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中度高温性硫黄酸化細菌及び該細菌を用いる硫化水素除去方法 コモンズ

国内特許コード P110004898
整理番号 P20060297
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2007-042126
公開番号 特開2008-199996
登録番号 特許第5167534号
出願日 平成19年2月22日(2007.2.22)
公開日 平成20年9月4日(2008.9.4)
登録日 平成25年1月11日(2013.1.11)
発明者
  • 中井 裕
  • 浅野 亮樹
出願人
  • 国立大学法人東北大学
発明の名称 中度高温性硫黄酸化細菌及び該細菌を用いる硫化水素除去方法 コモンズ
発明の概要

【課題】外環境微生物が混入しても生育及び硫黄酸化能(硫化水素除去能)が阻害されず、下水道等の環境中に放出された場合には生育が不可能となり、干渉汚染及び下水道のコンクリートや金属を腐食する恐れがないような、新たな硫黄酸化細菌を提供すること。
【解決手段】最適増殖温度及び最適硫黄酸化温度が40~50℃であり、35℃では生育しないことを特徴とする、チオモナス属に属する中度高温性硫黄酸化細菌、該細菌の硫黄酸化作用により、処理対象物中の硫化物を効率的、安全及び経済的(低コスト)で除去(分解)する方法、及び、該方法を利用する硫化物除去システム及び硫化物除去装置。
【選択図】 図2

従来技術、競合技術の概要


家畜より発生する排泄物は農地に肥料として投入されることにより有効利用されてきた。しかし近年の畜産の経営規模の拡大にともなう農家の畜産への専業化、耕種農業の化学肥料への依存などにより排泄物の農地への還元が次第に困難になり、家畜排泄物により環境問題が引き起こされるまでになっている。畜産業にかかわる環境問題は悪臭問題、地球温暖化ガス問題、水質汚濁問題、害虫問題など様々なものが存在し、排泄物の適正処理、有効利用は畜産経営に不可欠の要素となっている。



畜産経営に起因する苦情発生戸数の中でも悪臭に関する苦情が最も多く全体の半分以上を占め、畜産環境問題を考える場合、悪臭対策は避けて通れない課題である。



畜産に起因する悪臭物質の中でも硫化物は硫黄を分子中に含む物質の総称で、低濃度で臭気を発するものが多い。動植物の体内において硫黄はおもにシステインやメチオニンなどの含硫アミノ酸として存在し、硫黄原子はこれらの分子では-SH基の形をとる。含硫アミノ酸が腸管内および排泄物中で微生物によって嫌気分解されると硫化水素(H2S)が発生する。



硫化水素は微量でも強い臭気を発し、毒性も強いため現在では悪臭防止法により規制されており、0.2ppm以下という規制が設けられている。硫化水素は排泄物や汚水を放置すると嫌気条件が促進され、硫酸が還元されることによっても発生するので、畜産排泄物は速やかにコンポスト処理や廃水処理により硫酸に酸化させることが重要である。
植物の生育に硫黄は必須であるが、ほとんどの植物は硫酸態で硫黄を吸収する。一度動植物の体内から放出され、分解された硫黄は硫酸まで酸化しなければ再び有機体に吸収されないため、硫黄の循環において硫黄酸化は重要な反応である。



硫黄酸化細菌は、環境中に存在する硫化水素、硫黄元素などを酸化し、最終産物として硫酸を生成する細菌を指す。おもな硫黄酸化細菌としては好気条件下で硫黄酸化によりエネルギーを獲得する無色硫黄酸化細菌、嫌気、明条件下で硫黄酸化により獲得した電子を光合成経路に使う緑色、紅色硫黄酸化細菌が知られている。これらの細菌は土壌中、海水、淡水中に広く分布しており、環境中の硫黄酸化はこれらの細菌が関係している。



硫黄酸化細菌はこれまで黄鉄鉱の脱硫、石炭の脱硫を目的として研究され、いくつかは鉱山などで実際に利用されてきた。近年、環境問題への取り組みが本格化してくると、これらの細菌を用いて、悪臭含硫物質である硫化水素、硫化メチル、ジメチルスルフィドなどを酸化、分解し、悪臭を除去する研究がおこなわれている(非特許文献1~4)。



コンポスト処理過程の硫化水素放出について、排泄物中に蓄積された硫化水素が過程の初期において撹拌、通気され空気中へ放出される。この拡散を防止するため処理を密閉空間内で行い、排気口に硫化水素除去装置を設置し硫化水素を取り除くことが必要である。



硫黄酸化細菌を利用した生物型硫化水素除去装置は化学物理的処理に比べランニングコストが安いなどの利点があり、嫌気消化ガスの脱硫や皮革、製紙工業廃水など高濃度の硫化水素が発生する場所では既に実用化されている。



しかしながら、生物型硫化水素除去装置はその性質上、外環境微生物が混入し硫黄酸化細菌の生育および硫化水素除去能を阻害する恐れがある。また硫黄酸化細菌は下水道のコンクリートや金属を腐食することが報告されているが(非特許文献5)、硫化水素除去装置の硫黄酸化細菌が下水中へ流入する影響についての報告はほとんどない。



又、特許文献1には微生物酸化と空気酸化を併用した排水処理方法、特許文献2には、pH上昇抑止緩和剤をアルカリ金属酸化物と硫黄酸化細菌を利用して悪臭発生防止方法、特許文献3には嫌気的または微好気的条件下で嫌気的硫黄酸化細菌を利用して石油脱硫法、特許文献4には硫黄酸化細菌に適した固定化担体に関する発明がそれぞれ記載されている。

【非特許文献1】Cha JM, Cha WS, Lee J, 1999. Removal of organo-sulphur odour compounds by Thiobacillus no6ellus SRM, sulphur-oxidizing microorganisms Process biochemistry. 34:659-665

【非特許文献2】Chung YC, Huang C, Tseng CP. 2001. Biological elimination of H2S and NH3 from wastegases by biofilter packed with immobilized heterotrophic bacteria. Chemosphere. 43(8): 1043-50.

【非特許文献3】Kobayashi, S., and H. Shibata. 1999. Metsbolic characteristics of beggiatoa alba in thiosulfate medium and porcine colon contents. amimal science jarnal 70:349-355.

【非特許文献4】Nicolai RE, Janni KA. 2001. Biofilter media mixture ratio of wood chips and compost treating swine odors. Water Science Technology. 44(9): 261-7.

【非特許文献5】Vincke1 E, Verstichel1 S, Monteny J, Verstraete W. 1999. A new test procedure for biogenic sulfuric acid corrosion of concrete. Biodegradation 10; 421-428.

【特許文献1】特開2006-95478号公報

【特許文献2】特開2006-296739号公報

【特許文献3】特開2003-201484号公報

【特許文献4】特開平6-15294号公報

産業上の利用分野


本発明は、中度高温性硫黄酸化細菌及び該細菌を用いる硫化水素除去方法等に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
最適増殖温度及び最適硫黄酸化温度が40~50℃であり、35℃では生育しないことを特徴とする、チオモナス属に属する中度高温性硫黄酸化細菌RAN5株(NITE P-315)

【請求項2】
請求項1記載の中度高温性硫黄酸化細菌の硫黄酸化作用により、処理対象物中の硫化物を除去する方法。

【請求項3】
硫化物除去装置内で請求項1記載の中度高温性硫黄酸化細菌を培養し、該装置内に硫化物を含む処理対象物を投入し、該中度高温性硫黄酸化細菌の硫黄酸化作用により硫化物を除去することを特徴とする、請求項2記載の方法。

【請求項4】
硫化物を含む処理対象物が空気である、請求項3記載の方法。

【請求項5】
硫化物を含む空気がコンポスト、排水、食品加工廃棄物及び/又は家畜糞尿の処理過程から発生したものである、請求項4記載の方法。

【請求項6】
硫化物が、硫化水素、硫化メチル、ジメチルスルフィド、及びチオ硫酸から成る群から選択される少なくとも一種である、請求項2~5のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】
硫化物除去装置内で、中度高温性硫黄酸化細菌を40~50℃で培養することを特徴とする、請求項3記載の方法。

【請求項8】
硫化物除去装置内で、中度高温性硫黄酸化細菌を45℃で培養することを特徴とする、請求項7記載の方法。

【請求項9】
硫化物除去装置内で、中度高温性硫黄酸化細菌をpH5~7で培養することを特徴とする、請求項3記載の方法。

【請求項10】
硫化物除去装置内で、中度高温性硫黄酸化細菌をpH6.5で培養することを特徴とする、請求項9記載の方法。

【請求項11】
培地に緩衝剤に添加することにより、pHを5~7に維持することを特徴とする、請求項9記載の方法。

【請求項12】
硫化物除去装置内で、中度高温性硫黄酸化細菌を担体に固定して培養することを特徴とする、請求項3記載の方法。

【請求項13】
担体が親水性樹脂から成る多孔質ゲルビーズである、請求項12記載の方法。

【請求項14】
親水性樹脂がポリビニルアルコール(PVA)である、請求項13記載の方法。

【請求項15】
培地を連続的又は定期的に交換し、pHを5~7に維持することを特徴とする、請求項12~14のいずれか一項に記載の方法。

【請求項16】
培地中に環境試料が混入されている、請求項3記載の方法。

【請求項17】
環境試料が、コンポスト、おがくず、及び/又は農業用培土である、請求項16記載の方法。

【請求項18】
請求項3~17のいずれか一項に記載の方法を利用する硫化物除去システム。

【請求項19】
硫化物除去装置を含む、請求項18記載の硫化物除去システム。
産業区分
  • 微生物工業
  • 処理操作
  • 高分子化合物
  • 排気処理
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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