(57)【要約】【課題】嫌気性アンモニア酸化細菌を容易に安定して増殖させることができる菌体の安定増殖方法および装置を提供する。【解決手段】嫌気性アンモニア酸化細菌を増殖させる工程は、培養槽混合液中における亜硝酸体窒素の濃度が１８ｍｇ／ｌ以上３３ｍｇ／ｌ以下の範囲に制御されて行なわれる菌体の安定増殖方法および装置である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養槽に、アンモニア体窒素と亜硝酸体窒素とを含む培養液と、嫌気性アンモニア酸化細菌とを収容する工程と、
前記培養槽において、前記培養液と前記嫌気性アンモニア酸化細菌とを接触させることによって嫌気性アンモニア酸化細菌を増殖させる工程と、を含み、
前記嫌気性アンモニア酸化細菌を増殖させる工程は、前記培養液と前記嫌気性アンモニア酸化細菌との混合物である培養槽混合液中における前記亜硝酸体窒素の濃度が１８ｍｇ／ｌ以上３３ｍｇ／ｌ以下の範囲に制御されて行なわれる、嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖方法。
【請求項２】
前記嫌気性アンモニア酸化細菌を増殖させる工程は、前記培養槽混合液の温度が２５℃以上４１℃以下の範囲に制御され、前記培養槽混合液のｐＨが６．５以上９．０以下の範囲に制御されて行なわれる、請求項１に記載の嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖方法。
【請求項３】
前記嫌気性アンモニア酸化細菌を増殖させる工程においては、窒素負荷を０．５ｋｇ／ｍ3・日以上５ｋｇ／ｍ3・日以下とする、請求項１または２に記載の嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖方法。
【請求項４】
前記培養槽にアンモニア体窒素と亜硝酸体窒素とを含む追加培養液を供給する工程をさらに含み、
前記追加培養液を供給する工程は、少なくとも、前記培養槽混合液中における前記亜硝酸体窒素の濃度が２０ｍｇ／ｌ以上３０ｍｇ／ｌ以下の範囲となるように行なわれる、請求項１から３のいずれか１項に記載の嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖方法。
【請求項５】
前記追加培養液の窒素濃度を５０ｍｇ／ｌ以上１０００ｍｇ／ｌ以下とする、請求項４に記載の嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖方法。
【請求項６】
培養槽と、
前記培養槽に収容された、アンモニア体窒素と亜硝酸体窒素とを含む培養液と、嫌気性アンモニア酸化細菌との混合物である培養槽混合液中における亜硝酸体窒素の濃度を測定するための亜硝酸測定装置と、
前記亜硝酸測定装置で測定された前記亜硝酸体窒素の濃度に基づいて前記培養槽混合液中における前記亜硝酸体窒素の濃度を１８ｍｇ／ｌ以上３３ｍｇ／ｌ以下の範囲に制御するための制御機構と、を備えた、嫌気性アンモニア酸化細菌の培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、菌体の安定増殖方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
湖沼をはじめとする内湾および内海などの閉鎖系水域における富栄養化現象の進行が社会問題として取り上げられてから久しい。生物の異常な増殖をもたらす要因が何であるか、未だ明確ではないが、窒素および燐をはじめとする栄養塩類の増加も主要な要因の一つと考えられている。
【０００３】
窒素化合物が河川に放流された際の弊害としては、（i）アンモニアの毒性、（ii）アンモニアの酸化に伴う溶存酸素の消費、（iii）植物性プランクトンの異常増殖とこれに伴う水生生物への影響、および（iv）浄水場における減菌用塩素量の増加および塩濃度の増加などが指摘されている。
【０００４】
排水中の窒素化合物の処理法としては、たとえば、電気透析法、イオン交換法、逆浸透膜法および蒸留法などの多成分処理法と、アンモニアストリッピング法、ゼオライト吸着法、不連続塩素処理法および生物学的処理法などの選択的処理法とがある。
【０００５】
生物学的処理法には、藻類、光合成細菌またはメタン資化性細菌などを利用した微生物菌体への固定法、アンモニア体窒素の硝酸体窒素への酸化を目的とした硝化法、亜硝酸体窒素および硝酸体窒素を窒素ガスとして除去する脱窒素法、ならびに硝化法と脱窒素法とを組み合わせた硝化脱窒素法などがある。
【０００６】
なかでも、硝化脱窒素法は、有機体窒素、アンモニア体窒素、亜硝酸体窒素および硝酸体窒素などの幅広い形体の窒素化合物が対象となり、処理後の窒素の形体が二次汚染の心配のない窒素ガスが主体である点などの特長を有する。
【０００７】
嫌気性アンモニア酸化反応は、von der Graafらによって、１９９０年に初めて発表された。当時、嫌気性アンモニア酸化反応は、アンモニアと硝酸とにより脱窒素する反応として紹介された。そして、１９９４年に、レビューで紹介された後、１９９５年に、オランダのデルフト工科大学の研究グループにより正式な論文として公表された。
【０００８】
その後、嫌気性アンモニア酸化反応は、嫌気性アンモニア酸化細菌によるアンモニアと亜硝酸とによる反応であると訂正され、次の式（Ｉ）で表わされる化学量論式（実験式）が提示された。
【０００９】
ＮＨ4+＋１．３２ＮＯ2-＋０．０６６ＨＣＯ3-＋０．１３Ｈ+
→１．０２Ｎ2＋０．２６ＮＯ3-＋０．０６６ＣＨ2Ｏ0.5Ｎ0.15＋２．０３Ｈ2Ｏ  …（Ｉ）
現在報告されている嫌気性アンモニア酸化細菌は、嫌気性独立栄養細菌であって、有機物を必要としない細菌であり、アンモニア体窒素（ＮＨ4−Ｎ）および亜硝酸体窒素（ＮＯ2−Ｎ）を必要な基質として利用し、増殖する。
【００１０】
嫌気性アンモニア酸化反応において消費されるアンモニア体窒素と亜硝酸体窒素とのモル比は、１：１．３２である。そして、嫌気性アンモニア酸化反応により発生する全窒素のうち、８８％が大気に放出され、液中には硝酸体窒素として１１％が残存し、残りの約１％が嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖に用いられる。
【００１１】
ここで注目されるのが、嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖に１％の窒素が用いられるということである。この値は、嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖率が低いことを示しており、嫌気性アンモニア酸化細菌の培養に多大な時間を要することを示している（増殖が極めて遅く、平均倍加時間は１１日）。また、この値は、余剰汚泥生成率が低いことを示している。
【００１２】
現在、排水処理の現場では、大量に発生する余剰汚泥をどのように扱うかということが１つのテーマとなっている。嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖率の低さが、余剰汚泥の発生量を少なくしている。一説によれば、余剰汚泥の発生量は、従来法に比較して、７０％程度低減できると言われている。
【００１３】
一般的な生物学的処理法による脱窒素法は、全窒素を硝酸体窒素にまで酸化して、その後、大量の水素供与体（メタノール等の有機物）を加えて、窒素ガスに変換することにより行なわれる。
【００１４】
一方、嫌気性アンモニア酸化反応を利用した嫌気性アンモニア酸化細菌による脱窒素法においては、全窒素の約１／２を亜硝酸体窒素まで酸化した後に、脱窒素工程が行なわれる。この方法は、従来法とは異なり、水素供与体を加える必要がないことが大きな利点となる。すなわち、嫌気性アンモニア酸化細菌による脱窒素法においては、酸化エネルギが約１／３になり、さらには水素供与体を加える必要がなくなるため、ランニングコストを大幅に低減することができる。
【００１５】
嫌気性アンモニア酸化細菌による脱窒素法においては、現在普及している一般的な生物学的脱窒素処理装置と比べてランニングコストが大幅に低減できる可能性があるにも関わらず、実用化の面で足踏み状態が続いている。その原因の１つとしては、嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖率が低いという問題がある。
【００１６】
たとえば、特許文献１には、基質の供給速度をＹ、基質の供給定数をＫ、対数増殖期に入ってからの培養日数をＴ、培養運転開始時の基質濃度をＡとしたときに、嫌気性アンモニア酸化細菌が対数増殖期に入ったときから、Ｙ＝Ａ×ｅｘｐ（Ｋ×Ｔ）の式を満たすように、培養槽へ供給する基質の供給速度Ｙを制御する嫌気性アンモニア酸化細菌の培養方法が記載されている。
【００１７】
また、非特許文献１には、不織布を用いて嫌気性アンモニア酸化細菌を培養する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００６−２４６８４７号公報
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】古川憲治、「嫌気性アンモニア酸化（anammox）を活用する高速窒素除去法の開発」、資源環境対策、Vol.46, No.6，2010, pp.54-59
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
特許文献１に記載の方法によれば、嫌気性アンモニア酸化細菌の培養日数が１５日を超えてから嫌気性アンモニア酸化細菌の細菌数が飛躍的に増大することが示されているが（特許文献１の図１等）、Ｙ＝Ａ×ｅｘｐ（Ｋ×Ｔ）の式を満たすように基質の供給速度Ｙを制御するのは困難であり、仮に制御できたとしても、特許文献１の図１等に示されるような嫌気性アンモニア酸化細菌の細菌数の飛躍的な増大は現実には起こり得ない。
【００２１】
また、非特許文献１に記載の方法においては、複雑な操作が要求されるため、嫌気性アンモニア酸化細菌を容易に増殖することができない。
【００２２】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、嫌気性アンモニア酸化細菌を容易に安定して増殖させることができる嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖方法および嫌気性アンモニア酸化細菌の培養装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、培養槽にアンモニア体窒素と亜硝酸体窒素とを含む培養液と嫌気性アンモニア酸化細菌とを収容する工程と、培養槽において培養液と嫌気性アンモニア酸化細菌とを接触させることによって嫌気性アンモニア酸化細菌を増殖させる工程と、を含み、嫌気性アンモニア酸化細菌を増殖させる工程は、培養液と嫌気性アンモニア酸化細菌との混合物である培養槽混合液中における亜硝酸体窒素の濃度が１８ｍｇ／ｌ以上３３ｍｇ／ｌ以下の範囲に制御されて行なわれる嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖方法である。
【００２４】
また、本発明は、培養槽と、培養槽に収容された、アンモニア体窒素と亜硝酸体窒素とを含む培養液と、嫌気性アンモニア酸化細菌との混合物である培養槽混合液中における亜硝酸体窒素の濃度を測定するための亜硝酸測定装置と、亜硝酸測定装置で測定された亜硝酸体窒素の濃度に基づいて培養槽混合液中における亜硝酸体窒素の濃度を１８ｍｇ／ｌ以上３３ｍｇ／ｌ以下の範囲に制御するための制御機構と、を備えた、嫌気性アンモニア酸化細菌の培養装置である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、嫌気性アンモニア酸化細菌を容易に安定して増殖させることができる嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖方法および嫌気性アンモニア酸化細菌の培養装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に用いられる嫌気性アンモニア酸化細菌の培養装置の一例の模式的な構成図である。
【図２】培養槽混合液の亜硝酸体窒素濃度と全窒素除去率との関係を示す図である。
【図３】培養槽混合液の亜硝酸体窒素濃度を１０ｍｇ／ｌ、２０ｍｇ／ｌ、３０ｍｇ／ｌおよび４０ｍｇ／ｌにそれぞれ制御した系の窒素除去量と、経過日数との関係を示す図である。
【図４】培養槽混合液の亜硝酸体窒素濃度を２０ｍｇ／ｌに制御した系の培養槽混合液の温度と、活性度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２８】
図１に、本発明に用いられる嫌気性アンモニア酸化細菌の培養装置の一例の模式的な構成図を示す。図１に示す培養装置１は、培養槽５と、培養槽５の外周に取り付けられた温水ジャケット６と、培養槽５に供給される培養液２１が貯蔵されている培養液タンク２と、培養槽５中の培養液２１と嫌気性アンモニア酸化細菌２０との混合物である培養槽混合液２４のｐＨを調整するｐＨ調整剤２３が貯蔵されているｐＨ調整剤タンク１６と、温水ジャケット６に供給される温水２２が貯蔵されている恒温水槽８と、を備えている。
【００２９】
培養液タンク２と培養槽５とは、培養液供給ライン４によって接続されている。培養液供給ライン４には培養液供給ポンプ３が設けられており、培養液供給ポンプ３の駆動によって、培養液タンク２中の培養液２１を培養槽５に供給することができる構成とされている。
【００３０】
恒温水槽８と培養槽５とは、温水供給ライン１１，１２によって接続されている。温水供給ライン１１は、恒温水槽８中に設置された温水循環ポンプ１０に接続されており、温水循環ポンプ１０の駆動によって、恒温水槽８中の温水２２を温水ジャケット６に供給することができる構成とされている。また、温水供給ライン１２は、温水ジャケット６中の温水２２を恒温水槽８中に戻す構成とされている。恒温水槽８には、また、恒温水槽８には、温度制御装置９が設置されており、温度制御装置９の駆動によって、恒温水槽８中の温水２２の温度を一定に保つことができる構成とされている。
【００３１】
ｐＨ調整剤タンク１６と培養槽５とは、ｐＨ調整剤供給ライン１８によって接続されている。ｐＨ調整剤供給ライン１８にはｐＨ調整剤供給ポンプ１７が設けられており、ｐＨ調整剤供給ポンプ１７の駆動によって、ｐＨ調整剤タンク１６中のｐＨ調整剤２３を培養槽５に供給することができる構成とされている。
【００３２】
培養槽５には、培養槽混合液２４の亜硝酸体窒素濃度を測定するための亜硝酸測定装置１３と、培養槽混合液２４を攪拌するための攪拌機７と、培養槽混合液２４の酸化還元電位（ＯＲＰ：Oxidation-Reduction Potential）を測定するためのＯＲＰ計１５と、培養槽混合液２４のｐＨ値を測定するためのｐＨ測定装置１４とが設けられている。さらに、培養槽５には、嫌気性アンモニア酸化細菌２０による処理後の処理水を培養槽５から流出させるための処理水ライン１９が設けられている。
【００３３】
培養液供給ポンプ３と亜硝酸測定装置１３とは接続されており、亜硝酸測定装置１３で測定された培養槽混合液２４の亜硝酸体窒素濃度に基づいて、培養液供給ポンプ３の駆動の可否を切り替えることできる構成とされている。
【００３４】
また、ｐＨ調整剤供給ポンプ１７とｐＨ測定装置１４とは接続されており、ｐＨ測定装置１４で測定された培養槽混合液２４のｐＨ値に基づいて、ｐＨ調整剤供給ポンプ１７の駆動の可否を切り替えることができる構成とされている。
【００３５】
以下、図１に示す培養装置１を用いて行なわれる本発明の嫌気性アンモニア酸化細菌の増殖方法の一例について説明する。
【００３６】
まず、培養槽５に、アンモニア体窒素と亜硝酸体窒素とを含む培養液２１と、嫌気性アンモニア酸化細菌２０とを収容する工程を行なう。この工程は、たとえば、培養槽５に嫌気性アンモニア酸化細菌２０を収容した後に、培養液供給ポンプ３を駆動させて、培養液タンク２から培養液２１を培養液供給ライン４を通して培養槽５に供給することにより行なうことができる。
【００３７】
ここで、培養槽５としては、嫌気性アンモニア酸化細菌２０と培養液２１とを接触させて嫌気性アンモニア酸化細菌２０を増殖できる槽であれば特に限定されないが、たとえば自己造粒グラニュール、固定床および流動床などの嫌気性アンモニア酸化細菌２０の保持手段を備えた槽を用いてもよい。
【００３８】
また、嫌気性アンモニア酸化細菌２０としては、たとえば、Candidatus Brocadia anammoxidans（Accession Number：AF375994）、Candidatus Kuenenia stuttgartiensis（Accession Number：AF375995）、またはUncultured planctomycete, KSU-1（Accession Number：AB057453）などを用いることができる。
【００３９】
また、培養液２１としては、アンモニア体窒素と亜硝酸体窒素とを含む培養液を特に限定なく用いることができる。
【００４０】
次に、培養槽５において、培養液２１と嫌気性アンモニア酸化細菌２０とを接触させることによって嫌気性アンモニア酸化細菌２０を増殖させる工程を行なう。この工程は、たとえば、上述のように、嫌気性アンモニア酸化細菌２０が収容された培養槽５に培養液２１を供給し、攪拌機７によって培養槽混合液２４を攪拌することによって行なうことができる。
【００４１】
培養液２１と嫌気性アンモニア酸化細菌２０との接触によって、上記の式（Ｉ）で表わされる嫌気性アンモニア酸化反応が起こり、培養液２１中のアンモニア体窒素と亜硝酸体窒素とを基質として生分解し、摂取することにより嫌気性アンモニア酸化細菌２０が増殖する。また、攪拌機７による培養液２１の攪拌により、培養液２１中の亜硝酸体窒素の濃度をより均一にすることができる。
【００４２】
ここで、本発明においては、培養槽混合液２４の亜硝酸体窒素の濃度を１８ｍｇ／ｌ以上３３ｍｇ／ｌ以下の範囲に制御して嫌気性アンモニア酸化細菌２０の増殖が行なわれる。これは、本発明者が鋭意検討した結果、培養槽混合液２４の亜硝酸体窒素の濃度を１８ｍｇ／ｌ以上３３ｍｇ／ｌ以下の範囲に制御して嫌気性アンモニア酸化細菌２０の増殖を行なうことにより、嫌気性アンモニア酸化細菌２０を容易に安定して増殖させることができることを見い出したことによるものである。なお、「ｌ」は、リットルを意味する。
【００４３】
また、嫌気性アンモニア酸化細菌２０を増殖させる工程においては、培養槽混合液２４の亜硝酸体窒素の濃度を１８ｍｇ／ｌ以上２２ｍｇ／ｌ以下の範囲に制御して嫌気性アンモニア酸化細菌２０の増殖が行なわれることが好ましい。この場合には、嫌気性アンモニア酸化細菌２０を容易に安定して増殖させることができる傾向が大きくなる。
【００４４】
また、嫌気性アンモニア酸化細菌２０を増殖させる工程において、培養槽混合液２４の温度は、２５℃以上４１℃以下の範囲に制御されることが好ましい。培養槽混合液２４の温度を２５℃以上４１℃以下の範囲に制御して嫌気性アンモニア酸化細菌２０を増殖させた場合には、嫌気性アンモニア酸化細菌がより活性となる傾向にある。
【００４５】
培養槽混合液２４の温度は、たとえば、温度制御装置９の駆動により温度が調節された恒温水槽８中の温水２２を、温水循環ポンプ１０の駆動により、温水供給ライン１１を通して温水ジャケット６に供給し、温水供給ライン１２を通して温水ジャケット６から排出することにより制御することができる。
【００４６】
また、嫌気性アンモニア酸化細菌２０を増殖させる工程において、培養槽混合液２４のｐＨは、６．５以上９．０以下の範囲に制御されることが好ましく、７．０以上８．０以下の範囲に制御されることがより好ましい。培養槽混合液２４のｐＨを６．５以上９．０以下の範囲、特に７．０以上８．０以下の範囲に制御して嫌気性アンモニア酸化細菌２０を増殖させた場合には、嫌気性アンモニア酸化細菌を容易に安定して増殖させることができる傾向が大きくなる。
【００４７】
培養槽混合液２４のｐＨは、たとえば以下のようにして制御することができる。まず、培養槽５に設置されたｐＨ測定装置１４を用いて培養槽混合液２４のｐＨ値を連続的に測定する。そして、培養槽混合液２４のｐＨ値の高低に基づいて、ｐＨ調整剤供給ポンプ１７の駆動の可否を制御し、ｐＨ調整剤タンク１６から培養槽５へのｐＨ調整剤供給ライン１８を通じたｐＨ調整剤２３の供給の有無を決定することにより、培養槽混合液２４のｐＨ値を制御することができる。ここで、ｐＨ調整剤２３は、培養槽混合液２４のｐＨ値を変更することができるものであれば特に限定されない。
【００４８】
また、嫌気性アンモニア酸化細菌２０を増殖させる工程において、窒素負荷は、０．５ｋｇ／ｍ3・日以上５ｋｇ／ｍ3・日以下とすることが好ましく、１．５ｋｇ／ｍ3・日以上３ｋｇ／ｍ3・日以下とすることがより好ましい。窒素負荷を０．５ｋｇ／ｍ3・日以上５ｋｇ／ｍ3・日以下、特に１．５ｋｇ／ｍ3・日以上３ｋｇ／ｍ3・日以下に制御して嫌気性アンモニア酸化細菌２０を増殖させた場合には、嫌気性アンモニア酸化細菌を容易に安定して増殖させることができる傾向が大きくなる。なお、窒素負荷は、培養液２１の窒素濃度および送液量によって、適宜調節することが可能である。
【００４９】
また、嫌気性アンモニア酸化細菌２０を増殖させる工程において、嫌気性アンモニア酸化細菌を容易に安定して増殖させる観点からは、ＭＬＳＳ（Mixed Liquor Suspended Solids）負荷は、０．１ｋｇ／ｋｇ・日以上１ｋｇ／ｋｇ・日以下とすることが好ましく、０．３ｋｇ／ｋｇ・日以上０．６ｋｇ／ｋｇ・日以下とすることがより好ましい。
【００５０】
培養槽混合液２４は、培養液供給ポンプ３の駆動により培養液タンク２から培養槽５に連続的に供給され、嫌気性アンモニア酸化細菌２０との接触後に処理水ライン１９から培養槽５の外部に連続的に流出させることができる。この場合に、培養槽混合液２４の亜硝酸体窒素の濃度は、たとえば以下のようにして、１８ｍｇ／ｌ以上３３ｍｇ／ｌ以下の範囲に制御することができる。
【００５１】
すなわち、培養槽５に設置された亜硝酸測定装置１３を用いて培養槽混合液２４の亜硝酸体窒素濃度を連続的に測定する。そして、培養槽混合液２４の亜硝酸体窒素濃度が３３ｍｇ／ｌとなった時点で培養液供給ポンプ３の駆動を停止して培養液タンク２から培養槽５への培養液２１の供給を停止する。また、培養槽混合液２４の亜硝酸体窒素濃度が１８ｍｇ／ｌとなった時点で培養液供給ポンプ３の駆動を再開して培養液タンク２から培養槽５に追加の培養液２１を供給する。これにより、培養槽混合液２４の亜硝酸体窒素の濃度を１８ｍｇ／ｌ以上３３ｍｇ／ｌ以下の範囲に制御して嫌気性アンモニア酸化細菌２０を増殖させることができる。
【００５２】
なお、培養槽混合液２４の亜硝酸体窒素の濃度を１８ｍｇ／ｌ以上２２ｍｇ／ｌ以下の範囲に制御して嫌気性アンモニア酸化細菌２０を増殖させる場合にも、上記と同様の操作を行なうことにより達成することができる。
【００５３】
ここで、培養槽５に培養液２１を追加供給する場合には、嫌気性アンモニア酸化細菌２０を容易に安定して増殖させる観点から、培養槽混合液２４における亜硝酸体窒素の濃度が１８ｍｇ／ｌ以上３３ｍｇ／ｌ以下の範囲、好ましくは１８ｍｇ／ｌ以上２２ｍｇ／ｌ以下の範囲に制御して培養液２１を追加供給することが好ましい。
【００５４】
また、培養槽５に培養液２１を追加供給する場合には、追加供給される培養液２１の窒素濃度（アンモニア体窒素と亜硝酸体窒素との合計の窒素濃度）は、５０ｍｇ／ｌ以上１０００ｍｇ／ｌ以下であることが好ましく、１００ｍｇ／ｌ以上７００ｍｇ／ｌ以下であることがより好ましい。
【００５５】
前記の式（Ｉ）で表わされる嫌気性アンモニア酸化反応においては、１モルのアンモニア体窒素に対して、１．３２モルの亜硝酸体窒素が必要であることが示されている。したがって、嫌気性アンモニア酸化細菌２０の増殖のために追加供給される培養液２１のアンモニア体窒素と亜硝酸体窒素とのモル比は、アンモニア体窒素：亜硝酸体窒素＝１：１．３２とされることが最も好ましいと考えられる。しかしながら、実際に、アンモニア体窒素と亜硝酸体窒素とのモル比が、アンモニア体窒素：亜硝酸体窒素＝１：１．３２とされた培養液２１を追加供給した場合には、アンモニア体窒素の濃度の低下が律速となり、亜硝酸体窒素が残留しやすくなる。嫌気性アンモニア酸化細菌２０が窒素を効率良く摂取して増殖するためには、アンモニア体窒素と亜硝酸体窒素との理想的なモル比（アンモニア体窒素：亜硝酸体窒素＝１：１．３２）よりもアンモニア体窒素のモル比を高くした培養液２１を追加することが好ましい。
【実施例】
【００５６】
図１に示す培養装置１を用いて、以下に示される一連の試験を行なった。嫌気性アンモニア酸化細菌２０の増殖に用いられた培養液２１の合成培地組成を表１に示す。
【００５７】
【表１】
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【００５８】
表１に示す合成培地組成を有する培養液２１の調製例を以下に示す。ここで、培養液２１としては、アンモニア体窒素濃度１５０ｍｇ／ｌおよび亜硝酸体窒素濃度１５０ｍｇ／ｌ（アンモニア体窒素と亜硝酸体窒素との合計の窒素濃度３００ｍｇ／ｌ）を１０リットル調製する場合（以下の（i）〜（ix）の順に操作を行なう）について説明する。
【００５９】
（i）水道水９リットル強を容器に準備する。（ii）容器内の水道水中に散気用ストーンを沈めて、散気用ストーンから窒素ガスを継続的に供給し、水道水中から酸素を除去する。（iii）微量元素溶液Ａを４ｍｌ、微量元素溶液ＢおよびＣをそれぞれ１０ｍｌずつ容器に添加する。（iv）硫酸アンモニウム粉末を７．０７ｇおよび亜硝酸ナトリウム粉末を７．３９ｇをそれぞれ容器に添加する。（v）上記の粉末が溶解したことを確認した後溶存酸素（ＤＯ）計で、溶液中の溶存酸素濃度が０．５〜１ｍｇ／ｌ以下であることを確認する。（vi）散気用ストーンからの窒素ガスの供給を一旦停止し、水道水を容器に供給して、容量を１０リットルとする。（vii）散気用ストーンからの窒素ガスの供給を再開し、ＤＯ計で、溶液中の溶存酸素濃度が０．５〜１ｍｇ／ｌ以下であることを再度確認する。（viii）緩衝液３０ｍｌを容器中に添加し、窒素ガスの供給を停止して、水道水から散気用ストーンを取り出す。（ix）培養液２１の供給用のホースを容器に設置した後、容器の水面が空気に触れないようにラップ等で覆う。
【００６０】
上記のようにして調製した培養液２１を用いて嫌気性アンモニア酸化細菌２０の増殖を試みた。まず、容量が３リットルのアクリル製の培養槽５に嫌気性アンモニア酸化細菌２０を投入し、培養液タンク２中に収容された上記の培養液２１を、培養液供給ポンプ３の駆動によって培養液供給ライン４を通して培養槽５の下部より培養槽５に投入した。これにより、アンモニア体窒素と亜硝酸体窒素とを含む培養液２１と、嫌気性アンモニア酸化細菌２０とが培養槽５中に収容された。
【００６１】
次に、培養液２１は、培養槽５中で嫌気性アンモニア酸化細菌２０と接触して分解されて窒素ガスが発生し、培養槽５の上部から系外に排出された。嫌気性アンモニア酸化細菌２０によって処理された処理水は、培養槽５の上部から処理水ライン１９を通って培養槽５の外部に排出された。
【００６２】
ここで、立ち上げ時の培養液２１のアンモニア体窒素濃度、亜硝酸体窒素濃度および窒素負荷は、それぞれ、５０ｍｇ／ｌ、５０ｍｇ／ｌおよび０．１ｋｇ／ｍ3・日であった。そして、立ち上げから定常状態になるまで、徐々に、アンモニア体窒素濃度、亜硝酸体窒素濃度および窒素負荷を上げて、嫌気性アンモニア酸化細菌２０の増殖を促進させた。なお、定常状態では、アンモニア体窒素濃度および亜硝酸体窒素濃度は一定とした。また、培養液タンク２から培養槽５に培養液２１を連続的に供給し、処理水ライン１９からは処理後の処理水を連続的に排出した。
【００６３】
そして、１日１回、処理水ライン１９から排出された処理水について、イオンクロマトグラフにより分析を行ない、窒素の除去量、処理水中の残留窒素の成分および濃度を記録し、その記録から培養槽混合液２４の亜硝酸体窒素濃度と全窒素除去率との関係をまとめた。その結果を図２に示す。なお、図２において、縦軸は全窒素除去率［％］を示しており、横軸は亜硝酸体窒素濃度［ｍｇ／ｌ］を示している。
【００６４】
なお、全窒素除去率［％］は、処理前の培養液２１のアンモニア体窒素濃度と亜硝酸体窒素濃度との和（処理前全窒素濃度）から処理後の培養液２１のアンモニア体窒素濃度と亜硝酸体窒素濃度と硝酸体窒素濃度との和（処理後全窒素濃度）を差し引いた値（全窒素除去濃度）の処理前全窒素濃度に対する割合［％］である。
【００６５】
図２に示す結果から、嫌気性アンモニア酸化細菌２０の濃度環境が同レベルである場合には、培養槽混合液２４の亜硝酸体窒素濃度が低下するにしたがって、全窒素除去率が高くなる傾向にあることが確認された。
【００６６】
上記の実験においては、培養槽混合液２４の亜硝酸体窒素濃度が１０ｍｇ／ｌ以上４０ｍｇ／ｌ以下の範囲である場合には、培養槽混合液２４の亜硝酸体窒素濃度が低下するにしたがって、全窒素除去率が高くなる傾向が見られた。しかしながら、嫌気性アンモニア酸化細菌２０の増殖効率を考慮したとき、全窒素除去率が高ければ良いとは必ずしも言えない可能性がある。嫌気性アンモニア酸化細菌２０の増殖効率が最適となる亜硝酸体窒素濃度の範囲を見い出すために以下の実験を行なった。
【００６７】
まず、培養槽５中の嫌気性アンモニア酸化細菌２０の菌体濃度を３５００ｍｇ／ｌとし、窒素負荷を１．５ｋｇ／ｍ3・日とし、さらに培養液タンク２中の培養液２１のアンモニア体窒素濃度を１３５ｍｇ／ｌ、亜硝酸体窒素濃度を１６５ｍｇ／ｌとして、培養液タンク２中の培養液２１の全窒素濃度（アンモニア体窒素濃度と亜硝酸体窒素濃度との和）を３００ｍｇ／ｌとした。
【００６８】
なお、培養液タンク２中の培養液２１の全窒素濃度の設定は、アンモニア体窒素濃度と亜硝酸体窒素濃度とのモル比がアンモニア体窒素（１２５ｍｇ／ｌ）：亜硝酸体窒素（１６５ｍｇ／ｌ）＝１：１．３２となるように調製した後、アンモニア体窒素濃度を１０ｍｇ／ｌ上積みすることにより行なった。
【００６９】
本実験においては、培養槽混合液２４の亜硝酸体窒素の制御濃度を、１０ｍｇ／ｌ、２０ｍｇ／ｌ、３０ｍｇ／ｌおよび４０ｍｇ／ｌの４通りとし、それぞれ実験を行なった。培養槽混合液２４の亜硝酸体窒素濃度を一定に保つために、培養槽混合液２４の亜硝酸体窒素濃度を亜硝酸測定装置１３で測定し、測定された亜硝酸体窒素濃度に応じて培養液供給ポンプ３の駆動の可否を切り替えるように設定した。ここで、亜硝酸体窒素濃度が１０ｍｇ／ｌの場合には１０ｍｇ／ｌ±２０％の範囲内に制御されるように設定し、亜硝酸体窒素濃度が２０ｍｇ／ｌおよび３０ｍｇ／ｌの場合には±１０％の範囲内に制御されるように設定し、亜硝酸体窒素濃度が４０ｍｇ／ｌの場合には±５％の範囲内に制御されるように設定した。
【００７０】
具体的には、亜硝酸体窒素濃度が１０ｍｇ／ｌの実験においては、亜硝酸測定装置１３で測定された亜硝酸体窒素濃度が１２ｍｇ／ｌとなったときに培養液供給ポンプ３の駆動を停止し、８ｍｇ／ｌとなったときに培養液供給ポンプ３の駆動を開始した。
【００７１】
また、亜硝酸体窒素濃度が２０ｍｇ／ｌの実験においては、亜硝酸測定装置１３で測定された亜硝酸体窒素濃度が２２ｍｇ／ｌとなったときに培養液供給ポンプ３の駆動を停止し、１８ｍｇ／ｌとなったときに培養液供給ポンプ３の駆動を開始した。
【００７２】
また、亜硝酸体窒素濃度が３０ｍｇ／ｌの実験においては、亜硝酸測定装置１３で測定された亜硝酸体窒素濃度が３３ｍｇ／ｌとなったときに培養液供給ポンプ３の駆動を停止し、２７ｍｇ／ｌとなったときに培養液供給ポンプ３の駆動を開始した。
【００７３】
また、亜硝酸体窒素濃度が４０ｍｇ／ｌの実験においては、亜硝酸測定装置１３で測定された亜硝酸体窒素濃度が４２ｍｇ／ｌとなったときに培養液供給ポンプ３の駆動を停止し、３８ｍｇ／ｌとなったときに培養液供給ポンプ３の駆動を開始した。
【００７４】
温度条件は、温度制御装置９を駆動して、培養槽５中の培養液２１の温度が３５℃に維持されるように設定した。また、培養槽混合液２４のｐＨ値は７．５になるように設定され、ＯＲＰ計１５は培養槽５の内部雰囲気の監視に用いた。また、１０ｍｇ／ｌ〜４０ｍｇ／ｌのいずれの亜硝酸体窒素濃度についても実験を１１日間行なった。その結果を図３に示す。図３において、縦軸は窒素除去量［ｋｇ／ｍ3・日］を示しており、横軸は経過日数［日］を示している。なお、培養槽５の単位体積当たりの窒素除去量［ｋｇ／ｍ3・日］は、上記において定義されている全窒素除去濃度と培養液２１の日間処理量との積を培養槽５の体積で除して算出した。
【００７５】
図３に示すように、培養槽混合液２４の亜硝酸体窒素の制御濃度が、１０ｍｇ／ｌ、２０ｍｇ／ｌ、３０ｍｇ／ｌおよび４０ｍｇ／ｌのいずれにおいても、実験の開始時には、１．５ｋｇ／ｍ3・日の窒素除去量を示していたが、時間の経過とともに、窒素除去能力に差異が生じることが確認された。
【００７６】
すなわち、亜硝酸体窒素濃度が４０ｍｇ／ｌに制御された系においては、実験の開始時から窒素除去量が徐々に低下し始め、１１日目には実験の開始時の窒素除去量である１．５ｋｇ／ｍ3・日を下回り、０．８ｋｇ／ｍ3・日となった（当初の窒素除去量の５３％に低下）。
【００７７】
一方、亜硝酸体窒素濃度が２０ｍｇ／ｌに制御された系においては、実験の開始時から窒素除去量が徐々に上昇し始め、１１日目には実験の開始時の窒素除去量である１．５ｋｇ／ｍ3・日を超えて１．９ｋｇ／ｍ3・日となった（当初の窒素除去量の１２７％に上昇）。
【００７８】
また、亜硝酸体窒素濃度が３０ｍｇ／ｌに制御された系においては、窒素除去量がほぼ平衡状態を維持していた。
【００７９】
亜硝酸体窒素濃度が１０ｍｇ／ｌに制御された系においては、当初最も良い結果が得られることが期待されたが、窒素除去量の低下傾向が見られた。
【００８０】
また、亜硝酸体窒素濃度が、１０ｍｇ／ｌ、２０ｍｇ／ｌ、３０ｍｇ／ｌおよび４０ｍｇ／ｌのそれぞれの実験において、実験終了時の培養槽５中の嫌気性アンモニア酸化細菌２０の菌体濃度を測定し、実験開始時の菌体濃度（３５００ｍｇ／ｌ）から実験終了時の菌体濃度を差し引いて菌体増加量を求めた。また、菌体増加量と上記のそれぞれ実験の１１日間の期間の総窒素除去量（期間窒素除去量）とから下記の式（ＩＩ）により菌体増加率を算出した。その結果を表２に示す。
【００８１】
菌体増加率＝１００×（期間中の菌体増加量）／（期間中の窒素除去量）…（ＩＩ）
【００８２】
【表２】
2014166605.tif 000004
【００８３】
表２に示すように、亜硝酸体窒素濃度が、１０ｍｇ／ｌ、２０ｍｇ／ｌ、３０ｍｇ／ｌおよび４０ｍｇ／ｌのいずれの実験においても、嫌気性アンモニア酸化細菌２０の増殖傾向が見られたが、最も増殖していたのは亜硝酸体窒素濃度を２０ｍｇ／ｌで制御した系であり、その菌体増加率は４．５％であった。
【００８４】
なお、上記の４通りの系における菌体の増加率は３．０〜４．５％であった。これらの数値は、嫌気性アンモニア酸化細菌２０に対する負荷量でも変動すると思われる。しかしながら、これらの系の実験開始時の窒素菌体負荷量は０．４３ｋｇ／ｋｇ・日であり、この負荷量で８５％の窒素除去率が得られているため、嫌気性アンモニア酸化細菌２０の活性は一般的な知見から正常と判断することができる。
【００８５】
上記の表２に示される実験結果からは、以下のことが推測される。すなわち、亜硝酸体窒素濃度が１０ｍｇ／ｌに制御された系においては、亜硝酸体窒素濃度が２０ｍｇ／ｌに制御された系よりも菌体増加率が小さい。これは、亜硝酸体窒素濃度が１０ｍｇ／ｌに制御された系においては、低窒素濃度環境で嫌気性アンモニア酸化細菌２０が働く必要があるが、低濃度領域で窒素を摂取する必要があるため、菌体増加率が低くなると考えられる。
【００８６】
また、亜硝酸体窒素濃度が４０ｍｇ／ｌに制御された系においては、菌体増加率の亜硝酸による阻害の傾向が明らかに見受けられる。一般的に、亜硝酸による菌体増加率の阻害の影響は、亜硝酸体窒素濃度が４０ｍｇ／ｌである場合には特に問題ないと言われているが、嫌気性アンモニア酸化細菌２０を容易に安定して増殖させることには問題があると考えられる。
【００８７】
したがって、上記の実験結果から、嫌気性アンモニア酸化細菌２０を容易に安定して増殖させる観点からは、亜硝酸体窒素濃度を２０ｍｇ／ｌで制御した系または３０ｍｇ／ｌで制御した系が好ましく、２０ｍｇ／ｌで制御した系が最も好ましいと考えられる。
【００８８】
すなわち、嫌気性アンモニア酸化細菌２０を容易に安定して増殖させる観点からは、嫌気性アンモニア酸化細菌２０を増殖させる工程において、亜硝酸体窒素濃度は１８ｍｇ／ｌ以上３３ｍｇ／ｌ以下の範囲に制御されることが好ましく、１８ｍｇ／ｌ以上２２ｍｇ／ｌ以下の範囲に制御されることが特に好ましいと考えられる。
【００８９】
また、図４に、培養槽混合液２４の温度［℃］と、上述のように培養槽混合液２４の亜硝酸体窒素濃度を２０ｍｇ／ｌで制御した系における嫌気性アンモニア酸化細菌２０の活性度［％］との関係を示す。図４において、縦軸は活性度［％］を示しており、培養槽混合液２４の温度［℃］を示している。なお、活性度［％］は、上記で定義された全窒素除去率［％］と同義である。
【００９０】
図４に示すように、８０％以上の窒素除去率を達成するためには、培養槽混合液２４の温度は２５℃以上４１℃以下であることが好ましいことが確認された。
【００９１】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
嫌気性アンモニア酸化反応を利用した排水処理装置においては、少量の嫌気性アンモニア酸化細菌を用意し、菌体を少しずつ増量させながら装置を立ち上げていくことが多い。そのため、嫌気性アンモニア酸化細菌を安定して増殖させていくことが要求され、本発明は、この要求に応えることができる発明であり、簡易な方法であるが故に、排水処理装置の最適な運転方法につながっていくと考えられる。
【符号の説明】
【００９３】
１  培養装置、２  培養液タンク、３  培養液供給ポンプ、４  培養液供給ライン、５  培養槽、６  温水ジャケット、７  攪拌機、８  恒温水槽、９  温度制御装置、１０  温水循環ポンプ、１１，１２  温水供給ライン、１３  亜硝酸測定装置、１４  ｐＨ測定装置、１５  ＯＲＰ計、１６  ｐＨ調整剤タンク、１７  ｐＨ調整剤供給ポンプ、１８  ｐＨ調整剤供給ライン、１９  処理水ライン、２０  嫌気性アンモニア酸化細菌、２１  培養液、２２  温水、２３  ｐＨ調整剤、２４  培養槽混合液。
【図１】
2014166605.tif 000005
【図２】
2014166605.tif 000006
【図３】
2014166605.tif 000007
【図４】
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