(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機塩素化合物含有排水を固定化した嫌気性微生物及び好気性微生物を充填した密閉容器内に導入して、該密閉容器内で該嫌気性微生物による嫌気的脱塩素化処理を施して有機塩素化合物の塩素数を減少させる嫌気性処理工程を経過せしめた後、該好気性微生物により有機塩素化合物を炭素骨格まで分解する好気性処理工程を経過せしめて有機塩素化合物を完全に分解することを特徴とする有機塩素化合物含有排水の微生物処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、有機塩素化合物含有排水、例えばテトラクロロエチレン、トリクロロエチレン等を含む排水の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン等の有機塩素系化合物は溶剤としての優れた性質から半導体や機械部品の洗浄、ドライクリーニングなどに広く用いられてきたが、過去および現在の不適切な処理により土壌を介した広範囲な地下水汚染を各地で引き起こしていることがわかり、適切な処理技術の確立が求められている。
【０００３】
これらの有機塩素化合物を含む工場排水や汚染地下水などは、現在一般的に充填塔などによる曝気法、活性炭などによる吸着法などにより処理されており、分解法としては光触媒・酸化剤などを用いた方法が開発されつつある。
【０００４】
また、近年では穏和な条件下で処理ができ、地下などの汚染原位置処理にも適用が可能と考えられる微生物分解法が注目されており、有機塩素化合物を分解する様々な微生物およびそれらを利用したバイオリアクターによる分解などが報告されている（浦野紘平、宮本健一（１９９３）用水と排水  ３５，５−１９など）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、曝気・吸着法などは有機塩素化合物そのものを無害化する技術ではなく、光分解・化学分解法なども副反応の可能性や、二次処理の必要性などから、まだ実用化に難点を残している。
【０００６】
一方、微生物分解では後述するような分解菌の特性のため、高濃度のテトラクロロエチレンやトリクロロエチレンを含む排水、特にテトラクロロエチレンの処理は困難であった。これまでに嫌気性バイオリアクターによるテトラクロロエチレンのエタンへの連続脱塩素化（Ｗ．Ｐ．ＤｃＢｒｕｉｎ  ｅｔ  ａｌ．  （１９９２）  Ａｐｐｌ．  Ｅｎｖｉｒｏｎ．  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．  ５８．１９９６−２０００）や嫌気性と好気性のバイオリアクターの組み合わせによるテトラクロロエチレンの連続分解（Ｂ．Ｚ．Ｆａｔｈｅｐｕｒｅ  ＆  Ｔ．Ｍ．Ｖｏｇｅｌ  （１９９１）  Ａｐｐｌ．  Ｅｎｖｉｒｏｎ．  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．  ５７．３４１８−３４２２）  が報告されているが、処理可能なテトラクロロエチレン濃度および処理速度はあまり高いものではなかった。
【０００７】
本発明では、排水中の有機塩素化合物を嫌気性微生物と好気性微生物により高い効率で分解する方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、有機塩素化合物含有排水を固定化した嫌気性微生物及び好気性微生物を充填した密閉容器内に導入して、該密閉容器内で該嫌気性微生物による嫌気的脱塩素化処理を施して有機塩素化合物の塩素数を減少させる嫌気性処理工程を経過せしめた後、該好気性微生物により有機塩素化合物を炭素骨格まで分解する好気性処理工程を経過せしめて有機塩素化合物を完全に分解することを特徴とする有機塩素化合物含有排水の微生物処理方法である。
【０００９】
【作用】
テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン等の塩素化エチレン類を分解する微生物には好気性のものと嫌気姓のものがありそれぞれ特性が異なっている。一般に、好気性菌（メタン資化性菌、トルエン資化性菌など）は塩素数１から３の塩素化エチレンの炭素骨格までも分解するが、塩素数が多くなるほど反応速度は低下しトリクロロエチレンになると５０ｐｐｍ  以上といった高濃度ではほとんど分解が起こらなくなる。一方、嫌気性菌（メタン生成菌など）は、塩素化エチレン分子中の塩素を一つずつ水素に置換する反応により比較的高濃度の塩素数１から４の塩素化エチレンを分解できるが、塩素数が少ないほど反応速度が低下し塩素数が１、２のより毒性の強い反応中間体が蓄積しやすいといった特徴を持つ。
【００１０】
一般的に塩素化エチレン類の嫌気性菌による脱塩素反応は化１および化２式で、好気性菌による分解反応は化３および化４式で示されるが、テトラクロロエチレンは特に生分解が困難であった。
【００１１】
ＣＣｌ２  ：ＣＣｌ２  ＋２［Ｈ］→ＣＣｌ２  ：ＣＨＣｌ＋ＨＣｌ（化１）
ＣＣｌ２  ：ＣＨＣｌ＋２［Ｈ］→ＣＨＣｌ：ＣＨＣｌ＋ＨＣｌ（化２）
ＣＣｌ２  ：ＣＨＣｌ＋Ｏ２  ＋２［Ｈ］→ＣＯ２  ＋ＨＣｌ＋Ｈ２  Ｏ（化３）
ＣＨＣｌ：ＣＨＣｌ＋Ｏ２  ＋２［Ｈ］→ＣＯ２  ＋ＨＣｌ＋Ｈ２  Ｏ（化４）
本発明者等は、塩素化エチレン類分解菌のスクリーニングを行い、テトラクロロエチレンをシス−１，２−ジクロロエチレンに脱塩素する活性の高い嫌気性の混合培養菌や、トリクロロエチレン、シス−１，２−ジクロロエチレンを分解する好気性の混合培養菌、純粋培養菌などを得ることができた（沼田雅彦ほか（１９９３）平成５年度日本生物工学大会講演要旨集  ｐ．７０）
さらにこれらの嫌気性・好気性分解菌を用いたバイオリアクターを組み合わせることによって、テトラクロロエチレンの連続分解が可能であることについての発表を行った（沼田雅彦ほか（１９９４）第２８回水環境学会講演要旨集ｐ．２２４〜２２５）。
【００１２】
本発明者等は、これらの嫌気・好気反応の組み合わせによるテトラクロロエチレン等の分解反応について種々検討を重ねた結果、嫌気性テトラクロロエチレン脱塩素菌は好気条件下、およびフェノール存在下において、また好気性のフェノール資化性菌は嫌気条件下においても必ずしも死滅しないことを見いだした。
【００１３】
すなわち以上の知見によれば、テトラクロロエチレンを完全分解するにあたり嫌気的脱塩素反応と好気的分解反応を別の場で行うことは必ずしも必要ではなく、一つの反応槽に２種類の分解菌を共存させ系を還元状態、酸化状態にすることで反応を進めることが可能であるということになる。
【００１４】
具体的には本発明は、固定化した嫌気性・好気性菌を充填した密閉容器中で塩素化エチレン類を含む排水を分解処理するものである。
【００１５】
本発明では、嫌気性菌としては、ある程度酸化還元電位の高い状態でも死滅しなければ、塩素化エチレン類の脱塩素活性を持つメタン生成菌、硫酸還元菌その他の種類の混合菌、単離株が使用でき、好気性菌としては、塩素化エチレン類の分解活性を持つフェノール資化性菌などの芳香族化合物資化性菌やメタン・プロパン資化性菌などの混合菌、単離株が使用できる。
【００１６】
上記処理においては塩素化エチレン類は適当な有機物の存在下、まず嫌気性菌により低塩素数の化合物に脱塩素される。その後酸素または過酸化水素などの酸化剤と、フェノール、トルエンなどの塩素化エチレンの分解酵素の誘導物質を系に加えることで塩素化エチレン類は完全分解されることとなる。
【００１７】
このような嫌気性菌と好気性菌の組み合わせの利点は、通常は完全分解の困難なテトラクロロエチレンが、高い速度で分解できることや、比較的高濃度のトリクロロエチレンも分解できることである。
【００１８】
その際の微生物の固定化は充分菌体が処理容器内に保持されればどのような方法でもかまわないが、保持がより確実であって嫌気性菌が完全な酸化状態にさらされにくい包括固定化法がより望ましい。
【００１９】
以下実施例により本発明をさらに詳細に説明する。しかし本発明の範囲は以下の実施例により制限されるものではない。
【００２０】
【実施例１】
以下本発明によるテトラクロロエチレンの処理例を示す。
【００２１】
（１）分解菌の培養
嫌気性菌としては酵母抽出物を基質として生育するテトラクロロエチレン脱塩素混合菌を用い、培養は以下の組成の培地で行った。
0003616932.tif 000002
以上の４溶液を別々に１２１℃、１５分間蒸気加圧滅菌後、混合して培地とする。
【００２２】
＊微量金属混合液とは以下の塩類を１００ｍｌの水に溶解し水酸化ナトリウムでｐＨを７に調整したものである。
ＥＤＴＡ二ナトリウム塩          ５      ｇ
硫酸亜鉛・７水塩                １．１  ｇ
硝酸カルシウム・４水塩          ０．６  ｇ
硫酸マンガン・４−６水塩        ０．６  ｇ
硝酸コバルト・６水塩            ０．０６ｇ
モリブデン酸アンモニウム・４水塩          ０．０５ｇ
硫酸第一鉄・７水塩                        ０．５  ｇ
硫酸銅・５水塩                            ０．０２ｇ
培養は気相を窒素ガスで置換し、テトラクロロエチレンを培地１０ｍｌあたり１．６ｍｇ添加して３０℃で静置して行った。
【００２３】
好気性菌としてはフェノールを資化して生育するジクロロエチレン分解菌を用い、培養は上記に示す組成の培地で行った。
【００２４】
（２）微生物の固定化
分解菌はκ−カラギーナンによる包括固定化を行って、分解試験に供した。固定化は常法に従い、３７℃に保温した２％κ−カラギーナンに菌体を懸濁して後、０．１Ｍ硫酸カリウム溶液中に滴下して径３〜５ｍｍのゲルを形成させることによって行った。
【００２５】
尚、実施例においては嫌気性菌はゲル中に７×１０７  細胞／ｍｌ、好気性菌は８×１０９  細胞／ｍｌになるように加えた。
【００２６】
（３）テトラクロロエチレン溶液の回分処理
テトラクロロエチレン分解のための反応容器としては、ジャーファーメンター（内容量１７００ｍｌ、サクラ精機社製）を用いた（図１）。上記のようにして得た固定化微生物５００ｍｌを反応容器に入れ、初濃度５０ｐｐｍ  のテトラクロロエチレン含有水１０００ｍｌを導入し密閉状態（３０℃）で攪拌しつつ分解反応を行った。その際の気相部分のガスクロマトグラフィーによる分析から求めた、反応容器内の塩素化エチレン類の量を図２に示す。まず酵母抽出物０．５ｇを反応容器に加えたところ、テトラクロロエチレンはほぼ化学量論的にシス−１，２−ジクロロエチレンに脱塩素化され、引き続きフェノール０．２ｇと酸素（総計５５０ｍｌ）を反応容器に添加することでシス−１，２−ジクロロエチレンは酸化分解された。
【００２７】
【実施例２】
実施例１と同様な装置でのトリクロロエチレンの回分処理の結果を示す。
【００２８】
実施例１でのテトラクロロエチレンの代わりに、初濃度５０ｐｐｍ  のトリクロロエチレン含有水１０００ｍｌを反応容器に導入し密閉状態（３０℃）で攪拌しつつ分解反応を行った。その際の気相部分のガスクロマトグラフィーによる分析から求めた、反応容器内の塩素化エチレン類の量を図３に示す。まず酵母抽出物０．５ｇを反応容器に加えたところ、トリクロロエチレンはほぼ化学量論的にシス−１，２−ジクロロエチレンに脱塩素化され、引き続きフェノール０．２ｇと酸素（総計５５０ｍｌ）を反応容器に添加することでシス−１，２−ジクロロエチレンは酸化分解された。
【００２９】
【実施例３】
実施例１と同様な装置で、酸化剤として酸素の代わりに過酸化水素を用いた場合のテトラクロロエチレンの回分処理の結果を示す。
【００３０】
初濃度５０ｐｐｍ  のテトラクロロエチレン含有水１０００ｍｌを反応容器に導入し密閉状態（３０℃）で攪拌しつつ分解反応を行った。その際の気相部分のガスクロマトグラフィーによる分析から求めた、反応容器内の塩素化エチレン類の量を図４に示す。まず酵母抽出物０．５ｇを反応容器に加えたところ、トリクロロエチレンはほぼ化学量論的にシス−１，２−ジクロロエチレンに脱塩素化され、引き続きフェノール０．２ｇと過酸化水素（総計１．８ｇ）を反応容器に添加することでシス−１，２−ジクロロエチレンは酸化分解された。
【００３１】
【発明の効果】
上述のように本発明の開発により、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレンなどを含有する排水を、穏和な条件下かつ微生物処理としては高い効率で分解処理を行うことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例で用いた処理装置の概念図。
【図２】実施例１における、酵母抽出物・フェノール・酸素を用いた場合のテトラクロロエチレン分解反応での塩素化エチレン類（テトラクロロエチレン、シス−１，２−ジクロロエチレン）と溶存酸素濃度の経時変化。
【図３】実施例２における、酵母抽出物・フェノール・酸素を用いた場合のトリクロロエチレン分解反応での塩素化エチレン類の経時変化。
【図４】実施例３における、酵母抽出物・フェノール・過酸化水素を用いた場合のテトラクロロエチレン分解反応での塩素化エチレン類の経時変化。
【符号の説明】
１    ジャーファーメンター
２    固定化菌体
３    排水入口
４    処理水出口
【図１】
0003616932.tif 000003
【図２】
0003616932.tif 000004
【図３】
0003616932.tif 000005
【図４】
0003616932.tif 000006