(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物へのエネルギー源となる電子供与体物質と、ポリ乳酸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電子供与体物質が充填されていることを特徴とする微生物への電子供与体供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子供与体供給装置の周りに、微生物を担持しうる透水性の担体が配置されていることを特徴とする微生物への電子供与体供給装置。
【請求項３】
生物学的処理により排水を処理する方法において、請求項１に記載の微生物への電子供与体供給装置を前記排水に浸漬し、前記電子供与体供給装置の周辺に存在する微生物に電子供与体物質を供給して活性化させることを特徴とする排水処理方法。
【請求項４】
請求項１に記載の微生物への電子供与体供給装置を除染対象領域に配置し、前記電子供与体供給装置の周辺に存在する微生物に電子供与体物質を供給して活性化させ、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５】
ガス状アンモニアと水とを接触させて前記ガス状アンモニアを前記水に溶解させる第一の工程と、前記ガス状アンモニアと接触させた前記水をアンモニア酸化菌及び脱窒菌が存在している微生物領域に接触させる第二の工程とを含むガス状アンモニアの除去方法において、請求項１に記載の微生物への電子供与体供給装置を前記微生物領域に配置し、前記電子供与体供給装置の周辺に存在する脱窒菌に電子供与体物質を供給して活性化させることを特徴とするガス状アンモニアの除去方法。
【請求項６】
目的とする成分の除去に有効な微生物を固定した担体を、請求項１に記載の微生物への電子供与体供給装置の周りに配置し、前記担体と前記電子供与体供給装置に水を供給して目的とする成分の除去を行う方法。
【請求項７】
微生物へのエネルギー源となる電子供与体物質と、前記電子供与体物質を微生物に供給する対象となる電子供与体供給領域との間にポリ乳酸膜を介在させ、前記ポリ乳酸膜を水と接触させて前記ポリ乳酸膜のバリア性を低下させ、前記電子供与体物質を前記ポリ乳酸膜の分子透過性能に支配される速度で前記電子供与体供給領域に供給することを特徴とする微生物への電子供与体供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物への電子供与体供給装置とその利用方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、電子供与体物質を無駄に消費すること無く、必要なときにだけ電子供与体物質を微生物に供給するための装置と方法、並びにこの装置を利用した排水処理方法、環境浄化方法並びにガス状アンモニアの除去方法に関する。
【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、被処理水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、被処理水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容量％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。
【０００５】
このようなアルコールの供給方法は、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ることから、設備が大型化すると共に設備操作も複雑化してしまう。そこで、ポリエチレン膜やポリプロピレン膜等の非多孔性膜により形成した容器に、アルコール等の液体や、水素やメタン等のガス状物質を電子供与体物質として密封し、非多孔性膜から電子供与体を透過させて微生物に供給する方法が提案されている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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
【特許文献４】国際公開ＷＯ２００６／１３５０２８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ポリエチレン膜やポリプロピレン膜などの非多孔性膜により形成した容器に上記の電子供与体物質を密封した場合、非多孔性膜からの電子供与体物質の透過が水中及び大気中の双方の環境で起こる。したがって、ポリエチレン膜やポリプロピレン膜などの非多孔性膜により形成した容器に上記の電子供与体物質を密封した電子供与体供給装置を流通する過程において、容器に密封された電子供与体物質が漏れ出して無駄に消費されてしまう問題がある。つまり、電子供与体物質を微生物に与える必要のない状況下においても、電子供与体物質はポリエチレン膜やポリプロピレン膜などの非多孔性膜から徐々に漏れ出して無駄に消費されてしまう。
【０００８】
また、微生物を利用した生物学的処理が行われるのは、一般的には排水中や土壌等の水を多量に含む環境中であることから、水と接触した場合にのみ電子供与体物質を微生物に供給できれば十分であると考えられる。したがって、水と接触した場合にのみ微生物に電子供与体物質を供給することのできる技術を確立することが望まれる。
【０００９】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、流通過程において電子供与体物質が漏れ出して無駄に消費されることの無い電子供与体供給装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、水と接触させたときに電子供与体物質を微生物に供給することができ、しかもポンプや制御装置を用いることなく電子供与体物質の供給量を制御することができる装置及び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】
【００１６】
かかる目的を解決するための、請求項１に記載の微生物への電子供与体供給装置は、微生物へのエネルギー源となる電子供与体物質と、ポリ乳酸膜を少なくとも一部に備える密封構造の容器とを含み、容器内には電子供与体物質が充填されるものである。
【００１７】
また、かかる目的を解決するための、請求項７に記載の微生物への電子供与体供給方法は、微生物へのエネルギー源となる電子供与体物質と、電子供与体物質を微生物に供給する対象となる電子供与体供給領域との間にポリ乳酸膜を介在させ、ポリ乳酸膜を水と接触させてポリ乳酸膜のバリア性を低下させ、電子供与体物質をポリ乳酸膜の分子透過性能に支配される速度で電子供与体供給領域に供給するようにしている。
【００１８】
このように、容器の少なくとも一部にポリ乳酸膜を備えることで、また、微生物へのエネルギー源となる電子供与体物質と、電子供与体物質を微生物に供給する対象となる電子供与体供給領域との間にポリ乳酸膜を介在させることで、大気中においては、ポリ乳酸膜がバリア膜として機能し、ポリ乳酸膜からの電子供与体物質の透過が抑えられる。
【００１９】
また、ポリ乳酸膜を水と接触させた場合においては、ポリ乳酸膜のバリア膜としての機能が低下し、電子供与体物質がポリ乳酸膜の分子透過性能に支配される速度で容器周辺の微生物に供給される。
【００２０】
しかも、ポリ乳酸膜は生分解性のプラスチック膜であることから、容器内に充填されている電子供与体物質が消費し尽くされると、容器周辺の微生物によりポリ乳酸膜が分解されるようになる。したがって、容器全体をポリ乳酸膜で構成した場合には、電子供与体物質が消費し尽くされた後に、容器を放置しておくだけで微生物によって分解されるので、容器を回収する手間を省くことができる。
【００２１】
ここで、請求項１に記載の電子供与体供給装置の周りには、微生物を担持しうる透水性の担体が配置されていることが好ましい。このように構成することで、電子供与体供給装置を水と接触させたときに、水が担体に透水してポリ乳酸膜に接触すると共に、水に存在している微生物が担体に担持される。したがって、担体に担持された微生物に電子供与体物質が供給されて、この微生物の機能が発揮される。
【００２２】
本発明の微生物への電子供与体供給装置は、生物学的処理を行うためのあらゆる設備、装置並びに環境に対して適用することができる。例えば、生物学的排水処理を行う設備やガス状アンモニアの除去設備、さらには微生物による環境浄化等に利用することができる。また、本発明の微生物への電子供与体供給装置の周りに目的とする成分の除去に有効な微生物を固定した担体を配置し、担体と電子供与体供給装置に水を供給することで、目的とする成分の除去を行うこともできる。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１に記載の微生物への電子供与体供給装置並びに請求項７に記載の微生物への電子供与体供給方法によれば、大気中において電子供与体物質がポリ乳酸膜の外側に漏れ出るのを抑えることができる。したがって、この電子供与体供給装置が流通される過程において、電子供与体物質が漏れ出て無駄に消費されるのを防ぐことができる。また、大気中での長期保存が可能となる。
【００２８】
また、ポリ乳酸膜を水と接触させたときにのみ、微生物に電子供与体物質を供給することが可能であるから、必要なときにのみ電子供与体物質を微生物に供給することができる。したがって、電子供与体物質を無駄に消費することがない。
【００２９】
さらに、微生物への電子供与体物質の供給はポリ乳酸膜の分子透過性能に支配される速度で行われるので、電子供与体物質分子のポリ乳酸膜透過速度を、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、電子供与体物質を常時緩やかに微生物に供給することが可能となる。したがって、電子供与体物質供給量を一定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、装置全体がポリ乳酸膜で構成される場合には、電子供与体物質をポリ乳酸膜の全面から広い範囲で緩やかに供給することが可能となる。
【００３０】
しかも、ポリ乳酸膜は生分解性のプラスチック膜であることから、容器内に充填されている電子供与体物質が消費し尽くされると、容器周辺の微生物によりポリ乳酸膜が分解されるようになる。したがって、容器全体をポリ乳酸膜で構成した場合には、電子供与体物質が消費し尽くされた後に、容器を放置しておくだけで微生物によって分解されるので、容器を回収する手間を省くことができる。
【００３１】
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電子供与体物質、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、濃度が薄められた状態で微生物に供給することができるので、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。
【００３２】
請求項２に記載の微生物への電子供与体供給装置によれば、請求項１に記載の電子供与体供給装置の周りに、微生物を担持しうる透水性の担体が配置されているので、電子供与体供給装置を水と接触させたときに、水が担体に透水してポリ乳酸膜と接触すると共に、水に含まれている微生物が担体に担持される。したがって、担体に担持された微生物に電子供与体物質が供給されて、この微生物の機能を発揮させることができる。しかも、担体を電子供与体供給装置の周りに配置することで、この担体が保護材として機能し、外部衝撃から保護して破損を防ぐことができる。また、この担体は補強材としても機能し、容器に充填された電子供与体物質の重みにより容器がちぎれたり、破れたりするのを防止できる。
【００３３】
請求項３に記載の排水処理方法によれば、本発明の微生物への電子供与体供給装置を利用しているので、排水に存在している微生物に電子供与体物質への電子供与体物質の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、排水処理にかかる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、排水が接触したときにのみ電子供与体物質を微生物に供給することができるので、電子供与体物質が無駄に消費されることが無い。
【００３４】
請求項４に記載の環境浄化方法によれば、本発明の微生物への電子供与体供給装置を利用しているので、除染対象領域に存在している微生物への電子供与体物質の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、環境浄化にかかる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、除染対象領域に含まれている水が接触したときにのみ電子供与体物質を微生物に供給することができるので、電子供与体物質が無駄に消費されることが無い。
【００３５】
請求項５に記載のガス状アンモニアの除去方法によれば、本発明の微生物への電子供与体供給装置を利用しているので、脱窒菌への電子供与体物質の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、ガス状アンモニアの除去にかかる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、ガス状アンモニアを溶解した水が接触したときにのみ電子供与体物質を脱窒菌に供給することができるので、電子供与体物質が無駄に消費されることが無い。
【００３６】
請求項６に記載の発明によれば、本発明の微生物への電子供与体供給装置の周りに目的とする成分の除去に有効な微生物を固定した担体を配置し、担体と電子供与体供給装置に水を供給するようにしているので、担体に担持している微生物に水と電子供与体物質を供給してこの微生物を活性化することができ、目的とする成分の除去を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の電子供与体供給装置の一例を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図２】本発明の電子供与体供給装置に担体を備えた例を示す縦断面図である。
【図３】本発明の電子供与体供給装置を排水に浮かせて用いる例を示す図である。
【図４】本発明の電子供与体供給装置に錘を備えて排水に浸漬させて用いる例を示す図である。
【図５】本発明の電子供与体供給装置を除染対象領域に配置して使用する例を示す図である。
【図６】本発明の電子供与体供給装置をガス状アンモニア除去装置に使用する例を示す図である。
【図７】本発明の電子供与体供給装置を目的の成分の除去に有効な微生物を担持した担体の周りに配置して使用する例を示す図である。
【図８】本発明の電子供与体供給装置の他の例を示す縦断面図である。
【図９】本発明の電子供与体供給装置の他の実施形態である補充タイプの例を示す縦断面図である。
【図１０】図９の実施形態の電子供与体供給装置の全体構成を示す概略図である。
【図１１】排水処理槽内において本発明の電子供与体供給方法を実施する例を示す図である。
【図１２】エタノールを密封した各種袋の大気中における重量の経時変化を示すグラフである。
【図１３】エタノールを密封した各種袋を水に浸漬した時の水のＴＯＣ濃度の経時変化を示すグラフである。
【図１４】本発明の電子供与体供給装置のさらに他の例を示す縦断面図である。
【図１５】本発明の電子供与体供給装置をポリ乳酸膜で構成した場合の例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００３９】
図１に本発明にかかる微生物への電子供与体供給装置の実施形態を示す。この微生物への電子供与体供給装置１は、微生物へのエネルギー源となる電子供与体物質３と、疎水性を有する非多孔性膜２ａを少なくとも一部に備える密封構造の容器４と、親水性の非多孔性膜２ｂとを含んでいる。容器４内には電子供与体物質３が充填され、容器４の外側表面の少なくとも疎水性を有する非多孔性膜２ａ部分は親水性の非多孔性膜２ｂで覆われている。
【００４０】
疎水性を有する非多孔性膜２ａを少なくとも一部に備える密封構造の容器４内に微生物へのエネルギー源となる電子供与体物質３が充填されることで、疎水性を有する非多孔性膜２ａの分子透過性能に支配される速度で電子供与体物質３が疎水性を有する非多孔性膜２ａを透過する。容器４の外側表面の疎水性を有する非多孔性膜２ａ部分を覆う親水性の非多孔性膜２ｂは大気中ではバリア膜として機能し、疎水性を有する非多孔性膜２ａを透過した電子供与体物質３が親水性の非多孔性膜２ｂを透過するのを抑えることができる。一方、親水性の非多孔性膜２ｂが水と接触したときにはバリア膜としての機能が低下し、疎水性を有する非多孔性膜２ａを透過した電子供与体物質３が親水性の非多孔性膜２ｂを透過する。
【００４１】
本実施形態では、容器４の外側表面の少なくとも疎水性を有する非多孔性膜２ａ部分を親水性の非多孔性膜２ｂで覆う形態の一例として、親水性の非多孔性膜２ｂを備えた密封構造の容器６（以下、親水性容器６と呼ぶ）の内部に、疎水性を有する非多孔性膜２ａを備えた密封構造の容器４（以下、疎水性容器４と呼ぶ）を収容して密封した形態について説明する。
【００４２】
本実施形態において、疎水性容器４は、全体が疎水性を有する非多孔性膜２ａで構成される袋上を成し、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電子供与体物質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、疎水性容器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、袋状の疎水性容器４（単に疎水性袋と呼ぶこともある）は、全体を疎水性を有する非多孔性膜２ａで構成するものに特に限られず、片面だけを疎水性を有する非多孔性膜２ａで構成したり、１つの面のさらに一部分を疎水性を有する非多孔性膜２ａのみで構成するようにしても良い。部分的に疎水性を有する非多孔性膜２ａ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、電子供与体物質３を透過させない膜等を用いても良い。
【００４３】
また、本実施形態において、親水性容器６は、全体が親水性の非多孔性膜２ｂ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疎水性容器４を密封するようにしているが、このような形体には特に限定されず、疎水性容器４の疎水性を有する非多孔性膜２ａの外側を覆うことができる形体とすればよい。例えば、片面だけを疎水性を有する非多孔性膜２ａで構成した疎水性容器４や１つの面のさらに一部分を疎水性を有する非多孔性膜２ａのみで構成した疎水性容器４を用いる場合、疎水性容器４の全てを親水性容器６に密封するようにしてもよいが、疎水性容器４の疎水性を有する非多孔性膜２ａの部分のみを親水性の非多孔性膜２ｂで覆うようにしてもよい。あるいは、疎水性を有する非多孔性膜２ａを覆うための部分のみを親水性の非多孔性膜２ｂで構成し、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、電子供与体物質３を透過させない膜等を用いて親水性容器６を構成してもよい。また、疎水性を有する非多孔性膜２ａを覆うための部分の一部を親水性の非多孔性膜２ｂで構成し、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、電子供与体物質３を透過させない膜等を用いて親水性容器６を構成してもよい。
【００４４】
微生物へのエネルギー源となる電子供与体物質３としては、微生物に対して毒性を呈さない物質であって、疎水性を有する非多孔性膜２ａと親水性の非多孔性膜２ｂとを腐食しない性質を持ち、且つ疎水性を有する非多孔性膜２ａを透過でき、水と接触した状態の親水性の非多孔性膜２ｂを透過できる分子量、性質を有するものが適宜選択される。例えば、水素、硫化水素、メタン、エタンなどのガス状物質、メタノール及びエタノール等のアルコールや、ギ酸、酢酸等の有機酸などの液体が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、微生物によっては、フェノール、ベンゼン、トルエン等を電子供与体物質３として用いることができる。
【００４５】
ここで、電子供与体物質３としてアルコールを用いる場合、原液のままで用いることができる。従来であれば、メタノールやエタノール等のアルコールを微生物のエネルギー源として用いる場合には、微生物が死なない程度の濃度に水で希釈する必要があったが、本発明によれば、アルコール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、微生物が死に至ることはない。尚、アルコールの原液に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疎水性を有する非多孔性膜２ａを透過し、親水性の非多孔性膜２ｂを水と接触させたときにこのアルコール分子が親水性の非多孔性膜２ｂを透過して微生物に緩やかに供給される。したがって、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ても、分子量の大きなカテキンや極性の大きなシアン化合物は疎水性を有する非多孔性膜２ａを透過し難く、微生物にとって害のない濃度に希釈された状態のアルコールを主成分として透過させて微生物に供給することが可能となり、不純物は容器４内にほとんど残留する。したがって、廃アルコールのように、不純物を含んでいるアルコールを用いることができる。
【００４６】
疎水性を有する非多孔性膜２ａは、電子供与体物質３の分子を少しずつ透過させる性質を有するものである。換言すれば、疎水性を有する非多孔性膜２ａの分子透過性能の支配される速度で電子供与体物質３の分子を透過させる性質を有するものである。また、親水性の非多孔性膜２ｂは、水と接触しない状態ではバリア膜として機能し、疎水性を有する非多孔性膜２ａを透過した電子供与体物質３の分子の透過を抑える性質を有し、水と接触した状態ではバリア膜としての機能が低下して、疎水性を有する非多孔性膜２ａを透過した電子供与体物質３の分子を透過させる性質を有するものである。
【００４７】
ここで、水と接触した状態における親水性の非多孔性膜２ｂの分子透過性能は、疎水性を有する非多孔性膜２ａの分子透過性能に比べて高い。したがって、水と接触した状態における微生物への電子供与体供給速度は、疎水性を有する非多孔性膜２ａの分子透過性能に律速される。即ち、疎水性を有する非多孔性膜２ａの分子透過性能を適宜制御することにより、微生物への電子供与体物質３の供給速度を所望の速度に制御することができる。
【００４８】
尚、大気中にも水分（水蒸気）は存在し、湿度が高くなるにつれて大気中の水分が増大する。したがって、湿度が高まるにつれて親水性の非多孔性膜２ｂのバリア性が低下する。このような場合、電子供与体供給装置１を流通または保存する際に、シリカゲル等の乾燥剤を用いて流通または保存環境を乾燥雰囲気にすることで、電子供与体物質３の無駄な消費をほぼ完全に抑えることができる。
【００４９】
疎水性を有する非多孔性膜２ａの材料としては、例えば、疎水性の非多孔性膜であるポリエチレン、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。また、疎水性と親水性の双方の性質を併せ持つ膜であるエチレン・ビニルアルコール共重合体、エチレン・酢酸ビニル共重合体が挙げられる。ここで、ポリエチレンやポリプロピレンの使用が特に好ましい。ポリエチレンやポリプロピレンは、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。また、様々な物質に対して安定である。しかも、水を透過し難いので、水で希釈したアルコールを電子供与体物質３とした場合に水が透過することがなく、大気中において親水性の非多孔性膜２ｂのバリア性を低下させることがない。勿論、ポリエチレンやポリプロピレンを含めて上述したものに特に限定されるものではない。
【００５０】
疎水性を有する非多孔性膜２ａは、膜材料、膜厚、該膜の表面積、電子供与体物質３の分子量や性質、温度及び外圧等により、微生物への電子供与体物質３の供給速度を制御することが可能である。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分子透過速度が変化することが確認されている。そこで、微生物に対して必要な電子供与体物質３の供給量に応じて、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電子供与体物質３を供給することができる。また、疎水性と親水性の双方の性質を併せ持つ膜を用いる場合には、膜を構成する親水性分子と疎水性分子の比率によって、電子供与体物質３の供給速度を制御することができる。即ち、親水性分子の比率を多くすればするほど、親水性の非多孔性膜２ｂの性質に近づくことになる。したがって、少なくとも親水性の非多孔性膜２ｂが水と接触したときの電子供与体物質３の透過性能よりも低い透過性能を有するように疎水性分子を含ませることが好ましい。
【００５１】
ここで、疎水性を有する非多孔性膜２ａは、膜の密度によっても分子透過速度が変化する。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、電子供与体物質３が十分な透過速度で透過するが、高密度ポリエチレン（密度９４２ｋｇ／ｍ３以上）を用いた場合には、電子供与体物質３の透過速度が低下する。したがって、所望の電子供与体物質供給速度に応じて、疎水性を有する非多孔性膜２ａの膜厚と膜密度のバランスを制御すればよい。また、分子配列も延伸処理により制御することができるので、電子供与体物質供給速度を制御することが可能である。  
【００５２】
電子供与体物質３の疎水性を有する非多孔性膜２ａの透過は、電子供与体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大きなサイズの分子であるカテキンや極性の高い水やシアン化合物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を有する強い低極性の膜であるため、極性分子である水が膜に溶け込みにくい。また、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、疎水性を有する非多孔性膜２ａは、水や分子量の大きなカテキン、極性の高いシアン化合物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３を主成分として透過させる「分子ふるい」として機能する。また、電子供与体物質３は、分子状態、つまり、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）の状態で疎水性を有する非多孔性膜２ａを透過する。したがって、疎水性を有する非多孔性膜２ａはガス透過性膜とも表現できる。
【００５３】
また、疎水性を有する非多孔性膜２ａは、上述したように電子供与体物質３が膜に溶け込む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電子供与体物質３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。
【００５４】
次に、親水性の非多孔性膜２ｂの材料としては、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、特にポリビニルアルコールが好適であるが、これらに限定されるものではない。
【００５５】
親水性の非多孔性膜２ｂは、水と接触していない状態、即ち、大気中においては、膜の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。他方、水と接触した状態では、分子鎖の間に水分子が侵入して水素結合が切れ、分子鎖の熱振動によるゆらぎが起こりやすい構造となり、水分子がさらに膜の内部に侵入する。その結果、膜内部の水素結合のほとんどが切断され、水分子の通路が形成される。疎水性を有する非多孔性膜２ａを透過した電子供与体物質３の分子はこの水分子の通路に沿って親水性の非多孔性膜２ｂを透過する。
【００５６】
尚、親水性の非多孔性膜２ｂについても、電子供与体物質３を膜に溶け込ませることにより透過させており、多孔質の膜のように、孔の大きさや数で電子供与体物質３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。
【００５７】
次に、親水性の非多孔性膜２ｂの外側表面に微生物を担持しうる透水性の担体５を備えた形態について図２に基づいて説明する。図２に示す微生物への電子供与体供給装置１は、図１に示した電子供与体供給装置１の親水性容器６の外側表面に微生物を担持しうる透水性の担体５を備えたものである。
【００５８】
このように、微生物を担持しうる透水性の担体５を備えることで、人工的に微生物を固定したり、水や土壌等の環境下に存在している微生物を担体５に接触させて増殖し、定着させることができる。しかも、透水性を備えることにより、電子供与体供給装置１を水に接触したときに、親水性の非多孔性膜２ｂに水が接触して、担体５に固定されている微生物に電子供与体物質３を供給することができる。
【００５９】
微生物を担持しうる透水性の担体５としては、例えば、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高分子の一部に架橋させた物である。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５の保水力、吸水力が高まるため、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。尚、ここに挙げた担体５はあくまでも例示であり、これらに限定されるものではない。
【００６０】
ここで、担体５自体の透水性が低い場合には、担体５に水が通過しうる程度の大きさの微細孔を多数備えるようにして、当該微細孔を通過した水によって、親水性の非多孔性膜２ｂが水と接触できるようにしてもよい。つまり、本発明における透水性の担体５には、このような加工を施したものも含まれている。
【００６１】
また、微生物を担持しうる透水性の担体５として、不織布ないしは不織布を起毛処理したものを用いることもできる。
【００６２】
さらに、親水性の非多孔性膜２ｂの表面を起毛処理して、当該起毛部に微生物を担持させるようにしてもよい。この場合には、当該起毛部が、微生物を担持しうる透水性の担体５として機能する。
【００６３】
このように、担体５を親水性の非多孔性膜２ｂの外側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５に固定した微生物は流され難くなる。また、排水中等においても、微生物が担体５に固定され、拡散し難くなる。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。
【００６４】
担体５は、親水性の非多孔性膜２ｂ表面に例えば接着等により備えてもよいし、親水性容器６の周縁部をヒートシールして備えるようにしてもよい。また、担体５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。    
【００６５】
ここで、担体５は、保護材としても機能する。即ち、担体５を備えることにより、親水性の非多孔性膜２ｂ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、担体５を光硬化性樹脂のようにそれ自体強度の高い高分子として筒状、鞘状に形成することで、疎水性袋４及び親水性袋５の膨らみを防止できるので、電子供与体供給装置１のコンパクト化を図る上で好ましい。この場合には、疎水性袋４及び親水性袋５が膨らむことなく、その厚さを制限して疎水性袋４及び親水性袋５の厚さを薄くすることができ、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。
【００６６】
また、担体５は補強材としても機能する。即ち、疎水性袋４に充填された電子供与体物質３の重みにより疎水性袋４及び親水性袋５がちぎれたり、破れたりするのを防止できる。
【００６７】
勿論、担体５とは別に保護材や補強材を設けるようにしてもよい。
【００６８】
以上のように構成された電子供与体供給装置１は、水と接触させたときにのみその周囲に電子供与体物質３を徐放できる。したがって、水が存在し、微生物の活性の制御を必要とする環境に配置するだけで、自然界に存在する様々な微生物あるいは担体５等を利用して予め固定された微生物の活性を自律的に制御して、微生物を活用できる。しかも、電子供与体供給装置１は、水と接触させないときには袋の周囲に電子供与体物質３を徐放しない。つまり、微生物の活性の制御が必要な状況下でのみ電子供与体物質３を徐放させることができ、微生物の活性の制御を必要としない流通過程等において電子供与体物質３を無駄に消費することがない。また、電子供与体物質３の無駄な揮散を最小限に抑えることができることから、環境汚染を誘発を抑えることができる。
【００６９】
本発明の電子供与体供給装置１は、生物学的処理により排水を処理する排水処理槽に浸漬するだけで、電子供与体物質３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、排水処理を行うことができる。例えば、脱窒菌により排水中の硝酸イオンや亜硝酸イオンを低減する生物学的脱窒処理において、脱窒菌に対して電子供与体物質３を供給することができる。しかも、本実施形態のように、全面を親水性の非多孔性膜２ｂで構成した親水性袋５の内側に、全面を疎水性を有する非多孔性膜２ａで形成した疎水性袋４を密封して用いる場合には、水に浸漬している親水性の非多孔性膜２ｂの面積に応じて、電子供与体物質３の単位時間当たりの供給量を制御できると共に、水に浸漬していない部分からは電子供与体物質３の透過が抑えられるので、電子供与体物質３を微生物の活性化のために用いることができ、電子供与体物質３の無駄な消費を抑えることができる。例えば、図３に示すように、電子供与体供給装置１を排水に浮かせ、片面のみを排水と接触した状態とすれば、排水と接触した片面のみから電子供与体物質３の透過が起こり、もう片方の面からは電子供与体物質３の透過は低く抑えられる。しかも、この場合には、水面から露出している部分から電子供与体供給装置１の電子供与体物質３の残量を確認しやすい。また、図４に示すように、電子供与体供給装置１の底部に錘１９を設け、錘１９の重さにより水に浸漬している袋の面積を制御することにより、電子供与体物質３の供給量を制御することも可能である。しかも、この場合には、電子供与体供給装置１に充填されている電子供与体物質３の残量が少なくなるにつれて、電子供与体供給装置１が少しずつ沈んでいくので、電子供与体供給装置１の水への浸漬状態を観察することによって、電子供与体物質３の残量を確認することができる。
【００７０】
尚、水表面の近傍は湿度が高く、この影響により親水性の非多孔性膜２ｂのバリア性が低下する場合がある。このような場合には、水に浸漬させない部分を例えば不織布等により覆うことにより、親水性の非多孔性膜２ｂのバリア性の低下を防ぐことが好適である。
【００７１】
また、本発明の電子供与体供給装置１は、環境汚染物質により汚染されている除染対象領域に配置するだけで、除染対象領域に含まれている水により、または降雨等による自然散水やスプリンクラー等による人工散水により、親水性の非多孔性膜２ｂを水と接触させて、電子供与体物質３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、環境浄化を行うことができる。
【００７２】
以下に、環境浄化方法について具体例を挙げて説明する。図５に除染対象領域から硝酸イオン、亜硝酸イオンを除去する場合の本発明の電子供与体供給装置１の使用状態を示す。電子供与体供給装置１は、例えば疎水性を有する非多孔性膜であるポリエチレンにより構成された疎水性袋４の外側表面の全面に親水性の非多孔性膜であるポリビニルアルコールを備え、疎水性袋４には電子供与体物質３として例えばアルコールが充填され、電子供与体供給装置１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４’を形成し、貯留部４’には電子供与体物質３を補給するための供給部７を備えるようにする。そして、貯留部４’と供給部７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４’に残留する電子供与体物質３の量を監視して、供給部７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。土壌に埋設されている電子供与体供給装置１からは、袋が水と接触したときにのみ電子供与体物質３が供給され、電子供与体供給装置１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。
【００７３】
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電子供与体供給装置１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１を土壌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うちの電子供与体物質３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。微生物は土壌中に棲息している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５に固定した状態で、親水性袋５の表面あるいは土壌中の電子供与体供給装置１の近傍に別途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電子供与体供給装置１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４’は、水との接触を防ぐためのバリア層を設けて、降雨等による水の接触により電子供与体物質３が貯留部４から透過しないようにすることが好ましい。勿論、電子供与体物質３を透過させることのない膜により貯留部４’を別体として形成し、これを疎水性袋４に接続して、疎水性袋４内に電子供与体物質３を供給できるようにしてもよい。
【００７４】
使用場所は、化学肥料が過剰施肥されている土壌等の農地に限定されるものではなく、としては、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可能性のある工場跡地などが挙げられる。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。
【００７５】
また、本発明の電子供与体供給装置１は、生物学的処理によりガス状アンモニアを除去する装置に使用することもできる。図６にガス状アンモニアを除去する装置における本発明の電子供与体供給装置１の使用状態を示す。ガス状アンモニア除去装置２０は、ガス状アンモニアを導入するガス導入部２７と、ガス導入部２７から導入されたガス状アンモニアに水を接触させてアンモニア含有水を得る散水手段と、ガス状アンモニアと接触させた水を接触させて水に含まれているアンモニウムイオンを分解処理する微生物処理領域２８とを含み、散水手段は、循環タンク２４に貯留されている水２５を汲み上げる散水ポンプ２１と、散水ポンプ２１により汲み上げた水を通過させる配管２２と、水２５を下方に散水するための散水管２３より構成される。
【００７６】
ガス状アンモニアは、ガス導入部２７からガス状アンモニア除去装置２０内に導入される。尚、本実施形態では、ガス導入部２７を散水ノズル２３の直下に設けているが、ガス状アンモニアは空気より軽いので、微生物処理領域２８の下にガス導入部２７を設けて、ガス状アンモニアを装置２０内の上方に拡散させる場合もある。次に、循環タンク２４内の水２５は、散水ポンプ２１により汲み上げられ、配管２２を通って、散水管２３から散水される。散水された水２５は、装置２０内に導入されたガス状アンモニアと接触してこれを溶解し、ガス状アンモニアをアンモニウムイオンに変換して、微生物処理領域２８と接触する。
【００７７】
微生物処理領域２８には、アンモニア酸化菌と脱窒菌が存在し、この領域内に本発明の電子供与体供給装置１を配置する。微生物処理領域２８におけるアンモニア酸化菌またはアンモニア酸化菌と亜硝酸酸化菌および脱窒菌の存在のさせ方は特に限定されないが、例えば、前述した担体５に担持させてもよいし、多孔質体などを用いてもよい。電子供与体供給装置１の配置の仕方も脱窒菌に電子供与体物質３を供給できるのであれば特に限定されない。また、亜硝酸酸化菌をさらに存在させてもよい。
【００７８】
水２５に含まれているアンモニウムイオンは、アンモニア酸化菌により亜硝酸イオンに酸化され、亜硝酸酸化菌も存在する場合は硝酸イオンにまで酸化される。そして、アンモニア酸化菌により生成された亜硝酸イオンと亜硝酸酸化菌により生成された硝酸イオンは、脱窒菌により窒素ガスに還元される。したがって、ガス状アンモニア除去装置２０により、ガス状アンモニアを除去して脱臭すると共に無害化することができる。また、水２５と微生物処理領域２８が接触することで、微生物処理領域内に存在している微生物への水の供給と本発明の電子供与体供給装置１への水の供給が同時に行われて電子供与体供給装置１から電子供与体物質３が脱窒菌に供給される。微生物処理領域２８を通過した水２５は、循環タンク２４に戻る。この際、除去されなかったアンモニウムイオンが循環タンク２４内に混入して、ｐＨを上昇させる虞があるので、給水手段２６を設けて、循環タンク２４内の水２５を希釈して、ｐＨを一定値に保つようにしている。
【００７９】
また、本発明の電子供与体供給装置１は、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をその周りに配置し、バイオリアクターとして用いることができる。図７に本発明の電子供与体供給装置１の周りに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を配置してバイオリアクターとして用いる一例を示す。尚、この実施形態では、微生物としてアンモニア酸化菌と脱窒菌を用いた場合を例に挙げて説明するが、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。
【００８０】
図７に示すバイオリアクター９は、担体１１により形成された袋の内側の空間１２に本発明の電子供与体供給装置１を収容して構成されている。担体１１により形成された袋は、アンモニア酸化菌および脱窒菌を担持させた担体１１を不織布１０の袋の内側の面あるいは表側の面に塗布して、不織布１０の袋を補強構造物として一定の形態を保つようにしている。そして、袋の内側の空間１２に本発明の電子供与体供給装置１を収容して用いる。担体１１としては、電子供与体供給装置１の表面に備えられる担体５と同じ素材を用いることができる。尚、担体１１の補強のための素材は、不織布に限定されるものではなく、例えばナイロンネットなどを用いることもできる。
【００８１】
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 NBRC-14298、Nitrosomonas  europaea、 N.marina＊、Nitrosococcus oceanus＊、 N.mobilis、Nitrosospira briensis、Nitrosolobus multiformis、Nitrosovibrio tenuis、脱窒菌としては、Paracoccus denitrificans、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などを挙げることができる。
【００８２】
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。
【００８３】
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。これらの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。
【００８４】
アンモニア酸化菌は好気条件下においてアンモニア（アンモニウムイオン）を亜硝酸イオンに変換（酸化）し、脱窒菌は嫌気条件下において硝酸イオンや亜硝酸イオンを窒素ガスに変換（還元）する。即ち、アンモニア酸化菌を好気性条件下で機能させることで、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、脱窒菌を嫌気性条件下で機能させることで、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。即ち、担体１１にアンモニア酸化菌と脱窒菌の双方を担持した場合、アンモニア酸化菌に対して酸素を供給すると、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。
【００８５】
以上のように構成されたバイオリアクター９によれば、例えば、袋の内側の空間１２に水が供給されたときに、電子供与体物質３が袋の内側の空間１２に漏れ出し、担体１１の袋内で拡散しながら電子供与体物質３を必要とする微生物即ち脱窒菌が存在している面に均一に供給される。即ち、電子供与体供給装置１と担体１１とに水を供給するだけで、微生物が活動しやすい水環境が形成されると共に、電子供与体物質３を自律的に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となる。このバイオリアクター９は、電子供与体供給装置１を袋の内側の空間１２に収容して用いるように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電子供与体供給装置１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。
【００８６】
また、このバイオリアクター９は、上述した排水処理槽、除染対象領域並びにガス状アンモニアの除去装置に用いることができるのは勿論のこと、大気中で用いることもできる。例えば、袋の内側の空間１２に水を注ぐことにより電子供与体供給装置１と担体１１の双方に同時に水が供給される。そして、この水が尽きて乾燥するまでは電子供与体物質３の供給が起こるので、微生物を機能させることが可能である。
【００８７】
尚、担体１１としては上述した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１１の保水力がより高まる。また、大気中にバイオリアクター９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、担体１１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９の担体１１の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、乾燥に弱い虞があるため、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。
【００８８】
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。
【００８９】
例えば、上述の実施形態においては、疎水性容器４が親水性容器６に密封され、疎水性を有する非多孔性膜２ａと親水性の非多孔性膜２ｂとがほぼ密着した状態を例に挙げて説明したが、このような形態に限定されるものではない。例えば、図８に示すように、疎水性を有する非多孔性膜２ａと親水性の非多孔性膜２ｂとを密着させずに、疎水性を有する非多孔性膜２ａと親水性の非多孔性膜２ｂとの間に、疎水性を有する非多孔性膜２ａから透過した電子供与体物質３が滞留する空間１０を設けるようにしてもよい。この場合には、親水性の非多孔性膜２ｂを水と接触させたときに、滞留空間１０に滞留している電子供与体物質３が親水性の非多孔性膜２ｂを即時的に透過した後、滞留空間１０に滞留している電子供与体物質３の量の減少に伴って、電子供与体物質３を疎水性を有する非多孔性膜２ａの分子透過性能に支配される速度で微生物に供給することが可能となる。つまり、滞留空間１０の体積に応じて電子供与体物質３の滞留量が変化するので、親水性の非多孔性膜２ｂが水に接触した直後に電子供与体物質３を即時的に供給したい場合、例えば、大量の微生物群に即時的に電子供与体物質３を供給して活性化させたい場合には、その量を空間部分の体積により制御することが可能となる。つまり、滞留空間１０の体積に応じて電子供与体物質３の滞留量が変化するので、親水性の非多孔性膜２ｂが水に接触した直後に電子供与体物質３を即時的に供給したい場合には、その量を空間部分の体積により制御することが可能となる。尚、図８に示す電子供与体供給装置１は、疎水性を有する非多孔性膜２ａと親水性の非多孔性膜２ｂを周縁部のみを接着あるいは溶着して空間を設けるようにしているが、疎水性を有する非多孔性膜２ａと親水性の非多孔性膜２ｂとの間に空間を設けるようにして、疎水性容器４を親水性容器６により密封するようにしてもよい。
【００９０】
また、疎水性を有する非多孔性膜２ａと親水性の非多孔性膜２ｂとを接着させた二層構造膜を用いてもよい。例えば、加熱して流動性を持たせたホットメルト接着剤（オレフィン系接着剤：例えば、ポリエチレンを主成分として、エチレン酢酸ビニルを混入したもの）を疎水性を有する非多孔性膜２ａまたは親水性の非多孔性膜２ｂの一面に塗布し、ホットメルト接着剤が硬化するまでの時間内に疎水性を有する非多孔性膜２ａと親水性の非多孔性膜２ｂとを貼り合わせることにより行うことができる。また、疎水性を有する非多孔性膜２ａと親水性の非多孔性膜２ｂとの貼り合わせは、全面で行ってもよいし、周縁部のみで行ってもよい。
【００９１】
尚、疎水性を有する非多孔性膜２ａと親水性の非多孔性膜２ｂとを貼り合わせる方法は上述のホットメルト接着剤を用いた方法には限定されず、ホットメルト接着剤以外の接着剤や、両面テープ等を用いることにより、疎水性を有する非多孔性膜２ａと親水性の非多孔性膜２ｂとを貼り合わせるようにしてもよい。
【００９２】
さらに、上述の実施形態では、１つの親水性容器６により１つの疎水性容器４を密封するようにしているが、図１４に示すように、１つの親水性容器６により複数の疎水性容器４を密閉するようにしてもよい。
【００９３】
また、上述の実施形態では、親水性容器６により疎水性容器４を密封した電子供与体供給装置１をそのまま水と接触させるようにしているが、使用する際に親水性の非多孔性膜２ｂを取り除き、疎水性容器４の疎水性を有する非多孔性膜２ａを露出させてから使用するようにしてもよい。即ち、電子供与体供給装置１の流通過程において、あるいは長期保存を要する場合にのみ疎水性容器４の疎水性を有する非多孔性膜２ａ部分の外側を親水性の非多孔性膜２ｂで覆うようにして、使用する段階で親水性の非多孔性膜２ｂを取り除くようにしてもよい。例えば、疎水性を有する非多孔性膜２ａを覆う親水性の非多孔性膜２ｂをはがして使用するようにしてもよい。また、図１４に示す電子供与体供給装置１の場合には、親水性容器６から複数の疎水性容器４を取り出して使用するようにしてもよい。
【００９４】
さらに、本発明の微生物への電子供与体供給装置１は、電子供与体物質３を導入する手段を備えて、電子供与体物質３を外部から補充可能とするようにしてもよい。例えば、図９に示すように、電子供与体物質３を導入する手段は、疎水性容器４の縁の一部に電子供与体物質３を注入する供給部７を設けて、さらに図１０に示すようにノズルないしパイプ８を装着する構造でも良いし、容器４と一体となったノズルないしパイプ８のようなものでも良い。図１０に示す微生物への電子供与体供給装置１は、容器４の縁に設けられた供給部７に装着された供給ノズル８あるいは疎水性容器４と一体となった供給ノズル８と、電子供与体物質３’を貯留するタンク１８とをチューブ１７などで連結し、必要に応じて電子供与体物質３’を補充可能としている。この場合、タンク１８と容器４とはチューブ１７を介して連通されているので、タンク１８内に電子供与体物質３を貯蔵しておけば、疎水性容器４内の電子供与体物質３が減少してきたときに、電子供与体物質３’をタンク１８と疎水性容器４の圧力差により補充できる。尚、疎水性容器４は供給部７あるいはノズル８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８内がタンク１８から供給される電子供与体物質３’で満たされている状態では、電子供与体物質３’の液面がシールとなって容器４内は事実上密封状態にある。このため、容器４内の電子供与体物質３が供給部７やノズル８を通って漏れ出ることはない。尚、図９及び図１０では、疎水性を有する非多孔性膜２ａと親水性の非多孔性膜２ｂとを貼り合わせた形態としているが、これには限定されず、供給部７を除いた疎水性容器４を親水性容器６で密封する形態としてもよい。
【００９５】
また、本発明の電子供与体供給方法は、上述の実施形態で説明した袋による形態に限定されるものではない。例えば、図１１に示すように、排水処理槽３０内を疎水性を有する非多孔性膜２ａにより２つの領域に区画し、一方の領域３０ａに電子供与体物質３を入れて蓋をして密封し、疎水性を有する非多孔性膜２ａのもう一方の領域３０ｂ側の面に親水性の非多孔性膜２ｂを備えて、被処理水３１が流入してきたときにのみ微生物３２への電子供与体物質３の供給が起こるようにしてもよい。
【００９６】
また、上述の実施形態では、疎水性を有する非多孔性膜２ａと親水性の非多孔性膜２ｂとが併用されている状態を例に挙げて説明したが、疎水性を有する非多孔性膜２ａと親水性の非多孔性膜２ｂとを併用する代わりに、ポリ乳酸膜２のみで容器４を構成し、容器４に電子供与体物物質３を密封して、これを電子供与体供給装置としてもよい。
【００９７】
この場合にも、大気中において電子供与体物質３がポリ乳酸膜２の外側に漏れ出るのを抑えることができ、電子供与体供給装置１が流通される過程において、電子供与体物質３が漏れ出て無駄に消費されるのを防ぐことができる。また、大気中での長期保存が可能となる。
【００９８】
また、ポリ乳酸膜２を水と接触させたときにのみ、微生物に電子供与体物質３を供給することが可能であるから、必要なときにのみ電子供与体物質３を微生物に供給することができる。したがって、電子供与体物質３を無駄に消費することがない。
【００９９】
しかも、電子供与体物質３の透過速度を、ポリ乳酸膜２の膜厚、膜密度を変えることにより変えることができる。したがって、微生物に対して必要な電子供与体物質３の供給量に応じて、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電子供与体物質３を供給することができる。
【０１００】
また、ポリ乳酸膜２は非多孔性膜であり、電子供与体物質３が膜に溶け込むことにより電子供与体物質３を透過させており、多孔質膜のように孔の大きさや数で電子供与体物質３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。
【０１０１】
ポリ乳酸膜２により構成される容器４は、図１５に示すように、全体がポリ乳酸膜２で構成される袋上を成し、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電子供与体物質３を密封するようにしてもよいが、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４は、全体をポリ乳酸膜２で構成するものに特に限られず、片面だけをポリ乳酸膜２で構成したり、１つの面のさらに一部分をポリ乳酸膜のみで構成するようにしても良い。部分的にポリ乳酸膜２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、電子供与体物質３を透過させない膜等を用いても良い。
【０１０２】
ここで、ポリ乳酸膜は、生分解性プラスチックである。電子供与体物質３が微生物に供給されている間は、微生物は電子供与体物質３を優先的に利用するので、ポリ乳酸膜は分解されない。しかし、電子供与体物質３が容器４から全て放出されて消費し尽くされると、微生物はポリ乳酸膜を分解し始め、最終的にはポリ乳酸膜が消滅する。また、ポリ乳酸は微生物作用を受けなくても化学的に加水分解されるため、微生物が存在しなくても最終的には消滅する。したがって、容器４の全面がポリ乳酸膜２で構成される場合には、使用済みの電子供与体供給装置を放置しておいても、容器４が分解されて消失するので、電子供与体供給装置１を回収する手間が省ける。
【０１０３】
尚、ポリ乳酸膜２により構成される電子供与体供給装置１は、電子供与体供給装置１を用いる上記の実施形態全てに適用することができることは言うまでもない。
【実施例】
【０１０４】
以下実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【０１０５】
（実施例１）
各種非多孔性膜を用いて袋を形成し、その中にエタノールを密封した場合の大気中におけるエタノールの透過量を測定した。
【０１０６】
以下に示す（１）〜（７）の非多孔性膜により５０ｍｍ×５０ｍｍの大きさの袋を作製し、袋の中にエタノール（和光純薬工業製、９９．５％）を５ｍＬ密封した。
（１）：０．０３ｍｍ厚のＰＶＡ膜（商品名：ビニロンフィルム  ＶＦ−Ｌ、クラレ社製）
（２）：０．０３ｍｍ厚のＰＥ膜（ミポロンフィルム、ミツワ（株）製）
（３）：０．０５ｍｍ厚のＰＥ膜（ミポロンフィルム、ミツワ（株）製）
（４）：０．０７５ｍｍ厚のＥＶＡ膜（商品名：農ＰＯフィルム、昭和パックス社製）
（５）：０．０３ｍｍ厚のＥＶＯＨ膜（商品名：エバールフィルム  ＥＦ−ＨＳ、クラレ社製）
（６）：０．０１５ｍｍ厚のＰＬＡ膜（商品名：テラマック、ユニチカ製  ＴＦ−１５、二軸延伸処理品）
（７）：０．０３５ｍｍ厚のＰＬＡ膜（商品名：テラマック、ユニチカ製  ＴＦ−３５、二軸延伸処理品）
【０１０７】
上記（１）により作製した袋をサンプルＡと呼ぶ。
【０１０８】
上記（２）により作製した袋をサンプルＢと呼ぶ。
【０１０９】
上記（３）により作製した袋をサンプルＤと呼ぶ。
【０１１０】
サンプルＤを上記（１）により形成した袋に密封したものを、サンプルＣと呼ぶ。
【０１１１】
上記（４）により作製した袋をサンプルＥと呼ぶ。
【０１１２】
サンプルＥを上記（１）により形成した袋に密封したものを、サンプルＦと呼ぶ。
【０１１３】
上記（５）により作製した袋をサンプルＧと呼ぶ。
【０１１４】
上記（６）により作製した袋をサンプルＨと呼ぶ。
【０１１５】
上記（７）により作製した袋をサンプルＩと呼ぶ。
【０１１６】
尚、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）は親水性の非多孔性膜であり、ＰＥ（ポリエチレン）は疎水性を有する非多孔性膜であり、ＥＶＯＨ（エチレンビニルアルコール共重合体）は親水性と疎水性を有する双方の性質を併せ持つ非多孔性膜である。また、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）はＰＥとＥＶＯＨの中間の性質を有する非多孔性膜である。また、ＰＬＡは、ポリ乳酸膜である。
【０１１７】
尚、使用したＥＶＡ膜は酢酸ビニルが１２モル％（エチレンが８８モル％）とした。また、ＥＶＯＨ膜はビニルアルコールが５３モル％（エチレンが４７モル％）とした。
【０１１８】
上記サンプルＡ〜Ｉのそれぞれを、シリカゲルを置いて湿度を低下させた３０℃の大気中に静置し、経過日数に対して袋の重さを測定することにより袋からのエタノールの透過量を評価した。
【０１１９】
実験結果を図１２に示す。図１２において、●はサンプルＡの実験結果を示し、■はサンプルＢの実験結果を示し、□はサンプルＣの実験結果を示し、▲はサンプルＤの実験結果を示し、◆はサンプルＥの実験結果を示し、◇はサンプルＦの実験結果を示し、▼はサンプルＧの実験結果を示し、○はサンプルＨの実験結果を示し、◎はサンプルＩの実験結果を示している。
【０１２０】
非多孔性膜をＰＶＡ膜とした場合（●：サンプルＡ）には、実験開始から７日間経過後に至るまで袋の重量の変動は見られなかった。また、エタノールを密封した袋をＰＶＡ膜の袋で密封した場合（□：サンプルＣ、◇：サンプルＦ）にも、実験開始から７日間経過後に至るまで袋の重量の変動は見られなかった。さらに、ＰＬＡ膜によりエタノールを密封した場合（○：サンプルＨ、◎：サンプルＩ）も、実験開始から２日間は重量の変動が全く見られなかった。
【０１２１】
一方、非多孔性膜をＰＥ膜（■：サンプルＢ、▲：サンプルＤ）、ＥＶＡ膜（◆：サンプルＥ）及びＥＶＯＨ膜（▼：サンプルＧ）とした場合には袋の重量が徐々に低下していくことが確認された。また、袋の重量の低下速度はＰＥ膜を用いた袋が最も遅く、次に、ＥＶＡ膜を用いた袋が遅く、ＥＶＯＨ膜を用いた袋が最も速いことがわかった。即ち、疎水性を有する非多孔性膜に親水性の性質を付加することにより、エタノール等の電子供与体物質の透過速度を高めることができることがわかった。
【０１２２】
また、０．０３ｍｍ厚のＰＥ膜を用いた袋（■：サンプルＢ）と比較して０．０５ｍｍ厚のＰＥ膜を用いた袋（▲：サンプルＤ）の方が袋の重量の低下速度が若干小さくなった。したがって、非多孔性膜の膜厚を薄くすることで、エタノール等の電子供与体物質の透過速度を高めることができることがわかった。
【０１２３】
以上の結果から、大気中においては、親水性の非多孔性膜であるＰＶＡ膜がエタノールの透過を防ぐことが明らかとなり、少なくとも０．０３ｍｍの厚さの膜を用いれば、エタノールの透過の防止機能を十分に発揮しうることが明らかとなった。一方、ＰＥ膜、ＥＶＡ膜及びＥＶＯＨ膜を用いた場合には、大気中においてもエタノールの透過が徐々に起こることが明らかとなった。
【０１２４】
さらに、大気中においては、ＰＬＡ膜がエタノールの透過を防ぐことが明らかとなり、少なくとも０．０１５ｍｍの厚さの膜を用いれば、エタノールの透過の防止機能を十分に発揮しうることが明らかとなった。
【０１２５】
（実施例２）
各種非多孔性膜を用いて袋を形成し、その中にエタノールを密封した場合の水中におけるエタノールの透過量を測定した。
【０１２６】
実験に使用するサンプルは、実施例１で作製したサンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｇ、Ｈ及びＩとした。
【０１２７】
これらサンプルをそれぞれビーカー内に入れた３００ｍＬの蒸留水（０．０２％ＮａＮ３）に浸漬し、経過時間に対する蒸留水のＴＯＣ濃度を測定して袋からの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。また、蒸留水の温度は３０℃とし、実験中は水を撹拌し続けた。
【０１２８】
結果を図１３に示す。図１３において、●はサンプルＡの実験結果を示し、■はサンプルＢの実験結果を示し、□はサンプルＣの実験結果を示し、▲はサンプルＤの実験結果を示し、▼はサンプルＧの実験結果を示し、○はサンプルＨの実験結果を示し、◎はサンプルＩの実験結果を示している。
【０１２９】
何れのサンプルを用いた場合においても、エタノールの透過が確認されたが、エタノールの透過速度に違いが見られた。
【０１３０】
即ち、非多孔性膜をＰＶＡ膜とした場合（●：サンプルＡ）とした場合には、サンプルを水に浸漬するとエタノールが一気に放出される傾向があることが明らかとなった。また、非多孔性膜をＥＶＯＨ膜（▼：サンプルＧ）とした場合についても、エタノールの透過速度が速い傾向があることが確認されたが、非多孔性膜をＰＶＡ膜とした場合よりは、エタノールの透過速度が遅かった。
【０１３１】
また、非多孔性膜をＰＥ膜とした場合（■：サンプルＢ、▲：サンプルＤ）及びＰＬＡ膜とした場合（○：サンプルＨ、◎：サンプルＩ）には、実験開始から７日目までにかけてＴＯＣ濃度が徐々に増加している傾向が見られた。しかも、膜厚を厚くすることによって、ＴＯＣ濃度の増加速度が遅くなる傾向がＰＥ膜を用いた場合及びＰＬＡ膜を用いた場合の双方で確認されたことから、膜厚を制御することによって、分子透過性能を制御できることが確認された。
【０１３２】
さらに、非多孔性膜をＰＥ膜とした袋をＰＶＡ膜で覆った場合（□：サンプルＣ）と覆わなかった場合（▲：サンプルＤ）とを比較すると、実験結果がほぼ一致していることが確認された。このことから、ＰＶＡ膜を水と接触させた場合には、ＰＥ膜のエタノール透過性に依存してエタノールが徐々に放出され、ＰＶＡ膜はエタノールの透過速度に影響をほとんど与えないことが明らかとなった。
【０１３３】
以上の結果から、水と接触した状態においては、親水性の非多孔性膜であるＰＶＡ膜と比較して、疎水性を有する非多孔性膜の方がエタノール分子を透過する性能が低いことが明らかとなった。また、ＰＥ膜やＰＬＡ膜の膜厚が厚くなると、エタノール分子の透過性能が低下することが明らかとなり、膜厚を制御することによって、分子透過性能を適宜制御しうることが確認された。
【０１３４】
以上、実施例１及び実施例２の結果から、本発明の有効性が確認された。即ち、電子供与体物質が充填されている密封構造の容器と電子供与体供給領域との間に親水性の非多孔性膜を介在させることで、親水性の非多孔性膜が水と接触したときには、親水性の非多孔性膜のバリア性が低下し、疎水性を有する非多孔性膜部分を透過した電子供与体物質が親水性の非多孔性膜を透過し、親水性の非多孔性膜が水と接触しないときには、親水性の非多孔性膜のバリア性が発揮され、容器である親水性の非多孔性膜からの電子供与体物質の透過が大幅に抑制されることが明らかとなった。
【０１３５】
また、水と接触した状態における親水性の非多孔性膜の分子透過性能は、疎水性を有する非多孔性膜の分子透過性能よりも高く、電子供与体物質の供給速度は疎水性を有する非多孔性膜の分子透過性能に律速される。即ち、電子供与体物質の供給は疎水性を有する非多孔性膜の分子透過性能に支配される速度で行われることが明らかとなった。
【０１３６】
さらに、ＰＬＡ膜は、大気中においては電子供与体物質の透過を防ぐバリア膜として機能し、水と接触させるとそのバリア性が低下して電子供与体物質をＰＬＡ膜の分子透過性能に支配される速度で緩やかに微生物に供給できることが明らかとなった。つまり、ＰＬＡ膜を用いる場合には、疎水性を有する非多孔性膜と親水性の非多孔性膜を併用することなく、大気中におけるバリア性と水中における電子供与体物質透過機能を発揮することができることが明らかとなった。
【符号の説明】
【０１３７】
１    電子供与体供給装置
２    ポリ乳酸膜
２ａ  親水性の非多孔性膜
２ｂ  疎水性を有する非多孔性膜
３    電子供与体物質
４    容器
５    担体
１１  微生物を固定した担体
２８  微生物領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
0005519043.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005519043.tif 000008
【図８】
0005519043.tif 000009
【図９】
0005519043.tif 000010
【図１０】
0005519043.tif 000011
【図１１】
0005519043.tif 000012
【図１４】
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【図１５】
0005519043.tif 000014
【図１２】
0005519043.tif 000015
【図１３】
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