(57)【要約】【課題】水処理によって透過流束の低下した選択性透過膜、特に微生物による汚染で透過流束が低下した選択性透過膜を効果的に洗浄して、その透過流束を新膜と同程度に回復させる。【解決手段】endo-β-N-acetylglucosaminidaseに属する酵素を含み、その濃度が０．００１〜１０ｍｇ／Ｌである選択性透過膜の洗浄剤。この洗浄剤を用いる選択性透過膜の洗浄方法。endo-β-N-acetylglucosaminidaseは細胞外多糖の分解能に優れ、膜汚染物質、特に微生物及び微生物由来の細胞外多糖を分解して、膜汚染を効率的に洗浄除去することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
endo-β-N-acetylglucosaminidaseに属する酵素を含み、その濃度が０．００１〜１０ｍｇ／Ｌであることを特徴とする選択性透過膜の洗浄剤。
【請求項２】
請求項１において、更に、キレート剤、緩衝剤、洗浄力向上剤、スケール防止剤、ｐＨ調整剤、及び酵素安定剤よりなる群から選ばれる１種又は２種以上を含むことを特徴とする選択性透過膜の洗浄剤。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の選択性透過膜の洗浄剤に、選択性透過膜を接触させることを特徴とする選択性透過膜の洗浄方法。
【請求項４】
請求項３において、該洗浄剤のｐＨが４〜９で、温度が５〜４０℃であることを特徴とする選択性透過膜の洗浄方法。
【請求項５】
請求項３又は４において、アルカリ洗浄剤、酸洗浄剤、酸化剤、還元剤、及びキレート剤よりなる群から選ばれる１種又は２種以上を用いた洗浄処理を組み合わせて行うことを特徴とする選択性透過膜の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、選択性透過膜の洗浄剤及びこの洗浄剤を用いた選択性透過膜の洗浄方法に関する。詳しくは、微生物或いは微生物が生産する物質によって汚染され、透過流束が低下した選択性透過膜を酵素の作用で効果的に洗浄し、その透過流束を回復させる洗浄剤及び洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水処理、特に有機物含有水の処理によって透過流束の低下した選択性透過膜の洗浄には、酸性又はアルカリ性の液体、或いは界面活性剤を含んだ液体による洗浄が古くから試みられている。
【０００３】
しかし、微生物由来の膜汚染の場合、酸洗浄又はアルカリ洗浄では十分な洗浄効果が得られず、オリジナル（使用前の新膜）の透過流束まで回復し得ないことも多く、その後の水処理工程において透過流束の低下を早める一要因となっている(J.Mem.Sci.,  vol.216  p279-290(2003))。
【０００４】
また、超純水装置、浄水装置などにおいては、界面活性剤等を含む洗浄剤を使用すると、洗浄剤による装置の汚染が問題となる。
【０００５】
ところで、酵素を用いた一般的な洗浄剤としては、通常、プロテアーゼ、アミラーゼ、リパーゼ、セルラーゼが用いられるが（特開２００２−２５６２９３号公報等）、微生物由来の膜汚染物質はグリコシド結合を有する粘着性の細胞外多糖、糖たんぱくと考えられるため、これらの酵素では十分な洗浄効果が得られないと推定される。また、酵素処理を行う場合には、酵素自体がたんぱく質であることにより膜が汚染され、透過流束が低下するという問題がある。
【０００６】
なお、ＵＳＰ５，２５８，３０４、ＵＳＰ５，２３８，８４３などには、endo-β-N-acetylglucosaminidaseを含むエンドグリコシターゼの微生物除去、殺菌、抗菌効果についての記載があるが、選択性透過膜に適用したときのバイオフィルム除去による透過流束向上効果については認識されていない。
【特許文献１】特開２００２−２５６２９３号公報
【特許文献２】ＵＳＰ５，２５８，３０４
【特許文献３】ＵＳＰ５，２３８，８４３
【非特許文献１】J.Mem.Sci.,  vol.216  p279-290(2003))
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、水処理によって透過流束の低下した選択性透過膜、特に微生物による汚染で透過流束が低下した選択性透過膜を効果的に洗浄して、その透過流束を新膜と同程度に回復させることができる洗浄剤及び洗浄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】
【０００８】
本発明の選択性透過膜の洗浄剤は、endo-β-N-acetylglucosaminidaseに属する酵素を含み、その濃度が０．００１〜１０ｍｇ／Ｌであることを特徴とする。
【０００９】
本発明の選択性透過膜の洗浄方法は、このような本発明の選択性透過膜の洗浄剤に、選択性透過膜を接触させることを特徴とする。
【００１０】
即ち、本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、微生物膜は、内膜、外膜、莢膜により構成されており、バイオフィルムが形成する一要因として、主として莢膜を構成する粘着性を有する細胞外多糖の付着があることを見出した。莢膜とは、菌体より遊離、或いは菌体に弱く付着した細胞外多糖のことである。微生物に由来する膜汚染は、主に微生物自身と上述の細胞外多糖により構成されるバイオフィルムによるものであるが、例えば、アルカリ洗浄では、このバイオフィルムが多孔質になるだけであり、この汚染物質は、一般的な膜洗浄方法である酸洗浄、アルカリ洗浄のみでは十分に除去することが困難であった。これは、バイオフィルムが微生物及び微生物由来の細胞外多糖及び二価の陽イオン等の複合体であり、強固な構造を有しているためと考えられる。
【００１１】
また、選択性透過膜の洗浄剤として、酵素を適用することは従来知られているが、十分な洗浄効果が得られているものはなく、また、酵素はたんぱく質であるために、酵素自体が膜汚染を引き起こす可能性もあり、酵素濃度も洗浄効果を引き出す上で重要な因子となる。
【００１２】
そこで、本発明者らは、細胞外多糖を分解するendo-β-N-acetylglucosaminidaseを１０ｍｇ／Ｌ以下で作用させたところ、新膜と同程度まで選択性透過膜の透過流束を回復させることが可能となった。そして、汚染の程度が小さい場合は酵素のみで新膜と同程度まで透過流束を回復させることができ、さらに、汚染が進み、新膜の半分程度まで透過流束が低下し、酵素のみでは透過流束を十分に回復させることができない場合でも、アルカリ洗浄、酸洗浄などを併用し、バイオフィルムの構造を弱くすることにより、新膜と同程度まで透過流束を回復させることができることを見出した。
【００１３】
本発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、水処理によって透過流束の低下した選択性透過膜、特に微生物による汚染で透過流束が低下した選択性透過膜を効果的に洗浄して、その透過流束を新膜と同程度に回復させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明の選択性透過膜の洗浄剤及び洗浄方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
本発明において、洗浄に用いる酵素：endo-β-N-acetylglucosaminidaseは、Ａｓｎ型糖鎖のＮ，Ｎ−ジアセチルキトビオース（ＧｌｃＮＡｃβ１→β４ＧｌｃＮＡｃ）間の結合を加水分解する酵素であり、Ｅｎｄｏ−Ｆ，Ｅｎｄｏ−Ｄ，Ｅｎｄｏ−Ｈ，Ｅｎｄｏ−ＣIIなどが知られている。endo-β-N-acetylglucosaminidaseは細胞外多糖の分解能に優れ、膜汚染物質、特に微生物及び微生物由来の細胞外多糖を分解して、膜汚染を効果的に洗浄除去することができる。
【００１７】
洗浄剤中のendo-β-N-acetylglucosaminidaseの濃度が１０ｍｇ／Ｌを超えると、酵素自体により膜汚染を引き起こす可能性があることから、endo-β-N-acetylglucosaminidase濃度は１０ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは１ｍｇ／Ｌ以下とする。このendo-β-N-acetylglucosaminidase濃度は、精製の程度にも依存するが、過度に低いと十分な洗浄効果が得られないことから、０．００１ｍｇ／Ｌ以上、好ましくは０．００５ｍｇ／Ｌ以上とする。
【００１８】
洗浄条件としては、用いた酵素が最大酵素活性を示すｐＨ及び温度で行うことが好ましい。この洗浄条件は、酵素により最適条件が異なり、例えば次の通りである。  
Ｅｎｄｏ−Ｆ：ｐＨ５，３７℃
Ｅｎｄｏ−Ｄ：ｐＨ６．５，３７℃
Ｅｎｄｏ−Ｈ：ｐＨ５，３７℃
Ｅｎｄｏ−ＣII：ｐＨ６．５，３７℃
従って、一般的には温度５〜４０℃、ｐＨ４〜９程度で洗浄を行うことが好ましい。
【００１９】
洗浄方法としては、endo-β-N-acetylglucosaminidaseを所定濃度で含む洗浄剤（一般的には、endo-β-N-acetylglucosaminidaseの水溶液である。）中に選択性透過膜を浸漬する方法、或いは、この洗浄剤を選択性透過膜に通水、透過する方法などがある。これらの方法を組み合わせて洗浄を行っても良い。また、浸漬時に、超音波等による物理的洗浄を併用しても良い。
【００２０】
洗浄時間については、用いる酵素の種類、洗浄条件、洗浄方法、洗浄する膜の汚染の程度、他の洗浄手段の併用の有無によっても異なるが、通常１〜４８時間程度である。
【００２１】
なお、本発明の洗浄剤は、必要に応じて、洗浄剤のｐＨを酵素に好適な上記ｐＨに調整するための酸、アルカリ等のｐＨ調整剤、ＥＤＴＡ、アセチルアセトン、クエン酸、シュウ酸等のキレート剤、リン酸、クエン酸、酢酸等の緩衝剤、ポリオール、界面活性剤等の洗浄効果を高めるための洗浄力向上剤（例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、ＳＤＳ、ＴＧＰＲ）、ポリリン酸等のスケール防止剤、たんぱく質、ＥＤＴＡ、グリシン等の酵素安定剤等の添加剤の１種又は２種以上をendo-β-N-acetylglucosaminidaseの酵素活性に影響を及ぼさない範囲で含んでいても良く、これらの添加剤を用いることにより、洗浄効果や洗浄剤の安定性等を高めることができる。
【００２２】
また、本発明の洗浄剤を用いる本発明の洗浄方法においては、その前後において、アルカリ洗浄剤、酸洗浄剤、還元剤、キレート剤等を用いる他の洗浄処理を組み合わせて行っても良い。即ち、前述の如く、汚染が進行し、透過流束が新膜の１／２程度にまで低下した選択性透過膜は、endo-β-N-acetylglucosaminidaseによる洗浄のみでは透過流束が十分に回復しない場合がある。従って、このような選択性透過膜に対しては、アルカリ洗浄や酸洗浄を組み合わせて行うことが好ましい。
【００２３】
この場合、例えば、汚染膜を、アルカリ洗浄し、その後酸洗浄し、更にキレート剤で洗浄した後、endo-β-N-acetylglucosaminidaseによる酵素洗浄を行う方法が挙げられる。
【００２４】
このアルカリ洗浄に用いられる洗浄剤としては、ＮａＯＨ、ＫＯＨ等のｐＨ９〜１３の水溶液が好適に用いられ、その洗浄時間は１〜４０時間程度が好ましい。また、酸洗浄に用いられる洗浄剤としては、クエン酸、シュウ酸、塩酸等のｐＨ１〜３の水溶液が好適に用いられ、その洗浄時間は１〜４８時間程度が好ましい。また、キレート剤による洗浄に用いられる洗浄剤としてはＥＤＴＡ、アセチルアセトン、クエン酸、シュウ酸等のキレート剤の０．０１〜５重量％水溶液が好適に用いられ、その洗浄時間は１〜４８時間程度が好ましい。
【００２５】
これらの他の洗浄剤による洗浄処理においても、浸漬洗浄、通水洗浄のいずれをも採用可能である。
【００２６】
このような本発明が適用される選択性透過膜の材質としては特に制限はなく、本発明は、例えば、ポリアミド、ポリスルホン、ポリイミド、セルロース系等の高分子膜、或いはアルミナ、ジルコニア、ゼオライトなどの無機膜などに有効に適用することができる。また、このような選択性透過膜が装填される膜モジュールの型式にも特に制限はなく、例えば、管状膜モジュール、平面膜モジュール、スパイラル膜モジュール、中空糸膜モジュールなどを挙げることができる。
【実施例】
【００２７】
以下に実験例、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例により何ら限定されるものではない。
【００２８】
実験例１
選択性透過膜として、日東電工（株）製逆浸透膜「ＮＴＲ−７５９ＨＲ」を用い、酵素濃度の透過流束に対する影響を調べる実験を行った。この膜の透過流束は、操作圧力１．２ＭＰａで０．９〜１．１ｍ／ｄ（ｍ３／ｍ２・ｄ）である。
【００２９】
この膜を０〜１０００ｍｇ／Ｌの各種濃度のＥｎｄｏ−Ｄ水溶液（ｐＨ６．５，２５℃）に２４時間浸漬した後、操作圧力１．２ＭＰａで透過流束を測定し、結果を図１に示した。
【００３０】
図１より明らかなように、浸漬後の膜の透過流束は、Ｅｎｄｏ−Ｄ濃度１０００ｍｇ／Ｌで０．７２ｍ／ｄ、１００ｍｇ／Ｌで０．８４ｍ／ｄまで低下した。しかし、濃度１００ｍｇ／Ｌでは０．９６ｍ／ｄ、１ｍｇ／Ｌでは０．９９ｍ／ｄと新膜の透過流束と同程度であった。
【００３１】
以上のことから、選択性透過膜の酵素処理においてendo-β-N-acetylglucosaminidaseの濃度は１０ｍｇ／Ｌ以下で行うことが必要であることが分かった。
【００３２】
実施例１
選択性透過膜として日東電工（株）製逆浸透膜「ＮＴＲ−７５９ＨＲ」（新膜の透過流束は操作圧力１．２ＭＰａで０．９〜１．１ｍ／ｄ）を用い、洗浄試験を行った。この膜を用いて、１０ｍｇ／Ｌグルコースを炭素源とした水溶液を供給水として、１．２ＭＰａの操作圧力で濾過操作を行った。２週間濾過を行うと膜の透過流束が０．７〜０．７５ｍ／ｄ程度まで低下した。
【００３３】
この透過流束の低下した膜を、温度３５℃で、Ｅｎｄｏ−Ｆ  ０．０５Ｕ／ｍＬ（０．０３５ｍｇ／Ｌ）の水溶液（ｐＨ６．５）に２０時間浸漬した後、操作圧力１．２ＭＰａにおける透過流束を調べたところ、新膜と同程度の約０．９ｍ／ｄまで回復したことが確認された。
【００３４】
実施例２
実施例１において、透過流束が低下した膜を、温度３５℃で、Ｅｎｄｏ−Ｄ  ０．０１Ｕ／ｍＬ（２ｍｇ／Ｌ）の水溶液（ｐＨ６．５）に４８時間浸漬して透過流束の回復を調べたところ、新膜と同程度の約０．９ｍ／ｄまで回復したことが確認された。
【００３５】
比較例１
実施例１において、透過流束が低下した膜を、温度３５℃で、Alkaline-Protease
１ｍｇ／Ｌの水溶液に２４時間浸漬後、amylase ０．５ｍｇ／Ｌ，cellulase ０．５ｍｇ／Ｌ，lipase ０．５ｍｇ／Ｌの混合水溶液に２４時間浸漬し、その後、透過流束の回復を調べたが、透過流束は、いずれの酵素処理でも向上しなかった。
【００３６】
比較例２
実施例１において、透過流束が低下した膜を、温度３０℃で、lysozyme １０ｍｇ／Ｌ水溶液に２４時間浸漬して、透過流束の回復を調べたが、透過流束は向上しなかった。
【００３７】
実施例３
選択性透過膜として日東電工（株）製逆浸透膜「ＮＴＲ−７５９ＨＲ」（新膜の透過流束は操作圧力１．２ＭＰａで０．９〜１．１ｍ／ｄ）を用い、精密機器製造会社で、市水を原水とした純水製造工程で３年間使用され、透過流束が約０．４ｍ／ｄまで低下した膜について洗浄試験を行った。
【００３８】
系列１では、この膜をＥｎｄｏ−Ｆ  ０．０１Ｕ／ｍＬ（０．００７ｍｇ／Ｌ）の水溶液（ｐＨ６．５）に３５℃で４８時間浸漬した。系列２では、この膜をアルカリ洗浄（ｐＨ１２のＮａＯＨ水溶液に１５時間浸漬）、クエン酸洗浄（２重量％クエン酸水溶液に１時間浸漬）、ＥＤＴＡ洗浄（０．０５重量％ＥＤＴＡ水溶液に１時間浸漬）と順に洗浄を行い、最後にＥｎｄｏ−Ｆ  ０．０１Ｕ／ｍＬ（０．００７ｍｇ／Ｌ）の水溶液（ｐＨ６．５）に３５℃で４８時間浸漬した。
【００３９】
透過流束の回復は、純水を操作圧力１．２ＭＰａで濾過することで確認した。結果を図２に示す。
【００４０】
系列１では、洗浄後の透過流束が０．３９ｍ／ｄで、殆ど変化がなく、汚染の進んだ膜の場合、酵素洗浄のみでは不十分であることが分かる。一方、系列２では、アルカリ洗浄、クエン酸洗浄、ＥＤＴＡ処理で、透過流束は０．７１ｍ／ｄまで回復し、更にＥｎｄｏ−Ｆ  ０．０１Ｕ／ｍＬ（０．００７ｍｇ／Ｌ）に３５℃で２４時間浸漬することにより、オリジナルの透過流束と同程度の０．９５ｍ／ｄまで透過流束を回復させることができた。
【００４１】
この結果から、酵素洗浄とアルカリ、酸、ＥＤＴＡによる洗浄を組み合わせることで、汚染の進んだ膜の透過流束も新膜と同程度に回復させることができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実験例１における酵素濃度と膜の透過流束との関係を示すグラフである。
【図２】実施例３における透過流束の回復状況を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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