(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）水中における沈降速度が４．２〜１０ｃｍ／秒の嫌気性微生物固定化担体と、（Ｂ）水中における沈降速度が０．８〜３．６ｃｍ／秒の範囲内にあり、且つ嫌気性微生物固定化担体（Ａ）の沈降速度より０．６ｃｍ／秒以上小さい沈降速度である好気性微生物固定化担体とからなり、該固定化担体（Ａ）と該固定化担体（Ｂ）との担体体積比が（Ａ）／（Ｂ）で４０／６０〜７０／３０の範囲内にあることを特徴とする単一槽内で微生物の好気反応と嫌気反応とを同時に行なうことができる微生物固定化担体混合物。
【請求項２】
嫌気性微生物固定化担体（Ａ）が、２．０〜４．５の比重を有する水に不溶ないし難溶性の無機質粉粒体を含有するものであることを特徴とする請求項１に記載の混合物。
【請求項３】
好気性微生物固定化担体（Ｂ）が、０．０１〜０．９５の範囲内の比重を有する無機質又は有機質系微小中空粒子を含有するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の混合物。
【請求項４】
嫌気性微生物固定化担体（Ａ）が、（ａ）一分子中に少なくとも２個のエチレン性不飽和結合を有する親水性光硬化性樹脂、（ｂ）光重合開始剤、（ｃ）アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類、（ｄ）嫌気性微生物懸濁液、及び必要に応じて（ｅ）２．０〜４．５の比重を有する水に不溶ないし難溶性の無機質粉粒体を含んでなる水性液状組成物を、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含有する水性媒体中に滴下して該組成物を粒状にゲル化させ、次いで得られた粒状ゲルに活性光線を照射して該粒状ゲル中の光硬化性樹脂を硬化させることによって得られる微生物固定化担体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の混合物。
【請求項５】
嫌気性微生物固定化担体（Ａ）が、（ａ）一分子中に少なくとも２個のエチレン性不飽和結合を有する親水性光硬化性樹脂、（ｂ）光重合開始剤、（ｃ）アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類、及び必要に応じて（ｅ）２．０〜４．５の比重を有する水に不溶ないし難溶性の無機質粉粒体を含んでなる水性液状組成物を、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含有する水性媒体中に滴下して該組成物を粒状にゲル化させ、次いで得られた粒状ゲルに活性光線を照射して該粒状ゲル中の光硬化性樹脂を硬化させることによって得られる微生物固定化用担体に嫌気性微生物を付着させてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の混合物。
【請求項６】
好気性微生物固定化担体（Ｂ）が、（ａ）一分子中に少なくとも2個のエチレン性不飽和結合を有する親水性光硬化性樹脂、（ｂ）光重合開始剤、（ｃ）アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類、（ｆ）好気性微生物懸濁液、及び必要に応じて（ｇ）０．０１〜０．９５の範囲内の比重を有する無機質又は有機質系微小中空粒子を含んでなる水性液状組成物を、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含有する水性媒体中に滴下して該組成物を粒状にゲル化させ、次いで得られた粒状ゲルに活性光線を照射して該粒状ゲル中の光硬化性樹脂を硬化させることによって得られる微生物固定化担体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の混合物。
【請求項７】
好気性微生物固定化担体（Ｂ）が、（ａ）一分子中に少なくとも２個のエチレン性不飽和結合を有する親水性光硬化性樹脂、（ｂ）光重合開始剤、（ｃ）アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類、及び必要に応じて（ｇ）０．０１〜０．９５の範囲内の比重を有する無機質又は有機質系微小中空粒子を含んでなる水性液状組成物を、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含有する水性媒体中に滴下して該組成物を粒状にゲル化させ、次いで得られた粒状ゲルに活性光線を照射して該粒状ゲル中の光硬化性樹脂を硬化させることによって得られる微生物固定化用担体に好気性微生物を付着させてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の混合物。
【請求項８】
好気性微生物固定化担体（Ｂ）の水中における沈降速度が嫌気性微生物固定化担体（Ａ）の沈降速度より３．４ｃｍ／秒以上小さい沈降速度であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の混合物。
【請求項９】
（Ａ）水中における沈降速度が４．２〜１０ｃｍ／秒以上の嫌気性微生物固定化担体と、（Ｂ）水中における沈降速度が０．８〜３．６ｃｍ／秒の範囲内にあり、且つ嫌気性微生物固定化担体（Ａ）の沈降速度より０．６ｃｍ／秒以上小さい沈降速度である好気性微生物固定化担体とからなり、該固定化担体（Ａ）と該固定化担体（Ｂ）との担体体積比が（Ａ）／（Ｂ）で４０／６０〜７０／３０の範囲内にある担体混合物を微生物反応槽内に投入し、好気性微生物固定化担体（Ｂ）投入層内に通気することにより、単一槽内で微生物の好気反応と嫌気反応とを同時に行なうことを特徴とするバイオリアクター。
【請求項１０】
好気性微生物固定化担体（Ｂ）の水中における沈降速度が嫌気性微生物固定化担体（Ａ）の沈降速度より３．４ｃｍ／秒以上小さい沈降速度であることを特徴とする請求項９に記載のバイオリアクター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単一槽内で微生物の好気反応と嫌気反応とを同時に行なうことが可能な微生物固定化担体混合物、及び該固定化担体を用いたバイオリアクターに関する。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】
微生物の固定化法としては、従来から、包括法、物理吸着法、共有結合法等多くの方法が知られており、これらの固定化微生物を用いて水処理や発酵生産等が行なわれている。しかしながら、微生物の好気反応と嫌気反応の両方が関わる場合には、従来、反応槽を好気槽と嫌気槽の２槽に分離する方法、通気攪拌状態と通気停止状態を交互に繰り返す間欠曝気法などの方法がとられているが、いずれも、装置が大きく複雑になる、微生物反応の効率が低下する等多くの問題がある。
【０００３】
本発明の目的は、単一の反応槽内で好気反応と嫌気反応を同時に行なうことができる微生物固定化担体を提供することであり、該微生物固定化担体を用いたバイオリアクターを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、沈降速度が異なる２種類の微生物固定化用担体を用い、その比重が高い方の担体（以下「高比重化担体」という）に嫌気性微生物を固定化し、比重が低い方の担体（以下「低比重化担体」という）に好気性微生物を固定化して単一の反応槽内に高比重化担体及び低比重化担体を仕込み、低比重化担体を有する上層部に通気させることにより、単一反応槽内に上層の好気部と下層の嫌気部が生じ、微生物の好気反応と嫌気反応とを同時に進行させうることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００５】
かくして、本発明に従えば、（Ａ）水中における沈降速度が３．３ｃｍ／秒以上の嫌気性微生物固定化担体と、（Ｂ）水中における沈降速度が０．５ｃｍ／秒〜６．０ｃｍ／秒の範囲内にあり、且つ嫌気性微生物固定化担体（Ａ）の沈降速度より０．４ｃｍ／秒以上小さい沈降速度である好気性微生物固定化担体とからなり、該固定化担体（Ａ）と該固定化担体（Ｂ）との担体体積比が（Ａ）／（Ｂ）で１０／９０〜９０／１０の範囲内にあることを特徴とする単一槽内で微生物の好気反応と嫌気反応を同時に行なうことができる微生物固定化担体混合物が提供され、また、該微生物固定化担体混合物を用いたバイオリアクターが提供される。
【０００６】
以下、本発明の固定化担体混合物及びバイオリアクターについてさらに詳細に説明する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明における微生物固定化担体とは、微生物固定化用担体に微生物が包括固定化または付着固定化されたものである。該微生物固定化用担体としては、沈降速度の制御が可能なものである限りその素材、形状などに特に制限は無く、例えば、▲１▼エチレングリコールゲルやポリビニルアルコールゲルなどの親水性高分子物質のゲル；▲２▼（ａ）一分子中に少なくとも２個のエチレン性不飽和結合を有する親水性光硬化性樹脂、（ｂ）光重合開始剤及び（ｃ）アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類を含んでなる水性液状組成物を、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含有する水性媒体中に滴下して該組成物を粒状にゲル化させ、次いで得られる粒状ゲルに活性光線を照射して該粒状ゲル中の光硬化性樹脂を硬化させてなる光硬化ゲル；▲３▼これらのゲル中に（ｅ）無機質粉粒体、（ｇ）有機質系又は無機質系の微小中空粒子などの比重調整剤を含有させてなるものを挙げることができる。
【０００８】
これらのうち、なかでも光硬化ゲル▲２▼、及び光硬化ゲル▲２▼中に比重調整剤を含有させてなるものを好適に使用することができる。
【０００９】
以下、上記好適に使用することができる光硬化ゲル▲２▼、及び光硬化ゲル▲２▼中に比重調整剤を含有させてなる担体について説明する。
【００１０】
親水性光硬化性樹脂（ａ）
光硬化ゲル▲２▼を製造するための（ａ）成分である親水性光硬化性樹脂は、一分子中に少なくとも２個のエチレン性不飽和結合を有する親水性光硬化性樹脂であり、数平均分子量が３００〜３０，０００、好ましくは５００〜２０，０００の範囲内で、水に分散するに十分なイオン性又は非イオン性の親水基、例えば水酸基、カルボキシル基、リン酸基、スルホン酸基、アミノ基、エーテル結合等を分子中に有し、且つ波長が約２００〜６００ｎｍの範囲内の活性光線を照射したとき、硬化して実質的に水に不溶性の樹脂に変わるものが好適に使用される。
【００１１】
このような光硬化性樹脂としては、微生物菌体の固定化担体用として既知のものを使用することができ（例えば、特公昭５５−４０号公報、特公昭５５−２０６７６号公報、特開平１０−１５２５１１号公報等参照）、その代表的な例としては、高酸価不飽和ポリエステル類、高酸価不飽和エポキシド類、アニオン性不飽和アクリル樹脂類、カチオン性不飽和アクリル樹脂類、ポリエチレングリコール及び／又はポリプロピレングリコールと（メタ）アクリル酸とのポリエステル類、ポリエチレングリコール及び／又はポリプロピレングリコールと（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチルとをトリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなどのジイソシアネート化合物を介して結合させたウレタン化付加物類、不飽和セルロース類、不飽和ポリアミド類等が挙げられる。以上に例示した如き光硬化性樹脂はそれぞれ単独で使用することができ、或いは２種もしくはそれ以上組み合わせて使用してもよい。これら光硬化性樹脂のうち、本発明において特に好適に使用しうるものとしてはポリエチレングリコール及び／又はポリプロピレングリコールと（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチルとのウレタン化付加物類を挙げることができる。
【００１２】
光重合開始剤（ｂ）
光重合開始剤（ｂ）は、上記親水性光硬化性樹脂（ａ）の光重合反応を促進する目的で配合される。使用しうる光重合開始剤は、光照射により分解してラジカルを発生し、このものが重合開始種となって光硬化性樹脂間に橋かけ反応を起こさせるものであり、例えば、ベンゾイン、アセトインなどのα−カルボニルアルコール類；ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル、アニソインエチルエーテル、ピバロインエチルエーテルなどのアシロインエーテル類；ナフトール、ヒドロキシアントラセンなどの多環芳香族化合物類；メチルベンゾイン、α−メトキシベンゾインなどのα−置換アシロイン類；２−シアノ−２−ブチルアゾホルムアミドなどのアゾアミド化合物類；塩化第２鉄などの金属塩類；メルカプタン類、ジスルフィド類、ハロゲン化合物類、染料類等を挙げることができる。
【００１３】
水溶性高分子多糖類（ｃ）
水溶性高分子多糖類（ｃ）は、水溶性であり、かつ水性媒体中でアルカリ金属イオン又は多価金属イオンと接触したときに水に不溶性又は難溶性のゲルに変化する能力のある高分子多糖類であって、一般に約３,０００〜２,０００,０００、特に５,０００〜１,０００,０００の範囲内の数平均分子量を有し、また、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンと接触させる前の水溶液の状態で通常少なくとも約１０ｇ／ｌ（２５℃）の溶解度を示すものが好適に使用される。
【００１４】
かかる特性をもつ水溶性高分子多糖類の具体例には、アルギン酸のアルカリ金属塩、カラギーナン等が包含される。
【００１５】
これら水溶性高分子多糖類は、水性媒体中に溶解した状態で、カラギーナンの場合は、カリウムイオン又はナトリウムイオン等のアルカリ金属イオンと接触することによって、また、アルギン酸のアルカリ金属塩の場合は、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオン等のアルカリ土類金属イオン；或いはアルミニウムイオン、セリウムイオン、ニッケルイオン等の他の多価金属イオンのうちの少なくとも１種の多価金属イオンと接触することによってゲル化しうるものである。
【００１６】
光硬化ゲル▲２▼の調製
光硬化ゲル▲２▼の調製は、例えば、前記の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）成分を含有する水性液状組成物を、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含有する水性媒体中に滴下して粒状化し、それを硬化させることによって行うことができる。
【００１７】
上記（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）成分の相互の使用割合は厳密に制限されるものではなく、各成分の種類等に応じて広範にわたって変えることができるが、一般には、（ａ）成分の親水性光硬化性樹脂１００重量部に対し、（ｂ）及び（ｃ）成分は下記の割合で使用するのが適当である。
光重合開始剤（ｂ）：０.５〜５重量部、好ましくは１〜３重量部、
水溶性高分子多糖類（ｃ）：０.５〜１５重量部、好ましくは１〜８重量部。
【００１８】
以上に述べた（ａ）〜（ｃ）の各成分は、水性媒体中に溶解ないし分散させることにより、水性液状組成物が調製される。この液状組成物の固形分濃度は一般に５〜３０重量％、特に８〜２５重量％の範囲内が適当である。担体が光硬化ゲル▲２▼中に、（ｅ）無機質粉粒体、（ｇ）有機質系又は無機質系微小中空粒子などの比重調整剤を含有させてなるものである場合には、上記（ａ）〜（ｃ）成分を含有する水性液状組成物中に、さらに比重調整剤を含有させておけばよい。
【００１９】
このようにして調製される水性液状組成物は、次いで、前述した如き種類のアルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含有する水性媒体中に滴下することにより、該液状組成物が粒状でゲル化せしめられる。ゲル化が起るアルカリ金属イオン又は多価金属イオンの濃度は水溶性高分子多糖類の種類等により異なるが、一般には０.０１〜５ｍｏｌ／ｌ、好ましくは０.０５〜３ｍｏｌ／ｌの範囲内である。
【００２０】
アルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含有する水性媒体中への水性液状組成物の滴下は、例えば、注射器の先端から該液状組成物を滴下する方法、遠心力を利用して該液状組成物を粒状に飛散させる方法、スプレーノズルの先端から該液状組成物を霧化して粒状とし滴下する方法などの方法により行なうことができる。滴下する液滴の大きさは、微生物固定化用の担体に望まれる粒径に応じて自由に変えることができるが、通常は直径が約０.１ｍｍ〜約５ｍｍ、好ましくは約０.５ｍｍ〜約４ｍｍの範囲内の液滴として滴下させるのが好都合である。
【００２１】
上記の如くして生成せしめた粒状ゲルは、そのまま水性媒体中に分散させた状態で、或いは水性媒体から分離した後、活性光線を照射することにより、該粒状ゲル中の親水性光硬化性樹脂を硬化せしめる。これにより粒状ゲルは水に実質的に不溶性で機械的強度の大きい微生物固定化用粒状成形物となることができる。
【００２２】
上記の光硬化に使用しうる活性光線の波長は、該粒状ゲル中に含まれる光硬化性樹脂の種類等に応じて異なるが、一般には、約２５０〜約６００ｎｍの範囲内の波長の光を発する光源を照射に使用するのが有利である。そのような光源の例としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、蛍光灯、キセノンランプ、カーボンアーク灯、太陽光等が挙げられる。照射時間は光源の光の強さ、光源からの距離等に応じて変える必要があるが、一般には約０.５〜約１０分間の範囲内とすることができる。
【００２３】
このようにして照射処理が終った粒状ゲルは水又は緩衝水溶液で洗浄し、そのまゝあるいは凍結乾燥して保存することができる。
【００２４】
本発明の微生物固定化担体混合物は、水中における沈降速度が３．３ｃｍ／秒以上、好ましくは４．２〜１０ｃｍ／秒の嫌気性微生物固定化担体（Ａ）と、水中における沈降速度が０．５ｃｍ／秒〜６．０ｃｍ／秒、好ましくは０．８〜３．６ｃｍ／秒の範囲内であり、かつ嫌気性微生物固定化担体（Ａ）よりも０．４ｃｍ／秒以上小さい、好ましくは０．６ｃｍ／秒以上小さい好気性微生物固定化担体（Ｂ）とからなる。
【００２５】
単一槽内で嫌気性微生物固定化担体（Ａ）の存在する層と好気性微生物固定化担体（Ｂ）の存在する層ができるだけ分離して存在させるためには、特に上記担体（Ｂ）の沈降速度と担体（Ａ）の沈降速度との差が重要であり、その差が０．４ｃｍ／秒未満となると両層の混層が著しく、反応効率が大きく低下してしまう。
【００２６】
上記担体（Ａ）及び担体（Ｂ）の水中での沈降速度を制御する方法としては、担体比重の調整、担体粒径の調整、担体形状の制御などが挙げられるが、これらのうち、担体比重の調整、担体粒径の調整は簡便に行うことができる。
【００２７】
担体比重の調整は、担体の固形分濃度の調節によっても行うことができるが、担体の強度や耐久性の面で好ましい方法は、各種比重調整剤の配合によるものである。比重調整剤を配合する場合、比重調整剤の粒径は２００μｍ以下であることが担体製造時の作業性などの面から好ましい。比重調整剤の添加量は、その種類によっても異なるが、一般には、担体の全固形分１００重量部に対して１２０重量部以下であることが担体強度や耐久性の面から好ましい。
【００２８】
担体（Ａ）の比重調整用に使用される比重調整剤は、通常、担体（Ａ）の比重を大きくして担体の沈降速度を大きくするものが好ましく、比重１．９以上、好適には２．０〜４.５の範囲内にある水に不溶ないし難溶性の無機質粉粒体（ｅ）を挙げることができ、例えば、重質炭酸カルシウム、クレー、ホワイトカーボン、タルク、炭酸バリウム、硅酸アルミニウム、アルミナ、マイカ粉、シリカ（硅砂、硅石粉）粉などの各種顔料；コロイダルシリカ、微小ガラスビーズなどが挙げられ、具体的には、「ハイミクロンＨＥ−５」（竹原化学工業社製、タルク、比重２．６７）、「ミクロマイカＭＫ−１００」（コープケミカル社製、マイカ粉、比重２．７）、「ユニビーズＵＢ−０３Ｌ」、「同ＵＢ−２３Ｌ」、「同ＵＢ−３４Ｌ」（以上いずれも、株式会社ユニオン社製、ガラスビーズ、比重２．５）、「ＭＢ−２０」（東芝バロティーニ社製、ガラスビーズ、比重２．５）などを使用することができる。
【００２９】
一方、担体（Ｂ）の比重調整用に使用される比重調整剤は、通常、担体（Ｂ）の比重を小さくして担体の沈降速度を小さくするものが好ましく、比重０．０１〜０．９５、好ましくは０．０２〜０．６の単孔又は多孔の完全閉鎖型有機質系又は無機質系微小中空粒子（ｇ）が適している。
【００３０】
上記有機質系微小中空粒子としては、本発明に用いる水性液状組成物中に均一に分散でき、かつ分散後も分離、ゲル化等の不具合を発生させないものであれば材質に特に制限はなく、例えばスチレン、メチルメタクリレート、アクリロニトリル、塩化ビニリデン等の単独重合物あるいは他の単量体との共重合物等が挙げられる。そのような市販品を例示すると、例えば、「エクスパンセル−５５１ＷＥ−２０」、「同ＷＥ−３０」（日本フィライト社製）、「マツモトマイクロスフェアーＦ−８０Ｅ」、「同Ｍ−６００」、「同Ｍ―６１０」（松本油脂製薬社製）等を挙げることができる。
【００３１】
上記無機質系微小中空粒子としては、例えば、中空ガラスビーズや中空セライト等が挙げられ、市販品を例示すると、「Ｆｉｌｉｔｅ２００／７」、「同３００／７」（以上、いずれも日本フェライト社製、中空ガラスビーズ、比重０．７）、「サンチュライトＹ０２」、「同Ｙ０４」、「同Ｙ０Ｃ」（以上、いずれも三機工業社製、中空セライト）、「フジバルーンＳ−３５」、「同Ｓ−４０」、「同Ｓ−４５」、「同Ｈ−３０」、「同Ｈ−３５」、「同Ｈ−４０Ｘ」（以上、いずれも富士シリシア化学社製、中空ガラスビーズ）、「Ｑ−Ｃｅ１５７０」（東芝バロティーニ社製、中空ガラスビーズ、比重０．３４）などを挙げることができる。
【００３２】
担体の沈降速度制御のための担体粒径の調整は、例えば、光硬化ゲル▲２▼の製造など、液状組成物を滴下して液中でゲル化させてゲル化粒子を形成する場合には、液状組成物を滴下する際に用いるノズルの内径を調節することにより、通常、２．５ｍｍ〜５．４ｍｍの範囲内で容易に調整することができる。沈降速度を大きくするには、粒径を大きくし、沈降速度を小さくするには、粒径を小さくすればよい。
【００３３】
担体の沈降速度を制御するためには、担体の比重調整、担体粒径の調整のそれぞれ単独の方法を用いることができるが、これらの方法を組合せて行うことも可能であり、他の方法を用いてもよい。
【００３４】
前記担体（Ａ）、（Ｂ）の各微生物固定化担体には、微生物が付着又は包括される。付着又は包括させうる微生物は、高比重化担体（Ａ）に対しては嫌気性微生物（ｄ）が用いられ、例えば、アスパルギルス属、フザリウム属などのカビ類、サッカロミセス属、カンジダ属などの酵母類；エシュエリヒア属、シュードモナス属、パラコッカス属、ザイモモナス属、ビブリオ属、ストレプトコッカス属、バチルス属などの細菌類等を挙げることができる。
【００３５】
一方、低比重化担体に対しては好気性微生物（ｆ）が用いられ、例えば、アスパルギルス属、ペニシリウム属、フザリウム属などのカビ類、サッカロミセス属、ファフィア属、カンジダ属などの酵母類；エシュエリヒア属、シュードモナス属、ザイモモナス属、ニトロソモナス属、ニトロバクター属、ビブリオ属、バチルス属などの細菌類等を挙げることができる。
【００３６】
なお、ここで嫌気性微生物とは嫌気条件で反応する微生物、好気性微生物とは好気条件で反応する微生物を意味するが、一部微生物は嫌気条件及び好気条件で別々の反応をするものがあるため、こうした一部微生物については上記微生物具体例の中で、嫌気性微生物（ｄ）と好気性微生物（ｆ）の両方に挙げている。
【００３７】
これらの微生物を担体に付着させるには、担体と微生物とを、例えば、水などの液中で接触させることによって担体表面に微生物を付着させることができる。また、微生物を担体中に予め包括固定化する場合、例えば、担体が、光硬化ゲル▲２▼又は光硬化ゲル▲２▼中に比重調整剤を含有させてなるものである場合には、前記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）成分及び必要に応じて比重調整剤を含有する水性液状物に微生物を混合しておいて包括固定化することができる。
【００３８】
本発明の微生物固定化担体混合物における上記担体（Ａ）と担体（Ｂ）との混合割合は、担体（Ａ）／担体（Ｂ）の体積比で１０／９０〜９０／１０、好ましくは４０／６０〜７０／３０の範囲内が適している。また、上記担体（Ａ）は１種であってもよいし２種以上を組合せたものであってもよく、上記担体（Ｂ）もまた１種であってもよいし２種以上を組合せたものであってもよい。
【００３９】
本発明の担体混合物を用いたバイオリアクターは、高比重の嫌気性微生物固定化担体が下層に、低比重の好気性微生物固定化担体が上層になるよう担体混合物を槽中に投入するものであり、好気性微生物固定化担体を含有する上層に通気を行なう装置を設けることにより、下層部で嫌気性反応、上層部で好気性反応が生じるようにすることができる。
【００４０】
以下、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。
【００４１】
【実施例】
製造例１
分子量約４，０００のポリエチレングリコール２，０００重量部、イソホロンジイソシアネート２２２重量部及びメタクリル酸２−ヒドロキシエチル１３０重量部を反応させてなる光硬化性樹脂プレポリマー１００重量部と、ベンゾインブチルエーテル２重量部、２％アルギン酸ナトリウム水溶液６０重量部、「ＭＫ−１００」（商品名、コープケミカル社製、比重２．７、平均粒径４〜５ミクロンの合成マイカ）２０重量部及び蒸留水４０重量部をよく混合して得られる水性液状組成物を、１モル濃度の塩化カルシウム水溶液中に注射器の先端から液面高さ１０ｃｍより滴下したところ、粒状物が得られた。
【００４２】
この粒状物をペトリ皿に取り、ペトリ皿の上面及び下面から波長３００〜４００ｎｍの活性光線を照射したところ、粒径４ｍｍ、比重１．０７、水中における沈降速度７．４ｃｍ／秒の微生物固定化用担体（イ）を得た。
【００４３】
製造例２
製造例１において、「ＭＫ−１００」の量を２０重量部から１５重量部に変更した以外は製造例１と同様の操作を行い、粒径４ｍｍ、比重１．０６、水中における沈降速度６．７ｃｍ／秒の微生物固定化用担体（ロ）を得た。
【００４４】
製造例３
製造例１において「ＭＫ−１００」２０重量部のかわりに「フジバルーンＳ−３５」（商品名、富士シリシア社製、比重０．３５、平均粒径４０ミクロンの微小中空ガラスビーズ）０．８５重量部配合する以外は製造例１と同様の操作を行い、粒径４ｍｍ、比重１．０２、水中における沈降速度３．３ｃｍ／秒の微生物固定化用担体（ハ）を得た。
【００４５】
製造例４
製造例３において「フジバルーンＳ−３５」の量を０．８５重量部から１．３４重量部に変更する以外は製造例３と同様の操作を行い、粒径４ｍｍ、比重１．０１４、水中における沈降速度３．０ｃｍ／秒の微生物固定化用担体（ニ）を得た。
【００４６】
製造例５
製造例３において「フジバルーンＳ−３５」の量を０．８５重量部から１．３４重量部に変更する以外は製造例３と同様の操作を行い、粒径４ｍｍ、比重１．０１、水中における沈降速度２．４ｃｍ／秒の微生物固定化用担体（ホ）を得た。
【００４７】
実施例１
製造例２で得た微生物固定化用担体（ロ）を、活性汚泥から分離した嫌気性菌である脱窒菌群培養液中に１週間浸漬して脱窒菌群を付着させた後、充分馴養したものを脱窒菌（嫌気性微生物）固定化担体とした。さらに、製造例３で得た微生物固定化用担体（ハ）を、活性汚泥から分離した好気性菌である硝化菌群培養液中に１週間、通気しながら浸漬して硝化菌群を付着させた後、充分馴養して硝化菌（好気性微生物）固定化担体とした。
【００４８】
図１に示す４Ｌの処理槽に対し、上記の脱窒菌固定化担体と硝化菌固定化担体をそれぞれ９００ｍＬずつ充填した。このバイオリアクターに原水として全窒素（Ｔ−Ｎ）３０ｍｇ／Ｌのアンモニア性窒素人工廃水（NH4Cl；0.115g、Na2HPO4・12H2O；0.035g、NaHCO3；0.351g、NaCl；0.176g、KCl；0.075g、CaCl2；0.074g、MgSO4・7H2O；0.05g、水道水1L、pH7.5）を水理学的滞留時間（ＨＲＴ）８時間で連続的に送液した。このとき、脱窒処理の水素供与体としてはメタノールを添加し、循環比１．０、水温２２〜２３℃、通気は脱窒菌固定化担体層と硝化菌固定化担体層の境界面から１ｃｍ上部に散気管を設置し、１．６Ｌ／ｍｉｎで通気した。処理性能は原水及び処理水のＴ−Ｎを測定し、Ｔ−Ｎ除去率の平均を求めたところ８５％であり、微生物の好気反応と嫌気反応がこのリアクター内で起こっていることが確認された。
【００４９】
実施例２
実施例１において処理槽に充填する担体の量を、脱窒菌固定化担体６００ｍＬ及び硝化菌固定化担体１２００ｍＬとすること以外は実施例１と同様の操作を行ったところ、Ｔ−Ｎ除去率が８０％であり、１槽の処理槽で好気処理と嫌気処理が可能であることが確認された。
【００５０】
実施例３
実施例１において、硝化菌固定化担体として製造例５で得た微生物固定化用担体（ホ）を用いること以外は実施例１と同様の操作を行った。その結果、Ｔ−Ｎ除去率が８４％であり、１槽の処理槽で好気処理と嫌気処理が可能であることが確認された。
【００５１】
比較例１
実施例１において、脱窒菌固定化担体として製造例１で得た微生物固定化用担体（イ）を、硝化菌固定化担体として製造例２で得た微生物固定化用担体（ロ）をそれぞれ用いること以外は実施例１と同様の操作を行った。その結果、担体の流動性が悪く、Ｔ−Ｎ除去率は２０％であった。
【００５２】
比較例２
実施例１において、脱窒菌固定化担体として製造例３で得た微生物固定化用担体（ハ）を、硝化菌固定化担体として製造例４で得た微生物固定化用担体（ニ）をそれぞれ用いること以外は実施例１と同様の操作を行った。その結果、担体の沈降速度に差が少なすぎるため２種類の担体が混合され、Ｔ−Ｎ除去率も１０％であった。
【００５３】
比較例３
実施例１において、脱窒菌固定化担体として製造例４で得た微生物固定化用担体（ニ）を、硝化菌固定化担体として製造例５で得た微生物固定化用担体（ホ）をそれぞれ用いること以外は実施例１と同様の操作を行った。その結果、脱窒菌固定化担体の比重が小さいため浮上しやすく、Ｔ−Ｎ除去率は２０％であった。
【００５４】
【図１】
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【００５５】
【発明の効果】
本発明の微生物固定化担体混合物を用いることにより、単一反応槽内で微生物の好気反応と嫌気反応とを同時に進行させることができるため、反応装置の簡略化が計れるとともに反応効率が大幅に向上する。