JPH10286588A - 排水の脱色および難分解性物質の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生物学的処理法で排水中の有色物質の分解
（脱色）および難分解性物質の分解を行い、安価でエネ
ルギー効率の高い排水の処理方法を提供する。 【解決手段】 処理対象となる排水で予め白色腐朽菌を
培養しながら馴致する工程と、この馴致された白色腐朽
菌を実排水が流入する反応槽に添加する工程と、この白
色腐朽菌が生成する分解酵素を利用して実排水中の有色
物質および難分解性物質を酸化分解する工程から構成さ
れる。白色腐朽菌を反応槽に添加する工程では、活性汚
泥法、微生物膜法、固定化微生物法等の各種の方式を採
用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は下水処理、し尿処
理、浸出液排水処理、小規模下水処理等における排水処
理方法に関し、更に詳細には、白色腐朽菌を使用して有
色物質を分解（脱色）し、また難分解性物質の酸化分解
を可能とした排水の脱色および難分解性物質の処理方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、下水処理・し尿処理・浸出液排
水処理・小規模下水処理等の排水中には広範囲の有機物
および無機物が含まれており、この中でも特に有色物質
の分解、即ち脱色や難分解性物質の除去は、従来から存
する生物反応除去設備では困難であった。例えば、通常
の下水処理において用いられる活性汚泥法、この活性汚
泥法の全プロセスを１つの完全混合反応槽で行う回分式
活性汚泥法、また微生物を樹脂材に固定して排水を通水
浄化する生物膜法等が存するが、これらの生物反応除去
設備では、例えば水溶性・低重合度・低分子量等の易分
解性物質の分解が限界であった。

【０００３】生物学的処理で脱色や難分解性物質の除去
が困難であるのは、有色物質や難分解性物質はその分子
間力が極めて強固であったり、一般のバクテリアがこれ
らに対する分解酵素を有しないためである。特に有色物
質は同時に難分解性物質であることが多く、排水を脱色
できないことは難分解性物質を分解できないことと同等
の意味を有している。

【０００４】難分解性物質は一般に水に不溶性であり、
高重合度および高分子量の物質であることが多く、特に
着色性の難分解性物質の具体例としては、フミン・リグ
ニン・メラノイジン関連化合物等がある。ここで、フミ
ンとはタンパク質を加水分解するときに生じる黒色不溶
物であり、リグニンとは木材中にセルロースに伴って２
０〜３０％存在する芳香族化合物である。このように生
物由来の有色化合物は従来の生物学的処理によっては分
解することが難かししい物質であることが多い。

【０００５】よって、従来の脱色又は難分解性物質の除
去は物理化学的処理に依存せざるを得なかった。物理化
学的処理法には、排水中に塩化第二鉄やＰＡＣ（ポリア
ルミニウムクロライド）等の無機系凝集剤を投入する凝
集沈殿法、次亜塩素酸ソーダ、オゾン等の強力な酸化剤
を多量に添加する酸化分解法そして紫外線照射による分
解法等がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】物理化学的処理法には
次のような欠点がある。凝集沈殿法は凝集剤を排水中に
投入してイオン化し、排水中の固形物を電気的に中和し
て強制的に沈殿させる方法であるが、凝集沈殿に寄与し
なかった凝集剤は処理水と一緒に放流されて環境汚染を
引き起こす。特に近年多用されている合成高分子凝集剤
であるポリアクリルアミドは凝集能の点で優れているも
のの、この物質自身が強い変異原性を示し、ポリアクリ
ルアミド中に含まれるモノマーのアクリルアミドに発ガ
ン性・神経毒があることからその残留性が危惧されてい
る。また、ＰＡＣもアルツハイマー病の発現物質として
その毒性が指摘されている。

【０００７】次亜塩素酸ソーダやオゾンはその強い酸化
力による漂白作用により有色物質の分解による脱色、特
に有機色素の脱色には大きな効果を有する。しかし、こ
れらの薬品代が高価であるばかりでなく、生物に対する
毒性が極めて強い。オゾンの場合には変異原性を有する
とともに発ガン性化合物の生成に関与することが知られ
ており、しかもオゾン発生装置は高価である。

【０００８】紫外線照射では薬品を全く使わないので環
境影響には最も安全であるが、紫外線照射設備が極めて
高価になる。高品質上水道の殺菌手段として紫外線は従
来より研究されているが、水中に懸濁物質や色度成分
（有色物質）があると紫外線が遮断されて殺菌能力が急
減する。このことは脱色作用においても同様であり、排
水の色度が高くなると紫外線到達距離が小さくなり、脱
色作用や難分解性物質の分解力が急減するという欠点が
あり、コストやメンテナンスを考慮すると余り実用化が
進んでいない。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の欠点を解
消するためになされたものであり、易分解性物質の分解
に効果のある生物学的処理方法を改良して、脱色や難分
解性物質の分解にも適用できるようにしたものである。
即ち、本発明に係る排水の脱色および難分解性物質の処
理方法は、処理対象となる排水で予め白色腐朽菌を培養
しながら馴致する工程と、この馴致された白色腐朽菌を
実排水が流入する反応槽に添加する工程と、この白色腐
朽菌が生成する分解酵素を利用して実排水中の有色物質
および難分解性物質を酸化分解する工程とを基本構成と
している。

【００１０】前記白色腐朽菌を反応槽に添加する工程
で、活性汚泥法を用いる方式、白色腐朽菌を吸着固定し
た微生物膜を用いる方式、更に白色腐朽菌の固定化微生
物を作成して反応槽内に懸濁させる方式を具体例として
提供する。

【００１１】前記反応槽で脱色および分解処理された排
水を膜分離装置又は沈殿池に導入して白色腐朽菌・分解
物等の固形成分と清澄な処理水に分離する処理方法を提
供する。

【００１２】前記反応槽を多段に設け、また送気ブロア
により反応槽を曝気して反応効率を高める処理方法を提
供する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明は排水の脱色や難分解性物
質の除去に微生物を利用することを意図したものであ
る。易分解性の有機性物質の除去は、従来から活性汚泥
法などの微生物による酸化分解能力を利用している。こ
の方式は、微生物の生物活性を利用するため、簡単な設
備で効率よく混入物質を除去することが可能となる。排
水中の脱色および難分解性物質の除去が微生物を利用し
て可能となれば、安価な省エネルギーシステムの構築が
可能となる。また、前述したように脱色の対象となる有
色成分は構造的に難分解性物質と同じ成分であることが
多く、両物質の同時除去も可能となる。

【００１４】本発明者等は排水の脱色および難分解性物
質を分解する微生物を鋭意研究した結果、カビ菌の一種
である白色腐朽菌が本発明の目的を達成できることを見
出すに至った。本発明で用いる白色腐朽菌とは担子菌類
に属し、一般的に木材を腐朽させる担子菌のうちセルロ
ース・リグニンを強力に分解する能力を持つ担子菌のこ
とである。具体的にはコリオラス属（Ｃｏｒｉｏｌｕ
ｓ）、レンツィテス・ベツリナ（Ｌｅｎｚｉｔｅｓ ｂ
ｅｔｕｌｉｎａ）、プレウロトゥス・オストゥレアトゥ
ス（Ｐｌｅｕｒｏｔｕｓ ｏｓｔｒｅａｔｕｓ）等の好
気性菌が存し、特に財団法人発酵研究所（ＩＦＯ）から
入手できるコリオラス・ヒルストゥス（Ｃｏｒｉｏｌｕ
ｓ ｈｉｒｓｕｔｕｓ）ＩＦＯ４９１７株は、本発明に
とって最も好ましい白色腐朽菌である。もちろん、上述
した白色腐朽菌のみならず他の公知の白色腐朽菌も本発
明に利用することが出来る。

【００１５】更に、白色腐朽菌の脱色および難分解性物
質分解能は、白色腐朽菌が生成する過酸化水素および過
酸化水素分解酵素（ペルオキシダーゼ）に依っているこ
とが本発明者等の研究によって明らかとなった。即ち、
白色腐朽菌が生成した過酸化水素を同時に生成したペル
オキシダーゼが分解して活性酸素が作られ、この活性酸
素が有色物質を酸化分解して脱色し、また難分解性物質
を酸化分解するのである。

【００１６】本発明の白色腐朽菌はまず液体培地である
ＧＰＹ培地（例えば、２．０％グルコース、０．３％ペ
プトン、０．２％酵母エキス、残部蒸留水、ｐＨ６．
０）に接種され、２０〜３０℃で２〜４日間振盪培養さ
れる。白色腐朽菌の培地としては上記ＧＰＹ培地以外に
公知の寒天培地でも構わない。

【００１７】次に、この菌体を対象となる排水で、更に
２〜１０日間培養しながら馴致（馴養）する。この前処
理は本発明にとって重要な要件で、白色腐朽菌を対象と
なる排水に順次馴れさせるためのものである。排水の有
色成分の量により濃度を２０〜１００％に調整する。排
水の有色成分濃度は色度によって表わされ、色度の高い
排水の場合には馴致を濃度の低いものから高いものへと
複数段に分割してもよい。例えば、５０％濃度で馴致し
た後１００％濃度で馴致し、次の実排水処理に効果的に
移行する等、実排水処理段階で最大効率を挙げるように
工夫できる。

【００１８】次に、実排水処理では、馴致しながら培養
した白色腐朽菌の菌体をペレット状（粒状）に採取し、
これを種菌として利用する。この菌体を濃縮したもの、
運搬・取扱いを容易にするために乾燥したもの、また希
釈したもの等、様々な菌体が本発明の対象となる。この
菌体が後述する反応槽に添加される。更に、実排水処理
では有機物の含量が少ない場合も存するため、白色腐朽
菌を保持する反応槽内において菌体を培養するため、炭
素源としてグルコース、スクロース、フルクトース等の
糖類や、アルコール類、有機酸を所定量添加することが
望ましい。

【００１９】本発明を実排水処理に適用するためには次
の３種類の方式が考えられる。第１は活性汚泥法、第２
は微生物膜法および第３は固定化微生物法である。しか
し、どの方法であっても好気性の白色腐朽菌を活性化す
るために、反応槽には酸素を含む気体、主には空気を供
給し、反応槽内の溶存酸素ＤＯは０．５ｍｇ／ｌ以上を
維持することが望ましい。又、反応槽内の水温は１５〜
３０℃、望ましくは２５〜３０℃に維持する。下限以下
では白色腐朽菌の活性が低下し、上限以上では菌を安定
に保持できないからである。

【００２０】図１は活性汚泥法による実排水処理方式で
ある。反応槽Ｒの中には実排水である原水ＯＷと前述し
た白色腐朽菌との混合液ＭＷが貯溜されている。ブロワ
ーＢから送入される空気は曝気装置Ｓにより細かな気泡
となって混合液ＭＷ中に混入してゆき、好気性の白色腐
朽菌に空気を与える。混合液ＭＷ中で白色腐朽菌は原水
ＯＷに含まれる有機物または外部から投入される炭素源
を分解しながら増殖し、フロック状の塊となって混合液
中に懸濁状に浮遊する。

【００２１】増殖した白色腐朽菌が放出する分解酵素に
より原水ＯＷ中に含まれる有色物質は分解されて脱色
し、また難分解性物質もより小さな分子へと分解され
る。これらの分解物はガスとして消散したり、栄養源と
して菌を増殖させたり、また凝集して懸濁状に浮遊す
る。

【００２２】混合液ＭＷはポンプＰにより膜分離装置Ｍ
Ｓに送出される。反応槽Ｒ内での白色腐朽菌の沈殿性が
比較的小さいこともあり、本方式では白色腐朽菌・分解
物等の固形成分ＦＳと処理水ＴＷとの固液分離を膜分離
装置ＭＳにより行うことにした。処理水ＴＷは膜分離
後、処理水タンク（図示省略）に送液される。膜として
は逆浸透膜が利用でき、例えばＭＦ膜、ＵＦ膜、ＲＯ膜
等が用いられ、混合液ＭＷを高圧ポンプにより逆浸透膜
を透過させて固液分離する。固形成分ＦＳは再び反応槽
Ｒにフィードバックされる。このようにして原水ＯＷを
連続処理してゆく。

【００２３】図２は微生物膜法による実排水処理方式を
示す。樹脂板の表面に排水で馴致された白色腐朽菌を公
知の固定化技術を使って固定化する。即ち、樹脂板の表
面に微生物膜が形成されることにより微生物膜法と称す
る。この微生物膜を形成した樹脂板を通水可能な隙間を
有しながら多段に積層して樹脂モジュールＰＭを形成す
る。この樹脂モジュールＰＭを反応槽Ｒ内に装填し、原
水ＯＷを樹脂モジュールＰＭ内に通水させながら、原水
ＯＷが微生物膜と接触して排水が脱色され、また同時に
排水中に含まれる難分解性物質が白色腐朽菌により酸化
分解されてゆく。ブロワーＢおよび曝気装置Ｓの作用は
第１図と同様である。

【００２４】分解物の含まれる中間水ＩＷは沈殿池ＰＰ
に送液され、この沈殿池ＰＰ内にて分解物等の固形物が
沈降する。清澄な上澄液は処理水ＴＷとして処理水タン
ク（図示省略）に送液される。

【００２５】図３は固定化微生物法による実排水処理方
式を示す。微生物を固定化する方法として、不溶性担体
に微生物を結合する担体結合法、微生物同士を試薬を用
いて架橋結合する架橋法および高分子ゲルの微細な網目
の中や半透性ポリマーの皮膜内に微生物を封入する包括
法が存する。図３においては、水溶性高分子ゲル内部に
白色腐朽菌を封入固定した包括法が用いられている。

【００２６】固定化微生物ＦＭを反応槽Ｒ内の混合液Ｍ
Ｗ内に浮遊させ、原水ＯＷ中の有色物質を脱色分解する
と共に他の難分解性物質も同時に酸化分解する。ブロワ
ーＢおよび曝気装置Ｓの作用は図１と同様である。分解
後、中間水ＩＷは沈殿池ＰＰに送液され、分解物や固定
化微生物等の固形成分を沈降させた後、清澄な上澄液が
処理水ＴＷとして処理水タンク（図示省略）に送出され
る。

【００２７】

【実施例】コリオラス・ヒルストゥスＩＦＯ４９１７株
を主菌とする白色腐朽菌を用いた脱色例を次に示す。使
用した排水はし尿を膜分離して固形成分を除去した分離
液で、表１に示すように原液Ａ，ＢおよびＣの３種類に
つき実施し、その色度は２２００〜３０２０であった。
なお、色度は次のようにして求められた。排水を０．５
Ｍ酢酸ナトリウム緩衝液で適宜希釈した後、波長Ａ４６
５ｍｍを用いて試料の吸光度を測定し、白金−コバルト
法に従って色度を次式により算出した。 色度＝（試料の吸光度）×希釈倍率×１０００／０．２
７２

【００２８】

【表１】

【００２９】この分離液で白色腐朽菌、具体的にはコリ
オラス・ヒルストゥスＩＦＯ４９１７株を主体とした白
色腐朽菌を馴致し、この馴致した菌を用いて前記分離液
を図１の活性汚泥法により連続処理した。即ち、白色腐
朽菌をまずＧＰＹ培地に接種し、２５℃で４日間培養し
た。この菌体を分離液で更に７日間培養して馴致した。
この馴致した菌体を種菌として、図１の活性汚泥法にて
反応槽内をＤＯ２ｍｇ／ｌ、水温２５℃に維持した。表
１に示される様に処理水と分離液の色度から除去率とし
て約８０％に近い数値が得られ、十分な色度除去能が確
認された。なお、反応槽内では炭素源としてエタノール
を用いた。

【００３０】本発明は上記実施態様および実施例に限定
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、設計変更等をその技術的範
囲に包含するものである。

【００３１】

【発明の効果】本発明ではカビ菌の一種である白色腐朽
菌という特殊な微生物を利用した生物処理法により従来
の生物処理法では得られなかった排水の色度除去を可能
とし、同時に難分解性物質の分解除去を達成したもので
ある。従って、物理化学的処理に頼っていた従来技術と
比較すると、極めて安価にしかも大幅なエネルギー削減
効果を有する排水の処理方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】活性汚泥法による実排水処理方式の構成図であ
る。

【図２】微生物膜法による実排水処理方式の構成図であ
る。

【図３】固定化微生物法による実排水処理方式の構成図
である。

【符号の説明】

Ｂ…ブロワー、ＦＳ…固形成分、ＦＭ…固定化微生物、
ＩＷ…中間水、ＭＷ…混合水、ＭＳ…膜分離装置、ＯＷ
…原水、Ｐ…ポンプ、ＰＰ…沈殿池、ＰＷ…樹脂モジュ
ール、Ｒ…反応槽、Ｓ…曝気装置、ＴＷ…処理水。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理対象となる排水で予め白色腐朽菌を
   培養しながら馴致する工程と、この馴致された白色腐朽
   菌を実排水が流入する反応槽に添加する工程と、この白
   色腐朽菌が生成する分解酵素を利用して実排水中の有色
   物質および難分解性物質を酸化分解する工程とからなる
   排水の脱色および難分解性物質の処理方法。
2. 【請求項２】 前記白色腐朽菌がコリオラス・ヒルスト
   ゥス（Ｃｏｒｉｏｌｕｓ ｈｉｒｓｕｔｕｓ）である請
   求項１に記載の処理方法。
3. 【請求項３】 前記白色腐朽菌を反応槽に添加する工程
   で、活性汚泥法を用いる請求項１または２に記載の処理
   方法。
4. 【請求項４】 前記白色腐朽菌を反応槽に添加する工程
   で、まず白色腐朽菌を吸着固定した微生物膜を作成し、
   この微生物膜を反応槽内に配置する請求項１または２に
   記載の処理方法。
5. 【請求項５】 前記白色腐朽菌を反応槽に添加する工程
   で、まず白色腐朽菌の固定化微生物を作成し、この固定
   化微生物を反応槽内に懸濁させた請求項１または２に記
   載の処理方法。
6. 【請求項６】 前記反応槽で処理された排水を膜分離装
   置に導入し、白色腐朽菌等の固形成分と清澄な処理水に
   分離する請求項１ないし５に記載の処理方法。
7. 【請求項７】 前記反応槽で処理された排水を沈殿池に
   導入し、白色腐朽菌等の固形成分と清澄な処理水に分離
   する請求項１ないし５に記載の処理方法。
8. 【請求項８】 前記反応槽を多段に設ける請求項１ない
   し７に記載の処理方法。
9. 【請求項９】 送気ブロアにより反応槽を曝気する請求
   項１ないし８に記載の処理方法。