乳業廃水の価値化が再生紙排水処理における白色腐朽菌の性能を高める

二つの廃棄物問題を一つの解決策に変える

紙と段ボールのリサイクルは木を守る一方で、分解しにくい化学物質や濃い着色を含む汚れた水を生み出します。乳製品工場もまた、栄養分が豊富な大量の廃水を排出し、河川や湖沼に悪影響を与えかねません。本研究は、これら二つの廃棄物流を組み合わせ、特定の菌類に処理させることで、汚染水を環境により安全なものへと変え、処理コストを下げつつ工場内での水の再利用を促進できることを示しています。

日常の紙と牛乳から出る汚れた水

現代生活は紙と乳製品に大きく依存しており、両産業とも大量の水を使用します。再生紙工場の排水にはリグニン、残留インク、各種添加剤など分解が難しい化合物が多く含まれ、化学的酸素要求量（COD）が非常に高く、強い着色や金属類を含むこともあり、水生生物に害を与える可能性があります。一方、乳業の廃水は有機物や窒素・リンなどの栄養塩を多く含み、未処理で放出されると微生物や藻類の異常増殖を引き起こします。

木材愛好の有用な菌類

研究者らは、白色腐朽菌の中でもBjerkandera adusta（ベルカンデラ・アドゥスタ）とPhanerochaete chrysosporium（ファネロカイテ・クリソスプロミウム）の二種に注目しました。これらは自然界では木材上に生息し、植物細胞壁をつなぐ頑丈なリグニンを分解することで知られています。強力な酵素系を放出して、染料や残留性の工業汚染物質を含む幅広い複雑で毒性のある化合物を分解できます。しかし、効率よく働くためには窒素やリンといった十分な栄養素が必要であり、こうした栄養は乳業廃水に豊富に含まれます。

浄化向上のための廃水の混合

本研究では、再生紙・段ボール工場の排水を原水のまま（滅菌やpH調整なし）乳業廃水と混合し、実際の工場条件を模して実験を行いました。研究チームは、紙排水の比率、菌投与量、接触時間を変えて検討し、大規模利用に実用的で効果的な条件を探しました。低濃度の紙排水（25％）ではCODや色の除去が比較的容易でしたが、50％の再生紙濃度が浄化性能と処理可能な水量のバランスとして最適でした。栄養源として乳業廃水をわずか10％加えるだけで菌の活性が大きく向上し、滅菌されていない実際の条件でも6日間で強力な汚染物質除去が達成されました。

どれくらい水がきれいになるのか？

選ばれた運転条件（紙排水50％、栄養豊富な乳業廃水、より高い菌量）では、システムはCODを約94％、着色を約36％除去しました。さらに5日間生物学的酸素要求量（BOD5）を95％以上低下させ、リグニンもほぼ半分除去しました。アルミニウム、チタン、スズ、亜鉛などの有害金属も大幅に減少し、場合によっては90％以上の低減が見られました。化学解析では、処理前に存在した多くの複雑な芳香族化合物が処理後には消失し、より単純な分子や有機酸が増え、菌類によるリグニン様構造の分解でより小さく、害の少ない断片に変わったことが示されました。

有毒から植物に優しい水へ

処理水が実際に安全かどうかを確かめるため、研究者らはムング豆（緑豆）を用いた種子発芽試験を行いました。未処理の紙・乳業混合廃水、特に高濃度では根の成長が強く阻害され、高い毒性が示されました。最適条件での菌処理後は、希釈なしの排水でも種子ははるかによく成長し、算出された植物毒性指数は半分以上低下しました。これは、このプロセスが単に汚染物を別の形に移すのではなく、生物に対する有害性を実際に減らしていることを示しています。

産業用水利用のループを閉じる

全体として、本研究は再生紙排水と乳業廃水を組み合わせ、適切な菌類を利用することで、二つの環境負荷をよりクリーンで循環的なシステムへと変えられることを示しています。高価な滅菌や化学薬品を使わずに、汚染を大幅に低減し、一部の金属を除去し、水の毒性を抑えつつ工場内での再利用を可能にします。一般向けの要点は明瞭です：適切な微生物に一つの産業の廃棄物を食べさせて別の産業の廃水を浄化すれば、水の節約、コスト削減、河川や土壌への負担軽減が同時に達成できる、ということです。

引用: Kamali, H., Gholami, M., Ehrampoush, M.H. et al. Dairy wastewater valorization enhances white rot fungi performance in recycled paper effluent treatment. Sci Rep 16, 8345 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35695-z

キーワード: 再生紙廃水, 乳業廃水, 白色腐朽菌, バイオレメディエーション, 循環型経済