Development of Porous Silicon Nitride with Tailor-made Pore Structure for Bio-Filter: V. Verification of the microbe consortium formation
バイオフィルター用テーラーメイド細孔構造を有する 窒化ケイ素多孔体の開発 V. 微生物コンソーシアム形成の確認

Wataru UETA, Yoshio OHTA, Mikito KITAYAMA
2014 Journal of MMIJ  
1.緒 言 生物膜による水処理,特に,多孔質濾材を生物膜の担体とする 生物膜濾過装置 ( 以下,バイオフィルターと称する ) は,有機性 排水を浄化する処理技術として活性汚泥法と共に古くから用いら れている 1) 。 多孔質濾材として無機材料が使用された例としては, コージエライトハニカムセラミックスを用いたバイオリアクター による醸造食品の製造例 2) や,ガラスセラミック多孔体を用い たバイオフィルターによって有害重金属含有排水を処理した例 3) が報告されている。微生物と同程度の大きさ ( サブミクロン~数 ミクロン ) の細孔構造 ( 以下,マイクロ細孔と呼ぶ ) を有する多 孔質担体には,微生物がよく生育することが知られている。マイ クロ細孔から成る多孔質担体中に,Fig. 1 に示すように,数十~ 数百ミクロン程度の間隔で処理水が通過する直径数十~数百ミク ロンの細孔 ( 以下,マクロ細孔と呼ぶ ) を設ければ,処理水に直 接ふれるマクロ細孔表面には処理水中の栄養分を好気的に分解す る好気性微生物層が形成され,マクロ細孔間のマイクロ細孔には
more » ... 物層が形成されることが期待 される。好気性微生物と嫌気性微生物は,お互いに栄養分や酵素 を補完しあう共同体 ( コンソーシアム ) を形成し,単独の場合に 比べ遥かに大きな分解効率を示す可能性があり,通常の微生物に よる水処理では浄化することが難しいトリクロロエチレン,ポリ 塩化ビフェニル (PCB) ,ダイオキシン等の有害有機物質含有排水 処理や,高濃度の有機物質を含む排水の効率的な処理が期待され る。さらに,微生物は,しばしば,他の微生物の増殖や機能を阻 害する物質である抗生物質を産生するため,通常の自然界には存 在しない「好気性-嫌気性微生物コンソーシアム」は,単独の微 生物では生産することのできなかった有用物質の生産もターゲッ トとしている。 窒化ケイ素焼結体は,その原料粉末である α-Si3N4 が液相焼結 中に相転移し,β-Si 3 N 4 の針状結晶が絡み合った微細組織を発達 させるため,強度,靱性,耐熱衝撃性,耐摩耗性に優れた材料 として知られている 4) 。また,窒化ケイ素焼結体は,構成する 2 つの相,すなわち,窒化ケイ素結晶相とオキシナイトライドガラ ス粒界相が共に化学的に極めて安定であるため 5-7) ,耐熱性,耐 腐食性の面でも優れた材料であり,窒化ケイ素多孔体は,現在, 高温の排ガスフィルター 8) や精密 ( 限外 ) ろ過フィルター 9) 等へ In order to develop the "Bio-filter" , silicon nitride porous bodies with micro-macro complex pore structure were fabricated using the tape casting process. Using Saccharomyces cerevisiae and Lactobacillus casei as the aerobic and anaerobic model microbes, aqueous solutions containing these microbes were passed through the porous bodies for 72 hrs. Then, the aqueous solution of 1% glucose saturated with oxygen in air was passed through them. It was confirmed that both microbes were simultaneously fixed on the surface of the macro-pores with the formation of the bio-film, suggesting the successful formation of the microbe consortium. In the case that only Saccharomyces cerevisiae was fixed on the surface of the macro-pores, the formation of the bio-film was hardly observed. In contrast, when only Lactobacillus casei was used, the network structure of the bio-film was observed inside the micro-pores between the macro pores. The pH values and the kinds and concentrations of the products contained in the effluents were different for these three cases. It was found that the concentration of lactic acid was much larger in the case that two microbes were simultaneously fixed than in the case that only Lactobacillus casei was fixed, suggesting the successful formation of the anaerobic condition through the oxygen consumption by the aerobic metabolism of Saccharomyces cerevisiae.
doi:10.2473/journalofmmij.130.225 fatcat:34rpa2fitrg4nn7vrznyaohpzi