WO2022215335A1 - リサイクル水の製造方法 - Google Patents

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WO2022215335A1
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treatment
treated water
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明日香 福本
優 平野
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株式会社カネカ
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    • C02F3/342—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used characterised by the enzymes used

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing recycled water and a method for producing polyhydroxyalkanoic acid (hereinafter also referred to as "PHA").
  • PHA polyhydroxyalkanoic acid
  • Biodegradable plastics are completely biodegraded by microorganisms in the soil or water, and are incorporated into the carbon cycle process of the natural world. use is desired.
  • Plant-derived biodegradable plastics such as PHA have attracted attention as typical biodegradable plastics.
  • PHA is an aliphatic polyester (thermoplastic polyester) that is produced by microorganisms using plant-derived natural organic acids and fats and oils as a carbon source and accumulates in cells as an energy storage substance.
  • an object of the present invention is to provide a method for producing recycled water, which can greatly reduce chemical cleaning of the membrane when producing recycled water from waste water, and can substantially eliminate fouling of the membrane only by cleaning with water. That's what it is.
  • one aspect of the present invention provides a method for producing recycled water, comprising the following steps (A) to (D): (A) anaerobic treatment and aerobic (B) a pretreatment filtration step in which the treated water obtained in the step (A) is pretreated and filtered by a membrane separation activated sludge method; (C) the obtained in the step (B) (D) a filtering step of filtering the treated water obtained in the step (C) with an ion removal membrane;
  • a method for producing recycled water that can eliminate membrane fouling substantially only by cleaning without chemically cleaning the membrane when producing recycled water from waste water. can be done.
  • a method for producing recycled water according to an embodiment of the present invention includes the following steps (A) to (D): (A) waste water discharged in the PHA production process; , (B) a pretreatment filtration step in which the treated water obtained in the step (A) is pretreated and filtered by a membrane separation activated sludge method, (C ) an alkali treatment step in which the treated water obtained in the step (B) is treated with an alkali; and (D) a filtering step in which the treated water obtained in the step (C) is filtered through an ion removal membrane.
  • Membrane filtration is a typical wastewater recycling method.
  • the membrane filtration method can cause fouling (clogging) due to fine and sticky suspensions in the waste water. Therefore, the membrane must be operated with repeated washings.
  • there are two known methods for cleaning membranes (1) physical cleaning, typically back pressure cleaning in which filtered water flows from the permeation side (secondary side), and (2) chemical cleaning using chemicals. ing.
  • the present inventors conducted extensive studies with the aim of providing a method for producing recycled water that does not require chemical cleaning in order to extend the usable period of the membrane, and as a result, found the following findings.
  • Certain metal ions cause irreversible fouling of membranes.
  • the treated water is subjected to an alkali treatment step to precipitate the specific fouling substances contained in the treated water as solids in advance, thereby removing the ions.
  • an alkali treatment step to precipitate the specific fouling substances contained in the treated water as solids in advance, thereby removing the ions.
  • To be able to suppress irreversible fouling on the removal film. ⁇ By carrying out the alkali treatment process for the treated water before performing the filtration process using the ion removal membrane, fouling of the membrane can be eliminated only by washing with water.
  • the method of manufacturing recycled water which includes the characteristic steps described above, has never existed before and is an extremely superior technology.
  • the present inventor produced PHA using the recycled water obtained by the above production method, and surprisingly succeeded in obtaining PHA with high thermal stability.
  • the present invention will be described in detail below.
  • substantially only water washing may be used as long as water washing is the main washing mode, and does not preclude including other washing modes in addition to water washing.
  • substantially only water cleaning may include chemical cleaning in addition to water cleaning, using a smaller amount than usual.
  • only water washing is intended.
  • Anaerobic treatment and aerobic treatment by microorganisms are not particularly limited, and can be performed by general methods used in water treatment.
  • Anaerobic treatment for example, decomposes high-molecular-weight carbohydrates, lipids, etc. into organic acids, lower alcohols, etc. by the action of acid-producing bacteria, and then converts them into organic acids, lower alcohols, etc. by the action of granular methanogens. etc. may be decomposed into methane gas and carbon dioxide gas.
  • the anaerobic treatment apparatus can be composed of, for example, an acidification tank in which the acidogenic bacteria react and an EGSB-type methanogenic reaction tank in which the methanogenic bacteria react.
  • Step (B) The step (B) in the present production method is a pretreatment filtration step in which the treated water obtained in the step (A) is pretreated and filtered by a membrane separation activated sludge method.
  • the step (B) it is possible to remove the large particle size substances contained in the waste water which are not decomposed in the step (A).
  • the pretreatment filtration process by the membrane separation activated sludge method is not particularly limited, and can be performed by a general method used in water treatment.
  • a UF membrane or MF membrane bioreactor membrane separation activated sludge method osmosis membrane (MBR) is installed in an aeration tank (activated sludge treatment tank) or a reaeration tank (activated sludge treatment tank). This can be done in a well-equipped device.
  • the membrane pores of the MF membrane are not particularly limited, but may be, for example, about 0.4 ⁇ m. Also, the membrane pores of the UF membrane are not particularly limited, but may be, for example, about 0.05 ⁇ m.
  • step (C) when the alkali treatment in step (C) is not performed, the salt concentration of the water that does not permeate the membrane increases in the filtration step using the membrane in step (D), and as a result, crystals form on the surface of the ion removal membrane. Precipitate. If the filtration is continued, the precipitation of crystals is repeated, so that the crystals grow and adhere firmly to the ion removal membrane, clogging the membrane. Therefore, in the conventional technique, it is necessary to remove crystals adhering to the film surface by chemical cleaning. However, by carrying out the alkali treatment in step (C), crystals are precipitated before filtration through the membrane, so that the crystals do not adhere firmly to the membrane.
  • the method of carrying out the alkali treatment in step (C) is not particularly limited as long as it is a method capable of adjusting each parameter of the treated water to a desired value. From the viewpoint of facilitating adjustment of each parameter, the alkali treatment is preferably carried out by adding an alkaline aqueous solution.
  • the pH of the treated water is preferably adjusted to 7.0 to 11.0, more preferably 8.0 to 11.0, and adjusted to 8.5 to 11.0. is more preferred. If the pH is 7.0 or higher, metal salts will precipitate in the treated water. Also, if the pH is 11.0 or less, deterioration of the ion removal membrane can be prevented.
  • the turbidity of the treated water is preferably 0.1 or higher, more preferably 0.2 or higher, and even more preferably 0.3 or higher. If the turbidity is 0.1 or more, the solid content is sufficiently precipitated. Moreover, the upper limit of the turbidity of the treated water is preferably 30 or less, more preferably 20 or less, still more preferably 10 or less, and particularly preferably 5 or less. If the turbidity is 30 or less, it does not interfere with the filtration of treated water. The turbidity of the treated water is measured by the method described in Examples below.
  • the FI value of the treated water is preferably 4.5 or more, more preferably 5.0 or more, even more preferably 5.5 or more, and 6.0 or more. It is particularly preferred that it is at least 6.5, and more preferably at least 6.5. If the FI value is within the above range, the solid content is sufficiently precipitated in the treated water.
  • the upper limit of the FI value is not particularly limited.
  • the "FI value" is derived by the following formula (1).
  • PF indicates the blockage factor
  • T1 indicates the time required for 500 mL of treated water to permeate the ion removal membrane
  • T2 indicates that after T1 is measured, another 500 mL of treated water is treated with the same ion. The time required to permeate the removal membrane is shown. Also, T indicates the time from the time when the measurement of T1 is started to the time when the measurement of T2 is started.
  • the method for precipitating the solid is not particularly limited, but it can be carried out, for example, by pH adjustment, concentration, temperature control, and the like.
  • said multiply charged ions are Si 2+ , Ca 2+ , PO 4 2 ⁇ , SO 4 2 ⁇ , Mg 2+ , Mn 2+ , Zn 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Sr 2+ , Cu 2+ , Al 3+ , and Sn 3+ .
  • monovalent ions such as Na + , K + , and NH 4+
  • anions such as Cl ⁇ and NO 3 ⁇
  • the polyvalent ions have low solubility in water and tend to precipitate as solids, which can cause fouling of the ion removal membrane.
  • the present production method preferably further includes the following step (C'').
  • the method for sedimentation and removal of precipitated solids is not particularly limited, but it can be carried out, for example, by using a centrifugal sedimentation machine, a thickener, or the like.
  • a scale inhibitor may be added when performing step (C). Addition of the scale inhibitor makes it more difficult for crystals to grow on the surface of the ion removal film.
  • Usable scale inhibitors are not particularly limited, but examples thereof include Genesys LF (manufactured by Genesys), PC-191T (manufactured by Katayama Nalco), Kuriverta N series (manufactured by Kurita Water Industries) and the like.
  • the amount of the scale inhibitor to be added is not particularly limited, but may be, for example, 1 to 50 ppm.
  • Step (D) The step (D) in this production method is a filtration step of filtering the treated water obtained in the step (C) with an ion removal membrane.
  • the step (D) can remove the solid matter deposited in the step (C).
  • the treated water that has passed through the step (D) becomes recycled water.
  • recycled water means water that can be used for PHA production, which is obtained by performing the steps (A) to (D) on the wastewater discharged in the PHA production process. intended to
  • the ion-removing membrane in step (D) preferably has a MgSO 4 blocking rate of 60 to 100%, more preferably 70 to 100%, and 90 to 100% at 20° C. under a pressure of 3000 kPa. is more preferred. If the MgSO4 rejection is 60% or more, the ion permeability of the ion removal membrane will not be high. Further, when the obtained recycled water is used for refining PHA, the decrease in molecular weight at high temperatures is likely to be suppressed.
  • the transmembrane pressure difference of the ion removal membrane in step (D) is not particularly limited, it is preferably 0.4 MPa to 4.14 MPa, more preferably 0.5 MPa to 2.5 MPa, from the viewpoint of ion removal rate. , 0.6 MPa to 2.0 MPa. If the transmembrane pressure difference is 0.4 MPa or more, the permeation water amount and the ion removal rate do not decrease, and if it is 4.14 MPa or less, the membrane is less likely to break.
  • the transmembrane pressure difference of the ion removal membrane is measured by the method described in Examples below.
  • the timing of cleaning the ion removal membrane is not particularly limited, but for example, it is preferably performed when the transmembrane pressure difference of the ion removal membrane reaches 4.14 MPa or more, and is performed when it reaches 2.5 MPa or more. is more preferable, and it is even more preferable to carry out when the pressure reaches 2.0 MPa or more.
  • the transmembrane pressure difference of the ion removal membrane reaches 4.14 MPa or more, the ion removal membrane is washed to maintain the transmembrane pressure difference within the preferred range.
  • the time for cleaning the ion removal membrane is not particularly limited as long as the transmembrane pressure difference of the ion removal membrane can be sufficiently reduced, but may be, for example, 30 minutes or longer.
  • the permeation rate of the ion removal membrane in step (D) is preferably 0.01 to 2000 L/min, more preferably 0.5 to 1500 L/min. Productivity improves as permeation rate is 0.01 L/min or more. Also, if the permeation rate is 2000 L/min or less, the ion removal membrane is less likely to be damaged.
  • the water temperature of the treated water during filtration in step (D) is not particularly limited, but is preferably 50°C or lower, more preferably 45°C or lower. If the water temperature of the treated water is 50° C. or less, the membrane is less likely to deteriorate. Although the lower limit of the water temperature of the treated water is not particularly limited, it is preferably 1° C. or higher from the viewpoint of smooth filtration.
  • step (D) it is preferable to wash the ion removal membrane periodically in order to remove the precipitated metal salt.
  • Flushing cleaning is physical cleaning in which low-pressure, high-flow water is run for the purpose of removing initial contamination of the ion removal membrane.
  • the water used for flushing cleaning may be simple tap water, but from the viewpoint of efficiency and cost, it is preferable to use recycled water that has passed through an ion removal membrane.
  • the pressure during flushing cleaning may be such that the primary pressure of the ion removal membrane is 0.29 MPa or less.
  • the flow rate of the recycled water may be set to 6 m/min or more.
  • the ion removal membrane it is preferable to use one or more selected from the group consisting of an NF membrane and an RO membrane because of its high ion (e.g., calcium ion) removal performance, and it is more preferable to use an RO membrane. .
  • a method for producing a PHA according to an embodiment of the present invention comprises a step (a) of crushing or solubilizing microbial cells containing a PHA, and and a step (b) of separating PHA in the resulting composition, wherein recycled water produced by the present production method is used in said step (a) and said step (b). is a manufacturing method.
  • the thermal stability of the PHA can be improved by using the recycled water produced by the production method of the present invention.
  • 3-hydroxyalkanoic acids include, for example, 3-hydroxyhexanoic acid (hereinafter also referred to as "3HH"), 3-hydroxyheptanoic acid, 3-hydroxyoctanoic acid, 3-hydroxynonanoic acid, 3-hydroxy decanoic acid, 3-hydroxyundecanoic acid, 3-hydroxydodecanoic acid, 3-hydroxytridecanoic acid, 3-hydroxytetradecanoic acid, 3-hydroxypentadecanoic acid, 3-hydroxyhexadecanoic acid and the like.
  • 3HH 3-hydroxyhexanoic acid
  • 3-HH 3-hydroxyheptanoic acid
  • 3-hydroxyoctanoic acid 3-hydroxynonanoic acid
  • decanoic acid 3-hydroxyundecanoic acid
  • 3-hydroxydodecanoic acid 3-hydroxytridecanoic acid
  • 3-hydroxytetradecanoic acid 3-hydroxypentadecanoic acid
  • 3-hydroxyhexadecanoic acid and the like 3-hydroxyhexadecano
  • poly(3-hydroxybutyric acid), poly(3-hydroxybutyric acid-co-3-hydroxyhexanoic acid), poly(3-hydroxybutyric acid-co-3 -3-hydroxyoctanoic acid) and the like are preferred, and poly(3-hydroxybutyric acid-co-3-hydroxyhexanoic acid) is particularly preferred.
  • the composition ratio of each monomer unit constituting the binary copolymer PHBH of 3HB and 3HH is not particularly limited. It may be mol %, it may be 1 to 25 mol %, or it may be 1 to 15 mol %.
  • the microorganism having the ability to produce PHA is not particularly limited, and is a microorganism isolated from nature or a microorganism deposited with a strain depository (e.g., IFO, ATCC, etc.), or Mutants, transformants, etc. that can be prepared from can be used.
  • a strain depository e.g., IFO, ATCC, etc.
  • Mutants, transformants, etc. that can be prepared from can be used.
  • the genus Cupriavidus the genus Alcaligenes, the genus Ralstonia, the genus Pseudomonas, the genus Bacillus, the genus Azotobacter, the genus Nocardia, the genus Aeromonas and the like.
  • strains such as A. lipolytica, A. latus, A.
  • a transformant obtained by introducing a desired PHA synthase gene and/or a mutant thereof into the microorganism. can also be used.
  • the PHA synthase gene used for the preparation of such a transformant is not particularly limited, but a PHA synthase gene derived from Aeromonas caviae is preferable.
  • the culture method is not particularly limited, but methods such as those described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-93049, International Publication No. 2008/010296, etc. can be used.
  • the PHA-containing microbial cells the bacterial cell culture medium containing the PHA-containing microbial cells is used as it is after the completion of the cultivation, or the sterilized bacteria after killing the bacterial cells by heating the bacterial cell culture medium.
  • Body culture fluid can be used.
  • the sterilization may be performed, for example, by heat treatment at a temperature of 50-80° C. for 5-120 minutes.
  • the alkaline compound is not particularly limited as long as it can destroy the cell walls of the PHA-containing microbial cells and allow the PHA in the cells to flow out of the cells.
  • Examples include sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, and the like.
  • alkali metal hydroxides alkali metal carbonates such as sodium carbonate and potassium carbonate, alkali metal hydrogen carbonates such as sodium hydrogen carbonate and potassium hydrogen carbonate, alkali metal salts of organic acids such as sodium acetate and potassium acetate , alkali metal borates such as borax, alkali metal phosphates such as trisodium phosphate, disodium hydrogen phosphate, tripotassium phosphate and dipotassium hydrogen phosphate, alkaline earths such as barium hydroxide Metal hydroxides, aqueous ammonia and the like can be mentioned.
  • sodium hydroxide, sodium carbonate, potassium hydroxide, and lithium hydroxide are preferable from the viewpoint of being suitable for industrial production and reducing costs.
  • proteolytic enzymes include, but are not limited to, alcalase, pepsin, trypsin, papain, chymotrypsin, aminopeptidase, carboxypeptidase, and the like.
  • Specific proteolytic enzymes include, for example, "Protease A”, “Protease P”, “Protease N” (manufactured by Amano Enzyme), “Alcalase”, “Esperase”, “Zavinase”, and “Evalase” (manufactured by Novozymes, Inc.) can be industrially used, and can be suitably used from the viewpoint of decomposition activity.
  • cell wall-degrading enzymes include, but are not limited to, lysozyme, amylase, cellulase, maltase, saccharase, ⁇ -glycosinase, ⁇ -glycosinase, and the like.
  • lysozyme is preferably used from the viewpoint of the bacteriolytic effect.
  • Specific cell wall degrading enzymes include, for example, “Lysozyme” (manufactured by Huayuan Jingmao, Shandong province), “Biozyme A”, “Cellulase A “Amano” 3", “Cellulase T “Amano” 4", and “ ⁇ -Glucosidase.”
  • “Amano” manufactured by Amano Enzymes
  • “Termamil” “Cellsoft” (manufactured by Novozymes) and the like can be used industrially.
  • the above-mentioned enzyme treatment is preferably carried out in the presence of a surfactant in order to obtain a high separation and purification effect.
  • a surfactant for example, an enzyme composition containing an enzyme and one or more additives selected from the group consisting of an enzyme stabilizer, a surfactant, an anti-soil redeposition agent, and the like may be used. .
  • Surfactants include anionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants, and nonionic surfactants.
  • Anionic surfactants and/or nonionic surfactants are preferred from the standpoint of a high effect of removing residues due to destruction of cell membranes.
  • An anionic surfactant is preferably used for the purpose of removing proteins and the like, and a nonionic surfactant is preferably used for the purpose of removing fatty acids and fats and oils.
  • both anionic and nonionic surfactants can be used. When both are used, the weight ratio of the anionic surfactant/nonionic surfactant is preferably 1/100 to 100/10, more preferably 5/100 to 100/20, more preferably 5/100 to 100/100. 5/100 to 50/100 is particularly preferred.
  • anionic surfactants include alkyl sulfates, alkylbenzenesulfonates, alkyl sulfates, alkenyl sulfates, alkyl ether sulfates, alkenyl ether sulfates, ⁇ -olefinsulfonates, ⁇ - Examples include sulfo fatty acid salts, esters of ⁇ -sulfo fatty acid salts, alkyl ether carboxylates, alkenyl ether carboxylates, amino acid type surfactants, N-acylamino acid type surfactants, and the like.
  • alkyl sulfates having 12 to 14 carbon atoms in the alkyl group linear alkylbenzene sulfonates having 12 to 16 carbon atoms in the alkyl group, alkyl sulfate salts or alkyl ether sulfates having 10 to 18 carbon atoms in the alkyl group
  • Ester salts are preferred, and the counterions are preferably alkali metals such as sodium and potassium, alkaline earth metals such as magnesium, and alkanolamines such as monoethanolamine, diethanolamine and triethanolamine.
  • nonionic surfactants include polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyethylene alkylphenyl ethers, polyoxyalkylene alkyl ethers, fatty acid sorbitan esters, alkyl polyglucosides, fatty acid diethanolamides, and alkyl monoglyceryl ethers.
  • Polyoxyethylene alkyl ethers and polyoxyalkylene alkyl ethers are preferred because of their high hydrophilicity and relatively good biodegradability.
  • amphoteric surfactants examples include carbobetaine type and sulfobetaine type.
  • the amount of the surfactant to be added is not particularly limited, but is preferably 0.001 to 10 parts by weight, and more preferably 0.001 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the cell culture solution. .
  • One type of surfactant may be used alone, or two or more types may be used in combination.
  • Enzymatic treatment is preferably carried out, for example, by adding an alkaline compound and/or a surfactant to the cell culture solution and stirring the mixture. Enzyme treatment conditions are preferably controlled under the optimum value of the enzyme used. The required amount of enzyme depends on the type and activity of the enzyme. Although not particularly limited, it is preferably 0.001 to 10 parts by weight, more preferably 0.001 to 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of PHA.
  • the physical crushing treatment is preferably carried out after adding an alkaline compound, or an alkaline compound and a surfactant, from the viewpoint of enhancing the crushing effect and facilitating recovery of PHA.
  • an alkaline compound, or an alkaline compound and a surfactant those described above can be appropriately used.
  • the alkaline compounds described above sodium hydroxide, sodium carbonate, potassium hydroxide, and lithium hydroxide are preferable as the alkaline compound from the viewpoint of suitability for industrial production and cost reduction.
  • the amount of the surfactant to be added is not particularly limited, but is preferably 0.001 to 10 parts by weight, and more preferably 0.001 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the cell culture solution. .
  • One type of surfactant may be used alone, or two or more types may be used in combination.
  • the device for physical crushing is not particularly limited, but examples include a high-pressure homogenizer, an ultrasonic crusher, an emulsifying disperser, a bead mill, and the like.
  • a high-pressure homogenizer is preferable from the point of crushing efficiency, and the type in which the suspension is introduced into a pressure-resistant container having a fine opening and is extruded from the opening by applying high pressure is more preferable.
  • this type of crusher include a high-pressure homogenizer model "PA2K type" manufactured by Nirosoavi.
  • step (a) the chemical treatment and the physical crushing treatment may be used together.
  • step (a) may be performed only by physical crushing.
  • Recycled water produced by this production method can be used as water in step (a).
  • Recycled water can be used, for example, during the addition of surfactants, alkaline compounds, and the like.
  • the recycled water it is possible to reduce the amount of water consumed, thereby reducing the cost. Also, the use of recycled water improves the thermal stability of the obtained PHA.
  • the recycled water preferably has a calcium ion concentration of 4.5 mg/L or less, more preferably 3.0 mg/L or less, and even more preferably 2.0 mg/L or less.
  • concentration of calcium ions in the recycled water is 4.5 mg/L or less, the effect of suppressing thermal decomposition of PHA is exhibited.
  • sodium ion concentration of the recycled water is preferably 450 mg/L or less, more preferably 250 mg/L or less, and even more preferably 220 mg/L or less.
  • concentration of sodium ions in the recycled water is 450 mg/L or less, the effect of suppressing thermal decomposition of PHA is exhibited.
  • step (b) the PHA in the composition obtained in step (a), such as the lysate, is separated. Separation is not particularly limited, and solid-liquid separation can be performed using a method such as filtration, sedimentation, centrifugation, etc., and the PHA can be recovered from the water-insoluble components. Centrifugation is preferred from the viewpoint of industrial mass processing and continuous use.
  • the centrifuge is not particularly limited, it is preferably a centrifugal sedimentator having a rotating container without holes, and examples thereof include a separating plate type, a cylindrical type, and a decanter type.
  • PHA particles have a small specific gravity difference with water, so the separation plate type (intermittent discharge type, nozzle discharge type), which has a large separation sedimentation area and can obtain high acceleration, is preferable. , especially the nozzle discharge type is preferred.
  • the decanter type a model having a separation plate and having a large separation sedimentation area is preferable.
  • the aqueous medium may be recycled water produced by this production method, or a mixed solvent of the recycled water and a water-miscible organic solvent.
  • the content of recycled water in the aqueous medium is preferably 50% by weight or more, more preferably 70% by weight or more, still more preferably 80% by weight or more, and particularly preferably 85% by weight or more.
  • the recycled water preferably has a calcium ion concentration of 4.5 mg/L or less, more preferably 3.0 mg/L or less, and preferably 2.0 mg/L or less. More preferred.
  • concentration of calcium ions in the recycled water is 4.5 mg/L or less, the effect of suppressing thermal decomposition of PHA is exhibited.
  • the sodium ion concentration of the recycled water is preferably 450 mg/L or less, more preferably 250 mg/L or less, and even more preferably 220 mg/L or less.
  • the concentration of sodium ions in the recycled water is 450 mg/L or less, the effect of suppressing thermal decomposition of PHA is exhibited.
  • water-miscible organic solvents include, but are not limited to, alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, iso-butanol, pentanol, hexanol, and heptanol; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; ethers such as tetrahydrofuran and dioxane; nitriles such as acetonitrile and propionitrile; amides such as dimethylformamide and acetamide; Among them, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, iso-butanol, acetone, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran, dioxane, acetonitrile, propionitrile and the like are preferable because they are easy to remove.
  • the PHA may be purified by washing the separated PHA (water-insoluble component containing PHA) with the aqueous medium described above at least once.
  • the aqueous medium for example, 500 to 1000 parts by weight of the aqueous medium may be added to 100 parts by weight of the water-insoluble component containing PHA.
  • alkaline compounds, surfactants, proteolytic enzymes, and the like may be added to the aqueous medium in order to effectively remove impurities derived from microbial cells and enhance the purification effect.
  • the present method for producing PHA may include step (c) of drying the PHA separated in step (b).
  • the PHA (dehydrated resin) washed with an aqueous medium and dehydrated can be dried as it is to obtain a powdery PHA.
  • the drying method can be selected as appropriate, and is not particularly limited. For example, general drying methods such as spray drying, airflow drying, fluidized drying, and band drying can be preferably used.
  • a PHA dispersion liquid washed with an aqueous medium and concentrated is added with a dispersant to adjust the pH to 7 or less, and then dried to obtain powdered PHA.
  • Dispersants include, for example, polyvinyl alcohol (PVA), methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, polyacrylic acid, sodium polyacrylate, potassium polyacrylate, polymethacrylic acid, sodium polymethacrylate and the like.
  • PVA polyvinyl alcohol
  • Nonionic surfactants such as polyethylene glycol/polypropylene glycol/block ether type (polyoxyethylene/polyoxypropylene/block polymer type).
  • a method of adjusting the pH to 7 or less includes, for example, a method of adding an acid.
  • the acid is not particularly limited, and may be either an organic acid or an inorganic acid.
  • sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, acetic acid and the like can be used as appropriate.
  • PHA has high thermal stability, and the weight average molecular weight retention rate when heat-treated at 160° C. for 20 minutes is preferably 70% or more, more preferably 73% or more, and preferably 75% or more. It is more preferably 78% or more, and particularly preferably 80% or more.
  • the thermal stability of PHA is measured by the method described in Examples below.
  • PHA can be molded into various molded bodies such as various fibers, threads, ropes, woven fabrics, knitted fabrics, non-woven fabrics, paper, films, sheets, tubes, plates, rods, containers, bags, parts, and foams.
  • the molded article can be suitably used in agriculture, fishery, forestry, gardening, medicine, sanitary goods, clothing, non-clothing, packaging and other fields.

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Abstract

本発明は、排水からリサイクル水を作製する際、膜の薬品洗浄を大幅に削減でき、実質的に水洗浄のみにより膜のファウリングを解消できる、リサイクル水の製造方法を提供することを目的とする。以下の工程（Ａ）～（Ｄ）を含む、リサイクル水の製造方法を提供することにより、上記課題を解決する：（Ａ）ＰＨＡの製造工程において排出された排水に対し、微生物による嫌気処理および好気処理を行う工程、（Ｂ）前記工程（Ａ）で得られた処理水を膜分離活性汚泥法により前処理ろ過する工程、（Ｃ）前記工程（Ｂ）で得られた処理水をアルカリ処理する工程、および（Ｄ）前記工程（Ｃ）で得られた処理水をイオン除去膜によりろ過する工程。

Description

リサイクル水の製造方法
　本発明は、リサイクル水の製造方法およびポリヒドロキシアルカン酸（以下、「ＰＨＡ」とも称する。）の製造方法に関する。
　生分解性プラスチックは、土中または水中の微生物等により完全に生分解され、自然界の炭素循環プロセスに取り込まれることになるため、生態系への悪影響がほとんどない環境調和型のプラスチック材料として積極的な使用が望まれている。代表的な生分解性プラスチックとして、ＰＨＡ等の植物由来の生分解性プラスチックが注目されている。ＰＨＡは、微生物によって植物由来の天然の有機酸や油脂を炭素源として生産され、細胞内にエネルギー蓄積物質として蓄積される脂肪族ポリエステル（熱可塑性ポリエステル）である。
　微生物が生産するＰＨＡは、水不溶性であり、通常顆粒体として微生物細胞内に蓄積されるため、ＰＨＡをプラスチックとして利用するためには、微生物細胞内からＰＨＡを分離して取り出すという工程が必要である。例えば、特許文献１には、ＰＨＡの分離精製方法として、アルカリ添加と高圧破砕を組み合わせた方法が報告されている。また、特許文献２には、ＰＨＡの分離精製方法として、物理的細胞破砕と酵素及び界面活性剤による化学的処理を組み合わせた方法が報告されている。
　ところで、従来のＰＨＡの製造方法においては、菌体破砕による排水、遠心分離による排水等、排水量が多大になりがちであり、環境負荷を抑えるために排水のリサイクルが望まれている。
特開平０７－３１４８９号公報 特開２００８－１９３９４０号公報
　ＰＨＡの分離精製方法においては、ＰＨＡを分離するためにろ過膜を使用することが一般的である。このろ過膜は、繰り返し使用するにあたり、薬品洗浄による膜能力回復処理が必要となる。しかしながら、従来の排水リサイクルの技術では、薬品洗浄による膜能力回復処理により、上記ろ過膜の早期劣化を招く等の問題があり、改善の余地があった。
　そこで、本発明の目的は、排水からリサイクル水を作製する際、膜の薬品洗浄を大幅に削減でき、実質的に水洗浄のみにより膜のファウリングを解消できる、リサイクル水の製造方法を提供することにある。
　本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、排水からリサイクル水を作製するリサイクル水の製造方法において、膜ろ過工程の前にアルカリ処理工程を実施することにより、実質的に水洗浄のみにより膜のファウリングが解消可能になるとの新規知見を見出し、本発明を完成するに至った。
　したがって、本発明の一態様は、以下の工程（Ａ）～（Ｄ）を含む、リサイクル水の製造方法：（Ａ）ＰＨＡの製造工程において排出された排水に対し、微生物による嫌気処理および好気処理を行う、処理工程、（Ｂ）前記工程（Ａ）で得られた処理水を膜分離活性汚泥法により前処理ろ過する、前処理ろ過工程、（Ｃ）前記工程（Ｂ）で得られた処理水をアルカリ処理する、アルカリ処理工程、および（Ｄ）前記工程（Ｃ）で得られた処理水をイオン除去膜によりろ過する、ろ過工程。
　本発明の一態様によれば、排水からリサイクル水を作製する際、膜の薬品洗浄を行うことなく、実質的に洗浄のみにより膜のファウリングを解消できる、リサイクル水の製造方法を提供することができる。
　本発明の実施の一形態について、以下に詳細に説明する。なお、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「Ａ～Ｂ」は、「Ａ以上、Ｂ以下」を意味する。また、本明細書中に記載された文献の全てが、本明細書中において参考文献として援用される。
　〔１．本発明の概要〕
　本発明の一実施形態に係るリサイクル水の製造方法（以下、本製造方法とも称する。）は、以下の工程（Ａ）～（Ｄ）を含む：（Ａ）ＰＨＡの製造工程において排出された排水に対し、微生物による嫌気処理および好気処理を行う、処理工程、（Ｂ）前記工程（Ａ）で得られた処理水を膜分離活性汚泥法により前処理ろ過する、前処理ろ過工程、（Ｃ）前記工程（Ｂ）で得られた処理水をアルカリ処理する、アルカリ処理工程、および（Ｄ）前記工程（Ｃ）で得られた処理水をイオン除去膜によりろ過する、ろ過工程。
　排水のリサイクル方法としては、膜ろ過法が代表的である。しかし、膜ろ過法は、排水中の微小かつ粘着性の高い懸濁物によって、ファウリング（目詰まり）が生じることがある。したがって、膜は洗浄を繰り返しながら運転する必要がある。一般的に、膜の洗浄方法としては、（１）ろ過水を透過側（２次側）から流す逆圧洗浄を代表例とする物理洗浄、および（２）薬品による薬品洗浄の２つが知られている。
　上記物理洗浄では、水を使用して定期的に（３０分～１時間に１回程度）、自動で洗浄を行なうことにより、膜表面あるいは内部への付着物のうち可逆的なものを除去できる。但し、物理洗浄では膜細孔などに付着したファウリング物質を完全に除去しきれず膜間差圧は上昇を続ける。そのため、ある程度膜間差圧が上昇したら薬品洗浄を実施して、膜からファウリング物質を除去する必要があった。しかし、薬品による洗浄を繰り返し行った場合、薬品の作用により、膜を損傷させるうえに、イオン除去膜として使用できなくなるという問題があった。すなわち、膜を使用可能な期間を延ばす方法が望まれていた。
　そこで、本発明者らは、膜の使用可能な期間を延ばすべく、薬品洗浄を不要とするリサイクル水の製造方法を提供することを目的として鋭意検討を行った結果、以下の知見を見出した。
・特定の金属イオンが膜の不可逆的ファウリングを引き起こすこと。
・イオン除去膜によるろ過工程を行う前に、処理水に対してアルカリ処理工程を実施して、前記処理水に含まれる特定のファウリング物質を固形体としてあらかじめ析出させておくことにより、前記イオン除去膜上での不可逆的ファウリングを抑制できること。
・イオン除去膜によるろ過工程を行う前に、処理水に対してアルカリ処理工程を実施しておくことにより、膜のファウリングを水洗浄のみによって解消可能になること。
　上記のような特徴的な工程を含むリサイクル水の製造方法は、従来にはなかったものであり、極めて優れた技術である。
　さらに、本発明者は、上記の製造方法により得られたリサイクル水を用いて、ＰＨＡの製造を行ったところ、驚くべきことに、熱安定性が高いＰＨＡを得ることに成功した。以下、本発明について詳説する。
　なお、本明細書において、「実質的に水洗浄のみ」は、水洗浄が主たる洗浄態様であればよく、水洗浄に加えて、他の洗浄態様を含むことを妨げない。例えば、「実質的に水洗浄のみ」は、水洗浄に加えて、通常よりも少ない使用量で薬品洗浄を行うことを含んでもよい。好ましくは、水洗浄のみを意図する。
　〔２．リサイクル水の製造方法〕
　本製造方法は、以下の工程（Ａ）～（Ｄ）を含む方法である。
・工程（Ａ）：ＰＨＡの製造工程において排出された排水に対し、微生物による嫌気処理および好気処理を行う、処理工程
・工程（Ｂ）：前記工程（Ａ）で得られた処理水を膜分離活性汚泥法により前処理ろ過する、前処理ろ過工程
・工程（Ｃ）：前記工程（Ｂ）で得られた処理水をアルカリ処理する、アルカリ処理工程・工程（Ｄ）：前記工程（Ｃ）で得られた処理水をイオン除去膜によりろ過する、ろ過工程
　（工程（Ａ））
　本製造方法における工程（Ａ）は、ＰＨＡの製造工程にて排出された排水に対し、微生物による嫌気処理および好気処理を行う、処理工程である。工程（Ａ）により、前記排水中に含まれる有機物を分解することができる。
　微生物による嫌気処理および好気処理は、特に限定されず、水処理において用いられる一般的な方法で行うことができる。嫌気処理は、例えば、酸生成菌の作用により、高分子量の炭水化物、脂質類等を、有機酸、低級アルコール等に分解した後、グラニュール状のメタン生成菌の作用により、有機酸、低級アルコール等を、メタンガスと炭酸ガスとに分解することによって行われてもよい。嫌気処理装置は、例えば、酸生成菌による反応が行われる酸生成槽と、メタン生成菌による反応が行われる、ＥＧＳＢ方式のメタン生成反応槽とで構成することができる。好気処理は、例えば、脱窒槽（活性汚泥の処理槽）と曝気槽（活性汚泥の処理槽）で構成された装置を用いて、嫌気処理で分解されなかった有機物を、曝気槽にて好気性菌の作用により分解することで行うことができる。好気処理装置は、例えば、脱窒槽（活性汚泥の処理槽）、曝気槽（活性汚泥の処理槽）、第２脱窒槽（活性汚泥の処理槽）、再曝気槽（活性汚泥の処理槽）で構成されてもよい。
　（工程（Ｂ））
　本製造方法における工程（Ｂ）は、前記工程（Ａ）で得られた処理水を膜分離活性汚泥法により前処理ろ過する、前処理ろ過工程である。工程（Ｂ）により、工程（Ａ）において分解されなかった、前記排水中に含まれる粒径の大きい物質を除去することができる。
　膜分離活性汚泥法による前処理ろ過工程は、特に限定されず、水処理において用いられる一般的な方法で行うことができる。前処理ろ過工程は例えば、曝気槽（活性汚泥の処理槽）または再曝気槽（活性汚泥の処理槽）に、ＵＦ膜またはＭＦ膜のメンブレンバイオリアクター膜分離活性汚泥法浸透膜（ＭＢＲ）を設置した装置内で行うことができる。
　ＭＦ膜の膜細孔は、特に限定されないが、例えば、０．４μｍ程度であってもよい。また、ＵＦ膜の膜細孔も、特に限定されないが、例えば、０．０５μｍ程度であってもよい。
　（工程（Ｃ））
　本製造方法における工程（Ｃ）は、前記工程（Ｂ）で得られた処理水をアルカリ処理する、アルカリ処理工程である。工程（Ｃ）により、後述する工程（Ｄ）において、イオン除去膜をファウリングさせる原因となる物質（すなわち、ファウリング物質）をあらかじめ析出させることができる。そのため、工程（Ｄ）においてイオン除去膜に付着したファウリング物質を水による洗浄のみによって除去することが可能となる。
　より詳細には、工程（Ｃ）のアルカリ処理を行わない場合、工程（Ｄ）の膜によるろ過工程において、膜を透過しない水の塩濃度が高くなり、その結果、イオン除去膜表面において結晶が析出する。ろ過を継続すると、結晶の析出が繰り返されるため結晶の成長が進み、イオン除去膜に強固に付着し、膜を閉塞させてしまう。したがって、従来の技術では、薬品洗浄を行って膜表面に付着した結晶を除去する必要がある。しかし、工程（Ｃ）のアルカリ処理を行うことにより、膜によるろ過を行う前に結晶が析出するため、膜に対して結晶が強固に付着しなくなる。
　つまり、本製造方法によると、イオン除去膜を薬品洗浄することなく、実質的に水洗浄のみにより、膜を回復させることができる。そのため、イオン除去膜が薬品によって損傷せず、かつ、イオン除去膜の不可逆的なファウリングも発生しないため、イオン除去膜を長期間に渡って使用することができる。加えて、イオン除去膜の洗浄に通常使用する薬品は劇薬であるため、これらの薬品の使用を回避できることは、環境保護の観点からも好ましい。
　本明細書において、「アルカリ処理」とは、アルカリ性の物質を処理水に添加すること等により、前記処理水のｐＨ、ファウリングインデックス（ＦＩ）値、濁度等のパラメータを調整することを意図する。
　工程（Ｃ）のアルカリ処理を行う方法としては、前記処理水の各パラメータを所望の値に調整することが可能な方法であれば、特に限定されない。各パラメータの調整が容易である観点から、アルカリ処理は、アルカリ性の水溶液を添加することにより行われるのが好ましい。
　工程（Ｃ）に使用される前記アルカリ性の水溶液としては、特に限定されないが、例えば、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等のアルカリ金属の水酸化物の水溶液、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属の炭酸塩の水溶液、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等のアルカリ金属の炭酸水素塩の水溶液、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム等の有機酸のアルカリ金属塩の水溶液、ホウ砂等のアルカリ金属のホウ酸塩の水溶液、リン酸三ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三カリウム、リン酸水素二カリウム等のアルカリ金属のリン酸塩の水溶液、水酸化バリウム等のアルカリ土類金属の水酸化物の水溶液、アンモニア水等が挙げられる。コストを低減する観点から、水酸化ナトリウム水溶液を使用することが好ましい。
　工程（Ｃ）において、処理水のｐＨは７．０～１１．０に調整することが好ましく、８．０～１１．０に調整することがより好ましく、８．５～１１．０に調整することがさらに好ましい。ｐＨが７．０以上であれば、処理水中に金属塩が析出する。また、ｐＨが１１．０以下であれば、イオン除去膜の劣化を防ぐことができる。
　工程（Ｃ）において、処理水の濁度は、０．１以上であることが好ましく、０．２以上であることがより好ましく、０．３以上であることがさらに好ましい。濁度が０．１以上であれば、固形分が十分に析出している。また、処理水の濁度の上限は、３０以下であることが好ましく、２０以下であることがより好ましく、１０以下であることがさらに好ましく、５以下であることが特に好ましい。濁度が３０以下であれば、処理水のろ過を妨げない。なお、処理水の濁度は、後述する実施例に記載の方法により測定される。
　工程（Ｃ）において、処理水のＦＩ値は、４．５以上であることが好ましく、５．０以上であることがより好ましく、５．５以上であることがさらに好ましく、６．０以上であることが特に好ましく、６．５以上であることが殊更に好ましい。ＦＩ値が前記の範囲であれば、処理水中に固形分が十分に析出している。ＦＩ値の上限は、特に限定されない。ここで、「ＦＩ値」は、下記の式（１）によって導出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　前記式（１）中、ＰＦは閉塞ファクターを示し、Ｔ１は５００ｍＬの処理水がイオン除去膜を透過するのに要する時間を示し、Ｔ２はＴ１を測定後、別の５００ｍＬの処理水が同じイオン除去膜を透過するのに要する時間を示す。また、ＴはＴ１の測定を開始した時間から、Ｔ２の測定を開始するまでの時間を示す。
　従来、イオン除去膜（例えば、ＲＯ膜）の透過に使用する処理水のＦＩ値は、０～４となるように前処理する必要があった。したがって、本製造方法において、イオン除去膜（例えば、ＲＯ膜）には、通常透過させないような高ＦＩ値（例えば、４．５以上）の処理水を使用することにより、本発明における有利な効果を得られることは、驚くべきことである。
　本製造方法は、工程（Ｃ）において、さらに、以下の工程（Ｃ’）を含むことが好ましい。
・工程（Ｃ’）：前記処理水中の多価イオンを含む固形体を析出させる、析出工程
　前記多価イオンは、通常、処理水中では析出しておらず、イオン除去膜のファウリングを引き起こす原因となる。そのため、前記多価イオンを含む固形体をイオン除去膜の透過前にあらかじめ析出させる工程（Ｃ’）を実施することにより、イオン除去膜のファウリングをさらに抑制することができる。
　固形体を析出させる方法としては、特に限定されないが、例えば、ｐＨ調整、濃縮、温調等により行うことができる。
　前記多価イオンとしては、特に限定されず、例えば、２価以上の陽イオン、２価以上の陰イオン等が挙げられる。固形体に含まれる多価イオンの種類の数は、特に限定されず、１種類のみであってもよいし、複数種類であってもよい。また、析出する固形体の形態は結晶、粒状、棒状等のいずれであってもよい。
　本発明の一実施形態において、前記多価イオンは、Ｓｉ２＋、Ｃａ２＋、ＰＯ４ ２－、ＳＯ４ ２－、Ｍｇ２＋、Ｍｎ２＋、Ｚｎ２＋、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋、Ｓｒ２＋、Ｃｕ２＋、Ａｌ３＋、Ｓｎ３＋からなる群より選択される１種類以上であることが好ましい。
　一般的に、Ｎａ＋、Ｋ＋、ＮＨ４＋等の１価のイオン、Ｃｌ－、ＮＯ３－等の陰イオンは、水中への溶解度が高いイオンであるため、ファウリングの原因にはなりにくい。一方、前記多価イオンは、水に対する溶解度が低く、固形体として析出しやすいため、イオン除去膜のファウリングを引き起こす原因となり得る。
　本製造方法は、工程（Ｃ）において、さらに以下の工程（Ｃ’’）を含むことが好ましい。
・工程（Ｃ’’）：前記工程（Ｃ’）で処理水中に析出した固形体を沈降除去する、沈降除去工程
　本製造方法が工程（Ｃ’’）を含むことにより、後述する工程（Ｄ）において、イオン除去膜の洗浄頻度をさらに低下させることができる。
　析出した固形体沈降除去を行う方法としては、特に限定されないが、例えば、遠心沈降機、シックナー等により行うことができる。
　本発明の一実施形態において、工程（Ｃ）を行う際に、スケール防止剤を添加してもよい。スケール防止剤を添加することにより、イオン除去膜の表面において、さらに結晶が成長しにくくなる。使用可能なスケール防止剤は、特に限定されないが、例えば、ＧｅｎｅｓｙｓＬＦ（Ｇｅｎｅｓｙｓ製）、ＰＣ－１９１Ｔ（片山ナルコ製）、クリバータＮシリーズ（栗田工業製）等が挙げられる。また、スケール防止剤の添加量も特に限定されないが、例えば、１～５０ｐｐｍであってもよい。
　（工程（Ｄ））
　本製造方法における工程（Ｄ）は、前記工程（Ｃ）で得られた処理水をイオン除去膜によりろ過する、ろ過工程である。工程（Ｄ）により、工程（Ｃ）において析出した固形物を除去することができる。工程（Ｄ）を経た処理水は、リサイクル水となる。
　本明細書において、「リサイクル水」とは、ＰＨＡの製造過程において排出された排水に対して、前記工程（Ａ）～（Ｄ）を実施することにより得られる、ＰＨＡの製造に使用可能な水を意図する。
　工程（Ｄ）におけるイオン除去膜は、２０℃で、３０００ｋＰａの圧力をかけた時のＭｇＳＯ４阻止率が６０～１００％であることが好ましく、７０％～１００％がより好ましく、９０～１００％がさらに好ましい。ＭｇＳＯ４阻止率が６０％以上であれば、イオン除去膜のイオン透過性が高くならない。また、得られるリサイクル水を、ＰＨＡの精製に使用した場合に、高温における分子量の低下が抑制されやすい。
　工程（Ｄ）におけるイオン除去膜の膜間差圧は、特に限定されないが、イオン除去率の観点から、０．４ＭＰａ～４．１４ＭＰａであることが好ましく、０．５ＭＰａ～２．５ＭＰａがより好ましく、０．６ＭＰａ～２．０ＭＰａがさらに好ましい。膜間差圧が０．４ＭＰａ以上であれば、透過水量およびイオン除去率が低下せず、４．１４ＭＰａ以下であれば、膜が破損しにくい。なお、イオン除去膜の膜間差圧は、後述する実施例に記載の方法により測定される。
　イオン除去膜の洗浄を行うタイミングは、特に限定されないが、例えば、イオン除去膜の膜間差圧が４．１４ＭＰａ以上になった時点で行うことが好ましく、２．５ＭＰａ以上になった時点で行うことがより好ましく、２．０ＭＰａ以上になった時点で行うことがさらに好ましい。イオン除去膜の膜間差圧が４．１４ＭＰａ以上になった時点で、イオン除去膜の洗浄を行うことにより、膜間差圧が、上記好ましい範囲に維持される。イオン除去膜の洗浄を行う時間は、イオン除去膜の膜間差圧を十分に低下させることができれば特に限定されないが、例えば、３０分以上であってもよい。
　工程（Ｄ）におけるイオン除去膜の透過速度は、０．０１～２０００Ｌ／分が好ましく、０．５～１５００Ｌ／分がより好ましい。透過速度が０．０１Ｌ／分以上であると、生産性が向上する。また、透過速度が２０００Ｌ／分以下であれば、イオン除去膜が破損しにくくなる。
　工程（Ｄ）におけるろ過時の処理水の水温は特に限定されないが、５０℃以下が好ましく、４５℃以下がより好ましい。処理水の水温が５０℃以下であれば、膜が劣化しにくい。処理水の水温の下限も特に限定されないが、円滑にろ過を行う観点から１℃以上が好ましい。
　工程（Ｄ）において、析出した金属塩を除去するために、イオン除去膜を定期的に洗浄することが好ましい。
　イオン除去膜の洗浄方法としては、フラッシング洗浄を用いることが好ましい。フラッシング洗浄とは、イオン除去膜の初期汚染の除去を目的として、低圧かつ高流量の水を流す物理洗浄である。フラッシング洗浄に使用する水は、単なる水道水でもよいが、効率、およびコストの観点からイオン除去膜を透過したリサイクル水を用いることが好ましい。フラッシング洗浄時の圧力は、イオン除去膜の一次圧が０．２９ＭＰａ以下となるように行ってもよい。また、リサイクル水の流量は６ｍ／ｍｉｎ以上となるように行ってもよい。
　前記イオン除去膜としては、イオン（例えば、カルシウムイオン）除去性能が高いことから、ＮＦ膜およびＲＯ膜からなる群より選択される一つ以上を用いることが好ましく、ＲＯ膜を用いることがより好ましい。
　〔３．ＰＨＡの製造方法〕
　本発明の一実施形態に係るＰＨＡの製造方法（以下、「本ＰＨＡの製造方法」とも称する。）は、ＰＨＡを含む微生物細胞を破砕または可溶化する工程（ａ）と、工程（ａ）において得られた組成物中のＰＨＡを分離する工程（ｂ）とを含み、前記工程（ａ）および前記工程（ｂ）に本製造方法により製造されたリサイクル水を使用することを特徴とする、ＰＨＡの製造方法である。本ＰＨＡの製造方法では、本製造方法により製造されたリサイクル水を使用することで、ＰＨＡの熱安定性を向上させることができる。
　（ＰＨＡを含む微生物細胞）
　本発明の一実施形態において、ＰＨＡを含む微生物細胞は、ＰＨＡ生産能を有する微生物を培養することで得ることができる。
　本発明の一実施形態において、ＰＨＡは、３－ヒドロキシ酪酸（以下、「３ＨＢ」とも称する。）をモノマーユニットとする重合体の総称である。ＰＨＡは、３－ヒドロキシ酪酸をモノマーユニットとする単独重合であるポリ（３－ヒドロキシ酪酸）であってもよく、３－ヒドロキシ酪酸と他の３－ヒドロキシアルカン酸とをモノマーユニットとする共重合体であってもよい。他の３－ヒドロキシアルカン酸としては、例えば、３－ヒドロキシへキサン酸（以下、「３ＨＨ」とも称する。）、３-ヒドロキシヘプタン酸、３-ヒドロキシオクタン酸、３-ヒドロキシノナン酸、３-ヒドロキシデカン酸、３-ヒドロキシウンデカン酸、３-ヒドロキシドデカン酸、３-ヒドロキシトリデカン酸、３-ヒドロキシテトラデカン酸、３-ヒドロキシペンタデカン酸、３-ヒドロキシへキサデカン酸等が挙げられる。
　ＰＨＡとしては、工業的に生産が容易である点から、ポリ（３－ヒドロキシ酪酸）、ポリ（３－ヒドロキシ酪酸－ｃｏ－３－ヒドロキシへキサン酸）、ポリ（３－ヒドロキシ酪酸－ｃｏ－３－３-ヒドロキシオクタン酸）等が好ましく、ポリ（３－ヒドロキシ酪酸－ｃｏ－３－ヒドロキシへキサン酸）が特に好ましい。前記３ＨＢおよび３ＨＨの２成分共重合体ＰＨＢＨを構成する各モノマーユニットの組成比については特に限定されるものではないが、全モノマーユニットの合計を１００モル％とした時に、３ＨＨユニットが１～５０モル％であってもよく、１～２５モル％であってもよく、１～１５モル％であってもよい。
　本発明の一実施形態において、ＰＨＡ生産能を有する微生物は、特に限定されず、天然から単離された微生物や菌株の寄託機関（例えばＩＦＯ、ＡＴＣＣ等）に寄託されている微生物、または、それらから調製し得る変異体や形質転換体等を使用できる。例えば、カプリアビダス（Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ）属、アルカリゲネス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ）属、ラルストニア（Ｒａｌｓｔｏｎｉａ）属、シュウドモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）属、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属、アゾトバクター（Ａｚｏｔｏｂａｃｔｅｒ）属、ノカルディア（Ｎｏｃａｒｄｉａ）属、アエロモナス（Ａｅｒｏｍｏｎａｓ）属の菌等が挙げられる。特に、アルカリゲネス・リポリティカ（Ａ．ｌｉｐｏｌｙｔｉｃａ）、アルカリゲネス・ラトゥス（Ａ．ｌａｔｕｓ）、アエロモナス・キャビエ（Ａ．ｃａｖｉａｅ）、アエロモナス・ハイドロフィラ（Ａ．ｈｙｄｒｏｐｈｉｌａ）、カプリアビダス・ネカトール（Ｃ．ｎｅｃａｔｏｒ）等の菌株が好ましい。また、微生物が、本来ＰＨＡの生産能力を有しない場合、もしくは生産量が低い場合には、該微生物に目的とするＰＨＡの合成酵素遺伝子および/またはその変異体を導入し、得られる形質転換体を用いることもできる。このような形質転換体の作製に用いるＰＨＡの合成酵素遺伝子としては特に限定はないが、アエロモナス・キャビエ由来のＰＨＡ合成酵素の遺伝子が好ましい。
　上述した微生物を適切な条件で培養することで、菌体内にＰＨＡを蓄積させた微生物を得ることができる。その培養方法については特に限定はないが、例えば特開平０５－９３０４９号公報、国際公開公報２００８／０１０２９６号等に挙げられる方法等を用いることができる。ＰＨＡを含む微生物細胞としては、培養完了後の、ＰＨＡ含有微生物細胞を含む菌体培養液をそのまま用いるか、或いは、菌体培養液を加熱することで菌体を死滅した後の滅菌済みの菌体培養液を用いることができる。前記滅菌は、例えば、５０～８０℃の温度下で５～１２０分熱処理することで行ってもよい。
　（工程（ａ））
　工程（ａ）において、ＰＨＡを含む微生物細胞を破砕または可溶化する。工程（ａ）は、例えば、化学的処理および物理的破砕処理からなる群より選択される少なくとも一種の処理で行うことができる。
　化学的処理は、アルカリ性化合物、タンパク質分解酵素および細胞壁分解酵素からなる群より選択される少なくとも一つの化合物で行うことができる。
　アルカリ性化合物は、ＰＨＡ含有微生物細胞の細胞壁を破壊して細胞中のＰＨＡを細胞外に流出できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等のアルカリ金属の水酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属の炭酸塩、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等のアルカリ金属の炭酸水素塩、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム等の有機酸のアルカリ金属塩、ホウ砂等のアルカリ金属のホウ酸塩、リン酸三ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三カリウム、リン酸水素二カリウム等のアルカリ金属のリン酸塩、水酸化バリウム等のアルカリ土類金属の水酸化物、アンモニア水等が挙げられる。中でも、工業生産に適し、コストを低減する観点から、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムが好ましい。
　タンパク質分解酵素としては、特に限定されないが、例えば、アルカラーゼ、ペプシン、トリプシン、パパイン、キモトリプシン、アミノペプチダーゼ、カルボキシペプチダーゼ等が挙げられる。具体的なタンパク質分解酵素としては、例えば、「プロテアーゼＡ」、「プロテアーゼＰ」、「プロテアーゼＮ」（以上、天野エンザイム社製）、「アルカラーゼ」、「エスペラーゼ」、「ザビナーゼ」、「エバラーゼ」（以上、ノボザイムズ社製）等が工業的に使用可能であり、分解活性の点からも好適に使用できる。
　細胞壁分解酵素としては、特に限定されないが、例えば、リゾチーム、アミラーゼ、セルラーゼ、マルターゼ、サッカラーゼ、α－グリコシナーゼ、β－グリコシナーゼ等が挙げられる。前記細胞壁分解酵素の内、溶菌効果の点からリゾチームの使用が好ましい。具体的な細胞壁分解酵素としては、例えば「リゾチーム」（山東省華源経貿製）、「ビオザイムＡ」、「セルラーゼＡ「アマノ」３」、「セルラーゼＴ「アマノ」４」、「α－グルコシダーゼ「アマノ」」（以上、天野エンザイム社製）、「ターマミル」、「セルソフト」（以上、ノボザイムズ社製）等が工業的に使用可能である。
　上述した酵素による処理は、高い分離精製効果が得られる点で界面活性化剤の存在下に行うことが望ましい。また、酵素としては、例えば、酵素と、酵素の安定化剤、界面活性化剤および再汚染防止剤等からなる群より選ばれる一つ以上の添加剤を含有する酵素組成物を用いてもよい。
　界面活性剤としては、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン界面活性剤が挙げられる。細胞膜の破壊による残留物の除去効果が高い観点からは、陰イオン界面活性剤および／または非イオン界面活性剤が好ましい。タンパク質等を除去する目的においては、陰イオン界面活性剤を用いることが好ましく、また、脂肪酸や油脂の除去を目的とする場合、非イオン界面活性剤を用いることが好ましい。また陰イオン界面活性剤および非イオン界面活性剤の両方を用いることができる。両方を用いる場合、陰イオン界面活性剤／非イオン界面活性剤の重量比は１／１００～１００／１０が好ましく、５／１００～１００／２０がより好ましく、５／１００～１００／１００がさらに好ましく、５／１００～５０／１００が特に好ましい。
　陰イオン界面活性剤としては、例えば、アルキル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキル硫酸エステル塩、アルケニル硫酸エステル塩、アルキルエーテル硫酸エステル塩、アルケニルエーテル硫酸エステル塩、α－オレフィンスルホン酸塩、α－スルホ脂肪酸塩、α－スルホ脂肪酸塩のエステル、アルキルエーテルカルボン酸塩、アルケニルエーテルカルボン酸塩、アミノ酸型界面活性剤、Ｎ－アシルアミノ酸型界面活性剤等が挙げられる。中でもアルキル基の炭素数が１２～１４のアルキル硫酸塩、アルキル基の炭素数が１２～１６の直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキル基の炭素数が１０～１８のアルキル硫酸エステル塩またはアルキルエーテル硫酸エステル塩が好ましく、対イオンとしてはナトリウム、カリウム等のアルカリ金属、マグネシウム等のアルカリ土類金属、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミンが好ましい。
　非イオン界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、脂肪酸ソルビタンエステル、アルキルポリグルコシド、脂肪酸ジエタノールアミド、アルキルモノグリセリルエーテル等が挙げられる。親水性が高く、生分解性が比較的良好である点から、ポリオキシエチレンアルキルエーテルやポリオキシアルキレンアルキルエーテルが好ましい。
　陽イオン界面活性剤としては、例えば、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩等が挙げられる。
　両性界面活性剤としては、例えば、カルボベタイン型、スルホベタイン型等が挙げられる。
　上述した界面活性剤のうち、陰イオン界面活性剤であるドデシル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、コール酸ナトリウム、デオキシコール酸ナトリウムおよびオレイン酸ナトリウム、非イオン界面活性剤であるポリオキシエチレンアルキルエーテルおよびポリオキシアルキレンアルキルエーテル等がコスト、使用量や添加効果の点で好ましい。
　界面活性剤の添加量は、特に制限されないが、菌体培養液１００重量部に対して、０．００１～１０重量部が好ましく、さらにはコストの点から、０．００１～５重量部が好ましい。界面活性剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
　酵素処理は、例えば、菌体培養液にアルカリ化合物および／または界面活性剤を添加し、撹拌しながら行うことが好ましい。酵素処理条件については、使用する酵素の至適値のコントロール下で行うのが好ましい。酵素の必要量は、酵素の種類および活性に依存する。特に制限はされないが、ＰＨＡ１００重量部に対して、０．００１～１０重量部が好ましく、コストの点から０．００１～５重量部がより好ましい。
　物理的破砕処理は、破砕効果を高め、ＰＨＡを回収しやすい観点から、アルカリ性化合物、または、アルカリ性化合物および界面活性剤を添加した後に行うことが好ましい。アルカリ性化合物および界面活性剤としては、上述したものを適宜用いることができる。上述したアルカリ性化合物の中、工業生産に適し、コストを低減する観点から、アルカリ性化合物としては、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムが好ましい。上述した界面活性剤の中、陰イオン界面活性剤であるドデシル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、コール酸ナトリウム、デオキシコール酸ナトリウムおよびオレイン酸ナトリウム、非イオン界面活性剤であるポリオキシエチレンアルキルエーテルおよびポリオキシアルキレンアルキルエーテル等が、コスト、使用量および添加効果の点で好ましい。
　アルカリ性化合物を添加することで、菌体培養液のｐＨを８．０～１２．５に調整することが好ましい。ＰＨＡを影響することなく、菌体（微生物細胞）残渣、菌体生成有機物、菌体構成有機物等を可溶化しやすい。菌体培養液にアルカリ性化合物を添加した後に、２０～８０℃の温度、好ましくは、２０～５０℃の温度で、３０分～２時間処理してもよい。
　界面活性剤の添加量は、特に制限されないが、菌体培養液１００重量部に対して、０．００１～１０重量部が好ましく、さらにはコストの点から、０．００１～５重量部が好ましい。界面活性剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
　物理的破砕処理を行う装置としては、特に限定されないが、例えば、高圧ホモジナイザー、超音波破砕機、乳化分散機、ビーズミル等が挙げられる。中でも破砕効率の点から高圧ホモジナイザーの使用が好ましく、懸濁液が微小開口部を有する耐圧性容器に導入され高圧をかけられることにより開口部から押し出されるタイプがより好ましい。このタイプの破砕機としては、例えば、ニロソアビ社製の高圧ホモジナイザーモデル「ＰＡ２Ｋ型」等が挙げられる。高圧ホモジナイザーを用いると微生物細胞に大きな剪断力が働くため、微生物細胞は効率的に破壊されＰＨＡの分離性が向上する。このような機器は開口部で高圧がかかり、瞬間的に高温になるため、必要に応じて、一般の低温恒温循環槽により菌体培養液を冷却し、温度の上昇を防ぎ、２０～４０℃での破砕処理を行うことが好ましい。２０～４０℃で処理を行うことにより、ＰＨＡの分子量をほとんど低下させずに処理することができる。高圧破砕を行う際の破砕圧力は、特に限定されないが、破砕効率およびコストの観点から、３０ＭＰａ～６０ＭＰａが好ましい。
　工程（ａ）において、化学的処理および物理的破砕処理は併用してもよく、この場合、破砕効果を高める観点から、化学的処理を行った後に、物理的破砕処理を行うことが好ましい。コストの観点から、工程（ａ）は、物理的破砕処理のみで行ってもよい。
　工程（ａ）において、水として、本製造方法により製造されたリサイクル水を用いることができる。リサイクル水は、例えば、界面活性剤、アルカリ性化合物等の添加時に用いられ得る。前記リサイクル水を用いることにより、水消費量を抑制することが可能となるため、コストを低減できる。また、リサイクル水を用いることにより、得られるＰＨＡの熱安定性が向上する。
　前記リサイクル水は、カルシウムイオンの濃度が４．５ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましく、３．０ｍｇ／Ｌ以下であることがより好ましく、２．０ｍｇ／Ｌ以下であることがさらに好ましい。前記リサイクル水中のカルシウムイオンの濃度が４．５ｍｇ／Ｌ以下であることにより、ＰＨＡの熱分解抑制の効果を奏する。また、前記リサイクル水は、ナトリウムイオンの濃度が４５０ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましく、２５０ｍｇ／Ｌ以下であることがより好ましく、２２０ｍｇ／Ｌ以下であることがさらに好ましい。前記リサイクル水中のナトリウムイオンの濃度が４５０ｍｇ／Ｌ以下であることにより、ＰＨＡの熱分解抑制の効果を奏する。
　（工程（ｂ））
　工程（ｂ）において、工程（ａ）で得られた組成物、例えば破砕液中のＰＨＡを分離する。分離は、特に限定されず、ろ過、沈降分離、遠心分離等の方法を用いて、固液分離を行い、ＰＨＡを水不溶性成分と回収することができる。工業的に大量処理可能でかつ連続使用可能という観点から、遠心分離が好ましい。
　遠心分離機としては、特に限定されないが、孔なし回転容器をもつ遠心沈降機が好ましく、種類としては、分離板型、円筒型、デカンター型等が挙げられる。ＰＨＡ粒子は水との比重差が小さいので、分離沈降面積が大きく、高い加速度が得られる分離板型（間欠排出型、ノズル排出型）が好ましく、破砕処理液に含まれるＰＨＡ濃度が高い場合は、特にノズル排出型が好ましい。デカンター型としては、分離板を有し、分離沈降面積を大きくした機種が好ましい。
　工程（ｂ）において、分離の前に、工程（ａ）で得られた組成物、例えば破砕液１００重量部に水系媒体を５００～１０００重量部添加してもよい。
　工程（ｂ）において、水系媒体は、本製造方法により製造されたリサイクル水、または前記リサイクル水と水混和性有機溶媒との混合溶媒であってもよい。水系媒体中のリサイクル水の含有量は、５０重量％以上が好ましく、より好ましくは７０重量％以上、さらに好ましくは８０重量％以上、特に好ましくは８５重量％以上である。
　工程（ｂ）において、リサイクル水は、カルシウムイオンの濃度が４．５ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましく、３．０ｍｇ／Ｌ以下であることがより好ましく、２．０ｍｇ／Ｌ以下であることがさらに好ましい。前記リサイクル水中のカルシウムイオンの濃度が４．５ｍｇ／Ｌ以下であることにより、ＰＨＡの熱分解抑制との効果を奏する。前記リサイクル水は、ナトリウムイオンの濃度が４５０ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましく、２５０ｍｇ／Ｌ以下であることがより好ましく、２２０ｍｇ／Ｌ以下であることがさらに好ましい。前記リサイクル水中のナトリウムイオンの濃度が４５０ｍｇ／Ｌ以下であることにより、ＰＨＡの熱分解抑制との効果を奏する。
　水混和性有機溶媒としては、特に限定されないが、例えば、メタノール、エタノール、１－プロパノール、２－プロパノール、１－ブタノール、２－ブタノール、ｉｓｏ－ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール等のアルコール類；アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類；テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類；アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類；ジメチルホルムアミド、アセトアミド等のアミド類；ジメチルスルホキシド、ピリジン、ピペリジン等が挙げられる。中でも、メタノール、エタノール、１－プロパノール、２－プロパノール、１－ブタノール、２－ブタノール、ｉｓｏ－ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アセトニトリル、プロピオニトリル等が、除去しやすい点から好ましい。また、メタノール、エタノール、１－プロパノール、２－プロパノール、ブタノール、アセトン等が入手容易であることからより好ましい。さらに、メタノール、エタノール、アセトンが特に好ましい。
　工程（ｂ）においては、分離したＰＨＡ（ＰＨＡを含む水不溶性成分）を、少なくとも１回以上上述した水系媒体で洗浄することで、ＰＨＡを精製してもよい。水系媒体は、例えば、ＰＨＡを含む水不溶性成分１００重量部に水系媒体を５００～１０００重量部添加してもよい。また、微生物細胞由来の不純物を効果的に除去し、精製効果を高めるために、水系媒体にアルカリ性化合物、界面活性剤、タンパク質分解酵素等を添加してもよい。
　（工程（ｃ））
　本発明の一実施形態において、本ＰＨＡの製造方法は、工程（ｂ）で分離したＰＨＡを乾燥する工程（ｃ）を含んでもよい。水系媒体で洗浄し、脱水したＰＨＡ（脱水樹脂）は、そのまま乾燥して粉末状のＰＨＡを得ることができる。乾燥方法は適宜選択でき、特に限定されないが、例えば、スプレー乾燥、気流乾燥、流動乾燥、バンド乾燥等の一般的な乾燥方法を好ましく用いることができる。
　本発明の一実施形態において、水系媒体で洗浄し、濃縮したＰＨＡ分散液に、分散剤を添加し、ｐＨを７以下に調整した後に、乾燥して粉末状のＰＨＡを得ることができる。分散剤としては、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸カリウム、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸ナトリウム等の水溶性高分子；ポリエチレングリコール・ポリプロピレングリコール・ブロックエーテル型（ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレン・ブロックポリマー型）等の非イオン界面活性剤等が挙げられる。ｐＨを７以下に調整する方法としては、例えば、酸を添加する方法が挙げられる。酸は、特に限定されず、有機酸、無機酸のいずれでもよく、例えば、硫酸、塩酸、リン酸、酢酸等を適宜使用できる。
　ＰＨＡの分子量は、目的とする用途で、実質的に十分な物性を示すものであれば、その分子量は特に制限されない。例えば、成形加工性や成形体の強度の観点から、ＰＨＡの重量平均分子量は、５０，０００～３，０００，０００が好ましく、６０，０００～１，５００，０００がより好ましい。なお、ここでの重量平均分子量は、クロロホルム溶離液を用いたゲルバーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）を用い、ポリスチレン換算分子量分布より測定されたものをいう。当該ＧＰＣにおけるカラムとしては、前記分子量を測定するのに適切なカラムを使用すればよい。
　ＰＨＡは、熱安定性が高く、１６０℃で２０分間熱処理した場合の重量平均分子量保持率が７０％以上であることが好ましく、７３％以上であることがより好ましく、７５％以上であることがさらに好ましく、７８％以上であることがさらにより好ましく、８０％以上であることが特に好ましい。なお、ＰＨＡの熱安定性は、後述する実施例に記載の方法により測定される。
　ＰＨＡは、色調が良好であり、１６０℃でプレス成形した厚みが５ｍｍのシートの黄色度指数（ＹＩ値）が２０以下であることが好ましく、１７以下であることがより好ましい。
　ＰＨＡは、各種繊維、糸、ロープ、織物、編物、不織布、紙、フィルム、シート、チューブ、板、棒、容器、袋、部品、発泡体等の各種成形体に成形できる。その成形体は、農業、漁業、林業、園芸、医学、衛生品、衣料、非衣料、包装、その他の分野に好適に用いることができる。
　微生物が生産した他の生分解性プラスチックの場合も、生分解性プラスチックを含む微生物細胞を破砕または可溶化し、生分解性プラスチックを分離する工程において、本製造方法により製造されたリサイクル水を用いることができる。
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
　すなわち、本発明の一実施形態は、以下である。
＜１＞以下の工程（Ａ）～（Ｄ）を含む、リサイクル水の製造方法：
　（Ａ）ポリヒドロキシアルカン酸の製造工程において排出された排水に対し、微生物による嫌気処理および好気処理を行う、処理工程、
　（Ｂ）前記工程（Ａ）で得られた処理水を膜分離活性汚泥法により前処理ろ過する、前処理ろ過工程、
　（Ｃ）前記工程（Ｂ）で得られた処理水をアルカリ処理する、アルカリ処理工程、および
　（Ｄ）前記工程（Ｃ）で得られた処理水をイオン除去膜によりろ過する、ろ過工程。
＜２＞前記工程（Ｃ）において、前記処理水のｐＨを７～１１に調整し、前記処理水の濁度を０．１以上に調整し、前記処理水のＦＩ値を４．５以上に調整する、＜１＞に記載のリサイクル水の製造方法。
＜３＞前記工程（Ｃ）において、前記処理水のＦＩ値を６．０以上に調整する、＜１＞または＜２＞に記載のリサイクル水の製造方法。
＜４＞前記工程（Ｃ）において、アルカリ処理が、アルカリ金属の水酸化物の水溶液、アルカリ金属の炭酸塩の水溶液、アルカリ金属の炭酸水素塩の水溶液、有機酸のアルカリ金属の水溶液、アルカリ金属のホウ酸塩の水溶液、アルカリ金属のリン酸塩の水溶液、アルカリ土類金属の水酸化物の水溶液、およびアンモニア水からなる群より選択される１種類以上を用いて行われる、＜１＞～＜３＞のいずれかに記載のリサイクル水の製造方法。
＜５＞前記工程（Ｃ）において、さらに、以下の工程（Ｃ’）を含む、＜１＞～＜４＞のいずれかに記載のリサイクル水の製造方法：
　（Ｃ’）前記処理水中の多価イオンを含む固形体を析出させる、析出工程。
＜６＞前記多価イオンが、Ｓｉ２＋、Ｃａ２＋、ＰＯ４ ２－、ＳＯ４ ２－、Ｍｇ２＋、Ｍｎ２＋、Ｚｎ２＋、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋、Ｓｒ２＋、Ｃｕ２＋、Ａｌ３＋、Ｓｎ３＋からなる群より選択される１種類以上である、＜５＞に記載のリサイクル水の製造方法。
＜７＞前記工程（Ｃ）において、さらに、以下の工程（Ｃ’’）を含む、＜５＞または＜６＞に記載のリサイクル水の製造方法：
　（Ｃ’’）前記工程（Ｃ’）で処理水中に析出した固形体を沈降除去する、沈降除去工程。
＜８＞前記工程（Ｄ）において、イオン除去膜が、２０℃で、３０００ｋＰａの圧力をかけた時のＭｇＳＯ４阻止率が６０～１００％である、＜１＞～＜７＞のいずれかに記載のリサイクル水の製造方法。
＜９＞前記工程（Ｄ）において、イオン除去膜の膜間差圧が、０．４～４．１４ＭＰａである、＜１＞～＜８＞のいずれかに記載のリサイクル水の製造方法。
＜１０＞ポリヒドロキシアルカン酸を含む微生物細胞を破砕または可溶化する工程（ａ）と、工程（ａ）において得られた組成物中のポリヒドロキシアルカン酸を分離する工程（ｂ）とを含み、前記工程（ａ）および前記工程（ｂ）に＜１＞～＜９＞のいずれか１項に記載の方法によって製造されたリサイクル水を使用することを特徴とする、ポリヒドロキシアルカン酸の製造方法。
　以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
　〔測定および評価方法〕
　実施例および比較例における測定および評価方法を、以下に示す。
　（ＦＩ値）
　ＦＩ値は、膜処理を行おうとする流入水が、膜にどの程度ファウリングを起こさせるかを示す半定量的な指標の一つであり、ＪＩＳＫ３８０２にて定義されている。ＲＯ膜の場合は、流入水のＦＩ値を５以下とすることが推奨されている。算出方法は、５００ｍｌのサンプル水が０．２０６ＭＰａの下、孔径０．４５μｍの４７ｍｍディスクフィルターを通過するのに必要な時間（Ｔ１）を測定する。また、１５分連続運転後に、別の５００ｍｌのサンプル水をが、同じフィルターを通過するのに必要な時間（Ｔ２）を測定し、下記式（１）によって導出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
上記式（１）中、ＰＦは閉塞ファクターを示し、ＴはＴ１の測定を開始した時間から、Ｔ２の測定を開始するまでの時間を意味する。
　（濁度）
　作製した洗浄水２００ｍＬを専用の測定容器に入れ、測定器（笠原理化工業社製　ＴＣＲ－５Ｚ）を気泡が付かないように静かに浸漬させて、濁度を測定した。
　（固形分組成分析）
　膜分離活性汚泥法にて前処理ろ過したろ液に含まれる金属イオンをＩＣＰ－ＭＳ（アジレント・テクノロジー製：Ａｇｉｌｅｎｔ７９００）を用いて解析した。また、ＲＯ膜表面に付着した固形分に含有される金属イオンをＩＣＰ－ＭＳ（アジレント・テクノロジー製：Ａｇｉｌｅｎｔ７９００）、Ｓｉ・Ｐ・ＳＯ４をＩＣＰ－ＡＥＳ（島津製作所製：ＩＣＰＳ－７５１０）を用いて解析した。
　（熱安定性）
　熱安定性は、１６０℃で２０分間加熱した後のＰＨＡの重量平均分子量保持率に基づいて算出した。重量平均分子量保持率が７０％以上であれば、熱安定性良好と判断し、重量平均分子量保持率が７０％未満であれば、熱安定性不良と判断した。重量平均分子量保持率は、以下の式によって計算した。
　重量平均分子量保持率（％）＝（加熱した後のＰＨＡの重量平均分子量／加熱する前のＰＨＡの重量平均分子量）×１００
　＜加熱する前のＰＨＡの重量平均分子量＞
　ＰＨＡ粉体１０ｍｇを用い、クロロホルム１０ｍＬに溶解させた後、不溶物を濾過により除いた。この溶液（濾液）を、「Ｓｈｏｄｅｘ　Ｋ８０５Ｌ（３００ｘ８ｍｍ、２本連結）」（昭和電工社製）を装着した島津製作所製ＧＰＣシステムを用い、クロロホルムを移動相として分子量測定に付した。分子量標準サンプルには、市販の標準ポリスチレンを用いた。
　＜加熱した後のＰＨＡの重量平均分子量＞
　ＰＨＡ粉体に対して１６０℃で７分間予熱処理した後、１６０℃で２０分間加熱してＰＨＡシートを作製した。該ＰＨＡシート１０ｍｇを用いた以外は、加熱する前のＰＨＡの重量平均分子量の測定の場合と同様の手順で加熱した後のＰＨＡの重量平均分子量を測定した。
　（膜間差圧）
　膜間差圧は、以下の式にて計算される。
（ＲＯ膜入口圧力＋ＲＯ膜出口圧力）／２－透過側（２次側）圧力
　〔実施例１〕
　ＰＨＡの生産で排出される排水に対し、微生物による嫌気処理と好気処理を行った後、ＭＦ膜を用いた膜分離活性汚泥法にて前処理ろ過し、ろ液のｐＨを調整することで固形分を析出させた後に、ＲＯ膜でろ過を行った。嫌気処理は、酸生成槽（ｐＨ７．１付近）にて、酸生成菌の作用により、高分子量の炭水化物や脂質類を有機酸や低級アルコールに分解し、次いで、ＥＧＳＢ方式のメタン生成反応槽（負荷量１５ｋｇ－ＣＯＤｃｒ／ｍ３／ｄ）にて、グラニュール状のメタン生成菌の作用により、有機酸や低級アルコールをメタンガスと炭酸ガスに分解することで行った。好気処理は、脱窒槽（活性汚泥の処理槽）、曝気槽（活性汚泥の処理槽）、第２脱窒槽（活性汚泥の処理槽）、再曝気槽（活性汚泥の処理槽）で構成された装置で、嫌気処理で分解されなかった有機物を好気性菌の作用により分解することで行った。膜分離活性汚泥法による前処理ろ過は、再曝気槽（活性汚泥の処理槽）に、ＭＦ膜（中空糸膜：ＰＶＤＦ、三菱ケミカル社製、公称孔径：０．４μｍ）を設置して行った。ＭＦ膜ではろ過線速０．３５ｍ／日で水を透過させた。ＭＦ膜透過水のｐＨは７であり、ＦＩ値は０であり、濁度は０ＮＴＵを示した。ＭＦ膜透過水を攪拌タンクに集水し、スケール防止剤であるＧｅｎｅｓｙｓＬＦ（Ｇｅｎｅｓｙｓ製）を２．４ｐｐｍとなるように添加し、水酸化ナトリウム水溶液を用いてｐＨ８．８に調整した。固形分の析出により、水のＦＩ値は６以上となり、濁度は０．５ＮＴＵとなった。この水を４倍濃縮し、濃縮水を作製した。その後、水温２５℃、ろ過線速０．４８ｍ／日でＲＯ膜（材質：複合ポリアミド、日東電工製、ＬＦＣ３－ＬＤ）に送液した。送液時の膜間差圧は１．５ＭＰａであった。ＲＯ膜を透過した水（「リサイクル水」とも称する。）と透過しなかった水は共に集水槽に戻し、循環運転を行った。一定ろ過線速で運転したところ、膜間差圧はファウリングのために上昇したため、膜間差圧が２．０ＭＰａになるまで送液した。その後、膜能力回復処理として、透過水を用いて供給水線速６ｍ／ｍｉｎ以上で３０分間フラッシング操作を行った。フラッシング操作後に、濃縮水をろ過線速０．４８ｍ／日で送液したところ、膜間差圧は１．４ＭＰａとなった。
　〔実施例２〕
　水酸化ナトリウムを用いてｐＨ８．９に調整したこと以外は実施例１と同様の方法で、排水処理およびＲＯ膜回復操作を行った。ｐＨ８．９に調整した水のＦＩ値は６以上であり、濁度は０．５ＮＴＵであった。その後、水温２５℃、ろ過線速０．４８ｍ／日でＲＯ膜に送液した。送液開始時の膜間差圧は１．６ＭＰａであり、膜間差圧が２．０ＭＰａとなるまで送液を行った。その後、膜能力回復処理後に、濃縮水をろ過線速０．４８ｍ／日で送液したところ、膜間差圧は１．４ＭＰａとなった。
　〔実施例３〕
　水酸化ナトリウムを用いてｐＨ９．１に調整したこと以外は実施例１と同様の方法で、排水処理およびＲＯ膜回復操作を行った。ｐＨ９．１に調整した水のＦＩ値は６以上であり、濁度は０．６ＮＴＵであった。その後、水温２５℃、ろ過線速０．４８ｍ／日でＲＯ膜に送液した。送液開始時の膜間差圧は１．４ＭＰａであり、膜間差圧が２．０ＭＰａとなるまで送液を行った。その後、膜能力回復処理後に、濃縮水をろ過線速０．４８ｍ／日で送液したところ、膜間差圧は１．３ＭＰａとなった。
　〔実施例４〕
　スケール防止剤を添加せず、水酸化ナトリウムを用いてｐＨ９．１に調整したこと以外は実施例１と同様の方法で、排水処理およびＲＯ膜回復操作を行った。ｐＨ９．１に調整した水のＦＩ値は６以上であり、濁度は０．７ＮＴＵであった。その後、水温２５℃、ろ過線速０．４８ｍ／日でＲＯ膜に送液した。送液開始時の膜間差圧は１．６ＭＰａであり、膜間差圧が１．９ＭＰａとなるまで送液を行った。その後、膜能力回復処理後に、濃縮水をろ過線速０．４８ｍ／日で送液したところ、膜間差圧は１．４ＭＰａとなった。
　〔実施例５〕
　水酸化ナトリウムを用いてｐＨ９．２に調整したこと以外は実施例４と同様の方法で、排水処理およびＲＯ膜回復操作を行った。ｐＨ９．２に調整した水のＦＩ値は６以上であり、濁度は０．４ＮＴＵであった。その後、水温２５℃、ろ過線速０．４８ｍ／日でＲＯ膜に送液した。送液開始時の膜間差圧１．４ＭＰａであり、膜間差圧が１．９ＭＰａになるまで送液を行った。その後、膜能力回復処理後に、濃縮水をろ過線速０．４８ｍ／日で送液したところ、膜間差圧は１．５ＭＰａとなった。
　〔実施例６〕
　水酸化ナトリウムを用いてｐＨ９．２に調整したこと以外は実施例４と同様の方法で、排水処理およびＲＯ膜回復操作を行った。ｐＨ９．２に調整した水のＦＩ値は６以上であり、濁度は０．３ＮＴＵであった。その後、水温２５℃、ろ過線速０．４８ｍ／日でＲＯ膜に送液した。送液開始時の膜間差圧は１．５ＭＰａであり、膜間差圧が２．０ＭＰａになるまで送液を行った。その後、膜能力回復処理後に、濃縮水をろ過線速０．４８ｍ／日で送液したところ、膜間差圧は１．６ＭＰａとなった。
　〔比較例１〕
　ＭＦ膜を用いた膜分離活性汚泥法にて前処理ろ過し、その後、アルカリ処理を実施しなかったこと以外は実施例１と同様の方法で、排水処理およびＲＯ膜回復操作を行った。水のＦＩ値は０であり、濁度は０ＮＴＵであり、水温２５℃、ろ過線速０．４８ｍ／日でＲＯ膜に送液した。送液開始時の膜間差圧は１．３ＭＰａであり、膜間差圧が２．３ＭＰａになるまで送液を行った。その後、膜能力回復処理後に、濃縮水をろ過線速０．４８ｍ／日で送液したところ、膜間差圧は２．２ＭＰａとなった。
　〔結果〕
　実施例１～６および比較例１について、初期膜間差圧、ろ過終了時の膜間差、および膜能力回復処理後の膜間差圧の測定結果を、表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表１より、比較例１と比して、実施例１～６は膜能力回復処理後の膜間差圧が低くなっていることが分かる。送液終了後の膜間差圧には大きな差がないことから、膜能力回復処理によって、ＲＯ膜のフラックス率を高い値まで回復することができていることが示された。実施例１および４、ならびに比較例１の結果より、膜の回復にはスケール防止剤ではなく、固形分の析出が寄与していることが示唆された。
　実施例６における、膜分離活性汚泥法にて前処理ろ過したろ液の金属イオン濃度を、表２に示す。また、実施例６における、送液終了後にＲＯ膜に付着していた固形分の金属イオンの種類、および濃度を、表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表２の結果に比して、表３の結果では、多価イオンとなる元素の割合が高いことがわかる。したがって、アルカリ処理によるｐＨ調整により、溶解度の低い多価イオンが優先的に析出したことが推測できる。そのため、金属イオンがＲＯ膜に対して強固に付着することなく、透過水による膜能力回復処理を行うことにより、膜能力が回復可能であったと考えられる。
　一方、比較例においても同様のＲＯ膜表面に同様の金属塩が付着していた（データは示していない。）。しかし、比較例では、ＲＯ膜の表面に金属イオンが濃縮して析出したと推測される。そのため、ＲＯ膜表面に強固に金属塩が付着し、透過水による膜能力回復処理を行っても、膜能力が回復しなかったと考えられる。
　〔実施例７〕
　（菌体培養液の調製）
　国際公開第２０１０／０６７５４３号に記載の方法で菌体を培養し、ＰＨＡを含有する菌体を含む菌体培養液を得た。なお、ラルストニア・ユートロファは、現在では、カプリアビダス・ネカトールに分類されている。上記菌体が含有するＰＨＡの繰り返し単位の組成比（３ＨＢ単位／３ＨＨ単位の組成比）は、９２／８～９９／１（ｍｏｌ／ｍｏｌ）であった。
　（滅菌処理）
　上記で得られた菌体培養液を内温６０～８０℃で２０分間加熱・攪拌処理し、滅菌処理を行った。
　（精製処理）
　上記で得られた滅菌済みの菌体培養液に、ドデシル硫酸ナトリウムを０．２重量％になるように添加した。さらに、ｐＨが１１．０になるように水酸化ナトリウムを溶解した洗浄水を添加した後、５０℃で１時間保温した。その後、高圧破砕機（ニロソアビ社製高圧ホモジナイザーモデルＰＡ２Ｋ型）を用いて、４４～５４ＭＰａの圧力で高圧破砕を行った。
　上記で得られた高圧破砕後の菌体破砕液に同じ重量の洗浄水を添加した。これを遠心分離した後、上清を除去して２倍濃縮した。この濃縮したＰＨＡの水性懸濁液に、水酸化ナトリウムを添加した洗浄水（ｐＨ１１．０）を除去した上清と同じ重量になるように添加し、遠心分離した。次いで、上清を除去してから洗浄水を添加して懸濁させ、０．２重量％のドデシル硫酸ナトリウムと、ＰＨＡの１／１００重量のプロテアーゼ（ノボザイム社製、エスペラーゼ）とを添加し、ｐＨ１０．０で５０℃に保持したまま、２時間攪拌した。その後、遠心分離により上清を除去して５倍濃縮した。この濃縮したＰＨＡの水性懸濁液に水酸化ナトリウムを添加した洗浄水（ｐＨ１１．０）を、除去した上清と同じ重量になるように添加し、遠心分離した。同様の操作を５回繰り返した後、上清を除去して、ＰＨＡ濃度が５２重量％になるように調整したＰＨＡ水性懸濁液を得た。なお、当該精製処理工程においては、洗浄水として、実施例１の濃縮水をＲＯ膜に透過させて得た水（リサイクル水）を用いた。
　（造粒）
　上記で得られたＰＨＡ水性懸濁液（固形分濃度５２重量％）に、分散剤（ポリエチレングリコール・ポリプロピレングリコール・ブロックエーテル型非イオン界面活性剤、商品名「プロノン♯２０８」、日油製）を１ｐＨｒ（水性懸濁液中に存在するＰＨＡ１００重量部に対して１重量部）添加し、その後、固形分濃度を蒸留水で３０重量％に調整した。この液を３０分間撹拌した後、硫酸を添加してｐＨが４に安定するまで調整した。得られたＰＨＡの水性懸濁液を、６０℃で１２時間乾燥してＰＨＡ粉体を作製した。
　〔比較例２〕
　工業用水（カネカ製）をイオン交換樹脂（オルガノ製、強酸性陽イオン樹脂と強塩基性陰イオン樹脂）で処理して洗浄水２を得た。精製処理工程において、洗浄水として洗浄水２を用いた以外は、実施例７と同様にして、ＰＨＡ粉体を得た。
　実施例７および比較例２で得られたＰＨＡ粉体の熱安定性を、上述した通り、測定および評価した。結果を表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　〔結果〕
　表４より、実施例７のＰＨＡ粉体は、比較例２のＰＨＡ粉体に比して熱安定性が良好であることが分かる。したがって、本発明のリサイクル水を用いると、従来の洗浄水を用いた場合よりも優れた性能を有する（熱安定性が向上した）ＰＨＡを製造可能であることが示された。
　本発明は、排水処理の分野、およびその他の分野において、好適に利用することができる。

 

Claims (10)

  1. 　以下の工程（Ａ）～（Ｄ）を含む、リサイクル水の製造方法：
    　（Ａ）ポリヒドロキシアルカン酸の製造工程において排出された排水に対し、微生物による嫌気処理および好気処理を行う、処理工程、
    　（Ｂ）前記工程（Ａ）で得られた処理水を膜分離活性汚泥法により前処理ろ過する、前処理ろ過工程、
    　（Ｃ）前記工程（Ｂ）で得られた処理水をアルカリ処理する、アルカリ処理工程、および
    　（Ｄ）前記工程（Ｃ）で得られた処理水をイオン除去膜によりろ過する、ろ過工程。
  2. 　前記工程（Ｃ）において、前記処理水のｐＨを７～１１に調整し、前記処理水の濁度を０．１以上に調整し、前記処理水のＦＩ値を４．５以上に調整する、請求項１に記載のリサイクル水の製造方法。
  3. 　前記工程（Ｃ）において、前記処理水のＦＩ値を６．０以上に調整する、請求項１または２に記載のリサイクル水の製造方法。
  4. 　前記工程（Ｃ）において、アルカリ処理が、アルカリ金属の水酸化物の水溶液、アルカリ金属の炭酸塩の水溶液、アルカリ金属の炭酸水素塩の水溶液、有機酸のアルカリ金属の水溶液、アルカリ金属のホウ酸塩の水溶液、アルカリ金属のリン酸塩の水溶液、アルカリ土類金属の水酸化物の水溶液、およびアンモニア水からなる群より選択される１種類以上を用いて行われる、請求項１～３のいずれか１項に記載のリサイクル水の製造方法。
  5. 　前記工程（Ｃ）において、さらに、以下の工程（Ｃ’）を含む、請求項１～４のいずれか１項に記載のリサイクル水の製造方法：
    　（Ｃ’）前記処理水中の多価イオンを含む固形体を析出させる、析出工程。
  6. 　前記多価イオンが、Ｓｉ２＋、Ｃａ２＋、ＰＯ４ ２－、ＳＯ４ ２－、Ｍｇ２＋、Ｍｎ２＋、Ｚｎ２＋、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋、Ｓｒ２＋、Ｃｕ２＋、Ａｌ３＋、Ｓｎ３＋からなる群より選択される１種類以上である、請求項５に記載のリサイクル水の製造方法。
  7. 　前記工程（Ｃ）において、さらに、以下の工程（Ｃ’’）を含む、請求項５または６に記載のリサイクル水の製造方法：
    　（Ｃ’’）前記工程（Ｃ’）で処理水中に析出した固形体を沈降除去する、沈降除去工程。
  8. 　前記工程（Ｄ）において、イオン除去膜が、２０℃で、３０００ｋＰａの圧力をかけた時のＭｇＳＯ４阻止率が６０～１００％である、請求項１～５のいずれか１項に記載のリサイクル水の製造方法。
  9. 　前記工程（Ｄ）において、イオン除去膜の膜間差圧が、０．４～４．１４ＭＰａである、請求項１～８のいずれか１項に記載のリサイクル水の製造方法。
  10. 　ポリヒドロキシアルカン酸を含む微生物細胞を破砕または可溶化する工程（ａ）と、工程（ａ）において得られた組成物中のポリヒドロキシアルカン酸を分離する工程（ｂ）とを含み、前記工程（ａ）および前記工程（ｂ）に請求項１～９のいずれか１項に記載の方法によって製造されたリサイクル水を使用することを特徴とする、ポリヒドロキシアルカン酸の製造方法。
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