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【発明の属する技術分野】本発明は、クロロフェノール類含有水の新規な処理方法に関するものである。さらに詳しくいえば、本発明は、クロロフェノール類含有水に、フェノール酸化酵素と生分解性凝集剤とによる処理及び嫌気性微生物処理を組み合わせて施すことにより、クロロフェノール類を効率よく、かつ少ない経費で無害化するクロロフェノール類含有水の実用的な処理方法に関するものである。

【従来の技術】合成有機化学工場やパルプ工場などからでる排水には種々のクロロフェノール類が含まれており、そして、これらの排水の処理には、従来、吸着法、抽出法、イオン交換法、酸化法、微生物処理法、凝集沈殿法などが検討されてきたが、効果及び経済性などの面から、実用的には活性汚泥法及び凝集沈殿法のみが行われている。しかしながら、活性汚泥法においては、クロロフェノール類は微生物分解性が低く、しかも毒性を有するので微生物活性が阻害されることから、十分に微生物分解されないという欠点があるし、凝集沈殿法においては、クロロフェノール類のような低分子有機塩素化合物は凝集しにくいため、除去されずに環境中に放出されるという欠点がある。したがって、水中のクロロフェノール類を効率よく無害化するクロロフェノール類含有水の処理方法の開発が望まれている。

　低分子有機塩素化合物であるクロロフェノール類の効果的な処理方法として考えられるのは、フェノール酸化酵素を利用する処理方法であり、これまでにも、フェノール酸化酵素とアミノ基を有する凝集剤を併用して、フェノール類やアニリン類を凝集処理する方法が提案されている（特公平６－１０２２００号公報）。しかしながら、クロロフェノール類の処理にこの方法を適用した場合、クロロフェノール類は分解せずに、酸化重合して凝集するため、その凝集物は有機塩素化合物を含有し、二次公害の原因になる。

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような事情のもとで、クロロフェノール類含有水中のクロロフェノール類を効率よく、かつ少ない経費で無害化しうるクロロフェノール類含有水の実用的な処理方法を提供することを目的としてなされたものである。

【課題を解決するための手段】本発明者らは、クロロフェノール類含有水の実用的な処理方法を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、クロロフェノール類含有水を、生分解性凝集剤とフェノール酸化酵素とを併用して処理することにより得られた凝集物が、嫌気性微生物処理により、容易に無害化することを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。

　すなわち、本発明は、クロロフェノール類含有水を、キチン、キチン部分脱アセチル化物、キトサン及びアルブミンカチオン変性物の中から選ばれた生分解性凝集剤とフェノール酸化酵素とで処理してクロロフェノール類を凝集させ、次いでこの凝集物を嫌気性微生物処理することにより分解し、無害化することを特徴とするクロロフェノール類含有水の処理方法を提供するものである。

【発明の実施の形態】本発明方法が適用されるクロロフェノール類含有水としては、例えばクロロフェノール、クロロメトキシフェノール、クロロクレゾール、クロロヒドロキシフェノールなどのフェノール類のクロロ置換体を１種又は２種以上含有するものが挙げられる。この含有水中のクロロフェノール類の濃度については特に制限はない。

　本発明方法において用いられるフェノール酸化酵素としては、例えばチロシナーゼ、ラッカーゼ、ペルオキシダーゼ、ポリフェノールオキシダーゼなどが挙げられる。該チロシナーゼ及びラッカーゼなどは、酸素存在下（空気中でよい）でフェノール類を酸化する際の触媒となり、一方ペルオキシダーゼなどは過酸化水素存在下でフェノール類を酸化する際の触媒となる。これらの酵素はその由来については特に制限はなく、動物、植物、微生物のいずれに由来するものであってもよい。また、これらの酵素は市販の酵素製剤を用いてもよいし、あるいは所望の酵素を含有する動物、植物、微生物の抽出物を用いてもよく、例えばチロシナーゼとしてマッシュルームなどを、ペルオキシダーゼとして西洋わさびなどを用いることもできる。また、所望ならば、２種以上の酵素を組み合わせて用いてもよい。

　一方、本発明で用いる生分解性凝集剤は、グリカン構造やペプチド構造など生分解しやすい化学構造をもち、かつアミノ基を有する凝集剤であり、キチン、キチンの部分脱アセチル化物、キトサン及びアルブミンカチオン変性物の中から選ばれる。これらの凝集剤は単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

　本発明においては、まず、前記フェノール酸化酵素及び上記の生分解性凝集剤を併用して、クロロフェノール類含有水を処理し、該クロロフェノール類を凝集させる。

　この際、処理条件としては、フェノール酸化酵素は１ｍｇ／ｍｌ以上の濃度に溶解したものを、通常０．０１～１００Ｕ／ｍｌ濃度になるように添加するのが有利である。一方、生分解性凝集剤の添加量は、クロロフェノール類の濃度と関連し、予め予備試験を行い決めるのがよいが、通常０．１～１００ｍｇ／リットルの範囲で選ばれる。なお、前記フェノール酸化酵素は担体に固定化して用いてもよい。処理温度は、通常１０～５０℃、好ましくは２０～４０℃の範囲で選ばれる。また、ｐＨは、通常４～８の範囲で、使用する酵素の種類に応じて適宜選ばれる。例えば、ペルオキシダーゼではｐＨ５．５付近、ラッカーゼではｐＨ４付近、チロシナーゼではｐＨ７付近が最適である。

　本発明においては、フェノール酸化酵素で酸化しにくいクロロフェノール類の場合には、反応を促進するために、所望により、助剤を添加して、その酸化物とクロロフェノール類との重合を行わせてもよい。例えばチロシナーゼ（マッシュルーム由来）及びペルオキシダーゼ（西洋わさび由来）の場合は、助剤としてフェノールなどを添加するのが有利である。

　また、酵素としてペルオキシダーゼを用いる場合には、過酸化水素の添加が必要であり、一方、ラッカーゼやチロシナーゼを用いる場合には、酸化反応に酸素を必要とするので、空気中でかき混ぜるか、あるいは酸素又は空気を通気するのがよい。また、これらの過酸化水素及び酸素は、反応系内において化学反応などにより生成させてもよい。

　本発明においては、前記生分解性凝集剤は、始めから被処理水に添加しておいてもよいし、フェノール酸化酵素による酸化処理の途中又は後で添加してもよいが、この添加時期は、使用する酵素の種類に応じて適宜選ぶのがよい。例えばラッカーゼやチロシナーゼの場合には、失活が遅いので、凝集剤の添加は酸化の途中又は後でもよいが、ペルオキシダーゼの場合は、フェノール類の酸化物とただちに結合して失活するので、それを防止するため、始めから凝集剤を被処理水に添加するのが有利である。

　このような処理により、被処理水中のクロロフェノール類が凝集するので、この凝集物を、ろ過、遠心分離、沈殿分離、浮上分離などの公知の手段により分離する。

　本発明方法においては、このようにして得られた凝集物に嫌気性微生物処理を施して分解し、無害化する。この嫌気性微生物処理とは、酸素のない嫌気性状態で活動する微生物を用いて、有機物をメタンガスと二酸化炭素とに分解する方法のことである。この嫌気性微生物処理の条件としては、温度３０～４０℃、ｐＨ６～８、汚泥濃度３，０００～３０，０００ｍｇ／リットルが最適である。

【発明の効果】本発明方法によれば、クロロフェノール類含有水に、フェノール酸化酵素と所定の生分解性凝集剤の併用による処理及び嫌気性微生物処理を組み合わせて施すことにより、該クロロフェノール類を効率よく無害化することができる。

　したがって、本発明のクロロフェノール類含有水の処理方法は、実用的価値の高い方法であり、例えば上水処理、工業用水処理、排水処理、廃棄物浸出水処理などに利用することができる。

実施例１（１）キトサン馴化汚泥の調製嫌気汚泥（グルコースで培養している下水消化汚泥）３０ｍｌをキトサン３０ｍｇを含有するキトサン塩酸溶液に加え、ｐＨ７及び温度３５℃の条件で嫌気性処理を行ったところ、約５０日で馴化され（約５０％のメタンを生成、ｍｌｖｓ１０．６ｇ／リットル）、２回目（ｍｌｖｓ９．２ｇ／リットル）、３回目（ｍｌｖｓ１．４ｇ／リットル）では初期から分解が起こった。

　（２）２，４，５‐トリクロロフェノールの処理２，４，５‐トリクロロフェノール０．２ｍＭ、過酸化水素０．３ｍＭ、ペルオキシダーゼ（和光純薬社製、西洋わさび由来）０．４Ｕ／ｍｌ、リン酸緩衝液１０ｍＭ（ｐＨ５．５）及びキトサン塩酸溶液（キトサン濃度１０ｍｇ／リットル）を含有する水溶液を室温でかき混ぜた。３０分後のクロロフェノール除去率は１００％であり、凝集沈殿が生じたので、この凝集沈殿物を分離した。この沈殿物は吸着性有機ハロゲン化合物（ＡＯＸ）９０重量％を含有してした。

　次に、この凝集沈殿物に、上記（１）で得られたキトサン馴化嫌気汚泥を３，０００ｍｇ／リットル濃度となるように添加し、３５℃で嫌気性微生物処理を行ったところ、ただちに凝集沈殿物の分解によるメタンの生成がみられ、また、クロロフェノールの分解に伴う塩素イオンの遊離が３日後から観察され、この凝集物は分解された。

　比較例１実施例１と同様にして、２，４，５‐トリクロロフェノールをペルオキシダーゼと合成高分子凝集剤ヘキサメチレンジアミン‐エピクロルヒドリン重縮合物（１０ｍｇ／リットル濃度）で処理し、凝集沈殿物を得た。この凝集沈殿物に実施例１と同様にして嫌気汚泥を添加し、嫌気性微生物処理を行ったが、分解されなかった。

　比較例２実施例１と同様にして、２，４，５‐トリクロロフェノールをペルオキシダーゼと硫酸アルミニウム（２００ｍｇ／リットル濃度）で処理して、凝集沈殿物を得た。この凝集沈殿物に実施例１と同様にして嫌気汚泥を添加し、嫌気性微生物処理を行ったが、分解されなかった。

　比較例３ｏ‐ ，ｍ‐，ｐ‐クロロフェノール、２，３‐，２，４‐，２，５‐，２，６‐ジクロロフェノール、２，４，５‐、２，４，６‐トリクロロフェノール、２，３，４，６‐、２，３，５，６‐テトラクロロフェノールそれぞれ０．２ｍＭを含有する水溶液に、キトサン塩酸溶液のみをキトサン濃度が１０、２０、４０、８０、２００及び４００ｍｇ／リットルになるように添加したが、いずれも全く凝集沈殿が生じなかった。すなわち、クロロフェノール類自体は凝集剤では凝集できない。

　実施例２２，６‐ジクロロフェノール０．５ｍＭ、過酸化水素０．６ｍＭ、ペルオキシダーゼ０．２Ｕ／ｍｌ、リン酸緩衝液５ｍＭ（ｐＨ５．５）及びキトサン塩酸溶液２０ｍｇ／リットル（キトサンとして）を含有する水溶液を室温でかき混ぜたところ、３０分後のクロロフェノール除去率は９９％であり、また凝集沈殿が生じた。

　生分解性凝集剤（キトサン塩酸溶液）を添加しない場合には、１時間後のクロロフェノール除去率は２９．６％であり、その後、時間が経過しても同じ除去率のままであった。すなわち、生分解性凝集剤を添加しないと急速に酵素が失活してしまうことを示している。

　次に、凝集沈殿物を分離したのち、この凝集沈殿物に、実施例１（１）で得られたキトサン馴化嫌気汚泥を６，０００ｍｇ／リットル濃度となるように添加し、３５℃で嫌気性微生物処理を行ったところ、ただちに凝集沈殿物の分解によるメタンの生成がみられ、また、クロロフェノールの分解に伴う塩素イオンの遊離が３日後から観察され、この凝集物は分解された。

　実施例３２，４，５‐トリクロロフェノール０．２ｍＭ、過酸化水素０．３ｍＭ、ペルオキシダーゼ０．４Ｕ／ｍｌ、リン酸緩衝液１０ｍＭ（ｐＨ５．５）及びキチン部分脱アセチル化物溶液（該脱アセチル化物濃度１０ｍｇ／リットル）を含有する水溶液を室温でかき混ぜた。３０分後のクロロフェノール除去率は１００％であり、凝集沈殿が生じたので、この凝集沈殿物を分離した。

　次に、この凝集沈殿物に、実施例１（１）で得られたキトサン馴化嫌気汚泥を３，０００ｍｇ／リットル濃度となるように添加し、３５℃で嫌気性微生物処理を行ったところ、ただちに凝集沈殿物の分解によるメタンの生成がみられ、また、クロロフェノールの分解に伴う塩素イオンの遊離が３日後から観察され、この凝集物は分解された。

　実施例４２，４，５‐トリクロロフェノール０．２ｍＭ、過酸化水素０．３ｍＭ、ペルオキシダーゼ０．４Ｕ／ｍｌリン酸緩衝液１０ｍＭ（ｐＨ５．５）及びアルブミンカチオン変性物溶液（該カチオン変性物濃度１０ｍｇ／リットル）を含有する水溶液を室温でかき混ぜた。３０分後のクロロフェノール除去率は１００％であり凝集沈殿が生じたので、この凝集沈殿物を分離した。

　次に、この凝集沈殿物に、実施例１（１）で得られたキトサン馴化嫌気汚泥を３，０００ｍｇ／リットル濃度となるように添加し、３５℃で嫌気性微生物処理を行ったところ、ただちに凝集沈殿物の分解によるメタンの生成がみられ、また、クロロフェノールの分解に伴う塩素イオンの遊離が７日後から観察され、この凝集物は分解された。

　実施例５ｐ‐ クロロフェノール及び２，４‐ジクロロフェノールそれぞれ０．２ｍＭ、２，４，５‐ 及び２，４，６‐トリクロロフェノールそれぞれ０．１ｍＭ、２，３，４，６‐テトラクロロフェノール０．０２ｍＭ、ペンタクロロフェノール０．０１ｍＭ、過酸化水素１ｍＭ、ペルオキシダーゼ０．２Ｕ／ｍｌ、リン酸緩衝液１０ｍＭ（ｐＨ５．５）及びキトサン塩酸溶液２０ｍｇ／リットル（キトサンとして）を含有する水溶液［全有機性炭素（ＴＯＣ）４３ｐｐｍ、吸着性有機ハロゲン化合物（ＡＯＸ）４５ｐｐｍ］を室温でかき混ぜたところ、３０分後のクロロフェノールの除去率は１００％であり、また凝集沈殿が生じた。処理水のＴＯＣは６ｐｐｍ、ＡＯＸは４ｐｐｍであった。

　次に、凝集沈殿物を分離したのち、この凝集沈殿物に、実施例１（１）で得られたキトサン馴化嫌気汚泥を６，０００ｍｇ／リットル濃度となるように添加し、３５℃で嫌気性微生物処理を行ったところ、ただちに凝集沈殿物の分解によるメタンの生成がみられ、また、クロロフェノールの分解に伴う塩素イオンの遊離が１４日後から観察され、この凝集物は分解された。

　実施例６２，６‐ジクロロフェノール０．２ｍＭ、ラッカーゼ［カワラタケ（Ｃｏｒｉｏｌｕｓｖｅｒｓｉｃｏｌｏｒ）由来］５Ｕ／ｍｌ及びリン酸緩衝液５ｍＭ（ｐＨ４）を含有する水溶液を、空気中にて室温でかき混ぜたところ、１０時間後のクロロフェノール類の除去率は１００％であったが、ほとんど沈殿は生じなかった。この溶液にキトサン塩酸溶液をキトサン濃度が１０ｍｇ／リットルになるように添加し、かき混ぜたところ、凝集沈殿が生じたので、この凝集沈殿物を分離した。

　実施例７ｐ‐ クロロフェノール及び２，４‐ジクロロフェノールそれぞれ０．２ｍＭ、２，４，５‐ 及び２，４，６‐トリクロロフェノールそれぞれ０．１ｍＭ、２，３，４，６‐テトラクロロフェノール０．０２ｍＭ、ペンタクロロフェノール０．０１ｍＭ、ラッカーゼ５Ｕ／ｍｌ及びリン酸緩衝液５ｍＭ（ｐＨ４）を含有する水溶液を、空気中にて室温でかき混ぜたところ、１０時間後のクロロフェノール類の除去率は９０％であったが、ほとんど沈殿は生じなかった。この溶液にキトサン塩酸溶液をキトサン濃度が１０ｍｇ／リットルになるように添加し、かき混ぜたところ、凝集沈殿が生じたので、この凝集沈殿物を分離した。

　次に、この凝集沈殿物に、実施例１（１）で得られたキトサン馴化嫌気汚泥を６，０００ｍｇ／リットル濃度となるように添加し、３５℃で嫌気性微生物処理を行ったところ、ただちに凝集沈殿物の分解によるメタンの生成がみられ、また、クロロフェノールの分解に伴う塩素イオンの遊離が１４日後から観察され、この凝集物は分解された。

　実施例８ｐ‐ クロロフェノール０．５ｍＭ、チロシナーゼ（ＳＩＧＭＡ社製、マッシュルーム由来）１００Ｕ／ｍｌ及びリン酸緩衝液５ｍＭ（ｐＨ７．０）を含有する水溶液を、空気中にて室温でかき混ぜたところ、５時間後のクロロフェノール類の除去率は１００％であったが、ほとんど沈殿は生じなかった。この溶液にキトサン塩酸溶液をキトサン濃度が２０ｍｇ／リットルになるように添加し、かき混ぜたところ、凝集沈殿が生じたので、この凝集沈殿物を分離した。

　実施例９ｍ‐ クロロフェノール０．２ｍＭ、チロシナーゼ１００Ｕ／ｍｌ、フェノール１．５ｍＭ及びリン酸緩衝液５ｍＭ（ｐＨ７．０）を含有する水溶液を、空気中にて室温でかき混ぜたところ、１時間後のクロロフェノールの除去率は１００％であったが、ほとんど沈殿は生じなかった。この溶液にキトサン塩酸溶液をキトサン濃度が２０ｍｇ／リットルになるように添加し、かき混ぜたところ、凝集沈殿が生じたので、この凝集沈殿物を分離した。

　このように、単独では酸化しにくいクロロフェノール類についても、フェノールを助剤として添加することにより、フェノール酸化物と重合させ、それを生分解性凝集剤によって凝集させることができる。