TECHN/GAL

NOTE

特殊環境微生物利用技術

進

長谷川

技術開発本部
第2研究開発部

L･i

第5研究室
主任研究貞
工学博士,技術士(水道部門)

ま えがき脱臭)｡吸着された悪臭成分は吸着材表面に着生

地球は,創世期の灼熱地獄から氷河期の極低温と,する悪臭成分分解微生物(Thiobacillus属,その長い歴史の中で様々な環境を経験して現在に至っ

NitrosoTTWnaS属,Pseudomonas属など)によりている｡そして,それぞれの時代にその環境に順応した生物が表舞台で活動し,環境にそぐわないもの分解無臭化され(分解無臭化),この時生じた代謝生成物は1日数回の散水により洗浄される(洗浄)｡は,舞台より消え去るか,あるいは,わずかに与えこれら3つの過程を充填層内で並行して進行させるられた生活の場で密かに息を潜めて生き続けている｡

ことにより,悪臭成分は,物理学的＋生物学的に効

その結果,現在地球上には,高温,低温,強アルカ

率よく分解除去され,吸着材も破過することなく半リ,強酸,嫌気,高塩濃度,高圧などわれわれの目永久的使用が可能である｡

から見て特殊といえる環境を好む種々の微生物が生1. 2好酸性細菌の利用存1)するようになった｡それら表舞台から追いやら下水処理場においては,イオウ系臭気成分が悪臭れた特殊環境微生物も,彼らの好む環境を整えてや成分の主体となる場合が多い2)｡イオウ系臭気成分

るとたちまち活気付き,その機能を発揮する｡特殊は,イオウ酸化細菌により最終的にSO｡2J:1まで酸化環境微生物が生育できる環境では,通常の微生物がされるため,充填層内pBが2‑4まで低下する｡

成育できをいため,開放系であっても,目的微生物

通常の悪臭成分分解微生物の至適pHは中性付近で(特殊環境微生物)を優先的に増殖させ,その機能あるため,生物脱臭の進行に伴うpⅢ低下により,を利用することができる｡

脱臭活性が極端に低下する結果となる｡

本稿では,これら特殊環境微生物を利用した当社

第1図に充填層内pEと各臭気成分除去率の関係開発製品を概説する｡

を示す｡低pfI域においてメチルメルカブタン

1.好酸性細菌の利用(MM),硫下メチル(DMS),および二硫化メチル

当社製品名:吸着材併用型生物脱臭装置(DMDS)の除去率が大幅に低下している｡硫化水｢B‑DOシステム⑳+100

1.

1生物脱臭の原理

0

生ゴミをごみ箱に入れて放置しておくと強烈な悪臭を発するようになるが,それを庭の畑に埋めると

H2S● MM80

A宗D丸4Sー‑′●▲ Dh4D60)′′>

悪臭はほとんど感じられなくなる｡これは,土壌中＋/J/＋/也＋/i I ‑＋

●

岩 40

A

̲J･A

▲

Oの微生物が悪臭成分を分解し,無臭化しているため

Ipi＋‑

▲
̲/zT乞二20*^/である｡ B‑DOシステムは,この土壌脱臭の原理をJ,ノ'′￣′

充填層内で効率よく再現している｡
0

本法において,悪臭ガスは,微生物を着生させた

vol.

45No.

1(2001/8)

234567pH

特殊吸着材充填層中に通気され,悪臭成分を吸着材に吸着除去させ,処理ガスとして排出するL

1第1図(吸着Fig･

臭気成分除去率におよぼすpfiの影響
1

神鋼パンテツク技報

EffectofpHon

removalofodorcomponents

7S

莱.(E2S)のみは,低pH域でも高い除去率を示すが優先し,一般細菌が消失していることがわかる｡

が,これは,

1.4

H2Sを分解する微生物に好酸性の種が春在する3'ことを示唆している｡そこで,

B̲DOシ

実

施

例4)

(1)処理設備概要

ステムでは,好酸性イオウ酸化細菌を利用するため,設備全景を写真2に示す｡

充填槽内に低pH域を設ける工夫をしている｡

処理風量:

1. 3

通気速度.'0.1 m/秒

B‑DOシステム

B‑DOシステムは,上段と下段を異なるptI条件

空間速度:で運転する1塔2層式充填層となっている｡上段を(150m3/hinX 2基)

300m3/min

225

m3/m3nl(2)処理成績

低pⅢ条件で運転し,好酸性イオウ酸化細菌により主としてⅢ2Sを除去し,下段を中性付近で運転し上段pliは3まで低下したが,H2Sが上段でほとんど除去されるため,下段充填層pEは低下すて,一般の微生物により他の臭気成分を除去していることなく中性付近に維持され1塔2層式運転かる｡具体的には,第2図に示すよう,上段と下段の実現された｡各臭気成分の平均除去率は,

H2S,MM,99%,間に水切りを設け上段散水ドレンが下段に沈下しなDMS,DMDS,それぞれ,99.9%,いようにしている｡第1表に1塔1層式と1塔2層式の処理成績を示すoによりMM,が,1啓1層式の場合,p壬壬低下
DMDSの除去率が極端に低い

DMS,

̀'￣一′ニー

ラミUpperstandJ

1塔2層式では,上段pⅢが3以下まで低下しているにもかかわらず,下段は中性付近で運転されノ←l岩ており,処理成績が大幅に改善されている｡
写真1に,上段,下段の担体表面の微生物の電子E

一ヽItLt‑

顕微鏡写真を示す｡下段では,形状や大きさが様々≡≡藍童竿stand∠F9Blower

で多種の微生物が認められるのに対し,上段の微生.̲̲,.>け‑A...屯三⊥ニー

B‑DO

物種は低pI寸という特殊環境により限られているこreactorAb sorberとが分かる｡第3図に充填材に付着する細菌の計数結果を示す｡特に上投では,好酸性イオウ酸化細菌

第2図

B‑DOシステム鳥取囲Fig･Birds‑eyeZ

1,E＋08bacteria

common(upper stand)1

Electronmicrograpb

く白acidopbilica(a)Performanceof

B‑DO

systemwith

standhfluent

Efnuent

(ppm)

(ppm)

(o/o)

6.3
0.21
0.026
0.025
0,2

<0.006
0.ll
0.026
0.026
<0.1>99.9
47.6

tI2S
MMDMSDMDS
NB3
pfI

74

‑10‑‑Common

bactedaPpper s(and)‑｢ムー‑ColllmOnbacterlastar) d)
O‑o＼ver

1.E＋■
100

150

bacteda

200

time

250

300

(d )

イオウ酸化細菌数の経日変化
3Time

courseof

thenumberof

thiobacteria

B‑DOシステム処理成績I

1‑a‑‑‑ーG>‑‑0Operating

Fig･Table

Th iobacterla

O･ower stand)＼50ofPpper stand)＋:王=フ■k∃

1.E＋02Thiobacter)aeh
O

第3図
第1表

軒二三

Lぎ1●,i;bacteria(Lower stad)

写真1好酸性細菌の電子顕微鏡写真
Photoン∴(＼ヽ/,＋ーふ‑‑‑ムー1Atl･E'■弓Acidophilicsystem＼‑＼＼

1.E＋10率
iof BIDO

view

twostands(b)

2

standsRemovalhnuentH2SMMDMS
DMDS

>50
3.1

NHS

UpperstandLowerstandRemoval

(ppm)

(ppm)

(ppm)

(%)

19
0.67
0.064
0.011
0.5

<0.006
0.32
0.057
0.018
<0.1

<0.006
0.058
0.04
0.005

>99.9

2.8

6.8

pfI

神鋼パンテツク技報

91.3
37.5
27.3
>80

<0.1

Vol.

45

No.

1(2001/8)

写真

2B‑DOシステム全景

Photo

20utsideviewof B‑DO

写真3好熱性細菌による汚泥プレー
トの可溶化

Pboto

3Slndgesystemmopbilic

96%,

by

ther‑

88%と良好で,後段の活性炭吸着塔出口

では,臭気強度2.0相当濃度以下を十分満足した｡
現在,約40件に及ぶB‑DOシステムが稼働中である｡

20室
g15I+ロ

2.好熱性細菌の利用
当社製品名:生物学的汚L;尼減量化技術

くG‑一一●‑ Thermopbilicilo‑‑‑‑‑0‑

MesopbilicO｢エステプロセス①+2.

solubilization
bacteria

5cnu3∽>

1生物学的汚混減量化の原理

0

有機性固形物は,多種の酵素により低分子化され,最終的に微生物に取り込まれ,無機化される｡たとえば,たんばく質を資化する場合は,まず,プロテ1020

第4図
Fig.

30( ll)Time

SPT2‑1株培養液上澄みによる汚泥の可溶化
4VSS

solubilizationthermophilic

アーゼにより各種アミノ酸に分解され,さらに分解

andbymesophilic

thesuperrlatantS

Ofcultureする必要がある場合は,脱アミノ作用,脱炭酸作用を触媒する酵素により分解代謝されていく｡同様に,第4図は,汚掘可溶化好熟菌spT2‑1株(生命研

炭水化物は,たとえば,アミラーゼにより分解され,受託番号FERM

グルコースは解糖系に入り,好気条件においては,培養し,その培養液を18000Gで高速遠心した上澄二酸化炭素と水にまで酸化される｡

み液に下水処理場の余剰汚泥を等量添加し,下水処理場などの活性汚泥処理設備から排出される余剰汚泥は大半が蛋白質で構成され,脂質,炭水化物がそれぞれ10%程度含まれている5)｡したがっP‑15395)を標準液体培地で純粋で24時間振とうした場合のVSS70 ℃(揮発性固形物質:有機性固形物量を代表する値)の分解率を示す｡約5時間の短時間で分解が進んでいることから,上澄て,プロテアーゼ,アミラーゼなどを分泌する微生み液中に汚泥可溶化酵素が存在していたと推察され物により余剰汚泥が分解できることは容易に予想さる｡比較として,汚泥可溶化能を示さなかった中温れる｡

菌の培養液上澄み液についても同様の試験を行った

筆者らは,好熱性細菌のある種のものが,プロテアーゼ,アミラーゼを体外に分泌し,余剰汚泥を溶解することを見出し,分離に成功した｡
2. 2

エステプロセス

エステプロセスは第5図に示すように,余剰汚泥汚泥を可溶化する好熱性細菌(好熟菌)

下水余剰汚泥を基質として,が,可溶化は認められなかった｡
2.3

を汚泥可溶化槽(s‑TE稽)で好熟菌により可溶化

70℃の高温槽中で好熟菌を培養し,その中から汚泥を可溶化する好熟処理後,水処理系の曝気槽に返送し,無機化する水処理･汚据処理一体型のプロセスである｡

菌を分離した｡培養液の一部を汚泥を懸濁させた寒エステプロセスで使用する好熱菌はBacillus

天平板上に塗抹し,コロニーを形成させ,コロニーstearothermophilusに分類される病原性のない安全な細菌で,自然界から分離されたものである｡こ周辺に汚泥可溶化部(ハロー)が認められたものを汚泥可溶化菌として分離した(写真3)0vol.

45

No.

1(2001/8)の細菌は好気性条件の下で60‑70

神鋼パンテツク技報℃で活発に増殖
75

S ewage

Treated water
Settling

Recycleshdge:.>:

S‑TE

reactor■▲■▲▼■〜)L■

写真4

エステプロセス設置処理場全景

Pboto

40utsideof S‑TEviewplant
A洗er S‑TE

第5図

し,強力な汚泥可溶化酵素を分泌し,汚泥を溶解す

Fig.

Beforetreatment

S‑TEtl･eatment

エステプロセス基本フロー
5StandardflowofS‑TEPROCESSる｡また,本菌は50℃以下では増殖せず,かつ,汚泥可溶化酵素も50℃以下では不活性であるため,可溶化液を水処理系曝気槽に返流しても亨舌性汚泥に悪影響を及ぼすことはない｡

本菌は,芽胞(胞子)形成細菌の一種であり,芽てエステプロセスが実働している｡

す び
む
特殊環境微生物としてはノ他にも嫌気性細菌を利月

胞は種々のストレス(温度変化,毒性物質の混入,した嫌気処理技術もあるが,広く汎用化されてい1乾燥等)にさらされても死滅することなく生残する｡

ため本稿では割愛した｡

曝気槽内では一部芽胞の状態で存在するため,死滅地球上には,有用な機能を持った特殊環境微生羽することなく,沈殿槽を経てエステ稽に送られ,再が他にも多く認められている｡また,未だ発見さ才度活性化(発芽)し,汚泥の可溶化に寄与する｡しず,どこかに潜んでいるものもあると推察される｡

たがって,種菌の追加接種は原則的に不要である｡

今後,このような特殊環境微生物の持つ有用な機青実

2.4

施例6)

あるいは特殊な機能を利用することによって,より(1)処理設備概要

効率的な生物利用技術が確立されていくものと期不実下水処理施設(オキシデーションデイツチ法)する｡

において実証実験を行なった｡設備全景を写真4に示す｡[参考文献]

オキシデーションデイツチ槽:400m3
淀入下水量:

余剰汚泥発生量:s‑TE稽:

25‑30(1991)

1)大島泰郎監修:極限環境微生物ハンドブック,

260‑270m3/a㈱サイエンスフォーラム

2)建設省都市局下水道部,日本下水道事業団:下水3j

kgDS/d

施設における生物脱臭技術の開発に関する調査,

5m3(1990)(2)処理成績
最適な運転条件を検討した結果,余剰汚泥の排出量が従来の1/5程度に削減され,汚泥処理に要3 ) Murray,

R. G.E

Bacteriology,

etVol. 3al∴ Bergy's

ManualofSystematj(1984), p.185411857,

Williams

vol.16,(1995), p.49

'Wilkins.

する用役費も2/3程度となった｡処理水質についても,で,

T‑BOD,

SSは年平均10mgnJ程度と良好

CODMnについても1年を通して20mg凡を

No.2

vol.34, No.408

5)長谷川進他:下水道協会誌,(1997:p.76

上回ることはなかった｡

6)若山正憲他:第38回下水道研究発表会講演集,

現在,群馬県中之条町沢渡水質管理センターに764)藤本莞二:月刊下水道,(2001), p.668

神鋼パンテツク技報

vol.

45

No.

1

(2001/S