(57)【要約】      （修正有）【課題】ストロンチウム、セシウムなどの水溶性金属を除去する装置、及び方法の提供。【解決手段】芽胞形成細菌が生存できる環境に汚染水を調節し、芽胞形成細菌を混合して、生物膜を形成させるとともに芽胞を形成させ、該生物膜にストロンチウム、又はセシウム等を吸着するとともに、該芽胞内にもストロンチウム、又はセシウム等を取り込ませることにより、効率よく水溶性金属の除去を行う方法及びそのための装置。【選択図】図１
2018126707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芽胞形成細菌を用いた水処理装置であって、
芽胞形成細菌が生存できる環境に汚染水を調節する汚染水調節槽と、
投入した菌による生物膜及び／又は芽胞を形成させる芽胞形成槽と、
沈殿槽を備えている水処理装置。
【請求項２】
芽胞形成細菌を栄養細胞として増殖させる培養槽及び／又は調節された汚染水と芽胞形成細菌の栄養細胞とを混合する混合槽を備えている請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
前記芽胞形成槽に微生物付着担体を備えている請求項１又は２記載の水処理装置。
【請求項４】
前記芽胞形成槽に剥落促進手段を備えている請求項１〜３いずれか１項記載の水処理装置。
【請求項５】
前記沈降槽に放射線遮蔽壁を備えている請求項１〜４いずれか１項記載の水処理装置。
【請求項６】
さらに、セシウム蓄積菌を培養しセシウムを蓄積させるセシウム蓄積槽を備えることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の水処理装置。
【請求項７】
汚染水処理方法であって、
芽胞形成細菌が生存できる環境に汚染水を調節する調節工程と、
芽胞形成細菌を混合する混合工程と、
生物膜の形成及び/又は混合した菌の芽胞を形成させる芽胞形成工程と、
汚泥と処理水を分離する分離工程を備えている汚染水処理方法。
【請求項８】
セシウム蓄積菌によりセシウムを菌体内に蓄積させるセシウム蓄積工程と
セシウム濃縮汚泥と処理水を分離する分離工程を備えている請求項７記載の汚染水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
金属イオン、特にストロンチウムを含む汚染水を芽胞形成細菌により処理する装置、及び廃水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
河川や海域へ工場等からの排水を行う場合には、健康や生活環境を保護するように、水質の検査が義務付けられている。有機物の除去には活性汚泥法など比較的安価な廃水処理方法が開発されているが、金属などの無機物を効率良く、しかも低コストで除去する方法は未だ開発されていない。無機物の処理は、主として薬品により沈殿させて処理する方法やゼオライトなどの吸着剤やイオン交換樹脂などによって吸着する方法がとられている。
【０００３】
実際に、福島第一原子力発電所の事故及びその対策を実施する中で、汚染水からのストロンチウム、セシウムなど多種の放射性物質の除去は、濾過法、鉄共沈法、炭酸塩沈殿法、あるいは吸着剤、キレート樹脂、イオン交換樹脂などを用いる方法が検討され、それらを多段階に組み合わせた複雑なシステムで汚染水の浄化が行われている。しかし、システムを運用する中で、核種と適用されている除去方法の組み合わせでそれぞれに種々の問題点が存在しており、より安価で効率の良い方法への改善が求められている。
【０００４】
上述のような薬品や吸着剤を使用する方法の他に、微生物を用いて汚染水や廃水から水溶性金属イオンを除去する方法も知られている（非特許文献１、特許文献１〜３）。非特許文献１には、飲水に工場廃水から混入したストロンチウムを好熱性細菌（Bacillus属）によって除去する方法が開示されている。特許文献１には、放射性物質によって汚染された構築物、土壌等を除染洗浄した後の洗浄溶液に乳酸菌、有芽胞桿菌、酵母を混入し、放射性セシウムを菌体に必要な栄養素として取り込ませ除染することが開示されている。特許文献２には、微生物が形成する生物膜に放射性物質を吸収、吸着させ、汚染水を浄化する方法が開示されている。特許文献３には、脱窒菌、セシウム蓄積菌（Rhodococcus属）によってセシウムを吸着させ、Hebeloma属に属する微生物の菌糸にストロンチウムを吸着させることによって、廃液からセシウム、ストロンチウムを除去する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１９０９７８号公報
【特許文献２】特開２０１３−１０４７６５号公報
【特許文献３】特開２００７−２７１３０６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Chaalal, O., et al., 2015, J. Indust. Eng. Chem. Vol.21, p.822-827.
【非特許文献２】Foerster, H. F. & Foster, J. W., 1966, J. Bacteriol. Vol.91,p.1333-1345.
【非特許文献３】近藤雅臣、渡辺一仁（編）、１９９５年、スポア実験マニュアル、技報堂
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
現在福島第一原子力発電所で実施されている汚染水処理の主な問題点としては除去率が低いこと、吸着する性能が低いこと、容易に除去しにくい核種が存在すること、カラムの段数が多いこと、吸収材の耐用期間が短いこと、吸収材が高価であり運転コストが高額になること、廃棄物として高レベル放射性物質を吸着した吸収材が大量に生じ、その処理と保管が必要になることなどがある。これらの問題に対処するために、効率的で安価な除去方法が求められている。
【０００８】
微生物を使用する方法に関しても以下のような問題点がある。非特許文献１に記載の方法は飲料水に適したレベルまでストロンチウムを除去する方法であるが、想定している汚染水の量やストロンチウム濃度が異なること、種々の汚染物質が含まれていることからそのまま応用できるものとは考えられない。また、特許文献１〜３に記載の方法は、セシウム除去を念頭においたものであり、多種の核種に対応できるものではないなどの問題点がある。
【０００９】
本発明は、多量の汚染水を迅速に効率よく、かつ、処理後に生じる産業廃棄物が少ない装置及び方法を提供することを課題とする。また、多段階の吸収剤処理を必要としない、低コストの処理装置及び方法を開示することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、汚染水、特に放射性物質に汚染された水を処理する水処理装置、水処理方法に関する。
（１）芽胞形成細菌を用いた水処理装置であって、芽胞形成細菌が生存できる環境に汚染水を調節する汚染水調節槽と、投入した菌による生物膜及び／又は芽胞を形成させる芽胞形成槽と、沈殿槽を備えている水処理装置。
（２）芽胞形成細菌を栄養細胞として増殖させる培養槽及び／又は調節された汚染水と芽胞形成細菌の栄養細胞とを混合する混合槽を備えている（１）記載の水処理装置。
（３）前記芽胞形成槽に微生物付着担体を備えている（１）又は（２）記載の水処理装置。
（４）前記芽胞形成槽に剥落促進手段を備えている（１）〜（３）いずれか１つ記載の水処理装置。
（５）前記沈降槽に放射線遮蔽壁を備えている（１）〜（４）いずれか１つ記載の水処理装置。
（６）さらに、セシウム蓄積菌を培養しセシウムを蓄積させるセシウム蓄積槽を備えることを特徴とする（１）〜（５）いずれか１つ記載の水処理装置。
（７）汚染水処理方法であって、芽胞形成細菌が生存できる環境に汚染水を調節する調節工程と、芽胞形成細菌を混合する混合工程と、生物膜の形成及び/又は混合した菌の芽胞を形成させる芽胞形成工程と、汚泥と処理水を分離する分離工程を備えている汚染水処理方法。
（８）セシウム蓄積菌によりセシウムを菌体内に蓄積させるセシウム蓄積工程とセシウム濃縮汚泥と処理水を分離する分離工程を備えている（７）記載の汚染水処理方法。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】水処理装置の一実施形態を示す図。
【図２】水処理方法の概略を示す図。
【図３】多段階水処理方法の概略を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、主として放射性物質を含む汚染水を除去する方法について詳述するが、工場廃水に含まれる金属イオンを除去する装置、及び方法としても使用できることは言うまでもない。
【００１３】
本水処理装置は、芽胞に水溶性金属を取り込む芽胞形成細菌を用い、芽胞を形成させて回収し、水処理を行う装置である。芽胞形成細菌は、増殖に適した条件下では栄養細胞として細胞分裂を繰り返し増殖する。しかし、増殖に適さない条件下に置かれた時に細胞内に芽胞を形成し、休眠期に入る性質を有する。芽胞は強固な構造を持ち、熱や物理的な圧力、化学薬品などに極めて強い耐性を示す。
【００１４】
芽胞は構造上、芽胞殻、コルテックス、コアよりなり、そのうちコアにはＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質などの高分子が含まれ、低分子としてはジピコリン酸とカルシウムイオンを多量に含む。ジピコリン酸は芽胞乾燥重量の５〜１５％を占める。陽イオンであるカルシウムイオンはカルボン酸残基を有するジピコリン酸にキレートされて存在すると考えられている。芽胞形成時には細胞内で多量のジピコリン酸が合成され、多量のカルシウムイオンが菌体外から吸収される。ストロンチウムは周期表上カルシウムと同じ族に属し、カルシウムと同様な性質を示す。そのため、ストロンチウムイオンやバリウムイオンもコア形成時に吸収されることが知られている（非特許文献２）。ストロンチウムの芽胞形成細胞内への吸収機序は芽胞形成時のコアへの取り込みである。この性質を利用して、芽胞形成細菌に芽胞を形成させ、芽胞を汚泥とともに回収することにより、ストロンチウムを濃縮し、処理水から除去することができる。
【００１５】
また、芽胞だけではなく微生物が形成する生物膜（バイオフィルム）にも、ストロンチウムやセシウムなどの金属イオンが吸収、吸着される。生物膜とは、微生物菌体と微生物が分泌した菌体外多糖類やタンパク質、菌体残渣などが集積した構造体のことであり、物体の表面に付着した状態で形成される。生物膜内では微生物が高密度に生息し大集落を形成する。生物膜には、ストロンチウムイオンだけではなく、多種の金属イオンが吸着する。したがって、芽胞を形成させると同時に生物膜を形成させ回収することにより多種の金属イオンを回収することができる。
【００１６】
芽胞形成細菌は系統分類学上、真正細菌ドメイン、ファーミキューテス門に属するバチラーレス目及びクロストリジアーレス目に分類される細菌である。この２つの目の中の種々の科、属に属する菌種が芽胞を形成する。代表的な属としては好気条件下で発育するバチルス属及び嫌気条件下で発育するクロストリジア属がある。
【００１７】
バチルス属の代表的な種としては、Bacillus subtilis、B. cereus、B. megaterium、B. licheniformis、B. natto、 B. brevis、 B. circulans、 B. coagulans、 B. pumilus、 B. thuringiensis、B. macerans、B. thiaminolyricusなどが知られている。クロストリジア属の代表的な種としては、Clostridium pasteurianum、C. bifermentans、C. butyricum、C. acetobutylicum、C. sporogenes、C. roseum、C. septicumなどが知られている。これらの菌を用いて芽胞にストロンチウムを取り込ませ、さらに、生物膜を形成させることにより多様な金属の除去が可能である。また、これらの種に限らず芽胞を形成し、ストロンチウムなどの金属を効率よく取り込む種であれば、上記以外のどのような種を用いても構わない。
【００１８】
芽胞形成菌は菌種によって、芽胞に取り込まれる金属の組成や量が異なることから、芽胞形成細菌１種だけに限らず、別種の芽胞形成細菌を１種以上同時に追加して用いてもよい。芽胞形成菌以外にもコバルト、ルテニウム、アンチモン、セシウム、ヨウ素などを特異的に吸収、吸着する微生物が報告されている。また、活性汚泥法においては菌体の凝集を促進する微生物の存在が汚泥の形成に重要であることが知られている。多核種の同時除去、あるいは菌体の凝集や生物膜の形成を促進するために、芽胞形成細菌に加えて芽胞を形成しない微生物を１種以上同時に追加して用いてもよい。
【実施例１】
【００１９】
本発明の水処理装置について、以下図面を示しながら詳細に説明する。図１には水処理装置の一実施形態を、図２には水処理方法の概略を示す。ここでは、放射性ストロンチウムなどの放射性物質を除去することを目的とする水処理装置について説明するが、工場廃水などに含まれる非放射性物質の除去に応用できることは言うまでもない。また、以下ではバチルス属菌を使用する方法について詳述するが、クロストリジウム属菌等を使用する場合には、嫌気性にするなど菌の生育に適した条件を選択することにより応用することができる。菌の生育や芽胞の形成条件については非特許文献３を参考にして条件設定を行えばよい。
【００２０】
汚染水は、まず汚染水調節槽において、ｐＨ、イオン濃度など菌体が生存できる条件に調節を行う。汚染水のｐＨが酸性あるいはアルカリ性に偏っている場合には、ｐＨ調節剤を加えて芽胞形成に適したｐＨに調整する。また、電気伝導度を測定することによりカルシウムイオンなど芽胞形成に重要な働きを持つイオンの濃度を推測する。放射性物質が含まれる汚染水を処理する場合には、汚染水中のβ線、γ線など放射線量を測定する必要がある。汚染水中のγ線はＧＭ管検出器等で測定し、放射性核種の量、挙動を計測する。また、β線についてはサンプリングした汚染水をシンチレーションカウンターを用いて測定すれば良い。弱いβ線源である放射性ストロンチウムについてはＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合プラズマ−質量分析計）等で測定すればよい。
【００２１】
汚染水調節槽では、槽内の水を適宜サンプリングし、ｐＨ、イオン濃度の測定を行ってもよいし、ｐＨ、イオン濃度などを自動的に測定するｐＨセンサ、導電率測定装置を汚染水調節槽に設けてモニターし自動的に調節するように構成してもよい。また、水温を測定し、微生物の生息に適する温度に調節することが好ましい。
【００２２】
また、芽胞形成槽において汚染水に糖やアミノ酸等の有機物が多量に含まれると芽胞の形成が抑制されることから、芽胞が形成される条件、すなわち貧栄養状態が達成できるかをモニターする必要がある。有機物の測定は、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）、ＴＯＣ（全有機炭素）を測定することによって行ってもよいし、グルコースセンサを用いて汚染水に含まれているグルコース量を測定してもよい。汚染水が有機物やカルシウムイオンを高濃度で含み貧栄養状態でない場合には、汚染水調節槽でｐＨ等を調整したあとに、混合槽に導き栄養細胞を添加し好気培養を行い、栄養分を枯渇させたあとで、混合槽内で芽胞形成を誘導する培地条件に調整してもよい。
【００２３】
また、汚染水に外界の微生物が大量に含まれ、それらが増殖することによって投入する芽胞形成細菌の増殖や芽胞形成を抑制する可能性がある場合は、水質調整に先立ち処理液を５０℃以上に加温処理することによって、外界由来の微生物を殺菌し、影響を防ぐことが可能である。また、芽胞形成細菌として好熱性の芽胞形成細菌を用いる場合には、混合槽や芽胞形成槽を好熱性芽胞形成細菌が発育できる４５℃以上の高温に維持することによって、外界由来の微生物の繁殖を抑制し、安定して培養を維持することができる。
【００２４】
次に、混合槽において、ｐＨ等が調節された汚染水と培養槽で培養された芽胞形成細菌の栄養細胞を混合する。芽胞形成細菌は、併設されている培養槽において増殖させて、混合槽へ移送させてもよいし、異なる施設内の培養槽で培養された菌を濃縮し、混合槽に投入してもよい。
【００２５】
培養槽では、培養温度を調節する加温冷却装置、酸素濃度を調節する散気装置、菌体が沈殿するのを防止する撹拌装置などを設けることにより、栄養細胞を高密度で培養する。培養条件は例えば非特許文献３に記載されている公知の方法を用いることができる。ここでは撹拌装置として撹拌翼を記載しているが、効率良く撹拌することができるのであれば、どのような撹拌装置を用いても良い。
【００２６】
また、高密度で微生物の培養を行うことができるように、温度、酸素濃度、ｐＨ、電気伝導度、ＣＯＤ、ＴＯＣをモニターしながら培養することが望ましい。例えば、バチルス属菌種は好気条件で増殖するため培養槽において高い溶存酸素量が必要であるのに対し、クロストリジウム属菌種は嫌気性条件で増殖するため溶存酸素量は低濃度に保つ必要がある。各菌種に適した培養条件となるように、温度、酸素濃度や菌の増殖状態などをモニターし、培養条件を確認しながら培養することが重要である。
【００２７】
混合槽において汚染水と栄養細胞が一定の割合になるように混合される。混合槽では、汚染水に含まれているストロンチウムイオンなどの金属イオンと投入された栄養細胞が混合された状態で存在する。混合槽は、培養槽と同様に、加温冷却装置、攪拌装置を備えている。また、汚染水調節槽と同様に、放射線量、温度、ｐＨ、電気伝導度、ＣＯＤ、ＴＯＣ、さらに酸素濃度を測定することが好ましい。これらの測定は汚染水調節槽と同様に、適宜サンプリングして測定してもよいし、槽内に測定器を配置し自動的に測定する構成としてもよい。
【００２８】
栄養細胞と金属イオンは、混合槽で混合された後に芽胞形成槽に移送される。また、場合によっては、混合槽を設けずに、水質が調節された汚染水を直接芽胞形成槽に流入させる構成としてもよい。その場合には、栄養細胞は芽胞形成槽に直接導入し、芽胞形成槽内で混合すればよい。
【００２９】
芽胞形成槽には微生物付着担体が設けられている。微生物付着担体には、菌体が形成する生物膜が付着する。上述のように、生物膜には多糖類やタンパク質とともに、菌体や芽胞が存在する。例えば、芽胞形成細菌としてバチルス属菌を用いた場合には、芽胞内にストロンチウムが蓄積し、生物膜には様々な金属イオンが吸着する。放射性物質を含む汚染水の場合には、ストロンチウム９０（９０Ｓｒ）、セシウム１３７（１３７Ｃｓ）など種々の核種により汚染されていることが想定される。ストロンチウムを芽胞に取り込むバチルス属菌を芽胞形成細菌として選択することにより、芽胞内に９０Ｓｒが濃縮され、９０Ｓｒ以外の核種も生物膜に吸着されることから、種々の核種を濃縮し除去することができる。
【００３０】
微生物付着担体は生物膜が形成される表面積を増やすためのものであり、どのような構造のものであっても構わない。図１には一例として多撚多条糸網翼担体を模式的に示している。微生物付着担体は、多撚多条糸網翼担体のように複数の繊維条糸を螺旋状に撚った多撚条糸をさらに撚り合わせた複合多撚多条糸により構成した網目状の構造物が中心から翼のように突出している構造物とすることができる。一つ一つ独立した翼状の構造物とすることにより、微生物の大群落を含む生物膜を形成することができる。また、網目状の構造物としていることから、液体の滞留を防ぐことができる。多撚条糸は、ナイロン、綿、ポリプロピレンなどの糸を用いて作製することができる。微生物付着担体は、これに限らず微生物が形成する生物膜の付着面を大きくすることができればどのような形態のものでもよい。
【００３１】
また、芽胞形成槽には微生物付着担体が設置されない場合もある。芽胞形成細菌が処理水中に懸濁されている状態で、芽胞が形成されるとともに、菌体の凝集体であるフロックが形成され、容易に沈殿する場合には、微生物付着担体の設置は必要ない。フロックを含む処理水をそのまま沈殿槽に移送すればよい。
【００３２】
芽胞形成槽には、生物膜の形成、芽胞形成の条件を調節することができるように、加温冷却装置、散気装置を備えることができる。また、芽胞形成細菌が沈殿せずに効率良く生物膜を形成し、芽胞形成を行うことができるように撹拌装置が設けられている。混合槽と同様に、放射線量、温度、ｐＨ、電気伝導度、ＣＯＤ、ＴＯＣ、グルコース濃度、酸素濃度等をモニターしながら一定時間芽胞形成を行わせる。
【００３３】
芽胞を形成するための条件は、槽内の水質が貧栄養となることである。槽内のグルコース濃度、ＣＯＤ、ＴＯＣを測定し、芽胞形成条件が整っているか解析し、芽胞を形成する条件に調整することができる。また、バチルス属菌では、芽胞形成時には増殖期よりも低い酸素濃度が適していることが知られている。したがって、芽胞形成槽では培養槽より低い溶存酸素量になるように、散気装置によって溶存酸素量を調節する。
【００３４】
また、芽胞を形成する環境条件だけではなく、芽胞形成を開始するとともに増加することが知られているアミラーゼ、プロテアーゼなどのバイオマーカーを用いて芽胞形成細菌が実際に芽胞形成を開始したかを確認することもできる。具体的には、芽胞形成槽から処理液を採取し、菌体を遠心処理によって除いた上清を調製し、アミラーゼ、プロテアーゼ量を測定し、芽胞形成が適切に開始されているかモニターすればよい。上清中のアミラーゼ、プロテアーゼ量は、アミラーゼ活性などの酵素活性を公知の方法により測定してもよいし、各タンパク質をＥＬＩＳＡ、ウェスタンブロット法などの免疫測定法により測定してもよい。また、ＲＴ−ＰＣＲなどの方法により菌体内の遺伝子発現を測定してもよい。
【００３５】
一定時間経過後、形成された芽胞や生物膜は微生物付着担体から自然に剥落する。また、芽胞や生物膜が形成された後に剥落促進手段を用いて、生物膜及び芽胞を微生物付着担体から剥落させることができる。ここでは、剥落促進手段として超音波振動子を用いているが、担体をしごいて生物膜を剥落する構成としてもよい。具体的には、芽胞形成槽を円形とし、中心に設けた中心軸から外径方向に放射状に延びる複数の放射軸に沿ってブラシ状の微生物付着担体を配置する。中心軸はモーターにより回転可能な構成とし、芽胞や生物膜が形成された後、中心軸とともに微生物付着担体を回転させ、微生物付着担体の上下を緩く挟むような幅で固定されている構造物の間を移動させることにより生物膜を剥落させることができる。また、担体を担持する軸を振動させることにより担体自体を振動させたり、撹拌装置を強く回転させたり、散気装置を用いて曝気することによって、生物膜と芽胞の剥落を促してもよい。
【００３６】
微生物付着担体から剥離させた芽胞、生物膜を多量に含む処理水は沈殿槽へと移送される。芽胞、生物膜は、沈殿槽で沈殿させ、濃縮汚泥とする。沈殿槽には、放射線量、温度、ｐＨ、電気伝導度、ＣＯＤ、ＴＯＣ、酸素濃度を測定するモニターを設けることができる。放射性物質が吸着された生物膜、９０Ｓｒを含む芽胞が濃縮された放射性汚泥は処理水と分離され回収される。回収した汚泥の減容は、工場廃水処理施設における活性汚泥法で一般的に行われているように、脱水機を用いて沈殿汚泥を脱水し減容すればよい。減容した汚泥は濃縮された放射性物質含有物として扱い、適切な処理を施し保管管理することができる。沈殿槽は９０Ｓｒをはじめとする濃縮した沈殿汚泥を含むために、高い放射能を含む場合がある。発生する放射線を遮るためと作業者への汚染を防ぐために沈殿槽は放射線遮蔽壁を備え、内容物が飛散しないような密閉状態に保つ必要がある。
【００３７】
本水処理方法においては、効率良く放射性物質を濃縮するために、芽胞形成を行わせる工程が重要である。そのため、汚染水や培養液に含まれる増殖や芽胞形成に重要な働きを持つ因子を定量して、処理水を適切な状態に維持、管理する必要がある。各槽内の水質のモニタリングの他、定期的に処理水をサンプリングして菌の状態を解析することが望ましい。サンプリングした芽胞形成細菌は顕微鏡で形態観察し、栄養細胞の発育、コンタミネーションの有無、芽胞の形成状況、生物膜の形成状況を確認し維持管理を行う。
【００３８】
また、上述のようにグルコースなどの糖分、有機物量を測定するだけではなく、アミノ酸、マンガンイオン、カルシウムイオン、鉄イオン、ストロンチウムイオン、ジピコリン酸などを定期的に測定することが好ましい。マンガンイオン、カルシウムイオン、鉄イオンは芽胞の形成率を上昇させることが知られている。一方、多量のカルシウムイオンの存在はストロンチウムの吸収と拮抗すると予測されるため、芽胞形成時のカルシウムイオン濃度の管理は重要である。このように種々の培養条件を管理することによって効率よく汚染水の処理を行うことができる。
【００３９】
本処理方法は、微生物の培養によって汚染水から金属イオンを除去する方法であるから、微生物の生存環境として重要である、温度、ｐＨ、溶存酸素量は常時モニターする必要がある。また、上述のように芽胞形成に影響を与えるカルシウム濃度、放射性、非放射性ストロンチウム濃度、グルコース濃度、有機物濃度は、調節工程、混合工程、芽胞形成工程でモニターを行いながら、適宜調節する必要がある。また、ジピコリン酸産生量や顕微鏡による芽胞形成率を検討しながら効率良く芽胞形成を行わせることが重要である。
【実施例２】
【００４０】
次に複数の菌種を段階的に投入し処理を行う方法について説明する（図３）。原子力発電所の事故や事故対応措置で排出される汚染水には、放射性セシウムと放射性ストロンチウムが多量に含まれている。そこで、セシウムを菌体内に取り込むセシウム蓄積菌であるロドコッカス属菌を用いてセシウムを除去し、続いてストロンチウムを除去する段階的な処理方法を取る。
【００４１】
まず、ロドコッカス属菌を公知の方法により培養する。ロドコッカス属菌は、効率的にセシウムを菌体内に取り込むことが知られているロドコッカス・エリスロポリス（Rhodococcus erythropolis）などを用いることができるが、処理条件などに合わせて適切な菌を選択すればよい。増殖期のロドコッカス属菌は培養工程において高密度に培養する。汚染水は、菌が増殖、生育することができる環境に調節工程において調節され、増殖期細胞と混合される（混合工程）。混合工程では菌が再び増殖できる条件を満たすように温度、ｐＨ、溶存酸素量等の培養条件の調整を行う。
【００４２】
次に、混合工程で混合された菌と汚染水はセシウム蓄積槽に移送され、ロドコッカス属菌体内にセシウムが蓄積される。また、生物膜にも多種のイオンが吸着する。セシウム蓄積槽では、攪拌装置で撹拌を行いながら高密度に培養した後、沈殿槽や分離膜などで分離しセシウム濃縮汚泥と中間処理水を分離することができる。また、セシウム蓄積槽に実施例１と同様に微生物付着担体を備え生物膜を付着させた後に剥落促進手段を用いて微生物付着担体から剥離し、中間処理水とセシウム濃縮汚泥に分離してもよい。
【００４３】
分離された中間処理水には、ストロンチウムをはじめとする金属イオンが含まれていることから、これを実施例１と同様にして処理を行う。具体的には、中間処理水は、調節工程でバチルス属菌の培養条件に適するように調節され、混合工程で栄養細胞と混合する。芽胞形成工程において、芽胞内にストロンチウムを取り込ませるとともに、生物膜に吸着させる。一定期間培養の後、最終処理水とストロンチウム濃縮汚泥とに分離する。ｐＨ、温度等を計測する計測器等は実施例１と同様に設置し、培養条件を調節すればよい。
【００４４】
また、ロドコッカス属菌によって、セシウムが除去された中間処理水は、必要があれば５０℃以上に加温し、中間処理水中に残存しているロドコッカス属菌を殺菌処理する。加温処理することによって、混合工程で混合されるバチルス属菌がロドコッカス属菌の影響を受けることはない。
【００４５】
実施例２で示すように、多段階の処理を行うことによって、高濃度に存在するとともに、環境への影響の大きい放射性セシウム、放射性ストロンチウムを非常に低濃度まで除去することができる。ここでは、まずロドコッカス属菌で処理し、次にバチルス属菌で処理する方法について示したが、順番を変えて処理を行ってもよいし、また、クロストリジウム属菌を用いて処理を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
微生物を用いて金属イオンを濃縮することから、低コストで迅速に汚染水処理を行うことができるだけではなく、吸着剤を用いて除去する方法と比較して発生する産業廃棄物も非常に少なくてすむ。原子力発電所の事故に伴い自然環境中に放出された放射性物質、また、原発施設の管理、制御によって排出された汚染水はもちろんのこと、工業廃水に含まれるストロンチウムをはじめとする金属イオンを効率良く除去することができる。
【図１】
2018126707.tif 000003
【図２】
2018126707.tif 000004
【図３】
2018126707.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月17日(2017.10.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芽胞形成細菌を用いた水処理装置であって、  芽胞形成細菌が生存できる環境に汚染水を調節する汚染水調節槽と、  投入した菌による生物膜及び芽胞を形成させる芽胞形成槽と、 前記芽胞形成槽のカルシウム濃度をモニターする装置と、  沈殿槽を備える水処理装置。
【請求項２】
芽胞形成細菌を栄養細胞として増殖させる培養槽及び／又は調節された汚染水と芽胞形成細菌の栄養細胞とを混合する混合槽を備えている請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
前記芽胞形成槽に微生物付着担体を備えている請求項１又は２記載の水処理装置。
【請求項４】
前記芽胞形成槽に剥落促進手段を備えている請求項１〜３いずれか１項記載の水処理装置。
【請求項５】
前記沈殿槽に放射線遮蔽壁を備えている請求項１〜４いずれか１項記載の水処理装置。
【請求項６】
さらに、セシウム蓄積菌を培養しセシウムを蓄積させるセシウム蓄積槽を前記芽胞形成槽の処理水流入側又は流出側に備えることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の水処理装置。
【請求項７】
汚染水処理方法であって、  芽胞形成細菌が生存できる環境に汚染水を調節する調節工程と、  芽胞形成細菌を混合する混合工程と、  生物膜の形成及び汚染水中のカルシウム濃度を管理して混合した菌にストロンチウムを蓄積した芽胞を形成させる芽胞形成工程と、  汚泥と処理水を分離する分離工程を備えている汚染水処理方法。
【請求項８】
前記芽胞形成工程の前工程又は後工程として  セシウム蓄積菌によりセシウムを菌体内に蓄積させるセシウム蓄積工程と  セシウム濃縮汚泥と処理水を分離する分離工程を備えている請求項７記載の汚染水処理方法。 
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】  本発明は、汚染水、特に放射性物質に汚染された水を処理する水処理装置、水処理方法に関する。（１）芽胞形成細菌を用いた水処理装置であって、芽胞形成細菌が生存できる環境に汚染水を調節する汚染水調節槽と、投入した菌による生物膜及び／又は芽胞を形成させる芽胞形成槽と、沈殿槽を備えている水処理装置。（２）芽胞形成細菌を栄養細胞として増殖させる培養槽及び／又は調節された汚染水と芽胞形成細菌の栄養細胞とを混合する混合槽を備えている（１）記載の水処理装置。（３）前記芽胞形成槽に微生物付着担体を備えている（１）又は（２）記載の水処理装置。（４）前記芽胞形成槽に剥落促進手段を備えている（１）〜（３）いずれか１つ記載の水処理装置。（５）前記沈殿槽に放射線遮蔽壁を備えている（１）〜（４）いずれか１つ記載の水処理装置。（６）さらに、セシウム蓄積菌を培養しセシウムを蓄積させるセシウム蓄積槽を備えることを特徴とする（１）〜（５）いずれか１つ記載の水処理装置。（７）汚染水処理方法であって、芽胞形成細菌が生存できる環境に汚染水を調節する調節工程と、芽胞形成細菌を混合する混合工程と、生物膜の形成及び/又は混合した菌の芽胞を形成させる芽胞形成工程と、汚泥と処理水を分離する分離工程を備えている汚染水処理方法。（８）セシウム蓄積菌によりセシウムを菌体内に蓄積させるセシウム蓄積工程とセシウム濃縮汚泥と処理水を分離する分離工程を備えている（７）記載の汚染水処理方法。