JP2022117758A - 廃水処理装置および廃水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストの生物処理によって着色廃水を処理する。【解決手段】廃水処理装置は、有機色度成分を含む廃水を処理する廃水処理装置であって、バチルス・プロテオリティクス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ Ｐｒｏｔｅｏｌｙｔｉｃｕｓ）が生成する酵素で廃水を処理する処理機構を備え、処理機構は、酵素を廃水中の有機色度成分と反応させる反応槽を有する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、廃水処理装置および廃水処理方法に関する。

発展途上国では着色廃水の処理が課題となっている。着色廃水に含有される色素成分は難分解性の有機物等である。また、色素成分を含有した着色廃水は、放流基準を満たしている場合であっても目視で確認すると色度が高く、適切に処理されていないと誤認されることも少なくない。このため、着色廃水中の色素成分については、よりいっそう高い分解率が求められる。

また例えば、凝集処理、オゾン処理、または電解処理等の物理化学的な処理方法が知られている。しかしながら、これらの物理化学的な処理方法では、ランニングコストが高くなってしまう。このため、発展途上国では採用され難いという現状がある。

一方、活性汚泥処理等の生物処理法は、比較的、低コストであることから、通常の有機性廃水処理に広く採用されている。しかしながら、生物処理法では、上記のような難分解性の色素成分の分解は困難である。なかでも、アゾ系の染料は生物分解が難しいことが知られている。

特開１９９４－３４３９７６号公報 特開１９９５－０３１９９０号公報 特開２００７－２５３０７６号公報

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、低コストの生物処理による着色廃水の処理が可能となる廃水処理装置および廃水処理方法を提供することを目的とする。

実施形態の廃水処理装置は、有機色度成分を含む廃水を処理する廃水処理装置であって、バチルス・プロテオリティクス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ Ｐｒｏｔｅｏｌｙｔｉｃｕｓ）が生成する酵素で前記廃水を処理する処理機構を備える。

図１は、実施形態１にかかる廃水処理装置の構成の一例を示す図である。 図２は、実施形態１の変形例１にかかる廃水処理装置の構成の一例を示す図である。 図３は、実施形態２にかかる廃水処理装置の構成の一例を示す図である。 図４は、実施形態２の変形例にかかる廃水処理装置の構成の一例を示す図である。 図５は、実施例にかかるバチルス・プロテオリティクス含有培養液を添加したアシッドレッド８８含有液体培地の吸光度の継時変化を示すグラフである。 図６は、実施例にかかるバチルス・プロテオリティクス含有培養液を添加した液体培地に含有されるアシッドレッド８８の減少率の継時変化を示すグラフである。

本発明者らは、バチルス属に属するバチルス・プロテオリティクス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ Ｐｒｏｔｅｏｌｙｔｉｃｕｓ）の新機能として、色素分解能を発見した。以下に説明する実施形態は、バチルス・プロテオリティクスの色素分解能を利用した廃水処理に関する。

［実施形態１］
実施形態１について図面を参照して説明する。

（廃水処理装置の構成例）
図１は、実施形態１にかかる廃水処理装置１００の構成の一例を示す図である。廃水処理装置１００は、被処理水である廃水を処理し、処理済みの処理水として廃水処理装置１００外へと排出する。廃水処理装置１００の処理対象となる廃水は、例えば有機色度成分を含む着色廃水等である。有機色度成分は、例えばアゾ結合（－Ｎ＝Ｎ－）を含むアゾ染料等である。

図１に示すように、実施形態１の廃水処理装置１００は、最初沈澱池１１、反応槽１２、最終沈澱池１３、及び制御部６０を備える。図１では、最初沈澱池１１、反応槽１２、及び最終沈澱池１３が水平に配置されているが、最初沈澱池１１、反応槽１２、及び最終沈澱池１３は、この順に配置位置が低くなっていくように勾配を設けて配置されていてもよい。これにより、上流側の最初沈澱池１１から下流側の最終沈澱池１３へと、被処理水を自然流下させることができる。

最初沈澱池１１は、廃水処理装置１００に流入する被処理水を一時的に貯留する。これにより、被処理水に含まれる比較的比重の大きい浮遊物質を最初沈澱池１１に汚泥等として沈澱させて、被処理水中から分離することができる。なお、最初沈澱池１１の底部には、沈澱した汚泥を排出する図示しない汚泥排出管が設けられている。

浮遊物質が分離された被処理水の上澄み水は後段の反応槽１２に送られる。

反応槽１２は、バチルス・プロテオリティクスの働きによって被処理水中の有機色度成分を分解除去する機構を備えた水槽である。反応槽１２は、例えば複数の区画１２ａ～１２ｄを備えている。これらの区画１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは、この順に上流側から下流側へと配置されている。ただし、反応槽１２が備える区画１２ａ～１２ｄの数は任意である。

なお、実施形態１の構成において、反応槽１２は、バチルス・プロテオリティクスにより廃水を処理する処理機構に含まれる。後述するエアレーション設備（ブロア３１、送気配管４１、バルブ５１、及び散気板３２）、及び返送設備（返送配管４２及びポンプ２１）を処理機構に含めてもよい。

廃水処理装置１００には、反応槽１２内の被処理水を曝気するエアレーション設備が設けられている。エアレーション設備は、ブロア３１、送気配管４１、バルブ５１、及び複数の散気板３２（３２ａ～３２ｄ）を備える。

ブロア３１は、送気配管４１を通して空気等の気体を散気板３２へと送出する。送気配管４１の一端はブロア３１に接続される。送気配管４１の他端は複数に分岐して、複数の散気板３２にそれぞれ接続されている。複数の散気板３２ａ～３２ｄは、反応槽１２の複数の区画１２ａ～１２ｄにそれぞれ配置されている。送気配管４１にはバルブ５１が設けられており、このバルブ５１の開閉によって、ブロア３１から散気板３２への気体の送出が開始され、また、停止される。

このようなエアレーション設備により、それぞれの区画１２ａ～１２ｄに、ブロア３１からの気体が供給される。バチルス・プロテオリティクスが投入された反応槽１２に気体を供給することにより、空気等の気体に含まれる酸素によって、バチルス・プロテオリティクスの酵素と有機色度成分との反応が促進される。

最終沈澱池１３は、反応槽１２から流出する被処理水を一時的に貯留する。これにより、被処理水中に残存する浮遊物質を汚泥等として沈澱させて、被処理水中から分離することができる。最終沈澱池１３の底部には汚泥排出管４３が設けられている。汚泥排出管４３にはポンプ２２が設けられ、最終沈澱池１３の底部に沈澱した余剰汚泥を廃水処理装置１００外へと放出する。

最終沈澱池１３には、また、被処理水の一部を反応槽１２に返送する返送設備が設けられている。返送設備は、返送配管４２及びポンプ２１を備える。返送配管４２の一端は最終沈澱池１３に接続され、他端は例えば反応槽１２の最上流の区画１２ａに接続される。返送配管４２にはポンプ２１が設けられている。

このような返送設備により、最終沈澱池１３に貯留される被処理水の一部が反応槽１２の上流部に戻されて、複数回の処理を施される。なお、返送配管４２には上述の汚泥排出管４３が接続されている。これにより、反応槽１２へと返送される被処理水への余剰汚泥の混入が抑制される。

残存していた浮遊物質が最終沈澱池１３において分離された被処理水の上澄み水は、処理水として最終沈澱池１３から放出される。

最終沈澱池１３の下流側には図示しない消毒設備が設けられる。最終沈澱池１３から放出された処理水は、消毒設備において消毒されて、河川または海洋等に放流される。

制御部６０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備えるコンピュータとして構成され、廃水処理装置１００の各部を制御する。すなわち、制御部６０は、ブロア３１及びポンプ２１，２２の稼働開始および停止を制御し、また、バルブ５１の開閉を制御する。

また、制御部６０が、最初沈澱池１１に設けられた図示しないセンサ等から信号を受け取り、最初沈澱池１１に貯留される被処理水に含まれる有機色度成分の濃度を監視してもよい。また、制御部６０が、最終沈澱池１３に設けられた図示しないセンサ等から信号を受け取り、最終沈澱池１３に貯留される被処理水に含まれる有機色度成分の濃度を監視してもよい。また、制御部６０が、反応槽１２に設けられた図示しないセンサ等から信号を受け取り、反応槽１２において処理中の被処理水に含まれる有機色度成分の濃度を監視してもよい。これらの被処理水の有機色度成分の濃度を検出可能なセンサとしては、例えば被処理水の所定波長における吸光度を測定する吸光光度計等を用いることができる。

最初沈澱池１１、反応槽１２、及び最終沈澱池１３の少なくともいずれかにおける被処理水の有機色度成分の濃度に基づいて、制御部６０が、ポンプ２１等を制御することにより、最終沈澱池１３から反応槽１２へと返送する被処理水の分量を調整してもよい。

具体的には、制御部６０は、被処理水の有機色度成分濃度が所定値よりも高い場合には、最終沈澱池１３から反応槽１２へと返送する被処理水を増量してもよい。また、制御部６０は、被処理水の有機色度成分濃度が所定値よりも低い場合には、最終沈澱池１３から反応槽１２へと返送する被処理水を減量してもよい。

（廃水処理装置の廃水処理例）
引き続き図１を用いて、実施形態１の廃水処理装置１００による廃水処理の例について説明する。上述のように、実施形態１の廃水処理装置１００では、廃水処理にバチルス・プロテオリティクスが用いられる。

廃水処理装置１００を立ち上げる際、例えば反応槽１２にバチルス・プロテオリティクスの種菌が投入される。そして、バチルス・プロテオリティクスの種菌が投入された反応槽１２に、有機色度成分を含む水を流して種菌の馴致を行う。

廃水処理装置１００の稼働時には、有機色度成分に馴致させたバチルス・プロテオリティクスによって被処理水の処理が行われる。本発明者らが新たに見出した知見によれば、バチルス・プロテオリティクスは有機色度成分の分解能を有する酵素を産出する。具体的には、この酵素は、有機色度成分であるアゾ染料等が有するアゾ結合を切断する機能を有する。バチルス・プロテオリティクスが産出する、この酵素の機能により、被処理水に含まれる有機色度成分が分解されて、被処理水が処理される。

また、バチルス・プロテオリティクスは、上記酵素とは別に、プロテアーゼを産出することが知られている。プロテアーゼは、たんぱく質のペプチド結合（－Ｃ（＝Ｏ）－ＮＨ－）を切断する酵素である。したがって、バチルス・プロテオリティクスが投入された反応槽１２においては、被処理水に含まれ得るタンパク質等の有機物も分解することが可能である。

（概括）
上述のように、バチルス・プロテオリティクスはプロテアーゼを産出する微生物として知られている。バチルス・プロテオリティクスが産出するプロテアーゼは、たんぱく質のペプチド結合を切断する。

本発明者らは、バチルス・プロテオリティクスが、プロテアーゼとは異なる酵素を産出することを見出した。そして、その酵素はアゾ結合を切断する機能を有していた。鋭意研究の結果、本発明者らは、上記の酵素の色素分解能を活用して、発展途上国で深刻な課題となっている着色廃水の処理に、バチルス・プロテオリティクスを適用することに成功した。

実施形態１の廃水処理装置１００によれば、バチルス・プロテオリティクスが生成する酵素で有機色度成分を含む廃水を処理する反応槽１２を備える。このように、生物処理系内にバチルス・プロテオリティクスを存在させることで、例えば物理化学的処理と比較して、低コストで着色廃水の処理が可能となる。これにより、例えば発展途上国における廃水処理の課題解決に貢献することが可能である。

実施形態１の廃水処理装置１００によれば、バチルス・プロテオリティクスはプロテアーゼをも産出するため、有機色度成分以外の有機物の分解も行うことができる。これにより、別途、反応槽または装置を設ける必要がなく、別反応等の新たな操作も不要であるため、よりいっそうコストを抑えることが可能である。

（変形例１）
次に、図２を用いて、実施形態１の変形例１の廃水処理装置１０１について説明する。変形例１の廃水処理装置１０１は培養槽１４を備える点が、上述の実施形態１の廃水処理装置１００とは異なる。

図２は、実施形態１の変形例１にかかる廃水処理装置１０１の構成の一例を示す図である。図２において、上述の実施形態１の構成と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図２に示すように、変形例１の廃水処理装置１０１は、上述の実施形態１の各構成に加え、培養槽１４、投入配管４４、及びバルブ５４を備える。また、廃水処理装置１０１は、上述の実施形態１の制御部６０に替えて制御部６１を備える。

培養槽１４は、例えば反応槽１２の上方に配置される。培養槽１４には、バチルス・プロテオリティクスの種菌が投入され、培養槽１４中で、バチルス・プロテオリティクスを増殖させることが可能に構成される。

具体的には、培養槽１４には、バチルス・プロテオリティクスを増殖させる液体培地が投入される。また、培養槽１４は、例えば液体培地を所定温度に加温する図示しないヒータ等を備える。液体培地としては、例えばニュートリエントブロス、グルコース、塩化ナトリウム、及び溶性デンプン等の成分を含む混合液を用いることができる。

これらの混合液に、更にアシッドレッド８８（Ａｃｉｄ Ｒｅｄ ８８）等のアゾ染料を添加してもよい。液体培地がアゾ染料を含有することで、バチルス・プロテオリティクス以外の微生物が培養槽１４内で増殖してしまうのを抑制することができる。また、液体培地がアゾ染料を含有することで、バチルス・プロテオリティクスをアゾ染料に馴致させる効果を期待することもできる。

上記の液体培地を、例えば３０℃前後のバチルス・プロテオリティクスの増殖に適する温度で幾日か保持することで、バチルス・プロテオリティクスを培養槽１４内で増殖させることができる。

培養槽１４の下端部には投入配管４４の一端が接続される。投入配管４４の他端は反応槽１２に接続される。これにより、廃水処理装置１０１の反応槽１２には培養槽１４が接続される。培養槽１４は、例えば反応槽１２の最上流側の区画１２ａ等のように、反応槽１２の上流側に接続されていることが好ましい。投入配管４４にはバルブ５４が設けられている。バルブ５４の開閉によって、培養槽１４から反応槽１２へのバチルス・プロテオリティクスを含む培養液の流入が開始され、また、停止される。

なお、変形例１の構成において、反応槽１２、培養槽１４、投入配管４４、及びバルブ５４は、バチルス・プロテオリティクスにより廃水を処理する処理機構に含まれる。上述のエアレーション設備（ブロア３１、送気配管４１、バルブ５１、及び散気板３２）、及び返送設備（返送配管４２及びポンプ２１）を処理機構に含めてもよい。

制御部６１は、上述の実施形態１の制御部６０と同様、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を備えるコンピュータとして構成され、培養槽１４の調温および保温、並びにバルブ５４の開閉制御を含む、廃水処理装置１０１の各部を制御する。

制御部６１は、培養槽１４を適温に調温し、所定時間保持させることで、培養槽１４内でバチルス・プロテオリティクスを増殖させる。また、制御部６１は、投入配管４４のバルブ５４の開閉を制御することで、培養槽１４から反応槽１２へのバチルス・プロテオリティクスを含む培養液の投入タイミング及び投入量の少なくともいずれかを制御する。

制御部６１は、上述のように、最初沈澱池１１、反応槽１２、及び最終沈澱池１３の少なくともいずれかにおける被処理水の有機色度成分の濃度を監視してもよい。制御部６１は、被処理水の有機色度成分の濃度に応じて、培養槽１４から反応槽１２へのバチルス・プロテオリティクスを含む培養液の投入タイミング及び投入量の少なくともいずれかを制御してもよい。

具体的には、制御部６０は、被処理水の有機色度成分濃度が所定値よりも高い場合には、培養槽１４から反応槽１２へのバチルス・プロテオリティクスを含む培養液の投入頻度を上げたり、投入量を増加させたりしてもよい。また、制御部６０は、被処理水の有機色度成分濃度が所定値よりも低い場合には、培養槽１４から反応槽１２へのバチルス・プロテオリティクスを含む培養液の投入頻度を下げたり、投入量を減少させたりしてもよい。

変形例１の廃水処理装置１０１によれば、上述の実施形態１の廃水処理装置１００と同様の効果を奏する。

変形例１の廃水処理装置１０１によれば、反応槽１２に接続される培養槽１４を備える。これにより、反応槽１２にバチルス・プロテオリティクスを安定的に供給することができ、色素分解を安定的に行うことができる。

変形例１の廃水処理装置１０１によれば、制御部６１は、培養槽１４から反応槽１２へのバチルス・プロテオリティクスの投入タイミング及び投入量の少なくともいずれかを制御する。これにより、人手を介した操作を省略することができ、人件費を削減し、また、ヒューマンエラーを抑制することができる。

（変形例２）
次に、実施形態１の変形例２の廃水処理装置について説明する。変形例２の廃水処理装置は、培養槽１４に替えて培養液槽を備える点が、上述の変形例１の廃水処理装置１０１とは異なる。

変形例２の培養液槽は、例えば上述の変形例１の投入配管４４及びバルブ５４等と同様の設備によって、反応槽１２の例えば上流側に接続されている。培養液槽には、バチルス・プロテオリティクスを培養した培養液が貯留可能である。培養液は、バチルス・プロテオリティクスを培養した後の培養液からバチルス・プロテオリティクスが遠心分離等により分離された上澄み液等である。このため、実質的には、上澄み液にバチルス・プロテオリティクスは含まれない。しかし、上澄み液は、バチルス・プロテオリティクスが増殖過程で産出した色素分解能を有する所定量の酵素を含む。酵素の濃度を上げるため、上澄み液を濃縮した濃縮液が培養液槽に貯留されてもよい。

なお、変形例２の構成において、反応槽１２、培養液槽、並びに培養液槽に接続される投入配管およびバルブ等の設備は、バチルス・プロテオリティクスにより廃水を処理する処理機構に含まれる。上述のエアレーション設備（ブロア３１、送気配管４１、バルブ５１、及び散気板３２）、及び返送設備（返送配管４２及びポンプ２１）を処理機構に含めてもよい。

変形例２の制御部は、上述の実施形態１の制御部６０と同様、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を備えるコンピュータとして構成され、培養液槽から反応槽１２への培養液、より詳細には、培養液の上澄み液または上澄み液の濃縮液の供給タイミング及び供給量の少なくともいずれかの制御を含む、変形例２の廃水処理装置の各構成を制御する。

変形例２の制御部は、上述のように、最初沈澱池１１、反応槽１２、及び最終沈澱池１３の少なくともいずれかにおける被処理水の有機色度成分の濃度を監視してもよい。変形例２の制御部は、被処理水の有機色度成分の濃度に応じて、培養液槽から反応槽１２への上澄み液または濃縮液の供給タイミング及び供給量の少なくともいずれかを制御してもよい。

具体的には、変形例２の制御部は、被処理水の有機色度成分濃度が所定値よりも高い場合には、培養液槽から反応槽１２への上澄み液または濃縮液の供給頻度を上げたり、供給量を増加させたりしてもよい。また、変形例２の制御部は、被処理水の有機色度成分濃度が所定値よりも低い場合には、培養液槽から反応槽１２への上澄み液または濃縮液の供給頻度を下げたり、供給量を減少させたりしてもよい。

変形例２の廃水処理装置によれば、上述の実施形態１の廃水処理装置１００と同様の効果を奏する。

変形例２の廃水処理装置によれば、反応槽１２に接続される培養液槽を備える。これにより、色素分解能を有する酵素成分を直接的に反応槽１２に供給することができるので、反応槽１２内の酵素の濃度等をより精密に制御することができる。また、バチルス・プロテオリティクス自体が反応槽１２内で消費されるのを抑制することができ、培養液から分離されたバチルス・プロテオリティクスに更なる酵素の産出を行わせることができる。

（変形例３）
次に、実施形態１の変形例３の廃水処理装置について説明する。変形例３の廃水処理装置は、培養槽１４に替えて微生物製剤容器を備える点が、上述の変形例１の廃水処理装置１０１とは異なる。

変形例３の微生物製剤容器は、例えば上述の変形例１の投入配管４４及びバルブ５４等と同様の設備によって、反応槽１２の例えば上流側に接続されている。微生物製剤容器には、バチルス・プロテオリティクスを含む微生物製剤が収容可能である。微生物製剤は、粉末、液体、またはタブレット等の種々の形態を取ることができる。

なお、変形例３の構成において、反応槽１２、微生物製剤容器、並びに微生物製剤容器に接続される投入配管およびバルブ等の設備は、バチルス・プロテオリティクスにより廃水を処理する処理機構に含まれる。上述のエアレーション設備（ブロア３１、送気配管４１、バルブ５１、及び散気板３２）、及び返送設備（返送配管４２及びポンプ２１）を処理機構に含めてもよい。

変形例３の制御部は、上述の実施形態１の制御部６０と同様、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を備えるコンピュータとして構成され、微生物製剤容器から反応槽１２への微生物製剤の供給タイミング及び供給量の少なくともいずれかの制御を含む、変形例３の廃水処理装置の各構成を制御する。

変形例３の制御部は、上述のように、最初沈澱池１１、反応槽１２、及び最終沈澱池１３の少なくともいずれかにおける被処理水の有機色度成分の濃度を監視してもよい。変形例３の制御部は、被処理水の有機色度成分の濃度に応じて、微生物製剤容器から反応槽１２への微生物製剤の供給タイミング及び供給量の少なくともいずれかを制御してもよい。

具体的には、変形例３の制御部は、被処理水の有機色度成分濃度が所定値よりも高い場合には、微生物製剤容器から反応槽１２への微生物製剤の供給頻度を上げたり、供給量を増加させたりしてもよい。また、変形例３の制御部は、被処理水の有機色度成分濃度が所定値よりも低い場合には、微生物製剤容器から反応槽１２への微生物製剤の供給頻度を下げたり、供給量を減少させたりしてもよい。

変形例３の廃水処理装置によれば、上述の実施形態１の廃水処理装置１００と同様の効果を奏する。

変形例３の廃水処理装置によれば、反応槽１２に接続される微生物製剤容器を備える。これにより、バチルス・プロテオリティクスを含む微生物製剤を反応槽１２に供給することができるので、反応槽１２内の酵素の濃度等をより精密に制御することができる。また、バチルス・プロテオリティクスを微生物製剤の形態とすることで取り扱いが容易となる。また、バチルス・プロテオリティクスとは別種の有用な微生物を含む微生物製剤と併用することも容易であり、廃水処理能力をいっそう高めることができる。

［実施形態２］
次に、実施形態２について図面を参照して説明する。実施形態２の廃水処理装置は、反応槽の上流側に固定化担体が配置される点が、上述の実施形態１の廃水処理装置１００とは異なる。

（廃水処理装置の構成例）
図３は、実施形態２にかかる廃水処理装置２００の構成の一例を示す図である。図３において、上述の実施形態１の構成と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図３に示すように、実施形態２の廃水処理装置２００は、上流側から順に、最初沈澱池１１、担体浸漬槽７１、反応槽９２、及び最終沈澱池１３を備える。最初沈澱池１１、担体浸漬槽７１、反応槽９２、及び最終沈澱池１３は、この順に配置位置が低くなっていくように勾配を設けて配置されていてもよい。

担体浸漬槽７１は、最初沈澱池１１から反応槽９２へと流れる被処理水の流路に配置され、例えばバチルス・プロテオリティクスが固定化された固定化担体８１を担体浸漬槽７１内の被処理水中に浸漬することが可能に構成されている。また、担体浸漬槽７１は、例えばバチルス・プロテオリティクスの活動に適する３０℃前後の温度に担体浸漬槽７１内を加温する図示しないヒータ等を備えていてもよい。

固定化担体８１は、例えばバチルス・プロテオリティクスを優占的に付着させて固定化することが可能なように構成されている。つまり、固定化担体８１において、バチルス・プロテオリティクスが優占種となっていることが好ましい。

具体的には、固定化担体８１は、例えば多孔性物質等の比表面積が大きい物質から構成され、あるいは、比表面積が大きい物質を最表面に有する。固定化担体８１が、例えば波板状、網状、紐状、球状、円筒状、ハニカム状等の形状を備えることで、比表面積が増大されていてもよい。

固定化担体８１が大きな比表面積を有することで、固定化担体８１に、より多くのバチルス・プロテオリティクスを付着させ、固定化することができる。また、固定化担体８１と被処理水との接触効率を高めることができる。

また、上記のような形状を有する固定化担体８１が、担体浸漬槽７１内の被処理水中を流動可能に構成された流動床担体であってもよい。固定化担体８１が被処理水中を流動することで、固定化担体８１と被処理水との接触効率をよりいっそう高めることができる。

担体浸漬槽７１において、固定化担体８１と接触した被処理水には、バチルス・プロテオリティクスが産出した酵素が溶出する。被処理水は、この色素分解能を有する酵素が含まれた状態で後段の反応槽９２に送られる。

反応槽９２は、被処理水中の有機色度成分と酵素とを反応させて、有機色度成分を分解除去する機構を備えた水槽である。図３の例では、区画を１つのみ有し、エアレーション設備の散気板３２が１つのみ配置された反応槽９２が示されている。しかし、反応槽９２は、上述の実施形態１の反応槽１２と同様、それぞれに散気板３２が配置された複数の区画を有していてもよい。

なお、実施形態２の構成において、担体浸漬槽７１及び反応槽９２は、バチルス・プロテオリティクスにより廃水を処理する処理機構に含まれる。担体浸漬槽７１に浸漬される固定化担体８１を処理機構に含めてもよい。また、エアレーション設備（ブロア３１、送気配管４１、バルブ５１、及び散気板３２）、及び返送設備（返送配管４２及びポンプ２１）を処理機構に含めてもよい。

また、図３には図示されないが、返送設備の返送配管４２に、上述の実施形態１の汚泥排出管４３及びポンプ２２と同様、最終沈澱池１３の底部に沈澱した余剰汚泥を除去する設備が接続されていてもよい。

実施形態２の廃水処理装置２００は、また、制御部６２を備える。制御部６２は、上述の実施形態１の制御部６０と同様、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を備えるコンピュータとして構成され、例えば担体浸漬槽７１の調温および保温等の制御を含む、廃水処理装置２００の各部を制御する。

実施形態２の廃水処理装置２００によれば、上述の実施形態１の廃水処理装置１００と同様の効果を奏する。

実施形態２の廃水処理装置２００によれば、反応槽９２の上流側に配置される担体浸漬槽７１を備える。これにより、バチルス・プロテオリティクスが固定化された固定化担体８１を被処理水の処理に用いることができる。固定化担体８１を用いることで、生物処理系内にバチルス・プロテオリティクスを維持することができる。また、担体浸漬槽７１に適宜、固定化担体８１を補充することで、処理性能の低下等の継時変化を抑制することができる。

（変形例）
次に、図４を用いて、実施形態２の変形例の廃水処理装置２０１について説明する。変形例の廃水処理装置２０１では、固定化担体として回転円板８２が用いられる点が、上述の実施形態２の廃水処理装置２００とは異なる。

図４は、実施形態２の変形例にかかる廃水処理装置２０１の構成の一例を示す図である。図４において、上述の実施形態２の構成と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図４に示すように、変形例の廃水処理装置２０１は、上述の実施形態２の担体浸漬槽７１に替えて、回転円板８２を浸漬することが可能な担体浸漬槽７２を備える。担体浸漬槽７２が、例えばバチルス・プロテオリティクスの活動に適する３０℃前後の温度に担体浸漬槽７２内を加温する図示しないヒータ等を備えていてもよい。

回転円板８２は、バチルス・プロテオリティクスを優占的に付着させて固定化する固定化担体を円板状の回転体として構成した担体である。バチルス・プロテオリティクスを固定化するため、回転円板８２の表面には例えば繊維状の接触体が配されている。

回転円板８２の少なくとも一部が担体浸漬槽７２に浸漬された状態で、図示しないモータ等の動力により回転円板８２を回転させることで、担体浸漬槽７２内の被処理水に回転円板８２の全面を接触させることができる。

担体浸漬槽７２において、回転円板８２と接触した被処理水には、バチルス・プロテオリティクスが産出した酵素が溶出する。被処理水は、この色素分解能を有する酵素が含まれた状態で後段の反応槽９２に送られる。

なお、変形例の構成において、担体浸漬槽７２及び反応槽９２は、バチルス・プロテオリティクスにより廃水を処理する処理機構に含まれる。担体浸漬槽７２に浸漬される回転円板８２を処理機構に含めてもよい。また、エアレーション設備（ブロア３１、送気配管４１、バルブ５１、及び散気板３２）、及び返送設備（返送配管４２及びポンプ２１）を処理機構に含めてもよい。

変形例の廃水処理装置２０１は、また、制御部６３を備える。制御部６３は、上述の実施形態１の制御部６０と同様、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を備えるコンピュータとして構成され、例えば担体浸漬槽７２の調温および保温、並びに回転円板８２の回転制御を含む、廃水処理装置２０１の各部を制御する。

変形例の廃水処理装置２０１によれば、上述の実施形態２の廃水処理装置２００と同様の効果を奏する。

変形例の廃水処理装置２０１によれば、反応槽９２の上流側に、バチルス・プロテオリティクスを優占的に固定化させた回転円板８２が配置される。このように、回転円板８２にバチルス・プロテオリティクスを固定化して優占化することで、よりいっそう効率的に色素成分を分解することができる。また、省スペース化を図ることが可能となる。

なお、上述の実施形態２及び変形例においては、固定化担体８１または回転円板８２を浸漬することが可能な担体浸漬槽７１，７２を備えることとした。しかし、例えば上述の実施形態１の廃水処理装置１００のような装置構成において、固定化担体８１または回転円板８２を直接的に反応槽１２に浸漬してもよい。

次に、実施例について図面を参照して説明する。実施例では、バチルス・プロテオリティクスにより産出される酵素の有機色度成分の分解能について評価を行った。

（バチルス・プロテオリティクスの培養）
表１に記載の成分を含む液体培地に、バチルス・プロテオリティクスを植菌し、３０℃で７２時間培養してバチルス・プロテオリティクスを増殖させた。

液体培地にアゾ染料であるアシッドレッド８８を含有させることで、バチルス・プロテオリティクス以外の他の微生物の増殖を抑制することができる。

（有機色度成分の分解除去試験）
上記のように培養したバチルス・プロテオリティクスを用いて有機色度成分の分解除去試験を行った。難分解性の有機色度成分の一例としてアシッドレッド８８を使用した。すなわち、培養したバチルス・プロテオリティクスを含む培養液を、アシッドレッド８８を含有する液体培地に添加し、３０℃程度の温度で振盪培養しながらバチルス・プロテオリティクスによるアシッドレッド８８の除去性能を評価した。

アシッドレッド８８の除去性能は色度測定により評価した。色度測定には、波長５０４ｎｍの光に対する、アシッドレッド８８を含有させた液体培地の吸光度を測定する手法を用いた。波長５０４ｎｍの光に対する吸光度が高いほど、液体培地の赤色が強いことを示し、すなわち、アシッドレッド８８の含有量が多いことを示す。

また、測定した吸光度から有機色度成分であるアシッドレッド８８の除去率を求めた。より具体的には、予め用意した既知の色素濃度を有する標準試料の吸光度を複数濃度において測定して検量線の式を得た。上記のとおり測定したバチルス・プロテオリティクスを含む液体培地の吸光度をこの検量線の式に代入し、液体培地の色素濃度を算出した。アシッドレッド８８の除去率は、バチルス・プロテオリティクスを含む培養液を添加した直後の液体培地の計算により求めた色素濃度ＩＶを基準として、所定時間経過後の液体培地の計算により求めた色素濃度ＥＶに基づき算出した。色素濃度ＩＶ，ＥＶから除去率を求める計算式を以下に示す。

除去率（％）＝１００×（ＩＶ－ＥＶ）／ＩＶ

時間の経過と共に液体培地中のアシッドレッド８８の分解が進めば、アシッドレッド８８の含有量の低下により吸光度および色素濃度も低下する。したがって、時間経過と共に除去率が高まれば、アシッドレッド８８の分解が進んでいることを示す。

（吸光度の継時変化）
図５は、実施例にかかるバチルス・プロテオリティクス含有培養液を添加したアシッドレッド８８含有液体培地の吸光度の継時変化を示すグラフである。図５のグラフの横軸は時間経過（ｈｒ）であり、縦軸は、アシッドレッド８８を含有する液体培地における波長５０４ｎｍの光に対する吸光度（Ａｂｓ）である。

図５に示すように、バチルス・プロテオリティクスを含む培養液を添加した直後、つまり、経過時間が０時間のとき、液体培地の吸光度は０．２強であった。これに対し、バチルス・プロテオリティクスを含む培養液の添加から１７時間経過後には、液体培地の吸光度は０．０５程度にまで低下していた。このことから、バチルス・プロテオリティクスを含む培養液により、液体培地中のアシッドレッド８８が分解されたことが判る。

（除去率の継時変化）
図６は、実施例にかかるバチルス・プロテオリティクス含有培養液を添加した液体培地に含有されるアシッドレッド８８の除去率の継時変化を示すグラフである。図６のグラフの横軸は時間経過（ｈｒ）であり、縦軸は、液体培地に含有されるアシッドレッド８８の減少率（％）である。

図６に示すように、バチルス・プロテオリティクスを含む培養液を添加してから１７時間経過後、液体培地に含有されるアシッドレッド８８の除去率は９３％であった。つまり、当初、液体培地に含有されていたアシッドレッド８８のうち、１７時間後には９３％ものアシッドレッド８８が除去されたことが判る。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１２，９２ 反応槽
１４ 培養槽
６０，６１，６２，６３ 制御部
７１，７２ 担体浸漬槽
８１ 固定化担体
８２ 回転円板
１００，１０１，２００，２０１ 廃水処理装置

Claims (20)

1. 有機色度成分を含む廃水を処理する廃水処理装置であって、
   バチルス・プロテオリティクス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ Ｐｒｏｔｅｏｌｙｔｉｃｕｓ）が生成する酵素で前記廃水を処理する処理機構を備える、
   廃水処理装置。
2. 前記酵素は前記廃水の色度を低下させる、
   請求項１に記載の廃水処理装置。
3. 前記有機色度成分はアゾ染料であり、
   前記酵素は前記アゾ染料が有するアゾ結合の少なくとも一部を分解する、
   請求項１または請求項２に記載の廃水処理装置。
4. 前記処理機構は、
   前記酵素を前記廃水中の前記有機色度成分と反応させる反応槽を有する、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の廃水処理装置。
5. 前記反応槽は、
   前記バチルス・プロテオリティクス、前記バチルス・プロテオリティクスを固定化した固定化担体、及び前記固定化担体を回転可能に構成した回転円板の少なくともいずれかに、前記廃水を接触させることが可能に構成される、
   請求項４に記載の廃水処理装置。
6. 前記処理機構は、前記反応槽に接続される培養槽を更に有し、
   前記培養槽は、
   前記バチルス・プロテオリティクスを増殖させることが可能に構成され、増殖させた前記バチルス・プロテオリティクスを含む培養液を前記反応槽に供給する、
   請求項４に記載の廃水処理装置。
7. 前記培養槽から前記反応槽への前記バチルス・プロテオリティクスを含む培養液の供給タイミング及び供給量の少なくともいずれかを制御する制御部を更に備える、
   請求項６に記載の廃水処理装置。
8. 前記処理機構は、前記反応槽に接続される培養液槽を更に有し、
   前記培養液槽は、
   前記バチルス・プロテオリティクスを培養した培養液から前記バチルス・プロテオリティクスを分離した後の上澄み液、または、前記上澄み液を濃縮した濃縮液を貯留することが可能に構成され、貯留された前記上澄み液または前記濃縮液を前記反応槽に供給する、
   請求項４に記載の廃水処理装置。
9. 前記培養液槽から前記反応槽への前記上澄み液または前記濃縮液の供給タイミング及び供給量の少なくともいずれかを制御する制御部を更に備える、
   請求項８に記載の廃水処理装置。
10. 前記処理機構は、前記反応槽に接続される微生物製剤容器を更に有し、
    前記微生物製剤容器は、
    前記バチルス・プロテオリティクスを含有する微生物製剤を収容可能に構成され、前記微生物製剤を前記反応槽に供給する、
    請求項４に記載の廃水処理装置。
11. 前記微生物製剤の形態は、粉末状、液状、またはタブレット状である、
    請求項１０に記載の廃水処理装置。
12. 前記微生物製剤容器から前記反応槽への前記微生物製剤の供給タイミング及び供給量の少なくともいずれかを制御する制御部を更に備える、
    請求項１１に記載の廃水処理装置。
13. 前記制御部は、
    前記廃液中の前記有機色度成分の濃度に応じて前記供給タイミング及び前記供給量の少なくともいずれかを制御する、
    請求項７、請求項９、または請求項１２に記載の廃水処理装置。
14. 前記処理機構は、
    前記酵素を前記廃水中の前記有機色度成分と反応させる反応槽と、
    前記反応槽の上流側に配置される担体浸漬槽と、を有し、
    前記担体浸漬槽は、
    前記バチルス・プロテオリティクスを固定化した固定化担体を浸漬することが可能に構成される、
    請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の廃水処理装置。
15. 前記固定化担体は流動床担体であり、
    前記流動床担体は、
    前記担体浸漬槽に流入した前記廃水によって前記担体浸漬槽内で流動する、
    請求項１４に記載の廃水処理装置。
16. 前記固定化担体は、
    前記廃水を接触させながら回転させることが可能な回転円板である、
    請求項１４に記載の廃水処理装置。
17. 有機色度成分を含む廃水を処理する廃水処理方法であって、
    バチルス・プロテオリティクス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ Ｐｒｏｔｅｏｌｙｔｉｃｕｓ）が生成する酵素で前記廃水を処理する、
    廃水処理方法。
18. 前記酵素は前記廃水の色度を低下させる、
    請求項１７に記載の廃水処理方法。
19. 前記有機色度成分はアゾ染料であり、
    前記酵素は前記アゾ染料が有するアゾ結合の少なくとも一部を分解する、
    請求項１７または請求項１８に記載の廃水処理方法。
20. 前記バチルス・プロテオリティクスを含む培養液、前記培養液から前記バチルス・プロテオリティクスを分離した後の上澄み液、前記上澄み液を濃縮した濃縮液、前記バチルス・プロテオリティクスを含有する微生物製剤、前記バチルス・プロテオリティクスを固定化した固定化担体、及び前記固定化担体を回転可能に構成した回転円板の少なくともいずれかに、前記廃水を接触させる、
    請求項１７乃至請求項１９のいずれか１項に記載の廃水処理方法。

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