JP2017039078A - 排水の処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1には、生活廃水中の燐、窒素、その他の汚濁物を、クラミドモナス属単細胞緑藻アール サガー ストレイン95が生活廃水中で生きて増殖できる至適条件下、即ち望ましい栄養源、光、炭酸ガス、温度のもとに該クラミドモナス属単細胞緑藻アール サガー ストレイン95が燐、窒素、その他の汚濁物を吸着して除去することを特徴とするクラミドモナス属単細胞緑藻を利用する生活廃水の浄化法、が記載されている。
また、特許文献2には、種苗飼育廃水等の高濃度の栄養塩を含有する海水の微細藻による水質浄化装置において、給水管、排水管及び通気装置を有し、明期に通気撹拌を行い暗期には通気撹拌を停止することを特徴とした微細藻による水質浄化装置が記載されている。また、特許文献2には、該装置を用いて、種苗飼育廃水等の高濃度の栄養塩を含有する海水中で微細藻類を培養することにより、海水中の窒素及び/又はリンを減少させることを特徴とする水質浄化方法が、記載されている。
[1] 窒素およびリンを含む、殺菌処理されていない排水に、微細藻類を加えて、上記微細藻類を培養し、微細藻類を含む排水を得る培養工程と、上記培養工程で得られた排水から微細藻類を回収して、窒素およびリンの含有率が低減された排水を得る微細藻類回収工程、を含むことを特徴とする排水の処理方法。
[2] 上記微細藻類として、上記排水からの窒素の除去率が50質量%以上であり、かつ上記排水からのリンの除去率が10質量%以上である微細藻類を用いる前記[1]に記載の排水の処理方法。
[3] 上記微細藻類として、上記排水中での培養後の上記微細藻類に含まれる脂質の含有率が3質量%以上である微細藻類を用いる前記[1]又は[2]に記載の排水の処理方法。
[4] 上記微細藻類が、緑藻類、プラシノ藻類、珪藻類、及び藍藻類からなる群より選ばれる一種以上である前記[1]〜[3]のいずれかに記載の排水の処理方法。
[5] 上記微細藻類回収工程で回収された上記微細藻類を、バイオマスとして利用する微細藻類利用工程、を含む前記[1]〜[4]のいずれかに記載の排水の処理方法。
[6] 上記排水が、下水を脱水処理して得られるろ液、または、該ろ液を水で希釈してなる希釈液である前記[1]〜[5]のいずれかに記載の排水の処理方法。
以下、工程ごとに詳しく説明する。
本工程は、窒素およびリンを含む、殺菌処理されていない排水に、微細藻類を加えて、微細藻類を培養し、微細藻類を含む排水を得る工程である。
本工程で用いられる排水としては、窒素およびリンを含む排水であれば、特に限定されるものではない。
例えば、下水処理場等において、下水を脱水処理して得られるろ液(下水処理場における下水を処理する過程において、余剰汚泥を脱水処理した際に発生する水等)や、食品製造等の工場において排出される水や、農業や畜産業において排出される水や、日常生活において排出される水等の排水が挙げられる。また、本工程に用いられる排水として、上述した排水を水で希釈してなる希釈液を用いてもよい。
中でも、窒素およびリンを大きな含有率で含み、微細藻類の生育が促進される観点から、下水を脱水処理して得られるろ液、または、該ろ液を水で希釈してなる希釈液が好適である。
通常、微生物等を培養する場合、その培地は、雑菌の繁殖抑制や、培養する微生物の生育促進等の観点から、オートクレーブ等を用いて殺菌処理した後に使用される。
しかし、本発明では、殺菌処理されていない排水を用いているにもかかわらず、殺菌処理されている排水を用いた場合と同程度に微細藻類が増殖し、かつ、大きな除去率で窒素およびリンを除去することができる。したがって、本発明では、殺菌処理の手間を省くことができる点で、処理の効率を高めかつコストを削減することができる。
本発明で用いられる微細藻類による、排水からのリンの除去率は、10質量%以上、好ましくは15質量%以上、より好ましくは23質量%以上、さらに好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは60質量%以上、特に好ましくは70質量%以上である。
窒素を50質量%以上の割合で除去することができ、かつ、リンを10質量%以上の割合で除去することができる性質を有する種類の微細藻類は、排水中の窒素およびリンの含有率を十分に低減する観点から、好ましく用いられる。
該含有率が3質量%以上であれば、培養後に回収される微細藻類を、バイオ燃料に用いられるバイオマスとして好適に使用することができる。
なお、脂質の含有率は、乾燥させた微細藻類中の脂質の割合である。
中でも、殺菌処理されていない排水を用いて培養を行った場合における増殖量が大きい観点から、Chlorella、Tetraselmis、Fistulifera、Phaeodactylum、Synechococcus、またはSynechocystisが好適である。
特に、Chlorellaによれば、殺菌処理した排水を用いて培養を行った場合と比べて、リンの除去率、培養後の微細藻類の量(増殖量)、および脂質の生産量が、より大きくなる。
また、Tetraselmisによれば、殺菌処理した排水を用いて培養を行った場合と比べて、脂質の含有率および脂質の生産量が、より大きくなる。
該数が1.0×104以上であれば、培養を行う時間を短くすることができる。該数が1.0×107を超える場合、微細藻類の増殖量および脂質の生産量を大きくする効果が頭打ちとなる。
培養が行われる際の排水のpHは、使用する微細藻類の種類に応じて適宜定めればよいが、好ましくは4〜10、より好ましくは6〜8である。該pHが上記数値範囲内であれば、微細藻類の増殖量および脂質の生産量が大きくなる。
培養方法としては、例えば、静置培養、撹拌培養、通気培養等が挙げられる。
また、排水が微細藻類の培養に適した成分組成となるように、炭素源(例えば、二酸化炭素)、糖、アミノ酸、タンパク質、有機酸、無機酸、塩基、ビタミン、ミネラル等を適宜添加してもよい。
本工程は、培養工程で得られた排水から微細藻類を回収して、窒素およびリンの含有率が低減された排水を得る工程である。
培養工程で得られた排水から微細藻類を回収して、窒素およびリンの含有率が低減された排水を得る方法としては、デカンター等の装置を用いた遠心分離による方法、培養工程で得られた排水を沈殿槽等に貯留して、微細藻類を沈殿させ、その上澄みを除去する方法、フィルタープレス等の装置を用いた加圧脱水による方法等が挙げられる。
本発明においては、微細藻類回収工程の後に、微細藻類回収工程で回収された微細藻類を、バイオマスとして利用する微細藻類利用工程を行ってもよい。
本発明で回収された微細藻類は、バイオマスとして、燃料、飼料、食糧、医薬品等に利用することができる。中でも、本発明で回収された微細藻類は、脂質の含有率が大きいため、燃料(バイオ燃料)として好適である。
[使用材料]
(1)微細藻類A:Chlorella sp.NKG 021201
(2)微細藻類B:Tetraselmis sp.NKG 400013
(3)排水:下水処理場の第一沈殿池における余剰汚泥を濃縮した後、脱水処理して得られた、pH6.6のろ液(PO4−P:49μg/mL;Total−N:46μg/mL;NH3:42μg/mL;NO3:0.5μg/mL未満)
上記排水500mlに塩化ナトリウム(試薬)を、排水中の塩化ナトリウムの含有率が3.0質量%となるように添加した。次いで、排水に、排水1ml当たりの微細藻類の個体数が2.0×105となる量の微細藻類Aを添加した後、25℃の温度下で、100μmol/m2/sの光を照射し、かつ、1分間当たり8mlとなる量の二酸化炭素を排水中に吹き込みながら、10日間、撹拌培養を行った。
回収した微細藻類の質量を測定し、培養後の1リットル当たりの微細藻類の量を算出した。
また、乾燥した微細藻類50mgを乳鉢および乳棒を用いて粉砕した後、脂質抽出溶媒として、5mlのn−ヘキサンを加えて混合した。次いで、遠心分離を行って、液分をバイアルに回収した。アルゴンガスを用いて、液分からn‐ヘキサンを揮発させて、抽出物(脂質)を得た後、得られた脂質の質量を測定した。得られた測定値から、培養後に回収した微細藻類に含まれる脂質の含有率、及び、脂質の生産量を算出した。
また、培養前の排水および培養後の排水の各々の、リンの含有率を、ICP発光分光分析装置(島津製作所社製、商品名「ICPE‐9000」)を用いたICP発光分析法によって測定し、得られた測定結果から、排水中のリンの除去率を算出した。
排水として、オートクレーブによる殺菌処理を行った排水を用いた以外は、実施例1と同様にして、微細藻類Aの培養を行った。実施例1と同様にして、微細藻類の量の測定等を行った。
微細藻類Aの代わりに微細藻類Bを用いた以外は、実施例1と同様にして、微細藻類の培養を行った。実施例1と同様にして、微細藻類の量の測定等を行った。
[比較例2]
排水として、オートクレーブによる殺菌処理を行った排水を用いた以外は、実施例2と同様にして、微細藻類Bの培養を行った。実施例1と同様にして、微細藻類の量の測定等を行った。
以上の結果を表1に示す。
また、微細藻類として、Chlorellaを用いた場合(実施例1;殺菌処理なし)には、殺菌処理を行った以外は実施例1と同様にして処理した場合(比較例1)と比べて、リンの除去率(25質量%)、培養後の微細藻類の量(1.3g/リットル)および脂質の生産量(43.0mg/リットル/日)が大きいことがわかる。また、Chlorellaによれば、脂質の生産量が大きいことから、バイオ燃料に用いられるバイオマスとして好適な微細藻類を大量に回収できることがわかる。
また、微細藻類として、Tetraselmisを用いた場合(実施例2;殺菌処理なし)には、殺菌処理を行った以外は実施例2と同様にして処理した場合(比較例2)と比べて、脂質の含有率(4.3質量%)および脂質の生産量(6.4mg/リットル/日)が大きいことがわかる。また、Tetraselmisによれば、Chlorellaを用いた場合と比べて、リンの除去率が大きいことがわかる。
Claims (6)
- 窒素およびリンを含む、殺菌処理されていない排水に、微細藻類を加えて、上記微細藻類を培養し、微細藻類を含む排水を得る培養工程と、
上記培養工程で得られた排水から微細藻類を回収して、窒素およびリンの含有率が低減された排水を得る微細藻類回収工程、
を含むことを特徴とする排水の処理方法。 - 上記微細藻類として、上記排水からの窒素の除去率が50質量%以上であり、かつ上記排水からのリンの除去率が10質量%以上である微細藻類を用いる請求項1に記載の排水の処理方法。
- 上記微細藻類として、上記排水中での培養後の上記微細藻類に含まれる脂質の含有率が3質量%以上である微細藻類を用いる請求項1又は2に記載の排水の処理方法。
- 上記微細藻類が、緑藻類、プラシノ藻類、珪藻類、及び藍藻類からなる群より選ばれる一種以上である請求項1〜3のいずれか1項に記載の排水の処理方法。
- 上記微細藻類回収工程で回収された上記微細藻類を、バイオマスとして利用する微細藻類利用工程、を含む請求項1〜4のいずれか1項に記載の排水の処理方法。
- 上記排水が、下水を脱水処理して得られるろ液、または、該ろ液を水で希釈してなる希釈液である請求項1〜5のいずれか1項に記載の排水の処理方法。
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