JP2005034692A - 下水処理システム - Google Patents
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Abstract
【課題】難分解性有機物資化微生物のカタボライトレプレッション作用に起因する難分解性有機物の資化効率の減少を防止すると共に、難分解性有機物が淘汰され消滅される傾向に陥るのを防止し、有機物に対する分解・資化機能を向上させること。
【解決手段】反応槽２内が仕切壁１４により、易分解性有機物資化微生物４が多量に存在する第１の領域Ｒ１と、難分解性有機物資化微生物５が多量に存在する第２の領域Ｒ２とに分けられている。領域Ｒ２には殆ど易分解性有機物資化微生物４が存在していないため、難分解性有機物資化微生物５が淘汰されることが防止される。また、領域Ｒ２には難分解性有機物しか存在しなくなり、難分解性有機物資化微生物５はこの難分解性有機物を分解・資化せざるを得ないのでカタボライトレプレッションの作用が現れることはない。
【選択図】 図１
【解決手段】反応槽２内が仕切壁１４により、易分解性有機物資化微生物４が多量に存在する第１の領域Ｒ１と、難分解性有機物資化微生物５が多量に存在する第２の領域Ｒ２とに分けられている。領域Ｒ２には殆ど易分解性有機物資化微生物４が存在していないため、難分解性有機物資化微生物５が淘汰されることが防止される。また、領域Ｒ２には難分解性有機物しか存在しなくなり、難分解性有機物資化微生物５はこの難分解性有機物を分解・資化せざるを得ないのでカタボライトレプレッションの作用が現れることはない。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水処理場、産業排水処理設備等において、微生物を利用して下水（産業排水を含む）中の有機物や固形物や栄養塩類などの汚濁物質を分解除去する下水処理システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、下水処理場においては、活性汚泥中に含まれる微生物の汚れ分解作用を利用する処理が行われている（例えば、特許文献１参照）。このような活性汚泥微生物により、比較的分解の容易な有機物（易分解性有機物）を資化して除去することができる。しかし、処理対象となる流入汚泥の中には、このような活性汚泥微生物では充分に分解しきれない、例えばセルロースのような難分解性有機物が多く含まれていることがある。そこで、最近は、活性汚泥微生物のような易分解性有機物資化微生物の他に、難分解性有機物資化微生物を併用することも行われている。
【０００３】
図１４は、このような従来システムの構成図である。本システムは最初沈殿池１、反応槽２、及び最終沈殿池３を備えている。下水が最初沈殿池１に導入されると、最初沈殿池１内では大きな固形物が沈殿分離され、上澄み液が反応槽２内に送出されるようになっている。この反応槽２内には有用微生物である易分解性有機物資化微生物（活性汚泥微生物）４及び難分解性有機物資化微生物５が存在している。反応槽２の底部には散気管６が配設されており、この散気管６は空気管７によりバルブ８を介してブロア９に接続されている。
【０００４】
そして、ブロア９の運転により外部からの空気が散気管６に送られ、この空気が気泡１０となって反応槽２内の下水に供給される。この気泡１０により水中に溶解した溶存酸素が易分解性有機物資化微生物４と接触混合するが、この混合の過程で易分解性有機物資化微生物４は下水中の汚濁物質（汚濁の程度はＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）又はＣＯＤ（化学的酸素要求量）により表される）である易分解性有機物を資化して増殖する。この資化、増殖により易分解性有機物が低減されることになる。また、下水中に含まれるセルロース系物質等の難分解性有機物は難分解性有機物資化微生物５により資化されて低減される。この難分解性有機物資化微生物５としては、例えばトリコデルマ属真菌が用いられる。
【０００５】
反応槽２内で微生物４，５による資化作用で汚濁物質である有機物が低減された下水は最終沈殿池３に送られ、資化増殖された微生物が沈殿分離された後、放流水として公共用水などに排出される。そして、沈殿した微生物は、返送汚泥として水配管１１を介して返送汚泥ポンプ１２により反応槽２の前段側に返送され、また残りは余剰汚泥として余剰汚泥ポンプ１３により汚泥処理プロセスへ供給される。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３２０９５７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなシステムにより、下水中に含まれる易分解性有機物及び難分解性有機物を低減することが可能になっている。しかし、実際には難分解性有機物資化微生物５による資化効率が低いために、難分解性有機物を一定レベル以下に低減することが困難であった。図１５（ａ）は、この現象を示す特性図であり、最終沈殿池３から排出される放流水中のＣＯＤは、難分解性有機物資化微生物５が反応槽２に投入された直後は若干減少しているが、１日をやや経過した時点では元のレベル戻ってしまっている。この原因につき、本発明の発明者らが調査・研究を行ったが、その結果次のような原因が考えられるに至っている。
【０００８】
第一に考えられる原因は、微生物が一般に持っているカタボライトレプレッション（異化代謝産物抑制）作用によるものである。つまり、難分解性有機物資化微生物５は易分解性有機物資化微生物４が分解・資化できない難分解性有機物を分解・資化することができる微生物であるが、易分解性有機物の方が分解・資化が容易であるため、難分解性有機物と易分解性有機物との双方が同時に存在する環境下では易分解性有機物の方を優先して分解・資化することになる。その結果、難分解性有機物資化微生物５の難分解性有機物に対する分解・資化の効率が低下してしまうのである。図１５（ｂ）は、このカタボライトレプレッションの作用を示す特性図であり、当初、難分解性有機物資化微生物５は難分解性有機物を資化しているが、しばらくすると易分解性有機物についても資化を開始している。そして、１日をやや経過した時点では難分解性有機物に対する資化をやめてしまうためその資化速度はほぼゼロとなり、一方、易分解性有機物に対する資化速度は急激に増大している。
【０００９】
第二に考えられる原因は、難分解性有機物資化微生物５が易分解性有機物資化微生物４により次第に淘汰される傾向にあることである。つまり、活性汚泥微生物などの易分解性有機物資化微生物４は繁殖力が強く、その種も数百種以上あるのに対し、難分解性有機物資化微生物５の方は、通常、単一種である。そのため、難分解性有機物資化微生物５は、易分解性有機物資化微生物４の群集に補食されるなどして死滅し、次第に淘汰されていく。図１５（ｃ）は易分解性有機物資化微生物４及び難分解性有機物資化微生物５の微生物濃度を示しており、難分解性有機物資化微生物５の微生物濃度は易分解性有機物資化微生物４に比べてはるかに低く、且つ緩やかな減少傾向にあることが分かる。したがって、システムを長期間運用していくうちに、難分解性有機物資化微生物５は自然に淘汰されて消滅していく。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、難分解性有機物資化微生物のカタボライトレプレッション作用に起因する難分解性有機物の資化効率の減少を防止すると共に、難分解性有機物が淘汰され消滅される傾向に陥るのを防止し、有機物に対する分解・資化機能を向上させることが可能な下水処理システムを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明は、汚濁物質である易分解性有機物及び難分解性有機物が含まれている下水を、易分解性有機物資化微生物及び難分解性有機物資化微生物が存在する反応槽に導入し、これら微生物の資化作用により易分解性有機物及び難分解性有機物が低減された放流水を排出する下水処理システムにおいて、前記反応槽内に仕切壁を設けることにより第１の領域及び第２の領域を形成し、第１の領域に前記易分解性有機物資化微生物を多量に存在させると共に、第２の領域に前記難分解性有機物資化微生物を多量に存在させるようにした、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１の領域又は前記第２の領域のうちの少なくともいずれか一方に更に仕切壁を設け、これら領域を更に複数の領域に分割した、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、汚濁物質である易分解性有機物及び難分解性有機物が含まれている下水を、易分解性有機物資化微生物及び難分解性有機物資化微生物が存在する反応槽に導入し、これら微生物の資化作用により易分解性有機物及び難分解性有機物が低減された放流水を排出する下水処理システムにおいて、前記反応槽の下流側に沈殿池を配設し、この沈殿池内に仕切壁を設けることにより微生物存在領域を形成し、この微生物存在領域に前記難分解性有機物資化微生物を多量に存在させるようにした、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記難分解性有機物資化微生物を生物膜に保持させ、この生物膜を担体に担持させた、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記反応槽の排出口に、反応槽内の水のみの排出を許容し、前記易分解性有機物資化微生物及び難分解性有機物資化微生物の排出を拘束する膜部材を取り付けた、ことを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記難分解性有機物資化微生物は、自然界からのスクリーニングにより生成した微生物株に対して所定の変異処理又は遺伝子組換処理を施し、これを大量培養したものである、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記難分解性有機物は、セルロース系ろ紙であり、前記難分解性有機物資化微生物は、トリコデルマ属真菌である、ことを特徴とする。
【００１８】
請求項８記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記難分解性有機物は、フミン質であり、前記難分解性有機物資化微生物は、シュードモナス・セパシア、シュードモナス・プチーダ、コリネバクテリウム・ウリアリチカム、アグロバクテリウム・ラジオバクター、及び放線菌のうちの少なくともいずれかを含むものである、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項９記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、前記下水には、Ｔｙｐｅ０２１Ｎ、スフェロチルスなどの糸状細菌、放線菌、カビ、藻類のうちの少なくともいずれかを含む糸状微生物が含まれており、前記難分解性有機物資化微生物は、この糸状微生物についても低減可能なものである、ことを特徴とする。
【００２０】
請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９のいずれかに記載の発明において、前記難分解性有機物には、塩素系有機化合物、内分泌撹乱化学物質、界面活性剤、セルロース系以外の高分子有機物のうちの少なくともいずれかが含まれる、ことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る下水処理システムの構成図である。図１が図１４と異なる点は、反応槽２内が仕切壁１４により第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２とに分けられており、領域Ｒ１には易分解性有機物資化微生物４が投入され、一方、領域Ｒ２には難分解性有機物資化微生物５が投入されている点である。したがって、領域Ｒ１に存在する多くの微生物は易分解性有機物資化微生物４であり、一方、領域Ｒ２に存在する多くの微生物は難分解性有機物資化微生物５である。但し、仕切壁１４は領域Ｒ１，Ｒ２間を完全に遮断するものではなく、いくつかの個所に連通孔が形成されており、また、仕切壁１４の上方部分を双方の領域の水が越流できるようになっている。更に、返送汚泥ポンプ１２により最終沈殿池３から第１の領域Ｒ１に返送される汚泥の中には易分解性有機物資化微生物４及び難分解性有機物資化微生物５の双方が混じっている。したがって、第１の領域Ｒ１内にも難分解性有機物資化微生物５がある程度の量は存在し、一方、第２の領域Ｒ２にも易分解性有機物資化微生物４がある程度の量は存在している。
【００２２】
図２は、上記のように構成される第１の実施形態の効果についての説明図であり、（ａ）は最終沈殿池３から排出される放流水中のＣＯＤの量の変化を示す特性図、（ｂ）は難分解性有機物資化微生物５の難分解性有機物に対する資化速度の変化を示す特性図、（ｃ）は難分解性有機物資化微生物５及び易分解性有機物資化微生物４の各微生物濃度の変化を示す特性図である。この図２の特性を従来システムに係る図１５の特性と比較することにより第１の実施形態の効果が明らかとなる。
【００２３】
すなわち、図２（ｃ）に示すように、易分解性有機物資化微生物４の微生物濃度は従来と同様であるが、難分解性有機物資化微生物５は領域Ｒ２に投入直後に一定レベルに急上昇した後はほぼ安定しており、減少傾向は示していない。これは、領域Ｒ２には殆ど易分解性有機物資化微生物４が存在していないため、難分解性有機物資化微生物５が易分解性有機物資化微生物４によって淘汰されることが防止されているからである。
【００２４】
また、図２（ｂ）に示すように、難分解性有機物資化微生物５による易分解性有機物の資化速度はゼロとなっているのに対し、難分解性有機物資化微生物５による難分解性有機物の資化速度は投入直後に一定レベルに急上昇した後はほぼ安定しており、前述したカタボライトレプレッションの作用は現れていない。これは、易分解性有機物の殆どが領域Ｒ１において易分解性有機物資化微生物４により分解・資化され、領域Ｒ２には難分解性有機物しか存在しなくなるため、難分解性有機物資化微生物５はこの難分解性有機物を分解・資化せざるを得ないからである。
【００２５】
上記の図２（ｂ），（ｃ）の特性により、図２（ａ）に示すように、領域Ｒ２に難分解性有機物資化微生物５が投入された直後から最終沈殿池３より排出される放流水中のＣＯＤは顕著に減少し、この減少傾向はその後も継続されている。
【００２６】
図３は、反応槽２内での有機物濃度及び微生物濃度についての分布特性図である。図３（ｂ）に示すように、反応槽２の前段部である領域Ｒ１には易分解性有機物資化微生物が多量に存在し難分解性有機物資化微生物は少量存在している。したがって、図３（ａ）に示すように、領域Ｒ１では易分解性有機物の資化が活発に行われ、距離Ｌ（反応槽２の前段部端部からの距離）が増大するにしたがって易分解性有機物の濃度は急激に減少し、一方、難分解性有機物の資化は余り活発には行われないため、その微生物濃度はほぼ一定となっている。
【００２７】
また、図３（ｂ）に示すように、反応槽２の後段部である領域Ｒ２には難分解性有機物が多量に存在し易分解性有機物は少量存在している。したがって、図３（ａ）に示すように、領域Ｒ２では難分解性有機物の資化が活発に行われ、その量が低減されるようになる。一方、領域Ｒ２における易分解性有機物資化微生物は少量であるが、易分解性有機物の量は少ないものとなっている。これは、既に領域Ｒ１において、易分解性有機物が充分に低減されているため、少ない量の易分解性有機物資化微生物であってもこの低減されたレベルを維持できるからである。
【００２８】
このように、図１の構成では、反応槽２に仕切壁１４を設けてこの反応槽２内の領域を、易分解性有機物資化微生物４が多量に存在する第１の領域Ｒ１と、難分解性有機物資化微生物５が多量に存在する第２の領域Ｒ２とに区分しているので、従来問題となっていた難分解性有機物資化微生物５のカタボライトレプレッション作用を防止することができ、また、難分解性有機物資化微生物５が易分解性有機物資化微生物４によって淘汰されてしまうのを防止することができる。したがって、反応槽２内での易分解性有機物資化微生物４及び難分解性有機物資化微生物５の双方の分解・資化が効率よく行われるようになる。
【００２９】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る下水処理システムの構成図である。本発明では、第１の領域Ｒ１又は第２の領域Ｒ２のうちのいずれか一方又は双方に更に別の仕切壁を設けることにより、領域Ｒ１，Ｒ２それぞれを更に複数領域に分割した構成とすることができる。つまり、図４の構成の例は、図１の構成において、第１の領域Ｒ１を仕切壁１４Ａにより更に２つの領域Ｒ１１，Ｒ１２に分割すると共に、第２の領域Ｒ２を仕切壁１４Ｂにより更に２つの領域Ｒ２１，Ｒ２２に分割したものである。そして、領域Ｒ１１，Ｒ１２には易分解性有機物資化微生物４が多量に存在しているが難分解性有機物資化微生物５も少量存在し、領域Ｒ２１，Ｒ２２には難分解性有機物資化微生物５が多量に存在しているが易分解性有機物資化微生物４も少量存在している。このように、第１及び第２の領域Ｒ１，Ｒ２を更に分割することにより、易分解性有機物及び難分解性有機物に対する分解・資化の効率をきめ細かく調節することができる。
【００３０】
なお、図４に示した構成例は、反応槽２内の合計領域数が４つの場合であるが、この合計領域数は２以上の任意の数とすることができる。また、図４の構成例では、易分解性有機物資化微生物４及び難分解性有機物資化微生物５として用いる微生物の種類をそれぞれ１種類とし、各領域における微生物濃度についてはＲ１１の方がＲ１２よりも高く、Ｒ２１の方がＲ２２よりも高くなるようにしているが、反応槽２内の微生物の分布状態については、情況に応じて種々に設定することができる。例えば、２つの異なる種類の難分解性有機物資化微生物として、トリコデルマ属真菌とシュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）属細菌とを用い、前者を領域Ｒ２１に投入し、後者を領域Ｒ２２に投入すれば、セルロース系及びフミン質系の２種類の難分解性有機物に対する分解・資化が可能な構成とすることができる。
【００３１】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る下水処理システムの構成図である。図１及び図４の構成では、反応槽２内に仕切壁を設けていたが、この図５の構成では、最終沈殿池３内に小さな仕切壁１５を設け、これにより形成される領域Ｒ３に難分解性有機物資化微生物５を投入するようにしている。したがって、反応槽２内に存在する微生物の多くは易分解性有機物資化微生物４となる。
【００３２】
この図５の構成によれば、反応槽２には手を加えず、最終沈殿池３の一部に仕切壁１５を設けるだけの簡易な構成であるため、改造コストを低く抑えることができるというメリットがある。また、反応槽２は易分解性有機物資化微生物４が主として存在する場所であり、最終沈殿池３は難分解性有機物資化微生物５が主として存在する場所であるというように、２種類の微生物を別個の場所に截然と区分することができるので、両者が混合される割合を低く抑制することができるというメリットもある。
【００３３】
図６は、本発明の第４の実施形態に係る下水処理システムの構成図である。この図６の構成は、反応槽２及び最終沈殿池３等の設備については図１の構成と同様であるが、領域Ｒ２内に存在する難分解性有機物が難分解性有機物資化微生物の生物膜５Ｚに保持され、この生物膜５Ｚが担体１６に担持されている点が異なっている。この担体１６としては、ポリアクリルアミド、ポリプロピレン等のプラスチック系物質、あるいは活性炭、アンスラサイト等の炭素系物質などを用いることができる。
【００３４】
この図６の構成では、難分解性有機物が生物膜５Ｚに保持され、この生物膜５Ｚが担体１６に強固に付着した状態になっているので、領域Ｒ２における難分解性有機物の微生物濃度を高レベルに維持することができ、分解・資化の能力を更に向上させることができるというメリットが得られる。
【００３５】
図７は、本発明の第５の実施形態に係る下水処理システムの構成図である。この図７の構成は、領域Ｒ２内に反応槽２における処理後の水を排出するための排出口に、水のみの通過を許容し易分解性有機物資化微生物４及び難分解性有機物資化微生物５の通過を拘束することが可能な膜部材１７を取り付け、この膜部材１７を通して反応槽２内の水がポンプ１８により最終沈殿池３に送出されるようにしたものである。
【００３６】
この図７の構成では、易分解性有機物資化微生物４及び難分解性有機物資化微生物５が反応槽２内に完全に拘束されるので、これらの微生物が流出されなくなり、また、これらの微生物の濃度が膜部材１７の無いときの５〜１０倍程度に高くなる。したがって、分解・資化の能力を一層向上させることができる。
【００３７】
更に、難分解性有機物資化微生物５については、後述するように、遺伝子組み換えを利用して培養することも考えられるが、上記の図７の構成は、遺伝子組み換えに基づく難分解性有機物資化微生物５がシステム外部に流出するのを防止できるので、バイオハザード対策としても非常に有効な構成となる。なお、膜部材１７としては、通常、クロスフロー型のものが用いられるが、水の通過を許容し、易分解性有機物資化微生物４及び難分解性有機物資化微生物５の通過を拘束し得るものであれば他の部材を用いることができる。また、図７の構成では、膜部材１７が取り付けられた排出口が反応槽２に設けられている場合を示したが、この排出口は、反応槽２の下流側に位置する最終沈殿池３など、システム外部に易分解性有機物資化微生物４及び難分解性有機物資化微生物５が流出するのを防止できる位置であれば他の場所に設けても構わない。
【００３８】
図８は、本発明の第６の実施形態に係る下水処理システムの構成図である。この図８の構成は、図７の構成から最終沈殿池３及び返送汚泥ポンプ１２等を削除し、ポンプ１８からの水を放流水として直接に外部へ放流するようにしたものである。システムの条件によっては、このようにいくつかの要素を削除してシステム構成を簡単化して設備コストを低減することができる。
【００３９】
次に、上述した各実施形態において用いられる難分解性有機物資化微生物５の種類、及びその培養方法につき説明する。なお、易分解性有機物資化微生物４として用いられるのは、従来から通常に用いられている活性汚泥微生物であり、これには細菌、原生動物、後生動物、菌類などの種々の微生物が含まれる。
【００４０】
まず、難分解性有機物資化微生物５として用いられるものとしては、セルロース系の難分解性有機物に対して分解・資化を行うトリコデルマ属真菌がある。図９は、このトリコデルマ属真菌を得るためのスクリーニング方法についての説明図である。まず、図９（ａ）に示すように、試験管１９内に、易分解性有機物を除く栄養塩類が溶解されている液体培地（最小培地）２０を入れておく。次いで、採取した土壌を液体培地２０に少量投入する。この土壌中には、スクリーニング対象であるトリコデルマ属真菌５Ａの他に、従属栄養菌であるバチルス属細菌２１、フラボバクテリウム属細菌２２が含まれている。そして、液体培地２０に、難分解性有機物であるセルロース系ろ紙２３を浸した状態で試験管１９の開口部を綿栓２４で閉じる。
【００４１】
この後、インキュベータを用いて試験管１９を３７℃の環境下に約１ヶ月間置くと、図９（ｂ）に示すように、トリコデルマ属真菌５Ａのセルロース分解機能により、セルロース系ろ紙２３が分解され始め、やがて液体培地２０の液面付近でセルロース系ろ紙２３が切断される。そして、このとき従属栄養菌であるバチルス属細菌２１及びフラボバクテリウム属細菌２２は消滅しており、トリコデルマ属真菌５Ａだけが残存する。このようにして、難分解性有機物資化微生物であるトリコデルマ属真菌５Ａを獲得することができる。上記のようにして獲得したトリコデルマ属真菌５Ａを増殖させ、多量のトリコデルマ属真菌５Ａを反応槽２の領域Ｒ２に投入する。なお、上記のような液体培地２０を使用する手法の他に、寒天培地を使用する手法もある。
【００４２】
また、トリコデルマ属真菌５Ａを培養するにあたっては、バイオテクノロジーを用いることにより、易分解性有機物資化能力の無いもの又は低いものに改良することもできる。図１０は、このような改良手法の一つであってＮＴＧ（ニトロソグアニジン）を用いた手法を説明するためのフローチャートである。
【００４３】
まず、トリコデルマ属真菌保存スラント（斜面培地で増殖させた微生物株）にＢ−８完全培地を添加して活性化スラント培養を行う（ステップ１０１）。次いで、Ｂ−１０補給培地を添加して浸透させる一次シード培養（ステップ１０２）と、それを繰り返す二次シード培養とを行い（ステップ１０３）、更に、１／２０Ｍトリスマレート緩衝液を添加する集菌、洗浄を行う（ステップ１０４）。
【００４４】
そして、変異誘発剤であるＮＴＧ溶液を添加し、３７℃で３０分間反応させる変異処理を行い（ステップ１０５）、その後、遠心分離（ステップ１０６）、数回の懸濁（ステップ１０７）、集菌（ステップ１０８）の各処理を順次行ってトリコデルマ属真菌変異株を得る。更に、このトリコデルマ属真菌変異株に対して図９で説明したスクリーニングを行い、易分解性有機物資化特性を試験して、易分解性有機物の分解・資化機能が無いもの又は低いものを選別する（ステップ１０９）。
【００４５】
これにより易分解性有機物の分解・資化機能が抑制された変異株を獲得することができるので、この獲得した変異株を液体培養などで大量培養して、例えば図１の反応槽２の領域Ｒ２に投入すればよい。図１において用いた難分解性有機物資化微生物５は、易分解性有機物の分解・資化機能が抑制されていない通常のものであるため、既述したように、易分解性有機物及び難分解性有機物が同時に存在している場合にはカタボライトレプレッション作用が著しくなるという欠点があったが、この変異株に係るトリコデルマ属真菌を難分解性有機物資化微生物として投入すれば、仕切壁１４を設けた効果に加えて、一層難分解性有機物に対する資化効率を向上させることができる。
【００４６】
なお、上述したのはＮＴＧを用いた手法であるが、その他の手法として、紫外線の生物に対する突然変異誘発作用を利用する手法、あるいは化学変異誘発剤であるエチルメタンスルホン酸（ＥＭＳ）を利用する手法などもある。
【００４７】
更に、バイオテクノロジーを用いたトリコデルマ属真菌５Ａの改良手法として、遺伝子組換処理を用いた手法もある。図１１は、この遺伝子組換処理を用いた手法についての説明図である。図１１において、遺伝子を乗せるリング状のプラスミド２５を制限酵素で切断して直線状の難分解性有機物資化ＤＮＡ２６を得ることができる。また、組み換えの目的となる易分解性有機物資化抑制ＤＮＡを同じ制限酵素で切断し、この切断により得られる易分解性有機物資化抑制ＤＮＡ２７と、前記の難分解性有機物資化ＤＮＡ２６とをＤＮＡリガーゼにより結合することで、リング状のＤＮＡである組換プラスミド２８を生成することができる。
【００４８】
そして、この組換プラスミド２８を、大腸菌などのホスト細胞２９の内部にリン酸カルシウムを用いて細胞壁に孔を開けて侵入させる。これらの工程により、難分解性有機物に対する分解・資化機能を有する一方で易分解性有機物の分解・資化機能が抑制されている微生物を獲得することができる。なお、図１１で説明した手法は、形質転換法と呼ばれる手法であるが、特にこの手法に限定されるわけではなく、その他に、接合法、ウィルス法、ファージ法など遺伝子組換処理の分野において公知の手法を適用することが可能である。
【００４９】
また、難分解性有機物資化微生物５として用いられるものとしては、上記のトリコデルマ属真菌の他に、フミン質（フミン酸及びフルボン酸を主要成分とする）に対して分解・資化を行うシュードモナス属細菌（シュードモナス・セパシア（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｃｅｐａｃｉａ）、シュードモナス・プチーダ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｐｕｔｉｄａ）など）がある。図１２は、このシュードモナス属細菌を得るためのスクリーニング方法についての説明図である。まず、図１２（ａ）に示すように、試験管１９内に、易分解性有機物を除く栄養塩類が溶解されている液体培地（最小培地）２０を入れておく。次いで、採取した土壌を液体培地２０に少量投入し、試験管１９の開口部を綿栓２４で閉じる。この土壌中には、スクリーニング対象であるシュードモナス属細菌５Ｂの他に、従属栄養菌であるバチルス属細菌２１、フラボバクテリウム属細菌２２が含まれている。
【００５０】
この後、インキュベータを用いて試験管１９を３７℃の環境下に２〜７日間振とう培養させると、図１２（ｂ）に示すように、従属栄養菌であるバチルス属細菌２１及びフラボバクテリウム属細菌２２が消滅し、シュードモナス属細菌５Ｂだけが残存する。このようにして、難分解性有機物資化微生物であるシュードモナス属細菌５Ｂを獲得することができる。上記のようにして獲得したシュードモナス属細菌５Ｂを増殖させ、多量のシュードモナス属細菌５Ｂを反応槽２の領域Ｒ２に投入する。
【００５１】
上記のシュードモナス属細菌を得るためのスクリーニングは、寒天培地を用いることによっても行うことができる。図１３は、このような寒天培地を用いたシュードモナス属細菌のスクリーニング方法についてのフローチャートである。
【００５２】
まず、フミン質が多く存在し、これを分解する能力のある微生物が多く含まれている、鉱山、下水処理場放流口付近の河川底泥などの土壌を採取し、この採取土壌に対して、フミン質を唯一の炭素源とするフミン質含有寒天培地を混合して培養を行う（ステップ１３１）。次いで、培養により生成したコロニーの難分解性有機物に対する資化特性を測定し（ステップ１３２）、培養が２回以上行われており、且つ資化特性が正常なコロニーが有るか否かを判別し（ステップ１３３）、有ればそのコロニーを移植しスラント培養して保存する（ステップ１３４）。この後、これにより得られたフミン質資化微生物すなわちシュードモナス属細菌の保存スラントを大量培養して反応槽２の領域Ｒ２に投入する。
【００５３】
なお、フミン質に対して分解・資化を行う難分解性有機物資化微生物として、上記のようにシュードモナス・セパシア（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｃｅｐａｃｉａ）、シュードモナス・プチーダ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｐｕｔｉｄａ）などのシュードモナス属細菌を紹介したが、本発明の発明者による実験では、コリネバクテリウム・ウリアリチカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｕｒｅａｌｙｔｉｃｕｍ）、アグロバクテリウム・ラジオバクター（Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｒａｄｉｏｂａｃｔｅｒ）、あるいは放線菌などもフミン質に対して良好な分解・資化機能を有することが確認されている。
【００５４】
また、難分解性有機物資化微生物として、難分解性有機物の他に、糸状微生物に対しても資化機能を有するものを得ることが可能である。この糸状微生物とは、下水設備あるいは排水設備に生息するもので、例えば、Ｔｙｐｅ０２１Ｎ、スフェロチルスなどの糸状細菌、放線菌、カビ、藻類などがある。このように、難分解性有機物と糸状微生物との双方に対して資化機能を有する難分解性有機物資化微生物を得る手法としては、既述したような難分解性有機物資化微生物に対して糸状微生物の遺伝子の組み換えを行う手法、あるいは逆に、糸状微生物に対して既述した難分解性有機物資化微生物の遺伝子の組み換えを行う手法がある。
【００５５】
更に、上記の実施形態では、難分解性有機物の具体例として、セルロース系ろ紙、フミン質を挙げたが、本発明の難分解性有機物資化微生物の分解・資化対象となる難分解性有機物には下記の物質も含む。
【００５６】
▲１▼塩素系有機化合物
塩素が混入すると有機物と反応して生成する物質であり、トリハロメタン等の発がん性の有る毒性物質である。
▲２▼内分泌撹乱化学物質
下水中、排水中に含まれる、ノニルフェノール、Ｅ１〜Ｅ３などの内分泌撹乱作用を有する毒性物質であり、いわゆる環境ホルモンと呼ばれるものである。
▲３▼界面活性剤
下水中、排水中に含まれる、洗剤などの成分である。
▲４▼セルロース系以外の高分子有機物
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、反応槽内に仕切壁を設けることにより第１の領域及び第２の領域を形成し、第１の領域に易分解性有機物資化微生物を多量に存在させると共に、第２の領域に難分解性有機物資化微生物を多量に存在させるようにしたので、難分解性有機物資化微生物のカタボライトレプレッション作用に起因する難分解性有機物の資化効率の減少を防止すると共に、難分解性有機物が淘汰され消滅される傾向に陥るのを防止し、有機物に対する分解・資化機能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る下水処理システムの構成図。
【図２】図１の第１の実施形態の効果についての説明図であり、（ａ）は最終沈殿池３から排出される放流水中のＣＯＤの量の変化を示す特性図、（ｂ）は難分解性有機物資化微生物５の難分解性有機物に対する資化速度の変化を示す特性図、（ｃ）は難分解性有機物資化微生物５及び易分解性有機物資化微生物４の各微生物濃度の変化を示す特性図である。
【図３】図１における反応槽２内での有機物濃度及び微生物濃度についての分布特性図であり、（ａ）は有機物濃度の特性図、（ｂ）は微生物濃度の特性図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る下水処理システムの構成図。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る下水処理システムの構成図。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る下水処理システムの構成図。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る下水処理システムの構成図。
【図８】本発明の第６の実施形態に係る下水処理システムの構成図。
【図９】上記第１乃至第６の実施形態における難分解性有機物資化微生物として用いられるトリコデルマ属真菌を得るためのスクリーニング方法についての説明図。
【図１０】上記第１乃至第６の実施形態における難分解性有機物資化微生物として用いられるトリコデルマ属真菌について、易分解性有機物資化能力の無いもの又は低いものに改良する手法を説明するためのフローチャート。
【図１１】上記第１乃至第６の実施形態における難分解性有機物資化微生物として用いられるトリコデルマ属真菌について、易分解性有機物資化能力の無いもの又は低いものに改良するための遺伝子組換処理についての説明図。
【図１２】上記第１乃至第６の実施形態における難分解性有機物資化微生物として用いられるシュードモナス属細菌を得るためのスクリーニング方法についての説明図。
【図１３】上記第１乃至第６の実施形態における難分解性有機物資化微生物として用いられるシュードモナス属細菌を得るためのスクリーニング方法についてのフローチャート。
【図１４】従来の下水処理システムの構成図。
【図１５】従来システムの課題を説明するための説明図であり、（ａ）は図１４における最終沈殿池３からの放流水中のＣＯＤの変化特性図、（ｂ）は反応槽２内の難分解性有機物資化微生物５のカタボライトレプレッションの作用を示す特性図、（ｃ）は反応槽２内の微生物濃度についての変化特性図である。
【符号の説明】
１ 最初沈殿池
２ 反応槽
３ 最終沈殿池
４ 易分解性有機物資化微生物
５ 難分解性有機物資化微生物
５Ａ トリコデルマ属真菌
５Ｂ シュードモナス属細菌
５Ｚ 生物膜５
６ 散気管
７ 空気管
８ バルブ
９ ブロア
１０ 気泡
１１ 水配管
１２ 返送汚泥ポンプ
１３ 余剰汚泥ポンプ
１４ 仕切壁
１４Ａ 仕切壁
１４Ｂ 仕切壁
１５ 仕切壁
１６ 担体
１７ 膜部材
１８ ポンプ
１９ 試験管
２０ 液体培地
２１ バチルス属細菌
２２ フラボバクテリウム属細菌
２３ セルロース系ろ紙
２４ 綿栓
２５ プラスミド
２６ 難分解性有機物資化ＤＮＡ
２７ 易分解性有機物資化抑制ＤＮＡ
２８ 組換プラスミド
２９ ホスト細胞
３０ ホスト細胞のＤＮＡ
Ｒ１ 第１の領域
Ｒ２ 第２の領域
Ｒ３ 反応槽２内の微生物存在領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水処理場、産業排水処理設備等において、微生物を利用して下水（産業排水を含む）中の有機物や固形物や栄養塩類などの汚濁物質を分解除去する下水処理システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、下水処理場においては、活性汚泥中に含まれる微生物の汚れ分解作用を利用する処理が行われている（例えば、特許文献１参照）。このような活性汚泥微生物により、比較的分解の容易な有機物（易分解性有機物）を資化して除去することができる。しかし、処理対象となる流入汚泥の中には、このような活性汚泥微生物では充分に分解しきれない、例えばセルロースのような難分解性有機物が多く含まれていることがある。そこで、最近は、活性汚泥微生物のような易分解性有機物資化微生物の他に、難分解性有機物資化微生物を併用することも行われている。
【０００３】
図１４は、このような従来システムの構成図である。本システムは最初沈殿池１、反応槽２、及び最終沈殿池３を備えている。下水が最初沈殿池１に導入されると、最初沈殿池１内では大きな固形物が沈殿分離され、上澄み液が反応槽２内に送出されるようになっている。この反応槽２内には有用微生物である易分解性有機物資化微生物（活性汚泥微生物）４及び難分解性有機物資化微生物５が存在している。反応槽２の底部には散気管６が配設されており、この散気管６は空気管７によりバルブ８を介してブロア９に接続されている。
【０００４】
そして、ブロア９の運転により外部からの空気が散気管６に送られ、この空気が気泡１０となって反応槽２内の下水に供給される。この気泡１０により水中に溶解した溶存酸素が易分解性有機物資化微生物４と接触混合するが、この混合の過程で易分解性有機物資化微生物４は下水中の汚濁物質（汚濁の程度はＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）又はＣＯＤ（化学的酸素要求量）により表される）である易分解性有機物を資化して増殖する。この資化、増殖により易分解性有機物が低減されることになる。また、下水中に含まれるセルロース系物質等の難分解性有機物は難分解性有機物資化微生物５により資化されて低減される。この難分解性有機物資化微生物５としては、例えばトリコデルマ属真菌が用いられる。
【０００５】
反応槽２内で微生物４，５による資化作用で汚濁物質である有機物が低減された下水は最終沈殿池３に送られ、資化増殖された微生物が沈殿分離された後、放流水として公共用水などに排出される。そして、沈殿した微生物は、返送汚泥として水配管１１を介して返送汚泥ポンプ１２により反応槽２の前段側に返送され、また残りは余剰汚泥として余剰汚泥ポンプ１３により汚泥処理プロセスへ供給される。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３２０９５７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなシステムにより、下水中に含まれる易分解性有機物及び難分解性有機物を低減することが可能になっている。しかし、実際には難分解性有機物資化微生物５による資化効率が低いために、難分解性有機物を一定レベル以下に低減することが困難であった。図１５（ａ）は、この現象を示す特性図であり、最終沈殿池３から排出される放流水中のＣＯＤは、難分解性有機物資化微生物５が反応槽２に投入された直後は若干減少しているが、１日をやや経過した時点では元のレベル戻ってしまっている。この原因につき、本発明の発明者らが調査・研究を行ったが、その結果次のような原因が考えられるに至っている。
【０００８】
第一に考えられる原因は、微生物が一般に持っているカタボライトレプレッション（異化代謝産物抑制）作用によるものである。つまり、難分解性有機物資化微生物５は易分解性有機物資化微生物４が分解・資化できない難分解性有機物を分解・資化することができる微生物であるが、易分解性有機物の方が分解・資化が容易であるため、難分解性有機物と易分解性有機物との双方が同時に存在する環境下では易分解性有機物の方を優先して分解・資化することになる。その結果、難分解性有機物資化微生物５の難分解性有機物に対する分解・資化の効率が低下してしまうのである。図１５（ｂ）は、このカタボライトレプレッションの作用を示す特性図であり、当初、難分解性有機物資化微生物５は難分解性有機物を資化しているが、しばらくすると易分解性有機物についても資化を開始している。そして、１日をやや経過した時点では難分解性有機物に対する資化をやめてしまうためその資化速度はほぼゼロとなり、一方、易分解性有機物に対する資化速度は急激に増大している。
【０００９】
第二に考えられる原因は、難分解性有機物資化微生物５が易分解性有機物資化微生物４により次第に淘汰される傾向にあることである。つまり、活性汚泥微生物などの易分解性有機物資化微生物４は繁殖力が強く、その種も数百種以上あるのに対し、難分解性有機物資化微生物５の方は、通常、単一種である。そのため、難分解性有機物資化微生物５は、易分解性有機物資化微生物４の群集に補食されるなどして死滅し、次第に淘汰されていく。図１５（ｃ）は易分解性有機物資化微生物４及び難分解性有機物資化微生物５の微生物濃度を示しており、難分解性有機物資化微生物５の微生物濃度は易分解性有機物資化微生物４に比べてはるかに低く、且つ緩やかな減少傾向にあることが分かる。したがって、システムを長期間運用していくうちに、難分解性有機物資化微生物５は自然に淘汰されて消滅していく。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、難分解性有機物資化微生物のカタボライトレプレッション作用に起因する難分解性有機物の資化効率の減少を防止すると共に、難分解性有機物が淘汰され消滅される傾向に陥るのを防止し、有機物に対する分解・資化機能を向上させることが可能な下水処理システムを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明は、汚濁物質である易分解性有機物及び難分解性有機物が含まれている下水を、易分解性有機物資化微生物及び難分解性有機物資化微生物が存在する反応槽に導入し、これら微生物の資化作用により易分解性有機物及び難分解性有機物が低減された放流水を排出する下水処理システムにおいて、前記反応槽内に仕切壁を設けることにより第１の領域及び第２の領域を形成し、第１の領域に前記易分解性有機物資化微生物を多量に存在させると共に、第２の領域に前記難分解性有機物資化微生物を多量に存在させるようにした、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１の領域又は前記第２の領域のうちの少なくともいずれか一方に更に仕切壁を設け、これら領域を更に複数の領域に分割した、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、汚濁物質である易分解性有機物及び難分解性有機物が含まれている下水を、易分解性有機物資化微生物及び難分解性有機物資化微生物が存在する反応槽に導入し、これら微生物の資化作用により易分解性有機物及び難分解性有機物が低減された放流水を排出する下水処理システムにおいて、前記反応槽の下流側に沈殿池を配設し、この沈殿池内に仕切壁を設けることにより微生物存在領域を形成し、この微生物存在領域に前記難分解性有機物資化微生物を多量に存在させるようにした、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記難分解性有機物資化微生物を生物膜に保持させ、この生物膜を担体に担持させた、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記反応槽の排出口に、反応槽内の水のみの排出を許容し、前記易分解性有機物資化微生物及び難分解性有機物資化微生物の排出を拘束する膜部材を取り付けた、ことを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記難分解性有機物資化微生物は、自然界からのスクリーニングにより生成した微生物株に対して所定の変異処理又は遺伝子組換処理を施し、これを大量培養したものである、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記難分解性有機物は、セルロース系ろ紙であり、前記難分解性有機物資化微生物は、トリコデルマ属真菌である、ことを特徴とする。
【００１８】
請求項８記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記難分解性有機物は、フミン質であり、前記難分解性有機物資化微生物は、シュードモナス・セパシア、シュードモナス・プチーダ、コリネバクテリウム・ウリアリチカム、アグロバクテリウム・ラジオバクター、及び放線菌のうちの少なくともいずれかを含むものである、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項９記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、前記下水には、Ｔｙｐｅ０２１Ｎ、スフェロチルスなどの糸状細菌、放線菌、カビ、藻類のうちの少なくともいずれかを含む糸状微生物が含まれており、前記難分解性有機物資化微生物は、この糸状微生物についても低減可能なものである、ことを特徴とする。
【００２０】
請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９のいずれかに記載の発明において、前記難分解性有機物には、塩素系有機化合物、内分泌撹乱化学物質、界面活性剤、セルロース系以外の高分子有機物のうちの少なくともいずれかが含まれる、ことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る下水処理システムの構成図である。図１が図１４と異なる点は、反応槽２内が仕切壁１４により第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２とに分けられており、領域Ｒ１には易分解性有機物資化微生物４が投入され、一方、領域Ｒ２には難分解性有機物資化微生物５が投入されている点である。したがって、領域Ｒ１に存在する多くの微生物は易分解性有機物資化微生物４であり、一方、領域Ｒ２に存在する多くの微生物は難分解性有機物資化微生物５である。但し、仕切壁１４は領域Ｒ１，Ｒ２間を完全に遮断するものではなく、いくつかの個所に連通孔が形成されており、また、仕切壁１４の上方部分を双方の領域の水が越流できるようになっている。更に、返送汚泥ポンプ１２により最終沈殿池３から第１の領域Ｒ１に返送される汚泥の中には易分解性有機物資化微生物４及び難分解性有機物資化微生物５の双方が混じっている。したがって、第１の領域Ｒ１内にも難分解性有機物資化微生物５がある程度の量は存在し、一方、第２の領域Ｒ２にも易分解性有機物資化微生物４がある程度の量は存在している。
【００２２】
図２は、上記のように構成される第１の実施形態の効果についての説明図であり、（ａ）は最終沈殿池３から排出される放流水中のＣＯＤの量の変化を示す特性図、（ｂ）は難分解性有機物資化微生物５の難分解性有機物に対する資化速度の変化を示す特性図、（ｃ）は難分解性有機物資化微生物５及び易分解性有機物資化微生物４の各微生物濃度の変化を示す特性図である。この図２の特性を従来システムに係る図１５の特性と比較することにより第１の実施形態の効果が明らかとなる。
【００２３】
すなわち、図２（ｃ）に示すように、易分解性有機物資化微生物４の微生物濃度は従来と同様であるが、難分解性有機物資化微生物５は領域Ｒ２に投入直後に一定レベルに急上昇した後はほぼ安定しており、減少傾向は示していない。これは、領域Ｒ２には殆ど易分解性有機物資化微生物４が存在していないため、難分解性有機物資化微生物５が易分解性有機物資化微生物４によって淘汰されることが防止されているからである。
【００２４】
また、図２（ｂ）に示すように、難分解性有機物資化微生物５による易分解性有機物の資化速度はゼロとなっているのに対し、難分解性有機物資化微生物５による難分解性有機物の資化速度は投入直後に一定レベルに急上昇した後はほぼ安定しており、前述したカタボライトレプレッションの作用は現れていない。これは、易分解性有機物の殆どが領域Ｒ１において易分解性有機物資化微生物４により分解・資化され、領域Ｒ２には難分解性有機物しか存在しなくなるため、難分解性有機物資化微生物５はこの難分解性有機物を分解・資化せざるを得ないからである。
【００２５】
上記の図２（ｂ），（ｃ）の特性により、図２（ａ）に示すように、領域Ｒ２に難分解性有機物資化微生物５が投入された直後から最終沈殿池３より排出される放流水中のＣＯＤは顕著に減少し、この減少傾向はその後も継続されている。
【００２６】
図３は、反応槽２内での有機物濃度及び微生物濃度についての分布特性図である。図３（ｂ）に示すように、反応槽２の前段部である領域Ｒ１には易分解性有機物資化微生物が多量に存在し難分解性有機物資化微生物は少量存在している。したがって、図３（ａ）に示すように、領域Ｒ１では易分解性有機物の資化が活発に行われ、距離Ｌ（反応槽２の前段部端部からの距離）が増大するにしたがって易分解性有機物の濃度は急激に減少し、一方、難分解性有機物の資化は余り活発には行われないため、その微生物濃度はほぼ一定となっている。
【００２７】
また、図３（ｂ）に示すように、反応槽２の後段部である領域Ｒ２には難分解性有機物が多量に存在し易分解性有機物は少量存在している。したがって、図３（ａ）に示すように、領域Ｒ２では難分解性有機物の資化が活発に行われ、その量が低減されるようになる。一方、領域Ｒ２における易分解性有機物資化微生物は少量であるが、易分解性有機物の量は少ないものとなっている。これは、既に領域Ｒ１において、易分解性有機物が充分に低減されているため、少ない量の易分解性有機物資化微生物であってもこの低減されたレベルを維持できるからである。
【００２８】
このように、図１の構成では、反応槽２に仕切壁１４を設けてこの反応槽２内の領域を、易分解性有機物資化微生物４が多量に存在する第１の領域Ｒ１と、難分解性有機物資化微生物５が多量に存在する第２の領域Ｒ２とに区分しているので、従来問題となっていた難分解性有機物資化微生物５のカタボライトレプレッション作用を防止することができ、また、難分解性有機物資化微生物５が易分解性有機物資化微生物４によって淘汰されてしまうのを防止することができる。したがって、反応槽２内での易分解性有機物資化微生物４及び難分解性有機物資化微生物５の双方の分解・資化が効率よく行われるようになる。
【００２９】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る下水処理システムの構成図である。本発明では、第１の領域Ｒ１又は第２の領域Ｒ２のうちのいずれか一方又は双方に更に別の仕切壁を設けることにより、領域Ｒ１，Ｒ２それぞれを更に複数領域に分割した構成とすることができる。つまり、図４の構成の例は、図１の構成において、第１の領域Ｒ１を仕切壁１４Ａにより更に２つの領域Ｒ１１，Ｒ１２に分割すると共に、第２の領域Ｒ２を仕切壁１４Ｂにより更に２つの領域Ｒ２１，Ｒ２２に分割したものである。そして、領域Ｒ１１，Ｒ１２には易分解性有機物資化微生物４が多量に存在しているが難分解性有機物資化微生物５も少量存在し、領域Ｒ２１，Ｒ２２には難分解性有機物資化微生物５が多量に存在しているが易分解性有機物資化微生物４も少量存在している。このように、第１及び第２の領域Ｒ１，Ｒ２を更に分割することにより、易分解性有機物及び難分解性有機物に対する分解・資化の効率をきめ細かく調節することができる。
【００３０】
なお、図４に示した構成例は、反応槽２内の合計領域数が４つの場合であるが、この合計領域数は２以上の任意の数とすることができる。また、図４の構成例では、易分解性有機物資化微生物４及び難分解性有機物資化微生物５として用いる微生物の種類をそれぞれ１種類とし、各領域における微生物濃度についてはＲ１１の方がＲ１２よりも高く、Ｒ２１の方がＲ２２よりも高くなるようにしているが、反応槽２内の微生物の分布状態については、情況に応じて種々に設定することができる。例えば、２つの異なる種類の難分解性有機物資化微生物として、トリコデルマ属真菌とシュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）属細菌とを用い、前者を領域Ｒ２１に投入し、後者を領域Ｒ２２に投入すれば、セルロース系及びフミン質系の２種類の難分解性有機物に対する分解・資化が可能な構成とすることができる。
【００３１】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る下水処理システムの構成図である。図１及び図４の構成では、反応槽２内に仕切壁を設けていたが、この図５の構成では、最終沈殿池３内に小さな仕切壁１５を設け、これにより形成される領域Ｒ３に難分解性有機物資化微生物５を投入するようにしている。したがって、反応槽２内に存在する微生物の多くは易分解性有機物資化微生物４となる。
【００３２】
この図５の構成によれば、反応槽２には手を加えず、最終沈殿池３の一部に仕切壁１５を設けるだけの簡易な構成であるため、改造コストを低く抑えることができるというメリットがある。また、反応槽２は易分解性有機物資化微生物４が主として存在する場所であり、最終沈殿池３は難分解性有機物資化微生物５が主として存在する場所であるというように、２種類の微生物を別個の場所に截然と区分することができるので、両者が混合される割合を低く抑制することができるというメリットもある。
【００３３】
図６は、本発明の第４の実施形態に係る下水処理システムの構成図である。この図６の構成は、反応槽２及び最終沈殿池３等の設備については図１の構成と同様であるが、領域Ｒ２内に存在する難分解性有機物が難分解性有機物資化微生物の生物膜５Ｚに保持され、この生物膜５Ｚが担体１６に担持されている点が異なっている。この担体１６としては、ポリアクリルアミド、ポリプロピレン等のプラスチック系物質、あるいは活性炭、アンスラサイト等の炭素系物質などを用いることができる。
【００３４】
この図６の構成では、難分解性有機物が生物膜５Ｚに保持され、この生物膜５Ｚが担体１６に強固に付着した状態になっているので、領域Ｒ２における難分解性有機物の微生物濃度を高レベルに維持することができ、分解・資化の能力を更に向上させることができるというメリットが得られる。
【００３５】
図７は、本発明の第５の実施形態に係る下水処理システムの構成図である。この図７の構成は、領域Ｒ２内に反応槽２における処理後の水を排出するための排出口に、水のみの通過を許容し易分解性有機物資化微生物４及び難分解性有機物資化微生物５の通過を拘束することが可能な膜部材１７を取り付け、この膜部材１７を通して反応槽２内の水がポンプ１８により最終沈殿池３に送出されるようにしたものである。
【００３６】
この図７の構成では、易分解性有機物資化微生物４及び難分解性有機物資化微生物５が反応槽２内に完全に拘束されるので、これらの微生物が流出されなくなり、また、これらの微生物の濃度が膜部材１７の無いときの５〜１０倍程度に高くなる。したがって、分解・資化の能力を一層向上させることができる。
【００３７】
更に、難分解性有機物資化微生物５については、後述するように、遺伝子組み換えを利用して培養することも考えられるが、上記の図７の構成は、遺伝子組み換えに基づく難分解性有機物資化微生物５がシステム外部に流出するのを防止できるので、バイオハザード対策としても非常に有効な構成となる。なお、膜部材１７としては、通常、クロスフロー型のものが用いられるが、水の通過を許容し、易分解性有機物資化微生物４及び難分解性有機物資化微生物５の通過を拘束し得るものであれば他の部材を用いることができる。また、図７の構成では、膜部材１７が取り付けられた排出口が反応槽２に設けられている場合を示したが、この排出口は、反応槽２の下流側に位置する最終沈殿池３など、システム外部に易分解性有機物資化微生物４及び難分解性有機物資化微生物５が流出するのを防止できる位置であれば他の場所に設けても構わない。
【００３８】
図８は、本発明の第６の実施形態に係る下水処理システムの構成図である。この図８の構成は、図７の構成から最終沈殿池３及び返送汚泥ポンプ１２等を削除し、ポンプ１８からの水を放流水として直接に外部へ放流するようにしたものである。システムの条件によっては、このようにいくつかの要素を削除してシステム構成を簡単化して設備コストを低減することができる。
【００３９】
次に、上述した各実施形態において用いられる難分解性有機物資化微生物５の種類、及びその培養方法につき説明する。なお、易分解性有機物資化微生物４として用いられるのは、従来から通常に用いられている活性汚泥微生物であり、これには細菌、原生動物、後生動物、菌類などの種々の微生物が含まれる。
【００４０】
まず、難分解性有機物資化微生物５として用いられるものとしては、セルロース系の難分解性有機物に対して分解・資化を行うトリコデルマ属真菌がある。図９は、このトリコデルマ属真菌を得るためのスクリーニング方法についての説明図である。まず、図９（ａ）に示すように、試験管１９内に、易分解性有機物を除く栄養塩類が溶解されている液体培地（最小培地）２０を入れておく。次いで、採取した土壌を液体培地２０に少量投入する。この土壌中には、スクリーニング対象であるトリコデルマ属真菌５Ａの他に、従属栄養菌であるバチルス属細菌２１、フラボバクテリウム属細菌２２が含まれている。そして、液体培地２０に、難分解性有機物であるセルロース系ろ紙２３を浸した状態で試験管１９の開口部を綿栓２４で閉じる。
【００４１】
この後、インキュベータを用いて試験管１９を３７℃の環境下に約１ヶ月間置くと、図９（ｂ）に示すように、トリコデルマ属真菌５Ａのセルロース分解機能により、セルロース系ろ紙２３が分解され始め、やがて液体培地２０の液面付近でセルロース系ろ紙２３が切断される。そして、このとき従属栄養菌であるバチルス属細菌２１及びフラボバクテリウム属細菌２２は消滅しており、トリコデルマ属真菌５Ａだけが残存する。このようにして、難分解性有機物資化微生物であるトリコデルマ属真菌５Ａを獲得することができる。上記のようにして獲得したトリコデルマ属真菌５Ａを増殖させ、多量のトリコデルマ属真菌５Ａを反応槽２の領域Ｒ２に投入する。なお、上記のような液体培地２０を使用する手法の他に、寒天培地を使用する手法もある。
【００４２】
また、トリコデルマ属真菌５Ａを培養するにあたっては、バイオテクノロジーを用いることにより、易分解性有機物資化能力の無いもの又は低いものに改良することもできる。図１０は、このような改良手法の一つであってＮＴＧ（ニトロソグアニジン）を用いた手法を説明するためのフローチャートである。
【００４３】
まず、トリコデルマ属真菌保存スラント（斜面培地で増殖させた微生物株）にＢ−８完全培地を添加して活性化スラント培養を行う（ステップ１０１）。次いで、Ｂ−１０補給培地を添加して浸透させる一次シード培養（ステップ１０２）と、それを繰り返す二次シード培養とを行い（ステップ１０３）、更に、１／２０Ｍトリスマレート緩衝液を添加する集菌、洗浄を行う（ステップ１０４）。
【００４４】
そして、変異誘発剤であるＮＴＧ溶液を添加し、３７℃で３０分間反応させる変異処理を行い（ステップ１０５）、その後、遠心分離（ステップ１０６）、数回の懸濁（ステップ１０７）、集菌（ステップ１０８）の各処理を順次行ってトリコデルマ属真菌変異株を得る。更に、このトリコデルマ属真菌変異株に対して図９で説明したスクリーニングを行い、易分解性有機物資化特性を試験して、易分解性有機物の分解・資化機能が無いもの又は低いものを選別する（ステップ１０９）。
【００４５】
これにより易分解性有機物の分解・資化機能が抑制された変異株を獲得することができるので、この獲得した変異株を液体培養などで大量培養して、例えば図１の反応槽２の領域Ｒ２に投入すればよい。図１において用いた難分解性有機物資化微生物５は、易分解性有機物の分解・資化機能が抑制されていない通常のものであるため、既述したように、易分解性有機物及び難分解性有機物が同時に存在している場合にはカタボライトレプレッション作用が著しくなるという欠点があったが、この変異株に係るトリコデルマ属真菌を難分解性有機物資化微生物として投入すれば、仕切壁１４を設けた効果に加えて、一層難分解性有機物に対する資化効率を向上させることができる。
【００４６】
なお、上述したのはＮＴＧを用いた手法であるが、その他の手法として、紫外線の生物に対する突然変異誘発作用を利用する手法、あるいは化学変異誘発剤であるエチルメタンスルホン酸（ＥＭＳ）を利用する手法などもある。
【００４７】
更に、バイオテクノロジーを用いたトリコデルマ属真菌５Ａの改良手法として、遺伝子組換処理を用いた手法もある。図１１は、この遺伝子組換処理を用いた手法についての説明図である。図１１において、遺伝子を乗せるリング状のプラスミド２５を制限酵素で切断して直線状の難分解性有機物資化ＤＮＡ２６を得ることができる。また、組み換えの目的となる易分解性有機物資化抑制ＤＮＡを同じ制限酵素で切断し、この切断により得られる易分解性有機物資化抑制ＤＮＡ２７と、前記の難分解性有機物資化ＤＮＡ２６とをＤＮＡリガーゼにより結合することで、リング状のＤＮＡである組換プラスミド２８を生成することができる。
【００４８】
そして、この組換プラスミド２８を、大腸菌などのホスト細胞２９の内部にリン酸カルシウムを用いて細胞壁に孔を開けて侵入させる。これらの工程により、難分解性有機物に対する分解・資化機能を有する一方で易分解性有機物の分解・資化機能が抑制されている微生物を獲得することができる。なお、図１１で説明した手法は、形質転換法と呼ばれる手法であるが、特にこの手法に限定されるわけではなく、その他に、接合法、ウィルス法、ファージ法など遺伝子組換処理の分野において公知の手法を適用することが可能である。
【００４９】
また、難分解性有機物資化微生物５として用いられるものとしては、上記のトリコデルマ属真菌の他に、フミン質（フミン酸及びフルボン酸を主要成分とする）に対して分解・資化を行うシュードモナス属細菌（シュードモナス・セパシア（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｃｅｐａｃｉａ）、シュードモナス・プチーダ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｐｕｔｉｄａ）など）がある。図１２は、このシュードモナス属細菌を得るためのスクリーニング方法についての説明図である。まず、図１２（ａ）に示すように、試験管１９内に、易分解性有機物を除く栄養塩類が溶解されている液体培地（最小培地）２０を入れておく。次いで、採取した土壌を液体培地２０に少量投入し、試験管１９の開口部を綿栓２４で閉じる。この土壌中には、スクリーニング対象であるシュードモナス属細菌５Ｂの他に、従属栄養菌であるバチルス属細菌２１、フラボバクテリウム属細菌２２が含まれている。
【００５０】
この後、インキュベータを用いて試験管１９を３７℃の環境下に２〜７日間振とう培養させると、図１２（ｂ）に示すように、従属栄養菌であるバチルス属細菌２１及びフラボバクテリウム属細菌２２が消滅し、シュードモナス属細菌５Ｂだけが残存する。このようにして、難分解性有機物資化微生物であるシュードモナス属細菌５Ｂを獲得することができる。上記のようにして獲得したシュードモナス属細菌５Ｂを増殖させ、多量のシュードモナス属細菌５Ｂを反応槽２の領域Ｒ２に投入する。
【００５１】
上記のシュードモナス属細菌を得るためのスクリーニングは、寒天培地を用いることによっても行うことができる。図１３は、このような寒天培地を用いたシュードモナス属細菌のスクリーニング方法についてのフローチャートである。
【００５２】
まず、フミン質が多く存在し、これを分解する能力のある微生物が多く含まれている、鉱山、下水処理場放流口付近の河川底泥などの土壌を採取し、この採取土壌に対して、フミン質を唯一の炭素源とするフミン質含有寒天培地を混合して培養を行う（ステップ１３１）。次いで、培養により生成したコロニーの難分解性有機物に対する資化特性を測定し（ステップ１３２）、培養が２回以上行われており、且つ資化特性が正常なコロニーが有るか否かを判別し（ステップ１３３）、有ればそのコロニーを移植しスラント培養して保存する（ステップ１３４）。この後、これにより得られたフミン質資化微生物すなわちシュードモナス属細菌の保存スラントを大量培養して反応槽２の領域Ｒ２に投入する。
【００５３】
なお、フミン質に対して分解・資化を行う難分解性有機物資化微生物として、上記のようにシュードモナス・セパシア（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｃｅｐａｃｉａ）、シュードモナス・プチーダ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｐｕｔｉｄａ）などのシュードモナス属細菌を紹介したが、本発明の発明者による実験では、コリネバクテリウム・ウリアリチカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｕｒｅａｌｙｔｉｃｕｍ）、アグロバクテリウム・ラジオバクター（Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｒａｄｉｏｂａｃｔｅｒ）、あるいは放線菌などもフミン質に対して良好な分解・資化機能を有することが確認されている。
【００５４】
また、難分解性有機物資化微生物として、難分解性有機物の他に、糸状微生物に対しても資化機能を有するものを得ることが可能である。この糸状微生物とは、下水設備あるいは排水設備に生息するもので、例えば、Ｔｙｐｅ０２１Ｎ、スフェロチルスなどの糸状細菌、放線菌、カビ、藻類などがある。このように、難分解性有機物と糸状微生物との双方に対して資化機能を有する難分解性有機物資化微生物を得る手法としては、既述したような難分解性有機物資化微生物に対して糸状微生物の遺伝子の組み換えを行う手法、あるいは逆に、糸状微生物に対して既述した難分解性有機物資化微生物の遺伝子の組み換えを行う手法がある。
【００５５】
更に、上記の実施形態では、難分解性有機物の具体例として、セルロース系ろ紙、フミン質を挙げたが、本発明の難分解性有機物資化微生物の分解・資化対象となる難分解性有機物には下記の物質も含む。
【００５６】
▲１▼塩素系有機化合物
塩素が混入すると有機物と反応して生成する物質であり、トリハロメタン等の発がん性の有る毒性物質である。
▲２▼内分泌撹乱化学物質
下水中、排水中に含まれる、ノニルフェノール、Ｅ１〜Ｅ３などの内分泌撹乱作用を有する毒性物質であり、いわゆる環境ホルモンと呼ばれるものである。
▲３▼界面活性剤
下水中、排水中に含まれる、洗剤などの成分である。
▲４▼セルロース系以外の高分子有機物
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、反応槽内に仕切壁を設けることにより第１の領域及び第２の領域を形成し、第１の領域に易分解性有機物資化微生物を多量に存在させると共に、第２の領域に難分解性有機物資化微生物を多量に存在させるようにしたので、難分解性有機物資化微生物のカタボライトレプレッション作用に起因する難分解性有機物の資化効率の減少を防止すると共に、難分解性有機物が淘汰され消滅される傾向に陥るのを防止し、有機物に対する分解・資化機能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る下水処理システムの構成図。
【図２】図１の第１の実施形態の効果についての説明図であり、（ａ）は最終沈殿池３から排出される放流水中のＣＯＤの量の変化を示す特性図、（ｂ）は難分解性有機物資化微生物５の難分解性有機物に対する資化速度の変化を示す特性図、（ｃ）は難分解性有機物資化微生物５及び易分解性有機物資化微生物４の各微生物濃度の変化を示す特性図である。
【図３】図１における反応槽２内での有機物濃度及び微生物濃度についての分布特性図であり、（ａ）は有機物濃度の特性図、（ｂ）は微生物濃度の特性図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る下水処理システムの構成図。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る下水処理システムの構成図。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る下水処理システムの構成図。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る下水処理システムの構成図。
【図８】本発明の第６の実施形態に係る下水処理システムの構成図。
【図９】上記第１乃至第６の実施形態における難分解性有機物資化微生物として用いられるトリコデルマ属真菌を得るためのスクリーニング方法についての説明図。
【図１０】上記第１乃至第６の実施形態における難分解性有機物資化微生物として用いられるトリコデルマ属真菌について、易分解性有機物資化能力の無いもの又は低いものに改良する手法を説明するためのフローチャート。
【図１１】上記第１乃至第６の実施形態における難分解性有機物資化微生物として用いられるトリコデルマ属真菌について、易分解性有機物資化能力の無いもの又は低いものに改良するための遺伝子組換処理についての説明図。
【図１２】上記第１乃至第６の実施形態における難分解性有機物資化微生物として用いられるシュードモナス属細菌を得るためのスクリーニング方法についての説明図。
【図１３】上記第１乃至第６の実施形態における難分解性有機物資化微生物として用いられるシュードモナス属細菌を得るためのスクリーニング方法についてのフローチャート。
【図１４】従来の下水処理システムの構成図。
【図１５】従来システムの課題を説明するための説明図であり、（ａ）は図１４における最終沈殿池３からの放流水中のＣＯＤの変化特性図、（ｂ）は反応槽２内の難分解性有機物資化微生物５のカタボライトレプレッションの作用を示す特性図、（ｃ）は反応槽２内の微生物濃度についての変化特性図である。
【符号の説明】
１ 最初沈殿池
２ 反応槽
３ 最終沈殿池
４ 易分解性有機物資化微生物
５ 難分解性有機物資化微生物
５Ａ トリコデルマ属真菌
５Ｂ シュードモナス属細菌
５Ｚ 生物膜５
６ 散気管
７ 空気管
８ バルブ
９ ブロア
１０ 気泡
１１ 水配管
１２ 返送汚泥ポンプ
１３ 余剰汚泥ポンプ
１４ 仕切壁
１４Ａ 仕切壁
１４Ｂ 仕切壁
１５ 仕切壁
１６ 担体
１７ 膜部材
１８ ポンプ
１９ 試験管
２０ 液体培地
２１ バチルス属細菌
２２ フラボバクテリウム属細菌
２３ セルロース系ろ紙
２４ 綿栓
２５ プラスミド
２６ 難分解性有機物資化ＤＮＡ
２７ 易分解性有機物資化抑制ＤＮＡ
２８ 組換プラスミド
２９ ホスト細胞
３０ ホスト細胞のＤＮＡ
Ｒ１ 第１の領域
Ｒ２ 第２の領域
Ｒ３ 反応槽２内の微生物存在領域
Claims (10)
- 汚濁物質である易分解性有機物及び難分解性有機物が含まれている下水を、易分解性有機物資化微生物及び難分解性有機物資化微生物が存在する反応槽に導入し、これら微生物の資化作用により易分解性有機物及び難分解性有機物が低減された放流水を排出する下水処理システムにおいて、
前記反応槽内に仕切壁を設けることにより第１の領域及び第２の領域を形成し、第１の領域に前記易分解性有機物資化微生物を多量に存在させると共に、第２の領域に前記難分解性有機物資化微生物を多量に存在させるようにした、
ことを特徴とする下水処理システム。 - 前記第１の領域又は前記第２の領域のうちの少なくともいずれか一方に更に仕切壁を設け、これら領域を更に複数の領域に分割した、
ことを特徴とする請求項１記載の下水処理システム。 - 汚濁物質である易分解性有機物及び難分解性有機物が含まれている下水を、易分解性有機物資化微生物及び難分解性有機物資化微生物が存在する反応槽に導入し、これら微生物の資化作用により易分解性有機物及び難分解性有機物が低減された放流水を排出する下水処理システムにおいて、
前記反応槽の下流側に沈殿池を配設し、この沈殿池内に仕切壁を設けることにより微生物存在領域を形成し、この微生物存在領域に前記難分解性有機物資化微生物を多量に存在させるようにした、
ことを特徴とする下水処理システム。 - 前記難分解性有機物資化微生物を生物膜に保持させ、この生物膜を担体に担持させた、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の下水処理システム。 - 前記反応槽の排出口に、反応槽内の水のみの排出を許容し、前記易分解性有機物資化微生物及び難分解性有機物資化微生物の排出を拘束する膜部材を取り付けた、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の下水処理システム。 - 前記難分解性有機物資化微生物は、自然界からの採取に基づき生成した微生物株に対して所定の変異処理又は遺伝子組換処理を施し、これを大量培養したものである、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の下水処理システム。 - 前記難分解性有機物は、セルロース系ろ紙であり、前記難分解性有機物資化微生物は、トリコデルマ属真菌である、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の下水処理システム。 - 前記難分解性有機物は、フミン質であり、前記難分解性有機物資化微生物は、シュードモナス・セパシア、シュードモナス・プチーダ、コリネバクテリウム・ウリアリチカム、アグロバクテリウム・ラジオバクター、及び放線菌のうちの少なくともいずれかを含むものである、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の下水処理システム。 - 前記下水には、Ｔｙｐｅ０２１Ｎ、スフェロチルスなどの糸状細菌、放線菌、カビ、藻類のうちの少なくともいずれかを含む糸状微生物が含まれており、
前記難分解性有機物資化微生物は、この糸状微生物についても低減可能なものである、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の下水処理システム。 - 前記難分解性有機物には、塩素系有機化合物、内分泌撹乱化学物質、界面活性剤、セルロース系以外の高分子有機物のうちの少なくともいずれかが含まれる、
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の下水処理システム。
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