JP2004081926A - 藻類及びミクロシスチンの処理剤並びに処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】富栄養化した閉鎖性水域に発生する藻類、特にアオコを分解し、分解に伴ない発生するミクロシスチン、ＢＯＤ成分、アンモニア性窒素を分解無毒化又は無害化する処理剤及び処理方法を提供する。
【解決手段】溶藻性を有するブレビバチルス系の微生物及びミクロシスチンを分解するスフィンゴモナス菌を包括固定化して含水ゲル処理剤とする。藻類含有水と含水ゲル処理剤とを曝気下に接触させ、同時に共存する活性汚泥、硝化菌、又は水生植物を利用して処理水の浄化を図る。
【選択図】 図１
【解決手段】溶藻性を有するブレビバチルス系の微生物及びミクロシスチンを分解するスフィンゴモナス菌を包括固定化して含水ゲル処理剤とする。藻類含有水と含水ゲル処理剤とを曝気下に接触させ、同時に共存する活性汚泥、硝化菌、又は水生植物を利用して処理水の浄化を図る。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湖沼、池、ダム、濠、内海等の閉鎖性水域に発生する浮遊性の藍藻類（アオコ）を殺藻し、殺藻に伴ない生じる有害成分を無害化する処理剤及び処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
比較的水温の高い時期になると、富栄養化した湖沼やダム等の閉鎖性水域にアオコと呼ばれる藍藻類（シアノバクテリア）が多量に発生して、水域の自然環境を破壊したり、生活用水や工業用水の利用を著しく阻害する事態がしばしば起きている。また、湖岸などに打ち寄せられたアオコは、腐敗して悪臭を発するので、吸引ろ過等の方法で採集し、乾燥・焼却等の処分をしているが実効は少ないのが現状である。
【０００３】
ところで、アオコは多くの種類を含んだ藍藻生物群の俗称であって、ミクロシステス属、アナベナ属、オシラトリア属などのシアノバクテリアが時季によって優先種を変更しながら繁殖している。ミクロシステス属は単細胞性の球状をした菌であり、国内でも頻繁に検出されている。この菌は、肝毒素や発ガン促進物質として注目されるミクロシスチンの生産菌としても知られている。なお、全ての藍藻類が同じ毒性を持つものではなく、神経毒として作用するものや、無毒のものも多数あり、また、化学薬品に対する感受性も異なる。ミクロシスチンは分子量約１，０００の環状ペプチドであり、これまでに構造の異なる約５０種類のものが報告されている。
【０００４】
アオコの発生は湖沼水の富栄養化の結果であり、直接、環境の汚染度を反映するものであって、地域住民の生活に密接に係るものであることから、アオコの処理法の決定にあたっては、その種類並びに発生水系に応じた適切な処理法を選択する必要がある。さらに大切なのはその場所の自然生態系を乱さないために処理機材や持ち込んだ菌体等が回収処分できるシステムであり、処分に伴なって新たな環境汚染が発生しないことを予め確認しておかなければならない。
【０００５】
アオコの従来の処理方法としては、硫酸銅、塩素、オゾン、β−シアノ−Ｌ−アラニンなどの殺藻剤によって死滅させたり（特開平１１−７１２０３号公報、特開平１１−７０３９５号公報に記載）、紫外線照射や高速流れで生じるキャビテーション作用によって細胞の増殖作用を失活させるもの（特開平１１−４７７８５号公報に記載）、水生ミミズ、ミジンコ、モナスグットウラなどの生物の捕食作用で処理するもの（特開平７−１００４８９号公報、特開平８−１２６号公報、特開平８−１１７７９０号公報等に記載）が提案されている。また、特許第３０５０５７８号公報には、水面付近に浮遊するアオコにバチルス属、サッカロミセス属またはダクチロスポランジウム属に属する微生物の株を散布し、アオコの浮力を失わせて池底に沈殿させ若しくは殺藻する方法及び剤に関する技術が示されている。さらに変異体バクテリアを利用する技術（特開昭６２−４９９９９号公報に記載）なども提案されている。
レイムらは汚水処理場の酸化池から得られたバチルス ブレビス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｂｒｅｖｉｓ）の培養液が溶藻性を示し、これはグラミシヂン（Ｇｒａｍｉｃｉｄｉｎ）様物質による細胞膜の溶解であることを指摘している。（Ｃａｎ．Ｊ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．，２０，９８１−９８６，１９７４ Ｒｅｉｍ，Ｒ．Ｌ．， Ｍ．Ｓ．Ｓｈａｎｅ，＆ Ｒ．Ｅ．Ｃａｎｎｏｎ）
【０００６】
また、アオコを溶解及び凝集させる能力を有する微生物を、湖沼の水及び底泥から単離し、生分解性プラスチック担体に固定化してアオコの発生している湖面に散布して、アオコを分解及び沈降させる技術が、特開２０００−２５４６８６号公報に記載されている。本公報の記載によれば、処理アオコの３３％は溶かされ、６６％が凝集して沈降する。したがって、浮遊しているアオコの外観は消滅するが、沈降したアオコが再浮上したり、溶解したアオコの成分が水中に残存して再びアオコの発生源にもなりかねず、水質を浄化させることには必ずしもならないものと思われる。
【０００７】
前記の各種処理方法には、種々の欠点が指摘されたり、研究段階のものもあって、大規模な水域を対象とした実用技術はいまだ完成していない。実用化する上での課題は、使用する資材等による環境の二次汚染がないこと、アオコの処分に伴ない溶出する毒性成分のミクロシスチンを確実に無毒化すること、及びＢＯＤ、窒素、りん濃度を低減するシステムであること、そして処理システムが経済的であり、取り扱いが容易で、かつ必要に応じて装置の回収が可能であり、生態系をかく乱しないものであることが重要な点である。
【０００８】
藍藻類のミクロシステスが生産するミクロシスチンには、５０を越える同族体や誘導体があることが報告されており、日本産の藍藻類からはミクロシスチンＲＲ，ＬＲ，ＹＲなど７種の同族体が確認されている。さらに、本願発明者の調査で、国内湖沼において藍藻の細胞から放出されたミクロシスチンＬＲの半減期は約１０週間であり、水中でかなり安定に存在している。なお、塩素処理を行なうとアダ（Ａｄｄａ）の共役ジエンの４，５位の二重結合に２個の水酸基が付加した化合物をはじめとする数種のジハイドロオキシミクロシスチンと称される化合物が生成して無害化できたが、塩素処理による環境への影響が懸念され、実用化する上でのネックとなっている（有毒ラン藻が産生するＭｉｃｒｏｃｙｓｔｉｎの生合成に関する研究（Ｉ）名城大学総合研究所紀要第４号、ｐｐ１２７−１４０（１９９９．３）原田、藤井、Ｋ．ＳＩＶＯＮＥＮ）。
【０００９】
代表的なアオコであるミクロシスチス ビリディス１０３を実験室的に高濃度に繁殖すると培養液１ｍＬ当り約１０７個の細胞がカウントされ、乾燥重量にして約０．１ｍｇになる。この濃度は、夏季にアオコが湖面に膜状に浮遊しているのとほぼ同じレベルの濃度である。化学成分は炭素４７％、窒素１１％、酸素２０％、その他２２％の割合であり、アオコの分解による水質の汚染度を評価すると、ＢＯＤ；３０〜４０ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎ；４．６ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｐ；０．６７ｍｇ／Ｌが推定される。有毒なミクロシスチンは８０〜１００μｇ／Ｌ含まれる。
しかし、アオコが富栄養湖で生育している状況を観察すると、環境条件によって各細胞壁の外側にグルコースやマルトース等の糖類からなる粘質鞘が厚く成長したり、細胞群体や糸状体の外側に粘質層が形成され、これにバクテリアや他種の藻類が付着共生することがしばしば認められる。この粘質層は酸性多糖とたんぱく質それに鉄などの重金属を含み、ＢＯＤや窒素及びリンの含有量が前記のアオコを単独で培養した場合より更に高められることになる。したがって、アオコを処理するにあたっては、殺藻したり凝集沈殿させることに加えて、処理に伴なって増加するＢＯＤ、アンモニア性窒素、リン等を処理するための２次的な対策が必要である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、アオコの発生する自然環境の中で、アオコを効率的に殺藻しながらアオコの分解によって生じたミクロシスチンの無毒化とＢＯＤ、窒素、リンを効率的に低減する処理剤及び処理システムを提供することにある。
すなわち、本願発明は、特願２００１−２０９５０４号で出願したアオコを溶藻する機能をもつ特定のブレビバチルス系の微生物及びアオコから発生するミクロシスチンを分解する同じく特定のスフィンゴモナス菌を使用するものであり、これ等の菌体を効率的に使用する処理剤及びこの処理剤を使用する処理方法に関するものである。前記の微生物の産業技術総合研究所生命工学工業技術研究所への寄託は次ぎの通りである。
微生物の表示：（寄託者が付した識別のための表示）ブレビバチルス エスピービー１−エー（Ｂｒｅｖｉｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ．Ｂ１−Ａ）受託番号 ＦＥＲＭ Ｐ−１８２１３受領及び受託日：平成１３年２月２０日
微生物の表示：（寄託者が付した識別のための表示）スフィンゴモナス エスピー ビー９（Ｓｐｈｉｎｇｏｍｏｎａｓ ｓｐ．Ｂ９）受託番号 ＦＥＲＭ Ｐ−１８２１２
受領及び受託日：平成１３年２月２０日
上記の２種類の微生物は、神奈川県津久井郡所在の津久井湖の底泥から培養・分離した後集積培養したものである。
【００１１】
本発明の課題は、先に出願した２種類の微生物を使ったアオコ及びアオコの分解で生じたミクロシスチンの無毒化を効率よく行なうための処理剤及び処理方法並びにアオコの分解に伴なって発生するＢＯＤ成分、窒素、リン等を低減する水処理プロセスを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、菌体濃度が１０６個／ｍＬ以上のブレビバチルス系の溶藻性微生物培養液と高分子プレポリマー及び重合剤によって含水ゲルを形成し、次いで含水ゲルを培養液中に保持してゲル中の菌体を馴養したものであることを特徴とする藻類の処理剤である。
【００１３】
また、菌体濃度が１０６個／ｍＬ以上のスフィンゴモナス菌の培養液中に活性炭を投入し、該活性炭に吸着したスフィンゴモナス菌と高分子プレポリマー及び重合剤によって含水ゲルを形成し、次いで含水ゲルを培養液中に保持してゲル中の菌体を馴養したものであることを特徴とするミクロシスチンの処理剤である。
【００１４】
更に他の処理剤としては、菌体濃度が１０６個／ｍＬ以上のブレビバチルス系の溶藻性微生物培養液と、活性炭に吸着したスフィンゴモナス菌と、高分子プレポリマー及び重合剤によって含水ゲルを形成し、次いで含水ゲルを培養液中に保持してゲル中の菌体を馴養したものであることを特徴とする藻類及びミクロシスチンの処理剤である。
高分子プレポリマーとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリビニールアルコールなどや、これらのエステルを用いることができる。
【００１５】
前記の処理剤を使用して、藻類を含有する液に、ブレビバチルス系の溶藻性微生物をポリマー材料で包括固定化した含水ゲル担体を接触させ、次いで前記藻類の分解によって放出されたミクロシスチンをスフィンゴモナス菌を担持した担体と接触させることを特徴とする藻類及びミクロシスチンの処理方法である。
【００１６】
また、藻類を含有する液を、ブレビバチルス系の溶藻性微生物及び予め活性炭に吸着させたスフィンゴモナス菌との混合物をポリマー材料で包括固定化した含水ゲル担体と接触させて前記藻類を分解した後、活性汚泥、硝化菌、水生植物根の少なくとも１つと好気条件下で接触させＢＯＤ成分、アンモニア性窒素、リン等を除去することを特徴とする藻類及びミクロシスチンの処理方法である。
【００１７】
さらに、一方に処理水の導入口が、他方に処理された水の放出口を有する水面に浮上する浮き材から水中に吊り下がった少なくとも２室以上の反応室があり、該反応室間の処理水の移動をエアリフト手段によって行ない、処理水が導入口から放出口に流通し、前記反応室の底部に曝気手段があって反応室内の処理水がブレビバチルス系の溶藻性微生物及び／又はスフィンゴモナス菌の包括固定化含水ゲル担体と接触し、前記反応室に活性汚泥、硝化菌及び／又は水生植物が浮遊していることを特徴とする藻類及びミクロシスチンの処理方法である。
【００１８】
ブレビバチルス系の溶藻性微生物は、シリカゲル等の固体担体に担持して藻類と接触させることができるが、時間の経過とともに活性が低下する傾向がある。
しかし、高分子ポリマー材料で包括固定化すると、いったんは菌体数が減少するが、培養液中で馴養することによって、高濃度の菌体集団を保持する含水ゲルが形成され、溶藻活性が高まりかつ活性維持期間が著しく長くなる。また、ポリマー成分を調整することによって、含水ゲルの比重や特性を変えることができ、処理装置に適した処理剤とすることができる。すなわち、藻類と接触させながら、ゲル内部の菌体は至適条件下で生存するため、活性が長時間維持され、藻類や藻類から放出される成分を分解する物質を常にゲル表面に分泌して分解反応を高めるものと考えられる。
【００１９】
ミクロシスチンを分解するスフィンゴモナス菌は、直接ポリマー材料や重合剤と接触させると活性が低下する。そこで、活性炭に吸着させて活性炭担持担体として使用するか、または、活性炭微粒子に吸着させたままでポリマー材料に混合すると、安定な含水ゲルを得ることができる。
なお、スフィンゴモナス菌を吸着した活性炭は、ブレビバチルス系の溶藻性微生物と混合させることができるので、ブレビバチルス菌とスフィンゴモナス菌とを担持した含水ゲルを作ることができる。この含水ゲルを使用すると、１段で溶藻反応とミクロシスチンの分解反応とを行なうことができる。
【００２０】
【実施例】
本発明で使用する微生物担体の製造法を次に示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
担体Ａ：溶藻反応に使用するブレビバチルス菌の培養は、散気、撹拌装置を備えたタンクに培養液１Ｌ当たりペプトン２ｇ、酵母エキス１ｇ、ブドウ糖０．５ｇを溶解し、これに予め単離、培養しておいた種培養液のブレビバチルス菌を加えて２７℃の温度で緩やかに曝気撹拌しながら培養した。菌体濃度が１０６個／ｍＬ以上に達したところで、エチレングリコールプレポリマー及び重合材を添加してゲルを形成し、ついで再び培養液中で馴養して菌体濃度を１０７〜１０８個／ｍＬ（担体）以上にして反応槽に投入する。
【００２１】
担体Ｂ：スフィンゴモナス菌の培養は、散気、撹拌装置を備えたタンクに培養液１Ｌ当たりペプトン２ｇ、酵母エキス１ｇ、ブドウ糖０．５ｇを溶解し、これに予め単離、培養しておいた種培養液のスフィンゴモナス菌を加えて２７℃の温度で緩やかに曝気撹拌しながら培養した。菌体濃度が１０６個／ｍＬ以上に達したところで活性炭の細粉を投入し、１２時間以上放置しておくと、菌体数が約１０５個／ｃｍ３（担体）のスフィンゴモナス菌を担持した多孔質担体が得られた。
スフィンゴモナス菌を担持した活性炭を、エチレングリコールプレポリマー及び重合剤に混合して包括固定化含水ゲル担体とし、培養液中で馴養することによって１０７個／ｃｍ３（担体）以上の試料を製造することができる。なお、スフィンゴモナス菌は、活性炭にいったん担持してから樹脂と混合しないと、菌体数が極端に減少することがある。原因は、ゲル化の際に添加する添加物による被毒ではないかと推定される。
【００２２】
担体Ｃ：培養したブレビバチルス菌と同じく培養して活性炭に担持したスフィンゴモナス菌とをエチレングリコールプレポリマー及び重合剤に混合して包括固定化担体とし、培養液中で馴養して担体試料を製造した。同じゲルのマトリックスにブレビバチルス菌が、活性炭粒子部分にスフィンゴモナス菌が分布した包括固定化担体が得られた。両菌体とも菌体濃度が１０７個／ｍＬ（担体）以上棲息させることができる。
担体Ｃの一部断面イメージを図２に示す。ゲル（７０）のマトリックス（７２）は、ブレビバチルス菌がほぼ均一に分布しているエチレングリコールの水和重合物であり、スフィンゴモナス菌は活性炭粒子（７４）に吸着してマトリックス中に分散している。
【００２３】
担体Ｄ：下水処理場ですでに実用化している平均粒子径が３ｍｍの硝化菌担持担体を採取して実験試料とした。
担体Ｅ：ブレビバチルス菌を多孔質ポリプロピレン細片に担持したもの、並びにスフィンゴモナス担持担体として、担体Ｂの前駆物である、活性炭に吸着担持したものを比較用の担体試料とした。
【００２４】
実験装置及び実験方法：有効内容積１０リッターの円筒状反応管を２本シリーズにつなぎ、下部から空気を連続的に吹きこみながら、アオコの平均濃度１０７個／ｍＬの被処理水を滞留時間２４時間で担体と接触処理し、処理後のアオコ及びミクロシスチン濃度並びにアンモニア性窒素を測定した。同じ担体を使って２０回の繰返し実験を行なった。
実施例１
第１反応管にブレビバチルス菌を担持した包括固定化担体Ａを７．５％、第２反応管にスフィンゴモナスを担持した包括固定化担体Ｂを５％投入した。
処理後のアオコ濃度は４５６〜６２３ｃｅｌｌｓ／ｍＬで推移し、アオコの有する葉緑体は全く検出されなかった。ミクロシスチン濃度は１μｇ／Ｌ以下、アンモニア性窒素は５ｍｇ／Ｌ以下であった。
実施例２
第１反応管にブレビバチルス菌とスフィンゴモナス菌とを混合担持した包括固定化担体Ｃを７．５％、第２反応管に硝化菌を担持した包括固定化担体Ｄを１０％投入した。
処理後のアオコ濃度は４３０〜５８０ｃｅｌｌｓ／ｍＬで推移し、ミクロシスチン濃度は１μｇ／Ｌ以下、アンモニア性窒素は０．４〜０．６ｍｇ／Ｌと低い値であった。
【００２５】
比較例１
第１反応管にブレビバチルス菌を付着担持した発泡ポリプロピレン担体を７．５％、第２反応管にスフィンゴモナス菌を吸着担持した活性炭担体を７．５％投入した。
２４時間後の処理液のアオコ濃度は１４５０〜２８００ｃｅｌｌｓ／ｍＬの間で推移し、ミクロシスチン濃度は１０〜１５μｇ／Ｌ、アンモニア性窒素は５．０〜６．４ｍｇ／Ｌであった。
結果をまとめて表１に示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】
図１は、本発明を実施する装置の概略図である。
アオコを分解するブレビバチルス菌を包括固定化した担体（５１）を投入した前段槽（１０）とミクロシスチンを分解するスフィンゴモナス菌を固定化した担体（５３）及びアンモニア性窒素を酸化処理する担体を含む後段槽（１２）が、水面に浮上している浮き材（１５）によって水中に吊り下げられている。なお、自然発生する活性汚泥等の菌体は、液中に懸濁してＢＯＤ成分の低減に寄与する。処理水は入口ネット（２１）から前段槽（１０）に流入し、エアリフト管（３５）を通って後段槽（１２）に移り、次いで、出口ネット（２２）から流出する。
槽は軽量の骨材でその形状を作り、壁（２４）及び底（２５）の材料は比重が水よりもやや重いプラスチック製のプレート又はシート材で作って、水中に処理槽を形成する。水面には水生植物（１８）を植え付けた軽比重の多孔板（１６）があって、槽の水面形状を保持するとともに、反応槽の蓋の役割並びに景観の向上を図っている。なお、水生植物（１８）は水中に根を伸ばし、窒素化合物やリンを吸収するので、繁茂したものは刈り取って堆肥の原料としたり、草食動物の餌料として利用することによって水中の窒素、リンの積極的な除去を行なうことができる。水生植物を刈り取るためには、多孔板（１６）を湖岸に引き上げ、葉の部分と根を刈り取り再び槽（１０）、（１２）の水面に戻すのが便利である。
【００２８】
槽の中央に浮き材（１５）があり、その上にソーラパネル（４２）、蓄電池（４４）とこれを動力源とするエアポンプ（４６）が装備されている。エアポンプ（４６）から供給される圧縮空気は、給気管（２６）を通り、反応槽の底に延長する曝気配管（２７）に設けたノズル（２８）及びエアリフトノズル（２９）から気泡（５５）として反応槽内に吹出され、槽内を撹拌しながら好気性雰囲気にする。なお、エアリフトノズル（２９）はエアリフト管（３５）の下部に開口し、管内の水位をアオコを分解する前段槽（１０）の水面よりも数ｃｍ高くして、処理液が後段槽（１２）に流れ込むようにする。エアリフト管（３５）の下端にはスクリーン（３４）を設け、前段槽に投入したブレビバチルス菌を包括固定化した含水ゲル担体（５１）が後段槽に流出するのを防いでいる。
槽の底面（２５）は傾斜しており、最も低い部分に溝（３１）があって沈降物が集まるようになっている。沈降物の量が増えたところで、水中ポンプで吸引して除去することができる。
【００２９】
前段槽（１０）及び後段槽（１２）はそれぞれ水面に浮上し、水位の変動に対処できるように、鎖（３２）と固定（３３）を使って所定の場所に係留される。
風の影響を低減するために、槽の周縁部から錘（３０）を水中に下げている。
本実施例では、エアポンプの動力源としてソーラパネルを実験的に使用したが、これの替わりに、風車等の自然エネルギーを使うものや、ガソリンエンジンや燃料電池、さらには商用配電施設が利用できるならば、これらを使うことに拘束されるものではない。
【００３０】
図１の前段槽（１０）に、平均粒径５ｍｍのブレビバチルス菌を包括固定化した担体Ａを容量で１０％投入し、後段槽にスフィンゴモナス菌の包括固定化担体Ｂを５％と硝化菌の担持担体Ｄを同じく５％加え、平均滞留時間２４時間で処理した。水生植物としてヨシ、ガマ、キショウブ、マコモ、芹、クレソン、等を植え付け、又はホテイアオイ等の水面に浮遊する植物を栽培して、１ヶ月間運転した。このときの槽内の活性汚泥濃度は４６〜９６ｍｇ／Ｌであった。
入口水及び出口水の水質を表２に示す。
【００３１】
【表２】
【００３２】
本発明に使用する装置の他の例を図３に示す。
湖底から起立する固定（３３）に係留して、藻類処理室（１１）と水質浄化室（１３）とが浮き材（１４）によって上端が水面に露出して設けられている。アオコを含む汚染した水は処理水導入口（２０）から藻類処理室（１１）に入り、含水ゲル（５２）と接触する。
含水ゲル（５２）は、培養したブレビバチルス菌と同じく培養した後に活性炭に吸着したスフィンゴモナス菌とを混合して、エチレングリコールプレポリマーによって重合したものであり、添加した含水ゲルの容量は処理水の１５容量％である。含水ゲル（５２）の構造は図２に示すものであり、前記の担体Ｃに準じて製作された。
【００３３】
藻類処理室（１１）の底部には、曝気用のエアノズル（２８）があり、噴出する気泡によって処理水が撹拌される。曝気用の空気は、水面に浮いているボート（４５）に搭載したエアポンプ（４６）から曝気配管（２７）を経てノズル（２８）に至る。中央底部に移動してきた処理水と含水ゲルは、還流用のエアリフトノズル（２９−１）から発生する気泡の上昇力によってエアリフト管（３５−１）を上昇し、含水ゲル戻り管（５４）を経由して処理水導入口（２０）付近に放出される。含水ゲル戻り管（５４）の末端開口にネット等を設けておけば、必要なときに含水ゲル（５２）を回収したり、汚染された含水ゲル担体の洗浄、挟雑物の除去などもすることができる。
エアリフトノズル（２９−１）と同じくエアリフトノズル（２９−２）の間にスクリーン（３４）があって、含水ゲルの流出は阻止され、処理水だけがエアリフトノズル（２９−２）からの気泡の上昇に伴ってエアリフト管（３５−２）の上部に上昇し、エアリフト吐出口（３６）から、後段の水質浄化室（１３）に流入する。
水質浄化室（１３）の底部には、空気の噴出するノズル（２８）があり、処理水が撹拌されながら好気性に保たれる。水中にはまた、硝化菌担持担体（５６）があり、アンモニア性窒素を亜硝酸又は硝酸に酸化している。所定の滞留時間（約３０〜４０時間）を経過した水は、処理水放出口（２３）から逐次湖沼へと放出される。
【００３４】
本装置を用いた夏季を含む８ヶ月間の長期連続テスト運転で、処理水放出口で採取した処理水の分析値は、アオコ濃度が７００ｃｅｌｌｓ／ｍｌ以下、また、ミクロシスチン濃度は１μｇ／Ｌ以下を維持し、アオコの種類の季節変化に対応することができ、充分に実用に供せられることが分った。
【００３５】
【発明の効果】
以上、詳細かつ具体的な説明より明らかなように、本発明のアオコの処理システムは、アオコの繁殖した水域から採取したブレビバチルス菌及びスフィンゴモナス菌を培養して包括固定化担体に担持した含水ゲルを使用しているため、付着担体に比べても反応性が高く、かつ長期間にわたって活性を維持することができ、硝化菌担体や活性汚泥、更には水生植物との併用が可能であり、環境の二次汚染の心配がなく、アオコの殺藻とこれに伴い生じる有毒成分や有害成分を無害化することができる。とくに、溶藻槽やミクロシスチン分解槽に発生する活性汚泥の働き、更に必要な場合、後段に付設することのできる凝集剤の添加装置によって、窒素、りんの除去もでき、アオコの発生しない時季において、水質浄化のための施設として年間を通して利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための好ましい装置の断面説明図である。アオコを含む水は溶藻槽にてブレビバチルス菌を培養して包括固定化した含水ゲルと接触してアオコの細胞膜が破壊される。次ぎに、アオコの細胞内から溶出したミクロシスチンは、スフィンゴモナス菌によって分解され無毒化する。反応は好気条件で行なうため、ＢＯＤ及びアンモニア性窒素も減少し、清浄度の高い処理水が得られる。
【図２】本発明に用いるブレビバチルス菌と活性炭に吸着したスフィンゴモナス菌とを含水ゲル中に包括固定化したときの担体の一部断面図である。
【図３】本発明を実施するために、湖沼に設置した処理装置の断面説明図である。
【符号の説明】
１０ アオコ分解前段槽
１１ 藻類処理室
１２ ミクロシスチン分解後段槽
１３ 水質浄化室
１４ 浮き材
１５ 浮き材
１６ 多孔板
１８ 水生植物
２０ 処理水導入口
２１ 入口ネット
２２ 出口ネット
２３ 処理水放出口
２４ 壁
２５ 底面
２６ 給気管
２７ 曝気配管
２８ ノズル
２９ エアリフトノズル
２９−１ エアリフトノズル
２９−２ エアリフトノズル
３０ 錘
３１ 溝部
３２ 鎖
３３ 固定
３４ スクリーン
３５ エアリフト管
３５−１ エアリフト管
３５−２ エアリフト管
３６ エアリフト吐出口
４０ 電源
４２ ソーラパネル
４４ 蓄電池
４５ ボート
４６ エアポンプ
５１ ブレビバチルス包括固定化担体
５２ 含水ゲル
５３ スフィンゴモナス固定化担体
５４ 含水ゲル戻り管
５５ 気泡
５６ 硝化菌担持担体
７０ 包括固定化担体ゲル
７２ ブレビバチルス菌含有ゲル相（マトリックス）
７４ 活性炭吸着スフィンゴモナス菌相（活性炭粒子）
【発明の属する技術分野】
本発明は、湖沼、池、ダム、濠、内海等の閉鎖性水域に発生する浮遊性の藍藻類（アオコ）を殺藻し、殺藻に伴ない生じる有害成分を無害化する処理剤及び処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
比較的水温の高い時期になると、富栄養化した湖沼やダム等の閉鎖性水域にアオコと呼ばれる藍藻類（シアノバクテリア）が多量に発生して、水域の自然環境を破壊したり、生活用水や工業用水の利用を著しく阻害する事態がしばしば起きている。また、湖岸などに打ち寄せられたアオコは、腐敗して悪臭を発するので、吸引ろ過等の方法で採集し、乾燥・焼却等の処分をしているが実効は少ないのが現状である。
【０００３】
ところで、アオコは多くの種類を含んだ藍藻生物群の俗称であって、ミクロシステス属、アナベナ属、オシラトリア属などのシアノバクテリアが時季によって優先種を変更しながら繁殖している。ミクロシステス属は単細胞性の球状をした菌であり、国内でも頻繁に検出されている。この菌は、肝毒素や発ガン促進物質として注目されるミクロシスチンの生産菌としても知られている。なお、全ての藍藻類が同じ毒性を持つものではなく、神経毒として作用するものや、無毒のものも多数あり、また、化学薬品に対する感受性も異なる。ミクロシスチンは分子量約１，０００の環状ペプチドであり、これまでに構造の異なる約５０種類のものが報告されている。
【０００４】
アオコの発生は湖沼水の富栄養化の結果であり、直接、環境の汚染度を反映するものであって、地域住民の生活に密接に係るものであることから、アオコの処理法の決定にあたっては、その種類並びに発生水系に応じた適切な処理法を選択する必要がある。さらに大切なのはその場所の自然生態系を乱さないために処理機材や持ち込んだ菌体等が回収処分できるシステムであり、処分に伴なって新たな環境汚染が発生しないことを予め確認しておかなければならない。
【０００５】
アオコの従来の処理方法としては、硫酸銅、塩素、オゾン、β−シアノ−Ｌ−アラニンなどの殺藻剤によって死滅させたり（特開平１１−７１２０３号公報、特開平１１−７０３９５号公報に記載）、紫外線照射や高速流れで生じるキャビテーション作用によって細胞の増殖作用を失活させるもの（特開平１１−４７７８５号公報に記載）、水生ミミズ、ミジンコ、モナスグットウラなどの生物の捕食作用で処理するもの（特開平７−１００４８９号公報、特開平８−１２６号公報、特開平８−１１７７９０号公報等に記載）が提案されている。また、特許第３０５０５７８号公報には、水面付近に浮遊するアオコにバチルス属、サッカロミセス属またはダクチロスポランジウム属に属する微生物の株を散布し、アオコの浮力を失わせて池底に沈殿させ若しくは殺藻する方法及び剤に関する技術が示されている。さらに変異体バクテリアを利用する技術（特開昭６２−４９９９９号公報に記載）なども提案されている。
レイムらは汚水処理場の酸化池から得られたバチルス ブレビス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｂｒｅｖｉｓ）の培養液が溶藻性を示し、これはグラミシヂン（Ｇｒａｍｉｃｉｄｉｎ）様物質による細胞膜の溶解であることを指摘している。（Ｃａｎ．Ｊ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．，２０，９８１−９８６，１９７４ Ｒｅｉｍ，Ｒ．Ｌ．， Ｍ．Ｓ．Ｓｈａｎｅ，＆ Ｒ．Ｅ．Ｃａｎｎｏｎ）
【０００６】
また、アオコを溶解及び凝集させる能力を有する微生物を、湖沼の水及び底泥から単離し、生分解性プラスチック担体に固定化してアオコの発生している湖面に散布して、アオコを分解及び沈降させる技術が、特開２０００−２５４６８６号公報に記載されている。本公報の記載によれば、処理アオコの３３％は溶かされ、６６％が凝集して沈降する。したがって、浮遊しているアオコの外観は消滅するが、沈降したアオコが再浮上したり、溶解したアオコの成分が水中に残存して再びアオコの発生源にもなりかねず、水質を浄化させることには必ずしもならないものと思われる。
【０００７】
前記の各種処理方法には、種々の欠点が指摘されたり、研究段階のものもあって、大規模な水域を対象とした実用技術はいまだ完成していない。実用化する上での課題は、使用する資材等による環境の二次汚染がないこと、アオコの処分に伴ない溶出する毒性成分のミクロシスチンを確実に無毒化すること、及びＢＯＤ、窒素、りん濃度を低減するシステムであること、そして処理システムが経済的であり、取り扱いが容易で、かつ必要に応じて装置の回収が可能であり、生態系をかく乱しないものであることが重要な点である。
【０００８】
藍藻類のミクロシステスが生産するミクロシスチンには、５０を越える同族体や誘導体があることが報告されており、日本産の藍藻類からはミクロシスチンＲＲ，ＬＲ，ＹＲなど７種の同族体が確認されている。さらに、本願発明者の調査で、国内湖沼において藍藻の細胞から放出されたミクロシスチンＬＲの半減期は約１０週間であり、水中でかなり安定に存在している。なお、塩素処理を行なうとアダ（Ａｄｄａ）の共役ジエンの４，５位の二重結合に２個の水酸基が付加した化合物をはじめとする数種のジハイドロオキシミクロシスチンと称される化合物が生成して無害化できたが、塩素処理による環境への影響が懸念され、実用化する上でのネックとなっている（有毒ラン藻が産生するＭｉｃｒｏｃｙｓｔｉｎの生合成に関する研究（Ｉ）名城大学総合研究所紀要第４号、ｐｐ１２７−１４０（１９９９．３）原田、藤井、Ｋ．ＳＩＶＯＮＥＮ）。
【０００９】
代表的なアオコであるミクロシスチス ビリディス１０３を実験室的に高濃度に繁殖すると培養液１ｍＬ当り約１０７個の細胞がカウントされ、乾燥重量にして約０．１ｍｇになる。この濃度は、夏季にアオコが湖面に膜状に浮遊しているのとほぼ同じレベルの濃度である。化学成分は炭素４７％、窒素１１％、酸素２０％、その他２２％の割合であり、アオコの分解による水質の汚染度を評価すると、ＢＯＤ；３０〜４０ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎ；４．６ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｐ；０．６７ｍｇ／Ｌが推定される。有毒なミクロシスチンは８０〜１００μｇ／Ｌ含まれる。
しかし、アオコが富栄養湖で生育している状況を観察すると、環境条件によって各細胞壁の外側にグルコースやマルトース等の糖類からなる粘質鞘が厚く成長したり、細胞群体や糸状体の外側に粘質層が形成され、これにバクテリアや他種の藻類が付着共生することがしばしば認められる。この粘質層は酸性多糖とたんぱく質それに鉄などの重金属を含み、ＢＯＤや窒素及びリンの含有量が前記のアオコを単独で培養した場合より更に高められることになる。したがって、アオコを処理するにあたっては、殺藻したり凝集沈殿させることに加えて、処理に伴なって増加するＢＯＤ、アンモニア性窒素、リン等を処理するための２次的な対策が必要である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、アオコの発生する自然環境の中で、アオコを効率的に殺藻しながらアオコの分解によって生じたミクロシスチンの無毒化とＢＯＤ、窒素、リンを効率的に低減する処理剤及び処理システムを提供することにある。
すなわち、本願発明は、特願２００１−２０９５０４号で出願したアオコを溶藻する機能をもつ特定のブレビバチルス系の微生物及びアオコから発生するミクロシスチンを分解する同じく特定のスフィンゴモナス菌を使用するものであり、これ等の菌体を効率的に使用する処理剤及びこの処理剤を使用する処理方法に関するものである。前記の微生物の産業技術総合研究所生命工学工業技術研究所への寄託は次ぎの通りである。
微生物の表示：（寄託者が付した識別のための表示）ブレビバチルス エスピービー１−エー（Ｂｒｅｖｉｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ．Ｂ１−Ａ）受託番号 ＦＥＲＭ Ｐ−１８２１３受領及び受託日：平成１３年２月２０日
微生物の表示：（寄託者が付した識別のための表示）スフィンゴモナス エスピー ビー９（Ｓｐｈｉｎｇｏｍｏｎａｓ ｓｐ．Ｂ９）受託番号 ＦＥＲＭ Ｐ−１８２１２
受領及び受託日：平成１３年２月２０日
上記の２種類の微生物は、神奈川県津久井郡所在の津久井湖の底泥から培養・分離した後集積培養したものである。
【００１１】
本発明の課題は、先に出願した２種類の微生物を使ったアオコ及びアオコの分解で生じたミクロシスチンの無毒化を効率よく行なうための処理剤及び処理方法並びにアオコの分解に伴なって発生するＢＯＤ成分、窒素、リン等を低減する水処理プロセスを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、菌体濃度が１０６個／ｍＬ以上のブレビバチルス系の溶藻性微生物培養液と高分子プレポリマー及び重合剤によって含水ゲルを形成し、次いで含水ゲルを培養液中に保持してゲル中の菌体を馴養したものであることを特徴とする藻類の処理剤である。
【００１３】
また、菌体濃度が１０６個／ｍＬ以上のスフィンゴモナス菌の培養液中に活性炭を投入し、該活性炭に吸着したスフィンゴモナス菌と高分子プレポリマー及び重合剤によって含水ゲルを形成し、次いで含水ゲルを培養液中に保持してゲル中の菌体を馴養したものであることを特徴とするミクロシスチンの処理剤である。
【００１４】
更に他の処理剤としては、菌体濃度が１０６個／ｍＬ以上のブレビバチルス系の溶藻性微生物培養液と、活性炭に吸着したスフィンゴモナス菌と、高分子プレポリマー及び重合剤によって含水ゲルを形成し、次いで含水ゲルを培養液中に保持してゲル中の菌体を馴養したものであることを特徴とする藻類及びミクロシスチンの処理剤である。
高分子プレポリマーとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリビニールアルコールなどや、これらのエステルを用いることができる。
【００１５】
前記の処理剤を使用して、藻類を含有する液に、ブレビバチルス系の溶藻性微生物をポリマー材料で包括固定化した含水ゲル担体を接触させ、次いで前記藻類の分解によって放出されたミクロシスチンをスフィンゴモナス菌を担持した担体と接触させることを特徴とする藻類及びミクロシスチンの処理方法である。
【００１６】
また、藻類を含有する液を、ブレビバチルス系の溶藻性微生物及び予め活性炭に吸着させたスフィンゴモナス菌との混合物をポリマー材料で包括固定化した含水ゲル担体と接触させて前記藻類を分解した後、活性汚泥、硝化菌、水生植物根の少なくとも１つと好気条件下で接触させＢＯＤ成分、アンモニア性窒素、リン等を除去することを特徴とする藻類及びミクロシスチンの処理方法である。
【００１７】
さらに、一方に処理水の導入口が、他方に処理された水の放出口を有する水面に浮上する浮き材から水中に吊り下がった少なくとも２室以上の反応室があり、該反応室間の処理水の移動をエアリフト手段によって行ない、処理水が導入口から放出口に流通し、前記反応室の底部に曝気手段があって反応室内の処理水がブレビバチルス系の溶藻性微生物及び／又はスフィンゴモナス菌の包括固定化含水ゲル担体と接触し、前記反応室に活性汚泥、硝化菌及び／又は水生植物が浮遊していることを特徴とする藻類及びミクロシスチンの処理方法である。
【００１８】
ブレビバチルス系の溶藻性微生物は、シリカゲル等の固体担体に担持して藻類と接触させることができるが、時間の経過とともに活性が低下する傾向がある。
しかし、高分子ポリマー材料で包括固定化すると、いったんは菌体数が減少するが、培養液中で馴養することによって、高濃度の菌体集団を保持する含水ゲルが形成され、溶藻活性が高まりかつ活性維持期間が著しく長くなる。また、ポリマー成分を調整することによって、含水ゲルの比重や特性を変えることができ、処理装置に適した処理剤とすることができる。すなわち、藻類と接触させながら、ゲル内部の菌体は至適条件下で生存するため、活性が長時間維持され、藻類や藻類から放出される成分を分解する物質を常にゲル表面に分泌して分解反応を高めるものと考えられる。
【００１９】
ミクロシスチンを分解するスフィンゴモナス菌は、直接ポリマー材料や重合剤と接触させると活性が低下する。そこで、活性炭に吸着させて活性炭担持担体として使用するか、または、活性炭微粒子に吸着させたままでポリマー材料に混合すると、安定な含水ゲルを得ることができる。
なお、スフィンゴモナス菌を吸着した活性炭は、ブレビバチルス系の溶藻性微生物と混合させることができるので、ブレビバチルス菌とスフィンゴモナス菌とを担持した含水ゲルを作ることができる。この含水ゲルを使用すると、１段で溶藻反応とミクロシスチンの分解反応とを行なうことができる。
【００２０】
【実施例】
本発明で使用する微生物担体の製造法を次に示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
担体Ａ：溶藻反応に使用するブレビバチルス菌の培養は、散気、撹拌装置を備えたタンクに培養液１Ｌ当たりペプトン２ｇ、酵母エキス１ｇ、ブドウ糖０．５ｇを溶解し、これに予め単離、培養しておいた種培養液のブレビバチルス菌を加えて２７℃の温度で緩やかに曝気撹拌しながら培養した。菌体濃度が１０６個／ｍＬ以上に達したところで、エチレングリコールプレポリマー及び重合材を添加してゲルを形成し、ついで再び培養液中で馴養して菌体濃度を１０７〜１０８個／ｍＬ（担体）以上にして反応槽に投入する。
【００２１】
担体Ｂ：スフィンゴモナス菌の培養は、散気、撹拌装置を備えたタンクに培養液１Ｌ当たりペプトン２ｇ、酵母エキス１ｇ、ブドウ糖０．５ｇを溶解し、これに予め単離、培養しておいた種培養液のスフィンゴモナス菌を加えて２７℃の温度で緩やかに曝気撹拌しながら培養した。菌体濃度が１０６個／ｍＬ以上に達したところで活性炭の細粉を投入し、１２時間以上放置しておくと、菌体数が約１０５個／ｃｍ３（担体）のスフィンゴモナス菌を担持した多孔質担体が得られた。
スフィンゴモナス菌を担持した活性炭を、エチレングリコールプレポリマー及び重合剤に混合して包括固定化含水ゲル担体とし、培養液中で馴養することによって１０７個／ｃｍ３（担体）以上の試料を製造することができる。なお、スフィンゴモナス菌は、活性炭にいったん担持してから樹脂と混合しないと、菌体数が極端に減少することがある。原因は、ゲル化の際に添加する添加物による被毒ではないかと推定される。
【００２２】
担体Ｃ：培養したブレビバチルス菌と同じく培養して活性炭に担持したスフィンゴモナス菌とをエチレングリコールプレポリマー及び重合剤に混合して包括固定化担体とし、培養液中で馴養して担体試料を製造した。同じゲルのマトリックスにブレビバチルス菌が、活性炭粒子部分にスフィンゴモナス菌が分布した包括固定化担体が得られた。両菌体とも菌体濃度が１０７個／ｍＬ（担体）以上棲息させることができる。
担体Ｃの一部断面イメージを図２に示す。ゲル（７０）のマトリックス（７２）は、ブレビバチルス菌がほぼ均一に分布しているエチレングリコールの水和重合物であり、スフィンゴモナス菌は活性炭粒子（７４）に吸着してマトリックス中に分散している。
【００２３】
担体Ｄ：下水処理場ですでに実用化している平均粒子径が３ｍｍの硝化菌担持担体を採取して実験試料とした。
担体Ｅ：ブレビバチルス菌を多孔質ポリプロピレン細片に担持したもの、並びにスフィンゴモナス担持担体として、担体Ｂの前駆物である、活性炭に吸着担持したものを比較用の担体試料とした。
【００２４】
実験装置及び実験方法：有効内容積１０リッターの円筒状反応管を２本シリーズにつなぎ、下部から空気を連続的に吹きこみながら、アオコの平均濃度１０７個／ｍＬの被処理水を滞留時間２４時間で担体と接触処理し、処理後のアオコ及びミクロシスチン濃度並びにアンモニア性窒素を測定した。同じ担体を使って２０回の繰返し実験を行なった。
実施例１
第１反応管にブレビバチルス菌を担持した包括固定化担体Ａを７．５％、第２反応管にスフィンゴモナスを担持した包括固定化担体Ｂを５％投入した。
処理後のアオコ濃度は４５６〜６２３ｃｅｌｌｓ／ｍＬで推移し、アオコの有する葉緑体は全く検出されなかった。ミクロシスチン濃度は１μｇ／Ｌ以下、アンモニア性窒素は５ｍｇ／Ｌ以下であった。
実施例２
第１反応管にブレビバチルス菌とスフィンゴモナス菌とを混合担持した包括固定化担体Ｃを７．５％、第２反応管に硝化菌を担持した包括固定化担体Ｄを１０％投入した。
処理後のアオコ濃度は４３０〜５８０ｃｅｌｌｓ／ｍＬで推移し、ミクロシスチン濃度は１μｇ／Ｌ以下、アンモニア性窒素は０．４〜０．６ｍｇ／Ｌと低い値であった。
【００２５】
比較例１
第１反応管にブレビバチルス菌を付着担持した発泡ポリプロピレン担体を７．５％、第２反応管にスフィンゴモナス菌を吸着担持した活性炭担体を７．５％投入した。
２４時間後の処理液のアオコ濃度は１４５０〜２８００ｃｅｌｌｓ／ｍＬの間で推移し、ミクロシスチン濃度は１０〜１５μｇ／Ｌ、アンモニア性窒素は５．０〜６．４ｍｇ／Ｌであった。
結果をまとめて表１に示す。
【００２６】
【表１】
図１は、本発明を実施する装置の概略図である。
アオコを分解するブレビバチルス菌を包括固定化した担体（５１）を投入した前段槽（１０）とミクロシスチンを分解するスフィンゴモナス菌を固定化した担体（５３）及びアンモニア性窒素を酸化処理する担体を含む後段槽（１２）が、水面に浮上している浮き材（１５）によって水中に吊り下げられている。なお、自然発生する活性汚泥等の菌体は、液中に懸濁してＢＯＤ成分の低減に寄与する。処理水は入口ネット（２１）から前段槽（１０）に流入し、エアリフト管（３５）を通って後段槽（１２）に移り、次いで、出口ネット（２２）から流出する。
槽は軽量の骨材でその形状を作り、壁（２４）及び底（２５）の材料は比重が水よりもやや重いプラスチック製のプレート又はシート材で作って、水中に処理槽を形成する。水面には水生植物（１８）を植え付けた軽比重の多孔板（１６）があって、槽の水面形状を保持するとともに、反応槽の蓋の役割並びに景観の向上を図っている。なお、水生植物（１８）は水中に根を伸ばし、窒素化合物やリンを吸収するので、繁茂したものは刈り取って堆肥の原料としたり、草食動物の餌料として利用することによって水中の窒素、リンの積極的な除去を行なうことができる。水生植物を刈り取るためには、多孔板（１６）を湖岸に引き上げ、葉の部分と根を刈り取り再び槽（１０）、（１２）の水面に戻すのが便利である。
【００２８】
槽の中央に浮き材（１５）があり、その上にソーラパネル（４２）、蓄電池（４４）とこれを動力源とするエアポンプ（４６）が装備されている。エアポンプ（４６）から供給される圧縮空気は、給気管（２６）を通り、反応槽の底に延長する曝気配管（２７）に設けたノズル（２８）及びエアリフトノズル（２９）から気泡（５５）として反応槽内に吹出され、槽内を撹拌しながら好気性雰囲気にする。なお、エアリフトノズル（２９）はエアリフト管（３５）の下部に開口し、管内の水位をアオコを分解する前段槽（１０）の水面よりも数ｃｍ高くして、処理液が後段槽（１２）に流れ込むようにする。エアリフト管（３５）の下端にはスクリーン（３４）を設け、前段槽に投入したブレビバチルス菌を包括固定化した含水ゲル担体（５１）が後段槽に流出するのを防いでいる。
槽の底面（２５）は傾斜しており、最も低い部分に溝（３１）があって沈降物が集まるようになっている。沈降物の量が増えたところで、水中ポンプで吸引して除去することができる。
【００２９】
前段槽（１０）及び後段槽（１２）はそれぞれ水面に浮上し、水位の変動に対処できるように、鎖（３２）と固定（３３）を使って所定の場所に係留される。
風の影響を低減するために、槽の周縁部から錘（３０）を水中に下げている。
本実施例では、エアポンプの動力源としてソーラパネルを実験的に使用したが、これの替わりに、風車等の自然エネルギーを使うものや、ガソリンエンジンや燃料電池、さらには商用配電施設が利用できるならば、これらを使うことに拘束されるものではない。
【００３０】
図１の前段槽（１０）に、平均粒径５ｍｍのブレビバチルス菌を包括固定化した担体Ａを容量で１０％投入し、後段槽にスフィンゴモナス菌の包括固定化担体Ｂを５％と硝化菌の担持担体Ｄを同じく５％加え、平均滞留時間２４時間で処理した。水生植物としてヨシ、ガマ、キショウブ、マコモ、芹、クレソン、等を植え付け、又はホテイアオイ等の水面に浮遊する植物を栽培して、１ヶ月間運転した。このときの槽内の活性汚泥濃度は４６〜９６ｍｇ／Ｌであった。
入口水及び出口水の水質を表２に示す。
【００３１】
【表２】
本発明に使用する装置の他の例を図３に示す。
湖底から起立する固定（３３）に係留して、藻類処理室（１１）と水質浄化室（１３）とが浮き材（１４）によって上端が水面に露出して設けられている。アオコを含む汚染した水は処理水導入口（２０）から藻類処理室（１１）に入り、含水ゲル（５２）と接触する。
含水ゲル（５２）は、培養したブレビバチルス菌と同じく培養した後に活性炭に吸着したスフィンゴモナス菌とを混合して、エチレングリコールプレポリマーによって重合したものであり、添加した含水ゲルの容量は処理水の１５容量％である。含水ゲル（５２）の構造は図２に示すものであり、前記の担体Ｃに準じて製作された。
【００３３】
藻類処理室（１１）の底部には、曝気用のエアノズル（２８）があり、噴出する気泡によって処理水が撹拌される。曝気用の空気は、水面に浮いているボート（４５）に搭載したエアポンプ（４６）から曝気配管（２７）を経てノズル（２８）に至る。中央底部に移動してきた処理水と含水ゲルは、還流用のエアリフトノズル（２９−１）から発生する気泡の上昇力によってエアリフト管（３５−１）を上昇し、含水ゲル戻り管（５４）を経由して処理水導入口（２０）付近に放出される。含水ゲル戻り管（５４）の末端開口にネット等を設けておけば、必要なときに含水ゲル（５２）を回収したり、汚染された含水ゲル担体の洗浄、挟雑物の除去などもすることができる。
エアリフトノズル（２９−１）と同じくエアリフトノズル（２９−２）の間にスクリーン（３４）があって、含水ゲルの流出は阻止され、処理水だけがエアリフトノズル（２９−２）からの気泡の上昇に伴ってエアリフト管（３５−２）の上部に上昇し、エアリフト吐出口（３６）から、後段の水質浄化室（１３）に流入する。
水質浄化室（１３）の底部には、空気の噴出するノズル（２８）があり、処理水が撹拌されながら好気性に保たれる。水中にはまた、硝化菌担持担体（５６）があり、アンモニア性窒素を亜硝酸又は硝酸に酸化している。所定の滞留時間（約３０〜４０時間）を経過した水は、処理水放出口（２３）から逐次湖沼へと放出される。
【００３４】
本装置を用いた夏季を含む８ヶ月間の長期連続テスト運転で、処理水放出口で採取した処理水の分析値は、アオコ濃度が７００ｃｅｌｌｓ／ｍｌ以下、また、ミクロシスチン濃度は１μｇ／Ｌ以下を維持し、アオコの種類の季節変化に対応することができ、充分に実用に供せられることが分った。
【００３５】
【発明の効果】
以上、詳細かつ具体的な説明より明らかなように、本発明のアオコの処理システムは、アオコの繁殖した水域から採取したブレビバチルス菌及びスフィンゴモナス菌を培養して包括固定化担体に担持した含水ゲルを使用しているため、付着担体に比べても反応性が高く、かつ長期間にわたって活性を維持することができ、硝化菌担体や活性汚泥、更には水生植物との併用が可能であり、環境の二次汚染の心配がなく、アオコの殺藻とこれに伴い生じる有毒成分や有害成分を無害化することができる。とくに、溶藻槽やミクロシスチン分解槽に発生する活性汚泥の働き、更に必要な場合、後段に付設することのできる凝集剤の添加装置によって、窒素、りんの除去もでき、アオコの発生しない時季において、水質浄化のための施設として年間を通して利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための好ましい装置の断面説明図である。アオコを含む水は溶藻槽にてブレビバチルス菌を培養して包括固定化した含水ゲルと接触してアオコの細胞膜が破壊される。次ぎに、アオコの細胞内から溶出したミクロシスチンは、スフィンゴモナス菌によって分解され無毒化する。反応は好気条件で行なうため、ＢＯＤ及びアンモニア性窒素も減少し、清浄度の高い処理水が得られる。
【図２】本発明に用いるブレビバチルス菌と活性炭に吸着したスフィンゴモナス菌とを含水ゲル中に包括固定化したときの担体の一部断面図である。
【図３】本発明を実施するために、湖沼に設置した処理装置の断面説明図である。
【符号の説明】
１０ アオコ分解前段槽
１１ 藻類処理室
１２ ミクロシスチン分解後段槽
１３ 水質浄化室
１４ 浮き材
１５ 浮き材
１６ 多孔板
１８ 水生植物
２０ 処理水導入口
２１ 入口ネット
２２ 出口ネット
２３ 処理水放出口
２４ 壁
２５ 底面
２６ 給気管
２７ 曝気配管
２８ ノズル
２９ エアリフトノズル
２９−１ エアリフトノズル
２９−２ エアリフトノズル
３０ 錘
３１ 溝部
３２ 鎖
３３ 固定
３４ スクリーン
３５ エアリフト管
３５−１ エアリフト管
３５−２ エアリフト管
３６ エアリフト吐出口
４０ 電源
４２ ソーラパネル
４４ 蓄電池
４５ ボート
４６ エアポンプ
５１ ブレビバチルス包括固定化担体
５２ 含水ゲル
５３ スフィンゴモナス固定化担体
５４ 含水ゲル戻り管
５５ 気泡
５６ 硝化菌担持担体
７０ 包括固定化担体ゲル
７２ ブレビバチルス菌含有ゲル相（マトリックス）
７４ 活性炭吸着スフィンゴモナス菌相（活性炭粒子）
Claims (6)
- 菌体濃度が１０６個／ｍＬ以上のブレビバチルス系の溶藻性微生物培養液と高分子プレポリマー及び重合剤によって含水ゲルを形成し、次いで前記含水ゲルを培養液中に保持して前記含水ゲル中の菌体を馴養したものであることを特徴とする藻類の処理剤。
- 菌体濃度が１０６個／ｍＬ以上のスフィンゴモナス菌の培養液中に活性炭を投入し、該活性炭に吸着したスフィンゴモナス菌と高分子プレポリマー及び重合剤によって含水ゲルを形成し、次いで前記含水ゲルを培養液中に保持して前記含水ゲル中の菌体を馴養したものであることを特徴とする藻類に由来するミクロシスチンの処理剤。
- 菌体濃度が１０６個／ｍＬ以上のブレビバチルス系の溶藻性微生物培養液と、活性炭に吸着したスフィンゴモナス菌と、高分子プレポリマー及び重合剤によって含水ゲルを形成し、次いで前記含水ゲルを培養液中に保持して前記含水ゲル中の菌体を馴養したものであることを特徴とする藻類及びミクロシスチンの処理剤。
- 藻類を含有する液を、ブレビバチルス系の溶藻性微生物を高分子ポリマー材料で包括固定化した含水ゲル担体と接触させ、次いで前記藻類の分解によって放出されたミクロシスチンをスフィンゴモナス菌を担持した担体と接触させることを特徴とする藻類及びミクロシスチンの処理方法。
- 藻類を含有する液を、ブレビバチルス系の溶藻性微生物及び予め活性炭に吸着させたスフィンゴモナス菌との混合物を高分子ポリマー材料で包括固定化した含水ゲル担体と接触させ、前記藻類を分解した後、活性汚泥、硝化菌、水生植物根の少なくとも１つと好気条件下で接触させ、ＢＯＤ成分、アンモニア性窒素、リンを除去することを特徴とする藻類及びミクロシスチンの処理方法。
- 一方に処理水の導入口が、他方に処理された水の放出口を有する水面に浮上する浮き材から水中に吊り下がった少なくとも２室以上の反応室があり、該反応室間の処理水の移動をエアリフト手段によって行ない、処理水が前記導入口から前記放出口に流通し、前記反応室の底部に曝気手段があって反応室内の処理水がブレビバチルス系の溶藻性微生物及び／又はスフィンゴモナス菌の包括固定化含水ゲル担体と接触し、前記反応室に活性汚泥、硝化菌及び／又は水生植物が浮遊していることを特徴とする藻類及びミクロシスチンの処理方法。
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