종래의 오니처리는, 살아 있는 오니 세포이건, 폐사한 오니 세포이건, 견고한 세포막으로 둘러싸인 완전한 형태의 오니 세포를 처리했었다. 이것으로 탈수나, 생물처리나 불완전한 상태로 종료시킬 수 밖에 없는 것이다.
만약, 여기서 세포막이 파괴되면, 세포내의 수분도 간단하게 탈수할 수 있다. 뿐만 아니라, 세포질도 밖으로 나오기 때문에, 당연하게 처리의 대상이 된다.
그림１에 있는 세포질은, 세포막에 싸인 복잡한 콜로이드계이다. 세포질내에는 리보좀과 같은 대사와 관계가 깊은 과립 및 저장 물질인 다당류, 지방질등과 같은 과립이 포함된다. 이러한 영양 물질이 세포막을 찢고 밖으로 튀어나오면, 다른 미생물의 기초물질이 될 수 있으므로, 새로운 생물처리의 전개를 기대할 수 있다.
오니의 세포막 파괴, 이 공정이야말로 새로운 생물처리, 즉 오니 성분의 생 분해→소산→소멸이라고 하는 획기적인 프로세스의 출발점이 될 것이다.
３．세포 파괴 기술
세포의 파괴 실험에 대해서는, 고바야시의 침투압 충격 처리와 음파 처리에 의한 세포 파괴 실험 보고가 매우 흥미롭다.４）
침투압 충격 처리에 의해서 파괴된 균체의 세포는, 내용물이 튀어 나와, １０ kc/sec의 음파 처리로 세포벽이 파괴된 아조드백터는 시간의 경과와 함께 미립자화해 간다.…이 보고는, 세포 파괴→내용물산출→미립자화→생 분해라고 하는 공정을 암시시키는 실험이다.
그러나, 침투압 충격 처리나 음파 처리도 대량의 오니를 처리하는 방법은 아니다. 연간 １억 수천만 톤이라고 하는 방대한 양의 산업 오니를, 세포 파괴→미립자화→생 분해→소산(消散)이라고 하는 프로세스로 소멸시키는 기술은, 에너지 낭비형의 기존 기술계로부터가 아니고, 엉뚱함이라고도 생각되는 미래형 발상으로부터 탄생할 것이다.
A．오니 세포의 분산화
물질이 미립자가 되어 물 속에서 현탁상태(서스펜션)가 되는 것을 분산이라고 한다.입자의 성능은 입자의 지름이 작을수록 뛰어나지만, 미립자를 만드는 기계인 분산기의 성능과 구조가 대상 물질에 따라서 다르기 때문에, 설계 조건과 결과 평가는 모두 중요한 포인트가 된다.
본보의 경우, 균체세포를 파괴하고, 세포막이나 세포질도 함께 미립자로 하는 것이 기본적인 설계 조건이 된다.일반론으로서 분산기는, 충격•충돌 기능과 절단 기능의 한쪽 또는 양쪽 기능을 가진다.
앞서 서술했듯이, 세균 세포는, 세포질막, 세포벽, 점액층 혹은 협막과 몇개층의 막질로 둘러싸여져 강인하고 유연한 구조로 되어 있다.이러한 세포 구조를 파괴•분쇄하기 위해서는, 격렬한 충격•충돌 현상과 강렬한 절단 현상을 동시에 실현하지 않으면 안 된다.
충격•충돌 현상은 충돌 속도에 따르며, 또한, 절단 현상은 마찰 속도에 따르고 효과가 높아진다.５) 어느 것이나 속도가 최대 중요 포인트가 된다.
특히 마찰 속도는, 고속층류와 저속층류를 끊임없이 서로 스치게하는 것이 중요하다.
B．분산기
필자가 발안한 분산기(개발 코드명：「그룬바•엔진」)는, 고속으로 회전시켜 극한까지 속도를 올린 오니수가 격렬하게 충돌할 때에 발생하는 충격 현상과 절단 현상에 의해 오니 세포를 파쇄•분쇄하는 구조로 되어 있다.(그림３참조)
분산기•「그룬바•엔진」은, 폭포와 용소(龍沼)를 이미지하여 발안하였다.
폭포와 용소는 물을 구조적으로 변화시킨다.물과 물, 물과 바위가 격돌해, 수괴가 격렬하게 찢기고 마찰되어 잘라지며 강렬한 발포 현상과 산화 작용, 충격파와 초음파가 발생하여, 맑고 깨끗한 이온이 주변에 충만한다.…이러한 「용소 현상」이 연속적으로 야기 되는 머신으로서 「그룬바•엔진」은 설계되었다.
실제, 용소에서는, 물의 클러스터 뿐만이 아니라, 물고기의 사체등도 미진화시킨다.「그룬바•엔진」에서도, 고기토막이나 골판지조각이 극미세한 ＳＳ로 변용한다.게다가 「그룬바•엔진」의 충돌 엔진 부분에 미세 기포를 압입하면, 미세 기포가 파열할 때에 발생하는 초음파의 작용으로, ＳＳ는 한층 세분화된다. |
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필자의 실험에서는, 오니 세포도 파괴되어, 미립자로까지 파쇄•분쇄되며 현미경으로 상세하게 관찰해도 정상적인 오니 세포는 전무였다.
헤세이 １０년 １１~１２월, 치바현소재 우유 가공 메이커인 후루야 유업의 배수 처리 시설에서 실시한 오니 파괴 처리 실증 실험에서는, 오니 세포의 파괴 상태를 투수 필터에 의해서 확인하였다. 파괴전의 오니 세포는 필터에 의해서 １００%포획 되지만, 「그룬바•엔진」으로 처리된 오니는 필터를 완전하게 통과해 버려 포획 할 수 없었다.이것은 오니가 초미립자로까지 파쇄•분쇄되어 버렸기 때문이었으며, 현미경으로도 확인할 수 있었다.(투수 필터는 요시미츠 나일론사의 ＴＮ３０을 사용했다).
그리고, 상기 실증 실험에서는, ２시간의 그룬바 처리에 의해서 오니 수중에 용해되 있던 단백질이나 지방질등이 산산히 쪼개져 미세 ＳＳ화하는 현상을 볼 수 있었다.이 초미세한 ＳＳ는 ４０~５０분만에 완전하게 응집하여 침강 했다.
４．미립자 효과
분산계에 있어서, 입자의 성능은 입자 지름이 작을수록 뛰어나지만, 이점은 생 분해 속도에 대해서도 들어맞는다.
A．비표(比表)면적
유기물이 미생물에 의해서 분해되는 속도는, 미생물의 수와 종류가 많은 만큼, 또한, 미생물이 공격하는 기초물질(기질)의 비표면적이 클수록 빨리 된다.
기질의 비표면적이란, 물체１ｇ당의 표면적으로서, 물체가 작아지면, 거기에 응해 비표면적이 증대한다. 그림４는, １변이 １ｃｍ의 입방체로서 표면적은 ６㎠이다. 이 입방체를 각변 １０ 등분 하면 １변１ｍｍ의 입방체가
１０００개 가 되어 이 １０００개의 총표면적은 ６０㎠가 된다.이와 같이 물체가 작아지면, 비표면적도 증대한다.이 관계는 구체의 계에서도 마찬가지며, 그 계산 예를 표４에서 표시하였다.
표４에서, 구상(球狀) 입자의 지름이 １ｍｍ인 경우, 비표면적은 ０.００１２０㎡/ｇ에 지나지 않지만, 지름이 ０.０００１ｍｍ가 되면 비표면적이 １２. ㎡/ｇ로 현저하게 증대한다.６)
자연계의 미생물의 대부분은 고형물 표면에 부착해 생활하고 있기 때문에, ７) 비표면적이 크다고 하는 것은, 부착하는 미생물수와 증식율이 함께 증대하는 것이다.
표 4에서 보듯이, 반경이 １ｍｍ의 구체１개보다, 반경이 ０.０００１ｍｍ 쪽이 １만배의 표면적을 가지기 때문에, 미생물수도 １만배라는 것이 된다.
B．내부로부터의 생분해
（表４）구상 입자의 지름과 비표면적
| 半径（mm） |
比表面積（m2/g） |
１
０.１
０.０１
０.００１
０.０００１ |
０.００１２０
０.０１２０
０.１２０
１.２０
１２.０ |
유기물의 미생물에 의한 분해라고 하는 관점에서 말하면, 미립자화는 한층 더 중요한 의미를 가진다. 즉, 그림４에서 본다면, １ｃｍ각(角)의 입방체는 표면만이 생분해되지만, １ｍｍ각으로 했을 경우에, 표면 만이 아니라 내부로부터도 분해가 진행되므로, 생 분해의 반응이 속도를 극한까지 올리는 것이 가능해진다.
그리고, 유기물의 부패를 억제하기 위해서 발효 시키는 경우, 유기물의 형상이 크면 내부에서는 부패가 진행하고, 발효되는 것은 외부만, 이라는 것이 되지만, 미립자화에 의해 발효균을 내부까지 보내게 되므로 이상적인 발효가 진행된다.
C．미립자와 미생물간의 인력
 미생물 세포는, 보통은 부의 가전을 띠고 있다.만약 「그룬바 처리」되어 파괴된 오니의 미립자가, Ｆｅ3+, Ｃｏ3+, Ｃｕ2+ 등 2-3 價 (가)의 카치온을 가지고 있으면, 오니 미립자１개당 미생물의 부착량은 현저하게 증대한다.８)
그러나, 가전 상태와 관계없이, 그림５와 같이 입자의 표면적에 기인한 흡착력, 가역성, 팽윤성, 응집성, 등의 입자 활성은, 비표면적의 증대와 함께 높아진다.
이와 같은 사실은, 미생물 세포라고 하는 초미립자에 관해서도 마찬가지이다.미생물의 세포지름은,μｍ(마이크로미터)의 오더이므로, 비표면적은 현저하게 크다.
따라서, 오니 미립자와 미생물은, 흡착력, 응집성 모두 크므로, 그 결합은 아주 급속하게 일어나는 것이다.이 결합 후, 미생물은 세포외 효소(=소화 효소)를 분비하여, 생 분해를 진전시키게 된다.
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