(57)【要約】【課題】排水の殺菌処理を行わずに、排水中の窒素およびリンの含有率を低減することができる排水の処理方法を提供する。【解決手段】窒素およびリンを含む、殺菌処理されていない排水に、微細藻類を加えて、微細藻類を培養し、微細藻類を含む排水を得る培養工程と、培養工程で得られた排水から微細藻類を回収して、窒素およびリンの含有率が低減された排水を得る微細藻類回収工程、を含む排水の処理方法。排水の処理方法に用いられる微細藻類は、好ましくは、排水からの窒素の除去率が５０質量％以上であり、かつ上記排水からのリンの除去率が１０質量％以上である微細藻類である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素およびリンを含む、殺菌処理されていない排水に、微細藻類を加えて、上記微細藻類を培養し、微細藻類を含む排水を得る培養工程と、
上記培養工程で得られた排水から微細藻類を回収して、窒素およびリンの含有率が低減された排水を得る微細藻類回収工程、
を含むことを特徴とする排水の処理方法。
【請求項２】
上記微細藻類として、上記排水からの窒素の除去率が５０質量％以上であり、かつ上記排水からのリンの除去率が１０質量％以上である微細藻類を用いる請求項１に記載の排水の処理方法。
【請求項３】
上記微細藻類として、上記排水中での培養後の上記微細藻類に含まれる脂質の含有率が３質量％以上である微細藻類を用いる請求項１又は２に記載の排水の処理方法。
【請求項４】
上記微細藻類が、緑藻類、プラシノ藻類、珪藻類、及び藍藻類からなる群より選ばれる一種以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載の排水の処理方法。
【請求項５】
上記微細藻類回収工程で回収された上記微細藻類を、バイオマスとして利用する微細藻類利用工程、を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の排水の処理方法。
【請求項６】
上記排水が、下水を脱水処理して得られるろ液、または、該ろ液を水で希釈してなる希釈液である請求項１〜５のいずれか１項に記載の排水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒素およびリンを含む排水から、窒素およびリンを除去する排水の処理方法が種々提案されている。
例えば、特許文献１には、生活廃水中の燐、窒素、その他の汚濁物を、クラミドモナス属単細胞緑藻アール  サガー  ストレイン９５が生活廃水中で生きて増殖できる至適条件下、即ち望ましい栄養源、光、炭酸ガス、温度のもとに該クラミドモナス属単細胞緑藻アール  サガー  ストレイン９５が燐、窒素、その他の汚濁物を吸着して除去することを特徴とするクラミドモナス属単細胞緑藻を利用する生活廃水の浄化法、が記載されている。
また、特許文献２には、種苗飼育廃水等の高濃度の栄養塩を含有する海水の微細藻による水質浄化装置において、給水管、排水管及び通気装置を有し、明期に通気撹拌を行い暗期には通気撹拌を停止することを特徴とした微細藻による水質浄化装置が記載されている。また、特許文献２には、該装置を用いて、種苗飼育廃水等の高濃度の栄養塩を含有する海水中で微細藻類を培養することにより、海水中の窒素及び／又はリンを減少させることを特徴とする水質浄化方法が、記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−１１９９９６号公報
【特許文献２】特開２０００−１６７５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、排水の殺菌処理を行わずに、排水中の窒素およびリンの含有率を低減することができる排水の処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、窒素およびリンを含む、殺菌処理されていない排水に、微細藻類を加えて、微細藻類を培養し、微細藻類を含む排水を得る培養工程と、該培養工程で得られた排水から微細藻類を回収して、窒素およびリンの含有率が低減された排水を得る微細藻類回収工程を含む排水の処理方法によれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［６］を提供するものである。
［１］  窒素およびリンを含む、殺菌処理されていない排水に、微細藻類を加えて、上記微細藻類を培養し、微細藻類を含む排水を得る培養工程と、上記培養工程で得られた排水から微細藻類を回収して、窒素およびリンの含有率が低減された排水を得る微細藻類回収工程、を含むことを特徴とする排水の処理方法。
［２］  上記微細藻類として、上記排水からの窒素の除去率が５０質量％以上であり、かつ上記排水からのリンの除去率が１０質量％以上である微細藻類を用いる前記［１］に記載の排水の処理方法。
［３］  上記微細藻類として、上記排水中での培養後の上記微細藻類に含まれる脂質の含有率が３質量％以上である微細藻類を用いる前記［１］又は［２］に記載の排水の処理方法。
［４］  上記微細藻類が、緑藻類、プラシノ藻類、珪藻類、及び藍藻類からなる群より選ばれる一種以上である前記［１］〜［３］のいずれかに記載の排水の処理方法。
［５］  上記微細藻類回収工程で回収された上記微細藻類を、バイオマスとして利用する微細藻類利用工程、を含む前記［１］〜［４］のいずれかに記載の排水の処理方法。
［６］  上記排水が、下水を脱水処理して得られるろ液、または、該ろ液を水で希釈してなる希釈液である前記［１］〜［５］のいずれかに記載の排水の処理方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の排水の処理方法によれば、排水の殺菌処理を行わずに、排水中の窒素およびリンの含有率を低減することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の排水の処理方法は、窒素およびリンを含む、殺菌処理されていない排水に、微細藻類を加えて、微細藻類を培養し、微細藻類を含む排水を得る培養工程と、培養工程で得られた排水から微細藻類を回収して、窒素およびリンの含有率が低減された排水を得る微細藻類回収工程を含むものである。
以下、工程ごとに詳しく説明する。
【０００９】
［培養工程］
本工程は、窒素およびリンを含む、殺菌処理されていない排水に、微細藻類を加えて、微細藻類を培養し、微細藻類を含む排水を得る工程である。
本工程で用いられる排水としては、窒素およびリンを含む排水であれば、特に限定されるものではない。
例えば、下水処理場等において、下水を脱水処理して得られるろ液（下水処理場における下水を処理する過程において、余剰汚泥を脱水処理した際に発生する水等）や、食品製造等の工場において排出される水や、農業や畜産業において排出される水や、日常生活において排出される水等の排水が挙げられる。また、本工程に用いられる排水として、上述した排水を水で希釈してなる希釈液を用いてもよい。
中でも、窒素およびリンを大きな含有率で含み、微細藻類の生育が促進される観点から、下水を脱水処理して得られるろ液、または、該ろ液を水で希釈してなる希釈液が好適である。
【００１０】
また、上記排水は殺菌処理がされていないものである。
通常、微生物等を培養する場合、その培地は、雑菌の繁殖抑制や、培養する微生物の生育促進等の観点から、オートクレーブ等を用いて殺菌処理した後に使用される。
しかし、本発明では、殺菌処理されていない排水を用いているにもかかわらず、殺菌処理されている排水を用いた場合と同程度に微細藻類が増殖し、かつ、大きな除去率で窒素およびリンを除去することができる。したがって、本発明では、殺菌処理の手間を省くことができる点で、処理の効率を高めかつコストを削減することができる。
【００１１】
本発明で用いられる微細藻類による、排水からの窒素の除去率は、５０質量％以上、好ましくは７０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上である。
本発明で用いられる微細藻類による、排水からのリンの除去率は、１０質量％以上、好ましくは１５質量％以上、より好ましくは２３質量％以上、さらに好ましくは５０質量％以上、さらに好ましくは６０質量％以上、特に好ましくは７０質量％以上である。
窒素を５０質量％以上の割合で除去することができ、かつ、リンを１０質量％以上の割合で除去することができる性質を有する種類の微細藻類は、排水中の窒素およびリンの含有率を十分に低減する観点から、好ましく用いられる。
【００１２】
微細藻類を排水中で培養した後の、微細藻類に含まれる脂質の含有率は、好ましくは３質量％以上、より好ましくは１５質量％以上、特に好ましくは３０質量％以上である。
該含有率が３質量％以上であれば、培養後に回収される微細藻類を、バイオ燃料に用いられるバイオマスとして好適に使用することができる。
なお、脂質の含有率は、乾燥させた微細藻類中の脂質の割合である。
【００１３】
微細藻類としては、例えば、緑藻類、プラシノ藻類、珪藻類、及び藍藻類からなる群より選ばれる一種以上が挙げられる。
中でも、殺菌処理されていない排水を用いて培養を行った場合における増殖量が大きい観点から、Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ、Ｔｅｔｒａｓｅｌｍｉｓ、Ｆｉｓｔｕｌｉｆｅｒａ、Ｐｈａｅｏｄａｃｔｙｌｕｍ、Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓ、またはＳｙｎｅｃｈｏｃｙｓｔｉｓが好適である。
特に、Ｃｈｌｏｒｅｌｌａによれば、殺菌処理した排水を用いて培養を行った場合と比べて、リンの除去率、培養後の微細藻類の量（増殖量）、および脂質の生産量が、より大きくなる。
また、Ｔｅｔｒａｓｅｌｍｉｓによれば、殺菌処理した排水を用いて培養を行った場合と比べて、脂質の含有率および脂質の生産量が、より大きくなる。
【００１４】
排水に加えられる微細藻類の量は、排水１ｍｌ当たりの微細藻類の個体数が、好ましくは１．０×１０４〜１．０×１０７、より好ましくは１．０×１０５〜２．０×１０６となる量である。
該数が１．０×１０４以上であれば、培養を行う時間を短くすることができる。該数が１．０×１０７を超える場合、微細藻類の増殖量および脂質の生産量を大きくする効果が頭打ちとなる。
【００１５】
培養が行われる温度は、特に限定されないが、好ましくは５〜４０℃、より好ましくは１０〜３０℃である。該温度が上記数値範囲内であれば、微細藻類の増殖量および脂質の生産量が大きくなる。
培養が行われる際の排水のｐＨは、使用する微細藻類の種類に応じて適宜定めればよいが、好ましくは４〜１０、より好ましくは６〜８である。該ｐＨが上記数値範囲内であれば、微細藻類の増殖量および脂質の生産量が大きくなる。
【００１６】
培養は、微細藻類の増殖量および脂質の生産量を大きくする観点から、光照射下において行うことが好ましい。光照射量は、好ましくは３０〜２００μｍｏｌ／ｍ２／ｓ、より好ましくは５０〜１８０μｍｏｌ／ｍ２／ｓ、特に好ましくは８０〜１５０μｍｏｌ／ｍ２／ｓである。該量が３０μｍｏｌ／ｍ２／ｓ以上であれば、微細藻類の増殖量および脂質の生産量が大きくなる。該量が２００μｍｏｌ／ｍ２／ｓを超える場合、微細藻類の増殖量および脂質の生産量を大きくする効果が頭打ちとなる。
【００１７】
培養時間は、特に限定されないが、排水中の窒素およびリンの含有率を十分に低減する観点から、好ましくは３日以上、より好ましくは７日以上、特に好ましくは１０日以上である。
培養方法としては、例えば、静置培養、撹拌培養、通気培養等が挙げられる。
また、排水が微細藻類の培養に適した成分組成となるように、炭素源（例えば、二酸化炭素）、糖、アミノ酸、タンパク質、有機酸、無機酸、塩基、ビタミン、ミネラル等を適宜添加してもよい。
【００１８】
［微細藻類回収工程］
本工程は、培養工程で得られた排水から微細藻類を回収して、窒素およびリンの含有率が低減された排水を得る工程である。
培養工程で得られた排水から微細藻類を回収して、窒素およびリンの含有率が低減された排水を得る方法としては、デカンター等の装置を用いた遠心分離による方法、培養工程で得られた排水を沈殿槽等に貯留して、微細藻類を沈殿させ、その上澄みを除去する方法、フィルタープレス等の装置を用いた加圧脱水による方法等が挙げられる。
【００１９】
［微細藻類利用工程］
本発明においては、微細藻類回収工程の後に、微細藻類回収工程で回収された微細藻類を、バイオマスとして利用する微細藻類利用工程を行ってもよい。
本発明で回収された微細藻類は、バイオマスとして、燃料、飼料、食糧、医薬品等に利用することができる。中でも、本発明で回収された微細藻類は、脂質の含有率が大きいため、燃料（バイオ燃料）として好適である。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［使用材料］
（１）微細藻類Ａ：Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．ＮＫＧ  ０２１２０１
（２）微細藻類Ｂ：Ｔｅｔｒａｓｅｌｍｉｓ  ｓｐ．ＮＫＧ  ４０００１３
（３）排水：下水処理場の第一沈殿池における余剰汚泥を濃縮した後、脱水処理して得られた、ｐＨ６．６のろ液（ＰＯ４−Ｐ：４９μｇ／ｍＬ；Ｔｏｔａｌ−Ｎ：４６μｇ／ｍＬ；ＮＨ３：４２μｇ／ｍＬ；ＮＯ３：０．５μｇ／ｍＬ未満）
【００２１】
［実施例１］
上記排水５００ｍｌに塩化ナトリウム（試薬）を、排水中の塩化ナトリウムの含有率が３．０質量％となるように添加した。次いで、排水に、排水１ｍｌ当たりの微細藻類の個体数が２．０×１０５となる量の微細藻類Ａを添加した後、２５℃の温度下で、１００μｍｏｌ／ｍ２／ｓの光を照射し、かつ、１分間当たり８ｍｌとなる量の二酸化炭素を排水中に吹き込みながら、１０日間、撹拌培養を行った。
【００２２】
培養後に、遠心分離を行って、微細藻類を回収した。回収した微細藻類を蒸留水で洗浄した後、再度遠心分離を行った。次いで、遠心分離後に回収した微細藻類について、凍結乾燥を行い、培養された微細藻類を回収した。
回収した微細藻類の質量を測定し、培養後の１リットル当たりの微細藻類の量を算出した。
また、乾燥した微細藻類５０ｍｇを乳鉢および乳棒を用いて粉砕した後、脂質抽出溶媒として、５ｍｌのｎ−ヘキサンを加えて混合した。次いで、遠心分離を行って、液分をバイアルに回収した。アルゴンガスを用いて、液分からｎ‐ヘキサンを揮発させて、抽出物（脂質）を得た後、得られた脂質の質量を測定した。得られた測定値から、培養後に回収した微細藻類に含まれる脂質の含有率、及び、脂質の生産量を算出した。
【００２３】
培養前の排水および培養後の排水の各々の、窒素の含有率を、アンモニウムテストキット（メルク社製）を用いたインドフェノールブルー法によって測定し、得られた測定結果から、排水中の窒素の除去率を算出した。
また、培養前の排水および培養後の排水の各々の、リンの含有率を、ＩＣＰ発光分光分析装置（島津製作所社製、商品名「ＩＣＰＥ‐９０００」）を用いたＩＣＰ発光分析法によって測定し、得られた測定結果から、排水中のリンの除去率を算出した。
【００２４】
［比較例１］
排水として、オートクレーブによる殺菌処理を行った排水を用いた以外は、実施例１と同様にして、微細藻類Ａの培養を行った。実施例１と同様にして、微細藻類の量の測定等を行った。
【００２５】
［実施例２］
微細藻類Ａの代わりに微細藻類Ｂを用いた以外は、実施例１と同様にして、微細藻類の培養を行った。実施例１と同様にして、微細藻類の量の測定等を行った。
［比較例２］
排水として、オートクレーブによる殺菌処理を行った排水を用いた以外は、実施例２と同様にして、微細藻類Ｂの培養を行った。実施例１と同様にして、微細藻類の量の測定等を行った。
以上の結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１から、本発明の処理方法によって処理した排水（実施例１〜２；殺菌処理なし）は、殺菌処理を行った以外は本発明の処理方法と同様にして処理した排水（比較例１〜２）と比べて、窒素の除去率、およびリンの除去率が同程度であり、かつ脂質の生産量が大きいことがわかる。
また、微細藻類として、Ｃｈｌｏｒｅｌｌａを用いた場合（実施例１；殺菌処理なし）には、殺菌処理を行った以外は実施例１と同様にして処理した場合（比較例１）と比べて、リンの除去率（２５質量％）、培養後の微細藻類の量（１．３ｇ／リットル）および脂質の生産量（４３．０ｍｇ／リットル／日）が大きいことがわかる。また、Ｃｈｌｏｒｅｌｌａによれば、脂質の生産量が大きいことから、バイオ燃料に用いられるバイオマスとして好適な微細藻類を大量に回収できることがわかる。
また、微細藻類として、Ｔｅｔｒａｓｅｌｍｉｓを用いた場合（実施例２；殺菌処理なし）には、殺菌処理を行った以外は実施例２と同様にして処理した場合（比較例２）と比べて、脂質の含有率（４．３質量％）および脂質の生産量（６．４ｍｇ／リットル／日）が大きいことがわかる。また、Ｔｅｔｒａｓｅｌｍｉｓによれば、Ｃｈｌｏｒｅｌｌａを用いた場合と比べて、リンの除去率が大きいことがわかる。