JP3781455B2 - 微生物によるエマルジョン破壊 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、水と油を含んで成るエマルジョンの微生物的破壊方法、及びそのための微生物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
界面活性剤を介して水と油から構成されたエマルジョンは、工業排水及び生活排水として環境汚染の原因となっており、このエマルジョンは粘度が高くて取扱いが困難であり、また排水として処理することも困難である。エマルジョン化した排水を処理するにはまず、エマルジョンを破壊して水と油分とに分離する必要があり、そのための手段が種々考案されている。
【０００３】
従来知られているエマルジョンの破壊方法には、無機又は有機性のエマルジョン破壊剤により処理する方法、及びエマルジョンを機械的に処理する方法である。無機性のエマルジョン破壊剤を使用する方法として、特開昭５４−１５６２６８号公報には塩化ナトリウム、塩化カリウム等の無機塩を使用する方法が記載されており、特開昭５０−１１６３６９号公報には、凝集剤としてアルミニウム塩と鉄(III) 塩との混合物を使用する方法が記載されており、特開昭４６−４９８９９号公報には凝集剤として硫酸バン土、鉄塩等を使用する方法が記載されており、また特開昭４６−３３１３１号公報には硫酸第二鉄を使用する方法が記載されている。
【０００４】
また、有機性物質を使用する方法として、特開昭５４−１０５５７号公報にはポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル系添加剤を使用してエマルジョンを低粘度化した後、濾過によりエマルジョンを破壊する方法が記載されている。他方、機械的処理方法として、特開昭５３−９１４６２号公報には、エマルジョンを、エマルジョンブレーク機能を有するフィルターにより濾過する方法が記載されている。
【０００５】
他方、特開昭５７−１８７０９８号公報及び特開昭５７−１８７０９８号公報にはアエロモナス属微生物を用いて排水を処理し、その有機物の分解によりＣＯＤ，ＢＯＤ等を低下させる方法が記載されている。また特開昭５２−１１６６４７号公報、特開昭５２−１１６４６号公報、特開昭５１−１３３９５４号公報及び特開昭５１−１３３４７５号公報には、特定の有機化合物を資化・分解する能力を有するアエロモナス属微生物を用いて、当該特定の有機化合物を含有する工業排水を処理する方法が記載されている。
しかしながら従来、アエロモナス属微生物を有して水と油とから構成されたエマルジョンを破壊する方法は知られていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記のごとく、水と油とから構成されたエマルジョンを破壊する方法として有機又は無機のエマルジョン破壊剤（凝集剤）を使用する方法、及び機械的処理方法が知られている。しかしながら、エマルジョン破壊剤を使用する方法においては、処理後の排水中に多量の無機塩又は有機物が残留することになり、これが環境汚染の原因となり、またその除去のために多大なコストがかかることになる。また、機械的処理法においては、そのための装置が必要であり、このことが排液処理のコストを上昇せしめることになる。
【０００７】
従って、本発明は、環境問題を生ずることなく、また低コストで簡単な方法でエマルジョンを破壊することができる方法、そのためのエマルジョン破壊剤、及びエマルジョン破壊能を有する新規な微生物を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、水及び油を含んで成るエマルジョンと、アエロモナス(Aeromonas) 属に属し、水と油を含んで成るエマルジョンを破壊することができる細菌の菌体とを混合し、これによって水層と、菌体と油とを含んで成る凝集層とを形成せしめ、そしてこれらの層を分離することを特徴とする方法を提供する。
【０００９】
【具体的な説明】
本発明は、種々の由来の、例えば工場又は家庭からの排液として出るエマルジョンに広く適用することができる。エマルジョンは、水中油エマルジョン又は油中水エマルジョンであり、これらは通常界面活性剤を介して形成されている。本発明は、このような種々のエマルジョンの破壊のために使用することができる。
【００１０】
本発明においては、アエロモナスに属し、水と油とから形成されたエマルジョンを破壊することができる細菌の菌体であれば、いずれも使用することができる。本発明において使用する微生物は、例えば次のようにして分離することができる。排水エマルジョン又はこれを模倣した合成エマルジョンを寒天で固化して寒天プレートを形成し、これに、目的とする細菌が存在すると予想される分離源、例えば活性汚泥を塗布し、例えば室温〜３０℃にて１〜２週間保温する。これによりエマルジョン中の油を資化することができる微生物がコロニーを形成する。
【００１１】
次に、こうして得られた微生物を、エマルジョンを含む液体培地中で振とう培養する。これにより、培養した微生物がエマルジョンを破壊する能力を有していれば、培地中のエマルジョンが消失又は減少して、培地の濁度が低下する。従って、この培養において培地の濁度を低下させた微生物を選択することにより、エマルジョン破壊能を有する微生物が得られる。微生物の分離については、実施例１において詳細に記載する。
本発明によりエマルジョンを破壊するには、処理すべきエマルジョンに本発明の細菌の菌体を加えて混合すればよい。
【００１２】
菌体を得るには、本発明の微生物を、通常の炭素源及び窒素源を含有する培地、好ましくは液体培地中で、好ましくは例えば通気及び／又は撹拌、あるいは振とう等の常法に従って好気的な条件下で培養するのが好ましい。上記炭素源の全部又は一部分は油であることが好ましい。菌体は培養液それ自体の形で使用することもでき、また培養液から分離した菌体のみを用いることもできる。培養液から菌体を分離するには、濾過、遠心分離等、常用の菌体分離技術を用いることができる。
【００１３】
本発明において使用する菌体はまた、乾燥菌体であってもよく、さらには菌体破砕物であってもよい。菌体の乾燥は、例えば噴霧乾燥、減圧乾燥、凍結乾燥等常法に従って行うことができる。乾燥菌体は貯蔵が容易であり、必要な時にそのまま使用することができるので便利である。
使用する菌体量は、エマルジョンの由来、エマルジョン中の油分の種類や濃度等により異るが、エマルジョン中の油kg当り、生菌体を約５〜２０ｇ、好ましくは５〜１０ｇ使用する。乾燥菌体や菌体破砕物を使用する場合にも、前記生菌体の量に相当する量の乾燥菌体や菌体破砕物を使用することが好ましい。
【００１４】
エマルジョンの破壊は、処理すべきエマルジョンと菌体とを混合した後、好ましくは撹拌しながら行う。エマルジョンの破壊は、好ましくは室温〜３５℃にて、０．５時間〜３日間行うのが好ましい。pH４〜８の広範囲のpHにおいて行うことができる。この操作の開始と共にエマルジョン分離が急速に進行し、０．５〜１時間でエマルジョンの粘度及び濁度が急激に低下し、こうして水相と、菌体と油との凝集物との分離が始まる。凝集物は水相の上に浮上するので、混合物の底部からの液相のぬき取り、遠心分離又は濾過による凝集物の除去、等常法により水相と凝集物との分離を行うことができる。
【００１５】
こうして分離した水相は、通常の排液処理方法により処理することができ、あるいはそのまま放流するか、又は工程水として再利用することができる。他方、分離した凝集体は、焼却等の常法に従って処理することができ、あるいはさらに遠心分離等の方法により菌体と油分とに分離し、別々に処理することもできる。
【００１６】
【実施例】
次に、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
実施例１．エマルジョン破壊能を有する微生物の分離
通常の活性汚泥法における返送汚泥槽から汚泥を採取し、合成エマルジョン排水（１Ｌの蒸留水中に、１．８３３ｇの界面活性剤（陰イオン界面活性剤６％、非イオン界面活性剤３％、両イオン界面活性剤３％）、０．１ｇのＫＣｌ、１ｇの（ＮＨ₄)₂ ＳＯ₄ 、０．０２ｇのＦｅＣｌ₃ ・６Ｈ₂ Ｏ、０．２ｇのＭｇＣｌ₂ ・６Ｈ₂ Ｏ、０．０１ｇのＣａＣｌ₂ 及び３ｇのスピンドル油を含む水溶液に接種し、油分負荷０．５ｇ／日／Ｌにおいて２ケ月間連続培養して活性汚泥を馴養した。
【００１７】
上記の合成エマルジョン排水に１．５％の寒天を加えた寒天プレート（面積６３．５cm² ）に、上記馴養した活性汚泥を塗布し、３０℃にて１週間培養した。これにより多数のコロニーが生じた。これらのコロニーの中から肉眼的形状の異る８個のコロニーを単離し、Ｗ１〜Ｗ８と命名した。この内、上記エマルジョン培地で比較的増殖が速い株Ｗ２，Ｗ３及びＷ８を選択した。
【００１８】
これらの３株を上記の合成エマルジョン排水中で３０℃にて一晩振とう混合し、振とう混合の前後における濁度（Ａ６６０）の変化を測定した。その結果、各株について、振とう混合後の濁度及び濁度低下率（％）は、Ｗ２株で２９２（０％）、Ｗ３株で７７（８１．９％）、Ｗ８株で２９０（０％）及び対照（菌株無接種）で２３０（０％）であり、３株の内の１株Ｗ３がエマルジョン破壊能を有していた。
【００１９】
このＷ３株を、ＬＢ寒天プレート上で培養したところ、濃いクリーム色のコロニーとやや透明なクリーム色のコロニーとが出現した。これらをそれぞれＷ３Ｃ株及びＷ３Ｔ株と称する。これら２株について、Bergey's Manual of Systematic Bacteriologyに従って菌株の同定を行った。この結果を次の表１及び表２に示す。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【表２】

【００２２】
上記の結果、Ｗ３Ｃ株及びＷ３Ｔ株はいずれもアエロモナス・ヒドロフィラ (Aeromonas hydrophila) と同定された。これらの菌株は、工業技術院生命工学工業技術研究所に、Ｗ３Ｃ株はＦＥＲＭ Ｐ−１４９２５として、Ｗ３Ｔ株はＦＥＲＭ Ｐ−１４９２６として、平成７年５月１７日に寄託された。
【００２３】
実施例２．エマルジョン破壊に及ぼす pH の影響
カルシウム及びマグネシウムを含有しないＭＰ緩衝液（１Ｌ中２．７５ｇのＫ₂ ＨＰＯ₄ 、２．２５ｇのＫＨ₂ ＰＯ₄ 、１ｇの（ＮＨ₄)₂ ＳＯ₄ 、０．１ｇのＮａＣｌ及び０．０１２ｇのＦｅＣｌ₃ ・６Ｈ₂ Ｏを含有する）をpH４〜９に調整し、この緩衝液４mlを試験管に入れ、これに、ＬＢ培地でＷ３Ｃ又はＷ３Ｔ株を一晩培養して得た生菌株１２．５ppm を添加して、１０秒間ハンドシェイクし、１６時間静置し、その間に初発濁度（Ａ６６０）に対する濁度の変化を経時的に測定した。その結果を図１に示す。この結果から明らかな通り、本発明の菌株はpH４〜８という酸性〜塩基性の広範囲にわたりエマルジョン破壊活性を示した。
【００２４】
実施例３．エマルジョン破壊に及ぼす菌体量の影響
ＭＰ緩衝液（１Ｌ中２．７５ｇのＫ₂ ＨＰＯ₄ 、２．２５ｇのＫＨ₂ ＰＯ₄ 、１ｇの（ＮＨ₄)₂ ＳＯ₄ 、０．１ｇのＮａＣｌ、０．０２ｇのＦｅＣｌ₃ ・６Ｈ₂ Ｏ、０．０１ｇのＣａＣｌ₂ 及び０．２ｇのＭｇＣｌ₂ ・６Ｈ₂ Ｏを含む）にEsso切削油Nutwell 40を０．３％（ｗ／ｖ）又は３％（ｗ／ｖ）加えてエマルジョンを形成し、このエマルジョン４mlづつを試験管に入れ、これに、ＬＢ培地で一晩培養したＷ３Ｃ又はＷ３Ｔ株の生菌体を２．５ppm 〜２５０ppm 添加し、１０秒間ハンドシェイクした後、静置し、約７２時間、吸光度（ＯＤ６６０）の測定によりエマルジョン破壊の進行を観察した。その結果を図２及び図３に示す。エマルジョン中の油分の量により菌体の最少必要量が異り、油分の増加に従って、菌体の必要量も上昇することがわかる。
【００２５】
実施例４．ダストコントロール工場モデル排水の処理
ダストコントロール工場モデル排水（組成：ユニファイ（界面活性剤）１．８３３ｇ、ＫＣｌ０．１ｇ、（ＮＨ₄ ）₂ ＳＯ₄ １ｇ、ＦｅＣｌ₃ ・６Ｈ₂ Ｏ０．０２ｇ、ＭｇＣｌ₂ ・６Ｈ₂ Ｏ０．２ｇ、ＣａＣｌ₂ ０．０１ｇ、ＣＭ−ＭＸ（スピンドル油）３ｇ、蒸留水１ｌ）４mlを試験管に入れ、これにＬＢ培地に一晩培養したＷ３Ｃ株の菌体２５ppm を添加し、よく撹拌した後に静置し、１６時間にわたって濁度の低下を測定することによりエマルジョン破壊を観察した。この結果を図４に示す。
【００２６】
１０分後には濁度低下が初発濁度に対して約５０％となり、６０分後には約１０％に低下し、肉眼観察において下層の透明な水層と、上層の油分／菌体凝集画分とに分離し、後者はさらに油滴と菌体とに分離した。処理前のエマルジョン（原水）、及び層分離後の水性透明画分、並びにさらに分離後に下層水性透明画分と浮上油分とを再混合したものについて、それらに含まれる油分濃度及び炭水化物濃度を、ＪＩＳ規格による四塩化炭素抽出法（油分濃度）及び炭化水素濃度（ＴＯＣ測定法）、並びにｎ−ヘキサンによる抽出により調べた。
【００２７】
その結果を図５に示す。この図から明らかな通り、分析法のいかんに拘らず、処理前エマルジョン（原水）中の油分（又は炭化水素分）は、本発明の処理により水層からほとんど除去されることが明らかになった。
【００２８】
実施例５．切削油エマルジョンの破壊
ＭＰ緩衝液に、 Esso Kutwell 40切削油を０．３％，０．６％又は３％となるように加え、あるいはMobil Solvac 1535G切削油を０．３％となるように加え、それぞれエマルジョンを形成した。これらのエマルジョン４mlを試験管に入れ、これにＬＢ培地中で一晩培養したＷ３Ｃ株又はＷ３Ｔ株の生菌体２５ppm を加え、よく撹拌した後静置し、液の濁度を経時的に１６時間測定した。この結果を図６及び図７に示す。いずれも、実施例４の場合と同様に透明な下層の水層と、浮上油層とに分離した。
【００２９】
実施例６．アニオン系作動油エマルジョンの破壊
アニオン系作動油ＢＫＫ２０２Ｌ（油分５４．６％（ｗ／ｗ）、界面活性剤２５％（ｗ／ｗ）及び水２０％（ｗ／ｗ））の３％（ｗ／ｖ）エマルジョンを実施例５に記載したようにして調製し、実施例５に記載したのと同様に試験した。同様の結果が得られた。但し、細胞量を変化させ、図８に示す結果を得た。
【００３０】
実施例７．原油エマルジョンの破壊
原油（８０KBD)に原油と等量のトッパー凝縮水を混合した原油精製工程のモデルデソルターエマルジョンにＷ３Ｃを加え４０℃で加温し水層と油層の分離を観察した。Ｗ３Ｃを加えることによりエマルジョン破壊が起こり、原油層と水層の２層に分離した。菌量に比例して分離される水層の高さは高くなり１００００ppm では化学乳化破壊剤（Ｎａｌｃｏ５５３７Ｊ）１０ppm とほぼ同等かそれ以上の効果が認められた。一方、何も加えないコントロールでは分離は起きなかった。結果を図９に示す。
【００３１】
実施例８．ダストコントロール工場モデル排水連続処理プロセスの構築
ダストコントロール工場モデル排水と、グルコースを炭素源とした培地を用いて２４時間の滞留時間で連続培養したＷ３Ｃ菌又はＷ３Ｔ菌を連続混合し、さらに加圧式浮上分離試験器により混合液に加圧水を注入し、加圧式浮上試験をした。反応槽での滞留時間を１時間、対液菌体注入量を５０ppm 、加圧水圧力を４kg／cm² 、加圧水混合比を３０％および加圧水注入後静置時間を１０分とした。植菌から連続培養４日目まで８０％前後の除濁率と約８０％前後の油分除去率を示した。またこの連続系での評価結果は、これまでの試験管を用いた評価結果とほぼ一致した結果であった。
【００３２】
実施例９．ダストコントロール工場モデル排水での無機凝集剤（ＰＡＣ）との比較
ダストコントロール工場モデル排水５００mlにＷ３Ｃ株又はＰＡＣを注入してジャーテストした溶液を、さらに加圧式浮上分離試験器に移し、加圧式浮上試験をした。対液菌体注入量を５０ppm 、対液ＰＡＣ注入量を５，０００ppm 、高分子凝集剤注入量を２ppm 、凝集pHを６．０〜６．５とした。ＰＡＣの油分除去率９０％に対し、Ｗ３Ｃ株では油分除去率８１％と１／１００の注入量でほぼ同等の効果を示した。
【００３３】
実施例１０．実排水でのエマルジョンブレーク
種々の実エマルジョン排水を準備しＷ３株によるエマルジョンブレークを確認した。下記の表中に記載した実排水にＷ３株を５０ppm 加え、１０分間混合し３０分静置した後の濁度低下率をブレーク効率として示した。いずれも５０％前後の効率でエマルジョンブレークを起こし濁度の低下と凝集物の沈殿が認められた。またダストコントロール工場排水については、前述のダストコントロール工場モデル排水のブレーク効率と同等の結果であった。
【００３４】

【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の細菌によるエマルジョンの破壊に対するpHの影響を示す図である。
【図２】図２は、本発明の細菌の量とエマルジョン破壊効果との関係を示す図である。
【図３】図３は、本発明の細菌の量とエマルジョン破壊効果との関係を示す図である。
【図４】図４は、ダスキンモデル排水のエマルジョンに対する本発明の細菌のエマルジョン破壊効果を示す図である。
【図５】図５は、エマルジョン破壊後の水層から油分が除去されていることを示す図である。
【図６】図６はEsso切削油のエマルジョンに対する本発明の細菌のエマルジョン破壊効果を示す図である。
【図７】図７は、 Mobil切削油のエマルジョンに対する本発明の細菌のエマルジョン破壊効果を示す図である。
【図８】図８は、アニオン系作動油のエマルジョンに対する本発明の細菌のエマルジョン破壊効果を示すグラフである。
【図９】図９は、原油エマルジョンに対する本発明の細菌の破壊効果を示す図である。

Claims (4)

1. 水及び油を含んで成るエマルジョンと、アエロモナス・ヒドロフィラ（ Aeromonas hydrophila ）種に属し、水と油を含んで成るエマルジョンを破壊することが出来る細菌の菌体とを混合し、これにより水層と、菌体と油を含んで成る凝集層とを形成せしめ、そしてこれらの層を分離することを特徴とする方法。
2. 前記凝集層を菌体と油分にさらに分離することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. アエロモナス・ヒドロフィラ（ Aeromonas hydrophila ）種に属し、水及び油を含んで成るエマルジョンを破壊することができる細菌の菌体を含んで成るエマルジョン破壊剤。
4. 水及び油を含んで成るエマルジョンを破壊することができる、アエロモナス・ヒドロフィラ細菌。

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