JP2004066201A - 水処理用の細菌リアクター及び藻類リアクター並びにこれらを用いた水浄化装置 - Google Patents
水処理用の細菌リアクター及び藻類リアクター並びにこれらを用いた水浄化装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】海水又は淡水の閉鎖系水域で富栄養化した水（被処理水）から、有機物及び／又は無機栄養塩を効率良く除去することができ、しかも、大量の被処理水を連続的にかつ容易に操業可能な水浄化装置を提供する。
【解決手段】リアクター本体１ａの反応域２ａ内に充填された付着担体５ａと、この付着担体の表面に付着された付着性従属栄養性細菌又は微細藻類とからなる細菌リアクター又は藻類リアクターであり、細菌リアクターについては被処理水中の有機物を分解し、また、藻類リアクターについては被処理水中の無機栄養塩を取り込んで除去するものである。また、上記細菌リアクターの排出口４ａと藻類リアクターの導入口３ａとを連結して構成され、被処理水を処理して有機物と無機栄養塩とが分解・除去されて浄化された処理済水を排出する水浄化装置である。
【選択図】 図１
【解決手段】リアクター本体１ａの反応域２ａ内に充填された付着担体５ａと、この付着担体の表面に付着された付着性従属栄養性細菌又は微細藻類とからなる細菌リアクター又は藻類リアクターであり、細菌リアクターについては被処理水中の有機物を分解し、また、藻類リアクターについては被処理水中の無機栄養塩を取り込んで除去するものである。また、上記細菌リアクターの排出口４ａと藻類リアクターの導入口３ａとを連結して構成され、被処理水を処理して有機物と無機栄養塩とが分解・除去されて浄化された処理済水を排出する水浄化装置である。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、付着性従属栄養性細菌を用いた水処理用のバイオリアクター（細菌リアクター）、又は付着性微細藻類を用いた水処理用のバイオリアクター（藻類リアクター）、若しくはこれらの細菌リアクターと藻類リアクターとを組み合わせて構成した水浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内湾海域や湖、沼、流れの遅い河川等の閉鎖系水域においては、例えば、隣接する漁港の漁獲物処理場から排出される漁獲物の洗浄廃水、処理廃水、加工廃水等や、近隣の畜産物、食品等の加工工場等から排出される畜産廃水、食品廃水等を始めとする産業廃水、近隣の家庭から排出される生活廃水等の有機物を含有する廃水（有機物含有廃水）が流入し、あるいは、プランクトン等の生物遺骸や魚介類養殖業の給餌、魚の糞等による自家汚染等が原因し、赤潮やアオコ等の発生や貧酸素化等の様々な弊害を引き起こす富栄養化の問題が深刻になっている。
【０００３】
そこで、従来においても、有機物を含んで上述した閉鎖系水域での富栄養化の原因になる種々の有機物含有廃水を処理し、あるいは、富栄養化した閉鎖系水域の底部に浮遊するヘドロ等を処理するための様々な試みが行われている。
【０００４】
例えば、特許第２，９５５，６０８号掲載公報には、バチルス菌に属する有機物分解能を有する微生物（バチルス菌ＨＲ−６等）を用いて生ゴミ等の有機廃棄物を分解し、副生した処理完了物については肥料や飼料等として再利用することが提案されており、また、特開２００１−９５，５６４号公報には、おが屑等の担体に担持させたブレビバクテリウム、大腸菌、ＪＦ２菌等の蛋白分解能を有する好塩性好気性細菌を用い、ばっき攪拌装置を備えた分解槽で塩分を含有する貝汁やクラゲ細断ゲル状液等の有機物含有廃水の有機物を分解し、この分解槽で分解された有機物の固形分を沈殿槽で沈殿させて分離し、更に必要により回収された有機物の固形分を上記のバチルス菌ＨＲ−６で分解する有機物分解方法及び装置が提案されている。
【０００５】
しかしながら、これらの方法は、生ゴミ等の有機廃棄物や、貝汁やクラゲ細断ゲル状液等の有機物を極めて高濃度で含む有機物含有廃水を処理の対象としており、閉鎖系水域に流れ込む比較的低濃度の有機物を含有する種々の有機物含有廃水や、閉鎖系水域においてこれらの有機物含有廃水や自家汚染等が原因して富栄養化した水の浄化には不向きである。
【０００６】
また、バチルス菌や好塩性好気性細菌を用いて有機物を分解処理した後の処理済水は、その有機物濃度は低下しているものの、微生物により有機物を分解した際にはアンモニウム塩（ＮＨ４）、硝酸塩（ＮＯ３）及び亜硝酸塩（ＮＯ２）からなる溶存態無機窒素（ＤＩＮ； Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ）や、リン酸塩（ＰＯ４）からなる溶存態無機リン（ＤＩＰ； Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ）や、その他ケイ酸塩（ＳｉＯ４）、硫酸塩（ＳＯ４）等の無機栄養塩が副生して蓄積され、この無機栄養塩濃度はかえって高濃度になる。このため、この微生物で有機物を分解処理した後の処理済水をそのまま閉鎖系水域に放流すると、この閉鎖系水域での無機栄養塩濃度が高くなって富栄養化し、内湾海域においてはシャットネラ（ラフィド藻の一種）等の赤潮発生の原因になるほか、湖、沼、河川等においてはアオコ等の発生の原因になる。そこで、この有機物を分解した後の処理済水はそのままでは閉鎖系水域に放流することができず、この無機栄養塩を除去するための面倒な廃水処理が不可欠になる。
【０００７】
また、特開平１１−３０９，４９１号公報には、光合成細菌と有機栄養微生物の共生作用により、高濃度の有機物含有廃水や閉鎖系水域の富栄養化により生じたヘドロを好気的に分解することが提案されている。しかしながら、この方法においても、上記の場合と同様に、高濃度の有機物含有廃水やヘドロ中の有機物を分解した後に回収される処理済水中には不可避的に無機栄養塩が蓄積し、この無機栄養塩を除去するための面倒な廃水処理が必要になる。
【０００８】
更に、特開平９−１０６号公報や特開平１０−１１８，６８９号公報には、内部に浮遊性微細藻類を収容するバイオリアクターと、高濃度の無機栄養塩を含んで富栄養化状態になった海水や淡水を上記バイオリアクター内に揚水する揚水装置と、上記バイオリアクター内の浮遊性微細藻類を回収する藻類回収装置とを備え、内湾海域や湖、沼、河川等の閉鎖系水域の富栄養化状態の水を浄化し、内湾海域においては赤潮の発生を、また、湖、沼、河川等においてはアオコ等の発生を防止すると共に、浮遊性微細藻類により固定化した無機栄養塩を再利用することが提案されている。
【０００９】
しかしながら、この方法においては、バイオリアクター内で増殖し浮遊する微細藻類を回収するための藻類回収装置が必須であり、この藻類回収装置は、その性質上、構造が複雑であるほか、その操業やメンテナンスに多大な手間を要し、しかも、処理しようとする海水や淡水の処理量を増大させようとすると、無機栄養塩を回収する浮遊性微細藻類の密度が希釈されて低くなり、処理効率が著しく低下する。
【００１０】
更に、有機物分解能を有する微生物を用いて種々の有機物含有廃水中の有機物を分解する場合、ばっき攪拌装置を備えた分解槽を用いてバッチ式で操業されるのが普通であるが、大量の廃水を処理するためには大掛かりな設備が必要になり、しかも、各分解槽ごとの連続運転が困難であって、必ずしもその操業が効率的であるとはいえない。富栄養化した海水や淡水の従来の微生物による浄化方法は、浮遊性の微生物を用いていることから、大量の廃水を短時間で処理できないという問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者らは、連続的にかつ容易に操業可能であると共に、内湾海域や湖、沼、河川等の閉鎖系水域での富栄養化の原因になる種々の有機物含有廃水や閉鎖系水域において富栄養化状態の水等の被処理水を効率良く処理することができ、特に被処理水中の無機栄養塩を効率良く除去することができてる水浄化装置について鋭意検討した結果、有機物を含む被処理水については付着性従属栄養性細菌を用いた細菌リアクターで処理し、また、無機栄養塩を含む被処理水については付着性微細藻類を用いた藻類リアクターで処理することにより、有機物及び／又は無機栄養塩を含む被処理水を効率的に処理することができ、最終的には有機物及び無機栄養塩が共に除去された処理済水とすることができることを見出し、本発明を完成した。
【００１２】
従って、本発明の目的は、有機物及び／又は無機栄養塩を含有して富栄養化の原因になる有機物及び／又は無機栄養塩含有廃水（被処理水）や海水又は淡水の閉鎖系水域で富栄養化した水（被処理水）から、有機物及び／又は無機栄養塩を効率良く除去することができ、しかも、大量の被処理水を連続的にかつ容易に操業可能な水浄化装置を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、有機物を含有して富栄養化の原因になる有機物含有廃水（被処理水）や海水又は淡水の閉鎖系水域で富栄養化した水（被処理水）から、有機物を効率良く分解して除去することができ、しかも、連続的にかつ容易に操業可能であり、上記水浄化装置を構成するバイオリアクターとして好適な細菌リアクターを提供することにある。
【００１４】
更に、本発明の他の目的は、無機栄養塩を含有して富栄養化の原因になる無機栄養塩含有廃水（被処理水）や海水又は淡水の閉鎖系水域で富栄養化した水（被処理水）から、無機栄養塩を効率良く除去することができ、しかも、連続的にかつ容易に操業可能であり、上記水浄化装置を構成するバイオリアクターとして好適な藻類リアクターを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、有機物を含む被処理水が処理される反応域、この反応域に上記被処理水を導入する導入口及び上記反応域内で処理された処理済水を排出する排水口を有するリアクター本体と、このリアクター本体の上記反応域内に充填された付着担体と、この付着担体の表面に付着された付着性従属栄養性細菌とからなる細菌リアクターであり、上記導入口から反応域内に被処理水を導入し、この反応域内では上記付着性従属栄養性細菌で被処理水中の有機物を分解し、この有機物分解処理後の処理済水を排出口から排出することを特徴とする水処理用の細菌リアクターである。
【００１６】
また、本発明は、無機栄養塩を含む被処理水が処理される反応域、この反応域に上記被処理水を導入する導入口及び上記反応域内で処理された処理済水を排出する排水口を有するリアクター本体と、このリアクター本体の上記反応域内に充填された付着担体と、上記付着担体の表面に付着された付着性微細藻類とからなる藻類リアクターであり、上記導入口から反応域内に被処理水を導入し、この反応域内では上記付着性微細藻類により被処理水中の無機栄養塩を取り込んで除去し、この無機栄養塩除去処理後の処理済水を排出口から排出することを特徴とする水処理用の藻類バイオリアクターである。
【００１７】
更に、本発明は、上記の細菌リアクターの排出口と上記の藻類リアクターの導入口とを連結して構成され、上記細菌リアクターの反応域内に有機物を含む被処理水を導入してこの被処理水中の有機物を付着性従属栄養性細菌で分解し、次いで、得られた有機物分解処理後の処理済水を藻類リアクターの反応域内に導入してこの処理済水中の無機栄養塩を付着性微細藻類により取り込んで除去し、有機物と無機栄養塩とが分解・除去されて浄化された処理済水を排出することを特徴とする水浄化装置である。
【００１８】
本発明において、細菌リアクターや藻類リアクターを構成するリアクター本体は、それが被処理水である有機物や無機栄養塩を含有する水に対して優れた耐蝕性を有する材質で形成され、連続操業に適した型式のものであれば特に制限はないが、好ましくは、その下部に被処理水の導入口を有すると共に上部に処理済水の排水口を有し、反応域内を下方から上方に向けて被処理水が流れる縦型であるのがよく、また、特に藻類リアクターのリアクター本体については、付着性微細藻類にその繁殖に必要な光を照射するために、好ましくは光透過性であるのがよい。
【００１９】
また、細菌リアクターや藻類リアクターの反応域内に充填される付着担体についても、基本的には付着性従属栄養性細菌や付着性微細藻類が容易に付着でき、上記リアクター本体の反応域内に充填できるものであればよく、例えば、小塊状、球状、直方体状、円柱状、角柱状、円筒状、角筒状、馬蹄形状、鞍形状等の形状に形成されたガラス製、セラミックス製、プラスチック製、金属製、製鉄スラグ製等のものが挙げられる。そして、この付着担体については、好ましくは、より多くの付着性従属栄養性細菌や付着性微細藻類を付着させるために比表面積の大きいものがよく、また、同じ体積でより比表面積が大きく、かつ、付着性従属栄養性細菌や付着性微細藻類をより確実に付着させるために多孔質体で形成するのがよい。また、特に藻類リアクターで用いる付着担体については、リアクター本体の場合と同様に、付着性微細藻類にその繁殖に必要な光を照射するために、好ましくは光透過性であるのがよい。
【００２０】
本発明において、細菌リアクターの付着担体に付着させる付着性従属栄養性細菌については、被処理水が海水である場合には、この海水中で付着担体に付着し、有機物を栄養源として生育する従属栄養性（動物性）であることが必要であり、また、被処理水が淡水である場合には、この淡水中で付着担体に付着し、有機物を栄養源として生育する従属栄養性（動物性）であることが必要である。これは、細菌リアクターの反応域に充填した付着担体に確実に付着して流失することがなく、また、被処理水中の有機物を分解処理するためである。
【００２１】
この付着性従属栄養性細菌の具体例としては、例えば、ビブリオ属、アルテロモナス属、アルカリゲネス属等の蛋白分解活性の高いバクテリアを挙げることができ、有機物分解速度（細菌増殖速度）や取扱性等の観点から、好ましくは単離された菌株であるのがよい。特に、富栄養化した閉鎖系水域の水中から、特に水中に沈んだ岩石や粒状有機物等の表面から採取されるバクテリアは、所望の付着性と従属栄養性を有するものであることが多いので、この富栄養化した閉鎖系水域から採取されたバクテリアを定法に従って単離し、この単離された菌株からより優れた付着性及び従属栄養性を有する菌株を選択して用いるのがよい。
【００２２】
また、本発明において、藻類リアクターの付着担体に付着させる付着性微細藻類については、被処理水が海水である場合には、この海水中で付着担体に付着し、無機栄養塩を栄養源として生育することが必要であり、また、被処理水が淡水である場合には、この淡水中で付着担体に付着し、無機栄養塩を栄養源として生育することが必要である。これは、藻類リアクターの反応域に充填した付着担体に確実に付着して流失することがなく、また、被処理水中の無機栄養塩を取り込んで除去するためである。
【００２３】
この付着性微細藻類の具体例としては、例えば、ニッチャ属やナビキュラ属等の珪藻類、ラン藻類、緑藻類等を挙げることができ、無機栄養塩除去速度（増殖速度）の観点から、好ましくは単離された藻株であるのがよく、更には魚介類の餌料として再利用に適していることから、好ましくは珪藻類であってより好ましくは単離された珪藻類であるのがよい。特に、富栄養化した閉鎖系水域の水中から、特に水中に沈んだ岩石等の表面から採取される藻類は、所望の付着性と無機栄養塩除去速度を有するものが多いので、この富栄養化した閉鎖系水域から採取された藻類を定法に従って単離し、この単離された藻株からより優れた付着性及び増殖性を有する藻株を選択して用いるのがよい。
【００２４】
本発明において、上記の細菌リアクターと藻類リアクターとを連結して水浄化装置を構成する場合、細菌リアクターの排水口に藻類リアクターの導入口を接続し、細菌リアクターが上流に位置して藻類リアクターが下流に位置するように配置することが必要であり、これによって、細菌リアクターの付着性従属栄養性細菌で被処理水中の有機物を分解した際に、有機物が分解されて無機化し、有機物分解処理後の処理済水中に無機栄養塩が蓄積するが、この有機物分解処理後の処理済水中に蓄積した無機栄養塩を藻類リアクターの付着性微細藻類により取り込んで除去することができ、富栄養化の原因になる有機物と無機栄養塩とが共に分解・除去されて浄化された処理済水を排出することができる。
【００２５】
また、本発明において、藻類リアクターでの無機栄養塩取込・除去速度が細菌リアクターでの有機物分解・再生速度よりも速いのが一般的であるので、好ましくは、被処理水を比較的大型の細菌リアクターに連続的に導入し、引き続きこの細菌リアクターからその下流の比較的小型の藻類リアクターに連続的に通水するのがよく、これによって構成された水浄化装置の無駄のない連続的操業が可能になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、実施例及び比較例に基いて、本発明の好適な実施の形態を具体的に説明する。
【００２７】
実施例１
〔付着性従属栄養性細菌の採取と単離〕
高知県浦ノ内湾の光松定点で水深約２０ｃｍの位置にスライドガラスを沈め、１週間後にこのスライドガラスを回収し、スライドガラスの表面を滅菌した脱脂綿で拭ってこのスライドガラスに付着した微生物を採取し、ＦｅＴＹ液体培地（Ｆｕｋａｍｉｅｔ ａｌ．， １９９２）１０ｍｌを入れた１３ｍｍφ試験管に入れ、２０℃暗所で２日間静置培養した。
【００２８】
培地の液体表面に形成された被膜を白金耳で釣り上げ、新しいＦｅＴＹ培地に接種する工程を毎日計３回繰り返し、被膜を速やかに形成する菌株を選抜し、その後、これらの培養液をＦｅＴＹ寒天平板培地に画線して最終的に２２株の付着性細菌を単離し、３％半流動ＦｅＴＹ寒天培地で更に前培養した。
【００２９】
次に、ＦｅＴＹ液体培地５０ｍｌとスライドガラスを入れた３ｃｍφ試験管に上記前培養した培養液２．５ｍｌを接種し、１日間静置培養した後スライドガラスを取り出し、０．２μｍヌクレポアフィルターで濾過滅菌した熟成海水によりこのスライドガラスを軽く洗浄してから片面を４，６−ｄｉａｍｉｄｉｎｏ−２−ｐｈｅｎｙｌｉｎｄｏｌｅ（ＤＡＰＩ）で染色し、スライドガラス表面に付着している細菌の細胞数を落射蛍光顕微鏡下で計数し、付着細胞数の多いものを付着性の高い菌株として選抜した。
【００３０】
また、１６５℃で１時間乾熱滅菌した直径８ｍｍのペーパーディスクに上記前培養した培養液を湿潤し、このペーパーディスクをカゼイン重曹寒天平板培地（Ａａｒｏｎｓｏｎ， １９７０）上に乗せて３日間培養し、ペーパーディスク周辺に形成されるハローが大きいものを蛋白質分解活性（有機物分解活性）の高い菌株として選抜した。
このようにして単離した２２株の付着性細菌から、付着性と蛋白質分解活性（有機物分解活性）に優れた付着性従属栄養性細菌のＵ１８株（以下、単に「Ｕ１８菌株」という）を選抜した。
【００３１】
〔細菌リアクターの作製〕
図１に示すように、内径７ｃｍ×長さ５０ｃｍの大きさの不透明な塩化ビニール製筒体６ａの両端を導入口３ａ又は排出口４ａを有する密栓７ａ，８ａで密閉し、下端に導入口３ａを有すると共に上端に排出口４ａを有し、また、これら導入口３ａと排出口４ａとの間に反応域２ａを有するリアクター本体１ａを構成し、このリアクター本体１ａの反応域２ａ内には付着担体５ａとして洗浄後オートクレーブ処理した多孔質セラミック粒（直径約８〜１６ｍｍ、株式会社テトラ製商品名：エコブレス）を充填した。なお、このエコブレスは、石炭灰のうちのクリンカーアッシュ、廃ガラス瓶の粒状物及び無機鉱物を加熱溶融して作製されたものである。
【００３２】
このリアクター本体１ａの反応域２ａ内に、オートクレーブ処理した１／１００希釈ＦｅＴＹ液体培地１リットルを入れ、そこに１／５希釈ＦｅＴＹ液体培地で２日間前培養したＵ１８菌株の培養液１５０ｍｌを接種し、１週間静置培養を行い、付着担体５ａの表面及びリアクター本体１ａの内壁面に付着させて増殖させた。その後、反応域２ａ内の培地を除去し、代わりに人工海水（ＡＳＷ）１１５０ｍｌを入れ、Ｕ１８菌株を２日間飢餓培養し、細菌リアクターを調製した。
【００３３】
〔細菌リアクターの有機物分解処理試験〕
先ず、富栄養化した内湾海水である高知県浦ノ内湾の光松定点の表層水を０．２μｍフィルターで濾過・除菌し、得られた海水に、人工的に有機物濃度を増加させないために、１／１００濃度となるようにＦｅＴＹ液体培地を添加し、有機物含有廃水（被処理水）の試料水を調製した。
【００３４】
次に、ペリスタルティクポンプを用いて、上記のようにして作製した細菌リアクターに、その導入口３ａから反応域２ａ内に上記試料水を送水速度１０００ｍｌ／日（換水率１回転／日）で連続的に送水し、２０℃暗条件で２０日間培養し、試料水の有機物分解処理試験を行った。
【００３５】
この有機物分解処理試験の間、細菌リアクターの導入口３ａ及び排出口４ａから経時的に有機物分解処理前後の試料水を採取し、ＧＦ／Ｃグラスファイバーフィルター（Ｗｈａｔｍａｎ社製）で濾過した後、無機栄養塩自動分析装置（ＢＲＡＮ＋ＬＵＥＢＢＥ社製ＴＲＡＡＣＳ−８００）を用い、溶存態無機窒素（ＤＩＮ）濃度と溶存態全窒素（ＤＴＮ； Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｔｏｔａｌ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ）〔試料水に酸化剤ＰＥＲＯＸ（０．１Ｍ−Ｋ２Ｓ２Ｏ８＋０．６Ｎ−ＮａＯＨ）を添加して加圧・分解し、ＮＯ３に酸化・分解して得られた窒素濃度（Ｎｙｄａｈｌ， １９７８）〕とを測定すると共に溶存態無機リン（ＤＩＰ）濃度を測定し、また、上記ＤＴＮ濃度とＤＩＮ濃度との差を溶存態有機窒素（ＤＯＮ； Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ）濃度として求めた。
【００３６】
この有機物分解処理試験の結果を図２に示す。
この図２の結果から明らかなように、有機物分解処理前の試料水におけるＤＯＮ濃度に比べて、有機物分解処理後の試料水におけるＤＯＮ濃度が安定的に低減しており、また、これに対応してＤＩＮ濃度及びＤＩＰ濃度が著しく上昇しており、この細菌リアクターのＵ１８菌株により試料水中の有機物が効果的に分解・無機化されていることが判明した。
【００３７】
実施例２
〔付着性微細藻類の採取、単離及び無菌化〕
上記実施例１と同様にして微生物を脱脂綿により採取し、オートクレーブ処理したＦ液体培地（岩崎， １９７９）１０ｍｌを入れた１３ｍｍφ試験管に入れ、攪拌してから２０℃、１４ｈ−１０ｈのＬ−Ｄサイクル、照度８０μＥ・ｍ−２・ｓ−１の条件で５日間静置培養した。
【００３８】
培養５日後に脱脂綿のみを除去し、培地を交換してから試験管内に付着した微生物をアルコール滅菌したガラス棒で剥離し、新しい培地に植え継いで５日間培養した。この工程を５回繰り返し、培養液を顕微鏡で観察し、特定の種の微細藻類が優占して繁殖している試験管１０本を選抜した。
【００３９】
ホールスライドガラスに、上で選抜した微細藻類の培養液を入れ、キャピラリーピペットを用いて顕微鏡下で１細胞づつ釣り上げ、新しいＦ液体培地を入れた２４ウェルマイクロプレートに接種して培養し、培養中に速やかに形成された単一種のみの微細藻類のコロニーを白金耳で採取し、Ｆ液体培地に画線して培養し、その後に形成されたコロニーを白金耳で採取して再度Ｆ液体培地に接種することにより、微細藻類のＤ１株（以下、単に「Ｄ１藻株」という）を単離した。
【００４０】
次に、上で単離したＤ１藻株の培養液について、抗生物質のストレプトマイシン、ペニシリンＧカリウム、エリスロマイシン、クロラムフェニコール及びポリミキシンを用い、抗生物質併用キャピラリーピペット洗浄法によりＤ１藻株の無菌化を試みた。先ず、Ｄ１藻株の培養懸濁液をガラスシャーレ入りホールスライドガラスに１００μｌとり、顕微鏡下でキャピラリーピペットを用いて細胞を吸い上げ、同じくガラスシャーレ入りホールスライドガラスに入った上記抗生物質の混合液１００μｌに洗いこんだ。この操作を次々に１０回繰り返した後、Ｄ１藻株を１細胞づつ培地に接種し、１週間培養して得られた培養液の一部を染色（ＤＡＰＩ染色）し、顕微鏡で直接観察して細菌の有無を調べた。結果は、無菌化が達成されていた。
【００４１】
〔藻類リアクターの作製〕
図３に示すように、また、図１と同様に、内径２４ｍｍ×長さ１４０ｍｍの大きさの透明ガラス製筒体６ｂの両端を導入口３ｂ又は排出口４ｂを有する密栓７ｂ，８ｂで密閉し、下端に導入口３ｂを有すると共に上端に排出口４ｂを有し、また、これら導入口３ｂと排出口４ｂとの間に反応域２ｂを有するリアクター本体１ｂを構成し、このリアクター本体１ｂの反応域２ｂ内には付着担体５ｂとして直径約５ｍｍの無色透明のガラスビーズを充填した。
【００４２】
また、Ｆ液体培地１０ｍｌを入れた１８ｍｍφ試験管でＤ１藻株を１週間前々培養し、その培養液２ｍｌを新しいＦ液体培地に植え継いで更に１週間前培養し、ヒスコトロン（日音医理科機械製作所製）を用いて試験管内壁に付着して増殖している藻体を剥離し、懸濁させた。
上記リアクター本体１ｂの反応域２ｂ内にＦ液体培地２０ｍｌを充填してオートクレーブ処理した後、上記の前培養して得られた藻体懸濁液３ｍｌを接種し、１週間静置培養し、次に反応域２ｂ内の培地を除去し、代わりに人工海水（ＡＳＷ）２３ｍｌを入れ、１日間静置培養して反応域２ｂ内に残留した培地を除去し、藻類リアクターを調製した。
【００４３】
〔藻類リアクターの無機栄養塩除去処理試験〕
先ず、高知県海洋深層水研究所において水深３４０ｍより採取され、砂濾過された海洋深層水を用い、溶存態無機窒素（ＤＩＮ）約２５μＭ及び溶存態無機リン（ＤＩＰ）約１．７μＭを含む無機栄養塩含有廃水（被処理水）の試料水を調製した。
【００４４】
次に、ペリスタルティクポンプを用いて、上記のようにして作製した藻類リアクターに、その導入口３ｂから反応域２ｂ内に上記試料水を送水速度１０００ｍｌ／日（換水率４２回転／日）で連続的に送水し、２０℃、１４ｈ−１０ｈのＬ−Ｄサイクル、照度８０μＥ・ｍ−２・ｓ−１の条件で２０日間培養し、試料水の無機栄養塩除去処理試験を行った。
【００４５】
この無機栄養塩除去処理試験の間、藻類リアクターの導入口３ｂ及び排出口４ｂから経時的に有機物分解処理前後の試料水を採取し、ＧＦ／Ｃグラスファイバーフィルターで濾過した後、無機栄養塩自動分析装置（ＴＲＡＡＣＳ−８００）を用い、溶存態無機窒素（ＤＩＮ）濃度と溶存態無機リン（ＤＩＰ）濃度とを測定した。
【００４６】
この無機栄養塩除去処理試験の結果を図４に示す。
この図４の結果から明らかなように、無機栄養塩除去処理前の試料水におけるＤＩＮ濃度及びＤＩＰ濃度に比べて、無機栄養塩除去処理後の試料水におけるＤＩＮ濃度及びＤＩＰ濃度は共に大幅に低下しており、また、藻類リアクター内では浮遊藻体に比べて付着藻体が大幅に大量に増殖しており、この藻類リアクター内の付着担体に付着したＤ１藻株により試料水中の無機栄養塩が効果的に取り込まれて除去されていることが判明した。
【００４７】
実施例３
〔水浄化装置の作製〕
上記実施例１と全く同様にして調製した細菌リアクターと上記実施例２と全く同様にして調製した藻類リアクターとを用い、図５に示すように、細菌リアクターのリアクター本体１ａの排出口４ａと藻類リアクターのリアクター本体１ｂの導入口３ｂとを連結し、細菌リアクターのリアクター本体１ａが上流に位置して藻類リアクターのリアクター本体１ｂが下流に位置する水浄化装置を構成した。
【００４８】
〔試料水Ａ〜Ｄの調製〕
また、高知県浦ノ内湾の光松定点で次の４種の表層水、すなわち夏季の赤潮発生時の表層水（試料水Ａ）、夏季の表層水（試料水Ｂ）、秋季の表層水（試料水Ｃ）、及び秋季の珪藻ブルーム時の表層水（試料水Ｄ）をそれぞれ採取し、それぞれ試料水Ａ〜Ｄとした。
【００４９】
〔水浄化装置による海水浄化試験〕
次に、ペリスタルティクポンプを用いて、上記水浄化装置にその細菌リアクターのリアクター本体１ａの導入口３ａから上記各試料水Ａ〜Ｄを送水速度１２００ｍｌ／日（換水率１回転／日）で連続的に送水し、この細菌リアクター内ではＵ１８菌株を２０℃暗条件で２０日間培養し、各試料水Ａ〜Ｄの有機物分解処理を行った。
【００５０】
また、この細菌リアクターのリアクター本体１ａの排水口４ａから排出される有機物分解処理後の処理済水を、上記水浄化装置の藻類リアクターのリアクター本体１ｂの導入口３ｂから反応域２ｂ内に連続的に導入し（換水率４２回転／日）、この藻類リアクター内ではＤ１藻株を、２０℃、１４ｈ−１０ｈのＬ−Ｄサイクル、照度８０μＥ・ｍ−２・ｓ−１の条件で２０日間培養し、各試料水Ａ〜Ｄから得られた有機物分解処理後の処理済水について無機栄養塩除去処理を行った。
【００５１】
この海水浄化試験の間、図５に示す水浄化装置のサンプル採取位置▲１▼〜▲３▼からそれぞれ経時的に処理前後の試料水Ａ〜Ｄを採取し、ＧＦ／Ｃグラスファイバーフィルターで濾過した後、無機栄養塩自動分析装置（ＴＲＡＡＣＳ−８００）を用い、溶存態無機窒素（ＤＩＮ）濃度、溶存態有機窒素（ＤＯＮ）濃度、及び溶存態無機リン（ＤＩＰ）濃度を測定した。
【００５２】
また、採取した各試料水Ａ〜Ｄ１００ｍｌをＧＦ／Ｃグラスファイバーフィルターで濾過した後、このＧＦ／Ｃグラスファイバーフィルターに酸化剤ＰＥＲＯＸ（０．１Ｍ−Ｋ２Ｓ２Ｏ８＋０．６Ｎ−ＮａＯＨ）を添加して加熱・加圧分解し、粒状態有機窒素（ＰＯＮ； Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ）の全てをＮＯ３に酸化した（Ｎｙｄａｈｌ， １９７８）後、再びＧＦ／Ｃグラスファイバーフィルターで濾過してから無機栄養塩自動分析装置（ＴＲＡＡＣＳ−８００）で測定し、ＰＯＮ濃度を求めた。
【００５３】
この海水浄化試験に使用した試料水Ａ〜ＤのＤＩＰ濃度、ＤＩＮ濃度、ＤＯＮ濃度及びＰＯＮ濃度を表１に示す。
また、この海水浄化試験の結果を図６〜図９に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】
比較例１
図５に示す水浄化装置において、Ｕ１８菌株及びＤ１藻株を付着させずに付着担体のみを用いた以外は、上記実施例３と同様に海水浄化試験を行った。
結果を図１０〜図１３に示す。
【００５６】
上記実施例３の図６と比較例１の図１０との比較、実施例３の図７と比較例１の図１１との比較、実施例３の図８と比較例１の図１２との比較、及び、実施例３の図９と比較例１の図１３との比較から明らかなように、Ｕ１８菌株及びＤ１藻株を用いた実施例３においては、これらＵ１８菌株及びＤ１藻株を用いない比較例１に比べて、各試料水Ａ〜Ｄが格段に浄化されていることが判明した。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、有機物及び／又は無機栄養塩を含有して富栄養化の原因になる有機物及び／又は無機栄養塩含有廃水（被処理水）や海水又は淡水の閉鎖系水域で富栄養化した水（被処理水）から、有機物及び／又は無機栄養塩を効率良く除去することができ、しかも、大量の被処理水を連続的にかつ容易に操業可能な水浄化装置を提供することができる。
【００５８】
また、本発明によれば、有機物を含有して富栄養化の原因になる有機物含有廃水（被処理水）や海水又は淡水の閉鎖系水域で富栄養化した水（被処理水）から、有機物を効率良く分解して除去することができ、しかも、大量の被処理水を連続的にかつ容易に操業可能であり、上記水浄化装置を構成するバイオリアクターとして好適な細菌リアクターを提供することができる。
【００５９】
更に、本発明によれば、無機栄養塩を含有して富栄養化の原因になる無機栄養塩含有廃水（被処理水）や海水又は淡水の閉鎖系水域で富栄養化した水（被処理水）から、無機栄養塩を効率良く除去することができ、しかも、大量の被処理水を連続的にかつ容易に操業可能であり、上記水浄化装置を構成するバイオリアクターとして好適な藻類リアクターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る細菌リアクターの要部を示す縦断面説明図である。
【図２】図２は、実施例１の有機物分解処理試験の結果を示すグラフ図である。
【図３】図３は、本発明の実施例２に係る藻類リアクターの要部を示す縦断面説明図である。
【図４】図４は、実施例２の無機栄養塩除去処理試験の結果を示すグラフ図である。
【図５】図５は、本発明の実施例３に係る水浄化装置の要部を示す説明図である。
【図６】図６は、実施例３において、試料水Ａを用いて行った海水浄化試験の結果を示すグラフ図である。
【図７】図７は、実施例３において、試料水Ｂを用いて行った海水浄化試験の結果を示すグラフ図である。
【図８】図８は、実施例３において、試料水Ｃを用いて行った海水浄化試験の結果を示すグラフ図である。
【図９】図９は、実施例３において、試料水Ｄを用いて行った海水浄化試験の結果を示すグラフ図である。
【図１０】図１０は、比較例１において、試料水Ａを用いて行った海水浄化試験の結果を示すグラフ図である。
【図１１】図１１は、比較例１において、試料水Ｂを用いて行った海水浄化試験の結果を示すグラフ図である。
【図１２】図１２は、比較例１において、試料水Ｃを用いて行った海水浄化試験の結果を示すグラフ図である。
【図１３】図１３は、比較例１において、試料水Ｄを用いて行った海水浄化試験の結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ…リアクター本体、２ａ，２ｂ…反応域、３ａ，３ｂ…導入口、４ａ，４ｂ…排出口、５ａ，５ｂ…付着担体、６ａ…塩化ビニール製筒体、６ｂ…透明ガラス製筒体、７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ…密栓、▲１▼〜▲３▼…サンプル採取位置。
【発明の属する技術分野】
この発明は、付着性従属栄養性細菌を用いた水処理用のバイオリアクター（細菌リアクター）、又は付着性微細藻類を用いた水処理用のバイオリアクター（藻類リアクター）、若しくはこれらの細菌リアクターと藻類リアクターとを組み合わせて構成した水浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内湾海域や湖、沼、流れの遅い河川等の閉鎖系水域においては、例えば、隣接する漁港の漁獲物処理場から排出される漁獲物の洗浄廃水、処理廃水、加工廃水等や、近隣の畜産物、食品等の加工工場等から排出される畜産廃水、食品廃水等を始めとする産業廃水、近隣の家庭から排出される生活廃水等の有機物を含有する廃水（有機物含有廃水）が流入し、あるいは、プランクトン等の生物遺骸や魚介類養殖業の給餌、魚の糞等による自家汚染等が原因し、赤潮やアオコ等の発生や貧酸素化等の様々な弊害を引き起こす富栄養化の問題が深刻になっている。
【０００３】
そこで、従来においても、有機物を含んで上述した閉鎖系水域での富栄養化の原因になる種々の有機物含有廃水を処理し、あるいは、富栄養化した閉鎖系水域の底部に浮遊するヘドロ等を処理するための様々な試みが行われている。
【０００４】
例えば、特許第２，９５５，６０８号掲載公報には、バチルス菌に属する有機物分解能を有する微生物（バチルス菌ＨＲ−６等）を用いて生ゴミ等の有機廃棄物を分解し、副生した処理完了物については肥料や飼料等として再利用することが提案されており、また、特開２００１−９５，５６４号公報には、おが屑等の担体に担持させたブレビバクテリウム、大腸菌、ＪＦ２菌等の蛋白分解能を有する好塩性好気性細菌を用い、ばっき攪拌装置を備えた分解槽で塩分を含有する貝汁やクラゲ細断ゲル状液等の有機物含有廃水の有機物を分解し、この分解槽で分解された有機物の固形分を沈殿槽で沈殿させて分離し、更に必要により回収された有機物の固形分を上記のバチルス菌ＨＲ−６で分解する有機物分解方法及び装置が提案されている。
【０００５】
しかしながら、これらの方法は、生ゴミ等の有機廃棄物や、貝汁やクラゲ細断ゲル状液等の有機物を極めて高濃度で含む有機物含有廃水を処理の対象としており、閉鎖系水域に流れ込む比較的低濃度の有機物を含有する種々の有機物含有廃水や、閉鎖系水域においてこれらの有機物含有廃水や自家汚染等が原因して富栄養化した水の浄化には不向きである。
【０００６】
また、バチルス菌や好塩性好気性細菌を用いて有機物を分解処理した後の処理済水は、その有機物濃度は低下しているものの、微生物により有機物を分解した際にはアンモニウム塩（ＮＨ４）、硝酸塩（ＮＯ３）及び亜硝酸塩（ＮＯ２）からなる溶存態無機窒素（ＤＩＮ； Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ）や、リン酸塩（ＰＯ４）からなる溶存態無機リン（ＤＩＰ； Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ）や、その他ケイ酸塩（ＳｉＯ４）、硫酸塩（ＳＯ４）等の無機栄養塩が副生して蓄積され、この無機栄養塩濃度はかえって高濃度になる。このため、この微生物で有機物を分解処理した後の処理済水をそのまま閉鎖系水域に放流すると、この閉鎖系水域での無機栄養塩濃度が高くなって富栄養化し、内湾海域においてはシャットネラ（ラフィド藻の一種）等の赤潮発生の原因になるほか、湖、沼、河川等においてはアオコ等の発生の原因になる。そこで、この有機物を分解した後の処理済水はそのままでは閉鎖系水域に放流することができず、この無機栄養塩を除去するための面倒な廃水処理が不可欠になる。
【０００７】
また、特開平１１−３０９，４９１号公報には、光合成細菌と有機栄養微生物の共生作用により、高濃度の有機物含有廃水や閉鎖系水域の富栄養化により生じたヘドロを好気的に分解することが提案されている。しかしながら、この方法においても、上記の場合と同様に、高濃度の有機物含有廃水やヘドロ中の有機物を分解した後に回収される処理済水中には不可避的に無機栄養塩が蓄積し、この無機栄養塩を除去するための面倒な廃水処理が必要になる。
【０００８】
更に、特開平９−１０６号公報や特開平１０−１１８，６８９号公報には、内部に浮遊性微細藻類を収容するバイオリアクターと、高濃度の無機栄養塩を含んで富栄養化状態になった海水や淡水を上記バイオリアクター内に揚水する揚水装置と、上記バイオリアクター内の浮遊性微細藻類を回収する藻類回収装置とを備え、内湾海域や湖、沼、河川等の閉鎖系水域の富栄養化状態の水を浄化し、内湾海域においては赤潮の発生を、また、湖、沼、河川等においてはアオコ等の発生を防止すると共に、浮遊性微細藻類により固定化した無機栄養塩を再利用することが提案されている。
【０００９】
しかしながら、この方法においては、バイオリアクター内で増殖し浮遊する微細藻類を回収するための藻類回収装置が必須であり、この藻類回収装置は、その性質上、構造が複雑であるほか、その操業やメンテナンスに多大な手間を要し、しかも、処理しようとする海水や淡水の処理量を増大させようとすると、無機栄養塩を回収する浮遊性微細藻類の密度が希釈されて低くなり、処理効率が著しく低下する。
【００１０】
更に、有機物分解能を有する微生物を用いて種々の有機物含有廃水中の有機物を分解する場合、ばっき攪拌装置を備えた分解槽を用いてバッチ式で操業されるのが普通であるが、大量の廃水を処理するためには大掛かりな設備が必要になり、しかも、各分解槽ごとの連続運転が困難であって、必ずしもその操業が効率的であるとはいえない。富栄養化した海水や淡水の従来の微生物による浄化方法は、浮遊性の微生物を用いていることから、大量の廃水を短時間で処理できないという問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者らは、連続的にかつ容易に操業可能であると共に、内湾海域や湖、沼、河川等の閉鎖系水域での富栄養化の原因になる種々の有機物含有廃水や閉鎖系水域において富栄養化状態の水等の被処理水を効率良く処理することができ、特に被処理水中の無機栄養塩を効率良く除去することができてる水浄化装置について鋭意検討した結果、有機物を含む被処理水については付着性従属栄養性細菌を用いた細菌リアクターで処理し、また、無機栄養塩を含む被処理水については付着性微細藻類を用いた藻類リアクターで処理することにより、有機物及び／又は無機栄養塩を含む被処理水を効率的に処理することができ、最終的には有機物及び無機栄養塩が共に除去された処理済水とすることができることを見出し、本発明を完成した。
【００１２】
従って、本発明の目的は、有機物及び／又は無機栄養塩を含有して富栄養化の原因になる有機物及び／又は無機栄養塩含有廃水（被処理水）や海水又は淡水の閉鎖系水域で富栄養化した水（被処理水）から、有機物及び／又は無機栄養塩を効率良く除去することができ、しかも、大量の被処理水を連続的にかつ容易に操業可能な水浄化装置を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、有機物を含有して富栄養化の原因になる有機物含有廃水（被処理水）や海水又は淡水の閉鎖系水域で富栄養化した水（被処理水）から、有機物を効率良く分解して除去することができ、しかも、連続的にかつ容易に操業可能であり、上記水浄化装置を構成するバイオリアクターとして好適な細菌リアクターを提供することにある。
【００１４】
更に、本発明の他の目的は、無機栄養塩を含有して富栄養化の原因になる無機栄養塩含有廃水（被処理水）や海水又は淡水の閉鎖系水域で富栄養化した水（被処理水）から、無機栄養塩を効率良く除去することができ、しかも、連続的にかつ容易に操業可能であり、上記水浄化装置を構成するバイオリアクターとして好適な藻類リアクターを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、有機物を含む被処理水が処理される反応域、この反応域に上記被処理水を導入する導入口及び上記反応域内で処理された処理済水を排出する排水口を有するリアクター本体と、このリアクター本体の上記反応域内に充填された付着担体と、この付着担体の表面に付着された付着性従属栄養性細菌とからなる細菌リアクターであり、上記導入口から反応域内に被処理水を導入し、この反応域内では上記付着性従属栄養性細菌で被処理水中の有機物を分解し、この有機物分解処理後の処理済水を排出口から排出することを特徴とする水処理用の細菌リアクターである。
【００１６】
また、本発明は、無機栄養塩を含む被処理水が処理される反応域、この反応域に上記被処理水を導入する導入口及び上記反応域内で処理された処理済水を排出する排水口を有するリアクター本体と、このリアクター本体の上記反応域内に充填された付着担体と、上記付着担体の表面に付着された付着性微細藻類とからなる藻類リアクターであり、上記導入口から反応域内に被処理水を導入し、この反応域内では上記付着性微細藻類により被処理水中の無機栄養塩を取り込んで除去し、この無機栄養塩除去処理後の処理済水を排出口から排出することを特徴とする水処理用の藻類バイオリアクターである。
【００１７】
更に、本発明は、上記の細菌リアクターの排出口と上記の藻類リアクターの導入口とを連結して構成され、上記細菌リアクターの反応域内に有機物を含む被処理水を導入してこの被処理水中の有機物を付着性従属栄養性細菌で分解し、次いで、得られた有機物分解処理後の処理済水を藻類リアクターの反応域内に導入してこの処理済水中の無機栄養塩を付着性微細藻類により取り込んで除去し、有機物と無機栄養塩とが分解・除去されて浄化された処理済水を排出することを特徴とする水浄化装置である。
【００１８】
本発明において、細菌リアクターや藻類リアクターを構成するリアクター本体は、それが被処理水である有機物や無機栄養塩を含有する水に対して優れた耐蝕性を有する材質で形成され、連続操業に適した型式のものであれば特に制限はないが、好ましくは、その下部に被処理水の導入口を有すると共に上部に処理済水の排水口を有し、反応域内を下方から上方に向けて被処理水が流れる縦型であるのがよく、また、特に藻類リアクターのリアクター本体については、付着性微細藻類にその繁殖に必要な光を照射するために、好ましくは光透過性であるのがよい。
【００１９】
また、細菌リアクターや藻類リアクターの反応域内に充填される付着担体についても、基本的には付着性従属栄養性細菌や付着性微細藻類が容易に付着でき、上記リアクター本体の反応域内に充填できるものであればよく、例えば、小塊状、球状、直方体状、円柱状、角柱状、円筒状、角筒状、馬蹄形状、鞍形状等の形状に形成されたガラス製、セラミックス製、プラスチック製、金属製、製鉄スラグ製等のものが挙げられる。そして、この付着担体については、好ましくは、より多くの付着性従属栄養性細菌や付着性微細藻類を付着させるために比表面積の大きいものがよく、また、同じ体積でより比表面積が大きく、かつ、付着性従属栄養性細菌や付着性微細藻類をより確実に付着させるために多孔質体で形成するのがよい。また、特に藻類リアクターで用いる付着担体については、リアクター本体の場合と同様に、付着性微細藻類にその繁殖に必要な光を照射するために、好ましくは光透過性であるのがよい。
【００２０】
本発明において、細菌リアクターの付着担体に付着させる付着性従属栄養性細菌については、被処理水が海水である場合には、この海水中で付着担体に付着し、有機物を栄養源として生育する従属栄養性（動物性）であることが必要であり、また、被処理水が淡水である場合には、この淡水中で付着担体に付着し、有機物を栄養源として生育する従属栄養性（動物性）であることが必要である。これは、細菌リアクターの反応域に充填した付着担体に確実に付着して流失することがなく、また、被処理水中の有機物を分解処理するためである。
【００２１】
この付着性従属栄養性細菌の具体例としては、例えば、ビブリオ属、アルテロモナス属、アルカリゲネス属等の蛋白分解活性の高いバクテリアを挙げることができ、有機物分解速度（細菌増殖速度）や取扱性等の観点から、好ましくは単離された菌株であるのがよい。特に、富栄養化した閉鎖系水域の水中から、特に水中に沈んだ岩石や粒状有機物等の表面から採取されるバクテリアは、所望の付着性と従属栄養性を有するものであることが多いので、この富栄養化した閉鎖系水域から採取されたバクテリアを定法に従って単離し、この単離された菌株からより優れた付着性及び従属栄養性を有する菌株を選択して用いるのがよい。
【００２２】
また、本発明において、藻類リアクターの付着担体に付着させる付着性微細藻類については、被処理水が海水である場合には、この海水中で付着担体に付着し、無機栄養塩を栄養源として生育することが必要であり、また、被処理水が淡水である場合には、この淡水中で付着担体に付着し、無機栄養塩を栄養源として生育することが必要である。これは、藻類リアクターの反応域に充填した付着担体に確実に付着して流失することがなく、また、被処理水中の無機栄養塩を取り込んで除去するためである。
【００２３】
この付着性微細藻類の具体例としては、例えば、ニッチャ属やナビキュラ属等の珪藻類、ラン藻類、緑藻類等を挙げることができ、無機栄養塩除去速度（増殖速度）の観点から、好ましくは単離された藻株であるのがよく、更には魚介類の餌料として再利用に適していることから、好ましくは珪藻類であってより好ましくは単離された珪藻類であるのがよい。特に、富栄養化した閉鎖系水域の水中から、特に水中に沈んだ岩石等の表面から採取される藻類は、所望の付着性と無機栄養塩除去速度を有するものが多いので、この富栄養化した閉鎖系水域から採取された藻類を定法に従って単離し、この単離された藻株からより優れた付着性及び増殖性を有する藻株を選択して用いるのがよい。
【００２４】
本発明において、上記の細菌リアクターと藻類リアクターとを連結して水浄化装置を構成する場合、細菌リアクターの排水口に藻類リアクターの導入口を接続し、細菌リアクターが上流に位置して藻類リアクターが下流に位置するように配置することが必要であり、これによって、細菌リアクターの付着性従属栄養性細菌で被処理水中の有機物を分解した際に、有機物が分解されて無機化し、有機物分解処理後の処理済水中に無機栄養塩が蓄積するが、この有機物分解処理後の処理済水中に蓄積した無機栄養塩を藻類リアクターの付着性微細藻類により取り込んで除去することができ、富栄養化の原因になる有機物と無機栄養塩とが共に分解・除去されて浄化された処理済水を排出することができる。
【００２５】
また、本発明において、藻類リアクターでの無機栄養塩取込・除去速度が細菌リアクターでの有機物分解・再生速度よりも速いのが一般的であるので、好ましくは、被処理水を比較的大型の細菌リアクターに連続的に導入し、引き続きこの細菌リアクターからその下流の比較的小型の藻類リアクターに連続的に通水するのがよく、これによって構成された水浄化装置の無駄のない連続的操業が可能になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、実施例及び比較例に基いて、本発明の好適な実施の形態を具体的に説明する。
【００２７】
実施例１
〔付着性従属栄養性細菌の採取と単離〕
高知県浦ノ内湾の光松定点で水深約２０ｃｍの位置にスライドガラスを沈め、１週間後にこのスライドガラスを回収し、スライドガラスの表面を滅菌した脱脂綿で拭ってこのスライドガラスに付着した微生物を採取し、ＦｅＴＹ液体培地（Ｆｕｋａｍｉｅｔ ａｌ．， １９９２）１０ｍｌを入れた１３ｍｍφ試験管に入れ、２０℃暗所で２日間静置培養した。
【００２８】
培地の液体表面に形成された被膜を白金耳で釣り上げ、新しいＦｅＴＹ培地に接種する工程を毎日計３回繰り返し、被膜を速やかに形成する菌株を選抜し、その後、これらの培養液をＦｅＴＹ寒天平板培地に画線して最終的に２２株の付着性細菌を単離し、３％半流動ＦｅＴＹ寒天培地で更に前培養した。
【００２９】
次に、ＦｅＴＹ液体培地５０ｍｌとスライドガラスを入れた３ｃｍφ試験管に上記前培養した培養液２．５ｍｌを接種し、１日間静置培養した後スライドガラスを取り出し、０．２μｍヌクレポアフィルターで濾過滅菌した熟成海水によりこのスライドガラスを軽く洗浄してから片面を４，６−ｄｉａｍｉｄｉｎｏ−２−ｐｈｅｎｙｌｉｎｄｏｌｅ（ＤＡＰＩ）で染色し、スライドガラス表面に付着している細菌の細胞数を落射蛍光顕微鏡下で計数し、付着細胞数の多いものを付着性の高い菌株として選抜した。
【００３０】
また、１６５℃で１時間乾熱滅菌した直径８ｍｍのペーパーディスクに上記前培養した培養液を湿潤し、このペーパーディスクをカゼイン重曹寒天平板培地（Ａａｒｏｎｓｏｎ， １９７０）上に乗せて３日間培養し、ペーパーディスク周辺に形成されるハローが大きいものを蛋白質分解活性（有機物分解活性）の高い菌株として選抜した。
このようにして単離した２２株の付着性細菌から、付着性と蛋白質分解活性（有機物分解活性）に優れた付着性従属栄養性細菌のＵ１８株（以下、単に「Ｕ１８菌株」という）を選抜した。
【００３１】
〔細菌リアクターの作製〕
図１に示すように、内径７ｃｍ×長さ５０ｃｍの大きさの不透明な塩化ビニール製筒体６ａの両端を導入口３ａ又は排出口４ａを有する密栓７ａ，８ａで密閉し、下端に導入口３ａを有すると共に上端に排出口４ａを有し、また、これら導入口３ａと排出口４ａとの間に反応域２ａを有するリアクター本体１ａを構成し、このリアクター本体１ａの反応域２ａ内には付着担体５ａとして洗浄後オートクレーブ処理した多孔質セラミック粒（直径約８〜１６ｍｍ、株式会社テトラ製商品名：エコブレス）を充填した。なお、このエコブレスは、石炭灰のうちのクリンカーアッシュ、廃ガラス瓶の粒状物及び無機鉱物を加熱溶融して作製されたものである。
【００３２】
このリアクター本体１ａの反応域２ａ内に、オートクレーブ処理した１／１００希釈ＦｅＴＹ液体培地１リットルを入れ、そこに１／５希釈ＦｅＴＹ液体培地で２日間前培養したＵ１８菌株の培養液１５０ｍｌを接種し、１週間静置培養を行い、付着担体５ａの表面及びリアクター本体１ａの内壁面に付着させて増殖させた。その後、反応域２ａ内の培地を除去し、代わりに人工海水（ＡＳＷ）１１５０ｍｌを入れ、Ｕ１８菌株を２日間飢餓培養し、細菌リアクターを調製した。
【００３３】
〔細菌リアクターの有機物分解処理試験〕
先ず、富栄養化した内湾海水である高知県浦ノ内湾の光松定点の表層水を０．２μｍフィルターで濾過・除菌し、得られた海水に、人工的に有機物濃度を増加させないために、１／１００濃度となるようにＦｅＴＹ液体培地を添加し、有機物含有廃水（被処理水）の試料水を調製した。
【００３４】
次に、ペリスタルティクポンプを用いて、上記のようにして作製した細菌リアクターに、その導入口３ａから反応域２ａ内に上記試料水を送水速度１０００ｍｌ／日（換水率１回転／日）で連続的に送水し、２０℃暗条件で２０日間培養し、試料水の有機物分解処理試験を行った。
【００３５】
この有機物分解処理試験の間、細菌リアクターの導入口３ａ及び排出口４ａから経時的に有機物分解処理前後の試料水を採取し、ＧＦ／Ｃグラスファイバーフィルター（Ｗｈａｔｍａｎ社製）で濾過した後、無機栄養塩自動分析装置（ＢＲＡＮ＋ＬＵＥＢＢＥ社製ＴＲＡＡＣＳ−８００）を用い、溶存態無機窒素（ＤＩＮ）濃度と溶存態全窒素（ＤＴＮ； Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｔｏｔａｌ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ）〔試料水に酸化剤ＰＥＲＯＸ（０．１Ｍ−Ｋ２Ｓ２Ｏ８＋０．６Ｎ−ＮａＯＨ）を添加して加圧・分解し、ＮＯ３に酸化・分解して得られた窒素濃度（Ｎｙｄａｈｌ， １９７８）〕とを測定すると共に溶存態無機リン（ＤＩＰ）濃度を測定し、また、上記ＤＴＮ濃度とＤＩＮ濃度との差を溶存態有機窒素（ＤＯＮ； Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ）濃度として求めた。
【００３６】
この有機物分解処理試験の結果を図２に示す。
この図２の結果から明らかなように、有機物分解処理前の試料水におけるＤＯＮ濃度に比べて、有機物分解処理後の試料水におけるＤＯＮ濃度が安定的に低減しており、また、これに対応してＤＩＮ濃度及びＤＩＰ濃度が著しく上昇しており、この細菌リアクターのＵ１８菌株により試料水中の有機物が効果的に分解・無機化されていることが判明した。
【００３７】
実施例２
〔付着性微細藻類の採取、単離及び無菌化〕
上記実施例１と同様にして微生物を脱脂綿により採取し、オートクレーブ処理したＦ液体培地（岩崎， １９７９）１０ｍｌを入れた１３ｍｍφ試験管に入れ、攪拌してから２０℃、１４ｈ−１０ｈのＬ−Ｄサイクル、照度８０μＥ・ｍ−２・ｓ−１の条件で５日間静置培養した。
【００３８】
培養５日後に脱脂綿のみを除去し、培地を交換してから試験管内に付着した微生物をアルコール滅菌したガラス棒で剥離し、新しい培地に植え継いで５日間培養した。この工程を５回繰り返し、培養液を顕微鏡で観察し、特定の種の微細藻類が優占して繁殖している試験管１０本を選抜した。
【００３９】
ホールスライドガラスに、上で選抜した微細藻類の培養液を入れ、キャピラリーピペットを用いて顕微鏡下で１細胞づつ釣り上げ、新しいＦ液体培地を入れた２４ウェルマイクロプレートに接種して培養し、培養中に速やかに形成された単一種のみの微細藻類のコロニーを白金耳で採取し、Ｆ液体培地に画線して培養し、その後に形成されたコロニーを白金耳で採取して再度Ｆ液体培地に接種することにより、微細藻類のＤ１株（以下、単に「Ｄ１藻株」という）を単離した。
【００４０】
次に、上で単離したＤ１藻株の培養液について、抗生物質のストレプトマイシン、ペニシリンＧカリウム、エリスロマイシン、クロラムフェニコール及びポリミキシンを用い、抗生物質併用キャピラリーピペット洗浄法によりＤ１藻株の無菌化を試みた。先ず、Ｄ１藻株の培養懸濁液をガラスシャーレ入りホールスライドガラスに１００μｌとり、顕微鏡下でキャピラリーピペットを用いて細胞を吸い上げ、同じくガラスシャーレ入りホールスライドガラスに入った上記抗生物質の混合液１００μｌに洗いこんだ。この操作を次々に１０回繰り返した後、Ｄ１藻株を１細胞づつ培地に接種し、１週間培養して得られた培養液の一部を染色（ＤＡＰＩ染色）し、顕微鏡で直接観察して細菌の有無を調べた。結果は、無菌化が達成されていた。
【００４１】
〔藻類リアクターの作製〕
図３に示すように、また、図１と同様に、内径２４ｍｍ×長さ１４０ｍｍの大きさの透明ガラス製筒体６ｂの両端を導入口３ｂ又は排出口４ｂを有する密栓７ｂ，８ｂで密閉し、下端に導入口３ｂを有すると共に上端に排出口４ｂを有し、また、これら導入口３ｂと排出口４ｂとの間に反応域２ｂを有するリアクター本体１ｂを構成し、このリアクター本体１ｂの反応域２ｂ内には付着担体５ｂとして直径約５ｍｍの無色透明のガラスビーズを充填した。
【００４２】
また、Ｆ液体培地１０ｍｌを入れた１８ｍｍφ試験管でＤ１藻株を１週間前々培養し、その培養液２ｍｌを新しいＦ液体培地に植え継いで更に１週間前培養し、ヒスコトロン（日音医理科機械製作所製）を用いて試験管内壁に付着して増殖している藻体を剥離し、懸濁させた。
上記リアクター本体１ｂの反応域２ｂ内にＦ液体培地２０ｍｌを充填してオートクレーブ処理した後、上記の前培養して得られた藻体懸濁液３ｍｌを接種し、１週間静置培養し、次に反応域２ｂ内の培地を除去し、代わりに人工海水（ＡＳＷ）２３ｍｌを入れ、１日間静置培養して反応域２ｂ内に残留した培地を除去し、藻類リアクターを調製した。
【００４３】
〔藻類リアクターの無機栄養塩除去処理試験〕
先ず、高知県海洋深層水研究所において水深３４０ｍより採取され、砂濾過された海洋深層水を用い、溶存態無機窒素（ＤＩＮ）約２５μＭ及び溶存態無機リン（ＤＩＰ）約１．７μＭを含む無機栄養塩含有廃水（被処理水）の試料水を調製した。
【００４４】
次に、ペリスタルティクポンプを用いて、上記のようにして作製した藻類リアクターに、その導入口３ｂから反応域２ｂ内に上記試料水を送水速度１０００ｍｌ／日（換水率４２回転／日）で連続的に送水し、２０℃、１４ｈ−１０ｈのＬ−Ｄサイクル、照度８０μＥ・ｍ−２・ｓ−１の条件で２０日間培養し、試料水の無機栄養塩除去処理試験を行った。
【００４５】
この無機栄養塩除去処理試験の間、藻類リアクターの導入口３ｂ及び排出口４ｂから経時的に有機物分解処理前後の試料水を採取し、ＧＦ／Ｃグラスファイバーフィルターで濾過した後、無機栄養塩自動分析装置（ＴＲＡＡＣＳ−８００）を用い、溶存態無機窒素（ＤＩＮ）濃度と溶存態無機リン（ＤＩＰ）濃度とを測定した。
【００４６】
この無機栄養塩除去処理試験の結果を図４に示す。
この図４の結果から明らかなように、無機栄養塩除去処理前の試料水におけるＤＩＮ濃度及びＤＩＰ濃度に比べて、無機栄養塩除去処理後の試料水におけるＤＩＮ濃度及びＤＩＰ濃度は共に大幅に低下しており、また、藻類リアクター内では浮遊藻体に比べて付着藻体が大幅に大量に増殖しており、この藻類リアクター内の付着担体に付着したＤ１藻株により試料水中の無機栄養塩が効果的に取り込まれて除去されていることが判明した。
【００４７】
実施例３
〔水浄化装置の作製〕
上記実施例１と全く同様にして調製した細菌リアクターと上記実施例２と全く同様にして調製した藻類リアクターとを用い、図５に示すように、細菌リアクターのリアクター本体１ａの排出口４ａと藻類リアクターのリアクター本体１ｂの導入口３ｂとを連結し、細菌リアクターのリアクター本体１ａが上流に位置して藻類リアクターのリアクター本体１ｂが下流に位置する水浄化装置を構成した。
【００４８】
〔試料水Ａ〜Ｄの調製〕
また、高知県浦ノ内湾の光松定点で次の４種の表層水、すなわち夏季の赤潮発生時の表層水（試料水Ａ）、夏季の表層水（試料水Ｂ）、秋季の表層水（試料水Ｃ）、及び秋季の珪藻ブルーム時の表層水（試料水Ｄ）をそれぞれ採取し、それぞれ試料水Ａ〜Ｄとした。
【００４９】
〔水浄化装置による海水浄化試験〕
次に、ペリスタルティクポンプを用いて、上記水浄化装置にその細菌リアクターのリアクター本体１ａの導入口３ａから上記各試料水Ａ〜Ｄを送水速度１２００ｍｌ／日（換水率１回転／日）で連続的に送水し、この細菌リアクター内ではＵ１８菌株を２０℃暗条件で２０日間培養し、各試料水Ａ〜Ｄの有機物分解処理を行った。
【００５０】
また、この細菌リアクターのリアクター本体１ａの排水口４ａから排出される有機物分解処理後の処理済水を、上記水浄化装置の藻類リアクターのリアクター本体１ｂの導入口３ｂから反応域２ｂ内に連続的に導入し（換水率４２回転／日）、この藻類リアクター内ではＤ１藻株を、２０℃、１４ｈ−１０ｈのＬ−Ｄサイクル、照度８０μＥ・ｍ−２・ｓ−１の条件で２０日間培養し、各試料水Ａ〜Ｄから得られた有機物分解処理後の処理済水について無機栄養塩除去処理を行った。
【００５１】
この海水浄化試験の間、図５に示す水浄化装置のサンプル採取位置▲１▼〜▲３▼からそれぞれ経時的に処理前後の試料水Ａ〜Ｄを採取し、ＧＦ／Ｃグラスファイバーフィルターで濾過した後、無機栄養塩自動分析装置（ＴＲＡＡＣＳ−８００）を用い、溶存態無機窒素（ＤＩＮ）濃度、溶存態有機窒素（ＤＯＮ）濃度、及び溶存態無機リン（ＤＩＰ）濃度を測定した。
【００５２】
また、採取した各試料水Ａ〜Ｄ１００ｍｌをＧＦ／Ｃグラスファイバーフィルターで濾過した後、このＧＦ／Ｃグラスファイバーフィルターに酸化剤ＰＥＲＯＸ（０．１Ｍ−Ｋ２Ｓ２Ｏ８＋０．６Ｎ−ＮａＯＨ）を添加して加熱・加圧分解し、粒状態有機窒素（ＰＯＮ； Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ）の全てをＮＯ３に酸化した（Ｎｙｄａｈｌ， １９７８）後、再びＧＦ／Ｃグラスファイバーフィルターで濾過してから無機栄養塩自動分析装置（ＴＲＡＡＣＳ−８００）で測定し、ＰＯＮ濃度を求めた。
【００５３】
この海水浄化試験に使用した試料水Ａ〜ＤのＤＩＰ濃度、ＤＩＮ濃度、ＤＯＮ濃度及びＰＯＮ濃度を表１に示す。
また、この海水浄化試験の結果を図６〜図９に示す。
【００５４】
【表１】
比較例１
図５に示す水浄化装置において、Ｕ１８菌株及びＤ１藻株を付着させずに付着担体のみを用いた以外は、上記実施例３と同様に海水浄化試験を行った。
結果を図１０〜図１３に示す。
【００５６】
上記実施例３の図６と比較例１の図１０との比較、実施例３の図７と比較例１の図１１との比較、実施例３の図８と比較例１の図１２との比較、及び、実施例３の図９と比較例１の図１３との比較から明らかなように、Ｕ１８菌株及びＤ１藻株を用いた実施例３においては、これらＵ１８菌株及びＤ１藻株を用いない比較例１に比べて、各試料水Ａ〜Ｄが格段に浄化されていることが判明した。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、有機物及び／又は無機栄養塩を含有して富栄養化の原因になる有機物及び／又は無機栄養塩含有廃水（被処理水）や海水又は淡水の閉鎖系水域で富栄養化した水（被処理水）から、有機物及び／又は無機栄養塩を効率良く除去することができ、しかも、大量の被処理水を連続的にかつ容易に操業可能な水浄化装置を提供することができる。
【００５８】
また、本発明によれば、有機物を含有して富栄養化の原因になる有機物含有廃水（被処理水）や海水又は淡水の閉鎖系水域で富栄養化した水（被処理水）から、有機物を効率良く分解して除去することができ、しかも、大量の被処理水を連続的にかつ容易に操業可能であり、上記水浄化装置を構成するバイオリアクターとして好適な細菌リアクターを提供することができる。
【００５９】
更に、本発明によれば、無機栄養塩を含有して富栄養化の原因になる無機栄養塩含有廃水（被処理水）や海水又は淡水の閉鎖系水域で富栄養化した水（被処理水）から、無機栄養塩を効率良く除去することができ、しかも、大量の被処理水を連続的にかつ容易に操業可能であり、上記水浄化装置を構成するバイオリアクターとして好適な藻類リアクターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る細菌リアクターの要部を示す縦断面説明図である。
【図２】図２は、実施例１の有機物分解処理試験の結果を示すグラフ図である。
【図３】図３は、本発明の実施例２に係る藻類リアクターの要部を示す縦断面説明図である。
【図４】図４は、実施例２の無機栄養塩除去処理試験の結果を示すグラフ図である。
【図５】図５は、本発明の実施例３に係る水浄化装置の要部を示す説明図である。
【図６】図６は、実施例３において、試料水Ａを用いて行った海水浄化試験の結果を示すグラフ図である。
【図７】図７は、実施例３において、試料水Ｂを用いて行った海水浄化試験の結果を示すグラフ図である。
【図８】図８は、実施例３において、試料水Ｃを用いて行った海水浄化試験の結果を示すグラフ図である。
【図９】図９は、実施例３において、試料水Ｄを用いて行った海水浄化試験の結果を示すグラフ図である。
【図１０】図１０は、比較例１において、試料水Ａを用いて行った海水浄化試験の結果を示すグラフ図である。
【図１１】図１１は、比較例１において、試料水Ｂを用いて行った海水浄化試験の結果を示すグラフ図である。
【図１２】図１２は、比較例１において、試料水Ｃを用いて行った海水浄化試験の結果を示すグラフ図である。
【図１３】図１３は、比較例１において、試料水Ｄを用いて行った海水浄化試験の結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ…リアクター本体、２ａ，２ｂ…反応域、３ａ，３ｂ…導入口、４ａ，４ｂ…排出口、５ａ，５ｂ…付着担体、６ａ…塩化ビニール製筒体、６ｂ…透明ガラス製筒体、７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ…密栓、▲１▼〜▲３▼…サンプル採取位置。
Claims (11)
- 有機物を含む被処理水が処理される反応域、この反応域に上記被処理水を導入する導入口及び上記反応域内で処理された処理済水を排出する排水口を有するリアクター本体と、このリアクター本体の上記反応域内に充填された付着担体と、この付着担体の表面に付着された付着性従属栄養性細菌とからなる細菌リアクターであり、上記導入口から反応域内に被処理水を導入し、この反応域内では上記付着性従属栄養性細菌で被処理水中の有機物を分解し、この有機物分解処理後の処理済水を排出口から排出することを特徴とする水処理用の細菌リアクター。
- リアクター本体が、下部に被処理水の導入口を有すると共に上部に処理済水の排水口を有する縦型に形成されている請求項１に記載の水処理用の細菌リアクター。
- 付着性従属栄養性細菌が、富栄養化した閉鎖系水域から採取され、単離された菌株である請求項１又は２に記載の水処理用の細菌リアクター。
- 無機栄養塩を含む被処理水が処理される反応域、この反応域に上記被処理水を導入する導入口及び上記反応域内で処理された処理済水を排出する排水口を有するリアクター本体と、このリアクター本体の上記反応域内に充填された付着担体と、上記付着担体の表面に付着された付着性微細藻類とからなる藻類リアクターであり、上記導入口から反応域内に被処理水を導入し、この反応域内では上記付着性微細藻類により被処理水中の無機栄養塩を取り込んで除去し、この無機栄養塩除去処理後の処理済水を排出口から排出することを特徴とする水処理用の藻類バイオリアクター。
- リアクター本体が、下部に被処理水の導入口を有すると共に上部に処理済水の排水口を有する縦型に形成されている請求項４に記載の水処理用の藻類リアクター。
- リアクター本体が、付着性微細藻類の繁殖に必要な光を透過する光透過性である請求項４又は５に記載の水処理用の藻類リアクター。
- 付着性微細藻類の付着担体が、付着性微細藻類の繁殖に必要な光を透過する光透過性である請求項４〜６のいずれかに記載の水処理用の藻類リアクター。
- 付着性微細藻類が、富栄養化した閉鎖系水域から採取され、単離された藻株である請求項４〜７のいずれかに記載の水処理用の藻類リアクター。
- 付着性微細藻類が、珪藻類である請求項４〜８のいずれかに記載の水処理用の藻類リアクター。
- 請求項１〜３のいずれかに記載の細菌リアクターの排出口と請求項４〜９のいずれかに記載の藻類リアクターの導入口とを連結して構成され、上記細菌リアクターの反応域内に有機物を含む被処理水を導入してこの被処理水中の有機物を付着性従属栄養性細菌で分解し、次いで、得られた有機物分解処理後の処理済水を藻類リアクターの反応域内に導入してこの処理済水中の無機栄養塩を付着性微細藻類により取り込んで除去し、有機物と無機栄養塩とが分解・除去されて浄化された処理済水を排出することを特徴とする水浄化装置。
- 細菌リアクター及び藻類リアクターへの通水が連続的に行われる請求項１０に記載の水浄化装置。
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