(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水処理において水面に浮遊する浮遊スカム（水処理活性汚泥微生物中）に対し、これを物理的に消泡させる消泡水に放線菌を溶菌する加水分解酵素を添加して行うことを特徴とする発泡スカムの処理方法。
【請求項２】
グラム陽性菌の細胞壁を加水分解する加水分解酵素を固定化し、水処理活性汚泥微生物中へ投入・混合して、発泡スカムを抑制することを特徴とする発泡スカムの処理方法。
【請求項３】
加水分解酵素リゾチームである請求項１記載の発泡スカムの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は下水処理において、特に放線菌由来の発泡スカムの分解に好適な加水分解酵素を直接消泡水に添加して、若しくはこの酵素を固定化処理して水処理活性汚泥微生物中へ投入・混合して発泡スカムを確実に処理する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理において、処理槽の水面に多量のスカムが浮遊し、この浮遊スカムにて景観が損なわれたり、風に吹き飛ばされたりして公害の起因ともなったり、処理水質や見栄えを悪化する等重大な問題である。
このため、水面に浮遊するスカムを除去する方法として図４に示すように消泡水をこの浮遊スカム上方より噴射して物理的に破砕し、消泡除去しているか、もしくは、最終沈澱池においてスカムスキマーで除去され、スカム返流水として原水槽や最始沈澱池に戻されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、発泡性のスカムは原因微生物の放線菌により形成され、通常は曝気槽において発泡し、曝気槽や沈殿槽においてスカムとして浮遊する。このため、消泡水により物理的な消泡では再度の曝気によりスカムが再び発生するものとなり、完全にスカムを除去することができない。また、完全に除去しきれなかった残留した放線菌が下水処理系内を循環するだけで、根本的な解決策とは成り得なかった。この他に殺菌剤利用方法もあるが、水を処理する有用菌をも同時に死滅させる恐れがあった。
【０００４】
本発明は浮遊スカムを物理的に破砕する消泡水に直接加水分解酵素を添加するか、固定化したリゾチームを用いることによりスカムを物理的に消泡すると共に、この加水分解酵素にて放線菌を溶菌或いは選択的に殺菌して再度の曝気によってもスカムが発生しないようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになしたもので、下水処理において水面に浮遊する浮遊スカムに対し、これを物理的に消泡させる消泡水に放線菌を溶菌する加水分解酵素を添加して行い、またグラム陽性菌の細胞壁を加水分解するリゾチームを固定化し、水処理活性汚泥微生物中へ投入・混合して、発泡スカムを抑制することを要旨とする。
【０００６】
【作用】
下水を曝気による好気撹拌して処理する際、水面に多量の発泡性スカムが浮遊するが、この発泡スカムはＲｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ属、Ｎｏｃａｒｄｉａ属等の放線菌が原因で生じるものである。この浮遊する発泡スカムの解決を図るために、放線菌を選択的に殺菌するリゾチームの生理作用を利用する。これは発泡スカムを物理的に破砕して消泡する消泡水に発泡スカムの性状に適した濃度となるように加水分解酵素（リゾチーム）を添加し、これにより物理的に消泡されなかったスカムも加水分解酵素の作用でスカム中の放線菌が溶菌されるので、この下水を再度曝気してもスカムが再発することもなく下水処理を効率的に行えるものとなる。さらにこのリゾチームを下水処理施設へ投入しても流入下水で希釈され、処理水として系外へ流れ出てしまわないように、このリゾチームを処理施設系内における封じ込めを目的として、固定化を図り、リゾチームの粒径を大きくしてスクリーンなどの手段により流出を防止し曝気槽への封じ込めを行う。これにより有用な活性汚泥微生物への影響を最小限にとどめ、かつ放線菌を選択的に長期にわたって殺菌できるため、水処理へ悪影響を及ぼすことなく発泡スカムを抑制できるものとなる。
【０００７】
【実施例】
以下本発明の発泡スカムの処理方法について説明する。
酵素は生体触媒として知られ、その作用を繰り返し利用できるため微量で高い活性を示し、選択的に基質を分解し、その効果は一定量反応すると止まる作用がある。
一方細菌は細胞壁の構造の違いによりグラム染色で陽性菌と陰性菌に大別される。水処理の中心であるフロック性の活性汚泥は、大部分がグラム陰性菌であり、放線菌はグラム陽性菌である。
本発明はこのグラム陽性菌を選択的に分解する酵素の特質を利用して下水中のスカム処理を、より効果的に行うようになすもので、浮遊するスカムを物理的に破砕除去する消泡水に下水の性状に適した濃度になるよう加水分解酵素を直接もしくは固定化して添加する。
【０００８】
この加水分解酵素としては、リゾチーム、トリプシン、セルラーゼ等がある。このトリプシン、セルラーゼは消化酵素として知られ、細菌を消化分解する。活性汚泥に対して活動的に働く。リゾチームは生化学試験用として工業的に用いられるもので高価であるため、水処理への適用は固定化酵素として水処理系内へとどめておくことが効果的である。また、生菌に直接作用させると細胞壁による抗浸透作用を失い、溶菌を引き起こす。この作用を利用して日本酒の火落ち菌殺菌、食品中のグラム陽性菌の除菌や医薬品に利用されている。従ってリゾチームは活性汚泥に対して活動的に働き、悪影響を与えることはなく、かつこのリゾチーム等加水分解酵素の添加量は濃度０．０１〜１０００ｍｇ／ｌ，ｐｈ６〜８の範囲内で下水の性状に適した濃度になるよう調整することが望ましい。
【０００９】
リゾチーム（Ｎ−アセチルムラミドグリカノヒドロラーゼ：通称ムラミダーゼ）は分子量１４０３７．１２９のアミノ酸からなる加水分解酵素で、動物の各種組織、分泌液、卵白等に広く分布し、キャベツやカブ等一部の植物にも含まれることが知られており、工業的には卵白より製造される。このリゾチームはグラム陽性菌や大腸菌、サルモネラ菌など一部のグラム陰性菌の細胞壁を特異的に分解する性質を有している。この特異的作用は上記微生物の細胞壁構成物質に起因する。つまり細胞壁の主要構成部分はＮ−アセチル−Ｄ−グリコサミン，Ｎ−アセチルムラミン酸及びペプチド鎖の集合体でムレインと呼ばれる複合多糖類の一種で強固な膜を形成しており、リゾチームはこれらのＮ−アセチル−Ｄ−グリコサミン，Ｎ−アセチルムラミン酸のβ１→４結合を加水分解する酵素であり、細胞壁を二糖類と四糖類まで分解する。
【００１０】
リゾチームは図５（１）に示すようにリポ多糖の存在しないグラム陽性菌（放線菌）の細胞壁を加水分解するが、活性汚泥微生物は図５（２）に示すようにグラム陰性菌で、細胞壁表面にリポ多糖が存在するため、リゾチームの分子によっても細胞壁が溶解することはない。
【００１１】
次に本発明の発泡スカムの除去方法を、標準活性汚泥法に適用した実施例の図１に基づき説明する。図１において１は予め前工程で除塵機等にて固形物を除去した下水を曝気して好気性処理を行う曝気槽で、この曝気槽１内の上方で、この曝気槽内で発生し浮遊するスカム層に対し、所要圧で消泡水を水面に向かって噴射する消泡ノズル２を配設すると共に、この曝気処理された下水を曝気槽から次の処理工程へ送るように曝気槽１には最終沈殿池３が接続配設される。
【００１２】
この最終沈殿池３にも所要圧で消泡水を水面に向かって噴射する消泡ノズル４が配設されると共に、この各消泡ノズル２，４にはリゾチーム等の加水分解酵素を溶解する薬品溶解槽５に配管６を介して接続され、この配管６に加圧送水用のポンプ７が接続され、加水分解酵素が適度の濃度で添加された消泡水がノズルへ供給されるようになっている。この消泡水は上水を直接利用することもできるが、節水のため最終沈殿池より排水される処理水を消毒槽８内にて消毒した後利用することもできる。
【００１３】
このように消毒槽で滅菌処理された処理水を薬品溶解槽で加水分解酵素と混合して曝気槽１，最終沈殿池３でノズル噴射して浮遊スカム（放線菌）を破砕と溶菌との併用作用にて完全に除去するものである。
【００１４】
また、図２は本発明の発泡スカムの除去方法をオキシデーションディッチ法に適用した実施例を示す。循環水路を有するディッチ１０に下水を流入させると共に、このディッチ１０内を循環する下水にスカムが発生し、浮遊する。このスカムを破砕するため、ディッチ１０の１又は２箇所に消泡ノズル１４を配設し、この消泡ノズル１４にポンプ１６を配管１５を介して接続する。ディッチ１０には最終沈殿池１１を接続し、この最終沈殿池１１にもポンプ１６に接続される消泡ノズル１７を設ける。ポンプ１６は消毒槽１３を経て処理水の一部が流入され、加水分解酵素を溶解する薬品溶解槽１２より給水するようになす。
【００１５】
このような消泡ノズルより加水分解酵素を適度の濃度に添加した消泡水を水面に向かって噴射するとこのノズル水圧にて浮遊しているスカムは物理的に破砕される。しかしこのノズル水だけでは完全にスカムが消泡されず、下流に流下して再び曝気すると一部残った放線菌が増殖されてスカムが発生するものとなる。このノズル水に加水分解酵素が添加されているため、破砕されなかったスカムはこの加水分解酵素にてその放線菌が溶菌され、図３に示すように完全に消泡されるものとなる。
【００１６】
【化学式１】
0003634424.tif 000002
【００１７】
生化学試験用として工業的に用いられる高価なリゾチームは、水処理への適用においては固定化酵素として水処理系内へとどめておくことが効果的である。この酵素や微生物の固定化方法としては、図に示すように担体結合法、架橋法、包括法の３つの方法に大別され、そして担体結合法としてさらに物理的吸着法、イオン結合法、共有結合法に分類でき、また包括法としては格子型とマイクロカプセル型とに分けられる。
その目的は
（１）酵素や微生物を高濃度で利用し、それぞれのもつ生理反応を高める。
（２）生理反応の安定性を図る。
（３）生育速度の遅い微生物や高価な酵素を反応槽へ封じ込める。
等がある。
【００１８】
酵素の固定化に際しては、高温、強酸、強アルカリの条件下では酵素が変性して失活し、有機溶媒、濃厚塩類によっても非常に緩和な条件で行うことが望ましい。
【００１９】
包括固定法を一例として、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を用いた方法について以下説明する。
ＰＶＡは工業的にはポリ酢酸ビニルからアルカリを加えて（ケン化）製造され、分子構造は化学式２に示す如くであり、重合度とケン化度が大きいほど粘度が高くなり溶解度が低下する性質がある。
【００２０】
【化学式２】
0003634424.tif 000003
【００２１】
固定化剤としては重合度１０００〜４０００、ケン化度９８％以上の完全ケン化のものが適しているが、部分ケン化でも８７〜９８％のものが使用されることがある。
【００２２】
固定化手順としては、まずＰＶＡ水溶液を作る。ＰＶＡは常温では溶けにくく、加熱しながら十分に撹拌を行い、２０％水溶液とする。次にＰＶＡ水溶液冷却後、重量比として同量の割合でリゾチームと混合する。この段階ではＰＶＡは糊状で、流動性を示す。さらにこのＰＶＡ−リゾチームの混合物を１０％硫酸ナトリウム液中に添加する。水溶液の高分子や蛋白質は、塩類の溶液中では溶質を析出させる現象があり、塩析と呼ばれている。ＰＶＡはこの塩析により再度固化して常温では水に溶けにくい元の状態に戻る。この時リゾチームはＰＶＡに包括固定化される。
【００２３】
包括固定化リゾチームのペレットの大きさは目的に応じた大きさに成形するもので、水処理系内にペレットをとどめておく手法として、曝気槽の流出口にスクリーンを設置する場合は、その目幅より大きくする必要がある。
【００２４】
成形方法はＰＶＡ−リゾチーム混合物を硫酸ナトリウム水溶液中に添加する際、水滴状に添加し、その大きさを調整することによりペレットの大きさを任意の大きさにするか、またはＰＶＡ−リゾチーム混合物を一度に添加して凝固物を細断して成形することもできる。
【００２５】
成形化された固定化ペレットは、大きさが大きくなるほど酵素の活性が低くなるが、これはペレット内部に水が浸透しにくくなるためであり、酵素の活性度、スクリーンの大きさにより３〜７ｍｍ程度に成形することが望ましい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の発泡スカムの処理方法は、下水処理において水面に浮遊する浮遊スカムに対し、これを物理的に消泡させる消泡水に放線菌を溶菌する加水分解酵素を添加して行うため、これにより消泡水の噴射圧にて物理的に消泡されなかったスカムも加水分解酵素の作用でスカム中の放線菌が溶菌されるので、この下水を再度曝気して再処理してもスカムが再発することもなく下水処理を効率的に行える等の利点がある。
また、本発明の発泡スカムの処理方法は、グラム陽性菌の細胞壁を加水分解するリゾチームを固定化し、水処理活性汚泥微生物中へ投入・混合するようになしているため、有用な活性汚泥微生物への影響を最小限にとどめ、かつ放線菌を選択的に長期にわたって殺菌できるため、水処理へ悪影響を及ぼすことなく発泡スカムを抑制できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発泡スカムの除去方法を標準活性汚泥法に適用した実施例の説明図である。
【図２】オキシデーションディッチ法に適用した実施例の説明図である。
【図３】本発明によるスカムの消泡を示す説明図である。
【図４】従来の消泡水によるスカムの消泡を示す説明図である。
【図５】本発明による溶菌作用の説明図である。
【図６】リゾチームの一次構造図である。
【図７】本発明のリゾチームの固定化を格子型の包括法にて行う実施例の説明図である。
【図８】同マイクロカプセル型の包括法にて行う実施例の説明図である。
【図９】本発明のリゾチームの固定化を坦体結合法にて行う説明図である。
【図１０】本発明のリゾチームの固定化を架橋法にて行う説明図である。
【符号の説明】
１    曝気槽
２    消泡ノズル
３    最終沈殿池
４    消泡ノズル
５    薬品溶解槽
６    配管
７    ポンプ
８    消毒槽
１０  ディッチ
１１  最終沈殿池
１２  薬品溶解槽
１３  消毒槽
１４  消泡ノズル
１５  配管
１６  ポンプ
１７  消泡ノズル
【図１】
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【図４】
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【図２】
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【図３】
0003634424.tif 000007
【図５】
0003634424.tif 000008
【図６】
0003634424.tif 000009
【図７】
0003634424.tif 000010
【図８】
0003634424.tif 000011
【図９】
0003634424.tif 000012
【図１０】
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