加熱担体及びその製造方法、並びに加熱担体を用いた環境浄化方法
【課題】微生物の純粋培養を行うことなく特定の微生物、特にBacillusを固定化材料に高濃度に担持することができる。
【解決手段】耐熱性菌であるBacillusを含む汚泥を内部に包括固定化した固定化微生物担体を、または、汚泥の存在化で固定化材料であるモノマ又はプレポリマを、４０℃以上１３０℃以下で加熱処理する。汚泥としては、下水処理場の活性汚泥、湖沼や河川や海の底泥、又は地表の土壌を含むことが好ましい。
【解決手段】耐熱性菌であるBacillusを含む汚泥を内部に包括固定化した固定化微生物担体を、または、汚泥の存在化で固定化材料であるモノマ又はプレポリマを、４０℃以上１３０℃以下で加熱処理する。汚泥としては、下水処理場の活性汚泥、湖沼や河川や海の底泥、又は地表の土壌を含むことが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水中や大気中の無機および／又は有機化合物などを生物学的に効率良く処理するための加熱担体及びその製造方法、並びに加熱担体を用いた環境浄化法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃水や下水を微生物で処理する生物学的処理は、比較的低コストであることから広く採用されている。しかし、微生物の種類によっては、増殖速度が遅いものや、被毒し易いもの、又はその環境中において増殖し難いものがあり、必ずしも効率的な方法とはいえない場合がある。そこで、微生物が繁殖しやすい環境を積極的に形成するために、活性汚泥や特定の微生物を予め内部に包括固定した固定化微生物担体を用いて生物処理する処理方法がすでに実用化されている。
【０００３】
微生物を内部に担持（保持）する固定化材料としてはゲル材料が通常用いられ、自然環境に対して無害であること、微生物によって変質又は分解されないこと、機械的強度が高いこと、微生物を多量に担持できること等が要求される。これまでに実用化されているゲル材料としては、下記の特許文献１に記載のポリエチレングリコール系のポリマ、ポリビニルアルコール系の樹脂等がある。一方、ゲル材料に包括固定化する微生物としては活性汚泥や純粋培養した微生物が用いられている。
【０００４】
近年、微生物として、枯草菌群細菌であるBacillusや放線菌が注目されている。Bacillusも放線菌も堆肥の発酵過程で増殖する菌で、油分の分解、高濃度ＢＯＤ成分の分解、悪臭成分の分解除去、生物処理で発生する余剰汚泥の凝集性の向上、ＣＯＤ成分の分解等のいわゆる環境汚染物質の浄化に優れており、純粋菌利用技術が検討されている。
【特許文献１】特願昭６０−４４１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、Bacillusや放線菌を用いて環境汚染物質を生物学的処理するためには、Bacillusや放線菌を優占させBacillusや放線菌を高濃度に担持した固定化微生物担体を製造しなくてはならないが、従来は、図１１に示すように、純粋培養したBacillusや放線菌をゲル材料に固定化する必要があった。
【０００６】
しかしながら、純粋培養には培養タンクや大量の培地が必要であり、更には培養時間も長くかかり当然人件費もかさむことから製造コストがかかりすぎるという欠点がある。
【０００７】
また、放線菌の場合には、単に菌数濃度を上げただけでは環境汚染物質、特にアオコを効率的に分解除去することができないという欠点がある。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、微生物の純粋培養を行うことなく特定の微生物、特にBacillusを固定化材料に高濃度に担持することができる加熱担体及びその製造方法、並びに加熱担体を用いた環境浄化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、耐熱性菌であるBacillusを含む汚泥を内部に包括固定化した固定化微生物担体を、加熱処理することを特徴とする加熱担体の製造方法を提供する。
【００１０】
また、本発明の請求項２は前記目的を達成するために、微生物を担持する固定化材料であるモノマ又はプレポリマの何れかを、耐熱性菌であるBacillusを含む汚泥の存在下で４０℃以上、１３０℃以下で加熱処理しながら重合することを特徴とする加熱担体の製造方法を提供する。
【００１１】
本発明の請求項１と２は、汚泥を裸のまま加熱処理するのではなく、汚泥が固定化材料に包括された状態で加熱処理、又は汚泥が固定化材料に包括されるゲル化反応での重合時に加熱処理することにより、複数の微生物が混在する汚泥から耐熱性を有する特定の微生物を優占状態で固定化材料に集積させることができるようにすると共に、その後の加熱担体の培養においても優占状態の微生物を効果的に増殖できるようにしたものである。
【００１２】
本発明の請求項３は、請求項１における加熱処理の好ましい温度を規定したもので、加熱処理温度を４０℃以上、１３０℃以下の範囲で行うことにより、Bacillusを固定化材料内に優占的に集積させた加熱担体を得ることができる。
【００１３】
本発明の請求項４は、請求項１から３で使用する汚泥を具体的に規定したもので、汚泥には、下水処理場の活性汚泥、湖沼や河川や海の底泥、又は地表の土壌を含むものとする。また、湖沼や河川や海の底泥とは湖沼や河川や海の底に堆積している汚泥や岸辺の汚泥をいい、地表の土壌とは農地、山林、工場、住宅地等の地表に存在する土壌をいう。
【００１４】
本発明の請求項５は、請求項１から４の何れか１の製造方法で製造された加熱担体である。
【００１５】
本発明の請求項６は前記目的を達成するために、請求項５の加熱担体を、油成分、ＢＯＤ成分、ＣＯＤ成分、悪臭成分を構成する無機及び有機の環境汚染物質のうちの少なくとも１つの環境汚染物質と接触させて生物学的処理を行うことを特徴とする環境浄化方法を提供する。
【００１６】
本発明の請求項６は、Bacillusを高濃度に担持した加熱担体を、油成分、ＢＯＤ成分、ＣＯＤ成分、悪臭成分を構成する無機及び有機の環境汚染物質のうちの少なくとも１つの環境汚染物質と接触させて生物学的処理を行うものであり、環境汚染物質を効率的に分解除去できる。
【００１７】
本発明の請求項７は前記目的を達成するために、請求項５の加熱担体を、生物処理で発生する余剰汚泥と接触させて生物学的処理を行うことを特徴とする環境浄化方法を提供する。
【００１８】
本発明の請求項７は、Bacillusを高濃度に担持した加熱担体を、生物処理で発生する余剰汚泥と接触させて生物学的処理を行うものであり、余剰汚泥の凝集性を効果的に向上させることができる。
【００１９】
本発明の請求項８は前記目的を達成するために、請求項５記載の加熱担体を、アオコを含有する水、又はアオコが発生するおそれのある水と接触させて生物学的処理を行うことを特徴とする環境浄化方法を提供する。
【００２０】
本発明の請求項８は、Bacillusを高濃度に担持した加熱担体を、アオコを含有する水、又はアオコが発生するおそれのある水と接触させて生物学的処理を行うものであり、アオコを効果的に分解除去できるだけでなく、アオコが発生するおそれのある水に対してアオコの発生を未然に防止できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る加熱担体及びその製造方法によれば、微生物の純粋培養を行うことなく特定の微生物を固定化材料に高濃度に担持することができる。従って、本発明の加熱担体を用いれば、従来に比べて環境汚染物質を効果的に分解除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下添付図面に従って、本発明に係る加熱担体及びその製造方法、並びに加熱担体を用いた環境浄化方法の好ましい実施の形態について詳説する。また、参考までに放線菌を包括固定した固定化担体およびそれによる環境浄化方法についても説明する。
【００２３】
図１は、湖沼や河川や海の底泥、又は地表の土壌を固定化材料に包括固定化した固定化担体について、担体内に包括固定化した汚泥濃度及び放線菌の菌濃度と、アオコの分解率との関係を示したものである。汚泥濃度の担体サンプルとしては、５００ｍｇ／Ｌ、１０００ｍｇ／Ｌ、２０００ｍｇ／Ｌ、２００００ｍｇ／Ｌの４水準のものを調製した。
【００２４】
図１から分かるように、担体中の放線菌の菌濃度を大きくしていくとアオコの分解率が増加するが、汚泥濃度が２０００ｍｇ／Ｌ（２ｍｇ／ｍＬ）以上のサンプルにおいて、放線菌の菌数が１０4（cells/ml)以上、好ましくは１０5（cells/ml)以上になったときにアオコの分解率が急激に向上する。このことは、アオコの分解率を顕著に向上させるためには、固定化担体中に、単に、放線菌を高濃度に担持するだけでなく、担体１ｍＬ当たり底泥や土壌が２ｍｇ以上固定化されていることが重要であることを意味する。底泥や土壌の濃度が重要な理由は、固定化担体中には放線菌の住みかとなる棲息空間が必要であり、固定化された底泥や土壌がその棲息空間を形成するためであると考えられ、好適な棲息空間を形成するには底泥や土壌の濃度が２ｍｇ／ｍＬ−担体以上必要であると考察される。ちなみに、放線菌の計測は松井三郎らの方法（松井三郎：環境微生物工学研究法、技報堂、頁５５〜５８（１９９３年））で行った。
【００２５】
放線菌と同様に環境汚染物質の浄化に優れているとされているBacillusは、単に、湖沼や河川や海の底泥、又は地表の土壌、或いは下水処理場の活性汚泥を固定化材料に包括固定化しただけでは、環境汚染物質を十分に分解除去するまでの菌数濃度に高めることができない。このことから、Bacillusのような耐熱性の微生物については本発明の加熱担体を製造することで菌数濃度を高めるようにした。
【００２６】
図２は、本発明の加熱担体の製造方法を示した概念図であり、微生物として、湖沼や河川や海の底泥、又は地表の土壌、或いは下水処理場の活性汚泥（以下、底泥、土壌、活性汚泥を総称して単に「汚泥」という）の中のBacillusを固定化材料に優占的に集積して高濃度に担持する例で説明する。
【００２７】
図２に示すように、本発明の加熱担体の製造方法は、汚泥を固定化材料に包括固定化して固定化微生物担体を製造し、この固定化微生物担体を加熱処理する。また、本発明の加熱担体の別の製造方法では、図示しないが、固定化材料であるモノマ又はプレポリマの何れかを、汚泥の存在下で加熱処理しながら重合する。これにより、本発明の加熱担体を得ることができる。この場合、Bacillusを固定化材料内に優占的に集積させるための加熱処理温度としては、４０℃以上、１３０℃以下で、更に好ましくは６０℃以上、１１０℃以下であることが好ましい。また、加熱処理時間としては１分以上、３０分以下が好ましい。
【００２８】
即ち、本発明は、汚泥を裸のまま加熱処理するのではなく、汚泥が固定化材料に包括された状態で加熱処理、又は汚泥が固定化材料に包括されるゲル化反応での重合時に加熱処理されることが重要である。これにより、汚泥中に混在する複数種類の微生物のうち、固定化材料内に耐熱性菌であるBacillusが選択的に残存し、その後、急速な増殖を行う。この結果、固定化材料内の総菌数のうちBacillusの占める割合を顕著に大きくすることができるので、Bacillusを優占状態で担持した加熱担体を製造することができる。この場合、汚泥を裸のまま加熱処理すると、汚泥中の微生物が可溶化され易くなり、固定化後の微生物の棲息空間が形成されにくくなるが、固定化材料に包括固定化した後で加熱処理することにより微生物の棲息空間が形成され易くなる。更には、包括固定化した後で加熱処理した方が、コンタミネーションを受けにくい。また、その後の加熱担体の培養においても優占状態のBacillusの効果的な増殖が可能となる。また、本発明の副次的な効果として、加熱処理することにより、常温での重合よりも重合速度が速められるので、担体製造速度を大幅に向上することが可能となる。
【００２９】
図３は、下水処理場の活性汚泥を固定化材料に包括固定化した後で２０〜１３０℃の加熱温度で加熱処理した本発明の加熱担体と、２０〜１３０℃の加熱温度で裸のまま加熱処理した活性汚泥とについて、培養２週間後におけるBacillusの菌数を比較した結果である。図３の○は加熱担体、△は活性汚泥である。
【００３０】
図３に示すように、加熱温度が３０℃以下では加熱担体も活性汚泥もBacillusの菌数が１０7（cells/ml)レベルで差はない。しかし、加熱担体のBacillusの菌数は、３０℃を越えると急激に増加して１００℃付近でピークとなり、この時のBacillusの菌数は１０10（cells/ml)レベルであった。その後、低下して１２０℃でBacillus菌数は１０9（cells/ml)レベルから１３０℃で１０8（cells/ml)レベルまで低下した。一方、裸のまま加熱処理した活性汚泥のBacillusの菌数は、３０℃を越えると低下しはじめて１２０℃のBacillusの菌数は１０5（cells/ml)レベルまで低下した。図３では、裸のまま加熱処理した活性汚泥自体のBacillusの菌数を測定したが、裸のまま加熱処理した活性汚泥を本発明の加熱担体に使用したと同じ固定化材料に包括固定化した後のBacillusの菌数も同様の結果であった。尚、図３の２０〜３０℃でBacillusが増殖しにくいのは、加熱処理が不十分で他の雑菌が増殖し、雑菌との相互作用によりBacillusの増殖が抑えられるものと考えられる。
【００３１】
図４は滋賀県の底泥を固定化材料に包括固定化した後で２０〜１３０℃の加熱温度で加熱処理した本発明の加熱担体と、２０〜１３０℃の加熱温度で裸のまま加熱処理した湖の底泥とについて、培養２週間後におけるBacillusの菌数を比較した結果であるが、図３の活性汚泥の場合の試験結果と殆ど同一の結果となった。
【００３２】
この結果から分かるように、Bacillusが耐熱性菌であるからといって、下水処理場の活性汚泥や湖沼の底泥等の汚泥を裸のまま加熱処理した後で、図１１で示した従来の製造方法により固定化微生物担体を製造しても、製造された固定化微生物担体内のBacillusを増殖させることはできない。即ち、上記したように、本発明の加熱担体の製造は、汚泥を裸のまま加熱処理するのではなく、汚泥が固定化材料に包括された状態、又は包括される過程である重合の過程で加熱処理することが重要である。また、Bacillusを高い濃度に集積した加熱担体を得るための加熱温度としては、Bacillusの菌数が１０8（cells/ml)レベル以上を確保できることが好ましく、４０℃以上、１３０℃以下、より好ましくはBacillusの菌数が１０9（cells/ml)レベル以上を確保できる６０℃以上、１１０℃以下であることが好ましい。
【００３３】
本発明の加熱担体の製造において用いる固定化材料としては、モノメタクリレート類、モノアクリレート類、ジメタクリレート類、ジアクリレート類、トリメタクリレート類、トリアクリレート類、テトラアクリレート類、ウレタンアクリレート類、エポキシアクリレート類、その他、ポリビニルアルコール、アクリルアミド、光硬化性ポリビニルアルコール、光硬化性ポリエチレングリコール、光硬化性ポリエチレングリコールポリプロピレングリコールプレポリマ等を使用することができる。
【００３４】
また、Bacillusを高濃度に担持した本発明の加熱担体は、加熱担体を以下に説明する環境汚染物質に接触させて生物学的に処理することにより、環境汚染物質の効果的な分解除去が可能である。
【００３５】
本発明の加熱担体により効果的な生物学的処理が可能な環境汚染物質としては、アオコ、赤潮、緑藻含有水、油成分（ヘキサン抽出物）、ＢＯＤ成分、ＣＯＤ成分や、大気中のメルカプタン、硫化水素、アンモニア等の悪臭成分が対象である。
【００３６】
また、Bacillusを高濃度に担持した本発明の加熱担体は、活性汚泥による生物学的処理より発生する余剰汚泥の凝集性を向上させることができる。
【００３７】
更に、Bacillusを高濃度に担持した本発明の加熱担体は、水中のアオコを効果的に分解除去できるだけでなく、アオコが発生するおそれのある水に対してアオコの発生を未然に防止できる。
【００３８】
尚、本実施の加熱担体の形態では、Bacillusを固定化材料に高濃度で集積させる例で説明したが、本発明はBacillusに限定するものではなく、複数の微生物が混在する湖沼や河川や海の底泥、又は地表の土壌、或いは下水処理場の活性汚泥から耐熱性を有する特定の微生物を優占状態で固定化材料に集積させることができるようにすると共に、その後の加熱担体の培養においても優占状態の微生物を効果的に増殖できるようにしたものである。
【実施例】
【００３９】
［１］固定化担体によるアオコ分解試験
（実施例１）
千葉県のＡ沼から採取した底泥をポリエチレングリコール系プレポリマで包括固定化し、図５のように、３ｍｍ角の多数のペレットとした。表１は、固定化担体の組成であり、担体中の汚泥濃度が２ｍｇ／ｍｌ−担体以上になるようにした。
【００４０】
【表１】
【００４１】
この固定化担体における放線菌の菌数濃度は４×１０5（cells/ml−担体）であった。この固定化担体２００mlを用いて２Ｌの反応槽に投入し、アオコ含有の沼水（アオコ１０5cells/ml含有）を滞留時間４８時間で連続処理した。
【００４２】
その結果、処理水中のアオコは１０2cells/ml以下で安定した。
【００４３】
（実施例２）
実施例１と同様の試験を東京湾の底泥、千葉県の農地の土壌、江戸川の河川敷の土壌、滋賀県の湖の底泥をそれぞれ採取してポリエチレングリコール系プレポリマで固定化し、図５のように、３ｍｍ角の多数のペレットとした。固定化担体の組成は表１と同じであり、担体中の汚泥濃度は２ｍｇ／ｍｌ−担体以上になるようにした。
【００４４】
表２は、固定化担体中に担持される放線菌の菌数濃度とアオコ分解速度との関係を示したものである。
【００４５】
【表２】
【００４６】
表２の結果から分かるように、固定化担体中の放線菌濃度が１０4レベルでは、アオコ分解速度が１０００（cells・アオコ/ml・担体）レベルのオーダであるが、放線菌濃度が１０5以上では１０4のときの１０倍の分解速度となる。
【００４７】
このように、放線菌が高濃度で含有されている湖沼や河川や海の底泥、又は地表の土壌、特に農地の土壌を包括固定化して放線菌が繁殖しやすい環境を積極的に形成すると共に、担体中の汚泥濃度を２ｍｇ／ｍｌ−担体以上にすることで、アオコを効率的に分解除去することができる。特に、放線菌濃度が１０5以上の場合には、アオコを極めて効率的に分解除去することができる。
【００４８】
一方、固定化担体内に汚泥を固定化せずに、純粋培養した放線菌のみをポリエチレングリコール系プレポリマで固定化したサンプルである純粋培養の固定化担体は、アオコ分解速度が３４０（cells・アオコ/ml・担体）と悪い結果になった。［２］本発明の加熱担体と、加熱処理をしていない従来の固定化微生物担体（以下「非加熱担体」と称す）について、Bacillusの優占状態、及び処理性能について比較試験を行った実施例について説明する。
【００４９】
汚泥の種類としては、千葉県のＡ下水処理場から採取した活性汚泥と、千葉県の湖から採取した底泥と、についてそれぞれポリエチレングリコール系プレポリマで固定化して加熱前の固定化微生物担体を調製し、図５のように、３ｍｍ角の多数のペレットとした。
【００５０】
そして、この加熱前の固定化微生物担体を非加熱担体Ｂのサンプルとした。この固定化微生物担体２００ｍｌと水道水３００ｍｌを１Ｌの三角フラスコに入れ、オートクレーブにより１００℃で１２分間加熱処理した。そして、この加熱後の固定化微生物担体を加熱担体Ａのサンプルとした。
【００５１】
表３は、固定化微生物担体の組成である。
【００５２】
【表３】
【００５３】
図６は、Bacillusの優占状態、及び処理性能について比較試験を行った連続処理運転用の試験装置１０の模式図である。
【００５４】
試験装置１０は、図６に示す容積２Ｌの２つの曝気槽１２、１２を並設し、１つの曝気槽１２には加熱担体Ａを２００ｍｌ添加して加熱担体用の試験装置とし、別の曝気槽１２には非加熱担体Ｂを２００ｍｌ添加して非加熱担体用の試験装置とした。この場合、それぞれの曝気槽１２の担体充填率はどちらの試験装置１０も同じ１０％になるようにした。そして、合成廃水を、曝気槽１２上部から連続的に流入させ、処理した処理水が曝気槽内側面に設けた担体流出防止網（スクリーン）１４を経て流出するようにした。合成廃水の供給流量を１１ｍｌ／分とし、曝気槽１２における滞留時間が３時間となるように連続処理運転を行った。担体流出防止網１４は、目開き２ｍｍの塩化ビニール製のものを用いた。曝気槽１２内への酸素の供給と加熱担体の撹絆のための空気供給管１６を設け、この空気供給管１６により曝気槽１２内の合成廃水中に５Ｌ／分の通気量で曝気できるようにした。合成廃水の水温は２０℃に調整した。
【００５５】
表４は、Bacillusの優占状態の試験に使用した合成廃水の組成である。
【００５６】
【表４】
【００５７】
表５は、加熱担体Ａ及び非加熱担体Ｂの中の細菌数測定用に使用した標準寒天培地の組成である。
【００５８】
【表５】
【００５９】
（実施例３）
先ず、千葉県のＡ下水処理場から採取した活性汚泥を使用した加熱担体Ａと非加熱担体Ｂについて、図６の試験装置１０を使用してBacillusの優先状態を試験した結果について説明する。
【００６０】
図７は、連続運転を行う前の加熱担体Ａと非加熱担体Ｂのそれぞれについて、ホモジナイズし、表５の標準寒天培地にそれぞれ希釈平板して培養した後の生育したコロニーの状態を示した図である。図７に示すように、加熱担体Ａの場合には白色の単一コロニーが生育したのに対し、非加熱担体Ｂの場合には白色、黄色等、様々なコロニーが生育した。加熱担体Ａで生育した白色コロニーをbioMerieux社製同定キットで簡易同定した結果、Bacillusであると推定できた。このことは、加熱処理を行うことにより、担体Ａ中にBacillusを優占状態で集積させることができることを意味している。
【００６１】
次に、加熱担体Ａと非加熱担体Ｂについて、表４のペプトンと肉エキスを主体とした合成廃水を使用して図６の試験装置１０で６カ月の連続処理運転を行うことにより、連続運転前のBacillusの優占状態がどのようになるか、即ちBacillusの優占状態の安定性を評価した。
【００６２】
図８は、連続処理運転終了後の加熱担体Ａと非加熱担体Ｂについて、担体Ａ，Ｂ中の総菌数とBacillusの菌数を調べたものである。尚、連続運転前（初期担体）の総菌数は５×１０8（cells/ml)、Bacillus菌数は２×１０6（cells/ml)であった。
【００６３】
図８から分かるように、連続処理運転終了後の加熱担体Ａは、総菌数が１×１０10（cells/ml)でBacillus菌数が８．５×１０9（cells/ml)となった。即ち、加熱担体Ａの場合には、連続処理運転により増加した総菌数の殆どがBacillusの増殖であった。一方、非加熱担体Ｂは、総菌数が２×１０9（cells/ml)に増加したものの、Bacillus菌数は６×１０7となり、総菌数に対するBacillusの占有率が加熱担体Ａに比べて顕著に小さかった。
【００６４】
図９は、連続処理運転終了後の加熱担体Ａと非加熱担体Ｂについて、稀釈平板培養した時のコロニー形態を示す図である。
【００６５】
図９（ａ）に示すように、非加熱担体Ｂの場合には白色や黄色の多様な小型コロニーが生育し、一方、加熱担体Ａはほぼ均一な大型コロニーが生育していた。また、図９（ｂ）は３％過酸化水素をコロニーにかけた写真であり、非加熱担体Ｂでは局部的に発泡したが、加熱担体Ａでは全面的に激しく発泡し、大型コロニーがBacillusである証拠となる強いカタラーゼ活性が認められた。また、加熱担体Ａの大型コロニーをbioMerieux社製同定キットで同定した結果、Bacillusであると推定できた。
【００６６】
図７、図８及び図９の結果から、加熱担体Ａは、連続処理運転前、連続処理運転終了後にかかわらず、Bacillusが常に優占して存在しており、Bacillusの優占状態の安定性が良いことが分かる。このことは、加熱担体Ａは連続処理運転によりBacillusの集積培養が可能であることを意味する。
【００６７】
次に、加熱担体Ａと非加熱担体Ｂについて、図６の試験装置１０を使用してBacillusの処理性能を試験した結果について説明する。
【００６８】
処理性能試験は、上記の連続処理運転に使用したと同じ加熱担体Ａと非加熱担体Ｂを用い、高濃度処理の可能性を明らかにするために、加熱担体用の試験装置１０と非加熱担体用の試験装置１０の各曝気槽１２の合成廃水を、ＴＯＣ（Total Organic Carbon、総有機系炭素量）１７０ｍｇ／Ｌの合成廃水に入れ換えて回分処理を行った。回分処理ではＴＯＣ濃度の低減推移を経時的に測定した。また、得られた処理水のＴＯＣ測定は、処理水を５Ａ濾紙で濾過した濾過液について行い、加熱担体Ａと非加熱担体ＢについてのＴＯＣの除去速度を調べた。
【００６９】
ＴＯＣの除去速度は次式（１）により計算される。
【００７０】
[数１]
ｄｓ／ｄｔ＝Ｋ×ｓ…（１）
但し、s : 廃水TOC濃度(mg/ｌ)
T : 時間(h)
K : 除去速度恒数(1/h)
結果を図１０に示す。
【００７１】
図１０から分かるように、加熱担体Ａ（Bacillus優占担体）のＴＯＣ除去速度は０．５３２ｈ-1で、非加熱担体Ｂ（活性汚泥担体）のＴＯＣ除去速度は０．２８０ｈ-1であり、加熱担体ＡのＴＯＣ除去速度は非加熱担体Ｂの約２倍であった。このことは、ＴＯＣ濃度が１７０ｍｇ／Ｌ程度の中程度の濃度（負荷）の廃水の場合、加熱担体Ａは非加熱担体Ｂの約２倍の処理性能があることを意味する。
【００７２】
（実施例４）
実施例３と同様に、千葉県の湖から採取した底泥を使用した加熱担体Ａと非加熱担体Ｂについて、図６の試験装置１０を使用してBacillusの優先状態を試験した結果について説明する。
【００７３】
その結果、千葉県の湖から採取した底泥を使用した加熱担体Ａについても常にBacillusコロニーが優占していた。また、表４のペプトンと肉エキスを主体とした合成廃水を使用して図６の試験装置１０で６カ月の連続処理運転の結果では、連続運転前（初期担体）の加熱担体のBacillus菌数が４×１０5（cells/ml)であったものが、連続運転終了後には８×１０9（cells/ml)になっており、連続運転により集積培養が可能であることが見いだされた。一方、非加熱担体Ｂの場合には、連続運転終了後の総菌数は増加したものの、連続運転によるBacillusの集積培養が殆ど認められなかった。そして、連続運転後の加熱担体Ａの希釈平板培養したときのコロニー形態としては、非加熱担体には白色や黄色の多様な小型コロニーが生育したのに対し、加熱担体では略均一な大型コロニーが生育した。そして、３％過酸化水素をコロニーにかけると、非加熱担体では局部的に発泡したのに対し、加熱担体では全面的に激しく発泡し、強いカタラーゼ活性が認められた。また、加熱担体Ａの大型コロニーをbioMerieux社製同定キットで同定した結果、Bacillusであると推定できた。
【００７４】
このように、汚泥の種類を実施例３の下水処理場の活性汚泥から湖から採取した底泥に変えた場合も同様の結果を得ることができた。
【００７５】
また、加熱担体Ａと非加熱担体Ｂについて、図６の試験装置１０を使用してBacillusの処理性能を試験した結果では、加熱担体Ａ（Bacillus優占担体）のＴＯＣ除去速度は０．４３２ｈ-1で、非加熱担体ＢのＴＯＣ除去速度は０．２００ｈ-1であり、加熱担体ＡのＴＯＣ除去速度は非加熱担体Ｂの２倍以上であった。
【００７６】
（実施例５）
実施例５は、加熱担体Ａと非加熱担体Ｂのそれぞれについて、食品工場でのＢＯＤ成分、ＣＯＤ成分、ＳＳ（懸濁物質）、油分（n-ヘキサン抽出物）の除去性能について試験したものである。
【００７７】
実施例３又は４の試験終了後、曝気槽１２の合成廃水を食品工場廃水に交換して、滞留時間４時間で連続処理した。
【００７８】
表６は、千葉県のＡ下水処理場から採取した活性汚泥を使用した場合であり、表７は千葉県の湖から採取した底泥を使用した場合である。
【００７９】
【表６】
【００８０】
【表７】
【００８１】
表６及び表７の結果から分かるように、加熱担体Ａを用いた本発明の処理水は、非加熱担体Ｂを用いた従来法の処理水に比べて、ＢＯＤ、ＣＯＤ、n-ヘキサン抽出物について良い結果となった。特に、ＣＯＤとn-ヘキサン抽出物である油分の分解性能がよかった。ＣＯＤの分解性能が良い理由としては、Bacillusのカタラーゼがラジカル的にＣＯＤ成分を酸化していることが考えられる。
【００８２】
（実施例６）
実施例６は、加熱担体Ａと非加熱担体Ｂについて、アオコの分解性能を調べたものであり、千葉県のＡ下水処理場から採取した活性汚泥を使用した場合と、千葉県の湖から採取した底泥を使用した場合との両方について行った。
【００８３】
実施例６で使用した加熱担体Ａは、加熱処理前の固定化微生物担体２００ｍｌと水道水３００ｍｌを１Ｌの三角フラスコに入れ、オートクレーブで６０℃１５分間加熱した。このように製造した加熱担体２００ｍｌを、４Ｌの加熱担体用の曝気槽１２に投入し、まず表４に示す合成廃水で１週間培養した。１週間培養した後、曝気槽１２内の合成廃水を、アオコ含有湖沼水［アオコ１０5（cells/ｍｌ）含有］に交換して滞留時間２４時間で連続処理した。
【００８４】
従来法として、非加熱担体Ｂを非加熱担体用の曝気槽１２に投入し、実施例６と同様に、表４の合成廃水で培養した後、アオコ含有湖沼水［アオコ１０5（cells/ｍｌ）含有］に交換して滞留時間２４時間で連続処理した。
【００８５】
その結果、加熱担体Ａを用いた処理水中のアオコは１０2（cells/ｍｌ）以下まで安定して低減されたのに対し、非加熱担体Ｂを用いた処理水中のアオコは１０4〜１０5（cells/ｍｌ）で原水のアオコ含量とほとんど変わらなかった。
【００８６】
尚、実施例６で使用した千葉県のＡ下水処理場の活性汚泥や千葉県の湖から採取した底泥には放線菌が比較的少なかったので、このような場合には、実施例６のように加熱処理してBacillusを集積させることによってアオコを効果的に分解除去できる。
【００８７】
（実施例７）
実施例７は、大気中のメルカプタン、硫化水素、アンモニア等の悪臭成分の除去を行ったものであり、千葉県のＡ下水処理場から採取した活性汚泥を使用した場合と、千葉県の湖から採取した底泥を使用した場合との両方について行った。
【００８８】
試験は、直径５ｃｍ、高さ１００ｃｍの約２Ｌのカラム内に、加熱担体Ａの充填率が７０％になるようにした固定床式濾過層を設け、メルカプタンを含有する空気をカラムの下端から流入させ、固定床式濾過層を通過させてからカラム上端から排気した。そして、流入ガスと排気ガスのメルカプタン濃度を測定して除去率を求めた。カラム内でのガスの滞留時間を２分とした。
【００８９】
同様に、硫化水素を含有する空気、アンモニアガスを含有する空気についても実施した。
【００９０】
その結果、メルカプタン、硫化水素、アンモニアのいずれの場合にも、９９％の除去率を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】固定化担体について、担体内に包括固定化した汚泥濃度及び放線菌の菌濃度と、アオコの分解率との関係を説明する説明図
【図２】本発明の加熱担体の製造方法を示した概念図
【図３】下水処理場の活性汚泥について加熱処理温度とBacillus菌数の関係を示した図
【図４】湖の底泥について加熱処理温度とBacillus菌数の関係を示した図
【図５】３ｍｍ角のペレット状にした加熱処理前の多数の固定化微生物担体を示した図
【図６】加熱担体と非加熱担体について連続処理運転を行った試験装置の模式図
【図７】連続処理運転前の加熱担体と非加熱担体を標準寒天培地で培養した後の生育コロニーの図
【図８】連続処理運転終了後の加熱担体と非加熱担体の中の総菌数とBacillus菌数を調べた図
【図９】連続処理運転終了後の加熱担体と非加熱担体を標準寒天培地で培養した後の生育コロニーの図
【図１０】加熱担体と非加熱担体のＴＯＣ除去性能を示した図
【図１１】Bacillusを純粋培養してから固定化する従来の固定化方法を示した概念図
【符号の説明】
【００９２】
１０…試験装置、１２…曝気槽、１４…担体流出防止網、１６…空気供給管、Ａ…加熱担体、Ｂ…非加熱担体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水中や大気中の無機および／又は有機化合物などを生物学的に効率良く処理するための加熱担体及びその製造方法、並びに加熱担体を用いた環境浄化法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃水や下水を微生物で処理する生物学的処理は、比較的低コストであることから広く採用されている。しかし、微生物の種類によっては、増殖速度が遅いものや、被毒し易いもの、又はその環境中において増殖し難いものがあり、必ずしも効率的な方法とはいえない場合がある。そこで、微生物が繁殖しやすい環境を積極的に形成するために、活性汚泥や特定の微生物を予め内部に包括固定した固定化微生物担体を用いて生物処理する処理方法がすでに実用化されている。
【０００３】
微生物を内部に担持（保持）する固定化材料としてはゲル材料が通常用いられ、自然環境に対して無害であること、微生物によって変質又は分解されないこと、機械的強度が高いこと、微生物を多量に担持できること等が要求される。これまでに実用化されているゲル材料としては、下記の特許文献１に記載のポリエチレングリコール系のポリマ、ポリビニルアルコール系の樹脂等がある。一方、ゲル材料に包括固定化する微生物としては活性汚泥や純粋培養した微生物が用いられている。
【０００４】
近年、微生物として、枯草菌群細菌であるBacillusや放線菌が注目されている。Bacillusも放線菌も堆肥の発酵過程で増殖する菌で、油分の分解、高濃度ＢＯＤ成分の分解、悪臭成分の分解除去、生物処理で発生する余剰汚泥の凝集性の向上、ＣＯＤ成分の分解等のいわゆる環境汚染物質の浄化に優れており、純粋菌利用技術が検討されている。
【特許文献１】特願昭６０−４４１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、Bacillusや放線菌を用いて環境汚染物質を生物学的処理するためには、Bacillusや放線菌を優占させBacillusや放線菌を高濃度に担持した固定化微生物担体を製造しなくてはならないが、従来は、図１１に示すように、純粋培養したBacillusや放線菌をゲル材料に固定化する必要があった。
【０００６】
しかしながら、純粋培養には培養タンクや大量の培地が必要であり、更には培養時間も長くかかり当然人件費もかさむことから製造コストがかかりすぎるという欠点がある。
【０００７】
また、放線菌の場合には、単に菌数濃度を上げただけでは環境汚染物質、特にアオコを効率的に分解除去することができないという欠点がある。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、微生物の純粋培養を行うことなく特定の微生物、特にBacillusを固定化材料に高濃度に担持することができる加熱担体及びその製造方法、並びに加熱担体を用いた環境浄化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、耐熱性菌であるBacillusを含む汚泥を内部に包括固定化した固定化微生物担体を、加熱処理することを特徴とする加熱担体の製造方法を提供する。
【００１０】
また、本発明の請求項２は前記目的を達成するために、微生物を担持する固定化材料であるモノマ又はプレポリマの何れかを、耐熱性菌であるBacillusを含む汚泥の存在下で４０℃以上、１３０℃以下で加熱処理しながら重合することを特徴とする加熱担体の製造方法を提供する。
【００１１】
本発明の請求項１と２は、汚泥を裸のまま加熱処理するのではなく、汚泥が固定化材料に包括された状態で加熱処理、又は汚泥が固定化材料に包括されるゲル化反応での重合時に加熱処理することにより、複数の微生物が混在する汚泥から耐熱性を有する特定の微生物を優占状態で固定化材料に集積させることができるようにすると共に、その後の加熱担体の培養においても優占状態の微生物を効果的に増殖できるようにしたものである。
【００１２】
本発明の請求項３は、請求項１における加熱処理の好ましい温度を規定したもので、加熱処理温度を４０℃以上、１３０℃以下の範囲で行うことにより、Bacillusを固定化材料内に優占的に集積させた加熱担体を得ることができる。
【００１３】
本発明の請求項４は、請求項１から３で使用する汚泥を具体的に規定したもので、汚泥には、下水処理場の活性汚泥、湖沼や河川や海の底泥、又は地表の土壌を含むものとする。また、湖沼や河川や海の底泥とは湖沼や河川や海の底に堆積している汚泥や岸辺の汚泥をいい、地表の土壌とは農地、山林、工場、住宅地等の地表に存在する土壌をいう。
【００１４】
本発明の請求項５は、請求項１から４の何れか１の製造方法で製造された加熱担体である。
【００１５】
本発明の請求項６は前記目的を達成するために、請求項５の加熱担体を、油成分、ＢＯＤ成分、ＣＯＤ成分、悪臭成分を構成する無機及び有機の環境汚染物質のうちの少なくとも１つの環境汚染物質と接触させて生物学的処理を行うことを特徴とする環境浄化方法を提供する。
【００１６】
本発明の請求項６は、Bacillusを高濃度に担持した加熱担体を、油成分、ＢＯＤ成分、ＣＯＤ成分、悪臭成分を構成する無機及び有機の環境汚染物質のうちの少なくとも１つの環境汚染物質と接触させて生物学的処理を行うものであり、環境汚染物質を効率的に分解除去できる。
【００１７】
本発明の請求項７は前記目的を達成するために、請求項５の加熱担体を、生物処理で発生する余剰汚泥と接触させて生物学的処理を行うことを特徴とする環境浄化方法を提供する。
【００１８】
本発明の請求項７は、Bacillusを高濃度に担持した加熱担体を、生物処理で発生する余剰汚泥と接触させて生物学的処理を行うものであり、余剰汚泥の凝集性を効果的に向上させることができる。
【００１９】
本発明の請求項８は前記目的を達成するために、請求項５記載の加熱担体を、アオコを含有する水、又はアオコが発生するおそれのある水と接触させて生物学的処理を行うことを特徴とする環境浄化方法を提供する。
【００２０】
本発明の請求項８は、Bacillusを高濃度に担持した加熱担体を、アオコを含有する水、又はアオコが発生するおそれのある水と接触させて生物学的処理を行うものであり、アオコを効果的に分解除去できるだけでなく、アオコが発生するおそれのある水に対してアオコの発生を未然に防止できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る加熱担体及びその製造方法によれば、微生物の純粋培養を行うことなく特定の微生物を固定化材料に高濃度に担持することができる。従って、本発明の加熱担体を用いれば、従来に比べて環境汚染物質を効果的に分解除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下添付図面に従って、本発明に係る加熱担体及びその製造方法、並びに加熱担体を用いた環境浄化方法の好ましい実施の形態について詳説する。また、参考までに放線菌を包括固定した固定化担体およびそれによる環境浄化方法についても説明する。
【００２３】
図１は、湖沼や河川や海の底泥、又は地表の土壌を固定化材料に包括固定化した固定化担体について、担体内に包括固定化した汚泥濃度及び放線菌の菌濃度と、アオコの分解率との関係を示したものである。汚泥濃度の担体サンプルとしては、５００ｍｇ／Ｌ、１０００ｍｇ／Ｌ、２０００ｍｇ／Ｌ、２００００ｍｇ／Ｌの４水準のものを調製した。
【００２４】
図１から分かるように、担体中の放線菌の菌濃度を大きくしていくとアオコの分解率が増加するが、汚泥濃度が２０００ｍｇ／Ｌ（２ｍｇ／ｍＬ）以上のサンプルにおいて、放線菌の菌数が１０4（cells/ml)以上、好ましくは１０5（cells/ml)以上になったときにアオコの分解率が急激に向上する。このことは、アオコの分解率を顕著に向上させるためには、固定化担体中に、単に、放線菌を高濃度に担持するだけでなく、担体１ｍＬ当たり底泥や土壌が２ｍｇ以上固定化されていることが重要であることを意味する。底泥や土壌の濃度が重要な理由は、固定化担体中には放線菌の住みかとなる棲息空間が必要であり、固定化された底泥や土壌がその棲息空間を形成するためであると考えられ、好適な棲息空間を形成するには底泥や土壌の濃度が２ｍｇ／ｍＬ−担体以上必要であると考察される。ちなみに、放線菌の計測は松井三郎らの方法（松井三郎：環境微生物工学研究法、技報堂、頁５５〜５８（１９９３年））で行った。
【００２５】
放線菌と同様に環境汚染物質の浄化に優れているとされているBacillusは、単に、湖沼や河川や海の底泥、又は地表の土壌、或いは下水処理場の活性汚泥を固定化材料に包括固定化しただけでは、環境汚染物質を十分に分解除去するまでの菌数濃度に高めることができない。このことから、Bacillusのような耐熱性の微生物については本発明の加熱担体を製造することで菌数濃度を高めるようにした。
【００２６】
図２は、本発明の加熱担体の製造方法を示した概念図であり、微生物として、湖沼や河川や海の底泥、又は地表の土壌、或いは下水処理場の活性汚泥（以下、底泥、土壌、活性汚泥を総称して単に「汚泥」という）の中のBacillusを固定化材料に優占的に集積して高濃度に担持する例で説明する。
【００２７】
図２に示すように、本発明の加熱担体の製造方法は、汚泥を固定化材料に包括固定化して固定化微生物担体を製造し、この固定化微生物担体を加熱処理する。また、本発明の加熱担体の別の製造方法では、図示しないが、固定化材料であるモノマ又はプレポリマの何れかを、汚泥の存在下で加熱処理しながら重合する。これにより、本発明の加熱担体を得ることができる。この場合、Bacillusを固定化材料内に優占的に集積させるための加熱処理温度としては、４０℃以上、１３０℃以下で、更に好ましくは６０℃以上、１１０℃以下であることが好ましい。また、加熱処理時間としては１分以上、３０分以下が好ましい。
【００２８】
即ち、本発明は、汚泥を裸のまま加熱処理するのではなく、汚泥が固定化材料に包括された状態で加熱処理、又は汚泥が固定化材料に包括されるゲル化反応での重合時に加熱処理されることが重要である。これにより、汚泥中に混在する複数種類の微生物のうち、固定化材料内に耐熱性菌であるBacillusが選択的に残存し、その後、急速な増殖を行う。この結果、固定化材料内の総菌数のうちBacillusの占める割合を顕著に大きくすることができるので、Bacillusを優占状態で担持した加熱担体を製造することができる。この場合、汚泥を裸のまま加熱処理すると、汚泥中の微生物が可溶化され易くなり、固定化後の微生物の棲息空間が形成されにくくなるが、固定化材料に包括固定化した後で加熱処理することにより微生物の棲息空間が形成され易くなる。更には、包括固定化した後で加熱処理した方が、コンタミネーションを受けにくい。また、その後の加熱担体の培養においても優占状態のBacillusの効果的な増殖が可能となる。また、本発明の副次的な効果として、加熱処理することにより、常温での重合よりも重合速度が速められるので、担体製造速度を大幅に向上することが可能となる。
【００２９】
図３は、下水処理場の活性汚泥を固定化材料に包括固定化した後で２０〜１３０℃の加熱温度で加熱処理した本発明の加熱担体と、２０〜１３０℃の加熱温度で裸のまま加熱処理した活性汚泥とについて、培養２週間後におけるBacillusの菌数を比較した結果である。図３の○は加熱担体、△は活性汚泥である。
【００３０】
図３に示すように、加熱温度が３０℃以下では加熱担体も活性汚泥もBacillusの菌数が１０7（cells/ml)レベルで差はない。しかし、加熱担体のBacillusの菌数は、３０℃を越えると急激に増加して１００℃付近でピークとなり、この時のBacillusの菌数は１０10（cells/ml)レベルであった。その後、低下して１２０℃でBacillus菌数は１０9（cells/ml)レベルから１３０℃で１０8（cells/ml)レベルまで低下した。一方、裸のまま加熱処理した活性汚泥のBacillusの菌数は、３０℃を越えると低下しはじめて１２０℃のBacillusの菌数は１０5（cells/ml)レベルまで低下した。図３では、裸のまま加熱処理した活性汚泥自体のBacillusの菌数を測定したが、裸のまま加熱処理した活性汚泥を本発明の加熱担体に使用したと同じ固定化材料に包括固定化した後のBacillusの菌数も同様の結果であった。尚、図３の２０〜３０℃でBacillusが増殖しにくいのは、加熱処理が不十分で他の雑菌が増殖し、雑菌との相互作用によりBacillusの増殖が抑えられるものと考えられる。
【００３１】
図４は滋賀県の底泥を固定化材料に包括固定化した後で２０〜１３０℃の加熱温度で加熱処理した本発明の加熱担体と、２０〜１３０℃の加熱温度で裸のまま加熱処理した湖の底泥とについて、培養２週間後におけるBacillusの菌数を比較した結果であるが、図３の活性汚泥の場合の試験結果と殆ど同一の結果となった。
【００３２】
この結果から分かるように、Bacillusが耐熱性菌であるからといって、下水処理場の活性汚泥や湖沼の底泥等の汚泥を裸のまま加熱処理した後で、図１１で示した従来の製造方法により固定化微生物担体を製造しても、製造された固定化微生物担体内のBacillusを増殖させることはできない。即ち、上記したように、本発明の加熱担体の製造は、汚泥を裸のまま加熱処理するのではなく、汚泥が固定化材料に包括された状態、又は包括される過程である重合の過程で加熱処理することが重要である。また、Bacillusを高い濃度に集積した加熱担体を得るための加熱温度としては、Bacillusの菌数が１０8（cells/ml)レベル以上を確保できることが好ましく、４０℃以上、１３０℃以下、より好ましくはBacillusの菌数が１０9（cells/ml)レベル以上を確保できる６０℃以上、１１０℃以下であることが好ましい。
【００３３】
本発明の加熱担体の製造において用いる固定化材料としては、モノメタクリレート類、モノアクリレート類、ジメタクリレート類、ジアクリレート類、トリメタクリレート類、トリアクリレート類、テトラアクリレート類、ウレタンアクリレート類、エポキシアクリレート類、その他、ポリビニルアルコール、アクリルアミド、光硬化性ポリビニルアルコール、光硬化性ポリエチレングリコール、光硬化性ポリエチレングリコールポリプロピレングリコールプレポリマ等を使用することができる。
【００３４】
また、Bacillusを高濃度に担持した本発明の加熱担体は、加熱担体を以下に説明する環境汚染物質に接触させて生物学的に処理することにより、環境汚染物質の効果的な分解除去が可能である。
【００３５】
本発明の加熱担体により効果的な生物学的処理が可能な環境汚染物質としては、アオコ、赤潮、緑藻含有水、油成分（ヘキサン抽出物）、ＢＯＤ成分、ＣＯＤ成分や、大気中のメルカプタン、硫化水素、アンモニア等の悪臭成分が対象である。
【００３６】
また、Bacillusを高濃度に担持した本発明の加熱担体は、活性汚泥による生物学的処理より発生する余剰汚泥の凝集性を向上させることができる。
【００３７】
更に、Bacillusを高濃度に担持した本発明の加熱担体は、水中のアオコを効果的に分解除去できるだけでなく、アオコが発生するおそれのある水に対してアオコの発生を未然に防止できる。
【００３８】
尚、本実施の加熱担体の形態では、Bacillusを固定化材料に高濃度で集積させる例で説明したが、本発明はBacillusに限定するものではなく、複数の微生物が混在する湖沼や河川や海の底泥、又は地表の土壌、或いは下水処理場の活性汚泥から耐熱性を有する特定の微生物を優占状態で固定化材料に集積させることができるようにすると共に、その後の加熱担体の培養においても優占状態の微生物を効果的に増殖できるようにしたものである。
【実施例】
【００３９】
［１］固定化担体によるアオコ分解試験
（実施例１）
千葉県のＡ沼から採取した底泥をポリエチレングリコール系プレポリマで包括固定化し、図５のように、３ｍｍ角の多数のペレットとした。表１は、固定化担体の組成であり、担体中の汚泥濃度が２ｍｇ／ｍｌ−担体以上になるようにした。
【００４０】
【表１】
【００４１】
この固定化担体における放線菌の菌数濃度は４×１０5（cells/ml−担体）であった。この固定化担体２００mlを用いて２Ｌの反応槽に投入し、アオコ含有の沼水（アオコ１０5cells/ml含有）を滞留時間４８時間で連続処理した。
【００４２】
その結果、処理水中のアオコは１０2cells/ml以下で安定した。
【００４３】
（実施例２）
実施例１と同様の試験を東京湾の底泥、千葉県の農地の土壌、江戸川の河川敷の土壌、滋賀県の湖の底泥をそれぞれ採取してポリエチレングリコール系プレポリマで固定化し、図５のように、３ｍｍ角の多数のペレットとした。固定化担体の組成は表１と同じであり、担体中の汚泥濃度は２ｍｇ／ｍｌ−担体以上になるようにした。
【００４４】
表２は、固定化担体中に担持される放線菌の菌数濃度とアオコ分解速度との関係を示したものである。
【００４５】
【表２】
【００４６】
表２の結果から分かるように、固定化担体中の放線菌濃度が１０4レベルでは、アオコ分解速度が１０００（cells・アオコ/ml・担体）レベルのオーダであるが、放線菌濃度が１０5以上では１０4のときの１０倍の分解速度となる。
【００４７】
このように、放線菌が高濃度で含有されている湖沼や河川や海の底泥、又は地表の土壌、特に農地の土壌を包括固定化して放線菌が繁殖しやすい環境を積極的に形成すると共に、担体中の汚泥濃度を２ｍｇ／ｍｌ−担体以上にすることで、アオコを効率的に分解除去することができる。特に、放線菌濃度が１０5以上の場合には、アオコを極めて効率的に分解除去することができる。
【００４８】
一方、固定化担体内に汚泥を固定化せずに、純粋培養した放線菌のみをポリエチレングリコール系プレポリマで固定化したサンプルである純粋培養の固定化担体は、アオコ分解速度が３４０（cells・アオコ/ml・担体）と悪い結果になった。［２］本発明の加熱担体と、加熱処理をしていない従来の固定化微生物担体（以下「非加熱担体」と称す）について、Bacillusの優占状態、及び処理性能について比較試験を行った実施例について説明する。
【００４９】
汚泥の種類としては、千葉県のＡ下水処理場から採取した活性汚泥と、千葉県の湖から採取した底泥と、についてそれぞれポリエチレングリコール系プレポリマで固定化して加熱前の固定化微生物担体を調製し、図５のように、３ｍｍ角の多数のペレットとした。
【００５０】
そして、この加熱前の固定化微生物担体を非加熱担体Ｂのサンプルとした。この固定化微生物担体２００ｍｌと水道水３００ｍｌを１Ｌの三角フラスコに入れ、オートクレーブにより１００℃で１２分間加熱処理した。そして、この加熱後の固定化微生物担体を加熱担体Ａのサンプルとした。
【００５１】
表３は、固定化微生物担体の組成である。
【００５２】
【表３】
【００５３】
図６は、Bacillusの優占状態、及び処理性能について比較試験を行った連続処理運転用の試験装置１０の模式図である。
【００５４】
試験装置１０は、図６に示す容積２Ｌの２つの曝気槽１２、１２を並設し、１つの曝気槽１２には加熱担体Ａを２００ｍｌ添加して加熱担体用の試験装置とし、別の曝気槽１２には非加熱担体Ｂを２００ｍｌ添加して非加熱担体用の試験装置とした。この場合、それぞれの曝気槽１２の担体充填率はどちらの試験装置１０も同じ１０％になるようにした。そして、合成廃水を、曝気槽１２上部から連続的に流入させ、処理した処理水が曝気槽内側面に設けた担体流出防止網（スクリーン）１４を経て流出するようにした。合成廃水の供給流量を１１ｍｌ／分とし、曝気槽１２における滞留時間が３時間となるように連続処理運転を行った。担体流出防止網１４は、目開き２ｍｍの塩化ビニール製のものを用いた。曝気槽１２内への酸素の供給と加熱担体の撹絆のための空気供給管１６を設け、この空気供給管１６により曝気槽１２内の合成廃水中に５Ｌ／分の通気量で曝気できるようにした。合成廃水の水温は２０℃に調整した。
【００５５】
表４は、Bacillusの優占状態の試験に使用した合成廃水の組成である。
【００５６】
【表４】
【００５７】
表５は、加熱担体Ａ及び非加熱担体Ｂの中の細菌数測定用に使用した標準寒天培地の組成である。
【００５８】
【表５】
【００５９】
（実施例３）
先ず、千葉県のＡ下水処理場から採取した活性汚泥を使用した加熱担体Ａと非加熱担体Ｂについて、図６の試験装置１０を使用してBacillusの優先状態を試験した結果について説明する。
【００６０】
図７は、連続運転を行う前の加熱担体Ａと非加熱担体Ｂのそれぞれについて、ホモジナイズし、表５の標準寒天培地にそれぞれ希釈平板して培養した後の生育したコロニーの状態を示した図である。図７に示すように、加熱担体Ａの場合には白色の単一コロニーが生育したのに対し、非加熱担体Ｂの場合には白色、黄色等、様々なコロニーが生育した。加熱担体Ａで生育した白色コロニーをbioMerieux社製同定キットで簡易同定した結果、Bacillusであると推定できた。このことは、加熱処理を行うことにより、担体Ａ中にBacillusを優占状態で集積させることができることを意味している。
【００６１】
次に、加熱担体Ａと非加熱担体Ｂについて、表４のペプトンと肉エキスを主体とした合成廃水を使用して図６の試験装置１０で６カ月の連続処理運転を行うことにより、連続運転前のBacillusの優占状態がどのようになるか、即ちBacillusの優占状態の安定性を評価した。
【００６２】
図８は、連続処理運転終了後の加熱担体Ａと非加熱担体Ｂについて、担体Ａ，Ｂ中の総菌数とBacillusの菌数を調べたものである。尚、連続運転前（初期担体）の総菌数は５×１０8（cells/ml)、Bacillus菌数は２×１０6（cells/ml)であった。
【００６３】
図８から分かるように、連続処理運転終了後の加熱担体Ａは、総菌数が１×１０10（cells/ml)でBacillus菌数が８．５×１０9（cells/ml)となった。即ち、加熱担体Ａの場合には、連続処理運転により増加した総菌数の殆どがBacillusの増殖であった。一方、非加熱担体Ｂは、総菌数が２×１０9（cells/ml)に増加したものの、Bacillus菌数は６×１０7となり、総菌数に対するBacillusの占有率が加熱担体Ａに比べて顕著に小さかった。
【００６４】
図９は、連続処理運転終了後の加熱担体Ａと非加熱担体Ｂについて、稀釈平板培養した時のコロニー形態を示す図である。
【００６５】
図９（ａ）に示すように、非加熱担体Ｂの場合には白色や黄色の多様な小型コロニーが生育し、一方、加熱担体Ａはほぼ均一な大型コロニーが生育していた。また、図９（ｂ）は３％過酸化水素をコロニーにかけた写真であり、非加熱担体Ｂでは局部的に発泡したが、加熱担体Ａでは全面的に激しく発泡し、大型コロニーがBacillusである証拠となる強いカタラーゼ活性が認められた。また、加熱担体Ａの大型コロニーをbioMerieux社製同定キットで同定した結果、Bacillusであると推定できた。
【００６６】
図７、図８及び図９の結果から、加熱担体Ａは、連続処理運転前、連続処理運転終了後にかかわらず、Bacillusが常に優占して存在しており、Bacillusの優占状態の安定性が良いことが分かる。このことは、加熱担体Ａは連続処理運転によりBacillusの集積培養が可能であることを意味する。
【００６７】
次に、加熱担体Ａと非加熱担体Ｂについて、図６の試験装置１０を使用してBacillusの処理性能を試験した結果について説明する。
【００６８】
処理性能試験は、上記の連続処理運転に使用したと同じ加熱担体Ａと非加熱担体Ｂを用い、高濃度処理の可能性を明らかにするために、加熱担体用の試験装置１０と非加熱担体用の試験装置１０の各曝気槽１２の合成廃水を、ＴＯＣ（Total Organic Carbon、総有機系炭素量）１７０ｍｇ／Ｌの合成廃水に入れ換えて回分処理を行った。回分処理ではＴＯＣ濃度の低減推移を経時的に測定した。また、得られた処理水のＴＯＣ測定は、処理水を５Ａ濾紙で濾過した濾過液について行い、加熱担体Ａと非加熱担体ＢについてのＴＯＣの除去速度を調べた。
【００６９】
ＴＯＣの除去速度は次式（１）により計算される。
【００７０】
[数１]
ｄｓ／ｄｔ＝Ｋ×ｓ…（１）
但し、s : 廃水TOC濃度(mg/ｌ)
T : 時間(h)
K : 除去速度恒数(1/h)
結果を図１０に示す。
【００７１】
図１０から分かるように、加熱担体Ａ（Bacillus優占担体）のＴＯＣ除去速度は０．５３２ｈ-1で、非加熱担体Ｂ（活性汚泥担体）のＴＯＣ除去速度は０．２８０ｈ-1であり、加熱担体ＡのＴＯＣ除去速度は非加熱担体Ｂの約２倍であった。このことは、ＴＯＣ濃度が１７０ｍｇ／Ｌ程度の中程度の濃度（負荷）の廃水の場合、加熱担体Ａは非加熱担体Ｂの約２倍の処理性能があることを意味する。
【００７２】
（実施例４）
実施例３と同様に、千葉県の湖から採取した底泥を使用した加熱担体Ａと非加熱担体Ｂについて、図６の試験装置１０を使用してBacillusの優先状態を試験した結果について説明する。
【００７３】
その結果、千葉県の湖から採取した底泥を使用した加熱担体Ａについても常にBacillusコロニーが優占していた。また、表４のペプトンと肉エキスを主体とした合成廃水を使用して図６の試験装置１０で６カ月の連続処理運転の結果では、連続運転前（初期担体）の加熱担体のBacillus菌数が４×１０5（cells/ml)であったものが、連続運転終了後には８×１０9（cells/ml)になっており、連続運転により集積培養が可能であることが見いだされた。一方、非加熱担体Ｂの場合には、連続運転終了後の総菌数は増加したものの、連続運転によるBacillusの集積培養が殆ど認められなかった。そして、連続運転後の加熱担体Ａの希釈平板培養したときのコロニー形態としては、非加熱担体には白色や黄色の多様な小型コロニーが生育したのに対し、加熱担体では略均一な大型コロニーが生育した。そして、３％過酸化水素をコロニーにかけると、非加熱担体では局部的に発泡したのに対し、加熱担体では全面的に激しく発泡し、強いカタラーゼ活性が認められた。また、加熱担体Ａの大型コロニーをbioMerieux社製同定キットで同定した結果、Bacillusであると推定できた。
【００７４】
このように、汚泥の種類を実施例３の下水処理場の活性汚泥から湖から採取した底泥に変えた場合も同様の結果を得ることができた。
【００７５】
また、加熱担体Ａと非加熱担体Ｂについて、図６の試験装置１０を使用してBacillusの処理性能を試験した結果では、加熱担体Ａ（Bacillus優占担体）のＴＯＣ除去速度は０．４３２ｈ-1で、非加熱担体ＢのＴＯＣ除去速度は０．２００ｈ-1であり、加熱担体ＡのＴＯＣ除去速度は非加熱担体Ｂの２倍以上であった。
【００７６】
（実施例５）
実施例５は、加熱担体Ａと非加熱担体Ｂのそれぞれについて、食品工場でのＢＯＤ成分、ＣＯＤ成分、ＳＳ（懸濁物質）、油分（n-ヘキサン抽出物）の除去性能について試験したものである。
【００７７】
実施例３又は４の試験終了後、曝気槽１２の合成廃水を食品工場廃水に交換して、滞留時間４時間で連続処理した。
【００７８】
表６は、千葉県のＡ下水処理場から採取した活性汚泥を使用した場合であり、表７は千葉県の湖から採取した底泥を使用した場合である。
【００７９】
【表６】
【００８０】
【表７】
【００８１】
表６及び表７の結果から分かるように、加熱担体Ａを用いた本発明の処理水は、非加熱担体Ｂを用いた従来法の処理水に比べて、ＢＯＤ、ＣＯＤ、n-ヘキサン抽出物について良い結果となった。特に、ＣＯＤとn-ヘキサン抽出物である油分の分解性能がよかった。ＣＯＤの分解性能が良い理由としては、Bacillusのカタラーゼがラジカル的にＣＯＤ成分を酸化していることが考えられる。
【００８２】
（実施例６）
実施例６は、加熱担体Ａと非加熱担体Ｂについて、アオコの分解性能を調べたものであり、千葉県のＡ下水処理場から採取した活性汚泥を使用した場合と、千葉県の湖から採取した底泥を使用した場合との両方について行った。
【００８３】
実施例６で使用した加熱担体Ａは、加熱処理前の固定化微生物担体２００ｍｌと水道水３００ｍｌを１Ｌの三角フラスコに入れ、オートクレーブで６０℃１５分間加熱した。このように製造した加熱担体２００ｍｌを、４Ｌの加熱担体用の曝気槽１２に投入し、まず表４に示す合成廃水で１週間培養した。１週間培養した後、曝気槽１２内の合成廃水を、アオコ含有湖沼水［アオコ１０5（cells/ｍｌ）含有］に交換して滞留時間２４時間で連続処理した。
【００８４】
従来法として、非加熱担体Ｂを非加熱担体用の曝気槽１２に投入し、実施例６と同様に、表４の合成廃水で培養した後、アオコ含有湖沼水［アオコ１０5（cells/ｍｌ）含有］に交換して滞留時間２４時間で連続処理した。
【００８５】
その結果、加熱担体Ａを用いた処理水中のアオコは１０2（cells/ｍｌ）以下まで安定して低減されたのに対し、非加熱担体Ｂを用いた処理水中のアオコは１０4〜１０5（cells/ｍｌ）で原水のアオコ含量とほとんど変わらなかった。
【００８６】
尚、実施例６で使用した千葉県のＡ下水処理場の活性汚泥や千葉県の湖から採取した底泥には放線菌が比較的少なかったので、このような場合には、実施例６のように加熱処理してBacillusを集積させることによってアオコを効果的に分解除去できる。
【００８７】
（実施例７）
実施例７は、大気中のメルカプタン、硫化水素、アンモニア等の悪臭成分の除去を行ったものであり、千葉県のＡ下水処理場から採取した活性汚泥を使用した場合と、千葉県の湖から採取した底泥を使用した場合との両方について行った。
【００８８】
試験は、直径５ｃｍ、高さ１００ｃｍの約２Ｌのカラム内に、加熱担体Ａの充填率が７０％になるようにした固定床式濾過層を設け、メルカプタンを含有する空気をカラムの下端から流入させ、固定床式濾過層を通過させてからカラム上端から排気した。そして、流入ガスと排気ガスのメルカプタン濃度を測定して除去率を求めた。カラム内でのガスの滞留時間を２分とした。
【００８９】
同様に、硫化水素を含有する空気、アンモニアガスを含有する空気についても実施した。
【００９０】
その結果、メルカプタン、硫化水素、アンモニアのいずれの場合にも、９９％の除去率を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】固定化担体について、担体内に包括固定化した汚泥濃度及び放線菌の菌濃度と、アオコの分解率との関係を説明する説明図
【図２】本発明の加熱担体の製造方法を示した概念図
【図３】下水処理場の活性汚泥について加熱処理温度とBacillus菌数の関係を示した図
【図４】湖の底泥について加熱処理温度とBacillus菌数の関係を示した図
【図５】３ｍｍ角のペレット状にした加熱処理前の多数の固定化微生物担体を示した図
【図６】加熱担体と非加熱担体について連続処理運転を行った試験装置の模式図
【図７】連続処理運転前の加熱担体と非加熱担体を標準寒天培地で培養した後の生育コロニーの図
【図８】連続処理運転終了後の加熱担体と非加熱担体の中の総菌数とBacillus菌数を調べた図
【図９】連続処理運転終了後の加熱担体と非加熱担体を標準寒天培地で培養した後の生育コロニーの図
【図１０】加熱担体と非加熱担体のＴＯＣ除去性能を示した図
【図１１】Bacillusを純粋培養してから固定化する従来の固定化方法を示した概念図
【符号の説明】
【００９２】
１０…試験装置、１２…曝気槽、１４…担体流出防止網、１６…空気供給管、Ａ…加熱担体、Ｂ…非加熱担体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱性菌であるBacillusを含む汚泥を内部に包括固定化した固定化微生物担体を、加熱処理することを特徴とする加熱担体の製造方法。
【請求項２】
微生物を担持する固定化材料であるモノマ又はプレポリマの何れかを、耐熱性菌であるBacillusを含む汚泥の存在下で４０℃以上、１３０℃以下で加熱処理しながら重合することを特徴とする加熱担体の製造方法。
【請求項３】
前記加熱処理の温度は、４０℃以上、１３０℃以下であることを特徴とする請求項１記載の加熱担体の製造方法。
【請求項４】
前記汚泥には、下水処理場の活性汚泥、湖沼や河川や海の底泥、又は地表の土壌を含むことを特徴とする請求項１から３の何れか１に記載の加熱担体の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１に記載の加熱担体の製造方法により製造された加熱担体。
【請求項６】
請求項５記載の加熱担体を、油成分、ＢＯＤ成分、ＣＯＤ成分、悪臭成分を構成する無機及び有機の環境汚染物質のうちの少なくとも１つの環境汚染物質と接触させて生物学的処理を行うことを特徴とする環境浄化方法。
【請求項７】
請求項５記載の加熱担体を、生物処理で発生する余剰汚泥と接触させて生物学的処理を行うことを特徴とする環境浄化方法。
【請求項８】
請求項５記載の加熱担体を、アオコを含有する水、又はアオコが発生するおそれのある水と接触させて生物学的処理を行うことを特徴とする環境浄化方法。
【請求項１】
耐熱性菌であるBacillusを含む汚泥を内部に包括固定化した固定化微生物担体を、加熱処理することを特徴とする加熱担体の製造方法。
【請求項２】
微生物を担持する固定化材料であるモノマ又はプレポリマの何れかを、耐熱性菌であるBacillusを含む汚泥の存在下で４０℃以上、１３０℃以下で加熱処理しながら重合することを特徴とする加熱担体の製造方法。
【請求項３】
前記加熱処理の温度は、４０℃以上、１３０℃以下であることを特徴とする請求項１記載の加熱担体の製造方法。
【請求項４】
前記汚泥には、下水処理場の活性汚泥、湖沼や河川や海の底泥、又は地表の土壌を含むことを特徴とする請求項１から３の何れか１に記載の加熱担体の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１に記載の加熱担体の製造方法により製造された加熱担体。
【請求項６】
請求項５記載の加熱担体を、油成分、ＢＯＤ成分、ＣＯＤ成分、悪臭成分を構成する無機及び有機の環境汚染物質のうちの少なくとも１つの環境汚染物質と接触させて生物学的処理を行うことを特徴とする環境浄化方法。
【請求項７】
請求項５記載の加熱担体を、生物処理で発生する余剰汚泥と接触させて生物学的処理を行うことを特徴とする環境浄化方法。
【請求項８】
請求項５記載の加熱担体を、アオコを含有する水、又はアオコが発生するおそれのある水と接触させて生物学的処理を行うことを特徴とする環境浄化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−３００９３１（Ｐ２００７−３００９３１Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５３８５６（Ｐ２００７−１５３８５６）
【出願日】平成１９年６月１１日（２００７．６．１１）
【分割の表示】特願２００２−２００２２（Ｐ２００２−２００２２）の分割
【原出願日】平成１４年１月２９日（２００２．１．２９）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１１日（２００７．６．１１）
【分割の表示】特願２００２−２００２２（Ｐ２００２−２００２２）の分割
【原出願日】平成１４年１月２９日（２００２．１．２９）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
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