JP2009207964A - パラミロンによる廃液中の色素成分除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 人体に害がなく、地球環境にも優しいパラミロンの有効利用に関し、特に、理容室や繊維，皮革の染色作業場からの廃液に含まれる染料や顔料などの色素成分を効果的に取り除くための新たなパラミロンによる廃液中の色素成分除去方法を提供すること。
【解決手段】 色素成分を含有する廃液の排出途中に設けた浄化処理槽５にパラミロンの粉末９を投入し温和な条件下で攪拌して当該廃液中に分散させると共に、分散したパラミロンに前記廃液中の色素成分を吸着させ、かつ、色素成分を吸着した当該パラミロン９′を前記処理槽５の底に沈殿させるようにしたこと。
【選択図】 図６

Description

本発明は、未利用資源であるユーグレナが産生するパラミロンの用途に関し、特にパラミロン粉末を用いた廃液中の色素成分除去方法に関する。

パラミロンは、運動性光合成微生物ミドリムシ（ユーグレナ）が、その菌体内に産生する高分子多糖類で、グルコース単位がβ−１，３結合したもの、即ち、竈−１,３−グルカンの高分子体である。

また、パラミロンは、３本の竈−１,３−グルカンが撚り合わされて右巻きの緩やかな螺旋構造の結晶構造をとっていることや、結晶化度が約９０％と多糖類の中でも最も高いことが判明しているが、その利用については、今後の課題であるとされている。

パラミロンを有効利用するためには、パラミロンの特性，性状を知る必要がある。現時点では、パラミロンはデトックス効果があるとされ、腸内の毒素を排出することに期待されている。また、吸油性、吸水性に優れ、きわめて細かい顆粒なので、化粧品や日用生活品に活用できるといわれている。

上述したようにパラミロンは、液栽培可能で成長サイクルが月単位で非常に短いユーグレナが産生するもので、地球環境に優しい資源であり、また、人体にも害がないため、最近、各分野でその有効利用についての研究開発が盛んに進められている。例えば、特許文献１では、パラミロン粉末を利用して生分解性のフィルムや繊維を製造する方法が提案されている。

また、特許文献２では、パラミロンを利用した抗ガン作用を有する新しい化合物で、具体的には水溶性パラミロン誘導体とそれを含有する抗ガン性組成物が提案されている。

更に、特許文献３では、パラミロンを出発物質として水酸化ナトリウム溶液に溶解し、所定の処理を施して免疫賦活性物質を製造する方法が提案されている。

しかしながら、人体に害がなく、地球環境にも優しいパラミロンが有する潜在的可能性に鑑みれば、その有効利用は上述した範囲に限られるものではない。

ところで、最近、地球環境の悪化が問題とされており、その原因の一つとして河川や湖沼、海などに流れ込む生活廃水や産業廃水による水質の悪化が挙げられる。特に湖沼等では富栄養化により藻類が激増して水が汚染され湖沼等の生態系が変化してしまうという問題が発生している。

そのために湖沼等の水質を改善する方法やそのための装置が従来から種々提案されているが、それ以前に、河川や湖沼等に流れ込む生活等の廃水を浄化した上で、河川や湖沼等に排水することがより重要である。特に、最近は髪の毛を染める人が多く、理容室などでは、染髪する前に、先に使用していた染髪剤を温水などで洗い落とす必要があるが、従来は、洗髪後の水をそのまま下水に放流し排水していた。その結果、色素成分である染料や顔料などが水と一緒に河川等に排出されてしまい、見た目に問題があることは勿論、河川や海，湖沼等の水質悪化の一因となっていた。

また、色素成分である染料や顔料は、理容室だけではなく、織物用繊維，皮革の染色にも使用されているが、染料や顔料などを溶解又は分散した染色液中に繊維，皮革を浸して染色した後は、その染色液は、そのまま河川等に排出されてしまい、上記の理容室における洗髪のときと同様の問題があった。

そこで、上述した人体に害がなく、地球環境にも優しいパラミロンを有効利用するという観点から、染料や顔料などの色素成分を効果的に取り除くことができれば好ましいが、現時点では、このような観点からパラミロンの有効利用について研究・開発がなされているという報告は全くない。
特開２００４−３３１８３７号公報 特許第２６０４１９６号公報 特許第３１５６１３５号公報

本発明は、人体に害がなく、地球環境にも優しいパラミロンの有効利用に関し、特に、理容室や繊維，皮革の染色作業場からの廃液に含まれる染料や顔料などの色素成分を効果的に取り除くための新たなパラミロンによる廃液中の色素成分除去方法を提供することを、その課題とするものである。

上記課題を解決することを目的としてなされた本発明の構成は、色素成分を含有する廃液の排出途中に設けた浄化処理槽にパラミロンの粉末を投入し温和な条件下で攪拌して当該廃液中に分散させると共に、分散したパラミロンに前記廃液中の色素成分を吸着させ、かつ、色素成分を吸着した当該パラミロンを前記処理槽の底に沈殿させるようにしたことを特徴とするものである。

本発明は、上記構成において、除去する色素成分としては、染髪した髪の洗髪後の染料又は顔料、若しくは、織物用繊維，皮革の染色後の染料又は顔料が主な対象となる。また、パラミロンの粉末は、廃液の溶媒に対し０．３〜１．５ｗｔ％添加するのが好ましい。更に、攪拌条件は、浄化処理槽中に設けた攪拌翼により、温度１５〜３０℃、攪拌速度５〜８ｒｐｍにして、３〜７分間行うのが好ましい。

本発明によれば、浄化処理槽に溜まった廃液中の色素成分である染料又は顔料を、分散したパラミロンが吸着して廃液の色が徐々に透明化していくのを確認することができると共に、色素成分を吸着した状態でパラミロンが浄化処理層の底に沈殿していくのを確認することができる。その結果、廃液から上澄液を容易に分離することができると共に、その上澄液をそのまま下水に放流することで環境負荷を大幅に減少させることができるという格別の効果が得られる。

次に、本発明の実施の形態例について図により説明する。図１は、本発明に用いるパラミロンを電子顕微鏡により4000倍程度に拡大して観察した電子顕微鏡写真、図２は、同じく、パラミロンの表面をより高い解像度で観察した電子顕微鏡写真、図３は、パラミロン球体の大きさを測定するための電子顕微鏡写真、図４は、同じくパラミロン球体の大きさを測定するための電子顕微鏡写真、図５は、各種の人工染色剤（モデル化合物）を溶解させた各溶液に、所定量のパラミロンの粉末を添加し所定条件下で攪拌したときの色剤の吸着の度合いを示すグラフ図、図６は、本発明の理容室における使用例を示す摸式図、図７は、本発明における分散したパラミロンが色素成分を吸着する状態を推定した模式図である。

図１〜図４により、本発明の廃液中の色素成分除去方法において用いるパラミロンについて先に説明すると、図１は、本発明に用いる高度に精製されたパラミロンを4000倍程度に拡大して観察した電子顕微鏡写真で、この写真からアンパン状に扁平した球体が多数集合した状態が分かる。このことからパラミロンは、高分子多糖であるものの、直鎖状繊維ではなく、顆粒状の形態のものであることが分かる。

また、図１に大きさの異なる相同の扁平球体が見えるが、これはパラミロンは同じ機構によってグルコースの重合が生じ、その重合の程度によって球体の大きさに差が生じものと推察される。これはパラミロンの表面を高い解像度で観察すると貝殻様の渦巻き文様が見えることから首肯できる（図２〜図４参照）。

グルコースの重合度については、図３，図４の電子顕微鏡写真からパラミロンの球体の大きさには最大値（直径約６ｎｍ）があることから、生化学的な知見とあわせて考えるとおよそ７００程度と考えられる。

以上から、パラミロンは球形粒子構造をとる高分子多糖類であるとほぼ結論できる。この性質は、水中に容易に分散できることと同時に高分子多糖としても性質を発揮できることを意味する。また、パラミロンは、環境負荷の少ない生分解性繊維でもあることから、生物素材としてのパラミロンの用途もこの特徴を利用するところにある。

本発明もこのパラミロンの水中分散性を利用し、地球環境を悪化させる要因となる廃液中の有害な成分を吸着し、その後、自然に沈殿させることによって、廃液の下水への放流前の一次浄化として用いることを企図したものであるが、本発明は、特に、理容室における洗髪後の廃液や繊維，皮革の染色作業場からの廃液に含まれる染料や顔料などの色素成分を効果的に取り除くことを主な目的として完成されたものである。なお、本発明は、産業廃液中に含まれる有害な重金属や化学物質の除去にも適用できるが、現時点では、実証データが得られていないため、廃液中の色素成分の除去を主眼としている。

次に、本発明について詳述する。本発明を実際に理容室における洗髪後の廃液に対し使用した例については、後述する図６の摸式図により説明するが、本発明に用いるパラミロンは、色素成分の種類により、その吸着の度合いが異なるため、その点について説明する。

吸着の度合いを調べるため、まず、モデル化合物（主として人工染色料）として、メチルグリーン，ヌクレアファストレッド，ブロモクレゾールグリーン，フクシン，ブロモフェノールブルー，チオフラビン，ライトグリーンイエロー，アミドブラックを用意した。
次に、パラミロンの吸着度合いを上記の各色素成分について確認するためにモデルケースとして、まず、パラミロンの粉末を重量比で０．５％含むリン酸緩衝生理食塩水（ｐＨ７．０）を調制した。次に、この溶液に上述した各種のモデル化合物を１ｍｌあたり０．０５ｍｇ溶解した後、密封できるプラスチック容器に入れて温和な条件で攪拌（２５℃、６ｒｐｍ、５分）した。その後、遠心分離機（１０００ｒｐｍ、５分）により液（上澄液に相当、以下同）と沈殿物に分離した。なお、パラミロンはこの条件ですべて沈殿することを確認している。

上記遠心分離機により分離した液にパラミロンにより吸着されないで残存しているモデル化合物を、各モデル化合物ごとに吸光度変化を指標に定量した。この値を、パラミロンを含まないモデル化合物の溶液中におけるモデル化合物の量と比較し、モデル化合物ごとの残存化合物量として図５に％で表示した。

図５から分かるように、水溶液中のモデル化合物は、最大で６０％程度、最小でも１１％程度がパラミロンに吸着され、水溶液中から除去されることが判明した。

パラミロンによる吸着量の差は、各種のモデル化合物の疎水性、電荷分布などの化学的諸性状によるパラミロンとの相互作用の程度の差が反映したものと推察される。因みに、吸着量が大きかったモデル化合物は、ブロモクレゾールグリーン，フクシン，ブロモフェノールブルーなどであり、ベンゼン環による疎水性の寄与などの要因が吸着と相関しているものと推察される。なお、パラミロン添加の濃度、攪拌時間、溶液のｐＨなどを変化させることによって吸着したい化合物に対する除去効果を最適化することが可能である。

以上のことから、人工染色料を使用する業種業態の廃液処理において、適量のパラミロンを添加することによって、廃液に含まれる各種の色素成分を効果的に除去することが可能である。なお、これは廃液に含まれる色素成分以外の有害化合物を除去する可能性を示唆しているともいえる。パラミロンを自然沈殿させたあとの上清を下水に放流することによって環境負荷を大幅に減少させることができる。

なお、沈殿したパラミロンは、別途回収し、焼却することによって処分することができる。また、吸着する成分が無害である場合は、攪拌によって徐々に環境中に放出すれば、パラミロンは生分解性を持つので微生物により分解される。吸着する成分が有害（重金属は除く）であるとしても、パラミロン中に吸着された化合物はこの分解プロセスで再び、放出されると考えられるが、パラミロンの自然分解による徐放性のものとなるので、この場合も一度に廃液を排出する場合に比べ、大幅な環境負荷の減少が期待できる。

次に、図６により、本発明を実際に理容室における洗髪後の廃液に対し使用した例について適用する。図６は、頭髪用の染料を常時排出する美容室の排水過程に、浄化処理層を設置し、パラミロンの添加によって染料，顔料などの色素成分の環境中への放出を緩和するためのモデルを示したものである。

図６において、１は理容室における洗髪用の流し台、２は洗髪用のシャワー、３は洗髪されている髪である。洗髪後の染料，顔料などの色素成分を含んだ廃液は、流し台１の下部から排出管４を経て浄化処理槽５に流入する。６は、パラミロン粉末の収納容器、７は、浄化処理槽５の内部に設けた攪拌翼である。この攪拌翼７は、モータ８によって攪拌速度５〜８ｒｐｍで回転させられる。攪拌速度が８ｒｐｍより速いと攪拌後、パラミロンが沈殿するのに時間がかかり過ぎ、処理量が制限されてしまうためであり、５ｒｐｍより遅いと攪拌によるパラミロンの分散が不十分で、吸着率が低下するからである。通常は、６ｒｐｍで攪拌するのが望ましい。

浄化処理槽５における温度は、１５〜３０℃の範囲であればよく、通常は、特に温度を測らなくても室温程度でよい。なお、収納容器６からのパラミロン９の添加量は、浄化処理槽５に貯留される廃液、通常は、浄化処理槽５の底からこの処理槽５に設けられている放出管5aまでの高さの容積量における溶媒、通常は水の量に対し、０．３〜１．５ｗｔ％添加する。０．３ｗｔ％より少ないと、パラミロンによる吸着機能が十分発揮されず、１．５ｗｔ％より多いと、吸着に寄与しないパラミロンが出てしまい、コストが掛かりすぎるという別の問題が生じるからである。通常は、０．５ｗｔ％程度が望ましい。
なお、９′は、色素成分を吸着して浄化処理槽５の底に沈殿したパラミロンである。

図７は、本発明における分散したパラミロンが色素成分を吸着する状態を推定した模式図であり、現時点では、パラミロンが色素成分を化学的に吸着していると推察しているが、パラミロンの形状に鑑み物理的に吸着している場合も想定して推察したものである。なお、図において10は色素成分である。

本発明の実施例は上述した通りであるが、本発明は、理容室からの洗髪後の廃液のほか、繊維，皮革の染色作業場からの廃液にも適用でき、また、これら以外に色素成分を含有する他の廃液にも適用できる。また、実証データが得られていないが、重金属などの有害物質が含有されている廃液に対しても適用可能である。

本発明は、理容室において染髪した髪を洗った後に出る色素成分を含有した廃液を従来はそのまま下水に放流し、また、繊維，皮革の染色作業場から出る色素成分を含有した廃液もそのまま下水に放流していたことが、河川や湖沼，海の水質悪化の一因となっていたことに鑑み、このような環境負荷を少しでも減少させるという観点から、人体に害がなく、地球環境にも優しいパラミロンを有効利用し、下水に放流される前に水質悪化の一因を取り除くことを企図したものである。パラミロンの特徴からすれば、更に時間をかけて研究すれば有効利用の範囲が限りなく広がることは分かっているが、少しでも早く地球環境の改善に寄与したいとの発明者の強い要望に基づき、本発明としたものである。

本発明に用いるパラミロンを電子顕微鏡により4000倍程度に拡大して観察した電子顕微鏡写真。 本発明に用いるパラミロンの表面をより高い解像度で観察した電子顕微鏡写真。 パラミロン球体の大きさを測定するための電子顕微鏡写真。 パラミロン球体の大きさを測定するための電子顕微鏡写真。 各種の人工染色剤（モデル化合物）を溶解させた各溶液に、所定量のパラミロンの粉末を添加し所定条件下で攪拌したときの色剤の吸着の度合いを示すグラフ図。 本発明の理容室における使用例を示す摸式図。 本発明における分散したパラミロンが色素成分を吸着する状態を推定した模式図。

符号の説明

１ 流し台
２ シャワー
３ 洗髪している髪
４ 排出管
５ 浄化処理槽
６ パラミロン粉末の収納容器
７ 攪拌翼
８ モータ
９ パラミロンの粉末
９′ 沈殿したパラミロン

Claims (4)

1. 色素成分を含有する廃液の排出途中に設けた浄化処理槽にパラミロンの粉末を投入し温和な条件下で攪拌して当該廃液中に分散させると共に、分散したパラミロンに前記廃液中の色素成分を吸着させ、かつ、色素成分を吸着した当該パラミロンを前記処理槽の底に沈殿させるようにしたことを特徴とするパラミロンによる廃液中の色素成分除去方法。
2. 色素成分は、染髪した髪の洗髪後の染料又は顔料、若しくは、織物用繊維，皮革の染色後の染料又は顔料である請求項１のパラミロンによる廃液中の色素成分除去方法。
3. パラミロンの粉末は、廃液の溶媒に対し０．３〜１．５ｗｔ％添加する請求項１又は２のパラミロンによる廃液中の色素成分除去方法。
4. 攪拌は、浄化処理槽中に設けた攪拌翼により、温度１５〜３０℃、攪拌速度５〜８ｒｐｍにして、３〜７分間行う請求項１〜３のいずれかのパラミロンによる廃液中の色素成分除去方法。

Images