JP2011182782A - 油脂分解微生物、微生物固定化担体、廃水の処理方法、並びに、廃水処理システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Serratia marcescens KY29株(FERM P−21888)である油脂分解微生物が提供される。本発明の油脂分解微生物は高い油脂分解能を有するとともに、樹脂製接触材等の担体に対する親和性が高い。さらに、他の微生物と共生する能力に優れている。セラチア(Serratia)属に属し、油脂分解能を有する油脂分解微生物が固定化された微生物固定化担体、当該油脂分解微生物又は当該微生物固定化担体を用いる廃水の処理方法、並びに、当該油脂分解微生物又は当該微生物固定化担体を有する廃水処理システムも提供される。
【選択図】図2
Description
また本発明の油脂分解微生物は、樹脂製接触材等の担体に対する親和性が高いので、他の微生物(例えば、廃水原水中に存在する雑多な一般微生物)よりも優先的に担体に固定化される。また、担体に対する親和性が高いので、固定化の作業も容易である。一方、本発明の油脂分解微生物は他の微生物と共生する能力にも優れており、担体等の上で別種類の油脂分解微生物と容易に共生することができる。
・細胞形態:桿菌(0.8〜0.9×1.2〜1.5μm)
・グラム染色性:−
・胞子の有無:−
・運動性:+
・コロニー形態
培地:LB寒天
培養時間:24時間
直径:1.0〜2.0mm
色調:淡黄色
形:円形
隆起状態:レンズ状
周縁:全縁
表面の形状など:スムーズ
透明度:不透明
粘稠度:バター様
・生育温度試験
37℃:+
45℃:−
・カタラーゼ反応:+
・オキシダーゼ反応:−
・グルコースからの酸/ガス生産(酸産生/ガス産生):+/+
・O/Fテスト(酸化/発酵):+/+
・β−ガラクトシダーゼ*:+
・アルギニンジヒドロラーゼ*:−
・リシンデカルボキシラーゼ*:+
・オルニチンデカルボキシラーゼ*:+
・クエン酸の利用性*:+
・H2S生産*:−
・ウレアーゼ*:−
・トリプトファンデアミナーゼ*:−
・インドール産生*:−
・アセトイン産生*:+
・ゼラチナーゼ*:+
・ブドウ糖**:+
・D−マンニトール**:+
・イノシトール**:+
・D−ソルビトール**:+
・L−ラムノース**:−
・白糖**:+
・D−メリビオース**:+
・D−アミグダリン**:+
・L−アラビノース**:−
・オキシダーゼ*:−
・NO2産生*:+
・N2ガスへの還元*:−
・運動性:+
・MacConkey寒天培地での発育:+
・OF培地での酸化*:+
・OF培地での発酵*:+
・リパーゼ活性(Tween80):+
・でんぷんの加水分解:−
・カゼインの加水分解:+
Serratia marcescens:99%
Serratia nematodiphila:99%
生物処理槽2はばっ気槽であり、セラチア属に属する油脂分解微生物(KY29株等)あるいは微生物固定化担体と油脂含有廃水とを接触させて、油脂を含む有機物を分解するためのものである。生物処理槽2には廃水投入ライン6から油脂含有廃水が投入される。また、処理された廃水は、排出ライン10から処理系外に排出される。
油脂分解菌培養槽3は油脂分解微生物を培養するための通気・撹拌可能なタンクであり、例えば、KY29株等や、その共生相手となる別種類の油脂分解微生物を連続培養することができるものである。生物処理槽2と油脂分解菌培養槽3とは微生物供給ライン7を介して接続されており、油脂分解菌培養槽3で培養された油脂分解微生物を生物処理槽2に供給可能な構成となっている。また、油脂分解菌培養槽3には基質添加ライン12から基質、培地等を供給可能である。
油脂分解菌タンク5は、油脂分解微生物の種母を油脂分解菌培養槽3に供給するためのものである。油脂分解菌タンク5と油脂分解菌培養槽3とは種母供給ライン8を介して接続されている。
まず、発酵槽等を用いてKY29株の保存菌体を事前に調製、或いは、油脂分解菌培養槽3にてKY29株を培養する。別種類の油脂分解微生物を共生させて用いる場合には、KY29株と当該別種類の油脂分解微生物を混合培養、或いは生育が競合する場合には個別に培養して培養液の状態で混合する。
生物処理槽2に流動可能な接触材(担体)11(例えば、立方体状のポリエチレン系樹脂発泡体)と処理すべき油脂含有廃水を投入する。続いて、油脂分解微生物(KY29株単独、又は、KY29株と別種類の油脂分解微生物との組み合わせ)の保存菌体、或いは油脂分解菌培養槽3で培養した培養液を微生物供給ライン7から生物処理槽2に供給する。直ちに通気を行って、生物処理槽2で接触材11を流動・旋回させ、接触材11と油脂分解微生物とを十分に接触させる。これにより、KY29株が接触材11に付着し、その後、接触材11内で成長することで、油脂分解能を有する微生物固定化担体15となる。
接触材11内でKY29株を含む生物汚泥が成長し、馴養工程が完了した後に処理施設を本格稼働させることができる。処理された廃水は、排出ライン10から系外に排出する。回分式処理の場合は、処理廃水の排出後に次の廃水を投入し、同様の廃水処理を行う。連続式処理の場合は、原水流入量と等量の処理水を排出させ、連続的に廃水処理を行う。
自然界の様々な環境から採取した土壌を新規微生物の分離源とした。0.5gの土壌サンプルを5mLの滅菌生理食塩水に懸濁し、60分間静置した。懸濁液の上清100μLを、植物油を主たる炭素源とする合成培地A(500mg/L 植物油,10mg/L 界面活性剤(LAS),50mg/L イーストエキス,1.0g/L 硫酸アンモニウム,1.6g/L リン酸水素二カリウム,0.2g/L リン酸二水素カリウム,20mg/L 塩化カルシウム,10mg/L 硫酸鉄)5mLに接種し、30℃、100rpmで振とう培養した。5回の植え継ぎの後、油脂が分解されたサンプルを複数選択した。これらの集積培養液から、寒天培地を用いて油脂分解微生物を純粋分離した。
表示:Burkholderia sp. OGA4-3株
受託番号:FERM P−21889
受領日:平成22年1月12日
表示:Burkholderia sp. OGA29-2株
受託番号:FERM P−21890
受領日:平成22年1月12日
表示:Acinetobacter sp. KY3株
受託番号:FERM P−21887
受領日:平成22年1月12日
表示:Serratia marcescens KY29株
受託番号:FERM P−21888
受領日:平成22年1月12日
・細胞形態:短桿菌(0.9×1.0〜1.1μm)
・グラム染色性:−
・胞子の有無:−
・運動性:−
・コロニー形態
培地:LB寒天
培養時間:24時間
直径:1.0mm
色調:淡黄色
形:円形
隆起状態:レンズ状
周縁:全縁
表面の形状など:スムーズ
透明度:不透明
粘稠度:バター様
・生育温度試験
37℃:+
41℃:−
45℃:−
・嫌気条件下での生育:−
・カタラーゼ反応:+
・オキシダーゼ反応:−
・グルコースからの酸/ガス生産(酸産生/ガス産生):−/−
・O/Fテスト(酸化/発酵):−/−
・硝酸塩還元*:−
・インドール産生*:−
・ブドウ糖 酸性化*:−
・アルギニンジヒドロラーゼ*:−
・ウレアーゼ*:−
・エスクリン加水分解*:−
・ゼラチン加水分解*:+
・β−ガラクトシダーゼ*:−
・ブドウ糖**:−
・L−アラビノース**:−
・D−マンノース**:−
・D−マンニトール**:−
・N−アセチル−D−グルコサミン**:−
・マルトース**:−
・グルコン酸カリウム**:−
・n−カプリン酸**:+
・アジピン酸**:−
・dl−リンゴ酸**:+
・クエン酸ナトリウム**:+
・酢酸フェニル**:+
・チトクロームオキシダーゼ*:−
・クエン酸の利用性(Simmons法):+
・資化性
DL−乳酸ナトリウム:+
L−アスパラギン酸ナトリウム:−
エタノール:−
上記4種の油脂分解微生物について、栄養培地B(10g/L ペプトン,5g/L イーストエキス,5g/L 塩化ナトリウム)を用いて前培養を行った。続いて、植物油を主たる炭素源とする上記合成培地Aの100mLに対して前培養液1mLを接種し、30℃、160rpmで16時間振とう培養した。培養終了後、培養液に残留する油脂成分を定量し、油脂分解率(%)を算出した。コントロールとして、市販の微生物製剤12種について同様の評価を行った。結果を図2に示す。すなわち、4種の新規微生物(OGA4−3株、OGA29−2株、KY3株、KY29株)は、いずれも市販微生物製剤の微生物(A〜L)と比較して高い油脂分解能力を示した。
上記4種を含む計6種の新規微生物(いずれも本発明者らが分離したもの)について、上記栄養培地Bを用いて30℃、100rpmで振とう培養した。培養液の一部を採取し、滅菌生理食塩水にてOD660が0.1になるよう希釈した。この菌体希釈液50mLに、体積比20%に相当する樹脂製接触材(積水化学工業社製、架橋ポリエチレン系樹脂発泡体、10ミリ角立方体、商品名:ソフトロンキューブ)を投入し、振とう機で均一に撹拌した(30℃、160rpm、20時間)。1時間、4時間、20時間経過時の菌体希釈液についてOD660を測定した。撹拌前後におけるOD660の差から、各微生物の接触材への吸着固定率(%)を算出した。結果を表2に示す。すなわち、KY29株(Serratia marcescens KY-29株,FERM P−21888)では、20時間経過時で95%の高い吸着固定率を示した。KY3株(Acinetobacter sp. KY3株,FERM P−21887)についても、20時間経過時で77%の高い吸着固定率を示した。以上より、KY29株とKY3株について、接触材への高い親和性が認められた。
実廃水を用いた複合微生物系で、各油脂分解微生物の接触材への固定化特性を評価した。廃水試料として、食品工場の廃水処理施設に流入する廃水を使用した。処理方法として、fill & draw方式による回分式処理を採用した。廃水処理槽として、通気により旋回流を発生できる実容量800mLの実験処理槽を用いた。樹脂製担体の充填率は、投入廃水量に対する体積比で20%とした。
同時に、樹脂製担体を用いない点のみが異なる活性汚泥法としての回分式試験も実施した。
また、OGA4−3株とOGA29−2株は単独では接触材に固定化されにくい(上記(3)の結果参照)が、KY3株あるいはKY29株と共生することによって接触材に安定的に固定化されることが示された。
食品工場の廃水処理施設内に、容量100Lの廃水処理槽2台を直列に接続した実験装置(実施例)を設置し、既存の処理装置(比較例)との比較を行った。既存の処理装置も同様の廃水処理槽2台を直列に接続した構成を有している。以下、廃水(原水)が最初に流入する上流側の廃水処理槽を「第一処理槽」、第一処理槽から排出された廃水(一次処理水)が流入する下流側の廃水処理槽を「第二処理槽」と称する。
・生物化学的酸素要求量(BOD):1200mg/L、
・懸濁物質(SS):840mg/L、
・n−ヘキサン抽出物質量:300mg/L、
・pH:6〜8、
である。また、施設の計画排水量(処理施設の設計条件)は400m3/日である。実験装置へ供給する廃水(原水)は既存の処理装置が備える調整槽から採取し、流入水量負荷が既存の処理装置と同様になるよう設定した。実験装置への廃水(原水)供給は定量ポンプを用いて連続的に行い、廃水の連続式処理を行った。各廃水処理槽には樹脂製接触材(積水化学工業社製、架橋ポリエチレン系樹脂発泡体、10ミリ角立方体、商品名:ソフトロンキューブ)を充填した。充填量は、体積比で廃水処理槽(100L)の20%とした。
菌株保存機関から各種のセラチア属細菌を入手し、油脂分解能を有するものを検索した。油脂分解能の評価は、上記(2)の手順で行った。その結果、油脂分解能が特に高い4株が選抜された。各菌株及びKY29株の油脂分解率(%)を表4に示す。表4中の数値は、培養開始時の油脂成分量を500mg/Lとした場合の、培養16時間目における残留油脂成分を表す。微生物を接種せずに培地のみを振とうしたものをコントロールとした。
すなわち、Serratia marcescens ATCC13880、Serratia ficaria ATCC33105、Serratia rubidaea ATCC27593、Serratia grimesii ATCC14460の4株は、いずれも80%以上の高い油脂分解能力を示した。ただし、いずれの菌株でも、KY29株の油脂分解能力(92.4%)を超えることはなかった。
2 生物処理槽(廃水処理槽)
3 油脂分解菌培養槽(微生物培養槽)
11 接触材(担体)
15 微生物固定化担体
Claims (19)
- Serratia marcescens KY29株(FERM P−21888)である油脂分解微生物。
- セラチア(Serratia)属に属し、油脂分解能を有する油脂分解微生物が、担体に固定化されてなる微生物固定化担体。
- 前記油脂分解微生物が、Serratia marcescens、Serratia ficaria、Serratia rubidaea、又はSerratia grimesiiであることを特徴とする請求項2に記載の微生物固定化担体。
- 前記油脂分解微生物が、Serratia marcescens KY29株(FERM P−21888)であることを特徴とする請求項2に記載の微生物固定化担体。
- 担体が、樹脂製であることを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の微生物固定化担体。
- 担体が、発泡体からなることを特徴とする請求項5に記載の微生物固定化担体。
- 前記油脂分解微生物とは別種類の油脂分解微生物がさらに固定化されていることを特徴とする請求項2〜6のいずれかに記載の微生物固定化担体。
- 別種類の油脂分解微生物が、セラチア(Serratia)属、バークホルデリア(Burkholderia)属、シュードモナス(Pseudomonas)属、アシネトバクター(Acinetobacter)属、バチルス(Bacilllus)属、ロドコッカス(Rhodococcus)属、スフィンゴモナス(Sphingomonas)属、アルカリゲネス(Alcaligenes)属、スタフィロコッカス(Staphylococcus)属、リゾビウム(Rhizobium)属、テトラスファエラ(Tetrasphaera)属、ヤロウィア(Yarrowia)属、及びカンジダ(Candida)属からなる群より選ばれた属に属するものであることを特徴とする請求項7に記載の微生物固定化担体。
- 油脂を含有する廃水を処理する方法であって、セラチア(Serratia)属に属し、油脂分解能を有する油脂分解微生物を、前記廃水に接触させる工程を包含することを特徴とする廃水の処理方法。
- 前記油脂分解微生物が、Serratia marcescens、Serratia ficaria、Serratia rubidaea、又はSerratia grimesiiであることを特徴とする請求項9に記載の廃水の処理方法。
- 前記油脂分解微生物が、Serratia marcescens KY29株(FERM P−21888)であることを特徴とする請求項9に記載の廃水の処理方法。
- 前記工程において、前記油脂分解微生物と共に、前記油脂分解微生物とは別種類の油脂分解微生物を前記廃水に接触させることを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の廃水の処理方法。
- 別種類の油脂分解微生物が、セラチア(Serratia)属、バークホルデリア(Burkholderia)属、シュードモナス(Pseudomonas)属、アシネトバクター(Acinetobacter)属、バチルス(Bacilllus)属、ロドコッカス(Rhodococcus)属、スフィンゴモナス(Sphingomonas)属、アルカリゲネス(Alcaligenes)属、スタフィロコッカス(Staphylococcus)属、リゾビウム(Rhizobium)属、テトラスファエラ(Tetrasphaera)属、ヤロウィア(Yarrowia)属、及びカンジダ(Candida)属からなる群より選ばれた属に属するものであることを特徴とする請求項12に記載の廃水の処理方法。
- 油脂を含有する廃水を処理する方法であって、請求項2〜8のいずれかに記載の微生物固定化担体を前記廃水に接触させる工程を包含することを特徴とする廃水の処理方法。
- セラチア(Serratia)属に属し、油脂分解能を有する油脂分解微生物又は請求項2〜8のいずれかに記載の微生物固定化担体と、油脂を含有する廃水が処理される廃水処理槽とを有し、当該廃水処理槽内で前記油脂分解微生物又は前記微生物固定化担体と前記廃水とを接触させることが可能であることを特徴とする廃水処理システム。
- 前記油脂分解微生物が、Serratia marcescens、Serratia ficaria、Serratia rubidaea、又はSerratia grimesiiであることを特徴とする請求項15に記載の廃水処理システム。
- 前記油脂分解微生物が、Serratia marcescens KY29株(FERM P−21888)であることを特徴とする請求項15に記載の廃水処理システム。
- 前記油脂分解微生物が固定化される担体を廃水処理槽内に有し、廃水処理槽内に導入された前記油脂分解微生物が廃水処理槽内において前記担体に固定化されることを特徴とする請求項15〜17のいずれかに記載の廃水処理システム。
- 前記油脂分解微生物を培養する微生物培養槽をさらに備え、当該微生物培養槽から前記油脂分解微生物を廃水処理槽内に導入可能であることを特徴とする請求項15〜18のいずれかに記載の廃水処理システム。
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