(57)【要約】【課題】分離膜の膜ファウリングを事前に検出して、活性汚泥装置の運転状況を適切に維持管理することが可能な膜ファウリング事前検出システム及び膜ファウリング事前検出方法を提供すること。【解決手段】本発明の膜ファウリング事前検出システムは、廃水及び活性汚泥が導入され、少なくとも前記活性汚泥と前記廃水の処理水とを固液分離する分離膜が配された膜分離槽を有する膜分離活性汚泥装置と、少なくとも前記膜分離活性汚泥装置中の前記活性汚泥から１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号１に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出可能とされる検出装置と、を含むことを特徴とする膜ファウリング事前検出システム。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水及び活性汚泥が導入され、少なくとも前記活性汚泥と前記廃水の処理水とを固液分離する分離膜が配された膜分離槽を有する膜分離活性汚泥装置と、
少なくとも前記膜分離活性汚泥装置中の前記活性汚泥から１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号１に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出可能とされる検出装置と、
を含むことを特徴とする膜ファウリング事前検出システム。
【請求項２】
検出装置が、更に１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号２に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出可能とされる請求項１に記載の膜ファウリング事前検出システム。
【請求項３】
検出装置が、更に１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号３に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出可能とされる請求項１から２のいずれかに記載の膜ファウリング事前検出システム。
【請求項４】
検出装置が、更に１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号４に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出可能とされる請求項１から３のいずれかに記載の膜ファウリング事前検出システム。
【請求項５】
検出装置が、更に１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号５に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出可能とされる請求項１から４のいずれかに記載の膜ファウリング事前検出システム。
【請求項６】
廃水及び活性汚泥が導入され、少なくとも前記活性汚泥と前記廃水の処理水とを固液分離する分離膜が配された膜分離槽を有する膜分離活性汚泥装置を用いて前記廃水を処理する際の前記膜のファウリングを事前検出する膜ファウリング事前検出方法であって、
少なくとも前記膜分離活性汚泥装置中の前記活性汚泥から１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号１に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出する検出工程を含むことを特徴とする膜ファウリング事前検出方法。
【請求項７】
検出工程が、更に１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号２に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出する工程である請求項６に記載の膜ファウリング事前検出方法。
【請求項８】
検出工程が、更に１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号３に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出する工程である請求項６から７のいずれかに記載の膜ファウリング事前検出方法。
【請求項９】
検出工程が、更に１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号４に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出する工程である請求項６から８のいずれかに記載の膜ファウリング事前検出方法。
【請求項１０】
検出工程が、更に１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号５に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出する工程である請求項６から９のいずれかに記載の膜ファウリング事前検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜分離活性汚泥法に用いられる分離膜の膜ファウリングを事前に検出可能な膜ファウリング事前検出システム及び膜ファウリング事前検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性排水の主要な処理方法として活性汚泥法が広く用いられているが、汚泥を沈殿させるために大きな施設面積を要する、維持管理が難しい、処理効率が乏しいなどの課題が挙げられる。
これを克服する方法として膜分離型活性汚泥法（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ；ＭＢＲ法）が開発され、普及が進んでいる。前記ＭＢＲ法では、活性汚泥反応槽内にＭＦ膜やＵＦ膜などを浸漬し、これを介して処理水の引き抜きを行う。
そのため、前記活性汚泥法と比較して汚泥と処理水の分離のための沈殿池を必要とせず省スペースであること、微生物が濃縮され活性汚泥が高濃度に維持できることから高効率な処理が可能であること、膜処理により水質が安定すること等の利点が挙げられる。
【０００３】
前記ＭＢＲ法の課題のひとつとして有機物画分や汚泥による分離膜の閉塞（膜ファウリング）が挙げられる。廃水成分中の糖やタンパク質が前記膜ファウリングと相関関係にあると報告されており（特許文献１，２参照）、前記膜ファウリングの主要因は、活性汚泥に含まれる微生物自体及びそれらが生産する菌体外多糖と考えられている。
しかしながら、こうした前記膜ファウリングを誘引する前記微生物が判明しておらず、前記膜ファウリングを事前に検出する手段としては、好適なものが存在していない状況である。
そのため、前記ＭＢＲ法では、定かな指標がないまま前記分離膜を頻繁に洗浄等して前記膜ファウリングを防止することとされ、前記膜ファウリングの発生を事前に検出して適切に維持管理することが困難であるとの問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０５２３６２号公報
【特許文献２】特開２０１３−０５２３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
こうした状況に対し、本発明者らは、鋭意検討の結果、前記膜ファウリングを誘引する微生物を特定することに成功した。こうした微生物と、該微生物の前記膜ファウリングが生じる際の存在量を決定することができれば、前記存在量を前記膜ファウリングが生ずるか否かの閾値として利用することができ、確実に前記膜ファウリングの発生を事前に検出することを期待できる。
【０００６】
本発明は、従来技術における前記諸問題を解決し、分離膜の膜ファウリングを事前に検出して、活性汚泥装置の運転状況を適切に維持管理することが可能な膜ファウリング事前検出システム及び膜ファウリング事前検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞  廃水及び活性汚泥が導入され、少なくとも前記活性汚泥と前記廃水の処理水とを固液分離する分離膜が配された膜分離槽を有する膜分離活性汚泥装置と、少なくとも前記膜分離活性汚泥装置中の前記活性汚泥から１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号１に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出可能とされる検出装置と、を含むことを特徴とする膜ファウリング事前検出システム。
＜２＞  検出装置が、更に１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号２に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出可能とされる前記＜１＞に記載の膜ファウリング事前検出システム。
＜３＞  検出装置が、更に１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号３に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出可能とされる前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の膜ファウリング事前検出システム。
＜４＞  検出装置が、更に１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号４に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出可能とされる前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の膜ファウリング事前検出システム。
＜５＞  検出装置が、更に１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号５に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出可能とされる前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の膜ファウリング事前検出システム。
＜６＞  廃水及び活性汚泥が導入され、少なくとも前記活性汚泥と前記廃水の処理水とを固液分離する分離膜が配された膜分離槽を有する膜分離活性汚泥装置を用いて前記廃水を処理する際の前記膜のファウリングを事前検出する膜ファウリング事前検出方法であって、少なくとも前記膜分離活性汚泥装置中の前記活性汚泥から１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号１に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出する検出工程を含むことを特徴とする膜ファウリング事前検出方法。
＜７＞  検出工程が、更に１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号２に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出する工程である前記＜６＞に記載の膜ファウリング事前検出方法。
＜８＞  検出工程が、更に１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号３に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出する工程である前記＜６＞から＜７＞のいずれかに記載の膜ファウリング事前検出方法。
＜９＞  検出工程が、更に１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号４に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出する工程である前記＜６＞から＜８＞のいずれかに記載の膜ファウリング事前検出方法。
＜１０＞  検出工程が、更に１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号５に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出する工程である前記＜６＞から＜９＞のいずれかに記載の膜ファウリング事前検出方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、従来技術における前記諸問題を解決することができ、分離膜の膜ファウリングを事前に検出して、活性汚泥装置の運転状況を適切に維持管理することが可能な膜ファウリング事前検出システム及び膜ファウリング事前検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に適用可能な膜分離活性汚泥装置の一例を示す図である。
【図２】実施例に係る膜分離活性汚泥装置の概略構成を示す説明図である。
【図３】検証運転期間における膜間差圧の推移を示す図である。
【図４】増加倍率が上位１位〜１０位であるＯＴＵ１〜１０の相対存在率の経日変化を示す図である。
【図５】増加倍率が上位１１位〜２０位であるＯＴＵ１１〜２０の相対存在率の経日変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（膜ファウリング事前検出システム）
本発明の膜ファウリング事前検出システムは、膜分離活性汚泥装置と、検出装置とを含み、必要に応じて、任意の装置を含み得る。
【００１１】
＜膜分離活性汚泥装置＞
前記膜分離活性汚泥装置は、廃水及び活性汚泥が導入され、少なくとも前記活性汚泥と前記廃水の処理水とを固液分離する膜が配された膜分離槽を有する。
【００１２】
前記廃水としては、特に制限はなく、し尿を含む下水や有機物を含む各種排水等が挙げられる。
また、前記活性汚泥としては、特に制限はなく、公知のＭＢＲ法に適用される任意の活性汚泥が含まれる。
【００１３】
前記膜分離槽としては、特に制限はなく、公知のＭＢＲ法に適用される膜分離槽と同様の構成とすることができる。
また、前記分離膜としては、特に制限はなく、公知のＭＢＲ法に適用される精密ろ過（ＭＦ）膜や限外ろ過（ＵＦ）膜等を用いることができる。
前記膜分離活性汚泥装置としては、こうした前記膜分離槽を有するものであれば、特に制限はないが、広く廃水処理に用いる観点から、公知のＭＢＲ法に準じて好気槽及び嫌気槽を有する構成とされることが好ましい。
【００１４】
前記好気槽としては、特に制限はなく、公知のＭＢＲ法に適用される好気槽と同様の構成とすることができ、例えば、底側に曝気ブロアが配される反応槽等により構成することができる。
【００１５】
前記嫌気槽としては、特に制限はなく、公知のＭＢＲ法に適用される嫌気槽と同様の構成とすることができる。ここで、本明細書において、前記嫌気槽とは、槽内に導入される廃水において、溶存酸素濃度が前記好気槽よりも低い領域を有する槽を示す。こうした前記嫌気槽としては、例えば、曝気ブロワを配さない構成の反応槽や、内部に前記廃水及び前記活性汚泥が流入可能である一方、気泡の流入が困難な多孔質性の筒状構造物が導入される反応槽等が挙げられる。
【００１６】
図１を参照しつつ、前記膜分離活性汚泥装置の概略構成を説明する。なお、この膜分離活性汚泥装置は、前記ＭＢＲ法に準じて構成される標準的な装置である。また、図１は、本発明に適用可能な前記膜分離活性汚泥装置の一例を示す説明図である。
【００１７】
膜分離活性汚泥装置１０は、嫌気槽１１と好気槽１３の２槽式反応槽で構成される。嫌気槽１１内には、撹拌機１２が配され、槽内に導入される前記廃水及び前記活性汚泥が撹拌可能とされる。また、好気槽１３は、底側に曝気ブロワ１４が接続され、槽内を好気的環境とすることが可能とされるとともに、膜分離ユニット１５により、前記廃水の浄化水と前記活性汚泥・前記微生物とを固液分離可能とされ、前記浄化水は、系外に排出可能とされる。なお、この好気槽１３は、槽内に膜分離ユニット１５が配され、前記膜分離槽の役割を兼ねる。また、嫌気槽１１及び好気槽１３は、通水可能に接続される。
【００１８】
嫌気槽１１から好気槽１３に前記廃水とともに流入する前記活性汚泥のうち、余剰分については、ポンプ１６により、系外に排出可能とされる。また、嫌気槽１１から好気槽１３に流入する前記活性汚泥は、ポンプ１７により好気槽１３から嫌気槽１１に一部が返送可能とされる。
【００１９】
膜分離ユニット１５は、前記分離膜を有して構成され、前記固液分離を行う。また、膜分離ユニット１５には、膜洗浄液槽１８が接続され、前記分離膜に膜ファウリングの発生を事前検出した際に、前記固液分離を停止し、ポンプ１９により引き込んだ膜洗浄液により前記分離膜を洗浄可能とされる。
【００２０】
嫌気槽１１に導入される前記廃水は、膜分離活性汚泥装置１０の処理性能に応じて、流量が事前に調整されることが好ましく、本例では、膜分離活性汚泥装置１０に流量調整装置５０が接続される。
流量調整装置５０は、微細目スクリーン５１と流量調整槽５２とを有し、前記廃水中の固形物を微細目スクリーン５１で除去した状態で前記廃水を流量調整槽５２で貯留する。流量調整槽５２では、撹拌機５３による撹拌が可能とされ、ポンプ５４により流量が調整された状態で前記廃水を膜分離活性汚泥装置１０の嫌気槽１１に送水可能とされる。
【００２１】
＜検出装置＞
次に、前記検出装置について説明する。
前記検出装置は、少なくとも前記膜分離活性汚泥装置中の前記活性汚泥から１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号１に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出可能とされる。更に、前記検出装置としては、前記１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号２〜２０に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出可能とされることが好ましい。これら配列番号１〜２０に記載の塩基配列に係る微生物は、後述の実施例において、前記分離膜の膜間差圧の上昇と連動して増加する微生物に係り、前記膜ファウリングを誘引する微生物である。中でも、後述の実施例で考察されるように、配列番号が若い順で前記微生物が前記膜ファウリングに強く関与することから、前記１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号２〜１０に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出可能とされることがより好ましく、前記１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号２〜５に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出可能とされることが特に好ましい。
本発明に係る膜ファウリング事前検出システムでは、前記膜ファウリングの発生が危惧される前記微生物の存在量を閾値として、前記検出装置により前記膜ファウリングの事前検出を行うことを技術の核とする。
また、検出対象には、前記配列番号１〜２０に記載の塩基配列に係る微生物に加え、前記１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が前記微生物の塩基配列に対して９７％以上の相同性を示す微生物を含む。
このような相同性を有する微生物は、下記参考文献１に記載されるように、同一の「種」であると考えられ、前記膜ファウリングを誘引するものと考えることができる。
参考文献１：P. Vandamme et al., Microbiological Reviews, 1996, p. 407-438
【００２２】
前記検出装置としては、前記微生物を検出可能な装置であれば、特に制限はないが、「次世代シークエンサ」と呼ばれる、高機能シークエンサを用いることが好ましい。
前記次世代シークエンサでは、前記配列番号１〜２０に記載の塩基配列を登録することで、前記微生物の同定及びその相同性検索を一度に大量に行うことができ、更に、短時間に行うことができる。
このような次世代シークエンサとしては、特に制限はないが、例えば、Ｉｌｌｕｍｉｎａ社製のＭｉＳｅｑ等を用いることができ、その検出としては、付属説明書に従って実施することができる。ただし、より正確かつ詳細な系統学的情報の取得には、ＰＣ及び解析用ソフトウエアを用いることが好ましい。なお、前記解析用ソフトウエアとしては、例えば、実施例の欄で後述する各種ソフトウエアを用いることができる。
【００２３】
前記微生物の存在量としては、特に制限はなく、前記膜ファウリングが発生する際の前記活性汚泥中に含まれる前記微生物の絶対存在量（ＭＬＳＳ；ｍｇ／Ｌ）を検出し、この絶対存在量を閾値として、その測定系に係る前記膜分離活性汚泥装置及び当該測定系以外の前記膜分離活性汚泥装置の維持管理に統一的に用いてもよいし、また、前記膜ファウリングが発生する際の前記活性汚泥中の全微生物における相対存在率（％）を存在量の指標として検出し、この相対存在率を閾値として、その測定系に係る前記膜分離活性汚泥装置の維持管理に用いてもよい。
なお、前記検出装置としては、検出する各存在量に合わせて構築することができ、前記相対存在率を検出する場合には、例えば、前記次世代シークエンサ、前記ＰＣ、前記解析用ソフトウエア等で構築することができ、前記絶対存在量を検出する場合には、例えば、これらに加えて、廃水中のＭＬＳＳを測定するＭＬＳＳ測定器等で構築することができる。
【００２４】
（膜ファウリング事前検出方法）
本発明の膜ファウリング事前検出方法は、膜分離活性汚泥装置を用いて前記廃水を処理する際の前記膜のファウリングを事前検出する膜ファウリング事前検出方法であって、微生物の存在量を検出する検出工程を含む。
【００２５】
＜膜分離活性汚泥装置＞
前記膜分離活性汚泥装置は、廃水及び活性汚泥が導入され、少なくとも前記活性汚泥と前記廃水の処理水とを固液分離する分離膜が配された膜分離槽を有して構成される。
具体的な内容については、本発明の前記膜ファウリング事前検出システムにおける前記膜分離活性汚泥装置と同様であるため、説明を省略する。
【００２６】
＜検出工程＞
前記検出工程は、少なくとも前記膜分離活性汚泥装置中の前記廃水から１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号１に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出する工程する工程であり、更に、前記１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列が配列番号２〜２０に記載の塩基配列と９７％以上の相同性を示す微生物の存在量を検出する工程であることが好ましい。
なお、前記検出工程の実施方法としては、特に制限はなく、本発明の前記膜ファウリング事前検出システムにおける前記検出装置を用いて実施することができる。
【実施例】
【００２７】
実験用ＭＢＲ装置として作製した実施例に係る膜分離活性汚泥装置を用いて膜ファウリング事前検出に対する検証を行った。実施例に係る膜分離活性汚泥装置の概略構成を図２に示す。
該図２に示すように、膜分離活性汚泥装置１００は、好気槽１０１、嫌気槽１０２及び膜分離槽１０３を有する３槽式のＭＢＲ装置であり、各槽は、それぞれ９１Ｌ、８０Ｌ、５７Ｌの容量であり、ポリカーボネートで形成される。
【００２８】
ここで、活性汚泥としては、茨城県県西流域下水道事務所のきぬアクアステーションから分譲された標準活性汚泥を用いた。
また、廃水としては、有機性の人工下水を用いた。この人工下水には、下水成分として、５．３０ｇ／ＬのＣＨ３ＣＯＯＮａ、０．７５１ｇ／ＬのＮＨ４Ｃｌ、０．２１７ｇ／ＬのＫＨ２ＰＯ４、１．４１ｇ／ＬのＰｅｐｔｏｎｅ、１．５７ｍｇ／ＬのＦｅＣｌ３・６Ｈ２Ｏ、３．１３ｍｇ／ＬのＣａＣｌ２、３．１３ｍｇ／ＬのＭｇＳＯ４、３．１３ｍｇ／ＬのＫＣｌ、及び３．１３ｍｇ／ＬのＮａＣｌが含まれる。
【００２９】
系外から好気槽１０１に前記人工下水及び前記標準活性汚泥が導入される。好気槽１０１には、曝気ブロワ（不図示）が接続され、槽内が好気的環境に調整される。
好気槽１０１に導入された前記人工下水は、接続部１０４を介して好気槽１０１内の前記標準活性汚泥の一部とともに嫌気槽１０２に導入される。嫌気槽１０２には、微生物担持体を収容させた円筒状の中空容器（不図示）が設置される。この中空容器の表面には、直径数ｍｍの孔が全体に開けられており、内部に前記標準活性汚泥及び前記人工下水が流入可能とされる一方で、内部に気泡が流入しにくく、内部に嫌気的な環境が形成される。また、前記微生物担持体としては、微生物が定着する足場として軽石様の多孔質材を用いた。
【００３０】
嫌気槽１０２に導入された前記人工下水は、接続部１０５を介して嫌気槽１０２内の前記標準活性汚泥の一部とともに膜分離槽１０３に導入される。膜分離槽１０３には、前記標準活性汚泥と前記人工下水とを分離する膜分離ユニット１０６が配される。膜分離ユニット１０６は、前記標準活性汚泥と前記人工下水とをろ別する分離膜を４枚有する。ここでは、前記分離膜として、１５０ｍｍ×３００ｍｍのＰＡＮ（ポリアクリロトニトリル）製の扁平で袋状の平膜（阿波製紙社製、孔径０．０７μｍ）を用い、この分離膜は、袋外から袋内に水を引き入れることで前記ろ別を行い、ろ過液を浄化水として系外に排出可能とされる。また、前記ろ別された前記標準活性汚泥は、前記人工下水の一部とともに、膜分離槽１０３に接続されたポンプ（不図示）により、好気槽に返送される。
【００３１】
このように構成される膜分離活性汚泥装置１００に対し、前記人工下水の系内への流入速度、前記浄化水の系外への流出速度、及び、膜分離槽１０３から好気槽１０１への前記標準活性汚泥を含む前記人工下水の返送速度を全て１１５Ｌ／ｄａｙに設定して膜分離活性汚泥装置１００内における前記人工下水の水理学的滞留時間（ＨＲＴ）を２日として運転させた。また、運転期間中、前記曝気ブロワにより前記標準活性汚泥を恒常的に曝気させることとした。
【００３２】
また、本実施例では、前記条件で膜分離活性汚泥装置１００の定常運転を行った後、植物油（オリーブオイル）を添加して槽内の有機物負荷を上昇させ、前記分離膜の膜ファウリング（閉塞）を誘導し、その後、前記定常運転と同条件で継続して１２日間の検証運転を行うことで、前記分離膜の膜ファウリング状態を検証した。なお、後述の検証運転０日目とは、検証運転開始した当日を指す。
【００３３】
本実施例に関し、物理化学的パラメータとして、前記分離膜における膜間差圧、前記人工下水のＭＬＳＳ（Ｍｉｘｅｄ  Ｌｉｑｕｏｒ  Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  Ｓｏｌｉｄｓ）、温度及びｐＨ、並びに、前記人工下水及び前記浄化水の水質を測定し、膜分離活性汚泥装置１００の運転状況に応じた前記物理化学的パラメータの変化を観察した。
ここで、前記膜間差圧は、電子式デジタル圧力計（長野計器社製、Ｂ０４−０９−Ｇ）を前記分離膜の１つに取付け、この分離膜の膜内外の差圧を測定して行った。
また、前記ＭＬＳＳの測定は、ＭＬＳＳ測定器（飯島電子工業社製、ＩＭ−５０Ｐ）を用い、汚泥界面から３０ｃｍ付近の前記人工下水に対して行った。
また、前記温度及び前記ｐＨの各測定は、ｐＨ測定器（ＨＯＲＩＢＡ社製、Ｄ−５５）を用い、前記汚泥界面から３０ｃｍ付近の前記人工下水に対して行った。
また、前記人工下水の水質の測定は、遠心分離機（ＴＯＭＹ社製、ＭＸ−３０７）により、前記標準活性汚泥から固液分離された上清部分に対し、過マンガン酸カリウム酸性法（ＣＯＤ−Ｍｎ）により、前記上清部分中のＣＯＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｄｅｍａｎｄ）を測定し、これを指標として行った。
また、前記浄化水の水質の測定は、前記過マンガン酸カリウム酸性法により、前記浄化水中の前記ＣＯＤを測定し、これを指標として行った。
これらの測定は、１２日間の前記検証運転期間中、運転０日目、１日目、６日目、１２日目の４時点で行った。
【００３４】
前記４時点における前記標準活性汚泥を採取し、次世代シークエンサ（Ｉｌｌｕｍｉｎａ社製、ＭｉＳｅｑ）を用いて前記標準活性汚泥に対する微生物叢解析を行った。
ここで、前記次世代シークエンサでの前記微生物叢解析は、以下の手順で行った。
先ず、遠心分離により得た前記標準活性汚泥の汚泥サンプル（遠心沈殿物）に対して、平均粒子径が０．１ｍｍのジルコニアとシリカの混合ビーズ（Ｚｉｒｃｏｎｉａ／Ｓｉｌｉｃａ  Ｂｅａｄｓ）を加えた状態で、ビーズビータ（バイオメディカルサイエンス社製、Ｓｈａｋｅ  Ｍａｓｔｅｒ）に供し、前記汚泥サンプルに含まれる前記微生物の細胞を破砕する。
次いで、得られた細胞破砕液から、フェノール・クロロホルム抽出法により染色体ＤＮＡを抽出・精製する。
次いで、前記染色体ＤＮＡの１６Ｓ  ｒＲＮＡをターゲットにしたユニバーサルプライマーを基に、Ｉｌｌｕｍｉｎａ社製のＭｉＳｅｑ用のバーコード配列等を付加した下記参考文献２に記載のプライマーを用いて、ＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）法による前記１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の増幅を行った。
参考文献２：J Gregory Caporaso et al., The ISME Journal (2012) 6, 1621-1624)
【００３５】
得られたＰＣＲ増幅産物をＡＭＰｕｒｅ磁気ビーズ（Ｂｅｃｋｍａｎｎ  ｃｏｕｌｔｅｒ社製、Ａ６３８８１）及び精製用マグネットスタンド（Ｂｅｃｋｍａｎｎ  ｃｏｕｌｔｅｒ社製、Ａ３２７８２）を用いて未反応のプライマー及びプライマーダイマーを除去し、次いで、得られた精製産物をアガロースゲル電気泳動により分画し、スピンカラム（Ｐｒｏｍｅｇａ社製、Ｗｉｚａｒｄ  ＳＶ  Ｇｅｌ  ａｎｄ  ＰＣＲ  Ｃｌｅａｎ−ｕｐ  Ｓｙｓｔｅｍ）を用いて目的の断片長を有するＰＣＲ増幅産物のみを精製した。
次いで、前記ＤＮＡサンプルにおけるＤＮＡ濃度をＤＮＡ染色用蛍光試薬キットＱｕａｎｔ−ｉＴ  ＰｉｃｏＧｒｅｅｎ  ｄｓＤＮＡ  Ａｓｓａｙ  Ｋｉｔ（Ｔｈｅｒｍｏ  ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ製、Ｐ１１４９６）及び微量用蛍光スペクトロメータ（Ｔｈｅｒｍｏ  ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ製、ＮａｎｏＤｒｏｐ  ３３００）を用いて定量し、必要量をＭｉＳｅｑ  Ｒｅａｇｅｎｔ  Ｋｉｔｓ  ｖ２  （Ｉｌｌｕｍｉｎａ社製、ＭＳ−１０２−２００３）に供し、前記次世代シークエンサによるＤＮＡ配列解析を行った。
その結果、前記ＤＮＡサンプルのそれぞれから５０，０００〜１００，０００  ｒｅａｄｓ程度の配列データが取得された。
取得された前記配列データについて、ソフトウエアｅａ−ｕｔｉｌｓ−１．１．２−３０１（インターネット上で入手可能なフリーソフト）を用いて遺伝子配列情報の連結を行い、更に、ソフトウエアＭｏｔｈｕｒ  ｖｅｒｓｉｏｎ  １．３１．２  を用いてキメラ配列を除去した後、ソフトウエアＱＩＩＭＥ  ｖｅｒｓｉｏｎ  １．６．０により遺伝子配列の系統学的解析を行い、各微生物種の相対存在率の増減と前記物理化学的パラメータとの関係性を考察した。なお、ソフトウエアＭｏｔｈｕｒ  ｖｅｒｓｉｏｎ  １．３１．２の詳細については、下記参考文献３を参照でき、ソフトウエアＱＩＩＭＥ  ｖｅｒｓｉｏｎ  １．６．０に詳細ついては、下記参考文献４を参照することができる。
参考文献３：Schloss P. D et al., Appl. Environ. Microbiol (2009) 75, 7537-7541.
参考文献４：Caporaso J. G et al., Nat. Methods (2010) 7, 335-336.
【００３６】
＜考察結果＞
以下、考察結果について説明をする。
膜分離活性汚泥装置１００の運転期間中、嫌気槽１０２における前記人工下水の温度は、２９．６℃〜３３．３℃の間を推移し、ｐＨは、８．５４〜８．８７の間を推移し、ＭＬＳＳは、８，４００ｍｇ／Ｌ〜１５，３００ｍｇ／Ｌの間を推移した。また、前記浄化水のＣＯＤ−Ｍｎは、３６．０ｐｐｍ〜５５．０ｐｐｍの間を推移し、一般的なＭＢＲ装置の処理状況と変わらず、膜分離活性汚泥装置１００による処理状況が良好であったことを確認した。
また、膜分離活性汚泥装置１００の前記定常運転期間中、膜間差圧の上昇は、確認されなかった。
【００３７】
１２日間の検証運転においては、運転０日目から膜間差圧が急激に上昇し、運転１２日目には、３９ｋＰａに達した。また、膜間差圧の上昇とともに前記浄化水の系外への排出量が減少し、その速度は、運転開始０日目の１１５Ｌ／Ｄａｙ（ＨＲＴ：２日）から６５Ｌ／Ｄａｙ（ＨＲＴ：３．５日）に低下した。この１２日間の検証運転期間中の膜間差圧の推移を図３に示す。
【００３８】
この１２日間の微生物群集構造の変遷を観察するため、前述の通り、前記標準活性汚泥を前記次世代シークエンサによる解析に供し、前記微生物群集の系統分類を行った。
その結果、この期間中に幾つかの前記微生物種の相対存在率が急激に増加していることが分かった。
次に、この０日目と１２日目の相対存在率を比較することで増加倍率を算出した。
前記検証運転期間を通して増加傾向にあり、かつ、前記検証運転後、槽から引き上げた前記分離膜上に存在するとの条件のもと、前記増加倍率が上位２０位に入った前記微生物種のＯＴＵ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  Ｔａｘｏｎｏｍｉｃ  Ｕｎｉｔ）１〜２０の相対存在率の推移を図４及び図５に示す。なお、図４及び図５に示すＯＴＵ１〜２０は、前記増加倍率が高い順に番号付られ、また、これらの番号は、配列番号１〜２０における番号と共通する。即ち、これらの番号は、共通番号として、例えば、ＯＴＵ“１”の微生物種は、配列番号“１”に記載される、１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列を有する微生物種であり、ＯＴＵ“２”の微生物種は、配列番号“２”に記載される、１６Ｓ  ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列を有する微生物種であることを示している。また、図４は、前記増加倍率が上位１位〜１０位であるＯＴＵ１〜１０の相対存在率の経日変化を示す図であり、図５は、前記増加倍率が上位１１位〜２０位であるＯＴＵ１１〜２０の相対存在率の経日変化を示す図であり、それぞれの図において、左側欄において点線で囲まれた領域を右側欄で拡大して示している。
また、これらＯＴＵ１〜２０の近縁種情報、系統分類情報等を下記表１及び表２に示す。
【００３９】
【表１】
2015226895.tif 000003
【表２】
2015226895.tif 000004
【００４０】
ＯＴＵ１〜２０までの微生物種は、膜間差圧の上昇と連動して増加するように推移することから、膜ファウリングを誘引する指標微生物として捉えることができる。
本実施例では、運転６日目以降に膜間差圧の上昇により急激に排水量が減少したことから、ＯＴＵ１〜２０の運転６日目における相対存在率をファウリングのない安定運転の閾値と考えることができる。なお、運転６日目における、具体的なＯＴＵ１〜２０の相対存在率は、次の通りであった。ここで、前記相対存在率は、全ＯＴＵの微生物数に占める各ＯＴＵの微生物数の存在割合を算出したものに係る。また、運転６日目におけるＭＬＳＳ（１０，４００ｍｇ／Ｌ）を全体の微生物量として、該ＭＬＳＳ及び前記相対存在率をもとに算出した、具体的なＯＴＵ１〜２０の絶対存在量をカッコ内に併記する。
ＯＴＵ  １；１．９８９４７％（２０６．９０５１３ｍｇ／Ｌ）
ＯＴＵ  ２；０．０９５８６％（９．９６９２２ｍｇ／Ｌ）
ＯＴＵ  ３；０．７５８４５％（７８．８７９３０ｍｇ／Ｌ）
ＯＴＵ  ４；０．０３３６３％（３．４９７９７ｍｇ／Ｌ）
ＯＴＵ  ５；０．０３１９５％（３．３２３０７ｍｇ／Ｌ）
ＯＴＵ  ６；０．６４０７３％（６６．６３６３９ｍｇ／Ｌ）
ＯＴＵ  ７；０．０７４００％（７．６９５５４ｍｇ／Ｌ）
ＯＴＵ  ８；０．１５８０８％（１６．４４０４７ｍｇ／Ｌ）
ＯＴＵ  ９；０．０２１８６％（２．２７３６８ｍｇ／Ｌ）
ＯＴＵ１０；０．０４３７２％（４．５４７３６ｍｇ／Ｌ）
ＯＴＵ１１；０．００５０５％（０．５２４６９ｍｇ／Ｌ）
ＯＴＵ１２；０．２０１８１％（２０．９８７８４ｍｇ／Ｌ）
ＯＴＵ１３；０．００３３６％（０．３４９７９ｍｇ／Ｌ）
ＯＴＵ１４；０．０３０２７％（３．１４８１７ｍｇ／Ｌ）
ＯＴＵ１５；０．０４２０４％（４．３７２４６ｍｇ／Ｌ）
ＯＴＵ１６；０．２７５８０％（２８．６８３３８ｍｇ／Ｌ）
ＯＴＵ１７；０．０５５５０％（５．７７１６５ｍｇ／Ｌ）
ＯＴＵ１８；０．００５０５％（０．５２４６９ｍｇ／Ｌ）
ＯＴＵ１９；０．００８４１％（０．８７４４９ｍｇ／Ｌ）
ＯＴＵ２０；１．３５７１５％（１４１．１４３２３ｍｇ／Ｌ）
【００４１】
本実施例における系では、これらの閾値を利用して膜分離活性汚泥装置１００の運転状況を管理することで、前記分離膜の洗浄時期をコントロールすることができ、また、槽内のＯＴＵ１〜２０の相対存在率を前記閾値以下に抑えることにより、膜ファウリングがない安定運転を達成することが可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０，１００    膜分離活性汚泥装置
１１，１０２    嫌気槽
１２，５３      撹拌機
１３，１０１    好気槽
１４      曝気ブロワ
１５，１０６    膜分離ユニット
１６，１７，１９，５４    ポンプ
１８      膜洗浄液槽
５０      流量調整装置
５１      微細目スクリーン
５２      流量調整槽
１０３      膜分離槽
１０４，１０５  接続部
【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】
2015226895.tif 000009
【配列表】
2015226895000001.app