JP4034705B2 - 新規微生物及びその微生物を用いた有機性固形物の処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水処理場、屎尿処理場などの下水処理プロセスから排出される生汚泥及び余剰汚泥等の生物性汚泥、或いは食品工場、化学工場などの製造プロセスまたは排水処理プロセスから排出される有機性汚泥等の各種の有機性固形物を可溶化する可溶化酵素の生産能を有する新規微生物と、その微生物を用いた有機性固形物の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来より、下水処理場や屎尿処理場などの下水処理プロセスから排出される生汚泥及び余剰汚泥等の生物性汚泥や、食品工場、化学工場などの製造プロセスまたは排水処理プロセスから排出される有機性汚泥等の各種の有機性固形物を処理する方法として、細菌等を有機性固形物に作用させて生物学的に分解する、下記特許文献１及び非特許文献１乃至３に示すような有機性固形物の可溶化のための方法並びにその方法への応用が期待される菌株がこれまでに報告されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１８４６４０号公報
【非特許文献１】
バイオテクノロジーを活用した新排水処理システムの開発報告書（下水道編）、pp73−77、（財）土木研究センター（平成３年２月））
【非特許文献２】
SHIGERU KUME and YUSAKU FUJIO，"DIGESTION OF MUNICIPAL SEWAGE SLUDGE BY A MIXREOF THERMOPHILIC BACILLI AND THEIR CULTURE EXTRACT "，J.Gen.Appl. Microbiol., 36 189-194 (1990)
【非特許文献３】
YUSAKU FUJIO and SHIGERU KUME，"Isolation and Identification of Thermophilic Bacteria from Sewage Sludge Compost "，JOURNAL OF FERMENTATION AND BIOENGINEERING , Vol.72, No.5,334-337,(1991)
【０００４】
上記特許文献１は、酵母エキス残渣を特異的に分解する酵素を生産する菌株、オエルスコフィア属に属する細菌（Oerskovia sp.24(FERM P−13692)) を用いた酵母エキス残渣の処理方法である。
また、上記非特許文献１は、滅菌済余剰汚泥を嫌気的条件下で特異的に可溶化する、クロストリジウム・ビフェルメンタンス（Clostridium bifermentans）に属する嫌気性の菌株について開示するものである。
さらに、上記非特許文献２及び３は、下水汚泥コンポストから好気的にかつ高温条件下で単離したバチルス・ステアロサーモフィラス（Bacillus stearothermophilus)に属する菌株を用いた汚泥の消化について開示するものある。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１記載の方法によれば、分解処理できる対象が実質的に酵母エキス残渣に限定されてしまうという問題がある。
また、上記非特許文献１乃至非特許文献３に開示された菌株では、汚泥の可溶化効率が、それぞれ、10日間で25％、20日間で40〜50％程度であり、所定の可溶化率を得るには多大な時間を要しており、処理効率が低いものとなっていた。そして、この処理効率の低さが当該菌株の工業的利用に向けての課題として依然として残っている。
【０００６】
本発明者等は、このような問題点を解決するために、汚泥等の有機性固形物の優れた可溶化効果を有し、且つ所定の可溶化率を得るための処理時間を著しく短縮することができ、処理効率を高めることができる微生物を探索した。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
その結果、このような条件を満たすジオバチルス属の新規微生物を単離し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、請求項１記載の発明は、有機性汚泥、生物性汚泥等の有機性固形物を可溶化する可溶化酵素の生産能を有することを特徴とする新規微生物ジオバチルス・エスピー（ Geobacillus sp. ）ＳＰＴ４（ FERM BP-08452 ）である。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、有機性汚泥、生物性汚泥等の有機性固形物を可溶化する可溶化酵素の生産能を有することを特徴とする新規微生物ジオバチルス・エスピー（ Geobacillus sp. ）ＳＰＴ５（ FERM BP-08453 ）である。
【００１２】
さらに、請求項３記載の発明は、有機性汚泥、生物性汚泥等の有機性固形物を可溶化する可溶化酵素の生産能を有することを特徴とする新規微生物ジオバチルス・エスピー（ Geobacillus sp. ）ＳＰＴ６（ FERM BP-08454 ）である。
【００１６】
また、請求項４記載の発明は、有機性汚泥、生物性汚泥等の有機性固形物を可溶化する可溶化酵素の生産能を有することを特徴とする新規微生物ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.）ＳＰＴ７（FERM BP-08455）である。
【００２０】
さらに、請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の新規微生物を用いて有機性汚泥、生物性汚泥等の有機性固形物を可溶化することを特徴とする有機性固形物の処理方法である。
さらに、請求項６記載の発明は、請求項１記載の新規微生物、請求項２記載の新規微生物、又は請求項３記載の新規微生物のいずれかと、請求項４記載の新規微生物とを混合した混合微生物によって、有機性汚泥、生物性汚泥等の有機性固形物を可溶化することを特徴とする有機性固形物の処理方法である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２２】
〔菌株のスクリーニング〕
本発明の後述する各実施形態の微生物の単離は、次のようにして行った。
すなわち、下水処理場における余剰汚泥より、菌株分離用に汚泥を採取した。
採取した汚泥を、１×10-2〜10-5倍に滅菌水で希釈した後、普通寒天〔Nutrient agar]培地の寒天プレート（Oxoido社製）に塗布した。このプレートを、60℃で一晩培養し、単コロニーを得た。
【００２３】
得られた単コロニーに関して、スキムミルクの分解能、滅菌汚泥の分解能を、基質混合培地でのハロ形成の有無で確認し、ハロを形成した株でも、特に汚泥分解能が大きいもの４菌株を特徴株として選抜した。具体的には、これらを0.1 重量／容量％混合した寒天培地においてハロ（溶解班）を形成する程度に応じて目視により判定した。
【００２４】
スキムミルクの分解能の検定は、R.BEAUDET, C.GAGNON, J.G BISAILLON and M.ISHAQUE,"Microbiological Aspects of Aerobic Thermophilic Treatment of Swine Waste",Applied and Environmental Microbiology, 971 〜976 頁、（1990年４月）の変法によった。
【００２５】
（実施形態１）
上記のようにして選抜した４菌株のうち、１つの菌株の菌学的性質について試験した。その菌学的性質（形態的性質、培養的性質、生理学的性質）は次のとおりである。
【００２６】
Ａ．形態的性質
(1) 細胞の形及び大きさ：幅0.7 〜0.8 μm 、長さ2.0 〜4.0 μm の桿菌
(2) 運動性の有無：有り
(3) 胞子の有無：有り
【００２７】
Ｂ．培養的性質（普通寒天〔Nutrient agar]平板培養）
(1) コロニーの形態：円形、全縁滑らか、低凸状
(2) 色：クリーム色
(3) 光沢：有り
【００２８】
Ｃ．生理学的性質
(1) グラム染色性：＋
(2) 硝酸塩の還元：−
(3) ＶＰテスト：−
(4) インドールの生成：−
(5) 硫化水素の生成：−
(6) デンプンの加水分解：−
(7) クエン酸の利用：−
【００２９】
(8) ウレアーゼ：−
(9) オキシダーゼ：＋
(10) カタラーゼ：＋
(11) 生育の範囲
(a) ｐＨ：6.0 〜8.0
(b) 温度：45℃〜65℃
【００３０】
(12) 酸素に対する態度：好気性
(13) Ｏ−Ｆテスト（Hugh Leifson法）：−／−
(14) 糖類からの酸及びガスの生成
Ｄ−グルコース：酸（＋）／ガス（−）
【００３１】
(15) 醗酵性試験
(a) グリセロール：−
(b) Ｌ−アラビノース：−
(c) Ｄ−キシロース：−
(d) Ｄ−ガラクトース：−
(e) Ｄ−グルコース：＋
(f) Ｄ−フラクトース：＋
(g) Ｄ−マンノース：＋
(h) Ｄ−マンニトール：＋
(i) イノシトール：−
(j) ソルビトール：−
(k) マルトース：＋
(l) ラクトース：＋
(m) スクロース：−
(n) トレハロース：＋
【００３２】
(16) その他の生理学的性質
(a) β−ガラクトシダーゼ活性：−
(b) アルギニンジヒドロラーゼ活性：−
(c) リジンデカルボキシラーゼ活性：−
(d) トリプトファンデアミナーゼ活性：−
(e) アセトイン産生：−
(f) ゼラチナーゼ活性：＋
(g) オルニチンデカルボキシラーゼ活性：−
【００３３】
さらに、上記生理学的性質における菌株が生育するｐＨ及び温度の測定は次のようにして行った。
【００３４】
すなわち、0.1 Ｎ塩酸（和光純薬社製）及び0.1 Ｎ水酸化ナトリウム（和光純薬社製）、又はこれらのうちの一方で、測定対象のｐＨ（6.0 、6.5 、7.0 、7.5 、8.0)に調整した普通寒天〔Nutrient agar]培地（Oxoido社製）を調製し、この培地に本実施形態の菌株を接種し、60℃で15時間培養した菌株の増殖菌体量を観察し、その生育度を定性的に測定した。その結果を下記表１に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
上記表１からも明らかなように、本実施形態の菌株は、ｐＨ6.0 〜8.0 の範囲において生育することが判明した。
【００３７】
次に、0.1 Ｎ塩酸（和光純薬社製）及び0.1 Ｎ水酸化ナトリウム（和光純薬社製）、又はこれらのうちの一方で、ｐＨ6.5 に調整した普通寒天〔Nutrient agar]培地（Oxoido社製）を調製し、この培地に本実施形態の菌株を接種し、測定対象の温度（37℃、45℃、50℃、60℃、65℃）で15時間培養した菌株の増殖菌体量を観察し、その生育度を定性的に測定した。その結果を下記表２に示す。
【００３８】
【表２】
【００３９】
上記表２からも明らかなように、本実施形態の菌株は、50℃〜65℃の範囲において生育することが判明した。
【００４０】
また、この菌株について、16ＳｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列を解析した。その配列は、配列表の配列番号１に記載のとおりである。この解析に際しては、先ず本実施形態の菌株の16ＳｒＲＮＡ遺伝子をＰＣＲ法により増幅した。60℃で６時間振とう培養した本実施形態の菌株より、Heng Zhu等の方法（Heng Zhu, Feng Qu and Li-Husang Zhu, "Isolation of genomic DNAs from 1993 ）に従い精製したＤＮＡを鋳型としてＰＣＲを行った。プライマーは、「微生物の分類・同定実験法 分子遺伝学・分子生物学的手法を中心に」（鈴木健一朗・平石明・横田明編、シュウプリンガー・フェアラーク東京）に記載の２種類の合成オリゴヌクレオチド（27f,1492r)を用いた。これらのプライマーの塩基配列は、配列表の配列番号５，６に記載のとおりである。
【００４１】
ＰＣＲ反応は、以下のとおりである。すなわち、１×ＰＣＲ Buffer(東洋紡績株式会社），0.2mM dNTPs(東洋紡績株式会社），1mM ＭｇＳＯ4(東洋紡績株式会社），本実施形態の菌株ＤＮＡ100mg 、それぞれ0.5 μM のプライマー、及びＫＯＤ−Plus−（東洋紡績株式会社）よりなる反応液を、94℃、２分処理した後、94℃、30秒の熱変性、55℃、30秒のアニーリング、68℃、１分30秒の伸長反応を30サイクル行った。最後に68℃、７分の伸長反応を行った後、ＰＣＲ産物を得た。このＰＣＲ産物をQIA quick PCR Purification Kit（株式会社キアゲン）を用いて精製した後、16ＳｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列を決定した。遺伝子の塩基配列の決定は、ＤＮＡ解読装置（ＤＮＡシーケンサー）を用いた。
【００４２】
本実施形態の菌株の塩基配列について、遺伝子データベースであるNational Center for Biotechnology Information（ＮＣＢＩ http://www.ncbi.nlm.nih. gov ）上でＢＬＡＳＴホモロジー検索を行った結果、データベース上に登録された公知のジオバチルス（Geobacillus)属細菌の16ＳｒＲＮＡ遺伝子に近似していることがわかった。
【００４３】
以上のような菌学的性質の試験結果や16ＳｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列から、本実施形態の菌株は、ジオバチルス属に属する新規な微生物であると認められ、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ４と命名し、2003年８月18日に独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターに国際寄託した（FERM BP-08452)。
【００４４】
上記菌株ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.）ＳＰＴ４は、後述の実施例に示すように、優れた汚泥可溶化能を有する汚泥可溶化酵素を産生する性質を有するものである。従って、この菌株は、後述するような種々の汚泥の生物学的処理方法に用いることができる。すなわち、下水処理場、屎尿処理場などの下水処理プロセスから排出される生汚泥及び余剰汚泥等の生物性汚泥、或いは食品工場、化学工場などの製造プロセスまたは排水処理プロセスから排出される有機性汚泥等の各種の汚泥に上記菌株を添加することによって、これらの汚泥を好適に可溶化することができる。
上記菌株の添加量は、処理対象の汚泥の有機性固形物含有量及び他の特性に応じて適宜選択されるべきであり、特に限定されないが、例えば、普通液体培地（Oxoido社製)において約１５時間培養しておいた菌培養液であれば、汚泥に対して０．５〜３容量％程度添加することが好ましい。
【００４５】
（実施形態２）
上記のようにして選抜した４菌株のうち、他の１つの菌株の菌学的性質について試験した。その菌学的性質（形態的性質、培養的性質、生理学的性質）は次のとおりである。
【００４６】
Ａ．形態的性質
【００４７】
Ｂ．培養的性質（普通寒天〔Nutrient agar]平板培養）
(1) コロニーの形態：円形、全縁滑らか、低凸状
(2) 色：クリーム色
(3) 光沢：有り
【００４８】
Ｃ．生理学的性質
(1) グラム染色性：＋
(2) 硝酸塩の還元：−
(3) ＶＰテスト：−
(4) インドールの生成：−
(5) 硫化水素の生成：−
(6) デンプンの加水分解：−
(7) クエン酸の利用：−
【００４９】
(8) ウレアーゼ：−
(9) オキシダーゼ：＋
(10) カタラーゼ：＋
(11) 生育の範囲
(a) ｐＨ：6.0 〜8.0
(b) 温度：50℃〜65℃
【００５０】
(12) 酸素に対する態度：好気性
(13) Ｏ−Ｆテスト（Hugh Leifson法）：−／−
(14) 糖類からの酸及びガスの生成
Ｄ−グルコース：酸（＋）／ガス（−）
【００５１】
(15) 醗酵性試験
(a) グリセロール：＋
(b) Ｌ−アラビノース：＋
(c) Ｄ−キシロース：＋
(d) Ｄ−ガラクトース：＋
(e) Ｄ−グルコース：＋
(f) Ｄ−フラクトース：＋
(g) Ｄ−マンノース：＋
(h) Ｄ−マンニトール：＋
(i) イノシトール：−
(j) ソルビトール：−
(k) マルトース：＋
(l) ラクトース：−
(m) スクロース：＋
(n) トレハロース：＋
【００５２】
(16) その他の生理学的性質
(a) β−ガラクトシダーゼ活性：−
(b) アルギニンジヒドロラーゼ活性：−
(c) リジンデカルボキシラーゼ活性：−
(d) トリプトファンデアミナーゼ活性：−
(e) アセトイン産生：−
(f) ゼラチナーゼ活性：＋
(g) オルニチンデカルボキシラーゼ活性：−
【００５３】
さらに、上記生理学的性質における菌株が生育するｐＨ及び温度の測定は次のようにして行った。
【００５４】
すなわち、0.1 Ｎ塩酸（和光純薬社製）及び0.1 Ｎ水酸化ナトリウム（和光純薬社製）、又はこれらのうちの一方で、測定対象のｐＨ（6.0 、6.5 、7.0 、7.5 、8.0)に調整した普通寒天〔Nutrient agar]培地（Oxoido社製) を調製し、この培地に本実施形態の菌株を接種し、60℃で15時間培養した菌株の増殖菌体量を観察し、その生育度を定性的に測定した。その結果を下記表３に示す。
【００５５】
【表３】
【００５６】
上記表３からも明らかなように、本実施形態の菌株は、ｐＨ6.0 〜8.0 の範囲において生育することが判明した。
【００５７】
次に、0.1 Ｎ塩酸（和光純薬社製）及び0.1 Ｎ水酸化ナトリウム（和光純薬社製）、又はこれらのうちの一方で、ｐＨ6.5 に調整した普通寒天〔Nutrient agar]培地（Oxoido社製) を調製し、この培地に本実施形態の菌株を接種し、測定対象の温度（37℃、45℃、50℃、60℃、65℃）で15時間培養した菌株の増殖菌体量を観察し、その生育度を定性的に測定した。その結果を下記表４に示す。
【００５８】
【表４】
【００５９】
上記表４からも明らかなように、本実施形態の菌株は、50℃〜65℃の範囲において生育することが判明した。
【００６０】
また、この菌株について、16ＳｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列を解析した。その配列は、配列表の配列番号２に記載のとおりである。この解析に際しては、本実施形態の菌株の16ＳｒＲＮＡ遺伝子をＰＣＲ法により増幅した。ＰＣＲ法は実施形態１と同様の操作で行った。また温度条件や反応サイクルも実施形態１と同様とした。
【００６１】
プライマーも実施形態１と同じものを用いた。遺伝子の塩基配列の決定も実施形態１と同様のＤＮＡ解読装置（ＤＮＡシーケンサー）を用いた。
本実施形態の菌株の塩基配列について、実施形態１と同様の遺伝子データベース上でＢＬＡＳＴホモロジー検索を行った結果、データベース上に登録された公知のジオバチルス（Geobacillus)属細菌の16ＳｒＲＮＡ遺伝子に近似していることがわかった。
【００６２】
以上のような菌学的性質の試験結果や16ＳｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列から、本実施形態の菌株は、ジオバチルス属に属する新規な微生物であると認められ、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ５と命名し、2003年８月18日に独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターに国際寄託した（FERM BP-08453)。
【００６３】
上記菌株ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ５も、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ４と同様に優れた汚泥可溶化能を有する汚泥可溶化酵素を産生する性質を有するものであり、後述するような種々の汚泥の生物学的処理方法に用いることができる。
【００６４】
（実施形態３）
上記のようにして選抜した４菌株のうち、さらに他の１つの菌株の菌学的性質について試験した。その菌学的性質（形態的性質、培養的性質、生理学的性質）は次のとおりである。
【００６５】
Ａ．形態的性質
(1) 細胞の形及び大きさ：幅0.7 〜0.8 μm 、長さ2.0 μm の桿菌
(2) 運動性の有無：有り
(3) 胞子の有無：有り
【００６６】
Ｂ．培養的性質（普通寒天〔Nutrient agar]平板培養）
(1) コロニーの形態：円形、全縁滑らか、低凸状
(2) 色：クリーム色
(3) 光沢：有り
【００６７】
Ｃ．生理学的性質
(1) グラム染色性：＋
(2) 硝酸塩の還元：−
(3) ＶＰテスト：−
(4) インドールの生成：−
(5) 硫化水素の生成：−
(6) デンプンの加水分解：−
(7) クエン酸の利用：−
【００６８】
(8) ウレアーゼ：−
(9) オキシダーゼ：＋
(10) カタラーゼ：＋
(11) 生育の範囲
(a) ｐＨ：6.0 〜8.0
(b) 温度：50℃〜65℃
【００６９】
(12) 酸素に対する態度：好気性
(13) Ｏ−Ｆテスト（Hugh Leifson法）：−／−
(14) 糖類からの酸及びガスの生成
Ｄ−グルコース：酸（＋）／ガス（−）
【００７０】
(15) 醗酵性試験
(a) グリセロール：−
(b) Ｌ−アラビノース：−
(c) Ｄ−キシロース：−
(d) Ｄ−ガラクトース：−
(e) Ｄ−グルコース：＋
(f) Ｄ−フラクトース：＋
(g) Ｄ−マンノース：＋
(h) Ｄ−マンニトール：−
(i) イノシトール：−
(j) ソルビトール：−
(k) マルトース：＋
(l) ラクトース：−
(m) スクロース：−
(n) トレハロース：＋
【００７１】
(16) その他の生理学的性質
(a) β−ガラクトシダーゼ活性：−
(b) アルギニンジヒドロラーゼ活性：−
(c) リジンデカルボキシラーゼ活性：−
(d) トリプトファンデアミナーゼ活性：−
(e) アセトイン産生：−
(f) ゼラチナーゼ活性：＋
(g) オルニチンデカルボキシラーゼ活性：−
【００７２】
さらに、上記生理学的性質における菌株が生育するｐＨ及び温度の測定は次のようにして行った。
すなわち、0.1 Ｎ塩酸（和光純薬社製）及び0.1 Ｎ水酸化ナトリウム（和光純薬社製）、又はこれらのうちの一方で、測定対象のｐＨ（6.0 、6.5 、7.0 、7.5 、8.0)に調整した普通寒天〔Nutrient agar]培地（Oxoido社製) を調製し、この培地に本実施形態の菌株を接種し、60℃で15時間培養した菌株の増殖菌体量を観察し、その生育度を定性的に測定した。その結果を下記表５に示す。
【００７３】
【表５】
【００７４】
上記表５からも明らかなように、本実施形態の菌株は、ｐＨ6.0 〜8.0 の範囲において生育することが判明した。
【００７５】
次に、0.1 Ｎ塩酸（和光純薬社製）及び0.1 Ｎ水酸化ナトリウム（和光純薬社製）、又はこれらのうちの一方で、ｐＨ6.5 に調整した普通寒天〔Nutrient agar]培地（Oxoido社製) を調製し、この培地に本実施形態の菌株を接種し、測定対象の温度（37℃、45℃、50℃、60℃、65℃）で15時間培養した菌株の増殖菌体量を観察し、その生育度を定性的に測定した。その結果を下記表６に示す。
【００７６】
【表６】
【００７７】
上記表６からも明らかなように、本実施形態の菌株は、50℃〜65℃の範囲において生育することが判明した。
【００７８】
また、この菌株について、16ＳｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列を解析した。その配列は、配列表の配列番号３に記載のとおりである。この解析に際しては、先ず本実施形態の菌株の16ＳｒＲＮＡ遺伝子をＰＣＲ法により増幅した。ＰＣＲ法は実施形態１と同様の操作で行った。また温度条件や反応サイクルも実施形態１と同様とした。さらに、プライマーも実施形態１と同様のものを用いた。
遺伝子の塩基配列の決定も実施形態１と同様のＤＮＡ解読装置（ＤＮＡシーケンサー）を用いた。
【００７９】
本実施形態の菌株の塩基配列について、実施形態１と同様の遺伝子データベース上でＢＬＡＳＴホモロジー検索を行った結果、データベース上に登録された公知のジオバチルス（Geobacillus)属細菌の16ＳｒＲＮＡ遺伝子に近似していることがわかった。
【００８０】
以上のような菌学的性質の試験結果や16ＳｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列から、本実施形態の菌株は、ジオバチルス属に属する新規な微生物であると認められ、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ６と命名し、2003年８月18日に独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターに国際寄託した（FERM BP-08454)。
【００８１】
上記菌株ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ６も、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ４と同様に優れた汚泥可溶化能を有する汚泥可溶化酵素を産生する性質を有するものであり、汚泥の生物学的処理方法に用いることができる。
【００８２】
（実施形態４）
上記のようにして選抜した４菌株のうち、さらに他の１つの菌株の菌学的性質について試験した。その菌学的性質（形態的性質、培養的性質、生理学的性質）は次のとおりである。
【００８３】
Ａ．形態的性質
(1) 細胞の形及び大きさ：幅0.7 〜0.8 μm 、長さ2.0 〜4.0 μm の桿菌
(2) 運動性の有無：有り
(3) 胞子の有無：有り
【００８４】
Ｂ．培養的性質（普通寒天〔Nutrient agar]平板培養）
(1) コロニーの形態：円形、全縁滑らか、低凸状
(2) 色：クリーム色
(3) 光沢：有り
【００８５】
Ｃ．生理学的性質
(1) グラム染色性：＋
(2) 硝酸塩（硫酸塩）の還元：−
(3) ＶＰテスト：−
(4) インドールの生成：−
(5) 硫化水素の生成：−
(6) デンプンの加水分解：＋
(7) クエン酸の利用：−
【００８６】
(8) ウレアーゼ：−
(9) オキシダーゼ：＋
(10) カタラーゼ：＋
(11) 生育の範囲
(a) ｐＨ：6.0 〜8.0
(b) 温度：45℃〜65℃
【００８７】
(12) 酸素に対する態度：好気性
(13) Ｏ−Ｆテスト（Hugh Leifson法）：−／−
(14) 糖類からの酸及びガスの生成
Ｄ−グルコース：酸（＋）／ガス（−）
【００８８】
(15) 醗酵性試験
(a) グリセロール：−
(b) Ｌ−アラビノース：＋
(c) Ｄ−キシロース：＋
(d) Ｄ−ガラクトース：−
(e) Ｄ−グルコース：＋
(f) Ｄ−フラクトース：＋
(g) Ｄ−マンノース：＋
(h) Ｄ−マンニトール：＋
(i) イノシトール：−
(j) ソルビトール：−
(k) マルトース：＋
(l) ラクトース：−
(m) スクロース：−
(n) トレハロース：＋
【００８９】
(16) その他の生理学的性質
(a) β−ガラクトシダーゼ活性：−
(b) アルギニンジヒドロラーゼ活性：−
(c) リジンデカルボキシラーゼ活性：−
(d) トリプトファンデアミナーゼ活性：−
(e) アセトイン産生：−
(f) ゼラチナーゼ活性：＋
(g) オルニチンデカルボキシラーゼ活性：−
【００９０】
さらに、上記生理学的性質における菌株が生育するｐＨ及び温度の測定は次のようにして行った。
【００９１】
すなわち、0.1 Ｎ塩酸（和光純薬社製）及び0.1 Ｎ水酸化ナトリウム（和光純薬社製）、又はこれらのうちの一方で、測定対象のｐＨ（6.0 、6.5 、7.0 、7.5 、8.0)に調整した普通寒天〔Nutrient agar]培地（Oxoido社製) を調製し、この培地に本実施形態の菌株を接種し、60℃で15時間培養した菌株の増殖菌体量を観察し、その生育度を定性的に測定した。その結果を下記表７に示す。
【００９２】
【表７】
【００９３】
上記表７からも明らかなように、本実施形態の菌株は、ｐＨ6.0 〜8.0 の範囲において生育することが判明した。
【００９４】
次に、0.1 Ｎ塩酸（和光純薬社製）及び0.1 Ｎ水酸化ナトリウム（和光純薬社製）、又はこれらのうちの一方で、ｐＨ6.5 に調整した普通寒天〔Nutrient agar]培地（Oxoido社製) を調製し、この培地に本実施形態の菌株を接種し、測定対象の温度（37℃、45℃、50℃、60℃、65℃）で15時間培養した菌株の増殖菌体量を観察し、その生育度を定性的に測定した。その結果を下記表８に示す。
【００９５】
【表８】
【００９６】
上記表８からも明らかなように、本実施形態の菌株は、45℃〜65℃の範囲において生育することが判明した。
【００９７】
また、この菌株について、16ＳｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列を解析した。その配列は、配列表の配列番号４に記載のとおりである。この解析に際しては、本実施形態の菌株の16ＳｒＲＮＡ遺伝子をＰＣＲ法により増幅した。ＰＣＲ法は実施形態１と同様の操作で行った。また温度条件や反応サイクルも実施形態１と同様とした。
【００９８】
さらに、プライマーも実施形態１と同様のものを用いた。遺伝子の塩基配列の決定も実施形態１と同様のＤＮＡ解読装置（ＤＮＡシーケンサー）を用いた。
本実施形態の菌株の塩基配列について、実施形態１と同様の遺伝子データベース上でＢＬＡＳＴホモロジー検索を行った結果、データベース上に登録された公知のジオバチルス（Geobacillus)属細菌の16ＳｒＲＮＡ遺伝子に近似していることがわかった。
【００９９】
以上のような菌学的性質の試験結果や16ＳｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列から、本実施形態の菌株は、ジオバチルス属に属する新規な微生物であると
認められ、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ７と命名し、2003年８月18日に独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターに国際寄託した（FERM BP-08455)。
【０１００】
上記菌株ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ７も、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ４と同様に優れた汚泥可溶化能を有する汚泥可溶化酵素を産生する性質を有するものであり、汚泥の生物学的処理方法に用いることができる。
【０１０１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【０１０２】
（実施例１）
上記各実施形態の菌株を用いて、汚泥の可溶化試験を行った。
汚泥の可溶化試験は、神戸市内の下水処理場から採取した余剰汚泥を用いて実施した。可溶化試験に用いた滅菌洗浄汚泥の調整方法と可溶化試験方法を次に説明する。
【０１０３】
〔滅菌汚泥調整方法〕
１．余剰汚泥を121 ℃、15分オートクレーブ処理した後、遠心操作（約15000g, 10 分）により沈殿物を回収する。
２．その沈殿物を純水に十分に懸濁した後に、上記条件でオートクレーブ処理し、遠心操作により沈殿物を回収した。
３．沈殿物を純水に再懸濁後、遠心操作により洗浄した。この操作は２回繰り返した。
４．沈殿物を約10000mg/l となるように純水に懸濁した後、オートクレーブ処理したものを実験に供試した。
【０１０４】
〔可溶化試験方法〕
１．63℃でＬＢ液体培地（DIFCO 社製：バクトトリプトン10ｇ、イーストエキストラクト５ｇ、塩化ナトリウム５ｇ、蒸留水１L)で一晩培養した各菌株を容積比で１％になるように、上記滅菌洗浄汚泥に添加し、63℃で振とう培養した。
そのVSS(Volatile Suspended Solids)濃度を下水道試験方法（上巻）〔1997年版、p296〜297 、財団法人日本下水道協会〕に基づいて測定した。
２．汚泥のVSS 可溶化率は、次の式に基づいて求めた。
【０１０５】
【数１】
【０１０６】
試験結果を表９に示す。尚、表９において、対照とは、系に菌を添加しない場合を意味する。
【０１０７】
【表９】
【０１０８】
表９からも明らかなように、実施形態１乃至４のいずれの菌株も、培養した後、24時間経過後に25％前後の優れた汚泥の可溶化率を示し、48時間経過後には35％前後の優れた汚泥の可溶化率を示した。
尚、本実施例の汚泥の可溶化試験では、上記のように63℃で可溶化を行なっているが、可溶化の温度はこれに限定されるものではない。上記実施形態１乃至４の菌株の生育温度に合わせて４５〜７０℃の温度範囲で可溶化を行なうことができる。ただし、優れた可溶化率を得るためには、５０〜６５℃の温度範囲に設定するのが好ましい。
【０１０９】
次に、実施形態１乃至３の菌株を実施形態４の菌株と混合したものを用い、単独細菌を使用したときとの汚泥可溶化率の比較試験を行った。その結果を表10に示す。
【０１１０】
【表１０】
【０１１１】
表10からも明らかなように、実施形態１乃至３の菌株と、実施形態４の菌株との混合細菌を使用した場合には、単独細菌を使用したときに比べて汚泥可溶化率が上昇した。これは、実施形態４のＳＰＴ７株が高いｐＨ条件下で生育することを反映しているものと思われる。すなわち、先ず汚泥中のタンパク質がＳＰＴ７株以外の好熱性細菌の産生する酵素（プロテアーゼ、リパーゼ等）により分解され、アンモニアが産生されると汚泥のｐＨが上昇する。この条件でＳＰＴ７が活発に増殖し、汚泥可溶化に関与する酵素を産生することにより、汚泥の可溶化を促進するものと思われる。
尚、実施形態１乃至３の菌株と、実施形態４の菌株とを混合して有機性固形物を可溶化する場合は、ｐＨ7.0 〜8.5 の範囲で処理するのが好ましい。
【０１１２】
（実施例２）
上記各実施形態の菌株ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ４、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ５、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ６、及びジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ７は、上述のように優れた汚泥可溶化能を有する汚泥可溶化酵素を産生する性質を有するものであるので、各種汚泥の生物学的処理方法に用いることができる。
【０１１３】
本実施例ではその生物処理方法の一例について説明する。
本実施例の生物処理方法を実施する装置は、図１に示すように、生物処理装置、沈殿槽、及び可溶化槽を具備している。本実施例では、原廃水Ａが経路１を経て生物処理槽２に導入され、生物処理槽２にて有機性廃水である原廃水が好気的に生物処理される。好気的生物処理とは、生物酸化によって有機物が二酸化炭素若しくは水等の無機物に分解されることをいう。
【０１１４】
次に、生物処理された処理水Ｂは、経路３を経て固液分離装置としての沈殿槽４に導入されて固液分離され、固液分離された上澄液Ｃは放流等され、固液分離された固形物である汚泥Ｄの一部は、経路５を経て経路１に合流して原廃水Ａとともに生物処理槽２に導入される。
沈殿槽４で分離された残りの汚泥Ｅは、経路６を経て可溶化槽７へ導入される。そして、可溶化槽７では、高温条件で好気的に有機性固形物の可溶化が行われる。この場合の可溶化処理に、上記実施形態１乃至４の各新規微生物が用いられる。
可溶化槽７は、上述のように生物処理槽２から供給される汚泥を可溶化させるためのものであり、この可溶化は、プロテアーゼ等の可溶化酵素によってなされるが、そのような可溶化酵素が上記実施形態１乃至４の菌株であるジオバチルス(Geobacillus) ＳＰＴ４、ジオバチルス(Geobacillus) ＳＰＴ５、ジオバチルス(Geobacillus) ＳＰＴ６、ジオバチルス(Geobacillus) ＳＰＴ７によって産生されるのである。このような菌株は、可溶化槽７に予め保持されるか、可溶化槽７に供給される汚泥に予め含有させてもよく、若しくは可溶化槽７に新たに添加されてもよい。また、このような４種の菌株は、単独若しくは混合して使用することが可能である。
可溶化槽７の温度は、上記実施形態１乃至４の菌株の生育温度に合わせて４５〜７０℃の温度範囲、好ましくは５０〜６５℃の温度範囲に設定するのが好ましい。また、ｐＨは上記実施形態１乃至４の菌株の生育ｐＨに合わせてｐＨ5.5 〜９の範囲、好ましくは６〜8.5 の範囲になるように設定するのが好ましい。
【０１１５】
（実施例３）
本実施例は、生物処理方法の他の例であり、本実施例の処理装置においては、図２に示すように、沈殿槽４の後段側であって、可溶化槽７の前段側に濃縮装置９が設けられている。可溶化槽７へ汚泥を供給する前に濃縮装置９で汚泥を濃縮することで、可溶化槽への汚泥投入量が減少し、結果的に可溶化槽７でもＨＲＴが長くなり、可溶化槽７から生物処理槽２に返送される処理液のＢＯＤ量を大幅に低減することができる。濃縮装置９としては、膜濃縮、遠心濃縮、浮上濃縮、蒸発濃縮等の手段を具備した濃縮装置を使用することができる。
可溶化槽７の温度は、上記実施例１と同様に４５〜７０℃の温度範囲、好ましくは５０〜６５℃の温度範囲に設定するのが好ましい。また、ｐＨも上記実施例２と同様にｐＨ5.5 〜９の範囲、好ましくは６〜8.5 の範囲になるように設定するのが好ましい。また、４種の菌株を単独若しくは混合して使用しうることも実施例２と同様である。さらに菌株を可溶化槽７に予め保持させ、又は可溶化槽７に供給される汚泥に予め含有させ、或いは可溶化槽７に新たに添加しうることも実施例２と同様である。
【０１１６】
尚、この図２の処理装置では、固液分離された固形物である汚泥Ｄの一部が経路５を経て経路１に合流して原廃水Ａとともに生物処理槽２に導入され、沈殿槽４で分離された残りの汚泥Ｅが濃縮装置９へ供給されるように構成されているが、これに限らず、図３に示すように沈殿槽４で分離した汚泥Ｄをすべて濃縮装置９で濃縮した後、汚泥の一部を経路５を経て生物処理槽２に返送し、残りの汚泥を可溶化槽７で好熱菌により可溶化することもできる。
【０１１７】
（実施例４）
本実施例では、図４に示すように、生物処理槽２内に膜分離装置10を有し、生物処理と並行して膜分離装置10による固液分離が行われる。従って、固液分離がより好適に行われることとなる。
生物処理槽２内に配設される膜分離装置10には、たとえば孔径0.1 〜2.5 μｍ好ましくは0.3 〜0.5 μｍの膜が使用される。
可溶化槽７の温度は、上記実施例１と同様に４５〜７０℃の温度範囲、好ましくは５０〜６５℃の温度範囲に設定するのが好ましい。また、ｐＨも上記実施例２と同様にｐＨ5.5 〜９の範囲、好ましくは６〜8.5 の範囲になるように設定するのが好ましい。また、４種の菌株を単独若しくは混合して使用しうることも実施例２と同様である。さらに菌株を可溶化槽７に予め保持させ、又は可溶化槽７に供給される汚泥に予め含有させ、或いは可溶化槽７に新たに添加しうることも実施例２と同様である。
【０１１８】
（実施例５）
本実施例は、微生物によりリン成分の除去を行う場合の実施例である。本実施例の処理装置は、図５に示すように、生物処理槽２が嫌気槽2aと好気槽2bとで構成されている。また、沈殿槽４の後段であって可溶化槽７の前段側に、リン放出装置11が設けられている。本実施例では、嫌気槽2aにおいて微生物からリンの放出が行われ、次に好気槽2bにおいて好気的な微生物消化及び微生物によるリン成分の摂取（体内貯留）を行う。
【０１１９】
次に、生物処理された処理液を沈殿槽４において、リン成分が濃縮された一次汚泥ｘと一次処理水ａとに分離する。一次汚泥ｘ中の微生物からリン成分を放出させるために、リン放出装置11においてリン成分を液相に放出させる。この場合のリン成分の放出は、たとえば嫌気処理、加熱処理、超音波処理、オゾン処理、アルカリ処理等によって行うことができるが、特に嫌気処理によって行うのが好ましい。次に、二次処理水ｂに凝集剤を添加し、リン分離装置12において、リン成分を固形成分として凝集させて、リン成分を実質的に含まない三次処理水ｃと固形リン成分ｙを得る。この固形リン成分ｙは、肥料やリン化合物製造のための原料として利用できるものである。上記二次汚泥ｚは、さらに汚泥成分の減容化のために、可溶化槽７で可溶化処理される。
可溶化槽７の温度は、上記実施例１と同様に４５〜７０℃の温度範囲、好ましくは５０〜６５℃の温度範囲に設定するのが好ましい。また、ｐＨも上記実施例２と同様にｐＨ5.5 〜９の範囲、好ましくは６〜8.5 の範囲になるように設定するのが好ましい。また、４種の菌株を単独若しくは混合して使用しうることも実施例２と同様である。さらに菌株を可溶化槽７に予め保持させ、又は可溶化槽７に供給される汚泥に予め含有させ、或いは可溶化槽７に新たに添加しうることも実施例２と同様である。
【０１２０】
（実施例６）
本実施例は、熱エネルギーの損失が少なく、処理系外に排出される処理水中の含窒有機分又は含窒無機分が少なく、大気中に放散される排ガスの除臭が可能である場合の実施例であり、図６に示すように、生物処理槽２に至る処理液経路には、硝化装置13と脱窒装置14が配置されており、沈殿槽４で分離された汚泥の一部は環流経路15を経て硝化装置13に返送されており、可溶化槽７で可溶化された処理液は、熱交換器16と返送経路17を経て脱窒装置14に返送される。また経路26を経て可溶化槽７に通入された空気は、経路27を経て硝化装置13に通入される。
【０１２１】
有機性廃水中のＮＨ4+分は、硝化装置13において硝化菌によりＮＯ2 - またはＮＯ3 - に変えられ、このＮＯ2 - またはＮＯ3 - は脱窒装置13に導入された後に大気中に放散されるので、大気中に放散されるガスの臭気は著しく弱められ、可溶化槽７から排出されるガスの熱は硝化装置13において硝化処理に有効に利用されるので熱エネルギーの損失が少ない。また、処理系外に排出される処理水中の含窒有機分又は含窒無機分は実質的にゼロである。
可溶化槽７の温度は、上記実施例１と同様に４５〜７０℃の温度範囲、好ましくは５０〜６５℃の温度範囲に設定するのが好ましい。また、ｐＨも上記実施例２と同様にｐＨ5.5 〜９の範囲、好ましくは６〜8.5 の範囲になるように設定するのが好ましい。また、４種の菌株を単独若しくは混合して使用しうることも実施例２と同様である。さらに菌株を可溶化槽７に予め保持させ、又は可溶化槽７に供給される汚泥に予め含有させ、或いは可溶化槽７に新たに添加しうることも実施例２と同様である。
【０１２２】
（実施例７）
本実施例の有機性廃水の処理装置は、図７に示すように、生物処理槽２と、可溶化槽７とで構成されている。生物処理槽２では回分式に有機性廃水の処理がなされる。原水である有機性廃水として、本実施形態では下水を用いた。
【０１２３】
本実施例においては、原水の流入、反応、沈殿、排水、排泥等を１サイクルとして処理がなされる。より具体的には、図８に示すように、原水の流入受け入れ中に曝気、攪拌、曝気、攪拌、曝気、曝気停止による沈殿、固液分離、可溶化処理の工程が循環してなされることになる。この場合、曝気は好気的処理であり、攪拌は嫌気的処理である。曝気と攪拌の繰り返し工程、沈殿、固液分離の工程は生物処理槽２でなされ、可溶化処理の工程は可溶化槽７でなされる。
【０１２４】
原水の流入受け入れから処理水の排出の一連の廃水処理の回分処理は、１日複数回（たとえば２〜４回）行なうように各工程の処理時間を調整することが可能であるが、廃水の性状によっては１日に１回程度、或いは３日に２回程度の回分処理を行なうように各工程の処理時間が調整されていてもよい。
【０１２５】
本実施例では、曝気の工程で硝化菌による硝化処理がなされ、曝気を停止した攪拌の工程で脱窒菌による脱窒処理がなされる。その後、曝気の停止によって、汚泥が沈降し、分離される。上澄みは放流等され、沈降した汚泥の一部は、次の回分処理のために生物処理槽２に保持され、汚泥の残りの一部は可溶化槽７へ供給されて可溶化処理される。可溶化槽７で可溶化処理された液は、図９に示すように、第一段階の攪拌の工程へ返送されるのが好ましい。
【０１２６】
可溶化処理液は、第一段階の曝気を停止する前の３時間から30分前、好ましくは、１時間から30分前に生物処理槽２に返送される。サイクル数は、生物処理槽のＢＯＤ−ＳＳ負荷により決定される。一般に、高負荷運転（ＢＯＤ−ＳＳ負荷：0.2 〜0.4kg ＢＯＤ／kgSS・日）の場合は、曝気及び攪拌の硝化脱窒処理サイクルが３〜４サイクルで運転されるのが好ましい。また、低負荷運転（ＢＯＤ−ＳＳ負荷：0.03〜0.05kgＢＯＤ／kgSS・日）の場合は、硝化脱窒処理サイクルが、２〜３サイクルで運転するのが好ましい。
【０１２７】
可溶化槽７の温度は、上記実施例１と同様に４５〜７０℃の温度範囲、好ましくは５０〜６５℃の温度範囲に設定するのが好ましい。また、ｐＨも上記実施例２と同様にｐＨ5.5 〜９の範囲、好ましくは６〜8.5 の範囲になるように設定するのが好ましい。また、４種の菌株を単独若しくは混合して使用しうることも実施例２と同様である。さらに菌株を可溶化槽７に予め保持させ、又は可溶化槽７に供給される汚泥に予め含有させ、或いは可溶化槽７に新たに添加しうることも実施例２と同様である。
【０１２８】
本実施例においては、曝気処理を停止する前の３時間〜30分前、好ましくは１時間〜30分前に可溶化処理汚泥が第一の（最初の）曝気処理工程における反応槽に返送される。これによって、可溶化処理汚泥に含まれる有機物を、脱窒処理の際のプロトン源（ＢＯＤ源）として有効利用し、脱窒を促進させることができる。従って、プロトン源として一般に使用されるメタノール等の薬品量を低減できるので、その薬品量に伴うコストを低減できることとなる。
この場合の可溶化処理時間は12〜72時間が好ましく、18〜48時間がより好ましく、20〜36時間が最も好ましい。
【０１２９】
（実施例８）
本実施形態の有機性廃水の処理装置は、図９に示すように、嫌気槽18、一次曝気槽19、無酸素槽20、二次曝気槽21、沈殿槽４、及び可溶化槽７を具備している。
【０１３０】
嫌気槽18は、有機性廃水を嫌気的に消化するとともに、返送汚泥や、酸発酵液中の汚泥にリンが含有されている場合、汚泥中のリンを液中に放出する機能を有するものである。
【０１３１】
一次曝気槽１９は、前記嫌気槽１８で嫌気処理された処理液を、曝気攪拌によって好気的に生物処理し、嫌気処理された処理水中の有機物を酸化分解し、或いは流入アンモニアを硝化するためのものである。この一次曝気槽１９は、要は曝気手段を具備するものであればよく、その曝気手段は問うものではないが、たとえば散気管等を用いることができる。曝気処理は、好気性消化分解が許容されるよう、好ましくは、０．１〜０．５ｖｖｍの通気量で室温下にて実施されるが、負荷によっては、これを上回る通気量で、より高温で処理してもよい。被処理液は、好ましくはｐＨ５．０〜８．０に調整され、より好ましくはｐＨ７．０〜８．０に調整される。
【０１３２】
無酸素槽２０は、前記一次曝気槽１９で好気処理された処理液を、脱窒処理するためのものである。二次曝気槽２１は、前記無酸素槽２０で脱窒処理された処理液を、好気的に生物処理するためのものである。この二次曝気槽２１では、前記一次曝気槽１９と同様に構成され、同様に曝気攪拌によって生物処理が行われる。この場合の二次曝気槽２１は、硝化とＢＯＤ除去との両方の機能を有する。そして、二次曝気槽２１での処理液である硝化液の一部は、図示しないが、無酸素槽２０へ返送され、硝化液中の硝酸或いは亜硝酸が脱窒されることとなる。
【０１３３】
沈殿槽４は前記二次曝気槽21で生物処理された処理液を固液分離するためのものであり、分離された液分は処理液として再利用若しくは放流され、分離、沈殿した固形分である汚泥の一部は、次の可溶化槽７へ供給されるとともに、残りの一部は嫌気槽18へ返送される。
【０１３４】
このような構成からなる処理装置によって、下水を処理する場合には、先ず、嫌気槽18へ下水が供給される。嫌気処理後の処理水は、次工程の一次曝気槽19に供給されて曝気攪拌されつつ好気的に処理されることとなる。この曝気攪拌による好気的な処理によって硝化処理がなされることとなる。
次に、一次曝気槽19で曝気処理された処理液は、無酸素槽20へ供給される。この無酸素槽20では脱窒処理がなされる。無酸素槽20で脱窒処理された処理液は二次曝気槽21へ供給され、曝気攪拌されつつ好気的に処理される。この二次曝気槽21での曝気処理によって硝化がなされ、ＢＯＤ除去がなされる。
【０１３５】
次に、二次曝気槽21で曝気処理された処理液は、沈殿槽４へ供給される。この沈殿槽４では固液分離がされ、分離された液分は処理液として再利用若しくは放流され、また分離、沈殿した固形分である汚泥の一部は、可溶化槽７へ供給され、上記実施形態の菌株により好気的に汚泥が可溶化される。また、沈殿した汚泥の残りの一部は、嫌気槽18へ返送汚泥として返送される。
【０１３６】
可溶化槽７で可溶化処理された汚泥は、前記無酸素槽20へ返送され、再度処理される。そして、無酸素槽20での脱窒処理、二次曝気槽21での曝気処理、沈殿槽４での固液分離、可溶化槽７で可溶化処理が循環して繰り返されることとなる。
【０１３７】
可溶化槽７のＨＲＴは、菌の生成および分泌量が最大となるＨＲＴに基づいて選択することが好ましい。このようにＨＲＴを設定すれば、生成及び分泌された汚泥可溶化酵素による反応を効率的に利用できる。通常、ＨＲＴは12〜72時間に設定するのが好ましく、可溶化液中のアンモニアを酸化する観点からは24〜72時間に設定するのがより好ましく、可溶化装置のコンパクト化及び処理水質の向上の両方を維持する観点からは、36〜48時間に設定するのが最も好ましい。
【０１３８】
また、可溶化槽７以外の槽のＨＲＴは、嫌気槽４で0.5 〜1.5 時間、一次曝気槽５で２〜６時間、無酸素槽６で0.5 〜３時間、二次曝気槽７で0.5 〜２時間、好ましくは嫌気槽４で0.5 〜１時間、一次曝気槽５で３〜５時間、無酸素槽６で１〜２時間、二次曝気槽７で0.5 〜1.5 時間が好ましい。
可溶化槽７の温度は、上記実施例１と同様に４５〜７０℃の温度範囲、好ましくは５０〜６５℃の温度範囲に設定するのが好ましい。また、ｐＨも上記実施例２と同様にｐＨ5.5 〜９の範囲、好ましくは６〜8.5 の範囲になるように設定するのが好ましい。また、４種の菌株を単独若しくは混合して使用しうることも実施例２と同様である。さらに菌株を可溶化槽７に予め保持させ、又は可溶化槽７に供給される汚泥に予め含有させ、或いは可溶化槽７に新たに添加しうることも実施例２と同様である。
【０１３９】
（実施例９）
本実施形態では、無酸素槽が２槽設けられているとともに、曝気槽は１槽のみ設けられ、この点で上記実施例８と相違している。
すなわち、本実施例の処理装置は、図10に示すように、前無酸素槽23、嫌気槽18、互換槽24、無酸素槽20、曝気槽25、沈殿槽４、濃縮機９、及び可溶化槽７を具備している。
【０１４０】
本実施形態では、嫌気槽18に流入された原水は互換槽24に供給される。
この互換槽24では、流入下水の脱窒程度によって曝気槽25からの汚泥及び処理液（硝化液）の返送の経路を変更する機能が奏される。たとえば夏期等の脱窒の程度が高い時期では、嫌気槽として活用することにより嫌気状態での返送汚泥のリン放出反応が促進され、冬期等の脱窒の程度が低い時期では、無酸素槽として活用することにより原水及び曝気槽25から前無酸素槽23或いは互換槽24に返送される硝化液の脱窒反応が促進されることとなる。
【０１４１】
このように互換槽24での処理が行われた後、原水は無酸素槽20に供給されて脱窒処理され、さらに曝気槽25に供給されて曝気攪拌により好気的に生物処理される。次に曝気槽25から沈殿槽４に供給され、この沈殿槽４では固液分離がされ、分離された液分は適宜放流される。また分離、沈殿した固形分である汚泥は、濃縮機９へ供給され、可溶化槽７へ供給される。この場合、曝気槽25は、ＢＯＤの除去と硝化の機能を有するものである。曝気槽25の処理液である硝化液一部は、前無酸素槽23、好ましくは（図示しないが）無酸素槽20へ返送される。
【０１４２】
さらに、可溶化槽７で可溶化処理された汚泥は、互換槽24へ返送され、互換槽24、無酸素槽20、曝気槽25、沈殿槽４、濃縮機９、可溶化槽７を循環することとなる。尚、沈殿槽４で分離された汚泥は、濃縮機９へ供給される他、前無酸素槽23へも返送される。また前無酸素槽23へは、嫌気槽18や互換槽24からも汚泥が返送される。
可溶化槽７の温度は、上記実施例１と同様に４５〜７０℃の温度範囲、好ましくは５０〜６５℃の温度範囲に設定するのが好ましい。また、ｐＨも上記実施例２と同様にｐＨ5.5 〜９の範囲、好ましくは６〜8.5 の範囲になるように設定するのが好ましい。また、４種の菌株を単独若しくは混合して使用しうることも実施例２と同様である。さらに菌株を可溶化槽７に予め保持させ、又は可溶化槽７に供給される汚泥に予め含有させ、或いは可溶化槽７に新たに添加しうることも実施例２と同様である。
【０１４３】
（実施例１０）
本実施例の処理装置は、図１１に示すように、嫌気槽１８、無酸素槽２０、曝気槽２５、沈殿槽４、及び可溶化槽７を具備している。本実施形態では、嫌気槽１８で原水の嫌気処理がなされ汚泥中のリン成分が放出された後、無酸素槽２０へ供給され、無酸素槽２０で脱窒処理がなされる。無酸素槽２０で脱窒処理された処理液は曝気槽２５へ供給され、曝気槽２５で汚泥に含まれるアンモニアが亜硝酸や硝酸まで変化する。すなわち、曝気槽２５では硝化処理がなされているのである。
【０１４４】
次に、曝気槽25で硝化処理された処理液は、沈殿槽４へ供給される。この沈殿槽４では固液分離がされ、分離された液分は放流等され、また分離、沈殿した固形分である汚泥の一部は、可溶化槽７へ供給されるとともに、残りは返送汚泥として嫌気槽18に返送される。
可溶化処理後の汚泥は、嫌気槽18へ返送され、無酸素槽20での脱窒処理、曝気槽25での処理、沈殿槽４での固液分離、可溶化槽７で可溶化処理が循環して繰り返されることとなる。また、曝気槽25で処理された硝化液の一部は、無酸素槽20又は嫌気槽18に返送され、無酸素槽20で脱窒処理される。
可溶化槽７の温度は、上記実施例１と同様に４５〜７０℃の温度範囲、好ましくは５０〜６５℃の温度範囲に設定するのが好ましい。また、ｐＨも上記実施例２と同様にｐＨ5.5 〜９の範囲、好ましくは６〜8.5 の範囲になるように設定するのが好ましい。また、４種の菌株を単独若しくは混合して使用しうることも実施例２と同様である。さらに菌株を可溶化槽７に予め保持させ、又は可溶化槽７に供給される汚泥に予め含有させ、或いは可溶化槽７に新たに添加しうることも実施例２と同様である。
【０１４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、生物性汚泥或いは有機性汚泥等の汚泥を可溶化する性質を有するジオバチルス属の新規微生物であるジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ４、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ５、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ６、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ７を提供するに至った。
【０１４６】
特に、本発明では、１日程度の極めて短い期間に優れた汚泥可溶化効果を奏するので、実装置に用いる場合に、装置運転の立ち上げ時間が早いという効果がある。
【０１４７】
さらに、本発明では50℃〜65℃程度とさほど高くない温度で優れた可溶化効果を奏するので、実装置に用いる場合のエネルギー面での経済性も飛躍的に向上するという効果がある。
【０１４８】
そして、この新規微生物を用いて有機性汚泥、生物性汚泥等の有機性固形物を可溶化する処理方法によって、下水処理場、屎尿処理場などの下水処理プロセスから排出される生汚泥及び余剰汚泥等の生物性汚泥、或いは食品工場、化学工場などの製造プロセスまたは排水処理プロセスから排出される有機性汚泥等の各種の有機性固形物を、効率良く可溶化することができる。
【０１４９】
特に、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ４、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ５、又はジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ６のいずかと、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ７とを混合した混合微生物を用いる場合には、汚泥の可溶化率がより向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態としての微生物を利用した有機性廃水の処理装置を示す概略ブロック図。
【図２】他実施形態の有機性廃水の処理装置を示す概略ブロック図。
【図３】他実施形態の有機性廃水の処理装置を示す概略ブロック図。
【図４】他実施形態の有機性廃水の処理装置を示す概略ブロック図。
【図５】他実施形態の有機性廃水の処理装置を示す概略ブロック図。
【図６】他実施形態の有機性廃水の処理装置を示す概略ブロック図。
【図７】他実施形態の有機性廃水の処理装置を示す概略ブロック図。
【図８】図７の処理装置で行う回分式処理工程のブロック図。
【図９】他実施形態の有機性廃水の処理装置を示す概略ブロック図。
【図１０】他実施形態の有機性廃水の処理装置を示す概略ブロック図。
【図１１】他実施形態の有機性廃水の処理装置を示す概略ブロック図。
【配列表】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水処理場、屎尿処理場などの下水処理プロセスから排出される生汚泥及び余剰汚泥等の生物性汚泥、或いは食品工場、化学工場などの製造プロセスまたは排水処理プロセスから排出される有機性汚泥等の各種の有機性固形物を可溶化する可溶化酵素の生産能を有する新規微生物と、その微生物を用いた有機性固形物の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来より、下水処理場や屎尿処理場などの下水処理プロセスから排出される生汚泥及び余剰汚泥等の生物性汚泥や、食品工場、化学工場などの製造プロセスまたは排水処理プロセスから排出される有機性汚泥等の各種の有機性固形物を処理する方法として、細菌等を有機性固形物に作用させて生物学的に分解する、下記特許文献１及び非特許文献１乃至３に示すような有機性固形物の可溶化のための方法並びにその方法への応用が期待される菌株がこれまでに報告されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１８４６４０号公報
【非特許文献１】
バイオテクノロジーを活用した新排水処理システムの開発報告書（下水道編）、pp73−77、（財）土木研究センター（平成３年２月））
【非特許文献２】
SHIGERU KUME and YUSAKU FUJIO，"DIGESTION OF MUNICIPAL SEWAGE SLUDGE BY A MIXREOF THERMOPHILIC BACILLI AND THEIR CULTURE EXTRACT "，J.Gen.Appl. Microbiol., 36 189-194 (1990)
【非特許文献３】
YUSAKU FUJIO and SHIGERU KUME，"Isolation and Identification of Thermophilic Bacteria from Sewage Sludge Compost "，JOURNAL OF FERMENTATION AND BIOENGINEERING , Vol.72, No.5,334-337,(1991)
【０００４】
上記特許文献１は、酵母エキス残渣を特異的に分解する酵素を生産する菌株、オエルスコフィア属に属する細菌（Oerskovia sp.24(FERM P−13692)) を用いた酵母エキス残渣の処理方法である。
また、上記非特許文献１は、滅菌済余剰汚泥を嫌気的条件下で特異的に可溶化する、クロストリジウム・ビフェルメンタンス（Clostridium bifermentans）に属する嫌気性の菌株について開示するものである。
さらに、上記非特許文献２及び３は、下水汚泥コンポストから好気的にかつ高温条件下で単離したバチルス・ステアロサーモフィラス（Bacillus stearothermophilus)に属する菌株を用いた汚泥の消化について開示するものある。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１記載の方法によれば、分解処理できる対象が実質的に酵母エキス残渣に限定されてしまうという問題がある。
また、上記非特許文献１乃至非特許文献３に開示された菌株では、汚泥の可溶化効率が、それぞれ、10日間で25％、20日間で40〜50％程度であり、所定の可溶化率を得るには多大な時間を要しており、処理効率が低いものとなっていた。そして、この処理効率の低さが当該菌株の工業的利用に向けての課題として依然として残っている。
【０００６】
本発明者等は、このような問題点を解決するために、汚泥等の有機性固形物の優れた可溶化効果を有し、且つ所定の可溶化率を得るための処理時間を著しく短縮することができ、処理効率を高めることができる微生物を探索した。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
その結果、このような条件を満たすジオバチルス属の新規微生物を単離し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、請求項１記載の発明は、有機性汚泥、生物性汚泥等の有機性固形物を可溶化する可溶化酵素の生産能を有することを特徴とする新規微生物ジオバチルス・エスピー（ Geobacillus sp. ）ＳＰＴ４（ FERM BP-08452 ）である。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、有機性汚泥、生物性汚泥等の有機性固形物を可溶化する可溶化酵素の生産能を有することを特徴とする新規微生物ジオバチルス・エスピー（ Geobacillus sp. ）ＳＰＴ５（ FERM BP-08453 ）である。
【００１２】
さらに、請求項３記載の発明は、有機性汚泥、生物性汚泥等の有機性固形物を可溶化する可溶化酵素の生産能を有することを特徴とする新規微生物ジオバチルス・エスピー（ Geobacillus sp. ）ＳＰＴ６（ FERM BP-08454 ）である。
【００１６】
また、請求項４記載の発明は、有機性汚泥、生物性汚泥等の有機性固形物を可溶化する可溶化酵素の生産能を有することを特徴とする新規微生物ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.）ＳＰＴ７（FERM BP-08455）である。
【００２０】
さらに、請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の新規微生物を用いて有機性汚泥、生物性汚泥等の有機性固形物を可溶化することを特徴とする有機性固形物の処理方法である。
さらに、請求項６記載の発明は、請求項１記載の新規微生物、請求項２記載の新規微生物、又は請求項３記載の新規微生物のいずれかと、請求項４記載の新規微生物とを混合した混合微生物によって、有機性汚泥、生物性汚泥等の有機性固形物を可溶化することを特徴とする有機性固形物の処理方法である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２２】
〔菌株のスクリーニング〕
本発明の後述する各実施形態の微生物の単離は、次のようにして行った。
すなわち、下水処理場における余剰汚泥より、菌株分離用に汚泥を採取した。
採取した汚泥を、１×10-2〜10-5倍に滅菌水で希釈した後、普通寒天〔Nutrient agar]培地の寒天プレート（Oxoido社製）に塗布した。このプレートを、60℃で一晩培養し、単コロニーを得た。
【００２３】
得られた単コロニーに関して、スキムミルクの分解能、滅菌汚泥の分解能を、基質混合培地でのハロ形成の有無で確認し、ハロを形成した株でも、特に汚泥分解能が大きいもの４菌株を特徴株として選抜した。具体的には、これらを0.1 重量／容量％混合した寒天培地においてハロ（溶解班）を形成する程度に応じて目視により判定した。
【００２４】
スキムミルクの分解能の検定は、R.BEAUDET, C.GAGNON, J.G BISAILLON and M.ISHAQUE,"Microbiological Aspects of Aerobic Thermophilic Treatment of Swine Waste",Applied and Environmental Microbiology, 971 〜976 頁、（1990年４月）の変法によった。
【００２５】
（実施形態１）
上記のようにして選抜した４菌株のうち、１つの菌株の菌学的性質について試験した。その菌学的性質（形態的性質、培養的性質、生理学的性質）は次のとおりである。
【００２６】
Ａ．形態的性質
(1) 細胞の形及び大きさ：幅0.7 〜0.8 μm 、長さ2.0 〜4.0 μm の桿菌
(2) 運動性の有無：有り
(3) 胞子の有無：有り
【００２７】
Ｂ．培養的性質（普通寒天〔Nutrient agar]平板培養）
(1) コロニーの形態：円形、全縁滑らか、低凸状
(2) 色：クリーム色
(3) 光沢：有り
【００２８】
Ｃ．生理学的性質
(1) グラム染色性：＋
(2) 硝酸塩の還元：−
(3) ＶＰテスト：−
(4) インドールの生成：−
(5) 硫化水素の生成：−
(6) デンプンの加水分解：−
(7) クエン酸の利用：−
【００２９】
(8) ウレアーゼ：−
(9) オキシダーゼ：＋
(10) カタラーゼ：＋
(11) 生育の範囲
(a) ｐＨ：6.0 〜8.0
(b) 温度：45℃〜65℃
【００３０】
(12) 酸素に対する態度：好気性
(13) Ｏ−Ｆテスト（Hugh Leifson法）：−／−
(14) 糖類からの酸及びガスの生成
Ｄ−グルコース：酸（＋）／ガス（−）
【００３１】
(15) 醗酵性試験
(a) グリセロール：−
(b) Ｌ−アラビノース：−
(c) Ｄ−キシロース：−
(d) Ｄ−ガラクトース：−
(e) Ｄ−グルコース：＋
(f) Ｄ−フラクトース：＋
(g) Ｄ−マンノース：＋
(h) Ｄ−マンニトール：＋
(i) イノシトール：−
(j) ソルビトール：−
(k) マルトース：＋
(l) ラクトース：＋
(m) スクロース：−
(n) トレハロース：＋
【００３２】
(16) その他の生理学的性質
(a) β−ガラクトシダーゼ活性：−
(b) アルギニンジヒドロラーゼ活性：−
(c) リジンデカルボキシラーゼ活性：−
(d) トリプトファンデアミナーゼ活性：−
(e) アセトイン産生：−
(f) ゼラチナーゼ活性：＋
(g) オルニチンデカルボキシラーゼ活性：−
【００３３】
さらに、上記生理学的性質における菌株が生育するｐＨ及び温度の測定は次のようにして行った。
【００３４】
すなわち、0.1 Ｎ塩酸（和光純薬社製）及び0.1 Ｎ水酸化ナトリウム（和光純薬社製）、又はこれらのうちの一方で、測定対象のｐＨ（6.0 、6.5 、7.0 、7.5 、8.0)に調整した普通寒天〔Nutrient agar]培地（Oxoido社製）を調製し、この培地に本実施形態の菌株を接種し、60℃で15時間培養した菌株の増殖菌体量を観察し、その生育度を定性的に測定した。その結果を下記表１に示す。
【００３５】
【表１】
上記表１からも明らかなように、本実施形態の菌株は、ｐＨ6.0 〜8.0 の範囲において生育することが判明した。
【００３７】
次に、0.1 Ｎ塩酸（和光純薬社製）及び0.1 Ｎ水酸化ナトリウム（和光純薬社製）、又はこれらのうちの一方で、ｐＨ6.5 に調整した普通寒天〔Nutrient agar]培地（Oxoido社製）を調製し、この培地に本実施形態の菌株を接種し、測定対象の温度（37℃、45℃、50℃、60℃、65℃）で15時間培養した菌株の増殖菌体量を観察し、その生育度を定性的に測定した。その結果を下記表２に示す。
【００３８】
【表２】
上記表２からも明らかなように、本実施形態の菌株は、50℃〜65℃の範囲において生育することが判明した。
【００４０】
また、この菌株について、16ＳｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列を解析した。その配列は、配列表の配列番号１に記載のとおりである。この解析に際しては、先ず本実施形態の菌株の16ＳｒＲＮＡ遺伝子をＰＣＲ法により増幅した。60℃で６時間振とう培養した本実施形態の菌株より、Heng Zhu等の方法（Heng Zhu, Feng Qu and Li-Husang Zhu, "Isolation of genomic DNAs from 1993 ）に従い精製したＤＮＡを鋳型としてＰＣＲを行った。プライマーは、「微生物の分類・同定実験法 分子遺伝学・分子生物学的手法を中心に」（鈴木健一朗・平石明・横田明編、シュウプリンガー・フェアラーク東京）に記載の２種類の合成オリゴヌクレオチド（27f,1492r)を用いた。これらのプライマーの塩基配列は、配列表の配列番号５，６に記載のとおりである。
【００４１】
ＰＣＲ反応は、以下のとおりである。すなわち、１×ＰＣＲ Buffer(東洋紡績株式会社），0.2mM dNTPs(東洋紡績株式会社），1mM ＭｇＳＯ4(東洋紡績株式会社），本実施形態の菌株ＤＮＡ100mg 、それぞれ0.5 μM のプライマー、及びＫＯＤ−Plus−（東洋紡績株式会社）よりなる反応液を、94℃、２分処理した後、94℃、30秒の熱変性、55℃、30秒のアニーリング、68℃、１分30秒の伸長反応を30サイクル行った。最後に68℃、７分の伸長反応を行った後、ＰＣＲ産物を得た。このＰＣＲ産物をQIA quick PCR Purification Kit（株式会社キアゲン）を用いて精製した後、16ＳｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列を決定した。遺伝子の塩基配列の決定は、ＤＮＡ解読装置（ＤＮＡシーケンサー）を用いた。
【００４２】
本実施形態の菌株の塩基配列について、遺伝子データベースであるNational Center for Biotechnology Information（ＮＣＢＩ http://www.ncbi.nlm.nih. gov ）上でＢＬＡＳＴホモロジー検索を行った結果、データベース上に登録された公知のジオバチルス（Geobacillus)属細菌の16ＳｒＲＮＡ遺伝子に近似していることがわかった。
【００４３】
以上のような菌学的性質の試験結果や16ＳｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列から、本実施形態の菌株は、ジオバチルス属に属する新規な微生物であると認められ、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ４と命名し、2003年８月18日に独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターに国際寄託した（FERM BP-08452)。
【００４４】
上記菌株ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.）ＳＰＴ４は、後述の実施例に示すように、優れた汚泥可溶化能を有する汚泥可溶化酵素を産生する性質を有するものである。従って、この菌株は、後述するような種々の汚泥の生物学的処理方法に用いることができる。すなわち、下水処理場、屎尿処理場などの下水処理プロセスから排出される生汚泥及び余剰汚泥等の生物性汚泥、或いは食品工場、化学工場などの製造プロセスまたは排水処理プロセスから排出される有機性汚泥等の各種の汚泥に上記菌株を添加することによって、これらの汚泥を好適に可溶化することができる。
上記菌株の添加量は、処理対象の汚泥の有機性固形物含有量及び他の特性に応じて適宜選択されるべきであり、特に限定されないが、例えば、普通液体培地（Oxoido社製)において約１５時間培養しておいた菌培養液であれば、汚泥に対して０．５〜３容量％程度添加することが好ましい。
【００４５】
（実施形態２）
上記のようにして選抜した４菌株のうち、他の１つの菌株の菌学的性質について試験した。その菌学的性質（形態的性質、培養的性質、生理学的性質）は次のとおりである。
【００４６】
Ａ．形態的性質
Ｂ．培養的性質（普通寒天〔Nutrient agar]平板培養）
(1) コロニーの形態：円形、全縁滑らか、低凸状
(2) 色：クリーム色
(3) 光沢：有り
【００４８】
Ｃ．生理学的性質
(1) グラム染色性：＋
(2) 硝酸塩の還元：−
(3) ＶＰテスト：−
(4) インドールの生成：−
(5) 硫化水素の生成：−
(6) デンプンの加水分解：−
(7) クエン酸の利用：−
【００４９】
(8) ウレアーゼ：−
(9) オキシダーゼ：＋
(10) カタラーゼ：＋
(11) 生育の範囲
(a) ｐＨ：6.0 〜8.0
(b) 温度：50℃〜65℃
【００５０】
(12) 酸素に対する態度：好気性
(13) Ｏ−Ｆテスト（Hugh Leifson法）：−／−
(14) 糖類からの酸及びガスの生成
Ｄ−グルコース：酸（＋）／ガス（−）
【００５１】
(15) 醗酵性試験
(a) グリセロール：＋
(b) Ｌ−アラビノース：＋
(c) Ｄ−キシロース：＋
(d) Ｄ−ガラクトース：＋
(e) Ｄ−グルコース：＋
(f) Ｄ−フラクトース：＋
(g) Ｄ−マンノース：＋
(h) Ｄ−マンニトール：＋
(i) イノシトール：−
(j) ソルビトール：−
(k) マルトース：＋
(l) ラクトース：−
(m) スクロース：＋
(n) トレハロース：＋
【００５２】
(16) その他の生理学的性質
(a) β−ガラクトシダーゼ活性：−
(b) アルギニンジヒドロラーゼ活性：−
(c) リジンデカルボキシラーゼ活性：−
(d) トリプトファンデアミナーゼ活性：−
(e) アセトイン産生：−
(f) ゼラチナーゼ活性：＋
(g) オルニチンデカルボキシラーゼ活性：−
【００５３】
さらに、上記生理学的性質における菌株が生育するｐＨ及び温度の測定は次のようにして行った。
【００５４】
すなわち、0.1 Ｎ塩酸（和光純薬社製）及び0.1 Ｎ水酸化ナトリウム（和光純薬社製）、又はこれらのうちの一方で、測定対象のｐＨ（6.0 、6.5 、7.0 、7.5 、8.0)に調整した普通寒天〔Nutrient agar]培地（Oxoido社製) を調製し、この培地に本実施形態の菌株を接種し、60℃で15時間培養した菌株の増殖菌体量を観察し、その生育度を定性的に測定した。その結果を下記表３に示す。
【００５５】
【表３】
上記表３からも明らかなように、本実施形態の菌株は、ｐＨ6.0 〜8.0 の範囲において生育することが判明した。
【００５７】
次に、0.1 Ｎ塩酸（和光純薬社製）及び0.1 Ｎ水酸化ナトリウム（和光純薬社製）、又はこれらのうちの一方で、ｐＨ6.5 に調整した普通寒天〔Nutrient agar]培地（Oxoido社製) を調製し、この培地に本実施形態の菌株を接種し、測定対象の温度（37℃、45℃、50℃、60℃、65℃）で15時間培養した菌株の増殖菌体量を観察し、その生育度を定性的に測定した。その結果を下記表４に示す。
【００５８】
【表４】
上記表４からも明らかなように、本実施形態の菌株は、50℃〜65℃の範囲において生育することが判明した。
【００６０】
また、この菌株について、16ＳｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列を解析した。その配列は、配列表の配列番号２に記載のとおりである。この解析に際しては、本実施形態の菌株の16ＳｒＲＮＡ遺伝子をＰＣＲ法により増幅した。ＰＣＲ法は実施形態１と同様の操作で行った。また温度条件や反応サイクルも実施形態１と同様とした。
【００６１】
プライマーも実施形態１と同じものを用いた。遺伝子の塩基配列の決定も実施形態１と同様のＤＮＡ解読装置（ＤＮＡシーケンサー）を用いた。
本実施形態の菌株の塩基配列について、実施形態１と同様の遺伝子データベース上でＢＬＡＳＴホモロジー検索を行った結果、データベース上に登録された公知のジオバチルス（Geobacillus)属細菌の16ＳｒＲＮＡ遺伝子に近似していることがわかった。
【００６２】
以上のような菌学的性質の試験結果や16ＳｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列から、本実施形態の菌株は、ジオバチルス属に属する新規な微生物であると認められ、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ５と命名し、2003年８月18日に独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターに国際寄託した（FERM BP-08453)。
【００６３】
上記菌株ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ５も、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ４と同様に優れた汚泥可溶化能を有する汚泥可溶化酵素を産生する性質を有するものであり、後述するような種々の汚泥の生物学的処理方法に用いることができる。
【００６４】
（実施形態３）
上記のようにして選抜した４菌株のうち、さらに他の１つの菌株の菌学的性質について試験した。その菌学的性質（形態的性質、培養的性質、生理学的性質）は次のとおりである。
【００６５】
Ａ．形態的性質
(1) 細胞の形及び大きさ：幅0.7 〜0.8 μm 、長さ2.0 μm の桿菌
(2) 運動性の有無：有り
(3) 胞子の有無：有り
【００６６】
Ｂ．培養的性質（普通寒天〔Nutrient agar]平板培養）
(1) コロニーの形態：円形、全縁滑らか、低凸状
(2) 色：クリーム色
(3) 光沢：有り
【００６７】
Ｃ．生理学的性質
(1) グラム染色性：＋
(2) 硝酸塩の還元：−
(3) ＶＰテスト：−
(4) インドールの生成：−
(5) 硫化水素の生成：−
(6) デンプンの加水分解：−
(7) クエン酸の利用：−
【００６８】
(8) ウレアーゼ：−
(9) オキシダーゼ：＋
(10) カタラーゼ：＋
(11) 生育の範囲
(a) ｐＨ：6.0 〜8.0
(b) 温度：50℃〜65℃
【００６９】
(12) 酸素に対する態度：好気性
(13) Ｏ−Ｆテスト（Hugh Leifson法）：−／−
(14) 糖類からの酸及びガスの生成
Ｄ−グルコース：酸（＋）／ガス（−）
【００７０】
(15) 醗酵性試験
(a) グリセロール：−
(b) Ｌ−アラビノース：−
(c) Ｄ−キシロース：−
(d) Ｄ−ガラクトース：−
(e) Ｄ−グルコース：＋
(f) Ｄ−フラクトース：＋
(g) Ｄ−マンノース：＋
(h) Ｄ−マンニトール：−
(i) イノシトール：−
(j) ソルビトール：−
(k) マルトース：＋
(l) ラクトース：−
(m) スクロース：−
(n) トレハロース：＋
【００７１】
(16) その他の生理学的性質
(a) β−ガラクトシダーゼ活性：−
(b) アルギニンジヒドロラーゼ活性：−
(c) リジンデカルボキシラーゼ活性：−
(d) トリプトファンデアミナーゼ活性：−
(e) アセトイン産生：−
(f) ゼラチナーゼ活性：＋
(g) オルニチンデカルボキシラーゼ活性：−
【００７２】
さらに、上記生理学的性質における菌株が生育するｐＨ及び温度の測定は次のようにして行った。
すなわち、0.1 Ｎ塩酸（和光純薬社製）及び0.1 Ｎ水酸化ナトリウム（和光純薬社製）、又はこれらのうちの一方で、測定対象のｐＨ（6.0 、6.5 、7.0 、7.5 、8.0)に調整した普通寒天〔Nutrient agar]培地（Oxoido社製) を調製し、この培地に本実施形態の菌株を接種し、60℃で15時間培養した菌株の増殖菌体量を観察し、その生育度を定性的に測定した。その結果を下記表５に示す。
【００７３】
【表５】
上記表５からも明らかなように、本実施形態の菌株は、ｐＨ6.0 〜8.0 の範囲において生育することが判明した。
【００７５】
次に、0.1 Ｎ塩酸（和光純薬社製）及び0.1 Ｎ水酸化ナトリウム（和光純薬社製）、又はこれらのうちの一方で、ｐＨ6.5 に調整した普通寒天〔Nutrient agar]培地（Oxoido社製) を調製し、この培地に本実施形態の菌株を接種し、測定対象の温度（37℃、45℃、50℃、60℃、65℃）で15時間培養した菌株の増殖菌体量を観察し、その生育度を定性的に測定した。その結果を下記表６に示す。
【００７６】
【表６】
上記表６からも明らかなように、本実施形態の菌株は、50℃〜65℃の範囲において生育することが判明した。
【００７８】
また、この菌株について、16ＳｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列を解析した。その配列は、配列表の配列番号３に記載のとおりである。この解析に際しては、先ず本実施形態の菌株の16ＳｒＲＮＡ遺伝子をＰＣＲ法により増幅した。ＰＣＲ法は実施形態１と同様の操作で行った。また温度条件や反応サイクルも実施形態１と同様とした。さらに、プライマーも実施形態１と同様のものを用いた。
遺伝子の塩基配列の決定も実施形態１と同様のＤＮＡ解読装置（ＤＮＡシーケンサー）を用いた。
【００７９】
本実施形態の菌株の塩基配列について、実施形態１と同様の遺伝子データベース上でＢＬＡＳＴホモロジー検索を行った結果、データベース上に登録された公知のジオバチルス（Geobacillus)属細菌の16ＳｒＲＮＡ遺伝子に近似していることがわかった。
【００８０】
以上のような菌学的性質の試験結果や16ＳｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列から、本実施形態の菌株は、ジオバチルス属に属する新規な微生物であると認められ、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ６と命名し、2003年８月18日に独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターに国際寄託した（FERM BP-08454)。
【００８１】
上記菌株ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ６も、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ４と同様に優れた汚泥可溶化能を有する汚泥可溶化酵素を産生する性質を有するものであり、汚泥の生物学的処理方法に用いることができる。
【００８２】
（実施形態４）
上記のようにして選抜した４菌株のうち、さらに他の１つの菌株の菌学的性質について試験した。その菌学的性質（形態的性質、培養的性質、生理学的性質）は次のとおりである。
【００８３】
Ａ．形態的性質
(1) 細胞の形及び大きさ：幅0.7 〜0.8 μm 、長さ2.0 〜4.0 μm の桿菌
(2) 運動性の有無：有り
(3) 胞子の有無：有り
【００８４】
Ｂ．培養的性質（普通寒天〔Nutrient agar]平板培養）
(1) コロニーの形態：円形、全縁滑らか、低凸状
(2) 色：クリーム色
(3) 光沢：有り
【００８５】
Ｃ．生理学的性質
(1) グラム染色性：＋
(2) 硝酸塩（硫酸塩）の還元：−
(3) ＶＰテスト：−
(4) インドールの生成：−
(5) 硫化水素の生成：−
(6) デンプンの加水分解：＋
(7) クエン酸の利用：−
【００８６】
(8) ウレアーゼ：−
(9) オキシダーゼ：＋
(10) カタラーゼ：＋
(11) 生育の範囲
(a) ｐＨ：6.0 〜8.0
(b) 温度：45℃〜65℃
【００８７】
(12) 酸素に対する態度：好気性
(13) Ｏ−Ｆテスト（Hugh Leifson法）：−／−
(14) 糖類からの酸及びガスの生成
Ｄ−グルコース：酸（＋）／ガス（−）
【００８８】
(15) 醗酵性試験
(a) グリセロール：−
(b) Ｌ−アラビノース：＋
(c) Ｄ−キシロース：＋
(d) Ｄ−ガラクトース：−
(e) Ｄ−グルコース：＋
(f) Ｄ−フラクトース：＋
(g) Ｄ−マンノース：＋
(h) Ｄ−マンニトール：＋
(i) イノシトール：−
(j) ソルビトール：−
(k) マルトース：＋
(l) ラクトース：−
(m) スクロース：−
(n) トレハロース：＋
【００８９】
(16) その他の生理学的性質
(a) β−ガラクトシダーゼ活性：−
(b) アルギニンジヒドロラーゼ活性：−
(c) リジンデカルボキシラーゼ活性：−
(d) トリプトファンデアミナーゼ活性：−
(e) アセトイン産生：−
(f) ゼラチナーゼ活性：＋
(g) オルニチンデカルボキシラーゼ活性：−
【００９０】
さらに、上記生理学的性質における菌株が生育するｐＨ及び温度の測定は次のようにして行った。
【００９１】
すなわち、0.1 Ｎ塩酸（和光純薬社製）及び0.1 Ｎ水酸化ナトリウム（和光純薬社製）、又はこれらのうちの一方で、測定対象のｐＨ（6.0 、6.5 、7.0 、7.5 、8.0)に調整した普通寒天〔Nutrient agar]培地（Oxoido社製) を調製し、この培地に本実施形態の菌株を接種し、60℃で15時間培養した菌株の増殖菌体量を観察し、その生育度を定性的に測定した。その結果を下記表７に示す。
【００９２】
【表７】
上記表７からも明らかなように、本実施形態の菌株は、ｐＨ6.0 〜8.0 の範囲において生育することが判明した。
【００９４】
次に、0.1 Ｎ塩酸（和光純薬社製）及び0.1 Ｎ水酸化ナトリウム（和光純薬社製）、又はこれらのうちの一方で、ｐＨ6.5 に調整した普通寒天〔Nutrient agar]培地（Oxoido社製) を調製し、この培地に本実施形態の菌株を接種し、測定対象の温度（37℃、45℃、50℃、60℃、65℃）で15時間培養した菌株の増殖菌体量を観察し、その生育度を定性的に測定した。その結果を下記表８に示す。
【００９５】
【表８】
上記表８からも明らかなように、本実施形態の菌株は、45℃〜65℃の範囲において生育することが判明した。
【００９７】
また、この菌株について、16ＳｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列を解析した。その配列は、配列表の配列番号４に記載のとおりである。この解析に際しては、本実施形態の菌株の16ＳｒＲＮＡ遺伝子をＰＣＲ法により増幅した。ＰＣＲ法は実施形態１と同様の操作で行った。また温度条件や反応サイクルも実施形態１と同様とした。
【００９８】
さらに、プライマーも実施形態１と同様のものを用いた。遺伝子の塩基配列の決定も実施形態１と同様のＤＮＡ解読装置（ＤＮＡシーケンサー）を用いた。
本実施形態の菌株の塩基配列について、実施形態１と同様の遺伝子データベース上でＢＬＡＳＴホモロジー検索を行った結果、データベース上に登録された公知のジオバチルス（Geobacillus)属細菌の16ＳｒＲＮＡ遺伝子に近似していることがわかった。
【００９９】
以上のような菌学的性質の試験結果や16ＳｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列から、本実施形態の菌株は、ジオバチルス属に属する新規な微生物であると
認められ、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ７と命名し、2003年８月18日に独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターに国際寄託した（FERM BP-08455)。
【０１００】
上記菌株ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ７も、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ４と同様に優れた汚泥可溶化能を有する汚泥可溶化酵素を産生する性質を有するものであり、汚泥の生物学的処理方法に用いることができる。
【０１０１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【０１０２】
（実施例１）
上記各実施形態の菌株を用いて、汚泥の可溶化試験を行った。
汚泥の可溶化試験は、神戸市内の下水処理場から採取した余剰汚泥を用いて実施した。可溶化試験に用いた滅菌洗浄汚泥の調整方法と可溶化試験方法を次に説明する。
【０１０３】
〔滅菌汚泥調整方法〕
１．余剰汚泥を121 ℃、15分オートクレーブ処理した後、遠心操作（約15000g, 10 分）により沈殿物を回収する。
２．その沈殿物を純水に十分に懸濁した後に、上記条件でオートクレーブ処理し、遠心操作により沈殿物を回収した。
３．沈殿物を純水に再懸濁後、遠心操作により洗浄した。この操作は２回繰り返した。
４．沈殿物を約10000mg/l となるように純水に懸濁した後、オートクレーブ処理したものを実験に供試した。
【０１０４】
〔可溶化試験方法〕
１．63℃でＬＢ液体培地（DIFCO 社製：バクトトリプトン10ｇ、イーストエキストラクト５ｇ、塩化ナトリウム５ｇ、蒸留水１L)で一晩培養した各菌株を容積比で１％になるように、上記滅菌洗浄汚泥に添加し、63℃で振とう培養した。
そのVSS(Volatile Suspended Solids)濃度を下水道試験方法（上巻）〔1997年版、p296〜297 、財団法人日本下水道協会〕に基づいて測定した。
２．汚泥のVSS 可溶化率は、次の式に基づいて求めた。
【０１０５】
【数１】
試験結果を表９に示す。尚、表９において、対照とは、系に菌を添加しない場合を意味する。
【０１０７】
【表９】
表９からも明らかなように、実施形態１乃至４のいずれの菌株も、培養した後、24時間経過後に25％前後の優れた汚泥の可溶化率を示し、48時間経過後には35％前後の優れた汚泥の可溶化率を示した。
尚、本実施例の汚泥の可溶化試験では、上記のように63℃で可溶化を行なっているが、可溶化の温度はこれに限定されるものではない。上記実施形態１乃至４の菌株の生育温度に合わせて４５〜７０℃の温度範囲で可溶化を行なうことができる。ただし、優れた可溶化率を得るためには、５０〜６５℃の温度範囲に設定するのが好ましい。
【０１０９】
次に、実施形態１乃至３の菌株を実施形態４の菌株と混合したものを用い、単独細菌を使用したときとの汚泥可溶化率の比較試験を行った。その結果を表10に示す。
【０１１０】
【表１０】
表10からも明らかなように、実施形態１乃至３の菌株と、実施形態４の菌株との混合細菌を使用した場合には、単独細菌を使用したときに比べて汚泥可溶化率が上昇した。これは、実施形態４のＳＰＴ７株が高いｐＨ条件下で生育することを反映しているものと思われる。すなわち、先ず汚泥中のタンパク質がＳＰＴ７株以外の好熱性細菌の産生する酵素（プロテアーゼ、リパーゼ等）により分解され、アンモニアが産生されると汚泥のｐＨが上昇する。この条件でＳＰＴ７が活発に増殖し、汚泥可溶化に関与する酵素を産生することにより、汚泥の可溶化を促進するものと思われる。
尚、実施形態１乃至３の菌株と、実施形態４の菌株とを混合して有機性固形物を可溶化する場合は、ｐＨ7.0 〜8.5 の範囲で処理するのが好ましい。
【０１１２】
（実施例２）
上記各実施形態の菌株ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ４、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ５、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ６、及びジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ７は、上述のように優れた汚泥可溶化能を有する汚泥可溶化酵素を産生する性質を有するものであるので、各種汚泥の生物学的処理方法に用いることができる。
【０１１３】
本実施例ではその生物処理方法の一例について説明する。
本実施例の生物処理方法を実施する装置は、図１に示すように、生物処理装置、沈殿槽、及び可溶化槽を具備している。本実施例では、原廃水Ａが経路１を経て生物処理槽２に導入され、生物処理槽２にて有機性廃水である原廃水が好気的に生物処理される。好気的生物処理とは、生物酸化によって有機物が二酸化炭素若しくは水等の無機物に分解されることをいう。
【０１１４】
次に、生物処理された処理水Ｂは、経路３を経て固液分離装置としての沈殿槽４に導入されて固液分離され、固液分離された上澄液Ｃは放流等され、固液分離された固形物である汚泥Ｄの一部は、経路５を経て経路１に合流して原廃水Ａとともに生物処理槽２に導入される。
沈殿槽４で分離された残りの汚泥Ｅは、経路６を経て可溶化槽７へ導入される。そして、可溶化槽７では、高温条件で好気的に有機性固形物の可溶化が行われる。この場合の可溶化処理に、上記実施形態１乃至４の各新規微生物が用いられる。
可溶化槽７は、上述のように生物処理槽２から供給される汚泥を可溶化させるためのものであり、この可溶化は、プロテアーゼ等の可溶化酵素によってなされるが、そのような可溶化酵素が上記実施形態１乃至４の菌株であるジオバチルス(Geobacillus) ＳＰＴ４、ジオバチルス(Geobacillus) ＳＰＴ５、ジオバチルス(Geobacillus) ＳＰＴ６、ジオバチルス(Geobacillus) ＳＰＴ７によって産生されるのである。このような菌株は、可溶化槽７に予め保持されるか、可溶化槽７に供給される汚泥に予め含有させてもよく、若しくは可溶化槽７に新たに添加されてもよい。また、このような４種の菌株は、単独若しくは混合して使用することが可能である。
可溶化槽７の温度は、上記実施形態１乃至４の菌株の生育温度に合わせて４５〜７０℃の温度範囲、好ましくは５０〜６５℃の温度範囲に設定するのが好ましい。また、ｐＨは上記実施形態１乃至４の菌株の生育ｐＨに合わせてｐＨ5.5 〜９の範囲、好ましくは６〜8.5 の範囲になるように設定するのが好ましい。
【０１１５】
（実施例３）
本実施例は、生物処理方法の他の例であり、本実施例の処理装置においては、図２に示すように、沈殿槽４の後段側であって、可溶化槽７の前段側に濃縮装置９が設けられている。可溶化槽７へ汚泥を供給する前に濃縮装置９で汚泥を濃縮することで、可溶化槽への汚泥投入量が減少し、結果的に可溶化槽７でもＨＲＴが長くなり、可溶化槽７から生物処理槽２に返送される処理液のＢＯＤ量を大幅に低減することができる。濃縮装置９としては、膜濃縮、遠心濃縮、浮上濃縮、蒸発濃縮等の手段を具備した濃縮装置を使用することができる。
可溶化槽７の温度は、上記実施例１と同様に４５〜７０℃の温度範囲、好ましくは５０〜６５℃の温度範囲に設定するのが好ましい。また、ｐＨも上記実施例２と同様にｐＨ5.5 〜９の範囲、好ましくは６〜8.5 の範囲になるように設定するのが好ましい。また、４種の菌株を単独若しくは混合して使用しうることも実施例２と同様である。さらに菌株を可溶化槽７に予め保持させ、又は可溶化槽７に供給される汚泥に予め含有させ、或いは可溶化槽７に新たに添加しうることも実施例２と同様である。
【０１１６】
尚、この図２の処理装置では、固液分離された固形物である汚泥Ｄの一部が経路５を経て経路１に合流して原廃水Ａとともに生物処理槽２に導入され、沈殿槽４で分離された残りの汚泥Ｅが濃縮装置９へ供給されるように構成されているが、これに限らず、図３に示すように沈殿槽４で分離した汚泥Ｄをすべて濃縮装置９で濃縮した後、汚泥の一部を経路５を経て生物処理槽２に返送し、残りの汚泥を可溶化槽７で好熱菌により可溶化することもできる。
【０１１７】
（実施例４）
本実施例では、図４に示すように、生物処理槽２内に膜分離装置10を有し、生物処理と並行して膜分離装置10による固液分離が行われる。従って、固液分離がより好適に行われることとなる。
生物処理槽２内に配設される膜分離装置10には、たとえば孔径0.1 〜2.5 μｍ好ましくは0.3 〜0.5 μｍの膜が使用される。
可溶化槽７の温度は、上記実施例１と同様に４５〜７０℃の温度範囲、好ましくは５０〜６５℃の温度範囲に設定するのが好ましい。また、ｐＨも上記実施例２と同様にｐＨ5.5 〜９の範囲、好ましくは６〜8.5 の範囲になるように設定するのが好ましい。また、４種の菌株を単独若しくは混合して使用しうることも実施例２と同様である。さらに菌株を可溶化槽７に予め保持させ、又は可溶化槽７に供給される汚泥に予め含有させ、或いは可溶化槽７に新たに添加しうることも実施例２と同様である。
【０１１８】
（実施例５）
本実施例は、微生物によりリン成分の除去を行う場合の実施例である。本実施例の処理装置は、図５に示すように、生物処理槽２が嫌気槽2aと好気槽2bとで構成されている。また、沈殿槽４の後段であって可溶化槽７の前段側に、リン放出装置11が設けられている。本実施例では、嫌気槽2aにおいて微生物からリンの放出が行われ、次に好気槽2bにおいて好気的な微生物消化及び微生物によるリン成分の摂取（体内貯留）を行う。
【０１１９】
次に、生物処理された処理液を沈殿槽４において、リン成分が濃縮された一次汚泥ｘと一次処理水ａとに分離する。一次汚泥ｘ中の微生物からリン成分を放出させるために、リン放出装置11においてリン成分を液相に放出させる。この場合のリン成分の放出は、たとえば嫌気処理、加熱処理、超音波処理、オゾン処理、アルカリ処理等によって行うことができるが、特に嫌気処理によって行うのが好ましい。次に、二次処理水ｂに凝集剤を添加し、リン分離装置12において、リン成分を固形成分として凝集させて、リン成分を実質的に含まない三次処理水ｃと固形リン成分ｙを得る。この固形リン成分ｙは、肥料やリン化合物製造のための原料として利用できるものである。上記二次汚泥ｚは、さらに汚泥成分の減容化のために、可溶化槽７で可溶化処理される。
可溶化槽７の温度は、上記実施例１と同様に４５〜７０℃の温度範囲、好ましくは５０〜６５℃の温度範囲に設定するのが好ましい。また、ｐＨも上記実施例２と同様にｐＨ5.5 〜９の範囲、好ましくは６〜8.5 の範囲になるように設定するのが好ましい。また、４種の菌株を単独若しくは混合して使用しうることも実施例２と同様である。さらに菌株を可溶化槽７に予め保持させ、又は可溶化槽７に供給される汚泥に予め含有させ、或いは可溶化槽７に新たに添加しうることも実施例２と同様である。
【０１２０】
（実施例６）
本実施例は、熱エネルギーの損失が少なく、処理系外に排出される処理水中の含窒有機分又は含窒無機分が少なく、大気中に放散される排ガスの除臭が可能である場合の実施例であり、図６に示すように、生物処理槽２に至る処理液経路には、硝化装置13と脱窒装置14が配置されており、沈殿槽４で分離された汚泥の一部は環流経路15を経て硝化装置13に返送されており、可溶化槽７で可溶化された処理液は、熱交換器16と返送経路17を経て脱窒装置14に返送される。また経路26を経て可溶化槽７に通入された空気は、経路27を経て硝化装置13に通入される。
【０１２１】
有機性廃水中のＮＨ4+分は、硝化装置13において硝化菌によりＮＯ2 - またはＮＯ3 - に変えられ、このＮＯ2 - またはＮＯ3 - は脱窒装置13に導入された後に大気中に放散されるので、大気中に放散されるガスの臭気は著しく弱められ、可溶化槽７から排出されるガスの熱は硝化装置13において硝化処理に有効に利用されるので熱エネルギーの損失が少ない。また、処理系外に排出される処理水中の含窒有機分又は含窒無機分は実質的にゼロである。
可溶化槽７の温度は、上記実施例１と同様に４５〜７０℃の温度範囲、好ましくは５０〜６５℃の温度範囲に設定するのが好ましい。また、ｐＨも上記実施例２と同様にｐＨ5.5 〜９の範囲、好ましくは６〜8.5 の範囲になるように設定するのが好ましい。また、４種の菌株を単独若しくは混合して使用しうることも実施例２と同様である。さらに菌株を可溶化槽７に予め保持させ、又は可溶化槽７に供給される汚泥に予め含有させ、或いは可溶化槽７に新たに添加しうることも実施例２と同様である。
【０１２２】
（実施例７）
本実施例の有機性廃水の処理装置は、図７に示すように、生物処理槽２と、可溶化槽７とで構成されている。生物処理槽２では回分式に有機性廃水の処理がなされる。原水である有機性廃水として、本実施形態では下水を用いた。
【０１２３】
本実施例においては、原水の流入、反応、沈殿、排水、排泥等を１サイクルとして処理がなされる。より具体的には、図８に示すように、原水の流入受け入れ中に曝気、攪拌、曝気、攪拌、曝気、曝気停止による沈殿、固液分離、可溶化処理の工程が循環してなされることになる。この場合、曝気は好気的処理であり、攪拌は嫌気的処理である。曝気と攪拌の繰り返し工程、沈殿、固液分離の工程は生物処理槽２でなされ、可溶化処理の工程は可溶化槽７でなされる。
【０１２４】
原水の流入受け入れから処理水の排出の一連の廃水処理の回分処理は、１日複数回（たとえば２〜４回）行なうように各工程の処理時間を調整することが可能であるが、廃水の性状によっては１日に１回程度、或いは３日に２回程度の回分処理を行なうように各工程の処理時間が調整されていてもよい。
【０１２５】
本実施例では、曝気の工程で硝化菌による硝化処理がなされ、曝気を停止した攪拌の工程で脱窒菌による脱窒処理がなされる。その後、曝気の停止によって、汚泥が沈降し、分離される。上澄みは放流等され、沈降した汚泥の一部は、次の回分処理のために生物処理槽２に保持され、汚泥の残りの一部は可溶化槽７へ供給されて可溶化処理される。可溶化槽７で可溶化処理された液は、図９に示すように、第一段階の攪拌の工程へ返送されるのが好ましい。
【０１２６】
可溶化処理液は、第一段階の曝気を停止する前の３時間から30分前、好ましくは、１時間から30分前に生物処理槽２に返送される。サイクル数は、生物処理槽のＢＯＤ−ＳＳ負荷により決定される。一般に、高負荷運転（ＢＯＤ−ＳＳ負荷：0.2 〜0.4kg ＢＯＤ／kgSS・日）の場合は、曝気及び攪拌の硝化脱窒処理サイクルが３〜４サイクルで運転されるのが好ましい。また、低負荷運転（ＢＯＤ−ＳＳ負荷：0.03〜0.05kgＢＯＤ／kgSS・日）の場合は、硝化脱窒処理サイクルが、２〜３サイクルで運転するのが好ましい。
【０１２７】
可溶化槽７の温度は、上記実施例１と同様に４５〜７０℃の温度範囲、好ましくは５０〜６５℃の温度範囲に設定するのが好ましい。また、ｐＨも上記実施例２と同様にｐＨ5.5 〜９の範囲、好ましくは６〜8.5 の範囲になるように設定するのが好ましい。また、４種の菌株を単独若しくは混合して使用しうることも実施例２と同様である。さらに菌株を可溶化槽７に予め保持させ、又は可溶化槽７に供給される汚泥に予め含有させ、或いは可溶化槽７に新たに添加しうることも実施例２と同様である。
【０１２８】
本実施例においては、曝気処理を停止する前の３時間〜30分前、好ましくは１時間〜30分前に可溶化処理汚泥が第一の（最初の）曝気処理工程における反応槽に返送される。これによって、可溶化処理汚泥に含まれる有機物を、脱窒処理の際のプロトン源（ＢＯＤ源）として有効利用し、脱窒を促進させることができる。従って、プロトン源として一般に使用されるメタノール等の薬品量を低減できるので、その薬品量に伴うコストを低減できることとなる。
この場合の可溶化処理時間は12〜72時間が好ましく、18〜48時間がより好ましく、20〜36時間が最も好ましい。
【０１２９】
（実施例８）
本実施形態の有機性廃水の処理装置は、図９に示すように、嫌気槽18、一次曝気槽19、無酸素槽20、二次曝気槽21、沈殿槽４、及び可溶化槽７を具備している。
【０１３０】
嫌気槽18は、有機性廃水を嫌気的に消化するとともに、返送汚泥や、酸発酵液中の汚泥にリンが含有されている場合、汚泥中のリンを液中に放出する機能を有するものである。
【０１３１】
一次曝気槽１９は、前記嫌気槽１８で嫌気処理された処理液を、曝気攪拌によって好気的に生物処理し、嫌気処理された処理水中の有機物を酸化分解し、或いは流入アンモニアを硝化するためのものである。この一次曝気槽１９は、要は曝気手段を具備するものであればよく、その曝気手段は問うものではないが、たとえば散気管等を用いることができる。曝気処理は、好気性消化分解が許容されるよう、好ましくは、０．１〜０．５ｖｖｍの通気量で室温下にて実施されるが、負荷によっては、これを上回る通気量で、より高温で処理してもよい。被処理液は、好ましくはｐＨ５．０〜８．０に調整され、より好ましくはｐＨ７．０〜８．０に調整される。
【０１３２】
無酸素槽２０は、前記一次曝気槽１９で好気処理された処理液を、脱窒処理するためのものである。二次曝気槽２１は、前記無酸素槽２０で脱窒処理された処理液を、好気的に生物処理するためのものである。この二次曝気槽２１では、前記一次曝気槽１９と同様に構成され、同様に曝気攪拌によって生物処理が行われる。この場合の二次曝気槽２１は、硝化とＢＯＤ除去との両方の機能を有する。そして、二次曝気槽２１での処理液である硝化液の一部は、図示しないが、無酸素槽２０へ返送され、硝化液中の硝酸或いは亜硝酸が脱窒されることとなる。
【０１３３】
沈殿槽４は前記二次曝気槽21で生物処理された処理液を固液分離するためのものであり、分離された液分は処理液として再利用若しくは放流され、分離、沈殿した固形分である汚泥の一部は、次の可溶化槽７へ供給されるとともに、残りの一部は嫌気槽18へ返送される。
【０１３４】
このような構成からなる処理装置によって、下水を処理する場合には、先ず、嫌気槽18へ下水が供給される。嫌気処理後の処理水は、次工程の一次曝気槽19に供給されて曝気攪拌されつつ好気的に処理されることとなる。この曝気攪拌による好気的な処理によって硝化処理がなされることとなる。
次に、一次曝気槽19で曝気処理された処理液は、無酸素槽20へ供給される。この無酸素槽20では脱窒処理がなされる。無酸素槽20で脱窒処理された処理液は二次曝気槽21へ供給され、曝気攪拌されつつ好気的に処理される。この二次曝気槽21での曝気処理によって硝化がなされ、ＢＯＤ除去がなされる。
【０１３５】
次に、二次曝気槽21で曝気処理された処理液は、沈殿槽４へ供給される。この沈殿槽４では固液分離がされ、分離された液分は処理液として再利用若しくは放流され、また分離、沈殿した固形分である汚泥の一部は、可溶化槽７へ供給され、上記実施形態の菌株により好気的に汚泥が可溶化される。また、沈殿した汚泥の残りの一部は、嫌気槽18へ返送汚泥として返送される。
【０１３６】
可溶化槽７で可溶化処理された汚泥は、前記無酸素槽20へ返送され、再度処理される。そして、無酸素槽20での脱窒処理、二次曝気槽21での曝気処理、沈殿槽４での固液分離、可溶化槽７で可溶化処理が循環して繰り返されることとなる。
【０１３７】
可溶化槽７のＨＲＴは、菌の生成および分泌量が最大となるＨＲＴに基づいて選択することが好ましい。このようにＨＲＴを設定すれば、生成及び分泌された汚泥可溶化酵素による反応を効率的に利用できる。通常、ＨＲＴは12〜72時間に設定するのが好ましく、可溶化液中のアンモニアを酸化する観点からは24〜72時間に設定するのがより好ましく、可溶化装置のコンパクト化及び処理水質の向上の両方を維持する観点からは、36〜48時間に設定するのが最も好ましい。
【０１３８】
また、可溶化槽７以外の槽のＨＲＴは、嫌気槽４で0.5 〜1.5 時間、一次曝気槽５で２〜６時間、無酸素槽６で0.5 〜３時間、二次曝気槽７で0.5 〜２時間、好ましくは嫌気槽４で0.5 〜１時間、一次曝気槽５で３〜５時間、無酸素槽６で１〜２時間、二次曝気槽７で0.5 〜1.5 時間が好ましい。
可溶化槽７の温度は、上記実施例１と同様に４５〜７０℃の温度範囲、好ましくは５０〜６５℃の温度範囲に設定するのが好ましい。また、ｐＨも上記実施例２と同様にｐＨ5.5 〜９の範囲、好ましくは６〜8.5 の範囲になるように設定するのが好ましい。また、４種の菌株を単独若しくは混合して使用しうることも実施例２と同様である。さらに菌株を可溶化槽７に予め保持させ、又は可溶化槽７に供給される汚泥に予め含有させ、或いは可溶化槽７に新たに添加しうることも実施例２と同様である。
【０１３９】
（実施例９）
本実施形態では、無酸素槽が２槽設けられているとともに、曝気槽は１槽のみ設けられ、この点で上記実施例８と相違している。
すなわち、本実施例の処理装置は、図10に示すように、前無酸素槽23、嫌気槽18、互換槽24、無酸素槽20、曝気槽25、沈殿槽４、濃縮機９、及び可溶化槽７を具備している。
【０１４０】
本実施形態では、嫌気槽18に流入された原水は互換槽24に供給される。
この互換槽24では、流入下水の脱窒程度によって曝気槽25からの汚泥及び処理液（硝化液）の返送の経路を変更する機能が奏される。たとえば夏期等の脱窒の程度が高い時期では、嫌気槽として活用することにより嫌気状態での返送汚泥のリン放出反応が促進され、冬期等の脱窒の程度が低い時期では、無酸素槽として活用することにより原水及び曝気槽25から前無酸素槽23或いは互換槽24に返送される硝化液の脱窒反応が促進されることとなる。
【０１４１】
このように互換槽24での処理が行われた後、原水は無酸素槽20に供給されて脱窒処理され、さらに曝気槽25に供給されて曝気攪拌により好気的に生物処理される。次に曝気槽25から沈殿槽４に供給され、この沈殿槽４では固液分離がされ、分離された液分は適宜放流される。また分離、沈殿した固形分である汚泥は、濃縮機９へ供給され、可溶化槽７へ供給される。この場合、曝気槽25は、ＢＯＤの除去と硝化の機能を有するものである。曝気槽25の処理液である硝化液一部は、前無酸素槽23、好ましくは（図示しないが）無酸素槽20へ返送される。
【０１４２】
さらに、可溶化槽７で可溶化処理された汚泥は、互換槽24へ返送され、互換槽24、無酸素槽20、曝気槽25、沈殿槽４、濃縮機９、可溶化槽７を循環することとなる。尚、沈殿槽４で分離された汚泥は、濃縮機９へ供給される他、前無酸素槽23へも返送される。また前無酸素槽23へは、嫌気槽18や互換槽24からも汚泥が返送される。
可溶化槽７の温度は、上記実施例１と同様に４５〜７０℃の温度範囲、好ましくは５０〜６５℃の温度範囲に設定するのが好ましい。また、ｐＨも上記実施例２と同様にｐＨ5.5 〜９の範囲、好ましくは６〜8.5 の範囲になるように設定するのが好ましい。また、４種の菌株を単独若しくは混合して使用しうることも実施例２と同様である。さらに菌株を可溶化槽７に予め保持させ、又は可溶化槽７に供給される汚泥に予め含有させ、或いは可溶化槽７に新たに添加しうることも実施例２と同様である。
【０１４３】
（実施例１０）
本実施例の処理装置は、図１１に示すように、嫌気槽１８、無酸素槽２０、曝気槽２５、沈殿槽４、及び可溶化槽７を具備している。本実施形態では、嫌気槽１８で原水の嫌気処理がなされ汚泥中のリン成分が放出された後、無酸素槽２０へ供給され、無酸素槽２０で脱窒処理がなされる。無酸素槽２０で脱窒処理された処理液は曝気槽２５へ供給され、曝気槽２５で汚泥に含まれるアンモニアが亜硝酸や硝酸まで変化する。すなわち、曝気槽２５では硝化処理がなされているのである。
【０１４４】
次に、曝気槽25で硝化処理された処理液は、沈殿槽４へ供給される。この沈殿槽４では固液分離がされ、分離された液分は放流等され、また分離、沈殿した固形分である汚泥の一部は、可溶化槽７へ供給されるとともに、残りは返送汚泥として嫌気槽18に返送される。
可溶化処理後の汚泥は、嫌気槽18へ返送され、無酸素槽20での脱窒処理、曝気槽25での処理、沈殿槽４での固液分離、可溶化槽７で可溶化処理が循環して繰り返されることとなる。また、曝気槽25で処理された硝化液の一部は、無酸素槽20又は嫌気槽18に返送され、無酸素槽20で脱窒処理される。
可溶化槽７の温度は、上記実施例１と同様に４５〜７０℃の温度範囲、好ましくは５０〜６５℃の温度範囲に設定するのが好ましい。また、ｐＨも上記実施例２と同様にｐＨ5.5 〜９の範囲、好ましくは６〜8.5 の範囲になるように設定するのが好ましい。また、４種の菌株を単独若しくは混合して使用しうることも実施例２と同様である。さらに菌株を可溶化槽７に予め保持させ、又は可溶化槽７に供給される汚泥に予め含有させ、或いは可溶化槽７に新たに添加しうることも実施例２と同様である。
【０１４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、生物性汚泥或いは有機性汚泥等の汚泥を可溶化する性質を有するジオバチルス属の新規微生物であるジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ４、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ５、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ６、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ７を提供するに至った。
【０１４６】
特に、本発明では、１日程度の極めて短い期間に優れた汚泥可溶化効果を奏するので、実装置に用いる場合に、装置運転の立ち上げ時間が早いという効果がある。
【０１４７】
さらに、本発明では50℃〜65℃程度とさほど高くない温度で優れた可溶化効果を奏するので、実装置に用いる場合のエネルギー面での経済性も飛躍的に向上するという効果がある。
【０１４８】
そして、この新規微生物を用いて有機性汚泥、生物性汚泥等の有機性固形物を可溶化する処理方法によって、下水処理場、屎尿処理場などの下水処理プロセスから排出される生汚泥及び余剰汚泥等の生物性汚泥、或いは食品工場、化学工場などの製造プロセスまたは排水処理プロセスから排出される有機性汚泥等の各種の有機性固形物を、効率良く可溶化することができる。
【０１４９】
特に、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ４、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ５、又はジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ６のいずかと、ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.)ＳＰＴ７とを混合した混合微生物を用いる場合には、汚泥の可溶化率がより向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態としての微生物を利用した有機性廃水の処理装置を示す概略ブロック図。
【図２】他実施形態の有機性廃水の処理装置を示す概略ブロック図。
【図３】他実施形態の有機性廃水の処理装置を示す概略ブロック図。
【図４】他実施形態の有機性廃水の処理装置を示す概略ブロック図。
【図５】他実施形態の有機性廃水の処理装置を示す概略ブロック図。
【図６】他実施形態の有機性廃水の処理装置を示す概略ブロック図。
【図７】他実施形態の有機性廃水の処理装置を示す概略ブロック図。
【図８】図７の処理装置で行う回分式処理工程のブロック図。
【図９】他実施形態の有機性廃水の処理装置を示す概略ブロック図。
【図１０】他実施形態の有機性廃水の処理装置を示す概略ブロック図。
【図１１】他実施形態の有機性廃水の処理装置を示す概略ブロック図。
【配列表】
Claims (6)
- 有機性汚泥、生物性汚泥等の有機性固形物を可溶化する可溶化酵素の生産能を有することを特徴とする新規微生物ジオバチルス・エスピー（ Geobacillus sp. ）ＳＰＴ４（ FERM BP-08452 ）。
- 有機性汚泥、生物性汚泥等の有機性固形物を可溶化する可溶化酵素の生産能を有することを特徴とする新規微生物ジオバチルス・エスピー（ Geobacillus sp. ）ＳＰＴ５（ FERM BP-08453 ）。
- 有機性汚泥、生物性汚泥等の有機性固形物を可溶化する可溶化酵素の生産能を有することを特徴とする新規微生物ジオバチルス・エスピー（ Geobacillus sp. ）ＳＰＴ６（ FERM BP-08454 ）。
- 有機性汚泥、生物性汚泥等の有機性固形物を可溶化する可溶化酵素の生産能を有することを特徴とする新規微生物ジオバチルス・エスピー（Geobacillus sp.）ＳＰＴ７（ FERM BP-08455 ）。
- 請求項１乃至４のいずれかに記載の新規微生物を少なくとも一種用いて有機性汚泥、生物性汚泥等の有機性固形物を可溶化することを特徴とする有機性固形物の処理方法。
- 請求項１記載の新規微生物、請求項２記載の新規微生物、又は請求項３記載の新規微生物のいずれかと、請求項４記載の新規微生物とを混合した混合微生物によって、有機性汚泥、生物性汚泥等の有機性固形物を可溶化することを特徴とする有機性固形物の処理方法。
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