塩分変動が嫌気性スラッジの細胞外ポリマーに与える影響

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　1 序論　食品加工、皮革製造、石油産業などの急速な発展により、塩分を含む有機廃水の排出量が増加している。このような廃水は高い塩分濃度だけでなく、通常、高濃度の有機物も含んでいるため、この種の塩分を含む有機廃水を処理するには嫌気性生物処理技術がより実用的である。上昇流式嫌気性スラッジ流動層（UASB）、嫌気性順次バッチ式生物膜反応器（ASBBR）、膨張粒子スラッジ床（EGSB）といった嫌気性生物処理技術は、塩分を含む有機廃水を効果的に処理できることが証明されている。
細胞外ポリマー（EPS）とは、微生物が代謝作用や自己溶解によって生成し、細胞壁の外側に付着する高分子の粘性有機ポリマーであり、細胞壁表面では流動性の二重層構造を形成している。内層は密接に結合したEPS（TB-EPS）で、細胞壁にしっかりと結合し、一定の形状を持ち、比較的安定して細胞壁の外側に付着している。外層は緩く結合したEPS（LB-EPS）で、周囲の環境に拡散し、明確な境界のない粘液層となっている。EPSは主にタンパク質（PN）と多糖類（PS）から構成され、少量のフルボ酸や核酸なども含まれている。EPSのこのような構成は、微生物細胞間の付着や集合を促進し、沈降性、凝集性、脱水性、表面帯電性といったスラッジフロックの物理化学的性質に影響を与える。したがって、廃水の生物処理システムにおける細胞外ポリマーの役割を研究することは、プロセスの安定した運用を維持するために非常に重要である。
EPSの含有量や組成の変化は、廃水中の栄養素濃度、基質の種類、溶存酸素濃度、重金属イオンなどの有害物質濃度、塩分濃度などに関連している。近年、廃水の塩分濃度の変化がスラッジ中のEPSの含有量や組成に与える影響について、多くの研究者が注目している。Abbasiらは、流入水の塩分濃度が上昇すると、微生物が浸透圧の上昇による細胞へのダメージを軽減するために、より多くの細胞外多糖類を分泌することを発見した。Ismailらは、流入水のNa+濃度が10 g・L⁻¹および20 g・L⁻¹の場合、嫌気性スラッジ中のPN含有量に顕著な違いはないが、Na+濃度が10 g・L⁻¹の場合、EPS中のPS含有量が高くなることを明らかにした。Wangらは、塩分濃度の変化が好気性粒子スラッジ中のEPSに与える影響を調査し、流入水の塩分濃度が0から8％まで徐々に上昇すると、好気性スラッジ中のLB-EPSおよびTB-EPSのPNおよびPS含有量が増加し、PN/PS比が低下し、LB-EPSおよびTB-EPSの含有量は粒子スラッジ容積指数（SVI）と正の相関があることを見出した。流入水の塩分濃度の変化が嫌気性および好気性スラッジ中のEPSの含有量や組成に与える影響については多くの研究が行われているが、塩分濃度の上昇が嫌気性スラッジ中のLB-EPSおよびTB-EPSの含有量や組成に与える影響についての報告は少なく、また、異なる塩分濃度下での嫌気性スラッジの物理化学的性質と細胞外ポリマーとの関係についての研究も見当たらない。
以上の問題を踏まえ、本稿では、UASB嫌気性スラッジ中のLB-EPSおよびTB-EPSのPNおよびPS含有量が流入水の塩分濃度の上昇に伴ってどのように変化するかを調査し、三次元蛍光法（3D-EEM）およびフーリエ変換赤外分光法（FTIR）を用いて、異なる塩分濃度下でのLB-EPSおよびTB-EPSの組成や構造を分析する。さらに、LB-EPSおよびTB-EPS中のPNおよびPSの組成や含有量の変化とスラッジの沈降性との関係についても検討し、塩分を含む有機廃水の嫌気性処理に関する研究に有益な知見を提供することを目的とする