JP2021058853A - 排水処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】酸化エチレンの製造過程で発生する難分解性有機物質である１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水を、安定して、かつエネルギー負荷を小さくして処理することができる排水処理方法を提供する。【解決手段】１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水を、活性汚泥を用いて生物処理する排水処理方法であって、生物処理において、水理学的滞留時間を４日以上とする排水処理方法。【選択図】なし
Description
本発明は、排水処理方法に関する。
１，４−ジオキサンは、難分解性有機物質として知られており、急性毒性、慢性毒性および発がん性を有する物質である。そのため、１，４−ジオキサンの排水基準には、厳しい規制がなされている。具体的には、公共用水域および地下水環境に関する１，４−ジオキサンの排水基準値は、２００９年に、０．０５ｍｇ／Ｌ以下に制定されている。さらに、一般排水に関する１，４−ジオキサンの排水基準値は、２０１０年に、０．５ｍｇ／Ｌ以下に制定されている。
１，４−ジオキサンは、工業的に有機合成反応用溶媒として種々の溶剤と共に用いられる。また、１，４−ジオキサンは、ナフサを原料とする酸化エチレンの製造過程で副生する物質である。１，４−ジオキサンは、自然状態において安定な物質であり、生物学的分解が困難とされていた。しかしながら、近年、１，４−ジオキサンを含む排水処理方法として、例えば、特許文献１や特許文献２に記載されている方法が開示されている。
特許文献１では、生物処理槽、分離膜モジュールおよび培養槽を備える排水処理装置を用い、排水に分解菌（微生物）を添加して、排水処理を行う方法が開示されている。
特許文献２では、１，４−ジオキサン分解菌を含む活性汚泥により生物処理を行う生物処理槽を備え、廃水に対して硝化抑制剤が添加されるように構成されている廃水処理システムが開示されている。
特許文献２では、１，４−ジオキサン分解菌を含む活性汚泥により生物処理を行う生物処理槽を備え、廃水に対して硝化抑制剤が添加されるように構成されている廃水処理システムが開示されている。
特許文献１や特許文献２に記載されている方法は、外部で培養した微生物等を汚染環境中に導入し、環境浄化を行うバイオオーグメンテーションである。そのため、外部から投入する微生物の維持管理が必要であり、その維持管理が難しいという課題があった。また、バイオオーグメンテーションでは、活性汚泥中で微生物が駆逐された場合、微生物のバックアップや復旧は事実上不可能であるという課題があった。さらに、特許文献１や特許文献２に記載されている方法は、生物処理とＡＯＰ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ、促進酸化処理）を組合せた処理システムであるため、エネルギー負荷が大きいという課題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、酸化エチレンの製造過程で発生する難分解性有機物質である１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水を、安定して、かつエネルギー負荷を小さくして処理することができる排水処理方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の排水処理方法は、１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水を、活性汚泥を用いて生物処理する排水処理方法であって、前記生物処理において、水理学的滞留時間を４日以上とする。
本発明の排水処理方法は、１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水を、活性汚泥を用いて生物処理する排水処理方法であって、前記生物処理において、水理学的滞留時間を４日以上とする。
この発明によれば、活性汚泥中に含まれる微生物の維持管理をすることなく、また、エネルギー負荷を小さくして、１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水の生物処理を行うことができる。
また、前記生物処理において、汚泥滞留時間を８０日以上としてもよい。
この発明によれば、活性汚泥中に含まれる微生物の維持管理をすることなく、また、エネルギー負荷を小さくして、１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水の生物処理をより効率的に行うことができる。
また、前記１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水と前記活性汚泥の混合液中において、可溶性鉄 （ＩＩ）モノオキシゲナーゼ遺伝子または１，４−ジオキサン分解菌を増やしてもよい。
この発明によれば、１，４−ジオキサンを分解する可溶性鉄（ＩＩ）モノオキシゲナーゼ遺伝子または１，４−ジオキサン分解菌を増やすことにより、１，４−ジオキサンの分解効率が向上するため、エネルギー負荷をより小さくすることができる。
また、上記の排水処理方法において、前記１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水を生物処理する温度は、３０℃以上３５℃以下であってもよい。
この発明によれば、上記の温度範囲にて、微生物による１，４−ジオキサンの分解が促進するため、１，４−ジオキサンの分解効率を向上することができる。
また、上記の排水処理方法において、前記１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水と前記１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水の生物処理によって生成した処理水を分離してもよい。
この発明によれば、処理水のみを分離して回収し、活性汚泥およびそれに含まれる微生物は生物処理槽に留まるため、微生物を追加する等の維持管理をすることなく、１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水の生物処理を行うことができる。
本発明によれば、酸化エチレンの製造過程で発生する難分解性有機物質である１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水を、安定して、かつエネルギー負荷を小さくして処理することができる排水処理方法を提供することができる。
［排水処理方法］
以下、本発明に係る排水処理方法の実施形態を、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態における排水処理方法に用いられる排水処理装置の概略構成を示す模式図である。
以下、本発明に係る排水処理方法の実施形態を、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態における排水処理方法に用いられる排水処理装置の概略構成を示す模式図である。
本実施形態に係る排水処理方法は、１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水を、活性汚泥を用いて生物処理する排水処理方法であって、生物処理において、水理学的滞留時間を４日以上とする。
図１に示すように、本実施形態に係る排水処理方法に用いられる排水処理装置１０は、生物処理槽１１と、分離手段１２と、ろ過ポンプ１３と、を備える。
図１に示すように、本実施形態に係る排水処理方法に用いられる排水処理装置１０は、生物処理槽１１と、分離手段１２と、ろ過ポンプ１３と、を備える。
生物処理槽１１は、処理対象の１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水を収容する。生物処理槽１１では、活性汚泥を用いて、１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水を生物処理する。
生物処理とは、排水に含まれる有機物を処理する場合、微生物に有機物を分解させる方法のことである。本実施形態に係る排水処理方法で用いる微生物は、空気中や水中に酸素が存在する条件下でのみ生存できる好気性微生物である。
生物処理とは、排水に含まれる有機物を処理する場合、微生物に有機物を分解させる方法のことである。本実施形態に係る排水処理方法で用いる微生物は、空気中や水中に酸素が存在する条件下でのみ生存できる好気性微生物である。
生物処理槽１１には、処理対象の１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水を生物処理槽１１内に導入するための第１導管１４が接続されている。
分離手段１２は、生物処理槽１１内に存在する、難分解性有機物排水と難分解性有機物排水の生物処理によって生成した処理水を分離する。
分離手段１２としては、難分解性有機物排水と処理水を分離できるものであれば、特に限定されないが、例えば、分離膜、遠心分離機等が挙げられる。分離膜としては、例えば、中空糸が挙げられる。
分離手段１２としては、難分解性有機物排水と処理水を分離できるものであれば、特に限定されないが、例えば、分離膜、遠心分離機等が挙げられる。分離膜としては、例えば、中空糸が挙げられる。
分離手段１２には、処理水を回収し、生物処理槽１１外へ取り出すための第２導管１５が接続されている。
ろ過ポンプ１３は、分離手段１２で分離された処理水を吸引して、回収する。
ろ過ポンプ１３は、第２導管１５の途中に設けられている。
ろ過ポンプ１３は、第２導管１５の途中に設けられている。
本実施形態に係る排水処理方法を説明する。
まず、１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水（以下、「難分解性有機物排水」と略すこともある。）を貯留している貯留槽（図示略）から、第１導管１４を介して、生物処理槽１１へ、難分解性有機物排水を導入する。
貯留槽に収容されている難分解性有機物排水は、一旦、流量調整槽（図示略）に導入され、所定の流量に調整されて、生物処理槽１１に導入される。
まず、１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水（以下、「難分解性有機物排水」と略すこともある。）を貯留している貯留槽（図示略）から、第１導管１４を介して、生物処理槽１１へ、難分解性有機物排水を導入する。
貯留槽に収容されている難分解性有機物排水は、一旦、流量調整槽（図示略）に導入され、所定の流量に調整されて、生物処理槽１１に導入される。
生物処理槽１１へ難分解性有機物排水を導入する前に、予め生物処理槽１１に活性汚泥の種汚泥を投入しておく。種汚泥としては、当該難分解性有機物排水の化学的酸素要求量（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ、ＣＯＤ）成分を生物処理するための活性汚泥を用いた。なお、この汚泥には、可溶性鉄（ＩＩ）モノオキシゲナーゼ遺伝子（以下、「ＳＤＩＭＯ遺伝子」と記す。）および１，４−ジオキサン分解菌の少なくとも一方を含まれる。
生物処理槽１１に投入する種汚泥の量、すなわち、種汚泥と難分解性有機物排水の混合液における種汚泥の濃度は、８０００ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましく、１００００ｍｇ／Ｌ以上であることがより好ましい。また、種汚泥の濃度の上限は２００００ｍｇ／Ｌ以下であってもよく、１８０００ｍｇ／Ｌ以下であってもよい。
種汚泥の濃度が上記の下限値以上であれば、１，４-ジオキサン分解微生物が適切に確保されるものと考えられる。一方、種汚泥の濃度が上記の上限値以下であれば、１，４−ジオキサンの生物処理が適切になされ、膜の詰り等のトラブル発生は無いものと考えられる。
種汚泥の濃度が上記の下限値以上であれば、１，４-ジオキサン分解微生物が適切に確保されるものと考えられる。一方、種汚泥の濃度が上記の上限値以下であれば、１，４−ジオキサンの生物処理が適切になされ、膜の詰り等のトラブル発生は無いものと考えられる。
次に、生物処理槽１１へ、所定量の難分解性有機物排水を導入した後、曝気装置により、難分解性有機物排水に空気を送り、難分解性有機物排水を曝気して、生物処理槽１１内の活性汚泥を活性化する。これにより、難分解性有機物排水を分解する。すなわち、曝気により活性化された活性汚泥に含まれる微生物が１，４−ジオキサンや難分解性有機物排水に含まれるその他の有機物を分解して、処理水が生成する。
ここで、処理水とは、生物処理槽１１中の排水を固液分離して得た液体のことである。
曝気装置としては、生物処理槽１１内に散気板や散気管を設けて、その散気板や散気管に圧縮空気を送る散気式（気泡式）の装置や、生物処理槽１１内に水車や翼車を設けて、その水車や翼車により、機械的攪拌を行う表面曝気式の装置が挙げられる。
本実施形態に係る排水処理方法では、水理学的滞留時間（Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ、ＨＲＴ）を４日以上とする。また、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）は、１，４−ジオキサンの処理能力向上においては長ければ長いほどよいが、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）の長期化は生物処理槽の容量拡大となるため、４日程度が現実的である。
水理学的滞留時間（ＨＲＴ）は、生物処理槽１１内に導入された難分解性有機物排水が、生物処理槽１１内に滞留する時間のことである。本実施形態に係る排水処理方法において、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）は、下記の式（１）で表される。
ＨＲＴ（日）＝（生物処理槽の容量）／（難分解性有機物排水の処理量） （１）
ＨＲＴ（日）＝（生物処理槽の容量）／（難分解性有機物排水の処理量） （１）
水理学的滞留時間（ＨＲＴ）が４日未満では、１，４−ジオキサンの生物分解の効果が発現しない。この現象は、難分解性有機物排水中において比較的易分解な有機物質を先行して微生物が分解するためである。１，４−ジオキサンは難分解性有機物排水中では難分解な部類に相当し、易分解である有機物質の分解が進んだ後に分解対象となる。
本実施形態に係る排水処理方法では、汚泥滞留時間（Ｓｌｕｄｇｅ Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ、ＳＲＴ）を８０日以上とし、９０日以上とすることが好ましく、１００日以上とすることがより好ましい。また、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の上限は１２０日以下であってもよく、１１０日以下であってもよい。
汚泥滞留時間（ＳＲＴ）は、生物処理槽１１内の活性汚泥が、余剰汚泥として引き抜かれるまでの平均滞留時間のことである。本実施形態に係る排水処理方法において、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）は、下記の式（２）で表される。
ＳＲＴ（日）＝（生物処理槽の容量）×（平均ＭＬＳＳ濃度）／（（余剰汚泥量）×（余剰汚泥中のＳＳ濃度）＋（難分解性有機物排水量）×（処理水中のＳＳ濃度）） （２）
ＭＬＳＳとは、活性汚泥浮遊物質（Ｍｉｘｅｄ Ｌｉｑｕｏｒ Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ）の略称である。すなわち、ＭＬＳＳとは、生物処理槽１１内の混合液に含まれる有機物等の濃度のことである。本実施形態に係る排水処理方法において、ＭＬＳＳ濃度は、下記の式（３）で表される。
ＭＬＳＳ濃度＝｛（（生物処理槽へ導入した難分解性有機物排水量）／日）×（生物処理槽へ導入した難分解性有機物排水のＳＳ濃度）＋（（返送汚泥量）／日）×（返送汚泥のＳＳ濃度））｝÷｛（（生物処理槽へ導入した難分解性有機物排水量）／日）＋（（返送汚泥量）／日）｝ （３）
ＳＳとは、浮遊物質（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ）の略称である。ＳＳは、懸濁物質とも言われる。ＪＩＳ Ｋ ０１０２に規定される工業排水試験方法では、ＳＳは「懸濁物質」として測定方法が定められている。
汚泥滞留時間（ＳＲＴ）が８０日未満では、１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水の生物処理において、活性汚泥中に含まれる微生物の維持管理が必要となり、また、エネルギー負荷が大きくなる。
本実施形態に係る排水処理方法では、生物処理槽１１内に投入した、１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水と前記活性汚泥の混合液中において、活性汚泥に含まれていたＳＤＩＭＯ遺伝子または１，４−ジオキサン分解菌を増やすことが好ましい。
生物処理槽１１内において、活性汚泥に含まれるＳＤＩＭＯ遺伝子や１，４−ジオキサン分解菌を増やす手段（方法）としては、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）の長期化、または、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の長期化である。
生物処理槽１１内において、活性汚泥に含まれるＳＤＩＭＯ遺伝子や１，４−ジオキサン分解菌を増やす手段（方法）としては、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）の長期化、または、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の長期化である。
ＳＤＩＭＯ遺伝子や１，４−ジオキサン分解菌は、１，４−ジオキサンを分解する。したがって、ＳＤＩＭＯ遺伝子や１，４−ジオキサン分解菌を増やすことにより、１，４−ジオキサンの分解効率が向上するため、本実施形態に係る排水処理方法におけるエネルギー負荷をより小さくすることができる。
本実施形態に係る排水処理方法では、生物処理槽１１内にて、難分解性有機物排水を生物処理する温度は、３０℃以上３５℃以下であることが好ましい。
難分解性有機物排水を生物処理する温度が上記の範囲内であれば、微生物による１，４−ジオキサンの分解が促進するため、１，４−ジオキサンの分解効率を向上することができる。
難分解性有機物排水を生物処理する温度が上記の範囲内であれば、微生物による１，４−ジオキサンの分解が促進するため、１，４−ジオキサンの分解効率を向上することができる。
本実施形態に係る排水処理方法では、分離手段１２により、生物処理槽１１内に収容されている、難分解性有機物排水と難分解性有機物排水の生物処理によって生成した処理水を分離することが好ましい。具体的には、生物処理槽１１内に配置された分離手段１２を、ろ過ポンプ１３で吸引することにより、活性汚泥、難分解性有機物排水および処理水を含む混合液をろ過して、ろ液を処理水として、処理水槽（図示略）に移送する。
難分解性有機物排水と処理水を分離することにより、処理水のみを分離して回収し、活性汚泥およびそれに含まれる微生物は生物処理槽１１内に留まるため、微生物を追加する等の維持管理をすることなく、１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水の生物処理を行うことができる。
難分解性有機物排水と処理水を分離することにより、処理水のみを分離して回収し、活性汚泥およびそれに含まれる微生物は生物処理槽１１内に留まるため、微生物を追加する等の維持管理をすることなく、１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水の生物処理を行うことができる。
本実施形態に係る排水処理方法によれば、１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水を、安定して、かつエネルギー負荷を小さくして処理することができる。
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
［実施例］
図１に示すような排水処理装置の生物処理槽に、予め活性汚泥の種汚泥を投入した。生物処理槽に投入する種汚泥の量、すなわち、種汚泥と原水（難分解性有機物排水）の混合液における種汚泥の濃度が１００００ｍｇ／Ｌとなるように種汚泥を投入した。種汚泥としては、当該排水のＣＯＤ成分を生物処理するための活性汚泥を使用し、この汚泥はＳＤＩＭＯ遺伝子および１，４−ジオキサン分解菌を含むものであった。
その後、生物処理槽に、生物化学的酸素要求量（Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ、ＢＯＤ）が１１００ｍｇ／Ｌ〜１７００ｍｇ／Ｌ、化学的酸素要求量（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ、ＣＯＤ）が１７００ｍｇ／Ｌ〜１９００ｍｇ／Ｌ、１，４−ジオキサンの含有量が１８ｍｇ／Ｌ〜２３ｍｇ／Ｌの原水を１５８Ｌ／日〜１７３Ｌ／日を導入した。
生物処理槽へ原水を導入した後、曝気装置により、原水と種汚泥の混合液に空気を送り、混合液を曝気し、混合液の分解を促進した。排水の生物処理では生物処理槽から一定量の汚泥を引抜くのが一般的であるが、実施例では汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を積極的に上げるため、汚泥の引抜は行わなかった。
図１に示すような排水処理装置の生物処理槽に、予め活性汚泥の種汚泥を投入した。生物処理槽に投入する種汚泥の量、すなわち、種汚泥と原水（難分解性有機物排水）の混合液における種汚泥の濃度が１００００ｍｇ／Ｌとなるように種汚泥を投入した。種汚泥としては、当該排水のＣＯＤ成分を生物処理するための活性汚泥を使用し、この汚泥はＳＤＩＭＯ遺伝子および１，４−ジオキサン分解菌を含むものであった。
その後、生物処理槽に、生物化学的酸素要求量（Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ、ＢＯＤ）が１１００ｍｇ／Ｌ〜１７００ｍｇ／Ｌ、化学的酸素要求量（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ、ＣＯＤ）が１７００ｍｇ／Ｌ〜１９００ｍｇ／Ｌ、１，４−ジオキサンの含有量が１８ｍｇ／Ｌ〜２３ｍｇ／Ｌの原水を１５８Ｌ／日〜１７３Ｌ／日を導入した。
生物処理槽へ原水を導入した後、曝気装置により、原水と種汚泥の混合液に空気を送り、混合液を曝気し、混合液の分解を促進した。排水の生物処理では生物処理槽から一定量の汚泥を引抜くのが一般的であるが、実施例では汚泥滞留時間（ＳＲＴ）を積極的に上げるため、汚泥の引抜は行わなかった。
曝気を継続し、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）と水理学的滞留時間（ＨＲＴ）を変化させて、所定の汚泥滞留時間（ＳＲＴ）経過後、および、所定の水理学的滞留時間（ＨＲＴ）経過後に、生物処理槽内の混合液を採取して、その混合液中の生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ、単位：ｍｇ／Ｌ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤ、単位：ｍｇ／Ｌ）、１，４−ジオキサンの含有量（単位：ｍｇ／Ｌ）、ＳＤＩＭＯ遺伝子の含有量（ｃｏｐｉｅｓ／ｍＬ）、および全菌数に占める１，４−ジオキサン分解菌の構成比（単位：％）を測定した。
ＢＯＤおよびＣＯＤは、ＪＩＳ Ｋ０１０２：２０１９「工場排水試験方法」に基づいて測定した。１，４−ジオキサンの含有量は、ＪＩＳ Ｋ０１２５：２０１６「用水・排水中の揮発性有機化合物試験方法」に基づいて測定した。
ＢＯＤおよびＣＯＤは、ＪＩＳ Ｋ０１０２：２０１９「工場排水試験方法」に基づいて測定した。１，４−ジオキサンの含有量は、ＪＩＳ Ｋ０１２５：２０１６「用水・排水中の揮発性有機化合物試験方法」に基づいて測定した。
ＳＤＩＭＯ遺伝子の含有量および全菌数に占める１，４−ジオキサン分解菌の構成比は、次世代シーケンシング解析技術を用いて測定した。
次世代シーケンシング解析は、次世代シーケンサーを用いて、例えば、ＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ：ポリメラーゼ連鎖反応）増幅産物の塩基配列のシークエンス解析を行い、試料中に含有する微生物のＤＮＡの塩基配列を解読するものである。次世代シーケンサーは、超並列シーケンス、新型シーケンス等とも呼ばれる。Ｉｌｌｕｍｉｎａ、ＩｏｎＴｏｒｒｅｎｔ、Ｒｏｃｈｅ ４５４、ＰａｃＢｉｏ ＲＳ、ＳＯＬｉＤ等のシーケンサーベンダー・ブランドによって提供される。
なお、近縁種の推定には、１６Ｓ ｒＲＮＡ遺伝子の配列データベース（以下、「データベース」という。）を用いて実施した。データベースとしては、複数あるが、ここでは、“Ｇｒｅｅｎｇｅｎｅｓ”と呼ばれる、未分離培養菌の配列情報を含むデータベースと、“Ｓｉｌｖａ Ｌｉｖｉｎｇ Ｔｒｅｅ”と呼ばれる、分離菌のみの配列情報を含むデータベースを使用した。
次世代シーケンシング解析は、次世代シーケンサーを用いて、例えば、ＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ：ポリメラーゼ連鎖反応）増幅産物の塩基配列のシークエンス解析を行い、試料中に含有する微生物のＤＮＡの塩基配列を解読するものである。次世代シーケンサーは、超並列シーケンス、新型シーケンス等とも呼ばれる。Ｉｌｌｕｍｉｎａ、ＩｏｎＴｏｒｒｅｎｔ、Ｒｏｃｈｅ ４５４、ＰａｃＢｉｏ ＲＳ、ＳＯＬｉＤ等のシーケンサーベンダー・ブランドによって提供される。
なお、近縁種の推定には、１６Ｓ ｒＲＮＡ遺伝子の配列データベース（以下、「データベース」という。）を用いて実施した。データベースとしては、複数あるが、ここでは、“Ｇｒｅｅｎｇｅｎｅｓ”と呼ばれる、未分離培養菌の配列情報を含むデータベースと、“Ｓｉｌｖａ Ｌｉｖｉｎｇ Ｔｒｅｅ”と呼ばれる、分離菌のみの配列情報を含むデータベースを使用した。
また、解析を行うためのＤＮＡ抽出は、環境試料ＤＮＡ抽出キット「Ｅｘｔｒａｐ Ｓｏｉｌ ＤＮＡ Ｋｉｔ Ｐｌｕｓ ｖｅｒ．２（日鉄住金環境株式会社製）」を用いた。ＤＮＡ抽出キットを用いてＤＮＡを抽出するには、以下の（１）〜（５）の操作を順に行う。（１）細胞破砕（ビーズビーティング）、（２）タンパク質除去、（３）磁性ビーズによる精製、（４）ＤＮＡ溶出、（５）リアルタイムＰＣＲ法による定量。
（１）細胞破砕では、ビーズ式組織・細胞破砕装置「ＦａｓｔＰｒｅｐ ＦＰ１００Ａ（ＭＰ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌｓ社製）」を用いる。ビーズ式組織・細胞破砕装置は、特殊な破砕用ビーズを含むマイクロチューブを高速上下運動させることにより、組織や細胞を効果的に破砕する装置である。ビードチューブに、試料０．５ｍＬ、Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ＢｕｆｆｅｒおよびＬｙｓｉｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎを添加し、例えば、３０秒〜４５秒間ビーズビーティングを行う。ビーズビーティングの後、ビードチューブ内の試料を遠心分離し、上澄み液を採取する。
（２）タンパク質除去では、細胞破砕で採取した上澄み液に、ＰＰ ｓｏｌｕｔｉｏｎを添加し、遠心分離を行った後、上澄み液を採取する。
（３）磁性ビーズによる精製では、タンパク質除去で採取した上澄み液に、ＭＢｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎ（ＤＮＡ回収用磁性ビーズ）、Ｂｉｎｄｉｎｇ ｓｏｌｕｔｉｏｎを添加し、撹拌する。撹拌した後、集磁を行い、上澄み液を廃棄する。上澄み液を廃棄した後、Ｗａｓｈｉｎｇ ｓｏｌｕｔｉｏｎを添加して再度撹拌、集磁を行い、上澄み液を廃棄する。最後に、エタノール水溶液を添加して再度撹拌、集磁を行い、上澄み液を廃棄する。
（４）ＤＮＡ溶出では、磁性ビーズによる精製後、風乾した後、溶出液（ＴＥ Ｂｕｆｆｅｒまたは滅菌ミリＱ水）を添加し、６５℃で５分〜１０分間加温する。そして、集磁を行った後、上澄み液を回収する。
（５）リアルタイムＰＣＲ法による定量では、真正細菌の１６Ｓ ｒＲＮＡ遺伝子とＳＤＩＭＯ遺伝子の数を定量する。リアルタイムＰＣＲ法は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）による増幅産物をリアルタイムでモニターし解析する方法である。リアルタイムＰＣＲ法では、段階希釈した既知量のＤＮＡをもとに、ＰＣＲ増幅が指数関数的に起こる領域で、一定の増幅産物量になるサイクル数（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｃｙｃｌｅ；Ｃｔ値）を横軸に、初発のＤＮＡ量を縦軸にプロットした検量線を作成する。その後、未知濃度のサンプルを用いて、既知量のＤＮＡと同一条件下でＣｔ値を求め、既知量のＤＮＡに対する検量線と、未知濃度のサンプルにおけるＣｔ値とから、サンプル中のＤＮＡ量を測定する。なお、リアルタイムＰＣＲ法でモニターする場合には、蛍光試薬を用いて実施する。
上記の測定によって得られたそれぞれの値を用いて、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）の除去率、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の除去率、および１，４−ジオキサンの除去率を算出した。それぞれの除去率を下記の式（４）〜式（６）に従って、算出した。
生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）の除去率＝（生物処理後の混合液における生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ））／（生物処理前の混合液における生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ））×１００（％） （４）
化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の除去率＝（生物処理後の混合液における化学的酸素要求量（ＣＯＤ））／（生物処理前の混合液における化学的酸素要求量（ＣＯＤ））×１００（％） （５）
１，４−ジオキサンの除去率＝（生物処理後の混合液における１，４−ジオキサンの含有量）／（生物処理前の混合液における１，４−ジオキサンの含有量）×１００（％） （６）
生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）の除去率＝（生物処理後の混合液における生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ））／（生物処理前の混合液における生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ））×１００（％） （４）
化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の除去率＝（生物処理後の混合液における化学的酸素要求量（ＣＯＤ））／（生物処理前の混合液における化学的酸素要求量（ＣＯＤ））×１００（％） （５）
１，４−ジオキサンの除去率＝（生物処理後の混合液における１，４−ジオキサンの含有量）／（生物処理前の混合液における１，４−ジオキサンの含有量）×１００（％） （６）
また、ＳＤＩＭＯ遺伝子の含有量の増加率を下記の式（７）に従って、算出した。
ＳＤＩＭＯ遺伝子の含有量の増加率＝（生物処理後の混合液におけるＳＤＩＭＯ遺伝子の含有量）／（生物処理前の混合液におけるＳＤＩＭＯ遺伝子の含有量）×１００（％） （７）
ＳＤＩＭＯ遺伝子の含有量の増加率＝（生物処理後の混合液におけるＳＤＩＭＯ遺伝子の含有量）／（生物処理前の混合液におけるＳＤＩＭＯ遺伝子の含有量）×１００（％） （７）
以上の結果を、表１に示す。
なお、表１において、（Ａ）はＭｙｃｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、（Ｂ）はＰｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａ、（Ｃ）はＲｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓｓ、（Ｄ）はＡｆｉｐｉａである。
なお、表１において、（Ａ）はＭｙｃｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、（Ｂ）はＰｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａ、（Ｃ）はＲｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓｓ、（Ｄ）はＡｆｉｐｉａである。
汚泥滞留時間（ＳＲＴ）４０日の条件では、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）の除去率が９４％、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の除去率が９０％、１，４−ジオキサンの除去率が１５％であった。この時点におけるＳＤＩＭＯ遺伝子数は測定していない。また、１，４−ジオキサン分解菌属の構成比のうち、未分離培養菌の配列情報を含むデータベースＧｒｅｅｎｇｅｎｅを対象にした解析結果では、Ｍｙｃｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍが４．９％、Ｐｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａが０．２％であり、Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓｓは検出されなかった。分離実績のある配列情報を含むデータベースＳｉｌｖａ Ｌｉｖｉｎｇ Ｔｒｅｅを対象にした解析結果では、Ｍｙｃｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍが４．９％、Ｐｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａが０．２％であり、Ａｆｉｐｉａは検出されなかった。
汚泥滞留時間（ＳＲＴ）６０日の条件では、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）の除去率が９９％、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の除去率が９７％、１，４−ジオキサンの除去率が５２％であった。ＳＤＩＭＯ遺伝子数は、４．２×１０６ｃｏｐｉｅｓ／ｍＬであった。また、１，４−ジオキサン分解菌属の構成比のうち、Ｇｒｅｅｎｇｅｎｅを対象にした解析結果では、Ｍｙｃｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍが０．２％、Ｐｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａが０．２％、Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓｓが０．１％であった。Ｓｉｌｖａ Ｌｉｖｉｎｇ Ｔｒｅｅを対象にした解析結果では、Ｍｙｃｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍが０．２％、Ｐｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａが０．２％であり、Ａｆｉｐｉａは検出されなかった。
汚泥滞留時間（ＳＲＴ）１１０日の条件では、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）の除去率が９９％、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の除去率が９７％、１，４−ジオキサンの除去率が５６％であった。ＳＤＩＭＯ遺伝子数は、６．０×１０７ｃｏｐｉｅｓ／ｍＬであった。また、１，４−ジオキサン分解菌属の構成比のうち、Ｇｒｅｅｎｇｅｎｅを対象にした解析結果では、Ｍｙｃｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍが１．０％、Ｐｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａが５．２％であり、Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓｓは検出されなかった。Ｓｉｌｖａ Ｌｉｖｉｎｇ Ｔｒｅｅを対象にした解析結果では、Ｍｙｃｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍが１．０％、Ｐｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａが５．２％、Ａｆｉｐｉａが０．１％であった。
汚泥滞留時間（ＳＲＴ）２日の条件では、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）の除去率が９４％、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の除去率が９０％、１，４−ジオキサンの除去率が１５％であった。
汚泥滞留時間（ＳＲＴ）４日の条件では、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）の除去率が９９％、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の除去率が９７％、１，４−ジオキサンの除去率が５２％であった。ＳＤＩＭＯ遺伝子数は、４．２×１０６ｃｏｐｉｅｓ／ｍＬであった。
汚泥滞留時間（ＳＲＴ）８日の条件では、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）の除去率が９９％、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の除去率が９８％、１，４−ジオキサンの除去率が８９％であった。ＳＤＩＭＯ遺伝子数は、６．０×１０７ｃｏｐｉｅｓ／ｍＬであった。
実施例では、汚泥を引き抜かないため日々、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）が増加した。また、実施例では、実験進捗過程で水理学的滞留時間（ＨＲＴ）を次第に長期化させた。
汚泥滞留時間（ＳＲＴ）が４０日から１１０日へ長期化し、また、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）が長期化することにより、ＳＤＩＭＯ遺伝子が増加する。既知の分解菌の構成比では、Ｍｙｃｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍの構成割合が減少するが、Ｐｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａ、Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓｓ、Ａｆｉｐｉａは構成割合が増加傾向を示した。文献（Ｊｉ−Ｈｙｕｎ Ｎａｍ，Ｊｅｙ−Ｒ Ｓ．Ｖｅｎｔｕｒａ，Ｉｃｋ Ｔａｅ Ｙｅｏｍ，Ｙｏｎｇｗｏｏ Ｌｅｅ，Ｄｅｏｋｊｉｎ Ｊａｈｎｇ，Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ａｎｄ Ｋｉｎｅｔｉｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ １，４−Ｄｉｏｘａｎｅ−Ｄｅｇｒａｄｉｎｇ Ｂａｃｔｅｒｉａｌ Ｃｏｎｓｏｒｉａ Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｔｈｅ Ｐｈｙｌｕｍ ＴＭ７、Ｊ．Ｍｉｃｒｏｂｉａｏｌ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．（２０１６），２６（１１））では、ＳＤＩＭＯ遺伝子を有する微生物に１，４−ジオキサン分解能を有すると言われており、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の長期化によって、１，４−ジオキサン分解菌の絶対数が増加するとともに汚泥滞留時間（ＳＲＴ）と水理学的滞留時間（ＨＲＴ）の環境に適した分解菌の構成になったものと考えられる。
汚泥滞留時間（ＳＲＴ）が４０日から１１０日へ長期化し、また、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）が長期化することにより、ＳＤＩＭＯ遺伝子が増加する。既知の分解菌の構成比では、Ｍｙｃｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍの構成割合が減少するが、Ｐｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａ、Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓｓ、Ａｆｉｐｉａは構成割合が増加傾向を示した。文献（Ｊｉ−Ｈｙｕｎ Ｎａｍ，Ｊｅｙ−Ｒ Ｓ．Ｖｅｎｔｕｒａ，Ｉｃｋ Ｔａｅ Ｙｅｏｍ，Ｙｏｎｇｗｏｏ Ｌｅｅ，Ｄｅｏｋｊｉｎ Ｊａｈｎｇ，Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ａｎｄ Ｋｉｎｅｔｉｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ １，４−Ｄｉｏｘａｎｅ−Ｄｅｇｒａｄｉｎｇ Ｂａｃｔｅｒｉａｌ Ｃｏｎｓｏｒｉａ Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｔｈｅ Ｐｈｙｌｕｍ ＴＭ７、Ｊ．Ｍｉｃｒｏｂｉａｏｌ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．（２０１６），２６（１１））では、ＳＤＩＭＯ遺伝子を有する微生物に１，４−ジオキサン分解能を有すると言われており、汚泥滞留時間（ＳＲＴ）の長期化によって、１，４−ジオキサン分解菌の絶対数が増加するとともに汚泥滞留時間（ＳＲＴ）と水理学的滞留時間（ＨＲＴ）の環境に適した分解菌の構成になったものと考えられる。
１０ 排水処理装置
１１ 生物処理槽
１２ 分離手段
１３ ろ過ポンプ
１４ 第１導管
１５ 第２導管
１１ 生物処理槽
１２ 分離手段
１３ ろ過ポンプ
１４ 第１導管
１５ 第２導管
Claims (5)
- １，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水を、活性汚泥を用いて生物処理する排水処理方法であって、
前記生物処理において、水理学的滞留時間を４日以上とすることを特徴とする排水処理方法。 - 前記生物処理において、汚泥滞留時間を８０日以上とすることを特徴とする請求項１に記載の排水処理方法。
- 前記１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水と前記活性汚泥の混合液中において、可溶性鉄（ＩＩ）モノオキシゲナーゼ遺伝子または１，４−ジオキサン分解菌を増やすことを特徴とする請求項１または２に記載の排水処理方法。
- 前記１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水を生物処理する温度は、３０℃以上３５℃以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排水処理方法。
- 前記１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水と前記１，４−ジオキサンを含む難分解性有機物排水の生物処理によって生成した処理水を分離することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の排水処理方法。
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2019
- 2019-10-08 JP JP2019185013A patent/JP2021058853A/ja active Pending
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