食品材料 お よび食品工場廃 水 の生物学的 処理 後 の富栄養化予測
石井 隆一露 ･吉川 賢太郎*
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食品工業廃 水 は その規模 ,季節性 などを除 けば, が施行 され, さらにこれよ り厳 しく規制で きる都道 一般 に家庭下水 とその化学的特性 が頬似 してい る. 府県条例 か加 わ って公害行政 は一段 の飛躍 をみせた 従 って,処理方式 も下水 同様,生物学的処理 と くに, かの感 がある. しか し環 境基準で規制 されてい るの 活性汚泥法 や散水折床法 が広 く用 いられて いる.近 は,CN,Hg(アルキル と総Hg),有機 P,C4 Pb,
Ⅰ
緒 言 防止法 とそれ に基づ く排水基準 2) (昭和4 6
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それに基 ブ く環境 基準 1)(昭和4
午 ,環境公害 の防除 を目的 と した公害対策基本法 と 年 4月),水質汚濁
* 食品R･ 薙平群食品衛生芋研究室( bLa o otFodHy】geen,Detpo ofF odadN t'Ln Kikn urtO. n ‑Un,vH･:fahS･Osaa 0k1sa kJ577 Jpn, aa )
32 近 畿 大 ‑Jll農 乍 部 紀
は上記の項 目に鉱 物性,動植性油脂類,フェノール,
Cu ,Zn ,Fe ,Mn ,CI IF
などが加 えられて いる.これ らの規制基準 が充分遵守 され,公害行政 が効果 を発揮 した暁 には,生活環 境 はか な り改善 され るこ とが期待 され る. しか し近年 になって, これ らの規 制項 目にか ･らない新 しい公害源 が, 世界的 なひろ が りで急速 に汚染 の度 を拡 大 しつ ､あ ることが報 じ られている, それは従来 は栄養源 と考 えられ,肥料 の 3要素の 2つ まで を しめているNとPの排 出増大 によ る環境 汚染 で ある. わが国で は ビワ湖 南湖, ス ワ湖 における漁業,農 業,上水源 などの被害 , と く に水道 の カビ様異 臭味,瀬戸内海 における赤潮 によ る漁業被害, 高級魚 の減少 と低級魚 の増加 などで あ り,アメリカにおける大湖 や湖沼の富栄養化 による漁 業利水被害 など多 くの障害 をあた えて お り, その真 剣 な防除対策 が要望 されている 8). ビワ欄 (3)で は
P
負荷 の60%が家庭 下水 (合成洗剤 よ りの Pを含 む) で あ り,瀬戸 内海で はPの66.7% 4)が工場排 水 と試 算 されている. PやNが と くに現 下の富 栄餐化 の主 原因 の‑ と考 えられている理 由 は,従来 か ら公共用 水 に存在 してい る炭素源 や微量金属 元素 のみで は, 藻類 を含 む水棲微生物 の生育培地 と して不充分で あ った環境 に,新 たに不足 が ちのNとPが加 わったた め に生育栄餐条件 を充分満 しえた点 にある.そこで, 本報告で はN, Pの排 出源 を,食品材 料 または食品 工場廃 水 に しぼ り菖栄賓化への寄与度 を試算 しよ うと した.
す なわ ち,食品中の糖 質,蛋 白質 などの BOD源 量,蛋 白質の N源量 な らび にP源量 などか ら食品材 料 または食品工場廃 水 をその ま ､無処理で河川 など
に放流 した場 合 は もちろん, さらに油性 汚泥処理 に よってその処理水 を河川 などに放流 した場 合の BO D :N :Pの排 出量比 を試算 して,各種 食品材料, 食品排水 の環境富栄養化 への寄与度 を予測 す る計算 方式 を検討 し, その寄与度 を試算 したので以下 に報 告 す る.
Ⅱ
予測 な らび に試 算 方 法こ ゝでは, まず食品材料 自体 の もつ BOD, N,
P
の試算法 を検討 す ることか らは じめ た.食品 および食品材料 の組成,含有量 などは科 学技 術庁発行 の三訂 日本食品標準 成分表 を用 いて計算 し
た. また, BODはすべ てBODSで ある.
要 第 6 i壬 (1973)
糖質のBODの計算法 食 品中の糖 質含量 から, 糖 質 に基因 す るBODを知 るため には糖 質 1gがB
OD
何 gに相 当す るかを知 る必要 がある. これ らを 測 定 した既往 の文献 引は従 来 か らかな り知 られて い るがこの測定 は他 の 目的 の もとに実験 された ことも あってその値 はかな りば らつ いてい る9'.また,基質 ごとに異 なってい るので,本計算の よ うに糖 質 と し ての統 一 した一つの換算係数 をえようとす る場 合 は, 慎 重 な学 問的検討 が必要 で ある.その ま ､平均 した り,無配慮 に機械 的統 計処理 に かけることはかえって誤 りをおか しやす い,そこで, 次のデー タ処理方針 にもとづ いて,採用 す るBOD 値 を抽 出 し, この平均値 を求 め, さらに各基 質相互 の関係,理 論的酸素要求量 をもかん案 して,栂 質の 最終 的 な換算係数 を求 めた. デー タ処理方針 と して は,
1. BODは希釈法で 5日で測定 す るか ら,希釈 法5日培 養値 のみ を採用 す る.2.括性 汚泥法 で食 品上場廃 水 を処理 す る関係 か ら, BOD測定 の接種 源 は,原則 と して下水 を用 いた値 を採用 す る.3.徳 性 汚泥法 や他 の生物処理法 で も原則 と して 1日24hr 年間無休 の連続培 養 で あ るか ら,基質 は充 分馴 養 さ れた微生物群 によ り処理 されている.従 って基 質の BOD値 は高 い値 の方 が活性 汚泥法 の実態 にあった 正 しいもの と考 え られ るので, とびはなれた高値 や 理論値 をこえるものは別 と して, 一連 の高 い値 を採 用 して平均 す る, 4.こ ､で えられた値 は糖 質の他 の基質の係数 と比較 して その妥 当性 を再検討す る.
蛋白質の BODの計算 法 この場 合のデー タ処 理方針 も糖 質の場 合 と同様 で あるがこ ､で え られた 値 は,蛋 白質 またはア ミノ酸単独 に存 在す る場 合 が 多いので, 食品廃 水 の よ うに糖 質 と共在す る場 合の 蛋 白質の換算係数 を求 め ることが必要 になる. そこ で,後述 の よ うに,糖 質 と蛋 白質 共存暗 には糖 質 が 先 に資化 され ることよ り, 両者共通 の一つの換算係 数 を採用す ることに した.
脂質,集推賞 の BODの計算法 脂肪薮 の BO Dを求 めた ものは少 しはあるが脂 質の BODSを論 じ た ものはほ とん どか ､. 一方,活性 汚泥処理 の場合 は一般 にはスキ ミングによ り, または多量 の場 合 は 浮上法 によ り除去 され るので,一･応 BODにか ､ら ないもの と仮定 して お く. また,繊維 質の BODは 0
.
08gBOD/g5J程度 で あ り,これも浮遊物 と して 除去 され ること, また食品 中の含 有量 も少 ないこと0
と合 せて, ともにBODには か ゝらない もの と仮定 :5 :1で あれ ば良好 を栄養状態 で処理 で きるもの
す る. と考 え られて い る.従 って食品廃 水 の活性 汚泥処蝿
N‑BODバランスとp‑BODバランスの計算
理 し きれ を か っ た過 剰 に存 在 す るNとPで ある.
6lbで,
で は廃 水 中のBOD:N:Pは10:5:1の比 で除 法 食 品 または食品材 料 が その ま ､公 共水域 に放 去 され るもの と予想 され る. この比 よ り多いN また 流 され, または廃 棄 され る場 合 は その含有 BOD, はPが過剰 とな って処理排 水 とともに公 共水域 に放 N, Pが その ま ､水域 の富 栄養化 につ なが るが食品 流 され る. そこで過剰 なN またはPは次式 によ って 工場廃 水 が一応 , 活性 汚泥 処理 を うけた場 合 は, そ それ ぞれ計算 され るこ とに な る.
の処理排 水 は ど うで あ ろ うか.
二 ､で富 栄 養 化 につ な が るの は上記 の処理 で処
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Ⅲ 糖 質 ‑ BO Dの 換 算 係 数 よび その廃 水 の蛋 白質 BOD換 算係 数 とす る こ と と 上 記 の処理 方針 に適 した デ ー タの み を既 往 の文 献 した.
か ら集録 す る とTa lの よ うで あ る.基 質 のBO
Dは充 分 それ に適 応 した接種 源 によ る値 の方 が, 本 Ⅴ 糖 質 ･蛋 白 質 I BO D換 算 係 数 研 究 の 目的 に あ って い るので 高 い値 の方 が正 しい と 前述 の よ うに, 食 品 また は その廃 水 中 の糖 質 の B
le b
6 . 3
06. ,0 8を採 55の換 算係 数 を えた. 同様 に, 06.
み られ る. デ ンプ ンの場 合 は表 か ら 用 して平 均 して
OD換 算係 数 はデ ンプ ンで代 表 され る 0 7 06.
5と し, を えた.
5 06. 蛋 白質 の それ は カゼ イ ンで代 表 され る
しか し, これ らの値 は各 基 質単独 で存 在 す る場 合 の 1
07. 7, 乳糖 , グル コー スは それ 以 蕉糖 の換 算係 数 は
5 gBOD /g)
上 を えた. 従 って食 品 ま た は食 品 4
5 6 .
ぞ れ 05.3,0 で あ り, コー ンス ター チ は (
0
06. デー タが多 いが食 品 また は その廃 水 の場 合 は両基 質 が共存 す るとみ るの が妥 当 で あ る.糖 質 と蛋 白質 と 材 料, 食 品廃 水 中 の糖 質 の 大部 分 は デ ンプ ンで あ る が共存 す る場 合 は, まず糖 質 が先 に代謝 され るこ と
g
= 5 5 6 .
ので,糖 質 の BOD換 算係 数 を 糖 質 gxO 糖 質 の BODS
5 5
06. と定 めた. が知 られて い る.従 って共存 の場 合 は糖 質 よ り蛋 白 質 の換 算係 数 が高 い とは考 えに くい. そ こで.糖 質
5 06. 5を採 用
･蛋 白質共存 時 の統 一換 算係 数 と して
Ⅳ
蛋 白 質 ‑ BO Dの 換 算 係 数 す るこ とと した.従 って昨 年 の 日本 食 品工 業学 会 のⅢ と同様 に,既 往 文献 の処理 方針 に した が って処 シ ンポ ジウム 7)で統 一換 算係 数 の お ゝよ その値 と し 06.
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理 したデ ー タの み をTa に示 した. 8を提唱 したが本報 告では詳細 に検討 して これ を前述 の処理 方針 に従 って処理 し, 次 の よ う を採 用 した もの で あ る.
5 5 06. て
な換 算 係 数 を えた. す な わ ちカゼ イ ン06.70, ゼ ラ 8
08. 0
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° , ペ プ トン , グル タ ミン酸 ,グ リシン, チ ン
ア ラニ ン, アスパ ラギ ン酸 の 平 均 値
Ⅵ 食品材料のN ‑ BO Dバランスと P BO Dのバランス
06.90 (gBO D
イ ンな ど を平 均 して食 品 また は廃 水 中 の蛋 白質 の換 ,/g).こ ･に え られたゼ ラチ ン, ペ プ トン,カゼ
0 0
前述 の試 算 法 に従 って N‑BODバ ラ ンス を2 BOD,, p‑BOD,バ ラ ンス を1 P/BODsで求
N 0
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め た もの が
の がTa で あ る.
算係 数 にす べ きか ど うか. ゼ ラチ ン, ペ プ トンな ど は予 め微 生物 培 地 と して その発 育 に好適 な よ うに調
l3e ‑
Tba 8で あ り, こ れ を要 約 した も 製 された特定 の蛋 白質 と考 え るべ きで はなかろ うか.
そ こで, 前記 4種 ア ミノ酸 の平 均 値
0を も って一応 , 現段 階 にお け る食 品 お 0
9
06. , カゼ イ N ‑BODバランス 20N/BODの値 が 1にみ た ない とNがイく足 で あ るが, 1を越 える と越 えた分 ンの値06.7
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第 要 草農 紀
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ども, なお過剰 N となってNによ る公共水城 の富栄 類,魚類,獣肉,鶏肉,鶏卵 などで, それぞれ 養化 の因 となる. いま,値 の低 い もの か ら順 に食品
材料別 にあげると
0P/BODの値 よ り求 めたが, この値 が 1に
越 えた分 だけが活性 汚泥処理後 で も過剰 となってP ODバ ラ ンスを低 い値 か ら順 に列挙 す ると次 の よ う Nの不足 す るもの‑‑ グルコース, でん粉 ,糖 密,
そ,桑葉 などで, それぞれ1.69, Pの不足 す るもの‑･･･グル コース, でん粉 ,糖密, 2 堅 果 (乗 ), いも類,海 草 などで, それぞれ0.00, 9
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どで
Nの過剰 なもの‑･･･し好飲料,豆頬, ミル ク, み で ある.
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9 3 石井隆一郎 ･吉川 賢太郎 :食品材料 および食品 工場廃 水 の生物学的処理後 の富 栄 養化予測
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近 畿 大 学 農 学 部 紀 要 第 6号 (1973)
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石井隆一郎 ･吉川賢太郎:食品材料 および食品工場廃水の生物学的処理後 の富 栄 養化予測 41
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Pのや ゝ不足 す るもの･･み そ,穀類,根 果菜,‥‑ の もの と変化 していない場 合 が多 い.実測値 と計算 0
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00. .236,0.273,0.398 比 の変 らをい食品では, その廃 水 のバ ランスはもと 鰭 , し好飲料,豆類 などで,それぞれ05.8 値 がほ ゝヾ一致す るの もこのため と考 えられ る. しか
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Pの過剰 をもの･･･‑･(果実),葉菜,鶏肉,獣肉, 値 よ りか去 り高 い値 が観測 されている. これはBO 魚 類 , きの こ類 , 介 頬 , ミル クなどで, それぞれ D源で あるでん粉 が製品 と して除外 されたためで あ
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4
16. 16.916.9, る. このよ うにNやPは一般 にこ ゝで えられた計算 6
18. 値 よ り高 い値 と して廃 水 中 に存在 し,環境 水域 の富 277. .41で あった. 07. 9 48.9
Pの かな り過剰 なもの･･････鶏卵,種 実 (落花生) 栄養化 を招来 して いるもの とみ られ る. N‑BOD
,3 2の穀頬 か ら の鶏肉,獣肉 に至 る
などで それぞれ バ ランス
食品構成の ヒ トの食餌 か ら,主 と して糖 質,蛋 白鷺
Ⅶ 食 品 工 場 廃 水 とN‑ BO D
バランス
を消費 して排継 される し尿 が 9 1.9の異常 に高 いN過 そこで,現実 の食品工場廃 水 につ いて,実測 7)さ 剰 を示 してNの菖栄脊化 の主原因 になっているのも, れたNとBODとよ り, そのバ ランスを求 め, この こ ゝで えられた計算値 を原 点 と して廃 水の場 合 は, 値 と上述 の食品材料 の N‑BODバ ラ ンス とを求 め よ り高い富栄養化傾 向 を示 す もの と考 えられ る.て比較 した.
この場 合,計算法で は食品材料のN‑BODバ ラ Ⅸ 要 約
ンスはその食品材料 が加工 に用 い られ廃 水 となって 公共水域 の富栄養化 は今 や世 界的 な現象 と して識 も上記のバ ランスは変 らないもの と仮 定 して計算 し 者 の注 目をあつ めつ ゝあ り, とくにその主原 因 とみ
lle b た. その結果 はTa
準成 分表 よ りの値で あ り,一方廃 水 が現実 の もので 食品加工 と公衆衛生 の立場 か ら,食品材料 および食 品種 や加工法 なども必ず しも同一で ないことを考 え 品工場廃水 がN, Pの主 た る排 出源の一つで ある点 合せ ると, この種 の予測 と しては許容 範囲内の差 で にかん がみ, これ が富栄養化への寄与度 を予測 す る 大体 一致 して いることがわかる. ため, これ らBOD :N :P比 を試算す る方法 を,
既往 のデー タをもとに して解析 し,次の結果 をえた.
Ⅶ 考 察 1.食品分析 結 果 よ りBODを算出す る方法 を根 Oの よ うで,計 算 値 が食 品標 られ るNとPに対策の中心 がおかれて いる. そこで
上記のN‑BOD, p‑BODバ ランスはいず れ 討 し,糖 質 ‑ BOD換算係数 と して BOD換 算係 数 と して
5 5 06. を えた.
も食品材料 が加工後 も, その ま ゝのBOD :N :P また,蛋 白質 ‑ 06.70をえ lle
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比 で廃 水中 に存在 す るもの と して計算 した. 事実, た. そこで,糖 質 ･蛋 白質共存時 の両成分 の統 一換 Ta Oに示 した よ うに,加工の前後 で あ ま り成 分 算係数 と して06.55を採用 した.
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42 近 畿 大 学 農 学 部 紀
2.N‑BODバ ランス を求 め る方法 と して20N /BOD値 を求 め, 1よ りの過不足 か らN過剰 ,N不 足 を知 り,富栄衷化への寄与度 を予測 した.
3. p‑BODバ ランス を求 め る方 法 と して 100 P/BOD値 を求 め,前同様 その寄与度 を予測 した.
4.N‑BODバ ランスでは, グルコー ス, でん 粉,糖密,果実, いも頬,堅果 (棄 ) はN不足で あ り,種 実 (落花生),魚介類,鶏 ･獣肉,鶏卵 はN過 剰 で,活性汚泥法処理後 で もNの富栄養化 への寄与
は大で ある.
5･ p‑BODバ ランスで は グル コース,でん粉, 糖密,堅栗 原 ), いも類,海草 は
P
不足,鶏卵,種 実 (落花生)ではP過剰 で あった.6.上記の両バ ランスはいず れ も食品材料 その も ののN, Pの過不足 で あるが,食品加工後 は一般 に, 食品材料 を原 点 と して さらにN, Pの過剰度 は高 ま
り,富栄養化への寄与度 は大 なるもの と考 えられ る. (食品工場廃 水 に関す る研 究No.2)
本報告の一部 は昭和47年4円19日, 日本食品工業 学 会 シンポ ジウムで講演 した.
(近大農 ･食品栄養 ･食品衛生学研報告No.2‑総報
要 第 6号 (1973)
No.4)
文 献
1)環 告 :水質汚濁 にか ､る環境基準 につ いて環 告 59,昭和45年 4月21日間議 決定,同46年12月28日 2)総令:排水基準 を定 め る総理 府令総令35,昭和
46年 6月21日,同 7月 1日改正
3)土木学会 :ビワ湖将来水質 に関する調査報告書, 1〜123(1969).
4)中西 弘 :F水道協誌, 8(61‑ 7 8)9 2 17)(91.
5) H.H EUKELEKIAN and M.C.R AND:Sewagelnd.
Wasl.,27,1040‑1951 (1955).
6) E.N.H ELMERSJ.DF RAMBA.F.G REENBERG and C.N.SAWYER･Sew.Ind.Wast.,23,834‑842
(1951).
7)石井隆一郎 :昭和47年 日本食品工業学会 シンポ ジウム 食品工業 における廃 水 ･廃 棄物 の諸問 題,25‑35(1972).
8) M.SpJEGL and T.H.FoRREST:J.Sanil.Eng.
Div.,SA5,803‑815(1969).
9)井上菩介 :用水 と廃 水, 14212 1()4‑66(92.17) (昭和48年 1月19日受理 )
