(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水またはし尿の処理において、高い塩濃度を有する排水を生物により硝化脱窒する工程において、該生物としてニトロソモナス属に属する耐塩性アンモニア酸化細菌ＦＥＲＭ  ＢＰ−４９６６を用いることを特徴とする生物硝化脱窒方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排水・し尿処理及び発電所で発生する排水の処理など、高塩濃度排水の生物による硝化脱窒方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の排水処理設備、し尿処理設備または発電所から発生するアンモニアを大量に含有する排水の処理施設などでは、生物を利用した硝化脱窒方法が広く適用されている。排水中のアンモニアは硝化菌の働きにより、下記の式（１）  、式（２）  の反応で硝酸イオンにまで酸化される。
【化１】
ＮＨ４  ＋  ＋  ３／２Ｏ２  ＋ＮＯ２  −  ＋２ｅ−  →ＮＯ２  −  ＋２Ｈ２  Ｏ……式（１）
ＮＯ２  −  ＋  １／２Ｏ２                    →ＮＯ３  −            ……式（２）
通常、式（１）  の反応はアンモニア硝化細菌によって行われ、式（２）  の反応は亜硝酸酸化細菌によって行われている。
硝化菌の働きによって生成した硝酸イオンは、脱窒菌の働きにより下記の式（３）  の反応で窒素ガスに還元され、排水中から除去される。
【化２】
ＮＯ３  −  ＋  ６Ｈ＋  →  Ｎ２  ＋３Ｈ２  Ｏ      ……式（３）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、処理対象が海水、またはそれ以上の塩濃度の排水になった場合、生物硝化脱窒には、高塩濃度に馴養した淡水の硝化汚泥、及び脱窒汚泥が使用されているが、このような汚泥では耐塩性が低いため、硝化性能が低く、しかも不安定である。これまでのところ、海水レベル以上の高塩濃度排水の生物硝化脱窒方法については、ほとんど検討されていない。
また、海洋性硝化菌は淡水性硝化菌よりも高い耐塩性を有すると考えられるが、産業的に利用できるものはなかった。
本発明はこのような現状に鑑み、海水レベル以上の高塩濃度排水の生物硝化脱窒方法の提供を目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決する手段として、排水またはし尿の処理において、高い塩濃度を有する排水を生物により硝化脱窒する工程において、該生物としてニトロソモナス属に属する耐塩性アンモニア酸化細菌ＦＥＲＭ  ＢＰ−４９６６を用いることを特徴とする生物硝化脱窒方法を提供する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明は、海水またはその以上の塩濃度に耐性を有し、かつ高濃度の基質存在下でも生育可能なニトロソモナス属に属する海洋性の耐塩性アンモニア酸化細菌ＦＥＲＭ  ＢＰ−４９６６を利用することにより、硝化脱窒装置を高性能且つ安定に運転するものである。
【０００６】
〔作用〕
上記式（１），（２）  及び（３）  の硝化脱窒反応においては、アンモニア酸化細菌の働きで生成した亜硝酸イオンを基質として亜硝酸酸化細菌が増殖する。さらにこれによって生成した硝酸イオンを利用して脱窒菌が増殖する。従って、硝化脱窒が順調に行われるためには、第一にアンモニア酸化細菌によりアンモニアの酸化が安定して行われることが必要である。
本発明においては、塩分を含む排水を処理するときに、耐塩性を有する新規なアンモニア酸化細菌を利用する。これにより排水処理施設でのアンモニア酸化反応を高性能化且つ安定化できる。
【０００７】
本発明者らは高塩濃度でも高い効率で且つ安定にアンモニアを酸化できる新規な菌の獲得を考え、海水魚蓄養装置の硝化槽の担体に付着させている硝化細菌に着目した。海水魚蓄養装置とは、水揚げされた活魚を生きたまま飼育しておく装置であり、魚自身の排泄するアンモニアが水中に数ｐｐｍ蓄積すると魚を死滅させてしまうので、飼育水槽の水はアンモニア除去のための生物処理槽（硝化槽）に送られ、担体に付着保持された微生物（硝化細菌）によりアンモニアを亜硝酸イオンを経て無害な硝酸イオンに酸化させ、処理後の飼育水は再度水槽に戻し循環使用する。
【０００８】
本発明者らは海水魚蓄養装置の硝化槽内担体を分離源として、高濃度の基質を含む培地を用いてスクリーニングを行い、海水、またはそれ以上の塩濃度に耐性を有し、かつ高濃度の基質存在下でも生育可能な海洋性アンモニア酸化細菌を単離するに至った。該アンモニア酸化細菌についての研究を重ね、Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ  ＳＰ．ＭＡ−６と命名し、通商産業省工業技術院生命工学工業技術研究所に「特許手続上の微生物の寄託の国際的承認に関するブダペスト条約」に基づく原寄託を行い、平成７年１月１０日に（受託番号）ＦＥＲＭ  ＢＰ−４９６６  として受託された。
【０００９】
なお、本発明にいう海水またはそれ以上の塩濃度とは、各種の塩分の総量が海水の塩分濃度またははそれ以上であることを意味し、具体的にはいわゆる標準海水（海水１ｋｇ中に３５．０ｇの塩類を含むもの）である。
【００１０】
さらに本発明にいう高濃度の基質とは、具体的には窒素として１０〜１，０００ｐｐｍを含有するものをいう。
【００１１】
耐塩性アンモニア酸化細菌の単離
〔１〕スクリーニング方法
海水魚蓄養装置の硝化槽内より、微生物の付着担体である多孔質セラミックビーズ（５ｍｍφ）を採取した。約１ｇのセラミックビーズを海水１０ｍｍの入った試験管に加えて激しく撹拌し、担体表面に付着した微生物を海水中に遊離、懸濁させた。                                                              この懸濁海水の全量を、２００ｍｌのアンモニア酸化細菌用培地に接種し、２８℃で集積培養を行った。使用した培地の組成を表１に示す。一般に、海洋性硝化菌の培地の基質量はアンモニア態窒素として１０ｐｐｍ程度であるのに対して、この培地は高濃度の基質（アンモニア態窒素２００ｐｐｍ）を含有している。なお、表１中のＨＥＰＥＳとはＮ−２−ヒドロキシエチルピペラジン−Ｎ’−２−エタンスルホン酸の略称であり、天然海水として神奈川県城ケ島で採取した海水を使用した。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
３〜４週間に１度、集積培養液２０ｍｌを新鮮培地１８０ｍｌに植え継ぎ、２８℃で合計１２ヵ月間集積培養を行った。集積培養の間、アンモニア酸化菌の増殖に伴う培養液中のアンモニアの減少をインドフェノール青吸光光度法〔ＪＩＳＫ０１０２：アンモニウムイオンが次亜塩素酸イオンの共存のもとで、フェノールと反応して生じるインドフェノール青の吸光度（波長６３０ｎｍ付近）を測定してアンモニウムイオンを定量する方法〕により測定、確認した。
集積培養液を滅菌海水（表１の近年海水を滅菌したもの）を用いて適当な濃度に希釈し、平板培地に塗沫、培養した。平板培地は、表１の培地に  Ｂｕｌｌ．  Ｊｐｎ．  Ｓｏｃ．  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．  Ｅｃｏｌ．，４    （１９８９）  ｐ．１０１  に記載されたゲランガムを１０ｇ／リットル添加して作成し、培養は２８℃で１ヵ月間行った。
平板培養後、出現したコロニーを釣菌して５ｍｌの液体培地（表１の培地）に接種し、２８℃で１ヵ月間培養した。培養液中のアンモニア濃度を測定し、アンモニア濃度の減少の認められた株を選択し、これを海洋性アンモニア酸化細菌ＭＡ−６株と命名した。
【００１４】
〔ＩＩ〕ＭＡ−６株の菌学的性質：
ＭＡ−６株の菌学的性質を調べた結果を、表２に示す。
【００１５】
【表２】
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【００１６】
上記したＭＡ−６株の菌学的性質は、海水培地で生育可能である点を除きニトロソモナス属（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ  ｓｐ．）の基準株であるニトモソモナス  エウロパーエア（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ  ｅｕｒｏｐａｅａ）ＡＴＣＣ２５９７８の菌学的性質とよく類似していたので、ＭＡ−６株の帰属をニトロソモナス属とした。
【００１７】
ＭＡ−６株は、耐塩性を有し、高濃度の基質存在下でも生育能を有するため、高塩濃度排水の生物硝化脱窒法に利用すると多大な効果を発揮する。本菌株、Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ  ｓｐ．ＭＡ−６株は、前記のように平成７年１月１０日付けで工業技術院生命工学技術研究所に受託番号：ＦＥＲＭ  ＢＰ−４９６６として国際寄託してある。
【００１８】
〔ＭＡ−６株の耐塩性試験〕
ＭＡ−６株を表１の培地で培養集菌し、滅菌海水に懸濁した後、この懸濁液５ｍｌ（懸濁液中の菌濃度：１０７  個／ｍｌ）を耐塩性試験用培地４５ｍｌに接種し、２８℃で７日間培養した。耐塩性試験用培地には表１の培地組成の海水を蒸留水に代えたものを用い、塩濃度は人工海水粉末（ハイペット（株）製、商品名スウィングハイマリン）の添加量を変えることにより、海水同等，２倍，３倍及び４倍濃度になるように調整した。
【００１９】
培養の後、菌の生育の有無を光学顕微鏡（５００倍）を用いた直接計数法により確認し、インドフェノール青吸光光度法にて培養液のアンモニア濃度を測定した。この結果、表３に示すようにＭＡ−６株は海水の３倍までの塩濃度の培地でも生育できることと、これに伴う培地中のアンモニアの減少が認められた。これにより、ＭＡ−６株は海水レベル以上の塩濃度に耐性を有し、高濃度の基質存在下で生育できて、アンモニアを酸化できる菌であることが確認できた。
【００２０】
【表３】
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【００２１】
このようにＦＥＲＭ  ＢＰ−４９６６は、海水の３倍の塩濃度及び高濃度基質の存在下でも生育可能な耐塩性アンモニア酸化菌であり、高塩濃度排水の生物硝化に利用すると多大な効果を発揮することができる。本発明において硝化脱窒工程にいて本株を利用する詳細については、以下の実施例で説明する。
【００２２】
【実施例】
〔実施例〕
図１は本発明の一実施例を示すものであって、処理対象水５００ｍｌを含む水槽１、耐塩性アンモニア酸化細菌ＦＥＲＭ  ＢＰ−４９６６を付着させた５ｍｌφのセラミックビーズ５０ｍｌが充填してある硝化菌リアクタ２、処理対象水を循環させる送液ポンプ３及び酸素を供給するためのブロワ４より構成されている。
運転開始前の水槽１の処理対象水は２００ｐｐｍのアンモニア態窒素が含まれており、塩濃度は人工海水粉末（ハイペット（株）製、商品名スウィングハイマリン）によって調整されている。水槽１内のの処理対象水は送液ポンプ３によって、硝化菌リアクタ２に送られ、アンモニアの処理が行われた後、再び水槽１に返送される。
時間ｔ＝ｔ１  （運転開始日）からｔ＝ｔ２  （運転終了日）における処理対象水中のアンモニア態窒素濃度が、それぞれＮ１  からＮ２  （ｍｇ−Ｎ／リットル）に変化するとき、硝化菌リアクタ２の硝化性能は下記の式（４）  で算出できる。
【数１】
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【００２３】
本実施例においては、運転期間は１〜３日間の種々の期間で計３回行ったが、各回ともにｔ１  ＝０日、ｔ２  ＝１日でのアンモニアの減少量で性能評価した。結果を表４に示す。表４から明らかなように、ＦＥＲＭ  ＢＰ−４９６６を利用した硝化菌リアクタは、海水の２倍の塩濃度でも、従来の淡水の処理と同等で、かつ安定した硝化性能を有することが確認された。
【００２４】
【表４】
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【００２５】
また上記におけるアンモニア濃度（Ｎ  ｍｇ／リットル）の測定結果は表５に示す通りであった。表５から繰り返し使用しても処理速度が変わらず、また高塩濃度にさらしても処理速度が低下しないこと、つまり耐塩性にすぐれて安定した運転が可能であることがわかる。
【００２６】
【表５】
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【００２７】
【発明の効果】
本発明は、従来処理が困難であった高塩濃度排水の生物による硝化脱窒を、高効率でかつ安定に行うことができるので、産業上、環境保護上非常に有利であり、例えば排水・し尿処理、発電所で発生する排水の処理などに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法の概略説明図である。
【図１】
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