JP2020530383A

JP2020530383A - 加水分解酵素を用いた汚泥の処理を含む排水処理方法

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Publication number: JP2020530383A
Application number: JP2020506274A
Authority: JP
Inventors: フラネリークリストファー
Original assignee: ノボザイムスアクティーゼルスカブ
Priority date: 2017-08-07
Filing date: 2018-08-06
Publication date: 2020-10-22
Also published as: US20190039932A1; AU2018313735A1; CA3071838A1; CN111164053A; WO2019032477A1; EP3665130A1

Abstract

排水の一次又は二次汚泥に加水分解酵素を加えることによって、排水又はその汚泥に加えられる外来炭素源の量を減少させる又はなくす方法であって、前記加水分解酵素によって、汚泥の加水分解及び引き続く発酵が促進され、それによって、より多くの炭素源がその場で生成される方法が提供される。

Description

本発明は、排水処理方法に関し、特に、排水を処理するための生物学的方法に関する。

排水処理方法は、通常、（１）予備処理領域；（２）一次処理領域；及び（３）二次処理領域に大まかに分類できる複数の処理領域又はゾーンを含む。場所ごとの基準に基づいて、さらなる処理領域及び又は順序が存在することができる。

排水処理方法は、予備処理領域から始まる。予備処理は、未処理の排水から、砂利、及び缶、バスタオルなどの有害な残骸を除去することに関連する。これは通常は２段階処理プロセスであり、これによって、ぼろきれ及び缶などの残骸はスクリーンによって除去され、砂利及びより重い無機固体は、速度制御されたゾーンを通過するときに、未処理の排水から沈殿する。したがって有害な無機物の残骸は、ふるい分け又は沈殿によって除去され、一方、流体流中で運ばれる有機物は通過する。

予備処理領域に続いて、排水は一次処理領域に向かう。一次処理領域は、有機物の一部が浮遊又は沈殿によって除去される物理的方法を伴う。除去される有機物としては、糞便、食物粒子、グリース、紙などが挙げられ、技術的には浮遊固体と定義される。通常、この一次段階で４０〜８０パーセントの浮遊固体が一次汚泥として除去される。

第３の処理段階は二次処理と呼ばれ、通常は、栄養素、又は沈殿せずに浮遊する有機物及び可溶性の有機物を排水から除去するために、制御された条件下で細菌が利用される生物学的処理方法である。これらの材料は、未処理のままの場合、容認できない生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）となる。典型的には、このプロセスの方法の１つは、排水（一次処理水）が微生物の懸濁液（活性汚泥）と混合される池からなる。次にこの混合物は、微生物を維持するための酸素を供給するために曝気され、微生物は次に排水中の過剰の生物学的酸素要求量の吸着、吸収、及び代謝を行うことができる。十分な滞留時間の後、次に混合物はクラリファイヤー又は沈殿槽中に導入され、その中でバイオマスは沈殿汚泥又は二次汚泥として液体から分離する。部分的に浄化された水（二次処理水）は、次に受入流中にあふれ出る。

排水の処理を行うための二次処理には３つの主な種類が存在する。第１の種類は、散水濾床又は固定膜システムとしても知られ、排水は、石又はプラスチック媒体の床を通って流れ落ちることができ、それによって排水中に存在する有機材料は、石又は媒体に付着した微生物の作用によって酸化される。同様の概念の１つは、回転生物接触装置（ＲＢＣ）であり、これは、生体（ｂｉｏｌｏｇｙ）が媒体に取り付けられ、これが排水中で回転して、散水濾床のように浄化を行う。第２の方法は従来の活性汚泥法であり、この方法では、排水が十分に曝気され、圧縮空気又は機械的手段のいずれによって、クラリファイヤー又は沈殿槽から戻されたバイオマスの一部とともに撹拌される。第３の方法は、活性汚泥法を変更した種類のものであり、半好気性（嫌気性／有酸素）方法と呼ばれることもあり、その第１段階は典型的には嫌気性又は無酸素であり、有酸素又は好気性段階が続けられる。この嫌気性−有酸素−無酸素方法は、どちらも排水処理産業においてよく知られているＰｈｏｒｅｄｏｘ法及び修正Ｂａｒｄｅｎｐｈｏ法の初期段階と非常に類似している。さらに、生物学的栄養素除去（又はＢＮＲ）の包括的用語における方法が存在し、その方法では、排水流及び汚泥返送流が、嫌気性−無酸素−有酸素のゾーン又は順序に、交互に及び／又は繰り返し通される。これらのさらなる方法は：Ａ／Ｏ、Ａ２／Ｏ、ＬｕｄｚａｃｋａｎｄＥｔｔｉｎｇｅｒ（ＬＥ）、ＭｏｄｉｆｉｅｄＬｕｄｚａｃｋａｎｄＥｔｔｉｎｇｅｒ（ＭＬＥ）、Ｂｉｏ−Ｄｅｎｉｔｒｏ、ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣａｐｅＴｏｗｎＭｏｄｅｌ（ＵＣＴ）、及びＶｉｒｇｉｎｉａＩｎｉｔｉａｔｉｖｅＰｌａｎｔ（ＶＩＰ）として知られているが、これらに限定されるものではない。

現在、多くの排水施設は、非常に厳しい窒素及びリンの規制基準に直面しており、これらの規制基準は、近い将来、より厳しくより広く適用されるようになると予想される。このため、受入流中に投棄される排水の硝酸塩レベルに対する関心が高まっている。排水からのリン又は窒素の除去は、困難となる場合があり、金属塩及び／又は炭素源などの添加物を排水処理プロセスに加えることが必要な高コストの方法を含む場合がある。例えば、リン又は窒素の除去を促進するために、グリセロール、メタノール、又は揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）などの炭素源を、プロセスの嫌気性処理ゾーン及び／又は無酸素処理ゾーン及び／又は好気性処理ゾーン中に加えることができる。しかし、処理される排水の体積が非常に大きいため、多量の炭素源を、排水中のその濃度を効果的に増加させるために加える必要がある。したがって、排水への炭素源の添加は、要求が厳しく、排水処理の費用に大きく寄与する。微小藻類及び細菌の培養物を用いた排水からの窒素及びリン酸塩の除去が試みられている（Ｄｅｌｇａｄｉｌｌｏ−Ｍｉｒｑｕｅｚｅｔａｌ，ＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｐｏｒｔｓ，Ｖｏｌｕｍｅ１１，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ２０１６，ｐｐ．１８−２６）。しかし、微小藻類は、栄養摂取を増殖から切り離すことが知られている。これらはリンの枯渇を含めた栄養素の枯渇後も増殖し続けることができる。さらに、細胞破壊によって、細胞間リン酸塩内容物が媒体中に放出されて、リン酸塩濃度が増加することがある。

排水処理に外部炭素源の添加が必要となる方法において、より経済的で実用的な方法が必要とされている。

実施例８−１の対照と比較した可溶性脂肪酸の相対パーセント増加を示している。実施例８−２の対照と比較した可溶性脂肪酸の相対パーセント増加を示している。実施例８−３の対照と比較した可溶性脂肪酸の相対パーセント増加を示している。実施例８−４の対照と比較した可溶性脂肪酸の相対パーセント増加を示している。

本発明は、少なくとも部分的には、一次又は二次汚泥に接触させた場合に加水分解酵素によって炭素源が生成することを特徴とする加水分解酵素の使用を含む排水処理方法に関する。

一態様では、本発明は、排水処理方法であって、（ａ）排水を一次クラリファイヤーに誘導し、一次クラリファイヤーを通過させて、有機化合物含有排水及び一次汚泥を分離するステップと；（ｂ）有機化合物含有排水を嫌気性処理ゾーン及び／又は無酸素処理ゾーン及び／又は好気性処理ゾーンに誘導するステップと；（ｃ）排水を嫌気性処理ゾーン及び／又は無酸素処理ゾーン及び／又は好気性処理ゾーンから二次クラリファイヤーに誘導して、浄化された上澄み及び二次汚泥を分離するステップとを含み；一次汚泥及び／又は二次汚泥が加水分解酵素に接触して、炭素源を含む上澄みが生成される、方法に関する。

本発明のさらなる一態様は、都市排水又は産業排水の処理方法において、排水中のリン及び窒素を除去するためのその場炭素源生成であって、その場炭素源生成のために加水分解酵素を一次又は二次汚泥に加えることを含む、その場炭素源生成を対象とする。

本発明のさらなる一態様は、加水分解酵素の使用を含む都市排水又は産業排水の処理方法において、汚泥水中の炭素源を増加させる方法であって、その酵素によって炭素源がその場生成されることを加水分解酵素の特徴とする、方法を対象とする。

本発明のさらなる一態様は、排水の一次又は二次汚泥に加水分解酵素を加えることによって、排水又はその汚泥に加えられる外来炭素源の量を減少させる又はなくす方法であって、上記加水分解酵素によって、汚泥の加水分解及び引き続く発酵が促進され、それによってより多くの炭素源がその場で生成される、方法を対象とする。

別の一態様では、本発明は、排水による炭素源を含む上澄みの生成方法であって、（ａ）排水を一次クラリファイヤーに誘導し、一次クラリファイヤーを通過させて、有機化合物含有排水及び一次汚泥を分離するステップと；（ｂ）有機化合物含有排水を嫌気性処理ゾーン及び／又は無酸素処理ゾーン及び／又は好気性処理ゾーンに誘導するステップと；（ｃ）排水を嫌気性処理ゾーン及び／又は無酸素処理ゾーン及び／又は好気性処理ゾーンから二次クラリファイヤーに誘導して、浄化された上澄み及び二次汚泥を分離するステップと；（ｄ）一次汚泥及び／又は二次汚泥を発酵させて、炭素源を含む上澄みを生成するステップとを含み；一次汚泥及び／又は二次汚泥が加水分解酵素に接触する、方法に関する。

さらなる一態様では、本発明は、ＢＯＤ、リン、及び窒素などの汚染物質及び栄養素を排水から除去する方法であって、（ａ）排水を一次クラリファイヤーに誘導し、一次クラリファイヤーを通過させて、有機化合物含有排水及び一次汚泥を分離するステップと；（ｂ）有機化合物含有排水を嫌気性処理ゾーン及び／又は無酸素処理ゾーン及び／又は好気性処理ゾーンに誘導するステップと；（ｃ）排水を嫌気性処理ゾーン及び／又は無酸素処理ゾーン及び／又は好気性処理ゾーンから二次クラリファイヤーに誘導して、浄化された上澄み及び二次汚泥を分離するステップとを含み；一次汚泥及び／又は二次汚泥が加水分解酵素に接触して、炭素源を含む上澄みが生成される、方法に関する。

生物学的栄養素除去（ＢＮＲ）プロセス、特に強化生物学的リン除去（ＥＢＰＲ）を有する排水システムの場合、揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）などの炭素源が利用可能となる必要がある。一部の排水処理プラントでは、一次及び／又は二次汚泥を発酵させるために槽が構成されたり、転用されたりしている。この発酵では、酢酸生成菌によって汚泥をＶＦＡに自然変換させることができる。しかし、これらのシステムでは、通常は、処理の一次段階において、存在するとしてもＶＦＡは十分に生成されず、したがって追加の炭素源（ＥＢＰＲの場合は典型的には酢酸）を投入する必要がある。本発明では、加水分解酵素によって、一次汚泥の加水分解及び引き続く発酵が強化され、それによってより多くの炭素源が生成される。一実施形態では、加水分解酵素を加えることによって発酵中に生成される炭素源は十分な量で存在するので、排水にさらに追加される炭素源の量を軽減したりなくしたりすることができる。一実施形態では、追加の炭素源は不要である。加えられる炭素源の量は、除去すべき窒素、リンの量によって厳密に決定される。一実施形態では、加水分解酵素を加えることによって、一次汚泥及び／又は二次汚泥の発酵による上澄み中の炭素源の量は、一次汚泥及び／又は二次汚泥を加水分解酵素に接触させていない場合と比較して、少なくとも５質量％、例えば少なくとも１０質量％、少なくとも２０質量％、少なくとも３０質量％、少なくとも４０質量％、少なくとも５０質量％、少なくとも６０質量％、少なくとも７０質量％、少なくとも８０質量％、少なくとも９０質量％、及び少なくとも１００質量％、少なくとも１２０質量％、少なくとも１５０質量％、少なくとも１８０質量％、少なくとも２００質量％増加する。実施形態では、排水処理プロセスにさらに追加される炭素源は、１０〜１００％減少する。実施形態では、排水処理プロセスにさらに追加される炭素源は、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、又は１００％減少する。実施形態では、さらに追加される炭素源はプロセスからはなくなり、炭素源が処理にさらに追加されることはない。

一実施形態では、炭素源を嫌気性処理ゾーン及び／又は無酸素処理ゾーン及び／又は好気性処理ゾーン中に加えることができる。一実施形態では、これらのＶＦＡは、曝気池の前に処理槽の嫌気性／無酸素区画に直接供給される。

一次及び二次汚泥は、部分的に消化された食品（食物繊維など）及びトイレットペーパーに由来するセルロース、タンパク質、脂質、糖、デンプンなどの加水分解酵素の影響を受けやすい広範囲の有機材料を含む。本発明によると、加水分解酵素は、一次クラリファイヤー中、又は特に発酵に使用される処理ゾーン、例えば発酵槽中の一次汚泥に接触させることができる。

一実施形態では、一次汚泥は、一次クラリファイヤー中に維持し、一次クラリファイヤー中で発酵させて、より最適な炭素源を含む上澄みを生成することができる。そのため、加水分解酵素は、一次クラリファイヤー中の一次汚泥と接触させる。別の一実施形態では、一次汚泥は、発酵槽まで誘導し、発酵槽中で維持し発酵させて、炭素源を含む上澄みを生成することができる。そのため、加水分解酵素は、発酵槽中の一次汚泥と接触させる。

一実施形態では、本発明の排水処理は、一次汚泥を発酵槽に誘導するステップと；二次汚泥を発酵槽に誘導するステップと；一次汚泥及び二次汚泥を維持し発酵させて、炭素源を含む上澄みを生成するステップとを含む。一実施形態では、汚泥は新しい汚泥である。汚泥は、好ましくは０〜３０日後、より好ましくは０〜１５日後、より好ましくは０〜５日後、より好ましくは０〜２日、より好ましくは０〜２４時間後、最も好ましくは０〜１２時間後のものである。

一実施形態では、この生物学的排水処理方法は、炭素源を含む上澄みを嫌気性処理ゾーン及び／又は無酸素処理ゾーン及び／又は好気性処理ゾーンに移動させて、ＢＯＤ、リン、及び窒素などの汚染物質及び栄養素を除去するステップをさらに含む。

一実施形態では、この生物学的排水処理方法は、最適の炭素源を含む上澄みを無酸素処理ゾーン及び嫌気性処理ゾーンの両方に移動させるステップをさらに含む。

さらなる一実施形態では、嫌気性処理ゾーン及び／又は無酸素処理ゾーンを通過した排水は、好気性処理ゾーンまで誘導されて、ＢＯＤ、リン、窒素などの汚染物質及び栄養素が除去される。

発酵プロセスによって、最適の炭素源を含む上澄みが生成される。一実施形態では、排水処理における発酵は、排水処理プロセスの汚泥中の自然発酵生物、又は外部から加えられる外来発酵生物によって行われる。さらなる一実施形態では、排水処理における発酵は、排水処理プロセスの汚泥中の自然発酵生物に、外部から加えられる外来発酵生物を追加することによって行われる。さらなる一実施形態では、発酵は、外部から加えられる外来発酵生物は加えずに、自然発酵生物によって行われる。本明細書において使用される場合、「自然発酵生物」は、排水処理プロセス中に発生する、又は自然に増殖する発酵生物を意味する。自然発酵生物としては、細菌、菌類、原生動物、輪形動物などの種々の生物学的成分が挙げられる。従属栄養微生物の及び独立栄養微生物の両方が汚泥中に存在しうるが、従属栄養微生物が典型的には支配的となる。従属栄養微生物は、新しい細胞を合成するためにプラント流入排水中の炭素質有機物からエネルギーを得る。次にこれらの微生物は、有機物を二酸化炭素及び水などの化合物に変換することによってエネルギーを放出する。活性汚泥中の独立栄養微生物は、一般に、細胞増殖のために二酸化炭素などの酸化炭素化合物を還元する。これらの微生物は、硝化としても知られる、アンモニアを硝酸塩に酸化することによって、それらのエネルギーを得る。本明細書において使用される場合、「外来」は、排水処理プロセスの外側で発生又は増殖する生物を意味する。外来発酵生物の非限定的な例としては、対象の排水流中のもの以外の発酵生物、及び排水処理プロセスから分離し、そこから離して増殖させた発酵生物が挙げられる。

ポリリン酸蓄積生物（ＰＡＯ）と分類される従属栄養細菌の特定のグループの１つは、大部分のリンの取り込みに関与している。テトラスファエラ種（Ｔｅｔｒａｓｐｈａｅｒａｓｐｐ．）及びカンジダタス・アクムリバクター種（ＣａｎｄｉｄａｔｕｓＡｃｃｕｍｕｌｉｂａｃｔｅｒｓｐｐ．）などのＰＡＯは、嫌気及び有酸素の処理ゾーン又はサイクルを介してサイクルが行われる場合に、過剰リン吸収（ｌｕｘｕｒｙｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓｕｐｔａｋｅ）の機能を果たす。これらの生物が過剰リン吸収を行うためには、典型的には容易に利用可能な炭素源、好ましくはＶＦＡを加えることが必要となる。

本開示による排水流からの除去又は排除に適切なリンの非限定的な例としては、生物が利用可能なリン、及び排水処理プロセス中の微生物による分解後に生物が利用可能となるリンなどの排水中に溶解したリンが挙げられる。生物が利用可能なリン非限定的な例としては、ＰＯ₄ ^3-、ＨＰＯ₄ ^2-、Ｈ₂ＰＯ₄ ^-、Ｈ₃ＰＯ⁴などのオルトリンが挙げられる。排水処理プロセス中の微生物による分解後に生物が利用可能なリンの非限定的な例、無機縮合リン、有機リン、化学結合したリン、及び還元されたリンが挙げられる。無機縮合リンの非限定的な例としては、ピロホスフェート、トリポリホスフェート、トリメタホスフェート、及びポリホスフェートの細粒が挙げられる。有機リンの非限定的な例としては、ＡＴＰなどの流入細胞材料が挙げられる。化学結合したリンの非限定的な例としては、沈殿剤のリン錯体、吸収されたリン、リン酸鉄、リン酸アルミニウム、若しくはリン酸カルシウムなどの金属リン酸塩、又はより高次の金属錯体が挙げられる。還元されたリンの非限定的な例としては、５を超える酸化数を有するリン、リン化物（酸化数−３）、二リン化物（酸化数−２）、四リン化物（−０．５）、元素Ｐ（酸化数０）、ハイポホスフィット（酸化数＋１）、及びホスフィット（酸化数＋３）が挙げられる。

一実施形態では、汚泥は、０．５日〜１５日、好ましくは１．０日〜１０日、より好ましくは１．０日〜５日、最も好ましくは１．５〜３日の発酵時間で維持及び発酵が行われる。

本発明では、排水処理方法によって、ＢＯＤ、リン、及び窒素などの汚染物質及び栄養素を排水から除去又は排除するためのエネルギー及びコストの効率が高い方法を提供する。従来の排水処理方法への炭素の添加は問題があり、特定の排水処理システムは数百万ガロン（又は数万立方メートル）の排水を処理し、より良好なリンの除去を実現するために１ｍｇ／Ｌだけ炭素濃度を増加させるのに必要な炭素源（又は他の添加物）の量は膨大であり費用がかかる。多くのシステムは、多量の炭素源及び／又は他の添加物が必要であるので、本開示の実施形態は、排水処理システム中に典型的に使用される量と比較して、外部から加えられる炭素源の量を減少させることが必要となる。本開示の実施形態では、ＢＯＤ、リン、及び窒素などの汚染物質及び栄養素の除去には、プロセス流に加えられる外部の炭素源の量が減少する又はなくなることが必要となるが、その理由は発酵前に汚泥を劣化させるために加水分解酵素を使用するプロセス中により多くの炭素源が生成されるからである。

前述のように、本発明の一態様は、加水分解酵素の使用を含む排水処理方法であって、一次又は二次汚泥に接触すると加水分解酵素によって炭素源が生成することを特徴とする方法を対象とする。

本発明によると、加水分解酵素は、カルボヒドラーゼ、例えばアラビナナーゼ、セルラーゼ、β−グルカナーゼ、ヘミセルラーゼ、及びキシラナーゼ、プロテアーゼ、アミラーゼ、リパーゼ、並びにそれらの組合せからなる群から選択することができる。一実施形態では、加水分解酵素は、キシラナーゼ、セルラーゼ、ヘミセルロース、アミラーゼ、及びβ−グルコシダーゼ、αガラクトシダーゼ、β−ガラクトシダーゼ、及びガラクタナーゼ、プロテアーゼ、リパーゼ、並びにそれらの組合せからなる群から選択される。さらなる一実施形態では、加水分解酵素は、キシラナーゼ、セルラーゼ、β−グルコシダーゼの組合せ；１０Ｒプロテアーゼ；サブチリシン；及びリパーゼからなる群から選択される。一実施形態では、加水分解酵素は、キシラナーゼと、１つ以上のセルラーゼと、β−グルコシダーゼとの組合せであり、上記組合せは、ＧＨ１０キシラナーゼ、トリコデルマ・リーゼイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａｒｅｅｓｅｉ）セルラーゼ調製物を含む。興味深い一実施形態では、加水分解酵素は、アスペルギルス・フミガーツス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓｆｕｍｉｇａｔｕｓ）β−グルコシダーゼ（国際公開第２００５／０４７４９９号パンフレットに記載される）及びサーモアスカス・オーランティアカス（Ｔｈｅｒｍｏａｓｃｕｓａｕｒａｎｔｉａｃｕｓ）ＧＨ６１Ａポリペプチド（国際公開第２００５／０７４６５６号パンフレットに記載される）を含むトリコデルマ・リーゼイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａｒｅｅｓｅｉ）セルラーゼ調製物を含む組合せである。

好ましい一実施形態では、加水分解酵素は、１つ以上のセルラーゼ、１つ以上のリパーゼ、１つ以上のプロテアーゼ、及び１つ以上のアミラーゼ、並びにそれらの組合せからなる群から選択される。加水分解酵素は、通性細菌と任意選択的に混合されたセルラーゼ、アミラーゼ、プロテアーゼ、及びリパーゼを含む酵素混合物などの発酵生成物の混合物を含む酵素混合物であってよい。さらに好ましい一実施形態では、加水分解酵素は、１つ以上のセルラーゼ、１つ以上のヘミセルラーゼ、１つ以上のリパーゼ、１つ以上のエンドプロテアーゼ、及び１つ以上のアミラーゼ、並びにそれらの組合せからなる群から選択される。

本発明の適切な一実施形態では、加水分解酵素は、野生型アスペルギルス・アクレアツス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓａｃｕｌｅａｔｕｓ）発酵生成物などのアスペルギルス・アクレアツス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓａｃｕｌｅａｔｕｓ）発酵生成物を含む。典型的には、この実施形態では、アスペルギルス・アクレアツス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓａｃｕｌｅａｔｕｓ）発酵生成物は、アラビナナーゼ、セルラーゼ、β−グルカナーゼ、ヘミセルラーゼ、及びキシラナーゼなどのカルボヒドラーゼを含む多酵素複合体である。

一実施形態では、加水分解酵素は、アスペルギルス・フミガーツス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓｆｕｍｉｇａｔｕｓ）ＧＨ１０キシラナーゼ（国際公開第２００６／０７８２５６号パンフレット）と、アスペルギルス・フミガーツス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓｆｕｍｉｇａｔｕｓ）β−キシロシダーゼ（国際公開第２０１１／０５７１４０号パンフレット）との混合物を含む。関連の一実施形態は、アスペルギルス・フミガーツス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓｆｕｍｉｇａｔｕｓ）セロビオヒドラーゼＩ（国際公開第２０１１／０５７１４０号パンフレット）、アスペルギルス・フミガーツス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓｆｕｍｉｇａｔｕｓ）セロビオヒドラーゼＩＩ（国際公開第２０１１／０５７１４０号パンフレット）、アスペルギルス・フミガーツス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓｆｕｍｉｇａｔｕｓ）β−グルコシダーゼ変異体（国際公開第２０１２／０４４９１５号パンフレット）、及びペニシリウム種（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍｓｐ．）（エメルソニイ（ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ））ＧＨ６１ポリペプチド（国際公開第２０１１／０４１３９７号パンフレット）を含むトリコデルマ・リーゼイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａｒｅｅｓｅｉ）セルラーゼ調製物に関する。

別の一実施形態では、加水分解酵素は、トリコデルマ・リーゼイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａｒｅｅｓｅｉ）由来のセルラーゼ、及びチエラビア・テレストリス（Ｔｈｉｅｌａｖｉａｔｅｒｒｅｓｔｒｉｓ）由来のＣｅｌ４５エンドグルカナーゼの粗発酵生成物の混合物を含む。

さらに別の一実施形態は、セルラーゼ及びβ−グルカナーゼとともに天然トリコデルマ・リーゼイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａｒｅｅｓｅｉ）キシラナーゼを含む酵素混合物に関する。

さらなる一実施形態では、加水分解酵素は、トリコデルマ・リーゼイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａｒｅｅｓｅｉ）由来のセルラーゼを含む発酵生成物である。一実施形態では、加水分解酵素はカルボヒドラーゼを含み、好ましくは加水分解酵素は、セルラーゼ、特にトリコデルマ・リーゼイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａｒｅｅｓｅｉ）セルラーゼ、より好ましくはセルラーゼとヘミセルラーゼとの組合せを含む。さらなる一実施形態では、加水分解酵素は、セルラーゼ、特にトリコデルマ・リーゼイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａｒｅｅｓｅｉ）セルラーゼ、より好ましくはセルラーゼとヘミセルラーゼとの組合せを含む。そしてさらに、プロテアーゼ、アミラーゼ、及び／又はリパーゼを含む。

一実施形態では、加水分解酵素は、プロテアーゼを含み、このプロテアーゼは、セリンプロテアーゼであり、好ましくは１０Ｒプロテアーゼであり、典型的にはノカルディオプシス・プラシナ（Ｎｏｃａｒｄｉｏｐｓｉｓｐｒａｓｉｎａ）由来ものである。

さらなる一実施形態では、プロテアーゼは、バチルス・リケニフォルミス（Ｂａｃｉｌｌｕｓｌｌｉｃｈｅｎｉｆｏｒｍｉｓ）由来又はバチルス・クラウシイ（Ｂａｃｉｌｌｕｓｃｌａｕｓｉｉ）由来のサブチリシンなどのサブチリシンである。

加水分解酵素は、ノカルディオプシス・プラシナ（Ｎｏｃａｒｄｉｏｐｓｉｓｐｒａｓｉｎａ）由来のセリンプロテアーゼＣＡＳ＃３７２５９−５８−８、バチルス・リケニフォルミス（Ｂａｃｉｌｌｕｓｌｌｉｃｈｅｎｉｆｏｒｍｉｓ）由来のサブチリシンＣＡＳ＃９０１４−０１−１、バチルス・クラウシイ（Ｂａｃｉｌｌｕｓｃｌａｕｓｉｉ）由来のサブチリシンＣａｓ＃９０１４−０１−１Ｅ．Ｃ．３．４．２１．６２、バシラス・アミロリケファシエンス（Ｂａｃｉｌｌｕｓａｍｙｌｏｌｉｑｕｅｆａｃｉｅｎｓ）由来のα−アミラーゼＣＡＳ＃９０００−９０−２Ｅ．Ｃ．３．２．１．１、サーモミセス・ラヌギノサス（Ｔｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓｌａｎｕｇｉｎｏｓｕｓ）由来のリパーゼＣＡＳ＃９００１−６２−１Ｅ．Ｃ．３．１．１．３、及びグルコアミラーゼ（グルカン１，４−α−グルコシダーゼ）などのリゾムコール・プシルス（Ｒｈｉｚｏｍｕｃｏｒｐｕｓｉｌｌｕｓ）由来のαアミラーゼからなる群から選択される酵素を含むことができる。

実施例から分かるように、加水分解酵素は、適切には、セルラーゼ及びセミセルラーゼの調製物、アラバナーゼ、セルラーゼ、β−グルカナーゼ、ヘミセルラーゼ、及びキシラナーゼ調製物、エンドプロテアーゼ調製物、α−アミラーゼ調製物、リパーゼ調製物、並びにグルコアミラーゼ調製物からなる群から選択することができる。適切には、加水分解酵素は、Ｃｅｌｌｉｃ（登録商標）ＣＴｅｃ２、Ｃｅｌｌｉｃ（登録商標）ＣＴｅｃ３、Ａｃｃｅｌｌｅｒａｓｅ（登録商標）、Ｓｐｅｚｙｍｅ（登録商標）、Ｖｉｓｃｏｚｙｍｅ（登録商標）、Ｃｙｔｉｌａｓｅ（登録商標）ＣＬ、ＢＧＭａｘ（登録商標）５５０５、Ａｌｃａｌａｓｅ（登録商標）、ＢＡＮ（登録商標）４８０ＬＳ、Ｌｉｐｅｘ（登録商標）、Ｓａｖｉｎａｓｅ（登録商標）、及びＢＰＸ（登録商標）１０．５Ｃ、例えば、Ｃｅｌｌｉｃ（登録商標）ＣＴｅｃ２、Ｃｅｌｌｉｃ（登録商標）ＣＴｅｃ３、Ａｃｃｅｌｌｅｒａｓｅ（登録商標）、Ｓｐｅｚｙｍｅ（登録商標）、及びＣｙｔｉｌａｓｅ（登録商標）ＣＬ、ＢＧＭａｘ（登録商標）５５０５、Ａｌｃａｌａｓｅ（登録商標）、ＢＡＮ（登録商標）４８０ＬＳ、Ｌｉｐｅｘ（登録商標）、及びＳａｖｉｎａｓｅ（登録商標）からなる群から選択されるものなどの市販の調製物である。本発明の一実施形態では、加水分解酵素は、Ｃｅｌｌｉｃ（登録商標）ＣＴｅｃ２、Ｃｅｌｌｉｃ（登録商標）ＣＴｅｃ３、Ａｃｃｅｌｌｅｒａｓｅ（登録商標）、Ｓｐｅｚｙｍｅ（登録商標）、及びＣｙｔｉｌａｓｅ（登録商標）ＣＬからなる群から選択されるものなどの市販のセルラーゼ調製物などのセルラーゼ調製物である。

本発明の一態様は、加水分解酵素の使用を含む排水処理方法であって、一次又は二次汚泥に接触させると加水分解酵素によって炭素源が生成されることを特徴とする方法を対象とする。炭素源は、１つ以上の揮発性脂肪酸、単糖、及びアルコールからなる群から選択することができる。典型的には、アルコールは、メタノール、エタノール、プロパノール、及びブタノールからなる群から選択される。

典型的には、加水分解酵素は、一次又は二次汚泥に６〜２４０時間、例えば６〜１２０時間、典型的には８〜９６時間、例えば１２〜７２時間、より典型的には１８〜７２時間接触させる。

本発明では、加水分解酵素、すなわちヒドロラーゼは、化学結合の加水分解を触媒する酵素である。例えば、以下の反応を触媒する酵素がヒドロラーゼである：
Ａ−Ｂ＋Ｈ₂Ｏ→Ａ−ＯＨ＋Ｂ−Ｈ

一実施形態では、加水分解酵素はカルボヒドラーゼを含む。本明細書において使用される場合、カルボヒドラーゼは、炭水化物の単糖への分解を触媒する酵素である。カルボヒドラーゼとしては、アラビナナーゼ、セルラーゼ、β−グルカナーゼ、ヘミセルラーゼ、キシラナーゼ、及びアミラーゼが挙げられるが、これらに限定されるものではない。別の一実施形態では、加水分解酵素は、セルラーゼを含み、好ましくはセルラーゼとヘミセルラーゼとの組合せを含む。

本明細書において使用される場合、「セルラーゼ」又は「セルロース分解酵素」は、セルロース系材料を加水分解する１つ以上の（例えば、数種類の）酵素を意味する。このような酵素としては、エンドグルカナーゼ、セロビオヒドラーゼ、β−グルコシダーゼ、又はそれらの組合せが挙げられる。セルロース分解酵素の活性を測定するための２つの基本的な方法として：Ｚｈａｎｇｅｔａｌ．，２００６，ＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｄｖａｎｃｅｓ２４：４５２−４８１にレビューされているような、（１）全セルロース分解酵素活性の測定、及び（２）個別のセルロース分解酵素の活性（エンドグルカナーゼ、セロビオヒドラーゼ、及びβ−グルコシダーゼ）の測定が挙げられる。全セルロース分解酵素活性は、ＷｈａｔｍａｎＮｏ．１濾紙、微結晶性セルロース、バクテリアセルロース、藻類セルロース、綿、前処理されたリグノセルロースなどの不溶性基質を用いて測定することができる。最も一般的な全セルロース分解活性アッセイは、基質としてＷｈａｔｍａｎＮｏ．１濾紙を用いる濾紙アッセイである。このアッセイは国際純正応用化学連合（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＵｎｉｏｎｏｆＰｕｒｅａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙ）（ＩＵＰＡＣ）によって確立された（Ｇｈｏｓｅ，１９８７，ＰｕｒｅＡｐｐｌ．Ｃｈｅｍ．５９：２５７−６８）。セルラーゼは、セルラーゼ活性を有する細菌性ポリペプチドであってよい。例えば、各セルラーゼは、セルラーゼ活性を有するグラム陽性細菌性ポリペプチド、又はセルラーゼ活性を有するグラム陰性細菌性ポリペプチドであってよい。各セルラーゼは、セルラーゼ活性を有する真菌ポリペプチドであってもよく、例えば、酵母セルラーゼ又は糸状菌セルラーゼであってもよい。一実施形態では、セルラーゼは、トリコデルマ・リーゼイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａｒｅｅｓｅｉ）セルラーゼである。

本明細書において使用される場合、「ヘミセルラーゼ」又は「ヘミセルロース分解酵素」は、ヘミセルロース系材料を加水分解する１つ以上の（例えば、数種類の）酵素を意味する。例えば、ＳｈａｌｌｏｍａｎｄＳｈｏｈａｍ，２００３，ＣｕｒｒｅｎｔＯｐｉｎｉｏｎＩｎＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ６（３）：２１９−２２８を参照されたい。ヘミセルラーゼは、植物バイオマスの分解における主要成分である。ヘミセルラーゼの例としては、アセチルマンナンエステラーゼ、アセチルキシランエステラーゼ、アラビナナーゼ、アラビノフラノシダーゼ、クマル酸エステラーゼ、フェルロイルエステラーゼ、ガラクトシダーゼ、グルクロニダーゼ、グルクロノイルエステラーゼ、マンナナーゼ、マンノシダーゼ、キシラナーゼ、及びキシロシダーゼが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの酵素の基質であるヘミセルロースは、植物細胞壁中のセルロースミクロフィブリルに水素結合によって結合し、それらを架橋させて堅牢な網目構造を形成する、分岐及び線状多糖の不均質なグループの１つである。ヘミセルロースは、リグニンにも共有結合して、セルロースとともに高度な複合構造を形成する。ヘミセルロースの変化しやすい構造及び組織化のために、これを完全に分解させるためには多数の酵素の協調作用が必要となる。ヘミセルラーゼの触媒モジュールは、グリコシド結合を加水分解するグリコシドヒドロラーゼ（ＧＨ）、又はアセテート若しくはフェルラ酸側基のエステル結合を加水分解する炭水化物エステラーゼ（ＣＥ）のいずれかである。これらの触媒モジュールは、それらの一次配列の相同性に基づくと、ＧＨ及びＣＥファミリーに対応させることができる。全体的に類似した折り重なりを有する一部のファミリーは、アルファベットが付けられたクラン（例えば、ＧＨ−Ａ）にさらに分類することができる。これら及びその他の炭水化物活性酵素の最も有益で最新の分類は、糖質関連酵素（Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ−ＡｃｔｉｖｅＥｎｚｙｍｅｓ）（ＣＡＺｙ）データベースにおいて利用可能である。ヘミセルロース分解酵素活性は、ＧｈｏｓｅａｎｄＢｉｓａｒｉａ，１９８７，Ｐｕｒｅ＆ＡｐｐＩ．Ｃｈｅｍ．５９：１７３９−１７５２に準拠して、４０℃〜８０℃、例えば、５０℃、５５℃、６０℃、６５℃、又は７０℃などの適切な温度、並びに４〜９、例えば、５．０、５．５、６．０、６．５、又は７．０などの適切なｐＨにおいて測定することができる。

さらなる一実施形態では、加水分解酵素は、プロテアーゼ、アミラーゼ、及び／又はリパーゼをさらに含む調製物であってよい。

一実施形態では、加水分解酵素は、一次汚泥及び／又は二次汚泥に、重量基準で汚泥の全固形分（ＴＳ）の０．００１％〜１０％、好ましくは０．００５％〜１０％、より好ましくは０．０１％〜８％、最も好ましくは０．０５％〜５％の量で加えられる。

本発明は、外来炭素源の使用によるコスト及び複雑さを軽減することによって、ＢＯＤ除去、生物学的リン除去、又は窒素除去を実現することができる。これは、経済的に効率的であり、既存の施設に適合している。

本発明では、ＢＯＤ、リン、及び窒素などの汚染物質及び栄養素をプラント流入排水から除去するために、独立した処理ゾーンを使用することができる。本明細書において使用される場合、プラント流入排水は、まだ処理されていない未処理排水であり、したがって本明細書に記載の排水処理システムなどの排水処理システムにはまだ入っていない。排水処理システムに入る、又は部分的に処理されると、流入水は、処理プロセスを通過するときに混合液になる。

本発明では、排水は、予備処理ゾーン中に誘導され、そこで排水中の破片のスクリーンによる除去、粉砕、及び／又は分離が行われる。ここで、処理プロセス中の空間を節約し、ポンプ及びその他の装置を詰まり、閉塞、又は磨耗及び引き裂きから保護するために、砂利、プラスチック、及びその他の物体などの破片が除去される。適切なスクリーンの非限定的な例としては、バースクリーン、又はチャネル中に配置される穴あきスクリーンが挙げられる。予備処理ゾーンは、砂、砂利、粘土、及び他の類似の材料などの破片の除去に適切な沈砂池を含むこともできる。曝気砂利除去システム及びサイクロンデグリッターを使用することもできる。

予備処理後、排水は一次クラリファイヤーに誘導される。ここで沈殿が起こり、この場合、水の速度が懸濁速度よりも遅くなることで、重力によって懸濁粒子が水から沈殿する。典型的な排水処理プラントは、それらの処理プロセス中に沈殿を含む。しかし、沈殿は、浮遊固体の量が少ない水では必要でない場合がある。一次クラリファイヤーは、様々な種類の池を含むことができる。池の非限定的な例としては、長い槽を水が水平に流れることができる長方形の池、容積を拡大しランドエリアの使用を最小限にするために使用される二層式の長方形の池、水平流を有する正方形又は円形の沈殿池、及び／又は１つの池の中で凝固、凝集、及び沈殿が一緒に行われる固体接触クラリファイヤーが挙げられる。この場合の使用に適切となる典型的な沈殿池は、流入する水の分配及び速度を制御する入口ゾーン、大部分の沈殿が起こる沈殿ゾーン、流出する水を制御する出口ゾーン、及び汚泥を収集する汚泥ゾーンを含む４つのゾーンを有する。一実施形態では、一次クラリファイヤー中で一次汚泥が加水分解酵素に接触する。一次汚泥は、一次クラリファイヤー中で維持し、一次クラリファイヤー中で発酵させて、炭素原を含む上澄みを生成することができる。このような状況では、汚泥滞留時間は従来の排水処理方法よりも長い。別の一実施形態では、一次汚泥は、特に発酵のために使用される処理ゾーン、例えば発酵槽に誘導することができる。一次汚泥を発酵槽中に維持し、発酵槽中で発酵させて、炭素源を含む上澄みを生成することができる。したがって、発酵層中で加水分解酵素が一次汚泥に接触する。容易な操作上の変更によって、本発明は、ＢＯＤ、リン、及び窒素などの汚染物質及び栄養素を除去するために必要な炭素原をより多く生成することができる。

排水を一次クラリファイヤーに送り、一次汚泥を十分に沈殿させ、又は除去した後、排水は二次処理に流される。一実施形態では、排水は任意選択的に嫌気性池などの第１の嫌気性処理ゾーンに送られる。ここで、排水は嫌気性池の内容物と混合され、混合液と呼ばれる場合がある。別の一実施形態では、嫌気性池は、固体を沈殿させることができ、維持された汚泥を消化し、可溶性有機基質の一部を嫌気的に減少させるのに十分な容積を有する深い池である。嫌気性池は、土、コンクリート、鋼、又はあらゆる他の適切な材料などの材料でできていてよい。嫌気性池は、一次クラリファイヤーの下流で、無酸素処理ゾーン（無酸素池など）及び好気性処理ゾーン（好気性池など）の上流又は前に加えられる。一実施形態では、嫌気性池は曝気及び加熱は行われない。任意選択的に、嫌気性池は混合を行うことができる。嫌気性池の深さは、表面からの酸素拡散作用が軽減されて、嫌気性条件が支配的になるようにあらかじめ決定される。実施形態では、嫌気性池は、産業排水又は都市排水などの高濃度有機排水、並びに十分な有機負荷を有する共同体などの排水の処理に使用される。ここでは、５０パーセントを超える生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）の除去が可能である。一実施形態では、嫌気性池中の滞留時間は０．２５〜６時間の間であり、温度は１５℃を超える。本発明の方法は、適切には０℃〜４０℃、典型的には５〜３５℃、好ましくは１０〜３０℃の範囲の温度で行われる。

一実施形態では、排水処理プロセスにおける汚泥の発酵又は消化によって生成される炭素原は、嫌気性池に送られ、天然又は外来のＰＡＯによるリン放出段階が促進される。このリン放出ステップは、ＰＡＯが好気性池又は好気性ゾーンで次の過剰吸収ステップを行うために重要である。３分子のオルトホスフェートを好気性ステップ中にＰＡＯが吸収するために、嫌気性ステップでは、ＰＡＯは、典型的には過剰吸収ステップ中に１分子のオルトホスフェートを放出する。

排水は、嫌気性池を離れて、任意選択的に無酸素池などの無酸素処理ゾーン中に流される。無酸素池は無酸素条件下で稼働する。一実施形態では、排水プロセス流は、排水の脱窒を促進する無酸素池を含み、ここで硝酸塩は窒素ガスに変換される。無酸素池従属栄養細菌は、無酸素条件下での酸素原として硝酸塩を使用して、有機基質を分解する。
無酸素条件下：
硝酸塩＋有機物＋従属栄養細菌＝窒素ガス、酸素、及びアルカリ性

一実施形態では、無酸素池は、無酸素条件を促進するためのあらゆる適切な条件下で稼働する。非限定的な例としては、溶存酸素レベルが１ｍｇ／Ｌ未満、又は０ｍｇ／Ｌに到達せずにそれにできるだけ近くに維持される曝気していない池中の無酸素ゾーンの確立が挙げられる。一実施形態では、酸素レベルは０．２〜０．５ｍｇ／Ｌの量である。無酸素池のｐＨは、中性（７．０）付近となるべきであり、好ましくは６．５未満には低下するべきではない。一実施形態では、排水処理プロセス中の汚泥の発酵又は消化によって生成される炭素源は、除去される１ｍｇのＮＯ₃−Ｎ当たり少なくとも２．８６ｍｇのＣＯＤが必要となる量で無酸素池に移される。実施形態では、無酸素池は、限定するものではないが５〜４８℃の範囲内、又は少なくとも５℃よりも高温に維持される温度などの従属栄養細菌に好都合な条件で稼働する。無酸素池のｐＨは、６．０〜８．５の範囲内で、少なくとも５．５を超えるべきである。

排水プロセス流は無酸素池を離れ、典型的には好気性池などの好気性処理ゾーン中に流される。一実施形態では、好気性池は、好気性条件を促進するためのあらゆる適切な条件下で稼働する。好気性条件の非限定的な例としては、空気又は酸素を排水プロセス流又は混合液の仲に注入してそれらの生物学酸化を促進することが挙げられる。一実施形態では、表面エアレーターによって排水を空気に曝露する。実施形態では、池の目的は、流入水（又は処理を通過した混合液）中の可溶性生分解性有機物の、汚泥として沈殿可能なバイオマスへの変換を生物学的に支援することである。好気性池中に存在する細菌としては、好気性池中の有機不純物の分解に適切な細菌が挙げられる。したがって、一実施形態では、好気性処理プロセスは、空気の存在下で行われ、不純物を吸収するため、すなわちそれらを二酸化炭素、水、及びバイオマスに変換するために分子酸素／遊離酸素を利用する好気生物などの微生物が利用される。一実施形態では、好気性池は、５〜４５℃の範囲内、又は少なくとも５℃よりも高温に維持される温度などの好気生物に好都合な条件で稼働する。好気性池のｐＨは、６〜８．５の範囲、少なくとも５．５を超えるべきである。一実施形態では、排水処理プロセス中の汚泥の消化によって生成される炭素源は、過剰リン吸収のために好気性池に移される。

排水は好気性池を離れ、二次クラリファイヤー中に流される。あらゆる適切な二次クラリファイヤーを固／液分離に適切に使用することができる。本開示による使用に適切な二次クラリファイヤーは、プロセスの目標（迅速な汚泥の除去、滞留時間など）に適合するように生物学的方法で生成される固体／バイオマスの分離及び除去を行う。二次クラリファイヤーは、再循環のために固形分を濃縮し、プロセスの混乱を防止するための緩衝剤としてプロセスでバイオマスを再利用し、及び／又は保管するために使用することもできる。戻されたすべての活性（ＲＡＳ）汚泥は、二次クラリファイヤーの底部に集められる。ＲＡＳはポンプでシステム（例えば、上流）に戻さすことができるし、汚泥を汚泥処理に送り出すこともできる。一実施形態では、排水中の廃棄物の消費に十分な細菌を利用できるようにするため、汚泥は二次クラリファイヤーから嫌気性池に戻される。排水プロセス流中でより多くの有機材料が消費されると、活性汚泥の量が増加する。

排水は二次クラリファイヤーを離れ、任意選択的に消毒及び排出の３次処理に流される。実施形態では、汚泥は３次処理を離れ、流されて、又はポンプで送られて汚泥処理に戻される。

本開示によると、炭素源は、プロセス流又は混合液の種々の場所で排水システムに誘導することができる。例えば、炭素源は、単独、又は嫌気性槽、無酸素槽、好気性槽、未処理の活性汚泥流、若しくは副流との組合せで誘導することができる。炭素源としては、酢酸、プロピオン酸、グリセロール、グルコース、糖蜜、高フルクトースコーンシロップ、メタノール、高炭素質産業廃棄物、及びそれらの組合せが挙げられる。炭素源は、内部の細菌条件の維持又は増殖に十分な量でプロセス流に送られる。例えば、炭素源は、排水プロセス流、底流、又は汚泥から分離された水に対して１ｍｇ／Ｌ〜１０００ｍｇ／Ｌの量で加えることができる。実施形態では、除去される１ｍｇ／Ｌのリン当たり少なくとも３ｍｇ／Ｌ以上の炭素源が本開示により加えられる。実施形態では、除去される１ｍｇ／Ｌのリン当たり少なくとも１ｍｇ／Ｌ以上の炭素源が本開示により加えられる。実施形態では、除去される１ｍｇ／Ｌのリン当たり少なくとも３ｍｇ／Ｌ以上の炭素源が本開示による排水処理方法に誘導される。一実施形態では、加水分解酵素を加えることによる発酵で生成される炭素原は十分な量であるので、排水に追加で加えられる炭素源の量を減少させたり、なくしたりすることができる。一実施形態では、追加の炭素源は不要である。

本開示の実施形態は種々の周知の排水処理プラントに適用することができ、多くの周知の構成が可能である。一実施形態では、二次処理は、順に嫌気性池、無酸素池、及び好気性池を使用する複数の池の組合せを含むことができる。別の一実施形態では、二次処理は、順に嫌気性池、無酸素池、及び好気性池を使用する実施形態以外の別の組合せを含むことができる。別の排水処理プロセスの非限定的な例としては、二次処理が、１つ以上の無酸素池及び１つ以上の好気性池のみを含む、又は１つ以上の嫌気性池及び１つ以上の好気性池のみを含むプロセスが挙げられる。池は、当業者に周知の種々の方法で構成することができる。実施形態では、１つ以上の好気性池のみが二次処理に使用される。

強化生物学的リン除去（ＥＢＰＲ）システムにおけるリンの除去には、炭素源、典型的には可溶性揮発性脂肪酸（ｓＶＦＡ）が必要である。特に、リン酸蓄積生物（ＰＡＯ）嫌気性条件下でこれらのｓＶＦＡを吸収してエネルギーを生成し、その結果これらは好気性条件下でオルトリン酸塩を蓄積させることができる。流入排水は、十分なｓＶＦＡを含まないことが多く、そのため多くの場合はｓＶＦＡを増加させることが必要となる。通常これは酢酸などの酸を加えることによって行われる。本発明は、一次汚泥の加水分解及び発酵を触媒することによってｓＶＦＡを増加させるための酵素の使用を対象とする。本発明の一態様は、都市排水又は産業排水の処理方法における排水中のリン及び窒素を除去するためのその場炭素源生成であって、その場炭素源生成のために一次又は二次汚泥に加水分解酵素を加えることを含む、その場炭素源生成を対象とする。

別の規定では、本発明は、加水分解酵素の使用を含む、都市排水又は産業排水の処理方法における汚泥水中の炭素原を増加させる方法であって、その酵素によって揮発性脂肪酸などの炭素原がその場で生成されることを加水分解酵素の特徴とする、方法を対象とする。

さらに別の規定では、本発明は、排水の一次又は二次汚泥に加水分解酵素を加えることによって、排水又はその汚泥に加えられる外来炭素源の量を減少させる又はなくす方法であって、上記加水分解酵素によって、汚泥の加水分解及び引き続く発酵が促進され、それによってより多くの炭素源がその場で生成される、方法を対象とする。

本発明の興味深いさらなる一態様は、都市排水又は産業排水の処理方法における排水中のリン及び／又は窒素の除去のためのその場炭素源生成であって、その場炭素源生成のために一次又は二次汚泥に加水分解酵素を加えることを含む、その場炭素源生成である。排水中の窒素は、典型的にはアンモニウム、亜硝酸塩（ＮＯ₂ ^-）、及び硝酸塩（ＮＯ₃ ^-）、並びに窒素粒子の形態である。排水中のリンは典型的にはＰＯ₄ ^3-の形態である。

以下の非限定的な実施例によって、本開示による組成物、方法、及び処理をさらに説明する。実施例において具体化される特定の詳細に本開示が限定されるものではないことに留意されたい。

方法
試験を設定する前に、一次汚泥の初期のｐＨ、全固形分（ＴＳ）、揮発性固形分（ＶＳ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、可溶性ＣＯＤ（ｓＣＯＤ）（０．２２μｍで濾過した）、及び可溶性揮発性脂肪酸（ｓＶＦＡ）（０．２２μｍで濾過した）を分析した。さらに、各酵素試料のＣＯＤを求めた。表１は各酵素のＣＯＤ及び密度を示しており、これらの値を使用して、試料の初期ＣＯＤ、及びｍＬの単位での所望の投入量をそれぞれ計算した。

実施例１：ＶＦＡのための一次汚泥の発酵に対する加水分解酵素の作用
体積基準で２５％の一次汚泥及び７５％のＤＩ水を含む複数の６００ｍＬのビーカーを準備した。各試験で、対照（酵素なし）と、体積基準で約１，５００ｐｐｍの配合酵素生成物投入量又は５２〜２７０ｐｐｍの範囲の活性酵素タンパク質（ＡＥＰ）を有する試料とを使用した。磁気撹拌子を用いて各ビーカーを低速で３０分間混合した。混合を停止し、試料のｐＨ及びｓＶＦＡを分析した。試料を箔で覆い、ある時間（２４〜９６時間）沈殿させた。この時点で試料を、ちょうど均一試料を得るのに十分な５〜１０分間再び混合し、再びＣＯＤ、ｓＣＯＤ、ｓＶＦＡ、及びｐＨを分析した。

実験設定
一次汚泥から得られるＶＦＡの増加に対する加水分解酵素の有効性を調べるために２つの試験を行った。試験１では、加水分解酵素−２及び加水分解酵素−１の酵素について試験を行い、それぞれ２回繰り返した。試験２では、加水分解酵素−２、加水分解酵素−１、及び加水分解酵素−３の酵素について試験を行い、それぞれ４回繰り返した。

試験１では、一次汚泥は、ＲｏａｎｏｋｅＲｅｇｉｏｎａｌＷａｔｅｒＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＰｌａｎｔ（Ｒｏａｎｏｋｅ、Ｖｉｒｇｉｎｉａ、ＵＳＡ）から得た別個の試料であった。この試料は、固形分取扱作業に廃棄されるので一次汚泥であり、一次処理水であるバルク水を含む「コア」試料ではない。一次汚泥の特性を表２中に示した。３５０ｍＬの総体積を有する６つの６００ｍＬのビーカーは、８８ｍＬの汚泥及び２６２ｍＬのＤＩ水を含んだ。２つのビーカーには２８３ｐｐｍのＡＥＰの濃度で加水分解酵素−１を投入し、２つのビーカーには５８ｐｐｍのＡＥＰの濃度で加水分解酵素−２を投入した。この試験の設定は表３中に見られる。

試験２では、一次汚泥は、ＲｏａｎｏｋｅＲｅｇｉｏｎａｌＷａｔｅｒＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＰｌａｎｔから得たさらなる別個の試料であった。一次汚泥の特性を表４中に示した。４００ｍＬの総体積を有する１６個の６００ｍＬのビーカーは、１００ｍＬの汚泥及び３００ｍＬのＤＩ水を含んだ。４つのビーカーには２９８ｐｐｍのＡＥＰの濃度で加水分解酵素−１を投入し；４つのビーカーには、６１ｐｐｍのＡＥＰの濃度で加水分解酵素−２を投入し；４つのビーカーには９２ｐｐｍのＡＥＰの濃度で加水分解酵素−３を投入した。この試験の設定は表５中に見られる。

結果：試験１
６８時間後、ＶＦＡの最大増加は加水分解酵素−１で見られ、２６７％の増加であった。加水分解酵素−２は１９０％の増加を示した。両方を対照の１６０％の増加と比較すべきである。表６はＶＦＡの増加を比較している。エラーバー（含んでいない）は、各試料の間の差が有意であることを示した。酵素を投入し３０分の混合を行った後に初期ＶＦＡを採取したが、これによって、酵素を含む試料の初期ＶＦＡが増加しうる。

ＶＦＡ結果と同様に、加水分解酵素−１によってｐＨに対して最大の影響を有し、４．４の最終平均ｐＨを有した。加水分解酵素−２の最終平均ｐＨは５．３であり、対照は５．９であった。表７は平均の初期及び最終ｐＨを示している。

各ビーカーのｓＣＯＤの初期値及び全ＣＯＤは、一次汚泥及び酵素の分析で得たｓＣＯＤ及び全ＣＯＤから計算した。初期及び最終のｓＣＯＤ及び全ＣＯＤを表８中に示した。予想される通り、系の炭素は減少しなかったので、ビーカーの全ＣＯＤは変化しなかった。消化過程により不溶性ＣＯＤがＶＦＡに変換されて可溶性となったため、すべての試料の可溶性ＣＯＤは増加した。

結果：試験２
２４時間後、この場合もＶＦＡの最大増加は加水分解酵素−１で見られ、１８５％の増加であった。加水分解酵素−３は１７４％の増加を示し、加水分解酵素−２は１１３％の増加を示した。これらを対照の８４％の増加と比較すべきである。表９は、ＶＦＡの増加の比較のグラフである。エラーバーが、グラフ上に含まれており、各試料の間の差が有意であることを示している。酵素を投入し３０分の混合を行った後に初期ＶＦＡを得たが、これによって、酵素を含む試料の初期ＶＦＡが増加しうる。

試験２のｐＨの低下は、試験１と同じ傾向を示し、ＶＦＡの増加が最大の試料（加水分解酵素−１）が、ｐＨの最も大きな低下を示した。加水分解酵素−１を含む試料は平均最終ｐＨが４．５であり；加水分解酵素−３を含む試料は平均最終ｐＨが５．２であり；加水分解酵素−２を含む試料は平均最終ｐＨが４．４５であり；対照試料は平均最終ｐＨが５．８であった。表１０は平均初期及び最終ｐＨを示している。

試験２の初期及び最終のｓＣＯＤ及び全ＣＯＤを表１１中に示した。予想される通り、系の炭素は減少しなかったので、ビーカーの全ＣＯＤは変化しなかった。消化過程により不溶性ＣＯＤがＶＦＡに変換されて可溶性となったため、すべての試料の可溶性ＣＯＤは増加した。しかし、試験２では、酵素を含むすべての試料のｓＣＯＤのパーセント増加は試験１よりも少なかった。

結論：
これらの２つの最初の試験では、酵素の添加によって、一次汚泥の消化で生成されるｓＶＦＡの増加が可能なことが示された。加水分解酵素−１及び加水分解酵素−３は、対照と比較して最も大きな増加を示した。

実施例２：ＶＦＡを生成するための一次汚泥の発酵に関する加水分解酵素−１及び加水分解酵素−３の研究
方法
体積基準で２５％の一次汚泥及び７５％のＤＩ水を含む複数の６００ｍＬのビーカーを準備した。各試験で、対照と、質量基準で１％のＴＳ及び５％のＴＳの酵素投入量を有する試料とを使用した。磁気撹拌子を用いて各ビーカーを低速で５分間混合した。混合を停止し、試料のｐＨ及びｓＶＦＡを分析した。試料を箔で覆い、２４時間沈殿させた。この時点で試料を、ちょうど均一試料を得るのに十分な５〜１０分間再び混合し、再びＣＯＤ、ｓＣＯＤ、ｓＶＦＡ、及びｐＨを分析した。

実験設定
試験３では、加水分解酵素−１及び加水分解酵素−３の酵素を２つの投入量で試験し、それぞれ２回繰り返した。さらに、ＶＦＡの生成に対する酵素生成物によるｓＣＯＤの増加の影響を調べるために、失活された酵素の試験を行った。酵素を失活させるために、ＤＩ水中の酵素の１０％溶液を８０℃温水浴中に３０分間維持した。活性酸素を含む試料も１０％酵素溶液から投入した。

一次汚泥は、ＲｏａｎｏｋｅＲｅｇｉｏｎａｌＷａｔｅｒＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＰｌａｎｔから得た別個の試料であった。この試料は、固形分取扱作業に廃棄されるので一次汚泥であり、一次処理水であるバルク水を含む「コア」試料ではない。一次汚泥の特性を表１２中に示した。４００ｍＬの総体積を有する１４個の６００ｍＬのビーカーは、１００ｍＬの汚泥及び３００ｍＬのＤＩ水を含んだ。４つのビーカーには、オートクレーブ処理した加水分解酵素−１又は加水分解酵素−３（それぞれ２つのビーカー）を、１グラムのＴＳ当たり約５％グラムの酵素生成物、又は０．９％及び０．３％のＡＥＰの濃度でそれぞれ投入し；それぞれ２つのビーカーには、加水分解酵素−１を、１グラムのＴＳ当たり１％及び５％グラムの酵素生成物又は０．２％及び０．９％グラムのＡＥＰでそれぞれ投入し；加水分解酵素−３を、１グラムのＴＳ当たり１％及び５％の酵素生成物又は０．０５％及び０．２６％グラムのＡＥＰでそれぞれ投入した。この試験の設定は表１３中に見られる。

結果：試験３
２４時間後、加水分解酵素−１の１グラムのＴＳ投入量当たり５％グラムの酵素生成物で、ＶＦＡの最大増加が見られた。表１４は、各試料の平均初期及び最終ＶＦＡを比較するグラフである。エラーバーがグラフ上に含まれており、各試料の間の差が有意であることが示されている。初期ＶＦＡはわずか５分の混合後に得たため、各試料の初期ＶＦＡはほぼ等しかった。表１４は、各試料のパーセント増加も示している。対照と失活した酵素を有する両試料とが８３〜８９％の増加を示したのに対し、活性酵素を有する試料ではＶＦＡの増加は９８〜１７８％の範囲であった。これによって、ＶＦＡの増加は単にＣＯＤの増加によるものではなく、酵素の活性によるものであったことが裏付けられた。

試験３のｐＨの低下では、ＶＦＡの増加が最大である試料（加水分解酵素−１−５％、加水分解酵素−３−５％）が、ｐＨの最大の低下を示したことを示している。表１５は、すべての試料の平均初期及び最終ｐＨを示している。試験１〜３の最終ｐＨ値及びＶＦＡのパーセント増加を比較すると、これら２つの値の間に負の相関が存在した。この直線関係は、−０．４９４７の傾き、及び５．８０１４のｙ切片（Ｒ²＝０．８１４６）を有するとして定義される。

試験３の初期及び最終ｓＣＯＤ並びに全ＣＯＤを表１６中に示した。予想される通り、系の炭素は減少しなかったので、ビーカーの全ＣＯＤは変化しなかった。わずかな減少は、試験中の誤差によるものと思われる。大部分の試料の可溶性ＣＯＤは増加したが、その理由は消化過程により不溶性ＣＯＤがＶＦＡに変換されて可溶性となったためと思われる。

結論：
この試験では、加水分解酵素−１及び加水分解酵素−３の両方の場合の１％及び５％ＴＳの酵素生成物投入量を比較した。加水分解酵素−１は、一次汚泥の消化によって生成されるｓＶＦＡの増加に対してより大きな影響を示した。さらに、失活させた酵素生成物試料で行った試験では、ＶＦＡの生成の増加は、その生成物によるＣＯＤではなく、酵素活性によるものであることが示された。

実施例３：ＶＦＡの生成のための一次汚泥の発酵に関する加水分解酵素−１、加水分解酵素−４、加水分解酵素−５、及び加水分解酵素−６の研究
方法
体積基準で１０％の一次汚泥及び９０％のＤＩ水を含む複数の６００ｍＬのビーカーを準備した。液体酵素生成物（加水分解酵素−１、加水分解酵素−４、加水分解酵素−５）は、質量基準で約５％のＴＳ（それぞれ約０．９％、１．０％、及び０．８％のＡＥＰ）で投入し、乾燥酵素の微生物混合物（加水分解酵素−６）は、１０００ｇのＣＯＤ当たり約２２５ｇ加水分解酵素−６で加えた。すべての試料を、酵素を投入していない対照と比較した。磁気撹拌子を用いて各ビーカーを低速で５分間混合した。混合を停止し、試料のｐＨ及びｓＶＦＡを分析した。試料をアルミニウム箔で覆い、２４時間沈殿させた。この時点で試料を、ちょうど均一試料を得るのに十分な５〜１０分間再び混合し、再びｓＶＦＡ及びｐＨを分析した。

実験設定
これらの実験では、加水分解酵素−１、加水分解酵素−４、及び加水分解酵素−５は、これらの液体酵素生成物の場合、重量基準で約５％のＴＳで試験を行い、加水分解酵素−６の場合は１０００ｇのＣＯＤ当たり２２５ｇの生成物で試験を行い、それぞれ２回繰り返した。さらに、失活させた加水分解酵素−６について試験を行って、ＶＦＡの生成に対する、生成物によるｓＣＯＤの増加の影響を調べた。加水分解酵素−６はオートクレーブによって失活させた。

一次汚泥は、ＲｏａｎｏｋｅＲｅｇｉｏｎａｌＷａｔｅｒＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＰｌａｎｔから得た別個の試料であった。この試料は、固形分取扱作業に廃棄されるので一次汚泥であり、一次処理水であるバルク水を含む「コア」試料ではない。一次汚泥試料は、実験前３週間冷蔵室中に保管し、結果として、新しく得た試料と比較すると、３週間後に得たｓＶＦＡの増加レベルに見られるように、試料の発酵が進行したことに留意されたい。一次汚泥の特性を表１７中に示した。

４００ｍＬの総体積を有する１２個の６００ｍＬのビーカーは、４０ｍＬの汚泥及び３６０ｍＬのＤＩ水を含んだ。それぞれ２つのビーカーには、加水分解酵素−１、加水分解酵素−４、及び加水分解酵素−５を１１３ｐｐｍ（１ｇのＴＳ当たり約５％ｇの酵素生成物）を投入した。加水分解酵素−６及びオートクレーブ処理した加水分解酵素−６は、１０００ｇＣＯＤ当たり２２５ｇで投入し、結果として８１０ｐｐｍの投入量となった。この試験の設定は表１８中に見られる。

結果：
２４時間後、ＶＦＡの最大増加は加水分解酵素−６で見られ、３２％の増加であった。オートクレーブ処理した加水分解酵素−６（酵素及び細菌の両方が不活性化した）は、ＶＦＡの１６％の増加を示しており、加水分解酵素−６における３２％の増加の理由の一部は、酵素又は細菌の効果ではなく、配合物中の原材料による可能性があることを示していることに留意されたい。酵素のみの生成物は、２１％〜２８％の範囲の類似のパーセント増加を示した。表１９は、各試料の平均初期及び最終ＶＦＡを比較する表である。同じデータで測定されたエラーバー（図示せず）は、各試料の間の差が有意であることを示した。初期ＶＦＡはわずか５分の混合後に得たので、各試料の初期ＶＦＡはほぼ等しかった。表１９は各試料のパーセント増加も示している。前の研究と比較すると、試料のパーセント増加はより少なかった。これは、汚泥の時間経過により、冷蔵室中でＶＦＡの生成／発酵が起こったためであると思われた。

表２０は、すべての試料の平均初期及び最終ｐＨを示している。

試料は、１ｇのＴＳ当たり５％ｇの加水分解酵素−１であり、試料及び試料（３週間後）の両方に対して試験を行い、２５％ｖ／ｖ汚泥及び１０％ｖ／ｖ汚泥を使用した。表２１は、これら２つの試料の比較を示している。最後の縦列は、酵素当たり汚泥体積当たりの％ＶＦＡ増加の計算値を示しており、これら２つの試料は非常に類似していた。

結論：
この試験では、加水分解酵素−１、加水分解酵素−４、加水分解酵素−５、及び加水分解酵素−６を投入した一次汚泥を用いて生成したＶＦＡのパーセント増加を比較した。この試験で使用した一次汚泥は約３週間後のものであり、このことは初期ＶＦＡに影響を与え、汚泥のＶＦＡを生成する能力が大幅に低下するので結果に影響すると思われた。しかし、すべての酵素生成物が、ＶＦＡの２１〜２８％の増加を示し、加水分解酵素−６は３２％の増加を示した。

実施例４：ＶＦＡの生成のための一次汚泥の発酵に関する加水分解酵素−１及び加水分解酵素−４の研究
方法
体積基準で１０％の一次汚泥及び９０％のＤＩ水を含む複数の６００ｍＬのビーカーを準備した。酵素生成物を適切なビーカー中に投入した。すべての試料を、酵素を投入していない対照と比較した。磁気撹拌子を用いて各ビーカーを低速で５分間混合した。混合を停止し、試料のｐＨ及びｓＶＦＡを分析した。試料を箔で覆い、２４時間沈殿させた。この時点で試料を、ちょうど均一試料を得るのに十分な５分間再び混合し、再びｓＶＦＡ及びｐＨを分析した。

実験設定
一次汚泥は、ＲｏａｎｏｋｅＲｅｇｉｏｎａｌＷａｔｅｒＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＰｌａｎｔから得た別個の試料であった。この試料は、固形分取扱作業に廃棄されるので一次汚泥であり、一次処理水であるバルク水を含む「コア」試料ではない。一次汚泥の特性を表２２中に示した。

４００ｍＬの総体積を有する６つの６００ｍＬのビーカーは、４０ｍＬの汚泥及び３６０ｍＬのＤＩ水を含んだ。それぞれ２つのビーカーには、加水分解酵素−１及び加水分解酵素−４を６３ｐｐｍ（１ｇのＴＳ当たり約２％ｇの酵素生成物）で投入した。この試験の設定は表２３中に見られる。

結果：
２４時間後、ＶＦＡのパーセント増加がわずか２％であった対照と比較すると、酵素生成物は３７〜３８％の増加の類似のパーセント増加を示した。表２４は、各試料の平均初期及び最終ＶＦＡを比較する表である。初期ＶＦＡはわずか５分の混合後に得たため、各試料の初期ＶＦＡはほぼ等しかった。表２４は、各試料のパーセント増加も示している。

表２５は、すべての試料の平均初期及び最終ｐＨを示している。

結論：
この試験では、加水分解酵素−１、及び加水分解酵素−４を投入した一次汚泥を用いて生成したＶＦＡのパーセント増加を比較した。２％の増加であった対照と比較すると、２つの酵素生成物（加水分解酵素−１及び加水分解酵素−４）は３７〜３８％の増加を示した。

実施例５：ＶＦＡの生成のための一次汚泥の発酵に関する加水分解酵素−４、加水分解酵素−６、及び加水分解酵素−６の酵素の研究
方法
体積基準で１０％の一次汚泥及び９０％のＤＩ水を含む複数の６００ｍＬのビーカーを準備した。酵素／生成物を適切なビーカー中に投入した。すべての試料を、酵素／生成物を投入しない対照と比較した。磁気撹拌子を用いて各ビーカーを低速で５分間混合した。混合を停止し、試料のｐＨ及びｓＶＦＡを分析した。試料を箔で覆い、２４時間沈殿させた。この時点で試料を、ちょうど均一試料を得るのに十分な５分間再び混合し、再びｓＶＦＡ及びｐＨを分析した。

実験設定
一次汚泥は、ＲｏａｎｏｋｅＲｅｇｉｏｎａｌＷａｔｅｒＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＰｌａｎｔから得た別個の試料であった。この試料は、固形分取扱作業に廃棄されるので一次汚泥であり、一次処理水であるバルク水を含む「コア」試料ではない。翌日に分析した一次汚泥の特性を表２６中に示した。一次汚泥は、試験を行う前に約６日間冷蔵室中に入れた。この貯蔵時間によって、試料の一次汚泥を使用した実施例４と実施例５との個別の試料の初期ＶＦＡの比較から分かるように、試料の発酵が起こった可能性がある。

４００ｍＬの総体積を有する１０個の６００ｍＬのビーカーは、４０ｍＬの汚泥及び３６０ｍＬのＤＩ水を含んだ。それぞれ２つのビーカーに、加水分解酵素−４を６３ｐｐｍ（１ｇのＴＳ当たり約２％ｇの酵素生成物）で投入した。加水分解酵素−６、及びオートクレーブ処理加水分解酵素−６を、質量基準で約０．３８６％のＴＳの、コストが同等となる量で投入した。加水分解酵素−６（酵素のみ）試料を質量基準で０．２０％のＴＳで投入した。実験設定は表２７中に見られる。

結果：
２４時間後、ＶＦＡの最大増加は加水分解酵素−４で見られ、２３％の増加であった。加水分解酵素−６試料は、完全に配合した試料及びオートクレーブ処理した試料の両方で、対照と類似の性能が得られ、ＶＦＡレベルの有意な変化は示されなかった。加水分解酵素−６の酵素のみの配合物は、７％の増加を示し、対照と比較すると有意であるが、ごくわずかであった。

表２８は、各試料の平均初期及び最終のＶＦＡを比較する表である。初期ＶＦＡはわずか５分の混合後に得たので、各試料の初期ＶＦＡはほぼ等しかった。表２８は、各試料のパーセント増加も示している。

表２９は、すべての試料の平均初期及び最終ｐＨを示している。

結論：
この試験では、加水分解酵素−４、加水分解酵素−６、オートクレーブ処理した加水分解酵素−６、及び加水分解酵素−６の酵素のみのバージョンを投入した一次汚泥を用いて生成したＶＦＡのパーセント増加を比較した。加水分解酵素−６のすべてのバージョンは、加水分解酵素−４と比較すると非常にわずかなＶＦＡの生成を示した。

実施例６：加水分解酵素−４の投入量曲線、及びｓＶＦＡの生成のための一次汚泥の発酵に対する種々のＴＳレベルの影響
方法
全体積が４００ｍＬとなるまでＤＩ水で希釈した一次汚泥を含む複数の６００ｍＬのビーカーを準備した。酵素生成物を適切なビーカー中に投入した。すべての試料を、酵素／生成物を投入しない対照と比較した。磁気撹拌子を用いて各ビーカーを低速で５分間混合した。混合を停止し、試料のｓＶＦＡを分析した。試料を箔で覆い、２４時間沈殿させた。この時点で試料を、ちょうど均一試料を得るのに十分な５分間再び混合し、再びｓＶＦＡを分析した。

実験設定
一次汚泥は、ＲｏａｎｏｋｅＲｅｇｉｏｎａｌＷａｔｅｒＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＰｌａｎｔから得た別個の試料であった。この試料は、固形分取扱作業に廃棄されるので一次汚泥であり、一次処理水であるバルク水を含む「コア」試料ではない。分析した一次汚泥の特性を表２９中に示した。試験７は収集した日と同じ日に開始し、試験８は収集から１か月後に開始した。

試験７では、４００ｍＬの総体積を有する１２個の６００ｍＬのビーカーは、４０ｍＬの汚泥及び３６０ｍＬのＤＩ水を含んだ。それぞれ２つのビーカーには、ＴＳ（％酵素生成物投入量＝１ｇのＴＳ当たりのｇ酵素）に基づく種々のレベルの加水分解酵素−４を投入した。０．５％〜４．０％の概算値は、すべての一次汚泥特性を分析する前に試験を開始するために流入水中の推定ＴＳ値に基づいた。一次汚泥の実際の％ＴＳを求めてから、実際の％酵素投入量を計算した。試験７の実験設定を表３０中に示す。

試験８では、４００ｍＬの総体積を有する８つの６００ｍＬのビーカーは、すべての試料で１グラムのＴＳに対して一定酵素投入量の加水分解酵素−４（２．０％＝グラムＴＳ当たりのグラム酵素生成物、又は１グラムのＴＳ当たり０．４１％ＡＥＰグラム）を有する２０、４０、６０、８０ｍＬの種々の汚泥体積を含んだ。試験８の実験設定を表３１中に示す。

結果：試験７
２４時間後、酵素投入量が多いほど、ｓＶＦＡの増加が大きい。表３１はｓＶＦＡ生成の傾向を示している。表３１は、各試料の平均初期及び最終ｓＶＦＡを比較する表である。初期ｓＶＦＡはわずか５分の混合後に得たので、各試料の初期ｓＶＦＡはほぼ等しかった。表３１は各試料のパーセント増加も示している。

投入量及び％増加の直線関係を試験７の結果から計算すると、傾きが０．４６２７であり、ｙ切片が０．０３０１である関係（Ｒ²＝０．９４４２）が見出された。これは、投入した１グラムの酵素当たりのｓＶＦＡの全増加（グラム）を示している。

結果：試験８
２４時間後、ｓＶＦＡの最大の増加は、最大体積の汚泥を有する試料に見られた。表３２は、各試料の平均初期及び最終ｓＶＦＡを比較する表である。加えられる汚泥が増加したので、各試料の初期ｓＶＦＡは等しくなかった。汚泥体積が多いほど、初期ｓＶＦＡが多かった。したがって、（ｓＶＦＡのパーセント増加ではなく）初期及び最終のｓＶＦＡの間の全体的な差も表３２中に示している。

グラム汚泥及び正味の増加（ｓＶＦＡのグラム数）の直線関係を試験８の結果から計算すると、ｙ切片が０に近づくときに傾きが０．０４１４である関係（Ｒ²＝０．９５５４）が見出された。これは、１グラムの固形分当たりのｓＶＦＡの全増加（グラム）を示している。

利用可能なＴＳが増加すると、ｓＶＦＡの生成も増加する。

結論：
試験７では、０．５％〜４．０％（１グラムのＴＳ当たりのグラム酵素生成物）の種々の量の加水分解酵素−４を投入した一次汚泥を用いて生成したｓＶＦＡのパーセント増加を比較した。酵素投入量が増加すると、生成するｓＶＦＡも直線的に増加する。

試験８では、一定酵素投入量における、ｓＶＦＡの生成に対する、利用可能なＴＳのグラム数（又は汚泥体積）の影響を示した。利用可能な汚泥が増加すると、生成するｓＶＦＡも増加する。

実施例７：ｓＶＦＡの生成のためのＰｅｐｐｅｒ’ｓＦｅｒｒｙＷａｓｔｅｗａｔｅｒＴｒｅａｔｍｅｎｔＰｌａｎｔの一次汚泥の発酵に関する加水分解酵素−１、加水分解酵素−５、及び加水分解酵素−７の研究
方法
全体積が４００ｍＬとなるまでＤＩ水で希釈した一次汚泥を含む複数の６００ｍＬのビーカーを準備した。酵素／生成物を適切なビーカー中に投入した。すべての試料を、酵素／生成物を投入しない対照と比較した。磁気撹拌子を用いて各ビーカーを低速で５分間混合した。混合を停止し、試料のｓＶＦＡを分析する。試料を箔で覆い、２４時間沈殿させた。この時点で試料を、ちょうど均一試料を得るのに十分な５分間再び混合し、再びｓＶＦＡを分析した。

実験設定
一次汚泥は、Ｐｅｐｐｅｒ’ｓＦｅｒｒｙＷＷＴＰ（Ｐｅｐｐｅｒ’ｓＦｅｒｒｙＷａｓｔｅｗａｔｅｒＴｒｅａｔｍｅｎｔＰｌａｎｔ、Ｒａｄｆｏｒｄ、Ｖｉｒｇｉｎｉａ、ＵＳＡ）から得た別個の試料であった。この試料は、固形分取扱作業に廃棄されるので一次汚泥であり、一次処理水であるバルク水を含む「コア」試料ではない。分析した一次汚泥の特性を表３３中に示した。実験は、収集した日と同じ日に開始した。

４００ｍＬの総体積を有する８つの６００ｍＬのビーカーは、４０ｍＬの汚泥及び３６０ｍＬのＤＩ水を含んだ。それぞれ２つのビーカーに、加水分解酵素−１、加水分解酵素−７、及び加水分解酵素−５を、１グラムのＴＳ当たりおおよそ２．０％グラムの試料の酵素生成物（それぞれ０．２％、０．１８％、及び０．０９％グラムのＡＥＰ）で投入した。２．０％の概算値は、すべての一次汚泥特性を分析する前に試験を開始するために流入水中の推定ＴＳ値に基づいた。一次汚泥の実際の％ＴＳを求めてから、実際の酵素生成物投入量を計算した。実験設定を表３４中に示す。

結果：
２４時間後、ＶＦＡの最大増加は加水分解酵素−５で見られ、２８２％の増加であり、続いて加水分解酵素−１で２４４％の増加であった。表３５は、ｓＶＦＡの生成の傾向を示している。表３５は、各試料の平均初期及び最終ｓＶＦＡを比較する表である。初期ｓＶＦＡはわずか５分の混合後に得たので、各試料の初期ｓＶＦＡはほぼ等しかった。表３５は各試料のパーセント増加も示している。

結論：
対照に対して、酵素で処理したＰｅｐｐｅｒ’ｓＦｅｒｒｙの一次汚泥のＶＦＡ画像化しており、したがってこの増加は、この酵素の使用の有効性を示している。対照と比較すると、加水分解酵素−５（前に３週間後の汚泥でのみ試験を行った）がＶＦＡの最大増加が得られ、続いて加水分解酵素−１及び加水分解酵素−７であった。

本明細書に開示される実施形態に対する種々の修正が可能であることを理解されたい。したがって、以上の説明は、限定として解釈するべきではなく、実施形態の単なる例示である。当業者であれば、本明細書に添付の請求項の範囲及び意図の範囲内の他の修正を認識されよう。さらに、個別のステップの順序が明確に記載されるのでなく、そのような場合を除けば、用語は、本明細書に開示される種々のステップの間の特定の順序を示唆するものと解釈すべきではない。

実施例８：ｓＶＦＡを生成するための酵素
方法
一次汚泥の発酵中にどの酵素がより多くのｓＶＦＡの生成を促進するかを調べる試験を行うために、単純なビーカー試験を行った。表３６は、市販の酵素のＣＴｅｃ２、ＢＧＭａｘ５５０５、Ａｌｃａｌａｓｅ２．５Ｌ、ＢＡＮ４８０ＬＳ、Ｌｉｐｅｘ１００Ｌ、Ｌｉｐｏｌａｓｅ１００Ｌ、Ｓａｖｉｎａｓｅ１６Ｌ、及びＢＰＸ１０．５Ｃの密度（製品データシートより）（ｍＬの単位での投与量を計算するために使用した）と、活性酵素タンパク質（ＡＥＰ）と、記載の活性と、酵素の簡単な説明とを示している。試験を準備する前に、一次汚泥の初期のＴＳ及びＶＳを分析した。全体積が４００ｍＬとなるまでＤＩ水で希釈した一次汚泥を含む８つの６００ｍＬのビーカーを準備する。酵素生成物を適切なビーカー中に投入する。すべての試料を、酵素生成物を投入しない対照と比較した。磁気撹拌子を用いて各ビーカーを低速で５分間混合する。混合を停止し、試料のｓＶＦＡ、ｓＣＯＤ、ＣＯＤ、及びｐＨを分析した。試料を箔で覆い、２４時間沈殿させた。この時点で試料を、ちょうど均一試料を得るのに十分な５分間再び混合し、再びｓＶＦＡ、ｓＣＯＤ、ＣＯＤ、及びｐＨを分析した。すべての可溶性分析は、０．４５μｍのフィルターで濾過した試料に対して行った。

実験設定
実施例８−１に使用した一次汚泥は、２０１８年５月２２日にＷｉｎｃｈｅｓｔｅｒＷＷＴＰから得た試料であった。一次汚泥（４８時間の汚泥）の特性を表３７中に示す。

実施例８−２及び実施例８−３に使用した一次汚泥は、ＲｏａｎｏｋｅＷＷＴＰから得た試料であった。一次汚泥の特性を表３８中に示す。実施例８−２は３時間の汚泥であった。実施例８−３は４８時間の汚泥であった。

実施例８−４に使用した一次汚泥は、ＲｏａｎｏｋｅＷＷＴＰから得た試料であった。一次汚泥の特性を表３９中に示す。実施例８−４は２４時間の汚泥であった。

それぞれの実験の場合で、４００ｍＬの総体積を有する８つの６００ｍＬのビーカーは、１００ｍＬの汚泥及び３００ｍＬのＤＩ水を含んだ。２つのビーカーそれぞれには、試験によって異なる加水分解酵素＃１並びに加水分解酵素＃８及び＃９を１グラムのＴＳ当たり約２．０％グラムの酵素で投入し、一方、２つのビーカーには投入せず、対照として扱った。実施例８−２及び実施例８−４では、２．０％の概算値は、最初に、一部の一次汚泥特性を分析する前に試験を開始するために流入水中の推定ＴＳ値に基づいた。一次汚泥の実際の％ＴＳを求めてから、実際の酵素投入量を計算した。実施例８−２の場合、実際の投入量は１．２％になり、実施例８−４の場合、実際の投入量は３．０１％となった。実施例８−１、実施例８−２、実施例８−３、及び実施例８−４の実験設定を、それぞれ表４０、４１、４２、及び４３に示している。

実施例８−１の結果：
２４時間後、ＶＦＡの最大増加は加水分解酵素＃１で見られ、４８％の増加であり、続いて加水分解酵素＃９が３８％の増加であった。初期ＶＦＡはわずか５分の混合後に得たので、各試料の初期ｓＶＦＡはほぼ等しかった。図１は対照に対するパーセント増加を示している。

実施例８−２の結果：
２４時間後、ＶＦＡの最大増加は加水分解酵素＃１で見られ、１３９％の増加であり、続いて加水分解酵素＃１０及び加水分解酵素＃１１の両方が１２３％の増加であった。初期ＶＦＡはわずか５分の混合後に得たので、各試料の初期ｓＶＦＡはほぼ等しかった。図２は対照に対するパーセント増加を示している。

実施例８−３の結果：
２４時間後、ＶＦＡの最大増加は加水分解酵素＃１で見られ、６９％の増加であり、次にわずかな差で加水分解酵素＃１３の６８％の増加であった。これは８−２試験と同じ一次汚泥であったが、一次汚泥の時間がさらに経過しており、この時点ですでに発酵が始まっていたので、ｓＶＦＡの増加はより小さかった。初期ＶＦＡはわずか５分の混合後に得たので、各試料の初期ｓＶＦＡはほぼ等しかった。図３は対照に対するパーセント増加を示している。

実施例８−４の結果：
２４時間後、ＶＦＡの最大増加は加水分解酵素＃１で見られ３６％の増加であり、次にわずかな差で加水分解酵素＃１３の２８％の増加であった。初期ＶＦＡはわずか５分の混合後に得たので、各試料の初期ｓＶＦＡはほぼ等しかった。図４は対照に対するパーセント増加を示している。

実施例８の結論：
実施例８では、少なくともセルラーゼ、リパーゼ、プロテアーゼ、及びアミラーゼによって、対照よりも、一次汚泥の発酵中のｓＶＦＡが増加することが示された。全体として、セルラーゼ及びプロテアーゼは、試験したすべての種類の酵素の中で最良の結果が得られた。

Claims

加水分解酵素の使用を含む排水処理方法であって、一次又は二次汚泥に接触させると前記加水分解酵素によって炭素源が生成することを特徴とする方法。
都市排水又は産業排水の処理方法において排水中のリン及び窒素を除去するためのその場炭素源生成であって、前記その場炭素源生成のために一次又は二次汚泥に加水分解酵素を加えることを含む、その場炭素源生成。
加水分解酵素の使用を含む都市排水又は産業排水の処理方法において、汚泥水中の炭素源を増加させる方法であって、前記加水分解酵素が、前記酵素によって炭素源がその場生成されることを特徴とする、方法。
排水の一次又は二次汚泥に加水分解酵素を加えることによって、排水又はその汚泥に加えられる外来炭素源の量を減少させる又はなくす方法であって、前記加水分解酵素によって、前記汚泥の加水分解及び引き続く発酵が促進され、それによってより多くの炭素源がその場で生成される、方法。
排水処理方法であって、
（ａ）排水を一次クラリファイヤーに誘導し、一次クラリファイヤーを通過させて、有機化合物含有排水及び一次汚泥を分離するステップと；
（ｂ）前記有機化合物含有排水を嫌気性処理ゾーン及び／又は無酸素処理ゾーン及び／又は好気性処理ゾーンに誘導するステップと；
（ｃ）前記排水を前記嫌気性処理ゾーン及び／又は前記無酸素処理ゾーン及び／又は好気性処理ゾーンから二次クラリファイヤーに誘導して、浄化された上澄み及び二次汚泥を分離するステップとを含み；
前記一次汚泥及び／又は前記二次汚泥が加水分解酵素に接触して、炭素源を含む上澄みが生成される、方法。
前記一次クラリファイヤー中で前記一次汚泥の維持及び発酵を行って、炭素源を含む上澄みを生成するステップを含み；
前記加水分解酵素が前記一次クラリファイヤー中の前記一次汚泥に接触する、請求項５に記載の方法。
前記一次汚泥を発酵槽に誘導するステップと；
前記発酵槽中で前記一次汚泥の維持及び発酵を行って、炭素源を含む上澄みを生成するステップとを含み；
前記加水分解酵素が前記発酵槽中の前記一次汚泥に接触する、請求項５又は６に記載の方法。
前記一次汚泥を発酵槽に誘導するステップと；
前記二次汚泥を発酵槽に誘導するステップと；
前記一次汚泥及び前記二次汚泥の維持及び発酵を行って、炭素源を含む上澄みを生成するステップと、
を含む、請求項５〜７のいずれか一項に記載の方法。
炭素源を含む前記上澄みを前記嫌気性処理ゾーン及び／又は無酸素処理ゾーン及び／又は好気性処理ゾーンに移動させて、ＢＯＤ、リン、及び窒素などの汚染物質及び栄養素を除去するステップをさらに含む、請求項５〜８のいずれか一項に記載の方法。
炭素源を含む前記上澄みを前記無酸素処理ゾーン及び嫌気性処理ゾーンの両方に移動させるステップをさらに含む、請求項５〜９のいずれか一項に記載の方法。
前記嫌気性処理ゾーン及び／又は無酸素処理ゾーンを通過した前記排水が好気性処理ゾーンに誘導されて、ＢＯＤ、リン、窒素などの汚染物質及び栄養素が除去される、請求項５〜１０のいずれか一項に記載の方法。
排水による炭素源を含む上澄みの生成方法であって、
ａ）前記排水を一次クラリファイヤーに誘導し、一次クラリファイヤーを通過させて、有機化合物含有排水及び一次汚泥を分離するステップと；
（ｂ）前記有機化合物含有排水を嫌気性処理ゾーン及び／又は無酸素処理ゾーン及び／又は好気性処理ゾーンに誘導するステップと；
（ｃ）前記排水を前記嫌気性処理ゾーン及び／又は前記無酸素処理ゾーン及び／又は好気性処理ゾーンから二次クラリファイヤーに誘導して、浄化された上澄み及び二次汚泥を分離するステップと；
（ｄ）一次汚泥及び／又は二次汚泥を発酵させて、炭素源を含む上澄みを生成するステップとを含み；
前記一次汚泥及び／又は前記二次汚泥が加水分解酵素に接触する、方法。
ＢＯＤ、リン、及び窒素などの汚染物質及び栄養素を排水から除去する方法であって、
（ａ）前記排水を一次クラリファイヤーに誘導し、一次クラリファイヤーを通過させて、有機化合物含有排水及び一次汚泥を分離するステップと；
（ｂ）前記有機化合物含有排水を嫌気性処理ゾーン及び／又は無酸素処理ゾーン及び／又は好気性処理ゾーンに誘導するステップと；
（ｃ）前記排水を前記嫌気性処理ゾーン及び／又は前記無酸素処理ゾーン及び／又は好気性処理ゾーンから二次クラリファイヤーに誘導して、浄化された上澄み及び二次汚泥を分離するステップとを含み；
前記一次汚泥及び／又は前記二次汚泥が加水分解酵素に接触して、炭素源を含む上澄みが生成される、方法。
前記排水がリン摂取生物及び／又は脱窒生物に接触する、請求項１３に記載の方法。
重量基準で前記汚泥の全固形分（ＴＳ）の０．００１％〜１５％、好ましくは０．００５％〜１０％、より好ましくは０．０１％〜８％、最も好ましくは０．０５％〜５％の量で、前記加水分解酵素が前記一次汚泥及び／又は二次汚泥に加えられる、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
前記加水分解酵素が、１つ以上のセルラーゼ、１つ以上のリパーゼ、１つ以上のプロテアーゼ、及び１つ以上のアミラーゼ、並びにそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
前記加水分解酵素が、１つ以上のセルラーゼ、１つ以上のヘミセルラーゼ、１つ以上のリパーゼ、１つ以上のエンドプロテアーゼ、及び１つ以上のアミラーゼ、並びにそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
前記加水分解酵素が、キシラナーゼ、セルラーゼ、ヘミセルロース、アミラーゼ、β−グルコシダーゼ、αガラクトシダーゼ、β−ガラクトシダーゼ及びガラクタナーゼ、プロテアーゼ、リパーゼ、又はそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
前記加水分解酵素が一次又は二次汚泥に、６〜２４０時間、例えば６〜１２０時間、典型的には８〜９６時間、例えば１２〜７２時間、より典型的には１８〜７２時間接触する、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。