JP3917380B2

JP3917380B2 - 難分解性物質を分解する微生物を用いた下排水処理方法

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Publication number: JP3917380B2
Application number: JP2001026529A
Authority: JP
Inventors: 静夫片岡; 知彦平尾
Original assignee: Takuma KK
Current assignee: Takuma KK
Priority date: 2001-02-02
Filing date: 2001-02-02
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2021-02-02
Also published as: JP2002223746A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は屎尿、下水、埋立排水、染色排水などからなる家庭用排水・産業用排水の下排水処理方法に関し、更に詳細には、下排水中に含有される着色成分などの難分解性物質を分解処理する新規な微生物を用いて難分解性物質を分解する下排水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大きく分けると、下排水は家庭用排水と産業用排水からなり、公共下水道に排出されて集中浄化処理される場合もあれば、より小さなミニ下水道による浄化処理もあり、また各家庭や各事業所の個別浄化装置で浄化処理されることもある。
【０００３】
公共下水道は、主として市街地における下水を排出処理するためのもので、家庭から排出される屎尿・生活排水、工場・事業所といった人の多く集まる所から排出される汚水、その他雨水を受け入れ、終末処理場で生物処理を行なっている。しかし、公共下水道の普及率は欧米と比べるとまだまだ低い水準にあるのが現状である。
【０００４】
コミュニティプラントは、住宅団地などに設置された所謂ミニ下水道で、屎尿と生活雑排水を合わせて処理している。浄化槽は、屎尿のみを処理する単独処理浄化槽と、屎尿と合わせて台所や風呂の排水を処理する合併処理浄化槽がある。
【０００５】
以上は、トイレの水洗化を可能とした施設であるが、水洗化されていない各家庭の汲み取り屎尿は、主として、屎尿処理施設で処理されている。屎尿処理施設は、市町村単位で整備されている処理施設で、各家庭から収集された汲み取り屎尿や、浄化槽から排出された汚泥を集中して処理する。その処理方法は、公共下水道、コミュニティプラント等と同様に生物処理を中心としたものである。
【０００６】
これらの下水処理や屎尿処理に共通した基準は、水汚染の程度を示す各種パラメータを法律による規制レベル以下にすることである。水汚染のパラメータは、▲１▼衛生的理由から問題とされる項目[化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）、全窒素（Ｔ−Ｎ）、全リン（Ｔ−Ｐ）、一般細菌、大腸菌類、塩素イオンなど]、▲２▼処理場の施設機能的理由から問題とされる項目[ｐＨ、硬度、浮遊物質（ＳＳ）、残留塩素など]、▲３▼人の感覚的理由から問題とされる項目[濁度、色度、透視度、臭気など]に分けられる。
【０００７】
下水処理や屎尿処理において、▲１▼と▲２▼の項目は生物処理を中心とした浄化処理技術により比較的達成しやすいが、▲３▼の項目を達成するにはかなり高度の技術を必要とする。その理由は、着色成分の大部分が、活性汚泥微生物や脱窒素微生物により分解されない溶解性有機化合物や難分解性有機化合物だからである。しかし、人は下排水の色、特に屎尿の色に不快感を覚えるから、この着色成分をどうしても分解・除去することが必要となる。
【０００８】
従来、この着色物質の低減化には、ＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳ、Ｔ−Ｐの低減も含めて、通常処理と高度処理を併用して当たっている。屎尿処理における高度処理の方式は、凝集分離、オゾン酸化、砂ろ過、活性炭吸着に分類され、目的により組み合わせて使用されている。
【０００９】
凝集分離は下排水に高分子凝集剤を添加して凝集沈殿成分を除去することにより、ＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳ、Ｔ−Ｐ、濁度を低減化する技術である。砂ろ過は凝集分離で除去できなかったＳＳを更に除去する必要がある場合に採用される。オゾン酸化処理は色度とＣＯＤを除去することが主目的である。活性炭吸着はＣＯＤに対する規制が特に厳しい場合に採用され、色度の除去も目的とする。
【００１０】
図１１は通常生物処理と高度処理を組み合わせた従来の最新鋭屎尿処理フロー図である。この従来例では、高度処理方式として活性炭吸着法が使用されている。まず、屎尿Ｇを砂沈殿槽８に通して夾雑物を除去し、その後、通常生物処理装置ＮＢに導入する。この通常生物処理装置ＮＢは、生物処理槽１０と脱窒槽１２と微生物分離膜１４から構成されている。
【００１１】
生物処理槽１０では、活性汚泥処理により好気的に有機物を二酸化炭素とアンモニアに分解し、更にこのアンモニアを亜硝酸を経て硝酸にまで分解する。次に、脱窒槽１２に炭素源としてメタノールを添加し、嫌気的に硝酸性窒素を窒素分子に変換して大気中に放出する。更に、微生物分離膜１４によりポリオレフィン仕様の管型限外ろ過膜を用いて微生物を分離し、通常処理水ＮＷだけを高度処理装置ＨＴに放出する。
【００１２】
高度処理装置ＨＴは、無機凝集剤によりリンを凝集させる凝集処理槽１６と、このリン凝集物をポリスルホン仕様の管型限外ろ過膜により分離する凝集物分離膜１８と、活性炭により着色成分を除去する活性炭槽２０と、最後に次亜塩素酸塩により滅菌処理する滅菌槽２２から構成される。滅菌された処理水は高度処理水ＨＷとして自然界に放流される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図１１の従来処理フローでは、高度処理として活性炭吸着法が用いられているが、活性炭は極めて高価であるため、着色物質の除去に運転経費のかなりの部分を要するという弱点がある。活性炭は上水道の高度処理に使用される上質の材料であり、下排水の高度処理に適用するには高価過ぎると云わねばならない。
【００１４】
凝集分離や砂ろ過は活性炭吸着法に代替できるほどの高度処理能力を有しているとは現状では云えない。オゾン酸化法においては、オゾン発生設備にコストがかかり過ぎる欠点を有している。この他に、光触媒を用いた着色物質の除去研究も行なわれているが、活性炭にとって代わるほど光触媒は安価ではない。つまり、活性炭に代わる、或いは活性炭の使用量を減らすような革新的で安価な着色成分の除去方法は、現在のところ報告がほとんど無い。
【００１５】
従って、本発明の目的は、活性炭処理やオゾン処理などに代わって、下排水の難分解性物質、特にその着色成分を分解処理する新規で独創的な微生物処理方法を提案するものである。つまり、本発明の目的は、難分解性物質を分解する新規な微生物を用いた下排水処理方法を提案することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、事前培養しておいたペニシリウム属糸状菌ＬＭ１２（ＦＥＲＭＰ−１８１９４）と、炭素源としてのグルコースと、窒素源としての硫酸アンモニウムとを反応槽に投入して培養すると共に、この反応槽に、砂沈殿槽により固形物を除去したあと、生物処理槽及び脱窒槽を含む生物処理装置により有機物を分解除去し、更に凝集処理槽及び凝集物分離膜により固形物を除去した後の下排水を導入して、下排水中の難分解性物質を分解処理することを特徴とする下排水処理方法である。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、培地を置換しながら反応槽でペニシリウム属糸状菌ＬＭ１２株を反復培養するようにしたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、下排水中の難分解性物質、特にその着色成分の分解方法を鋭意研究した結果、着色成分等の難分解性物質を分解する新規な微生物を発見し、この発見に基づいて難分解性物質を分解する下排水処理方法を想到するに到った。
【００２４】
近年、環境汚染の問題が深刻化する中、汚染の主体である難分解性物質もある種の微生物によって分解されてゆく事例が報告されている。例えば、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、芳香族塩素化物、ニトロベンゼン、ポリウレタン、ナイロン、ポリエチレンの生分解の報告がある。
【００２５】
そこで、本発明者等は屎尿の脱色を行なう微生物の探索を行なうことにした。各地の下水処理場で採取した下水や汚泥から得られた菌、研究室に保管してある菌、外国で採取した菌などを試験管で培養した。この後、試験管内の培養液に屎尿を混合し、この菌を培養増殖させる中で屎尿の脱色を示した菌を選別して屎尿脱色菌とした。この屎尿脱色菌の中で、屎尿の脱色率が最も高かった糸状菌を本発明における屎尿脱色菌とした。
【００２６】
本発明者等は、以後この屎尿脱色菌をＬＭ１２株と称する。まず、このＬＭ１２株をツァペック・ドックス寒天培地及び麦芽エキス寒天培地上で増殖させて、ＬＭ１２株が菌類の中でも糸状菌であることを確認した。また、形態観察からアオカビの一種であることも確認された。
【００２７】
次に、このアオカビの属と種を決定するために、特に形態学的試験が行なわれた。その結果、以下のような形態学的特長が明らかになった。（１）子嚢世代を形成しない、（２）生子柄は幾分不規則に分枝し、分枝、メトレ、フィアライドからなる複輪生のペニシリを形成する、（３）ペニシリは不規則に分枝し、基底の分枝とメトレは広角度に散開分枝する、（４）菌核を形成しない、（５）集落は胞子が着生するまで白色・綿毛状、（６）発達した集落表面は灰緑色、裏面はオレンジ・レッド、（７）胞子は球形〜亜球形で表面は粗面、大きさは約３μｍ、（８）集落の大きさは１０日で直径約６ｃｍ。
【００２８】
以上の結果、ＬＭ１２株はPenicillium属（ペニシリウム属）に属するアオカビの一種であることが確認され、更に種の同定を行なった。しかし、極めて近接した公知の種が存在したが、微細な形態学的特長において不一致もあり、種までの完全な同定には成功しなかった。そこで、以下ではこの糸状菌をペニシリウム属ＬＭ１２株と称する。
【００２９】
これまでペニシリウム属糸状菌による屎尿の脱色作用は全く報告されていない。従って、本発明は屎尿脱色作用を有する新規なペニシリウム属ＬＭ１２株の発見と、この屎尿脱色作用を利用して、下排水中の難分解性物質を分解処理する下排水処理方法である。
【００３０】
本発明に係るペニシリウム属ＬＭ１２株は、工業技術院生命工学工業技術研究所にＦＥＲＭＰ−１８１９４として既に寄託されている。従って、この菌株は工業技術院生命工学工業技術研究所から所定の手続に従って入手することができる。
【００３１】
本発明に係るＬＭ１２株は屎尿を脱色する作用を有し、屎尿の色は胆汁色素の色であるから、ＬＭ１２株は胆汁色素を分解脱色する作用を有すると考えられる。胆汁色素はビリルビンなどの複数の難分解性色素からなり、ＬＭ１２株が難分解性を有すると考えられていた胆汁色素の分解能力を有するということは、他の難分解性物質の分解可能性を有することをも意味する。
【００３２】
そこで、本発明者等はＬＭ１２株をリグニンを含んだ排水の脱色工程に利用したところ、リグニンを分解して脱色作用を有することを確認した。従って、ＬＭ１２株は屎尿、リグニン排水など各種の有色排水の脱色処理に利用できることが分かり、一般の難分解性物質の分解処理に利用できることが確認された。
【００３３】
ＬＭ１２株の炭素源としては各種の炭素含有物質が利用できるが、その中でもグルコース、グリセリンが好適である。また、窒素源としても各種の窒素含有物質が利用できるが、その中でも硫酸アンモニウムが好適である。特に、グルコースと硫酸アンモニウムを屎尿の中に同時に添加したときに、屎尿の脱色効果が最も顕著に発現することも分かった。
【００３４】
ＬＭ１２株が着色物質を吸着しているのか、分解しているのかについて鋭意検討した結果、着色物質を菌体表面に吸着するだけでなく、吸着物質を菌体内で分解脱色していることが分かった。つまり、ＬＭ１２株は吸着と分解の同時作用により下排水の脱色を達成しており、そのうち分解作用が本質的であると考えられる。
【００３５】
ＬＭ１２株による下排水の脱色時間を短縮するためには、ＬＭ１２株をあらかじめ所定時間だけ培養しておき、この培養菌を下排水中に投入することが必要である。菌体の着色物質分解能力は培養開始後一定時間経過してから急激に増大する傾向を示すことが分かっている。従って、下排水に菌を植種してから培養すれば、菌体が分解能力を獲得する時間だけ未分解状態が継続する。この待機時間は分解の遅れ時間となる。従って、菌体をあらかじめ培養して分解能力を増大させておき、この分解能力が増大した菌体を下排水に投入すれば、直ちに分解が始まり、分解時間の短縮を図ることができる。
【００３６】
ＬＭ１２株による下排水の脱色作用が所定段階まで進行した後、栄養源を添加してＬＭ１２株の菌体増殖を図っても、脱色はそれ以上進展し難いことが分かった。従って、ＬＭ１２株の菌体数が所定以上に増殖する前に、栄養源を下排水に添加して菌体の増殖を図ることが重要である。つまり、この初期菌体量が多いほど、脱色に要する時間を短縮することができる。
【００３７】
ＬＭ１２株は反復培養するたびに脱色に要する時間が短縮する性質を有することが分かった。ＬＭ１２株を培養しながら下排水を脱色し、一定の脱色度に達した後、増殖したＬＭ１２株を洗って再び新しい培地に移して下排水を脱色させ、以後この操作を反復する。この結果、当初脱色に要する時間は１６〜２０時間であったものが最終的には２時間程度に短縮することが可能となることが分かった。ＬＭ１２株のこの性質を利用すれば、屎尿処理などの下廃水処理プロセスを短縮でき、大量の下廃水処理を実現することができる。
【００３８】
【実施例】
以下に、本発明に係る難分解性物質を分解する微生物及びこれを用いた下排水処理方法の実施例を図面に従って詳細に説明する。
【００３９】
[実施例１：ＬＭ１２株の選別と同定]
脱色微生物の選別には高い着色度の液を用いる必要がある。そこで、屎尿色素を含有した液体培地は次のように調製された。屎尿処理工程の最終ステップで色素を吸着した活性炭から着色成分を溶出させ、４００ｎｍの吸光度が０．８〜１．０になるようにその濃度を調整した。この調整液にグルコースと硫酸アンモニウムを夫々５．０ｇ／Ｌ及び０．６ｇ／Ｌの濃度になるように溶解させ、塩酸でｐＨを６．５に調整した。このようにして得られた液体を５ｍＬずつ試験管に分注して殺菌し、液体培地を調製した。
【００４０】
ＬＭ１２株を選別するために利用したサンプルは、札幌市内から集めた土壌サンプル、下水処理場で採取した下水と汚泥、他の研究者から提供していただいた菌、研究室に保管してある菌、フィリピン国で採取した菌など多数に及ぶ。これらのサンプルの一白金耳を５ｍＬの前記液体培地の入った試験管に接種し、往復振とう培養器（ＴＡ１００Ｒ，高崎科学）により１２０ｒｐｍ、３０℃で１０日間継続して振とう培養した。増殖の認められたサンプルを逐次継代培養し、培養期間を2日間に短縮できるようになった糸状菌をＬＭ１２株として分離した。
【００４１】
ＬＭ１２株の保存と胞子接種のための寒天斜面培養には、０．１ｇ／Ｌの酵母エキスを補ったポテトデキストロース寒天培地（ＰＤＡ培地）を使用した。ＬＭ１２株の分類と同定のための平板培地には、ツァペック・ドックス寒天培地、麦芽エキス寒天培地を使用した。
【００４２】
ＬＭ１２株の脱色特性を詳細に分析するため、以後の試験では、単離されたＬＭ１２株を２０ｍＬの液体培地を含む１００ｍＬ容の三角フラスコで培養し、脱色の経時変化からＬＭ１２株の脱色作用を判定した。
【００４３】
[実施例２：硫酸アンモニウム濃度の影響]
屎尿の脱色試験において用いられる培地の窒素源には各種窒素化合物が利用できる。ここでは、窒素源として硫酸アンモニウムの有効性を試験した。屎尿サンプルは通常処理水ＮＷであるから、ＢＯＤと窒素分はほとんど含まれていない。培地の炭素源としてはグルコースを用い、この培地に添加される硫酸アンモニウムの濃度の影響を調べた。
【００４４】
図１は種々の硫酸アンモニウム濃度に対する培養液の色度（Color）とｐＨの経時変化を示している。出発ｐＨは塩酸により約６．５に調整され、色度は分光光度計（ＵＶ−２６０、島津製作所）により波長４００ｎｍで測定された。硫酸アンモニウム濃度は●０ｇ／Ｌ（無添加）、○０．１５ｇ／Ｌ、▽０．３ｇ／Ｌ、◆０．６ｇ／Ｌ、△１．２ｇ／Ｌ、□２．４ｇ／Ｌの６種類である。
【００４５】
図１からわかるように、無添加では脱色せず、０．１５ｇ／Ｌと０．３ｇ／Ｌの硫酸アンモニウム添加では２８時間で３０％の脱色をして色度もｐＨもほぼ一定になった。０．６、１．２及び２．４ｇ／Ｌの硫酸アンモニウム濃度では、１２時間の無反応時間を経過した後脱色が進行し、１６時間で５０％の脱色を示し、ほぼ一定値になった。脱色と同時にｐＨも６．５から２付近にまで低下した。従って、硫酸アンモニウム濃度は０．６ｇ／Ｌ以上であることが望ましく、以後の試験では硫酸アンモニウム濃度は０．６ｇ／Ｌに設定された。
【００４６】
[実施例３：グルコース濃度の影響]
ＬＭ１２株を培養するには種々の炭素源が利用できるが、最も望ましいものはグルコースであった。グルコースの屎尿脱色に及ぼす影響を調べるため、グルコース濃度を変化させて培養した。屎尿サンプルには窒素分はほとんどないため、窒素源として硫酸アンモニウムを添加した。
【００４７】
図２は種々のグルコース濃度に対する培養液の色度とｐＨの経時変化を示している。初発ｐＨは６．５に調整され、色度は前記分光光度計により波長４００ｎｍで測定された。グルコース濃度は●０ｇ／Ｌ（無添加）、○１．０ｇ／Ｌ、△２．５ｇ／Ｌ、◆５．０ｇ／Ｌ、□１０．０ｇ／Ｌの５種類である。
【００４８】
図２から分かるように、無添加では脱色せず、１．０ｇ／Ｌのグルコース濃度では２０時間で３０％の脱色をして色度もｐＨもほぼ一定になった。２．５、５．０及び１０．０ｇ／Ｌのグルコース濃度では、１２時間の無反応時間を経過した後脱色が進行し、２０時間で５０％の脱色を示し、ほぼ一定値になった。脱色と同時にｐＨも６．５から３付近に低下した。グルコース濃度が５．０ｇ／Ｌ以上で屎尿の脱色が速かったことから、以後の試験ではグルコース濃度は５．０ｇ／Ｌに設定された。
【００４９】
[実施例４：設定培養条件下での脱色試験]
この実施例では、最良の設定培養条件下で液体培地の脱色試験を行った。窒素源である硫酸アンモニウムの濃度は０．６ｇ／Ｌに、炭素源であるグルコースの濃度は５．０ｇ／Ｌに設定された。培養温度は種々に変更して調べた結果、３０℃が最適であることが分かり、３０℃を設定温度とした。また、初発ｐＨも種々に変更して試験した結果、６．５が最適ｐＨとなった。従って、設定培養条件は、硫酸アンモニウム濃度＝０．６ｇ／Ｌ、グルコース濃度＝５．０ｇ／Ｌ、培養温度＝３０℃、初発ｐＨ＝６．５である。
【００５０】
図３は設定培養条件下における色度・ｐＨ・乾燥菌体重量の経時変化を示している。○は波長４００ｎｍで得られた色度、□はｐＨ、△は乾燥菌体重量（ｇ／Ｌ）を示す。ここで、乾燥菌体重量の測定は以下のように行われる。まず、培養物を培養液と菌糸に分けるが、少量のろ過には注射器の先にろ過膜（ＧＡ５５、東洋ろ紙）をセットしたものを用い、多量のろ過には吸引ろ過を行う。次に、分離された菌糸を乾燥機（ＤＸ−５８、ヤマト科学）を用いて６０℃で乾燥させ、この乾燥重量を測定する。
【００５１】
図３から分かるように、屎尿、即ち液体培地の脱色については２０時間で４０％以上の脱色を示した後一定になり、ｐＨも６．５から３付近にまで低下した。菌体量は１２時間の遅滞期を経た後直線的に増加し、２４時間まで増加した。菌体量がほとんど増加しない遅滞期は色度とｐＨの低下も極めて小さい。菌体量と脱色力とｐＨには緊密な相関性があると考えられる。
【００５２】
屎尿を含む液体培地のスペクトルを観察したところ、脱色の進行に伴い、測定した全ての領域の吸光度が低下したが、特定の波長の顕著な変化は観察できなかった。従って、測定された色度は液体培地中に含まれる屎尿着色物質の総括的な量に比例すると考えられる。また、脱色がｐＨの低下と平行して起こったことから、ｐＨによる吸光度の差を調べたところ、８から２のｐＨ領域で僅かの差しか存在しなかった。即ち、測定された着色度は屎尿着色物質量にのみ依存し、信頼できる結果を与えるものと判断される。
【００５３】
ＬＭ１２株による屎尿の脱色が着色物質の分解か、菌糸表面への吸着かを調べるために、実施例４で２４時間培養して脱色が終了した菌糸をろ過により集めて、１００ｍＬの脱イオン水に懸濁させ、１０分間振とうした。それから、ろ過して溶媒の着色を測定した。溶媒抽出により溶媒に色がついた。従って、屎尿中の着色物質が菌糸表面に吸着されていることが分かった。
【００５４】
培養前の液体培地の色は０．５８で、脱イオン水に現れたのはその３．８％、即ち色では０．０２２である。また、２４時間培養後の培養液の色は０．４４であるから、ＬＭ１２株により分解処理された色は０．１４である。脱イオン水に現れた色の量はＬＭ１２株で処理された量の１６％でしかないことが分かった。このことから、大部分の着色物質はＬＭ１２株により分解されていると判断でき、ＬＭ１２株はまず着色成分を吸着し、細胞に取り込んで分解するものと思われる。
【００５５】
[実施例５：事前培養による脱色時間の短縮化]
脱色の進行に際し、１２時間の遅滞期が観察されたことから、この遅滞時間を短くして脱色時間を短縮させることを計画した。１００ｍＬ容の三角フラスコに２０ｍＬの液体培地を入れ、ＬＭ１２株の胞子を接種後、１２〜２４時間培養した培養液を１００ｍＬの液体培地の入った５００ｍＬ容の三角フラスコに投入した。この培養液の色度の経時変化が観察された。
【００５６】
図４は菌糸の前培養が本培養に与える脱色効果図である。菌糸の前培養時間は、○１２時間、▽１６時間、□２０時間、△２４時間の４種類が選ばれた。事前培養時間が１２時間の場合には４時間の遅滞期が観察されたが、前培養時間が長くなるに従って遅滞期が短縮することが分かった。しかし、脱色終了時の脱色率は全てのケースで５０％であった。このことから、前培養した菌糸を投入すると脱色時間を短縮することができることが分かった。
【００５７】
[実施例６：培養開始後の栄養分の追加的添加]
屎尿を含有した液体培地の着色度を更に低下させるために、培養中に消費される栄養分を新たに培地に添加して、屎尿の脱色に及ぼす影響を調べた。栄養分を添加する時期は脱色が一応終了して吸光度がほぼ一定になった時期を選んだ。脱色率が一定になった後、栄養分の追加的添加によって脱色率が更に低下するかを確認するためである。
【００５８】
図５は脱色終了後における栄養分の追加的添加による屎尿の脱色効果図である。培養開始から２４時間経過すれば脱色は一応終了し、脱色率はほぼ一定に達している。そこで培養開始から、２４時間後、３２時間後、４０時間後に栄養分を追加的に添加した。添加する栄養分は、０．５ｇの粉末状のグルコースと、０．０６ｇの粉末状の硫酸アンモニウムである。
【００５９】
図中、●は無添加（対照）、△は２４時間目添加、□は２４・３２時間目の2日の添加、○は２４・３２・４０時間目の３日の添加を示す。これらの各ケースについて６０時間培養したが、脱色率とｐＨの挙動は無添加の場合と比較してもそれほど変わらず、脱色率は５０％程度、ｐＨは６．５から約２に低下するだけである。つまり、一度脱色が終了するとそれ以上脱色は進行しないことが分かった。
【００６０】
各ケースにおいて菌体量の増加率を確認するため、培養開始から６０時間後の乾燥菌体の重量（ｇ／Ｌ）を測定し、その結果を表１に示す。

【００６１】
表１に示される通り、栄養分を添加すると、菌体量は増加していることが分かる。しかし、菌体量が増加しても更なる脱色率の低下は認められず、脱色の促進には繋がっていない。このメカニズムのこれ以上の詳細は現在のところ不明である。
【００６２】
[実施例７：初期投入菌体量の影響]
ＬＭ１２株による脱色処理により、着色度（吸光度でもよい）の更なる低下は困難であることが分かった。そこで脱色速度の増加、つまり脱色時間の短縮化を図るために、脱色に及ぼす初期投入菌体量の影響を調べた。
【００６３】
胞子を接種してから、２４時間の事前培養を行った後、１００ｍＬ、２００ｍＬ及び４００ｍＬの培養物をそれぞれろ過し、それらの菌糸を液体培地１００ｍＬで洗ってから、再び新しい液体培地１００ｍＬに移して培養した。３種類の培地の初期菌体量を１倍量、２倍量及び４倍量と呼んでおく。
【００６４】
図６は３種類の初期投入菌体量による屎尿の脱色効果図である。○は１００ｍＬ培地（１倍量）、●は２００ｍＬ培地（２倍量）、△は４００ｍＬ培地（４倍量）である。１倍量では、３．５時間で０．６から０．３８に脱色した。２倍量の菌糸を投入した場合、２時間で０．６５から０．４８に脱色した。４倍量の菌糸を投入した場合、１．５時間で０．６８から０．４５に脱色した。しかし、３種類とも正味の吸光度の減少は大差なかった。
【００６５】
図６の曲線の接線勾配はその時点の脱色速度を与えるので、これらの曲線の最大勾配からそれぞれの場合の最大脱色速度を求め、菌体乾燥重量１ｇ／Ｌ当たりの最大脱色速度を比脱色速度として算定した。従って、脱色速度の単位は１時間当たりの吸光度差（ΔＯＤ₄₀₀／ｈｒ）であり、比最大脱色速度の単位は、１時間・１ｇ／Ｌ当たりの吸光度差（ΔＯＤ₄₀₀／（ｈｒ・Ｌ・ｇ菌体量））になる。
【００６６】
最大脱色速度と最大比脱色速度の結果を表２に纏めて示す。

【００６７】
表２から分かるように、菌体量が２倍に増えると最大脱色速度は１．６倍、４倍に増えると２．９倍になった。最大比脱色速度は菌体量が２倍に増えると０．８１倍、４倍に増えると０．６９倍になった。このことから、投入する初期菌体量が多いと菌体重量当たりの脱色速度は低下するが、脱色に要する時間（脱色時間）は短くて済むことが分かった。
【００６８】
[実施例８：菌体の繰り返し培養による屎尿の脱色]
ＬＭ１２株による屎尿の脱色時間を更に短縮させるために、ＬＭ１２株の菌糸の繰り返し培養を試験した。つまり、ＬＭ１２株を液体培地に接種して液体培地を十分に脱色し、この培養物中の菌糸を分離して新しい液体培地に移したときに、この新しい液体培地の脱色時間が短縮するかどうかを試験した。
【００６９】
図７は菌糸の繰り返し培養による屎尿の脱色効果図である。培養開始から２４時間目と３２時間目に栄養分を間欠的に２回添加し、４８時間培養後に菌体をろ過で集め、新しい培地１００ｍＬに置換したところ、２時間で５０％脱色し、ｐＨも６．５から３にまで低下した。脱色終了後、菌糸を別の新しい培地に置換したところ、同様に２時間で５０％脱色した。更に、脱色時間の短縮効果を確認するため、もう一度菌糸を置換しても同様の結果を示した。繰り返し培養により、脱色時間が一気に２時間に短縮するという素晴らしい結果を与えた。
【００７０】
[実施例９：多数回の反復回分培養による屎尿の脱色]
菌糸の繰り返し培養回数（置換回数）を更に増加することにより、屎尿の色度変化及び脱色時間の挙動を試験した。胞子接種後から２４時間培養を行った後、脱色が終了する毎に菌糸をろ過し、次々と新しい液体培地に置換して長時間培養を続けた。色度が０．４以下に達する毎に培養物をろ過し、菌糸を液体培地１００ｍＬで洗ってから新しい液体培地に置換した。
【００７１】
図８は菌糸の多数回の反復回分培養による屎尿の脱色効果図である。○は色度、□はｐＨを示す。１回目の置換で４．５時間かかっていた脱色時間が、２回目の置換で３時間、３・４回目の置換で２．５時間、５回目以降の培地置換で脱色時間は２時間になった。５回目以降、連続１０回の培地置換で脱色時間は２時間であったことから、以降の長期間の置換でも脱色時間は２時間で済むと考えられる。
【００７２】
いずれの場合も、初期ｐＨ６から最終ｐＨ４に低下した。測定期間中、培地置換時の脱色率も平均４０％を維持し、菌体を何度も繰り返し使用できることを確認した。従って、この処理法は、屎尿の高度処理において、活性炭の使用量を半分程度減らすことに貢献し、脱色も最初１６時間から２０時間掛かっていたのが、最終的には２時間で終了するまでになった。この事実から、ＬＭ１２株を実際の屎尿処理プロセスに組み込んでも、処理時間を遅らせることはないと考えられ、実用化の目処が立った。
【００７３】
[実施例１０：屎尿脱色への過酸化水素の影響]
前記実施例でＬＭ１２株がリグニンを分解することを確認した。ＬＭ１２株がリグニンペルオキシダーゼを生産していれば過酸化水素存在下で脱色が促進されるはずであり、この実施例によりこのことを確認する。
【００７４】
白色腐朽菌は天然の褐色の難分解性有機化合物リグニンを分解することは広く知られている。白色腐朽菌は細胞外にリグニンペルオキシダーゼ類、マンガンペルオキシダーゼ類を分泌し、これらの酵素がリグニンの分解と脱色に関与している。これら酵素は過酸化水素を基質の一つとしてリグニンを酸化する。白色腐朽菌のように、ＬＭ１２株がリグニンペルオキシダーゼを生産していれば、過酸化水素の添加で脱色が促進されるはずである。
【００７５】
ＬＭ１２株による屎尿の脱色処理において、リグニン分解菌のような酵素を生産しているかどうかを確認するため、過酸化水素を添加して脱色が促進されるかどうか試験した。ＬＭ１２株の胞子を接種して２４時間培養後、１００ｍＬの培養液をろ過し、菌糸を１００ｍＬの液体培地で洗ってから、新しい培地に置換した。この際に、新しい培地に過酸化水素を１ｍＭになるように添加した。過酸化水素濃度は波長２４０ｎｍの吸光度により測定した。
【００７６】
図９は過酸化水素の添加の有無による屎尿の脱色効果図である。○は１ｍＭ過酸化水素の添加、□は過酸化水素の無添加を示す。色度とｐＨ（図示せず）の時間経過から、過酸化水素による脱色の促進は見られなかった。過酸化水素の添加と無添加に依らず、５時間で４０％脱色し、ｐＨは８から４に減少した。この結果、過酸化水素は促進に影響しないことが分かった。屎尿の脱色において、ＬＭ１２株は培地に添加した過酸化水素を利用しないと考えられる。
【００７７】
[実施例１１：下廃水処理の一例]
図１０は本発明に係るＬＭ１２株を下廃水処理に適用した浄化システムである。反応槽２の中には固定化されたＬＭ１２株が配置されている。この反応槽２の中にｐＨ調整剤Ｐと栄養塩類Ｎが添加されてＬＭ１２株を最適状態で培養し、更にこの反応槽２に下排水Ｇが流入する。ＬＭ１２株は下排水Ｇの中の難分解性物質を分解し、分解された下排水Ｇは処理水槽４に移送される。
【００７８】
下排水Ｇは処理水槽４から固液分離槽６に移送され、ここで固体物が分離されて、浄化された処理水Ｄが自然環境に放出される。未だ分解されない下排水Ｇがフィードバック流Ｆとして反応槽２に還流する。この浄化システムを通して、下排水ＧはＬＭ１２株により浄化され、処理水Ｄとして自然環境に流出してゆく。
【００７９】
本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものである。
【００８０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、屎尿やリグニンその他の難分解性物質を分解するペニシリウム属糸状菌ＬＭ１２株（ＦＥＲＭＰ−１８１９４）が本発明者等により発見され、この菌株を用いることによって通常手段では困難な難分解性物質を簡単に微生物分解することができる。即ち、請求項１の発明によれば、事前培養しておいたペニシリウム属糸状菌ＬＭ１２（ＦＥＲＭＰ−１８１９４）と、炭素源としてのグルコースと、窒素源としての硫酸アンモニウムとを反応槽に投入して培養すると共に、この反応槽に、砂沈殿槽により固形物を除去したあと、生物処理槽及び脱窒槽を含む生物処理装置により有機物を分解除去し、更に凝集処理槽及び凝集物分離膜により固形物を除去した後の下排水を導入して、下排水中の難分解性物質を分解処理するようにしている。その結果、前記固形物を除去した後の下排水を前記反応槽に導入するだけで下排水中の難分解性物質を分解処理でき、従来使用されてきた高価な活性炭処理やオゾン処理などに代えて使用できるなど、安価で確実な下廃水処理を実現できると共に、下排水の高度処理や最終処理にＬＭ１２株を使用するから、難分解性物質の分解処理を確実に行うことができる。
【００８１】
請求項２の発明によれば、培地を置換しながら反応槽でペニシリウム属糸状菌ＬＭ１２株を反復培養するようにしているため、ペニシリウム属糸状菌ＬＭ１２株による脱色条件を好適状態に保持でき、脱色の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】種々の硫酸アンモニウム濃度に対する培養液の色度（Color）とｐＨの経時変化を示している。
【図２】種々のグルコース濃度に対する培養液の色度とｐＨの経時変化を示している。
【図３】設定培養条件下における色度・ｐＨ・乾燥菌体重量の経時変化を示している。
【図４】菌糸の事前培養が本培養に与える脱色効果図である。
【図５】脱色終了後における栄養分の追加的添加による屎尿の脱色効果図である。
【図６】３種類の初期投入菌体量による屎尿の脱色効果図である。
【図７】菌糸の繰り返し培養による屎尿の脱色効果図である。
【図８】菌糸の多数回の反復回分培養による屎尿の脱色効果図である。
【図９】過酸化水素の添加の有無による屎尿の脱色効果図である。
【図１０】本発明に係るＬＭ１２株を下廃水処理に適用した浄化システムである。
【図１１】通常生物処理と高度処理を組み合わせた従来の最新鋭屎尿処理フロー図である。
【符号の説明】
２は反応槽、４は処理水槽、６は固液分離層、８は砂沈殿槽、１０は生物処理層、１２は脱窒槽、１４は微生物分離膜、１６は凝集処理槽、１８は凝集物分離膜、２０は活性炭槽、２２は滅菌槽、Ｄは処理水、Ｆはフィードバック流、Ｇは下排水、ＨＴは高度処理装置、ＨＷは高度処理水、Ｎは栄養塩類、ＮＢは通常生物処理装置、ＮＷは通常処理水、ＰはｐＨ調整剤。

Claims

事前培養しておいたペニシリウム属糸状菌ＬＭ１２（ＦＥＲＭＰ−１８１９４）と、炭素源としてのグルコースと、窒素源としての硫酸アンモニウムとを反応槽に投入して培養すると共に、この反応槽に、砂沈殿槽により固形物を除去したあと、生物処理槽及び脱窒槽を含む生物処理装置により有機物を分解除去し、更に凝集処理槽及び凝集物分離膜により固形物を除去した後の下排水を導入して、下排水中の難分解性物質を分解処理することを特徴とする下排水処理方法。
培地を置換しながら反応槽でペニシリウム属糸状菌ＬＭ１２株を反復培養するようにした請求項１に記載の下排水処理方法。