利用酶促反应的水质净化剂及利用微生物活化的水质净化方法 【技术领域】
本发明涉及一种利用酶促反应的水质净化剂以及利用微生物活性的水质净化方法，所述酶促反应包括：利用酶活化生活排水及工业排水等污染水中的微生物群、分解有害物质等、还原氧化了的水并净化水质。
背景技术
以往，作为净化以被生活排水、工业排水为主的有机化合物、氮氧化物、硫化物等有害物质污染的水质的手段，提出和实施的有活性污泥法及洒水滤床法等各种方法。例如，活性污泥法为，将空气吹入下水等污染水中使该污染水中的需氧菌增殖，并使污染水中的浮游物凝集沉淀，通过凝集的浮游物吸附污染水中的污浊成分而净化水质的方法。
另外，洒水滤床法为利用需氧菌净化下水等污染水的方法，也即，将污染水在铺垫碎石及多孔材料的滤床上进行回旋散水，通过污染水的流过在其表面产生微生物膜来净化水质的方法。此生物膜内聚集有多种微生物，可将污染水中的污浊物质分解，并将污泥分解为碳酸气体、水、氮、铵等物质从而净化水质。
在污泥大量堆积地河流、湖沼、水坝、港湾或沿岸海域等区域，这些污泥被疏浚后废弃。另外，在污水处理厂通过处理产生的污泥作为凝集污泥被废弃。这种疏浚后的污泥及从污水处理厂产生的凝集污泥通过焚烧进行处理。
上述现有的水质净化方法，因属于将下水、生活排水、工业排水储存于特定的处理设施中再进行净化处理的方法，有水质净化的处理量低等问题。尤其是活性污泥法及洒水滤床法不能对河流及湖沼的水质进行净化处理。所以，在河流、湖沼等公共用水区域，由于不能对水质进行净化处理，使它们的水处理设施不能被有效的利用。
另外，因需要将污染水储存于特定的处理设施中再进行净化处理，从此污染水中产生的腐败臭、甲烷臭、硫化氢的硫磺臭、垃圾臭、牲畜的粪尿臭等不快气体在此设施周围会引起周围环境的恶化的问题。
并且，现有的将河流、湖沼、水坝、港湾或沿岸海域等区域疏浚的污泥及污水处理厂凝集的污泥进行焚烧处理的方法，不仅需要焚烧费用，在焚烧时产生氧化碳及二恶英不仅将成为水质污染也将成为大气污染的原因，造成环境恶化等问题。
本发明为解决上述问题而设计。也即，本发明的目的为，通过利用天然酶活化微生物，以此微生物分解污泥及水中的有机化合物等有害物质对水质进行净化的同时，提供一种利用酶促反应的水质净化剂以及利用微生物活化的水质净化方法，上述酶促反应可以容易地供给河流及湖沼或水处理设施。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种利用催化反应的水质净化剂，其特征在于将供给至污染水中活化微生物的、并由此微生物分解污泥及有机化合物、硫化物等有害物质并净化水质的天然酶，与能够促进此污染水中的微生物活化的催化功能的复合物相结合。
上述天然酶为菠萝蛋白酶，菠萝蛋白酶是从菠萝果汁中提取的酶。前述复合物为硅、酵母核酸或金属离子。
在上述发明的水质净化剂中，天然酶与促进活性污染水中微生物的催化功能的复合物相结合，在污染环境中不易失活。因此，在污染水中添加微量此水净化剂3个月前后的污染水中，形成生物生存圈的菌落(群生)，使微生物容易生长。这些微生物自身可进行酶的摄入及放出体外，并发生分解反应、分解有害物质、还原氧化了的水而净化水质。
特别是，本发明的水质净化剂与酵母核酸结合，可以促进催化功能。例如，微生物的持续生存需要有浮游生物，而浮游生物的产生需要硅元素。铁成分对微生物的运动是必需的，而金属离子可以抑制硫化氢的作用。将前述水质净化剂滴加至河流、湖沼、水坝、港湾、沿岸海域等公用水域、池塘等污染水中，可以净化其中污染的水质。另外，将前述水质净化剂滴加至工业或商业设施排出的污水或废水中，可以净化污染的水质。
通过本发明可以提供一种水质净化方法，其特征在于通过将在菠萝蛋白酶上结合了促进其催化功能的复合体的水质净化剂滴加至污染水中，使该污染水中的微生物活化，通过此微生物的作用对此污染水的水质进行净化。
通过上述水质净化剂滴加至污染水中，可以分解水中及底层的污泥。通过上述水质净化剂滴加至污染水中，可以分解有机化合物、硫化物等有害物质，并还原氧化了的水而促进水质净化。上述水质净化剂优选与其它酶配合使用，滴加至污染水中。上述水质净化剂优选从设置于河流、湖沼上的桥梁(1)下部的滴加装置(2)滴加至水面。前述滴加装置(2)为在管状的供给管(3)上以一定间隔设置多个滴加孔(4)。
因为上述净化方法为使用水质净化剂滴加至污染水中的方法，所以可以在河流、湖沼、水坝、港湾、沿岸海域等公用水域中使用，并可活化此污染水中的微生物。尤其是，可以根据BOD(生化需氧量)及COD(化学需氧量)的数值，对此水域的水质净化剂的用量进行精确的判断和供给。
通过从设置于桥梁(1)下部的滴加装置(2)的滴加孔(4)，将水净化剂滴加至水面，可以将此水质净化剂均一的供给至河流等流动的水面中。
附图简单说明
图1为表示本发明的水质净化剂的制造方法的方框图。
图2为表示本发明通过催化反应活化微生物方法的流程图。
图3为表示本发明的水质净化剂的滴加装置设置于桥下部的状态的斜视图。
图4为描述采用微生物的活化方法的污水水域中的水质净化系统，并表示水质净化剂滴加前的状态的说明图。
图5为描述采用微生物的活化方法的污水水域中的水质净化系统，并表示滴加污水质净化剂后水质恢复第一阶段的状态的说明图。
图6为描述采用微生物的活化方法的污水水域中的水质净化系统，并表示滴加污水质净化剂后水质有一定程度恢复的第二阶段的状态的说明图。
图7为描述采用微生物的活化方法的污水水域中的水质净化系统，并表示滴加污水质净化剂后水质恢复至理想状态的第三阶段的状态的说明图。
图8为表示水质净化剂的底泥分析表(室内实验)的图表。
图9为表示水质净化剂测试中BOD的状况变化的图表。
图10为表示水质净化剂测试中COD的状况变化的图表。
图11为表示水质净化剂测试中MLSS的状况变化的图表。
图12为表示水质净化剂测试中SS的状况变化的图表。
图13为表示水质净化剂测试中T-N的状况变化的图表。
图14为表示水质净化剂测试中T-P的状况变化的图表。
图15为表示微生物活化方法引起的其他的河流的污水水域的水质变化，(a)为净化前的状态，(b)为滴加污水质净化剂后产生发酵气泡的状态，(c)为产生脱氮现象的状态，(d)为开始分解污泥的状态，(e)为水面的颜色由试验前的黑色变为水原有的颜色的状态，(f)为河底产生藻类的状态。
【具体实施方式】
以下参照附图对本发明优选的实施形态进行说明。
图1为表示本发明的水质净化剂的制造方法的方框图。本发明的水质净化剂为，将供给于河流、湖沼、水坝、港湾、沿岸海域等公用水域(污染水)中并活化微生物的、并由此微生物分解污泥及有机化合物、硫化物等有害物质并净化水质的天然酶，与能够促进此污染水中的微生物活化的催化功能的复合物相结合得到的物质。作为此天然酶的一例可举出菠萝蛋白酶，此菠萝蛋白酶为例如可以从菠萝果汁中提取得到的酶。另一方面，复合体中有硅、酵母核酸或金属离子。
本发明的水质净化剂可以根据方框图中所示的方法制造。
作为菠萝蛋白酶的原材料，可以使用青色菠萝。使用青色菠萝是因为成熟的黄色菠萝中的酶多数已变性，不能提取出大量的菠萝蛋白酶。将此菠萝切(切细)成3～5cm立方状。另外也使用纤维较多的芯的部分。将此切好的菠萝混入除气水或深层水中，制成菠萝果汁。另外，混合使用水不采用含有氯的自来水而使用除气水或深层水的目的是为了提高透明度。对于1个菠萝(约1kg)使用5升除气水等。然后，在水中混入制作面包时使用的生酵母等酵母核酸。例如，对于5升水，搅拌并同时混入50cc(粉末约为1g)的酵母核酸制成酵母核酸水。将此酵母核酸水在60度(或65度)下加热约1小时制成菠萝水。
进一步，将促进催化功能的柠檬酸(约30g)与硅(约30g)共同搅拌同时混入水中，在80度下加热约1小时生成柠檬酸水。
通过将此柠檬酸水的上清液与上述菠萝水的上清液混合，从菠萝果汁中提取菠萝蛋白酶，并得到此酶与硅、或金属离子等复合物结合的水质净化剂。从1个菠萝中可以得到7升水质净化剂原液。将此水质净化剂的原液稀释3000～7000倍后使用。
本发明的水质净化剂，只要是使用天然酶与能够促进活化微生物的催化功能的复合物相结合的物质，就不限于从菠萝中提取的菠萝蛋白酶。即，只要提取容易并且耗费低廉，可以利用木瓜中含有的木瓜蛋白酶、动物细胞中含有的组织蛋白酶、植物细胞中含有的磷酸酶等等多种类的酶。
图2为表示本发明通过催化反应活化微生物方法的流程图。
本发明的水质净化剂，由于菠萝蛋白酶结合于促进活化河流、湖沼、水坝、港湾、沿岸海域等污染水域中的微生物的催化功能的复合物上，在污染环境中不易失活。在污染水中微量添加微量的该水质净化剂的3个月前后，先能够减少恶臭，活化微生物，在污染水中形成生物生存圈的菌落，使微生物容易生长。这些微生物自身将进行酶的摄入及放出体外，并可以发生分解反应、分解有害物质、还原氧化了的水而净化水质。
水质净化剂通过与复合物结合可以促进催化功能。复合物中的硅在微生物中循环，使其容易生长并促进浮游物的生成。铁成分对微生物的运动是必需的，而金属离子可以抑制硫化氢的作用。
图3为表示本发明的水质净化剂的滴加装置设置于桥下部的状态的斜视图。
水质净化剂从设置于河流、湖沼、水坝、港湾、沿岸海域上的桥梁1下部的滴加装置2滴加至水面。此滴加装置2为管状的供给管3上具有固定间隔的滴加孔4的复数孔结构。通过上述方式设置于桥梁1的下部，从设置于桥梁1与其它场所的充填了水质净化剂的储存箱中由经管道，可以对此滴加装置2进行供给。并通过对此储存箱阀门的操作，从水质净化剂的滴加装置2的滴加孔4滴加至水面。
此水质净化剂的滴加量由控制装置进行自动控制。例如，通过测定河流等污染水的BOD值及COD值，根据该测定值判断水质，从该水质的污染度相关的数值判断水质的恢复状态，并计算必要的滴加量，并以此进行水质净化剂的滴加。通过这种方式以正确的用量滴加污水质净化剂，可以均一地对河流等流动的水面进行水质净化剂的供给。
图4～图7为描述采用微生物的活化方法的污水水域中的水质净化系统的说明图。各图中描述了在上层形成的大气圈，在中层形成的水圈，在作为S区域的与水面相近的需氧性水域、与其下部的厌氧性水域及最下层中堆积的污泥。
图4表示本发明的水质净化剂滴加前的水质状态。在此状态，污水质的污浊度不断发展，在底部的厌氧状态下由有机物、有机化合物构成的污泥发生堆积。这些污泥发生部分分解，生成二氧化碳(CO2)、甲烷气体(CH4)、氨气(NH3)、硫化氢气体(H2S)等。尤其是DO值(溶解氧量)接近于0。
在作为S区域的与水面相近的需氧性水域中，这些二氧化碳、甲烷气体、氨气、硫化氢气体被分解。但是，随着污染的发展此需氧性S区域的范围缩小，二氧化碳、甲烷气体、氨气、硫化氢气体未经分解直接被释放入大气圈中。因此，放入大气圈的二氧化碳、甲烷气体、氨气、硫化氢气体引起恶臭。
图5表示滴加污水质净化剂后水质恢复第一阶段的状态。
向S区域的水面滴加污水质净化剂时，此水质净化剂产生抗氧化·抗菌作用，通过催化反应增加有用微生物，提高其活性。另外，通过催化反应可以减少腐败菌·杂菌，并可减少溶解氧的消耗量。对于甲烷气体、氨气、硫化氢等，通过微生物提高活性，可减少恶臭，并扩大需氧性水域的S区域。
另一方面，在底部的厌氧状态下由有机物、有机化合物构成的污泥发生堆积。此污泥也发生部分分解，产生二氧化碳、甲烷气体、氨气、硫化氢气体等，而在上部的S区域中，氨气分解为硝酸离子，硫化氢气体分解为氧化硫。因此恶臭逐渐减少的。
图6表示滴加污水质净化剂后水质有一定程度恢复的第二阶段的状态。
当继续滴加污水质净化剂时，此水质净化剂产生抗氧化·抗菌作用，通过催化反应增加更多的有用微生物，提高其活性。另外，通过催化反应可以减少腐败菌·杂菌，并可减少溶解氧的消耗量。扩大需氧性水域的S区域，同时减少水质的浑浊度。而且在底部的有机物、堆积污泥的分解量增加，使污泥自身的量减少。
图7表示滴加污水质净化剂后水质恢复至理想状态的第三阶段的状态。
当继续滴加污水质净化剂时，可以完全消耗掉硫化氢气体、氨气，完成水质的净化。此时，需氧性水域的S区域扩大，溶解氧上升，浑浊度减小。由此，使阳光能够到达水中，并使藻类能够生长，在光合作用下产生氧。
另一方面，在底部，堆积的污泥分解完全，阳光能到达至底部，使藻类生长并在光合作用下产生氧。尤其在光合作用下硫化氢气体及有机物、有机化合物可得到更进一步的分解。
图8表示水质净化剂的底泥分析表(实验室内)。
接下来，对本发明的水质净化剂在实验室中的底泥净化状态进行具体的说明。在实验中，使用从污染的河流中采取的20升污泥及20升该河水，将水质净化剂以每日20cc进行滴加。并使水温为20℃。
约3个月后，外观由黑色变为黑灰色。强烈的有机溶剂臭消失，臭气从污泥·有机溶剂臭变为弱的污泥臭。含水率从大约54％增加至大约71％。氧化还原电位(mv)从[-450]变为[-40]。COD(化学需氧量mg/g·dry)降低，表示水质正被净化。氨态氮、有机氮、总氮或总磷等有害物质减少。另外，在水质净化剂滴加后立即有气泡发生。
图9至图14表示在水质净化剂测试中与各水质污浊相关的数值的变化。图中，实线为对此污染水提供水质净化剂后的变化量。横轴表示时间线，纵轴表示变化量。
图9为表示在水质净化测试中BOD状况变化的图表。
如图所示，通过对污染水提供水质净化剂，此污染水的BOD(生化需氧量)极大减少。意味着在最初的1个月臭气开始减少，BOD值也极大的减少，进行了6个月程度的水质净化。
图10为表示在水质净化剂测试中COD状况变化的图表。
通过对污染水提供水质净化剂，此污染水的COD(化学需氧量)极大减少。意味着在最初的1个月臭气开始减少，COD值也极大的减少，进行了6个月程度的水质净化。
图11为表示在水质净化剂测试中MLSS的状况变化的图表。
通过对污染水提供水质净化剂，用于确定污染水中的生物数量的MLSS值(平均混合浮游物浓度)上升，同时有机污泥的量减少。
图12为表示在水质净化剂测试中SS的状况变化的图表。
通过对污染水提供水质净化剂，用于确定污染水中的生物数量的SS值(水中浮游物质)降低，污泥的堆积下降。于是，水生生物的生长得到了促进，沙粒中鱼类的卵的发育得到了促进。
图13为表示在水质净化剂测试中T-N的状况变化的图表。
通过对污染水提供水质净化剂，用于确定污染水中氮的含量的T-N值(总氮含量)降低，同时有机污泥的量减少。
图14为表示在水质净化剂测试中T-P的状况变化的图表。
通过对污染水提供水质净化剂，用于确定污染水中的磷含量的T-P值(总磷含量)降低，同时有机污泥的量减少。
图15表示采用微生物活化方法的其他的河流的污水水域的水质变化，
(a)为净化前的状态，表面呈现黑褐色。
(b)描述滴加污水质净化剂后进行有机物等的分解，产生发酵气泡的状态。
(c)描述发生脱氮现象的状态。
(d)描述污泥开始分解的状态。
(e)描述水面的颜色由试验前的黑褐色转变为水原有的颜色的状态。
(f)为水质净化进行中，河底产生藻类的状态。
另外，上述的例子中，虽然主要对在公用水域滴加污水质净化剂净化水质的方法进行了详细描述，但本发明并不限定于此类实施形态。例如，可以在水处理设施中散布水质净化剂进行供给，由于水质净化剂为液体，所以可以在不同结构的设施中以相应的方法进行供给。而且，可以在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种变更。
工业实用性
如上所述，本发明的利用催化反应的水质净化剂，由于天然酶与能够促进污染水中微生物活化的催化功能的复合物相结合，当对污染水提供此水质净化剂时可以使污染水中存在的微生物得以容易地生长、微生物自身进行酶的摄入及放出体外，并发生分解反应、分解有害物质、还原氧化了的水而净化水质。
另外，本发明的通过微生物的活化净化水质的方法，通过活化微生物，能够以此微生物分解污泥与水中的有机化合物等有害物质，对水质进行净化。可以容易地提供给河流或湖沼或水处理设施的同时，由于水质净化剂为液态并容易进行操作，可以在水域中进行滴加并维持长时间的净化分解功能，对有害物质进行长时间的分解处理。
而且，因为水质净化剂的滴加装置具有紧凑的结构，可以设置于桥梁的下部，所以可以对河流等流动的水面进行均一地供给。