(57)【要約】微生物を利用したＰＨＡの生産を実施するにあたり、排水処理工程も含めた全体の生産設備コストを抑制できるＰＨＡの製造方法を提供することを目的とする。微生物の菌体内で生合成されたポリヒドロキシアルカン酸を精製、又は成形する製造工程と、前記製造工程から、窒素含有不純物を含む排水を排出する排出工程と、前記排水を生物学的に処理して、前記窒素含有不純物を前記排水から除去する窒素除去工程と、を含む方法であって、当該製造工程におけるポリヒドロキシアルカン酸の残留率を９９重量％以下とし、前記窒素除去工程において生物学的に処理する前記排水には、前記窒素含有不純物に加えて、ポリヒドロキシアルカン酸が含まれる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物の菌体内で生合成されたポリヒドロキシアルカン酸を精製、又は成形する製造工程と、
前記製造工程から、窒素含有不純物を含む排水を排出する排出工程と、
前記排水を生物学的に処理して、前記窒素含有不純物を前記排水から除去する窒素除去工程と、を含み、
当該製造工程におけるポリヒドロキシアルカン酸の残留率を９９重量％以下とし、
前記窒素除去工程において生物学的に処理する前記排水には、前記窒素含有不純物に加えて、ポリヒドロキシアルカン酸が含まれる、ポリヒドロキシアルカン酸の製造方法。
【請求項２】
前記製造工程が、ポリヒドロキシアルカン酸含有微生物を物理学的、化学的又は生物学的手法で破砕し、ポリヒドロキシアルカン酸以外の不純物を分解および／または除去してポリヒドロキシアルカン酸を精製する工程を含む、請求項１に記載のポリヒドロキシアルカン酸の製造方法。
【請求項３】
前記窒素含有不純物が、前記微生物に由来するタンパク質、脂質、及び核酸のいずれか１成分が前記精製工程により分解されてなる水溶性又は水分散性の成分から構成される、請求項１又は２に記載のポリヒドロキシアルカン酸の製造方法。
【請求項４】
前記排出工程から排出される排水中に含まれるポリヒドロキシアルカン酸の体積平均粒径が５０００μｍ以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のポリヒドロキシアルカン酸の製造方法。
【請求項５】
前記窒素除去工程において処理する排水中の溶存酸素濃度が１．５ｐｐｍ以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のポリヒドロキシアルカン酸の製造方法。
【請求項６】
前記窒素除去工程において処理する排水の温度が摂氏１０度以上、摂氏６０度以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のポリヒドロキシアルカン酸の製造方法。
【請求項７】
前記窒素除去工程において処理する排水のｐＨが３以上、１０以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のポリヒドロキシアルカン酸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物の菌体内でポリヒドロキシアルカン酸を生合成することを含む、ポリヒドロキシアルカン酸の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリヒドロキシアルカン酸（以後、ＰＨＡと略す）は、多くの微生物種の細胞にエネルギー蓄積物質として生成、蓄積される熱可塑性ポリエステルであり、生分解性を有している。現在、環境への意識の高まりから非石油由来のプラスチックが着目されており、中でも、自然界の物質循環に取り込まれ分解生成物が有害とならないＰＨＡの様な生分解性プラスチックが注目され、実用化が切望されている。特に、微生物が菌体内で生成蓄積するＰＨＡは、自然界の炭素循環プロセスに取り込まれることから生態系への悪影響が小さいと予想されている。【０００３】
微生物が生成するＰＨＡは、通常その微生物の菌体内に蓄積されるため、ＰＨＡをプラスチックとして利用するためには、微生物の菌体内からＰＨＡを分離して取り出すという工程が必要となる。取り出した後、さらに、ＰＨＡの純度を高くし、菌体構成成分等の夾雑物の含有量を低くすることが望まれる。【０００４】
例えば、特許文献１には、ＰＨＡを生成蓄積した微生物細胞に生物学的処理および化学処理を施した後に物理的破砕処理を行うことで高純度のＰＨＡを回収する方法が開示されている。特許文献２では、ＰＨＡを、過酸化水素やオゾンなどの酸化剤で処理して菌体由来の不純物を除去する方法が開示され、特許文献３及び４では、ＰＨＡを特定の溶媒に溶解させた後、溶液からＰＨＡを回収する方法が開示されている。さらに、ＰＨＡ含有水性懸濁液においてＰＨＡ凝集体を形成する方法として、特許文献５ではＰＨＡ含有水性懸濁液を酸性条件に調節する方法が開示され、特許文献６ではＰＨＡ含有水性懸濁液を加熱する方法が開示されている。以上のように、ＰＨＡの精製に関しては、技術の蓄積が進んでおり多くの特許や論文で報告されている。【０００５】
一方で、微生物によるＰＨＡの生産を商業的規模で実現させるためには、培養工程及び精製工程に加えて、排水処理工程が重要となる。ＰＨＡ製造のために微生物培養で使用する培地には窒素成分が含まれるため、ＰＨＡの製造過程で発生する排水には窒素成分が多く含まれる。特に生産物であるＰＨＡの主成分が炭素であることから、排水中の炭素／窒素比は、培地中の炭素／窒素比と比較して低くなる傾向にある。このようにＰＨＡ生産では、発生する排水が窒素過多になっているため、排水処理工程では高い窒素除去能力が求められる。【０００６】
排水に含まれる窒素成分の主成分はアンモニア態窒素である。アンモニア態窒素を生物学的に処理する際には、アンモニア態窒素を酸化して硝酸にする工程（硝化工程）と、硝酸を窒素分子に還元して窒素ガスとして系外に放出する工程（脱窒工程）の２つの工程が必要である。前者の硝化工程においては、硝化菌と呼ばれる特殊な菌の馴養が必要であるが、この菌は増殖が遅いため馴養にかなりの時間を要するとともに、滞留時間を確保するために排水処理設備の規模が大きくなる傾向がある。【０００７】
一方、アンモニア態窒素を物理化学的に処理する方法として、アンモニアストリッピング法が知られているが、この方法は蒸気を使用するためエネルギーコストが高くなるという問題がある。【０００８】
以上述べたようにＰＨＡの精製に関しては多数の報告がされているが、排水処理を含めた生産設備全体での検討がなされていない。そのため、従来、ＰＨＡ生産設備全体のなかで、排水処理設備が占めるコスト割合は極めて大きいものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２０１０／１１６６８１号
【特許文献２】米国特許第６２４５５３７号明細書
【特許文献３】特表平１０−５０４４６０号公報
【特許文献４】特開平０７−７９７８８号公報
【特許文献５】国際公開第２０１０／０６７５４３号
【特許文献６】特表平７−５０９１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来、微生物が生産するＰＨＡから不純物を除去してＰＨＡの純度を向上させるための検討が行われてきたが、これらはＰＨＡの精製度および収率改善を目的としたものであり、排水処理を含む生産設備全体での検討はなされていない。そのため、ＰＨＡの大規模な商業的生産を行うにあたって、排水処理を含めた生産設備全体で考えると、設備コストが上昇するという課題があった。【００１１】
本発明の目的は、微生物を利用したＰＨＡの生産を実施するにあたり、排水処理工程も含めた全体の生産設備コストを抑制できるＰＨＡの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、微生物にＰＨＡを生産させ、これを精製、又は成形する過程で発生する排水に含まれるアンモニア態窒素を生物学的に処理する際に、ＰＨＡが排水に含まれると、硝化速度及び窒素除去速度が向上することを見出した。さらに、製品であるＰＨＡの一部を排水中に混入させることで、排水処理設備の規模を縮小できることを見出し、本発明を完成するに至った。【００１３】
すなわち本発明は、微生物の菌体内で生合成されたポリヒドロキシアルカン酸を精製、又は成形する製造工程と、前記製造工程から、窒素含有不純物を含む排水を排出する排出工程と、前記排水を生物学的に処理して、前記窒素含有不純物を前記排水から除去する窒素除去工程と、を含み、当該製造工程におけるポリヒドロキシアルカン酸の残留率を９９重量％以下とし、前記窒素除去工程において生物学的に処理する前記排水には、前記窒素含有不純物に加えて、ポリヒドロキシアルカン酸が含まれる、ポリヒドロキシアルカン酸の製造方法に関する。【００１４】
好ましくは、前記製造工程が、ポリヒドロキシアルカン酸含有微生物を物理学的、化学的又は生物学的手法で破砕し、ポリヒドロキシアルカン酸以外の不純物を分解および／または除去してポリヒドロキシアルカン酸を精製する工程を含む。【００１５】
好ましくは、前記窒素含有不純物が、前記微生物に由来するタンパク質、脂質、及び核酸のいずれか１成分が前記精製工程により分解されてなる水溶性又は水分散性の成分から構成される。【００１６】
好ましくは、前記排出工程から排出される排水中に含まれるポリヒドロキシアルカン酸の体積平均粒径が５０００μｍ以下である。好ましくは、前記窒素除去工程において処理する排水中の溶存酸素濃度が１．５ｐｐｍ以上である。好ましくは、前記窒素除去工程において処理する排水の温度が摂氏１０度以上、摂氏６０度以下である。好ましくは、前記窒素除去工程において処理する排水のｐＨが３以上、１０以下である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に従えば、微生物にＰＨＡを生産させ、これを精製、又は成形する過程で発生する排水に含まれるアンモニア態窒素を生物学的に処理する際に、アンモニア態窒素の処理に必須の硝化反応が促進される。このため、硝化槽を小型化することが可能である。さらに、硝化反応と脱窒反応を共存させることが可能であるため、硝化反応と脱窒反応を１つの槽内で実施することが可能となる。従って、排水処理に必要な槽を削減することも可能となる。さらには、排水中の窒素除去速度が向上するので、処理槽での滞留時間を短くすることができるので、処理槽の小型化が可能となる。また別の処理工程を付加したり、添加剤を添加したりすることなく、排水中の窒素除去速度を向上させることができる。以上より、本発明によれば、排水処理設備のコストを削減することができ、結果、ＰＨＡの大規模な商業的生産を目的とした生産設備全体のコストを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】参考例１−３及び比較参考例１に関し、系中の窒素除去速度を示すグラフ
【図２】参考例１−３及び比較参考例１に関し、系中の硝化速度を示すグラフ
【図３】実施例１及び比較例１に関し、系中のアンモニア態窒素濃度（Ｎ−ＮＨ３）の経時変化、亜硝酸態窒素濃度と硝酸態窒素濃度の和（Ｎ−ＮＯｘ）の経時変化、及び、全窒素濃度（Ｔ−Ｎ）の経時変化を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明につき、さらに詳細に説明する。
【００２０】
本発明のＰＨＡの製造方法は、微生物の菌体内で生合成されたポリヒドロキシアルカン酸（以下ＰＨＡと略す）を精製、又は成形する製造工程と、前記製造工程から、窒素含有不純物を含む排水を排出する排出工程と、前記排水を生物学的に処理して、前記窒素含有不純物を前記排水から除去する窒素除去工程と、を含む。
【００２１】
（ＰＨＡ）
本発明において、ＰＨＡとは、ヒドロキシアルカン酸をモノマーユニットとする重合体の総称である。ヒドロキシアルカン酸としては特に限定されないが、例えば、３−ヒドロキシブチレート、４−ヒドロキシブチレート、３−ヒドロキシヘキサノネート、３−ヒドロキシプロピオネート、３−ヒドロキシバレレート、３−ヒドロキシヘキサノエート、３−ヒドロキシヘプタノエート、３−ヒドロキシオクタノエート等が挙げられる。また、これらの重合体は、単独重合体でも、２種以上のモノマーユニットを含む共重合体でも良く、例えば、ポリ−３−ヒドロキシブチレート単独重合体や、ポリ−３−ヒドロキシブチレート共重合体であるポリ−３−ヒドロキシブチレート−ｃｏ−３−ヒドロキシヘキサノエート（ＰＨＢＨ）やポリ−３−ヒドロキシブチレート−ｃｏ−３−ヒドロキシバレレート（ＰＨＢＶ）、ポリ−３−ヒドロキシブチレート−ｃｏ−４−ヒドロキシブチレートなどが挙げられる。本発明においてＰＨＡは、１種類のみであってもよいし、２種類以上が混合していてもよい。
【００２２】
（製造工程）
本発明の好適な実施形態に係る製造工程では、ＰＨＡを菌体内で生合成する能力を有する微生物を培養する工程、及び、当該微生物を物理学的、化学的、又は生物学的な手法で破砕し、ＰＨＡ以外の不純物を分解および／または除去してＰＨＡを精製する工程を行うことができる。精製工程後、必要に応じて、ＰＨＡを所望の形状に成形する成形工程を行うことができる。
【００２３】
本発明に用いるＰＨＡ産生微生物は、菌体内でＰＨＡを生合成する能力を有する微生物である限り特に限定されない。天然から単離された微生物、菌株の寄託機関（例えばＩＦＯ、ＡＴＣＣ等）に寄託されている微生物、または、それらから調製し得る変異体や形質転換体等を使用できる。例えばカプリアビダス（Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ）属、アルカリゲネス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ）属、ラルストニア（Ｒａｌｓｔｏｎｉａ）属、シュウドモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）属、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属、アゾトバクター（Ａｚｏｔｏｂａｃｔｅｒ）属、ノカルディア（Ｎｏｃａｒｄｉａ）属、アエロモナス（Ａｅｒｏｍｏｎａｓ）属の菌等が挙げられる。特に、アルカリゲネス・リポリティカ（Ａ．ｌｉｐｏｌｙｔｉｃａ）、アルカリゲネス・ラトゥス（Ａ．ｌａｔｕｓ）、アエロモナス・キャビエ（Ａ．ｃａｖｉａｅ）、アエロモナス・ハイドロフィラ（Ａ．ｈｙｄｒｏｐｈｉｌａ）、カプリアビダス・ネケータ（Ｃ．ｎｅｃａｔｏｒ）等の菌株が好ましい。また、微生物が、本来ＰＨＡの生産能力を有しない場合、もしくは生産量が低い場合には、該微生物に目的とするＰＨＡの合成酵素遺伝子および／またはその変異体を導入して得られる形質転換体を用いることもできる。このような形質転換体の作製に用いるＰＨＡの合成酵素遺伝子としては特に限定はないが、アエロモナス・キャビエ由来のＰＨＡ合成酵素遺伝子が好ましい。これら微生物を適切な条件で培養することで、菌体内にＰＨＡを含有した微生物を得ることができる。その培養方法については特に限定はないが、例えば特開平０５−９３０４９号公報等に挙げられる方法が用いられる。
【００２４】
前記培養工程の後、当該微生物（ＰＨＡを含有する微生物（ＰＨＡ含有微生物））を物理学的、化学的、又は生物学的な手法で破砕し、ＰＨＡ以外の不純物を分解および／または除去してＰＨＡを精製する精製工程を行う。このような精製工程としては特に限定されないが、例えば、ＰＨＡ含有微生物の培養液または水性懸濁液に酵素を添加して酵素処理を行う工程、ＰＨＡ含有微生物の培養液または水性懸濁液に酸又はアルカリを添加して破砕する工程、ＰＨＡ含有微生物に対して物理的破砕処理を行う工程等が挙げられる。これらの処理により得られたＰＨＡ含有水性懸濁液には窒素含有不純物が含まれる。この懸濁液において、固形のＰＨＡを水相から分離することでＰＨＡを精製して単離することができる。
【００２５】
必要に応じて、このようにして単離されたＰＨＡに対して水を加えて二回目の精製を実施し、ＰＨＡの純度をさらに高めることもできる。このような二回目の精製後、ＰＨＡを水相から分離することで高純度のＰＨＡを単離できる。当該二回目の精製も前記精製工程に含めることができる。
【００２６】
前記精製工程を経て単離されたＰＨＡは、乾燥後、必要に応じて、種々の形状に成形することができる。例えば、１６０℃で溶融プレスしてシートの形状に成形することができるし、また、ペレット形状に成形することもできる。
【００２７】
（排出工程）
排出工程は、前記製造工程から、窒素含有不純物を含む排水を排出する工程である。ＰＨＡを製造するプロセスにおいて、窒素含有不純物を含む排水は、主に、上述の精製工程及び成形工程で発生するが、本発明ではいずれの工程で発生した排水でもよく、特に限定されない。なかでも、窒素含有不純物を含む排水は、精製工程で多く発生する。精製工程では水相をＰＨＡから分離し、排出工程では当該水相を排水として排出する。排出された排水は、排水処理槽に送液される。
【００２８】
排水に含まれる窒素含有不純物の大部分は、培養した微生物に由来する成分であり、タンパク質、脂質、及び核酸等が上記の精製工程により分解されてなる水溶性又は水分散性の成分から構成される。
【００２９】
本発明の製造方法によると、前記製造工程におけるＰＨＡの残留率を９９重量％以下とし、前記排水には、前記窒素含有不純物に加えて、ＰＨＡが含まれるようにする。従来の製造方法では、歩留り向上のため、製品であるＰＨＡが生産過程から排出されないように調節する（すなわち残留率を１００重量％とする）のに対して、本発明では一部のＰＨＡ（生成されたＰＨＡ全体に対し１重量％以上のＰＨＡ）が排水に含まれて排出されるように設定する点に特徴がある。排水に窒素含有不純物とＰＨＡが含まれることで、次の窒素除去工程での窒素含有不純物の硝化反応及び脱窒反応の速度が向上して、排水から窒素含有不純物を効率よく除去することが可能となる。
【００３０】
ここで、ＰＨＡの残留率とは、微生物の培養により生合成されたＰＨＡの重量に対する、精製及び／又は成形工程を経て取得されたＰＨＡ製品の重量の割合である。残留率が９９重量％を超えると、排水中に含まれるＰＨＡの量が少なくなるため、ＰＨＡ混入による窒素除去速度の向上という本発明の効果が得られにくくなる。残留率は９９重量％以下が好ましく、９８重量％以下がより好ましく、９７重量％以下がさらに好ましい。残留率の下限値は特に限定されないが、残留率は低くなるほど排水へのＰＨＡ混入量が増加するため好ましくなるが、逆にＰＨＡの生産収率が低くなり、却ってＰＨＡの生産コストが高くなる不都合がある。そのため、好ましくは５０重量％以上、より好ましくは６０重量％以上、さらに好ましくは７０重量％以上、特に好ましくは８０重量％以上である。
【００３１】
排水に含まれる固形のＰＨＡは、微生物内で蓄積された一次粒子のＰＨＡであってもよいし、当該一次粒子が凝集してなる顆粒体のＰＨＡであってもよいし、ペレット形状のＰＨＡであってもよい。ペレット形状のＰＨＡは、成形工程でＰＨＡをペレット形状に成形した後に排出される排水に含まれ得る。硝化反応及び脱窒反応の速度が向上しやすいため、一次粒子のＰＨＡが最も好ましい。また、同様の観点で、固形のＰＨＡは小さいもののほうが好ましく、排水に含まれるＰＨＡの体積平均粒径は５０００μｍ以下が好ましく、１０００μｍがより好ましく、５００μｍ以下がさらに好ましく、１００μｍ以下が最も好ましい。なお、体積平均粒径の測定には、例えばＮＩＫＫＩＳＯ社製  ＭｉｃｒｏｔｒａｃＭＴ３３００ＩＩなどを使用できる。
【００３２】
窒素含有不純物とＰＨＡを含む排水は、精製工程中に水相と固形のＰＨＡを分離する分離操作において最も発生しやすい。ここでＰＨＡから分離した水相が、窒素含有不純物と一部のＰＨＡを含む排水として排出される。よって、この分離操作における工程収率を制御することで前記残留率を制御することが容易になる。ここで、分離操作における工程収率とは、分離操作を行う前のＰＨＡ含有水性懸濁液に含まれるＰＨＡの重量に対する、分離操作で単離されたＰＨＡの重量の割合である。分離操作における工程収率は、排水にＰＨＡを混入させて窒素除去速度を向上させるために、好ましくは９９．５重量％以下、より好ましくは９８．５重量％以下、さらに好ましくは９７．５重量％以下である。また、その下限値は特に限定されないが、ＰＨＡの生産収率が低下しすぎないように、６０重量％以上が好ましく、７０重量％以上がより好ましく、８０重量％以上がさらに好ましい。
【００３３】
水相とＰＨＡを分離する分離操作の具体的な手段としては特に限定されないが、具体的には、フィルタープレス、チューブプレス、プレートプレス、ゲージプレス、ベルトプレス、スクリュープレス、円板プレス等の圧搾機能を有したろ過装置；遠心力を利用した遠心沈降機や遠心分離機；分離膜等が挙げられる。また、分離操作は単独の手段を使用したものであってもよいし、複数の手段を組み合わせて使用したものであってもよい。当該分離操作は、ＰＨＡが一次粒子の形状にある時に実施してもよいし、ＰＨＡを凝集させて粒度を高めてから実施してもよい。分離操作での実施条件を調節することで、容易に、分離する水相に一部のＰＨＡが含まれるように調節することができる。
【００３４】
（窒素除去工程）
窒素除去工程では、前記排出工程から排出された窒素含有不純物とＰＨＡを含む排水を生物学的に処理して、前記窒素含有不純物を前記排水から除去する。排水を生物学的に処理するにあたっては、生分解性樹脂分解能を有する菌体、硝化能を有する菌体及び脱窒能を有する菌体が含まれる処理槽に、当該排水を供給する。硝化能を有する菌体が含まれる処理槽（嫌気処理槽）と、脱窒能を有する菌体が含まれる処理槽（好気処理槽）を分離してそれぞれ設けてもよいが、本発明によると硝化反応と脱窒反応を１つの系中で共存させることができるため、１つの排水処理槽内に、生分解性樹脂分解能を有する菌体、硝化能を有する菌体及び脱窒能を有する菌体を共生させて、この処理槽で前記排水を処理することができる。この際には、通常の活性汚泥の処理槽（曝気槽）を使用することができる。通常の活性汚泥には上記の微生物群が濃縮された状態で存在するためである。
【００３５】
本発明により窒素を除去するにあたっては、処理槽に送液された排水に酸素が溶存している状態を維持することが好ましい。このため、処理槽中の排水に酸素を供給することが好ましく、当該排水中の溶存酸素濃度を一定以上に保つことがより好ましい。排水中の溶存酸素濃度は、窒素除去速度の観点から、１．５ｐｐｍ以上が好ましく、２ｐｐｍ以上がより好ましい。溶存酸素濃度の上限値は特に限定されないが、強制的に酸素を供給することを考慮するとコストの観点から、必要最低限に留める方が望ましい。具体的には、４ｐｐｍ以下が好ましく、２．５ｐｐｍ以下が好ましい。酸素を供給する場合には、オンラインでモニターしながら酸素供給量をコントロールすることが好ましい。強制的に酸素を供給する方法としては、当業者が考えうる方法であれば好適に利用できる。例えば、通常の活性汚泥処理に用いられる酸素供給システムを好適に利用できる。排水中に酸素を供給するには空気を利用しても良いし、純酸素を用いても良い。
【００３６】
以上のように本発明は好気条件下で実施することが好ましく、好気条件下でも、還元反応である脱窒反応が効率よく進行する。これは、ＰＨＡが生分解性樹脂分解能を有する菌体によって分解されることで、ＰＨＡの周囲が部分的に嫌気状態となり、ＰＨＡが脱窒能を有する菌体に対して水素供与体として作用するため、好気条件下にもかかわらず脱窒反応が効率よく進行するためと考えられる。
【００３７】
本発明を実施する際の排水の温度は特に限定されないが、関与する微生物の生育温度に適した温度条件が好ましい。至適温度範囲の下限は、一般的には摂氏１０度以上が好ましく、より好ましくは摂氏１５度以上、さらに好ましくは摂氏２０度以上であり、また上限の温度としては、摂氏６０度以下が好ましく、より好ましくは摂氏５５度以下、さらに好ましくは摂氏５０度以下であるが、関与する微生物に依存するため、この限りではない。また、硝化反応や脱窒反応は温度依存性が高いため、排水の温度を至適温度にコントロールしつつ本発明を実施することが好ましい。
【００３８】
本発明を実施する際の排水のｐＨは特に限定されないが、温度同様、関与する微生物の生育ｐＨに適したｐＨ条件が好ましい。至適ｐＨ範囲の下限は、一般的には３以上が好ましく、より好ましくは４以上、さらに好ましくは５以上であり、また至適ｐＨ範囲の上限は、１０以下が好ましく、より好ましくは９以下、さらに好ましくは８以下であるが、関与する微生物に依存するため、この限りではない。また、硝化反応や脱窒反応はｐＨ依存性が高いため、排水のｐＨを至適ｐＨにコントロールしつつ本発明を実施することが好ましい。なお、ｐＨを調整するのに用いる試剤は、特に限定されず、例えば水酸化ナトリウムや硫酸など当業者の考えうる試剤であれば好適に利用できる。
【００３９】
以上のように窒素除去工程を実施すると、排水中でＰＨＡの分解反応、並びに、窒素含有不純物の硝化反応及び脱窒反応が進行して、窒素含有不純物が窒素分子に還元され、窒素ガスとして排水から放出される。結果、排水中に含まれる窒素含有不純物の量を低減することができる。また、この過程で、排水中に含まれるＰＨＡも分解されるため、排水中のＰＨＡ量も低減することができる。さらに、排水中に残留したＰＨＡは必要に応じて、凝集、沈降させて排水から除去することが可能である。
【実施例】
【００４０】
以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。【００４１】
（参考例１）ＰＨＡ一次粒子の混入を想定した検証
まず、クエン酸１ｍＭ、リン酸二水素カリウム２ｍＭ、硫酸マグネシウム・７水和物０．５ｍＭ、塩化ナトリウム２０ｍＭ、塩化カルシウム２水和物０．０２ｍＭ、硫酸亜鉛・７水和物０．０１ｍＭ、硫酸鉄（ＩＩ）７水和物０．０３ｍＭ、硫酸銅５水和物０．０１ｍＭ、ＥＤＴＡ  ５ｍｇ／Ｌ、および塩化アンモニウム２０ｍＭを蒸留水に溶解した。得られた溶液のｐＨが８．５になるように３０％濃度の水酸化ナトリウムを添加してｐＨ調整を行ったものを、模擬排水として以下の実験で使用した。なお、この模擬排水中の溶解性炭素量／溶解性窒素量（重量比）は０．２５であった。【００４２】
次いで、株式会社カネカ工場内の総合排水処理設備の曝気槽、硝化槽、および脱窒槽から汚泥を混合採取し、この汚泥を３０００Ｇ、１０分間遠心分離を行い、上清を廃棄して沈殿汚泥を分離した。この沈殿汚泥に、廃棄した上清と同量の蒸留水を混合して懸濁した。この懸濁汚泥を再度３０００Ｇ、１０分間遠心分離を行い、ふたたび上清を廃棄して洗浄汚泥を得た。この洗浄汚泥を、上記で作成した模擬排水に混合して当初の採取汚泥と同濃度になるように再懸濁して汚泥懸濁液を得た。本汚泥懸濁液の上清に含まれるアンモニア態窒素の濃度を測定した結果、２８０ｍｇ/Ｌであった。【００４３】
この汚泥懸濁液に対して、３重量％のＰＨＢＨ一次粒子（体積平均粒径：１〜２μｍ、３ＨＨｍｏｌ比率：１１ｍｏｌ％）を添加し、３０±２℃の環境下で曝気を行った。この際、汚泥懸濁液のｐＨが８〜８．５の範囲に収まるように３０％濃度の水酸化ナトリウムを用いてｐＨ調整を行いながら、かつ、汚泥懸濁液の溶存酸素濃度（ＤＯ）が５ｐｐｍ以上になるように通気量を調整しながら曝気を行った。【００４４】
曝気開始後所定時間が経過した後に、汚泥懸濁液からサンプルを採取し、当該サンプルを９０００Ｇ、１０分間遠心分離を行い、得られた上清についてアンモニア態窒素、亜硝酸態窒素、および硝酸態窒素の各濃度を測定した。なお、アンモニア態窒素、亜硝酸態窒素、および硝酸態窒素の各濃度の測定には、ＨＡＣＨ社製  ＤＲ６０００および対応試薬（ＴＮＴ８３２、ＴＮＴ８３５、ＴＮＴ８４０）を用いた。【００４５】
アンモニア態窒素濃度、亜硝酸態窒素濃度、硝酸態窒素濃度の総和の経時変化から窒素除去速度を算出し、結果を図１に示した。アンモニア態窒素濃度の経時変化から硝化速度を算出し、結果を図２に示した。なお、速度の算出については、曝気開始を０時間とし、以降、１０時間後、２０時間後、３０時間後、４０時間後に得た各濃度の測定値を用い、最小二乗法により得られた傾きから算出した。【００４６】
（参考例２）ＰＨＡ顆粒体の混入を想定した検証
参考例１の記載に従い、洗浄汚泥を模擬排水で懸濁した汚泥懸濁液を準備し、これに、ＰＨＢＨ一次粒子の代わりにＰＨＢＨ顆粒体（体積平均粒径：１００〜３５０μｍ、３ＨＨｍｏｌ比率：１１ｍｏｌ％）を参考例１と同量添加して曝気を行い、経時的に各窒素濃度を測定した。なお、その他の実験条件および分析条件は参考例１記載の方法に従った。参考例１と同様に窒素除去速度および硝化速度を算出し、得られた結果を図１および図２に示した。【００４７】
（参考例３）ＰＨＡペレットの混入を想定した検証
参考例１の記載に従い、洗浄汚泥を模擬排水で懸濁した汚泥懸濁液を準備し、これに、ＰＨＢＨ一次粒子の代わりにＰＨＢＨペレット（直径３ｍｍ、高さ３ｍｍの円柱状、３ＨＨｍｏｌ比率：１１ｍｏｌ％）を参考例１と同量添加して曝気を行い、経時的に各窒素濃度を測定した。なお、その他の実験条件および分析条件は参考例１記載の方法に従った。参考例１と同様に窒素除去速度および硝化速度を算出し、得られた結果を図１および図２に示した。【００４８】
（比較参考例１）
参考例１の記載に従い、洗浄汚泥を模擬排水で懸濁した汚泥懸濁液を準備し、これに、ＰＨＢＨ一次粒子などのＰＨＡを添加せずに曝気を行い、経時的に各窒素濃度を測定した。なお、その他の実験条件および分析条件は参考例１記載の方法に従った。参考例１と同様に窒素除去速度および硝化速度を算出し、得られた結果を図１および図２に示した。【００４９】
図１で示した結果より、汚泥懸濁液にＰＨＡがまったく混入していない比較参考例１と比較して、汚泥懸濁液にＰＨＡ一次粒子、ＰＨＡ顆粒体またはＰＨＡペレットが混入している参考例１〜３では、窒素除去速度、および硝化速度の双方が向上していることが分かる。従って、ＰＨＡが排水に混入することで、排水中での硝化反応と脱窒反応が同時に進行しやすくなり、排水に含まれる窒素分を効率よく除去できることが分かった。窒素除去速度が向上するため、ＰＨＡを排水に混入させることで排水処理設備における処理槽を小型化することが可能となる。【００５０】
（実施例１）実排水を用いた検証
ＰＨＡ製造工程において発生する実排水を用いて検証を行った。なお、検証に用いた実排水としては、ＰＨＡと、それ以外の不純物を含む水相とを分離する分離工程で排出した水相を使用した。具体的には、国際公開第２０１０／０６７５４３号の段落［００４８］〜［００５０］に記載の方法で取得したＰＨＢＨ懸濁液から、遠心分離にてＰＨＢＨと水相を分離してＰＨＢＨを回収する工程において、排水中に含まれるＰＨＢＨの量を調整すべく、遠心分離における滞留時間及び／又は遠心加速度を調整して得られた排水を使用した。なお、この時の分離工程におけるＰＨＢＨ残留率は９８．５重量％であった。【００５１】
使用した実排水中に含まれるＰＨＢＨ量を算出するために、実排水を１００００Ｇで１０分間遠心分離を行い、実排水中に含まれるＰＨＢＨを回収した。この回収したＰＨＢＨをｐＨ１１のアルカリ水で複数回洗浄した後に乾燥させてＰＨＢＨ量を確認した。その結果、検証に用いた実排水には約１重量％のＰＨＢＨが含まれていることを確認した。なお、このＰＨＢＨの３ＨＨｍｏｌ比率は６ｍｏｌ％であった。【００５２】
一方、株式会社カネカ工場内の総合排水処理設備の曝気槽、硝化槽、および脱窒槽から汚泥を混合採取し、この汚泥を３０００Ｇ、１０分間遠心分離を行い、上清を廃棄して沈殿汚泥を分離した。この沈殿汚泥に、廃棄した上清と同量の蒸留水を混合して懸濁した。この懸濁汚泥を再度３０００Ｇ、１０分間遠心分離を行い、ふたたび上清を廃棄して洗浄汚泥を得た。この洗浄汚泥を上記実排水に混合して当初の採取汚泥と同濃度になるように再懸濁して汚泥懸濁液を得た。【００５３】
この汚泥懸濁液を溶存酸素濃度（ＤＯ）が５ｐｐｍ以上になるように通気量を調整しながら曝気を行った。そして、経時的にサンプリングを行い、各窒素濃度を測定した。なお、曝気条件および測定方法は参考例１記載の方法で実施した。その結果を図３中の実線で示す。図３で、Ｎ−ＮＨ３はアンモニア態窒素の濃度を示し、Ｎ−ＮＯｘは亜硝酸態窒素（Ｎ−ＮＯ２）濃度と硝酸態窒素（Ｎ−ＮＯ３）濃度の和を示し、Ｔ−Ｎ（全窒素）はアンモニア態窒素濃度、亜硝酸態窒素濃度、硝酸態窒素濃度の総和を示す。【００５４】
（比較例１）
実施例１で用いた実排水に対し１００００Ｇで１０分間遠心分離を行い、実排水からＰＨＢＨを除去した。このＰＨＢＨが含まれていない排水を実施例１の実排水の代りに使用した以外は実施例１と同様に、汚泥懸濁液を得、曝気を行って経時的に各窒素濃度を測定した。その結果を図３中の破線で示す。【００５５】
図３で示した結果より、ＰＨＢＨが含まれていない排水を生物学的に処理した比較例１と比較して、ＰＨＢＨを含む排水を生物学的に処理した実施例１では、経時的に、アンモニア態窒素濃度（Ｎ−ＮＨ３）、亜硝酸態窒素濃度と硝酸態窒素濃度の和（Ｎ−ＮＯｘ）、及び、全窒素濃度（Ｔ−Ｎ）がいずれも大きく減少していることが分かる。【００５６】
特に、比較例１では亜硝酸態窒素濃度と硝酸態窒素濃度の和（Ｎ−ＮＯｘ）が経時的に増加しており、全窒素濃度（Ｔ−Ｎ）がほとんど減少しないのに対し、実施例１では亜硝酸態窒素濃度と硝酸態窒素濃度の和（Ｎ−ＮＯｘ）が一時的に増加するもののその後減少に転じており、全窒素濃度（Ｔ−Ｎ）は一貫して減少し続けている点が顕著である。これより、実施例１では硝化反応と脱窒工程が共存していることが分かる。【００５７】
以上より、ＰＨＡの製造過程で発生する排水にＰＨＡが含まれるように設定することで、排水に含まれる窒素分を生物学的に効率よく除去できることが実証された。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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