親水性高分子コロイド物質の排水処理
【課題】親水性高分子コロイド物質の混在する排水は、種々の好気性微生物処理又は活性炭処理又は凝集沈殿法では種々のトラブルが生じ、排水中のＢＯＤ成分やＣＯＤ成分の低下が困難である。
【解決手段】排水に含まれる親水性高分子コロイド物質を合成有機コロイド物質又は合成有機コロイド物質及び酵素で処理することを特徴とする活性汚泥法又は生物膜固定床法又は生物膜流動床法等による好気性微生物処理及び装置。
【解決手段】排水に含まれる親水性高分子コロイド物質を合成有機コロイド物質又は合成有機コロイド物質及び酵素で処理することを特徴とする活性汚泥法又は生物膜固定床法又は生物膜流動床法等による好気性微生物処理及び装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成有機物コロイド、酵素と好気性微生物処理を併用して成る排水処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、果物、豆類や根菜類は工場での加工が多くなり、種々の加工品がスーパー等の棚に並んでいる。例えば、大豆やグリーンピースに代表される茹でた豆類、ホウレン草やブロッコリー等の茹でた葉物類の冷凍野菜類、下ろした山芋や大根の凍結乾燥品、カット果物の容器入り、カット野菜の袋入り等々多くの加工品が増加している。これらの果物、豆類や根菜類の加工は衛生的に加工されていて、すぐにでも家庭で食卓に乗せられる。また、総菜食品業者やレストランに卸すことも主流になってきている。これらの市場の増加に伴い、根菜類等の加工工場の排水の処理が大きな問題となっている。
【０００３】
これらの果物、豆類や根菜類のカットや茹でる等の加工による工場の排水は他の食品工場とは異なり、繊維質を中心とした高分子の有機物を含有するものになっており、植物の細胞を構成している成分の流出が主となる。取り分け、細胞壁付近に存在するセルロース、ヘミセルロース、ペクチン質、デンプン類、タンパク質は排水中に溶解・分散し、親水性高分子コロイドとして存在している。これらの物質は分子量が大きく、又細胞壁成分が微生物に分解しづらい構造を有していて、単純な好気性微生物による排水処理では対応しきれない。このまま河川に排水する事は稲作への悪害や環境への公害を引き起こす恐れがあり、少なくても排出基準以下に保つことが要求されている。
【０００４】
従来、工場排水などに含まれる有機物を処理する技術としては微生物処理法、凝集沈殿処理法や加圧浮上処理法が一般的である。排水量に対して、有機物が低含有の場合は好気性微生物を使用した微生物処理法等が行われ、濃度が高い場合は凝集沈殿法が好ましく、加圧浮上法は油脂の分離に適している。しかし、野菜加工工場の排水には不溶性繊維質、可溶性多糖類やタンパク質等が親水性高分子コロイドを形成し混在していることが多く、通常の排水処理では除去する事は困難である。
【０００５】
処理の難しい親水性高分子コロイドの成分を除去する技術としては、これまで種々の方法が一般的にはとられているが、それぞれの方法には、なお改善すべき課題が残されている。
【０００６】
イオン交換樹脂をイオン交換樹脂塔に充填し、排水を通水し、溶解性ＣＯＤ成分を排水から除去する方法が示されている（例えば、特許文献１）がある。しかし、食品加工などの排水処理に使用するには、排水中に粘性を及ぼすような種々の物質が入っているために、樹脂塔に閉塞を起こす場合があり課題が多い。
【０００７】
水中で膨潤し、実質的に水に溶解しないカチオン性ポリマー微粒子を水に添加するデンプン含有水の処理方法（例えば、特許文献２）がある。しかし、水中で膨潤したポリマー微粒子であるために、重合条件、共存イオンなどの水質の影響を大きく受け多種多様な荷電を有する物質が混在している排水処理には適さず、膨潤した微粒子の粒子径や表面積が一定しないために、凝集効果が安定しない課題がある。
【０００８】
水溶性ＣＯＤ成分に対し、微粒状のカチオン性官能基、アニオン性の官能基、又は水素結合能を持つ有機系微粒子を使用して、可溶性ＣＯＤ成分を除去する方法が取られている（例えば、特許文献３）。しかし、排水中のＣＯＤ成分がアニオン性、カチオン性、ノニオン性の成分が混在する場合には、処理できるＣＯＤ成分が限られてしまうなどの課題がある。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２７６８２５
【特許文献２】特公平７−８３８６９
【特許文献３】特開２００７−３１３４９２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
親水性高分子コロイド物質は、天然又は加工品であれ低分子状の物質と比較すると微生物による分解速度は遅く、好気性微生物による種々の排水処理法でも効率よく分解できない。また、生物膜による方法では表面を粘性物が被い嫌気化してしまうので、排水中のＢＯＤやＣＯＤ成分の低下が困難であった。他方、活性炭処理ではすぐにろ過層が閉塞してしまい、又、凝集沈殿法ではカチオン及びアニオンの電荷を有する物質が混在している排水には可溶性ＣＯＤ成分除去剤の使用が困難であるという課題があった。
【００１１】
即ち、多種多様の親水性高分子コロイド物質の混在する排水は、種々の好気性微生物処理法又は活性炭処理法又はイオン交換法又は凝集沈殿法では種々のトラブルが生じ、排水中のＢＯＤ成分やＣＯＤ成分の低下が困難であった。そこで、親水性高分子状コロイド物質又は多種の親水性高分子状コロイド物質の混在する排水の処理方法及び装置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】
【００１２】
請求項１の好気性微生物処理は、排水に含まれる親水性高分子コロイド物質を合成有機コロイド物質又は合成有機コロイド物質及び酵素で処理することを特徴とする活性汚泥法又は生物膜固定床法又は生物膜流動床法等による。
【００１３】
請求項２の好気性微生物処理は、合成有機コロイド物質がイオン官能基を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項３の好気性微生物処理は、合成有機コロイド物質がメラミン・アルデヒド酸コロイド物質から成ることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の好気性微生物処理は、酵素が加水分解酵素から成ることを特徴とする。
【００１６】
請求項５の好気性微生物処理法は、合成有機コロイド物質を添加する装置又は合成有機コロイド物質及び酵素をそれぞれ添加する装置を有することから成る。
【発明の効果】
【００１７】
天然又は加工品であれ、種々の親水性高分子コロイド物質、例えばペクチンなどは低分子状の物質と比較すると微生物における分解速度は非常に遅い傾向があり、セルロースやリグニンは特殊な微生物しか分解資化できず、排水の好気性微生物処理法ではほとんど分解が困難であった。また、高分子状コロイド物質は、他方、活性炭処理やイオン交換樹脂塔ではすぐにろ過層や樹脂層が閉塞してしまい、又、凝集沈殿法ではカチオン及びアニオンの官能基を有する親水性コロイド物質が混在している際には可溶性ＣＯＤ成分除去剤と称するものや凝集剤の使用が困難であるという課題があった。
【００１８】
本発明者が研究を重ねた結果、排水中に親水性高分子コロイド物質が存在する場合、荷電を有する親水性高分子コロイド物質に対峙する荷電を有する合成有機コロイド物質で不溶化させ、後の工程で汚泥とともに回収し、又、多種の親水性高分子コロイド物質が存在する場合、他の親水性高分子コロイド物質は酵素にて分解し、好気性微生物処理を同時に行うことで、幅広い親水性コロイド物質を処理して、有機物（ＣＯＤ成分及びＢＯＤ成分）を低下する方法及び設備を提供する。
【００１９】
本発明の設備は、かかる知見に基づくものであり、従来の好気性微生物による排水処理と併用し、合成有機物コロイド物質又は合成有機物コロイド物質及び酵素液を排水に添加することによって、種々の親水性高分子コロイド物質を除去する事を可能とした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に本発明の詳細を報告する。
【００２１】
以下、本発明の親水性高分子コロイド物質の好気的微生物処理の第一の実施形態について説明する。第一の実施形態では、排水に含まれる有機成分である親水性高分子コロイド物質は微生物による短時間での分解が困難であり、排水に含まれる親水性高分子コロイド物質を合成有機コロイド物質又は合成有機コロイド物質及び酵素で処理し、同時に活性汚泥法又は生物膜固定床法又は生物膜流動床法の好気性微生物により排水処理を行う。
【００２２】
本発明は、例えば親水性高分子コロイド物質の一つの荷電に対峙する荷電を有する合成有機コロイドを添加して不溶化（ゲル化）せしめ、また、他の電荷を帯びたものや荷電を有しない親水性高分子コロイド物質が存在した場合は酵素を加えて分解すると共に曝気槽の好気性微生物により酸化処理し、不溶化物は汚泥とともに沈殿槽で分離排出する。
【００２３】
物質の存在する状態において、原子あるいは低分子よりは大きい物質が分散しているとき、その物質はコロイド状態にあるという。本発明の親水性高分子コロイド物質とは、単位分子等を複数個以上持つ高分子で糖質やタンパク質等で球状や糸状等の水和性のコロイドを称する。本発明の合成有機コロイド物質とは、天然物でなく化学的に合成され水に分散又は可溶化してコロイドを形成する有機物をいう。
【００２４】
排水に含まれる高分子コロイド物質は、植物の細胞膜を構成している成分でセルロース、ペクチン、ヘミセルロースが主であり、この他デンプン、タンパク質、リグニン、キチンを含むものもある。また、皮革や骨等を材料とするニカワや革の加工の排水に含まれるニカワ系難分解タンパク質や食品工場のゼラチン、ペクチン、タンパク質、捺染業者や製紙工場の加工糊料、甲殻類の加工ではキトサン等々種々のものが存在する。これらの高分子物質コロイド物質は分子として荷電を有しているものと中性なものとが存在し、これらの物質は活性汚泥菌では短時間の分解や資化が困難なものが多い。
【００２５】
例えば、植物はプロトペクチンを含むが、これはペクチンにセルロースと糖やリン酸などが結合したものであり、水に分散してアニオンに荷電したコロイドとして存在する。ペクチンは高等植物に含まれている多糖類で、セルロースやリグニンが一度形成されると分解を受けることがないのに対し、ペクチン質は合成したり、分解したりする酵素が植物中に共存し、果実や植物体が若いうちはプロトペクチンとして水不溶性で存在し、酵素により可溶性のペクチンとなるため、排水処理対応が難しいものとなっている。
【００２６】
ペクチン質は、水に不溶性のプロトペクチン、可溶性のペクチンで構成糖もガラクチュロン酸、ラクチュロン酸メチル、ラクチュロン酸アミド、アセチルラクチュロン酸から成るハイメトキシペクチン、ローメトキシペクチンを含めて、全てがアニオンに荷電している親水性高分子コロイド物質である。
【００２７】
アニオンの荷電を有する親水性高分子コロイド物質は、カルボシル多糖類のプロトペクチン、ペクチン、アルギン酸ナトリウム、ポリアクリル酸ナトリウム、キサンタンガム、アラビアガム等、硫酸多糖類の寒天、カラギーナン等、リン酸多糖類のデンプンなどがある。カチオン性高分子コロイド物質には、アミノ基を有するものが代表的であり、キトサンはアミノ基を有するカチオン性の高分子多糖類であり、カニ・エビの殻等に含まれる。タンパク質としてゼラチンなどはカルボキシル基とアミノ基を有し両性親水性高分子コロイド物質である。また、加工デンプンでは、中性からカチオン性に至るものまで製造され使用されている。中性のものは、グアーガム、ローカストビーンガム、セルロースなどである。
【００２８】
本発明に使用する酵素とは、粉末又は液体の純粋酵素、粗酵素、固定化酵素や酵素分泌固定化微生物でもでもよく、反応型も種類も限定しないが加水分解酵素が好適である。
【００２９】
好気性微生物処理である生物膜固定床施設や回転円板施設、又生物膜流動床施設では、排水に含まれる粘性を持つ親水性高分子コロイド物質、例えばペクチンが生物膜に付着すると好気性微生物の発育ができず、好気的微生物処理の効果が悪化するトラブルが生じ、これを避けるため本発明の合成有機コロイド物質又は合成有機コロイド物質及び酵素を加えることが好適である。
【００３０】
本発明の好気性微生物処理とは、細菌を中心とした生物群から成り、水中の溶存酸素を高め、この酸素と餌として取り入れた有機物を微生物が酸化分解する方法である。有機物は二酸化炭素、水、硝酸塩、硫酸塩などに酸化分解されると共に微生物細胞の成分として取り込まれる。生育した微生物と不溶性物質が汚泥を作り、ＢＯＤ成分を低下させた処理水を放流して汚泥を回収する。本発明では、好気性微生物処理は活性汚泥法（高速法、標準法、長時間法、純酸素法等）と生物膜法があり、生物膜法は生物膜固定床法（回転円板法を含む）及び生物膜流動床法に大別した。
【００３１】
本発明の活性汚泥法とは、原水調整槽、曝気槽、沈殿槽、汚泥脱水プロセスから成りたつ排水の好気性微生物処理法で、細菌を中心とした生物群から成り、曝気槽にて水中の溶存酸素を高め、この酸素で餌として取り入れた有機物を酸化分解する方法である。生育した微生物と不溶性物質が汚泥を作り、沈殿槽にて汚泥を沈殿させ、上澄み水のＢＯＤ成分の低下した処理水を放流して汚泥を回収する。汚泥は余剰汚泥として引き抜くものと返送されて、曝気槽の活性微生物量を保持するものである。合成有機コロイド物質又は合成有機コロイド物質及び酵素の添加は原水調整槽、曝気槽、沈殿槽の何れでもよい。
【００３２】
本発明の生物膜固定床法とは、原水調整槽、生物膜固定床槽、沈殿槽、汚泥脱水プロセスから成りたつ排水の好気性微生物処理法で、曝気槽に適当な生物膜を設置し、微生物を付着させて排水中の有機物を分解する方法で、空気中に生物膜が出るもの（回転円板等）も同様である。原則的に微生物は生物膜に付着しているため、活性汚泥法のように汚泥を返送する必要性はないが返送しても良い。素材は布、プラスティック、鉱物、サンゴ、貝殻等表面積が増加するものであれば何でもよい。回転円板法も同様であるが、合成有機コロイド物質又は合成有機コロイド物質及び酵素の添加は原水調整槽、生物膜固定床槽又は回転円板槽、沈殿槽の何れでもよい。
【００３３】
本発明の生物膜流動床法とは、原水調整槽、生物膜流動床槽、沈殿槽、汚泥脱水プロセスから成りたち、曝気槽に適度に軽い充填剤（担体）を投入し、微生物を付着させて曝気攪拌力で流動させ、排水中の有機物を分解する方法である。原則的に微生物は担体に付着しているため、活性汚泥法のように汚泥を返送する必要性はないが返送しても良い。素材は布、ポリウレタン、プラスティック、合成樹脂（硬、軟どちらでもよい）等表面積が増大して流動すれば何でもよい。合成有機コロイド物質又は合成有機コロイド物質及び酵素の添加は原水調整槽、生物膜流動床槽、沈殿槽の何れでもよい。
【００３４】
本発明の親水性高分子コロイド物質の好気性微生物処理の第二の実施形態について説明する。第二の実施形態では、合成有機コロイド物質がイオン官能基を有し、これを添加することで、排水に含まれる親水性高分子コロイド物質を不溶化させ、同時に好気性微生物による排水処理又は酵素を加えて好気性微生物処理を行う。この際に、親水性高分子コロイド物質の荷電に対峙するイオン官能基を有する合成有機コロイドを添加して不溶化せしめるのが好適である。
【００３５】
本発明の合成有機コロイド物質のイオン官能基とは、カチオン性官能基としてはアミノ基、Ｎ−アルキルアミノ基、Ｎ、Ｎ−ジアリルアミノ基、Ｎ、Ｎ、Ｎ−トリアルキルアンモニウムハライド、Ｎを有する複素環等であり、酸性ｐＨ域でカチオン性を示す官能基で代表的なものとして三級アミノ基の塩酸塩や四級アンモニウム基のトリメチルアンモニウムクロライド等の官能基を挙げることができる。また、アニオン性官能基としては、カルボキシル基、スルホン基、硫酸基等を挙げることができる。水素結合基を持つ官能基としては、上記アミノ基やカルボキシル基も含まれるが、水酸基、エーテル基、アミド基などのノニオン基も挙げることができる。この合成有機コロイド素材としてはイオン交換樹脂が使用できる。
【００３６】
本発明の親水性高分子コロイド物質の好気性微生物処理の第三の実施形態について説明する。第三の実施形態では、合成有機コロイド物質がメラミン・アルデヒド酸コロイドで、これを好気性微生物処理工程に加えることで、排水に含まれる難分解性の親水性高分子コロイド物質を不溶化させ、同時に好気性微生物による排水処理又は酵素を加えて好気性微生物処理を行う。この際に、カチオン性のメラミン・アルデヒド酸コロイド物質の添加は、アニオンに帯電した親水性高分子コロイド物質の荷電に影響を及ぼして不溶化せしめ、容易に除去することができる。
【００３７】
親水性高分子コロイド物質が、アニオン性のカルボシル多糖類のプロトペクチン、ペクチン、アルギン酸ナトリウム、ポリアクリル酸ナトリウム、キサンタンガム、アラビアガム等、硫酸多糖類の寒天、カラギーナン等、リン酸多糖類のデンプン等はメラミン・アルデヒド酸の荷電に影響を及ぼし不溶化する。また、中性セルロースなどもメラミン・アルデヒド酸と水素結合等にて不溶化すると推測している。
【００３８】
カチオン官能基を有する合成有機コロイド物質はイオン交換樹脂でよいが、水に対するコロイド性を考慮するとメラミン・アルデヒド酸が好適である。メラミン・アルデヒド酸コロイドの製造方法としては、例えば特開昭６２−２６６１５９号公報に記載された方法が用いられる。詳細には、例えば、蒸留水９３ｍｌにメラミン６３ｇ（０．５モル）とパラホルムアルデヒド３０ｇ（ホルムアルデヒドとして１．０モル）を加え、ＮａＯＨでｐＨを１０．０に調整し、７０℃に加熱してメラミンを溶解する。更に７０℃で５分間反応した後、室温下に放置して徐々に冷却するとメチロール化メラミンの結晶が析出する。この析出物をブフナーロート上に集め、メタノールで洗浄した後に減圧乾燥する。このメチロール化メラミン１０ｇ（０．０５モル）を１．３５％塩酸溶液１００ｍｌに添加し（対メラミン０．７５モル）、攪拌して酸コロイド溶液を得る。
【００３９】
１０％のメチロールメラミン酸コロイドを使用した場合、排水に対する添加量はｐＨ等にて変動するが、親水性高分子コロイド１，０００ｍｇ／Ｌに対し１ｍｇ／Ｌから１００，０００ｍｇ／Ｌでよいが、１０ｍｇ／Ｌ〜１０，０００ｍｇ／Ｌが好適である。
【００４０】
本発明の親水性高分子コロイド物質の好気性微生物処理の第四の実施形態について説明する。第四の実施形態では、合成有機コロイド物質に酵素を加えることで排水中の電荷の異なる多種類の親水性高分子コロイド物質を処理することができるが、好気性微生物の資化性を考慮したとき加水分解酵素が好適である。
【００４１】
排水に含まれる親水性高分子コロイド物質は微生物による短時間での分解が困難なものが多く、排水に含まれる電荷を有する親水性高分子コロイド物質を合成有機コロイド物質で処理し、それ以外の親水性高分子コロイド物質を加水分解酵素で単分子化すると活性汚泥法又は生物膜固定床法又は生物膜流動床法による好気性微生物による資化性がよくなり、排水処理が容易になる。
【００４２】
本発明の加水分解酵素とは、植物細胞膜物質の分解に関連した酵素では、セルロースと他の繊維素の混合したヘミセルロースを分解するヘミセルラーゼ、セルロースのグルコシド結合を切断する加水分解酵素のセルラーゼ、果実や根菜の柔組織の細胞膜及び細胞膜の間隙を埋めているペクチン質に作用する酵素のペクチナーゼ、デンプンに作用するアミラーゼ等である。タンパク質や高分子ペプチドをいくつかのペプチドに分解するペプチダーゼでよい。絹の精錬工場、皮革工場、ニカワやゼラチン製造工場の排水には、タンパク質の高分子両性コロイド物質が含有しているので、酵素の分解にはプロテアーゼを利用すればよい。
【００４３】
本発明の親水性高分子コロイド物質の好気性微生物処理の第五の実施形態について説明する。第五の実施形態では、合成高分子コロイド物質又は合成高分子コロイド物質及び酵素をそれぞれ添加する装置を有する好気性微生物処理設備である。合成有機コロイド物質の粒子は、水に分散した際に沈殿がないことが望ましく、水に高濃度に分散させておき、添加装置により添加すればよい。酵素は液体でも、個体でもよく、添加装置により添加すればよい。
【００４４】
好気性微生物処理である生物膜固定床施設や回転円板法施設、又生物膜流動床施設では、排水に含まれる親水性高分子コロイド物質は粘性を持つ場合が多く、特にペクチンは接触材、円板や担体に付着しやすく、これが付着すると好気性微生物の発育ができず、好気性微生物処理の効果が悪化する。このトラブルを避けるため、本発明の合成有機コロイド物質又は合成有機コロイド物質及び酵素の添加は生物膜を設置している曝気槽（生物処理槽）又は生物膜装置の設置槽又はその工程以前が好適である。また、活性汚泥法でも配管等に詰まるため曝気槽又はそれ以前の添加が好適である。
【００４５】
合成有機コロイド物質及び酵素をそれぞれ連続的に添加する量は、排水負荷に対応して添加すればよいが、自働的添加装置を付けることが好適である。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例及び比較例について説明する。
【実施例１】
【００４７】
親水性高分子コロイド物質とメラミン・アルデヒド酸（Ｍ・Ａ）コロイドによる反応性親水性高分子コロイドの（１）ペクチン０．０３％液（柑橘由来；和光純薬株式会社）、（２）寒天０．０３％液（寒天粉末；和光純薬株式会社）、（３）デンプン０．０３％液（溶解性澱粉；和光純薬株式会社）、（４）ゼラチン０．０３％液（粉末；和光純薬株式会社）、（５）市販玉ねぎの下ろし液の１０％水溶液、（６）市販大根の下ろし液の１０％水溶液、それぞれ１００ｍｌにメラミン・アルデヒド酸コロイド１０％液を０．１〜０．４ｍｌ加え、不溶３物を作るか否かを判定した（ｐＨ７．０〜６．５）。
【００４８】
反応結果は表１に示したが、ペクチン液、寒天液、玉ねぎ下ろし汁、大根下ろし汁が白濁したゲル状物質を生じて不容化したことから、アニオンに荷電している親水性高分子コロイド物質をメラミン・アルデヒド酸が電荷を中和して、可溶性物質を不溶性ゲル化物とし沈殿させ、排水処理に有効に利用できると判断した。
【００４９】
【表１】
【実施例２】
【００５０】
カット野菜工場の生物膜流動床による排水処理
この工場は、大根、玉ねぎ、イモ類の根菜類を生のままでカットする加工工場で、その排水は日量約１３０トンで、根菜類のカット時の生汁が主であり、排水のＢＯＤが２００〜３００ｍｇ／Ｌであった。その設備概要は原水調整槽（７０ｍ３）、流量調整槽（４０ｍ３）、第一流動床曝気槽（２０ｍ３）、第二流動床曝気槽（２０ｍ３）、凝集槽１（１ｍ３）、凝集槽２（１ｍ３）、沈殿槽（９ｍ３）、汚泥脱水機の設備及びプロセスで、処理水量は約６．５ｍ３／時間であった。
【００５１】
第一、第二流動床曝気槽にそれぞれ２ｃｍ３のポリウレタン担体を４ｍ３加え、曝気量各１．３ｍ３／分で曝気し流動させた。凝集槽１にはポリ塩化アルミニウムＡ−２５（多木化学株式会社）５６ｍｌ／分、凝集槽２にはエバグロース−１５１（荏原エンジニアリングサービス株式会社）１５０ｍｌ／分を加えて沈殿槽に送り汚泥を沈殿させて上澄み液を放流した。この設備の第一、第二流動曝気槽に１０％のメラミン・アルデヒド酸コロイド液（Ｍ・Ａ）を排水に対して合計１５０ｍｇ／Ｌになるように１カ月間自動添加した。比較例として、メラミン・アルデヒド酸コロイドを全く加えない処理を１カ月間おこない比較した。（５〜６月）
【００５２】
まず、メラミン・アルデヒド酸コロイドを添加しない１カ月間の原水ＢＯＤは１４５〜３１０ｍｇ／Ｌ（平均２２８ｍｇ／Ｌ）で、メラミン・アルデヒド酸コロイドを添加した条件下の１カ月間の原水ＢＯＤは１５５〜３３０ｍｇ／Ｌ（平均２３２ｍｇ／Ｌ）であった。この際の平均値は、始業前２時間から工場ライン洗浄後２時間まで、３時間置きに原液調整槽から２００ｍｌ採取し、採取液を冷蔵保存しておき、等量混合して１サンプルとして定法にて測定し、その日の平均ＢＯＤとした。月平均はその月の日々の値を合算して日数で除し算出した。
【００５３】
メラミン・アルデヒド酸コロイド液を加えた場合と加えない処理の比較データを表２に示したが、加えた場合は処理水の平均ＢＯＤも１２ｍｇ／Ｌで担体に粘着物質の付着もなかった。これに対し、メラミン・アルデヒド酸コロイド液を加えない場合はＢＯＤ１１２ｍｇ／Ｌと悪く、担体に粘着物質が多量に付着しており、ポリウレタン担体をつぶす様に圧力をかけた後、圧力を除いても元に戻らず流動担体が嫌気化されて効果を示していないことが危惧された。
【００５４】
【表２】
【実施例３】
【００５５】
生物膜固定床法による排水処理モデル実験
深さ４０ｃｍで、１０Ｌ容量の水槽に固定床としてペット樹脂で直径約３〜５ｃｍのタワシ状のものを深さ３５ｃｍまで投入した後、デンプンを含んだ食品工場排水（ＣＯＤ５４０ｍｇ／Ｌ）４部、大根の下ろし汁（ＣＯＤ５０００ｍｇ／Ｌ）０．５部と水道水を加えて１０部とした。（１）メラミン・アルデヒド酸コロイド液１０ｍｌ加えたもの、（２）メラミン・アルデヒド酸コロイド液１０ｍｌとデンプン分解酵素９０ＤＵＮ（α−アミラーゼ；和光純薬株式会社）加えたもの、（３）比較例として無添加の生物膜固定床法にて行った。
【００５６】
上記組成の排水が１Ｌ／日流入し併設の沈殿槽から１Ｌ／日排出させた。１日当たり１Ｌ加える液にも（１）はメラミン・アルデヒド酸コロイド液を１ｍｌ加えたもの、（２）はメラミン・アルデヒド酸コロイド液を１ｍｌ及びデンプン分解酵素９ＤＵＮを加えたもの、（３）は比較例として無添加で行った。処理した条件は、ｐＨ６．０、曝気量１６５ｍｌ／分で水温は３５℃でおこない、定法の過マンガン酸法でＣＯＤを測定した。
【実施例４】
【００５７】
活性汚泥法による排水処理モデル実験
実施例３と同様な容器を使用して、実施例３のゼラチンを含んだ食品工場排水（ＣＯＤ５８０ｍｇ／Ｌ）４部と玉ねぎ下ろし汁（ＣＯＤ２１００）１部と水道水を加えて１０部とした。これを混合して曝気した水槽に（４）メラミン・アルデヒド酸コロイド液２０ｍｌ加えたもの、（５）メラミン・アルデヒド酸コロイド溶液２０ｍｌと２００ＰＵＮ（プロテアーゼ生化学用；和光純薬株式会社）を加えたもの、（６）比較例として無添加の活性汚泥法にて行った。
【００５８】
上記組成の排水が１Ｌ／日流入させ、併設の沈殿槽から１Ｌ／日排出させた。１日当たり１Ｌ加える液にも（４）はメラミン・アルデヒド酸コロイド液を２ｍｌ、（５）はメラミン・アルデヒド酸コロイド液を２ｍｌ及び酵素２０ＰＵＮを加え、（６）は比較例として無添加とした。処理した条件は、ｐＨ７．５、曝気量１６５ｍｌ／分で水温は３５℃でおこない、定法の過マンガン酸法でＣＯＤを測定した。
【００５９】
実施例３の生物膜固定床法の好気性微生物処理法の結果は表３の（１）〜（３）示したが、微生物が分解しにくいものが多く含まれており、定法の過マンガン酸法でＣＯＤを測定した。生物膜固定床法ではアニオンに荷電している大根プロトペクチン及びデンプンが混入しているため、メラミン・アルデヒド酸コロイド液に酵素を加えた処理が最もＣＯＤが低くなり、続いてメラミン・アルデヒド酸コロイド液を加え条件がよく、比較例の固定床は固定床に粘着物質が付着し最もＣＯＤが高かった。
【００６０】
実施例４の活性汚泥法の好気性微生物処理法の結果は表３の（４）〜（６）に示したが、微生物が分解しにくいものが多く含まれており、分析値はＣＯＤにて記載した。活性汚泥法ではアニオンに荷電している玉ねぎプロトペクチン及びゼラチンが混入しているため、メラミン・アルデヒド酸コロイド液に酵素を加えた処理が最もＣＯＤが低くなり、続いてメラミン・アルデヒド酸コロイド液を加え条件がよく、比較例の活性汚泥法が最もＣＯＤが高かった。
【００６１】
【表３】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成有機物コロイド、酵素と好気性微生物処理を併用して成る排水処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、果物、豆類や根菜類は工場での加工が多くなり、種々の加工品がスーパー等の棚に並んでいる。例えば、大豆やグリーンピースに代表される茹でた豆類、ホウレン草やブロッコリー等の茹でた葉物類の冷凍野菜類、下ろした山芋や大根の凍結乾燥品、カット果物の容器入り、カット野菜の袋入り等々多くの加工品が増加している。これらの果物、豆類や根菜類の加工は衛生的に加工されていて、すぐにでも家庭で食卓に乗せられる。また、総菜食品業者やレストランに卸すことも主流になってきている。これらの市場の増加に伴い、根菜類等の加工工場の排水の処理が大きな問題となっている。
【０００３】
これらの果物、豆類や根菜類のカットや茹でる等の加工による工場の排水は他の食品工場とは異なり、繊維質を中心とした高分子の有機物を含有するものになっており、植物の細胞を構成している成分の流出が主となる。取り分け、細胞壁付近に存在するセルロース、ヘミセルロース、ペクチン質、デンプン類、タンパク質は排水中に溶解・分散し、親水性高分子コロイドとして存在している。これらの物質は分子量が大きく、又細胞壁成分が微生物に分解しづらい構造を有していて、単純な好気性微生物による排水処理では対応しきれない。このまま河川に排水する事は稲作への悪害や環境への公害を引き起こす恐れがあり、少なくても排出基準以下に保つことが要求されている。
【０００４】
従来、工場排水などに含まれる有機物を処理する技術としては微生物処理法、凝集沈殿処理法や加圧浮上処理法が一般的である。排水量に対して、有機物が低含有の場合は好気性微生物を使用した微生物処理法等が行われ、濃度が高い場合は凝集沈殿法が好ましく、加圧浮上法は油脂の分離に適している。しかし、野菜加工工場の排水には不溶性繊維質、可溶性多糖類やタンパク質等が親水性高分子コロイドを形成し混在していることが多く、通常の排水処理では除去する事は困難である。
【０００５】
処理の難しい親水性高分子コロイドの成分を除去する技術としては、これまで種々の方法が一般的にはとられているが、それぞれの方法には、なお改善すべき課題が残されている。
【０００６】
イオン交換樹脂をイオン交換樹脂塔に充填し、排水を通水し、溶解性ＣＯＤ成分を排水から除去する方法が示されている（例えば、特許文献１）がある。しかし、食品加工などの排水処理に使用するには、排水中に粘性を及ぼすような種々の物質が入っているために、樹脂塔に閉塞を起こす場合があり課題が多い。
【０００７】
水中で膨潤し、実質的に水に溶解しないカチオン性ポリマー微粒子を水に添加するデンプン含有水の処理方法（例えば、特許文献２）がある。しかし、水中で膨潤したポリマー微粒子であるために、重合条件、共存イオンなどの水質の影響を大きく受け多種多様な荷電を有する物質が混在している排水処理には適さず、膨潤した微粒子の粒子径や表面積が一定しないために、凝集効果が安定しない課題がある。
【０００８】
水溶性ＣＯＤ成分に対し、微粒状のカチオン性官能基、アニオン性の官能基、又は水素結合能を持つ有機系微粒子を使用して、可溶性ＣＯＤ成分を除去する方法が取られている（例えば、特許文献３）。しかし、排水中のＣＯＤ成分がアニオン性、カチオン性、ノニオン性の成分が混在する場合には、処理できるＣＯＤ成分が限られてしまうなどの課題がある。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２７６８２５
【特許文献２】特公平７−８３８６９
【特許文献３】特開２００７−３１３４９２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
親水性高分子コロイド物質は、天然又は加工品であれ低分子状の物質と比較すると微生物による分解速度は遅く、好気性微生物による種々の排水処理法でも効率よく分解できない。また、生物膜による方法では表面を粘性物が被い嫌気化してしまうので、排水中のＢＯＤやＣＯＤ成分の低下が困難であった。他方、活性炭処理ではすぐにろ過層が閉塞してしまい、又、凝集沈殿法ではカチオン及びアニオンの電荷を有する物質が混在している排水には可溶性ＣＯＤ成分除去剤の使用が困難であるという課題があった。
【００１１】
即ち、多種多様の親水性高分子コロイド物質の混在する排水は、種々の好気性微生物処理法又は活性炭処理法又はイオン交換法又は凝集沈殿法では種々のトラブルが生じ、排水中のＢＯＤ成分やＣＯＤ成分の低下が困難であった。そこで、親水性高分子状コロイド物質又は多種の親水性高分子状コロイド物質の混在する排水の処理方法及び装置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】
【００１２】
請求項１の好気性微生物処理は、排水に含まれる親水性高分子コロイド物質を合成有機コロイド物質又は合成有機コロイド物質及び酵素で処理することを特徴とする活性汚泥法又は生物膜固定床法又は生物膜流動床法等による。
【００１３】
請求項２の好気性微生物処理は、合成有機コロイド物質がイオン官能基を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項３の好気性微生物処理は、合成有機コロイド物質がメラミン・アルデヒド酸コロイド物質から成ることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の好気性微生物処理は、酵素が加水分解酵素から成ることを特徴とする。
【００１６】
請求項５の好気性微生物処理法は、合成有機コロイド物質を添加する装置又は合成有機コロイド物質及び酵素をそれぞれ添加する装置を有することから成る。
【発明の効果】
【００１７】
天然又は加工品であれ、種々の親水性高分子コロイド物質、例えばペクチンなどは低分子状の物質と比較すると微生物における分解速度は非常に遅い傾向があり、セルロースやリグニンは特殊な微生物しか分解資化できず、排水の好気性微生物処理法ではほとんど分解が困難であった。また、高分子状コロイド物質は、他方、活性炭処理やイオン交換樹脂塔ではすぐにろ過層や樹脂層が閉塞してしまい、又、凝集沈殿法ではカチオン及びアニオンの官能基を有する親水性コロイド物質が混在している際には可溶性ＣＯＤ成分除去剤と称するものや凝集剤の使用が困難であるという課題があった。
【００１８】
本発明者が研究を重ねた結果、排水中に親水性高分子コロイド物質が存在する場合、荷電を有する親水性高分子コロイド物質に対峙する荷電を有する合成有機コロイド物質で不溶化させ、後の工程で汚泥とともに回収し、又、多種の親水性高分子コロイド物質が存在する場合、他の親水性高分子コロイド物質は酵素にて分解し、好気性微生物処理を同時に行うことで、幅広い親水性コロイド物質を処理して、有機物（ＣＯＤ成分及びＢＯＤ成分）を低下する方法及び設備を提供する。
【００１９】
本発明の設備は、かかる知見に基づくものであり、従来の好気性微生物による排水処理と併用し、合成有機物コロイド物質又は合成有機物コロイド物質及び酵素液を排水に添加することによって、種々の親水性高分子コロイド物質を除去する事を可能とした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に本発明の詳細を報告する。
【００２１】
以下、本発明の親水性高分子コロイド物質の好気的微生物処理の第一の実施形態について説明する。第一の実施形態では、排水に含まれる有機成分である親水性高分子コロイド物質は微生物による短時間での分解が困難であり、排水に含まれる親水性高分子コロイド物質を合成有機コロイド物質又は合成有機コロイド物質及び酵素で処理し、同時に活性汚泥法又は生物膜固定床法又は生物膜流動床法の好気性微生物により排水処理を行う。
【００２２】
本発明は、例えば親水性高分子コロイド物質の一つの荷電に対峙する荷電を有する合成有機コロイドを添加して不溶化（ゲル化）せしめ、また、他の電荷を帯びたものや荷電を有しない親水性高分子コロイド物質が存在した場合は酵素を加えて分解すると共に曝気槽の好気性微生物により酸化処理し、不溶化物は汚泥とともに沈殿槽で分離排出する。
【００２３】
物質の存在する状態において、原子あるいは低分子よりは大きい物質が分散しているとき、その物質はコロイド状態にあるという。本発明の親水性高分子コロイド物質とは、単位分子等を複数個以上持つ高分子で糖質やタンパク質等で球状や糸状等の水和性のコロイドを称する。本発明の合成有機コロイド物質とは、天然物でなく化学的に合成され水に分散又は可溶化してコロイドを形成する有機物をいう。
【００２４】
排水に含まれる高分子コロイド物質は、植物の細胞膜を構成している成分でセルロース、ペクチン、ヘミセルロースが主であり、この他デンプン、タンパク質、リグニン、キチンを含むものもある。また、皮革や骨等を材料とするニカワや革の加工の排水に含まれるニカワ系難分解タンパク質や食品工場のゼラチン、ペクチン、タンパク質、捺染業者や製紙工場の加工糊料、甲殻類の加工ではキトサン等々種々のものが存在する。これらの高分子物質コロイド物質は分子として荷電を有しているものと中性なものとが存在し、これらの物質は活性汚泥菌では短時間の分解や資化が困難なものが多い。
【００２５】
例えば、植物はプロトペクチンを含むが、これはペクチンにセルロースと糖やリン酸などが結合したものであり、水に分散してアニオンに荷電したコロイドとして存在する。ペクチンは高等植物に含まれている多糖類で、セルロースやリグニンが一度形成されると分解を受けることがないのに対し、ペクチン質は合成したり、分解したりする酵素が植物中に共存し、果実や植物体が若いうちはプロトペクチンとして水不溶性で存在し、酵素により可溶性のペクチンとなるため、排水処理対応が難しいものとなっている。
【００２６】
ペクチン質は、水に不溶性のプロトペクチン、可溶性のペクチンで構成糖もガラクチュロン酸、ラクチュロン酸メチル、ラクチュロン酸アミド、アセチルラクチュロン酸から成るハイメトキシペクチン、ローメトキシペクチンを含めて、全てがアニオンに荷電している親水性高分子コロイド物質である。
【００２７】
アニオンの荷電を有する親水性高分子コロイド物質は、カルボシル多糖類のプロトペクチン、ペクチン、アルギン酸ナトリウム、ポリアクリル酸ナトリウム、キサンタンガム、アラビアガム等、硫酸多糖類の寒天、カラギーナン等、リン酸多糖類のデンプンなどがある。カチオン性高分子コロイド物質には、アミノ基を有するものが代表的であり、キトサンはアミノ基を有するカチオン性の高分子多糖類であり、カニ・エビの殻等に含まれる。タンパク質としてゼラチンなどはカルボキシル基とアミノ基を有し両性親水性高分子コロイド物質である。また、加工デンプンでは、中性からカチオン性に至るものまで製造され使用されている。中性のものは、グアーガム、ローカストビーンガム、セルロースなどである。
【００２８】
本発明に使用する酵素とは、粉末又は液体の純粋酵素、粗酵素、固定化酵素や酵素分泌固定化微生物でもでもよく、反応型も種類も限定しないが加水分解酵素が好適である。
【００２９】
好気性微生物処理である生物膜固定床施設や回転円板施設、又生物膜流動床施設では、排水に含まれる粘性を持つ親水性高分子コロイド物質、例えばペクチンが生物膜に付着すると好気性微生物の発育ができず、好気的微生物処理の効果が悪化するトラブルが生じ、これを避けるため本発明の合成有機コロイド物質又は合成有機コロイド物質及び酵素を加えることが好適である。
【００３０】
本発明の好気性微生物処理とは、細菌を中心とした生物群から成り、水中の溶存酸素を高め、この酸素と餌として取り入れた有機物を微生物が酸化分解する方法である。有機物は二酸化炭素、水、硝酸塩、硫酸塩などに酸化分解されると共に微生物細胞の成分として取り込まれる。生育した微生物と不溶性物質が汚泥を作り、ＢＯＤ成分を低下させた処理水を放流して汚泥を回収する。本発明では、好気性微生物処理は活性汚泥法（高速法、標準法、長時間法、純酸素法等）と生物膜法があり、生物膜法は生物膜固定床法（回転円板法を含む）及び生物膜流動床法に大別した。
【００３１】
本発明の活性汚泥法とは、原水調整槽、曝気槽、沈殿槽、汚泥脱水プロセスから成りたつ排水の好気性微生物処理法で、細菌を中心とした生物群から成り、曝気槽にて水中の溶存酸素を高め、この酸素で餌として取り入れた有機物を酸化分解する方法である。生育した微生物と不溶性物質が汚泥を作り、沈殿槽にて汚泥を沈殿させ、上澄み水のＢＯＤ成分の低下した処理水を放流して汚泥を回収する。汚泥は余剰汚泥として引き抜くものと返送されて、曝気槽の活性微生物量を保持するものである。合成有機コロイド物質又は合成有機コロイド物質及び酵素の添加は原水調整槽、曝気槽、沈殿槽の何れでもよい。
【００３２】
本発明の生物膜固定床法とは、原水調整槽、生物膜固定床槽、沈殿槽、汚泥脱水プロセスから成りたつ排水の好気性微生物処理法で、曝気槽に適当な生物膜を設置し、微生物を付着させて排水中の有機物を分解する方法で、空気中に生物膜が出るもの（回転円板等）も同様である。原則的に微生物は生物膜に付着しているため、活性汚泥法のように汚泥を返送する必要性はないが返送しても良い。素材は布、プラスティック、鉱物、サンゴ、貝殻等表面積が増加するものであれば何でもよい。回転円板法も同様であるが、合成有機コロイド物質又は合成有機コロイド物質及び酵素の添加は原水調整槽、生物膜固定床槽又は回転円板槽、沈殿槽の何れでもよい。
【００３３】
本発明の生物膜流動床法とは、原水調整槽、生物膜流動床槽、沈殿槽、汚泥脱水プロセスから成りたち、曝気槽に適度に軽い充填剤（担体）を投入し、微生物を付着させて曝気攪拌力で流動させ、排水中の有機物を分解する方法である。原則的に微生物は担体に付着しているため、活性汚泥法のように汚泥を返送する必要性はないが返送しても良い。素材は布、ポリウレタン、プラスティック、合成樹脂（硬、軟どちらでもよい）等表面積が増大して流動すれば何でもよい。合成有機コロイド物質又は合成有機コロイド物質及び酵素の添加は原水調整槽、生物膜流動床槽、沈殿槽の何れでもよい。
【００３４】
本発明の親水性高分子コロイド物質の好気性微生物処理の第二の実施形態について説明する。第二の実施形態では、合成有機コロイド物質がイオン官能基を有し、これを添加することで、排水に含まれる親水性高分子コロイド物質を不溶化させ、同時に好気性微生物による排水処理又は酵素を加えて好気性微生物処理を行う。この際に、親水性高分子コロイド物質の荷電に対峙するイオン官能基を有する合成有機コロイドを添加して不溶化せしめるのが好適である。
【００３５】
本発明の合成有機コロイド物質のイオン官能基とは、カチオン性官能基としてはアミノ基、Ｎ−アルキルアミノ基、Ｎ、Ｎ−ジアリルアミノ基、Ｎ、Ｎ、Ｎ−トリアルキルアンモニウムハライド、Ｎを有する複素環等であり、酸性ｐＨ域でカチオン性を示す官能基で代表的なものとして三級アミノ基の塩酸塩や四級アンモニウム基のトリメチルアンモニウムクロライド等の官能基を挙げることができる。また、アニオン性官能基としては、カルボキシル基、スルホン基、硫酸基等を挙げることができる。水素結合基を持つ官能基としては、上記アミノ基やカルボキシル基も含まれるが、水酸基、エーテル基、アミド基などのノニオン基も挙げることができる。この合成有機コロイド素材としてはイオン交換樹脂が使用できる。
【００３６】
本発明の親水性高分子コロイド物質の好気性微生物処理の第三の実施形態について説明する。第三の実施形態では、合成有機コロイド物質がメラミン・アルデヒド酸コロイドで、これを好気性微生物処理工程に加えることで、排水に含まれる難分解性の親水性高分子コロイド物質を不溶化させ、同時に好気性微生物による排水処理又は酵素を加えて好気性微生物処理を行う。この際に、カチオン性のメラミン・アルデヒド酸コロイド物質の添加は、アニオンに帯電した親水性高分子コロイド物質の荷電に影響を及ぼして不溶化せしめ、容易に除去することができる。
【００３７】
親水性高分子コロイド物質が、アニオン性のカルボシル多糖類のプロトペクチン、ペクチン、アルギン酸ナトリウム、ポリアクリル酸ナトリウム、キサンタンガム、アラビアガム等、硫酸多糖類の寒天、カラギーナン等、リン酸多糖類のデンプン等はメラミン・アルデヒド酸の荷電に影響を及ぼし不溶化する。また、中性セルロースなどもメラミン・アルデヒド酸と水素結合等にて不溶化すると推測している。
【００３８】
カチオン官能基を有する合成有機コロイド物質はイオン交換樹脂でよいが、水に対するコロイド性を考慮するとメラミン・アルデヒド酸が好適である。メラミン・アルデヒド酸コロイドの製造方法としては、例えば特開昭６２−２６６１５９号公報に記載された方法が用いられる。詳細には、例えば、蒸留水９３ｍｌにメラミン６３ｇ（０．５モル）とパラホルムアルデヒド３０ｇ（ホルムアルデヒドとして１．０モル）を加え、ＮａＯＨでｐＨを１０．０に調整し、７０℃に加熱してメラミンを溶解する。更に７０℃で５分間反応した後、室温下に放置して徐々に冷却するとメチロール化メラミンの結晶が析出する。この析出物をブフナーロート上に集め、メタノールで洗浄した後に減圧乾燥する。このメチロール化メラミン１０ｇ（０．０５モル）を１．３５％塩酸溶液１００ｍｌに添加し（対メラミン０．７５モル）、攪拌して酸コロイド溶液を得る。
【００３９】
１０％のメチロールメラミン酸コロイドを使用した場合、排水に対する添加量はｐＨ等にて変動するが、親水性高分子コロイド１，０００ｍｇ／Ｌに対し１ｍｇ／Ｌから１００，０００ｍｇ／Ｌでよいが、１０ｍｇ／Ｌ〜１０，０００ｍｇ／Ｌが好適である。
【００４０】
本発明の親水性高分子コロイド物質の好気性微生物処理の第四の実施形態について説明する。第四の実施形態では、合成有機コロイド物質に酵素を加えることで排水中の電荷の異なる多種類の親水性高分子コロイド物質を処理することができるが、好気性微生物の資化性を考慮したとき加水分解酵素が好適である。
【００４１】
排水に含まれる親水性高分子コロイド物質は微生物による短時間での分解が困難なものが多く、排水に含まれる電荷を有する親水性高分子コロイド物質を合成有機コロイド物質で処理し、それ以外の親水性高分子コロイド物質を加水分解酵素で単分子化すると活性汚泥法又は生物膜固定床法又は生物膜流動床法による好気性微生物による資化性がよくなり、排水処理が容易になる。
【００４２】
本発明の加水分解酵素とは、植物細胞膜物質の分解に関連した酵素では、セルロースと他の繊維素の混合したヘミセルロースを分解するヘミセルラーゼ、セルロースのグルコシド結合を切断する加水分解酵素のセルラーゼ、果実や根菜の柔組織の細胞膜及び細胞膜の間隙を埋めているペクチン質に作用する酵素のペクチナーゼ、デンプンに作用するアミラーゼ等である。タンパク質や高分子ペプチドをいくつかのペプチドに分解するペプチダーゼでよい。絹の精錬工場、皮革工場、ニカワやゼラチン製造工場の排水には、タンパク質の高分子両性コロイド物質が含有しているので、酵素の分解にはプロテアーゼを利用すればよい。
【００４３】
本発明の親水性高分子コロイド物質の好気性微生物処理の第五の実施形態について説明する。第五の実施形態では、合成高分子コロイド物質又は合成高分子コロイド物質及び酵素をそれぞれ添加する装置を有する好気性微生物処理設備である。合成有機コロイド物質の粒子は、水に分散した際に沈殿がないことが望ましく、水に高濃度に分散させておき、添加装置により添加すればよい。酵素は液体でも、個体でもよく、添加装置により添加すればよい。
【００４４】
好気性微生物処理である生物膜固定床施設や回転円板法施設、又生物膜流動床施設では、排水に含まれる親水性高分子コロイド物質は粘性を持つ場合が多く、特にペクチンは接触材、円板や担体に付着しやすく、これが付着すると好気性微生物の発育ができず、好気性微生物処理の効果が悪化する。このトラブルを避けるため、本発明の合成有機コロイド物質又は合成有機コロイド物質及び酵素の添加は生物膜を設置している曝気槽（生物処理槽）又は生物膜装置の設置槽又はその工程以前が好適である。また、活性汚泥法でも配管等に詰まるため曝気槽又はそれ以前の添加が好適である。
【００４５】
合成有機コロイド物質及び酵素をそれぞれ連続的に添加する量は、排水負荷に対応して添加すればよいが、自働的添加装置を付けることが好適である。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例及び比較例について説明する。
【実施例１】
【００４７】
親水性高分子コロイド物質とメラミン・アルデヒド酸（Ｍ・Ａ）コロイドによる反応性親水性高分子コロイドの（１）ペクチン０．０３％液（柑橘由来；和光純薬株式会社）、（２）寒天０．０３％液（寒天粉末；和光純薬株式会社）、（３）デンプン０．０３％液（溶解性澱粉；和光純薬株式会社）、（４）ゼラチン０．０３％液（粉末；和光純薬株式会社）、（５）市販玉ねぎの下ろし液の１０％水溶液、（６）市販大根の下ろし液の１０％水溶液、それぞれ１００ｍｌにメラミン・アルデヒド酸コロイド１０％液を０．１〜０．４ｍｌ加え、不溶３物を作るか否かを判定した（ｐＨ７．０〜６．５）。
【００４８】
反応結果は表１に示したが、ペクチン液、寒天液、玉ねぎ下ろし汁、大根下ろし汁が白濁したゲル状物質を生じて不容化したことから、アニオンに荷電している親水性高分子コロイド物質をメラミン・アルデヒド酸が電荷を中和して、可溶性物質を不溶性ゲル化物とし沈殿させ、排水処理に有効に利用できると判断した。
【００４９】
【表１】
【実施例２】
【００５０】
カット野菜工場の生物膜流動床による排水処理
この工場は、大根、玉ねぎ、イモ類の根菜類を生のままでカットする加工工場で、その排水は日量約１３０トンで、根菜類のカット時の生汁が主であり、排水のＢＯＤが２００〜３００ｍｇ／Ｌであった。その設備概要は原水調整槽（７０ｍ３）、流量調整槽（４０ｍ３）、第一流動床曝気槽（２０ｍ３）、第二流動床曝気槽（２０ｍ３）、凝集槽１（１ｍ３）、凝集槽２（１ｍ３）、沈殿槽（９ｍ３）、汚泥脱水機の設備及びプロセスで、処理水量は約６．５ｍ３／時間であった。
【００５１】
第一、第二流動床曝気槽にそれぞれ２ｃｍ３のポリウレタン担体を４ｍ３加え、曝気量各１．３ｍ３／分で曝気し流動させた。凝集槽１にはポリ塩化アルミニウムＡ−２５（多木化学株式会社）５６ｍｌ／分、凝集槽２にはエバグロース−１５１（荏原エンジニアリングサービス株式会社）１５０ｍｌ／分を加えて沈殿槽に送り汚泥を沈殿させて上澄み液を放流した。この設備の第一、第二流動曝気槽に１０％のメラミン・アルデヒド酸コロイド液（Ｍ・Ａ）を排水に対して合計１５０ｍｇ／Ｌになるように１カ月間自動添加した。比較例として、メラミン・アルデヒド酸コロイドを全く加えない処理を１カ月間おこない比較した。（５〜６月）
【００５２】
まず、メラミン・アルデヒド酸コロイドを添加しない１カ月間の原水ＢＯＤは１４５〜３１０ｍｇ／Ｌ（平均２２８ｍｇ／Ｌ）で、メラミン・アルデヒド酸コロイドを添加した条件下の１カ月間の原水ＢＯＤは１５５〜３３０ｍｇ／Ｌ（平均２３２ｍｇ／Ｌ）であった。この際の平均値は、始業前２時間から工場ライン洗浄後２時間まで、３時間置きに原液調整槽から２００ｍｌ採取し、採取液を冷蔵保存しておき、等量混合して１サンプルとして定法にて測定し、その日の平均ＢＯＤとした。月平均はその月の日々の値を合算して日数で除し算出した。
【００５３】
メラミン・アルデヒド酸コロイド液を加えた場合と加えない処理の比較データを表２に示したが、加えた場合は処理水の平均ＢＯＤも１２ｍｇ／Ｌで担体に粘着物質の付着もなかった。これに対し、メラミン・アルデヒド酸コロイド液を加えない場合はＢＯＤ１１２ｍｇ／Ｌと悪く、担体に粘着物質が多量に付着しており、ポリウレタン担体をつぶす様に圧力をかけた後、圧力を除いても元に戻らず流動担体が嫌気化されて効果を示していないことが危惧された。
【００５４】
【表２】
【実施例３】
【００５５】
生物膜固定床法による排水処理モデル実験
深さ４０ｃｍで、１０Ｌ容量の水槽に固定床としてペット樹脂で直径約３〜５ｃｍのタワシ状のものを深さ３５ｃｍまで投入した後、デンプンを含んだ食品工場排水（ＣＯＤ５４０ｍｇ／Ｌ）４部、大根の下ろし汁（ＣＯＤ５０００ｍｇ／Ｌ）０．５部と水道水を加えて１０部とした。（１）メラミン・アルデヒド酸コロイド液１０ｍｌ加えたもの、（２）メラミン・アルデヒド酸コロイド液１０ｍｌとデンプン分解酵素９０ＤＵＮ（α−アミラーゼ；和光純薬株式会社）加えたもの、（３）比較例として無添加の生物膜固定床法にて行った。
【００５６】
上記組成の排水が１Ｌ／日流入し併設の沈殿槽から１Ｌ／日排出させた。１日当たり１Ｌ加える液にも（１）はメラミン・アルデヒド酸コロイド液を１ｍｌ加えたもの、（２）はメラミン・アルデヒド酸コロイド液を１ｍｌ及びデンプン分解酵素９ＤＵＮを加えたもの、（３）は比較例として無添加で行った。処理した条件は、ｐＨ６．０、曝気量１６５ｍｌ／分で水温は３５℃でおこない、定法の過マンガン酸法でＣＯＤを測定した。
【実施例４】
【００５７】
活性汚泥法による排水処理モデル実験
実施例３と同様な容器を使用して、実施例３のゼラチンを含んだ食品工場排水（ＣＯＤ５８０ｍｇ／Ｌ）４部と玉ねぎ下ろし汁（ＣＯＤ２１００）１部と水道水を加えて１０部とした。これを混合して曝気した水槽に（４）メラミン・アルデヒド酸コロイド液２０ｍｌ加えたもの、（５）メラミン・アルデヒド酸コロイド溶液２０ｍｌと２００ＰＵＮ（プロテアーゼ生化学用；和光純薬株式会社）を加えたもの、（６）比較例として無添加の活性汚泥法にて行った。
【００５８】
上記組成の排水が１Ｌ／日流入させ、併設の沈殿槽から１Ｌ／日排出させた。１日当たり１Ｌ加える液にも（４）はメラミン・アルデヒド酸コロイド液を２ｍｌ、（５）はメラミン・アルデヒド酸コロイド液を２ｍｌ及び酵素２０ＰＵＮを加え、（６）は比較例として無添加とした。処理した条件は、ｐＨ７．５、曝気量１６５ｍｌ／分で水温は３５℃でおこない、定法の過マンガン酸法でＣＯＤを測定した。
【００５９】
実施例３の生物膜固定床法の好気性微生物処理法の結果は表３の（１）〜（３）示したが、微生物が分解しにくいものが多く含まれており、定法の過マンガン酸法でＣＯＤを測定した。生物膜固定床法ではアニオンに荷電している大根プロトペクチン及びデンプンが混入しているため、メラミン・アルデヒド酸コロイド液に酵素を加えた処理が最もＣＯＤが低くなり、続いてメラミン・アルデヒド酸コロイド液を加え条件がよく、比較例の固定床は固定床に粘着物質が付着し最もＣＯＤが高かった。
【００６０】
実施例４の活性汚泥法の好気性微生物処理法の結果は表３の（４）〜（６）に示したが、微生物が分解しにくいものが多く含まれており、分析値はＣＯＤにて記載した。活性汚泥法ではアニオンに荷電している玉ねぎプロトペクチン及びゼラチンが混入しているため、メラミン・アルデヒド酸コロイド液に酵素を加えた処理が最もＣＯＤが低くなり、続いてメラミン・アルデヒド酸コロイド液を加え条件がよく、比較例の活性汚泥法が最もＣＯＤが高かった。
【００６１】
【表３】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水に含まれる親水性高分子コロイド物質を合成有機コロイド物質又は合成有機コロイド物質及び酵素で処理することを特徴とする活性汚泥法又は生物膜固定床法又は生物膜流動床法等による好気性微生物処理
【請求項２】
合成有機コロイド物質がイオン官能基を有することを特徴とする請求項１に記載の好気性微生物処理
【請求項３】
合成有機コロイド物質がメラミン・アルデヒド酸コロイド物質である請求項１又は２記載の好気性微生物処理
【請求項４】
酵素が加水分解酵素である請求項１〜３に記載の好気性微生物処理
【請求項５】
合成有機コロイド物質を添加する装置又は合成有機コロイド物質及び酵素をそれぞれ添加する装置を有する請求項１〜４記載の好気性微生物処理法
【請求項１】
排水に含まれる親水性高分子コロイド物質を合成有機コロイド物質又は合成有機コロイド物質及び酵素で処理することを特徴とする活性汚泥法又は生物膜固定床法又は生物膜流動床法等による好気性微生物処理
【請求項２】
合成有機コロイド物質がイオン官能基を有することを特徴とする請求項１に記載の好気性微生物処理
【請求項３】
合成有機コロイド物質がメラミン・アルデヒド酸コロイド物質である請求項１又は２記載の好気性微生物処理
【請求項４】
酵素が加水分解酵素である請求項１〜３に記載の好気性微生物処理
【請求項５】
合成有機コロイド物質を添加する装置又は合成有機コロイド物質及び酵素をそれぞれ添加する装置を有する請求項１〜４記載の好気性微生物処理法
【公開番号】特開２０１０−２２７９２２（Ｐ２０１０−２２７９２２Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０１３９９（Ｐ２００９−１０１３９９）
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（５９９０７２２９７）日之出産業株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（５９９０７２２９７）日之出産業株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
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