JP2009247277A

JP2009247277A - バイオ製剤およびバイオ製剤を用いた廃水処理方法

Info

Publication number: JP2009247277A
Application number: JP2008099012A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Sekine; 和弘関根; Masato Kawahara; 将人河原; Hisao Matsuno; 久雄松野; Takao Shinosawa; 隆雄篠澤; Takehiko Ito; 健彦伊藤
Original assignee: Nikkiso Co Ltd; Japan Water Systems Corp
Current assignee: Nikkiso Co Ltd; Japan Water Systems Corp
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2008-04-07
Publication date: 2009-10-29

Abstract

【課題】廃水中の低分子有機溶剤を分解し、排水基準に沿った排水とすることが可能なバイオ製剤およびバイオ製剤を用いた廃水処理方法を提供する。
【解決手段】廃水処理方法は、廃水処理装置１００の反応槽２０に低分子有機化合物からなる溶剤を含む廃水を投入し、そののち前記廃水にクレブシエラ（Klebsiella）Ｎ１２株を含むバイオ製剤を添加し、ＢＯＤ容量負荷が０．７ｋｇ／ｍ^３・日以上で３．０ｋｇ／ｍ^３以下と高い負荷になる条件下で分解反応処理を行った際のＢＯＤ低減率が９５％と高い除去性を示すことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば工場廃水に含まれる難分解性の有機溶剤を分解可能なバイオ製剤およびバイオ製剤を用いた廃水処理方法に関する。

有機溶剤は、製造分野において広く使用されており、このため製造時に発生する廃水にも有機溶剤が含まれる。一方、近年益々、環境への配慮から、最終的に工場等から排出される排水基準が厳しくなってきている。一方、有機溶剤が含まれる高有機物廃水の処理には、一般的に活性汚泥法（生物処理方法）が用いられているが、高負荷に対応するためには、曝気槽が大きくなり、また反応時間が長時間となる問題があった。また、毒性菌を含めて未知の微生物の混在の問題があった。

なお、特許文献１には、シュードモナス属微生物を用いた直鎖カルボン酸類やアルデヒド類の分解方法が提案されている。

特開２００１−２２４３６１号公報

本発明は、例えば製造時に発生した廃水中の低分子有機溶剤を分解し、排水基準に沿った排水とすることが可能なバイオ製剤およびバイオ製剤を用いた廃水処理方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下に示す本発明を完成するに至った。本願発明は、以下の特徴を有する。

（１）クレブシエラ（Klebsiella）菌を含む低分子有機化合物からなる溶剤に対する分解性能を有するバイオ製剤である。

（２）上記（１）に記載のバイオ製剤において、前記クレブシエラ（Klebsiella）菌は、クレブシエラ（Klebsiella）Ｎ１２株であるバイオ製剤である。

（３）上記（１）または（２）に記載のバイオ製剤において、前記低分子有機化合物からなる溶剤は、ノルマルメチルピロリドン、エタノールの少なくとも１つであるバイオ製剤である。

（４）低分子有機化合物からなる溶剤を含む廃水にクレブシエラ（Klebsiella）菌を含むバイオ製剤を添加し、ＢＯＤ容量負荷が０．７ｋｇ／ｍ^３・日以上で３．０ｋｇ／ｍ^３以下と高い負荷になる条件下で分解反応処理を行った際のＢＯＤ低減率が９５％と高い除去性を示す廃水処理方法である。

（５）上記（４）に記載の廃水処理方法において、さらに、前記低分子有機化合物からなる溶剤を含む廃水に多孔質の担体を投入した後、前記クレブシエラ（Klebsiella）菌を含むバイオ製剤を添加して空気曝気し、前記廃水中で流動可能な前記担体にクレブシエラ（Klebsiella）菌を担持させ、ついで前記廃水を連続的に投入し、前記クレブシエラ（Klebsiella）菌を低分子有機化合物からなる溶剤に接触させ曝気下にて生物分解処理を行う廃水処理方法である。

（６）上記（４）または（５）に記載の廃水処理方法において、前記クレブシエラ（Klebsiella）菌は、クレブシエラ（Klebsiella）Ｎ１２株である廃水処理方法である。

（７）上記（４）から（６）に記載の廃水処理方法において、前記低分子有機化合物からなる溶剤は、ノルマルメチルピロリドン、エタノールの少なくとも１つである廃水処理方法である。

（８）既知の安全性の高い単一菌株クレブシエラ（Klebsiella）Ｎ１２株を用いたことを特徴とする廃水処理方法である。

本発明によれば、廃水中の難分解性の有機溶剤を分解し且つ排水基準に沿った排水とすることができるとともに、分解に用いたクレブシエラ（Klebsiella）菌は、安全性が高く、分解処理性が高いため、分解反応時間を従来に比べ短縮化することができ、また曝気槽の小型化が可能となり、排水処理コストを従来に比べ低減することができる。

従来の活性汚泥を用いた方法は、混合菌であり、毒性菌の混入が避けられない。本処理方法は、ＤＮＡ解析等のデータにより日本細菌学会での病原菌のバイオセフティレベル分類でレベル１に属する単一な菌を使用する。さらにマウスへの経口投与によっても安全性が確かめられている。

本発明の実施の形態におけるバイオ製剤およびバイオ製剤を用いた廃水処理装置について、以下説明する。

［バイオ製剤］
本実施の形態におけるバイオ製剤に含まれるクレブシエラ（Klebsiella）菌は、低分子有機化合物からなる溶剤に対する分解性能を有する。クレブシエラ（Klebsiella）菌の中でも、クレブシエラ（Klebsiella）Ｎ１２株が好ましい。上述したクレブシエラ（Klebsiella）菌は、廃水中の低分子有機化合物からなる溶剤、例えばノルマルメチルピロリドン（ＮＭＰ）、エタノールに対する分解能力を有する。なお、クレブシエラ（Klebsiella）Ｎ１２株の受託番号は、ＮＩＴＥＡＰ−４３３である。

また、上記クレブシエラ（Klebsiella）Ｎ１２株は、生理学的・化学分類学的性質として、以下の表１に示すような資化性を有する。

ＭｉｃｒｏＳｅｑ（登録商標）によるクレブシエラ（Klebsiella）Ｎ１２株の１６ＳｒＲＮＡ−１３００塩基配列解析の結果を以下に示す。なお、クレブシエラ（Klebsiella）Ｎ１２株と、Klebsiellaormithinolytica ATCC 31898とは「＊」を付した２個所以外が一致し、また、系統樹上でもKlebsiellaormithinolytica ATCC 31898と同じ場所に位置することを確認している。配列表は後述する。

（１６ＳｒＲＮＡ遺伝子塩基配列のクレブシエラＮ１２株、Klebsiella ornithinolyticaとのアライメント（相互比較））

註）＊は一致しない個所

また、クレブシエラＮ１２株を普通寒天培地（日水製薬、東京都）に植菌し、３０℃での培養物を供試菌体とし、この菌体からゲノムＤＮＡを抽出した。抽出したゲノムＤＮＡを鋳型としてＰＣＲにより１６ＳｒＤＮＡ（１６ＳｒＲＮＡ遺伝子）の部分塩基配列約５００ｂｑを増幅し、塩基配列をシーケンスして解析した。得られた１６ＳｒＤＮＡの塩基配列を使って、系統樹を作製し、バイオ製剤に用いる株クレブシエラＮ１２株の近縁種及び帰属分類群について検討した。バイオ製剤に用いるクレブシエラＮ１２株の帰属分類群についての検討結果を表４に示す。

なお、ゲノムＤＮＡの抽出にはPrepMan Method(Applied Biosystems,U.S.)を、ＰＣＲ産物の精製、サイクルシークエンスにはMicroSeq500 16S rDNA BacterialSequencing Kit(Applied Biosystems,U.S.)を使用した（ここに、PrepMan、MicroSeqはいずれも登録商標である）。また、ゲノムＤＮＡ抽出からサイクルシークエンスまでの操作に関しては、AppliedBiosystems社のプロトコール(P/N4308132Rev.A)に従った。また、サーマルサイクラーにはGeneAmp PCR System9600(Applied Biosystems,U.S.)を、ＤＮＡシーケンサーにはABI PRISM 377 DNA Sequencer(AppliedBiosystems,U.S.)を使用した（ここに、GeneAmp、ABI PRISMはいずれも登録商標である）。さらに、上記表３，４の相同性検索及び表４の系統樹の作製にはMicroSeqMicrobialIdentification System Software V.1.4.1及びMicroSeq Bacterial500 Libraryv.0023(Applied Biosystems,U.S.)を使用した（ここに、MicroSeqは登録商標である）。

本実施の形態のバイオ製剤に用いるクレブシエラＮ１２株は、上述した低分子有機溶剤（例えば、ｎ−メチルピロリドン、エタノール）との接触時のｐＨは４〜９、好ましくはｐＨ８付近であり、また接触時の温度は、１５〜３７℃、好ましくは室温（例えば２５℃）付近である。

また、本実施の形態に用いるクレブシエラＮ１２株に関する毒性試験の結果を図２に示す。図２において、「ＬＢ」はクレブシエラＮ１２株が添加されていないものであり、「Ｎ１２」はクレブシエラＮ１２株が添加培養されているものであり、それぞれについてマウスを２匹ずつ（ＬＢ１，ＬＢ２とＮ１２−１，Ｎ１２−２）用意し、液体ＬＢ及びＮ１２株の一晩培養液５０μｌを２日に１度、合計７回（１４日まで）マウスに経口投与した。その後、３日に１度体重測定をした。クレブシエラＮ１２株の培養液を経口投与されたマウスは２匹とも体重の増減はなく、クレブシエラＮ１２株は無毒であり安全性が高いことが確認された。なお、上述したＤＮＡ解析の菌株特定においても、日本細菌学会での病原菌のバイオセフティレベル分類でレベル１に属する単一な菌であり、日和見感染症等を起こす可能性のある菌ではなく、その取り扱いには、通常の微生物学研究室において、特別に隔離する必要のないものであり、一般外来者の立ち入りを禁止する必要があるものでもない。

［廃水処理装置］
本実施の形態における廃水処理装置の一例を図１に示す。図１に示すように、廃水処理装置１００は、低分子有機化合物からなる溶剤を含む廃水に、上述したクレブシエラ（Klebsiella）菌を含むバイオ製剤が添加され前記廃水中の低分子有機化合物からなる溶剤を分解するための反応槽２０と、反応槽２０に設けられ廃水中の溶存酸素濃度が１ｍｇ／Ｌ以上になるように曝気装置２２と有する。さらに、本実施の形態の廃水処理装置１００は、低分子有機化合物からなる溶剤を含む廃水を貯留する廃水貯留槽１０と、反応槽２０から排出された処理済み液を貯留する処理水貯留槽３０と、を有する。

廃水貯留槽１０には、例えば工場廃水が貯留されており、廃水（原水）はポンプ１２によって所定量連続または間欠的に吸引され、廃水供給配管１４を介して反応槽２０に送液される。

反応槽２０内には、上述したように、反応槽内に酸素を含む気泡２６を放出可能な供給曝気装置２２が設けられ、曝気装置２２には、反応槽２０内の廃水中の溶存酸素濃度が２ｍｇ／Ｌ以上の好気状態になるように曝気するように、空気供給配管２４を介して空気または圧縮された酸素が供給されている。図１では、さらに反応槽２０内の廃水中には、予めスポンジ等の多孔体からなる担体４０を投入しておき、ついでクレブシエラ（Klebsiella）菌またはクレブシエラ（Klebsiella）Ｎ１２株を入れて空気曝気して、上記担体４０にクレブシエラ（Klebsiella）菌またはクレブシエラ（Klebsiella）Ｎ１２株を増殖させた後、工場廃水を反応槽２０に送液する。なお、クレブシエラ（Klebsiella）菌またはクレブシエラ（Klebsiella）Ｎ１２株は、間欠的に反応槽２０に添加される。また、反応槽２０内には、ｐＨ測定器（図示せず）および温度計（図示せず）が設けられ、ｐＨは４〜９、好ましくはｐＨ８付近になるように、ｐＨ緩衝液等により調整され、反応槽２０内の液温度は１５〜３７℃、好ましくは室温（例えば２５℃）付近になるように、反応槽２０の外壁にジャケット（図示せず）を設けて、温水または冷水を循環させ温度調整を行う。上記条件で処理することにより、低分子有機化合物からなる溶剤（例えばｎ−メチルピロリドン、エタノール）は、炭素源として生育により分解利用され、最終的に二酸化炭素となる。

また、反応槽２０内で一定時間反応処理された廃水は、低分子有機化合物が分解され、反応槽２０内にて沈殿分離され、連続的または間欠的に配管２８を介して、この排出された処理水が処理水貯留槽３０に貯留される。

また、処理水貯留槽３０において、さらに濾過工程を加えることにより、固形分を除去した排水とすることができる。また、本実施の形態の廃水処理装置１００は、連続処理方式で、連続的に反応槽２０内に廃水（原水）を供給していき、反応槽２０内にて所定時間滞留した処理済み水を処理水貯留槽３０に連続的または間欠的に排出する。

本実施の形態におけるバイオ製剤は、担体４０に担持可能なクレブシエラ（Klebsiella）菌またはクレブシエラ（Klebsiella）Ｎ１２株からなる種汚泥であり、上記廃水処理装置１００は、いわゆる生物処理設備である。また、本実施の形態におけるクレブシエラ（Klebsiella）Ｎ１２株は、上述したように、日本細菌学会での病原菌のバイオセフティレベル分類でレベル１に属する単一な菌であり、安全な菌であり、廃水処理時の菌のモニターおよび廃水処理後の残渣の処理も行い易いという特徴を有する。

［廃水処理方法］
本実施の形態の廃水処理方法は、低分子有機化合物からなる溶剤を含む廃水にクレブシエラ（Klebsiella）菌を含むバイオ製剤を添加し、ＢＯＤ容量負荷が０．７ｋｇ／ｍ^３・日以上で３．０ｋｇ／ｍ^３以下と高い負荷になる条件下で分解反応処理を行った際のＢＯＤ低減率が９５％と高い除去性を示す。

さらに、本実施の形態の廃水処理方法は、前記低分子有機化合物からなる溶剤を含む廃水に多孔質の担体を投入した後、前記クレブシエラ（Klebsiella）菌を含むバイオ製剤を添加して空気曝気し、前記廃水中で流動可能な前記担体にクレブシエラ（Klebsiella）菌を増殖担持させ、ついで前記廃水を連続的または間欠的に投入し、前記クレブシエラ（Klebsiella）菌を低分子有機化合物からなる溶剤に接触させ曝気下にて生物分解処理を行う廃水処理方法である。なお、クレブシエラ（Klebsiella）菌またはクレブシエラ（Klebsiella）Ｎ１２株を低分子有機化合物からなる溶剤に接触させる場合のｐＨおよび温度や曝気条件は、上述同様であるため、ここでは記載を省略する。なお、本実施の形態の廃水処理方法は、例えば、上述した廃水処理装置を用いた処理方法であってもよい。

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。図１の廃水処理装置を用いて、以下の条件にて、ｎ−メチルピロリドンの分解反応処理を行った。

＜運転条件＞
クレブシエラ（Klebsiella）Ｎ１２株をスポンジからなる担体に増殖させるために、反応槽２０に、廃水（原水）とクレブシエラ（Klebsiella）Ｎ１２株と担体４０とを投入し、曝気運転した後、廃水（原水）の供給を開始した。運転条件は、表５に示すようにＢＯＤ容量負荷を４段階に変えて、処理性を確認した。また、曝気による空気供給量は２〜６．６Ｌ／分とした。また、処理温度は、２０〜２８．５℃の範囲で行った。また、反応槽の有効容量は２．６Ｌであり、担体４０の反応槽２０の廃水への充填率は３０％とした。反応槽２０内の廃水のｐＨは７〜８に調整した。

＜分析方法＞
表５に示すように経日的に採水を行い、分析を行った。分析方法は以下の通りである。
ｐＨ：ＪＩＳＫ０１０２−１２．１；ガラス電極法
ＢＯＤ：ＪＩＳＫ０１０２−２１及び３２．３；一般希釈法・隔膜電極法
ＣＯＤ：ＪＩＳＫ０１０２−１７；滴定法
「Ｓ−」が付されたものは、Ｎｏ．５の濾紙を用いて濾過した後各分析を行ったものである。なお、「ＢＯＤ」は生物化学的酸素要求量であり、「ＣＯＤ」は化学的酸素要求量である。

表５に分解処理の結果を示す。

表５に示すように、ＢＯＤおよびＣＯＤのいずれも、反応処理後の水質では、廃水（原水）に比べ約１／３になっており、さらに、Ｎｏ．５の濾紙により濾過した後のＳ−ＢＯＤ，Ｓ−ＣＯＤは、廃水（原水）に比べそれぞれ約１／２０以下、約１／１０以下になった。特に、ＢＯＤ容量負荷が０．７ｋｇ／ｍ^３・日以上で３．０ｋｇ／ｍ^３以下と高い負荷になる条件下で分解反応処理を行った際のＢＯＤ低減率が９５％と高い除去性を示している。

本発明の実施の形態における廃水処理装置の一例の構造を示す模式図である。本発明の実施の形態におけるバイオ製剤に用いるクレブシエラ（Klebsiella）Ｎ１２株の毒性試験結果を説明する図である。

符号の説明

１０廃水貯留槽、１２ポンプ、１４廃水供給配管、２０反応槽、２２曝気装置、２４空気供給配管、２６気泡、２８配管、３０処理水貯留槽、４０担体、１００廃水処理装置。

SEQUENCE LISTING
<110> 日機装株式会社
NIKKISO co., Ltd.,
<120> バイオ製剤およびバイオ製剤を用いた廃水処理装置
Bio-tablet and Liquid-waste-treatment equipment using bio-tablet
<130> 2101-219
<160> 1
<210> 1
<211> 1300
<212> DNA
<213> Klebsiella N 12
<400> 1
tgccagtcga gcggtagcac agagagcttg ctctcgggtg acgagcggcg 50
gacgggtgag taatgtctgg gaaactgcct gatggagggg gataactact 100
ggaaacggta gctaataccg cataacgtcg caagaccaaa gtgggggacc 150
ttcgggcctc atgccatcag atgtgcccag atgggattag ctagtaggtg 200
gggtaatggc tcacctaggc gacgatccct agctggtctg agaggatgac 250
cagccacact ggaactgaga cacggtccag actcctacgg gaggcagcag 300
tggggaatat tgcacaatgg gcgcaagcct gatgcagcca tgccgcgtgt 350
atgaagaagg ccttcgggtt gtaaagtact ttcagcgagg aggaaggcgt 400
taaggttaat aaccttggcg attgacgtta ctcgcagaag aagcaccggc 450
taactccgtg ccagcagccg cggtaatacg gagggtgcaa gcgttaatcg 500
gaattactgg gcgtaaagcg cacgcaggcg gtctgttaag tcagatgtga 550
aatccccggg ctcaacctgg gaactgcatt tgaaactggc aggcttgagt 600
cttgtagagg ggggtagaat tccaggtgta gcggtgaaat gcgtagagat 650
ctggaggaat accggtggcg aaggcggccc cctggacaaa gactgacgct 700
caggtgcgaa agcgtgggga gcaaacagga ttagataccc tggtagtcca 750
cgctgtaaac gatgtcgact tggaggttgt tcccttgagg agtggcttcc 800
ggagctaacg cgttaagtcg accgcctggg gagtacggcc gcaaggttaa 850
aactcaaatg aattgacggg ggcccgcaca agcggtggag catgtggttt 900
aattcgatgc aacgcgaaga accttaccta ctcttgacat ccagagaact 950
tagcagagat gctttggtgc cttcgggaac tctgagacag gtgctgcatg 1000
gctgtcgtca gctcgtgttg tgaaatgttg ggttaagtcc cgcaacgagc 1050
gcaaccctta tcctttgttg ccagcgattc ggtcgggaac tcaaaggaga 1100
ctgccagtga taaactggag gaaggtgggg atgacgtcaa gtcatcatgg 1150
cccttacgag tagggctaca cacgtgctac aatggcatat acaaagagaa 1200
gcgacctcgc gagagcaagc ggacctcata aagtatgtcg tagtccggat 1250
tggagtctgc aactcgactt ccatgaagtc ggaatcgcta gtaatcgtag 1300

Claims

クレブシエラ（Klebsiella）菌を含む低分子有機化合物からなる溶剤に対する分解性能を有することを特徴とするバイオ製剤。
請求項１に記載のバイオ製剤において、
前記クレブシエラ（Klebsiella）菌は、クレブシエラ（Klebsiella）Ｎ１２株であることを特徴とするバイオ製剤。
請求項１または請求項２に記載のバイオ製剤において、
前記低分子有機化合物からなる溶剤は、ノルマルメチルピロリドン、エタノールの少なくとも１つであることを特徴とするバイオ製剤。
低分子有機化合物からなる溶剤を含む廃水にクレブシエラ（Klebsiella）菌を含むバイオ製剤を添加し、ＢＯＤ容量負荷が０．７ｋｇ／ｍ^３・日以上で３．０ｋｇ／ｍ^３以下と高い負荷になる条件下で分解反応処理を行った際のＢＯＤ低減率が９５％と高い除去性を示すことを特徴とする廃水処理方法。
請求項４に記載の廃水処理方法において、さらに、
前記低分子有機化合物からなる溶剤を含む廃水に多孔質の担体を投入した後、前記クレブシエラ（Klebsiella）菌を含むバイオ製剤を添加して空気曝気し、前記廃水中で流動可能な前記担体にクレブシエラ（Klebsiella）菌を担持させ、ついで前記廃水を連続的に投入し、前記クレブシエラ（Klebsiella）菌を低分子有機化合物からなる溶剤に接触させ曝気下にて生物分解処理を行うことを特徴とする廃水処理方法。
請求項４または請求項５に記載の廃水処理方法において、
前記クレブシエラ（Klebsiella）菌は、クレブシエラ（Klebsiella）Ｎ１２株であることを特徴とする廃水処理方法。
請求項４から請求項６に記載の廃水処理方法において、
前記低分子有機化合物からなる溶剤は、ノルマルメチルピロリドン、エタノールの少なくとも１つであることを特徴とする廃水処理方法。
既知の安全性の高い単一菌株クレブシエラ（Klebsiella）Ｎ１２株を用いたことを特徴とする廃水処理方法。