JP2010064065A - 染色廃水の無色化・無毒化処理方法、及び、染色廃水の無色化・無毒化処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アゾ染料などで着色した廃水を微生物によって脱色処理を実施した際に、環境中
で様々な生物が健康被害を引き起こすことを予防する染色廃水の無色化・無毒化処理方法
を提供する。
【解決手段】アゾ染料分解微生物のアゾレダクターゼによりアゾ染料を嫌気的条件下で分
解脱色を行うアゾ染料脱色処理工程と、前記アゾ染料脱色処理工程による分解脱色後の産
物である芳香族アミン類を好気的条件下で分解するアミン類分解処理工程とからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アゾ染料などで着色した廃水を脱色し、その際に生成されるアミン類を分解
する染色廃水の無色化・無毒化処理方法、及び、染色廃水の無色化・無毒化処理装置に関
する。

アゾ染料を脱色する微生物によって着色廃水を脱色する方法がある。例えば細菌による
アゾ染料の脱色を利用した廃水処理方法である特許文献１のようなものがある。この方法
はバチルス属に属する菌種を培養し連続的にバイオリアクター槽に投入することにより、
アゾ染料を含有する染色廃水を効率よく脱色する方法で着色廃水を効率よく脱色するもの
である。また、微生物によるアゾ染料の脱色にはアゾレダクターゼが関与しており、その
アゾレダクターゼは、静置条件すなわち嫌気的条件下において活性化されることを証明さ
れている非特許文献１のようなものがある。

アミン類を分解する微生物が発見されている。例えばアミン類含有廃液の処理方法およ
び装置について書かれた特許文献２のようなものがある。この方法は、アミン類を有機酸
とアンモニアに分解し、さらに有機酸を水と二酸化炭素に分解するコリネバクテリウム属
に属する菌種を１種又は２種以上用いたアミン類含有廃液の生物処理方法である。アミン
類を含む廃液の分解をアミン類分解微生物を用いてより迅速にしかも安定して行え、電子
部品工場や半導体工場、半導体の材料生産工場等から排出される多量に発生するアミン類
含有廃液の連続処理を可能とする方法および装置を提供するものである。

微生物による廃水処理として、廃水処理槽中の廃水に微生物などを添加し、空気を吹き
込むことで微生物の廃水処理能力を高める活性汚泥法がある。活性汚泥法は、空気を注入
する曝気槽、汚泥などを沈殿する沈殿槽などから構成され、曝気槽で廃水中の有機物を添
加した微生物によって分解する。ここで添加する微生物は廃水の成分や処理目的によって
変えることができる。

特開２００５−１３９１５ 特開２０００−５１８９０

新居浜工業高等専門学校紀要第３８巻 平成１４年1月

しかしながら、従来の廃水処理方法及び装置では、アゾ染料などで着色した廃水の色を
微生物によって脱色しても、その脱色処理によって生じることが考えられるアミン類の分
解までの対策がなされていなかった。

そのため、従来は、有害性の高い物質群であるアミン類は未処理のまま排水され、環境
中で生物濃縮され、様々な生物に健康被害を引き起こす可能性があるという問題があった
。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、アミン類が混入した廃水を排出することに
起因する、様々な生物に健康被害を引き起こす可能性があるという問題を解消できる染色
廃水の無色化・無毒化処理方法、及び、染色廃水の無色化・無毒化処理装置を提供するこ
とである。

この発明は、前記課題を解決するためになされたものなので、請求項１に記載の発明は
、染色廃水の無色化・無毒化処理方法において、アゾ染料分解微生物のアゾレダクターゼ
によりアゾ染料を嫌気的条件下で分解脱色を行うアゾ染料脱色処理工程と、前記アゾ染料
脱色処理工程による分解脱色後の産物である芳香族アミン類を好気的条件下で分解するア
ミン類分解処理工程とからなることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、嫌気的な条件下で、既存のアゾ染料脱色微生物によっ
て、染料を脱色し、その後脱色によって生成されたアミン類を好気的な条件下で、既存の
アミン類分解微生物によって分解するという、アゾ染料の脱色とアミン類の分解を同一装
置上で実施するので、染色廃水の無色化と無毒化を同時に実施することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、好気的条件下で微生物によって処理を行
う複数の曝気槽を備え、活性汚泥法を利用する廃水処理装置において、前記複数の曝気槽
の中間地点に空気の曝気を行わない静置槽を設置し、前記静置槽において、前記アゾ染料
脱色処理工程を行い、前記静置槽より下流の曝気槽において、前記アミン類分解処理工程
を行うことを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、アゾ染料の脱色のみならず、脱色によって生ずる有害
性の高い芳香族アミン類も分解できるという効果があり、なおかつ従来の活性汚泥法によ
る廃水処理の工程に組み込むことができる。

請求項３に記載の発明は、染色廃水の無色化・無毒化処理装置において、好気的条件下
で微生物によって処理を行う複数の曝気槽を備え、活性汚泥法を利用する廃水処理装置に
おいて、前記複数の曝気槽の中間地点に空気の曝気を行わない静置槽を設置し、前記静置
槽において、前記アゾ染料脱色処理工程を行い、前記静置槽より下流の曝気槽において、
前記アミン類分解処理工程を行うことを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、アゾ染料の脱色とアミン類の分解を同一装置上で実施
するので、染色廃水の無色化と無毒化を同時に実施することができ、なおかつ従来の活性
汚泥法による廃水処理の工程に組み込むことができる染色廃水の無色化・無毒化処理装置
を提供できる。

本発明によれば、アミン類が混入した廃水を排出することに起因する、様々な生物に健
康被害を引き起こす可能性があるという問題を解消する染色廃水の無色化・無毒化処理方
法、及び、染色廃水の無色化・無毒化処理装置を提供することができる。

本発明に係る染色廃水処理装置の一実施形態を示す模式図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明
する。本発明は、例えば図１に示すような構成の染色廃水の無色化・無毒化処理装置１に
適用される。

１．染色廃水の無色化・無毒化処理装置１の構成
先ず、図１を参照して、染色廃水の無色化・無毒化処理装置１の構成の概略について説
明する。はじめにｐＨを調整するためのｐＨ調整槽１１があり、次に微生物によって好気
的に有機物を分解する曝気槽１３〜１６が複数ある。

この複数の曝気槽の中間地点の１槽（曝気槽１４又は曝気槽１５）または複数槽（曝気
槽１４及び曝気槽１５）を曝気しない静置槽にする。これらの曝気槽へ添加される微生物
を培養するための培養槽１２は、一つめの曝気槽１３と連結しているが、どの曝気槽とも
連結可能である。この後に、汚泥を沈殿する沈殿槽１７がある。廃水処理された処理水は
、沈澱された汚泥は返送されるという構成となる。

２．染色廃水の無色化・無毒化処理方法
続いて、染色廃水の無色化・無毒化処理方法について説明する。廃水がｐＨ調整槽１１
に入り、ｐＨを調整する。その後、曝気槽１３に入り、そこで培養槽１２で培養されたア
ゾ染料を脱色する微生物およびアミン類を分解する微生物を添加する。そして曝気槽１３
でそれらの微生物がさらに増殖する。

次いで曝気槽１４は曝気を止め、嫌気的な静置槽とし、ここでアゾレダクターゼを活性
化し、脱色を図る。ここでアゾ染料のアゾ基が切断され、アミン類が生成される。生成さ
れたアミン類は、曝気槽１５、曝気槽１６に移り、曝気をしている好気的な条件下でアミ
ン類の分解が行われる。微生物の添加は随時どの曝気槽でも行える。

また、微生物のさらなる増殖のための曝気槽とアゾ染料の脱色を図る曝気をしない静置
槽、そしてアミン類を分解する曝気槽の数は最低１槽あれば、それ以上でもよい。しかし
順序は変えられないものである。調整ｐＨ、曝気槽内部の温度、廃水の流量などは使用微
生物の特性によって変えられる。

１．染色工場汎用染料脱色微生物の選定（スクリーニング）
染色工場で広く、かつ頻繁に使用されている染料３０種類を全体で最終濃度０．１％（
ｗ／ｖ）になるように量り取り、精製水でよく混和した。この染料混合液を最終濃度０．
０１％になるようにＹＭ液体培地（グルコース１．０％、ポリペプトン０．５％、酵母エ
キス０．３％、麦芽エキス０．３％）５ｍｌに添加し、オートクレーブ（１２１℃、１０
ｍｉｎ）にかけた。

それに、保存している約２８０株の微生物を白金耳で植菌した。３７℃、１５０ｒｐｍ
で１日間振とう培養した後、１日静置培養した。ここで視覚的に明らかに染料の色が低下
した菌株を選び出した。

１日間振とう培養した後、１日静置培養した結果、明らかに染料の色が低下した菌株を
１株得た。本菌株は、愛媛県新居浜市郷山の山林でサンプリングした土壌より分離した好
気性の細菌であった。本菌株を、微生物ライブラリーナンバーにちなみ、ＡＣＥ−１０６
株と命名した。この方法でアゾ染料を脱色する微生物を分離することができる。

２．ＡＣＥ−１０６株の培養条件と脱色との関係
アゾ染料の脱色には多くの場合、アゾレダクターゼ（アゾ基還元酵素）が関係している
ことが分かっている。また、アゾレダクターゼは好気的条件下よりも嫌気的条件下の方が
働きやすいとされている。よって、本菌株が示す脱色活性の条件を調査するために、４８
時間振とう培養、２４時間振とう培養後２４時間静置培養、４８時間静置培養に分けて、
脱色状況にどのような変化が現れるかを調査した。

４８時間振とう培養した培養液では、菌は増殖するものの、染料の色が脱色されなかっ
た。一方、４８時間静置培養および２４時間振とう培養後２４時間静置培養の培養液は、
菌が増殖し、脱色もしていた。そこで、これらを遠心分離し、菌体を除去した後の着色状
況を確認した。すると、４８時間振とう培養した培養上清は、同様の培地に菌を植菌して
いない培地より少しだけ脱色されているような感じがしたが、完全に着色が残っていた。

一方４８時間静置培養および２４時間振とう培養後２４時間静置培養の培養上清は、完
全ではないものの、ＹＭ液体培地とほとんど同様の色であった。よって、脱色は効率よく
進んだということが考えられた。すなわち、ＡＣＥ−１０６株の汎用染料に対する脱色機
構は、アゾレダクターゼが関与している可能性が高いことを示唆している。また、アゾ染
料脱色反応の際にはあらかじめ好気的な条件で培養し、菌体数を増やしておき、嫌気的な
条件に移行することによってはじめてアゾ染料が脱色できる。

３．染料３０種類ごとの脱色結果
３０種類の染料それぞれを０．０１％添加したＹＭ液体培地（５ｍｌ）でのＡＣＥ−１
０６株による脱色状況を確認した結果、表２のような結果となった。表１は使用した染料
名である。

３０種類の染料の全てが脱色されると考えていたが、染料によっては全く脱色されない
ものもあった。（表２）そこで、染料メーカーの協力の下、各染料の構造別の分類を調査
した。（表３）

その結果、建て染め染料に対する脱色活性は全くないことがわかった。また、ホルマザ
ン系反応染料や、アントラキノン系反応染料の一部にも脱色活性があることがわかった。
一方、アゾ染料に対しては、２種類の染料（ＮＯ．２，１０）に対して脱色できなかった
ものの、約８０％のアゾ染料に対して、何らかの脱色活性があることがわかった。

今回の実験で使用したアゾ染料に対する脱色活性の特異性は低いと考えられる。このこ
とで、アゾ染料脱色に対してオールマイティーな微生物を１株用いるか、または、特異性
が低い微生物を数株組み合わせることによってアゾ染料脱色に対し完全なシステムが構築
できる。

４．アニリン分解細菌ＡＣＥ−１２０株の分離
アゾ染料の脱色後に生成されると考えられるアニリンは無色透明の液体であるため、視
覚的に判断できない。そこで、アニリンにサラシ粉を添加すると赤紫色に呈色する性質を
利用した。アニリンを最終濃度０．１％（ｗ／ｖ）になるようにＹＭ液体培地（５ｍｌ）
に添加し、オートクレーブ（１２１℃、１０ｍｉｎ）にかけた。それに、保存している微
生物を白金耳で植菌した。振とう培養または静置培養（３７℃、１５０ｒｐｍ）を行い、
２％（ｗ／ｖ）のサラシ粉溶液を１ｍｌ添加して、数時間放置した結果、２日間振とう培
養した結果、ブランクと比較し、サラシ粉における呈色が明らかに低下した菌株を１株得
た。その後、７日間振とう培養すると、完全に呈色が見られなくなった。

本菌株は、愛媛県西条市加茂川でサンプリングした水より分離した好気性細菌であった
。アニリンを分解できる微生物は自然界に幅広く分布していることがわかった。また、好
気的に分解が進むこともわかった。芳香族アミン類をオールマイティーに分解するために
は、廃水処理段階で生成が想定される芳香族アミン類を分解する微生物を組み合わせて曝
気槽に投入することにより、芳香族アミン類の完全分解ができる。

１ 無色化・無毒化処理装置
１１ ｐH調整槽
１２ 培養槽
１３，１４，１５，１６ 曝気槽
１７ 沈殿槽

Claims (3)

1. アゾ染料分解微生物のアゾレダクターゼによりアゾ染料を嫌気的条件下で分解脱色を行
   うアゾ染料脱色処理工程と、
   前記アゾ染料脱色処理工程による分解脱色後の産物である芳香族アミン類を好気的条件
   下で分解するアミン類分解処理工程とからなる染色廃水の無色化・無毒化処理方法。
2. 好気的条件下で微生物によって処理を行う複数の曝気槽を備え、活性汚泥法を利用する
   廃水処理装置において、前記複数の曝気槽の中間地点に空気の曝気を行わない静置槽を設
   置し、
   前記静置槽において、前記アゾ染料脱色処理工程を行い、
   前記静置槽より下流の曝気槽において、前記アミン類分解処理工程を行うことを特徴と
   する請求項１に記載の染色廃水の無色化・無毒化処理方法。
3. 好気的条件下で微生物によって処理を行う複数の曝気槽を備え、活性汚泥法を利用する
   廃水処理装置において、
   前記複数の曝気槽の中間地点に、空気の曝気を行わない静置槽を設置し、
   前記静置槽において、アゾ染料分解微生物のアゾレダクターゼによりアゾ染料を嫌気的
   条件下で分解脱色を行い、前記静置槽より下流の曝気槽において、分解脱色後の産物であ
   る芳香族アミン類を好気的条件下で分解することを特徴とする染色廃水の無色化・無毒化
   処理装置。