアを硝酸塩とする硝化処理が行われ、次いで、嫌気性条件下で、脱窒菌による脱窒処理にて窒素成分の除去が行なわれている。



この脱窒処理は、有機物(即ちBOD源)をエネルギー源とし、硝酸塩を電子受容体とする脱窒菌の還元作用を利用したものであり、エネルギー源である有機物は電子供与体となって還元反応に必要な電子を供給する。これにより、硝酸塩は、亜硝酸、一酸化窒素、一酸化二窒素を経て窒素まで還元され、その結果、廃水中の各種窒素化合物は、窒素ガスとして大気中に放散されて除去される。



この脱窒処理には、上記したように微生物のエネルギーとなる電子供与体が必要であるが、活性汚泥による処理にて電子供与体となりうる有機物は大部分が既に取り除かれているので、脱窒に必要な還元力が不足してしまう。このため、現状では、メタノールや酢酸などの低分子有機物を電子供与体として、処理槽に添加している。



しかし、メタノールや酢酸などは、液体であるため作業性が悪い上、槽内での消費量を把握することが難しい。このため、かかる電子供与体の添加のタイミングや添加量の的確な判断が困難となって、本来の必要量に対して電子供与体の過不足が生じ易い。電子供与体が不足する場合には、脱窒が不十分となって河川等の富栄養化を招きかねず、電子供与体が過剰である場合には、添加した電子供与体による二次汚染を引き起こしかねない。



そこで、固形有機物を電子供与体として用いるいわゆる固相脱窒法が提案されている。例えば非特許文献1~4には、この固相脱窒法において、生分解性プラスチックであるポリ(3-ヒドロキシ酪酸)(PHB)、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリ乳酸(PLA)を活性汚泥や廃水中に添加することで窒素除去を試みた報告がされている。



更には、生分解性プラスチックを電子供与体として用いた生物学的処理により、窒素化合物のみならず有機塩素系化合物や石油系炭化水素の分解、除去できることが知られている。



また、特許文献1には、生分解性プラスチックであるポリカプロラクトンを電子供与体として用いて、水、土壌の脱窒を行う技術が開示されている。



特許文献2には、脱窒菌などの微生物が固定された高分子ゲルの一面にて処理液に接触し、他面において電子供与体となる固体型の生分解性プラスチックを接触するように設けたバイオリアクターが開示されている。



特許文献3には、処理液を脱窒するために、生分解性プラスチックと、硝化菌および脱窒菌とをポリビニルアルコールで包括固定化した技術が開示されている。かかる特許文献2および3には、当該技術で用いる生分解性プラスチックの1としてポリ乳酸が例示されている。



ここで、生分解性プラスチックの1つであるポリ乳酸は、微生物にて直接産生するのではなく、発酵法で産生する乳酸を基に化学合成にて産生できる汎用性生分解性プラスチックであり、工業ベースでの生産が開始され、医療、住宅、車など様々な分野へと用途展開されている。また、今後も需要の拡大が見込まれる生分解性プラスチックである。



特許文献4には、このポリ乳酸を利用した環境浄化の技術として、繰り返し単位数が2~10の低分子量のポリ乳酸と多官能アルコールとを反応させて半固体状のポリエステル(ポリ乳酸系樹脂)を作製し、かかるポリエステルから乳酸を電子供与体として徐放させ、微生物により有機塩素系化合物を分解する技術が開示されている。



また、特許文献5には、公知の生分解性プラスチックを熱分解や加水分解によってオリゴマーとしたものを用い、有機塩素系化合物や石油系炭化水素を分解して土壌浄化を行う技術が開示されており、公知の生分解性プラスチックの1としてポリ乳酸についての例示がなされている。

産業上の利用分野


本発明は、生物学的処理において使用される電子供与体供給剤、その製造方法、及びそれを用いた環境浄化方法に関し、特に、加水分解性を向上させても使用環境下において固体状態とすることができ、且つ、加水分解に伴った電子供与体の放出速度を制御することのできるポリ乳酸系樹脂を含む電子供与体供給剤、その製造方法、及びそれを用いた環境浄化方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
微生物による生物学的処理に用いられ、該微生物に電子供与体を供給する電子供与体供給剤において、
重量平均分子量が略12000以下、結晶化度が10%以上で且つ40%以下であって使用環境の温度下で固体状態にあるポリ乳酸系樹脂を含むことを特徴とする電子供与体供給剤。
【請求項2】
前記ポリ乳酸系樹脂は、重量平均分子量が略9500以上であることを特徴とする請求項1に記載の電子供与体供給剤。
【請求項3】
微生物による生物学的処理に用いられ、該微生物に電子供与体を供給する電子供与体供給剤の製造方法において、
原料のポリ乳酸系樹脂の分子量を低下させる低分子量化工程と、
その低分子量化工程にて低分子量化されたポリ乳酸系樹脂を、その融点以上の温度で融解する融解工程と、
その融解工程により融解されたポリ乳酸系樹脂を、融点未満の温度でアニールするアニール工程とを有し、
そのアニール工程により結晶化させて固体状態としたポリ乳酸系樹脂を用いて電子供与体供給剤を製造することを特徴とする電子供与体供給剤の製造方法。
【請求項4】
前記低分子量化工程は、重量平均分子量が略9500以上で且つ略12000以下の範囲となるように、原料のポリ乳酸系樹脂を低分子量化するものであることを特徴とする請求項3に記載の電子供与体供給剤の製造方法。
【請求項5】
前記アニール工程は、前記ポリ乳酸系樹脂の結晶化度が、10%以上で且つ40%以下となるようにアニールを行うものであることを特徴とする請求項3又は4に記載の電子供与体供給剤の製造方法。
【請求項6】
生物学的処理によって被処理物質中の特定成分を無害化する環境浄化方法において、
請求項1しくは2に記載の電子供与体供給剤又は請求項3から5のいずれかに記載の製造方法によって製造された電子供与体供給剤を用いて生物学的処理を行うことを特徴とする環境浄化方法。
【請求項7】
前記被処理物質は水系の液体であり、
前記特定成分は、窒素化合物であり、
前記電子供与体供給剤を用いて液中の窒素化合物を除去する脱窒処理を行うことを特徴とする請求項6に記載の環境浄化方法。
【請求項8】
前記ポリ乳酸系樹脂に含まれるポリ乳酸が、前記被処理物質中において、略3w/v%の濃度となるように投入されていることを特徴とする請求項7に記載の環境浄化方法。
【請求項9】
前記被処理物質は、土壌であり、
前記特定成分は、窒素化合物であり、
前記電子供与体供給剤を用いて土壌中の窒素化合物を除去する脱窒処理を行うことを特徴とする請求項6に記載の環境浄化方法。
【請求項10】
酢酸と乳酸とが添加された硝酸含有水溶液を用い、該水溶液中で増殖する微生物を集積培養し、その集積培養微生物を前記被処理物質中に添加することを特徴とする請求項7から9のいずれかに記載の環境浄化方法
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2009264383thum.jpg
出願権利状態 登録
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