JP2006326435A

JP2006326435A - 水酸化テトラメチルアンモニウム含有廃水の処理方法

Info

Publication number: JP2006326435A
Application number: JP2005151220A
Authority: JP
Inventors: Tsuguhito Itou; 世人伊藤; Toshio Otake; 要生大竹; Hiroo Takahata; 寛生高畠
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2005-05-24
Filing date: 2005-05-24
Publication date: 2006-12-07

Abstract

【課題】水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）含有廃水を生物処理する際に生じる、スタートアップの長期間化、処理の不安定性、低処理効率等の課題を解決し、安定かつ効率的にＴＭＡＨを生物処理する方法を提供すること。
【解決手段】アエロモナス属に属する細菌、またはアエロモナス属に属する細菌を含む細菌群を用いることを特徴とする水酸化テトラメチルアンモニウム含有廃水の処理方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、水酸化テトラメチルアンモニウム（以下、「ＴＭＡＨ」と称す。）を含有する廃水の処理方法に関する。さらに詳しくは、当該ＴＭＡＨを分解する細菌として、アエロモナス属に属する細菌、または当該細菌を含む細菌群を用いる水酸化テトラメチルアンモニウムを含有する廃水の処理方法に関する。

ＴＭＡＨは、半導体工場のポジ型フォトレジストの現像液やその他、溶剤などの用途で使用されている。近年は、特に液晶の普及により生産量が急激に増加しており、対応して、ＴＭＡＨを含有する廃水の発生量も増加している。

従来、ＴＭＡＨを含む廃水の処理は、ＴＭＡＨが難生分解性物質あり、代表的な生物処理法である活性汚泥法で処理する場合に沈降性が悪い、馴養に時間を要するなどの課題を有したため、生物処理が困難だとされてきた。そこで、濃厚な廃水は燃焼し、希薄な廃水は逆浸透膜（例えば、特許文献１参照）やイオン交換樹脂を用いて処理を行ってきた。しかし、これらの方法は処理コストが高いという課題があった。

ＴＭＡＨ含有廃水の処理コストを低減するためには、微生物を利用した処理を行うことが望ましい。しかし、生物処理法にも上述の課題があり、生物処理を適用する場合には、処理能力を安定に保ち、その他、処理スペースを大型化させないために、ＴＭＡＨ分解能力に優れた微生物を採用する必要がある。

また、特に、ＴＭＡＨを含有する廃水は、他の廃水と混合しない濃い濃度の状態で取り出すことが可能であるため、当該廃水を個別に生物処理する観点からも、ＴＭＡＨに耐性を有しＴＭＡＨの処理性に優れた微生物を適用する必要がある。

しかしながら、ＴＭＡＨの生物処理結果に関する報告はあまりなく、ＴＭＡＨ分解微生物についても、産業上の利用の観点からは、パラコッカスに属するＴＭＡ−Ｂ株（例えば、特許文献２参照）やノカルディアに属するＳ−２５５株（例えば、特許文献３参照）などが報告されているに過ぎず、これらの株を用いてもＴＭＡＨの分解速度が必ずしも十分ではなく、ＴＭＡＨ廃水を処理する新規プラントを立ち上げるのに時間がかかる、シャットダウンやトラブル後の再スタートに時間がかかる、廃水の負荷が増したときなどに処理水が悪化する、高濃度の廃水を高速に処理するのが困難など、様々な問題が解決されないままであった。

特開昭６０−１１８２８２号公報特開平２−４９５７６号公報特開昭６２−１０６８９８号公報

本発明は、上述のＴＭＡＨ含有廃水を生物処理する際に生じる、スタートアップの長期間化、処理の不安定性、低処理効率等の課題を解決し、安定かつ効率的にＴＭＡＨを生物処理する方法を提供することを目的とする。

上記課題を達成するため鋭意研究した結果、本発明者らは、活性汚泥中にアエロモナス属に属する細菌、または、アエロモナス属に属する細菌を含む細菌群を、ＴＭＡＨを含有する廃水に添加することにより、ＴＭＡＨの処理性が向上することを見出した。すなわち、上記課題を解決するための本発明は以下の（１）〜（３）により構成される。

（１）アエロモナス（Ａｅｒｏｍｏｎａｓ）属に属する細菌、またはアエロモナス属に属する細菌を含む細菌群を用いて水酸化テトラメチルアンモニウム含有廃水を処理することを含む、廃水の処理方法。

（２）前記アエロモナス属に属する細菌が、水酸化テトラメチルアンモニウムを菌体乾燥重量あたり５ｇ／ｇ（菌体）／日以上で分解する分解能を有すること特徴とする（１）に記載の方法。

（３）前記アエロモナスに属する細菌が、アエロモナスエスピーＮＩＴ０１株（受託番号ＦＥＲＭＰ−２０５２８）またはそれに由来の変異株であることを特徴とする（１）または（２）記載の方法。

本発明により、ＴＭＡＨを安定かつ効率的に生物処理することが可能となる。特に、ＴＭＡＨ処理性が一時的に悪化した生物処理槽に、アエロモナス属に属する細菌、またはアエロモナス属に属する細菌を含む細菌群を添加することでＴＭＡＨ処理性（ＴＭＡＨ分解性）を改善することができる。

本発明で使用されうるアエロモナス属に属する細菌は、寄託株や市販株の中からＴＭＡＨ分解能力が高いものを選択して使用してもよいし、あるいはアエロモナス属細菌を新たに環境中から単離してもよい。

アエロモナス属に属する細菌として、例えばアエロモナス・キャビエ（Ａｅｒｏｍｏｎａｓｃａｖｉａｅ）、アエロモナス・ハイドロフィラ（Ａｅｒｏｍｏｎａｓｈｙｄｒｏｐｈｉｌａ）、アエロモナス・メディア（Ａｅｒｏｍｏｎａｓｍｅｄｉａ）、アエロモナス・サルモニシダ（Ａｅｒｏｍｏｎａｓｓａｌｍｏｎｉｃｉｄａ）、アエロモナス・パンクタータ（Ａｅｒｏｍｏｎａｓｐｕｎｃｔａｔａ）、アエロモナス・ソビア（Ａｅｒｏｍｏｎａｓｓｏｂｉａ）などが挙げられる。寄託株には、例えばアエロモナス・ハイドロフィラＩＦＯ１３２８２、アエロモナス・キャビエＦＡ４４０、ＡＴＣＣ１５４６８、ＡＴＣＣ１３１３６、アエロモナス・パンクタータＩＦＯ１３２８８などが含まれる。

高いＴＭＡＨ分解能力をもつアエロモナス属細菌を環境中から単離する方法は、ＴＭＡＨのみを唯一の炭素源、窒素源とし、その他に、リン酸塩を含み、必要に応じてマグネシウム塩などの無機塩を含む合成培地を調製し、当該培地を用いて、活性汚泥などを微生物源として用い、フラスコにより集積培養法によりＴＭＡＨ分解性の高い菌群を得た後、当該汚泥からＴＭＡＨ分解菌を単離することを含むことができる。あるいは、連続通気攪拌槽やメンブレンバイオリアクターを用い、同様の培地で汚泥の馴養を行い、徐々に処理を高速化させた後に、当該汚泥からＴＭＡＨ分解菌を単離してもよい。

集積培養や連続培養の際には、完全合成培地を用いて、徐々に培地入れ替え頻度もしくは培地供給速度を増大し、ＴＭＡＨを菌体乾燥重量あたり、約１ｇ／ｇ（菌体）／日以上、約２ｇ／ｇ（菌体）／日以上、約３ｇ／ｇ（菌体）／日以上または約４ｇ／ｇ（菌体）／日以上、好ましくは約５ｇ／ｇ（菌体）／日以上の速度でＴＭＡＨを分解する菌群を選択した後、ＴＭＡＨを唯一の炭素源、窒素源とする完全合成固体培地でＴＭＡＨ分解菌を単離すると効率的である。

本発明で使用されうるアエロモナス属に属する細菌はまた、寄託株、市販株、または環境中から単離された株をさらに、紫外線（ＵＶ）、γ線などの放射線の照射、あるいはＮ−ニトロソウレアもしくはその誘導体などの変異原物質による処理、あるいは当業界で公知の他の変異処理(遺伝子組換えを含む)にかけた後、上記と同様の培地でＴＭＡＨ分解性の高い変異株を選択することによって得ることができる。このような変異処理によって、通常、親株より高いＴＭＡＨ分解能をもつ変異株を得ることができる。

好ましいアエロモナス属に属する細菌は、ＴＭＡＨを菌体乾燥重量あたり５ｇ／ｇ（菌体）／日以上で分解する分解能を有する細菌である。かかる分解菌としては、例えば、アエロモナスエスピーＮＩＴ０１株（受託番号ＦＥＲＭＰ−２０５２８）またはそれに由来の変異株を例示することができる。ＮＩＴ０１株は、ｓｔｒａｉｎＮＩＴ−０１の名称で、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター（茨城県つくば市東１丁目１番地１）に、平成１７年４月２８日付で寄託され、受託番号ＦＥＲＭＰ−２０５２８が付与されている。変異株は、ＮＩＴ０１株を、上記と同様の突然変異処理にかけることによって得ることができ、ＮＩＴ０１株と同等以上のＴＭＡＨ分解能を有する。好ましい細菌種は、アエロモナス・キャビエである。特に、本発明の好ましい細菌株であるアエロモナスエスピーＮＩＴ０１株は、１６ＳｒＲＮＡの配列比較において、ＮＣＢＩＢＬＡＳＴ相同性検索の結果、アエロモナス・キャビエと９９％の相同性をもつ。

本発明で使用されうるアエロモナス属に属する細菌は、ＴＭＡＨの分解能の他に、炭素源として広範な糖、有機酸を利用可能であること、また、増殖速度が高いことを特徴とする。これらの性質は、菌体を準備または維持することを考えた場合に有利な点が多い。

アエロモナス属に属する細菌は、通常、廃水処理に使用する前に、前培養を行って、その十分な菌体量を確保したのち、ＴＭＡＨを含有する廃水の処理に使用される。

分解菌を培養するための炭素源としては、ＴＭＡＨ以外にグルコース、蟻酸、ニュトリエントアガーなどから適宜利用可能なものを用いることができる。また窒素源としては、アンモニウム塩、硝酸塩、アミノ酸、ペプトンなどを用いてもよいが、ＴＭＡＨなど窒素を含む有機物を基質として培養する場合には、特に窒素源を添加する必要はない。また、他の栄養塩としては、リン酸塩のような通常の細菌の培養に必要な無機塩類を単独または適宜組み合わせて用いればよい。

培養方法としては、一般の好気性細菌の培養方法と同様の操作で行うことができ、固体培養でも液体培養でもよい。菌体を大量に早く得る観点からは、液体培養、特に、通気撹拌培養が望ましい。培養温度は、１０℃〜４０℃、好ましくは２５℃〜３５℃、ｐＨは６〜８の条件が好ましい。ＴＭＡＨ以外の基質を用いる場合は、培地を滅菌処理し、純粋培養により菌を得ることが望ましい。上記のような方法で分解菌を培養した後は、菌体を遠心分離またはろ過分離などにより培養液から分離し、菌体を得ることができる。

このようにして得られた菌体は、凍結乾燥法などにより、１年以上保存することが可能である。アエロモナス属の細菌を廃水処理に適用する場合には、細菌の培養液そのもの、培養液から分離した菌体あるいは保存菌体を、活性汚泥法や膜分離活性汚泥法の曝気槽あるいはその前段の槽に添加したり、菌体を包括や吸着により固定化し、利用したりすることもできる。また、濃厚廃水の分別処理槽を設け、当該槽に添加し利用することもできる。アエロモナス属の細菌は、立ち上げ時や、ＴＭＡＨの処理性が低下あるいは消失した際に添加すると特に効果的であるが、トラブルを予防する目的から、常時、あるいは定期的に添加してもよい。

本発明では、ＴＭＡＨを分解する能力がある限り、アエロモナス属細菌のみを用いてもよいし、あるいはアエロモナス属の細菌を含む細菌群を用いてもよい。細菌群には、アエロモナス属以外の属の細菌が含まれてもよいが、ＴＭＡＨの分解や廃水の処理に悪影響を及ぼさない細菌であるべきである。

活性汚泥法は、曝気槽にフロックを高濃度に浮遊させ、そこに廃水を入れ、曝気して好気処理をした後、沈殿槽に導入し、凝集、沈殿させて上澄水を分離する方法であり、連続式と回分式がある。

膜分離活性汚泥法は、槽内に配置した精密ろ過膜(孔径:例えば０．１〜０．４μｍ)を介する固液分離を利用して、フロックと廃水を接触させる方法である。

細菌の固定化の担体には、有機担体及び無機担体が含まれる。有機担体の例には、多孔質中空樹脂、ポリウレタンフォーム、親水性ゲルなどが含まれ、例えば熱可塑性樹脂(例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、エチレン−酢酸ビニル、プロピレン−無水マレイン酸、エチレン−メタクリル酸など)、アルギン酸塩、カラギーナンなどが挙げられる。無機担体の例には、セラミックス焼成体、軽石などが含まれる。担体は、多孔性であるのが好ましく、細菌は孔中で増殖することができる。固定化菌体は、例えばカラムに充填し、この中に廃水を通過させる。

ＴＭＡＨは、上記したように半導体工場のポジ型フォトレジストの現像液や溶剤などの用途があり、年々その生産量が増加している。その製造工程やそれを利用する工程で排出されるＴＭＡＨを含む廃水の処理のために、本発明の細菌による処理方法を利用することができる。

廃水中のＴＭＡＨの濃度は、特に制限されないが、通常０．０１〜２％（Ｗ／Ｖ）である。

添加直後の曝気槽中における細菌の濃度は、特に制限されないが、通常０．００１〜１０ｇ／Ｌである。

処理温度は、通常、約１０℃〜約４０℃、好ましくは約２５℃〜約３５℃である。また廃水のｐＨは約６〜約８、好ましくはｐＨ約７に調整される。

以下、本発明を、実施例を用いてさらに詳細に説明する。なお、本発明は以下に実施例に限定されるものではない。なお、各実施例についての評価は、以下の通りに行った。

［アエロモナス属に属する細菌の分解能］
分解能は、ＴＭＡＨ濃度０．１〜０．８％の培地に菌体を添加し、３０℃で通気撹拌培養を行った際のＴＯＣ(全有機炭素濃度)、菌体濃度の経時変化を測定し、速度が最大になった時のＴＯＣ減少速度をその期間の平均菌体濃度で除して求めた。

［ＴＭＡＨ処理性（分解性）］
ＴＭＡＨの分解性は、培養前後の培養液の遠心上清のＴＯＣ濃度を測定し評価した。メンブレンバイオリアクターを用いた連続処理の場合は、供給液（人工廃水）と処理水のＴＯＣ濃度を測定し評価した。
［実施例１］

８Ｌのラボメンブレンバイオリアクターに、工場廃水処理設備の活性汚泥を初濃度８ｇ／Ｌで添加し、水滞留時間約１日、室温条件で、ＴＭＡＨ濃度０．１％の廃水供給し、汚泥の馴養を開始した。約１ヶ月半経過時点でＴＯＣ除去率が９５％以上と良好になったため、ＴＭＡＨを唯一の炭素源、窒素源とする固体培地を用いてＴＭＡＨ分解菌の単離を試みた。その結果、数種の分解菌が得られたが、増殖速度、分解能、プレート生菌数のいずれにおいても優れている株として、ＮＩＴ０１株が得られた。本株（受託番号ＦＥＲＭＰ−２０５２８）の１６ＳｒＲＮＡ遺伝子の配列を解読した結果、アエロモナス属に属する細菌と１００％一致したため、同属に属する細菌と同定された。ＮＩＴ０１株を栄養ブイヨン培地１００ｍｌで一晩培養した後、培養液を９，０００ｇで遠心分離し、菌体を回収した。容積０．７Ｌの小型のメンブレンバイオリアクター（膜は中空糸、ポリスルホン製、孔径０．２ミクロン、膜面積０．０２ｍ^２）を２系列（Ａ槽、Ｂ槽）準備し、廃水処理場の活性汚泥をそれぞれ５ｇ／Ｌの濃度で仕込んだ後、Ｂ槽にのみ上述のＮＩＴ０１の回収菌体を全量添加した。当該装置を用いて、ＴＭＡＨ濃度０．１％、リン酸水素一カリウム０．０２％、硫酸マグネシウム七水和物０．０２％、ｐＨ７に調製した人工廃水を水滞留時間１日の条件で処理したところ、Ｂ槽では処理開始直後に流出水のＴＯＣ濃度の一時的な上昇がみられたが３日目以降はＴＯＣ除去率が９５％以上で維持され、ＴＭＡＨ分解処理が速やかに立ち上がったことが確認された。他方、Ａ槽では流出水のＴＯＣ濃度が上昇しつづけ、３日目時点では流入水のＴＯＣとほぼ同じ値となり、さらに４日経過してもＴＯＣはほとんど除去されなかった。
［実施例２］

上記Ｂ槽を用いて、廃水の負荷を徐々に上げていく検討を実施した。１０日運転経過時点で、廃水の濃度を、実施例１記載の濃度の２倍にし、以降、７日経過ごとに濃度を３倍、４倍、５倍と高め、処理を行ったが、ＴＯＣ除去率は９５％以上で維持された。
［実施例３］

ニュートリエントアガー上に生育したＮＩＴ０１株一白金耳量を、ＴＭＡＨ濃度０．１％、リン酸水素一カリウム０．２％、硫酸マグネシウム七水和物０．０２％、酵母エキス０．０２％、ｐＨ７の液体培地５ｍｌに接種し、３０℃で５日間、培養した。上記培養液を全量、実施例１記載と同一のメンブレンバイオリアクター装置に供給し、実施例１記載と同一の人工廃水を用いて処理を開始した。この際、ＮＩＴ０１株以外の菌体接種は行わなかった。水滞留時間は、はじめ１日に保持し徐々に短縮していった。その結果、４．５時間保持しても、菌体濃度１ｇ／ＬでＴＭＡＨは９５％処理されていた。

本発明は、ＴＭＡＨ含有廃水の処理に利用することができる。特に、ＴＭＡＨ廃水を処理する新規プラントを立ち上げる際やシャットダウンやトラブル後の運転再開時に、本細菌を直接添加し、利用することで、必要時間を大幅に短縮できる。また、廃水の負荷が増して処理水が一時的に悪化した場合に、本細菌を添加、利用することで、処理水を良好なレベルに安定に維持することができる。また、高濃度ＴＭＡＨ含有廃水を個別前処理する際にも利用することができる。

Claims

アエロモナス（Ａｅｒｏｍｏｎａｓ）属に属する細菌、またはアエロモナス属に属する細菌を含む細菌群を用いて水酸化テトラメチルアンモニウム含有廃水を処理することを含む、廃水の処理方法。
前記アエロモナス属に属する細菌が、水酸化テトラメチルアンモニウムを菌体乾燥重量あたり５ｇ／ｇ（菌体）／日以上で分解する分解能を有すること特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記アエロモナスに属する細菌が、アエロモナスエスピーＮＩＴ０１株（受託番号ＦＥＲＭＰ−２０５２８）またはそれに由来の変異株であることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。