微生物活性制御物質供給方法及びその装置並びにそれを利用した環境浄化方法及びバイオリアクター
【課題】 ポンプや制御装置などを用いずに微生物の活動に必要な物質を与えてその活性の制御を可能とする。
【解決手段】非多孔性膜２を少なくとも一部に備える密封構造の容器４の中に微生物活性制御物質３を充填し、微生物活性制御物質３を容器４の非多孔性膜２の部分から非多孔性膜２の分子透過性能に支配される速度で容器４の周辺に供給し、容器の周辺の微生物の活性を制御する。微生物活性制御物質３は、微生物のエネルギー源となる電子供与体として機能する物質、酸性物質、塩基性物質、無機塩類、酸素放出物質及び酸素吸収物質のうちの少なくとも１種以上であり、酸性物質と塩基性物質、酸素放出物質と酸素吸収物質の組み合わせは除かれる。
【解決手段】非多孔性膜２を少なくとも一部に備える密封構造の容器４の中に微生物活性制御物質３を充填し、微生物活性制御物質３を容器４の非多孔性膜２の部分から非多孔性膜２の分子透過性能に支配される速度で容器４の周辺に供給し、容器の周辺の微生物の活性を制御する。微生物活性制御物質３は、微生物のエネルギー源となる電子供与体として機能する物質、酸性物質、塩基性物質、無機塩類、酸素放出物質及び酸素吸収物質のうちの少なくとも１種以上であり、酸性物質と塩基性物質、酸素放出物質と酸素吸収物質の組み合わせは除かれる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物活性制御物質供給方法及びその装置並びにそれを利用した環境浄化方法及びバイオリアクターに関する。さらに詳述すると、本発明は、微生物を利用した生物学的処理により除染対象領域に存在する環境汚染物質を効率良く除去する際の微生物活性制御物質供給方法及びその装置並びにそれを利用した環境浄化方法及びバイオリアクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
微生物を利用した生物学的処理を行う際には、アルコールなどの有機物を微生物のエネルギー源となる電子供与体として供給しなければならない場合がある。例えば、被処理液中に存在するアンモニア等の窒素化合物を生物学的処理によって除去する下水処理プロセスにおいては、硝化反応の後の脱窒反応の際に、脱窒反応を速めるために、メタノールが微生物のエネルギー源となる電子供与体として制御装置により制御されるポンプ装置によって必要量だけ供給されるようにしている（特許文献１）。
【０００３】
また、被処理液中に存在するアンモニア等の窒素化合物の除去に有効な微生物が固定化されたシート状の高分子ゲルの一面に被処理液を接触させ、他面に脱窒処理に必要なエネルギー源としての電子供与体を接触させる形式の窒素除去バイオリアクター（特許文献２並びに３）においても、微生物のエネルギー源となるアルコールを電子供与体として供給するようにしている。アルコールの供給は、バイオリアクター内に形成された高分子ゲル担体の内側の空間とアルコール貯留槽とを配管で連結した循環路を利用して、循環ポンプや様々なバルブや計器類などを操作してアルコールの供給タイミング並びに量を制御している。
【０００４】
ここで、アルコールの供給が過剰であると、微生物が消費しきれずに水中などにアルコールが残留して水質を悪化させる虞があり、その反面、アルコールの供給量が少ないと、エネルギー源不足となって脱窒反応が不十分となり亜硝酸濃度が高まる問題が生ずる。そこで、アルコールの供給は、ポンプなどを用いてその供給量とタイミングが制御され、アルコール貯留タンクから１０％程度の濃度に希釈されたアルコールが供給されるように設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３２６０５５４号
【特許文献２】特許第３３４０３５６号
【特許文献３】特許第２８８７７３７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、従来のバイオリアクターにおける微生物への電子供与体供給方法は、脱窒菌のエネルギー源となる電子供与体であるメタノールやエタノール等のアルコール溶液の供給量を一定量に維持するためのポンプや制御装置などの一連の設備が必要であり、設備が大型化すると共に設備操作も複雑化することから、ランニングコストが高くなるという問題を有している。
【０００７】
また、メタノールやエタノール等のアルコール溶液が高濃度の場合、前記溶液を微生物に直接接触させると微生物が死に至ることがあり、前記溶液は必ず水で希釈して微生物が死なない程度の濃度に調整しなければならないという煩わしさも有している。しかも、アルコール原液を使うことができないため、希釈して貯蔵しなければならず、その分だけ貯留タンクが大型化してしまう問題を有している。さらに、従来の微生物への電子供与体供給方法は、アルコールを希釈したものをそのまま微生物に供給するようにしているため、不純物の多い廃アルコールなどでは利用できない問題がある。例えば、茶の精製過程で生じる廃アルコールには、カテキンが含まれるため、これをエネルギー源として用いると、希釈して用いても微生物を死滅させる虞がある。そこで、不純物を除いた状態で用いなければならないため、廃アルコールの再利用が事実上できなかった。
【０００８】
さらに、特許文献２あるいは３に記載されているような、微生物が固定化されたシート状の高分子ゲルで囲まれた空間内に脱窒処理に、必要なエネルギー源としての電子供与体を接触させる型式の窒素除去バイオリアクターにおいては、リアクターから溢れ出ない程度の量のアルコールを供給パイプでリアクターの中に供給しなければならないため、リアクターを大型化するほどアルコールが隅々までうまく拡散し難くなり、大型化が難しい。
【０００９】
また、微生物を利用した生物学的処理を行う際には、電子供与体を供給する以外にも、微生物が活性化し易い環境を整えておくことで、効率よく生物学的処理を行うことができる。したがって、微生物が活性化し易い環境を整えるため各種物質を微生物に供給するための簡易な手法の確立が望まれている。
【００１０】
そこで、本発明は、ポンプや制御装置を用いずに微生物の活動に必要な活性制御物質を与えて微生物の活性の制御を実現できる簡易な方法及び装置を提供することを目的とする。また、本発明は、リアクターの大型化を可能とする微生物への活性制御物質の供給方法及び装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は廃アルコールをエネルギー源として再利用可能な微生物への活性制御物質の供給方法および装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は微生物への活性制御物質供給に関し、管理の必要のないコンパクトなバイオリアクターを提供することを目的とする。さらに、本発明は液相、気相または固相の被処理領域中に存在する環境汚染物質、例えばアンモニアや硝酸イオン、亜硝酸イオンなどを効率良く除去するためのバイオリアクターを提供することを目的とする。
【００１２】
さらに、本発明は、特定の微生物のみをある環境下で活性化させることを目的とする。また、本発明は、除染対象領域に存在する微生物の活動と増殖を制御して、機能させたい微生物を選択的に活性化したり、定着させたりすることにより、環境浄化や土壌改良を行う方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる目的を達成するため、本発明者等は、非多孔性膜であるポリエチレン膜の片面にメタノールやエタノール原液を接触させると、他面からメタノール分子やエタノール分子を緩やかに供給できる非多孔性膜の分子透過性に着目した。そして、非多孔性膜の分子透過性を利用することにより、微生物のエネルギー源となる電子供与体として機能する物質を均一かつ緩やかな徐放性をもって微生物に供給することが可能であることを知見した。また、非多孔性膜の分子透過性を利用して微生物の活動に必要な様々な物質を透過させて微生物に緩やかに供給することで、微生物の活性を制御することが可能であることを知見し、本願発明に至った。
【００１４】
かかる知見に基づく本発明の微生物活性制御物質供給方法は、非多孔性膜を少なくとも一部に備える密封構造の容器中に微生物活性制御物質を充填し、微生物活性制御物質を容器の非多孔性膜部分から非多孔性膜の分子透過性能に支配される速度で容器周辺に供給し、容器周辺の微生物の活性を制御するようにしている。また、かかる知見に基づく本発明の微生物活性制御物質供給装置は、微生物活性制御物質と、非多孔性膜を少なくとも一部に備える密封構造の容器とを含み、容器内には微生物活性制御物質が充填され、微生物活性制御物質を容器の非多孔性膜部分から非多孔性膜の分子透過性能に支配される速度で容器周辺に供給し、容器周辺の微生物の活性を制御するものである。
【００１５】
容器内に充填された微生物活性制御物質は、非多孔性膜の分子透過性能に支配される速度で徐放される。そこで、微生物活性制御物質の非多孔性膜透過速度を、非多孔性膜の分子透過性能を決定する要素である膜材料や膜厚、膜密度などで調整することにより、微生物活性制御物質を常時緩やかに供給して、微生物の活性の制御を行うことができる。
【００１６】
したがって、微生物活性制御物質供給量を一定量に維持するための設備を備える必要がなくなり、従来のようにポンプや制御装置で供給量を制御した場合と比較して設備コストやランニングコストを大幅に低下させることが可能である。しかも、装置全体が非多孔性膜で構成される場合には、微生物活性制御物質を非多孔性膜の全面から広い範囲で緩やかに放出させて、バイオリアクターの隅々まで微生物活性制御物質を供給できるので、バイオリアクターの大型化が可能である。
【００１７】
また、直接微生物に接触させると微生物を死滅させる虞のある殺菌性の微生物活性制御物質、例えば原液のアルコールを用いても、単位面積当たりのアルコール分子の透過量を十分に少なくして、濃度が薄められて与えられるため、アルコール原液を用いても微生物を死滅させることが無い。しかも、アルコールを水で希釈して微生物が死滅しない程度の濃度に調整する従来行われていた工程を省略して手間を省くことができると共に、同じ容積の液量で長時間アルコールを供給することが可能となる。
【００１８】
ここで、微生物活性制御物質としては、電子供与体物質、酸性物質、塩基性物質、無機塩類、酸素、酸素放出物質及び酸素吸収物質が挙げられ、そのうちの１種類を用いてもよいし、あるいは２種類以上を組み合わせて用いてもよい。ただし、酸性物質と塩基性物質の双方を充填すると容器内で中和反応を起こして、容器周辺のｐＨ制御を行うことができなくなるので、この組み合わせは除外する。また、酸素放出物質と酸素吸収物質の双方を充填すると容器周辺への酸素供給と、容器周辺からの酸素吸収ができなくなるので、この組み合わせも除外する。但し、異なる容器に収める場合には、この限りではない。
【００１９】
微生物活性制御物質供給方法及び装置において、単一で微生物活性制御物質を用いる場合、例えば微生物のエネルギー源となる電子供与体として機能する物質を用いる場合には、容器周辺の微生物のうちの電子供与体を必要とする微生物の活性を制御することができる。また、酸性物質または塩基性物質を用いる場合には、容器周辺のｐＨを制御して微生物の活性を制御することができる。さらに、無機塩類を用いる場合には、容器周辺の無機塩濃度を高めて微生物の活動の維持や増殖のための好適な環境を整え、活性化を促すことができる。また、酸素放出物質を用いる場合には、容器周辺に酸素を供給して好気性雰囲気を形成することにより、容器周辺の微生物うちの好気性微生物の活性化を制御することができる。さらに、酸素を吸収する物質を用いる場合には、容器周辺の酸素を吸収して嫌気性雰囲気を形成することにより、容器周辺の微生物のうちの嫌気性微生物の活性化を制御することができる。
【００２０】
また、微生物活性制御物質を容器に２種類以上充填することで、あるいは異なる微生物活性制御物質を充填した微生物活性制御物質供給装置を併用することによって、電子供与体供給による微生物の活性制御、ｐＨ制御による微生物の活性制御、無機塩濃度の上昇による微生物の活性化促進、酸素供給による好気性雰囲気形成、酸素吸収による嫌気性雰囲気形成を選択的に同時に実施することで、微生物の活性を複合的に制御し、あるいは相乗効果により、様々な微生物の活性を制御することが可能になる。
【００２１】
ここで、微生物活性制御物質として用いられる電子供与体物質は、水素、硫化水素及び非多孔性膜を透過し得る有機化合物の群からなる１種または２種以上である。
【００２２】
また、電子供与体物質として廃アルコールを使用することが環境的にも経済的にも好ましい。非多孔性膜は「分子ふるい」のような役割を持っており、透過させようとする分子の分子量が大きくなるにつれて、その分子を透過し難くなる。また、分子の極性などの性質によってもその透過性が大きく変化する。したがって、非多孔性膜をポリエチレンやポリプロピレンに代表される疎水性の膜とした場合には、電子供与体物質の中に不純物例えばカテキンやシアン化合物のように微生物に対して毒性を呈する抗菌性の分子が混入していても、分子サイズの大きなカテキンや極性の高いシアン化合物などは透過し難く、微生物にとって無害な電子供与体物質を主成分として透過させることが可能となる。廃アルコールの再利用は、廃棄物の量を減らすことができて環境にとって好ましいと共に廃棄物の有用化を可能としてエネルギー源のコストを下げることができる。例えば、現在、蒸留、精製等の過程を経て再生されている廃アルコールを、これらの処理を行うことなくそのまま用いることができ、大幅なコストダウンを実現できる。より具体的には、食品、医薬品製造工程などで生じる廃アルコールを、微生物毒性を持つ物質（カテキンなど）を蒸留などの除去工程を経ることなく、微生物のエネルギー源として有効利用できる。
【００２３】
ここで、電子供与体物質は、液体状態であっても気体状態であっても、その分子が非多孔性膜を少しずつ透過することで容器周辺に徐放される。したがって、アルコールやベンゼン、トルエン、フェノール等の揮発性有機物が容器内で液体と気体の状態で混在している場合であっても非多孔性膜の全面から徐放される。
【００２４】
微生物活性制御物質として用いられる酸性物質は、例えば、塩酸、硫酸、硝酸その他の無機酸、酢酸その他の有機酸が挙げられるが、これらに限定されない。塩基性物質は、例えば、水酸化ナトリウム、アンモニアなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２５】
微生物活性制御物質として用いられる無機塩類としては、硫酸アンモニウムその他のアンモニウム塩、硝酸カリウムその他の硝酸塩、リン酸カリウムその他のリン酸塩が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
【００２６】
微生物活性制御物質として用いられる酸素放出物質としては、酸素や空気が挙げられる。また、過酸化水素水、過炭酸ナトリウム・過酸化水素付与物、過酸化カルシウム、過酸化マグネシウムなどの酸素を発生する物質が挙げられる。また、過酸化水素水を用いる場合には、酸素生成触媒として二酸化マンガンや過マンガン酸カリウムを併用しても良い。
【００２７】
微生物活性制御物質として用いられる酸素吸収物質としては、還元鉄のような固体還元剤や、還元剤を入れた溶液、例えば亜硫酸ナトリウム溶液が挙げられる。
【００２８】
次に、微生物活性制御物質を充填する容器は、非多孔性膜を少なくとも一部に有するものであれば十分であるが、より好ましくは全体が非多孔性膜で構成されることである。この場合には、微生物活性制御物質が隅々まで放出される。
【００２９】
また、この容器の形状は、フレームに非多孔性膜を張り付けたようなものでも良いが、膜だけで袋状あるいはチューブ状に形成し、微生物活性制御物質を密封するものであることが好ましい。容器をこのような形状とすることで、非常に使いやすい形態となり、微生物活性制御物質が充填されている間は自律的に緩やかに一定速度で微生物活性制御物質が供給される。したがって、メンテナンスを必要とせず、装置構成を簡素化することが可能である。また、密封した微生物活性制御物質を使いきったときには、微生物活性制御物質が密封された新しい袋状あるいはチューブ状の容器と交換するだけで良い。使用済みの袋状あるいはチューブ状の容器は、リサイクルに供することで、再資源化が可能である。
【００３０】
また、容器は微生物活性制御物質を補給可能な構造とすることが好ましい。例えば、容器に微生物活性制御物質を補充する供給部を備えるようにする。また、液体の微生物活性制御物質を用いる場合には、供給部に微生物活性制御物質を一時的に貯留するタンク部を備えて容器と一体に形成するようにしたり、もしくは容器を微生物活性制御物質貯留タンクと連通し、必要に応じて微生物活性制御物質を補充可能とする供給ノズルを備えることが好ましい。この場合には、タンク内に微生物活性制御物質を貯留しておけば、袋内の微生物活性制御物質が減ってきたときに、微生物活性制御物質がタンクと容器の圧力差により補充できる。
【００３１】
ここで、本発明にかかる微生物への微生物活性制御物質供給方法及び装置において、非多孔性膜としては、疎水性の膜、親水性の膜または親水性と疎水性の両方の性質を有する膜を、容器内に充填される微生物活性制御物質の性質に合わせて用いることができる。
【００３２】
次に、本発明にかかる微生物活性制御物質供給装置には、非多孔性膜を摩擦や外力などの外部衝撃から保護する保護材を非多孔性膜の表面に備えることが好ましい。保護材としては、例えば、ナイロンネットや不織布等を用いることができるがこれらに限定されるものではない。そして、保護材により非多孔性膜の一部あるいは全面を覆うことで、非多孔性膜を外部衝撃から保護することができる。また、この保護材を剛性の高い部材により筒状、鞘状に形成し、当該保護材に微生物活性制御物質供給装置を挿入することで、微生物活性制御物質供給装置の膨らみを防いで厚みを薄くすることができる。したがって、微生物活性制御物質供給装置を例えば処理槽などに収容するときの密度を上げることができる。
【００３３】
また、本発明にかかる微生物活性制御物質供給装置の非多孔性膜の表面に微生物を固定し得る担体を備えることで、人工的にあるいは自然に微生物を非多孔性膜の表面に定着させて、その活性を効率よく制御することができる。
【００３４】
次に、本発明の環境浄化方法は、微生物活性制御物質供給装置を除染対象領域に配置し、微生物活性制御物質供給装置の近傍に微生物活性制御物質を供給して、微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物の活性を制御することにより環境汚染物質を除去するようにしている。したがって、除染対象領域に本発明の微生物活性制御物質供給装置を配置するだけで、微生物活性制御物質が除染対象領域に常時緩やかに供給されて、除染対象領域に存在する微生物を活性化して、環境汚染物質の除去を行うことができる。
【００３５】
ここで、本発明における除染対象領域とは、環境汚染物質が存在している土壌、地下水、汚泥、河川及び海洋を主に意味しているが、これに特に限定されるものではない。また、微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物とは、除染対象領域に棲息している微生物に限られず、除染対象領域に添加された微生物、非多孔性膜の表面に備えられている担体に固定された微生物も含まれる。また、環境汚染物質を分解処理する為に有効な微生物が人為的に添加された施設、例えば、微生物の汚染物質処理能を利用した排水処理施設も含んでいる。
【００３６】
そして、本発明の環境浄化方法において、微生物活性制御物質として電子供与体物質を供給して、当該微生物のうちの電子供与体を必要とする微生物を活性化する場合、環境汚染物質を除去することができる。つまり、微生物活性制御物質供給装置近傍に存在する微生物のうちの電子供与体を必要とする微生物を選択的に活性化させて機能させることができる。
【００３７】
また、非多孔性膜を介して徐放される電子供与体物質分子の単位面積当たりの透過量を、微生物の生存を維持する為に最低限必要な量に調整することで、電子供与体を必要とする微生物の活性化が起こらない程度に微生物に電子供与体物質を供給して、容器周辺の電子供与体を必要とする微生物の生存を長期に亘り維持することができる。したがって、ある環境に存在する微生物を死滅させずに保持し続けることができる。また、微生物の生存を維持する為に最低限必要な量の電子供与体物質を供給することで、微生物の共代謝を利用した環境汚染物質の除去を効率よく行うことが可能となる。
【００３８】
また、酸素を供給して、微生物活性制御物質供給装置近傍に存在する微生物のうちの好気性微生物を活性化して環境汚染物質を除去することもできる。
【００３９】
また、電子供与体物質を充填した微生物活性制御物質供給装置を第一の微生物活性制御物質供給装置として除染対象領域に配置すると共に、酸素吸収物質を充填した微生物活性制御物質供給装置を第二の微生物活性制御物質供給装置として、第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍から酸素を吸収して嫌気性雰囲気が形成される位置に配置することで、第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物のうちの電子供与体を必要とする嫌気性微生物を活性化して環境汚染物質を除去することができる。したがって、好気性雰囲気になりやすい地表付近や、酸素を多く含む地下水が常時流れ込むあるいは浸透してくる場所においても、嫌気性微生物を活性化させることができる。
【００４０】
また、電子供与体物質を充填した微生物活性制御物質供給装置を第一の微生物活性制御物質供給装置として除染対象領域に配置すると共に、酸素放出物質を充填した微生物活性制御物質供給装置を第二の微生物活性制御物質供給装置として、第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に好気性雰囲気が形成される位置に配置し、第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物のうちの電子供与体を必要とする好気性微生物により環境汚染物質を除去することができる。
【００４１】
また、電子供与体物質を充填した微生物活性制御物質供給装置を第一の微生物活性制御物質供給装置として除染対象領域に配置すると共に、酸素放出物質を充填した微生物活性制御物質供給装置を第二の微生物活性制御物質供給装置として、第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に酸素が供給されない位置であって第二の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する活性化された好気性微生物により産生される物質が第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍の微生物に供給される位置に第二の微生物活性制御物質供給装置を配置して、第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物のうちの電子供与体を必要とする微生物と、第二の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物のうちの好気性微生物により環境汚染物質を除去することができる。
【００４２】
また、電子供与体物質を充填した微生物活性制御物質供給装置を第一の微生物活性制御物質供給装置として除染対象領域に配置すると共に、酸素放出物質を充填した微生物活性制御物質供給装置を第二の微生物活性制御物質供給装置として、第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に酸素が供給されない位置であって第二の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する活性化された好気性微生物により産生される物質が第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍の微生物に供給される位置に第二の微生物活性制御物質供給装置を配置し、さらに酸素吸収物質を充填した微生物活性制御物質供給装置を第三の微生物活性制御物質供給装置として、第二の微生物活性制御物質供給装置から酸素が供給されない位置であって、第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍から酸素を吸収して嫌気性雰囲気が形成される位置に第三の微生物活性制御物質供給装置を配置して、第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する嫌気性微生物のうちの電子供与体を必要とする微生物と、第二の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物のうちの好気性微生物により環境汚染物質を除去することができる。
【００４３】
上述の微生物活性制御物質供給装置は、微生物活性制御物質を微生物に供給する必要があるあらゆる施設並びにバイオリアクター全般に対して利用可能である。例えば、目的とする成分の除去に有効な微生物を固定した担体が、微生物活性制御物質供給装置の非多孔性膜部分の周りに配置されているバイオリアクターを構成することができる。また、担体に、微生物活性制御物質供給装置の容器がその非多孔性膜部分を当てて貼着されたバイオリアクターを構成することができる。また、担体を袋形状とし、その内側の空間に微生物への微生物活性制御物質供給装置を収容したバイオリアクターを構成することも可能である。
【００４４】
この場合、微生物活性制御物質供給装置の容器内に充填された微生物活性制御物質は非多孔性膜を透過して容器の周辺に徐放されるので、微生物活性制御物質が直接あるいは一旦担体の袋内に放出されてから担体に固定された微生物に供給される。即ち、微生物活性制御物質を微生物の近くに充填させて自律的に均一かつ緩やかな徐放性をもって供給することが可能となる。したがって、微生物活性制御物質供給装置をバイオリアクター毎に独立して取り扱うことができるので、使用に便利である。また、微生物活性制御物質分子をを非多孔性膜の分子透過性能に支配される速度で透過させているので、微生物活性制御物質が無駄に消費されたり被処理領域を汚すことがほとんど無い。
【００４５】
さらに、本発明のバイオリアクターは、上述の微生物活性制御物質供給装置の容器の非多孔性膜の表面に微生物を直接担持させて成るものである。この場合には、微生物活性制御物質が透過する面に微生物が固定されているので、供給される微生物活性制御物質のほぼ全量が微生物に直接供給される。ここで、微生物の固定は、非多孔性膜を有する膜の表面を親水性処理することで高分子ゲルを前記表面に付着させやすくすることによって、あるいは起毛処理することによって、非多孔性膜の表面に直接微生物を付着させるようにしている。この場合、ゲル等の担体を付着させた別の容器を必要としない。
【００４６】
さらに、本発明のバイオリアクターにおいて担体は吸水性ポリマーであることを特徴としている。この場合には、大気中にバイオリアクターを置いて大気中から目的とする成分を除去しようとするときに、大気中に存在する目的の化合物が、ゲルに含まれる水に溶け込むことで除去されるようになる。また、固定化した微生物は、乾燥してしまうと死滅してしまうおそれがあるため、大気中で用いる場合には、定期的に給水することが必要である。しかし、吸水性ポリマーを用いることで給水の手間を非常に軽くでき、もしくは大気中の水分のみで供給が足りる場合には給水は必要としなくなる。また、吸水性ポリマーを用いた場合には、高分子ゲルを使用した場合と比べ担体の保水力、吸水力が高まるため、土壌や地下水といった固相、液相の被処理領域中で用いた場合にも、水分を効率良く吸収し、保水することによって、微生物を良好な状態で担持させつつ環境汚染物質を長期間除去し続けることが可能となる。また、降雨量が減って土壌中の水分が少なくなった場合にも、吸水性ポリマーの保水力により乾燥しにくくなって、微生物の死滅を防ぐことができる。
【００４７】
また、本発明のバイオリアクターは、微生物を固定し得る担体に液相、気相または固相の被処理領域中の対象物質の除去に有効な微生物と前記微生物が産生する物質を酸化または還元する微生物をそれぞれ１種または２種以上固定化した担体の一方の面に被処理液を接触させ他面に微生物活性制御物質を接触させるものである。微生物活性制御物質は、微生物のエネルギー源となる電子供与体として機能する物質である。微生物の一例を挙げると、対象物質の除去に有効な微生物としてはアンモニア酸化菌、対象物質の除去に有効な微生物が産生する物質を還元する微生物としては脱窒菌である。さらに、対象物質の除去に有効な微生物が産生する物質を酸化する微生物として亜硝酸酸化菌を用いた場合も、亜硝酸イオンを硝酸イオンに酸化する経路を経て窒素除去が可能である。したがって、窒素化合物であるアンモニア、硝酸イオン及び亜硝酸イオンを無害な窒素ガスに変換することが可能となる。
【００４８】
本発明のバイオリアクターを利用する環境は、大気中であっても、土壌や水中であってもよい。より具体的には、環境汚染物質が存在している土壌、地下水、汚泥、排水、河川、海洋等、また、有害なガスが存在する大気中などで用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の微生物活性制御物質供給装置の一実施形態である密封タイプの例を示す図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図２】本発明の微生物活性制御物質供給装置の他の実施形態である補充タイプの例を示す図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図３】図２の実施形態の微生物活性制御物質供給装置の全体構成を示す概略説明図である。
【図４】本発明の微生物活性制御物質供給装置を利用したバイオリアクターの構成の一例を示す斜視図である。
【図５】本発明のバイオリアクターの構成の一例を示す縦断面図であり、（Ａ）は密封タイプの例を、（Ｂ）は補充タイプの例をそれぞれ示す。
【図６】ポリエチレン膜からの有機物の透過量測定結果を示す図で、（Ａ）はメタノール、（Ｂ）はエタノールのそれぞれの測定結果を示す。
【図７】固定化担体を用いたバイオリアクターにポリエチレン膜でエタノールを密封した微生物活性制御物質供給装置を用いたときの性能評価結果を示す図で、（Ａ）はアンモニア濃度と経過日数との関係を、（Ｂ）は亜硝酸濃度と経過日数との関係をそれぞれ示す。
【図８】土壌中に電子供与体供給装置を埋設して使用する形態を示す図である。
【図９】土壌中に電子供与体供給装置と共に酸素吸収装置を埋設して使用する形態を示す図である。
【図１０】土壌中に電子供与体供給装置と共に酸素供給装置を埋設して使用する形態を示す図である。
【図１１】電子供与体供給装置に担体と保護材を備えた形態を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図１２】ポリエチレン膜からのエタノール、酢酸、乳酸およびグルコースの透過量測定結果を示す図である。
【図１３】ポリビニルアルコール膜からのグルコースおよびスクロースの透過量測定結果を示す図である。
【図１４】ポリエチレン膜からの各種イオンの透過量測定結果を示す図である。
【図１５】ポリビニルアルコール膜からの各種イオンの透過量測定結果を示す図である。
【図１６】ポリエチレン膜から酸性物質や塩基性物質を放出させて周辺環境のｐＨ値を測定した結果を示す図である。
【図１７】疲弊した土壌を本発明の微生物活性制御物質供給装置により改善する例を示す概念図である。
【図１８】流出廃油を本発明の微生物活性制御物質供給装置により処理する例を示す概念図である。
【図１９】土壌中に電子供与体供給装置と共に酸素供給装置を埋設して使用する他の形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００５１】
図１に本発明にかかる微生物活性制御物質供給装置の一実施形態を示す。この微生物活性制御物質供給装置１は、微生物活性制御物質３と、非多孔性膜２を少なくとも一部に備える密封構造の容器４とを含み、容器４内には微生物活性制御物質３が充填され、微生物活性制御物質３を容器４の非多孔性膜２の部分から非多孔性膜２の分子透過性能に支配される速度で容器４の周辺に供給し、容器４の周辺の微生物の活性を制御するものである。本実施形態では、容器４は全体が非多孔性膜２で構成される袋状を成し、周縁をヒートシールで溶着したり、接着剤により接着したりするようにして微生物活性制御物質３を密封するようにしているが、形体や構造は特に限定されない。例えば、容器４をチューブ状やシート状としてもよいし、チューブの先端を硬い部材で尖らせて形成し、土壌に差し込んで使用するようにしてもよい。また、袋状の容器（単に袋と呼ぶこともある）４は、全体を非多孔性膜で構成するものに特に限られず、片面だけを非多孔性膜で構成したり、１つの面のさらに一部分を非多孔性膜のみで構成するようにしても良い。部分的に非多孔性膜を用いる場合には、その他の部分は金属製やプラスチック製の剛体フレーム、微生物活性制御物質を透過しない膜を用いても良い。
【００５２】
本発明の微生物活性制御物質供給装置は、容器４内に充填される微生物活性制御物質３の徐放により、様々な微生物活性の制御を行うことができる。微生物活性制御物質３としては、電子供与体物質、酸性物質、塩基性物質、無機塩類、酸素放出物質、酸素吸収物質が挙げられる。これら微生物活性制御物質は、単独で用いてもよいし、互いにその効果を相殺することのない関係にある物質を組み合わせて用いてもよい。例えば、電子供与体物質を用いれば、容器４の周辺の微生物のうちの電子供与体を必要とする微生物を活性化できる。この場合における、微生物活性制御物質供給装置は電子供与体供給装置とも表現できる。酸性物質または塩基性物質を用いれば、容器４の周辺を所望のｐＨに制御して、活性化させたい微生物にとって好ましい環境とすることができる。無機塩類を用いれば、微生物の生育や活動に必要な無機塩類、例えば、窒素やリンを含む無機塩類の濃度を上昇させて、容器４の周辺の微生物にとって好ましい環境を形成することができる。酸素放出物質を用いれば、容器４の周辺に酸素を供給して好気性雰囲気を形成し、容器４の周辺の微生物のうちの好気性微生物を活性化することができる。一方、好気性雰囲気は嫌気性微生物にとっては好ましい環境ではないため、嫌気性微生物を失活させることができる。酸素吸収物質を用いれば、容器４の周辺の酸素を吸収して嫌気性雰囲気を形成し、容器４の周辺の微生物のうちの嫌気性微生物にとって好ましい環境を形成することができる。一方、好気性微生物にとっては好ましい環境ではないため、好気性微生物を失活させることができる。
【００５３】
２種類以上の微生物活性制御物質を組み合わせて用いる場合には、それぞれの微生物活性制御物質による微生物活性の制御効果の奏上効果により、微生物活性の制御効果を高めることができる。例えば、電子供与体物質と酸素放出物質を組み合わせて使用した場合には、電子供与体を必要とする好気性微生物を嫌気性雰囲気下でも活性化させることができ、さらに、酸性物質あるいは塩基性物質を組み合わせることで、電子供与体を必要とする好気性微生物にとって好ましいｐＨ環境を形成することができる。また、無機塩類も組み合わせて用いることで、電子供与体を必要とする好気性微生物が増殖し易い環境となり、活性化させたい微生物を増殖させて、活性化効率を向上させることが可能となる。
【００５４】
尚、これらの物質を二種類以上組み合わせて用いる場合には、容器４内にこれらの物質を混合して充填してもよいし、容器４を複数の領域に区画して、それぞれの領域に異なる物質を充填して徐放するようにしてもよい。また、別々の容器に異なる物質を充填して、一方の容器の近傍に他方の容器を配置して用いてもよい。
【００５５】
本発明の微生物活性制御物質供給装置に用いられる非多孔性膜２は、微生物活性制御物質３の分子を少しずつ透過させることによって徐放するものである。この非多孔性膜２は、膜材料、膜厚、封入する微生物活性制御物質３の分子量や性質、温度、微生物活性制御物質の濃度により、単位面積当たりを透過する微生物活性制御物質３の分子の量を制御することが可能である。例えば、同じ容器を用いた場合でも、微生物活性制御物質の濃度を高めれば、微生物活性制御物質の透過速度を高めることができるので、所望の透過速度に合わせて微生物活性制御物質の濃度を選択することで、微生物の活性を制御できる。また、非多孔性膜２の表面積を増減させることで、微生物活性制御物質３の徐放面を増減することができる。したがって、被処理領域の一部に非多孔性膜２を接触させて、被処理領域と非多孔性膜の接触面の表面積に応じて、徐放面を増減できる。本発明者等のポリエチレン膜に対する実験によると、同じ膜材料の場合には膜厚によって単位面積当たりの分子透過量が変化することが確認されている。そこで、微生物の活性制御に必要な供給量に応じて、適宜膜厚などを選定することによって、必要な速度で必要な量の微生物活性制御物質を供給することができる。このとき、微生物活性制御物質供給装置は、非多孔性膜２の分子透過性能に支配される緩やかな速度で漏れ出る。したがって、微生物活性制御物質として、直接供給すると微生物を死滅させる虞のある原液のアルコールを用いた場合であっても、容器周辺の微生物に対し生存に影響を与えることのない濃度に希釈された状態で微生物に供給される。
【００５６】
ここで、非多孔性膜２は、膜構成分子の密度や構造によっても分子透過量が変化する。ポリエチレンを例に挙げて説明すると、ＪＩＳ Ｋ６９２２‐２により分類される低密度ポリエチレン（密度９１０ｋｇ／ｍ３以上、９３０ｋｇ／ｍ３未満）を用いた場合と比較して、高密度ポリエチレン（密度９４２ｋｇ／ｍ３以上）を用いた場合には、微生物活性制御物質供給装置の膜外への透過量が減少する。したがって、所望の微生物活性制御物質供給装置に応じて、非多孔性膜２の膜厚と膜密度のバランスにより、微生物活性制御物質供給量を制御すればよい。また、膜内部のポリエチレン鎖の分子構造は、例えば延伸処理により可変することができるので、当該処理により所望の膜材料の膜密度や分子構造を変化させて、微生物活性制御物質供給量を制御することが可能である。
【００５７】
非多孔性膜２としては、疎水性の膜、親水性の膜または親水性と疎水性の両方の性質を有する膜のいずれかを、容器内に充填される微生物活性制御物質の性質に合わせて用いることができる。疎水性の膜としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンその他のオレフィン系の膜が挙げられる。親水性の膜としては、分子構造中に親水基を有する膜、例えば、ポリエステル、ナイロン（ポリアミド）、ポリビニルアルコール、ビニロン、セロハン、ポリグルタミン酸などが挙げられる。親水性と疎水性の両方の性質を有する膜としては、例えば、エチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、つまり、疎水性のポリエチレン構造と親水性のポリビニルアルコール構造の両方を有する共重合体膜が挙げられる。親水性と疎水性の両方の性質を有する膜は、疎水性のポリエチレンと親水基のポリビニルアルコールの含有比率を変えることにより、疎水性を強めたり、親水性を強めたりすることができる。その他にも上記の非多孔性膜に比べ透過性が劣るが、極めて遅い徐放性能が要求される時には、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、エチレンアクリル酸共重合体、ポリエチレンテレフタレート混合物系などの気液系膜、つまり、その分子構造中の親水基や極性基の状態によって透過性が変化する膜が挙げられる。
【００５８】
安価で耐久性や耐薬品性に優れた安定な素材であるポリエチレンやポリプロピレン等の疎水性の膜を用いることで、分子構造中に親水基を有していない疎水性物質であるベンゼンやトルエンなどの揮発性有機物を透過させることができる。また、メタノールやエタノールその他のアルコールや酢酸など、分子構造中に親水基を有している一部の物質も疎水性の膜を透過することが本発明者等の実験により確かめられている。一方、イオンや糖類といった水溶性の高い物質は疎水性の膜を透過することができない。この場合、ポリビニルアルコール膜などの親水性の膜を用いることで、水溶性の高い物質を透過させることができる。メタノールやエタノール、酢酸も水に可溶な物質であるから、ポリビニルアルコール膜を透過することが可能である。尚、酸性物質である酢酸、塩基性物質であるアンモニアガスがポリエチレン膜を透過することが本発明者等の実験により確認されている。一方、強酸である塩酸、強塩基である水酸化ナトリウムはポリエチレン膜は透過しにくいがポリビニルアルコール膜を透過し易いことも確認されている。これは、強酸や強塩基が水の中で完全に解離して水溶性のイオンになることに起因する。つまり、ポリエチレン膜等の疎水性の膜、ポリビニルアルコール膜等の親水性の膜を、透過させたい酸性物質や塩基性物質の性質に合わせて使用することで、容器周辺のｐＨを制御できる。
【００５９】
また、親水性と疎水性の両方の性質を有するエチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）を用いることで、親水性の物質と疎水性の物質の双方を同時に透過させることも可能である。また、共重合体を構成するエチレンとビニルアルコールの比により、物質の透過量を制御することが可能である。つまり、エチレンの量を増やすと疎水性物質の透過量を増やすことができ、ポリビニルアルコールの量を増やすと親水性物質の透過量を増やすことができる。
【００６０】
尚、ポリエチレンやポリプロピレンは、微生物の活動の場である水領域や土壌中、大気中とそれ以外の領域を良好に区画することが可能である。また、適度な物質の透過性、熱可逆性を有しており、柔軟で成形が容易であるという利点を有している。しかも、ポリエチレンやポリプロピレンは、安価で入手しやすく、疎水性の膜としてポリエチレンやポリプロピレンを用いることはコスト面や性能面から考えても非常に優れている。
【００６１】
次に、微生物活性制御物質３として用いられる電子供与体物質としては、微生物が必要とする電子供与体物質であると共に微生物に対して毒性を呈さない物質であって、非多孔性膜２を腐食しない性質を持ち、かつ非多孔性膜２を透過できる分子量、性質を有するものが適宜選択され、その状態はガス状であっても液状であってもよい。ガス状物質を例示すると、水素、硫化水素や、メタン、エタンなどの有機化合物が挙げられる。液状物質を例示すると、メタノール、エタノール、プロパノール等の揮発性有機物が挙げられる。尚、微生物によってはベンゼン、トルエン、フェノールなどの揮発性有機物も利用可能であるが、これらに限定されるものではない。尚、これらの電子供与体物質は、１種類である必要はなく、水素、硫化水素、有機化合物のうちの二種類以上が混在した状態であっても、電子供与体物質を微生物に供給可能である。例えば、水素や硫化水素はガス状物質であり疎水性であるから、疎水性の有機化合物と組み合わせて、疎水性の膜あるいは疎水性と親水性の両方の性質を有する膜から透過させることができる。また、親水性の有機化合物を複数組み合わせて、親水性の膜あるいは疎水性と親水性の両方の性質を有する膜から透過させることもできる。尚、本発明者等の実験によると、酢酸が厚さ０．０５ｍｍのポリエチレン膜を透過することが確認された。また、乳酸が、厚さ０．０１ｍｍのポリエチレン膜を透過することが確認された。また、厚さ０．０２５ｍｍのポリビニルアルコール膜をグルコースやスクロースが透過したことから、親水性の膜であるポリビニルアルコール膜や親水性と疎水性両方の性質を有する膜であるエチレンビニルアルコール共重合体膜を用いることにより、酢酸その他のカルボン酸、グルコースやスクロースその他の糖類や、乳酸を電子供与体物質として用いることが可能である。
【００６２】
ここで、電子供与体物質としてアルコールを用いる場合でも、原液のまま使用可能である。本発明によれば、電子供与体物質は微生物へ緩やかに供給されるため、アルコールの原液を用いても、アルコールの濃度が薄められて微生物に供給されるため、微生物が死に至ることはない。尚、必ずしもアルコールの原液を用いることはなく、アルコールの原液を水で希釈して用いた場合や、不純物が混在しているような場合であっても、アルコール分子のみが非多孔性膜を透過して微生物に緩やかに供給される。
【００６３】
電子供与体物質の非多孔性膜２の透過は、当該物質分子が膜に溶け込み、その溶け込んだ分子が膜内部を拡散して反対側に達することにより起こる。したがって、膜への溶け込みが起こらない程分子量の大きなカテキンなどは非多孔性膜を透過しにくい。また、ポリエチレンやポリプロピレン等は水となじむ官能基が存在しない疎水性の強い膜であると共に低極性であるため、極性分子である水が膜に溶け込みにくい。したがって、水に溶けやすい極性の高い物質であるシアン化合物などもほとんど透過できない。また、水は水分子同士の水素結合が強いため、常温では水が当該膜を透過することはほとんど無い。したがって、非多孔性膜２は、水や極性の高いシアン化合物、分子量の大きなカテキン等の不純物はほとんど透過させずに、所望の電子供与体物質を主成分として透過させる「分子ふるい」として機能する。したがって、非多孔性膜としてポリエチレンやポリプロピレンに代表される疎水性の膜を用いた場合には、アルコールに不純物例えばカテキンやシアン化合物のように微生物に対して毒性を呈する抗菌性の分子が混入している廃アルコールを用いることができる。また、電子供与体物質は、容器内に充填されている状態が気体、液体、蒸気（揮発性有機物が揮発して生成されたもの）のどの状態であっても、容器外には分子状態で放出される。つまり、電子供与体物質は、非多孔性膜２を透過して、液体のように分子間の引力により凝集することのないガス（気体）の状態で徐放される。したがって、非多孔性膜２はガス透過性膜とも表現できる。また、容器外部の環境が気相（大気等）である場合だけでなく、液相（排水、地下水等）である場合にも電子供与体物質を容器外部に分子状態で徐放することが可能である。
【００６４】
また、無機塩類の非多孔性膜２の透過は、無機イオンが膜に溶け込み、その溶け込んだイオンが膜内部を拡散して反対側に達することにより起こる。例えば、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩、アンモニウム塩などの水溶液をポリビニルアルコール等の親水性の非多孔性膜により構成される容器４内に封入することにより、硫酸イオン、硝酸イオン、リン酸イオン、アンモニウムイオンが非多孔性膜に溶け込んで、膜内部を拡散して反対側に達することにより膜外に供給される。
【００６５】
また、酸性物質または塩基性物質の非多孔性膜２の透過は、酸性物質または塩基性物質の分子が膜に溶け込み、その溶け込んだ分子が膜内部を拡散して反対側に達することにより起こる。例えば、酸性物質である酢酸、または塩基性物質であるアンモニアガスをポリエチレンやポリプロピレン等の疎水性の非多孔性膜により構成される容器４内に封入することにより、酢酸分子またはアンモニア分子が非多孔性膜に溶け込んで、膜内部を拡散して反対側に達することにより膜外に供給され、容器周辺のｐＨを変化させて微生物が活動し易い環境に制御することができる。また、酸性物質である塩酸、または塩基性物質である水酸化ナトリウムをポリビニルアルコールなどの親水性の非多孔性膜により構成される容器４内に封入することにより、水素イオン、水酸化物イオンが非多孔性膜に溶け込んで、膜内部を拡散して反対側に達することにより膜外に供給され、容器周辺のｐＨを変化させて微生物が活動し易い環境に制御することもできる。また、エチレンビニルアルコール共重合体膜を用いた場合には、塩酸、酢酸などの酸性水溶液、またはアンモニア、水酸化ナトリウムなどの塩基性水溶液を膜外に供給し、容器周辺のｐＨを上昇または低下させて微生物が活動し易い環境に制御することもできる。
【００６６】
ここで、イオンのポリビニルアルコール膜透過メカニズムについてより詳細に説明する。ポリビニルアルコール膜は乾燥状態において膜内部で水素結合が形成されている。したがって、分子鎖の熱振動によるゆらぎが起こりにくい構造になっており、分子鎖の隙間が少ないため、分子が透過しにくい。しかし、分子鎖の間に水分子が侵入すると水素結合が切れ、分子鎖の熱振動によるゆらぎが起こりやすい構造となって、水分子がさらに膜内部に侵入する。その結果、水分子の通路が形成される。イオン状態の分子はこの水分子の通路を通って拡散する。
【００６７】
次に、酸素放出物質または酸素吸収物質を用いた場合の、酸素の非多孔性膜２の透過は、ポリエチレン膜に代表される疎水性膜では、酸素はポリエチレン膜の分子鎖の隙間を通って拡散する。この場合、分子鎖に隙間があって分子鎖が熱振動によってゆらぎやすい構造をしている低密度PE膜の方が酸素透過性が高い。一方、ポリビニルアルコール膜に代表される親水性膜は、上記と同様に、水分子の膜内部への侵入により、水分子の通路が形成される。水中における酸素の拡散速度は、ポリエチレン膜中における拡散速度よりも高いため、ポリビニルアルコール膜内部の水分子の通路の大きさに依存して、酸素の透過性が高くなる。
【００６８】
尚、非多孔性膜は、微生物活性制御物質３を膜に溶け込ませることにより透過させており、多孔質膜のように孔の大きさや数で微生物活性制御物質の種類や量を制御するものではない。したがって、長期間の使用による孔の閉塞の問題も生じることが無く、定期的な逆洗浄の必要もない。したがって長期間メンテナンスを行うことなく使用でき、ランニングコストを低減できる。
【００６９】
また、非多孔性膜２の性質は使用される微生物活性制御物質３の性質によって決定するのがよい。例えば、非多孔性膜２を疎水性とすれば、炭素鎖のような疎水基を有する分子を透過しやすくなる。一方、非多孔性膜２を親水性とすれば、親水基を有する分子や水に溶けやすい分子を透過しやすくなる。よって、使用する微生物活性制御物質３の性質に合わせて、非多孔性膜２の性質を決定すればよい。また、膜内部に極性を与えることで膜を構成する分子鎖どうしの結合を強めて分子鎖間の空隙を小さくし、分子透過性能の制御を行うことが可能である。例えば、ポリ塩化ビニリデンのようにポリエチレンの水素の一部が塩素で置換された極性分子により構成された膜は、ポリエチレンと比較して分子鎖間の空隙が小さく、分子透過性能が低くなる。さらに、疎水性膜と親水性膜を貼り合わせて、両方の性質を与える膜として、微生物活性制御物質３の透過性を制御することもできる。
【００７０】
次に、図２及び図３に他の実施形態を示す。この実施形態の微生物活性制御物質供給装置は、非多孔性膜２からなる容器４を完全密封された独立したものとはせずに、微生物活性制御物質３を導入する手段を有する密封構造の袋状とした容器とし、微生物活性制御物質３を外部から補充可能としたものである。
【００７１】
微生物活性制御物質３の補給するための機構は、容器４の縁の一部に微生物活性制御物質３を注入する供給部５を設けてノズルないしパイプ７を装着する構造でも良いし、予め容器４と一体となったノズルないしパイプ７のようなものでも良い。図３に示す微生物活性制御物質供給装置１は、容器４の縁に設けられた供給部５に着脱可能に装着された供給ノズル７あるいは容器４と一体となった供給ノズル７と、液体の微生物活性制御物質、例えば、電子供与体物質であるメタノールやエタノール等のアルコールを貯留するタンク６とをチューブ８などで連結し、必要に応じて微生物活性制御物質３を補充可能としている。この場合、タンク６と容器４とはチューブ８を介して連通されているので、タンク６内に微生物活性制御物質３’を貯留しておけば、袋４内の微生物活性制御物質３が減少してきたときに、サイフォンの原理を利用してチューブ両端での圧力の差を利用して微生物活性制御物質３’をタンクから補充できる。尚、容器４は供給部５あるいはノズル７を設けているので厳密な意味での密封構造ではないが、供給ノズル７内がタンクから供給される微生物活性制御物質３’で満たされている状態では、液面がシールとなって容器内は事実上密封状態にある。このため、液状あるいはガス化した微生物活性制御物質３が供給部５やノズル７を通って容器４外に漏れ出ることはない。
【００７２】
ここで、図１１に示すように、袋４の表面には微生物を固定し得る担体１７を備えることが好ましい。微生物を固定する担体１７を備えることで、人工的に微生物を固定したり、水中や土壌中、大気中などあらゆる環境下に存在している微生物を担体に接触させて増殖し、定着させることができる。担体１７としては、微生物を固定し得るものであればよく、例示すると、コラーゲン、フィブリン、アルブミン、カゼイン、セルロースファイバー、セルローストリアセタート、寒天、アルギン酸カルシウム、カラギーナン、アガロース等の天然高分子、ポリアクリルアミド、ポリ−２−ヒドロキシエチルメタクリル酸、ポリビニルクロリド、γ−メチルポリグルタミン酸、ポリスチレン、ポリビニルピロリドン、ポリジメチルアクリルアミド、ポリウレタン、光硬化性樹脂（ポリビニルアルコール誘導体、ポリエチレングリコール誘導体、ポリプロピレングリコール誘導体、ポリブタジエン誘導体等）等の合成高分子、またはこれらの複合体、さらには吸水性ポリマーを用いることも可能である。吸水性ポリマーとしては、公知のものを使用することができるが、具体的には、ポリアクリル酸、ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸やそれらの改変物、ポリエチレングリコール改変物等が挙げられる。尚、ここで言う改変物とは、イオン性基をもつ高分子を前記高分子の一部に架橋させた物である。担体を袋状の容器の表面に備えることで、水田等の水分の多い土地や多雨多湿な気候の土地のように地下水の流速が定常的に速い場所や、梅雨の時期などにおける頻繁な降雨等により地下水の流速が一時的に速くなるような場合にも、担体に固定した微生物は流され難くなる。また、水環境中においても、微生物が拡散することなく、担体に固定することができる。したがって、あらゆる環境下において、特定の微生物の活性を長期に亘って持続できると共に制御し易くなる。
【００７３】
担体１７は、非多孔性膜表面に例えば接着等により備えてもよいし、袋の周縁をヒートシールする際に担体ごとヒートシールして一体化してもよい。また、担体１７は非多孔性膜の表面全体に備えるようにしても良いし、一部に備えるようにしてもよい。更に適度に孔を設けて微生物処理により発生した窒素ガス等のガスを放出する為の排出口としてもよい。ここで、吸水性ポリマーを用いた場合には、上記の高分子ゲルを使用した場合と比べ担体の保水力、吸水力が高まるため、環境中の水分を効率良く吸収し、保水することによって微生物が生存し続けるための好ましい環境を維持し続けることが可能となる。
【００７４】
ここで、容器４の表面には、図１１に示すように保護材１６をさらに備えることが好ましい。保護材１６を備えることにより非多孔性膜２を外部衝撃などによる損傷から防ぐことが可能となる。また、保護材１６は容器の補強材としても機能し、容器４に充填された微生物活性制御物質の重みにより容器４がちぎれたり、破れたりするのを防止できる。尚、保護材１６には、非多孔性膜２からの微生物活性制御物質３の徐放を阻害しないものを用いる。不織布のように通気性の高い素材を用いる場合には、そのまま容器４の表面全体に設けても微生物活性制御物質３の徐放は阻害されない。金属や樹脂のように微生物活性制御物質３の徐放を阻害する素材を用いる場合には、ネット上にしたり、微細孔を多数形成したりすることにより、微生物活性制御物質３の徐放性を確保すればよい。また、この保護材１６を剛性の高い部材により筒状、鞘状に形成すれば、内側の袋状の容器が微生物活性制御物質によって膨らむことを防止できるので、微生物活性制御物質供給装置のコンパクト化を図る上で好ましい。この場合には、袋状の容器が膨らむことなく、その厚さを制限して袋の厚さが薄くなり、処理槽などの閉鎖空間に収めるときの充填密度を高められると共に、外部衝撃からも保護することが可能となる。
【００７５】
ここで、図１１においては、担体１７の表面に保護材１６を積層しているが、保護材１６の外側に担体１７を積層しても、保護材１６を単独であるいは微生物を固定する担体１７を単独で用いても、担体１７と保護材１６の機能は発揮される。尚、微生物を固定する担体１７は、保護材としても機能し、非多孔性膜を外部衝撃などによる損傷から防ぐことができる。さらに、光硬化性樹脂のようにそれ自体強度の高い高分子を筒状、鞘状として鞘体としつつ、微生物をも固定し得る担体として、保護材となる鞘体と担体双方の機能を持たせても良い。
【００７６】
尚、担体１７は上記したものに限られるものではなく、不織布を起毛処理してそこに微生物を直接担持させるようにしてもよいし、あるいは、非多孔性膜２の表面を起毛処理して、微生物を担持させるようにしても良い。
【００７７】
以上のように構成された微生物活性制御物質供給装置１は、袋４の周囲に微生物活性制御物質を徐放できるので、水中、土壌中、大気中を問わず、微生物の活性の制御を必要とする環境に配置すれば、自然界に存在する様々な微生物あるいは担体等を利用して予め固定された微生物の活性を制御して、微生物を活用できる。したがって、例えば、廃水処理槽に袋４を投入するだけで、電子供与体を必要とする微生物に電子供与体物質３を供給して活性化させ、廃水処理を行うことができる。また、廃水処理槽が電子供与体を必要とする微生物にとって好ましい環境でない場合、例えば、ｐＨが微生物にとって最適ではない場合には、塩基性物質または酸性物質を袋４から供給して、微生物にとって好ましいｐＨ環境とすることができる。また、廃水処理槽内の微生物の増殖に必要な無機塩濃度が低い場合には、無機塩類を袋４から供給して微生物の増殖に好ましい環境を形成できる。さらには、廃水処理槽内に袋４から酸素を供給したり、廃水処理槽内から袋４内に酸素を吸収することで、微生物を機能させる為に好ましい環境を形成することができる。よって、微生物による廃水処理を非常に低コスト且つ簡易に効率よく行うことが可能になる。大気中や土壌中、河川や海水中に微生物活性制御物質を配置した場合にも、除去対象となる環境汚染物質を分解する微生物を選択的に活性化させるための環境を形成して、環境汚染物質を効率よく分解することが可能である。
【００７８】
以下、微生物活性制御物質供給装置１を除染対象領域に配置し、微生物活性制御物質供給装置１の近傍に微生物活性制御物質３を供給して、微生物活性制御物質供給装置１の近傍に存在する微生物の活性を制御することにより環境汚染物質を除去する本発明の環境浄化方法について、具体例を挙げて詳細に説明する。
【００７９】
まず、環境浄化方法の例として、微生物活性制御物質３として電子供与体物質を容器４に充填した微生物活性制御物質供給装置１（以下、電子供与体供給装置１と呼ぶ）を土壌中に埋設して、アンモニアや亜硝酸イオン、硝酸イオンを除去する方法について、図８〜図１０に基づいて説明する。
【００８０】
図８に基づいて本発明の電子供与体供給装置１を用いて除染対象領域から硝酸イオン、亜硝酸イオンを除去する方法について説明する。電子供与体供給装置１は袋状に成形された非多孔性膜の容器、例えばポリエチレンの袋４と、これに注入された電子供与体物質３、例えばアルコールとから成り、袋４の上部には電子供与体物質３を余分に貯めておくためのタンク状の貯留部４ａを袋４と一体に形成し、さらには、貯留部４ａには電子供与体物質３を補給するための供給部５を備えるようにする。そして、袋４に電子供与体物質３を充填し、貯留部４ａと供給部５は地上に出しておき、他の部分は土壌中に埋設する。そして、地上の貯留部４ａに残留する電子供与体物質３の量を監視して、供給部５から随意にあるいは定期的に電子供与体物質３を補給するようにする。土壌中に埋められた袋４からは電子供与体である電子供与体物質３が非多孔性膜２を介して徐放され、当該袋の近傍に存在する土壌中の微生物、例えば脱窒菌１３を活性化させることができる。したがって、化学肥料の過剰施肥により土壌に蓄積している袋４の近傍の硝酸イオン１４や亜硝酸イオン１４’が効率よく無害な窒素ガス１５に変換される。つまり、本発明の電子供与体供給装置を土壌中に埋設することにより、その近傍に存在する土壌中の微生物群の内の電子供与体を必要とする微生物を選択的に活性化させて機能させることができる。勿論、微生物は土壌中に存在していたものを利用しても良いが、予め選択培養された微生物を担体に固定した状態で、袋４の表面あるいは土壌中に別に埋設させて利用するようにしてもよい。また、チューブ状にして先端を尖らせた容器を農作物の根の付近に差し込むことにより、化学肥料が過剰に供給されることによる農作物の生育不良の防止などにも利用できる。尚、地上に露出する貯留部４ａには、電子供与体物質３の徐放を防ぐためのバリア層を形成する膜をコーティングすることが好ましい。
【００８１】
また、土壌の深さが深くなるにつれて、土壌の環境が嫌気性雰囲気になりやすくなり、土壌中に存在する好気性微生物が機能しなくなる。そこで、図１０に示す酸素放出物質２２を充填した微生物活性制御物質供給装置（以下、酸素供給装置２０と呼ぶ）を用いることにより、酸素を供給して活動を停止している好気性微生物を、あるいは人工的に配置した好気性微生物を機能させることもできる。酸素放出物質２２としては、空気あるいは酸素を用いてこれらを容器に充填しても良いし、容器内に二酸化マンガン（ＭｎＯ２）あるいは過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ４）等の酸素生成触媒を入れておき、容器には供給部５を備え、過酸化水素を容器内に供給することで酸素を容器内で生成して、容器周辺に酸素を徐放することが可能である。また、酸素生成触媒を用いずに過酸化水素水のみを容器内に供給しても、容器周辺に酸素を徐放することが可能である。尚、容器内に供給された過酸化水素水は酸素の生成に伴って徐々に低濃度となり、最終的には水となって、酸素の生成が起こらなくなる。この場合には、過酸化水素水を容器内に添加して容器内の残留水と混合することにより再び酸素が生成されるようにしても良いし、容器内の残留水を一度抜き取ってから過酸化水素水を容器内に供給するようにしても良い。また、過酸化水素水以外にも、過炭酸ナトリウム・過酸化水素付与物、過酸化カルシウム、過酸化マグネシウムなどを用いて酸素発生をさせても良い。
【００８２】
また、水や硫酸水溶液などを電気分解することで得られる水素を電子供与体供給装置１に導入し、酸素を酸素供給装置２０に導入するようにしてもよい。
【００８３】
図１０に示すように、酸素供給装置２０を電子供与体供給装置１と共に土壌中に埋設して、酸素を供給することで、本来活動できない環境下にあっても、好気性微生物であるアンモニア酸化菌２３を活性化させることができる。勿論、ある程度酸素が存在する土壌の浅いところでも、好気性微生物の活性化を促進できる。したがって、土壌中のアンモニア２４をアンモニア酸化菌２３により亜硝酸イオン１４’に変換させ、アンモニア酸化菌により生成された亜硝酸イオン１４’と土壌中に存在する硝酸イオン１４や亜硝酸イオン１４’を脱窒菌１３に除去させて窒素ガス１５に変換するアンモニア、硝酸イオン及び亜硝酸イオンを無害化する一連の系が土壌中に形成されることになる。さらに、酸素２２を供給することで、好気性微生物であるメタン酸化菌（不図示）を活性化させることができる。除染対象領域の土壌中には、化学肥料や家畜糞尿由来の硝酸イオン１４や亜硝酸イオン１４’、アンモニア２４が含まれている場合があるが、このようにして酸素２２を供給することにより、アンモニア２４をアンモニア酸化菌２３により亜硝酸イオン１４’に酸化することができ、さらには、家畜糞尿から発生するメタンガスを、あるいは電子供与体としてメタンガスが供給された場合には当該メタンガスからメタノールを生成でき、当該メタノールが脱窒菌１３に供給されて、その活性化をより効率的に行うことができる。したがって、硝酸イオン１４や亜硝酸イオン１４’を効率的に窒素ガス１５に変換して無害化できる。
【００８４】
ここで、複合微生物（活性汚泥）中にメタンガスを供給することにより、メタンガスを利用可能な複合微生物中の微生物が生成する有機物を利用して脱窒菌が脱窒を行うことも可能であるから、メタンガスをメタノールに変換してから脱窒菌１３に電子供与体として与えなくとも、脱窒菌を活性化して脱窒反応を起こさせることが可能である。
【００８５】
酸素供給装置２０と電子供与体供給装置１の土壌中における配置関係は、微生物活性制御物質供給装置１の近傍の嫌気性微生物に酸素が供給されない範囲内で尚かつに近傍に配置して、アンモニア酸化菌２３が生成する亜硝酸イオンや、亜硝酸酸化菌が生成する硝酸イオンを脱窒菌１３により除去できるようにすることが好ましい。例えば、埋設したい場所に達する数十ｃｍ程度の深さの穴あるいは溝を掘り、その中に袋４を敷き詰めて、土をかけて土壌中で使用することで、袋４が埋設された土壌や、そこを流れるあるいは浸透する地下水からアンモニアや亜硝酸イオン、硝酸イオンを除去して、無害な窒素ガスに変換できる。使用場所としては、化学肥料を頻繁に用いるような農地や、家畜糞尿の廃棄場等、アンモニアや亜硝酸イオン、硝酸イオンが地下水中に多く含まれているような場所が挙げられる。また、汚泥中に埋設して、汚泥中の微生物を活性化させて汚染物質の除去を促すようにしてもよい。このような方法により、土壌や地下水などからアンモニアや亜硝酸イオン、硝酸イオンを除去することで、生活用水の大部分を地下水に依存している土地などでは、より安全な生活用水の提供を実現できるし、さらには、世界的に深刻な問題である自然界への窒素負荷に対する対策として非常に有用である。
【００８６】
また、埋設した電子供与体供給装置１の近傍が好気性雰囲気のために嫌気性微生物を活性化することができない場合には、図９に示すように電子供与体供給装置１の近傍に酸素吸収物質２１を充填した微生物活性制御物質供給装置（以下、酸素吸収装置２５と呼ぶ）を埋設することで、微生物活性制御物質供給装置１の近傍を嫌気化して嫌気性微生物を活性化することが可能である。酸素吸収物質２１としては、酸素を吸収でき、非多孔性膜２を腐食しないものであればよく、還元鉄のような固体還元剤や、還元剤を入れた溶液、例えば亜硫酸ナトリウム溶液などを用いることができるが、これらに限定されない。このように非多孔性膜２を一部に有する密封構造の容器中に酸素吸収物質２１を充填した酸素吸収装置２５を埋設することで、好気性雰囲気になりやすい地表付近や、酸素を多く含む地下水が常時流れ込むあるいは浸透してくる場所を長期に渡って嫌気化することができ、嫌気性微生物を好ましい環境下で活性化することが可能となる。
【００８７】
また、本発明の微生物活性制御物質供給装置は、有機塩素化合物を脱塩素化して無害化する場合に用いることができる。
【００８８】
例えば、フェノール分解菌、トルエン分解菌、メタン分解菌などの好気性微生物群を酸素供給装置２０により活性化すると共に、電子供与体供給装置１の非多孔性膜２の膜材料や膜厚、膜密度により、フェノール分解菌、トルエン分解菌、メタン分解菌の生存維持に最低限必要な量の電子供与体物質を与えて酵素を誘導し、これらの菌が生成する酸化酵素による共代謝により、トリクロロエチレンを脱塩素化してジクロロエチレン、ビニルクロライドとし、最終的にはエチレンに変換して無害化することができる。
【００８９】
具体的に説明すると、酸素供給装置２０と電子供与体供給装置の土壌中への埋設の仕方は特に限定されるものではないが、図１９に示すように電子供与体供給装置１の近傍が好気性雰囲気になる程度に接近させて配置する。このように埋設することで、電子供与体供給装置の近傍を長期に亘って好気性雰囲気に維持することが可能となる。そして、好気性環境下で電子供与体供給装置１の容器４の周辺に存在する微生物に電子供与体物質３’を微量に且つ緩やかに与えることで刺激して、微生物の生存を維持することが可能である。この際に一部の好気性微生物（フェノール分解菌、メタン分解菌、トルエン分解菌、アンモニア酸化菌等）においては、前記刺激により酵素３３の代謝が誘導される。したがって、共代謝により、電子供与体物質３ａが分解された分解生成物３ｂが生成されると共に、環境汚染物質であるテトラクロロエチレンやジクロロエチレン、ビニルクロライド等の有機系塩素化合物３４を脱塩素化して脱塩素化物３５を生成し、最終的にはエチレンとして無害化することが可能となる。
【００９０】
共代謝は、微生物が代謝する酵素の基質特異性が広い場合に、当該微生物にとっての本来の分解対象物質以外の物質を分解してしまう現象である。例えばメタン分解菌を例に挙げて説明すると、メタン分解菌が代謝するメタンモノオキシゲナーゼは、本来メタンを分解するための酵素であるが、この酵素は基質特異性が広く、トリクロロエチレンの脱塩素化も促進する酵素である。しかし、電子供与体物質であるメタンが供給されなければ、酵素代謝が誘導されなくなり、メタン分解菌はやがて死滅する。一方、電子供与体物質であるメタンの供給量が多い場合には、トリクロロエチレンの脱塩素化反応が起こり難くなる。つまり、メタン分解菌にとって本来のエネルギー源物質であるメタンの分解反応と、メタン分解菌にとって電子供与体物質ではないトリクロロエチレン等の物質の分解反応は競争関係にある。したがって、有機系塩素化合物を共代謝により分解しうる微生物であるメタン分解菌やトルエン分解菌、フェノール分解菌、アンモニア酸化菌に対して、生存の維持に最低限必要な電子供与体物質を与えて刺激することにより酵素代謝を誘導して、トリクロロエチレン等の有機系塩素化合物の分解処理を効率よく行うことができる。
【００９１】
ここで、酸素供給装置２０は単独で土壌中に埋設した場合にも、土壌中の好気性微生物であるフェノール分解菌やトルエン分解菌、ベンゼン分解菌などを活性化して、フェノールやトルエン、ベンゼンを除去することができる。また、重油やガソリンなどの石油系炭化水素により汚染された土壌の好気性微生物群を活性化して汚染を除去することも可能である。さらに、土壌中に存在するフェノールやトルエン、メタンを分解して電子供与体として利用する微生物であるフェノール分解菌、トルエン分解菌、メタン分解菌などの好気性微生物群を活性化して、これらの菌が生成する酸化酵素による共代謝により、トリクロロエチレンを脱塩素化してジクロロエチレン、ビニルクロライドとし、最終的にはエチレンに変換して無害化することもできる。また、土壌中に埋められた産業廃棄物から放出されるＶＯＣを、土壌中の好気性微生物であるフェノール分解菌やトルエン分解菌、ベンゼン分解菌などを活性化して除去することができる。
【００９２】
また、Dehalococcoides sp.、Methanosarcina sp.は、脱ハロゲン化呼吸を利用して、ポリ（テトラ）クロロエチレンをテトラクロロエチレン、ジクロロエチレン、ビニルクロライドに変換することができる嫌気性の微生物である。脱ハロゲン化呼吸を起こすためには、電子供与体物質が必要である。したがって、嫌気性雰囲気下に電子供与体供給装置１を埋設することで、Dehalococcoides sp.、Methanosarcina sp.を活性化させて、ポリ（テトラ）クロロエチレンを脱塩素化することができる。また、酸素吸収装置２５と共に電子供与体供給装置１を埋設して、電子供与体供給装置１の近傍を嫌気性雰囲気としてポリ（テトラ）クロロエチレンを脱塩素化することもできる。
【００９３】
尚、電子供与体供給装置１の非多孔性膜２の膜材料や膜厚、膜密度により、電子供与体を必要とする微生物の生存維持に最低限必要な量の電子供与体物質を与えて、電子供与体供給装置１の近傍の電子供与体を必要とする微生物を機能させずに待機させておくようにして、微生物の死滅を防ぐような用い方をすることもできる。
【００９４】
また、本発明の微生物活性制御物質供給装置は、過放牧、過伐採、過開墾などにより土壌が疲弊し、砂漠化が進んだ土壌の改善、改良に供することができる。本発明の微生物活性制御物質供給装置によれば、微生物の活動に必要な物質をゆっくりと供給できるので、土壌微生物を活性化させ、微生物の放出する様々なポリマーにより土壌の改善、改良が可能となる。
【００９５】
具体的に説明すると、微生物活性制御物質３として、電子供与体物質と共に窒素やリンの無機塩類、例えば、硝酸カリウム等の硝酸塩、リン酸カリウム等のリン酸塩、硫酸アンモニウム等のアンモニウム塩を容器４に充填する。容器４を構成する非多孔性膜としては、親水性の膜、あるいは親水性と疎水性双方の性質を有する膜を用いる。このように構成された微生物活性制御物質供給装置１を図１７に示すように砂漠化が進んだ土壌中に埋設することにより、無機塩類が不足している砂漠化土壌の無機塩濃度を高めると共に、土壌微生物に電子供与体物質を与えて活性化することができる。そして、土壌微生物を活性化することにより、バイオポリマーが産生されて、土壌中に蓄積することにより、植物の生育に適した団粒構造が形成され、植物の生育に必須の金属や窒素、リンなどの無機塩類、水分などを土壌中に保持されやすくして、土壌改良を行うことができる。土壌微生物が産生する具体的なポリマーとしては、凝集剤３０として働く塩基性アミノ酸ポリマーであるε-ポリリジン（ε-PL）が挙げられる。このポリマーはRodococcus sp.などの土壌微生物が産生する。また、吸水性ポリマー３１であるγ-ポリグルタミン酸（PGA）も土壌微生物により産生される。このポリマーはBacillus sp.などの土壌微生物が産生する。また、多糖からなるセルロースなども土壌微生物に産生される。
【００９６】
本発明の微生物活性制御物質供給装置１は、微生物活性制御物質を供給して微生物の活性を制御する必要があるバイオリアクター全般に対して利用可能である。以下に示す実施形態では、微生物活性制御物質として電子供与体物質を用い、微生物としてアンモニア酸化菌と脱窒菌を用いた場合について説明するが、この例に限られるものではなく、これらの菌以外にも、目的の成分を除去可能な微生物を用いれば、アンモニアや硝酸イオン、亜硝酸イオンなどの窒素化合物以外の成分を除去可能となる。図４並びに図５（Ａ）に示す実施形態のバイオリアクター９は、アンモニア酸化菌および脱窒菌を担持させた担体１１と、担体１１の構造的補強を図る不織布から成る袋１０と、該不織布の袋１０によって補強されている袋状の担体１１の内側に形成されるポケット１２に収納されて担体１１に固定された脱窒菌にエネルギー源となる電子供与体として機能する物質を自律的に一定速度で緩やかに供給する電子供与体供給装置１としての電子供与体物質３を密封した容器４とを備えものである。担体１１は、不織布の袋１０の内側の面あるいは表側の面に塗布され、不織布の袋１０を補強構造物として一定の形態を保つように設けられている。担体１１としては、微生物活性制御物質供給装置１の表面に備えられる担体１７と同じ素材を用いることができる。尚、担体の補強のため、不織布やナイロンネットなどを用いることができるが、これらに限定されない。
【００９７】
尚、気相中で用いるバイオリアクターの場合には、担体１１としては吸水性ポリマーを用いることが好ましい。この場合には、担体の保水力がより高まるため、大気中にバイオリアクターを置いて大気中から目的とする成分を除去しようとするときに、大気中に存在する目的の化合物が、ゲルに含まれる水に溶け込むことで除去されるようになる。例えば、アンモニアガスを除去する場合には、前記バイオリアクター表面にアンモニアガスが付着した際に、アンモニアガスがアンモニウムイオンに変換されやすくなり、アンモニアガス除去効率を上昇させることが可能となる。また、固定化した微生物は、乾燥してしまうと死滅してしまうおそれがあるため、大気中で用いる場合には、定期的に給水することが必要である。しかし、吸水性ポリマーを用いることで給水の手間を非常に軽くでき、もしくは大気中の水分のみで供給が足りる場合には給水は必要としなくなる。また、土壌や地下水などで用いた場合にも、水分を効率良く吸収、保水して環境汚染物質を長期間除去し続けることが可能となる。ここで、吸水性ポリマーとしては、微生物活性制御物質供給装置１の表面に備えられる担体１７と同じ素材を用いることができる。
【００９８】
尚、担体１１は上記したものに限られるものではなく、不織布を起毛処理してそこに微生物を直接担持させるようにしてもよいし、あるいは、非多孔性膜２の表面を起毛処理して、微生物を担持させるようにしても良い。
【００９９】
また、アンモニア酸化菌と脱窒菌は、従来この種の分野で知られているものが使用できるが、より具体的には、例えば、アンモニア酸化菌としては、
Nitrosomonas europaea IFO-14298、
Nitrosomonas europaea、 N.marina＊、
Nitrosococcus oceanus＊、 N.mobilis、
Nitrosospira briensis、
Nitroso lobus multiformis、
Nitrosovibrio tenuis、
脱窒菌としては、
Paracoccus denitrificans JCM-6892＊＊、
Paracoccus denitrificans＊＊、
Alcaligenes eutrophus＊＊、 A. faecalis、
Alcaligenes sp.Ab-A-1、Ab-A-2、G-A-2-1(FERM P-13862、P-13860、P-13861)＊
Pseudomonas denitrificans、
Thiosphaera pantotropha＊＊＊、
Thiobacillus denitrificans＊＊＊
などを挙げることができる。
【０１００】
尚、亜硝酸酸化菌をさらに担持してもよい。亜硝酸酸化菌としては、従来この種の分野で知られているものが使用できるが、より具体的には、例えば、
Nitrobacter winogradskyi 、N. hamburgensis、
Nitrospina gracilis＊、
Nitrococcus mobilis＊、
Nitrospira marina＊
などを挙げることができる。
【０１０１】
尚、上記において＊を付した菌株は海水の処理にのみ適用できる菌株であり、それ以外は淡水の処理にのみ適用できる菌株である。N.europaeaとN.winogradskyiは淡水で用いることのできるものと海水で用いることができるものが存在する。寄託番号が付された菌株は、出願人により寄託済の菌株である。＊＊を付した菌株は、水素をエネルギー源として使用できる菌株であり、＊＊＊を付した菌株は、硫黄のみをエネルギー源とすることができ、硫化水素などの硫黄化合物を使って脱窒できる菌である。
【０１０２】
アンモニア酸化菌はアンモニア（アンモニウムイオン）を亜硝酸イオンに変換（酸化）する好気性微生物であり、脱窒菌は硝酸イオンや亜硝酸イオンを窒素ガスに変換（還元）する嫌気性微生物である。即ち、アンモニア酸化菌が担持されたバイオリアクターを好気性条件下で使用すれば、アンモニアを亜硝酸イオンに変換して悪臭を抑えることができる。また、脱窒菌が担持されたバイオリアクターを嫌気性条件下で用いれば、硝酸イオンと亜硝酸イオンが無害な窒素ガスに変換される。これらの菌を組み合わせて用いることで、アンモニアと硝酸イオン、亜硝酸イオンが除去可能になる。尚、アンモニア酸化菌に対して酸素を供給すると、嫌気性微生物である脱窒菌の機能は低下するが、この場合には、脱窒菌はバイオリアクター内の好適な領域、即ち、酸素が供給されている位置から離れた嫌気性領域に局所的に偏在して脱窒を行う。尚、亜硝酸酸化菌は亜硝酸イオンを硝酸イオンに酸化する微生物であり、この菌を担持させることで、脱窒反応がより効率的に起こるようになる。
【０１０３】
上記した菌株は単独で担体に固定してもよいし、同種あるいは異種の菌株を併用して固定してもよい。また、汚泥中などの微生物をそのまま担体に固定してもよい。例えば、活性汚泥中のアクロモバクター、アルカリゲネスなどの微生物や、排水中のリン除去用微生物、鉄バクテリアなどをそのまま、またはこれら微生物の繁殖を助長する微生物を用いることができる。
【０１０４】
以上のように構成されたバイオリアクターによれば、容器４内に充填された電子供与体物質３が非多孔性膜２を透過して容器４の周辺即ち容器４を更に覆う外側の担体１１の袋内（ポケット１２）に漏れ出し、担体１１の袋内で拡散しながら電子供与体を必要とする微生物即ち脱窒菌が固定された面に均一に供給する。即ち、電子供与体物質３を微生物の近くに充填させて自律的に均一かつ緩やかな徐放性をもって供給することが可能となる。このバイオリアクターは、担体１１の袋１０内に電子供与体物質３を密封した電子供与体供給装置を装入するだけで構成されているので、密封した電子供与体物質３を使いきったときには、電子供与体物質３が密封された新しい袋と交換することで持続的に被処理領域中のアンモニアや硝酸イオン、亜硝酸イオンを窒素に変えて除去することができる。尚、容器４の周りに被処理液が満たされたとしても電子供与体物質３が非多孔性膜２を透過して供給されることで脱窒菌は機能するし、また、バイオリアクターの表側の面を曝気することにより、アンモニア酸化菌が活性化し、アンモニアを効率よく除去できるようになる。
【０１０５】
また、図５（Ｂ）に示すように、図４に示す実施形態のバイオリアクター９の電子供与体供給装置としての容器４の代わりに、図２に示す電子供与体物質３を導入する手段を有する密封状の袋状とした容器とし、図３に示す液状の電子供与体物質３を外部から補充可能とした電子供与体供給装置を用いることも可能である。この場合には、タンク６内に液状の電子供与体物質、例えばアルコールの原液３’を貯留しておけば、袋状の容器４内の揮発性有機物３が減ってきたときに、タンク６からアルコール３’が自由落下により補充されるので、容器・袋４の大きさにかかわらず長時間・長期間にわたって被処理流体中の目的とする化合物の除去例えばアンモニア除去などを実施できる。しかも、この場合には、タンク６内のアルコール３’を監視して適宜補充すれば、タンク６に接続される多数の電子供与体供給装置を個々に制御・監視する必要がない。
【０１０６】
また、上述の電子供与体供給装置の容器４と、目的とする成分の除去に有効な微生物を固定した担体１１とを一体化したバイオリアクターを構成することも可能である。例えば、電子供与体物質３を密封する容器４の非多孔性膜２の部分を、担体１１に貼着して、担体１１と電子供与体供給装置１とを一体化したバイオリアクターを構成する。この場合には、電子供与体物質３が透過する面に微生物が固定されているので、供給される電子供与体物質の全量が微生物に直接に供給される。
【０１０７】
ここで、本発明のバイオリアクターを除染対象領域に配置して環境汚染物質を除去するようにしてもよい。また、好気性微生物を担持させたバイオリアクターの場合、好気性微生物を活性化するために曝気処理する必要がある。この場合は、上述した酸素供給装置２０をバイオリアクターの近傍に配置し、アンモニア酸化菌に酸素を供給するようにすればよい。
【０１０８】
また、微生物活性制御物質として無機塩類を充填した微生物活性制御物質供給装置１により、バイオリアクターの担体１１に無機イオンを与えて担体中の微生物が増殖しやすい環境にしてもよい。例えば、微生物活性制御物質として無機塩類と電子供与体物質の両方を充填した微生物活性制御物質供給装置１を用いた場合、環境汚染物質の処理と共に、微生物の増殖速度も上昇し、環境汚染物質の除去効率がよりいっそう高まる。
【０１０９】
また、微生物活性制御物質として酸性物質または塩基性物質を充填した微生物活性制御物質供給装置１により、バイオリアクターの担体１１のｐＨを制御するようにしても良い。例えば、微生物処理により、担体中のｐＨの上昇、低下が起こって微生物の活性が低下してしまう虞がある場合、微生物活性制御物質としてて酸性物質または塩基性物質と電子供与体物質の両方を充填した微生物活性制御物質供給装置１を用いて、ｐＨを微生物にとって最適な値に制御しつつ、環境汚染物質の処理を行うようにしてもよい。
【０１１０】
また、有機塩素化合物を脱塩素化する微生物を担体１１に固定してもよい。脱塩素微生物としては、従来この種の分野で知られているものが使用できるが、より具体的には、
Dehalococcoides sp.、
Methanosarcina sp.
を挙げることができる。これら微生物は、嫌気性条件下で電子供与体物質として水素ガス、メタノール、エタノールを与えて活性化することで、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン及びジクロロエチレンを脱塩素呼吸によりビニルクロライドまで分解処理することができる。つまり、これらの微生物を担体１１に固定することで、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン及びジクロロエチレンを嫌気性条件下で脱塩素呼吸によりビニルクロライドに分解するバイオリアクターを得ることができる。
【０１１１】
また、従来この種の分野で知られている以下に示すフェノール分解菌による共代謝を利用して、有機塩素化合物を脱塩素化することができる。
Pseudomonas sp.、
Pseudomonas ptida、
Acinetobacter sp.、
Ralstonia sp.、
Ralstonia eutropha、
Azoarcus sp.、
Bacillus sp.、
Alcaligenes sp.、
Alcaligenes faecalis、
Rhodococcus sp.
【０１１２】
ここで、フェノール分解菌による共代謝について説明すると、フェノールの分解と有機塩素化合物の分解とが競争関係にある。したがって、フェノール分解菌にとっての本来の分解対象物質であるフェノールの量が多ければ、有機塩素化合物が分解されにくくなる。その一方で、フェノール分解菌にフェノールを適度に与えなければ酵素代謝誘導が起こらず、やがて死滅してしまう。そこで、電子供与体物質としてフェノールを充填した微生物活性制御物質供給装置１からフェノールを微量に且つ緩やかに供給することにより、担体１１に担持されたフェノール分解菌を緩やかに刺激して、フェノール分解菌の生存を維持して酵素代謝を誘導すると共に、有機系塩素化合物を効率よく長期間分解することが可能である。
【０１１３】
フェノール分解菌が生成する酵素は基質特異性が広く、当該菌株の本来の分解対象物質であるフェノールのみならず、有機塩素化合物であるトリクロロエチレン、ジクロロエチレン、ビニルクロライドを脱塩素化して、エチレンに分解処理することが可能である。また、トルエンやベンゼンなどの揮発性有機物を分解してエネルギー源とすることが可能である。これら菌株は単独で担体に固定してもよいし、複数を併用して固定してもよい。また、共代謝により有機塩素化合物を脱塩素化することができる微生物として公知のメタン分解菌、トルエン分解菌、アンモニア酸化菌などを併用してもよい。つまり、これらの微生物を担体１１に固定することで、トリクロロエチレン、ジクロロエチレン、ビニルクロライドを脱塩素化して、エチレンに分解処理して無害化するバイオリアクターを得ることができる。
【０１１４】
脱塩素化を行うバイオリアクターに供給する電子供与体物質としては、非多孔性膜２を透過し且つ微生物を刺激して生存を維持し得るものであればよい。以下に微生物とその微生物に対応する電子供与体物質を示す。
（ａ）メタン分解菌：メタン
（ｂ）アンモニア酸化菌：アンモニア
（ｃ）トルエン分解菌：トルエン
（ｄ）フェノール分解菌：フェノール、トルエン、ベンゼン
つまり、バイオリアクターに担持させた微生物にあわせて、微生物を刺激するためのエネルギー源物質を適宜使用すればよい。
【０１１５】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、土壌中に存在するアンモニア酸化菌の量が少ない場合には、電子供与体供給装置１の近傍に、酸素供給装置２０の表側の面にアンモニア酸化菌を担持させたバイオリアクターを埋設して用いることで、アンモニアと硝酸イオン、亜硝酸イオンを効率よく除去するようにしても良い。
【０１１６】
また、大気中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）は、水に溶解すると硫酸イオンに変化する。したがって、微生物活性制御物質供給装置１の表面に微生物を担持し得る担体１７を備えて、担体１７にDesulfovibrio sp.等を担持させることにより、電子供与体物質を供給して大気中の硫黄酸化物を除去することも可能である。さらに、大気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）は水に溶解すると硝酸イオンに変化する。したがって、担体１７に脱窒菌を担持させることにより、大気中の窒素酸化物の除去も可能である。
【０１１７】
また、微生物活性制御物質供給装置１の表面に担体１７を備えて、Acinetbactor sp.などの廃油を分解してエネルギー源とする微生物を担持させることにより、海洋への流出廃油の分解処理を行うことが可能である。微生物により流出廃油を分解する場合、窒素・リンなどの無機塩の添加が必要である。しかし、海洋などに無機塩を添加してもすぐに拡散してしまうため、微生物に与えることが難しい。そこで、微生物活性制御物質として硝酸塩やアンモニウム塩、リン酸塩水溶液を密封して微生物に窒素やリンを与えることにより、微生物の活動や増殖に好ましい環境を形成して廃油の分解を効率良くおこなうことができる。さらに、図１８に示すように、微生物活性制御物質供給装置１を大面積のシートとすることで、オイル３２の拡散防止シートとしての役割を持たせることもでき、流出廃油の拡散を抑えて効率よく微生物処理が可能となる。
【０１１８】
つまり、本発明の微生物活性制御物質供給装置を用いることで、除染対象領域に存在する微生物や除染対象領域に添加した微生物のうちの除染対象領域の環境汚染物質を除去する機能を有する微生物のみを選択的に活性化して、バイオレメディエーションを簡易に低コストに行うことができる。また、微生物活性制御物質をエネルギー源として環境汚染物質を除去する様々な場面で適用することが可能である。
【実施例】
【０１１９】
＜実施例１＞
ポリエチレン膜を用いて袋を形成し、その中にメタノール、エタノールを密封した場合の有機物の透過量を測定して、本発明の微生物活性制御物質供給装置の有効性について確認した。
厚さ０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍのポリエチレン膜（商品名：ミポロンフィルム、ミツワ（株）製）を袋状として、その中にメタノール（和光純薬工業製、９９．８％）、エタノール（和光純薬工業製、９９．５％）をそれぞれ密封した。密封した溶液量は全て５ｍＬとした。これを水の中に浸漬し、経過日数に対して分子透過量をＴＯＣ濃度を測定することによりメタノールおよびエタノールの透過量を評価した。ＴＯＣ濃度は燃焼−赤外線式全有機炭素分析計（ＴＯＣ−６５０、東レエンジニアリング製）により測定した。この結果を図６の（Ａ）並びに（Ｂ）に示す。図中において、Ｂはバックグラウンド、ＭｅＯＨはメタノール、ＥｔＯＨはエタノール、０．０５、０．１、０．３、０．５等の数値はポリエチレン膜厚（単位；ｍｍ）を表している。この実験から、メタノール、エタノール共に、ポリエチレン膜厚が薄くなるにつれて、ＴＯＣ濃度も増加していくことから、ポリエチレン膜の膜厚により、電子供与体供給量の制御が可能であることが確認された。
【０１２０】
＜実施例２＞
ポリエチレン膜に対する酢酸、乳酸及びグルコースの透過性を調査した。厚さ０．０５ｍｍのポリエチレン膜（商品名：ミポロンフィルム、ミツワ（株）製）を袋状として、その中に酢酸（和光純薬工業製、９９．７％）を密封した。また、厚さ０．０１ｍｍのポリエチレン膜（商品名：ポリエチレンラップ、（株）ダイエー製）を袋状として、その中に乳酸（和光純薬工業製、ＤＬ‐乳酸８５〜９２％溶液）、グルコース（和光純薬工業製、１０％水溶液）をそれぞれ密封した。密封した溶液量はすべて５ｍＬとした。これらをそれぞれ水の中に浸漬し、経過時間に対してＴＯＣ濃度を測定して、酢酸、乳酸及びグルコースの透過量を評価した。また、ポリエチレン膜中にエタノール（和光純薬工業製、９９．５％）を密封して袋状としたものについても同様にＴＯＣ濃度濃度を測定し、酢酸、乳酸及びグルコースのポリエチレン膜透過性との比較を行った。この結果を図１２に示す。図中において、ＥｔＯＨはエタノール、Ａｃｅは酢酸、Ｌａｃは乳酸、Ｇｌｕはグルコースを表している。この実験から、酢酸はエタノールよりもポリエチレン膜の透過速度が速いことが確認された。一方、乳酸とグルコースはポリエチレン膜をほとんど透過しないことが確認された。したがって、メタノールやエタノール等のアルコールに加えて、酢酸もポリエチレン膜を透過することが明らかとなった。また、乳酸やグルコース等の水に良く溶ける物質はポリエチレン膜を透過し難いことが明らかとなった。
【０１２１】
＜実施例３＞
ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）膜に対するグルコースと、単糖類であるグルコースより分子量の大きい二糖類のスクロースの透過性を調査した。
厚さ０．０２５ｍｍのポリビニルアルコール膜（商品名：ビニロンフィルムＤＸ−Ｎ＃２５、東セロ株式会社製）を袋状として、その中にグルコース（和光純薬工業製、１０％水溶液）、スクロース（和光純薬工業製、１０％水溶液）をそれぞれ密封した。密封した溶液量はすべて５ｍＬとした。これらをそれぞれ水の中に浸漬し、経過時間に対してＴＯＣ濃度を測定して、グルコース及びスクロースの透過量を評価した。この結果を図１３に示す。図中において、Ｇｌｕはグルコース、Ｓｕｃはスクロースを表している。この実験から、グルコースとスクロースはＰＶＡ膜を透過していることが確認された。また、ＴＯＣ濃度が平衡状態に達する時間は、グルコースが約１５時間後であるのに対し、スクロースは約５０時間後であり、スクロースの方がグルコースと比較して遅いことが確認された。したがって、分子量の大きいグルコースやスクロース等の糖類もＰＶＡ膜のような親水性の膜を用いることで透過させることが可能であることが明らかとなった。また、単糖類であるグルコースよりも分子量の大きい二糖類のスクロースの方がＴＯＣ濃度の平衡状態に達する時間が遅かったことから、分子量によりＰＶＡ膜の分子透過速度を制御することが可能であることが明らかとなった。尚、本実験では、グルコースやスクロースのＰＶＡ膜透過速度が、メタノールやエタノール、酢酸のポリエチレン膜透過速度に比べて速い傾向が見られた。これは、使用したＰＶＡ膜の膜厚が０．０２５ｍｍと薄かったことに起因しており、ＰＶＡ膜厚を厚くすることやポリエチレン膜とPVA膜の中間の性質を持つエチレンビニルアルコール共重合体膜を用いることにより、グルコースやスクロースの透過速度を抑えることが可能である。
【０１２２】
＜実施例４＞
ポリエチレン膜に対するアンモニウムイオン（ＮＨ４＋）、硝酸イオン（ＮＯ３−）、リン酸イオン（ＰＯ４３−）及び硫酸イオン（ＳＯ４２−）の透過性を調査した。
厚さ０．０１ｍｍのポリエチレン膜（商品名：ポリエチレンラップ、（株）ダイエー製）を袋状として、その中にアンモニウムイオンと硫酸イオンを含む溶液、硝酸イオンを含む溶液、リン酸イオンを含む溶液をそれぞれ密封した。アンモニウムイオンと硫酸イオンを含む溶液は、硫酸アンモニウム０．０４７ｇを蒸留水１０ｍＬに溶解して、濃度を１０００ｍｇ−Ｎ／Ｌとした。硝酸イオンを含む溶液は、硝酸カリウム０．０７２ｇを蒸留水１０ｍＬに溶解して、濃度を１０００ｍｇ−Ｎ／Ｌとした。リン酸イオンを含む溶液は、リン酸カリウム０．０５６ｇを蒸留水１０ｍＬに溶解して、濃度を１０００ｍｇ−Ｐ／Ｌした。溶液を密封した袋は、それぞれ水の中に浸漬し、経過時間に対してイオン濃度を測定し、アンモニウムイオン、硝酸イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンの透過量を評価した。アンモニウムイオン濃度はインドフェノール青吸光光度法により測定した。その他のイオン濃度は、イオンクロマトアナライザー（ＤＸ−ＡＱ、ダイオネックス社製）により測定した。この結果を図１４に示す。図中において、図中において、ＮＨ４＋−Ｎはアンモニウムイオンを、ＮＯ３−−Ｎは硝酸イオンを、ＰＯ４３−−Ｐはリン酸イオンを、ＳＯ４２−−Ｓは硫酸イオンを表している。この実験から、アンモニウムイオン、硝酸イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンはポリエチレン膜をほとんど透過しないことが確認された。したがって、ポリエチレン膜を用いてもイオンをほとんど透過性させることができないことが明らかとなった。
【０１２３】
＜実施例５＞
ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）膜に対するアンモニウムイオン（ＮＨ４＋）、硝酸イオン（ＮＯ３−）、リン酸イオン（ＰＯ４３−）及び硫酸イオン（ＳＯ４２−）の透過性を調査した。
厚さ０．０２５ｍｍのＰＶＡ膜（商品名：ビニロンフィルムＤＸ−Ｎ＃２５、東セロ株式会社製）を袋状として、その中にアンモニウムイオンと硫酸イオンを含む溶液、硝酸イオンを含む溶液、リン酸イオンを含む溶液をそれぞれ密封した。これらの溶液は実施例４と同じものとした。これらをそれぞれ水の中に浸漬し、実施例４と同様の手法により、経過時間に対してイオン濃度を測定し、アンモニウムイオン、硝酸イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンの透過量を評価した。この結果を図１５に示す。この実験から、アンモニウムイオン、硝酸イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンはＰＶＡ膜を透過していることが確認された。また、各種イオン濃度が平衡状態に達する時間は、アンモニウムイオンと硝酸イオンが約５０時間後であるのに対し、リン酸イオンと硫酸イオンは約１００時間後であり、リン酸イオン及び硫酸イオンの方がアンモニウムイオン及び硝酸イオンと比較して遅いことが確認された。したがって、アンモニウムイオン、硝酸イオン、リン酸イオン及び硫酸イオン等の水に可溶なイオンをＰＶＡ膜のような親水性の膜を用いることで透過させることが可能であることが明らかとなった。また、アンモニウムイオンや硝酸イオンよりも分子量の大きいリン酸イオンや硫酸イオンの方が各種イオン濃度の平衡状態に達する時間が遅かったことから、イオンの分子量によりＰＶＡ膜のイオン透過速度を制御することが可能であることが明らかとなった。尚、本実験では、各種イオンのＰＶＡ膜透過速度が、メタノールやエタノール、酢酸のポリエチレン膜透過速度に比べて速い傾向が見られた。これは、使用したＰＶＡ膜の膜厚が０．０２５ｍｍと薄かったことに起因しており、ＰＶＡ膜厚を厚くすることやポリエチレン膜とＰＶＡ膜の中間の性質を持つエチレンビニルアルコール共重合体膜を用いることにより、各種イオンの透過速度を抑えることが可能である。
【０１２４】
以上、非多孔性膜であるポリエチレン膜及びポリビニルアルコール膜を用いた各種物質の透過性実験結果から、非多孔性膜の性質と物質分子の性質、物質の分子量、非多孔性膜の膜厚により、非多孔性膜透過速度を制御できることが明らかとなった。
【０１２５】
また、ポリエチレン膜の様な疎水性の膜であっても、親水基を有する分子であるメタノールやエタノール、酢酸を透過させることが可能であることが明らかとなった。したがって、メタノールやエタノール、酢酸分子よりも炭素数の多い疎水性の高い分子は、疎水性の膜を透過しやすくなる。また、親水基を有していない分子、例えば、ベンゼンやトルエン等は疎水性の膜と非常になじみやすく、これらの分子を透過させやすい。また、ポリエチレン膜とポリビニルアルコール膜の中間の性質を有するエチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）膜を用いることで、分子の親水性、疎水性に関わらず、微生物活性制御物質を透過させることが可能である。
【０１２６】
＜実施例６＞
実施例１で用いたエタノールを密封するポリエチレンの袋を使って、バイオリアクターの機能を確認した。
【０１２７】
（供試菌株とその培養）
アンモニア酸化菌としてNitrosomonas europaea IFO-14298、脱窒菌としてParacoccus denitrificans JCM-6892を用いた。培養には、Nitrosomonas europaeaはIFO Medium List No.240、Paracoccus denitrificansは JCM Medium List No.22(Nutrient agar No.2)を基本とした液体培地を用いた。培地の組成を表１に示す。IFO培地No.240にPhenol RedをｐＨ指示薬として添加し、ｐＨはＣａＣＯ３の代わりにＮａ２ＣＯ３を適宜添加することにより調整した。また、ＪＣＭ培地Ｎｏ．２２からは寒天を除き、液体培地として用いた。それぞれ３０℃で振とう（１１０ｒｐｍ）培養後、遠心分離により集菌し、リン酸緩衝液（９ｇ／ｌ Ｎａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ、１．５ｇ／ｌ ＫＨ２ＰＯ４、ｐＨ＝７．５）により３回洗浄した。洗浄菌体は、N.europaeaは８ｍｇ ｄｒｙ ｗｔ．／ｍｌ、P.denitrificansは３３ｍｇ ｄｒｙ ｗｔ．／ｍｌになるようそれぞれリン酸緩衝液に懸濁した。
【０１２８】
【表１】
【０１２９】
（菌固定化方法）
光硬化性樹脂ＰＶＡ−ＳｂＱ（ＳＰＰ−Ｈ−１３、東洋合成工業製）９ｍｌに対し、前述のN.europaeaの菌懸濁液１ｍｌ、P.denitrificansの菌懸濁液２ｍｌを混合し、固定化した。菌体と樹脂の混合液は直接不織布に塗布し、メタルハロゲンランプ下で１時間照射することにより不織布の片面にシート状に固定化担体（縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ）を成形した。
【０１３０】
（性能評価）
固定化担体を用いたバイオリアクターにポリエチレン膜でエタノールを密封した電子供与体供給装置を用いたときの性能評価を行った。
上記実施例で作製した、Nitrosomonas europaea IFO-14298とParacoccus denitrificans JCM-6892を同時に包埋した担体を不織布の片面にシート状に成形したものを、不織布を外側になるようにし、且つ、担体に微生物活性制御物質供給装置用ポケットを設けるようにして、その中に厚さ０．０５ｍｍおよび０．３ｍｍのポリエチレン膜にてエタノールを密封した袋状の微生物活性制御物質供給装置を入れて、アンモニア排水処理能力を評価した。
【０１３１】
（分析方法）
培地溶液中のアンモニア、亜硝酸濃度は、それぞれインドフェノール青吸光光度法、ナフチルアミン吸光光度法により測定した。
【０１３２】
（固定化担体を用いたバイオリアクターにポリエチレン膜でエタノールを密封した電子供与体供給装置を用いたときの性能評価結果）
図７にバイオリアクターの性能評価結果を示す。Ｃは電子供与体を供給していないバイオリアクターで、ＥｔＯＨ−０．０５はポリエチレン膜厚０．０５ｍｍでエタノールを密封した微生物活性制御物質供給装置を用いたバイオリアクター、ＥｔＯＨ−０．３はポリエチレン膜厚０．３ｍｍでエタノールを密封した微生物活性制御物質供給装置を用いたバイオリアクターの結果である。Ｃ、ＥｔＯＨ−０．０５、ＥｔＯＨ−０．３共に、４日目にはアンモニア濃度は０になったが、亜硝酸濃度に関しては、Ｃの場合は７日目まで上昇し続け、ＥｔＯＨ−０．３では２日目までは上昇したが、それ以降は減少し、７日目には検出されなかった、また、ＥｔＯＨ−０．０５は１日目から亜硝酸は検出されなかった。従って、ポリエチレン膜を介してエタノールがバイオリアクターに供給されていることが確認され、ポリエチレン膜厚が薄い方がエタノールを供給しやすいことが確認された。
【０１３３】
＜実施例７＞
酸性物質である塩酸や酢酸、塩基性物質である水酸化ナトリウムやアンモニアをポリエチレン膜またはＰＶＡ膜から透過させることによる、ポリエチレン膜またはＰＶＡ膜周辺環境のｐＨ制御性について調査した。
厚さ０．０１ｍｍのポリエチレン膜（商品名：ポリエチレンラップ、（株）ダイエー製）中に、ＨＣｌ溶液（和光純薬工業製、１Ｎ）、酢酸（和光純薬工業製、９９．７％）、ＮａＯＨ溶液（和光純薬工業製、１Ｎ）、アンモニア溶液（和光純薬工業製、２５％）をそれぞれ密封して袋状とした。また、厚さ０．０２５ｍｍのＰＶＡ膜（商品名：ビニロンフィルムＤＸ‐Ｎ＃２５、東セロ株式会社製）中に、ＨＣｌ溶液（和光純薬工業製、１Ｎ）、ＮａＯＨ溶液（和光純薬工業製、１Ｎ）をそれぞれ密封して袋状とした。溶液を密封した袋は、それぞれ水の中に浸漬し、経過時間に対してｐＨを測定し、ポリエチレン膜またはＰＶＡ膜による酸性物質や塩基性物質の透過性の評価を行った。この結果を図１６に示す。この実験から、酸性物質である酢酸、塩基性物質であるアンモニアがポリエチレン膜を透過して、袋の周辺環境のｐＨの制御が可能であることが確認され、酸性物質である塩酸、塩基性物質である水酸化ナトリウムはポリエチレン膜は透過しにくいがＰＶＡ膜を透過して、袋の周辺環境のｐＨの制御が可能であることが確認された。したがって、酸性物質や塩基性物質の透過性をポリエチレン膜、ＰＶＡ膜またはその中間性質を持つエチレンビニルアルコール共重合体膜の選別、膜の厚さにより制御して、袋の周辺環境を所望のｐＨに変化させて、所望のｐＨを長期に亘り維持できることが明らかとなった。
【符号の説明】
【０１３４】
１ 微生物活性制御物質供給装置（電子供与体供給装置）
２ 非多孔性膜
３ 微生物活性制御物質
４ 容器
４ａ 微生物活性制御物質貯留部
５ 供給部
６ 微生物活性制御物質貯留タンク
７ 供給ノズル
８ チューブ
９ バイオリアクター
１０ 不織布
１１ 担体
１２ 微生物活性制御物質供給装置用ポケット
１３ 脱窒菌
１６ 保護材
１７ 担体
２０ 酸素供給装置
２１ 酸素吸収物質
２２ 酸素
２３ アンモニア酸化菌
２５ 酸素吸収装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物活性制御物質供給方法及びその装置並びにそれを利用した環境浄化方法及びバイオリアクターに関する。さらに詳述すると、本発明は、微生物を利用した生物学的処理により除染対象領域に存在する環境汚染物質を効率良く除去する際の微生物活性制御物質供給方法及びその装置並びにそれを利用した環境浄化方法及びバイオリアクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
微生物を利用した生物学的処理を行う際には、アルコールなどの有機物を微生物のエネルギー源となる電子供与体として供給しなければならない場合がある。例えば、被処理液中に存在するアンモニア等の窒素化合物を生物学的処理によって除去する下水処理プロセスにおいては、硝化反応の後の脱窒反応の際に、脱窒反応を速めるために、メタノールが微生物のエネルギー源となる電子供与体として制御装置により制御されるポンプ装置によって必要量だけ供給されるようにしている（特許文献１）。
【０００３】
また、被処理液中に存在するアンモニア等の窒素化合物の除去に有効な微生物が固定化されたシート状の高分子ゲルの一面に被処理液を接触させ、他面に脱窒処理に必要なエネルギー源としての電子供与体を接触させる形式の窒素除去バイオリアクター（特許文献２並びに３）においても、微生物のエネルギー源となるアルコールを電子供与体として供給するようにしている。アルコールの供給は、バイオリアクター内に形成された高分子ゲル担体の内側の空間とアルコール貯留槽とを配管で連結した循環路を利用して、循環ポンプや様々なバルブや計器類などを操作してアルコールの供給タイミング並びに量を制御している。
【０００４】
ここで、アルコールの供給が過剰であると、微生物が消費しきれずに水中などにアルコールが残留して水質を悪化させる虞があり、その反面、アルコールの供給量が少ないと、エネルギー源不足となって脱窒反応が不十分となり亜硝酸濃度が高まる問題が生ずる。そこで、アルコールの供給は、ポンプなどを用いてその供給量とタイミングが制御され、アルコール貯留タンクから１０％程度の濃度に希釈されたアルコールが供給されるように設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３２６０５５４号
【特許文献２】特許第３３４０３５６号
【特許文献３】特許第２８８７７３７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、従来のバイオリアクターにおける微生物への電子供与体供給方法は、脱窒菌のエネルギー源となる電子供与体であるメタノールやエタノール等のアルコール溶液の供給量を一定量に維持するためのポンプや制御装置などの一連の設備が必要であり、設備が大型化すると共に設備操作も複雑化することから、ランニングコストが高くなるという問題を有している。
【０００７】
また、メタノールやエタノール等のアルコール溶液が高濃度の場合、前記溶液を微生物に直接接触させると微生物が死に至ることがあり、前記溶液は必ず水で希釈して微生物が死なない程度の濃度に調整しなければならないという煩わしさも有している。しかも、アルコール原液を使うことができないため、希釈して貯蔵しなければならず、その分だけ貯留タンクが大型化してしまう問題を有している。さらに、従来の微生物への電子供与体供給方法は、アルコールを希釈したものをそのまま微生物に供給するようにしているため、不純物の多い廃アルコールなどでは利用できない問題がある。例えば、茶の精製過程で生じる廃アルコールには、カテキンが含まれるため、これをエネルギー源として用いると、希釈して用いても微生物を死滅させる虞がある。そこで、不純物を除いた状態で用いなければならないため、廃アルコールの再利用が事実上できなかった。
【０００８】
さらに、特許文献２あるいは３に記載されているような、微生物が固定化されたシート状の高分子ゲルで囲まれた空間内に脱窒処理に、必要なエネルギー源としての電子供与体を接触させる型式の窒素除去バイオリアクターにおいては、リアクターから溢れ出ない程度の量のアルコールを供給パイプでリアクターの中に供給しなければならないため、リアクターを大型化するほどアルコールが隅々までうまく拡散し難くなり、大型化が難しい。
【０００９】
また、微生物を利用した生物学的処理を行う際には、電子供与体を供給する以外にも、微生物が活性化し易い環境を整えておくことで、効率よく生物学的処理を行うことができる。したがって、微生物が活性化し易い環境を整えるため各種物質を微生物に供給するための簡易な手法の確立が望まれている。
【００１０】
そこで、本発明は、ポンプや制御装置を用いずに微生物の活動に必要な活性制御物質を与えて微生物の活性の制御を実現できる簡易な方法及び装置を提供することを目的とする。また、本発明は、リアクターの大型化を可能とする微生物への活性制御物質の供給方法及び装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は廃アルコールをエネルギー源として再利用可能な微生物への活性制御物質の供給方法および装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は微生物への活性制御物質供給に関し、管理の必要のないコンパクトなバイオリアクターを提供することを目的とする。さらに、本発明は液相、気相または固相の被処理領域中に存在する環境汚染物質、例えばアンモニアや硝酸イオン、亜硝酸イオンなどを効率良く除去するためのバイオリアクターを提供することを目的とする。
【００１２】
さらに、本発明は、特定の微生物のみをある環境下で活性化させることを目的とする。また、本発明は、除染対象領域に存在する微生物の活動と増殖を制御して、機能させたい微生物を選択的に活性化したり、定着させたりすることにより、環境浄化や土壌改良を行う方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる目的を達成するため、本発明者等は、非多孔性膜であるポリエチレン膜の片面にメタノールやエタノール原液を接触させると、他面からメタノール分子やエタノール分子を緩やかに供給できる非多孔性膜の分子透過性に着目した。そして、非多孔性膜の分子透過性を利用することにより、微生物のエネルギー源となる電子供与体として機能する物質を均一かつ緩やかな徐放性をもって微生物に供給することが可能であることを知見した。また、非多孔性膜の分子透過性を利用して微生物の活動に必要な様々な物質を透過させて微生物に緩やかに供給することで、微生物の活性を制御することが可能であることを知見し、本願発明に至った。
【００１４】
かかる知見に基づく本発明の微生物活性制御物質供給方法は、非多孔性膜を少なくとも一部に備える密封構造の容器中に微生物活性制御物質を充填し、微生物活性制御物質を容器の非多孔性膜部分から非多孔性膜の分子透過性能に支配される速度で容器周辺に供給し、容器周辺の微生物の活性を制御するようにしている。また、かかる知見に基づく本発明の微生物活性制御物質供給装置は、微生物活性制御物質と、非多孔性膜を少なくとも一部に備える密封構造の容器とを含み、容器内には微生物活性制御物質が充填され、微生物活性制御物質を容器の非多孔性膜部分から非多孔性膜の分子透過性能に支配される速度で容器周辺に供給し、容器周辺の微生物の活性を制御するものである。
【００１５】
容器内に充填された微生物活性制御物質は、非多孔性膜の分子透過性能に支配される速度で徐放される。そこで、微生物活性制御物質の非多孔性膜透過速度を、非多孔性膜の分子透過性能を決定する要素である膜材料や膜厚、膜密度などで調整することにより、微生物活性制御物質を常時緩やかに供給して、微生物の活性の制御を行うことができる。
【００１６】
したがって、微生物活性制御物質供給量を一定量に維持するための設備を備える必要がなくなり、従来のようにポンプや制御装置で供給量を制御した場合と比較して設備コストやランニングコストを大幅に低下させることが可能である。しかも、装置全体が非多孔性膜で構成される場合には、微生物活性制御物質を非多孔性膜の全面から広い範囲で緩やかに放出させて、バイオリアクターの隅々まで微生物活性制御物質を供給できるので、バイオリアクターの大型化が可能である。
【００１７】
また、直接微生物に接触させると微生物を死滅させる虞のある殺菌性の微生物活性制御物質、例えば原液のアルコールを用いても、単位面積当たりのアルコール分子の透過量を十分に少なくして、濃度が薄められて与えられるため、アルコール原液を用いても微生物を死滅させることが無い。しかも、アルコールを水で希釈して微生物が死滅しない程度の濃度に調整する従来行われていた工程を省略して手間を省くことができると共に、同じ容積の液量で長時間アルコールを供給することが可能となる。
【００１８】
ここで、微生物活性制御物質としては、電子供与体物質、酸性物質、塩基性物質、無機塩類、酸素、酸素放出物質及び酸素吸収物質が挙げられ、そのうちの１種類を用いてもよいし、あるいは２種類以上を組み合わせて用いてもよい。ただし、酸性物質と塩基性物質の双方を充填すると容器内で中和反応を起こして、容器周辺のｐＨ制御を行うことができなくなるので、この組み合わせは除外する。また、酸素放出物質と酸素吸収物質の双方を充填すると容器周辺への酸素供給と、容器周辺からの酸素吸収ができなくなるので、この組み合わせも除外する。但し、異なる容器に収める場合には、この限りではない。
【００１９】
微生物活性制御物質供給方法及び装置において、単一で微生物活性制御物質を用いる場合、例えば微生物のエネルギー源となる電子供与体として機能する物質を用いる場合には、容器周辺の微生物のうちの電子供与体を必要とする微生物の活性を制御することができる。また、酸性物質または塩基性物質を用いる場合には、容器周辺のｐＨを制御して微生物の活性を制御することができる。さらに、無機塩類を用いる場合には、容器周辺の無機塩濃度を高めて微生物の活動の維持や増殖のための好適な環境を整え、活性化を促すことができる。また、酸素放出物質を用いる場合には、容器周辺に酸素を供給して好気性雰囲気を形成することにより、容器周辺の微生物うちの好気性微生物の活性化を制御することができる。さらに、酸素を吸収する物質を用いる場合には、容器周辺の酸素を吸収して嫌気性雰囲気を形成することにより、容器周辺の微生物のうちの嫌気性微生物の活性化を制御することができる。
【００２０】
また、微生物活性制御物質を容器に２種類以上充填することで、あるいは異なる微生物活性制御物質を充填した微生物活性制御物質供給装置を併用することによって、電子供与体供給による微生物の活性制御、ｐＨ制御による微生物の活性制御、無機塩濃度の上昇による微生物の活性化促進、酸素供給による好気性雰囲気形成、酸素吸収による嫌気性雰囲気形成を選択的に同時に実施することで、微生物の活性を複合的に制御し、あるいは相乗効果により、様々な微生物の活性を制御することが可能になる。
【００２１】
ここで、微生物活性制御物質として用いられる電子供与体物質は、水素、硫化水素及び非多孔性膜を透過し得る有機化合物の群からなる１種または２種以上である。
【００２２】
また、電子供与体物質として廃アルコールを使用することが環境的にも経済的にも好ましい。非多孔性膜は「分子ふるい」のような役割を持っており、透過させようとする分子の分子量が大きくなるにつれて、その分子を透過し難くなる。また、分子の極性などの性質によってもその透過性が大きく変化する。したがって、非多孔性膜をポリエチレンやポリプロピレンに代表される疎水性の膜とした場合には、電子供与体物質の中に不純物例えばカテキンやシアン化合物のように微生物に対して毒性を呈する抗菌性の分子が混入していても、分子サイズの大きなカテキンや極性の高いシアン化合物などは透過し難く、微生物にとって無害な電子供与体物質を主成分として透過させることが可能となる。廃アルコールの再利用は、廃棄物の量を減らすことができて環境にとって好ましいと共に廃棄物の有用化を可能としてエネルギー源のコストを下げることができる。例えば、現在、蒸留、精製等の過程を経て再生されている廃アルコールを、これらの処理を行うことなくそのまま用いることができ、大幅なコストダウンを実現できる。より具体的には、食品、医薬品製造工程などで生じる廃アルコールを、微生物毒性を持つ物質（カテキンなど）を蒸留などの除去工程を経ることなく、微生物のエネルギー源として有効利用できる。
【００２３】
ここで、電子供与体物質は、液体状態であっても気体状態であっても、その分子が非多孔性膜を少しずつ透過することで容器周辺に徐放される。したがって、アルコールやベンゼン、トルエン、フェノール等の揮発性有機物が容器内で液体と気体の状態で混在している場合であっても非多孔性膜の全面から徐放される。
【００２４】
微生物活性制御物質として用いられる酸性物質は、例えば、塩酸、硫酸、硝酸その他の無機酸、酢酸その他の有機酸が挙げられるが、これらに限定されない。塩基性物質は、例えば、水酸化ナトリウム、アンモニアなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２５】
微生物活性制御物質として用いられる無機塩類としては、硫酸アンモニウムその他のアンモニウム塩、硝酸カリウムその他の硝酸塩、リン酸カリウムその他のリン酸塩が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
【００２６】
微生物活性制御物質として用いられる酸素放出物質としては、酸素や空気が挙げられる。また、過酸化水素水、過炭酸ナトリウム・過酸化水素付与物、過酸化カルシウム、過酸化マグネシウムなどの酸素を発生する物質が挙げられる。また、過酸化水素水を用いる場合には、酸素生成触媒として二酸化マンガンや過マンガン酸カリウムを併用しても良い。
【００２７】
微生物活性制御物質として用いられる酸素吸収物質としては、還元鉄のような固体還元剤や、還元剤を入れた溶液、例えば亜硫酸ナトリウム溶液が挙げられる。
【００２８】
次に、微生物活性制御物質を充填する容器は、非多孔性膜を少なくとも一部に有するものであれば十分であるが、より好ましくは全体が非多孔性膜で構成されることである。この場合には、微生物活性制御物質が隅々まで放出される。
【００２９】
また、この容器の形状は、フレームに非多孔性膜を張り付けたようなものでも良いが、膜だけで袋状あるいはチューブ状に形成し、微生物活性制御物質を密封するものであることが好ましい。容器をこのような形状とすることで、非常に使いやすい形態となり、微生物活性制御物質が充填されている間は自律的に緩やかに一定速度で微生物活性制御物質が供給される。したがって、メンテナンスを必要とせず、装置構成を簡素化することが可能である。また、密封した微生物活性制御物質を使いきったときには、微生物活性制御物質が密封された新しい袋状あるいはチューブ状の容器と交換するだけで良い。使用済みの袋状あるいはチューブ状の容器は、リサイクルに供することで、再資源化が可能である。
【００３０】
また、容器は微生物活性制御物質を補給可能な構造とすることが好ましい。例えば、容器に微生物活性制御物質を補充する供給部を備えるようにする。また、液体の微生物活性制御物質を用いる場合には、供給部に微生物活性制御物質を一時的に貯留するタンク部を備えて容器と一体に形成するようにしたり、もしくは容器を微生物活性制御物質貯留タンクと連通し、必要に応じて微生物活性制御物質を補充可能とする供給ノズルを備えることが好ましい。この場合には、タンク内に微生物活性制御物質を貯留しておけば、袋内の微生物活性制御物質が減ってきたときに、微生物活性制御物質がタンクと容器の圧力差により補充できる。
【００３１】
ここで、本発明にかかる微生物への微生物活性制御物質供給方法及び装置において、非多孔性膜としては、疎水性の膜、親水性の膜または親水性と疎水性の両方の性質を有する膜を、容器内に充填される微生物活性制御物質の性質に合わせて用いることができる。
【００３２】
次に、本発明にかかる微生物活性制御物質供給装置には、非多孔性膜を摩擦や外力などの外部衝撃から保護する保護材を非多孔性膜の表面に備えることが好ましい。保護材としては、例えば、ナイロンネットや不織布等を用いることができるがこれらに限定されるものではない。そして、保護材により非多孔性膜の一部あるいは全面を覆うことで、非多孔性膜を外部衝撃から保護することができる。また、この保護材を剛性の高い部材により筒状、鞘状に形成し、当該保護材に微生物活性制御物質供給装置を挿入することで、微生物活性制御物質供給装置の膨らみを防いで厚みを薄くすることができる。したがって、微生物活性制御物質供給装置を例えば処理槽などに収容するときの密度を上げることができる。
【００３３】
また、本発明にかかる微生物活性制御物質供給装置の非多孔性膜の表面に微生物を固定し得る担体を備えることで、人工的にあるいは自然に微生物を非多孔性膜の表面に定着させて、その活性を効率よく制御することができる。
【００３４】
次に、本発明の環境浄化方法は、微生物活性制御物質供給装置を除染対象領域に配置し、微生物活性制御物質供給装置の近傍に微生物活性制御物質を供給して、微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物の活性を制御することにより環境汚染物質を除去するようにしている。したがって、除染対象領域に本発明の微生物活性制御物質供給装置を配置するだけで、微生物活性制御物質が除染対象領域に常時緩やかに供給されて、除染対象領域に存在する微生物を活性化して、環境汚染物質の除去を行うことができる。
【００３５】
ここで、本発明における除染対象領域とは、環境汚染物質が存在している土壌、地下水、汚泥、河川及び海洋を主に意味しているが、これに特に限定されるものではない。また、微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物とは、除染対象領域に棲息している微生物に限られず、除染対象領域に添加された微生物、非多孔性膜の表面に備えられている担体に固定された微生物も含まれる。また、環境汚染物質を分解処理する為に有効な微生物が人為的に添加された施設、例えば、微生物の汚染物質処理能を利用した排水処理施設も含んでいる。
【００３６】
そして、本発明の環境浄化方法において、微生物活性制御物質として電子供与体物質を供給して、当該微生物のうちの電子供与体を必要とする微生物を活性化する場合、環境汚染物質を除去することができる。つまり、微生物活性制御物質供給装置近傍に存在する微生物のうちの電子供与体を必要とする微生物を選択的に活性化させて機能させることができる。
【００３７】
また、非多孔性膜を介して徐放される電子供与体物質分子の単位面積当たりの透過量を、微生物の生存を維持する為に最低限必要な量に調整することで、電子供与体を必要とする微生物の活性化が起こらない程度に微生物に電子供与体物質を供給して、容器周辺の電子供与体を必要とする微生物の生存を長期に亘り維持することができる。したがって、ある環境に存在する微生物を死滅させずに保持し続けることができる。また、微生物の生存を維持する為に最低限必要な量の電子供与体物質を供給することで、微生物の共代謝を利用した環境汚染物質の除去を効率よく行うことが可能となる。
【００３８】
また、酸素を供給して、微生物活性制御物質供給装置近傍に存在する微生物のうちの好気性微生物を活性化して環境汚染物質を除去することもできる。
【００３９】
また、電子供与体物質を充填した微生物活性制御物質供給装置を第一の微生物活性制御物質供給装置として除染対象領域に配置すると共に、酸素吸収物質を充填した微生物活性制御物質供給装置を第二の微生物活性制御物質供給装置として、第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍から酸素を吸収して嫌気性雰囲気が形成される位置に配置することで、第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物のうちの電子供与体を必要とする嫌気性微生物を活性化して環境汚染物質を除去することができる。したがって、好気性雰囲気になりやすい地表付近や、酸素を多く含む地下水が常時流れ込むあるいは浸透してくる場所においても、嫌気性微生物を活性化させることができる。
【００４０】
また、電子供与体物質を充填した微生物活性制御物質供給装置を第一の微生物活性制御物質供給装置として除染対象領域に配置すると共に、酸素放出物質を充填した微生物活性制御物質供給装置を第二の微生物活性制御物質供給装置として、第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に好気性雰囲気が形成される位置に配置し、第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物のうちの電子供与体を必要とする好気性微生物により環境汚染物質を除去することができる。
【００４１】
また、電子供与体物質を充填した微生物活性制御物質供給装置を第一の微生物活性制御物質供給装置として除染対象領域に配置すると共に、酸素放出物質を充填した微生物活性制御物質供給装置を第二の微生物活性制御物質供給装置として、第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に酸素が供給されない位置であって第二の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する活性化された好気性微生物により産生される物質が第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍の微生物に供給される位置に第二の微生物活性制御物質供給装置を配置して、第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物のうちの電子供与体を必要とする微生物と、第二の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物のうちの好気性微生物により環境汚染物質を除去することができる。
【００４２】
また、電子供与体物質を充填した微生物活性制御物質供給装置を第一の微生物活性制御物質供給装置として除染対象領域に配置すると共に、酸素放出物質を充填した微生物活性制御物質供給装置を第二の微生物活性制御物質供給装置として、第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に酸素が供給されない位置であって第二の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する活性化された好気性微生物により産生される物質が第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍の微生物に供給される位置に第二の微生物活性制御物質供給装置を配置し、さらに酸素吸収物質を充填した微生物活性制御物質供給装置を第三の微生物活性制御物質供給装置として、第二の微生物活性制御物質供給装置から酸素が供給されない位置であって、第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍から酸素を吸収して嫌気性雰囲気が形成される位置に第三の微生物活性制御物質供給装置を配置して、第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する嫌気性微生物のうちの電子供与体を必要とする微生物と、第二の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物のうちの好気性微生物により環境汚染物質を除去することができる。
【００４３】
上述の微生物活性制御物質供給装置は、微生物活性制御物質を微生物に供給する必要があるあらゆる施設並びにバイオリアクター全般に対して利用可能である。例えば、目的とする成分の除去に有効な微生物を固定した担体が、微生物活性制御物質供給装置の非多孔性膜部分の周りに配置されているバイオリアクターを構成することができる。また、担体に、微生物活性制御物質供給装置の容器がその非多孔性膜部分を当てて貼着されたバイオリアクターを構成することができる。また、担体を袋形状とし、その内側の空間に微生物への微生物活性制御物質供給装置を収容したバイオリアクターを構成することも可能である。
【００４４】
この場合、微生物活性制御物質供給装置の容器内に充填された微生物活性制御物質は非多孔性膜を透過して容器の周辺に徐放されるので、微生物活性制御物質が直接あるいは一旦担体の袋内に放出されてから担体に固定された微生物に供給される。即ち、微生物活性制御物質を微生物の近くに充填させて自律的に均一かつ緩やかな徐放性をもって供給することが可能となる。したがって、微生物活性制御物質供給装置をバイオリアクター毎に独立して取り扱うことができるので、使用に便利である。また、微生物活性制御物質分子をを非多孔性膜の分子透過性能に支配される速度で透過させているので、微生物活性制御物質が無駄に消費されたり被処理領域を汚すことがほとんど無い。
【００４５】
さらに、本発明のバイオリアクターは、上述の微生物活性制御物質供給装置の容器の非多孔性膜の表面に微生物を直接担持させて成るものである。この場合には、微生物活性制御物質が透過する面に微生物が固定されているので、供給される微生物活性制御物質のほぼ全量が微生物に直接供給される。ここで、微生物の固定は、非多孔性膜を有する膜の表面を親水性処理することで高分子ゲルを前記表面に付着させやすくすることによって、あるいは起毛処理することによって、非多孔性膜の表面に直接微生物を付着させるようにしている。この場合、ゲル等の担体を付着させた別の容器を必要としない。
【００４６】
さらに、本発明のバイオリアクターにおいて担体は吸水性ポリマーであることを特徴としている。この場合には、大気中にバイオリアクターを置いて大気中から目的とする成分を除去しようとするときに、大気中に存在する目的の化合物が、ゲルに含まれる水に溶け込むことで除去されるようになる。また、固定化した微生物は、乾燥してしまうと死滅してしまうおそれがあるため、大気中で用いる場合には、定期的に給水することが必要である。しかし、吸水性ポリマーを用いることで給水の手間を非常に軽くでき、もしくは大気中の水分のみで供給が足りる場合には給水は必要としなくなる。また、吸水性ポリマーを用いた場合には、高分子ゲルを使用した場合と比べ担体の保水力、吸水力が高まるため、土壌や地下水といった固相、液相の被処理領域中で用いた場合にも、水分を効率良く吸収し、保水することによって、微生物を良好な状態で担持させつつ環境汚染物質を長期間除去し続けることが可能となる。また、降雨量が減って土壌中の水分が少なくなった場合にも、吸水性ポリマーの保水力により乾燥しにくくなって、微生物の死滅を防ぐことができる。
【００４７】
また、本発明のバイオリアクターは、微生物を固定し得る担体に液相、気相または固相の被処理領域中の対象物質の除去に有効な微生物と前記微生物が産生する物質を酸化または還元する微生物をそれぞれ１種または２種以上固定化した担体の一方の面に被処理液を接触させ他面に微生物活性制御物質を接触させるものである。微生物活性制御物質は、微生物のエネルギー源となる電子供与体として機能する物質である。微生物の一例を挙げると、対象物質の除去に有効な微生物としてはアンモニア酸化菌、対象物質の除去に有効な微生物が産生する物質を還元する微生物としては脱窒菌である。さらに、対象物質の除去に有効な微生物が産生する物質を酸化する微生物として亜硝酸酸化菌を用いた場合も、亜硝酸イオンを硝酸イオンに酸化する経路を経て窒素除去が可能である。したがって、窒素化合物であるアンモニア、硝酸イオン及び亜硝酸イオンを無害な窒素ガスに変換することが可能となる。
【００４８】
本発明のバイオリアクターを利用する環境は、大気中であっても、土壌や水中であってもよい。より具体的には、環境汚染物質が存在している土壌、地下水、汚泥、排水、河川、海洋等、また、有害なガスが存在する大気中などで用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の微生物活性制御物質供給装置の一実施形態である密封タイプの例を示す図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図２】本発明の微生物活性制御物質供給装置の他の実施形態である補充タイプの例を示す図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図３】図２の実施形態の微生物活性制御物質供給装置の全体構成を示す概略説明図である。
【図４】本発明の微生物活性制御物質供給装置を利用したバイオリアクターの構成の一例を示す斜視図である。
【図５】本発明のバイオリアクターの構成の一例を示す縦断面図であり、（Ａ）は密封タイプの例を、（Ｂ）は補充タイプの例をそれぞれ示す。
【図６】ポリエチレン膜からの有機物の透過量測定結果を示す図で、（Ａ）はメタノール、（Ｂ）はエタノールのそれぞれの測定結果を示す。
【図７】固定化担体を用いたバイオリアクターにポリエチレン膜でエタノールを密封した微生物活性制御物質供給装置を用いたときの性能評価結果を示す図で、（Ａ）はアンモニア濃度と経過日数との関係を、（Ｂ）は亜硝酸濃度と経過日数との関係をそれぞれ示す。
【図８】土壌中に電子供与体供給装置を埋設して使用する形態を示す図である。
【図９】土壌中に電子供与体供給装置と共に酸素吸収装置を埋設して使用する形態を示す図である。
【図１０】土壌中に電子供与体供給装置と共に酸素供給装置を埋設して使用する形態を示す図である。
【図１１】電子供与体供給装置に担体と保護材を備えた形態を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図１２】ポリエチレン膜からのエタノール、酢酸、乳酸およびグルコースの透過量測定結果を示す図である。
【図１３】ポリビニルアルコール膜からのグルコースおよびスクロースの透過量測定結果を示す図である。
【図１４】ポリエチレン膜からの各種イオンの透過量測定結果を示す図である。
【図１５】ポリビニルアルコール膜からの各種イオンの透過量測定結果を示す図である。
【図１６】ポリエチレン膜から酸性物質や塩基性物質を放出させて周辺環境のｐＨ値を測定した結果を示す図である。
【図１７】疲弊した土壌を本発明の微生物活性制御物質供給装置により改善する例を示す概念図である。
【図１８】流出廃油を本発明の微生物活性制御物質供給装置により処理する例を示す概念図である。
【図１９】土壌中に電子供与体供給装置と共に酸素供給装置を埋設して使用する他の形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００５１】
図１に本発明にかかる微生物活性制御物質供給装置の一実施形態を示す。この微生物活性制御物質供給装置１は、微生物活性制御物質３と、非多孔性膜２を少なくとも一部に備える密封構造の容器４とを含み、容器４内には微生物活性制御物質３が充填され、微生物活性制御物質３を容器４の非多孔性膜２の部分から非多孔性膜２の分子透過性能に支配される速度で容器４の周辺に供給し、容器４の周辺の微生物の活性を制御するものである。本実施形態では、容器４は全体が非多孔性膜２で構成される袋状を成し、周縁をヒートシールで溶着したり、接着剤により接着したりするようにして微生物活性制御物質３を密封するようにしているが、形体や構造は特に限定されない。例えば、容器４をチューブ状やシート状としてもよいし、チューブの先端を硬い部材で尖らせて形成し、土壌に差し込んで使用するようにしてもよい。また、袋状の容器（単に袋と呼ぶこともある）４は、全体を非多孔性膜で構成するものに特に限られず、片面だけを非多孔性膜で構成したり、１つの面のさらに一部分を非多孔性膜のみで構成するようにしても良い。部分的に非多孔性膜を用いる場合には、その他の部分は金属製やプラスチック製の剛体フレーム、微生物活性制御物質を透過しない膜を用いても良い。
【００５２】
本発明の微生物活性制御物質供給装置は、容器４内に充填される微生物活性制御物質３の徐放により、様々な微生物活性の制御を行うことができる。微生物活性制御物質３としては、電子供与体物質、酸性物質、塩基性物質、無機塩類、酸素放出物質、酸素吸収物質が挙げられる。これら微生物活性制御物質は、単独で用いてもよいし、互いにその効果を相殺することのない関係にある物質を組み合わせて用いてもよい。例えば、電子供与体物質を用いれば、容器４の周辺の微生物のうちの電子供与体を必要とする微生物を活性化できる。この場合における、微生物活性制御物質供給装置は電子供与体供給装置とも表現できる。酸性物質または塩基性物質を用いれば、容器４の周辺を所望のｐＨに制御して、活性化させたい微生物にとって好ましい環境とすることができる。無機塩類を用いれば、微生物の生育や活動に必要な無機塩類、例えば、窒素やリンを含む無機塩類の濃度を上昇させて、容器４の周辺の微生物にとって好ましい環境を形成することができる。酸素放出物質を用いれば、容器４の周辺に酸素を供給して好気性雰囲気を形成し、容器４の周辺の微生物のうちの好気性微生物を活性化することができる。一方、好気性雰囲気は嫌気性微生物にとっては好ましい環境ではないため、嫌気性微生物を失活させることができる。酸素吸収物質を用いれば、容器４の周辺の酸素を吸収して嫌気性雰囲気を形成し、容器４の周辺の微生物のうちの嫌気性微生物にとって好ましい環境を形成することができる。一方、好気性微生物にとっては好ましい環境ではないため、好気性微生物を失活させることができる。
【００５３】
２種類以上の微生物活性制御物質を組み合わせて用いる場合には、それぞれの微生物活性制御物質による微生物活性の制御効果の奏上効果により、微生物活性の制御効果を高めることができる。例えば、電子供与体物質と酸素放出物質を組み合わせて使用した場合には、電子供与体を必要とする好気性微生物を嫌気性雰囲気下でも活性化させることができ、さらに、酸性物質あるいは塩基性物質を組み合わせることで、電子供与体を必要とする好気性微生物にとって好ましいｐＨ環境を形成することができる。また、無機塩類も組み合わせて用いることで、電子供与体を必要とする好気性微生物が増殖し易い環境となり、活性化させたい微生物を増殖させて、活性化効率を向上させることが可能となる。
【００５４】
尚、これらの物質を二種類以上組み合わせて用いる場合には、容器４内にこれらの物質を混合して充填してもよいし、容器４を複数の領域に区画して、それぞれの領域に異なる物質を充填して徐放するようにしてもよい。また、別々の容器に異なる物質を充填して、一方の容器の近傍に他方の容器を配置して用いてもよい。
【００５５】
本発明の微生物活性制御物質供給装置に用いられる非多孔性膜２は、微生物活性制御物質３の分子を少しずつ透過させることによって徐放するものである。この非多孔性膜２は、膜材料、膜厚、封入する微生物活性制御物質３の分子量や性質、温度、微生物活性制御物質の濃度により、単位面積当たりを透過する微生物活性制御物質３の分子の量を制御することが可能である。例えば、同じ容器を用いた場合でも、微生物活性制御物質の濃度を高めれば、微生物活性制御物質の透過速度を高めることができるので、所望の透過速度に合わせて微生物活性制御物質の濃度を選択することで、微生物の活性を制御できる。また、非多孔性膜２の表面積を増減させることで、微生物活性制御物質３の徐放面を増減することができる。したがって、被処理領域の一部に非多孔性膜２を接触させて、被処理領域と非多孔性膜の接触面の表面積に応じて、徐放面を増減できる。本発明者等のポリエチレン膜に対する実験によると、同じ膜材料の場合には膜厚によって単位面積当たりの分子透過量が変化することが確認されている。そこで、微生物の活性制御に必要な供給量に応じて、適宜膜厚などを選定することによって、必要な速度で必要な量の微生物活性制御物質を供給することができる。このとき、微生物活性制御物質供給装置は、非多孔性膜２の分子透過性能に支配される緩やかな速度で漏れ出る。したがって、微生物活性制御物質として、直接供給すると微生物を死滅させる虞のある原液のアルコールを用いた場合であっても、容器周辺の微生物に対し生存に影響を与えることのない濃度に希釈された状態で微生物に供給される。
【００５６】
ここで、非多孔性膜２は、膜構成分子の密度や構造によっても分子透過量が変化する。ポリエチレンを例に挙げて説明すると、ＪＩＳ Ｋ６９２２‐２により分類される低密度ポリエチレン（密度９１０ｋｇ／ｍ３以上、９３０ｋｇ／ｍ３未満）を用いた場合と比較して、高密度ポリエチレン（密度９４２ｋｇ／ｍ３以上）を用いた場合には、微生物活性制御物質供給装置の膜外への透過量が減少する。したがって、所望の微生物活性制御物質供給装置に応じて、非多孔性膜２の膜厚と膜密度のバランスにより、微生物活性制御物質供給量を制御すればよい。また、膜内部のポリエチレン鎖の分子構造は、例えば延伸処理により可変することができるので、当該処理により所望の膜材料の膜密度や分子構造を変化させて、微生物活性制御物質供給量を制御することが可能である。
【００５７】
非多孔性膜２としては、疎水性の膜、親水性の膜または親水性と疎水性の両方の性質を有する膜のいずれかを、容器内に充填される微生物活性制御物質の性質に合わせて用いることができる。疎水性の膜としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンその他のオレフィン系の膜が挙げられる。親水性の膜としては、分子構造中に親水基を有する膜、例えば、ポリエステル、ナイロン（ポリアミド）、ポリビニルアルコール、ビニロン、セロハン、ポリグルタミン酸などが挙げられる。親水性と疎水性の両方の性質を有する膜としては、例えば、エチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、つまり、疎水性のポリエチレン構造と親水性のポリビニルアルコール構造の両方を有する共重合体膜が挙げられる。親水性と疎水性の両方の性質を有する膜は、疎水性のポリエチレンと親水基のポリビニルアルコールの含有比率を変えることにより、疎水性を強めたり、親水性を強めたりすることができる。その他にも上記の非多孔性膜に比べ透過性が劣るが、極めて遅い徐放性能が要求される時には、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、エチレンアクリル酸共重合体、ポリエチレンテレフタレート混合物系などの気液系膜、つまり、その分子構造中の親水基や極性基の状態によって透過性が変化する膜が挙げられる。
【００５８】
安価で耐久性や耐薬品性に優れた安定な素材であるポリエチレンやポリプロピレン等の疎水性の膜を用いることで、分子構造中に親水基を有していない疎水性物質であるベンゼンやトルエンなどの揮発性有機物を透過させることができる。また、メタノールやエタノールその他のアルコールや酢酸など、分子構造中に親水基を有している一部の物質も疎水性の膜を透過することが本発明者等の実験により確かめられている。一方、イオンや糖類といった水溶性の高い物質は疎水性の膜を透過することができない。この場合、ポリビニルアルコール膜などの親水性の膜を用いることで、水溶性の高い物質を透過させることができる。メタノールやエタノール、酢酸も水に可溶な物質であるから、ポリビニルアルコール膜を透過することが可能である。尚、酸性物質である酢酸、塩基性物質であるアンモニアガスがポリエチレン膜を透過することが本発明者等の実験により確認されている。一方、強酸である塩酸、強塩基である水酸化ナトリウムはポリエチレン膜は透過しにくいがポリビニルアルコール膜を透過し易いことも確認されている。これは、強酸や強塩基が水の中で完全に解離して水溶性のイオンになることに起因する。つまり、ポリエチレン膜等の疎水性の膜、ポリビニルアルコール膜等の親水性の膜を、透過させたい酸性物質や塩基性物質の性質に合わせて使用することで、容器周辺のｐＨを制御できる。
【００５９】
また、親水性と疎水性の両方の性質を有するエチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）を用いることで、親水性の物質と疎水性の物質の双方を同時に透過させることも可能である。また、共重合体を構成するエチレンとビニルアルコールの比により、物質の透過量を制御することが可能である。つまり、エチレンの量を増やすと疎水性物質の透過量を増やすことができ、ポリビニルアルコールの量を増やすと親水性物質の透過量を増やすことができる。
【００６０】
尚、ポリエチレンやポリプロピレンは、微生物の活動の場である水領域や土壌中、大気中とそれ以外の領域を良好に区画することが可能である。また、適度な物質の透過性、熱可逆性を有しており、柔軟で成形が容易であるという利点を有している。しかも、ポリエチレンやポリプロピレンは、安価で入手しやすく、疎水性の膜としてポリエチレンやポリプロピレンを用いることはコスト面や性能面から考えても非常に優れている。
【００６１】
次に、微生物活性制御物質３として用いられる電子供与体物質としては、微生物が必要とする電子供与体物質であると共に微生物に対して毒性を呈さない物質であって、非多孔性膜２を腐食しない性質を持ち、かつ非多孔性膜２を透過できる分子量、性質を有するものが適宜選択され、その状態はガス状であっても液状であってもよい。ガス状物質を例示すると、水素、硫化水素や、メタン、エタンなどの有機化合物が挙げられる。液状物質を例示すると、メタノール、エタノール、プロパノール等の揮発性有機物が挙げられる。尚、微生物によってはベンゼン、トルエン、フェノールなどの揮発性有機物も利用可能であるが、これらに限定されるものではない。尚、これらの電子供与体物質は、１種類である必要はなく、水素、硫化水素、有機化合物のうちの二種類以上が混在した状態であっても、電子供与体物質を微生物に供給可能である。例えば、水素や硫化水素はガス状物質であり疎水性であるから、疎水性の有機化合物と組み合わせて、疎水性の膜あるいは疎水性と親水性の両方の性質を有する膜から透過させることができる。また、親水性の有機化合物を複数組み合わせて、親水性の膜あるいは疎水性と親水性の両方の性質を有する膜から透過させることもできる。尚、本発明者等の実験によると、酢酸が厚さ０．０５ｍｍのポリエチレン膜を透過することが確認された。また、乳酸が、厚さ０．０１ｍｍのポリエチレン膜を透過することが確認された。また、厚さ０．０２５ｍｍのポリビニルアルコール膜をグルコースやスクロースが透過したことから、親水性の膜であるポリビニルアルコール膜や親水性と疎水性両方の性質を有する膜であるエチレンビニルアルコール共重合体膜を用いることにより、酢酸その他のカルボン酸、グルコースやスクロースその他の糖類や、乳酸を電子供与体物質として用いることが可能である。
【００６２】
ここで、電子供与体物質としてアルコールを用いる場合でも、原液のまま使用可能である。本発明によれば、電子供与体物質は微生物へ緩やかに供給されるため、アルコールの原液を用いても、アルコールの濃度が薄められて微生物に供給されるため、微生物が死に至ることはない。尚、必ずしもアルコールの原液を用いることはなく、アルコールの原液を水で希釈して用いた場合や、不純物が混在しているような場合であっても、アルコール分子のみが非多孔性膜を透過して微生物に緩やかに供給される。
【００６３】
電子供与体物質の非多孔性膜２の透過は、当該物質分子が膜に溶け込み、その溶け込んだ分子が膜内部を拡散して反対側に達することにより起こる。したがって、膜への溶け込みが起こらない程分子量の大きなカテキンなどは非多孔性膜を透過しにくい。また、ポリエチレンやポリプロピレン等は水となじむ官能基が存在しない疎水性の強い膜であると共に低極性であるため、極性分子である水が膜に溶け込みにくい。したがって、水に溶けやすい極性の高い物質であるシアン化合物などもほとんど透過できない。また、水は水分子同士の水素結合が強いため、常温では水が当該膜を透過することはほとんど無い。したがって、非多孔性膜２は、水や極性の高いシアン化合物、分子量の大きなカテキン等の不純物はほとんど透過させずに、所望の電子供与体物質を主成分として透過させる「分子ふるい」として機能する。したがって、非多孔性膜としてポリエチレンやポリプロピレンに代表される疎水性の膜を用いた場合には、アルコールに不純物例えばカテキンやシアン化合物のように微生物に対して毒性を呈する抗菌性の分子が混入している廃アルコールを用いることができる。また、電子供与体物質は、容器内に充填されている状態が気体、液体、蒸気（揮発性有機物が揮発して生成されたもの）のどの状態であっても、容器外には分子状態で放出される。つまり、電子供与体物質は、非多孔性膜２を透過して、液体のように分子間の引力により凝集することのないガス（気体）の状態で徐放される。したがって、非多孔性膜２はガス透過性膜とも表現できる。また、容器外部の環境が気相（大気等）である場合だけでなく、液相（排水、地下水等）である場合にも電子供与体物質を容器外部に分子状態で徐放することが可能である。
【００６４】
また、無機塩類の非多孔性膜２の透過は、無機イオンが膜に溶け込み、その溶け込んだイオンが膜内部を拡散して反対側に達することにより起こる。例えば、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩、アンモニウム塩などの水溶液をポリビニルアルコール等の親水性の非多孔性膜により構成される容器４内に封入することにより、硫酸イオン、硝酸イオン、リン酸イオン、アンモニウムイオンが非多孔性膜に溶け込んで、膜内部を拡散して反対側に達することにより膜外に供給される。
【００６５】
また、酸性物質または塩基性物質の非多孔性膜２の透過は、酸性物質または塩基性物質の分子が膜に溶け込み、その溶け込んだ分子が膜内部を拡散して反対側に達することにより起こる。例えば、酸性物質である酢酸、または塩基性物質であるアンモニアガスをポリエチレンやポリプロピレン等の疎水性の非多孔性膜により構成される容器４内に封入することにより、酢酸分子またはアンモニア分子が非多孔性膜に溶け込んで、膜内部を拡散して反対側に達することにより膜外に供給され、容器周辺のｐＨを変化させて微生物が活動し易い環境に制御することができる。また、酸性物質である塩酸、または塩基性物質である水酸化ナトリウムをポリビニルアルコールなどの親水性の非多孔性膜により構成される容器４内に封入することにより、水素イオン、水酸化物イオンが非多孔性膜に溶け込んで、膜内部を拡散して反対側に達することにより膜外に供給され、容器周辺のｐＨを変化させて微生物が活動し易い環境に制御することもできる。また、エチレンビニルアルコール共重合体膜を用いた場合には、塩酸、酢酸などの酸性水溶液、またはアンモニア、水酸化ナトリウムなどの塩基性水溶液を膜外に供給し、容器周辺のｐＨを上昇または低下させて微生物が活動し易い環境に制御することもできる。
【００６６】
ここで、イオンのポリビニルアルコール膜透過メカニズムについてより詳細に説明する。ポリビニルアルコール膜は乾燥状態において膜内部で水素結合が形成されている。したがって、分子鎖の熱振動によるゆらぎが起こりにくい構造になっており、分子鎖の隙間が少ないため、分子が透過しにくい。しかし、分子鎖の間に水分子が侵入すると水素結合が切れ、分子鎖の熱振動によるゆらぎが起こりやすい構造となって、水分子がさらに膜内部に侵入する。その結果、水分子の通路が形成される。イオン状態の分子はこの水分子の通路を通って拡散する。
【００６７】
次に、酸素放出物質または酸素吸収物質を用いた場合の、酸素の非多孔性膜２の透過は、ポリエチレン膜に代表される疎水性膜では、酸素はポリエチレン膜の分子鎖の隙間を通って拡散する。この場合、分子鎖に隙間があって分子鎖が熱振動によってゆらぎやすい構造をしている低密度PE膜の方が酸素透過性が高い。一方、ポリビニルアルコール膜に代表される親水性膜は、上記と同様に、水分子の膜内部への侵入により、水分子の通路が形成される。水中における酸素の拡散速度は、ポリエチレン膜中における拡散速度よりも高いため、ポリビニルアルコール膜内部の水分子の通路の大きさに依存して、酸素の透過性が高くなる。
【００６８】
尚、非多孔性膜は、微生物活性制御物質３を膜に溶け込ませることにより透過させており、多孔質膜のように孔の大きさや数で微生物活性制御物質の種類や量を制御するものではない。したがって、長期間の使用による孔の閉塞の問題も生じることが無く、定期的な逆洗浄の必要もない。したがって長期間メンテナンスを行うことなく使用でき、ランニングコストを低減できる。
【００６９】
また、非多孔性膜２の性質は使用される微生物活性制御物質３の性質によって決定するのがよい。例えば、非多孔性膜２を疎水性とすれば、炭素鎖のような疎水基を有する分子を透過しやすくなる。一方、非多孔性膜２を親水性とすれば、親水基を有する分子や水に溶けやすい分子を透過しやすくなる。よって、使用する微生物活性制御物質３の性質に合わせて、非多孔性膜２の性質を決定すればよい。また、膜内部に極性を与えることで膜を構成する分子鎖どうしの結合を強めて分子鎖間の空隙を小さくし、分子透過性能の制御を行うことが可能である。例えば、ポリ塩化ビニリデンのようにポリエチレンの水素の一部が塩素で置換された極性分子により構成された膜は、ポリエチレンと比較して分子鎖間の空隙が小さく、分子透過性能が低くなる。さらに、疎水性膜と親水性膜を貼り合わせて、両方の性質を与える膜として、微生物活性制御物質３の透過性を制御することもできる。
【００７０】
次に、図２及び図３に他の実施形態を示す。この実施形態の微生物活性制御物質供給装置は、非多孔性膜２からなる容器４を完全密封された独立したものとはせずに、微生物活性制御物質３を導入する手段を有する密封構造の袋状とした容器とし、微生物活性制御物質３を外部から補充可能としたものである。
【００７１】
微生物活性制御物質３の補給するための機構は、容器４の縁の一部に微生物活性制御物質３を注入する供給部５を設けてノズルないしパイプ７を装着する構造でも良いし、予め容器４と一体となったノズルないしパイプ７のようなものでも良い。図３に示す微生物活性制御物質供給装置１は、容器４の縁に設けられた供給部５に着脱可能に装着された供給ノズル７あるいは容器４と一体となった供給ノズル７と、液体の微生物活性制御物質、例えば、電子供与体物質であるメタノールやエタノール等のアルコールを貯留するタンク６とをチューブ８などで連結し、必要に応じて微生物活性制御物質３を補充可能としている。この場合、タンク６と容器４とはチューブ８を介して連通されているので、タンク６内に微生物活性制御物質３’を貯留しておけば、袋４内の微生物活性制御物質３が減少してきたときに、サイフォンの原理を利用してチューブ両端での圧力の差を利用して微生物活性制御物質３’をタンクから補充できる。尚、容器４は供給部５あるいはノズル７を設けているので厳密な意味での密封構造ではないが、供給ノズル７内がタンクから供給される微生物活性制御物質３’で満たされている状態では、液面がシールとなって容器内は事実上密封状態にある。このため、液状あるいはガス化した微生物活性制御物質３が供給部５やノズル７を通って容器４外に漏れ出ることはない。
【００７２】
ここで、図１１に示すように、袋４の表面には微生物を固定し得る担体１７を備えることが好ましい。微生物を固定する担体１７を備えることで、人工的に微生物を固定したり、水中や土壌中、大気中などあらゆる環境下に存在している微生物を担体に接触させて増殖し、定着させることができる。担体１７としては、微生物を固定し得るものであればよく、例示すると、コラーゲン、フィブリン、アルブミン、カゼイン、セルロースファイバー、セルローストリアセタート、寒天、アルギン酸カルシウム、カラギーナン、アガロース等の天然高分子、ポリアクリルアミド、ポリ−２−ヒドロキシエチルメタクリル酸、ポリビニルクロリド、γ−メチルポリグルタミン酸、ポリスチレン、ポリビニルピロリドン、ポリジメチルアクリルアミド、ポリウレタン、光硬化性樹脂（ポリビニルアルコール誘導体、ポリエチレングリコール誘導体、ポリプロピレングリコール誘導体、ポリブタジエン誘導体等）等の合成高分子、またはこれらの複合体、さらには吸水性ポリマーを用いることも可能である。吸水性ポリマーとしては、公知のものを使用することができるが、具体的には、ポリアクリル酸、ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸やそれらの改変物、ポリエチレングリコール改変物等が挙げられる。尚、ここで言う改変物とは、イオン性基をもつ高分子を前記高分子の一部に架橋させた物である。担体を袋状の容器の表面に備えることで、水田等の水分の多い土地や多雨多湿な気候の土地のように地下水の流速が定常的に速い場所や、梅雨の時期などにおける頻繁な降雨等により地下水の流速が一時的に速くなるような場合にも、担体に固定した微生物は流され難くなる。また、水環境中においても、微生物が拡散することなく、担体に固定することができる。したがって、あらゆる環境下において、特定の微生物の活性を長期に亘って持続できると共に制御し易くなる。
【００７３】
担体１７は、非多孔性膜表面に例えば接着等により備えてもよいし、袋の周縁をヒートシールする際に担体ごとヒートシールして一体化してもよい。また、担体１７は非多孔性膜の表面全体に備えるようにしても良いし、一部に備えるようにしてもよい。更に適度に孔を設けて微生物処理により発生した窒素ガス等のガスを放出する為の排出口としてもよい。ここで、吸水性ポリマーを用いた場合には、上記の高分子ゲルを使用した場合と比べ担体の保水力、吸水力が高まるため、環境中の水分を効率良く吸収し、保水することによって微生物が生存し続けるための好ましい環境を維持し続けることが可能となる。
【００７４】
ここで、容器４の表面には、図１１に示すように保護材１６をさらに備えることが好ましい。保護材１６を備えることにより非多孔性膜２を外部衝撃などによる損傷から防ぐことが可能となる。また、保護材１６は容器の補強材としても機能し、容器４に充填された微生物活性制御物質の重みにより容器４がちぎれたり、破れたりするのを防止できる。尚、保護材１６には、非多孔性膜２からの微生物活性制御物質３の徐放を阻害しないものを用いる。不織布のように通気性の高い素材を用いる場合には、そのまま容器４の表面全体に設けても微生物活性制御物質３の徐放は阻害されない。金属や樹脂のように微生物活性制御物質３の徐放を阻害する素材を用いる場合には、ネット上にしたり、微細孔を多数形成したりすることにより、微生物活性制御物質３の徐放性を確保すればよい。また、この保護材１６を剛性の高い部材により筒状、鞘状に形成すれば、内側の袋状の容器が微生物活性制御物質によって膨らむことを防止できるので、微生物活性制御物質供給装置のコンパクト化を図る上で好ましい。この場合には、袋状の容器が膨らむことなく、その厚さを制限して袋の厚さが薄くなり、処理槽などの閉鎖空間に収めるときの充填密度を高められると共に、外部衝撃からも保護することが可能となる。
【００７５】
ここで、図１１においては、担体１７の表面に保護材１６を積層しているが、保護材１６の外側に担体１７を積層しても、保護材１６を単独であるいは微生物を固定する担体１７を単独で用いても、担体１７と保護材１６の機能は発揮される。尚、微生物を固定する担体１７は、保護材としても機能し、非多孔性膜を外部衝撃などによる損傷から防ぐことができる。さらに、光硬化性樹脂のようにそれ自体強度の高い高分子を筒状、鞘状として鞘体としつつ、微生物をも固定し得る担体として、保護材となる鞘体と担体双方の機能を持たせても良い。
【００７６】
尚、担体１７は上記したものに限られるものではなく、不織布を起毛処理してそこに微生物を直接担持させるようにしてもよいし、あるいは、非多孔性膜２の表面を起毛処理して、微生物を担持させるようにしても良い。
【００７７】
以上のように構成された微生物活性制御物質供給装置１は、袋４の周囲に微生物活性制御物質を徐放できるので、水中、土壌中、大気中を問わず、微生物の活性の制御を必要とする環境に配置すれば、自然界に存在する様々な微生物あるいは担体等を利用して予め固定された微生物の活性を制御して、微生物を活用できる。したがって、例えば、廃水処理槽に袋４を投入するだけで、電子供与体を必要とする微生物に電子供与体物質３を供給して活性化させ、廃水処理を行うことができる。また、廃水処理槽が電子供与体を必要とする微生物にとって好ましい環境でない場合、例えば、ｐＨが微生物にとって最適ではない場合には、塩基性物質または酸性物質を袋４から供給して、微生物にとって好ましいｐＨ環境とすることができる。また、廃水処理槽内の微生物の増殖に必要な無機塩濃度が低い場合には、無機塩類を袋４から供給して微生物の増殖に好ましい環境を形成できる。さらには、廃水処理槽内に袋４から酸素を供給したり、廃水処理槽内から袋４内に酸素を吸収することで、微生物を機能させる為に好ましい環境を形成することができる。よって、微生物による廃水処理を非常に低コスト且つ簡易に効率よく行うことが可能になる。大気中や土壌中、河川や海水中に微生物活性制御物質を配置した場合にも、除去対象となる環境汚染物質を分解する微生物を選択的に活性化させるための環境を形成して、環境汚染物質を効率よく分解することが可能である。
【００７８】
以下、微生物活性制御物質供給装置１を除染対象領域に配置し、微生物活性制御物質供給装置１の近傍に微生物活性制御物質３を供給して、微生物活性制御物質供給装置１の近傍に存在する微生物の活性を制御することにより環境汚染物質を除去する本発明の環境浄化方法について、具体例を挙げて詳細に説明する。
【００７９】
まず、環境浄化方法の例として、微生物活性制御物質３として電子供与体物質を容器４に充填した微生物活性制御物質供給装置１（以下、電子供与体供給装置１と呼ぶ）を土壌中に埋設して、アンモニアや亜硝酸イオン、硝酸イオンを除去する方法について、図８〜図１０に基づいて説明する。
【００８０】
図８に基づいて本発明の電子供与体供給装置１を用いて除染対象領域から硝酸イオン、亜硝酸イオンを除去する方法について説明する。電子供与体供給装置１は袋状に成形された非多孔性膜の容器、例えばポリエチレンの袋４と、これに注入された電子供与体物質３、例えばアルコールとから成り、袋４の上部には電子供与体物質３を余分に貯めておくためのタンク状の貯留部４ａを袋４と一体に形成し、さらには、貯留部４ａには電子供与体物質３を補給するための供給部５を備えるようにする。そして、袋４に電子供与体物質３を充填し、貯留部４ａと供給部５は地上に出しておき、他の部分は土壌中に埋設する。そして、地上の貯留部４ａに残留する電子供与体物質３の量を監視して、供給部５から随意にあるいは定期的に電子供与体物質３を補給するようにする。土壌中に埋められた袋４からは電子供与体である電子供与体物質３が非多孔性膜２を介して徐放され、当該袋の近傍に存在する土壌中の微生物、例えば脱窒菌１３を活性化させることができる。したがって、化学肥料の過剰施肥により土壌に蓄積している袋４の近傍の硝酸イオン１４や亜硝酸イオン１４’が効率よく無害な窒素ガス１５に変換される。つまり、本発明の電子供与体供給装置を土壌中に埋設することにより、その近傍に存在する土壌中の微生物群の内の電子供与体を必要とする微生物を選択的に活性化させて機能させることができる。勿論、微生物は土壌中に存在していたものを利用しても良いが、予め選択培養された微生物を担体に固定した状態で、袋４の表面あるいは土壌中に別に埋設させて利用するようにしてもよい。また、チューブ状にして先端を尖らせた容器を農作物の根の付近に差し込むことにより、化学肥料が過剰に供給されることによる農作物の生育不良の防止などにも利用できる。尚、地上に露出する貯留部４ａには、電子供与体物質３の徐放を防ぐためのバリア層を形成する膜をコーティングすることが好ましい。
【００８１】
また、土壌の深さが深くなるにつれて、土壌の環境が嫌気性雰囲気になりやすくなり、土壌中に存在する好気性微生物が機能しなくなる。そこで、図１０に示す酸素放出物質２２を充填した微生物活性制御物質供給装置（以下、酸素供給装置２０と呼ぶ）を用いることにより、酸素を供給して活動を停止している好気性微生物を、あるいは人工的に配置した好気性微生物を機能させることもできる。酸素放出物質２２としては、空気あるいは酸素を用いてこれらを容器に充填しても良いし、容器内に二酸化マンガン（ＭｎＯ２）あるいは過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ４）等の酸素生成触媒を入れておき、容器には供給部５を備え、過酸化水素を容器内に供給することで酸素を容器内で生成して、容器周辺に酸素を徐放することが可能である。また、酸素生成触媒を用いずに過酸化水素水のみを容器内に供給しても、容器周辺に酸素を徐放することが可能である。尚、容器内に供給された過酸化水素水は酸素の生成に伴って徐々に低濃度となり、最終的には水となって、酸素の生成が起こらなくなる。この場合には、過酸化水素水を容器内に添加して容器内の残留水と混合することにより再び酸素が生成されるようにしても良いし、容器内の残留水を一度抜き取ってから過酸化水素水を容器内に供給するようにしても良い。また、過酸化水素水以外にも、過炭酸ナトリウム・過酸化水素付与物、過酸化カルシウム、過酸化マグネシウムなどを用いて酸素発生をさせても良い。
【００８２】
また、水や硫酸水溶液などを電気分解することで得られる水素を電子供与体供給装置１に導入し、酸素を酸素供給装置２０に導入するようにしてもよい。
【００８３】
図１０に示すように、酸素供給装置２０を電子供与体供給装置１と共に土壌中に埋設して、酸素を供給することで、本来活動できない環境下にあっても、好気性微生物であるアンモニア酸化菌２３を活性化させることができる。勿論、ある程度酸素が存在する土壌の浅いところでも、好気性微生物の活性化を促進できる。したがって、土壌中のアンモニア２４をアンモニア酸化菌２３により亜硝酸イオン１４’に変換させ、アンモニア酸化菌により生成された亜硝酸イオン１４’と土壌中に存在する硝酸イオン１４や亜硝酸イオン１４’を脱窒菌１３に除去させて窒素ガス１５に変換するアンモニア、硝酸イオン及び亜硝酸イオンを無害化する一連の系が土壌中に形成されることになる。さらに、酸素２２を供給することで、好気性微生物であるメタン酸化菌（不図示）を活性化させることができる。除染対象領域の土壌中には、化学肥料や家畜糞尿由来の硝酸イオン１４や亜硝酸イオン１４’、アンモニア２４が含まれている場合があるが、このようにして酸素２２を供給することにより、アンモニア２４をアンモニア酸化菌２３により亜硝酸イオン１４’に酸化することができ、さらには、家畜糞尿から発生するメタンガスを、あるいは電子供与体としてメタンガスが供給された場合には当該メタンガスからメタノールを生成でき、当該メタノールが脱窒菌１３に供給されて、その活性化をより効率的に行うことができる。したがって、硝酸イオン１４や亜硝酸イオン１４’を効率的に窒素ガス１５に変換して無害化できる。
【００８４】
ここで、複合微生物（活性汚泥）中にメタンガスを供給することにより、メタンガスを利用可能な複合微生物中の微生物が生成する有機物を利用して脱窒菌が脱窒を行うことも可能であるから、メタンガスをメタノールに変換してから脱窒菌１３に電子供与体として与えなくとも、脱窒菌を活性化して脱窒反応を起こさせることが可能である。
【００８５】
酸素供給装置２０と電子供与体供給装置１の土壌中における配置関係は、微生物活性制御物質供給装置１の近傍の嫌気性微生物に酸素が供給されない範囲内で尚かつに近傍に配置して、アンモニア酸化菌２３が生成する亜硝酸イオンや、亜硝酸酸化菌が生成する硝酸イオンを脱窒菌１３により除去できるようにすることが好ましい。例えば、埋設したい場所に達する数十ｃｍ程度の深さの穴あるいは溝を掘り、その中に袋４を敷き詰めて、土をかけて土壌中で使用することで、袋４が埋設された土壌や、そこを流れるあるいは浸透する地下水からアンモニアや亜硝酸イオン、硝酸イオンを除去して、無害な窒素ガスに変換できる。使用場所としては、化学肥料を頻繁に用いるような農地や、家畜糞尿の廃棄場等、アンモニアや亜硝酸イオン、硝酸イオンが地下水中に多く含まれているような場所が挙げられる。また、汚泥中に埋設して、汚泥中の微生物を活性化させて汚染物質の除去を促すようにしてもよい。このような方法により、土壌や地下水などからアンモニアや亜硝酸イオン、硝酸イオンを除去することで、生活用水の大部分を地下水に依存している土地などでは、より安全な生活用水の提供を実現できるし、さらには、世界的に深刻な問題である自然界への窒素負荷に対する対策として非常に有用である。
【００８６】
また、埋設した電子供与体供給装置１の近傍が好気性雰囲気のために嫌気性微生物を活性化することができない場合には、図９に示すように電子供与体供給装置１の近傍に酸素吸収物質２１を充填した微生物活性制御物質供給装置（以下、酸素吸収装置２５と呼ぶ）を埋設することで、微生物活性制御物質供給装置１の近傍を嫌気化して嫌気性微生物を活性化することが可能である。酸素吸収物質２１としては、酸素を吸収でき、非多孔性膜２を腐食しないものであればよく、還元鉄のような固体還元剤や、還元剤を入れた溶液、例えば亜硫酸ナトリウム溶液などを用いることができるが、これらに限定されない。このように非多孔性膜２を一部に有する密封構造の容器中に酸素吸収物質２１を充填した酸素吸収装置２５を埋設することで、好気性雰囲気になりやすい地表付近や、酸素を多く含む地下水が常時流れ込むあるいは浸透してくる場所を長期に渡って嫌気化することができ、嫌気性微生物を好ましい環境下で活性化することが可能となる。
【００８７】
また、本発明の微生物活性制御物質供給装置は、有機塩素化合物を脱塩素化して無害化する場合に用いることができる。
【００８８】
例えば、フェノール分解菌、トルエン分解菌、メタン分解菌などの好気性微生物群を酸素供給装置２０により活性化すると共に、電子供与体供給装置１の非多孔性膜２の膜材料や膜厚、膜密度により、フェノール分解菌、トルエン分解菌、メタン分解菌の生存維持に最低限必要な量の電子供与体物質を与えて酵素を誘導し、これらの菌が生成する酸化酵素による共代謝により、トリクロロエチレンを脱塩素化してジクロロエチレン、ビニルクロライドとし、最終的にはエチレンに変換して無害化することができる。
【００８９】
具体的に説明すると、酸素供給装置２０と電子供与体供給装置の土壌中への埋設の仕方は特に限定されるものではないが、図１９に示すように電子供与体供給装置１の近傍が好気性雰囲気になる程度に接近させて配置する。このように埋設することで、電子供与体供給装置の近傍を長期に亘って好気性雰囲気に維持することが可能となる。そして、好気性環境下で電子供与体供給装置１の容器４の周辺に存在する微生物に電子供与体物質３’を微量に且つ緩やかに与えることで刺激して、微生物の生存を維持することが可能である。この際に一部の好気性微生物（フェノール分解菌、メタン分解菌、トルエン分解菌、アンモニア酸化菌等）においては、前記刺激により酵素３３の代謝が誘導される。したがって、共代謝により、電子供与体物質３ａが分解された分解生成物３ｂが生成されると共に、環境汚染物質であるテトラクロロエチレンやジクロロエチレン、ビニルクロライド等の有機系塩素化合物３４を脱塩素化して脱塩素化物３５を生成し、最終的にはエチレンとして無害化することが可能となる。
【００９０】
共代謝は、微生物が代謝する酵素の基質特異性が広い場合に、当該微生物にとっての本来の分解対象物質以外の物質を分解してしまう現象である。例えばメタン分解菌を例に挙げて説明すると、メタン分解菌が代謝するメタンモノオキシゲナーゼは、本来メタンを分解するための酵素であるが、この酵素は基質特異性が広く、トリクロロエチレンの脱塩素化も促進する酵素である。しかし、電子供与体物質であるメタンが供給されなければ、酵素代謝が誘導されなくなり、メタン分解菌はやがて死滅する。一方、電子供与体物質であるメタンの供給量が多い場合には、トリクロロエチレンの脱塩素化反応が起こり難くなる。つまり、メタン分解菌にとって本来のエネルギー源物質であるメタンの分解反応と、メタン分解菌にとって電子供与体物質ではないトリクロロエチレン等の物質の分解反応は競争関係にある。したがって、有機系塩素化合物を共代謝により分解しうる微生物であるメタン分解菌やトルエン分解菌、フェノール分解菌、アンモニア酸化菌に対して、生存の維持に最低限必要な電子供与体物質を与えて刺激することにより酵素代謝を誘導して、トリクロロエチレン等の有機系塩素化合物の分解処理を効率よく行うことができる。
【００９１】
ここで、酸素供給装置２０は単独で土壌中に埋設した場合にも、土壌中の好気性微生物であるフェノール分解菌やトルエン分解菌、ベンゼン分解菌などを活性化して、フェノールやトルエン、ベンゼンを除去することができる。また、重油やガソリンなどの石油系炭化水素により汚染された土壌の好気性微生物群を活性化して汚染を除去することも可能である。さらに、土壌中に存在するフェノールやトルエン、メタンを分解して電子供与体として利用する微生物であるフェノール分解菌、トルエン分解菌、メタン分解菌などの好気性微生物群を活性化して、これらの菌が生成する酸化酵素による共代謝により、トリクロロエチレンを脱塩素化してジクロロエチレン、ビニルクロライドとし、最終的にはエチレンに変換して無害化することもできる。また、土壌中に埋められた産業廃棄物から放出されるＶＯＣを、土壌中の好気性微生物であるフェノール分解菌やトルエン分解菌、ベンゼン分解菌などを活性化して除去することができる。
【００９２】
また、Dehalococcoides sp.、Methanosarcina sp.は、脱ハロゲン化呼吸を利用して、ポリ（テトラ）クロロエチレンをテトラクロロエチレン、ジクロロエチレン、ビニルクロライドに変換することができる嫌気性の微生物である。脱ハロゲン化呼吸を起こすためには、電子供与体物質が必要である。したがって、嫌気性雰囲気下に電子供与体供給装置１を埋設することで、Dehalococcoides sp.、Methanosarcina sp.を活性化させて、ポリ（テトラ）クロロエチレンを脱塩素化することができる。また、酸素吸収装置２５と共に電子供与体供給装置１を埋設して、電子供与体供給装置１の近傍を嫌気性雰囲気としてポリ（テトラ）クロロエチレンを脱塩素化することもできる。
【００９３】
尚、電子供与体供給装置１の非多孔性膜２の膜材料や膜厚、膜密度により、電子供与体を必要とする微生物の生存維持に最低限必要な量の電子供与体物質を与えて、電子供与体供給装置１の近傍の電子供与体を必要とする微生物を機能させずに待機させておくようにして、微生物の死滅を防ぐような用い方をすることもできる。
【００９４】
また、本発明の微生物活性制御物質供給装置は、過放牧、過伐採、過開墾などにより土壌が疲弊し、砂漠化が進んだ土壌の改善、改良に供することができる。本発明の微生物活性制御物質供給装置によれば、微生物の活動に必要な物質をゆっくりと供給できるので、土壌微生物を活性化させ、微生物の放出する様々なポリマーにより土壌の改善、改良が可能となる。
【００９５】
具体的に説明すると、微生物活性制御物質３として、電子供与体物質と共に窒素やリンの無機塩類、例えば、硝酸カリウム等の硝酸塩、リン酸カリウム等のリン酸塩、硫酸アンモニウム等のアンモニウム塩を容器４に充填する。容器４を構成する非多孔性膜としては、親水性の膜、あるいは親水性と疎水性双方の性質を有する膜を用いる。このように構成された微生物活性制御物質供給装置１を図１７に示すように砂漠化が進んだ土壌中に埋設することにより、無機塩類が不足している砂漠化土壌の無機塩濃度を高めると共に、土壌微生物に電子供与体物質を与えて活性化することができる。そして、土壌微生物を活性化することにより、バイオポリマーが産生されて、土壌中に蓄積することにより、植物の生育に適した団粒構造が形成され、植物の生育に必須の金属や窒素、リンなどの無機塩類、水分などを土壌中に保持されやすくして、土壌改良を行うことができる。土壌微生物が産生する具体的なポリマーとしては、凝集剤３０として働く塩基性アミノ酸ポリマーであるε-ポリリジン（ε-PL）が挙げられる。このポリマーはRodococcus sp.などの土壌微生物が産生する。また、吸水性ポリマー３１であるγ-ポリグルタミン酸（PGA）も土壌微生物により産生される。このポリマーはBacillus sp.などの土壌微生物が産生する。また、多糖からなるセルロースなども土壌微生物に産生される。
【００９６】
本発明の微生物活性制御物質供給装置１は、微生物活性制御物質を供給して微生物の活性を制御する必要があるバイオリアクター全般に対して利用可能である。以下に示す実施形態では、微生物活性制御物質として電子供与体物質を用い、微生物としてアンモニア酸化菌と脱窒菌を用いた場合について説明するが、この例に限られるものではなく、これらの菌以外にも、目的の成分を除去可能な微生物を用いれば、アンモニアや硝酸イオン、亜硝酸イオンなどの窒素化合物以外の成分を除去可能となる。図４並びに図５（Ａ）に示す実施形態のバイオリアクター９は、アンモニア酸化菌および脱窒菌を担持させた担体１１と、担体１１の構造的補強を図る不織布から成る袋１０と、該不織布の袋１０によって補強されている袋状の担体１１の内側に形成されるポケット１２に収納されて担体１１に固定された脱窒菌にエネルギー源となる電子供与体として機能する物質を自律的に一定速度で緩やかに供給する電子供与体供給装置１としての電子供与体物質３を密封した容器４とを備えものである。担体１１は、不織布の袋１０の内側の面あるいは表側の面に塗布され、不織布の袋１０を補強構造物として一定の形態を保つように設けられている。担体１１としては、微生物活性制御物質供給装置１の表面に備えられる担体１７と同じ素材を用いることができる。尚、担体の補強のため、不織布やナイロンネットなどを用いることができるが、これらに限定されない。
【００９７】
尚、気相中で用いるバイオリアクターの場合には、担体１１としては吸水性ポリマーを用いることが好ましい。この場合には、担体の保水力がより高まるため、大気中にバイオリアクターを置いて大気中から目的とする成分を除去しようとするときに、大気中に存在する目的の化合物が、ゲルに含まれる水に溶け込むことで除去されるようになる。例えば、アンモニアガスを除去する場合には、前記バイオリアクター表面にアンモニアガスが付着した際に、アンモニアガスがアンモニウムイオンに変換されやすくなり、アンモニアガス除去効率を上昇させることが可能となる。また、固定化した微生物は、乾燥してしまうと死滅してしまうおそれがあるため、大気中で用いる場合には、定期的に給水することが必要である。しかし、吸水性ポリマーを用いることで給水の手間を非常に軽くでき、もしくは大気中の水分のみで供給が足りる場合には給水は必要としなくなる。また、土壌や地下水などで用いた場合にも、水分を効率良く吸収、保水して環境汚染物質を長期間除去し続けることが可能となる。ここで、吸水性ポリマーとしては、微生物活性制御物質供給装置１の表面に備えられる担体１７と同じ素材を用いることができる。
【００９８】
尚、担体１１は上記したものに限られるものではなく、不織布を起毛処理してそこに微生物を直接担持させるようにしてもよいし、あるいは、非多孔性膜２の表面を起毛処理して、微生物を担持させるようにしても良い。
【００９９】
また、アンモニア酸化菌と脱窒菌は、従来この種の分野で知られているものが使用できるが、より具体的には、例えば、アンモニア酸化菌としては、
Nitrosomonas europaea IFO-14298、
Nitrosomonas europaea、 N.marina＊、
Nitrosococcus oceanus＊、 N.mobilis、
Nitrosospira briensis、
Nitroso lobus multiformis、
Nitrosovibrio tenuis、
脱窒菌としては、
Paracoccus denitrificans JCM-6892＊＊、
Paracoccus denitrificans＊＊、
Alcaligenes eutrophus＊＊、 A. faecalis、
Alcaligenes sp.Ab-A-1、Ab-A-2、G-A-2-1(FERM P-13862、P-13860、P-13861)＊
Pseudomonas denitrificans、
Thiosphaera pantotropha＊＊＊、
Thiobacillus denitrificans＊＊＊
などを挙げることができる。
【０１００】
尚、亜硝酸酸化菌をさらに担持してもよい。亜硝酸酸化菌としては、従来この種の分野で知られているものが使用できるが、より具体的には、例えば、
Nitrobacter winogradskyi 、N. hamburgensis、
Nitrospina gracilis＊、
Nitrococcus mobilis＊、
Nitrospira marina＊
などを挙げることができる。
【０１０１】
尚、上記において＊を付した菌株は海水の処理にのみ適用できる菌株であり、それ以外は淡水の処理にのみ適用できる菌株である。N.europaeaとN.winogradskyiは淡水で用いることのできるものと海水で用いることができるものが存在する。寄託番号が付された菌株は、出願人により寄託済の菌株である。＊＊を付した菌株は、水素をエネルギー源として使用できる菌株であり、＊＊＊を付した菌株は、硫黄のみをエネルギー源とすることができ、硫化水素などの硫黄化合物を使って脱窒できる菌である。
【０１０２】
アンモニア酸化菌はアンモニア（アンモニウムイオン）を亜硝酸イオンに変換（酸化）する好気性微生物であり、脱窒菌は硝酸イオンや亜硝酸イオンを窒素ガスに変換（還元）する嫌気性微生物である。即ち、アンモニア酸化菌が担持されたバイオリアクターを好気性条件下で使用すれば、アンモニアを亜硝酸イオンに変換して悪臭を抑えることができる。また、脱窒菌が担持されたバイオリアクターを嫌気性条件下で用いれば、硝酸イオンと亜硝酸イオンが無害な窒素ガスに変換される。これらの菌を組み合わせて用いることで、アンモニアと硝酸イオン、亜硝酸イオンが除去可能になる。尚、アンモニア酸化菌に対して酸素を供給すると、嫌気性微生物である脱窒菌の機能は低下するが、この場合には、脱窒菌はバイオリアクター内の好適な領域、即ち、酸素が供給されている位置から離れた嫌気性領域に局所的に偏在して脱窒を行う。尚、亜硝酸酸化菌は亜硝酸イオンを硝酸イオンに酸化する微生物であり、この菌を担持させることで、脱窒反応がより効率的に起こるようになる。
【０１０３】
上記した菌株は単独で担体に固定してもよいし、同種あるいは異種の菌株を併用して固定してもよい。また、汚泥中などの微生物をそのまま担体に固定してもよい。例えば、活性汚泥中のアクロモバクター、アルカリゲネスなどの微生物や、排水中のリン除去用微生物、鉄バクテリアなどをそのまま、またはこれら微生物の繁殖を助長する微生物を用いることができる。
【０１０４】
以上のように構成されたバイオリアクターによれば、容器４内に充填された電子供与体物質３が非多孔性膜２を透過して容器４の周辺即ち容器４を更に覆う外側の担体１１の袋内（ポケット１２）に漏れ出し、担体１１の袋内で拡散しながら電子供与体を必要とする微生物即ち脱窒菌が固定された面に均一に供給する。即ち、電子供与体物質３を微生物の近くに充填させて自律的に均一かつ緩やかな徐放性をもって供給することが可能となる。このバイオリアクターは、担体１１の袋１０内に電子供与体物質３を密封した電子供与体供給装置を装入するだけで構成されているので、密封した電子供与体物質３を使いきったときには、電子供与体物質３が密封された新しい袋と交換することで持続的に被処理領域中のアンモニアや硝酸イオン、亜硝酸イオンを窒素に変えて除去することができる。尚、容器４の周りに被処理液が満たされたとしても電子供与体物質３が非多孔性膜２を透過して供給されることで脱窒菌は機能するし、また、バイオリアクターの表側の面を曝気することにより、アンモニア酸化菌が活性化し、アンモニアを効率よく除去できるようになる。
【０１０５】
また、図５（Ｂ）に示すように、図４に示す実施形態のバイオリアクター９の電子供与体供給装置としての容器４の代わりに、図２に示す電子供与体物質３を導入する手段を有する密封状の袋状とした容器とし、図３に示す液状の電子供与体物質３を外部から補充可能とした電子供与体供給装置を用いることも可能である。この場合には、タンク６内に液状の電子供与体物質、例えばアルコールの原液３’を貯留しておけば、袋状の容器４内の揮発性有機物３が減ってきたときに、タンク６からアルコール３’が自由落下により補充されるので、容器・袋４の大きさにかかわらず長時間・長期間にわたって被処理流体中の目的とする化合物の除去例えばアンモニア除去などを実施できる。しかも、この場合には、タンク６内のアルコール３’を監視して適宜補充すれば、タンク６に接続される多数の電子供与体供給装置を個々に制御・監視する必要がない。
【０１０６】
また、上述の電子供与体供給装置の容器４と、目的とする成分の除去に有効な微生物を固定した担体１１とを一体化したバイオリアクターを構成することも可能である。例えば、電子供与体物質３を密封する容器４の非多孔性膜２の部分を、担体１１に貼着して、担体１１と電子供与体供給装置１とを一体化したバイオリアクターを構成する。この場合には、電子供与体物質３が透過する面に微生物が固定されているので、供給される電子供与体物質の全量が微生物に直接に供給される。
【０１０７】
ここで、本発明のバイオリアクターを除染対象領域に配置して環境汚染物質を除去するようにしてもよい。また、好気性微生物を担持させたバイオリアクターの場合、好気性微生物を活性化するために曝気処理する必要がある。この場合は、上述した酸素供給装置２０をバイオリアクターの近傍に配置し、アンモニア酸化菌に酸素を供給するようにすればよい。
【０１０８】
また、微生物活性制御物質として無機塩類を充填した微生物活性制御物質供給装置１により、バイオリアクターの担体１１に無機イオンを与えて担体中の微生物が増殖しやすい環境にしてもよい。例えば、微生物活性制御物質として無機塩類と電子供与体物質の両方を充填した微生物活性制御物質供給装置１を用いた場合、環境汚染物質の処理と共に、微生物の増殖速度も上昇し、環境汚染物質の除去効率がよりいっそう高まる。
【０１０９】
また、微生物活性制御物質として酸性物質または塩基性物質を充填した微生物活性制御物質供給装置１により、バイオリアクターの担体１１のｐＨを制御するようにしても良い。例えば、微生物処理により、担体中のｐＨの上昇、低下が起こって微生物の活性が低下してしまう虞がある場合、微生物活性制御物質としてて酸性物質または塩基性物質と電子供与体物質の両方を充填した微生物活性制御物質供給装置１を用いて、ｐＨを微生物にとって最適な値に制御しつつ、環境汚染物質の処理を行うようにしてもよい。
【０１１０】
また、有機塩素化合物を脱塩素化する微生物を担体１１に固定してもよい。脱塩素微生物としては、従来この種の分野で知られているものが使用できるが、より具体的には、
Dehalococcoides sp.、
Methanosarcina sp.
を挙げることができる。これら微生物は、嫌気性条件下で電子供与体物質として水素ガス、メタノール、エタノールを与えて活性化することで、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン及びジクロロエチレンを脱塩素呼吸によりビニルクロライドまで分解処理することができる。つまり、これらの微生物を担体１１に固定することで、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン及びジクロロエチレンを嫌気性条件下で脱塩素呼吸によりビニルクロライドに分解するバイオリアクターを得ることができる。
【０１１１】
また、従来この種の分野で知られている以下に示すフェノール分解菌による共代謝を利用して、有機塩素化合物を脱塩素化することができる。
Pseudomonas sp.、
Pseudomonas ptida、
Acinetobacter sp.、
Ralstonia sp.、
Ralstonia eutropha、
Azoarcus sp.、
Bacillus sp.、
Alcaligenes sp.、
Alcaligenes faecalis、
Rhodococcus sp.
【０１１２】
ここで、フェノール分解菌による共代謝について説明すると、フェノールの分解と有機塩素化合物の分解とが競争関係にある。したがって、フェノール分解菌にとっての本来の分解対象物質であるフェノールの量が多ければ、有機塩素化合物が分解されにくくなる。その一方で、フェノール分解菌にフェノールを適度に与えなければ酵素代謝誘導が起こらず、やがて死滅してしまう。そこで、電子供与体物質としてフェノールを充填した微生物活性制御物質供給装置１からフェノールを微量に且つ緩やかに供給することにより、担体１１に担持されたフェノール分解菌を緩やかに刺激して、フェノール分解菌の生存を維持して酵素代謝を誘導すると共に、有機系塩素化合物を効率よく長期間分解することが可能である。
【０１１３】
フェノール分解菌が生成する酵素は基質特異性が広く、当該菌株の本来の分解対象物質であるフェノールのみならず、有機塩素化合物であるトリクロロエチレン、ジクロロエチレン、ビニルクロライドを脱塩素化して、エチレンに分解処理することが可能である。また、トルエンやベンゼンなどの揮発性有機物を分解してエネルギー源とすることが可能である。これら菌株は単独で担体に固定してもよいし、複数を併用して固定してもよい。また、共代謝により有機塩素化合物を脱塩素化することができる微生物として公知のメタン分解菌、トルエン分解菌、アンモニア酸化菌などを併用してもよい。つまり、これらの微生物を担体１１に固定することで、トリクロロエチレン、ジクロロエチレン、ビニルクロライドを脱塩素化して、エチレンに分解処理して無害化するバイオリアクターを得ることができる。
【０１１４】
脱塩素化を行うバイオリアクターに供給する電子供与体物質としては、非多孔性膜２を透過し且つ微生物を刺激して生存を維持し得るものであればよい。以下に微生物とその微生物に対応する電子供与体物質を示す。
（ａ）メタン分解菌：メタン
（ｂ）アンモニア酸化菌：アンモニア
（ｃ）トルエン分解菌：トルエン
（ｄ）フェノール分解菌：フェノール、トルエン、ベンゼン
つまり、バイオリアクターに担持させた微生物にあわせて、微生物を刺激するためのエネルギー源物質を適宜使用すればよい。
【０１１５】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、土壌中に存在するアンモニア酸化菌の量が少ない場合には、電子供与体供給装置１の近傍に、酸素供給装置２０の表側の面にアンモニア酸化菌を担持させたバイオリアクターを埋設して用いることで、アンモニアと硝酸イオン、亜硝酸イオンを効率よく除去するようにしても良い。
【０１１６】
また、大気中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）は、水に溶解すると硫酸イオンに変化する。したがって、微生物活性制御物質供給装置１の表面に微生物を担持し得る担体１７を備えて、担体１７にDesulfovibrio sp.等を担持させることにより、電子供与体物質を供給して大気中の硫黄酸化物を除去することも可能である。さらに、大気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）は水に溶解すると硝酸イオンに変化する。したがって、担体１７に脱窒菌を担持させることにより、大気中の窒素酸化物の除去も可能である。
【０１１７】
また、微生物活性制御物質供給装置１の表面に担体１７を備えて、Acinetbactor sp.などの廃油を分解してエネルギー源とする微生物を担持させることにより、海洋への流出廃油の分解処理を行うことが可能である。微生物により流出廃油を分解する場合、窒素・リンなどの無機塩の添加が必要である。しかし、海洋などに無機塩を添加してもすぐに拡散してしまうため、微生物に与えることが難しい。そこで、微生物活性制御物質として硝酸塩やアンモニウム塩、リン酸塩水溶液を密封して微生物に窒素やリンを与えることにより、微生物の活動や増殖に好ましい環境を形成して廃油の分解を効率良くおこなうことができる。さらに、図１８に示すように、微生物活性制御物質供給装置１を大面積のシートとすることで、オイル３２の拡散防止シートとしての役割を持たせることもでき、流出廃油の拡散を抑えて効率よく微生物処理が可能となる。
【０１１８】
つまり、本発明の微生物活性制御物質供給装置を用いることで、除染対象領域に存在する微生物や除染対象領域に添加した微生物のうちの除染対象領域の環境汚染物質を除去する機能を有する微生物のみを選択的に活性化して、バイオレメディエーションを簡易に低コストに行うことができる。また、微生物活性制御物質をエネルギー源として環境汚染物質を除去する様々な場面で適用することが可能である。
【実施例】
【０１１９】
＜実施例１＞
ポリエチレン膜を用いて袋を形成し、その中にメタノール、エタノールを密封した場合の有機物の透過量を測定して、本発明の微生物活性制御物質供給装置の有効性について確認した。
厚さ０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍのポリエチレン膜（商品名：ミポロンフィルム、ミツワ（株）製）を袋状として、その中にメタノール（和光純薬工業製、９９．８％）、エタノール（和光純薬工業製、９９．５％）をそれぞれ密封した。密封した溶液量は全て５ｍＬとした。これを水の中に浸漬し、経過日数に対して分子透過量をＴＯＣ濃度を測定することによりメタノールおよびエタノールの透過量を評価した。ＴＯＣ濃度は燃焼−赤外線式全有機炭素分析計（ＴＯＣ−６５０、東レエンジニアリング製）により測定した。この結果を図６の（Ａ）並びに（Ｂ）に示す。図中において、Ｂはバックグラウンド、ＭｅＯＨはメタノール、ＥｔＯＨはエタノール、０．０５、０．１、０．３、０．５等の数値はポリエチレン膜厚（単位；ｍｍ）を表している。この実験から、メタノール、エタノール共に、ポリエチレン膜厚が薄くなるにつれて、ＴＯＣ濃度も増加していくことから、ポリエチレン膜の膜厚により、電子供与体供給量の制御が可能であることが確認された。
【０１２０】
＜実施例２＞
ポリエチレン膜に対する酢酸、乳酸及びグルコースの透過性を調査した。厚さ０．０５ｍｍのポリエチレン膜（商品名：ミポロンフィルム、ミツワ（株）製）を袋状として、その中に酢酸（和光純薬工業製、９９．７％）を密封した。また、厚さ０．０１ｍｍのポリエチレン膜（商品名：ポリエチレンラップ、（株）ダイエー製）を袋状として、その中に乳酸（和光純薬工業製、ＤＬ‐乳酸８５〜９２％溶液）、グルコース（和光純薬工業製、１０％水溶液）をそれぞれ密封した。密封した溶液量はすべて５ｍＬとした。これらをそれぞれ水の中に浸漬し、経過時間に対してＴＯＣ濃度を測定して、酢酸、乳酸及びグルコースの透過量を評価した。また、ポリエチレン膜中にエタノール（和光純薬工業製、９９．５％）を密封して袋状としたものについても同様にＴＯＣ濃度濃度を測定し、酢酸、乳酸及びグルコースのポリエチレン膜透過性との比較を行った。この結果を図１２に示す。図中において、ＥｔＯＨはエタノール、Ａｃｅは酢酸、Ｌａｃは乳酸、Ｇｌｕはグルコースを表している。この実験から、酢酸はエタノールよりもポリエチレン膜の透過速度が速いことが確認された。一方、乳酸とグルコースはポリエチレン膜をほとんど透過しないことが確認された。したがって、メタノールやエタノール等のアルコールに加えて、酢酸もポリエチレン膜を透過することが明らかとなった。また、乳酸やグルコース等の水に良く溶ける物質はポリエチレン膜を透過し難いことが明らかとなった。
【０１２１】
＜実施例３＞
ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）膜に対するグルコースと、単糖類であるグルコースより分子量の大きい二糖類のスクロースの透過性を調査した。
厚さ０．０２５ｍｍのポリビニルアルコール膜（商品名：ビニロンフィルムＤＸ−Ｎ＃２５、東セロ株式会社製）を袋状として、その中にグルコース（和光純薬工業製、１０％水溶液）、スクロース（和光純薬工業製、１０％水溶液）をそれぞれ密封した。密封した溶液量はすべて５ｍＬとした。これらをそれぞれ水の中に浸漬し、経過時間に対してＴＯＣ濃度を測定して、グルコース及びスクロースの透過量を評価した。この結果を図１３に示す。図中において、Ｇｌｕはグルコース、Ｓｕｃはスクロースを表している。この実験から、グルコースとスクロースはＰＶＡ膜を透過していることが確認された。また、ＴＯＣ濃度が平衡状態に達する時間は、グルコースが約１５時間後であるのに対し、スクロースは約５０時間後であり、スクロースの方がグルコースと比較して遅いことが確認された。したがって、分子量の大きいグルコースやスクロース等の糖類もＰＶＡ膜のような親水性の膜を用いることで透過させることが可能であることが明らかとなった。また、単糖類であるグルコースよりも分子量の大きい二糖類のスクロースの方がＴＯＣ濃度の平衡状態に達する時間が遅かったことから、分子量によりＰＶＡ膜の分子透過速度を制御することが可能であることが明らかとなった。尚、本実験では、グルコースやスクロースのＰＶＡ膜透過速度が、メタノールやエタノール、酢酸のポリエチレン膜透過速度に比べて速い傾向が見られた。これは、使用したＰＶＡ膜の膜厚が０．０２５ｍｍと薄かったことに起因しており、ＰＶＡ膜厚を厚くすることやポリエチレン膜とPVA膜の中間の性質を持つエチレンビニルアルコール共重合体膜を用いることにより、グルコースやスクロースの透過速度を抑えることが可能である。
【０１２２】
＜実施例４＞
ポリエチレン膜に対するアンモニウムイオン（ＮＨ４＋）、硝酸イオン（ＮＯ３−）、リン酸イオン（ＰＯ４３−）及び硫酸イオン（ＳＯ４２−）の透過性を調査した。
厚さ０．０１ｍｍのポリエチレン膜（商品名：ポリエチレンラップ、（株）ダイエー製）を袋状として、その中にアンモニウムイオンと硫酸イオンを含む溶液、硝酸イオンを含む溶液、リン酸イオンを含む溶液をそれぞれ密封した。アンモニウムイオンと硫酸イオンを含む溶液は、硫酸アンモニウム０．０４７ｇを蒸留水１０ｍＬに溶解して、濃度を１０００ｍｇ−Ｎ／Ｌとした。硝酸イオンを含む溶液は、硝酸カリウム０．０７２ｇを蒸留水１０ｍＬに溶解して、濃度を１０００ｍｇ−Ｎ／Ｌとした。リン酸イオンを含む溶液は、リン酸カリウム０．０５６ｇを蒸留水１０ｍＬに溶解して、濃度を１０００ｍｇ−Ｐ／Ｌした。溶液を密封した袋は、それぞれ水の中に浸漬し、経過時間に対してイオン濃度を測定し、アンモニウムイオン、硝酸イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンの透過量を評価した。アンモニウムイオン濃度はインドフェノール青吸光光度法により測定した。その他のイオン濃度は、イオンクロマトアナライザー（ＤＸ−ＡＱ、ダイオネックス社製）により測定した。この結果を図１４に示す。図中において、図中において、ＮＨ４＋−Ｎはアンモニウムイオンを、ＮＯ３−−Ｎは硝酸イオンを、ＰＯ４３−−Ｐはリン酸イオンを、ＳＯ４２−−Ｓは硫酸イオンを表している。この実験から、アンモニウムイオン、硝酸イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンはポリエチレン膜をほとんど透過しないことが確認された。したがって、ポリエチレン膜を用いてもイオンをほとんど透過性させることができないことが明らかとなった。
【０１２３】
＜実施例５＞
ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）膜に対するアンモニウムイオン（ＮＨ４＋）、硝酸イオン（ＮＯ３−）、リン酸イオン（ＰＯ４３−）及び硫酸イオン（ＳＯ４２−）の透過性を調査した。
厚さ０．０２５ｍｍのＰＶＡ膜（商品名：ビニロンフィルムＤＸ−Ｎ＃２５、東セロ株式会社製）を袋状として、その中にアンモニウムイオンと硫酸イオンを含む溶液、硝酸イオンを含む溶液、リン酸イオンを含む溶液をそれぞれ密封した。これらの溶液は実施例４と同じものとした。これらをそれぞれ水の中に浸漬し、実施例４と同様の手法により、経過時間に対してイオン濃度を測定し、アンモニウムイオン、硝酸イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンの透過量を評価した。この結果を図１５に示す。この実験から、アンモニウムイオン、硝酸イオン、リン酸イオン及び硫酸イオンはＰＶＡ膜を透過していることが確認された。また、各種イオン濃度が平衡状態に達する時間は、アンモニウムイオンと硝酸イオンが約５０時間後であるのに対し、リン酸イオンと硫酸イオンは約１００時間後であり、リン酸イオン及び硫酸イオンの方がアンモニウムイオン及び硝酸イオンと比較して遅いことが確認された。したがって、アンモニウムイオン、硝酸イオン、リン酸イオン及び硫酸イオン等の水に可溶なイオンをＰＶＡ膜のような親水性の膜を用いることで透過させることが可能であることが明らかとなった。また、アンモニウムイオンや硝酸イオンよりも分子量の大きいリン酸イオンや硫酸イオンの方が各種イオン濃度の平衡状態に達する時間が遅かったことから、イオンの分子量によりＰＶＡ膜のイオン透過速度を制御することが可能であることが明らかとなった。尚、本実験では、各種イオンのＰＶＡ膜透過速度が、メタノールやエタノール、酢酸のポリエチレン膜透過速度に比べて速い傾向が見られた。これは、使用したＰＶＡ膜の膜厚が０．０２５ｍｍと薄かったことに起因しており、ＰＶＡ膜厚を厚くすることやポリエチレン膜とＰＶＡ膜の中間の性質を持つエチレンビニルアルコール共重合体膜を用いることにより、各種イオンの透過速度を抑えることが可能である。
【０１２４】
以上、非多孔性膜であるポリエチレン膜及びポリビニルアルコール膜を用いた各種物質の透過性実験結果から、非多孔性膜の性質と物質分子の性質、物質の分子量、非多孔性膜の膜厚により、非多孔性膜透過速度を制御できることが明らかとなった。
【０１２５】
また、ポリエチレン膜の様な疎水性の膜であっても、親水基を有する分子であるメタノールやエタノール、酢酸を透過させることが可能であることが明らかとなった。したがって、メタノールやエタノール、酢酸分子よりも炭素数の多い疎水性の高い分子は、疎水性の膜を透過しやすくなる。また、親水基を有していない分子、例えば、ベンゼンやトルエン等は疎水性の膜と非常になじみやすく、これらの分子を透過させやすい。また、ポリエチレン膜とポリビニルアルコール膜の中間の性質を有するエチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）膜を用いることで、分子の親水性、疎水性に関わらず、微生物活性制御物質を透過させることが可能である。
【０１２６】
＜実施例６＞
実施例１で用いたエタノールを密封するポリエチレンの袋を使って、バイオリアクターの機能を確認した。
【０１２７】
（供試菌株とその培養）
アンモニア酸化菌としてNitrosomonas europaea IFO-14298、脱窒菌としてParacoccus denitrificans JCM-6892を用いた。培養には、Nitrosomonas europaeaはIFO Medium List No.240、Paracoccus denitrificansは JCM Medium List No.22(Nutrient agar No.2)を基本とした液体培地を用いた。培地の組成を表１に示す。IFO培地No.240にPhenol RedをｐＨ指示薬として添加し、ｐＨはＣａＣＯ３の代わりにＮａ２ＣＯ３を適宜添加することにより調整した。また、ＪＣＭ培地Ｎｏ．２２からは寒天を除き、液体培地として用いた。それぞれ３０℃で振とう（１１０ｒｐｍ）培養後、遠心分離により集菌し、リン酸緩衝液（９ｇ／ｌ Ｎａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ、１．５ｇ／ｌ ＫＨ２ＰＯ４、ｐＨ＝７．５）により３回洗浄した。洗浄菌体は、N.europaeaは８ｍｇ ｄｒｙ ｗｔ．／ｍｌ、P.denitrificansは３３ｍｇ ｄｒｙ ｗｔ．／ｍｌになるようそれぞれリン酸緩衝液に懸濁した。
【０１２８】
【表１】
【０１２９】
（菌固定化方法）
光硬化性樹脂ＰＶＡ−ＳｂＱ（ＳＰＰ−Ｈ−１３、東洋合成工業製）９ｍｌに対し、前述のN.europaeaの菌懸濁液１ｍｌ、P.denitrificansの菌懸濁液２ｍｌを混合し、固定化した。菌体と樹脂の混合液は直接不織布に塗布し、メタルハロゲンランプ下で１時間照射することにより不織布の片面にシート状に固定化担体（縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ）を成形した。
【０１３０】
（性能評価）
固定化担体を用いたバイオリアクターにポリエチレン膜でエタノールを密封した電子供与体供給装置を用いたときの性能評価を行った。
上記実施例で作製した、Nitrosomonas europaea IFO-14298とParacoccus denitrificans JCM-6892を同時に包埋した担体を不織布の片面にシート状に成形したものを、不織布を外側になるようにし、且つ、担体に微生物活性制御物質供給装置用ポケットを設けるようにして、その中に厚さ０．０５ｍｍおよび０．３ｍｍのポリエチレン膜にてエタノールを密封した袋状の微生物活性制御物質供給装置を入れて、アンモニア排水処理能力を評価した。
【０１３１】
（分析方法）
培地溶液中のアンモニア、亜硝酸濃度は、それぞれインドフェノール青吸光光度法、ナフチルアミン吸光光度法により測定した。
【０１３２】
（固定化担体を用いたバイオリアクターにポリエチレン膜でエタノールを密封した電子供与体供給装置を用いたときの性能評価結果）
図７にバイオリアクターの性能評価結果を示す。Ｃは電子供与体を供給していないバイオリアクターで、ＥｔＯＨ−０．０５はポリエチレン膜厚０．０５ｍｍでエタノールを密封した微生物活性制御物質供給装置を用いたバイオリアクター、ＥｔＯＨ−０．３はポリエチレン膜厚０．３ｍｍでエタノールを密封した微生物活性制御物質供給装置を用いたバイオリアクターの結果である。Ｃ、ＥｔＯＨ−０．０５、ＥｔＯＨ−０．３共に、４日目にはアンモニア濃度は０になったが、亜硝酸濃度に関しては、Ｃの場合は７日目まで上昇し続け、ＥｔＯＨ−０．３では２日目までは上昇したが、それ以降は減少し、７日目には検出されなかった、また、ＥｔＯＨ−０．０５は１日目から亜硝酸は検出されなかった。従って、ポリエチレン膜を介してエタノールがバイオリアクターに供給されていることが確認され、ポリエチレン膜厚が薄い方がエタノールを供給しやすいことが確認された。
【０１３３】
＜実施例７＞
酸性物質である塩酸や酢酸、塩基性物質である水酸化ナトリウムやアンモニアをポリエチレン膜またはＰＶＡ膜から透過させることによる、ポリエチレン膜またはＰＶＡ膜周辺環境のｐＨ制御性について調査した。
厚さ０．０１ｍｍのポリエチレン膜（商品名：ポリエチレンラップ、（株）ダイエー製）中に、ＨＣｌ溶液（和光純薬工業製、１Ｎ）、酢酸（和光純薬工業製、９９．７％）、ＮａＯＨ溶液（和光純薬工業製、１Ｎ）、アンモニア溶液（和光純薬工業製、２５％）をそれぞれ密封して袋状とした。また、厚さ０．０２５ｍｍのＰＶＡ膜（商品名：ビニロンフィルムＤＸ‐Ｎ＃２５、東セロ株式会社製）中に、ＨＣｌ溶液（和光純薬工業製、１Ｎ）、ＮａＯＨ溶液（和光純薬工業製、１Ｎ）をそれぞれ密封して袋状とした。溶液を密封した袋は、それぞれ水の中に浸漬し、経過時間に対してｐＨを測定し、ポリエチレン膜またはＰＶＡ膜による酸性物質や塩基性物質の透過性の評価を行った。この結果を図１６に示す。この実験から、酸性物質である酢酸、塩基性物質であるアンモニアがポリエチレン膜を透過して、袋の周辺環境のｐＨの制御が可能であることが確認され、酸性物質である塩酸、塩基性物質である水酸化ナトリウムはポリエチレン膜は透過しにくいがＰＶＡ膜を透過して、袋の周辺環境のｐＨの制御が可能であることが確認された。したがって、酸性物質や塩基性物質の透過性をポリエチレン膜、ＰＶＡ膜またはその中間性質を持つエチレンビニルアルコール共重合体膜の選別、膜の厚さにより制御して、袋の周辺環境を所望のｐＨに変化させて、所望のｐＨを長期に亘り維持できることが明らかとなった。
【符号の説明】
【０１３４】
１ 微生物活性制御物質供給装置（電子供与体供給装置）
２ 非多孔性膜
３ 微生物活性制御物質
４ 容器
４ａ 微生物活性制御物質貯留部
５ 供給部
６ 微生物活性制御物質貯留タンク
７ 供給ノズル
８ チューブ
９ バイオリアクター
１０ 不織布
１１ 担体
１２ 微生物活性制御物質供給装置用ポケット
１３ 脱窒菌
１６ 保護材
１７ 担体
２０ 酸素供給装置
２１ 酸素吸収物質
２２ 酸素
２３ アンモニア酸化菌
２５ 酸素吸収装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非多孔性膜を少なくとも一部に備える密封構造の容器中に微生物活性制御物質を充填し、前記微生物活性制御物質を前記容器の前記非多孔性膜部分から前記非多孔性膜の分子透過性能に支配される速度で前記容器周辺に供給し、前記容器周辺の微生物の活性を制御することを特徴とする微生物活性制御物質供給方法。
【請求項２】
前記微生物活性制御物質は、微生物のエネルギー源となる電子供与体として機能する物質であり、前記容器周辺の前記微生物のうちの電子供与体を必要とする微生物を活性を制御する請求項１に記載の微生物活性制御物質供給方法。
【請求項３】
前記微生物活性制御物質は、酸性物質または塩基性物質であり、前記容器周辺のｐＨを制御して前記微生物の活性を制御する請求項１に記載の微生物活性制御物質供給方法。
【請求項４】
前記微生物活性制御物質は、無機塩類であり、前記容器周辺の無機塩濃度を高めて前記微生物の活性化を促す請求項１に記載の微生物活性制御物質供給方法。
【請求項５】
前記微生物活性制御物質は、酸素放出物質であり、前記容器周辺に酸素を供給して前記微生物のうちの好気性微生物の活性を制御する請求項１に記載の微生物活性制御物質供給方法。
【請求項６】
前記微生物活性制御物質は、酸素吸収物質であり、前記容器周辺の酸素を吸収して前記微生物のうちの嫌気性微生物の活性を制御する請求項１に記載の微生物活性制御物質供給方法。
【請求項７】
微生物活性制御物質と、非多孔性膜を少なくとも一部に備える密封構造の容器とを含み、前記容器内には前記微生物活性制御物質が充填され、前記微生物活性制御物質を前記容器の前記非多孔性膜部分から前記非多孔性膜の分子透過性能に支配される速度で前記容器周辺に徐放するものである微生物活性制御物質供給装置。
【請求項８】
前記微生物活性制御物質は、電子供与体として機能する物質、酸性物質、塩基性物質、無機塩類、酸素放出物質及び酸素吸収物質のうちの少なくとも１種以上であり、酸性物質と塩基性物質、酸素吸収物質と酸素放出物質の組み合わせは除かれる請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項９】
前記電子供与体として機能する物質は水素、硫化水素及び前記非多孔性膜を透過し得る有機化合物の群からなる１種または２種以上である請求項８に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項１０】
前記電子供与体として機能する物質として廃アルコールを用いる請求項８に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項１１】
前記容器は前記微生物活性制御物質を密封した袋状あるいはチューブ状である請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項１２】
前記容器は前記微生物活性制御物質を補充する供給部を備えるものである請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項１３】
前記供給部は、前記微生物活性制御物質を一時的に貯留するタンク部を備え、前記容器と一体に形成されている請求項１２に記載の微生物活性制御物質抑制装置。
【請求項１４】
前記容器は液体の前記微生物活性制御物質を貯留する前記容器とは別体のタンクと連通し、必要に応じて前記微生物活性制御物質を補充可能とする供給ノズルを備えるものである請求項１２に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項１５】
前記非多孔性膜を外部衝撃から保護する保護材を前記非多孔性膜の表面に備える請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項１６】
前記非多孔性膜の表面に微生物を固定し得る担体が備えられている請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項１７】
前記非多孔性膜は疎水性膜である請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項１８】
前記疎水性膜はポリエチレン膜またはポリプロピレン膜である請求項１７に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項１９】
前記非多孔性膜は親水性膜である請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項２０】
前記親水性膜は、ポリビニルアルコール膜である請求項１９に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項２１】
前記非多孔性膜は親水性と疎水性両方の性質を有する膜である請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項２２】
前記親水性と疎水性両方の性質を有する膜は、エチレンビニルアルコール膜である請求項２１に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項２３】
請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を除染対象領域に配置し、前記微生物活性制御物質供給装置の近傍に微生物活性制御物質を供給して、前記微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物の活性を制御することにより環境汚染物質を除去することを特徴とする環境浄化方法。
【請求項２４】
請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を疲弊土壌に埋設し、前記微生物活性制御物質供給装置の近傍に微生物活性制御物質を供給して、前記微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物の活性を制御することにより前記疲弊土壌を改良することを特徴とする土壌改良方法。
【請求項２５】
前記微生物活性制御物質として電子供与体として機能する物質を用い、前記微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物に電子供与体を供給して、前記微生物のうちの電子供与体を必要とする微生物を活性化して環境汚染物質を除去することを特徴とする請求項２３に記載の環境浄化方法。
【請求項２６】
前記微生物活性制御物質として酸素放出物質を用い、前記微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物に酸素を供給して、前記微生物のうちの好気性微生物を活性化して環境汚染物質を除去することを特徴とする請求項２３に記載の環境浄化方法。
【請求項２７】
前記微生物活性制御物質供給装置の表面に微生物を固定し得る担体が備えられ、前記担体には環境汚染物質を分解する微生物が予め固定されている請求項２５または２６に記載の環境浄化方法。
【請求項２８】
電子供与体として機能する物質を充填した請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を第一の微生物活性制御物質供給装置として除染対象領域に配置すると共に、酸素吸収物質を充填した請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を第二の微生物活性制御物質供給装置として、前記第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍から酸素を吸収して嫌気性雰囲気が形成される位置に配置し、前記第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物のうちの電子供与体を必要とする嫌気性微生物を活性化して環境汚染物質を除去することを特徴とする環境浄化方法。
【請求項２９】
電子供与体として機能する物質を充填した請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を第一の微生物活性制御物質供給装置として除染対象領域に配置すると共に、酸素放出物質を充填した請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を第二の微生物活性制御物質供給装置として、前記第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に好気性雰囲気が形成される位置に配置し、前記第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物のうちの電子供与体を必要とする好気性微生物により環境汚染物質を除去することを特徴とする環境浄化方法。
【請求項３０】
電子供与体として機能する物質を充填した請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を第一の微生物活性制御物質供給装置として除染対象領域に配置すると共に、酸素放出物質を充填した請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を第二の微生物活性制御物質供給装置として、前記第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に酸素が供給されない位置であって、前記第二の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する活性化された好気性微生物により産生される物質が前記第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍の微生物に供給される位置に前記第二の微生物活性制御物質供給装置を配置して、前記第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物のうちの電子供与体を必要とする微生物と、前記第二の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物のうちの好気性微生物により環境汚染物質を除去することを特徴とする環境浄化方法。
【請求項３１】
微生物のエネルギー源となる電子供与体として機能する物質を充填した請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を第一の微生物活性制御物質供給装置として除染対象領域に配置すると共に、酸素放出物質を充填した請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を第二の微生物活性制御物質供給装置として、前記第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に酸素が供給されない位置であって、前記第二の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する活性化された好気性微生物により産生される物質が前記第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍の微生物に供給される位置に前記第二の微生物活性制御物質供給装置を配置し、さらに酸素吸収物質を充填した請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を第三の微生物活性制御物質供給装置として、前記第二の微生物活性制御物質供給装置から酸素が供給されない位置であって、前記第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍から酸素を吸収して嫌気性雰囲気が形成される位置に前記第三の微生物活性制御物質供給装置を配置して、前記第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する嫌気性微生物のうちの電子供与体を必要とする微生物と、前記第二の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物のうちの好気性微生物により環境汚染物質を除去することを特徴とする環境浄化方法。
【請求項３２】
目的とする成分の除去に有効な微生物を固定した担体が、請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置の非多孔性膜部分の周りに配置されているバイオリアクター。
【請求項３３】
前記担体が、前記非多孔性膜部分に当てられて貼着されている請求項３２に記載のバイオリアクター。
【請求項３４】
前記担体を袋形状とし、その内側の空間に請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を収容したものである請求項３２に記載のバイオリアクター。
【請求項３５】
前記担体は吸水性ポリマーである請求項３２に記載のバイオリアクター。
【請求項３６】
請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置の前記非多孔性膜の表面に微生物を直接担持させてなるバイオリアクター。
【請求項３７】
液相、気相または固相の被処理領域中の対象物質の除去に有効な微生物と前記微生物が産生する物質を酸化または還元する微生物をそれぞれ１種または２種以上固定化した担体の一方の面に被処理領域を接触させ、他面には電子供与体として機能する物質を充填した請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を接触させたものである請求項３２に記載のバイオリアクター。
【請求項３８】
前記被処理領域中の対象物質の除去に有効な微生物としてはアンモニア酸化菌、前記微生物が産生する物質を還元する微生物としては脱窒菌である請求項３７に記載のバイオリアクター。
【請求項１】
非多孔性膜を少なくとも一部に備える密封構造の容器中に微生物活性制御物質を充填し、前記微生物活性制御物質を前記容器の前記非多孔性膜部分から前記非多孔性膜の分子透過性能に支配される速度で前記容器周辺に供給し、前記容器周辺の微生物の活性を制御することを特徴とする微生物活性制御物質供給方法。
【請求項２】
前記微生物活性制御物質は、微生物のエネルギー源となる電子供与体として機能する物質であり、前記容器周辺の前記微生物のうちの電子供与体を必要とする微生物を活性を制御する請求項１に記載の微生物活性制御物質供給方法。
【請求項３】
前記微生物活性制御物質は、酸性物質または塩基性物質であり、前記容器周辺のｐＨを制御して前記微生物の活性を制御する請求項１に記載の微生物活性制御物質供給方法。
【請求項４】
前記微生物活性制御物質は、無機塩類であり、前記容器周辺の無機塩濃度を高めて前記微生物の活性化を促す請求項１に記載の微生物活性制御物質供給方法。
【請求項５】
前記微生物活性制御物質は、酸素放出物質であり、前記容器周辺に酸素を供給して前記微生物のうちの好気性微生物の活性を制御する請求項１に記載の微生物活性制御物質供給方法。
【請求項６】
前記微生物活性制御物質は、酸素吸収物質であり、前記容器周辺の酸素を吸収して前記微生物のうちの嫌気性微生物の活性を制御する請求項１に記載の微生物活性制御物質供給方法。
【請求項７】
微生物活性制御物質と、非多孔性膜を少なくとも一部に備える密封構造の容器とを含み、前記容器内には前記微生物活性制御物質が充填され、前記微生物活性制御物質を前記容器の前記非多孔性膜部分から前記非多孔性膜の分子透過性能に支配される速度で前記容器周辺に徐放するものである微生物活性制御物質供給装置。
【請求項８】
前記微生物活性制御物質は、電子供与体として機能する物質、酸性物質、塩基性物質、無機塩類、酸素放出物質及び酸素吸収物質のうちの少なくとも１種以上であり、酸性物質と塩基性物質、酸素吸収物質と酸素放出物質の組み合わせは除かれる請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項９】
前記電子供与体として機能する物質は水素、硫化水素及び前記非多孔性膜を透過し得る有機化合物の群からなる１種または２種以上である請求項８に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項１０】
前記電子供与体として機能する物質として廃アルコールを用いる請求項８に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項１１】
前記容器は前記微生物活性制御物質を密封した袋状あるいはチューブ状である請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項１２】
前記容器は前記微生物活性制御物質を補充する供給部を備えるものである請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項１３】
前記供給部は、前記微生物活性制御物質を一時的に貯留するタンク部を備え、前記容器と一体に形成されている請求項１２に記載の微生物活性制御物質抑制装置。
【請求項１４】
前記容器は液体の前記微生物活性制御物質を貯留する前記容器とは別体のタンクと連通し、必要に応じて前記微生物活性制御物質を補充可能とする供給ノズルを備えるものである請求項１２に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項１５】
前記非多孔性膜を外部衝撃から保護する保護材を前記非多孔性膜の表面に備える請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項１６】
前記非多孔性膜の表面に微生物を固定し得る担体が備えられている請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項１７】
前記非多孔性膜は疎水性膜である請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項１８】
前記疎水性膜はポリエチレン膜またはポリプロピレン膜である請求項１７に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項１９】
前記非多孔性膜は親水性膜である請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項２０】
前記親水性膜は、ポリビニルアルコール膜である請求項１９に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項２１】
前記非多孔性膜は親水性と疎水性両方の性質を有する膜である請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項２２】
前記親水性と疎水性両方の性質を有する膜は、エチレンビニルアルコール膜である請求項２１に記載の微生物活性制御物質供給装置。
【請求項２３】
請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を除染対象領域に配置し、前記微生物活性制御物質供給装置の近傍に微生物活性制御物質を供給して、前記微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物の活性を制御することにより環境汚染物質を除去することを特徴とする環境浄化方法。
【請求項２４】
請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を疲弊土壌に埋設し、前記微生物活性制御物質供給装置の近傍に微生物活性制御物質を供給して、前記微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物の活性を制御することにより前記疲弊土壌を改良することを特徴とする土壌改良方法。
【請求項２５】
前記微生物活性制御物質として電子供与体として機能する物質を用い、前記微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物に電子供与体を供給して、前記微生物のうちの電子供与体を必要とする微生物を活性化して環境汚染物質を除去することを特徴とする請求項２３に記載の環境浄化方法。
【請求項２６】
前記微生物活性制御物質として酸素放出物質を用い、前記微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物に酸素を供給して、前記微生物のうちの好気性微生物を活性化して環境汚染物質を除去することを特徴とする請求項２３に記載の環境浄化方法。
【請求項２７】
前記微生物活性制御物質供給装置の表面に微生物を固定し得る担体が備えられ、前記担体には環境汚染物質を分解する微生物が予め固定されている請求項２５または２６に記載の環境浄化方法。
【請求項２８】
電子供与体として機能する物質を充填した請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を第一の微生物活性制御物質供給装置として除染対象領域に配置すると共に、酸素吸収物質を充填した請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を第二の微生物活性制御物質供給装置として、前記第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍から酸素を吸収して嫌気性雰囲気が形成される位置に配置し、前記第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物のうちの電子供与体を必要とする嫌気性微生物を活性化して環境汚染物質を除去することを特徴とする環境浄化方法。
【請求項２９】
電子供与体として機能する物質を充填した請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を第一の微生物活性制御物質供給装置として除染対象領域に配置すると共に、酸素放出物質を充填した請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を第二の微生物活性制御物質供給装置として、前記第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に好気性雰囲気が形成される位置に配置し、前記第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物のうちの電子供与体を必要とする好気性微生物により環境汚染物質を除去することを特徴とする環境浄化方法。
【請求項３０】
電子供与体として機能する物質を充填した請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を第一の微生物活性制御物質供給装置として除染対象領域に配置すると共に、酸素放出物質を充填した請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を第二の微生物活性制御物質供給装置として、前記第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に酸素が供給されない位置であって、前記第二の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する活性化された好気性微生物により産生される物質が前記第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍の微生物に供給される位置に前記第二の微生物活性制御物質供給装置を配置して、前記第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物のうちの電子供与体を必要とする微生物と、前記第二の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物のうちの好気性微生物により環境汚染物質を除去することを特徴とする環境浄化方法。
【請求項３１】
微生物のエネルギー源となる電子供与体として機能する物質を充填した請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を第一の微生物活性制御物質供給装置として除染対象領域に配置すると共に、酸素放出物質を充填した請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を第二の微生物活性制御物質供給装置として、前記第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に酸素が供給されない位置であって、前記第二の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する活性化された好気性微生物により産生される物質が前記第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍の微生物に供給される位置に前記第二の微生物活性制御物質供給装置を配置し、さらに酸素吸収物質を充填した請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を第三の微生物活性制御物質供給装置として、前記第二の微生物活性制御物質供給装置から酸素が供給されない位置であって、前記第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍から酸素を吸収して嫌気性雰囲気が形成される位置に前記第三の微生物活性制御物質供給装置を配置して、前記第一の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する嫌気性微生物のうちの電子供与体を必要とする微生物と、前記第二の微生物活性制御物質供給装置の近傍に存在する微生物のうちの好気性微生物により環境汚染物質を除去することを特徴とする環境浄化方法。
【請求項３２】
目的とする成分の除去に有効な微生物を固定した担体が、請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置の非多孔性膜部分の周りに配置されているバイオリアクター。
【請求項３３】
前記担体が、前記非多孔性膜部分に当てられて貼着されている請求項３２に記載のバイオリアクター。
【請求項３４】
前記担体を袋形状とし、その内側の空間に請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を収容したものである請求項３２に記載のバイオリアクター。
【請求項３５】
前記担体は吸水性ポリマーである請求項３２に記載のバイオリアクター。
【請求項３６】
請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置の前記非多孔性膜の表面に微生物を直接担持させてなるバイオリアクター。
【請求項３７】
液相、気相または固相の被処理領域中の対象物質の除去に有効な微生物と前記微生物が産生する物質を酸化または還元する微生物をそれぞれ１種または２種以上固定化した担体の一方の面に被処理領域を接触させ、他面には電子供与体として機能する物質を充填した請求項７に記載の微生物活性制御物質供給装置を接触させたものである請求項３２に記載のバイオリアクター。
【請求項３８】
前記被処理領域中の対象物質の除去に有効な微生物としてはアンモニア酸化菌、前記微生物が産生する物質を還元する微生物としては脱窒菌である請求項３７に記載のバイオリアクター。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−３９５７１（Ｐ２０１３−３９５７１Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２２３９５９（Ｐ２０１２−２２３９５９）
【出願日】平成２４年１０月９日（２０１２．１０．９）
【分割の表示】特願２００７−５２１３５０（Ｐ２００７−５２１３５０）の分割
【原出願日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【出願人】（０００１７３８０９）一般財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月９日（２０１２．１０．９）
【分割の表示】特願２００７−５２１３５０（Ｐ２００７−５２１３５０）の分割
【原出願日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【出願人】（０００１７３８０９）一般財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
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