JP5046183B2 - １，４−ジオキサン分解菌の培養及び馴養方法、１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の製造方法、廃水処理方法及び装置 - Google Patents
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Description
本発明は１，４−ジオキサン分解菌の培養及び馴養方法、１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の製造方法、廃水処理方法及び装置に係り、特に、廃水中の１，４−ジオキサンを唯一の炭素源として分解除去する１，４−ジオキサン分解菌の培養及び馴養方法、１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の製造方法、廃水処理方法及び装置に関する。
１，４-ジオキサンは一般的に溶剤等として使用されており、市販のポリオキシアルキルエーテルのような洗剤中にも含まれている。このため、１，４-ジオキサンを製造する工程からの廃水中、或いはポリエチレン系の製品を製造する工程や使用する工程からの廃水中に１，４-ジオキサンが含まれる。しかし、１，４−ジオキサンは水溶性の難分解物質であるため、各工場や下水処理場における生物処理や固液分離処理ではほとんど分解できず、水環境に対する汚染が懸念されている。
一方、環境庁の行う指定化学物質の環境汚染調査において、１，４−ジオキサンは広い範囲で検出されており、特に、河川や湖沼等の水環境中での汚染が報告されている。また、地下水から高濃度のジオキサンが検出された例も報告されている。
そして、平成１６年４月の水道法の改正に伴い、飲料水基準として１，４−ジオキサンの規制値を０．０５ｍｇ／Ｌとする内容が導入された。このようなことから、水環境中の１，４−ジオキサンを分解除去する必要性が高まっている。
廃水中の１，４−ジオキサンを分解除去する方法としては、例えば、オゾン処理を主として、過酸化水素処理及び紫外線処理を併用し、ＯＨラジカルの形成を促進する促進酸化法が提案されている（例えば、特許文献１〜３）。
また、金属触媒下で過酸化水素水を添加して、ＯＨラジカルを形成させるフェントン酸化法なども知られている。
特開２００１−０２９９６６号公報
特開２００１−１２１１６３号公報
特開２０００−２０２４６６号公報
しかしながら、上記特許文献１〜３のようなオゾン処理法やフェントン酸化法では、電力消費や薬品使用量が多く、ランニングコストがかかるという問題があった。
一方、生物学的処理は、上記方法に比べてランニングコストが低くすることはできるが、１，４−ジオキサンは極めて分解し難い物質であるため、通常の生物学的処理では分解除去できなかった。
そこで本願発明者らは、１，４−ジオキサンを効率的に分解する微生物（１，４−ジオキサン分解菌）に着目し、これを利用した生物学的処理を試みている。しかしながら、１，４−ジオキサン分解菌は極めて増殖が遅く、培養が困難であることが問題であった。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、活性を低下させることなく高速で増殖させることができ、良好な１，４−ジオキサン分解性能を発揮できる１，４−ジオキサン分解菌の培養方法、及び１，４−ジオキサン分解菌の固定化担体を用いた廃水処理方法及び装置を提供することを目的とする。
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、廃水中の１，４−ジオキサンを優先的に分解する１，４−ジオキサン分解菌の培養方法であって、前記１，４−ジオキサン分解菌を含む種汚泥を、有機物として１，４−ジオキサンのみを含む無機培地で培養した後、寒天培地で前記１，４−ジオキサン分解菌のコロニーを形成させて単離する単離工程と、前記単離した１，４−ジオキサン分解菌のコロニーを、１，４−ジオキサンを含まず、且つ、１，４−ジオキサン以外の有機物で培養する初期培養工程と、前記初期培養工程の後、前記１，４−ジオキサン以外の有機物に１，４−ジオキサンを加えて培養する後期培養工程と、を備えたことを特徴とする１，４−ジオキサン分解菌の培養方法を提供する。
請求項１によれば、単離した１，４−ジオキサン分解菌のコロニーを、有機物と１，４−ジオキサンをともに含む培地で培養するので、１，４−ジオキサン分解菌の活性を維持しつつ、高速で増殖させることができる。
請求項２は請求項１において、前記後期培養工程において、前記有機物における１，４−ジオキサンの含有量が、１〜５００ｍｇ/Ｌになるように前記１，４−ジオキサン以外の有機物に１，４−ジオキサンを加えることを特徴とする。
このように、前記有機物における前記１，４−ジオキサンの含有量を上記範囲とすることで、１，４−ジオキサン分解菌の活性を維持し、かつより効率的に増殖させることができる。
請求項３は請求項１または２において、前記１，４−ジオキサン以外の有機物は、ペプトン、肉エキス、グリセリン、カジトン、酵母エキス等の易分解性の有機物であることを特徴とする。
本発明の請求項４は前記目的を達成するために、廃水中の１，４−ジオキサンを優先的に分解する１，４−ジオキサン分解菌を固定化した１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の製造方法であって、請求項１〜３のいずれか１項に記載の培養方法により培養した１，４−ジオキサン分解菌を担体材料に固定化することを特徴とする１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の製造方法を提供する。
請求項４によれば、高速で増殖させた活性の高い１，４−ジオキサン分解菌、又は単離した１，４−ジオキサン分解菌を担体材料に固定化する。これにより、上記１，４−ジオキサン分解菌を処理槽内に安定かつ高密度に投入できる。なお、担体材料としては、高分子ゲルやプラスチック材料等が挙げられる。
請求項５は請求項４において、前記１，４−ジオキサン分解菌固定化担体は、高分子ゲル内に１，４−ジオキサン分解菌を包括固定した包括固定化担体であることを特徴とする。
請求項５によれば、１，４−ジオキサン分解菌を高分子ゲル内に安定に固定できるだけでなく、処理槽内に高密度に投入できる。
本発明の請求項６は前記目的を達成するために、廃水中の１，４−ジオキサンを優先的に分解する１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の馴養方法であって、請求項４または５に記載の製造方法で製造した１，４−ジオキサン分解菌固定化担体を、前記１，４−ジオキサン以外の有機物を含む水で馴養する第１の工程と、前記第１の工程の後、前記有機物を含む水に前記１，４−ジオキサンを添加する第２の工程と、を備えたことを特徴とする１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の馴養方法を提供する。
請求項６によれば、第１の工程では、主に、固定化担体内の１，４−ジオキサン分解菌の菌数を増加させ、第２の工程では、主に、１，４−ジオキサン分解活性を高めることができる。また、第１の工程において、有機物を与えることによって１，４−ジオキサン分解活性が低下しても、第２の工程において１，４−ジオキサンを添加することにより１，４−ジオキサン分解活性を補うことができる。
なお、１，４−ジオキサンとしては、１，４−ジオキサンを含有する廃水も含まれる。
請求項７は請求項６において、前記１，４−ジオキサン以外の有機物は、ペプトン、肉エキス、グリセリン、カジトン、酵母エキス等の易分解性の有機物であることを特徴とする。
本発明の請求項８は前記目的を達成するために、廃水中の１，４−ジオキサンを分解除去する廃水処理方法であって、請求項１〜３の何れか１項に記載の培養方法により培養した１，４−ジオキサン分解菌を廃水に投入し、前記廃水中の１，４−ジオキサンを分解除去する廃水処理方法を提供する。
本発明の請求項９は前記目的を達成するために、廃水中の１，４−ジオキサンを分解除去する廃水処理方法であって、請求項４または５に記載の製造方法で製造した１，４−ジオキサン分解菌固定化担体を廃水に投入し、前記廃水中の１，４−ジオキサンを分解除去する廃水処理方法を提供する。
請求項８又は９によれば、十分に増殖させ、かつ活性を付与した１，４−ジオキサン分解菌、又はその固定化担体を用いることにより、廃水中に投入後すぐに１，４−ジオキサンを分解除去することができる。
本発明の請求項１０は前記目的を達成するために、廃水中の１，４−ジオキサンを分解除去する廃水処理方法であって、請求項４または５に記載の製造方法で製造した１，４−ジオキサン分解菌固定化担体を、前記１，４−ジオキサンを含有する廃水に投入する工程と、前記廃水に前記１，４−ジオキサン以外の有機物を添加することにより前記１，４−ジオキサン分解菌を培養する工程と、を備えたことを特徴とする廃水処理方法を提供する。
請求項１０によれば、１，４−ジオキサン分解菌固定化担体を用いた廃水処理において、有機物を添加する工程を設けたので、１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の分解活性が低下した場合でも、担体内の１，４−ジオキサン分解菌を増殖させることができる。
請求項１１は請求項１０において、前記有機物の添加量は、前記廃水に対して１〜１００ｍｇ/Ｌとすることを特徴とする。
請求項１１によれば、廃水中に上記範囲を満たすように有機物を添加することにより、固定化担体内で１，４−ジオキサン分解菌を増殖させることができ、１，４−ジオキサン分解活性を向上することができる。
請求項１２は請求項１０又は１１において、前記有機物を添加することにより前記１，４−ジオキサン分解菌を培養する工程の後に、前記廃水に１，４−ジオキサンを添加する１，４−ジオキサン添加工程を備えたことを特徴とする。
請求項１２によれば、固定化担体内の１，４−ジオキサン分解菌の活性を高めることができ、分解活性を維持又は向上させることができる。
請求項１３は請求項８〜１２の何れか１項において、前記１，４−ジオキサン以外の有機物は、ペプトン、肉エキス、グリセリン、カジトン、酵母エキス等の易分解性の有機物であることを特徴とする。
本発明の請求項１４は前記目的を達成するために、廃水中の１，４−ジオキサンを分解除去する廃水処理装置であって、前記廃水と、請求項４または５に記載の包括固定化担体とを接触させることにより、前記廃水中の１，４−ジオキサンを分解処理する処理槽と、前記処理槽内の廃水の１，４−ジオキサン濃度を測定する濃度測定手段と、前記処理槽内に１，４−ジオキサン以外の有機物の添加量を調整する有機物添加量調整手段と、前記濃度測定手段の測定結果に基づいて、有機物添加量調整手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする廃水処理装置を提供する。
本発明の請求項１５は前記目的を達成するために、廃水中の１，４−ジオキサンを優先的に分解する１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の馴養方法であって、１，４−ジオキサン分解菌固定化担体を、１，４−ジオキサンを含まず、且つ、１，４−ジオキサン以外の有機物を含む水で馴養する第１の工程と、前記第１の工程の後、前記有機物を含む水に前記１，４−ジオキサンを添加する第２の工程と、を備えたことを特徴とする１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の馴養方法を提供する。
本発明の請求項１６は、前記目的を達成するために、前記１，４−ジオキサン以外の有機物は、ペプトン、肉エキス、グリセリン、カジトン、酵母エキス等の易分解性の有機物であることを特徴とする請求項１５に記載の１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の馴養方法を提供する。
本発明の請求項１５は前記目的を達成するために、廃水中の１，４−ジオキサンを優先的に分解する１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の馴養方法であって、１，４−ジオキサン分解菌固定化担体を、１，４−ジオキサンを含まず、且つ、１，４−ジオキサン以外の有機物を含む水で馴養する第１の工程と、前記第１の工程の後、前記有機物を含む水に前記１，４−ジオキサンを添加する第２の工程と、を備えたことを特徴とする１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の馴養方法を提供する。
本発明の請求項１６は、前記目的を達成するために、前記１，４−ジオキサン以外の有機物は、ペプトン、肉エキス、グリセリン、カジトン、酵母エキス等の易分解性の有機物であることを特徴とする請求項１５に記載の１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の馴養方法を提供する。
本発明によれば、活性を低下させることなく高速で増殖させることができ、良好な１，４−ジオキサン分解性能を発揮できる。
以下、添付図面により本発明に係る１，４−ジオキサン分解菌の培養及び馴養方法、１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の製造方法、廃水処理方法及び装置の好ましい実施の形態について詳説する。
まず、１，４−ジオキサン分解菌の単離・培養工程について説明する。
本発明における１，４−ジオキサン分解菌は増殖速度が極めて小さいため、単離工程において他の微生物が混入し、優先的に増殖しないようにする必要がある。そして、培養工程では、単離した１，４−ジオキサン分解菌の増殖を促すために、１，４−ジオキサン分解菌に有機物を与えることが重要である。
このため、単離工程では、有機物として１，４−ジオキサンのみを含む無機培地を使用し、培養工程では１，４−ジオキサン以外の有機物を主に含む有機培地を使用する。以下、本実施形態では、培地とは、ゲル化した培地だけでなく、液体状の培養液も含むものとする。
単離工程では、まず、無機培地に、濃度が１０〜１００ｍｇ/Ｌとなるよう１，４−ジオキサンを添加した培地１００〜５００ｍＬに、１，４−ジオキサン分解菌を含む種汚泥（ジオキサンを含む廃水の廃水処理工程から採取した汚泥）を約５００〜２００００ｍｇ/Ｌ添加し、集積培養する。集積培養は、２０〜３０℃の条件下で、約１〜３ヶ月間行うことが好ましい。
なお、１，４−ジオキサン分解菌の存在については、培地中の１，４−ジオキサン濃度変化を測定することにより確認できる。１，４−ジオキサン濃度の減少率が５０％を超えた段階で、集積培養を終了することが好ましい。培地中の１，４−ジオキサン濃度は、公知の方法により測定できる（安部明美（1997）環境化学 vol.7 No1 p95-100）。
集積培養を終了した後、上記無機培地に寒天を１０〜１５％添加した平板培地で、２０〜３５℃恒温下にて静置培養する。静置培養後、コロニーが形成されたことを確認することで、１，４−ジオキサン分解菌を単離することができる。
１，４−ジオキサン分解菌を含む種汚泥としては、１，４−ジオキサンを含有する土壌であれば特に限定されないが、埋め立て処分場から採取した土壌、１，４−ジオキサンを使用する工場や廃水処理場の活性汚泥等が使用できる。
無機培地を構成する無機物質としては、特に限定されないが、無機塩類（例えば、Ｋ２ＨＰＯ４、（ＮＨ４）２ＳＯ４、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、ＦｅＣｌ３、ＣａＣｌ２、ＮａＣｌ）が好ましい。
培養工程では、上記のように単離した１，４−ジオキサン分解菌を、有機物を主成分とする有機培地で培養する。
上記有機物としては、ＣＧＹ培地、具体的には、ペプトン、肉エキス、グリセリン、カジトン、酵母エキス等の易分解性の有機物が好ましい。なお、上記有機物には、１，４−ジオキサンが含まれてもよい。
培養は、１，４−ジオキサン分解菌の活性が約２７℃で最も高いことから、培養温度は２７℃が好ましく、水温としては約１５〜３５℃が好ましく、２０〜３０℃がより好ましい。培養時間は、約５〜３０日間が好ましい。
１，４−ジオキサン分解菌は、菌数が少ないうちに過剰に１，４−ジオキサンが与えられると増殖しにくく、一方、１，４−ジオキサンが全く与えられないと１，４−ジオキサン分解活性が低下する。
このため、培養初期には１，４−ジオキサン以外の有機物を与え、１，４−ジオキサン分解菌の菌数がある程度増加した培養中期、後期において、１，４−ジオキサンを与えることが好ましい。すなわち、１，４−ジオキサン以外の有機物は、主に、１，４−ジオキサン分解菌の増殖を促すように機能し、１，４−ジオキサンは、主に、１，４−ジオキサン分解菌の分解活性を維持又は向上させるように機能する。
１，４−ジオキサンの添加は、１，４−ジオキサン分解菌の菌数が１×１０４cells/mL以上となったときに行うことが好ましい。
１，４−ジオキサンの添加量は、有機培地に対して１〜５００ｍｇ/Ｌ以上であり、１０〜２００ｍｇ/Ｌ以上とすることが好ましい。
これは、１，４−ジオキサンが１ｍｇ/Ｌ未満であると、１，４−ジオキサン分解菌の分解活性を復活させる効果が小さくなるためである。また、１，４−ジオキサンが２００ｍｇ/Ｌ以上になると分解活性がそれ以上変わらなくなり、１０００ｍｇ/Ｌとしても２００ｍｇ/Ｌのときと同等であるためである。
また、培地を無害な状態で廃棄するために、培地中の１，４−ジオキサン濃度をできるだけ低くする必要がある。このため、１，４−ジオキサンの添加は、１，４−ジオキサン分解菌の菌数や活性の程度に応じて、少量ずつ行うのが好ましい。
なお、培養初期から、１，４−ジオキサンを有機培地に含有させてもよい。この場合、１，４−ジオキサンの含有量は、上記と同様にすることができる。
培養した１，４−ジオキサン分解菌は、そのまま処理槽内の１，４−ジオキサンを含む廃水に投入して使用することもできるが、より高密度に廃水中に投入するために、１，４−ジオキサン分解菌を担体材料に固定化したものを使用することが好ましい。
以下、１，４−ジオキサン分解菌を固定化する方法について説明する。
１，４−ジオキサン分解菌の固定化方法としては、主に、付着固定化方法と包括固定化方法とがあるが、付着固定化方法では菌を担体材料に安定に付着させ難いため、包括固定化方法を採用することが好ましい。
付着固定化担体は、プラスチック等の担体材料に１，４−ジオキサン分解菌を付着させたものである。付着用の担体材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等の球状、角状、円筒状のものや、発砲体や網状のものが好ましい。付着固定化担体の大きさは、球相当径で１〜１０ｍｍであることが好ましい。また、粒径が１ｍｍ未満のグラニュール状のものも使用できる。
包括固定化担体は、高分子ゲル内に１，４−ジオキサン分解菌を包括固定したペレット状のものである。
図１は、包括固定化担体の製造方法の流れを説明する図である。図１に示すように、まず、モノマー材料、プレポリマー材料等の固定化材料と、１，４−ジオキサン分解菌とを混合し、ｐＨを中性付近（６．５〜８．５）に調整した混合液を調製する。次いで、前記混合液に過硫酸カリウム等の重合開始剤を添加して攪拌した後、直ちにシート形状又はブロック形状にゲル化させる（重合させる）。重合温度は、１５〜４０℃が好ましく、２０〜３０℃がより好ましい。重合時間は１〜６０分が好ましく、１０〜６０分がより好ましい。そして、ゲル化させたシート又はブロックを所定のサイズ（例えば、略３ｍｍ角の立方体状）に切断し、本発明に係る包括固定化担体を得ることができる。
上記モノマー材料としては、特に限定されないが、アクリルアミド、メチレンビスアクリルアミド、トリアクリルフォルマール等が好ましく使用できる。
プレポリマー材料としては、特に限定されないが、ポリエチレングリコールジアクリレートやポリエチレングリコールメタアクリレート、及びこれらの誘導体を好ましく使用できる。
包括固定化担体の形状は、特に限定されることはなく、角状、筒状等の任意の形状を採ることができる。また、包括固定化型担体の大きさは、球相当径として１〜１０ｍｍであることが好ましい。包括固定化担体の製造方法は、上記した方法に限らず、チューブ成形法、滴下造粒法等を採用することもできる。
次に、１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の馴養方法、及び廃水処理方法について説明する。
なお、１，４−ジオキサン分解菌を包括固定化した包括固定化担体を使用する例で説明するが、これに限定されず、付着固定化担体を使用する場合や、直接１，４−ジオキサン分解菌を使用する場合にも適用できる。
処理槽内に包括固定化担体を投入した直後は、包括固定化担体の１，４−ジオキサン分解性能は低いことが多い。１，４−ジオキサンの分解活性を定常運転のレベルまで短時間で向上させるために、馴養運転を行うことが好ましい。
馴養運転は、廃水中に上述した有機物（ペプトン、肉エキス、…等）を添加することにより行うことが好ましく、有機物を添加して菌数を増やした後、１，４−ジオキサンを添加して分解活性を向上させることがより好ましい。
有機物の添加量は、廃水に対して１〜１００ｍｇ/Ｌであることが好ましく、１〜１０ｍｇ/Ｌであることがより好ましい。
図２は、本発明に係る１，４−ジオキサン分解菌の包括固定化担体を用いた廃水処理装置の概略構成を説明する図である。
図２に示すように、廃水処理装置１０は、主に、本発明に係る包括固定化担体１２が充填され、原水中の１，４−ジオキサンを分解する処理槽１４と、該処理槽１４内に上記原水を導入する導入配管１６と、処理槽１４内から処理水を排出する排出配管１８と、を備えている。
処理槽１４内には、包括固定化担体１２が排出配管１８から系外へ漏れ出さないようにするためにスクリーン２０が設けられている。
また、廃水中の１，４−ジオキサン濃度を測定する濃度測定手段２２と、有機物を処理槽１４内に添加するための有機物貯留タンク２４と、制御手段２６とが設けられている。
濃度測定手段２２は、廃水中の１，４−ジオキサン濃度を測定し、測定結果は制御手段２６に出力される。制御手段２６は、測定結果に基づいてバルブ２８（有機物添加量調整手段）の開度を調節し、有機物を適切な量だけ処理槽１４内に添加できるようになっている。なお、濃度測定手段２２としては、公知のものが使用できる。
１，４−ジオキサン分解菌の包括固定化担体１２の処理槽１４内での充填率は、５〜３０％とすることが好ましい。
このような構成により、１，４−ジオキサンを含む原水は、導入配管１６から処理槽１４内に導入される。処理槽１４内の原水は、包括固定化担体１２の作用により１，４−ジオキサンが分解除去され、排出配管１８から排出される。
馴養運転では、濃度測定手段２２により、処理槽１４内の廃水中の１，４−ジオキサン濃度が測定される。このとき、１，４−ジオキサン濃度の減少率が小さく、分解活性が低いと判断されると、制御手段２６によりバルブ２８の開度が調節され、有機物が処理槽１４内に添加される。
１，４−ジオキサン分解菌の活性が約２７℃で最も高いことから、馴養温度は２７℃が好ましく、水温としては約１５〜３５℃が好ましく、２０〜３０℃がより好ましい。馴養は、１，４−ジオキサンの分解速度が定常運転レベルになるまで行うことが好ましい。
このようにして馴養した包括固定化担体を使用することにより、廃水中の１，４−ジオキサンの分解性能を定常運転のレベルまで短時間で高められるとともに、高い分解性能を維持することができる。
定常運転は、上述の馴養運転と同様の温度範囲で行うことができる。廃水中のｐＨは、特に限定しないが、中性付近とすることが好ましい。
これにより、１，４−ジオキサン分解活性を早期に立ち上げることができ、定常運転においても高い分解活性を維持できる。
図３は、本発明における廃水処理装置の別態様を説明する図である。なお、図２と同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図３の廃水処理装置１０’は、更に１，４−ジオキサンを貯留するタンク３０と、１，４−ジオキサンの添加量を調節するバルブ３４とを備え、制御手段２６の代わりに有機物と１，４−ジオキサンの添加量を制御する制御手段３２を備えた以外は図２とほぼ同様に構成される。
制御手段３２は、濃度測定手段２２での測定結果に基づいて、バルブ２８、３４の開度を調節し、有機物や１，４−ジオキサンを適切な量だけ処理槽１４内に添加できるようになっている。
これにより、有機物を添加して処理槽１４内の１，４−ジオキサン分解菌の菌数を増やした後、更に１，４−ジオキサンを添加して分解活性を向上させることができる。したがって、１，４−ジオキサン分解活性を早期に立ち上げることができ、定常運転においても高い分解活性を維持できる。
なお、馴養運転だけでなく、定常運転において１，４−ジオキサン分解活性が低下したときにも、上記の方法が適用できる。
以上のように、本発明の１，４−ジオキサン分解菌の培養及び馴養方法、１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の製造方法、廃水処理方法を適用することにより、これまで生物学的な分解が困難であった１，４−ジオキサンを生物学的に分解除去することができる。具体的には、処理槽１ｍ３あたりの１，４−ジオキサンの分解速度を、１日あたり１０ｇ以上、即ち１０ｇ/ｍ３/日以上の高速処理が可能となる。
以上、本発明に係る１，４−ジオキサン分解菌の培養及び馴養方法、１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の製造方法、廃水処理方法及び装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。
上記実施形態では、単離した１，４−ジオキサン分解菌をある一定レベルの菌数になるまで培養した後、包括固定化担体として使用する例について説明したが、これに限定されない。たとえば、単離した１，４−ジオキサン分解菌を十分に培養しないで包括固定化担体にした場合でも、該包括固定化担体を上記のように馴養することで１，４−ジオキサンの分解性能を短時間で高めることができる。要は、単離した１，４−ジオキサン自体又はその固定化担体を定常運転で使用するまでの間に、少なくとも１，４−ジオキサン以外の有機物を与えて１，４−ジオキサン分解菌を増殖させ、かつ１，４−ジオキサンを与えて分解活性を維持又は向上させるようにすればよい。
上記実施形態では、包括固定化担体を作製後、１，４−ジオキサンを含む廃水で馴養した後、同じ処理槽内で引き続き定常運転する例について説明したが、これに限定されず、他の処理槽内で馴養した後、定常運転を行っている別の処理槽に移して使用することもできる。
上記実施形態では、培養工程、包括固定化担体、廃水処理工程（馴養運転、定常運転）についてそれぞれ説明したが、これらの工程は個別に行ってもよいし、任意に組み合わせて行ってもよい。特に、培養工程では、１，４−ジオキサン分解菌を人工的に培養し、馴養工程では、廃水の性質や運転条件に１，４−ジオキサン分解菌又はその包括固定化担体を適用させる上で、図４のブロック図に示すように、上記全ての工程を行うことが好ましい。
[実施例１]
化学工場の廃水処理場の活性汚泥を採取し、表１に示す液体の無機培地に、１，４−ジオキサンを１００ｍｇ/Ｌとなるように添加した培地を用いて集積培養を行った。なお、表１の無機培地のｐＨは７．０であった。
化学工場の廃水処理場の活性汚泥を採取し、表１に示す液体の無機培地に、１，４−ジオキサンを１００ｍｇ/Ｌとなるように添加した培地を用いて集積培養を行った。なお、表１の無機培地のｐＨは７．０であった。
集積培養を２６℃で約６ヶ月間行なった後、培養液中の１，４−ジオキサン濃度を測定したところ、１，４−ジオキサン濃度の低下を確認し、これにより、１，４−ジオキサン分解菌の活性を確認した。
次いで、表１に示す液体の無機培地に寒天を１５％添加して常温で固めて平板培地とし、１，４−ジオキサン分解菌の単離操作を行った。そして、数種類のコロニーが形成され、１，４−ジオキサン分解菌を単離することができた。
さらに、このコロニーを１Ｌの三角フラスコに入れ、無機培地５００ｍＬを注入し、１，４−ジオキサンを５０ｍｇ/Ｌとなるように添加した。その後、２６℃で１ヶ月間培養し、１，４−ジオキサン分解菌の菌培養液を得た。
このように単離・培養した１，４−ジオキサン分解菌を、１．２×１０４ｃｅｌｌｓ/ｍＬとなるように表３に示す各組成の培地に添加し、培養試験を行った。培養条件としては、３００ｍＬの三角フラスコに表３に示す各培地（液体）を１００ｍＬ注入し、２７℃に保温して浸とう培養した。培養開始後５日後に培養液中の菌数濃度を測定した。なお、表２は、ＣＧＹ培地（有機物培地）の組成を示す。この結果を図５に示す。
図５に示すように、培養開始後５日後の１，４−ジオキサン分解菌の菌数は、試験１では９．１×１０４ｃｅｌｌｓ/ｍＬであり、試験２では４．２×１０６ｃｅｌｌｓ/ｍＬであり、試験３では４．０×１０６ｃｅｌｌｓ/ｍＬであった。このように、培地に有機物を添加して培養することにより、１，４−ジオキサン分解菌を高速で培養できることがわかった。
次に、試験１、２及び３で培養した１，４−ジオキサン分解菌の１，４−ジオキサン分解活性について評価した。
培養した１，４−ジオキサン分解菌を遠心濃縮機により沈殿させて回収した。この１，４−ジオキサン分解菌を用いて、１，４−ジオキサン分解試験を行った。
試験では、２００ｍＬの三角フラスコに、１，４−ジオキサンを１００ｍｇ/Ｌ含む無機培地を５０ｍＬ注入した。これを３系用意し、試験１、２、３でそれぞれ培養した１，４−ジオキサン分解菌を１×１０４ｃｅｌｌｓ/ｍＬとなるように各系に注入した。
次いで、上記の３系について、２７℃の恒温室内で５日間浸とう培養を行った。その後、各系において残留する１，４−ジオキサン濃度を測定し、以下の式より１，４−ジオキサン除去率を求めた。
１，４−ジオキサン除去率（％）＝（試験前の１，４−ジオキサン濃度−試験後の１，４−ジオキサン濃度）/（試験前の１，４−ジオキサン濃度）×１００
この結果を表４に示す。
この結果を表４に示す。
表４に示すように、１，４−ジオキサンと有機物をいずれも添加して培養した試験２が、１，４−ジオキサン分解菌が最も増殖することができ、１，４−ジオキサンの分解活性も高いことがわかった。
[実施例２]
１，４−ジオキサン分解菌を培養した菌培養液５０ｍＬを用いて、以下の組成に基づいて３種類の包括固定化担体を作製した。
１，４−ジオキサン分解菌を培養した菌培養液５０ｍＬを用いて、以下の組成に基づいて３種類の包括固定化担体を作製した。
（包括固定化担体の組成）
１，４−ジオキサン分解菌の菌数：２×１０５ｃｅｌｌｓ/ｍＬ
固定化材料：アクリルアミド １５質量％
重合促進剤：ＮＮＮ’Ｎ’テトラメチルエチレンジアミン ０．５質量％
重合開始剤：過硫酸カリウム ０．２５質量％
上記のように、１，４−ジオキサン分解菌を固定化材料（アクリルアミド液）に添加及び混合して懸濁液を調製した。次いで、懸濁液に過硫酸カリウム、ＮＮＮ’Ｎ’テトラメチルエチレンジアミンを添加して、重合温度１０℃、重合時間５分でゲル化（重合）させた。そして、ゲル化させた担体を約３ｍｍ径の球状に成形してペレット化し、これにより本例の包括固定化担体を作製した。
１，４−ジオキサン分解菌の菌数：２×１０５ｃｅｌｌｓ/ｍＬ
固定化材料：アクリルアミド １５質量％
重合促進剤：ＮＮＮ’Ｎ’テトラメチルエチレンジアミン ０．５質量％
重合開始剤：過硫酸カリウム ０．２５質量％
上記のように、１，４−ジオキサン分解菌を固定化材料（アクリルアミド液）に添加及び混合して懸濁液を調製した。次いで、懸濁液に過硫酸カリウム、ＮＮＮ’Ｎ’テトラメチルエチレンジアミンを添加して、重合温度１０℃、重合時間５分でゲル化（重合）させた。そして、ゲル化させた担体を約３ｍｍ径の球状に成形してペレット化し、これにより本例の包括固定化担体を作製した。
このようにして作製した各包括固定化担体について、表４に示す各廃水で馴養を行った。馴養運転は、水温２７℃、滞留時間１日とし、３０日間行った。その後、３１日目に、各包括固定化担体を表１の無機培地に１，４−ジオキサンを１００ｍｇ/Ｌ添加した廃水に移し変えて、定常運転を行った。このときの１，４−ジオキサン除去率を測定し、１，４−ジオキサン分解菌の処理性能を評価した。なお、１，４-ジオキサン濃度は、ＧＣ／ＭＳ法により測定した。この結果を表５に示す。
表５に示すように、有機物を含み、かつ１，４−ジオキサンを添加した廃水中で馴養した試験４の包括固定化担体は、定常運転において１，４−ジオキサン除去率が９５％と最も高かった。また、有機物は添加せず、１，４−ジオキサンを添加した廃水中で馴養した試験３の包括固定化担体でも、１，４−ジオキサン除去率が５２％と比較的良好であった。
一方、１，４−ジオキサンを含まない廃水で馴養した試験５の包括固定化担体は、定常運転において１，４−ジオキサン除去率が５％と最も低かった。
引き続き定常運転を行い、４０日目には試験５の包括固定化担体は１，４−ジオキサン除去率が９５％まで上昇し、試験３の包括固定化担体は１，４−ジオキサン除去率が７０％まで上昇した。
以上から、馴養運転で有機物と１，４−ジオキサンの双方を与えた試験４の包括固定化担体が、最も処理性能の立ち上がりが早く、かつ高い分解活性を示すことがわかった。また、馴養運転で有機物を与えた試験３の包括固定化担体の方が、馴養運転で有機物を与えなかった試験５の包括固定化担体よりも高い分解活性（処理性能）を示すことがわかった。
このように、本発明を適用することにより、１，４−ジオキサンの分解性能の立ち上がりを早くできるとともに、高い分解活性を示すことがわかった。
１０…廃水処理装置、１２…包括固定化担体、１４…処理槽、１６…導入配管、１８…排出配管、２０…スクリーン、２２…１，４−ジオキサン濃度測定手段、２４…有機物貯留タンク、２６、３２…制御手段、２８、３４…バルブ、３４…１，４−ジオキサン貯留タンク
Claims (16)
- 廃水中の１，４−ジオキサンを優先的に分解する１，４−ジオキサン分解菌の培養方法であって、
前記１，４−ジオキサン分解菌を含む種汚泥を、有機物として１，４−ジオキサンのみを含む無機培地で培養した後、寒天培地で前記１，４−ジオキサン分解菌のコロニーを形成させて単離する単離工程と、
前記単離した１，４−ジオキサン分解菌のコロニーを、１，４−ジオキサンを含まず、且つ、１，４−ジオキサン以外の有機物で培養する初期培養工程と、
前記初期培養工程の後、前記１，４−ジオキサン以外の有機物に１，４−ジオキサンを加えて培養する後期培養工程と、
を備えたことを特徴とする１，４−ジオキサン分解菌の培養方法。 - 前記後期培養工程において、前記有機物における１，４−ジオキサンの含有量が、１〜５００ｍｇ/Ｌになるように前記１，４−ジオキサン以外の有機物に１，４−ジオキサンを加えることを特徴とする請求項１に記載の１，４−ジオキサン分解菌の培養方法。
- 前記１，４−ジオキサン以外の有機物は、ペプトン、肉エキス、グリセリン、カジトン、酵母エキス等の易分解性の有機物であることを特徴とする請求項１または２に記載の１，４−ジオキサン分解菌の培養方法。
- 廃水中の１，４−ジオキサンを優先的に分解する１，４−ジオキサン分解菌を固定化した１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の製造方法であって、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の培養方法により培養した１，４−ジオキサン分解菌を担体材料に固定化することを特徴とする１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の製造方法。 - 前記１，４−ジオキサン分解菌固定化担体は、高分子ゲル内に１，４−ジオキサン分解菌を包括固定した包括固定化担体であることを特徴とする請求項４に記載の１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の製造方法。
- 廃水中の１，４−ジオキサンを優先的に分解する１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の馴養方法であって、
請求項４または５に記載の製造方法で製造した１，４−ジオキサン分解菌固定化担体を、前記１，４−ジオキサン以外の有機物を含む水で馴養する第１の工程と、
前記第１の工程の後、前記有機物を含む水に前記１，４−ジオキサンを添加する第２の工程と、
を備えたことを特徴とする１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の馴養方法。 - 前記１，４−ジオキサン以外の有機物は、ペプトン、肉エキス、グリセリン、カジトン、酵母エキス等の易分解性の有機物であることを特徴とする請求項６に記載の１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の馴養方法。
- 廃水中の１，４−ジオキサンを分解除去する廃水処理方法であって、
請求項１〜３の何れか１項に記載の培養方法により培養した１，４−ジオキサン分解菌を廃水に投入し、前記廃水中の１，４−ジオキサンを分解除去する廃水処理方法。 - 廃水中の１，４−ジオキサンを分解除去する廃水処理方法であって、
請求項４または５に記載の製造方法で製造した１，４−ジオキサン分解菌固定化担体を廃水に投入し、前記廃水中の１，４−ジオキサンを分解除去する廃水処理方法。 - 廃水中の１，４−ジオキサンを分解除去する廃水処理方法であって、
請求項４または５に記載の製造方法で製造した１，４−ジオキサン分解菌固定化担体を、前記１，４−ジオキサンを含有する廃水に投入する工程と、
前記廃水に前記１，４−ジオキサン以外の有機物を添加することにより前記１，４−ジオキサン分解菌を培養する工程と、
を備えたことを特徴とする廃水処理方法。 - 前記有機物の添加量は、前記廃水に対して１〜１００ｍｇ/Ｌとすることを特徴とする請求項１０に記載の廃水処理方法。
- 前記有機物を添加することにより前記１，４−ジオキサン分解菌を培養する工程の後に、前記廃水に１，４−ジオキサンを添加する１，４−ジオキサン添加工程を備えたことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の廃水処理方法。
- 前記１，４−ジオキサン以外の有機物は、ペプトン、肉エキス、グリセリン、カジトン、酵母エキス等の易分解性の有機物であることを特徴とする請求項８〜１２の何れか１項に記載の廃水処理方法。
- 廃水中の１，４−ジオキサンを分解除去する廃水処理装置であって、
前記廃水と、請求項４または５に記載の包括固定化担体とを接触させることにより、前記廃水中の１，４−ジオキサンを分解処理する処理槽と、
前記処理槽内の廃水の１，４−ジオキサン濃度を測定する濃度測定手段と、
前記処理槽内に１，４−ジオキサン以外の有機物の添加量を調整する有機物添加量調整手段と、
前記濃度測定手段の測定結果に基づいて、有機物添加量調整手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする廃水処理装置。 - 廃水中の１，４−ジオキサンを優先的に分解する１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の馴養方法であって、
１，４−ジオキサン分解菌固定化担体を、１，４−ジオキサンを含まず、且つ、１，４−ジオキサン以外の有機物を含む水で馴養する第１の工程と、
前記第１の工程の後、前記有機物を含む水に前記１，４−ジオキサンを添加する第２の工程と、
を備えたことを特徴とする１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の馴養方法。 - 前記１，４−ジオキサン以外の有機物は、ペプトン、肉エキス、グリセリン、カジトン、酵母エキス等の易分解性の有機物であることを特徴とする請求項１５に記載の１，４−ジオキサン分解菌固定化担体の馴養方法。
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