(57)【要約】【課題】重金属耐性プラスミドを接合伝達した接合伝達完了微生物を使用することによって、キレート剤および重金属を含む排水を生物処理することができ、従来法よりも省薬品、省電力及び省スペースで重金属含有排水を処理することができる重金属含有排水の処理方法を提供する。【解決手段】キレート剤および重金属を含有した重金属含有排水を微生物によって処理する重金属含有排水の処理方法において、該微生物は重金属耐性プラスミドを接合伝達した微生物であることを特徴とする重金属含有排水の処理方法。重金属含有排水を接合伝達完了微生物によって処理した生物処理水中の重金属をアルカリ沈殿法又は共沈法によって除去する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
キレート剤および重金属を含有した重金属含有排水を微生物によって処理する重金属含有排水の処理方法において、該微生物は重金属耐性プラスミドを接合伝達した微生物であることを特徴とする重金属含有排水の処理方法。
【請求項２】
接合伝達のためのプラスミド供与体として、ｐＭＯＬ２８及びｐＭＯＬ３０を保有するCupriavidus  metallidurans  CH34を用いることを特徴とする請求項１の重金属含有排水の処理方法。
【請求項３】
接合伝達のためのヘルパープラスミドとしてヘルパープラスミドＲＰ４を保有するEscherichia  coli  C600を用いることを特徴とする請求項２の重金属含有排水の処理方法。
【請求項４】
前記重金属がＣｕ及び／又はＮｉであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの重金属含有排水の処理方法。
【請求項５】
前記キレート剤はＥＤＴＡ、クエン酸、リンゴ酸、及びモノエタノールアミンの少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの重金属含有排水の処理方法。
【請求項６】
重金属含有排水を接合伝達完了微生物によって処理した生物処理水中の重金属をアルカリ沈殿法又は共沈法によって除去することを特徴とする請求項１〜５のいずれかの重金属含有排水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物を用いた重金属含有排水の処理方法に係り、特にキレート剤を含む重金属含有排水の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機系のキレート剤を含む重金属含有排水を処理する方法として、排水中の重金属を除去した後、生物処理によって有機系のキレート剤を除去する方法が知られている。
【０００３】
排水中の重金属を除去する方法としては、一般的にアルカリ沈殿法や共沈法が利用される。しかし、キレート剤の存在下で重金属は金属錯体を形成するため、ｐＨをアルカリ性にしても水酸化物としての沈殿が不完全であり、排水中から完全に除去することは困難であった。そのため、カルシウム塩やマグネシウム塩でキレート剤に配位した重金属を置換し、析出した重金属をアルカリ沈殿法や共沈法で沈殿除去する置換法と呼ばれる方法が使用されている（非特許文献１）。
【０００４】
重金属含有排水の処理方法として、錯体形成後のキレート剤を含む排水に紫外線を照射することにより、キレート剤を易分解性の有機物に分解し、錯体を解消することで、水酸化物法や共沈法による重金属の除去を行う方法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−４９１５５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】恵藤良弘、中原敏次「現場で役に立つ無機排水処理技術」工業調査会(2005)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
通常、重金属は微生物に対して阻害を与えるために、重金属含有排水を生物処理する場合、事前に重金属を除去した後、生物反応処理する。しかし、キレート剤を含む場合は一般的な重金属除去方法であるアルカリ沈殿法や共沈法では重金属を除去できない。そのため、キレート剤と錯体を形成している重金属を除去するために、置換法を使用するか、紫外線照射法を使用する必要があった。置換法には、薬品コストが多大となる、反応性が低く大量の無機汚泥が発生する、反応槽の設置スペースが大きいという課題があった。紫外線照射法にはキレート剤分解に要する電力コストが多大であるという課題があった。
【０００８】
本発明は重金属耐性プラスミドを接合伝達した接合伝達完了微生物を使用することによって、キレート剤および重金属を含む排水を生物処理することができ、従来法よりも省薬品、省電力及び省スペースで重金属含有排水を処理することができる重金属含有排水の処理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】
本発明の重金属含有排水の処理方法は、キレート剤および重金属を含有した重金属含有排水を微生物によって処理する重金属含有排水の処理方法において、該微生物は重金属耐性プラスミドを接合伝達した微生物であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様では、接合伝達のためのプラスミド供与体として、ｐＭＯＬ２８及びｐＭＯＬ３０を保有するCupriavidus  metallidurans  CH34を用いる。
【００１１】
本発明の一態様では、接合伝達のためのヘルパープラスミドとしてヘルパープラスミドＲＰ４を保有するEscherichia  coli  C600を用いる。
【００１２】
本発明の一態様では、前記重金属がＣｕ及び／又はＮｉである。
【００１３】
本発明の一態様では、前記キレート剤はＥＤＴＡ、クエン酸、リンゴ酸、及びモノエタノールアミンの少なくとも１種である。
【００１４】
本発明の一態様では、重金属含有排水を接合伝達完了微生物によって処理した生物処理水中の重金属をアルカリ沈殿法又は共沈法によって除去する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、重金属耐性プラスミドを接合伝達した接合伝達完了微生物を使用することによって、キレート剤および重金属を含む排水を生物処理してキレート剤を分解することができる。そのため、置換法や紫外線照射法等の従来法よりも省薬品、省電力及び省スペースで重金属含有排水を処理することができる。
【００１６】
このキレート剤が分解された生物処理水からは、アルカリ沈殿法や共沈法により、容易に重金属を除去することが可能である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明において、重金属含有排水としては、Ｃｕ、Ｎｉなどの他、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｆｅなどの重金属を０．５ｍｇ／Ｌ以上、例えば０．５〜１，０００ｍｇ／Ｌ特に１０〜２００ｍｇ／Ｌ含有するものが挙げられる。
【００１８】
重金属含有排水中に含まれるキレート剤は、有機系キレート剤であり、ＥＤＴＡ、クエン酸、リンゴ酸、モノエタノールアミンなどが例示される。重金属含有排水中のキレート剤濃度は、通常１０〜２，０００ｍｇ／Ｌ特に１００〜１，０００ｍｇ／Ｌ程度である。
【００１９】
具体的な重金属含有排水としては、めっき工場等の排水が例示される。ただし、上記重金属含有排水の説明は一例であって、本発明は上記重金属含有排水の処理に限定されない。
【００２０】
重金属含有排水のｐＨは、特に限定されないが、生物処理工程に供されるときには、略中性、具体的にはｐＨ５〜８特にｐＨ６．５〜７．５であることが好ましく、必要に応じ酸（例えば塩酸、硫酸など）やアルカリ（例えば苛性ソーダなど）によって中和処理されることが好ましい。
【００２１】
本発明では、上記のような重金属含有排水を、重金属耐性を有する微生物によって生物処理する。具体的には、この微生物として、重金属耐性プラスミドを接合伝達した微生物を用いる。
【００２２】
重金属耐性プラスミドを接合伝達するために、重金属耐性プラスミドを有するプラスミド供与細菌が用いられる。重金属耐性プラスミドとしてはｐＭＯＬ２８、ｐＭＯＬ３０が例示される。重金属耐性プラスミド供与細菌としては、特にｐＭＯＬ２８及びｐＭＯＬ３０を保有するCupriavidus  metallidurans  CH34が好適であり、接合伝達のためのヘルパープラスミド供与細菌としては、ヘルパープラスミド（ＲＰ４）を保有するEscherichia  coli  C600が好適である。
【００２３】
重金属耐性プラスミドの受容微生物としては、排水の生物処理に用いられる活性汚泥が好適である。活性汚泥中の菌に重金属耐性プラスミドを接合伝達するには、重金属耐性プラスミド供与細菌と、ヘルパープラスミド供与細菌と、活性汚泥のそれぞれの懸濁液を混合し、フィルターで濾過し、フィルターと培地（Ｒ２Ａ培地等）上に置き、培養するのが好ましい。この処理により、重金属耐性プラスミド供与細菌のプラスミドが受容微生物に導入される。このように、重金属耐性プラスミド供与細菌のプラスミドが受容微生物に導入されたことは、ＰＣＲ法により確認することができる。
【００２４】
この重金属耐性プラスミド接合伝達処理した微生物（以下、重金属耐性プラスミド接合伝達完了微生物ということがある。）を培養して増殖させ、重金属含有排水の生物処理に用いる。
【００２５】
上記微生物を用いた生物処理は好気性生物処理が好ましい。好気性生物処理装置及び処理条件は、一般的な装置及び条件でよい。
【００２６】
上記の生物処理により、キレート剤の大部分が分解されるので、生物処理水から、アルカリ沈殿法や共沈法により重金属を除去することができる。
【００２７】
アルカリ沈殿法は、被処理水を苛性ソーダや消石灰添加により重金属を水酸化物として沈殿させる方法である。共沈法は、鉄塩（塩化第二鉄、硫酸第一鉄など）やアルミニウム塩（ＰＡＣ、硫酸バンド等）を添加して重金属を水酸化物として共沈させる方法である。アルカリ沈殿処理及び共沈処理を行う場合の条件は、被処理水の性状に合わせて実験的に定めればよい。
【実施例】
【００２８】
＜重金属耐性プラスミドを接合伝達した微生物の作成例＞
受容微生物として下水処理工程から採取した活性汚泥を用いた。重金属耐性プラスミド供与細菌として、重金属耐性プラスミド（ｐＭＯＬ２８とｐＭＯＬ３０）を保有するCupriavidus  metallidurans  CH34を使用した。接合伝達のためのヘルパープラスミド供与細菌には、ヘルパープラスミド（ＲＰ４）を保有するEscherichia  coli  C600を使用した。
【００２９】
重金属耐性プラスミド供与細菌、ヘルパープラスミド供与細菌、および重金属耐性プラスミド受容微生物をそれぞれＯＤ６００＝１となるように水中に分散させて懸濁液とした。各々の菌体懸濁液を１ｍＬずつ混合し、混合液を０．４５μｍのフィルターで濾過した。このフィルターをＲ２Ａ培地上に置き、２８℃で２４時間以上培養することで、接合伝達を実施した。
【００３０】
この培養処理後のフィルターを５ｍ／Ｌのトリポリリン酸ナトリウム溶液１０ｍＬに入れ、ボルテックス処理することで、重金属耐性プラスミド接合伝達完了微生物をトリポリリン酸ナトリウム溶液に懸濁させて懸濁液とした。１ｍＭのＣｕＣｌ２および１ｍＭのＮｉＣｌ２を含むと共に、ＥＤＴＡ、クエン酸、リンゴ酸、およびモノエタノールアミンを５００ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌずつ（合計２，０００ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌ）含む無機塩培地に、この懸濁液をＯＤ６００＝１となるように添加し、２８℃で回転振盪培養した。２４時間の培養で増殖した菌体を、重金属耐性プラスミド接合伝達完了微生物とした。この微生物に重金属耐性プラスミドｐＭＯＬ２８及びｐＭＯＬ３０が組み込まれたことをＰＣＲ法により確認した。
【００３１】
＜重金属含有排水処理＞
［実施例１］
１Ｌ容のメスシリンダーに重金属耐性プラスミド接合伝達完了微生物を１，０００ｍｇ−ＭＬＳＳ／Ｌとなるように入れ、１ｍＭのＣｕＣｌ２及び栄養塩を含み、さらにＥＤＴＡ、クエン酸、リンゴ酸、およびモノエタノールアミンを５００ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌずつ（合計２，０００ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌ）含む合成排水を１Ｌとなるように注入した。ｐＨを７．０に調整し、水温を２５℃に調整した。メスシリンダー内を空気（４０ｍＬ／ｍｉｎ）で曝気し、ＣＯＤＣｒ濃度を経時的に測定した。その結果、ＣＯＤＣｒは４時間で定量下限値以下まで除去された。処理水にアルカリ（２ＮのＮａＯＨ溶液）を添加することによりｐＨを８．０に調整して０．４５μｍのフィルターで濾過したところ、濾液中のＣｕは０．１ｍｇ／Ｌ未満であり、Ｃｕが除去されたことが確認された。
【００３２】
［実施例２］
実施例１において１ｍＭのＣｕＣｌ２の代りに１ｍＭのＮｉＣｌ２を用いたこと以外は実施例１と同様の試験を行った。その結果、ＣＯＤＣｒは３時間で定量下限値以下まで除去された。処理水のｐＨを９．０に調整して０．４５μｍのフィルターで濾過したところ、Ｎｉは０．５ｍｇ／Ｌ未満まで除去されたことが確認された。
【００３３】
［実施例３］
実施例１において１ｍＭのＣｕＣｌ２の代りに１ｍＭのＣｕＣｌ２および１ｍＭのＮｉＣｌ２を用いたこと以外は実施例１と同様の試験を行った。その結果、ＣＯＤＣｒは４．５時間で定量下限値以下まで除去された。処理水のｐＨを９．０に調整して０．４５μｍのフィルターで濾過したところ、ＣｕおよびＮｉはそれぞれ０．１ｍｇ／Ｌ未満および０．５ｍｇ／Ｌ未満まで除去されたことが確認された。
【００３４】
［比較例１］
重金属耐性プラスミド接合伝達完了微生物の代りに、グルコース、メタノール、およびクエン酸で馴養した活性汚泥を用いたこと以外は実施例１と同様の試験を行った。その結果、ＣＯＤＣｒが定量下限値以下まで分解されるのに４８時間が必要であった。培養開始４時間ではＣＯＤＣｒは５０ｍｇ／Ｌしか除去されず、処理水のｐＨを８．０に調整して０．４５μｍのフィルターで濾過しても、Ｃｕは除去されず溶解性の状態で濾液中に存在した。
【００３５】
［比較例２］
前記活性汚泥を担持したスポンジ担体を、前記作成例で用いたものと同じグルコース、メタノール、およびクエン酸含有液（濃度はそれぞれ５００ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌ）で馴養した。このスポンジ担体を超音波処理し、菌体を剥離した。この菌体を実施例２と同様に１Ｌ容のメスシリンダーに菌体１，０００ｍｇ−ＭＬＳＳ／Ｌとなるように入れた。その他は実施例２と同様として試験を行った。その結果、ＣＯＤＣｒが定量下限値以下まで分解されるのに３０時間が必要であった。培養開始３時間ではＣＯＤＣｒは５０ｍｇ／Ｌしか除去されず、処理水のｐＨを９．０に調整して０．４５μｍのフィルターで濾過しても、Ｎｉは除去されず溶解性の状態で濾液中に存在した。
【００３６】
［比較例３］
比較例２において、１ｍＭのＮｉＣｌ２の代りに１ｍＭのＣｕＣｌ２および１ｍＭのＮｉＣｌ２を用いたこと以外は比較例２と同一条件の試験を行った。その結果、ＣＯＤＣｒが定量下限値以下まで分解されるのに７０時間が必要であった。培養開始４．５時間ではＣＯＤＣｒは５０ｍｇ／Ｌしか除去されず、処理水のｐＨを９．０に調整して０．４５μｍのフィルターで濾過しても、ＣｕおよびＮｉは除去されず溶解性の状態で濾液中に存在した。
【００３７】
［比較例４］
実施例１において、合成排水として１ｍＭのＣｕＣｌ２を添加しないものを用いたこと以外は同一条件にて試験を行った。その結果、ＣＯＤＣｒは３時間で定量下限値以下まで除去され、十分な生物処理が行われたことが認められた。
【００３８】
［比較例５］
比較例４において、重金属耐性プラスミド接合伝達完了微生物の代りに、グルコース、メタノール、およびクエン酸含有液（濃度はそれぞれ５００ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌ）で馴養した活性汚泥を用いたこと以外は同一条件にて試験を行った。その結果、ＣＯＤＣｒは３時間で定量下限値以下まで除去され、十分な生物処理が行われたことが認められた。
【００３９】
上記実施例および比較例の結果をまとめると、表１の通りである。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
表１の通り、重金属耐性プラスミド接合伝達完了微生物をＣｕおよびＮｉを含む排水の処理に適用することで、ＣｕやＮｉの存在下でも、活性汚泥と同じ速度でクエン酸、リンゴ酸、およびモノエタノールアミンを含む排水を分解することができる。その後、得られた処理水は簡単なアルカリ沈殿法（ｐＨ調整と濾過）だけでＣｕおよびＮｉを除去することができる。比較例４，５は、被処理水がＣｕ、Ｎｉを含んでおらず、比較例５の通り、通常の活性汚泥でもＣＯＤ成分が十分に生物処理される。