(57)【要約】【課題】本発明の課題は、微生物を用いて好気的に廃水中の窒素およびリンを効率良く処理する技術を提供することである。【解決手段】本発明は、アルカリゲネス属菌を用いて好気性条件下で廃水を処理することによって廃水の脱窒および脱リンを同時に行う。本発明においては、廃水中のリン濃度を制御することにより脱窒速度を制御する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリゲネス属菌を用いて好気性条件下で廃水を処理することによって廃水中の窒素およびリンを同時に除去する方法であって、
廃水中のリン濃度を制御することにより脱窒速度を制御する、上記方法。
【請求項２】
廃水中のリン濃度を低くすることによって炭素源の消費速度を小さくする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
廃水中のリン濃度を低くすることによって脱リン速度に対する脱窒速度を大きくする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
脱窒速度／脱リン速度が１〜１００である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
廃水中のリン濃度を２００ｍｇ／Ｌ以下にすることを含む、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
廃液中の窒素濃度／リン濃度の重量比を５〜２００にすることを含む、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
廃液中の窒素濃度／リン濃度の重量比をアルカリゲネス属菌の菌体を構成する窒素濃度／リン濃度の重量比よりも高くすることを含む、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
アルカリゲネス属菌が、アルカリゲネス・フェカリスＮｏ４（受託番号ＦＥＲＭ  Ｐ−１８１１４）を含む、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物を用いた廃水処理方法および廃水処理装置に関する。特に本発明は、廃水に含まれる窒素やリンを効率的かつ制御よく除去できるような廃水処理方法および廃水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場や各種処理場などから排出される廃水について、生物学的に処理する方法が知られている。例えば、高濃度のアンモニア態窒素を含む廃水を処理する方法として、廃水に含まれるアンモニア態窒素を硝化菌によって硝酸態窒素または亜硝酸態窒素に酸化してから、無酸素状態において脱窒菌の作用により脱窒する方法が知られている。
【０００３】
しかし、従来の生物学的な処理法は、好気条件下における硝化とその後の嫌気条件下における脱窒とを組み合わせたプロセスであるため、処理に時間がかかり、また、反応装置も大きくならざるを得ない。すなわち、好気条件下における硝化は、炭酸ガスを基質とする反応であるため硝化菌の比増殖速度が遅く（０．０５／時間程度）、また、その後の嫌気条件下における反応も遅いため、最終的に脱窒するまでに相当な時間が必要になり、反応槽も大きくする必要がある。
【０００４】
また、高濃度のアンモニア態窒素を含む廃液は、同時にリンを含む場合が多いことが知られている。リンは、化学的な処理によって沈降させることが可能であるものの、生成する沈殿の分離や再利用、廃棄に大きな手間と費用が必要である。廃液に含まれるリンについては、生物学的な脱リン法も知られている。例えば、特許文献１には、嫌気的にポリリン酸を生成させてから好気的にポリリン酸を微生物内に取り込んで脱リンするとともに、窒素成分を硝酸イオンに変換することによる硝化・脱リン法が記載されている。
【０００５】
一般的な微生物は、菌体内に２〜３重量％のリンを含有しているが（菌体内のリン重量／乾燥菌体の重量比：２〜３％）、リンを高濃度で取り込む特殊な微生物が知られている。非特許文献１に記載された微生物は、ＲＮＡの構成要素としてリンを取り込むため、乾燥重量当たり１７％以上という高濃度でリンを体内に取り込むことが知られているが、この微生物には脱窒機能はない。
【０００６】
また、特許文献１には、アルカリゲネス属菌は好気培養下で脱窒を行うので反応が速いことが知られている（特許文献１、非特許文献２〜４）。アルカリゲネス属菌の比増殖速度は０．３〜０．４／時間であり、一般的な硝化菌に比較して圧倒的な増殖速度を有しており、優れた脱窒機能を有することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2003-285096号公報（特許第4267860号）
【特許文献２】特開2002-199875号公報（特許第3750053号）
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Agricultural and Biological Chemistry, 44(2), 319-324, 1980.
【非特許文献２】Journal of Bioscience and Bioengineering, 100, 184-191, 2005.
【非特許文献３】Biotechnology Letters, 27,773-778、2005.
【非特許文献４】Journal of Bioscience and Bioengineering, 103, 66-73, 2007.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、廃水に含まれるアンモニア態窒素を硝化菌によって硝化処理しただけでは系内に硝酸態窒素または亜硝酸態窒素が残ってしまう。硝酸体窒素や亜硝酸体窒素を脱窒するには、一般には嫌気発酵により窒素化合物を窒素ガスに変換して排出することが必要であるが、嫌気発酵には時間がかかり、設備も大型にならざるを得なかった。
【００１０】
このような状況に鑑み、本発明は、全工程を好気性条件下で行うことができ、かつ脱窒と脱リンを効率的かつ同時に行うことのできる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題について本発明者が鋭意検討したところ、好気性条件下で脱窒する機能を有するアルカリゲネス菌を用いることによって、廃水に含まれる窒素とリンを同時に効率良く除去できることを見出し、特に廃水中のリン濃度を制御することにより脱窒速度を制御できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１２】
これに限定されるものではないが、本発明は下記の態様を包含する。
（１）  アルカリゲネス属菌を用いて好気性条件下で廃水を処理することによって廃水中の窒素およびリンを同時に除去する方法であって、廃水中のリン濃度を制御することにより脱窒速度を制御する、上記方法。
（２）  廃水中のリン濃度を低くすることによって炭素源の消費速度を小さくする、（１）に記載の方法。
（３）  廃水中のリン濃度を低くすることによって脱リン速度に対する脱窒速度を大きくする、（１）または（２）に記載の方法。
（４）  脱窒速度／脱リン速度が１〜１００である、（１）〜（３）のいずれかに記載の方法。
（５）  廃水中のリン濃度を２００ｍｇ／Ｌ以下にすることを含む、（１）〜（４）のいずれかに記載の方法。
（６）  廃液中の窒素濃度／リン濃度の重量比を５〜２００にすることを含む、（１）〜（５）のいずれかに記載の方法。
（７）  廃液中の窒素濃度／リン濃度の重量比をアルカリゲネス属菌の菌体を構成する窒素濃度／リン濃度の重量比よりも高くすることを含む、（１）〜（６）のいずれかに記載の方法。
（８）  アルカリゲネス属菌が、アルカリゲネス・フェカリスＮｏ４（受託番号ＦＥＲＭ  Ｐ−１８１１４）を含む、（１）〜（７）のいずれかに記載の方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、アルカリゲネス属菌を用いて好気性条件下で廃水を処理することによって、脱窒と同時に脱リンを効率的に行うことができる。本発明は廃水の処理速度が速く、廃水処理設備をコンパクトにすることができる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様において、廃水から減少した窒素の約半分が窒素ガスになり、残りが菌体に取り込まれるため、処理廃水中の窒素／リン（Ｎ／Ｐ）の比が菌体内のＮ／Ｐ比の約２倍以上であっても、菌体中にリンを吸収することができる。
【００１５】
さらに、本発明によれば、菌体内に取り込まれたリンは嫌気性条件下でも菌体から放出されにくいため、リンを蓄積したアルカリゲネス・フェカリス菌をそのまま汚泥に存在させておいてもよく、このような汚泥は、例えば、肥料などに有効に活用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、廃液にアルカリゲネス・フェカリスＮｏ４株を投入して処理した際の各パラメータの変動を表したグラフである（実験１、●：アンモニア態窒素、▲：乳酸、□：リン、○：溶存酸素、△：ｐＨ）。なお、グラフの縦軸について、アンモニア態窒素は１／１０の濃度を示す。
【図２】図２は、人工廃液にアルカリゲネス・フェカリスＮｏ４株を投入して処理した際の各パラメータの変動を表したグラフである（実験２、●：アンモニア態窒素、▲：乳酸、□：リン、○：溶存酸素、△：ｐＨ）。なお、グラフの縦軸について、アンモニア態窒素は１／１０の濃度を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明においては、アルカリゲネス・フェカリス（Alcaligenes faecalis）を用いて好気性条件下で廃水を処理することによって廃水の脱窒および脱リンを同時に行う。アルカリゲネス・フェカリスとしては、特にアルカリゲネス・フェカリスＮｏ４（Alcaligenes faecalis No4：FERM BP-11247）が好ましい。
【００１８】
Alcaligenes faecalis
本発明においては微生物としてアルカリゲネス・フェカリスを使用する。アルカリゲネス・フェカリスとして特に好ましいものの１例は、アルカリゲネス・フェカリスＮｏ４であり、これは、神奈川県の土壌から分離された、以下の菌学的性質を有する微生物である。アルカリゲネス・フェカリスＮｏ４は、産業技術総合研究所特許生物寄託センターに寄託されており、その受託番号はFERM BP-11247である。
【００１９】
【表１】
2019030850.tif 000002
【００２０】
本発明で用いるアルカリゲネス・フェカリスとしては、上記のアルカリゲネス・フェカリスＮｏ４が好ましいが、これに限定されず、好気性条件下で脱リンおよび脱窒を同時に行うことができるアルカリゲネス・フェカリスに属する微生物を全て使用することができる。なお、本発明に用いる上記微生物の選抜は、公知の方法などに従えばよい。また、上記アルカリゲネス・フェカリスＮｏ４を元菌株として自然または誘発突然変異により、上記菌株の特性を向上させた遺伝子学的変異体を得て、本発明のアルカリゲネス・フェカリスとして用いることができる。これらの変異株を調製する方法として公知の方法を用いることができ、例えば、元菌株に紫外線照射あるいはＮ−メチル−Ｎ′−ニトロ−Ｎ−ニトロソグアニジン（ＮＴＧ）等の薬剤による人工突然変異処理を施して変異体を選抜することができる。
【００２１】
本発明で用いるアルカリゲネス・フェカリスの菌体を得るための培養（菌体増殖培養）については、通常の培養条件で培養することができる。培養の培地としては、本発明のアルカリゲネス・フェカリスが増殖し得るものであれば任意のものでよいが、窒素源としてアンモニウム塩を添加した培地で培養することが好ましい。また、ペプトン、酵母エキス等を主成分とする有機培地、リン酸カリウム、硫酸マグネシウム等を主成分とする無機培地のいずれにおいても増殖することができ、有機培地の例としては、Ｌ培地（ペプトン１０ｇ／Ｌ、酵母エキス５ｇ／Ｌ、塩化ナトリウム５ｇ／Ｌを含有）、無機培地の例としては、ＭＭ培地（Ｋ２ＨＰＯ４１４ｇ／Ｌ、ＫＨ２ＰＯ４６ｇ／Ｌ、（ＮＨ４）２ＳＯ４２ｇ／Ｌ、クエン酸三ナトリウム・二水和物１５ｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ０．２ｇ／Ｌを含有）などを挙げることができる。嫌気的あるいは好気的な条件で培養することができるが、微生物を増殖させる際は好気性条件で行うことが好ましい。培養方法に制限はないが、例えば、通気撹拌培養法や振盪培養法あるいは固体培養法等によって培養することができ、通気撹拌した液体培養によれば短期間で多量の菌体を培養することができる。培養条件には特に限定はないが、温度は２０〜４０℃が好ましく、２５〜３０℃がより好ましい。ｐＨは６．０〜８．０が好ましく、ｐＨ７付近がより適当である。培養時間は１５〜７２時間の範囲が適当である。また、培養はバッチ式および連続式のいずれでも行うことができる。
【００２２】
本発明においてアルカリゲネス・フェカリスは、培養物から分離することなくそのまま利用することができる。また、培養物を乾燥して利用することもでき、各種の添加物と共に水和剤などに製剤化したものを用いることもできる。さらに、本発明のアルカリゲネス・フェカリスは、それを担体に固定化して用いることもできる。例えば、この菌体を担体に固定化し、その表面に処理対象物を好気性条件で流過させることにより本発明を実施することもできる。
【００２３】
好気性条件下における廃水処理
本発明においてアルカリゲネス・フェカリスは、廃水中のリン濃度が低くなると廃水の脱窒と脱リンを効率的に行うことが見出された。本発明において、好気性条件下での廃水処理の条件は、温度が２０〜５０℃、ｐＨが６．０〜９．０が好ましい。廃水処理を反応槽で行う場合、バッチ式および連続式のいずれで行ってもよい。
【００２４】
本発明に用いるアルカリゲネス・フェカリスによって廃水処理を行う場合、この菌体を好気性反応槽に投入すればよく、多孔質担体などに担持させた状態で反応槽に投入してもよい。
【００２５】
本発明においては、アルカリゲネス菌が資化する炭素源およびアンモニアなどを処理槽内に供給することによって、脱窒や脱リンなどの速度を制御することができる。例えば、微生物処理した廃液の一部を、アルカリゲネス・フェカリスが通過しないフィルターを通して系から抜き取ることによって、菌体を廃水処理層に残しながら連続的に廃水を処理することが可能である。
【００２６】
系内のリンの量を調整する手段としては、例えば、凝集沈殿によりリンを沈殿させてもよいし、微生物に資化させてもよい。アルカリゲネス属菌は糖を資化しないため、例えば、アルカリゲネス属菌が資化する有機酸やフェノールなどを炭素源として含む培養液を用いて培養することによってリンの量を減少させることができる。ここで、培養液としては、これらの成分を含むメタン発酵の消化液を利用することも可能である。
【００２７】
特に本発明に係るアルカリゲネス属菌を用いる廃水処理では、廃水中のリン濃度を制御することにより脱窒速度を制御することができる。具体的には、廃水中のリン酸態リンの濃度を２００ｍｇ／Ｌ以下に制御することによって特に好適に廃水中の窒素とリンを除去することができる。一つの態様において、廃水中のリン酸態リンの濃度を５〜２００ｍｇ／Ｌや１０〜１５０ｍｇ／Ｌに制御したり、１５〜１００ｍｇ／Ｌに制御したりしてもよい。このように廃水中のリン濃度を比較的低く制御することによって、炭素源の消費速度を小さくしつつ効率的に脱窒および脱リンを行うことができる。
【００２８】
また好ましい態様において、廃液中の窒素濃度／リン濃度の比は２００以下である。廃液中の窒素濃度／リン濃度の比は、より好ましくは２〜１２０、さらに好ましくは３〜８０、よりさらに好ましくは４〜５０であり、５〜４０、６〜３５、７〜３０としてもよい。また、廃液中の窒素濃度／リン濃度の比をアルカリゲネス属菌の菌体を構成する窒素濃度／リン濃度の比よりも高くすることが好ましい。
【００２９】
本発明は、廃水中のリン濃度を比較的低く制御することによって脱リン速度に対する脱窒速度を大きくすることができる。ただし、廃水中のリン酸態リンの濃度が５ｍｇ／Ｌ未満まで少なくなるとリンが実質的に欠乏することになるので、脱リンが行われなくなる。
【００３０】
本発明において、脱窒速度／脱リン速度の比は好ましくは１〜１００であり、より好ましくは２〜８０、さらに好ましくは３〜６０である。
【実施例】
【００３１】
以下、具体的な実験例を示しつつ、本発明をより詳細に説明するが、本発明は下記の具体的な実験例に限定されるものではない。また、本明細書において特に記載しない限り、濃度などは重量基準であり、数値範囲はその端点を含むものとして記載される。
【００３２】
実験１（廃液のリン濃度：１００ｍｇ／Ｌ未満）
アルカリゲネス・フェカリスＮｏ４株を用いて、リン濃度が１００ｍｇ／Ｌ未満である廃液を好気性条件下で処理して、脱窒および脱リンの状況を追跡した。
【００３３】
具体的には、廃液２３０ｍｌ、アルカリゲネス属菌液２０ｍｌ（アルカリゲネス・フェカリスＮｏ４）、乳酸ナトリウム液５０ｍｌを培養槽（エイブル社製、ＢＭＪ−０１Ｐ１）に入れ、撹拌および通気しながら３０℃で運転した（回転速度：６５０ｒｐｍ、通気速度：３０ｍｌ／ｍｉｎ）。廃液としては、横浜市の廃水処理場から採取したメタン発酵廃液（ｐＨ：７．８、有機酸：２４ｍｇ／Ｌ、アンモニア態窒素：約１０００ｍｇ／Ｌ、リン酸態リン：１２０ｍｇ／Ｌ）を使用した。
【００３４】
廃液処理における各パラメータの変動は、下記のようにして測定した。下表および図１に、実験開始から２２時間後までの経時的な各パラメータの変動を示す（●：アンモニア態窒素、▲：乳酸、□：リン、○：溶存酸素、△：ｐＨ）。
（測定方法）
・アンモニア態窒素、リン酸態リン（Phosphate-P）、乳酸：処理液を採取して化学的に定量した。
・溶存酸素（ＤＯ）：溶存酸素計を用いて測定した。
・水素イオン指数（ｐＨ）：ｐＨメーターを用いて測定した。
・揮散したＮＨ３：系から排出されたガスをＨ２ＳＯ４液（０．１Ｎ）に通してアンモニアを捕集し、定量した。
・ＮＯ２−、ＮＯ３−：ＨＡＣＨ社のキットを用いて処理液を分析した。
・菌体の分析：処理液を遠心分離して採取した菌体を水で洗浄し、乾燥させてから、菌体重量を測定するとともに元素分析を行った。
【００３５】
【表２】
2019030850.tif 000003
【００３６】
【表３】
2019030850.tif 000004
【００３７】
実験から２２時間後には、アンモニア態窒素、リンのいずれもほぼ０となった。本実験で用いたアルカリゲネス属菌については、アンモニアの６０〜５０％が菌体内に取り込まれ、４０〜５０％が窒素ガスになることが知られていることから（非特許文献２：Journal of Bioscience and Bioengineering, 100, 184-191, 2005）、窒素とリンの菌体内への取り込み比率（Ｎ／Ｐ）は下記の計算から4.35〜5.26と計算された。
・(797×0.5)／(94−3) 〜(797×0.6)／(94−3)  ＝  4.35〜5.26
一方、菌体を元素分析した結果、菌体に含まれる窒素とリンの比率（Ｎ／Ｐ）は約４．９４であり、上記の計算結果とほぼ一致していた。これは、通常の微生物、特に枯草菌における比率とほぼ同じである。
【００３８】
また、この実験におけるＮの消費量／Ｐの消費量（ΔＮ／ΔＰ）およびＣの消費量／Ｎの消費量（ΔＣ／ΔＮ）を計算したところ、下記のとおりであった。
・ΔＮ／ΔＰ＝８．８
・ΔＣ／ΔＮ＝３．１
実験２（廃液のリン濃度：５０ｍｇ／Ｌ未満）
人工廃液を用いて、アルカリゲネス属菌の挙動を確認した。具体的には、下記の組成を有する人工廃液にアルカリゲネス・フェカリスＮｏ４を植菌して好気性条件下で処理し、各パラメータの変動を実験１と同様にして追跡した。
【００３９】
生菌数については、１．５％の寒天を加えて下表の人工廃液から作製したプレートに、希釈したサンプルを塗布し、３０℃で２日間培養した後に出現したコロニーから計測した。
【００４０】
【表４】
2019030850.tif 000005
【００４１】
【表５】
2019030850.tif 000006
【００４２】
【表６】
2019030850.tif 000007
【００４３】
（１）リン濃度が５０ｍｇ／Ｌ未満における挙動（ｔ＝０〜８ｈ）
表および図２に、実験開始から１６時間後までの経時的な各パラメータの変動を示す。実験結果に示したように、０〜８時間における窒素およびリンの消費量と菌体の増加量は下記のとおりであった。
・Ｎの消費量（ΔＮ）：４９６ｍｇ／Ｌ（＝９３６−４４０ｍｇ／Ｌ）
・Ｐの消費量（ΔＰ）：  ３２ｍｇ／Ｌ（＝３６−４ｍｇ／Ｌ）
・Ｃの消費量（ΔＣ）：１２００ｍｇ／Ｌ
（10.9-7.9）×12（Ｃの分子量）×3（乳酸内の炭素数）／90（乳酸の分子量）＝1200ｍｇ／Ｌ
・ΔＮ／ΔＰ＝１５．5（＝４９６／３２）
・ΔＣ／ΔＮ＝２．４（＝１２００／４９６）
・菌体量の増加：２６６０ｍｇ／Ｌ（＝３１９０−５２７ｍｇ／Ｌ）
また、元素分析の結果、８時間後の菌体には窒素が約９％含まれているので、菌体内に取り込まれた窒素は下記のように算出された。
・菌体内の窒素＝２６６０ｍｇ／Ｌ×０．０９＝２３９ｍｇ／Ｌ
ここで、揮散したアンモニア（ＮＨ３）、処理液中のＮＯ２−およびＮＯ３−の定量結果は下記のとおりであった。
・揮散したアンモニア：  ０．４ｍｇ／Ｌ
・ＮＯ２−：  ６ｍｇ／Ｌ
・ＮＯ３−：  ７ｍｇ／Ｌ
反応容器中の窒素（Ｎ）の物質収支は下式のようになるため、廃液中の窒素（アンモニア態窒素）の窒素ガスへの変換率は下記のように４９％と算出された。
・窒素の物質収支
（投入した窒素）＝（残存している窒素）＋（菌体合成に利用された窒素）
＋（揮散したアンモニア）＋（処理液中のＮＯ２−およびＮＯ３−）＋（窒素ガス）
・窒素ガスへの変換率＝（４９６−２３９−０．４−６−７）／４９６＝０．４９
上述したように、窒素ガスへの変換率は約４９％であるので、菌体内に取り込まれた窒素は、４９６×０．５１＝２５３ｍｇ／Ｌである。一方、廃液から減少したリンが全て菌体内に蓄積したと考えると、菌体内に取り込まれた窒素とリンの重量比（Ｎ／Ｐ）は、２５３／３１．８＝８．０と推算された。一方、菌体を元素分析した結果、菌体に含まれるリンと窒素の比率（Ｎ／Ｐ）は約９であり、上記の計算による推算と大きな違いは無いと考えられる。
【００４４】
また、廃液中の炭素量について分析したところ、ΔＣ／ΔＮ＝２．４だった。リンおよび窒素が十分に存在する条件におけるΔＣ／ΔＮは約１０であるので（非特許文献２、リン濃度：約３７３０ｍｇ／Ｌ）、本実験のようにリンが少ない条件においては、炭素源の量は、通常の約１／４でよいことが分かった。
【００４５】
（２）リン濃度が１０ｍｇ／Ｌ未満における挙動（ｔ＝８〜１６ｈ）
実験開始後８時間〜１６時間における窒素およびリンの消費量と菌体の増加量は下記のとおりであった。
・Ｎの消費量（ΔＮ）：４４０ｍｇ／Ｌ
・Ｐの消費量（ΔＰ）：０．６ｍｇ／Ｌ
・Ｃの消費量（ΔＣ）：１０００ｍｇ／Ｌ
・ΔＮ／ΔＰ＝７３３
・ΔＣ／ΔＮ＝２．２７
すなわち、系に存在するリンが１０ｍｇ／Ｌ未満の条件においては、ΔＮ／ΔＰの数値が特に大きくなり、単位量のリンの消費あたりの窒素の処理効率が高いことが確認された（ΔＮ／ΔＰ＝７３３）。すなわち、リンがほとんど存在しない条件においては、脱窒が効率的に進行することが分かった。
【００４６】
また、ΔＣ／ΔＮの数値は２．２７であった。リンおよび窒素が十分に存在する条件におけるΔＣ／ΔＮは約１０であるので（非特許文献２、リン濃度：約３７３０ｍｇ／Ｌ）、リンが欠乏している状態においては、炭素源の量は約１／５でよいことが分かった。
【００４７】
さらに、菌数について確認したところ、８時間目までに菌数が約８倍に増えたが、その後１６時間までは、実質的に菌数の増加はほとんどなく、廃液中の窒素は菌体へ取り込まれなかった。したがって、８〜１６時間の間において、廃液中の窒素（アンモニア態窒素）の窒素ガスへの変換率は９７％であると算出された。
・揮散したアンモニア：  ０．４ｍｇ／Ｌ
・ＮＯ２−：  ４ｍｇ／Ｌ
・ＮＯ３−：  ７ｍｇ／Ｌ
・窒素ガスへの変換率＝（４４０−０．４−４−７）／４４０=０．９７
なお、８〜１６時間において菌体重量が増加していたが、これは、菌体内において余剰の炭素が有機物質に変換されたためと考えられる。この菌は、環境が変わると副産物をつくることがわかっているが、培養液が赤くなったことから色素を含む物質を副成していたものと推測される。すなわち、リン欠乏、炭素過剰の条件においては、副産物の生産により菌体重量が増加したものと考えられる。
【００４８】
このように、菌体重量が増加し、乳酸が減少したことから、アルカリゲネス属菌は、炭素を含む物質を菌体内に蓄積していると推察される。また、アンモニア態窒素が減少していることから窒素ガスへの変換は進行していると考えられる。さらに、化学分析の結果、減少したリンと菌体内で合成されたリンの量がほぼ一致することも確認できた。
【００４９】
実験１および実験２の結果から、系内のリンの量を調整することによって窒素や炭素の消費速度を制御できることがわかった。具体的には、リンの量を少なくすることによって、脱リン速度に対する脱窒速度を大きくすることができ、また、炭素源の消費速度を小さくできることがわかった。
【００５０】
実験３
リン濃度を３８ｍｇ／Ｌとした以外は実験２と同様の人工廃液を用いて、アルカリゲネス属菌の菌体内のリン濃度の変動を追跡した。
【００５１】
まず、培養槽（エイブル社製、ＢＭＪ−０１Ｐ１）に人工廃液とアルカリゲネス・フェカリスＮｏ４株を投入し、好気性条件下で撹拌しながら１４時間処理した（回転速度：６５０ｒｐｍ、通気速度：３０ｍｌ／ｍｉｎ、３０℃）。好気性条件での処理を開始してから１４時間後における廃液のリン濃度は３ｍｇ／Ｌであったため、好気性条件下で菌体に取り込まれたリンは３５ｍｇ／Ｌとなる。
【００５２】
次いで、実験開始から１４時間後に通気を止めて嫌気性条件とし、嫌気性条件下で廃液を処理した。嫌気性条件とした時点から７２時間後および１４４時間後に処理液を採取し、処理液中のリン濃度を化学的に定量したところ、嫌気性条件にして６日間で菌体から排出された総リン排出量は１．７ｍｇ／Ｌだった。
・嫌気性条件にした際のリン濃度：３．０ｍｇ／Ｌ
・嫌気性条件にしてから７２時間後のリン濃度：４．０ｍｇ／Ｌ
・嫌気性条件にしてから１４４時間後のリン濃度：４．７ｍｇ／Ｌ
すなわち、好気性条件下で廃液から菌体に取り込まれたリンのうち、約５％（1.7/35=0.049）のみが嫌気性条件下において６日間かけて廃液中へ排出されていた。非特許文献１（Agric. Biol. Chem., 44(2), 319-324, 1980）に記載された菌では、嫌気性条件下において、菌体内のリン濃度の３０〜５０％が１日で液中に排出されたとされており、本実験で用いたアルカリゲネス・フェカリス菌は、嫌気性条件下において菌体内のリンを廃液中にほとんど放出しないことが分かる。
【００５３】
水処理後の汚泥が嫌気条件下に保持されると、一般的な菌では、菌体内からリンが再排出されてしまうため、廃液からのリンの除去効率は低下してしまう。一方、本実験で用いたアルカリゲネス・フェカリス菌は、嫌気条件下であっても菌体内からリンが再排出されにくい。すなわち、本発明に係るアルカリゲネス属菌は、菌体内にリンを溜めた状態を嫌気性条件下において保持するため、廃液中のリンを脱リンするために使用するのに最適であることが判明した。
【図１】
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【図２】
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