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第19回

抗菌剤の経済効果とそのメカニズム
ライフサイクルサポ ー ト研究会

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まえがき

写真一1

T.ferrooxidans AP19-3の電子顕微鏡写真

下水道構造物の劣化とは、 コ ンクリ ー ト中のカルシウムと細菌が作り出した硫酸が反応して石膏となる現象で、 昨今、 大きな間題となっている。
硫酸を人間の手で作る場合、 イオウを酸化し二酸化イオウとした後、 さらに酸化し、 三酸化イオウにして水に溶かす必要がある。 この酸化の条件は非常に厳しく、 500℃の湿度と特殊な触媒化での反応が必要だと高校で習った記憶のある方も多いと思う 。 化学的には複雑な反応条件であるが、微生物はこれをいとも簡単に行ってしまう。 このようなイオウ酸化能力を、 生育条件の異なる多く“の細菌が持っており、総称して イオウ酸化細菌”想される。
著者らは、 コ ンクリ ー トの硫酸劣化を防止する方法の 一 つとしてイオウ酸化細菌の活動を止めると呼ばれている。
代表的なイオウ酸化細菌の状況を写真 一 1に示ことが有効であると考え、 種々の研究を行い、 実す。 そこには、 人類が炭素の酸化還元サイクルに際にそのことが確認できたため、 本報告で紹介す組み込まれているのと同じように、 イオウの酸化る。

還元サイクルが存在する。 イオウ酸化細菌は、 エ
業的には銅や銀のバクテリオリ ー チングに使われている］、 2) 。 すなわち、 銅や銀の硫化鉱に菌を含む水溶液を散布し、 硫酸銅や硫酸銀の水溶液として回収している。 またイタイイタイ病は、 イオウ‘2�2.1ィオウ酸化細菌と生育阻害剤細菌がもたらす腐食の構造発生したものである。 これらのことから、 イオウ

図ー1に、 現在知られている代表的なイオウ酸化細菌 3) とその生育pHおよび各pH領域で効果のあるニッケル、 タングステン、 ギ酸カルシウムの酸化細菌は重金属に対しても耐性をもつことが予生育阻害域を示す。

酸化細苗の働きによって、 硫化カト ミウムを含む廃棄岩から硫酸カドミウムを溶出させたことから

月刊下水道 Vol. 24 No. 331

図ー 1

時間経過による構造物pHの低下と各イオウ酸化細菌の消長と銀、 ニ ッケル、ギ酸カルシウムの生育阻害pH域

32 10 98 76 54 32 1HClI＇ヽ、 ',,,\、 ヽ!
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p H/I
I
T.neapoれtanus I'+,',，、

T.intermedius, 」い 、‘‘こ［T.novellus I
T. thioparus�I
T.versutus II＇II

ギ酸銀
ニッケルカルシウム

T.ferrooxidans
Tthiooxidansl

コンクリ ー トの中性化

タングステン

微生物の働きによる酸性化

図 ー 1からわかるように、T. versutusやT. thio­

泄させる機構になっている。 このため、細胞内部

parusはpHlO以下で活動可能であり、 ほとんど石に硫酸は侵入しないので、菌は生存し続けるのでー膏化が認められないコンクリトから単離されるある 7)0

実際、 コンクリ ー トを打設すると、その直後

ニ ッケル、銀、 タングステン等の金属はイオウにはpH12~13の高アルカリを示し、イオウ酸化細酸化細菌の酵素に作用し、酵素の働きを停止する菌の活動は困難となる。 しかしながら、その後、と考えられている 8 、 9) 。 すなわち、 イオウを酸化4) 。

コンクリー

トは大気中の炭酸ガスや水中の炭酸として亜硫酸を作る酵素、亜硫酸を酸化して硫酸を反応（いわゆる炭酸化、中性化）し、pHは9に作る酵素、あるいはチオ硫酸を硫酸にする酵素となる 5)。 中性化すると、アルカリ領域で活勁可能結合して、硫酸の生成を阻害するのである（図 一

なイオウ酸化細菌が作る硫酸や下水に含まれる有2)。 興味深いことに、 これらの金属は硫酸に対機物が有機酸発酵し、酢酸、酪酸、 プロピオン酸して溶解度のあるpH値では阻害効果が無く、 ほを生成 6) 、気中部のコンクリト表面に付着濃縮

とんど溶解度のないpH値になると効果を発揮す

し 、 腐 食部 は急速に 酸 性と なる。 その結果、T. thiooxidansやT. ferrooxidansが活動し、腐食が進る。 したがって、 ニ ッケル、銀はアルカリから中ー性領域で、 タングステンは酸性領域で卓越した生行していくものと考えられる。
2.2 阻害のメカニズム
イオウ酸化細菌は、外部を二重の膜で覆われていて、 こ の二重の膜の間にイオウやイオウ 化合物を酸化する複数の酵素を持って いる。 これがイオウ酸化細菌の大きな特徴で、 こ の膜の間でイオウの酸化を行って、 また生成した硫酸を細胞外に排32

図ー 2金属によって阻害される反応s-—→ SO名一SO/­ー(S2 0 3 )/ → S 2 0名�SO/-

月刊下水道 Vol. 24 No. 3

知ればナットク育阻害効果を示す 9 ) 。 このため、 すべてのpHで活動を阻害させるためには、 タングステンと他の金属とを組み合わせる必要がある。
なお、 ギ酸カルシウムをはじめとする有機系阻害剤や殺菌剤は、 pHに関係なく効果が認められ

下水道匝F窃口講座

第I回ろう。
写真 一 2に、 防菌剤の曝露試験結果を示す。

lているJO 、 11) 。 ギ酸の阻害機構については明らかに3.1

されていないが、 分子量が低いため細胞膜を透過

生育阻害剤の効果

用途の拡がりして二重の細胞膜の内部に侵入し、 菌の生育を直現在、 市販されているイオウ酸化細菌生育阻害接阻害すると推定している。 いずれにしても、 有剤のなかで、 2年以上の実曝露試険結果が報告さ

機系化合物は生分解性があり、 耐久性に一れている 10) ニッケル ー タングステン系の防菌剤に抹の不安が残るので、 今後の曝露試験を見守る必要があついて、 以下に効果と使い方を述べる。
防菌剤は、 粉末あるいは分散された水溶液とし

写真ー2て供給され、 コンクリ ー トに分散して使用されて硫化水素濃度約80ppmの汚泥槽気中部に5.5年間曝露したモルタル供試体いる。 粉末タイプはプレミックス用に、 水溶液夕
イプは現場でのアジテ ー タ ー トラックヘの添加に便利である。 二次製品用には、 プラントによって両者を使い分けている。 水溶液タイプは粒径を極端に小さくしているため、 使用したコンクリ ー ト＜防菌剤入り＞

一行える。 粉末タイプの二次製品用の防菌剤には、添加の確認が容易にできるようにケイ光剤が添加されており、 専用の検知器で涼加の確認が可能で＜防菌剤なし＞、9.........に淡い青緑色が付き、 防菌剤の添加確認が容易に轟

図ー 3ある。

防菌コンクリ ー トの使用量推移

I □ 二次製品 冒金装およびシ トライニンク下地 □］ 防菌モルタル仕上げ
ー50.000
45,00040,00035,000
築 30,000..L25,000=' 20,000
入15,000

門10,000
5,0008，1011

年度（平成）

月刊下水道 Vol. 24 No. 333防菌剤はコンクリ ー トに単独で使用されるほ化細菌の挙動もかなり明らかになってきた 2 ) 。 そか、 塗装やシ ー トライニングの下地としても使用れにともなって、 イオウ酸化細菌に対す る防菌剤されている。 この理由は、 高分子材を透過した硫の作用機構の研究も進み、 年々採用量が増加して化水素からの硫酸生成を防ぐことにある。 その効いる。

果が認められ、 近年、 塗装やシートライニングの下地として使用され始めた。 図ー

3は防菌剤の目今後、 さらに防菌剤が改良され、 下水施設の防食へ寄与することを期待したい。

的別の出荷量と年度の関係を示したもので、 その採用事例が増えていることがわかる。
3.2【（株）間組

技術・環境本部環境修復事業部部長 ・前田

経済性について照信】

防菌剤の最大の特徴は、 コンクリ ー ト自体に防菌特性を賦与することである。 塗装やライニングは傷や加工面の処理が問題となるが、 防菌剤を使用したコンクリ ー トでは傷や加工の影響は受けない。 この特性は、 施工時に傷を受けやすい推進管には非常に有効で、 優れた防食工法となる。
~15%程度の増加となるが、 ランニング コストでに添加した場合は、ート

1 万5,000/ 可程度のコスト高となる。 例えば、 33cmの厚さのコンクリ ー ト製の壁を作った場合、 片面の使用で5,000 円/m'、 両面を使用した場合2,500 円／面となるが、 他の防食工法に比べると、 かなり低いイニシャルコストに抑i�l)干田ただし：微生物資源二学、

コロナ社、pp55-59、(1996)

防菌剤 を使用した二次製品では、 製品価格が 10考慮すると、 その効果は大きい。 生コンクリ

く参考文献＞えることができる。

2)井上千弘ら：資源・素材、pp15-18 (1995)
3)前田照信：博士論文「コンクリ ー ト腐食に対する防菌剤の開発に閾する研究」、pl48、(1999.8)
4) 3 )のpp.39-49
5 )前田照信ら： コンクリ ー ト構造物の耐久性シリ ー ズ「中性化」、技報堂出版、p. 1(1986)

6 )須藤隆 ー ：廃水処理の生物学、産業用水調査会、pp116、(1977)
7)杉尾剛：建築／保全、1 (105)、pp.31 ~36、(1997)8 )杉尾

剛ら：Agric. Biol. Chern.、45 (9)、pp2037-51、(1981)
9 ) 2)のpp7- 38
10)日本ヒュ ー ム管（桐、（梱間組：下水道技術・技術審査証明

あとがき

報告書「ヒソク リ ー ト（防菌コン クリ ー ト）」、 p.21 、(1999年3月）
11)山中健生ら：日本大学理工学研究所報防菌剤を開発してから 7 年が経過し、 イオウ酸

34第89号、pp.485-49 3、(2000)

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