JP5504396B1

JP5504396B1 - アゾ染料によって着色された染色廃水の脱色処理方法

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Publication number: JP5504396B1
Application number: JP2013057918A
Authority: JP
Inventors: 潤海面; 論弥藤原
Original assignee: 潤海面; 論弥藤原
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2033-03-21
Also published as: JP2014180640A

Abstract

【課題】染料が混入した着色廃水を廃水処理装置内でアゾ染料分解微生物を用いて脱色する際に、装置に細菌を投入することにより上昇するＣＯＤ値等を上げることなく着色廃水の無色化を行う着色廃水処理装置を提供する。
【解決手段】アゾ染料を吸着剤によって吸着するアゾ染料吸着工程と、前記アゾ染料吸着工程により、染料吸着済み吸着剤を回収する吸着剤回収工程と、前記吸着剤回収工程により、回収された染料吸着済み吸着剤に対して、アゾ染料分解微生物のアゾレダクターゼにより通性嫌気的条件下で脱色するアゾ染料脱色工程とからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アゾ染料などによって着色された廃水中の染料を吸着剤によって吸着し、それをアゾ染料分解微生物によって脱色する染色廃水の脱色処理方法に関する。

アゾ染料を脱色する微生物によって着色廃水を脱色する方法がある。例えば細菌によるアゾ染料の脱色を利用した廃水処理方法である特許文献１のようなものがある。

この方法は、バチルス属に属する菌種を培養し連続的にバイオリアクター槽に投入することにより、アゾ染料を含有する着色廃水を効率よく脱色する方法である。

微生物によるアゾ染料の脱色にはアゾレダクターゼが関与しており、そのアゾレダクターゼは、静置条件すなわち嫌気的条件下において活性化されることが証明されている非特許文献１のようなものがある。

カチオン化剤を付加した吸着剤で廃水処理を行う方法がある。例えばカチオン化剤によって木粉をカチオン化した廃水処理用吸着剤の製造方法である特許文献２のようなものがある。この方法は、安価で大量入手が可能な母材例えば木粉に、カチオン化剤を付加した廃水処理用吸着剤の製造方法で、処理水の水質も良好な廃水処理用吸着剤が得られる。

繊維又は繊維構造体をカチオン化する方法がある。例えば簡単な処理操作と短時間で染色を完了し、染色を低コストで実現できる染色方法である特許文献３のようなものがある。この方法はカチオン化剤、特に第４級アンモニア塩などのアンモニア塩から成るカチオン化剤にタンパク質成分を６〜１５重量％添加して構成されたタンパク質系カチオン化剤と、アルカリ助剤の混合液中に繊維又は繊維構造体を侵漬するものである。

廃水処理装置内で着色廃水の脱色を微生物によって行う方法がある。例えば、着色廃水の無色化・無毒化処理方法において、アゾ染料分解微生物のアゾレダクターゼによりアゾ染料を嫌気的条件下で分解脱色を行うアゾ染料脱色工程と、アゾ染料脱色処理工程による分解脱色後の産物である芳香族アミン類を好気的条件下で分解するアミン類分解処理工程とからなることを特徴とした廃水処理方法である特許文献４のようなものがある。この方法は廃水処理装置内の静置槽において、アゾ染料分解微生物のアゾレダクターゼによりアゾ染料を嫌気的条件下で分解脱色を行うものである。

特開２００５−１３９１５公報特開平７−２１３８９６公報特開平１１−１５８７８５公報特開２０１０−６４０６５公報

新居浜工業高等専門学校紀要第３８巻平成１４年１月

しかしながら、従来の技術では、アゾレダクターゼが通性嫌気的条件でしか脱色活性がないため、既存の活性汚泥法による廃水装置に静置槽を設ける必要があること、及びアゾレダクターゼの脱色活性には補酵素が必要であるため、培養液と菌体が共存する状態でないと脱色が進まず、脱色のため有機物を多く含む培養液を槽に添加しなければならないことから廃水のＣＯＤ値が上昇するという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑み、あらたな装置や装置の改造をしないで簡単な処理操作で染色することができ、また廃水のＣＯＤ値を上昇させない脱色方法を提供することを目的とする。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、活性汚泥法を利用したアゾ染料によって着色された着色廃水の脱色処理方法であって、前記アゾ染料を吸着剤によって吸着するアゾ染料吸着工程と、前記アゾ染料吸着工程により、染料吸着済み吸着剤を回収する吸着剤回収工程と、前記吸着剤回収工程により、染料吸着済み吸着剤が回収された後の廃水に対して、曝気槽で活性汚泥法を実施する曝気工程と、前記吸着剤回収工程により、回収された染料吸着済み吸着剤に対して、アゾ染料分解微生物のアゾレダクターゼにより通性嫌気的条件下で脱色する第２脱色工程とを含むことを特徴としている。

請求項１に記載の着色廃水の脱色処理方法によれば、アゾ染料で着色された廃水を、吸着剤を利用して染料を吸着して廃水からアゾ染料を分離し、その後アゾ染料吸着済みの吸着剤を脱色するのでアゾ染料分解微生物使用による廃水のＣＯＤ値等の上昇をさけることができる。

また、請求項１に記載の着色廃水の脱色処理方法によれば、染料吸着済みの吸着剤を脱色槽に投入してアゾ染料分解微生物のアゾレクターゼが働きやすい通性嫌気的条件下で脱色することができ、脱色後の吸着剤は再利用が可能で脱色剤などとして使用することができる。

本発明によれば、あらたな装置や装置の改造をしないで簡単な処理操作で脱色することができ、また廃水のＣＯＤ値を上昇させない脱色方法を提供することができる。

本発明に係る着色廃水吸着・脱色処理装置の一実施形態を示す模式図である。

以下、本発明を適用した具体的な形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は、例えば、図１に示すような構成の着色廃水の吸着・脱色装置１に適用される。

１．着色廃水の吸着・脱色装置１の構成
先ず、図１を参照して、着色廃水の吸着・脱色装置１の構成の概略について説明する。はじめにｐＨ調整槽１１があり、次に微生物によって好気的に有機物を分解する曝気槽１４〜１６が複数ある。

この複数の曝気槽（１４〜１６）の前に吸着槽１２があり吸着剤で着色廃水の染料が吸着される。そして、吸着後の吸着剤が脱色槽１３に移動され脱色される。後は、一般的な活性汚泥法で処理される。

２．着色廃水の吸着脱色処理方法
続いて、着色廃水の吸着脱色処理方法について説明する。廃水はｐＨ調整槽１１に移動され、ｐＨが調整される。その後、廃水は吸着槽１２に移動され、そこで着色廃水に混入している染料を吸着する吸着剤が添加される。そして吸着後の吸着剤は脱色槽１３に移動され脱色される。

次いで、吸着処理を終えた廃水に含まれている有機物は曝気槽（１４〜１６）で一般的な活性汚泥法で処理される。微生物の添加は随時どの曝気槽でも行える。

また、着色廃水の吸着を図る吸着槽、そして有機物を分解する曝気槽の数は最低１槽あれば良いが２槽以上でもよい。しかし、吸着槽と曝気槽の順序は変えられないものである。調整ｐＨ、曝気槽内部の温度、廃水の流量などは使用微生物の特性によって変えられる。

１．染色工場汎用染料脱色微生物の選定（スクリーニング）
染色工場で広く、かつ頻繁に使用されている染料２０種類を全体で最終濃度０．１％（ｗ／ｖ）になるように量り取り、精製水でよく混和した。この染料混合液を最終濃度０．０１％になるようにＹＭ液体培地（グルコース１．０％、ポリペプトン０．５％、酵母エキス０．３％、麦芽エキス０．３％）５ｍｌに添加し、オートクレーブ（１２１℃、１０ｍｉｎ）かけた。

それに、保存している８０株の微生物を白金耳で植菌した。３７℃、１５０ｒｐｍで１日間振とう培養した後、１日静置培養した。ここで視覚的に明らかに染料の色が低下した菌株を選び出した。

１日振とう培養した後、１日静置培養した結果、明らかに染料の色が低下した菌株（以下本菌という）を１株得た。本菌株は、香川県高松市屋島でサンプリングした土壌より分離した嫌気性の細菌であった。本菌株は、微生物ライブラリーナンバーにちなみ、ＫＩＴ−５６株と命名した。また、メーカーに本菌株の簡易同定を依頼した結果、Ｓ１６リボソームＲＮＡの相補ＤＮＡの全塩基配列がＣｈｒｙｓｅｏｂａｃｔｅｒｉｕｍｄａｅｃｈｅｏｎｇｅｎｓｅのそれと９９．８％の相同性があることがわかった。この方法でアゾ染料を脱色する微生物を分離することができる。

２．ＫＩＴ−５６株の培養条件と脱色との関係
アゾ染料の脱色には多くの場合、アゾレダクターゼ（アゾ基還元酵素）が関係していることが分かっている。また、アゾレダクターゼは好気的条件下よりも嫌気的条件下の方が働きやすいとされている。よって、本菌株が示す脱色活性の条件を調査するために、４８時間振とう培養、２４時間振とう培養後２４時間静置培養、４８時間静置培養の３通りに分けて、脱色状況にどのような変化が現れるのかを調査した。

４８時間振とう培養した培養液では、菌は増殖するものの、染料の色が脱色されなかった。一方、４８時間静置培養および２４時間振とう培養後２４時間静置培養の培養液は、菌が増殖し、脱色していた。そこで、これらを遠心分離し、菌体を除去した後の着色状況を確認した。すると、４８時間振とう培養した培養上清は、同様の培地に菌を植菌していない培地より少しだけ脱色されていたが、ほとんど着色が残っていた。

一方、４８時間静置培養および２４時間振とう培養後２４時間静置培養の培養上清は、完全ではないものの、ＹＭ液体培地とほとんど同様の色であった。よって、脱色は効率よく進んだということが考えられる。すなわち、ＫＩＴ−５６株の汎用染料に対する脱色機構は、アゾレダクターゼが関与している可能性が高いことを示唆している。また、アゾ染料脱色反応の際にはあらかじめ好気的な条件で培養し、菌体数を増やしておき、嫌気的な条件に移行することによってはじめてアゾ染料が脱色できる。

３．染料２０種類ごとの脱色結果
２０種類の染料それぞれを０．０１％添加したＹＭ液体培地（５ｍｌ）でのＫＩＴ−５６株による脱色状況を確認した結果、表２のような結果となった。表１は使用した染料名である。

アゾ染料は全て脱色されると本発明者らは考えていたが、あまり脱色されないものがあった。また、アゾ染料以外に脱色できる染料があるということがわかった。

４．カチオン化パルプの調整
紙の原料となるパルプを５ｇ量りとり５００ｍｌの精製水で膨潤（１日室温）させた後、ミキサーを使ってほぐした。次に、パルプのカチオン化を行うために、カチオン化剤（センカ）の５０倍希釈水溶液を２ｍｌ添加し１日放置した。

５．カチオン化パルプへの染料２０種類ごとの吸着実験
その後、２０．５ｇ（パルプ膨潤質量）ずつ量りとり、染色工場で頻繁に使用されている染料２０種類（０．１ｗ／ｖ％）を０．８２ｍｌ添加した（最終濃度、０．００４％）。

６．カチオン化パルプへの染料２０種類ごとの吸着結果
染料はしっかりパルプに吸着されており、パルプを遠心分離して得た上澄み液は、Ｎｏ．９、１８以外はほとんど無色になっていた。
７．染料吸着パルプのＫＩＴ−５６株による脱色実験

染料の吸着を終えたパルプを１ｇずつ量りとり、ＫＩＴ−５６株培養液５ｍｌ（４０％）に添加して３７℃で静置し、６０時間後での脱色率を調べた。

８．染料吸着パルプのＫＩＴ−５６株による脱色結果
Ｎｏ．５、７、１３は脱色が完全ではなかったが、その他のものは２４時間以内に染料が脱色された。

この結果より、着色廃水にＫＩＴ−５６株の培養液を添加し脱色を行うより、カチオン化パルプに染料を吸着させたあと脱色を行う方が、脱色できる染料が大幅に増え、かつ、染料の脱色にかかる脱色時間も大幅に短縮できるということが分かり、脱色後の吸着剤は再利用が可能で脱色剤などとして使用することができるという利点がある。さらに、廃水処理装置に直接アゾ染料分解微生物を入れないので有機物の上昇を防ぐことができ、また、脱色は別のところに設置した脱色槽で行うことができるので、新たな装置の設置や装置の改造は不要であるという利点もある。

１吸着・脱色処理装置
１１ｐＨ調整槽
１２吸着槽
１３脱色槽
１４，１５，１６曝気槽
１７沈澱槽

Claims

活性汚泥法を利用したアゾ染料によって着色された染色廃水の脱色処理方法であって、
前記アゾ染料を吸着剤によって吸着するアゾ染料吸着工程と、
前記アゾ染料吸着工程により、染料吸着済み吸着剤を回収する吸着剤回収工程と、
前記吸着剤回収工程により、染料吸着済み吸着剤が回収された後の廃水に対して、曝気槽で活性汚泥法を実施する第１脱色工程と、
前記吸着剤回収工程により、回収された染料吸着済み吸着剤に対して、アゾ染料分解微生物のアゾレダクターゼにより通性嫌気的条件下で脱色する第２脱色工程とを含むことを特徴とする染色廃水の脱色処理方法。