大分県産業科学技術センター 平成１９年度 研究報告

油の微生物分解処理技術の一般化に関する研究
斉藤雅樹*・玉造公男*・長沼毅**・長谷川剛史**・小倉秀***・木本弘之****

地域資源担当・**広島大学生物生産学部・***(独)海上災害防止センター

Research and Development for Utilization/Generalization ofBiodegradation Disposal of Recovered Oil
Masaki SAITO*, Kimio TAMATSUKURI*
Takeshi NAGANUMA , Takashi Hasegawa**, Suguru OGURA***, Hiroyuki KIMOTO***
**

*

**

要Regional Resources Group
Hiroshima University, ***Maritime Disaster Prevention Center

旨油濁事故の対策資機材である油吸着材の原料に杉樹皮を用いる「杉樹皮製油吸着材」は，平成10年度以降，日本財団などの支援により当センターと(独)海上災害防止センターと共同で実用化研究が行われ，ぶんご有機肥料株式会社（大分県竹田市）により製品化されている．平成13年度からは吸油後の杉樹皮製油吸着材を処理する際の環境負荷低減を目的とする微生物分解処理技術の研究開発に着手し，大分県内のバーク堆肥による実験では開始時の油分濃度39,000±4,300ppmが約150日に6,000～8,000ppm程度となる等の成果を得た．本研究では北海道，山口県のバーク堆肥による実験を行い，油分推移と微生物相変化について検討を行った．

1. はじめに150日に6,000～8,000ppm程度となり，安定して油が減少

杉の製材で発生する樹皮を原料に用いる油吸着材は，するデータが得られている．

平成9年のナホトカ号事故を契機に開始した当センターで昨年度は，より低コストで無駄のないシステムを開発の基礎的な研究開発を端緒に，特許出願・登録や実施許するべく，従来と逆の輸送の仕組み，すなわち，油など諾を経て平成12年度にぶんご有機肥料株式会社（大分県

回収物を処理サイトまで運搬する替わりに，回収物を一竹田市）をメーカーとする「杉の油取り（すぎのゆと旦陸揚げし，近辺に適切な場所を確保し，そこに微生物り）」の品名で全国に普及しつつある．

分解資材であるバーク堆肥の方を運搬し，分解処理を行杉樹皮製油吸着材の特徴は，廃棄物バイオマスと位置う方式を検討した．これは，海洋油濁事故での回収物に付けられる杉の樹皮を原料に用い，従来のプラスチックおける油の占める割合が事故実測値で14～21％程度1)，ナ製品並みの吸油性能，価格を実現していることである．

ホトカ号事故では数％ 2) との報告があるように，“意外生分解性の特徴を活かし，現在の唯一の処理方法であるに”油分割合が低いためである．

「焼却」より環境負荷の小さい方法，すなわち微生物をその結果，産廃用鉄製容器での 20.1m3 バーク堆肥によ活用して油と油吸着材の双方を分解処理する手法を実現

る実験においては，開始時の油分濃度 39,000±4,300ppmさせることがここ数年の目標となっている．

は約 128 日時点で 5,000～8,000ppm 程度となり，当初の平成13年度からこれまで一連の研究開発で目指してい1/2～1/4 まで低下することが判明したが，データはバラるのは，油濁発生現場から運搬された使用後の油吸着材つきが大きく明確に油分が減少すると判断するには至らを，「閉鎖された空間」において微生物，栄養源，およなかった．

び活動に適した環境を与えて，速やかに分解処理を行い，そこで，これまで実績のある100m3バーク堆肥による分安全基準範囲内に達した残留物を環境（例えば土壌）に解処理拠点を適切な位置に配置することが本技術の早期戻す，というものである．当グループでは，バーク堆肥普及に資する可能性が高いと考え，北海道，山口県のバ製造工場における微生物活動ヤードをそのまま適用するーク堆肥による実験をそれぞれ行い，油分推移と微生物ことを実用モデルとして捉えてきた．

相変化に関する実験を行い，本技術の一般化・実装につこのモデルを想定した100m3バーク堆肥による18年度のいて検討を行った．以下，北海道，山口県の実験をそれ

実験では，実験開始時の油分濃度39,000±4,300ppmは約ぞれ実験1，実験2とする．

18

大分県産業科学技術センター 平成１９年度 研究報告

誤差＝5％と考えられる．また，サンプリングにおける誤2. 微生物分解処理実験
2.1

差を算入すると，各測定時点における推定油分濃度は実誤差評価

2.1.1

験1，2とも相対誤差＝68％となる．また，バーク堆肥自各測定値の誤差評価

身の持つ溶媒溶出分（バックグラウンド）も誤差を考慮

各測定値における誤差評価を行った．

し，グラフ上で帯表示とした．油分濃度の低い測定値でバーク堆肥の水分率は実測により実験1で63±3％（相は影響が大きいため，結果の評価において注意が必要で対誤差4％），実験2で58±3％（相対誤差5％）とした．

ある．

採取したバーク堆肥を105℃の乾燥機に入れて絶対乾燥状

2.2態とし乾燥重量を測定して当初の水分量を推算し，水分バーク堆肥原料の中に吸油後の油吸着材を埋め込み，量／当初重量により算出した．

実験の方法

円錐形パイル状に被覆した後，定期的に攪拌（切り返

バーク堆肥の嵩比重は実測により実験1，2とも，0.50し）を行って，油分濃度の変化を調査した．実験のフィ±0.03g/cm3（相対誤差6％）とした．採取したバーク堆肥ールドは，実験1では森産業㈱（北海道士幌町）敷地内，を2L容器に入れ重量を測定し，算出した．

実験2では山陽チップ工業㈱（山口県下関市）敷地内に設

ホイールローダのバケット容積は，バケット形状からけた．

3

実験1，2とも，2±0.2 m （相対誤差＝10％）とした．数

実験1，2とも以下の手順に従って，吸着マットをバー

値はメーカーカタログによる．

ク堆肥パイルに埋め込んだ．

Ｃ重油および吸着マット浸漬用の大型容器の計量は十・大型容器（ドラム缶）を計量する

分精度の高い機材を用いたため，誤差は無視できるもの・大型容器（ドラム缶）に吸着マットを入れるとした．また，サンプリングに起因する誤差については・大型容器（ドラム缶）に計量したＣ重油を注ぎ，吸着過去に実施した実験により相対誤差68％とした3)．
2.1.2

マットに吸着させる

油分濃度の誤差評価

・吸油後の吸着マットを大型容器（ドラム缶）から取り

これまで述べた各誤差要因を総合する．独立な複数要出し各パイル断面に規定枚数並べる（Fig. 1：実験1）

因が重なるときは誤差を二乗和で算出している．

・大型容器（ドラム缶）の減量分を計量する

初期にＣ重油を投入したことにより付加された油分は， ・パイル断面に吸着マットを並べ終わるとバーク堆肥でホイールローダのバケット（相対誤差＝10％）での作業

規定の間隔（高さ）だけ被覆し，順次上のパイル断面3回数（100 m の場合50回）により求めたバーク堆肥パイルに移り，同様の作業を行う

容積，バーク堆肥の嵩比重（相対誤差＝6％），投入Ｃ重実験1，2とも用いた油はＣ重油300kgで，製品版の「杉油の重量（相対誤差≒0）から求めているため，実験1，2の油取り」マット型（45cm x 45cm）合計500枚に吸着さとも相対誤差＝12％と考えられる．

せて実験に供した．バーク堆肥はホイールローダのバケ

また，実験期間における油分測定にはn-ヘキサン抽出ットで容積を計量した約100 m3（相対誤差＝10％）ほどを重量法用いるが，バーク堆肥そのものが含んでいるn-ヘ用いた．嵩比重が約0.50（相対誤差＝6％）であることかキサン可溶物も同時に「油分」として検出されるため，

ら約50±5t（実験1で19±2t-dry，実験2で21t±2t-dryにＣ重油投入前のバーク堆肥についても「油分濃度」を測相当）であると推定される．
パイルの形状は実験1，2ともやや膨らんだ円錐台状で，定しておく必要がある（これをバックグラウンドと呼ぶ ） ． 今 回 の 測 定 値 は ， 実 験 1 で 3,000ppm-dry ，上面φ4m，底面φ8m，高さ3.5m程度となった．バーク堆

1,100ppm-wet（相対誤差36％），実験2で700ppm-dry，肥原料は発酵開始から数ヶ月経過した微生物活動の活発200ppm-wet（相対誤差22％）の数値を示している．

なものと，昨年度までの油分分解実験に供した分解残留以上より，実験開始段階すなわち初期の油分濃度は，物を混合したものを実験に使用した．パイル全体の実験投入Ｃ重油によるものとバックグラウンドを合計した値

開始時の油分濃度の平均値は実験1で約19,000±2,100ppm，と考えることが出来るが，この相対誤差は二乗和平均に実験2で約15,000±1,700ppmと推算される．
なお，実験1で使用するバーク堆肥は「国産広葉樹とオより，実験1，2とも11％と算出される．

ガクズ混合物＋牛糞」，実験2で使用するバーク堆肥は各測定時点における推定油分濃度は， n-ヘキサン抽出「国産広葉樹＋鶏糞」を原料とする．

重量法により得られた実測値から，バーク堆肥からのＣ重油回収率で除し（実験1で75％，実験2で77％），水分率（実験1，2とも相対誤差4％）からdry換算することによって求めるため，実験1で相対誤差＝4％，実験2で相対19大分県産業科学技術センター 平成１９年度 研究報告

max 93,000ppm

90000
80000

Section Appm

70000

Section B60000Section C

50000

0 day (Exp.1)
calculated value

40000
30000
20000

Fig. 110000

吸着マットを並べる様子（実験1）00

バーク堆肥は製造工程において，好気発酵に要する酸50100150DAY

素供給のために定期的に攪拌（切り返し）を行っている．
活発な微生物活動に資するため，実験1においては約2週Fig. 2

間に1回，実験2については約4～5週間に1回の頻度で攪拌油分濃度の変化（実験 1，相対誤差 6％）を行った．パワーショベルなどの重機を用い，バーク堆肥パイルの上側からすくい取ったものを隣接する場所にmax 150,000ppm順次移動させる方法で行った．なお，バーク堆肥と埋め90000

込まれた吸着マットは同様に扱って撹拌した．また，攪
拌の際に油分測定のためのサンプリングも同時に行った．
測定項目は以下のとおりとした．

80000

Section A

70000

Section B

60000

Section C

50000

0 day (Exp.1)
calculated value①油分濃度（n-ヘキサン抽出重量法）：
実験 1 は約 2 週間毎，実験 2 は約 4～5 週間毎
ppm②微生物相の調査（DGGE）
開始時，2 ヵ月後，4 ヵ月後の計 3 回③目視観察など（油の臭気，手指への油分付着など）

40000④パイル内の温度（実験 1，攪拌時毎）

30000

油分，油種の測定とも n-ヘキサンによるソックスレー

20000

抽出を用いた．①の分析作業は㈱住化分析センターが，10000③および④はサイト企業がそれぞれ行った．①の油分濃度については先に述べた誤差評価に照らした数値で検討

00した．④の温度測定は，4 箇所の測定点におけるパイル表実験の結果

2.3.1

100150DAY

面から 70cm の深さ地点にて行った．
2.350Fig. 3

油分濃度の変化（実験 1，相対誤差 68％）

油分濃度（実験 1）

実験開始時（0 日，油投入直後）における計算上の油相対誤差 6％で表記した Fig. 2 ではバラつきが大きく分濃度は，約 19,000±2,100ppm である．1 回目のサンプ各地点の値のエラーバーが重ならない部分がある．測定

リングは最初の攪拌が行われた開始後 2 週間時点に行っ値から真の値を推測する上では，サンプリング要因を加た．この後，2 週間ごとに行う攪拌時にサンプルを採取し， 味して相対誤差 68％で表記した Fig. 3 を採用した方がそれぞれの油分濃度を測定した．油分濃度の変化を Fig.
妥当と思われる．概して測定値のバラつきが大きいが，2（相対誤差＝6％で表記），Fig. 3（同 68％）に示す．

Fig. 3 では初回測定の 14 日時点以外では油分の減少傾

20大分県産業科学技術センター 平成１９年度 研究報告

向をエラーバーの範囲内で読み取ることができ，サンプリング要因によるバラつきと解釈することが可能である．

25000

なお，初回 14 日時点では Section A のみ高い油分濃度をSection A

示し，Section B および C では極端に低い値を示していSection B

20000

るが，開始時のオペレーションでバーク堆肥パイルの下部に重点的に油を投入したことによる影響と考えられる．

Section C

72 日時点以降では測定値のバラつきが概ね小さくなっ

0 day (Exp.1)
calculated value

15000ppmている．原因として，微生物分解が進んで油塊が小さくなることや攪拌回数が増えてバーク堆肥内の油分濃度が10000より均一になることなどが考えられる．
開始直後の各地点における油分濃度はバラつきが大きいものの，徐々に減少し，87 日付近で 3,000～6,000ppm

5000を中心とする範囲に移行する．また，127 日以降においては 1,800～4,700ppm とバックグラウンド周辺の値になっ0ており，データ上は投入油分のかなりの部分が分解され0たと考えられる値を示している．

50100

150DAY

油の臭気については，実験開始直後に比べ，漸減する傾向が見られた．また，周囲の水溜りには開始直後からFig. 5

終了時に至るまで油膜は観察されなかった．
2.3.2

油分濃度の変化（実験 2，相対誤差 68％）

油分濃度（実験 2）

実験開始時（0 日，油投入直後）における計算上の油相対誤差 6％で表記した Fig. 4 ではバラつきが大きく分濃度は，約 15,000±1,700ppm である．1 回目のサンプ

各地点の値のエラーバーが重ならない部分があるのは実

リングは最初の攪拌が行われた開始後 5 週間時点に行っ験 1 と共通の傾向である．測定値から真の値を推測するた．この後，約 4 週間ごとに行う攪拌時にサンプルを採上では，この実験 2 においてもサンプリング要因を加味取し，それぞれの油分濃度を測定した．油分濃度の変化

して相対誤差 68％で表記した Fig. 5 を採用した方が妥を Fig. 4（相対誤差＝6％で表記），Fig. 5（同 68％）

当と思われる．測定値のバラつきは実験 1 よりも大きくに示す．

解釈が難しいものの，Fig. 5 では初回測定の 37 日時点
以外では油分が減少傾向にあると見ることも可能である．
150 日時点以降では測定値のバラつきが概ね小さく，油分

25000の範囲も 1,000～1,500ppm とバックグラウンドに近い値

Section Aとなっており，データ上は投入油分のかなりの部分が分Section B

20000

解されたと考えられる値を示している．

Section C
2.3.3

0 day (Exp.1)
calculated value

ppm

15000

温度変化（実験 1）

実験 1 のバーク堆肥パイル内の温度の変化を Fig. 6 に示す．

10000

実験当初からバーク堆肥の活性な状態とされる 60～70℃を示し，その後，徐々に温度が低下する傾向が見られるが，これまで数回実施した同規模の実験に比してそ5000の低下具合は少なく，127 日時点までは期間を通じて概ね50℃以上と比較的高温を維持しており，活発な微生物活動を示すものと考えられる．一方，最終測定の 141 日時

0050100

150点では 40℃前後まで温度が低下しており，微生物活動がDAY

Fig. 4低下傾向にあると考えられる．

油分濃度の変化（実験 2，相対誤差 6％）21大分県産業科学技術センター 平成１９年度 研究報告

菌は，Unidentified eubacterium(バンド＃ H14, H16)と80.0

Lewinella nigricans*(バンド＃ H13, H19)に最も近縁でPoint No.2あった．

Point No.3

70.0

℃

Point No.1

さらに，相同性は 97％以下であったものの，4 ヶ月後60.0のサンプルには Ruminofilibacter xylanolyticum*(バン50.0

ド＃ H15)に近縁な細菌が特異的に存在していた．
実験 2（山口県）については，実験開始時にのみ存在し40.0たと考えられる細菌は，Adhaeribacter aquaticus*(バン30.0

ド＃ Y01, Y02)と Sporocytophaga*属(バンド＃ Y03)に最20.0も近縁であった．また，2 ヶ月後と 4 ヵ月後の堆肥にのみ10.0出現したと考えられる細菌は，Flavobacterium*属(バンド0.0050100＃ Y06, Y15), Sphingobacteriales bacterium*(バンド＃150

Y10, Y11, Y20, Y21)と Bacillus 属(Y13, Y14, Y23)に最DAYも近縁であった．そして，開始時・2 ヶ月・4 ヶ月のサンFig. 6

バーク堆肥パイル内の温度変化（実験 1）

プル全てにおいて存在したと考えられる細菌は，Paenibacillus 属(バンド＃ Y04, Y05, Y12, Y22)に最も2.3.4微生物相の変化近縁であった．

微生物相の変化について DGGE (Denaturing Gradient

さらに，4 ヶ月後のサンプルからは，Flavobacterium
johnsoniae*(バンド＃ Y16), Sphingobacteriales

Gel Electrophoresis)の手法を用いて特定を試みた．
サンプルから抽出した DNA につき DGGE を行い，油分解bacterium(バンド＃ Y17), Bacterium 7A7(バンド＃前，2 ヵ月後，4 ヶ月後の 3 サンプルの相違を比較した

Y18), Cytophaga hutchinsonii*(バンド＃ Y19),（Fig. 7）．分解前に特異的なもの，分解後に特異的なCohnella soli(バンド＃ Y24)との相同性が 97％以上であもの，分解前後で共通のものにつき，16SrDNA のシーケンる細菌が存在していた．
また，ここまでに挙げた菌の内，*印を付けた細菌は，

ス解析を行って微生物種を推定した．

Cytophaga-Flavobacterium-Bacteroidetes (CFB) グルー
プに分類されるものであった．このグループの細菌の多くは，多種類の難分解性物質を分解できることが知られY15ている．実験 1 の 2 ヶ月後と 4 ヵ月後の堆肥に出現したと考えられる細菌 CFB は油流出事故のバイオレメディエ
Y06

H01Y07Y16Y08Y17Y18Y09Y19Y10Y20Y11Y21H02Y01

H15ーションにおいて増え，石油分解菌として働く微生物でH10あるという報告がなされており 4)，この微生物が今回実Y02

Y03
Y04Y05

Y12Y22Y13Y14Y23Y24Y25

H11H12H03

H16施したバーク堆肥パイルでの実験において，油分解に関

H04
H05

H17H18H19与している可能性が示された．

H06
H07
H08

H13H143. まとめ

H20
H09

本研究により得られた知見は以下のとおりである．

山口・0 ヵ月 山口・2 ヵ月 山口・4 ヵ月

北海道・0 ヶ月 北海道・2 ヶ月 北海道・4 ヶ月

バンド総数 5 本

バンド総数 8 本

バンド総数 9 本

バンド総数 11 本

バンド総数 6 本・C 重油を吸着させた杉樹皮製油吸着材の微生物分解実験
により，実験 1（北海道）においては，実験開始時の油バンド総数 6 本

分濃度 19,000±2,100ppm は，徐々に減少し，87 日付近
Fig. 7で 3,000～6,000ppm を中心とする範囲に移行し，127 日

DGGE パターン比較

以降では 1,800～4,700ppm とバックグラウンド周辺の実験 1（北海道）については，実験開始時にのみ存在し値になった．また，実験 2（山口県）においては，実験たと考えられる細菌は，Bateroidetes bacterium(バンド開始時の油分濃度 15,000±1,700ppm は，徐々に減少し，＃ H02)，Paenibacillus 属(バンド＃ H04, H05)と150 日以降では 1,000～1,500ppm とバックグラウンド周Bacillus 属(バンド＃ H07)に最も近縁であった．また，2辺の値になり，いずれの実験でもデータ上は投入油分ヶ月後と 4 ヵ月後の堆肥にのみ出現したと考えられる細のかなりの部分が分解されたと考えられる値を示した．

22大分県産業科学技術センター 平成１９年度 研究報告・バーク堆肥パイル内の温度については，実験 1 においては当初はバーク堆肥の活性な状態とされる 60～70℃を示し，その後，徐々に温度が低下するが，127 時点までは概ね 50℃以上と比較的高温を維持した．
・微生物相の変化については，石油分解菌として働くと報告がある Cytophaga-Flavobacterium-Bacteroidetes(CFB) グループに分類されるものが実験 1 の 2 ヶ月後と 4 ヵ月後の堆肥に出現し，本実験において，油分解に関与している可能性が示された．
微生物分解処理技術は，製造，使用，処分時における熱処理が原則として不要な環境負荷の低い油回収・処理システムとして期待されており，今後は本技術の一般化と社会への実装活動が求められることになると考えられる．
引き続き，生分解性材料から成る環境負荷の低い油吸着材および微生物分解処理技術のさらなる研究開発を進め，社会還元を目指すこととしたい．

謝 辞
本研究に支援を頂いた内藤泰春科学技術振興財団，貴重な助言を頂いた東京大学・山口一教授および東海大学・山田吉彦准教授，実験資材と場所を提供頂いた森産業㈱および山陽チップ工業㈱，実験に協力頂いた NPO 法
人日本バーク堆肥協会，ぶんご有機肥料㈱に御礼申し上げます．

参考文献
1)

(独)海上災害防止センター：杉樹皮製油吸着材の有効利用及び微生物分解処理技術に関する調査研究報
告書Ⅱ, 第 4 章, 20052)

内藤林 他：ナホトカ号の事故に関する調査研究報告書（ナホトカ号の事故に関する調査研究会編）,
1998

3)

斉藤雅樹, 小倉秀 他 : 杉樹皮製油吸着材の微生物分解処理技術に関する研究, 日本船舶海洋工学会論文集, 第 2 号, pp.9-18 , 2005

4)

S. J. Macnaughton, etc. ： Microbial Population
ChangesduringExperimental

Oil

Bioremediation
Spill,of

anAppliedandEnvironmental Microbiology, Aug. 1999

23