(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性汚泥中に存在する微生物を使用してアルカリ性の条件下にアルキレンアミンアセテートを微生物分解する方法において、アルキレンアミンアセテート含有廃棄物が、8.0より上かつ9.5より下のｐＨで、反応器にそれが存在する間に、担体物質の不存在下に広い範囲の微生物を含む活性汚泥と連続的に接触されることを特徴とする方法。
【請求項２】
廃棄物が、８．５〜９．０の範囲のｐＨで活性汚泥と接触されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
微生物分解を受けるアルキレンアミンアセテートが、ＥＤＴＡ又はＰＤＴＡであることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
微生物分解が、廃水処理プラント中で実行されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
ＥＤＴＡの分解のために使用される活性汚泥が、少なくとも１週間のプラント中での保持時間を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
ＰＤＴＡの分解のために使用される活性汚泥が、少なくとも２か月間のプラント中での保持時間を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
分解の間にｐＨが９未満に保持されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
アルキレンアミンアセテート分解性微生物が、アルキレンアミンアセテート含有流出液流が活性汚泥と接触される前に又は接触中に活性汚泥に加えられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、活性汚泥中に存在する微生物を使用してアルカリ性の条件下にアルキレンアミンアセテートを微生物分解する方法に関する。
そのような方法は、GWF Gas-Wasserfach:Wasser/Abwasser、第133巻、第10号、第546〜549頁（1992年）のN.Gschwindによる論文から公知であり、該論文は、エチレンジアミンテトラアセテート（ＥＤＴＡ）が、連続式反応器中のモデル系においてどのようにして分解され得るかを開示している。ＥＤＴＡ含有水は、活性汚泥が特別な担体物質（発泡ポリウレタン  ＰＵＲ  ＲＥＡ  ９０／１８、微小）上において、そのために濃縮された工業規模の処理プラントからの固定化微生物で処理された。
Gschwindにより開示された方法にいくつかの欠点がある。例えば、ＥＤＴＡの効果的な分解は９〜９．５のｐＨにおいてのみ達成されることが分かった。しかし、実際の実施において、存在する他の微生物により生ずる種々の反応に不利な効果を生じないために、廃水処理プラントにおいてより中性のｐＨを使用することが好ましい。更に、表面水の管理人は、水処理プラントからのｐＨ中性の流出液の排出をむしろ好む。Gschwindの実験において、８．５のｐＨにおいてＥＤＴＡの分解は時間経過と共に急に減じられる。Gschwindによれば、９より小さいｐＨは実際には実行できない。化学廃棄物として処理されるべき必要があるところの形成される固体廃棄物の量がかなり増加され得る故に、Gschwindにより利用された担体物質の使用は好ましくないという事実がまたある。更に、「慣用の」活性汚泥に基く水処理プラントにおけると同類の担体物質を使用することはできない。Gschwindは、担体に付けられない培養物は不成功であると分かったことを報告している。その上、ＥＤＴＡの分解は、ＥＤＴＡに加えて他の炭素源を含むところの流出液に有効であり続けることは該論文から明らかでない。
アルキレンアミンアセテート及び任意的に他の汚染物質を含むところの廃水は、微生物のために特別な担体物質を使用する必要なしに、フロック中で微生物の使用を行うことにより約８〜９のｐＨにおいて効果的に精製され得ることが今分かった。この方法において、ＥＤＴＡばかりでなく他のアルキレンアミンアセテート、例えばプロピレンジアミンテトラアセテート（ＰＤＴＡ）は微生物的に分解し得ることが分かった。
冒頭の段落において開示された方法は、アルキレンアミンアセテート含有廃棄物が、約９又はそれより小さいｐＨ、特に８．０より上かつ９．５より下のｐＨで、特別の担体物質の不存在下に広い範囲の微生物を含む活性汚泥と接触されることを特徴とする。
特開昭６２−９６９９０号公報及び特開昭６３−３５３８４号公報は、担体上に固定された時、バクテリアがＥＤＴＡを分解する能力があるところのPseudomonas editabidus-1型の特別なバクテリアの担体物質上での使用を開示していることが注意されるべきである。しかし、特定のｐＨにおいて広い範囲の微生物を含む活性汚泥の使用は示されていないし、かつ示唆されてもいない。
更に、Applied and Environmental Microbiolog 58（1992年）、第671〜676頁においてB.Nortemannは、通常、ＥＤＴＡは生分解性に乏しいが、モデル系においてＥＤＴＡの９８％分解が砂上にバクテリアを固定することにより達成され得ることを開示している。種々のバクテリアの間で生ずる相乗作用のために、微生物の混合培養の使用がこの方法において好ましい。特定のｐＨを維持する重要性は開示されていないし、また示唆されてもいない。また、複合の、ＥＤＴＡ含有媒体を持つ微生物の濃縮は不可能であることがまた分かった。ＥＤＴＡに加えて炭素源として存在するグリオキサレート、グリシン又はエチレンジアミンのみによる阻害は観察されなかった。
特開昭５８−４３７８２号公報は、特定のPseudonomas及びAlcaligenesバクテリアを使用して閉鎖ボトル試験においてＥＤＴＡがどのようにに分解されるかを開示している。該特別な試験法は、これらのバクテリアの純粋な培養物を使用し、これは、例えば汚泥中に存在する広い範囲のバクテリアを使用する活性汚泥プラントにおける不十分なＥＤＴＡ分解の問題を解決するためである。
その上、Water Environment Research 66（1994年）、第211頁におけるS.G.Pavlostathisらによる最近の論文は、伝統的な廃水処理プラントがとりわけ、それが排出液からＥＤＴＡを除去する点では、余りに有効ではないことを教示する。これは近年、Tappi Journal 78,第8号（1995年）、第185〜192頁におけるR.Saunamakiによる論文において確認された。
今までのところでは、アルキレンアミンアセテートの微生物分解は、実際の実施において一般的でもなくまた魅力的でもないところの条件を使用して、モデル実験においてのみ示されている。例えばＥＤＴＡ及びＰＤＴＡの好ましいプロセス／性能比にかかわらず、アルキレンアミンアセテートが生分解性でないと想定される故に、しばしばあまり十分に機能しないところの新しい代替物を開発する傾向さえ認められ得る。例えば、欧州特許出願公開第５１６１０２号公報及び国際特許出願公開第９４／２６６９１号公報を参照せよ。
本発明に従うアルキレンアミンアセテートの微生物分解は、通常の水処理プラントの処理温度において生じ、かつなかんずく、環境温度及び流入液温度に依存する。好ましくは、１０〜３８℃の範囲の温度が維持される。
反応混合物のｐＨは、反応器中にそれが存在する間、好ましくは７〜９、より好ましくは約８．５に絶えず維持される。これは、酸、塩基及び／又は塩の十分な量の断続的な添加をすることにより又はせずして達成され得る。
アルキレンアミンアセテートの効率的な微生物分解を達成するために、好ましくは、流出液が常にこれらの化合物の一つ又はそれ以上を含み、かつ使用される活性汚泥が十分に長時間水処理プラント中に存在することを確保することが管理されるであろう。活性汚泥による例えばＥＤＴＡの効率的な分解がある前の１週間から数週間の遅れ時間（lag period）の故に、少なくとも１週間の汚泥保持時間が好ましい。ＰＤＴＡの場合に、遅れ時間は実質的に、約２か月に増加する傾向にあり、そして２か月より長い汚泥保持時間が好ましい。活性汚泥の保持時間が遅れ時間より短いか又はアルキレンアミンアセテートの供給が非常に不規則であるところの場合において効率的な生分解を確保するために、アルキレンアミンアセテート含有廃棄物流が処理プラントに供給される前又は供給される時に、適切な微生物が該処理プラントに導入され得る。この目的で、前のアルキレンアミンアセテート分解時間からの多量の汚泥が適切に使用され得る。あるいは、アルキレンアミンアセテート分解性微生物の個々に濃縮され及び／又は成長された培養物が、活性汚泥中で使用され得る。その場合の微生物は、分解される必要があるアルキレンアミンアセテートとは異なるアルキレンアミンアセテートを使用して濃縮及び／又は成長されたものであり得る。アルキレンアミンアセテートの効率的分解のための濃度範囲の例は、１〜６００ミリグラム／リットル流入液、より好ましくは２〜３００ミリグラム／リットル流入液、更に好ましくは５〜２００ミリグラム／リットル流入液である。
術語「アルキレンアミンアセテート」は上記のＥＤＴＡ及びＰＤＴＡばかりでなく、ペンテティック酸（penteticacid）としてまた公知のＮ，Ｎ−ビス［２−（ビス（カルボキシメチル）アミノ）エチル］−グリシンのような化合物も言うことが注意されなければならない。全ての場合において、アルキレンアミンアセテートは、酸形態又は金属イオンを持つ錯体の形態で存在し得る。
次の限定するものでない実施例は、本発明を説明するために役立つ。これらの実施例は、流出液中に見出されるＥＤＴＡ及びＰＤＴＡが、活性汚泥に基く廃水処理プラントにおいてどのように分解され得るかを示している。しかし、当業者に明らかであろうところの同一又は類似の原理の変形に基いて操作されるプラントにおいて本発明を実行することは同様に可能である。もし、所望なら、これらの変形は、本明細書において述べられたものとは別の供給源からの活性汚泥又は流出液を使用し得る。最適とは言えない流入液による水処理プラントでの標準的な処置であるところの廃水へのホスフェート、窒素誘導体、又は他の化合物の添加はまた、アルキレンアミンアセテートが本発明に従って分解されるところの水処理プラントにおいても実行され得る。
実施例
生分解実験が、商業的廃水処理プラント（WTP）に非常に近似されているところのいわゆるSemi-Continuous Activated Sludge（SCAS）において実行された。手順は、OECDガイドライン第３節：「Degradation and accumulation No 302,An Inherent biodegradability;modified SCAS test（1981年）Paris Cedex France」に従った。この試験方法はまた、Ｌ  １３３／１２３〜１２７の下に1988年5月30日のPublikatieblad van de Europese Gemeenschappenにおいて公表されている。
「Methods for the determination of ecotoxicity.Biodegradation Activated sludge simulation tests」と題された同一の試験方法、
Section Cは、「OECD/ECガイドライン第３節：「Degradation and accumulation No 303 A（1981年）Paris Cedex France」に従う試験に相当するところのContinuous Activated Sludge（CAS）試験を開示している。この試験方法は、製紙工場の排出液流中のＥＤＴＡの微生物分解を評価するために使用された。
ＳＣＡＳ試験において、約２グラム／リットルの固形物含有量を持つ活性汚泥の試料が、約１５０ミリリットルの曝気槽において試験された。試験サイクルは１週間に６回繰り返された。試験されるべき化合物の保存溶液は、２グラム／リットルのＥＤＴＡ又はＰＤＴＡを含んでいた。ＣＡＳ試験において、反応器に活性汚泥が入れられ、その後、２グラム／リットルより高い溶存酸素濃度を与えるように曝気された。廃水は、０．２リットル／日の量で供給された。使用された反応器は、２０ミリリットルの汚泥が１日に抽出されるところの、０．４０リットルの曝気槽及び０．０６リットルの沈降槽を有していた。従って、廃水は４８時間の滞留時間を有し、かつ汚泥は２０日間の保持時間を有していた。廃水中の物質の生分解を測定するために、処理水は２４時間の期間に亘って集められ、その後、この試料は分析されて、そして流入する廃水と比較された。
多くの場合に、使用された廃水は、DuivenのNieuwgraafの市営WTP、乳製品又は製紙工場のWTP、又はAkzo NobelのDeventerのWTP又はKleefse Waard（Arnhem）のWTPから生じたものである。乳製品から得られたＥＤＴＡ含有流出液（濃度は約2860ミリグラム／リットルＨ４−ＥＤＴＡである）は、希釈した形態で評価された。製紙工場の廃水は約１０ミリグラムＥＤＴＡ／リットルを含んでいた。この廃水中のＣ：Ｎ：Ｐ比は微生物の適切な成長を妨げる故に、ホスフェート及び尿素が夫々、６．２及び１００ミリリットル／グラムの量で加えられた。
活性汚泥は、Roermond又はDuivenの市営のWTP、Deventer又はKleefse WaardのAkzo NobelのWTP、又は製紙工場の水処理プラントから生じたものである。
活性汚泥及び廃水の両方が、使用時まで４℃で保管された。
Ｎａ2Ｈ2−ＥＤＴＡは、Akcros Chimica製であった。（不揮発性）溶存有機炭素（NPOC）の分析のための標準として使用されたフタル酸水素カリウムは、J.T.Baker製であった。使用された他の化学品は全て慣用の試薬であった。
廃水のｐＨは、所望のｐＨに依存して、ホスフェート又は重炭酸塩緩衝剤を使用する公知の方法で設定された。ＣＡＳ試験において、ｐＨはカセイソーダを加えることにより一定値に保持された。また、設定限界内に廃水のｐＨを維持するために他の物質が使用され得る。
８μｍのニトロセルロースフィルターを通して分析されるべき物質の試料を濾過し、次いで酸性化した後、ＮＰＯＣ値は、アメリカ合衆国、カリフォルニア州、Santa ClaraのRosemount Inc.により製造されたDohrman DC-190 TOC機器を使用して慣用の方法で測定された。
ＮＰＯＣ値として表された、除去されたアルキレンアミンアセテートのパーセンテージは、下記式のように、測定されたＮＰＯＣ値から決定された。
除去された物質の％＝100（CT-（Ct-Cc））/CT
ここで、
ＣT＝曝気開始時のＮＰＯＣ値として表された、廃水中のアルキレンアミンアセテートの濃度（ミリグラム／リットル）、
Ｃt＝処理された廃水の上澄みのＮＰＯＣ濃度（ミリグラム／リットル）、及び
Ｃc＝曝気後の対照混合物（ブランク）の上澄みのＮＰＯＣ濃度（ミリグラム／リットル）（ＣＡＳ試験において、この中に占められる数は０である）
である。
廃水及び処理水中のＥＤＴＡ含有量はまた、アイソクラチックＨＰＬＣ分析により測定され得る。この目的で、Merck製のLichrosphere 60 RP select B 5μ（120×4.0mm）カラム、２６０nmにおいて測定するUV-Vis検出器、及び0.025モルの酢酸ナトリウム及び10ミリモルのテトラブチルアンモニウムブロミドを含む水中の１０体積％のメタノールから成る移動相が使用された。酢酸により４．５のｐＨにされた濾過されかつ脱気された移動相の流速は、０．５ミリリットル／分であった。
実施例１
ＳＣＡＳ反応器中のＥＤＴＡの生分解の評価
上記の刊行物Ｌ１３３において明記されたように、保存溶液を使用してＥＤＴＡが廃水に加えられた。最終的な廃水中のＥＤＴＡ濃度は１００ミリグラム／リットルであり、これは、３５ミリグラム／リットルの廃水のＮＰＯＣにおける理論的な増加に相当する。該廃水は、Duivenの市営のＷＴＰから生じたものである。使用された活性汚泥は、Roermondの市営のＷＴＰから生じたものである。試験の間、ｐＨは８〜９に保持された。いくつかの試験サイクルの上澄みにおいて実行された測定の結果は表１に掲げられている。
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２８日間後、ブランク及び試験溶液は夫々、１８０及び２０８ミリグラム硝酸塩／リットルを含んでいた。これは、約６５％のＥＤＴＡ−窒素が硝酸塩に分解されたことを意味する。ＥＤＴＡ−窒素の残部は、（例えば、アンモニアの形態において）蒸発され、又は例えば新しい細胞物質に微生物により分解された。加えて、参照溶液及び試験溶液のＮＰＯＣ値は、廃水中の他の廃棄物の分解に負の効果がなかったことを示す。
実施例２
実施例１で述べられた実験が、Roermondからの活性汚泥がDuivenからの汚泥によって置き換えられたことを除き、繰り返された。結果は表２に掲げられている。
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約４週間の遅れ時間の後に、効果的なＥＤＴＡ分解があったことが再度見出された。
実施例３
実施例１で述べられた方法が、Akzo NobelのDeventerのＷＰＴからの廃水及び活性汚泥により繰り返された。ここでｐＨは、８．６〜８．８に保持された。結果は表３に掲げられている。
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使用された条件は６週間の培養期間を要求することが分かった。７週間後、ＥＤＴＡが分解されたところのＳＣＡＳ反応器は、ＥＤＴＡなしの対照のＳＣＡＳ反応器より十分に機能した。明らかに、Deventerからの廃水は、余りに少ない窒素を含んでいた。ＥＤＴＡ分解が生ずるやいなや、（追加の）窒素が微生物のための栄養素として利用できるようになり、微生物をより良好にさせた。これは、試験の終結において上記の溶液からの硝酸塩の不存在により確認された。
実施例４
実施例１で述べられた実験が、Akzo NobelのKleefse WaardのＷＰＴからの廃水及び活性汚泥を使用して繰り返された。ここでｐＨは、８．７〜８．９に保持された。結果は表４に掲げられている。
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約６週間の明らかな遅れ時間があった。その後、完全なＥＤＴＡ分解があった。この場合、ブランク溶液及び試験溶液中の硝酸塩含有量は夫々、３及び１５ミリグラム／リットルであった。
実施例５
実施例１で述べられた方法が、乳製品のＷＴＰからの活性汚泥を使用して繰り返された。ここで、Duivenからの廃水はＥＤＴＡを加えられなかったが、９５：５の体積比で乳製品の流出液を混合された。結果は表５に示されている。
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第１週の間、４０〜７５％の有機炭素が廃水から除去された。非ＥＤＴＡ炭素が分解されたようである。この期間の後、ＥＤＴＡ炭素がまた除去された。これは、２８日間のサイクルの上澄みにおけるＨＰＬＣ測定により確かめられ、そしてそれは、ＥＤＴＡの９８％の除去を示した。換言すれば、実質的に全てのＥＤＴＡが、１０日間の遅れ時間の後に生分解された。
実施例６〜１０
効果的なＥＤＴＡ生分解を与えるために実施例１において明記されたよう濃縮された製紙工場からの汚泥に、同じ製紙工場からの廃水がＣＡＳ試験において加えられた。このＥＤＴＡ含有廃水は、４の最初のｐＨ、１０．０ミリグラム／リットルのＥＤＴＡ含有量、及び２７０ミリグラム／リットルのＮＰＯＣ値を有していた。
ＣＡＳ試験中の温度は、２０〜２２℃の範囲であった。ＮａＯＨが使用されて、ＣＡＳ反応器中のｐＨを実施例６〜１０において夫々７．５、８．０、８．５、９．０及び９．５に維持した
１０日間後、安定な状態が達成された。下記の表に示すように、８．５、及び９．０のｐＨにおいて、他の有機炭素質物質ばかりでなくＥＤＴＡの効率的な生分解があった。
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実施例１１
実施例２で述べられた実験が、その時、ＥＤＴＡに代えてＰＤＴＡが廃水に加えられたことを除いて繰り返された。加えられたＰＤＴＡの量は、２３．４ミリグラム／リットルまでのＮＰＯＣ値の理論的な増加に相当した。約６０日間の遅れ時間の後、ＰＤＴＡの生分解が観察された。約２００日間後に、次の表に示されているように、ＰＤＴＡの効率的な生分解があった。
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