(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シトロバクター属細菌ＴＫＦ０４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−１６７２２）からなる凝集剤産生微生物。
【請求項２】
請求項１記載のシトロバクター属細菌ＴＫＦ０４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−１６７２２）を有機酸を基質として調製した培地で培養し、それから得られる培養物又は培養処理物を主成分とした微生物凝集剤。
【請求項３】
前記有機酸は下廃水処理から生じる汚泥等の有機性廃棄物から得られた有機酸である請求項２記載の微生物凝集剤。
【請求項４】
前記培地を液体培地とし、この培養液又は培養液から菌体を除去した上澄液を濃縮して乾燥させ、残留した固形分からなる請求項２又は３記載の微生物凝集剤。
【請求項５】
培養液又は上澄液を濃縮するために限外濾過膜を使用する請求項４記載の微生物凝集剤。
【請求項６】
前記培地を液体培地とし、この培養液又は菌体を除去した上澄液からエタノール沈殿により沈殿物を回収し、この沈殿物を脱塩（透析）して得られた請求項２又は３記載の微生物凝集剤。
【請求項７】
請求項２ないし請求項６記載の微生物凝集剤を下廃水処理施設の流入水あるいは処理水に添加して、汚泥または固形物を凝集沈殿させる下廃水処理方法。
【請求項８】
請求項２ないし請求項６記載の微生物凝集剤を生汚泥、余剰汚泥又は消化汚泥あるいはそれらの混合汚泥に添加して、それらの汚泥を脱水する下廃水汚泥処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、有機酸基質利用特性を有する新規な凝集剤産生微生物に係り、更に詳細には、この凝集剤産生微生物を下廃水汚泥等の有機性廃棄物を分解して得られる有機酸により培養して凝集活性の高い微生物凝集剤を生産させ、この微生物凝集剤を下廃水処理に適用して、汚泥等の固形物を処理水から効率的に沈殿分離させたり、汚泥等の固形物を脱水させる下廃水・汚泥処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種の有機物を含有する廃水処理、例えば食品加工や染色加工工場等の廃水処理、また都市下水等の下水処理においては処理水中または生下水中の懸濁物質をいかに効率的に沈殿分離するか、あるいは沈殿で生じた汚泥をいかに効率よく濃縮・脱水するかに多くの技術が導入されている。
【０００３】
下廃水処理の一例として下水処理で説明すると、まず流入下水から砂などを沈砂除去した後、最初沈殿池で懸濁物質を沈殿分離し、次の生物酸化処理工程では活性汚泥法により有機物を酸化分解し、最後に最終沈殿池で残留浮遊している懸濁物質を沈殿除去して清澄水を最終処理水として放流している。
これらの各工程の沈殿分離操作は速やかに行われるのが望ましいが、活性汚泥中に糸状菌や放線菌などの糸状性微生物が増殖すると、細かな生物フロックが膨化して活性汚泥全体の膨化現象（バルキング）が生じ、沈殿しにくくなることによって活性汚泥の浮遊流出という事態が出現していた。逆に、生物フロックが凝集圧密化せずに細かく分散するデフロック現象の場合には、沈殿せずに活性汚泥が流出するという問題があった。
【０００４】
下廃水処理において更に本質的な問題は、沈殿分離等で生成される大量の下廃水汚泥をどう処理するかという問題である。特に下水処理においては処理水量が極めて大量であるため、下水汚泥の処理はその死活問題である。
【０００５】
全国の下水処理場から排出される下水汚泥は脱水・焼却・溶融等で減量・減容化されてはいるが、それでも１年間に約２３１万立米の下水汚泥が出現する。このうち６０％は陸上・海上に埋立処分され、２５％は緑農地又は建設資材として有効利用されており、残り１５％はメタンガスや燃料等に再利用されている。埋立処分地が少なくなっている中で、下水汚泥をどう再利用するかが大きな課題となっている。下水汚泥以外に、一般の工場等で排出される廃水処理汚泥についても同様の問題が存する。
【０００６】
従来、いかに沈殿させるかという問題については、沈殿分離の対象となる混合液中にカチオン性の合成高分子系凝集剤（例えばポリアクリルアミド）や無機系凝集剤（例えばＰＡＣ，即ちポリアルミニウムクロライド）を投入して、アニオン性の活性汚泥や固形物を電気的に中和して強制的に凝集沈殿させる方法が採られていた。
しかし、これらの凝集剤は処理水中でイオン状に溶解するから、凝集沈殿に寄与しなかったものは処理水と一緒に放流されて環境汚染を惹起し、また合成高分子凝集剤は生物により分解されにくいので、自然水や土壌に残留汚染を引き起こすことが指摘されていた。
【０００７】
特に、ポリアクリルアミドについては凝集能の点で優れてはいるが、この物質自身が強い変異原性を示し、またポリアクリルアミド中に含まれるモノマーのアクリルアミドに発ガン性・神経毒があることからその残留性が危惧されている。また近年多用されているＰＡＣ等アルミニウム系凝集剤もアルミニウムを含有するためアルツハイマー病の発現物質としてその毒性が指摘されている。
【０００８】
このような化学凝集剤の有する欠点を打開する切り札として開発されてきたのが、近年のバイオテクノロジーを利用した微生物凝集剤である。
ロードコッカス属やノカルディア属の菌類が産生する微生物凝集剤は凝集能力を有するとともに安全性が高いことから、前記の化学凝集剤に替えて、又は併用して薬剤凝集処理の必要な工程に導入されてきている（特公平４−２６８３６号、特公平５−７８３０９号、特公平６−２２０１号、特公平６−１１３６３号、特公平６−６１５５６号および特開平７−７５５６１号）。
更に、これらの数倍の凝集能力を有する凝集剤産生微生物としてアシネトバクター属、エンテロバクター属、オーレオバクテリウム属およびオエルスコビア属の特定の菌株（特公平６−６１号および特公平７−１０８２１６号）が新しく発見されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記の菌株が産生する微生物凝集剤は安全性が高く同時に凝集能力が高い点で従来の化学凝集剤よりは評価できるが、下廃水汚泥を量産することは従来の化学凝集剤と変わらず、何ら下廃水汚泥の最終処分に役立たない点では化学凝集剤と同様であった。
【００１０】
微生物凝集剤の役割は安全にしかも効率よく汚泥の沈殿を促進させることであるから、凝集沈殿性能だけを問題とすべきであり、量産された下廃水汚泥の後始末は全く別の技術的課題であるとする考え方もあるであろう。従来はこのような考え方が一般的であった。
しかし、本発明者等は下廃水処理の最大の問題が下廃水汚泥の最終処分である限り、この最終処分に貢献できなければ微生物凝集剤またはその生産方法自体に大きな問題を含んでいると考えている。
【００１１】
また、これらの微生物凝集剤は微生物（菌株）が培地に産生するものであり、培地に微生物を培養するための栄養源を添加しておかなければならないことは当然である。
この栄養源には炭素源、窒素源、無機塩類（ミネラル）、ビタミン・ホルモン等の微量有機化合物がある。特公平５−７８３０９号、特公平６−６１号、特公平６−６１５５６号および特公平７−１０８２１６号では炭素源としてグルコース・フラクトース・スクロース等が利用されているが、これらは極めて高価な材料で大量に菌株を培養する場合には生産価格に難点がある。
【００１２】
また、特公平４−２６８３６号および特公平６−１１３６３号では栄養源として家畜や魚類等の血液成分を含む廃水、またその加工残留物の廃棄物を利用している。この廃棄物を再利用する長所があるものの、下廃水処理に適用する場合には血液成分廃水を下水処理場に移送する手間や廃水の腐敗という問題点がある。
【００１３】
特開平７−７５５６１では窒素源として米糠・フィッシュミール・ヒマワリ種子粉末を利用しているが、炭素源としてはグルコース・フラクトース等の高価な材料を使用している点で上述したものと同じ欠点を有している。特に、特公平６−２２０１号は炭素源としてメタノール・エタノール等のアルコール類を使用している点で従来よりは凝集剤の安価な製法を提供しているが、これも下水処理工程のような大量使用の場合には培地の調製が割高になる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記の欠点を解消するためになされたものであり、下水処理場や工場等の廃水処理場から生ずる有機性廃棄物、その最終形態としての下廃水汚泥中の有機物から嫌気性消化などを通して得られるほとんど無料に近い有機酸に着目してなされたものである。
【００１５】
まず、本発明は有機酸を基質（炭素源、エネルギー源）として増殖する新規な菌株であるシトロバクター属細菌ＴＫＦ０４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−１６７２２）からなる凝集剤産生微生物を用いる点を特徴とする。
【００１６】
次に、このシトロバクター属細菌ＴＫＦ０４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−１６７２２）を有機酸を基質とした培地で培養し、その培養物又は培養処理物を主成分とする微生物凝集剤を提供する。又、有機酸として下廃水汚泥等の有機性廃棄物から得られた有機酸を利用する。
【００１７】
そして、この微生物凝集剤を下廃水処理工程、例えば生下水、生物酸化処理水または下廃水汚泥中に添加して、これらの処理対象物から汚泥または固形物を凝集沈殿させたり、汚泥を脱水させたりする下廃水・汚泥処理方法を提供するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
下水処理場や工場等の廃水処理場から日々大量に排出される最初沈殿池汚泥や余剰活性汚泥などの下廃水汚泥は、そのほとんどが脱水や焼却などの処理を経て、最終的に埋め立て処分されていることは前述した通りである。
ゴミの処分が社会問題となる中で、汚泥を単なる廃棄物としてでなく、再生利用可能な資源として捉える動きが出てきている。
【００１９】
このような中で発明者等は微生物凝集剤について鋭意研究した結果、下廃水汚泥等の有機性廃棄物を処理する際に生成される有機酸を基質、即ち炭素源およびエネルギー源として培養できる凝集剤産生微生物を発見できれば、極めて安価に微生物凝集剤を大量生産できると同時に下廃水汚泥等の有機性廃棄物の最終処分に貢献できることを着想するに至った。
即ち、下廃水処理場では活性汚泥法により下廃水処理を行なっているが、その中で沈殿物として得られる最初沈殿池汚泥・余剰活性汚泥・最終沈殿池汚泥等の有機性廃棄物中の有機物を分解処理しなければならない。
【００２０】
この分解処理は通常、嫌気性生物処理で行なわれ、大別すると２段階で行なわれる。
第１段階はタンパク質、含水炭素、脂肪等の高分子有機物質を低級な分子にまで分解する作用で、言い換えれば酸発酵細菌である通性嫌気性菌や偏性嫌気性菌が行なう有機酸発酵である。ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸等の低級脂肪酸が生成され、特に酢酸・プロピオン酸がその中心となる。
第２段階は第１段階で得られた有機酸をメタンガス、二酸化炭素に分解する工程で、偏性嫌気性菌であるメタン発酵細菌が行なうメタン発酵である。
【００２１】
前記第１段階で生成される有機酸を凝集剤産生微生物の培養基質として利用できれば、生産に要する薬品経費は非常に安価になると同時に下廃水処理場で利用する場合輸送経費が不要となり、究極的な低価格を実現することができる。
同時に下廃水処理の最大の問題である下廃水汚泥の最終処分に貢献することもできる。下廃水処理場で排出される下廃水汚泥等の有機性廃棄物から有機酸を生成し、この有機酸で微生物凝集剤を生産し、同一又は別の処理場内で再利用すれば、下廃水汚泥の排出と消費という一貫したリサイクルシステムを下廃水処理場に作りだすことができる。
【００２２】
有機酸の別の製法として汚泥等の有機性廃棄物を熱処理する公知の湿式酸化法がある。
下廃水汚泥を加圧しながら約３００度で加熱すると、有機物の大半は二酸化炭素と水になるが、一部は低級脂肪酸の一種である酢酸になる。この酢酸を前記の基質として利用することができる。
勿論、下廃水汚泥から有機酸を生成する方法としては前述した嫌気性生物処理法の方がコスト的に安く、設備費用も少ない点で優れている。
【００２３】
基質として利用できる有機酸は微生物（菌）の培養を効率的に行なえるものなら何でもよいが、分子量の小さな有機酸の方が菌が吸収分解しやすいため効率的である。特に、前述した発酵有機酸であるギ酸・酢酸・プロピオン酸等の低級脂肪酸又はそれらの混合有機酸が好ましい。
【００２４】
本発明を実現するためには、有機酸で培養できる凝集剤産生微生物の菌株を発見することが大前提となる。
各種土壌、汚泥、生物膜を分離源として使用した。凝集活性物質の生産能力を有する公知のノカルディア属やロドコッカス属の放線菌は発泡汚泥中に多数存在するといわれているし、凝集促進物質を産生する細菌は生物膜中に存在すると考えられるからである。
【００２５】
細菌の分離には酢酸・プロピオン酸培地を寒天で固化した平板培地を使用し、微生物凝集剤の生産試験には酢酸・プロピオン酸液体培地を使用した。分離された菌株をこの液体培地で培養しカオリンを浮遊物質としてその凝集試験を行なった結果、吸光度であるＯＤ５５０  を使用した凝集活性測定により、通常より凝集活性が高い培養液が存在することを見出すに至った。
この培養液から菌を分離したところ優れた凝集活性を有する新規な菌を発見した。
【００２６】
本発明者等は、本菌株をＴＫＦ０４株と以後称する。
このＴＫＦ０４株を分類学的に同定するため各種生理・形態試験を行った。また、補助的に細菌簡易同定キット（ＡＰ１２０Ｅ）を利用した同定も行った。表１にＴＫＦ０４株の同定試験の結果を示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１の菌学的性質について、バージー・マニュアル・システマティック・バクテリオロジー第１・２巻（Ｂｅｒｇｅｙ’ｓ  Ｍａｎｕａｌ  ｏｆ  Ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ  Ｂａｃｔｅｒｉｏｌｏｇｙ  Ｖｏｌｕｍｅ  １・２）を用いて細菌の同定を行なった。
【００２９】
表１から分かるように、ＴＫＦ０４株は、グラム陰性の運動性を有する桿菌であり、シトロバクター・フロインジイ菌（Ｃｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ  ｆｒｅｕｎｄｉｉ）に極めて類似した特性を持つことが明らかになった。また、１６ＳｒＲＮＡ−ＤＮＡの上・下流各々６〜７００ｂの塩基配列をシーケンスし、その相同性を検索した結果からも、シトロバクター・フロインジイ菌との高い相同性が認められた。しかし、典型株のものと、生理特性、ＤＮＡ塩基配列ともに若干の相違が認められたため、本菌株は種までは特定せず、シトロバクター（Ｃｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ）属細菌と同定した。これまでシトロバクター属細菌による微生物凝集剤の生産については報告されておらず、新規の凝集剤産生微生物と考えられる。
【００３０】
本発明に係るシトロバクター属細菌ＴＫＦ０４株は、工業技術院生命工学工業技術研究所  通知番号：１０生寄文第４２４号（ＦＥＲＭ  Ｐ−１６７２２）として既に寄託されている。
【００３１】
この菌を有機酸を基質とする培地で培養すると、凝集活性の高い微生物凝集剤を産生する。つまり、本発明の微生物凝集剤は、前記の細菌を有機酸培地で培養して培養物、培養液又は培養処理物を主成分としたものである。
培地はゲル状培地・液体培地を問わず、また培養物等から遠心分離や膜分離などの公知の精製手段で凝集剤成分を分離精製したものでもよい。更に培養物等の濃縮物、瀘液、瀘過残滓、それらの乾燥物でもよく、粉体・顆粒体に成形しても構わない。
【００３２】
下廃水処理施設には有機酸の生成原料となる活性汚泥を中心とした大量の有機性汚泥が存在し、同時に微生物凝集剤を大量に必要とする沈殿槽が多数存在する。従って、下廃水処理施設内に有機酸生産施設を設けておき、同時に凝集剤産生微生物を培養する培養施設も沈殿槽などの凝集処理施設の近傍に設けておき、前記の培養施設に下廃水汚泥から得られる有機酸を用いた培地を調製し、この培地にて凝集剤産生微生物を培養すれば、効率的に微生物凝集剤の生産とそれを使っての凝集処理を行なうことができる。
また、この有機酸として酢酸等の低級脂肪酸を使用することが望ましいことは上述した通りである。
【００３３】
本発明に係るＴＫＦ０４株は、炭素源として酢酸およびプロピオン酸の基質利用特性が顕著で、他の炭素源に対する基質利用特性が小さいことが分っている。下廃水汚泥を嫌気性消化・湿式酸化して得られる有機酸は酢酸を主体としているから、ＴＫＦ０４株の炭素源として好適である。
【００３４】
多くの微生物が微量成分をバランスよく含んだ酵母エキスを必要とするのに対し、ＴＫＦ０４株の培養では酵母エキスを必要としないことが分った。即ち、ＴＫＦ０４株は酢酸およびプロピオン酸に対する選択的基質利用特性が圧倒的に高く、培地設定が極めて安価に済むという利点を有する。
【００３５】
また、ＴＫＦ０４株は窒素源として有機、無機物質のいずれも利用できることが分った。下廃水汚泥等の有機性汚泥には種々の有機・無機性の窒素化合物が含まれているので、ＴＫＦ０４株の培養に有機性汚泥の分解物を利用することが極めて合理的であることが分る。
【００３６】
本発明に係る微生物凝集剤は下廃水処理の固液分離工程に使用される。具体的には、凝集剤産生菌を培養して得られる培養物またはそれを加工した培養処理物を生下廃水、生物酸化処理水、下廃水汚泥等に添加し、これ等の処理対象物から固形物を強制的に分離沈殿させる。
【００３７】
下廃水処理における分離沈殿は基本的に３段階に分類される。即ち、流入下廃水からの砂などの沈砂除去、最初沈殿池での懸濁物を含む固形物の沈殿、活性汚泥法による生物酸化処理後、最終沈殿池で残留浮遊した懸濁物質の沈殿除去である。
これらの各工程の沈殿分離操作は速やかに行なわれるのが望ましいから、前記の微生物凝集剤が沈殿促進剤として添加される。
【００３８】
この沈殿促進剤として微生物凝集剤単体を用いるだけでなく、他の微生物凝集剤・高分子系凝集剤・無機系凝集剤とともに用いて効率化を図ってもよい。
また、活性汚泥中にバルキングが生じた場合には、この微生物凝集剤を添加して生物フロックを強制的に凝集圧密化し、沈殿促進と活性汚泥の流出防止を図ることができる。
【００３９】
更に、汚泥を消化、即ち有機酸発酵・メタン発酵した後に残留する消化汚泥はかなりの水分を含んでいるから、この消化汚泥中に微生物凝集剤の培養物または培養処理物を添加すれば、その凝集作用により消化汚泥の脱水を行ない、固形化した消化汚泥の後処理を簡易化することができる。もちろん生汚泥、余剰汚泥あるいはそれらの混合汚泥に添加してその脱水を効率化することもできる。
【００４０】
【実施例】
本発明に係る凝集剤産生菌を分離することから始めた。各種土壌、下水処理場から採取した汚泥、台所流しの排出口および河川底部などから採取した生物膜を新規な凝集剤産生菌の分離源として使用した。
【００４１】
これを植種源として５ｍｇ／Ｌトリポリ燐酸ナトリウム溶液で適当に希釈し、超音波発振機にて分散させた後、酢酸・プロピオン酸平板培地に２８℃でコロニーが出現するまで培養し、コロニーを形成した細菌株を分離した。ここで、酢酸・プロピオン培地とは、炭素源として酢酸（Ｎａ塩として０．７％）およびプロピオン酸（Ｎａ塩として０．３％）、補栄養素として酵母エキス（０．０１％）を含む無機塩培地で、表２に詳細を示している。酵母エキスは基質利用に不要であるが、増殖を高めるために添加している。この培地組成を寒天にて固化したものが上記の平板培地であり、滅菌水で溶液化した培地が後述の液体培地である。
【００４２】
【表２】
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【００４３】
次に、酢酸・プロピオン酸液体培地を１０ｍＬ分注した試験管に前記コロニーを形成した細菌株を個々に植種し、２８℃の恒温下、１２０ｒｐｍで７日間（増殖が遅いものは１４日間）好気的に往復振とう培養した。
【００４４】
イオン交換水にカオリンを分散させた５ｇ／Ｌのカオリン懸濁液１０ｍＬに０．１５ＭのＣａＣｌ２  溶液０．１ｍＬを添加したものに、菌体を含む前記培養液を１ｍＬ加える。これをタッチミキサーで５秒間攪拌した後５分間静置し、カオリン粒子の凝集性を菌体の培養液を添加しない系（コントロール）との比較から評価し、微生物凝集剤産生菌を一次スクリーニングした。上記コントロールには培養液の代りにイオン交換水１ｍＬを添加している。
【００４５】
この一次スクリーニングで得られた陽性株については、再度同様の凝集試験を繰り返し行い、５分静置後の上澄部の波長５５０ｎｍにおける吸光度から、式１に示す計算式に基づいて凝集活性を定量的に評価する２次スクリーニングを行なった。結果として１５６６の細菌株のスクリーニングにより、１０２の１次スクリーニング陽性株が得られ、２次スクリーニングにおいて、９５％以上の凝集活性を安定して示した細菌株ＴＫＦ０４株を最有望株として選別した。
【００４６】
［式１］
凝集活性＝（ＯＤ５５０−Ｃ  −ＯＤ５５０  ）／ＯＤ５５０−Ｃ  ×１００
ＯＤ５５０  ：サンプルを添加した場合の上澄の吸光度
ＯＤ５５０−Ｃ  ：イオン交換水を添加した場合の上澄の吸光度
【００４７】
式１において、吸光度ＯＤは液が濁っている程大きな値となり、液が完全透明のときゼロとなる。培養液の添加によってカオリンが沈殿し液が完全透明になると、ＯＤ５５０  はゼロとなり、凝集活性は１００％となる。逆に、カオリンが全く沈殿しない場合にはＯＤ５５０  ＝ＯＤ５５０−Ｃ  となり、凝集活性は０％となる。従って、凝集活性は理論的には０％〜１００％を変動するが、誤差によりこの範囲外となる場合もある。以後、凝集活性は全て式１によって計算される。
【００４８】
上述と同様に、酢酸・プロピオン酸液体培地においてＴＫＦ０４株の増殖を行い、増殖率を波長６６０ｎｍにおける吸光度０Ｄ６６０  により測定した。また、微生物凝集剤の生産率を培養液のカオリン凝集活性により調べ、その経時変化を菌体増殖と共に図１に示した。ＴＫＦ０４株は対数増殖期に微生物凝集剤を生産し、培養液の凝集活性は培養１日で９５％以上に達した後、約２日間は維持されることが明らかになった。
【００４９】
微生物凝集剤が細胞の内部に蓄積されているか、表面に固着しているか、あるいは細胞外に分泌されているのかを調べるため、培養４８時間後の培養液を採取し、遠心分離にて菌体を除去した上澄液、回収した菌体を元量の無機塩培地に懸濁した菌体懸濁液、およびこれを超音波処理して細胞を破砕した菌体破砕液の各々についてカオリン凝集活性を測定し、何等の処理も施さない培養液のものと比較した。結果は図２に示されている。
【００５０】
この試験では、凝集試験における培養液等サンプルの添加量を１ｍＬに固定せず、０．１ｍＬ〜２．０ｍＬの範囲で変化させた。凝集活性は主に上澄液に検出されたことから、ＴＫＦ０４株の生産する微生物凝集剤は細胞外に分泌されていることが明らかになった。これは回収・精製を行う場合には有利な特性である。換言すれば、微生物凝集剤を遠心分離等によって菌体と分離できるから、上澄液から微生物凝集剤だけを回収でき、濃縮・乾燥・粒体化・顆粒化等の操作を容易に行うことができる。
【００５１】
培地組成がＴＫＦ０４株の微生物凝集剤生産に及ぼす影響を種々調べた。まず、酢酸・プロピオン酸培地から酵母エキスを除いた場合にも、培養液の凝集活性には何等の変化も認められなかったことから、ＴＫＦ０４株による微生物凝集剤生産には特定の補栄養素は必要とされないことが明らかになった。しかし、酵母エキス添加で増殖の促進が認められた。
【００５２】
また、酢酸・プロピオン酸培地の炭素源（酢酸Ｎａ＋プロピオン酸Ｎａ）を、酢酸Ｎａのみ、プロピオン酸Ｎａのみ、エタノール、ヘキサデカン、グルコースなど（各々１０ｇ／Ｌの濃度で調製）に換えた培地でＴＫＦ０４株を培養し、培養上澄液のカオリン凝集活性を調べた。図３に示すように、酢酸およびプロピオン酸のみで明らかな凝集活性が認められた。ＴＫＦ０４株は低級脂肪酸を利用する際に特異的に微生物凝集剤を生産するものと考えられ、これまでに報告されている糖類や脂質を基質として生産される微生物凝集剤とは異なるタイプの代謝により生じていることが推測される。
【００５３】
窒素源を種々変えた修正酢酸・プロピオン酸培地における培養上澄液のカオリン凝集活性を調べた。その結果は図４に示されている。ＴＫＦ０４株は微生物凝集剤生産の窒素源として硝酸塩以外は比較的幅広く利用できることが分かった。
【００５４】
下廃水処理から生じる有機汚泥中には各種の窒素化合物が含まれているため、ＴＫＦ０４株を培養するための窒素源として利用できる。また、有機汚泥を分解して得られる有機酸は、その多くが酢酸であり、ＴＫＦ０４株の培養における炭素源として最適である。つまり有機汚泥によりＴＫＦ０４株を培養して微生物凝集剤を生産し、この微生物凝集剤を利用して処理水中の固体成分の凝集沈殿に活用すれば、汚泥の生成と消費という一貫システムを作り上げることができる。
【００５５】
酢酸・プロピオン酸培地でＴＫＦ０４株が生産した微生物凝集剤による粒子沈降特性を、４８時間後の培養上澄液を用いて種々検討した。まず、カオリン粒子に対する凝集活性に及ぼす各種因子の影響を調べた。ここで、先のカオリン凝集試験では凝集助剤としてＣａＣｌ２  溶液を添加していたが、添加の影響がほとんどないことが明らかになったため、以降の試験では省略した。カオリン凝集試験（微生物凝集剤１ｍＬ添加試験）におけるｐＨおよび温度の影響を図５および図６に各々示す。この微生物凝集剤は幅広いｐＨ域および温度域で高い凝集活性を示していることから、その応用範囲が広いことが示唆された。特に、化学凝集剤であるＰＡＣ（ポリアルミニウムクロライド）の狭いｐＨ依存性と比較しても、この微生物凝集剤の優秀性は明らかである。
【００５６】
次に、上澄液添加量を変化させてカオリン凝集試験を行い、その有効濃度（希釈）の決定を試みた。図７に示すように、懸濁液量の１％（１００００ｐｐｍ）で凝集活性は約５０％に達し、約３％も添加すれば９０％以上の凝集活性が得られた。また、１０％以上の過剰添加でも凝集効果は低下しなかったことから、この微生物凝集剤は高い凝集活性を持っており、使用しやすいものであるといえる。一見すると、ＰＡＣが低濃度で凝集活性を示すのと対照的に、この微生物凝集剤は上記の高濃度側で凝集活性を示すように考えられる。しかし、この微生物凝集剤の濃度は上澄液添加液量の懸濁液に対する濃度であり、上澄液に含まれる微生物凝集剤成分の濃度でない点に注意を要する。従って、精製物を用いていない本試験ではＰＡＣの濃度と比較して、濃度の高低を論ずることには困難がある。
【００５７】
さらに、カオリン以外の各種粒子に対する凝集活性を同様の試験にて調べ、その結果を図８に示した。各種粒子の懸濁液は、約２〜５ｇ／Ｌの濃度で調製した。この微生物凝集剤は各種有機・無機粒子に対して有効な凝集活性を示した。特に活性汚泥に対してかなり高い凝集活性を示しており、本凝集剤の排水処理及び汚泥処理工程での利用性を裏付けている。汚泥からの脂肪酸生成→微生物凝集剤生産→排水・汚泥処理系での利用という廃棄物リサイクルの概念が本発明により実現できることを示しており、大規模な実用試験への突破口を開いたものである。
【００５８】
凝集沈殿工程への微生物凝集剤の利用では、培養液の直接添加以外にも、濃縮液のより小量の添加や乾燥製品としての利用形態が考慮されるべきである。また、微生物凝集剤の化学組成や構造についての検討は、化成品として実用化する場合には必須となるため、その回収・精製は重要である。そこで、この微生物凝集剤の簡便な回収と精製について検討を行った。
【００５９】
培養上澄液を限外ろ過膜で処理したところ、この微生物凝集剤は分画分子量５００００の膜で簡単に濃縮されることが明らかになった（カオリン凝集活性の収率として９０％以上）。その後、ゲルろ過分析によって分子量は２００万以上であると推定され、高分子ポリマーであると考えられる。また、別法として、この微生物凝集剤はエタノール沈殿により回収され、沈殿物を脱塩（透析）することで粗精製物として回収できることが明らかになった（カオリン凝集活性の収率として９０％以上）。この粗精製された微生物凝集剤は、酢酸・プロピオン酸培地１Ｌ当たり約２００ｍｇ程度が得られることが分かった。
【００６０】
粗精製した微生物凝集剤の化学分析で、定法では糖およびタンパク質が小量しか検出されなかったことから、当初は脂質系のバイオポリマーとも考えられたが、窒素含量が必ずしも低くなかったため、さらに分析を継続し、ヘキソースアミンを数１０％のオーダーで含有していることが明らかになった。さらに詳細な検討は必要ではあるが、現状ではキトサンに類似の特性をもつ可能性が示唆されている。
【００６１】
一方、粗精製物を使用したカオリン粒子の凝集試験により、終濃度１〜３ｍｇ／Ｌという極めて低い添加濃度でかなり高い凝集活性をもつことが明らかになっており、この微生物凝集剤の活性の高さが確認された。
低濃度の添加で十分な凝集沈殿や、汚泥脱水が可能なポリマーは、濃縮汚泥、脱水汚泥や、上澄処理液、脱水ろ液中に残留する濃度が極めて低いレベルに維持できるため、汚泥のコンポスト化や廃棄、処理水の再利用における健康リスクやハザードの可能性も低いという利点がある。
【００６２】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲における種々の変形例、設計変更等をその技術的範囲内に包含するものである。
【００６３】
【発明の効果】
本発明は以上詳述したように、有機酸を基質として増殖しながら凝集剤を菌体外に産生する新規な凝集剤産生微生物であるシトロバクター属細菌ＴＫＦ０４株（ＦＥＲＭ  Ｐ−１６７２２）の発見からなされたものである。この菌株の培養で利用する有機酸は、下廃水汚泥等の有機性廃棄物を嫌気性消化などの後処理をすることによってほとんど無料に近い経費で生産できるものであり、前記発見された微生物（菌）を培養する基質（炭素源およびエネルギー源）として利用すれば、微生物凝集剤の大量生産に画期的な方法を提供するものである。
【００６４】
そして、この方法は有機酸を基質とする凝集剤産生微生物全般に対して適用することができる。同時に、大量に発生する下廃水汚泥を栄養原料にするから、下廃水汚泥の減量化を達成でき、下廃水汚泥の排出と消費というリサイクルシステムを下水処理場や工場等の廃水処理場に実現することも可能となる。
【００６５】
培養液や上澄液を濃縮・乾燥して固形の微生物凝集剤も容易に製造でき、この固形微生物凝集剤を使用することにより一層効果的な凝集作用を発揮できる。
【００６６】
更に、下廃水処理場に培養施設を設け、下廃水汚泥から得られる有機酸を基質とする培地を調製しておけば、有機酸の移送経費もほとんど不要となり、培養液や培養上澄液の大量生産を安価にしかも迅速に行なえる。
活性汚泥法を中心とする下廃水処理では最初沈殿池汚泥、余剰活性汚泥などの大量の下廃水汚泥が生じ、これら下廃水汚泥の最終処理段階で必然的に生じる有機酸を利用するのであるから、下廃水処理は本発明の最も効果的な適用対象となる。
【００６７】
このようにして得られた微生物凝集剤を下廃水汚泥の凝集沈殿に積極的に活用すれば、環境に対してもクリーンであり、また活性汚泥にバルキングやデフロックが生じた場合にも、この凝集剤を利用して汚泥の沈殿分離を促進することができる。
また、生汚泥、余剰汚泥や消化汚泥あるいはそれらの混合汚泥の脱水処理に利用すれば汚泥を廃棄するための後処理も効率化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】菌体増殖と凝集活性の培養時間依存性を示す経時変化図である。
【図２】微生物凝集剤が蓄積される位置を示す凝集活性特性図である。
【図３】各種炭素源での凝集剤生産性を示す凝集活性特性図である。
【図４】各種窒素源での凝集剤生産性を示す凝集活性特性図である。
【図５】凝集活性のｐＨ依存性を示す凝集活性特性図である。
【図６】凝集活性の温度依存性を示す凝集活性特性図である。
【図７】凝集活性の濃度依存性を示す凝集活性特性図である。
【図８】凝集活性の被凝集物質依存性を示す凝集活性特性図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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