(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合微生物ＢＭ−Ｓ−１（寄託番号ＫＣＴＣ１１７８９ＢＰ）０．０１〜１重量％、粉末もみ殻０．１〜１重量％、粉末ピートモス０．１〜１重量％、糖蜜１〜５重量％、シイタケ廃ホダ木オガ粉０．０１〜１重量％、および水９２〜９８重量％を混合した混合物を１５℃〜２８℃に維持して複合微生物液剤を製造する段階と、
培養原料５０〜９５重量％と前記複合微生物液剤５〜５０重量％とを混合して構成する混合原料製造段階と、
６５℃〜８５℃の高温条件下で、前記混合原料１００重量部に対して混合微生物（ＢＭ−Ｓ−１）０．０１〜１重量部を接種する高温接種段階と、
前記高温接種された混合原料を培養する培養段階と、
前記培養された混合原料を乾燥させる乾燥段階と、
前記乾燥した混合原料を液剤状態で培養する微生物原液製造段階と、
前記微生物原液製造段階を経た微生物原液を廃水に投入するために微生物の個体数を増殖させ、活性化させる微生物活性段階と、を含んでなることを特徴とする難分解性廃水の生物学的処理方法。
【請求項２】
前記廃水は、畜産糞尿、皮革廃水および難分解性廃水の中から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の難分解性廃水の生物学的処理方法。
【請求項３】
前記微生物原液は、炭水化物培地に固定された形態であることを特徴とする請求項１に記載の難分解性廃水の生物学的処理方法。
【請求項４】
混合微生物ＢＭ−Ｓ−１（寄託番号ＫＣＴＣ１１７８９ＢＰ）０．０１〜１重量％、粉末もみ殻０．１〜１重量％、粉末ピートモス０．１〜１重量％、糖蜜１〜５重量％、シイタケ廃ホダ木オガ粉０．０１〜１重量％、および水９２〜９８重量％を混合して製造され、廃水処理に用いられることを特徴とする廃水処理剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水、廃水、皮革廃水および畜産糞尿の生物学的処理方法に関し、特に、難分解性廃水を物理・化学的前処理を経ることなく生物学的に処理できるようにするのは、廃水処理過程から発生する各種悪臭およびスラッジの発生も低減できるようにする、難分解性廃水の生物学的処理方法および廃水処理剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、高濃度難分解性廃水を排出する産業は、多様な水生態環境の水質を汚染させる原因となっている。特に、高濃度難分解性廃水排出業者の中でも、畜産農家は、大部分が零細で、広い水生態環境と接する上水源地域に密集しているため、その深刻性が一層大きいといえる。さらに、畜産農家は畜産糞尿処理の際に多量のスラッジ（水や油などに混合された不純物が底部に沈殿したものをいう）を発生する。よって、このスラッジを処理する費用の増加により、畜産糞尿処理は畜産農家の運営に深刻な問題として台頭してきている。
【０００３】
また、代表的な高濃度難分解性廃水の一つである皮革製造会社から発生する皮革廃水の場合は、各種有機物や残存化学薬品、重金属などが混在する高濃度難分解性廃水であって、全世界的に物理・化学的処理方法のみで処理し、生物学的処理方法は単に補助的な役割としてのみ用いられている趨勢にある。
【０００４】
韓国では、現在まで、皮革廃水の場合、Ｔ−Ｎ排出許容基準６０ｍｇ／ＬとＣＯＤ排出許容基準９０ｍｇ／Ｌは非常に厳しく管理してきた。ところが、現存する技術では排出許容基準を充足させるのが殆ど不可能な水準と判断し、２００４年には環境部で一部の原皮加工施設に限って制限的にＴ−Ｎ排出許容基準を２００ｍｇ／Ｌに緩和したことがあり、２０１０年８月現在も排出許容基準を緩和してほそいという業界の建議が相次いでいる。
【０００５】
すなわち、現在までの技術ではこのような難分解性特定廃水の処理において満足できる処理水準を達成しておらず、かつ、これらの廃水は生物学的処理に適さないという判断のため、物理・化学的前処理を行った後、生物学的処理を施しており、多量の化学処理沈殿によるスラッジが発生する場合が大部分である。また、処理過程中に発生する激しい悪臭問題と共に、スラッジ処理における困難さがあるから、これについての根本的な対策と効果的な処理方法の開発が至急求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、その目的は、畜産糞尿や皮革廃水などの高濃度難分解性廃水の生物学的処理可能性を提示することができると共に、廃水処理過程から発生するスラッジを低減することができるようにした、難分解推廃水の生物学的処理方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、畜産糞尿や皮革廃水などの高濃度難分解性廃水を処理する廃水処理剤を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、混合微生物ＢＭ−Ｓ−１（寄託番号ＫＣＴＣ１１７８９ＢＰ）０．０１〜１重量％、粉末もみ殻０．１〜１重量％、粉末ピートモス０．１〜１重量％、糖蜜１〜５重量％、シイタケ廃ホダ木オガ粉０．０１〜１重量％、および水９２〜９８重量％を混合した混合物を１５℃〜２８℃に維持して複合微生物液剤を製造する段階と、培養原料５０〜９５重量％および前記複合微生物液剤５〜５０重量％を混合して構成する混合原料製造段階と、６５℃〜８５℃の高温条件下で、前記混合原料１００重量部に対して混合微生物（ＢＭ−Ｓ−１）０．０１〜１重量部を接種する高温接種段階と、前記高温接種された混合原料を培養する培養段階と、前記培養された混合原料を乾燥させる乾燥段階と、前記乾燥した混合原料を液剤状態で培養する微生物原液製造段階と、前記微生物原液製造段階を経た微生物原液を廃水に投入するために微生物の個体数を増殖させ、活性化させる微生物活性段階とを含んでなる、難分解性廃水の生物学的処理方法を提供する。
好適な実施例によれば、前記廃水は畜産糞尿、皮革廃水および難分解性廃水の中から選ばれ、前記微生物原液は炭水化物培地に固定された形態である。
【０００８】
本発明の好適な実施例に係る廃水処理剤は、混合微生物ＢＭ−Ｓ−１（寄託番号ＫＣＴＣ１１７８９ＢＰ）０．０１〜１重量％、粉末もみ殻０．１〜１重量％、粉末ピートモス０．１〜１重量％、糖蜜１〜５重量％、シイタケ廃ホダ木オガ粉０．０１〜１重量％、および水９２〜９８重量％を混合して製造される。
【発明の効果】
【０００９】
上述したような構成の本発明によれば、次の効果を期待することができる。
【００１０】
まず、高濃度かつ難分解性の畜産糞尿と皮革廃水への純生物学的処理のみでも、既存の物理・化学的処理工法に比べて、処理効率に優れるうえ、悪臭およびスラッジの発生を著しく減少させる効果が発揮される。
それだけでなく、農家や企業の環境負担金を低減して生産コストをダウンさせることができる効果も発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の好適な実施例によって難分解性廃水の生物学的処理を示す順序図である。
【図２】本発明の好適な実施例によって難分解性廃水の生物学的処理のための構成例である。
【図３】本発明の実験例１に係るＴ−Ｎ測定値の図式化された図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明をより詳細に説明する。
【００１３】
本発明は、一般下水汚水とは異なり、汚染の程度が激しくかつ難分解性物質が多量含有された皮革廃水や畜産糞尿などを効率よく浄化するための生物学的処理方法である。
【００１４】
まず、本発明で使用される混合微生物（ＢＭ−Ｓ−１）は、韓国生命工学研究院微生物資源センターを寄託機関として２０１０年１０月２０日に寄託番号第ＫＣＴＣ１１７８９ＢＰで寄託されている。前記混合微生物（ＢＭ−Ｓ−１）を分離同定した結果、Prevotellaceae_uc_s、Lactobacillus_uc、Lactobacillusparabuchneri、 Lactobacillaceae_uc_s、 Lactobacillus paracasei、Lactobacillusparafarraginis、Lactobacilluscamelliae、Lactobacillusmanihotivorans、Acetobacterlovaniensis、Ethanoligenens_uc、Veillonellaceae_uc_s、Lactobacillussimilis、LactobacillusharbinensisおよびRhodospirillales_uc_sを含む１３０余種の多様な細菌（表１を参照）、並びに酵母(Candida boidinii)から構成されていることを確認した。
下記表１はピロシーケンス(Pyrosequencing)分析による混合微生物（ＢＭ−Ｓ−１）の種の分布を示す表である。
【００１５】
【表１】
0005819442.tif 000002
【００１６】
ここで、Lactobacillus_sp.は、周囲環境を酸性条件にし、或いは過酸化水素を発生させ、病原性微生物などの有害な微生物の生長を抑制する。環境では、主に分解される植物の残滓に棲息してヒトまたは動物の腸にも存在しながらプロバイオティック(probiotic)活性を示す。Rhodospirillales目にはAcetobacteraceaeとRhodospirillaceaeに分けられるが、Acetobacteraceaeには表１に提示されたAcetobacter lovaniensisが属し、この種はアルコールから酢酸を形成する好気性であって、多様な植物（キビ、サツマイモ、コーヒー、茶、バナナなど）の根部、茎部、葉などの部分に棲息する。
【００１７】
また、Rhodospirillaceaeには紫色非硫黄細菌および緑色非硫黄細菌が属するが、これらは本微生物製剤に存在する乳酸菌(Lactobacillus sp.)、酢酸菌(Acetobacter sp.)およびその他の嫌気性菌(Ethanoligenens sp.)が生成する様々な有機酸またはエタノールを用いて成長させ、或いは光合成過程を介してＣＯ２を固定して、有機物に汚染した廃水を浄化する主な役目をするものと思われる。Prevotellaceaeは、本製剤に相当な密度で存在するものであって、正常的な温血動物（ヒトや動物など）の腸に主に存在しながら糖をコハク酸または酢酸に変換させる役目をし、かつ有機物の迅速な分解に寄与するものと判断される。また、本研究で分離された優占種酵母はCandida boidiniiと同定された。これはビタミンやアミノ酸などの生理活性物質を作って前記混合微生物（ＢＭ−Ｓ−１）の成長と有機物の分解に寄与するものと推測される。
このような混合微生物（ＢＭ−Ｓ−１）の分離過程は次のとおりである。
【００１８】
土壌試料（竹腐葉土、反芻胃内不消化物、広葉樹腐葉土）を採取して８０〜１２０ｍｅｓｈに粉砕した培地（米糠、もみ殻、オガクズ、卵殻、貝殻、ピートモス）に混合して水分活性度が４０〜６０％となるようにして９０日間半日陰状態の土壌上で培養する。
【００１９】
米糠１０重量％、もみ殻４０重量％、ピートモス２５重量％およびオガクズ２５重量％を混合した培地を水分活性度６０％に調節した後、ここに全体培地１００重量部に対し、前記培養過程を経た試料０．０１重量部を接種して温度８０〜９０℃で４時間回転発酵させた後、さらに３週間後発酵させて水分濃度８％以下の粉末状の混合微生物を製造した。このように分離されて本発明に使用される微生物（ＢＭ−Ｓ−１）は、韓国生命工学研究院微生物資源センターを寄託機関として、混合菌株（ＢＭ−Ｓ−１）（寄託番号：ＫＣＴＣ１１７８９Ｐ）：寄託日付２０１０年１０月２０日）で寄託されている。
【００２０】
このように分離された複合微生物（ＢＭ−Ｓ−１）を用いた難分解性廃水の生物学的処理工程は、複合微生物液剤製造段階、混合原料製造段階、高温接種段階、培養段階、乾燥段階、微生物原液製造段階、および微生物活性化段階を含んでなる。
【００２１】
まず、前記複合微生物液剤製造段階は、混合微生物ＢＭ−Ｓ−１（寄託番号ＫＣＴＣ１１７８９ＢＰ）０．０１〜１重量％、粉末もみ殻０．１〜１重量％、粉末ピートモス０．１〜１重量％、糖蜜１〜５重量％、シイタケ廃ホダ木オガ粉０．０１〜１重量％および水９２〜９８重量％を混合した混合物を１５〜２８℃に維持して６〜８×１０３Ｌ／ｍｉｎの空気を２〜４日間投入しながら（曝気過程）行い、２〜４日間曝気過程を中断する。このような曝気過程と中断過程を１８〜３６日間繰り返し行って培養し、複合微生物液剤を製造した。前記曝気などの条件は本発明者の研究によって得られた最適化結果であり、前記培養条件に多少の変形を加え得るが、それらの変形が本発明の権利範囲を外れないものと判断される。
【００２２】
このような複合微生物液剤を製造した後には、予備発酵されたピートモスともみ殻よりなる群から選ばれた１種以上の培養原料５０〜９５重量％および前記複合微生物液剤５〜５０重量％から構成された混合原料を製造する。
混合原料１００重量部に対して混合微生物（ＢＭ−Ｓ−１）０．０１〜１重量部を接種する高温接種段階を行う。
【００２３】
本発明の微生物製剤は、培養原料として、比較的求め易くてコスト負担が少ないもみ殻やピートモスを含む。ここに、林産物副産物、農産物副産物または生ゴミなどを使用することができる。前記培養原料は、前記もみ殻、ピートモス、林産物副産物、および農産物副産物を単独でまたは組み合わせて使用しても構わないが、予め８０〜１６０メッシュ程度に粉砕して予備発酵させ、粉末状として使用することが好ましい。
前記混合および粉砕された原料を回転培養機に入れて微生物の発酵に適切な環境を保つために水分を調節した後、土壌複合種菌（ＢＭ−Ｓ−１）を接種する。
【００２４】
前記複合種菌は、季節的・環境的多様性が存在する土壌の微生物相を人為的な濾過なしでそのまま採取し、炭水化物培地上で６〜９ヶ月間環境適応過程を経ながら有害性を除去して粉末状に製造することができる。
本発明に係る微生物製剤の製造の際には、前記混合種菌（ＢＭ−Ｓ−１）を混合原料の総重量１００重量部に対して０．０１〜１重量部接種することが好ましい。
【００２５】
前記混合原料を６５℃〜８５℃で４〜６時間接種させる高温接種段階を経る。通常の微生物接種は２０℃〜４０℃の範囲で行われることが一般的であることを考慮すると、本発明は高温の条件で行われることが分かる。特に、本発明の一実施例では、前記土壌複合種菌が接種された培養原料は６５℃〜８５℃で４〜６時間６０〜１８０ｒｐｍ／ｍｉｎの速度で攪拌する。これは培地成分の熱変性を誘導して土壌微生物の増殖を誘導するために６５℃以上で行うが、本発明に係る土壌微生物複合菌の活性度を誘導するために８５℃以下で行うのである。
【００２６】
また、このように高温接種を選択した理由は、２０℃〜４０℃の中低温培養と６５℃〜８５℃の高温培養による土壌菌株の多様性を比較したところ、中低温性培養に比べて高温培養で菌株の多様性が３〜５倍程度の違いを有するためである。
【００２７】
前記高温接種段階の後、選択的に前記培養された混合原料を室温まで自然冷却した後、通気性のある多孔性容器に投入し、２８〜４５日間培養させて乾燥させる。この際、１２０メッシュ以下に粉砕して水和力（水分親和力）を最大限増加させて微細粉末状の高水和力の微生物パウダー製品を製造することができる。また、前記複合微生物液剤１３〜１６重量部を後発酵済みの粉末状に添加して成形機を用いて担体化する成形段階をさらに含むことができる。
【００２８】
乾燥または粉砕過程を経て粉末状に製造することもできるが、必要に応じて、選択的に成形過程を経ることができるから、成形のために水分を供給する。前記成形過程は、特別な制限はなく、本発明の一実施例では培養された微生物製剤をペレット状に加工する場合、時間当たり５００〜７００ｋｇ処理容量の成形機を用いて成形した。
【００２９】
すなわち、前記培養または成形段階の後には、前記培養された微生物製剤を後発酵させる熟成段階を行うこともできる。そして、乾燥段階は、微生物の熱変性のおそれがない範囲で公知の乾燥方法のいずれも使用可能であり、特に制限はない。本発明の一実施例では４０℃〜６０℃の範囲で熱風乾燥を行った。
【００３０】
そして、本発明は、前記乾燥した混合原料を液剤状態として培養する微生物原液製造段階と、前記微生物原液製造段階を経た微生物原液を廃水に投入するために微生物の個体数を増殖させ活性化させる微生物活性段階を経る。
【００３１】
これは、微生物を廃水処理槽に直接添加することより、微生物の速い機能発揮を可能として、現場で活性化された状態で投入することが効果的だからである。このように微生物を活性化させるために、希釈による微生物の活性誘導を試み、或いは適応廃水の放流水が１０〜２０重量％混合された液培地上で活性化させることがより有利である。すなわち、活性化培地を用いると、微生物の活性が高くなり、分解期間が短縮されるため、この方法がより好ましい。
【００３２】
微生物を活性化させて添加する形態は、微生物の活性を安定的かつ持続的に維持するための方法であり、このような方法の具体的なものとしては公知の各種方法が既に知られている。
【００３３】
上述した本発明の廃水処理方法によって、高いＣＯＤ値および高濃度の窒素質含有皮革廃水、畜産糞尿を本発明に係る微生物製剤を用いて具体的には基準値以下の水準に低減することができる。また、本発明の微生物製剤は、必要に応じて様々な添加剤、例えば鉱物（凝集剤）や、アルギン酸およびその塩、有機酸、保護性コロイド粘増剤、成形化に使用される製剤などを含有することができる。上述したように製造できる微生物製剤の添加方法は、処理槽内に均一に分散できる限り、いずれの方法でも使用できる。例えば、処理槽の廃水中に空気を入れて排水浄化または攪拌器などによる攪拌を行いながら微生物を貯蔵容器から手動で直接投入しても構わない。廃水を処理する複数の処理槽全体の容量と滞留期間は廃水量によって異なるが、一般には複数の処理槽全体における廃水の滞留時間が最短０．３日〜最長２８日程度となるように調整される。特に、滞留時間が０．５日〜１１日程度となるように調整されることが好ましい。また、構成される処理槽の数には制限はないが、効率および装置費用の観点から３〜５槽が好ましい。
【００３４】
微生物製剤の処理はｐＨ、ＤＯ（溶存酸素）、処理前後のＣＯＤ値などを測定して管理する。ｐＨは４．０〜８．５、好ましくは５．５〜８．０であり、廃水の性質によって、さらに狭い管理幅が選択できる。ＤＯは３．０ｍｇ／Ｌ〜１３．０ｍｇ／Ｌ、好ましくは５．０ｍｇ／Ｌ〜９．０ｍｇ／Ｌである。ｐＨは酸またはアルカリの添加によって制御し、ＤＯは下水中に空気を入れて排水浄化量の調節によって制御することができる。特定化合物の濃度測定は直接的な定量も可能であるが、管理上の実際的方法では濃度に対応する値にしてＣＯＤｍｎを用いることが実際的である。ＣＯＤｍｎの測定は最初廃水処理槽の入口および最終処理槽の出口の濃度をそれぞれ測定することが好ましい。廃水処理過程では微生物の生育に適した炭素源、窒素源或いは有機栄養源、無機塩が投入できる。有機栄養源としては例えばポリペプトン、酵母エキス、肉エキス、糖蜜などが、無機栄養源としては例えば各種リン酸塩、マグネシウム塩などが挙げられる。有機栄養源の添加量は廃水量の０．００１〜０．００５質量％、好ましくは０．００１〜０．００２重量％であり、無機栄養源は有機栄養源の０．０１〜０．１重量％程度である。これらの量は限定的なものではなく、廃水の性質または状態によって適宜選択される。
【００３５】
上述した構成によって得られる微生物製剤を用いた廃水処理方法は、現在の廃水排出許容基準を満足する。さらに、処理前には毎日４０〜５０トン程度のスラッジを発生していたが、上述した微生物製剤を用いた廃水処理方法を６ヶ月間適用した結果、スラッジ発生量を平均８５％程度減少させることが分かる。これは４千〜５千万ウォンのコストダウン効果を有する。しかも海洋投棄が禁止される２０１１年以後にはスラッジ処理費用が天文学的に発生するだろうと予想される。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明を実施例および実験例によって具体的に説明する。ところが、これらの例は本発明をより詳細に説明するためのもので、本発明の権利範囲を限定するものではない。
＜実施例１：混合微生物の培養＞
【００３７】
微生物の含有された土壌試料（竹腐葉土、松腐葉土、クヌギ廃木、広葉樹腐葉土）を６０℃で３０分間熱処理し、乳鉢で細かく挽いて準備した後、試料１ｇを採取して０．８５％ＮａＣｌ９ｍＬに懸濁し、しかる後に、１００〜１０−６に希釈した。それぞれの希釈懸濁液１００μＬをＴＳＡ、ＢＬ、ＢＢＬ培地（ＤＩＦＣＯ社製）に塗抹して２８℃で培養することにより混合微生物を培養した。
＜実施例２：廃水処理剤の製造＞
【００３８】
上述したように培養された混合微生物（ＢＭ−Ｓ−１）０．０５ｋｇ、粉末もみ殻０．２ｋｇ、粉末ピートモス０．２ｋｇ、糖蜜２．５ｋｇおよびシイタケ廃ホダ木オガ粉０．１ｋｇを、飲用水を基準として適した水と混合して重量が１００ｋｇとなるようにした後、１５℃〜２８℃を維持して３日間６０ｃｍ３／ｍｉｎの空気を投入しながら行い、３日間曝気を中断する過程を３０日間繰り返し行って培養することにより、複合微生物液剤を製造した。前記複合微生物液剤の総菌数は２．８×１０９ｃｆｕ／ｇであった。
【００３９】
これとは別に、予め粉砕した４５ｋｇのもみ殻、４５ｋｇのピートモス粉末を回転培養機に入れて３０分間混合した。前記混合された原料に複合微生物液剤１０ｋｇを入れて水分活性濃度を５０〜６０％に調節した後、前記土壌微生物複合種菌を培養原料全体重量に対して０．０２％で接種した。
【００４０】
接種された培養原料を１２０ｒｐｍ／ｍｉｎの速度で回転しながら培養機内部温度６５℃〜８０℃の発熱培養状態を５時間行った。その後、培養済みの原料を２０℃に冷却した後、熱風乾燥６０℃の過程を経て水分含量１０％未満の粉末状微生物製剤９０ｋｇを製造した。
<実験例１>皮革廃水への作用
釜山新平長林皮革組合で運営する共同廃水処理施設に本発明の実施例に係る微生物製剤を適用した。
【００４１】
まず、１トンのタンクに種菌５ｋｇ、前記粉末状の微生物製剤１５ｋｇおよび糖蜜２５ｋｇを入れて攪拌しながら内容物を２４時間熟成させた後、熟成した内容物１トンを１０トンの水で１次希釈して２４時間活性化を誘導した後、３０トンのタンクに入れた。
【００４２】
３０トンのタンクの安全在庫(safety inventory)が２０トンのとき、上記希釈液１０トンを入れて使用した。３０トンのタンクに入っている微生物液状製剤を一日５トンずつ流量調節し、他の化学的処理過程は行わなかった。その結果、スラッジ発生量が殆どなかったうえ、悪臭も減少した。
【００４３】
下記表２および表３（微生物製剤を活用した皮革廃水処理の実験例）に示すように、ＢＯＤ、ＣＯＤよびＴ−Ｎなどの測定値から確認できるように放流水の水質が画期的に改善された。
【００４４】
【表２】
0005819442.tif 000003
【００４５】
【表３】
0005819442.tif 000004
【００４６】
上述したように、本発明の好適な実施例を用いて説明したが、該当技術分野における通常の知識を有する者であれば、下記特許請求の範囲に記載された本発明の内容および領域から外れない範囲内で本発明に様々な修正および変更を加え得るだろうと理解される。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、下水、廃水、皮革廃水および畜産糞尿の生物学的処理方法に関するもので、特に、難分解性廃水を物理・化学的前処理を経ることなく生物学的に処理できるようにするのはもとより、廃水処理過程からの各種悪臭およびスラッジの発生も低減できるようにする、難分解性廃水の生物学的処理方法および廃水処理剤の分野に利用可能である。
【図１】
0005819442.tif 000005
【図２】
0005819442.tif 000006
【図３】
0005819442.tif 000007