シクロデキストリン含有 pva含水ゲルを用いた...
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シクロデキストリン含有ＰＶＡ含水ゲルを用いた
工業用排水処理
宇部工業高等専門学校 物質工学科教授 山﨑 博人
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研究背景
◆ 化学工場をはじめ、石油精製工場、製鉄所など多くの工場で、フェノールなどの芳香族化合物を含んだ排水が排出される。
◆ 昨今のエネルギー問題・エネルギー資源の多様化の観点から、石炭のガス化・液化技術や低品位炭の改質技術の開発が行われているが、この際にもフェノール等を含む排水が生じる。
フェノール等芳香族化合物含有排水の高性能除去システムの開発が必要
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従来技術とその問題点
活性炭による吸着除去小規模の排水に適用⇒ 高価
生物処理法（活性汚泥法）
フェノールなどの芳香族化合物は生物処理によって資化、分解されにくい
⇒長時間の処理が必要
⇒処理装置の大型化
望まれる芳香族化合物含有排水の処理システム
・高性能・高効率なコンパクトな処理システム
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発明の概要（目的）排水処理、特に、芳香族化合物含有排水の処理に有用な
「芳香族化合物の取り込み作用」と
優れた「微生物の付着作用」を
併せもつ新しいコンセプトの
微生物固定化用担体、
及びこれを用いた
高性能な排水処理方法を
提供する。
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「微生物の付着作用」 「芳香族化合物の取り込み作用」
ポリビニルアルコール(PVA)
シクロデキストリン(CD)
+
新しいコンセプトの微生物固定化用担体
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シクロデキストリン（ＣＤ）について
In H
2 O
グルコースが環状につながっている構造をもつ。水中ではフェノールなどの有機物を包接し、
「芳香族化合物の取り込み作用」を発現。食品添加物、芳香剤原料、医薬品、
化粧、サプリメントとして利用。でんぷんから生合成される。水に可溶である。
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ポリビニルアルコール(PVA)球状含水ゲルについて
クラゲール ●(株)クラレより上市されているPVA球状含水ゲル
●PVA樹脂が主成分とする白い担体●PVAは親水性が非常に高い●極めて微細な網目状構造●1粒の中に10億個もの微生物が棲める
「微生物の付着作用」をもつ
●菌固定化担体として使用される
特徴
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ホルマール化によるPVAゲルの合成
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CDを導入した結合型PVAゲルの合成
bCyDの導入
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結合型PVA球状含水ゲルの調製
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混合型に用いるCDポリマーの合成例
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1mm
混合型PVA球状含水ゲルの調製
13
123
4 5
6
ab
c
1
c
c
a
a
a
b
2,3,5
4
固体13C-NMRによる結合型ゲルの合成
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CD含有PVA球状含水ゲルの特長①「芳香族化合物の取り込み作用」
フェノール包接試験 ニトロフェノール着色試験
PVA球状含水ゲル
CD含有PVA球状含水ゲル
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予備培養（菌体を増殖させる）
吸着固定化
フェノール除去試験
球状含水ゲルを投入
１ヶ月間培養
運転条件・ペットボトルの気泡塔・容量：500mＬ・担体量：10ｗt％・Phenol濃度 : 500mg/L・大腸菌用培地・室温下・回分培養・ばっ気
培養
リアクター
CD含有PVA球状含水ゲルの特長生体触媒の調製
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研究に用いたフェノール分解菌について
＜分解実績＞・フェノール・ブロモフェノール・クロロフェノール・クレゾール・カテコール・クメン
ノボジャイムジャパン(株)製BI-CHEM DC1002CG
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48h:37ppb
60h:検出外
GC-MASS
CD含有PVA球状含水ゲルの特長② フェノール除去試験
CD含有PVA球状含水ゲル
PVA球状含水ゲル
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CD含有PVA球状含水ゲルの特長③ 生体触媒による浮遊物質量(SS)の低減
CD含有PVA球状含水ゲル
PVA球状含水ゲル
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CD含有PVA球状含水ゲル
PVA球状含水ゲル
CD含有PVA球状含水ゲルの特長④ ゲル内の細菌の分布観察による
「微生物の付着作用」
蛍光色素Cy5の結合したEUB338DNA
とのハイブリダイゼーション
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CD含有PVA球状含水ゲルの特長⑤ 細菌体定量による「微生物の付着作用」
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定量結果
1.8倍の菌体量
約200bp
0
DNAバンド長(bp)
0. マーカー
1. ネガティブコントロール
2. PVA球状含水ゲル
3. CD含有PVA球状含水ゲル
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１．「芳香族化合物の取り込み作用」と「微生物の付着作用」を併せ持つという、新コンセプトの微生物固定化用担体である。
２．フェノールを含む排水を効率的に処理することができる。
３．連続的に排水処理を行う際に発生する余剰汚泥を低減することができる。
コンパクトな排水処理システムを提供することができる
新技術の特徴
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実用化に向けた課題
①シクロデキストリン含有ポリビニルアルコールゲルの製造方法（連結法と混合法）の違いによる微生物固定化用担体性能の見極め
②フェノール除去における最適条件及び適用限界フェノール濃度の検討
③馴化培養による耐フェノール性菌の選択の検討
④フェノール以外の芳香族化合物の分解挙動の検討
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想定される業界
芳香族化合物を含有する排水が生じる工場
・化学工場（ﾌｪﾉｰﾙ、ﾌｪﾉｰﾙ樹脂製造等）
・石油精製工場
・製鉄所
・石炭ガス化・液化プラント
・低品位炭の改質プラント など
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本技術に関する知的財産権
• 発明の名称 ：
シクロデキストリン含有ポリビニルアルコールゲルまたはシクロデキストリン含有ポリビニルアルコールゲル組成物、並びに、それらを用いた微生物固定化用担体および排水処理方法
• 出願番号：特願2010-137710
• 出願人 ：独立行政法人国立高等専門学校機構
• 発明者 ：山﨑 博人
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お問い合わせ先
宇部工業高等専門学校
総務課長補佐（産学連携係長兼務）
國安 弘志（くにやす ひろし）
ＴＥＬ ０８３６-３５-５００７
ＦＡＸ ０８３６-２１-７１１７
e-mail [email protected]