(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を閉じ込める閉空間を有する培養槽と、前記培養槽内に培養のための水を供給する給水手段と、槽内の培養水内に設置され、バクテリアを着床させるためのバクテリア着床体とこれと組体となった鉄材と、槽内に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段を備えることを特徴とするバクテリア培養装置。
【請求項２】
前記培養槽は、槽の外側との間で開口部を有し、前記閉空間を作る容器壁は前記培養槽内の水の液面より下に潜り込んでいることで、前記閉空間は、前記水により前記開口部から隔絶され、前記二酸化炭素を封止し、且つ、前記バクテリア着床体の補給と取り出しを可能としたことを特徴とする請求項１記載のバクテリア培養装置。
【請求項３】
前記開口部を複数個備え、一部の開口部には、新たなバクテリア着床体を前記培養槽に補給する着床体補給手段を、他の開口部には増殖したバクテリアが着床したバクテリア着床体を取り出す着床体取出手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のバクテリア培養装置。
【請求項４】
前記バクテリア着床体を織布状のものとし、これを巻き取るローラーを備えて、連続培養を可能としたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のバクテリア培養装置。
【請求項５】
前記培養槽には、空気又は窒素と酸素を供給する手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のバクテリア培養装置。
【請求項６】
前記培養槽には、温度を所望の温度にする温度維持手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載のバクテリア培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄バクテリア等の培養装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄バクテリア等の自然界に存在するバクテリアを工業的に利用することが行われつつあり、
従来からその利用に関する文献が紹介されている。
先ず、バクテリアの利用では、鉄バクテリアを例にとれば、
１）    鉄バクテリアによる廃水中の鉄の除去
２）    鉄バクテリアによる鉄の除去を利用した重金属の除去
３）    鉄バクテリアによる鉄の酸化とアルカリ水の中和
などが提案されている。
これらの利用に関する文献を上げてみると、
特許文献１の段落番号０００２に、酸化第一鉄を酸化処理して酸化第二鉄にし、酸化第二鉄をバクテリア着床体として、これを利用することが書かれている。
特許文献２では、鉄酸化バクテリアの着床体となる珪藻土粒子を回収し再利用することが記述され、いずれも、バクテリア着床体を再利用することは記述されているが、バクテリアの効率的培養については、記述されておらず、いずれも自然水に含まれる微量の鉄を利用するもので緩慢な増殖のままである不都合があった。
更に、特許文献３では、好気性鉄酸化バクテリアの電気培養について提案されている。
この文献の段落番号０００６には、「この鉄酸化細菌はＦｅ２＋をエネルギー源として用いて生育するが、これは、Ｆｅ２＋をＦｅ３＋に酸化する際の電子（ｅ―）をエネルギーとして取り出しているものである。しかし、（反応を増速するため）培地中のＦｅ２＋の濃度を高くすると、基質阻害が起こる上、酸化後に生じるＦｅ３＋により培地中に沈澱が生成され増殖阻害が起きるため、エネルギー源であるＦｅ２＋濃度を高めることができず、高濃度までの培養及び大量培地が妨げられていた。」という記述のように、培養効率を上げるためには、エネルギー源であるＦｅ２＋濃度を高めたいが、Ｆｅ２＋は、極めて還元性が強くそのため、有毒になりバクテリア自体が生息できない。そのため、バクテリアが利用する分量のみその場でＦｅ２＋を生成するのがよい。この提案では、初めに鉄材としてＦｅ３＋を用い、これを通電して還元して逆に必要分のＦｅ２＋を生成している。卓見であるが、電気培養の為に通電電極や電極間に付設するフィルタなど設備が増えることや、培養槽の中での均等な培養が難しく、大量の培養槽は構成できない欠点がある。
このようにバクテリアの利用における課題は、
・その処理速度が緩慢なこと
・鉄バクテリアの増殖が緩慢であり供給量に不都合があること
があげられる。
本提案では、２番目の鉄バクテリアの増殖の緩慢さを改善する培養装置と培養時に使用されるバクテリアの着床体を取り上げる。
そして、Ｆｅ金属を材料として与え、ＣＯ２を培養水に溶かすことで炭酸水として培養液のｐＨ（ｐＨ４からｐＨ６）を規定し、これに対応してＦｅ金属が溶けて炭酸第一鉄としてＦｅ２＋が生成される。その結果としてバクテリアに対してＦｅ２＋をエネルギー源として提供できる。このため、電気的培養の不都合は改善され、ＣＯ２の圧力や温度により培養を制御できる。バクテリア体の構成のための材料としてもＣＯ２を提供できる。
以下、説明する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−６３８４
【特許文献２】特公昭５７−４４３９３
【特許文献３】特許第４０９９６０１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、好気性のバクテリア、特に通常では増殖が緩慢な鉄酸化性バクテリアを培養の速さを上げて培養可能な装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のバクテリア培養装置では、二酸化炭素を閉じ込める閉空間を有する培養槽と、培養のための水を供給する給水手段と、槽内の培養水内に設置したバクテリア着床体と鉄材と、槽内に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段を備える。以下、請求項に沿って説明する。
【０００６】
請求項１記載の発明は、バクテリア培養装置であって、
二酸化炭素を閉じ込める閉空間を有する培養槽と、前記培養槽内に培養のための水を供給する給水手段と、槽内の培養水内に設置され、バクテリアを着床させるためのバクテリア着床体とこれと組体となった鉄材と、槽内に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のバクテリア培養装置において、
前記培養槽は、槽の外側との間で開口部を有し、前記閉空間を作る容器壁は前記培養槽内の水の液面より下に潜り込んでいることで、前記閉空間は、前記水により前記開口部から隔絶され、前記二酸化炭素を封止し、且つ、前記バクテリア着床体の補給と取り出しを可能としたことを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載のバクテリア培養装置において、
前記開口部を複数個備え、一部の開口部には、新たなバクテリア着床体を前記培養槽に補給する着床体補給手段を、他の開口部には増殖したバクテリアが着床したバクテリア着床体を取り出す着床体取出手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のバクテリア培養装置において、
前記バクテリア着床体を織布状のものとし、これを巻き取るローラーを備えて、連続培養を可能としたことを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のバクテリア培養装置において、前記培養槽には、空気又は窒素と酸素を供給する手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか１つに記載のバクテリア培養装置において、前記培養槽には、温度を所望の温度にする温度維持手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように構成されているので、本発明のバクテリア培養装置では、槽内の温度と二酸化炭素の圧力に対応して、二酸化炭素が前記培養水に溶けて、前記培養水のｐＨを４．６から６．２の弱酸性にせしめ、もって、前記鉄材を酸化第一鉄イオンとして前記培養水に溶解させ、これを前記バクテリアによる酸化に供し、その酸化反応エネルギーを使って、前記バクテリア着床体上で二酸化炭素を前記バクテリアが固定し、前記バクテリアの構成有機物を生成、増殖させることができ、極めて好都合な特徴が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のバクテリア培養装置の一実施態様を示す図である。
【図２】本発明のバクテリア培養装置で着床体補給交換手段を備えた場合の一実施態様を示す図である。
【図３】本発明のバクテリア培養装置に使用するに好適なバクテリア着床体、特に鉄・着床体組の一実施態様を示す図である。
【図４】本発明のバクテリア培養装置で、織布状着床体を利用した一実施態様である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明によるバクテリア培養装置は、二酸化炭素を閉じ込める閉空間を有する培養槽と、培養のための水を供給する給水手段と、槽内の培養水内に設置したバクテリア着床体と鉄材と、槽内に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段を備え、槽内の温度と二酸化炭素の圧力により、培養液のｐＨを４．６から６．２の弱酸性にせしめ、もって、鉄材を酸化第一鉄イオンとして溶解させ、これをバクテリアによる酸化に供し、その酸化反応エネルギーを使って、バクテリア着床体上で二酸化炭素をバクテリアが固定し、バクテリアの構成有機物を生成、増殖することに寄与することを特徴とする。
以下、詳述する。
【００１５】
本発明によるバクテリア培養装置は、バクテリアを着床させるバクテリア着床体を水中に付設した培養槽と、水溶液のｐＨ（ペーハー）をバクテリアの生長に適した値にし、且つ、バクテリア個体の構成有機物を与えるための原材となる二酸化炭素を培養槽内に供給するための二酸化炭素供給手段とを、少なくとも有するものであるが、図１で説明する。
【００１６】
図１は、本発明によるバクテリア培養装置の一実施態様を示す図である。
バクテリア培養装置１００は、培養槽１１０、培養槽１１０内に設置したバクテリア着床体１２０と、培養槽１１０に培養のための水を供給する給水手段１３０、二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段１４０を備え、例えば、好気性の鉄バクテリア等を添加し、バクテリア着床体１２０に着床させる。ここで、二酸化炭素は、鉄バクテリア等の生活と増殖のための環境とバクテリア単体の構成要素とを提供する。すなわち、鉄バクテリアでは、生活環境として水溶液のｐＨ（ペーハー）が４．０から７．０の間がよい。二酸化炭素は、承知のように温度と圧力に応じて水に溶けて炭酸水となり、ｐＨが４．６から６．２の間で得ることができ、温度と圧力で所望の値を維持するのは容易である。
そして、過剰な分（過飽和二酸化炭素）は、バクテリア着床体１２０の上に気泡として存在したり、水溶液の上の空間に気体として戻り平衡している。そして、この炭酸水による弱酸性の溶液は、水溶液又はバクテリア着床体１２０に与えた鉄材の金属鉄を２価の鉄イオン（第一鉄イオン）として溶かし、鉄バクテリアは、２価の鉄イオンを酸化して３価の鉄イオンとする。このときの反応の熱エネルギーを鉄バクテリアは利用して、バクテリア着床体１２０の上で二酸化炭素を取り込んで固定し、自らの構成体である有機物を作り、増殖していく。
このように、二酸化炭素は、ｐＨの調整と、鉄金属のイオン化に寄与し、更に、バクテリア着床体１２０上において増殖するための有機物構成体を提供する。しかも、二酸化炭素の圧力と雰囲気温度により、これらの状態が調整できて、極めて制御性がよい。バクテリアが着床しているバクテリア着床体１２０の周りは、二酸化炭素と鉄が豊富であり、増殖の環境は十分整っているので、増殖の速さも上げることができる。尚、空気又は窒素・酸素供給手段１５０を備えて、空気又は窒素・酸素を供給すれば、二酸化炭素の分圧の調整と、鉄の酸化の制御、バクテリアの有機物の構成体としての窒素の提供ができる。これらは、培養槽１１０内の空気を使用される場合に比べると、空気又は窒素・酸素供給手段１５０がある方が、自然状態より制御性が上がる。尚、図示のように、空気又は窒素・酸素をバクテリア着床体１２０の下から提供すると上昇する泡によりバクテリア着床体１２０を撹拌でき、均等な増殖環境を得ることができる。
また、温度を制御したい場合には、培養槽１１０を温度維持手段１６０で取り囲み、温度制御も可能である。また、培養したバクテリアはバクテリア着床体１２０に酸化第二鉄のマッドともに存在するので、これを取り出して、バクテリアを使用することに提供する。一部のバクテリア着床体１２０を残し、取り出した量の新たなバクテリア着床体１２０を追加することで、引き続きバクテリアの増殖が可能となる。そのための着床体補給交換手段１７０を備えると好都合である。尚、着床体補給交換手段１７０は、図２では着床体取出手段、着床体補給手段として実施態様を、図４でも連続動作のための実施態様を示す。
尚、鉄の供給手段の例及びバクテリア着床体１２０は、図３において説明する。
【００１７】
図２は、本発明のバクテリア培養装置で着床体補給交換手段を備えた場合の一実施態様を示す図である。
増殖したバクテリアを取り出し、新たな増殖を行わせるには、バクテリアの着床したバクテリア着床体１２０を取り出し、バクテリアが着床していない新たなバクテリア着床体１２０の補給を適度な間隔で行う。図２では、連続的にも行えるものを示した。
培養槽１１０は、図で右端と左端が上側に開いている。右端には回転体が付いていて、これは回転しながらバクテリア着床体１２０を掬い上げる着床体取出手段２１０であり、左端も上側が開いている。新たなバクテリア着床体１２０を送り出して、この開いているところから培養槽１１０内に落とし込む着床体補給手段２２０である。取出と補給の量を同じにして所望の速さで連続的に行うことができる。その場合、空気又は窒素・酸素供給手段１５０からの空気又は窒素・酸素の供給によるバブリングや、震動を与えると、バクテリア着床体１２０は同じ積層高さになるように動くので、図で左の補給側から右の取出側に移動する。尚、培養槽１１０の二酸化炭素を封じする閉空間２３０の容器壁２４０は、培養槽１１０内の水の液面２５０より下に潜り込んでいて、右端と左端の開口部に接しているので、二酸化炭素は、培養の水により封止されている。
【００１８】
図３は、本発明のバクテリア培養装置に使用するに好適なバクテリア着床体、特に鉄・着床体組の一実施態様を示す図である。
３−Ａ−１では、着床体の粒子が多数の孔３１１を有する有孔粒子３１０の着床体であり、粒子には鉄金属の被膜３１２が被覆されている。着床したバクテリアは、粒子上で鉄を利用することができる。
３−Ａ−２では、３−Ａ−１との違いは、粒子は有孔のビーズ状（管状）着床体３２０となっている。
３−Ｂでは、３−Ａ−１での有孔粒子３１０と鉄粒子３３０が所望の割合で混合しているものである。勿論、これは、３−Ａ−２のビーズ状のものでも混合ができる。
３−Ｃでは、有孔粒子３１０（ビーズ状のものも同じ）と鉄棒体３４０による組を示している。
３−Ｄでは、糸を織った織布状着床体３５０であり、糸に鉄が被覆されているか、糸が鉄線のものとすることができる。勿論、織布状着床体３５０と鉄粒子３３０、鉄棒体３４０の組も可能である。織布状の着床体の場合は、図４の使い方に好都合である。
尚、着床体として、好都合な素材としては、ゼオライト材、軽石、アンスラサイト（無煙炭）、ポリエステル球状繊維単体、シリカ、他市販の吸着材が利用できる。
尚、鉄以外に、バクテリアの構成に必要な金属、例えばマグネシウムやリンを含ませてもよい。
【００１９】
図４は、本発明のバクテリア培養装置で、織布状着床体を利用した一実施態様である。
織布状着床体が長い帯状になっていて、送りと巻き取りのローラー４１０により、所望の速さで培養水の中を移動できるようになっている。培養槽の外に出された織布状着床体３５０は、巻き取り又は裁断され、保存又は使用に供される。また、左から新たな織布状着床体３５０が補給される。
【００２０】
尚、二酸化炭素の代わりに一酸化炭素も利用できる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
以上のように構成されているため、本発明のバクテリア培養装置では、特に二酸化炭素の圧力と温度により水への溶出量、故にｐＨがバクテリア培養に好都合な値に調整され、バクテリアの着床体の上で、鉄の酸化、従って、酸化エネルギーを使って二酸化炭素の固定が行われ、バクテリアの増殖のためのバクテリア単体の有機物が構成されるので、有効にバクテリアが増殖でき、使用に供されるので、産業上利用性が極めて大きい。
【符号の説明】
【００２２】
１００  バクテリア培養装置
１１０  培養槽
１２０  バクテリア着床体
１３０  給水手段
１４０  二酸化炭素供給手段
１５０  空気又は窒素・酸素供給手段
１６０  温度維持手段
１７０  着床体補給交換手段
２１０  着床体取出手段
２２０  着床体補給手段
２３０  閉空間
２４０  容器壁
２５０  液面
３１０  有孔粒子
３１１  孔
３１２  鉄金属の被膜
３２０  ビーズ状着床体
３３０  鉄粒子
３４０  鉄棒体
３５０  織布状着床体
４１０  ローラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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