(57)【要約】【課題】有機性廃水を膜分離活性汚泥法にて膜透水性不良や発泡、スカムの発生、粘性増加などを防ぎつつ処理する方法および装置を提供する。【解決手段】膜分離活性汚泥法により有機性廃水を処理する際に、汚泥混合液中に存在するペドバクター（Ｐｅｄｏｂａｃｔｅｒ）系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ（Ｆｌｅｘｉｂａｃｔｅｒ  ｓａｎｃｔｉ）系統群細菌の状態を監視して処理条件を制御する。【選択図】  図１
2006272313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜分離活性汚泥法により有機性廃水を処理する際に、汚泥混合液中に存在するペドバクター（Ｐｅｄｏｂａｃｔｅｒ）系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ（Ｆｌｅｘｉｂａｃｔｅｒ  ｓａｎｃｔｉ）系統群細菌の状態を監視しながら処理を行うことを特徴とする有機性廃水の処理方法。
【請求項２】
膜分離活性汚泥法により有機性廃水を処理する際に、汚泥混合液中に存在するペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の状態を監視して処理条件を制御することを特徴とする有機性廃水の処理方法。
【請求項３】
ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の状態を、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の遺伝情報に基づいて監視する、請求項１または２に記載の有機性廃水の処理方法。
【請求項４】
ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の状態を、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌のＲＮＡ転写特性、蛋白質翻訳特性および生成物質特性の少なくとも１つに基づいて監視する、請求項１〜３のいずれかに記載の有機性廃水の処理方法。
【請求項５】
有機性廃水を活性汚泥により処理する生物反応槽と、汚泥混合液を固液分離する分離膜と、汚泥混合液中のペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の状態を監視する監視手段とを備えている有機性廃水の処理装置。
【請求項６】
監視手段は、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の状態を、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の遺伝情報、ＲＮＡ転写特性、蛋白質翻訳特性および生成物質特性の少なくとも１つに基づいて監視するものである、請求項５に記載の有機性廃水の処理装置。
【請求項７】
監視手段は処理条件の制御手段を備えている、請求項５または６に記載の有機性廃水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食品工場などから排出される多糖などを含有する産業廃水や生活排水など、有機性廃水を膜分離活性汚泥法により処理するにあたって好適に採用することができる有機性廃水の処理方法および処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性廃水の処理に適用される膜分離活性汚泥法においては、その処理安定性を損なう様々な現象が知られている。例えば、膜の目詰まりによる膜透水性不良や激しい発泡、スカムの発生、さらには粘性増加に伴う曝気効率の悪化や汚泥流動性減少・気泡の抱き込みによる不具合などが挙げられる。
【０００３】
一方、活性汚泥法をはじめとする有機性廃水の生物学的処理においては、不安定性を予測・把握する様々な方法が提案されており、例えば溶存酸素や酸化還元電位、ｐＨ変動などを監視する方法が知られている。特に近年では、有用な微生物の生育を監視しその制御の一助にすることを目的とした技術が提案されている（特許文献１）。また、同様に、トラブル原因微生物の生育を監視する技術も提案されており、例えば活性汚泥法における沈降性不良現象（糸状性バルキング）の原因の一つとされる糸状性細菌（「アイケルブームタイプ０２１Ｎ（Ｅｉｋｅｌｂｏｏｍ  Ｔｙｐｅ０２１Ｎ）」細菌など）を監視する方法が提案されている（特許文献２）。
【０００４】
しかし、こうした従来の方法は有機性廃水の全ての生物学的処理方法に適用できるものではなく、特に膜分離活性汚泥法においては適切でない場合が多い。これは、特許文献２に記載の方法も含め、一般に活性汚泥法はその処理方法ゆえ、汚泥の比重低下や圧密性低下などの沈降性不良対策を重視しなければならず、その対策として各種方法が開発されてきたのに対し、膜分離活性汚泥法では活性汚泥法とは異なり前述の膜透水性不良や発泡、スカムの発生、粘性増加など別の要素が大きな問題となるからである。それにも拘わらず、膜分離活性汚泥法に適切な不安定性予測・把握方法やその制御方法は十分に確立されていない。
【０００５】
特許文献３および特許文献４には、汚泥混合液の粘性測定結果をもとに運転制御を行う方法が示されているが、これでは、粘性が上昇してから運転条件を制御する、すなわち、実際に膜透水性に影響を与えるようになってから対処することになり、後追いの対処で十分な方法とは言えない。そのため、膜分離活性汚泥法において早い段階でトラブルを予測・検知し対策を講ずることができる手段を開発することは急務である。
【０００６】
一方、膜分離活性汚泥法において、フレクトバシラス（Ｆｌｅｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ）系統群細菌の状態を監視しながら処理を行う運転方法が提案されている（特許文献５）。この方法を用いると、トラブルを引き起こす原因となる特定の微生物を監視することができるので精度が高く、フレクトバシラス系統群細菌が汚泥混合液中に分散して存在するか否かに関わらずトラブルの発生を予測・検知することができるとされているが、この方法をもってしてもなお、フレクトバシラス系統群細菌以外の微生物によってトラブルが引き起こされる場合があり、トラブルの発生を予測・検知するには十分ではない場合がある。
【０００７】
他方、膜分離活性汚泥法において、汚泥混合液中に分散して存在する原核生物を監視しながら処理を行う運転方法が提案されている（特許文献６）。この方法を用いるとトラブルに関与する微生物を分類学的に特定しなくてもトラブルの発生を予測・検知することができるとされているが、この方法をもってしてもなお、トラブルに直接関与しない微生物が分散して一過的に存在した場合に誤検出をしてしまう恐れを完全には払拭できないため、トラブルの発生を予測・検知するには不都合な場合もありうる。また、分類学的に限られた微生物群を検出対象とするわけではないため、分散して存在する微生物に検出対象を絞らなければならない。このため、フロック内に存在している時からその動向を監視することはできないことから、トラブルの予測の点で十分な効果を得られない場合もある。
【特許文献１】特開２００１−１２８６７８号公報
【特許文献２】特開２００２−１１９３００号公報
【特許文献３】特開平７−７５７８２号公報
【特許文献４】特開平９−７５９３８号公報
【特許文献５】特開２００４−３０６０２６号公報
【特許文献６】特開２００５−４０７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、従来技術における上記問題点を受けてなされたものであって、その目的は、有機性廃水を膜分離活性汚泥法にて膜透水性不良や発泡、スカムの発生、粘性増加などを防ぎつつ処理する方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。すなわち、
（１）膜分離活性汚泥法により有機性廃水を処理する際に、汚泥混合液中に存在するペドバクター（Ｐｅｄｏｂａｃｔｅｒ）系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ（Ｆｌｅｘｉｂａｃｔｅｒ  ｓａｎｃｔｉ）系統群細菌の状態を監視しながら処理を行うことを特徴とする有機性廃水の処理方法。
【００１０】
（２）膜分離活性汚泥法により有機性廃水を処理する際に、汚泥混合液中に存在するペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の状態を監視して処理条件を制御することを特徴とする有機性廃水の処理方法。
【００１１】
（３）ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の状態を、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の遺伝情報に基づいて監視する、上記（１）または（２）に記載の有機性廃水の処理方法。
【００１２】
（４）ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の状態を、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌のＲＮＡ転写特性、蛋白質翻訳特性および生成物質特性の少なくとも１つに基づいて監視する、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の有機性廃水の処理方法。
【００１３】
（５）有機性廃水を活性汚泥により処理する生物反応槽と、汚泥混合液を固液分離する分離膜と、汚泥混合液中のペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の状態を監視する監視手段とを備えている有機性廃水の処理装置。
【００１４】
（６）監視手段は、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の状態を、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の遺伝情報、ＲＮＡ転写特性、蛋白質翻訳特性および生成物質特性の少なくとも１つに基づいて監視するものである、上記（５）に記載の有機性廃水の処理装置。
【００１５】
（７）監視手段は処理条件の制御手段を備えている、上記（５）または（６）に記載の有機性廃水の処理装置。
【００１６】
ここで、本発明において、膜分離活性汚泥法とは、活性汚泥などの微生物により廃水中の有機物や窒素・リンなどの汚濁物質の除去を行い、清澄な処理液を得るにあたって膜分離を用いる方法のことをいう。膜分離方式は、浸漬膜方式、外部膜分離方式、回転平膜方式など特に問わない。
【００１７】
また、本発明において、ペドバクター（Ｐｅｄｏｂａｃｔｅｒ）系統群細菌とは、配列番号１記載の塩基配列に対して、原核生物の系統分類学指標として多く用いられている１６ＳリボソームＲＮＡ遺伝子の対応部分が相同率８８％以上の細菌を指し、培養の可否を問わない。ペドバクター系統群細菌に含まれる細菌には、ペドバクター属細菌やスフィンゴバクテリウム（Ｓｐｈｉｎｇｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属細菌が含まれる。具体的には、分子系統分類学的に定義された細菌の分類群を用いた「バージィズ・マニュアル・オブ・システマティック・バクテリオロジー（Ｂｅｒｇｅｙ’ｓ  Ｍａｎｕａｌ  ｏｆ  Ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ  Ｂａｃｔｅｒｉｏｌｏｇｙ）」（ジョージ・ギャリティ（Ｇｅｏｒｇｅ  Ｍ．  Ｇａｒｒｉｔｙ）ら編、第二版、シュプリンガー・フェアラーク（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ-Ｖｅｒｌａｇ）、２００２年、ｐ．１１９-１６６）において、バクテロイデス門（ｐｈｙｌｕｍ  Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｔｅｓ）のスフィンゴバクテリウム綱（ｃｌａｓｓ  Ｓｐｈｉｎｇｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）のスフィンゴバクテリウム目（ｏｒｄｅｒ  Ｓｐｈｉｎｇｏｂａｃｔｅｒｉａｌｅｓ）のスフィンゴバクテリウム科（ｆａｍｉｌｙ  Ｓｐｈｉｎｇｏｂａｃｔｅｒｉａｃｅａｅ）に分類される細菌が含まれる。具体的な菌種としては、例えばペドバクター・アフリカナス（ａｆｒｉｃａｎｕｓ）やスフィンゴバクテリウム・スピーシズ・ＳＡＦＲ−０２２、ペドバクター・スピーシズ・ＨＨＳ２２、ペドバクター・ヘパリナス（ｈｅｐａｒｉｎｕｓ）、ペドバクター・ピスシウム（ｐｉｓｃｉｕｍ）、バクテロイデテス・バクテリウム・ＥＣ２（Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｔｅｓ  ｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ＥＣ２）、フラヴォバクテリウム・スピーシズ・ＭＴＮ１１（Ｆｌａｖｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｓｐ．ＭＴＮ１１）、サイトファーゲイルズ・ストレイン・ＭＢＩＣ４１４７（Ｃｙｔｏｐｈａｇａｌｅｓ  ｓｔｒ．ＭＢＩＣ４１４７）、バクテロイデテス・バクテリウム・ＬＣ９、スフィンゴバクテリウム・ライク・スピーシズ・ＰＣ１．９（Ｓｐｈｉｎｇｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｌｉｋｅ  ｓｐ．ＰＣ１．９）、グレイシア・バクテリウム・ＦＪＳ５（ｇｌａｃｉｅｒ  ｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ＦＪＳ５）、ペドバクター・サルタンス（ｓａｌｔａｎｓ）、フラヴォバクテリウム・ミズタイ（ｍｉｚｕｔａｉｉ）、スフィンゴバクテリウム・ファエシウム（ｆａｅｃｉｕｍ）、スフィンゴバクテリウム・スピリティヴォラム（ｓｐｉｒｉｔｉｖｏｒｕｍ）、スフィンゴバクテリウム・マルティヴォラム（ｍｕｌｔｉｖｏｒｕｍ）、スフィンゴバクテリウム・サルポフィラム（ｔｈａｌｐｏｐｈｉｌｕｍ）などが挙げられる。当然、命名や分類がなされていない細菌や系統分類されておらず不適切な属名が与えられている細菌であっても、前述の条件に合致していれば、その近縁性からペドバクター系統群細菌とする。また、監視の際には、トラブル時における出現頻度の高さおよび簡便性、精度の点から、配列番号１記載の塩基配列に対して、１６ＳリボソームＲＮＡ遺伝子の対応部分が相同率９３％以上の細菌に絞って行うこともできる。具体的には、「バージィズ・マニュアル・オブ・システマティック・バクテリオロジー」にお���て、ペドバクター属（ｇｅｎｕｓ  Ｐｅｄｏｂａｃｔｅｒ）に属するとされるに相当な細菌が含まれる。
【００１８】
一方、本発明において、フレキシバクター・サンクティ（Ｆｌｅｘｉｂａｃｔｅｒ  ｓａｎｃｔｉ）系統群細菌とは、配列番号２記載の塩基配列に対して、１６ＳリボソームＲＮＡ遺伝子の対応部分が相同率８５%以上の細菌を指し、培養の可否を問わない。フレキシバクター・サンクティ系統群細菌に含まれる細菌は、としては、例えばフラヴォバクテリウム・フェルジニウム（ｆｅｒｒｕｇｉｎｅｕｍ）やサイトファーガ・アーヴェンシコラ（ａｒｖｅｎｓｉｃｏｌａ）、フレキシバクター・フィリフォーミス（Ｆｌｅｘｉｂａｃｔｅｒ  ｆｉｌｉｆｏｒｍｉｓ）、キチノファーガ・ピネンシス（Ｃｈｉｔｉｎｏｐｈａｇａ  ｐｉｎｅｎｓｉｓ）、フレキシバクター・サンクティなどが挙げられる。フレキシバクター・サンクティ系統群細菌は命名・分類が混乱しているものが多く、代表的な属名を挙げることはできないが、前述の条件に合致していれば、その近縁性からフレキシバクター・サンクティ系統群細菌とする。
【００１９】
そして、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の状態とは、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の存在数や濃度、優占性、特性などを指す。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、膜分離活性汚泥法により有機性廃水を処理する際に、汚泥混合液中に存在するペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の状態を監視しながら処理するので、早い段階で粘性増加、膜の目詰まりなどを予測、検知することが出来る。これによって、トラブルに関与する微生物が多岐にわたる場合においても、予測・検知の効果を発することができるのである。また、トラブルに関与する極限られた微生物群を検出対象とするため、精度が非常に高く、それゆえ汚泥混合液中に分散して存在する微生物に検出対象をしぼって検出しなくても汚泥全体を対象に検出することができる。汚泥全体を対象に検出できるので、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌が分散せずにフロック内に存在している時からその動向を監視できるのである。さらには、その監視結果をもとに処理条件を制御するので、早い段階で対策を講じることができ、膜透水性不良や発泡・スカムの発生など処理安定性を損なう様々な現象の発生を一時的に回避もしくは未然に防止することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を詳細かつ具体的に説明する。
【００２２】
本発明においては、有機性廃水が例えば図１に示す処理装置にて処理され、最終的に得られる清澄液は、河川等にそのまま放流することができる程度にまで有機物が分解処理されている。ここで処理される有機性廃水としては産業廃水や生活排水が挙げられる。ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌が関与するトラブルの発生頻度が高いという点で、本発明は糖成分を主成分とする有機性廃水に対してより好適に用いることができる。その例としては、食品工場などから排出される産業廃水などが挙げられる。ここで、糖を主成分とするとは、糖の有機炭素量が有機性廃水全体の有機炭素量の５割以上である有機性廃水をいう。その存在形態については、溶存態であるか懸濁態であるかを問わない。糖の有機炭素量は、例えばフェノール硫酸法やアンスロン硫酸法によって測定される糖濃度の値から、糖の組成式がＣＨ２Ｏであるとして算出した量とする。
【００２３】
図１に示す処理装置は、微生物を含有する汚泥を収容した生物反応槽１と、その生物反応槽１に原液を供給する原液ポンプ４と、生物処理された処理液を固液分離する膜分離装置２と、固液分離の際に分離液を吸引する吸引ポンプ３と、生物反応槽１内の汚泥混合液中のペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の状態を監視する監視手段７とを備えている。膜分離装置２は、生物反応槽１内の処理液に浸漬されており、その膜分離装置２の下方には、酸素を供給し好気処理を進行させるとともに膜面の洗浄を行う、ブロワー６に接続された曝気装置５が設けられている。また、生物反応槽１の下方には、必要に応じて余剰汚泥を引き抜く汚泥引き抜きポンプ１３が設置されている。ここで、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌が関与するトラブルの発生頻度が高くなるという観点から、汚泥滞留時間が４０日以上で運転する場合に本発明を好適に採用することができ、３００日以上でさらに好適に採用することができる。また同様に、ＢＯＤ容積負荷については、０．５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／ｄａｙ以上で好適に採用することができ、１．０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／ｄａｙ以上でさらに好適に採用することができる。その原理については定かではないが、汚泥滞留時間が長くなることや、ＢＯＤ容積負荷が大きくなることにより、それに応じてペドバクター系統群細菌やフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の生育に有利となり、微生物叢が変化するためである可能性が考えられる。
【００２４】
生物反応槽１には、微生物を含有する汚泥が収容されており、この微生物が、有機物の分解菌、さらにはそれら微生物の分解菌として作用し、生物処理を行う。また、汚泥に含有される微生物は、細菌類、酵母およびカビを含む真菌類など、有機物などの分解に寄与するもので、土壌、堆肥、汚泥など、自然界から集積培養及び馴養によって取得される。またこの馴養液から分解に関与する主要な微生物群を単離して用いることも可能である。
【００２５】
生物反応槽１には、その他、微生物の生育に必要な成分が収容されていなければならない。そのため、例えば窒素、リン、カリウム、ナトリウム、マグネシウムその他の金属塩を、原液中に既に含まれている場合を除き、生物反応槽に添加する。
【００２６】
そして、生物反応槽１に設けられている膜分離装置２としては、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜などを用いて形成されたモジュールを用いることができる。経済性の観点からは、ろ過速度が高くコンパクト化が可能で、メンテナンスが容易である精密ろ過膜、限外ろ過膜を用いたモジュールが好ましい。膜の形状は平膜、中空糸膜等のものが用いられる。モジュールの形態も特に限定されないが、本実施態様においては省スペース化のため浸漬型の膜モジュールを使用している。なお、浸漬型の場合は、曝気装置や撹拌装置との組合せ、配置により、ファウリング物質がうまく除去できるような形状であることが好ましい。さらに、膜分離装置２におけるろ過方法としては、クロスフロー方式や全量ろ過方式があるが、クロスフロー方式を採用すれば膜面の汚れを取りながらろ過できる。
【００２７】
以下、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌を監視する方法を示す。
【００２８】
生物反応槽１内の汚泥混合液中のペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の状態を監視する監視手段７としては、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の遺伝情報、ＲＮＡ転写特性、蛋白質翻訳特性、発現蛋白質生成物質特性などに基づいて、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の状態を監視するものを用いることができる。以下、それらの方法についてそれぞれ具体的に記載していくが、遺伝情報に基づいてペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の状態を監視することが、その簡便性から好ましい。
【００２９】
具体的には、遺伝情報に基づいて監視する場合には、蛍光顕微鏡、蛍光イメージスキャナ等の蛍光測定装置、核酸のハイブリダイゼーション検出装置、フローサイトメーター、サーマルサイクラーおよび電気泳動装置などを用いるとよい。また、ＲＮＡ転写特性、蛋白質翻訳特性、発現蛋白質生成物質特性などの遺伝子発現特性に基づいて監視する場合には、蛍光顕微鏡、フローサイトメーター、電気泳動装置、質量分析装置、画像解析装置、分光光度計、蛍光測定装置、発光量測定装置などを用いればよい。
【００３０】
ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の存在数や濃度、優占性を遺伝情報に基づいて監視する方法としては、染色体ゲノム全体のハイブリダイゼーション相同値による方法や、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌に特異的な遺伝子配列に基づく方法があるが、簡単に効率的かつ実質的に確認できるという観点から後者のペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌に特異的な遺伝子配列に基づく方法に基
づいて監視することが好ましい。特異的な遺伝子配列対象としては、１６ＳリボソームＲＮＡ遺伝子、２３ＳリボソームＲＮＡ遺伝子、ｇｙｒＢ遺伝子配列、リボソームＲＮＡ遺伝子間スペーサー領域などが挙げられる。この中でも、公開されている情報が多いため特異的な遺伝子配列を決定することが容易な点で、１６ＳリボソームＲＮＡ遺伝子の配列を用いることがさらに好ましい。また、監視の対象としては、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の全部であっても一部であってもよく、さらに、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌を監視できるのであればその余の細菌を含んでいてもよい。また、トラブル時における出現頻度の高さおよび簡便性の点から、「バージィズ・マニュアル・オブ・システマティック・バクテリオロジー」においてペドバクター属（ｇｅｎｕｓ  Ｐｅｄｏｂａｃｔｅｒ）に属するとされる細菌に絞って監視を行うことも有用である。
【００３１】
ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の優占性を監視する際には、例えば全原核生物や、全細菌、ある分類群の細菌の存在数をできるだけ反映するような測定を同時に行い、それらとの比率で優占性を算出するとよい。
【００３２】
特異的な遺伝子配列を監視する方法としては、公知の手法を用いることができ、例えば遺伝子配列情報の中からペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌に特異的な領域を選択し、その遺伝子配列をもつオリゴヌクレオチドもしくはポリヌクレオチドのハイブリダイゼーション効率を利用する方法を用いることが簡易的に検出できるという点で好ましい。具体的には、蛍光物質やラジオアイソトープ、酵素学的レポーター分子、電気活性を持つインターカレーターなどを用いて、ドットハイブリダイゼーション法や、マクロアレイ法、マイクロアレイ法、原位置ハイブリダイゼーション法などを用いることができる。検出過程の自動化が比較的容易であるという点で、ドットハイブリダイゼーション法やマクロアレイ法、マイクロアレイ法がさらに好ましい。必要に応じて、これらの方法にポリメラーゼ連鎖反応法（ＰＣＲ）等による遺伝子増幅を組み合わせることもできる。原位置ハイブリダイゼーション法としては、蛍光標識オリゴヌクレオチドもしくは蛍光標識ポリヌクレオチドを用いた蛍光原位置ハイブリダイゼーション法（ＦＩＳＨ法）を用いることができる。なお、必要に応じてシグナルを増強してＦＩＳＨ法を実施すればよい。ＦＩＳＨ法による検出方法としては、蛍光顕微鏡による方法でもフローサイトメーターを用いた方法でもよい。ドットハイブリダイゼーション法やマクロアレイ法・マイクロアレイ法としては、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌に特異的な遺伝子配列をもつオリゴヌクレオチドもしくはポリヌクレオチドをメンブレンフィルターもしくは基盤状に固定し、これに検出対象の汚泥由来の核酸を蛍光物質などで標識したものをハイブリダイゼーションさせて行う方法などが挙げられる。
【００３３】
ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌に特異的な１６ＳリボソームＲＮＡ遺伝子配列をもつオリゴヌクレオチドもしくはポリヌクレオチドのハイブリダイゼーション効率を利用する方法としては、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の核酸と特異的にハイブリダイズし得るＤＮＡもしくはＲＮＡプローブを用いればよい。
【００３４】
また、特異的な遺伝子配列を監視する方法としては、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌に特異的な遺伝子配列をもつプライマーＤＮＡを用いたポリメラーゼ連鎖反応法（ＰＣＲ）を応用して検出・定量する方法もある。こうした方法としては例えば、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌に特異的なプライマーセットを用いて、核酸の増幅をリアルタイムで検出しながら行う定量ＰＣＲ法などが挙げられる。さらに、汚泥混合液に含まれる微生物のゲノムＤＮＡを抽出し、原核生物一般、細菌一般あるいはさらに範囲の狭い分類系統群に特異的なプライマーセットを用いてＰＣＲ増幅を行い、電気泳動によりペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の遺伝子配列を分別し監視することもできる。この電気泳動法としては変性剤濃度勾配ゲル電気泳動法（ＤＧＧＥ）を用いることができる。
【００３５】
さらに、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の監視方法としては、その遺伝子発現特性を利用することもできる。遺伝子発現特性とは、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌ゲノムからのＲＮＡ転写特性、蛋白質翻訳特性および生成物質特性（たとえば発現蛋白質生成物質特性）などをいう。ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌は、フロック内で生育するか分散して生育するかといった生育条件の違いにより、菌の性質が大きく変化する。そのため、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の性質変化を遺伝子発現特性で追跡することは膜分離活性汚泥法の運転安定性において非常に有用であり、遺伝子発現特性と発生トラブルとを関連づけて監視することによって、早い段階でより正確にトラブルを予測・検知し対策を講じることが可能となる。遺伝子発現特性の対象としては特に限定するものではなく、構成遺伝子、制御遺伝子を問わない。
【００３６】
ＲＮＡ転写特性の対象としては、メッセンジャーＲＮＡおよびリボソームＲＮＡのいずれであってもよい。そして、これらＲＮＡ転写特性を監視する手法としては様々な公知の方法をとることができ、例えば、メッセンジャーＲＮＡの存在量をハイブリダイゼーションにより解析する方法や、画像解析装置を用いたＤＮＡチップによる方法などが好ましい。また、ＦＩＳＨ法を用いることもできる。
【００３７】
また、蛋白質翻訳特性の対象蛋白質としては特に限定されるものではなく、たとえば形態変化誘導蛋白質や分散生育時発現タンパク質、細胞外ポリマー生成蛋白質などが挙げられる。蛋白質翻訳特性を監視する方法としては、例えば２次元電気泳動法やウェスタンブロット、質量分析装置など様々な公知の蛋白質分析方法を用いることができる。
【００３８】
さらに、生成物質特性の対象としても特に限定するものではなく、例えば細胞外生成ポリマーや菌体内成分が挙げられる。細胞外生成ポリマーや菌体内成分を監視する方法としては、例えば液体クロマトグラフィー装置やガスクロマトグラフィー装置、質量分析装置、分光光度計、蛍光測定装置、発光量測定装置などを用いた方法があり、抗体抗原反応を活用したイライザ法なども適用できる。
【００３９】
そして、監視手段７には、監視結果に基づいて処理条件を制御する処理条件制御装置８が接続されている。処理条件制御装置８は、特に限定されるものではないが、監視結果に基づく処理条件調整信号９を吸引ポンプ３等に発し、時間当たりの膜ろ過水量や吸引圧力の低減、膜ろ過の停止、膜ろ過運転時間の低減、有機物の流入量の低減もしくは停止、凝集剤の添加などを行う。
【００４０】
また、生物反応槽１の雰囲気をコントロールする処理条件調整信号１０を発し、ｐＨや温度、曝気量、攪拌条件の調整、微小動物の作用強化を行うこともできる。ここで微小動物とは、鞭毛虫や繊毛虫、肉質虫などの原生動物や、袋形動物や環形動物などを含む微小後生動物であり、体長１０ｍｍ以下の生物を指す。微小動物の作用強化とは、微小動物の添加や微小動物処理槽との汚泥の循環、微小動物の生育補助剤の添加、微小動物に好適な運転環境への変更などを指し、微小動物によるペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌もしくはそれらの分泌物質の捕食を活発化させる。さらに、生物反応槽１に流入する有機性廃水の詳細条件をコントロールする処理条件調整信号１１を発し、汚泥負荷量調整や有機性廃水に含まれる汚濁物質の種別調整、抗生物質等の薬品や特異的ウィルスの添加、オゾンや塩素などの酸化剤添加、起泡装置等により発生した泡の回収、窒素、リン、マグネシウムなどの成分や微量元素の添加量調整などを行うこともできる。そして、生物反応槽１における汚泥滞留時間を制御するため処理条件調整信号１２を発し、汚泥引き抜き量を調整することもできる。さらに、これらの調整を通して水滞留時間を調整することもできる。
【００４１】
これらの方法を試行することを通じて、不可逆的な膜透水性悪化を一時的に回避したり、トラブル発生前の監視状況により近付くように制御する。なお、汚濁物質の種別調整とは、例えば別々の工程で排出された糖廃水と脂質廃水とを混合して生物処理する際に、糖廃水の投入を一時中断もしくは割合を減少させ、脂質廃水の投入割合を一時的に増加させるといった調整のことである。
【００４２】
これらの処理条件調整方法の中でも、時間当たりの膜ろ過水量や吸引圧力の低減、間欠ろ過方式への移行、間欠ろ過の際の膜ろ過運転時間の短縮、膜ろ過の停止、有機物の流入量の低減もしくは停止、流入負荷変動を調整する調整槽の調節、凝集剤の添加、曝気量・散気方法の変更、槽内の汚泥流動状態の改善、微小動物の作用強化などが好ましく、その中でも、時間当たりの膜ろ過水量や吸引圧力の低減、間欠ろ過の際の膜ろ過運転時間の短縮、膜ろ過の停止、槽内の汚泥流動状態の改善、微小動物の作用強化などがより好ましい。
【００４３】
このように構成された処理装置において、有機性廃水は次のように処理される。原液ポンプ４によって有機性廃水は生物反応槽１に供給され、生物反応槽１内の活性汚泥によって有機物が分解される。このとき、生物反応槽１は、ブロワー６に連結された曝気装置５によって酸素が供給されて好気性に保たれる。そして、汚泥混合液は膜分離装置２に供され、活性汚泥と清澄な処理液に分離される。清澄な処理液はたとえば河川等にそのまま放流され、活性汚泥は生物反応槽１内に残される。
【００４４】
以上の通り、汚泥混合液中に存在する特定のトラブル関与微生物であるペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の状態を検出する本発明の方法ならびに装置は、実際にトラブルに関与する極限られた微生物群を検出対象とするため、精度が非常に高く、それゆえ分散して存在する微生物に検出対象を絞っても絞らなくても十分効果的にトラブル関与微生物を検出することができる。
【００４５】
さらに汚泥全体を対象に検出できることによって、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌が分散せずにフロック内に存在している時からその動向を監視できる点で優れている。
【００４６】
一方、本発明者らは、本発明とは別に分散して存在する原核生物を監視する方法を提案しているが（特許文献６）、トラブルに直接関与しない微生物が分散して一過的に存在した場合に誤検出をしてしまう恐れを完全には払拭できないため、トラブルの発生を予測・検知するには不都合な場合もありうる。また、分類学的に限られた微生物群を検出対象とするわけではないため、分散して存在する微生物に検出対象を絞らなければならない。このため、フロック内に存在している時からその動向を監視することはできないことから、トラブルの予測の点で十分な効果を得られない場合もある。
【００４７】
一方、本発明は、トラブルに関与する極限られた微生物群を検出対象とするため、精度が非常に高く、それゆえ汚泥混合液中に分散して存在する微生物に検出対象をしぼって検出しなくても汚泥全体を対象に検出することができる。また、汚泥全体を対象に検出できるので、ペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌が分散せずにフロック内に存在している時からその動向を監視できるのである。つまり本発明は、前記分散して存在する原核生物を監視する方法により有機性廃水を処理する方法とは異質の効果が得られる。しかし、検出系の簡素化やコストの観点が問題となる場合は、分散して存在する原核生物を監視する方法は有益な部分もあり、状況に応じて本発明の方法と使い分け、もしくは併用を行うことも好ましく採用しうる。
【００４８】
他方、本発明者らは、本発明とは別にフレクトバシラス系統群細菌を監視する方法を提案しているが（特許文献５）、フレクトバシラス系統群細菌とは全く異なる微生物によってトラブルが引き起こされる場合があり、トラブルの発生を予測・検知するには十分ではない場合がある。一方、本発明は、そのような場合にも、具体的にはフレクトバシラス系統群細菌とは全く異なる微生物であるペドバクター系統群細菌および／またはフレキシバクター・サンクティ系統群細菌がトラブルに関与している場合にも、トラブルの発生を予測・検知し、対処することができるのである。しかし、汚泥の状況によっては、フレクトバシラス系統群細菌がトラブルの発生に関与している場合もあり、状況に応じて本発明の方法と使い分け、もしくは併用を行うことも好ましく採用しうる。
【実施例】
【００４９】
＜実施例１＞
（１）孔径０．１μｍのＰＶＤＦ製精密ろ過平膜をモジュール化した膜分離装置を、有効容積３０Ｌの生物反応槽に浸漬したものを２系列用意し、ＢＯＤ  １０００ｐｐｍのデキストリン系人工廃水を膜分離活性汚泥法により処理した。なお、生物反応槽における人工廃水の滞留時間は１日とし、膜透水性能、透過水の水質、およびＰＣＲ−ＤＧＧＥ法によるペドバクター系統群細菌およびフレキシバクター・サンクティ系統群細菌の監視状態が安定するまで処理を行った。汚泥の引き抜きに関しては、サンプリングによる引き抜きも含めて汚泥滞留時間４０日となるように行った。
【００５０】
ＰＣＲ−ＤＧＧＥ法による監視を次のとおり行った。すなわち、生物反応槽内の混合液を０．５ｍｌ程度抽出し遠心分離によって０．２ｍｌに濃縮したものを試料とし、Ｕｌｔｒａ  Ｃｌｅａｎ  Ｓｏｉｌ  ＤＮＡ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  Ｋｉｔ（ＭＯ  ＢＩＯ  ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社製）を用いてゲノムＤＮＡの抽出・精製を行い、次に石井らによって報告された方法（石井ら、Ｍｉｃｒｏｂｅｓ  ａｎｄ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ  １５、２０００、Ｐ５９−７３）に従って、１６ＳリボソームＲＮＡ遺伝子の一部をＰＣＲ増幅し変性剤濃度勾配ゲル電気泳動を行った。ＤＧＧＥバンドは塩基配列の解読を行い、それぞれ配列番号１および２との相同性を確認した。
【００５１】
（２）その後、生物反応槽に供給するデキストリン系人工廃水のＢＯＤ濃度を、６時間毎に交互に７５０ｐｐｍもしくは１２５０ｐｐｍにして生物処理を行い、ＢＯＤ濃度変更後７日後にペドバクター系統群細菌およびフレキシバクター・サンクティ系統群細菌をモニタリングした。その結果、生物処理槽内の混合液の汚泥濃度および粘性は変更前後を通じ一定であり、それぞれ１０ｇ／Ｌ、２５ｍＰａ・ｓであったが、ＰＣＲ−ＤＧＧＥ法による監視によってペドバクター系統群細菌の増加を確認することができた。
【００５２】
（３）そこで、２系列のうち一方の系列について、生物反応槽に流入するデキストリン系人工廃水のＢＯＤ濃度を再び１０００ｐｐｍに戻し（系列Ａ）、他方の系列については、生物反応槽に流入するデキストリン系人工廃水のＢＯＤ濃度をそのまま６時間毎に交互に７５０ｐｐｍもしくは１２５０ｐｐｍにして生物処理を行った（系列Ｂ）。その結果、３日後に系列Ｂの混合液の粘性が１００ｍＰａ・ｓに増加しＰＶＤＦ膜の原液側と濾過液側との差圧が上昇したのに対し、系列Ａの粘性は２５ｍＰａ・ｓのままであり、差圧の上昇も見られなかった。
【００５３】
そして、両系列の生物反応槽内の混合液について、ペドバクター系統群細菌およびフレキシバクター・サンクティ系統群細菌をＰＣＲ−ＤＧＧＥ法によりモニタリングしたところ、ペドバクター系統群細菌は、系列Ａでは上記（２）のＢＯＤ濃度変動を行う前の水準まで減少していたのに対し、系列Ｂではさらに増加していた。
【００５４】
（４）このようにペドバクター系統群細菌およびフレキシバクター・サンクティ系統群細菌を監視することによって、粘性を監視するより早く差圧上昇に見られる膜透水性悪化を予測することができ、適切に対応することで粘性増加や膜透水性不良を未然に防止することが出来た。
【００５５】
＜実施例２＞
（１）孔径０．１μｍのＰＶＤＦ製精密ろ過平膜をモジュール化した膜分離装置を、有効容積約８  Ｌの生物反応槽に浸漬したものを用意し、ＢＯＤ  ５００ｐｐｍのデキストリン系人工廃水を膜分離活性汚泥法により処理した。生物反応槽における人工廃水の滞留時間は１２時間とし、汚泥滞留時間で１０００日に相当する汚泥サンプリングをおこなった他は汚泥引抜なしで処理を行った。その結果、ＭＬＳＳ濃度は２４ｇ／Ｌで一定となっていた（ＢＯＤ汚泥負荷：０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙ）。また、１週間にわたって定期的に、ペドバクター系統群細菌およびフレキシバクター・サンクティ系統群細菌を実施例１と同様にＰＣＲ−ＤＧＧＥ法で監視したが、ペドバクター系統群細菌およびフレキシバクター・サンクティ系統群細菌は検知されなかった。
【００５６】
（２）膜分離活性汚泥処理をさらに３週間続行し、ペドバクター系統群細菌およびフレキシバクター・サンクティ系統群細菌をＰＣＲ−ＤＧＧＥ法でモニタリングした結果、フレキシバクター・サンクティ系統群細菌のバンドを検出した。原因は不明であったが、これに対する制御手段として、流入負荷の停止を行った。つまり、人工廃水の流入を一旦停止し、代わりに水道水を供給するフローに変更した。
【００５７】
（３）その結果、その１週間後にペドバクター系統群細菌およびフレキシバクター・サンクティ系統群細菌をＰＣＲ−ＤＧＧＥ法でモニタリングしたところ、ペドバクター系統群細菌およびフレキシバクター・サンクティ系統群細菌を検出しなかった。
【００５８】
（４）膜分離活性汚泥処理をさらに２週間続行しても、膜ろ過性悪化などトラブルは発生しなかった。
【００５９】
（５）このように、ペドバクター系統群細菌およびフレキシバクター・サンクティ系統群細菌を監視することによって、膜透水性悪化を未然に防止することが出来た。
【００６０】
＜実施例３＞
（１）孔径０．１μｍのＰＶＤＦ製精密ろ過平膜をモジュール化した膜分離装置を、有効容積約１Ｌの生物反応槽に浸漬したものを用意し、ＢＯＤ  ５００ｐｐｍのデキストリン系人工廃水を膜分離活性汚泥法により処理した。生物反応槽における人工廃水の滞留時間は１２時間とし、汚泥滞留時間で１０００日に相当する汚泥サンプリングをおこなった他は汚泥引抜なしで処理を行った。その結果、ＭＬＳＳ濃度は２０ｇ／Ｌで一定となっていた（ＢＯＤ汚泥負荷：０．０６ｋｇ-ＢＯＤ／ｋｇ-ＶＳＳ／ｄａｙ）。また、１週間にわたって定期的に、ペドバクター系統群細菌およびフレキシバクター・サンクティ系統群細菌を実施例１と同様にＰＣＲ−ＤＧＧＥ法で監視したが、ペドバクター系統群細菌およびフレキシバクター・サンクティ系統群細菌は検知されなかった。
【００６１】
（２）膜分離活性汚泥処理をさらに２週間続行し、ＰＣＲ−ＤＧＧＥ法を行った結果、フレキシバクター・サンクティ系統群細菌は検出しなかったが、ペドバクター系統群細菌を検出した。
【００６２】
（３）ペドバクター系統群細菌を検出したことから、これに対する制御手段として流動性の確認・改善を行った。つまり、槽内の汚泥流動状況を点検したところ、槽の内壁に汚泥がへばりつき流動していない部分があった。そこで、へばりついた汚泥を剥がし流動可能な状態にした。その結果、その１週間後にペドバクター系統群細菌およびフレキシバクター・サンクティ系統群細菌をＰＣＲ−ＤＧＧＥ法で監視したところ、いずれも検出しなかった。
【００６３】
（４）膜分離活性汚泥処理をさらに２週間続行しても、膜ろ過性悪化などトラブルは発生しなかった。
【００６４】
（５）このように、ペドバクター系統群細菌およびフレキシバクター・サンクティ系統群細菌を監視することによって、膜透水性悪化を未然に防止することが出来た。
【００６５】
＜実施例４＞
実施例１〜３の場合も含め、これらと同様の条件でデキストリン系人工廃水を用い、汚泥滞留時間１０００日で運転した種々のリアクターにおいて、ペドバクター系統群細菌およびフレキシバクター・サンクティ系統群細菌を監視した結果、差圧の上昇に先立って配列番号３および４に示した塩基配列を有する細菌の増加を確認した。配列番号３および４に示した塩基配列はいずれも配列番号１に記した塩基配列に対して相同性が８８％以上であり、それぞれ９６．０、９５．０％であった。一方、配列番号５〜８に示した塩基配列はいずれも配列番号２に記した塩基配列に対して相同性が８５％以上であり、それぞれ９２．９、９３．１、８７．０、８５．８％であった。よって、ペドバクター系統群細菌およびフレキシバクター・サンクティ系統群細菌を監視することによって、膜透過性悪化を未然に検出することができた。
【００６６】
＜比較例＞
実施例１，２，３において、ペドバクター系統群細菌およびフレキシバクター・サンクティ系統群細菌のＰＣＲ−ＤＧＧＥ法による監視と同時に、フレクトバシラス系統群細菌のＰＣＲ−ＤＧＧＥ法による監視を行った結果、いずれの時点においてもフレクトバシラス系統群細菌を検出することはなかった。このように、これらのケースでは、フレクトバシラス系統群細菌を監視することによってトラブルを予測・検知することはできなかった。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の一実施形態を示す処理装置の概略フロー図である。
【符号の説明】
【００６８】
１：生物反応槽
２：膜分離装置
３：吸引ポンプ
４：原液ポンプ
５：曝気装置
６：ブロワー
７：監視手段
８：処理条件制御装置
９〜１２：処理条件調整信号
１３：汚泥引き抜きポンプ
【図１】
2006272313.tif 000003
【配列表】
2006272313000001.app