JP2019084498A - 汚染水処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】１，４−ジオキサンと他の有機化合物を含む汚染水を効率的に処理することのできる汚染水処理方法を提供する。【解決手段】１，４−ジオキサンと他の有機化合物を含む汚染水を、主として他の有機化合物の濃度を低くする前処理工程、１，４−ジオキサンの１，４−ジオキサン分解菌による生分解処理工程、をこの順で行う汚染水処理方法。【選択図】図４
Description
本発明は、１，４−ジオキサンと他の有機化合物を含む汚染水の処理方法に関する。
１，４−ジオキサンは、下記式（１）で表される環状エーテルである。１，４−ジオキサンは、水や有機溶媒との相溶性に優れており、主に有機合成の反応溶剤として使用されている。
２０１０年度の日本国における１，４−ジオキサンの製造・輸入量は、約４５００ｔ／年であり、約３００ｔ／年が環境中へ放出されたと推測される。１，４−ジオキサンは、水溶性であるため、水環境中へ放出されると広域に拡散してしまう。また、揮発性、固体への吸着性、光分解性、加水分解性、生分解性がいずれも低いため、水中からの除去が困難である。１，４−ジオキサンは急性毒性及び慢性毒性を有する上、発がん性も指摘されていることから、１，４−ジオキサンによる水環境の汚染は、人や動植物に悪影響を及ぼすことが懸念されている。そのため、日本国では、水道水質基準（０．０５ｍｇ／Ｌ以下）、環境基準（０．０５ｍｇ／Ｌ以下）及び排水基準（０．５ｍｇ／Ｌ以下）により、１，４−ジオキサンの規制がなされている。
非特許文献１には、１，４−ジオキサンを含む産業廃水には、１，４−ジオキサンの他に１，３−ジオキソラン及び２−メチル−１，３−ジオキソランといった多様な環状エーテル化合物が含まれていることが報告されている。特に１，３−ジオキソランは、急性毒性等の毒性が確認されており、１，３−ジオキソランを含む汚染水等は適切に処理しなければならない。
ここで、１，４−ジオキサンは、促進酸化法においてのみ、処理の有効性が確認されている。しかし、促進酸化法はイニシャルコスト及びランニングコストが高いことから普及に至っていない。また、非特許文献２には、１，４−ジオキサン以外の有機物が存在すると、促進酸化法による１，４−ジオキサンの処理効率が低下することが報告されている。
ここで、１，４−ジオキサンは、促進酸化法においてのみ、処理の有効性が確認されている。しかし、促進酸化法はイニシャルコスト及びランニングコストが高いことから普及に至っていない。また、非特許文献２には、１，４−ジオキサン以外の有機物が存在すると、促進酸化法による１，４−ジオキサンの処理効率が低下することが報告されている。
低コストかつ安定的に１，４−ジオキサン等の環状エーテル化合物を含む水を処理する方法が求められており、非特許文献３では、１，４−ジオキサン分解菌による１，４−ジオキサン処理が提案されている。
１，４−ジオキサン分解菌は、１，４−ジオキサンを単一炭素源として分解する菌（資化菌）と、テトラヒドロフラン等の特定の基質の存在下にて１，４−ジオキサンを分解できる菌（共代謝菌）の２種類に大別される。資化菌は、さらに１，４−ジオキサン分解酵素の誘導の有無によって、誘導型と構成型に分けられる。誘導型１，４−ジオキサン分解菌は、１，４−ジオキサンなどの誘導物質が存在することで分解酵素の生産・分泌がされるため、１，４−ジオキサン処理に用いる前に予め馴養する必要がある。一方、構成型１，４−ジオキサン分解菌は、常時、分解酵素を生産しているため、馴養することなく、直ちに１，４−ジオキサン処理に用いることができる。
１，４−ジオキサン分解菌は、１，４−ジオキサンを単一炭素源として分解する菌（資化菌）と、テトラヒドロフラン等の特定の基質の存在下にて１，４−ジオキサンを分解できる菌（共代謝菌）の２種類に大別される。資化菌は、さらに１，４−ジオキサン分解酵素の誘導の有無によって、誘導型と構成型に分けられる。誘導型１，４−ジオキサン分解菌は、１，４−ジオキサンなどの誘導物質が存在することで分解酵素の生産・分泌がされるため、１，４−ジオキサン処理に用いる前に予め馴養する必要がある。一方、構成型１，４−ジオキサン分解菌は、常時、分解酵素を生産しているため、馴養することなく、直ちに１，４−ジオキサン処理に用いることができる。
非特許文献４、５では、１，４−ジオキサン分解菌が有するＴＨＦモノオキシゲナーゼが１，４−ジオキサンの分解に関与していることが報告されている。また、本発明者らは、特許文献１において、このＴＨＦモノオキシゲナーゼを構成するタンパク質の一つであるＭｏｎｏｏｘｙｇｅｎａｓｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ＭｍｏＢ／ＤｍｐＭをコードするｔｈｍＣ遺伝子により、分解菌を検出、定量することができることを見出し、ｔｈｍＣ遺伝子を有する１，４−ジオキサン分解菌の検出、定量に用いることのできるプライマーセットを提案している。
１，４−ジオキサンを生分解処理する場合、菌の前準備が簡便であるため、特定の基質を添加する必要がない資化菌を活用することが好ましく、誘導の必要がない構成型１，４−ジオキサン分解菌を用いることがさらに好ましい。しかし、構成型１，４−ジオキサン分解菌は、誘導型１，４−ジオキサン分解菌と比較して１，４−ジオキサン最大比分解速度が低いという問題点があった。
本発明者らは、特許文献２において、構成型１，４−ジオキサン分解菌であるＮ２３株を報告した。Ｎ２３株は、これまでに報告されている構成型１，４−ジオキサン分解菌の中で、最も高い１，４−ジオキサン最大比分解速度を示し、１，４−ジオキサンを始めとする環状エーテル化合物の生分解に非常に有望である。また、本願出願時には未公開であるが、特許文献３に示すように、Ｎ２３株は、他の微生物の活動が抑制されるｐＨ３．０以上５．５以下の酸性環境下においても、高いジオキサン分解性を維持することができる。
本発明者らは、特許文献２において、構成型１，４−ジオキサン分解菌であるＮ２３株を報告した。Ｎ２３株は、これまでに報告されている構成型１，４−ジオキサン分解菌の中で、最も高い１，４−ジオキサン最大比分解速度を示し、１，４−ジオキサンを始めとする環状エーテル化合物の生分解に非常に有望である。また、本願出願時には未公開であるが、特許文献３に示すように、Ｎ２３株は、他の微生物の活動が抑制されるｐＨ３．０以上５．５以下の酸性環境下においても、高いジオキサン分解性を維持することができる。
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１，４−ジオキサンと他の有機化合物を含む汚染水を効率的に処理することのできる汚染水処理方法を提供することを課題とする。
本発明の課題を解決するための手段は、以下のとおりである。
１．１，４−ジオキサンと他の有機化合物を含む汚染水を、
主として他の有機化合物の濃度を低くする前処理工程、
１，４−ジオキサンの１，４−ジオキサン分解菌による生分解処理工程、
をこの順で行うことを特徴とする汚染水処理方法。
２．前記前処理工程と前記生分解処理工程とを、異なる処理槽で行うことを特徴とする１．に記載の汚染水処理方法。
３．前記生分解処理工程が、フェッドバッチプロセスであることを特徴とする１．または２．に記載の汚染水処理方法。
４．前記他の有機化合物が、環状エーテル化合物を含むことを特徴とする１．〜３．のいずれかに記載の汚染水処理方法。
５．前記他の有機化合物が、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、１，３−ジオキソラン、２−メチル−１，３−ジオキソランを含むことを特徴とする１．〜４．のいずれかに記載の汚染水処理方法。
６．前記前処理工程が、曝気処理であることを特徴とする１．〜５．のいずれかに記載の汚染水処理方法。
７．前記１，４−ジオキサン分解菌が、ｔｈｍＣ遺伝子を有する菌であることを特徴とする１．〜６．のいずれかに記載の汚染水処理方法。
８．前記１，４−ジオキサン分解菌が、受託番号ＮＩＴＥ ＢＰ−０２０３２として寄託されたＮ２３株であることを特徴とする１．〜７．のいずれかに記載の汚染水処理方法。
１．１，４−ジオキサンと他の有機化合物を含む汚染水を、
主として他の有機化合物の濃度を低くする前処理工程、
１，４−ジオキサンの１，４−ジオキサン分解菌による生分解処理工程、
をこの順で行うことを特徴とする汚染水処理方法。
２．前記前処理工程と前記生分解処理工程とを、異なる処理槽で行うことを特徴とする１．に記載の汚染水処理方法。
３．前記生分解処理工程が、フェッドバッチプロセスであることを特徴とする１．または２．に記載の汚染水処理方法。
４．前記他の有機化合物が、環状エーテル化合物を含むことを特徴とする１．〜３．のいずれかに記載の汚染水処理方法。
５．前記他の有機化合物が、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、１，３−ジオキソラン、２−メチル−１，３−ジオキソランを含むことを特徴とする１．〜４．のいずれかに記載の汚染水処理方法。
６．前記前処理工程が、曝気処理であることを特徴とする１．〜５．のいずれかに記載の汚染水処理方法。
７．前記１，４−ジオキサン分解菌が、ｔｈｍＣ遺伝子を有する菌であることを特徴とする１．〜６．のいずれかに記載の汚染水処理方法。
８．前記１，４−ジオキサン分解菌が、受託番号ＮＩＴＥ ＢＰ−０２０３２として寄託されたＮ２３株であることを特徴とする１．〜７．のいずれかに記載の汚染水処理方法。
本発明の汚染水処理方法は、予め１，４−ジオキサン以外の他の有機化合物の濃度を低くする前処理を行った後に、１，４−ジオキサン分解菌による１，４−ジオキサンの生分解処理を行うことにより、１，４−ジオキサンの生分解処理を効率的に行うことができ、処理時間を短くすることができる。前処理工程と生分解処理工程とを異なる処理槽で行う、また、生分解処理工程をフェッドバッチプロセスで行うことにより、より効率的に処理を行うことができる。
以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明は、１，４−ジオキサンと他の有機化合物を含む汚染水を、主として他の有機化合物の濃度を低くする前処理工程、１，４−ジオキサンの１，４−ジオキサン分解菌（以下、単に分解菌ということもある）による生分解処理工程、をこの順で行う汚染水処理方法に関する。
本発明の処理方法は、前処理工程、生分解処理工程をこの順で行えばよく、前処理工程と生分解処理工程との間にｐＨ調整工程、温度調整工程、栄養塩添加工程等の別の工程を行うことができる。
本発明は、１，４−ジオキサンと他の有機化合物を含む汚染水を、主として他の有機化合物の濃度を低くする前処理工程、１，４−ジオキサンの１，４−ジオキサン分解菌（以下、単に分解菌ということもある）による生分解処理工程、をこの順で行う汚染水処理方法に関する。
本発明の処理方法は、前処理工程、生分解処理工程をこの順で行えばよく、前処理工程と生分解処理工程との間にｐＨ調整工程、温度調整工程、栄養塩添加工程等の別の工程を行うことができる。
「汚染水」
本発明は、１，４−ジオキサンと他の有機化合物を含む汚染水を処理するものである。汚染水が含む他の有機化合物としては特に制限されないが、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、１，３−ジオキソラン、２−メチル−１，３−ジオキソラン等の環状エーテル化合物や、エチレングリコール、ジエチレングリコール、アセトン、メタノール、エタノール等の他の微生物（以下、雑菌という）が炭素源として利用しやすい有機化合物が、本発明の汚染水処理方法により効率的に１，４−ジオキサンを処理することができるため好ましい。なお、１，４−ジオキサンを含む汚染水は、環状エーテル化合物、エチレングリコールを含む場合が多い。
本発明は、１，４−ジオキサンと他の有機化合物を含む汚染水を処理するものである。汚染水が含む他の有機化合物としては特に制限されないが、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、１，３−ジオキソラン、２−メチル−１，３−ジオキソラン等の環状エーテル化合物や、エチレングリコール、ジエチレングリコール、アセトン、メタノール、エタノール等の他の微生物（以下、雑菌という）が炭素源として利用しやすい有機化合物が、本発明の汚染水処理方法により効率的に１，４−ジオキサンを処理することができるため好ましい。なお、１，４−ジオキサンを含む汚染水は、環状エーテル化合物、エチレングリコールを含む場合が多い。
「前処理工程」
前処理工程は、汚染水中に含まれる有機化合物のうち、主として１，４−ジオキサン以外の他の有機化合物の濃度を低くするものである。
前処理工程の方法としては特に制限されず、含まれる有機化合物の種類に応じて、曝気処理、活性汚泥処理、オゾン処理等を、単独で、または組み合わせて行うことができる。これらの中で低コストであることから、曝気処理が好ましい。前処理工程では、１，４−ジオキサン以外の他の有機化合物を、３０ｗｔ％以上取り除くことが好ましく、４０ｗｔ％以上取り除くことがより好ましく、５０ｗｔ％以上取り除くことがさらに好ましく、６０ｗｔ％以上取り除くことが最も好ましい。
前処理工程は、汚染水中に含まれる有機化合物のうち、主として１，４−ジオキサン以外の他の有機化合物の濃度を低くするものである。
前処理工程の方法としては特に制限されず、含まれる有機化合物の種類に応じて、曝気処理、活性汚泥処理、オゾン処理等を、単独で、または組み合わせて行うことができる。これらの中で低コストであることから、曝気処理が好ましい。前処理工程では、１，４−ジオキサン以外の他の有機化合物を、３０ｗｔ％以上取り除くことが好ましく、４０ｗｔ％以上取り除くことがより好ましく、５０ｗｔ％以上取り除くことがさらに好ましく、６０ｗｔ％以上取り除くことが最も好ましい。
「生分解処理工程」
生分解処理工程は、前処理工程を終えて移送される一次処理水中に含まれる１，４−ジオキサンを、１，４−ジオキサン分解菌により生分解処理するものである。
ここで、環状エーテル化合物の存在下で１，４−ジオキサンの生分解処理を行うと、環状エーテル化合物が優先的に生分解され、環状エーテル化合物の濃度が低くなった後に、１，４−ジオキサンの生分解が進行するため、１，４−ジオキサンの生分解処理に時間がかかる。また、雑菌が炭素源として利用しやすい有機化合物の存在下で１，４−ジオキサンの生分解処理を行うと、雑菌が優先的に増殖して分解菌の菌体濃度が高まらないため、１，４−ジオキサンの処理がほとんど進行しない。
それに対し、本発明の一次処理水は、１，４−ジオキサン以外の他の有機化合物の濃度が低いため、生分解処理工程において１，４−ジオキサンを効率的に生分解処理することができる。
生分解処理工程は、前処理工程を終えて移送される一次処理水中に含まれる１，４−ジオキサンを、１，４−ジオキサン分解菌により生分解処理するものである。
ここで、環状エーテル化合物の存在下で１，４−ジオキサンの生分解処理を行うと、環状エーテル化合物が優先的に生分解され、環状エーテル化合物の濃度が低くなった後に、１，４−ジオキサンの生分解が進行するため、１，４−ジオキサンの生分解処理に時間がかかる。また、雑菌が炭素源として利用しやすい有機化合物の存在下で１，４−ジオキサンの生分解処理を行うと、雑菌が優先的に増殖して分解菌の菌体濃度が高まらないため、１，４−ジオキサンの処理がほとんど進行しない。
それに対し、本発明の一次処理水は、１，４−ジオキサン以外の他の有機化合物の濃度が低いため、生分解処理工程において１，４−ジオキサンを効率的に生分解処理することができる。
生分解処理の方法は特に制限されないが、１．一次処理水中の１，４−ジオキサンの分解菌による好気的環境下での分解処理工程、２．分解菌を含む活性汚泥を沈殿させ、処理後の上澄みを排水する排水工程、３．新たな一次処理水を投入する汚染水投入工程を、１．→２．→３．→１．→・・・と、この順で繰り返す、いわゆるフェッドバッチプロセスで行うことが好ましい。フェッドバッチプロセスは、生分解処理開始時の初期ジオキサン濃度が高いため、ジオキサン分解速度を高く保つことができる。これに対し、上流での一次処理水の投入と下流での処理水の排水とを同量で連続的に行う連続プロセスは、大容量の処理槽に一次処理水が連続して少量ずつ投入されるため、処理槽全体としてのジオキサン濃度が低く、ジオキサン分解速度が低くなる。また、生分解処理時の温度、ｐＨ等の条件は、分解菌が活動できる範囲内であれば特に制限されない。ただし、Ｎ２３株を用いる場合は、Ｎ２３株を優先的に増殖し、生分解処理を効率的に行えるため、ｐＨ３．０以上５．５以下の酸性環境下で生分解処理を行うことが好ましい。
本発明の汚染水処理方法において、前処理工程と生分解処理工程とは、異なる処理槽で行うことが好ましい。同一の処理槽で行うと、前処理工程が終了する度に分解菌を投入する必要があり、高コストとなる。また、生分解処理工程をフェッドバッチプロセスで行う場合は、前処理工程もフェッドバッチプロセスで行い、前処理工程の処理槽からの一次処理水の排水と、一次処理水の生分解処理工程の処理槽への投入を同期して行うことが、処理を効率的に行うことができるため好ましい。
「１，４−ジオキサン分解菌」
１，４−ジオキサン分解菌は自然界に存在しており、１，４−ジオキサンで汚染された水中や土壌中から採取した汚泥等を、炭素源として１，４−ジオキサンのみを含む培地で培養することでスクリーニングすることができる。例えば、分解菌として、Ｐｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａ ｓｐ．Ｎ２３、Ｐｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａ ｓｐ．Ｄ１７、Ｐｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａ ｄｉｏｘａｎｉｖｏｒａｎｓ ＣＢ１１９０、Ａｆｉｐｉａ ｓｐ．Ｄ１、Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｓｐ．ＰＨ−０６などが知られている。
１，４−ジオキサン分解菌は自然界に存在しており、１，４−ジオキサンで汚染された水中や土壌中から採取した汚泥等を、炭素源として１，４−ジオキサンのみを含む培地で培養することでスクリーニングすることができる。例えば、分解菌として、Ｐｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａ ｓｐ．Ｎ２３、Ｐｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａ ｓｐ．Ｄ１７、Ｐｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａ ｄｉｏｘａｎｉｖｏｒａｎｓ ＣＢ１１９０、Ａｆｉｐｉａ ｓｐ．Ｄ１、Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｓｐ．ＰＨ−０６などが知られている。
Ｐｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａ ｓｐ．Ｎ２３（以下、Ｎ２３株という。）は、受託番号ＮＩＴＥ ＢＰ−０２０３２として、独立行政法人 製品評価技術基盤機構 特許微生物寄託センター（ＮＰＭＤ）（日本国千葉県木更津市かずさ鎌足２−５−８（郵便番号２９２−０８１８））に、２０１５年４月１０日付で国際寄託されている。
Ｐｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａ ｓｐ．Ｄ１７は、受託番号ＮＩＴＥ ＢＰ−０１９２７として、独立行政法人 製品評価技術基盤機構 特許微生物寄託センター（ＮＰＭＤ）（日本国千葉県木更津市かずさ鎌足２−５−８（郵便番号２９２−０８１８））に、２０１４年８月２９日付で国際寄託されている。
Ｐｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａ ｄｉｏｘａｎｉｖｏｒａｎｓ ＣＢ１１９０は、米国ＡＴＣＣ（ＡＴＣＣ ５５４８６）、ＪＣＭ（独立行政法人 理化学研究所 バイオリソースセンター 微生物材料開発室）、ドイツのＤＳＭから購入可能である。
Ｐｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａ ｓｐ．Ｄ１７は、受託番号ＮＩＴＥ ＢＰ−０１９２７として、独立行政法人 製品評価技術基盤機構 特許微生物寄託センター（ＮＰＭＤ）（日本国千葉県木更津市かずさ鎌足２−５−８（郵便番号２９２−０８１８））に、２０１４年８月２９日付で国際寄託されている。
Ｐｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａ ｄｉｏｘａｎｉｖｏｒａｎｓ ＣＢ１１９０は、米国ＡＴＣＣ（ＡＴＣＣ ５５４８６）、ＪＣＭ（独立行政法人 理化学研究所 バイオリソースセンター 微生物材料開発室）、ドイツのＤＳＭから購入可能である。
本発明において、生分解処理に用いるジオキサン分解菌は特に制限されないが、ｔｈｍＣ遺伝子を有するジオキサン分解菌が好ましく、Ｎ２３株がより好ましい。なお、Ｎ２３株、Ｄ１７株、ＣＢ１１９０株は、ｔｈｍＣ遺伝子を有する。なお、これら以外の既報の１，４−ジオキサン分解菌については、全遺伝子配列が公開されておらず、ｔｈｍＣ遺伝子を有するかは不明である。
Ｎ２３株は、構成型１，４−ジオキサン分解菌であり、常時、分解酵素を生産している。Ｎ２３株は、０．２１６ｍｇ−１，４−ジオキサン／ｍｇ−ｐｒｏｔｅｉｎ・ｈという、これまでに報告されている構成型１，４−ジオキサン分解菌の中で、最も高い１，４−ジオキサン最大比分解速度を有する。Ｎ２３株は、１，４−ジオキサンを０．０１７ｍｇ／Ｌ以下の極低濃度まで分解することができ、約５２００ｍｇ／Ｌという高濃度の１，４−ジオキサンを処理することができる（特許文献２）。さらに、Ｎ２３株は、幅広いｐＨ及び温度域（特に、ｐＨ３．０以上５．５以下の酸性条件下）でも高い分解活性を維持することができる（特許文献３）。そのため、Ｎ２３株は、１，４−ジオキサンの生分解処理工程に好適に利用することができる。
Ｎ２３株は、構成型１，４−ジオキサン分解菌であり、常時、分解酵素を生産している。Ｎ２３株は、０．２１６ｍｇ−１，４−ジオキサン／ｍｇ−ｐｒｏｔｅｉｎ・ｈという、これまでに報告されている構成型１，４−ジオキサン分解菌の中で、最も高い１，４−ジオキサン最大比分解速度を有する。Ｎ２３株は、１，４−ジオキサンを０．０１７ｍｇ／Ｌ以下の極低濃度まで分解することができ、約５２００ｍｇ／Ｌという高濃度の１，４−ジオキサンを処理することができる（特許文献２）。さらに、Ｎ２３株は、幅広いｐＨ及び温度域（特に、ｐＨ３．０以上５．５以下の酸性条件下）でも高い分解活性を維持することができる（特許文献３）。そのため、Ｎ２３株は、１，４−ジオキサンの生分解処理工程に好適に利用することができる。
「Ｎ２３株」
Ｎ２３株は、５００ｍｇ／Ｌになるようにジオキサンを加えたＭＧＹ培地（Ｍａｌｔ Ｅｘｔｒａｃｔ：１０ｇ／Ｌ、グルコース：４ｇ／Ｌ、Ｙｅａｓｔ Ｅｘｔｒａｃｔ：４ｇ／Ｌ、ｐＨ７．３）を用いて７日間回転振盪培養（２８℃、１２０ｒｐｍ）した。この培養液を、１００００×ｇ、４℃、１０分間遠心分離して集菌し、炭素源を含まない無機塩培地（培地組成：Ｋ２ＨＰＯ４：１ｇ／Ｌ、（ＮＨ４）２ＳＯ４：１ｇ／Ｌ、ＮａＣｌ：５０ｍｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ：２００ｍｇ／Ｌ、ＦｅＣｌ３：１０ｍｇ／Ｌ、ＣａＣｌ２：５０ｍｇ／Ｌ、ｐＨ：７．３）を用いて二回洗浄した後、菌体濃度が４０００ｍｇ−ｄｒｙ ｃｅｌｌ／Ｌになるように同無機塩培地に懸濁し、これをＮ２３株植菌液として用いた。
Ｎ２３株は、５００ｍｇ／Ｌになるようにジオキサンを加えたＭＧＹ培地（Ｍａｌｔ Ｅｘｔｒａｃｔ：１０ｇ／Ｌ、グルコース：４ｇ／Ｌ、Ｙｅａｓｔ Ｅｘｔｒａｃｔ：４ｇ／Ｌ、ｐＨ７．３）を用いて７日間回転振盪培養（２８℃、１２０ｒｐｍ）した。この培養液を、１００００×ｇ、４℃、１０分間遠心分離して集菌し、炭素源を含まない無機塩培地（培地組成：Ｋ２ＨＰＯ４：１ｇ／Ｌ、（ＮＨ４）２ＳＯ４：１ｇ／Ｌ、ＮａＣｌ：５０ｍｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ：２００ｍｇ／Ｌ、ＦｅＣｌ３：１０ｍｇ／Ｌ、ＣａＣｌ２：５０ｍｇ／Ｌ、ｐＨ：７．３）を用いて二回洗浄した後、菌体濃度が４０００ｍｇ−ｄｒｙ ｃｅｌｌ／Ｌになるように同無機塩培地に懸濁し、これをＮ２３株植菌液として用いた。
「分析方法」
・水質分析
水質分析には、メンブレンフィルター（Ａｄｖａｎｔｅｃ社製、孔径：０．４５μｍ、材質：セルロースアセテート）により懸濁物質を除去したろ液を用いた。
１，４−ジオキサン、１，３−ジオキソラン、２−メチル−１，３−ジオキソランの定量は、ヘッドスペースガスクロマトグラフィー質量分析装置（島津製作所社製、ＧＣ／ＭＳ ＱＰ−２０１０ ｐｌｕｓ）を用いてＪＩＳ Ｋ０１２５に準じて行った。
・水質分析
水質分析には、メンブレンフィルター（Ａｄｖａｎｔｅｃ社製、孔径：０．４５μｍ、材質：セルロースアセテート）により懸濁物質を除去したろ液を用いた。
１，４−ジオキサン、１，３−ジオキソラン、２−メチル−１，３−ジオキソランの定量は、ヘッドスペースガスクロマトグラフィー質量分析装置（島津製作所社製、ＧＣ／ＭＳ ＱＰ−２０１０ ｐｌｕｓ）を用いてＪＩＳ Ｋ０１２５に準じて行った。
・菌体濃度
Ｎ２３株の菌体タンパク濃度は、既報（Meyers et al., Novel method for rapid measurement of growth of mycobacteria in detergent-free media, J. Clin. Microbiol., 36 (9) 2752〜2754 (1998)）に準じて測定した。Ｎ２３株の乾燥菌体重量及び微生物濃度は、ガラス繊維濾紙ＧＦ／Ｂ（粒子保持能 １．０μｍ、Ｗｈａｔｍａｎ）を用いて試料をろ過し、１０５℃にて２時間乾燥した後の重量から、ろ過前のフィルター重量を差し引いて求めた。
Ｎ２３株の菌体タンパク濃度は、既報（Meyers et al., Novel method for rapid measurement of growth of mycobacteria in detergent-free media, J. Clin. Microbiol., 36 (9) 2752〜2754 (1998)）に準じて測定した。Ｎ２３株の乾燥菌体重量及び微生物濃度は、ガラス繊維濾紙ＧＦ／Ｂ（粒子保持能 １．０μｍ、Ｗｈａｔｍａｎ）を用いて試料をろ過し、１０５℃にて２時間乾燥した後の重量から、ろ過前のフィルター重量を差し引いて求めた。
「実験１」
１，４−ジオキサン（以下、ジオキサンともいう）、１，３−ジオキソラン（以下、ジオキソランともいう）、２−メチル−１，３−ジオキソラン（以下、メチルジオキソランともいう）を、それぞれ１０ｍｇ／Ｌ含む無機塩培地を用いて分解試験を行った（Ｎ＝３）。いずれの分解試験でも、１００ｍＬ容の三角フラスコに環状エーテル化合物を含む無機塩培地１９ｍＬとＮ２３株植菌液１ｍＬを加え、回転振盪培養を行った。培養は７時間以内とし、培地中の環状エーテル化合物を適宜測定した。培養中の環状エーテル化合物の濃度変化を図１に示す。
１，４−ジオキサン（以下、ジオキサンともいう）、１，３−ジオキソラン（以下、ジオキソランともいう）、２−メチル−１，３−ジオキソラン（以下、メチルジオキソランともいう）を、それぞれ１０ｍｇ／Ｌ含む無機塩培地を用いて分解試験を行った（Ｎ＝３）。いずれの分解試験でも、１００ｍＬ容の三角フラスコに環状エーテル化合物を含む無機塩培地１９ｍＬとＮ２３株植菌液１ｍＬを加え、回転振盪培養を行った。培養は７時間以内とし、培地中の環状エーテル化合物を適宜測定した。培養中の環状エーテル化合物の濃度変化を図１に示す。
図１に示すように、ジオキサン以外の環状エーテル化合物もＮ２３株により分解されたが、ジオキサンと他の環状エーテル化合物では分解傾向が異なった。ジオキソラン及びメチルジオキソラン濃度は、実験開始時から急激に低下し、実験終了時である７時間後には定量下限値未満（＜０．０５ｍｇ／Ｌ）に達した。一方、実験開始直後のジオキサン濃度の低下は緩やかであったが、ジオキソラン及びメチルジオキソラン濃度がそれぞれ２．８ｍｇ／Ｌ及び４．０ｍｇ／Ｌにまで低下した４時間以降に濃度低下が早まり、７時間後には定量下限値未満に達した。このことから、他の環状エーテル化合物の生分解が、１，４−ジオキサンの生分解よりも優先的に進行することが確かめられた。
「実験２」
ジオキサンよりもジオキソランとメチルジオキソランの分解が優先的に進行したことから、Ｎ２３株が保有するジオキサン分解酵素は、ジオキサンよりもジオキソラン及びメチルジオキソランに対して親和性が高いことが考えられる。そこで、Ｎ２３株によるジオキソラン分解の動力学的パラメータの調査を行った。
Ｎ２３株によるジオキソラン比分解速度を明らかにするため、１０〜５００ｍｇ／Ｌのジオキソランを含む無機塩培地を用いて分解試験を行い（Ｎ＝２）、残存濃度が直線的に低下している期間の傾きから、無菌系でのジオキソラン減少速度（揮発速度）を差し引き、実験開始時の菌体タンパク濃度で除することにより、ジオキソラン比分解速度を算出した。Ｎ２３株におけるジオキソラン初期濃度に対するジオキソラン比分解速度を図２に示す。
ジオキサンよりもジオキソランとメチルジオキソランの分解が優先的に進行したことから、Ｎ２３株が保有するジオキサン分解酵素は、ジオキサンよりもジオキソラン及びメチルジオキソランに対して親和性が高いことが考えられる。そこで、Ｎ２３株によるジオキソラン分解の動力学的パラメータの調査を行った。
Ｎ２３株によるジオキソラン比分解速度を明らかにするため、１０〜５００ｍｇ／Ｌのジオキソランを含む無機塩培地を用いて分解試験を行い（Ｎ＝２）、残存濃度が直線的に低下している期間の傾きから、無菌系でのジオキソラン減少速度（揮発速度）を差し引き、実験開始時の菌体タンパク濃度で除することにより、ジオキソラン比分解速度を算出した。Ｎ２３株におけるジオキソラン初期濃度に対するジオキソラン比分解速度を図２に示す。
ジオキサン比分解速度と同様に（特許文献２）ジオキソラン比分解速度はＭｏｎｏｄ式に従うことが示された。そこで、Ｈａｎｅｓ−Ｗｏｏｌｆプロットに基づいて最大比分解速度（Ｋｍａｘ）及び半飽和定数（Ｋｓ）を算出した。ジオキサンとジオキソランの最大比分解速度（Ｋｍａｘ）及び半飽和定数（Ｋｓ）とを、表１に示す。なお、ジオキサンの値は、特許文献２に記載されている値である。
ジオキサンの動力学的パラメータと比較したところ、ジオキソランのＫｍａｘ及びＫｓは、ジオキサンの値よりも低かった。すなわち、Ｎ２３株が有するジオキサン分解酵素は、ジオキサンよりもジオキソランに対して高い親和性を示すが、ジオキソラン分解はジオキサンよりも低速で進行することが示された。そのため、図１に示した各種環状エーテル化合物の分解プロファイルにおける優先的なジオキソラン及びメチルジオキソランの分解は、分解酵素の高い親和性によるものであり、結果として、ジオキサンの分解が拮抗的に阻害されたものと推察された。
以上のことから、Ｎ２３株は、ジオキソラン及び２−メチル−１，３−ジオキソランの共存下でもジオキサンを分解可能であるが、拮抗阻害によりジオキサン分解が遅延するため、予めジオキサン以外の他の有機化合物を除去するための前処理を行うことにより、ジオキサンの生分解処理が効率的に進行することが示唆された。
「実験３」
水道水にジオキサン及びジオキソランを、それぞれ３０ｍｇ／Ｌ、１１０ｍｇ／Ｌ添加し、模擬汚染水を作成した。この模擬汚染水１Ｌを２Ｌ容のガラス瓶に入れ、毎分１Ｌにて２４時間、曝気を行う前処理を行った（水温：２５℃）。表２に前処理前後でのジオキサンとジオキソランの濃度を示す。２４時間の曝気処理により、ジオキサンは、ほとんど濃度変化はなかったが、ジオキソランは約３５％除去できた。
水道水にジオキサン及びジオキソランを、それぞれ３０ｍｇ／Ｌ、１１０ｍｇ／Ｌ添加し、模擬汚染水を作成した。この模擬汚染水１Ｌを２Ｌ容のガラス瓶に入れ、毎分１Ｌにて２４時間、曝気を行う前処理を行った（水温：２５℃）。表２に前処理前後でのジオキサンとジオキソランの濃度を示す。２４時間の曝気処理により、ジオキサンは、ほとんど濃度変化はなかったが、ジオキソランは約３５％除去できた。
１Ｌ容量のガラス瓶に、曝気処理を行っていない模擬汚染水、および、前処理後の一次処理水をそれぞれ７６０ｍＬ添加し、栄養塩類を加えた後、ｐＨを７．３に調整した。栄養塩類の組成は、無機塩培地に準じて作成した。その後、Ｎ２３株の植菌液を４０ｍＬ加え（菌体濃度：２００ｍｇ／Ｌ）、毎分１Ｌの速度で曝気を行いながら生分解処理を行った（水温：２５℃）。４時間ごとにサンプリングを行い、廃水中の環状エーテル化合物の濃度をＨＳ−ＧＣ／ＭＳにて測定した。図３、４に模擬汚染水、一次処理水の生分解処理結果を示す。
各廃水においてＮ２３株による環状エーテル化合物の分解が確認できたが、前処理後の一次処理水を用いた実験系では、２０時間後には１，４−ジオキサン及び１，３−ジオキソランが完全に分解できた。それに対し、前処理を行っていない模擬汚染水を用いた実験系では、環状エーテル化合物の分解には２６時間要した。このことから、１，４−ジオキサン以外の他の有機化合物の濃度を低くする前処理を行うことにより、ジオキサンの生分解処理を効率的に行えることが確かめられた。
Claims (8)
- １，４−ジオキサンと他の有機化合物を含む汚染水を、
主として他の有機化合物の濃度を低くする前処理工程、
１，４−ジオキサンの１，４−ジオキサン分解菌による生分解処理工程、
をこの順で行うことを特徴とする汚染水処理方法。 - 前記前処理工程と前記生分解処理工程とを、異なる処理槽で行うことを特徴とする請求項１に記載の汚染水処理方法。
- 前記生分解処理工程が、フェッドバッチプロセスであることを特徴とする請求項１または２に記載の汚染水処理方法。
- 前記他の有機化合物が、環状エーテル化合物を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の汚染水処理方法。
- 前記他の有機化合物が、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、１，３−ジオキソラン、２−メチル−１，３−ジオキソランを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の汚染水処理方法。
- 前記前処理工程が、曝気処理であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の汚染水処理方法。
- 前記１，４−ジオキサン分解菌が、ｔｈｍＣ遺伝子を有する菌であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の汚染水処理方法。
- 前記１，４−ジオキサン分解菌が、受託番号ＮＩＴＥ ＢＰ−０２０３２として寄託されたＮ２３株であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の汚染水処理方法。
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