(57)【要約】【課題】アンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体とする独立栄養性脱窒微生物のグラニュールを、その活性の低下を最小限に抑えて保存する。【解決手段】グラニュールを脱水した後、乾燥することなく保湿状態で気相中で保存する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体とする独立栄養性脱窒微生物を含むグラニュールを保存する方法において、
該グラニュールを脱水した後、乾燥することなく保湿状態で気相中にて保存することを特徴とする独立栄養性脱窒微生物を含むグラニュールの保存方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体とする独立栄養性脱窒微生物のグラニュールを、その活性の低下を最小限に抑えて保存する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒素含有排水の処理方法として、近年、アンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体とする独立栄養性微生物を利用し、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素とを反応させて脱窒する方法が提案された。この独立栄養性脱窒微生物（以下「ＡＮＡＭＭＯＸ微生物」と称す。）を利用する生物脱窒反応（ＡＮＡＭＭＯＸ反応）は、Ｓｔｒｏｕｓ，Ｍ，ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．，Ｖｏｌ．５０，ｐ．５８９−５９６（１９９８）に報告されており、以下のような反応でアンモニア性窒素を１．３倍当量の亜硝酸性窒素と反応させて窒素ガスに分解させる。
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【０００３】
また、このＡＮＡＭＭＯＸ微生物を用いる脱窒方法として、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が自己造粒によりグラニュール化したもの（以下「ＡＮＡＭＭＯＸグラニュール」と称す。）を用い、ＵＳＢ（Ｕｐｆｌｏｗ  Ｓｌｕｄｇｅ  Ｂｅｄ；上向流汚泥床）方式等で高負荷処理を行うことも提案されている（特開２００３−３９０９３号公報、特開２００３−２４９８８号公報）。
【０００４】
ところで、微生物グラニュールを利用する排水処理装置を新規に立ち上げる場合には、通常、他の装置で増殖させた微生物グラニュールを搬入して立ち上げを行っており、従って、多量の微生物グラニュールを運搬することが必要となる。
【０００５】
従来、排水処理装置の立ち上げに際しての生物処理の種汚泥やグラニュールの運搬や保存は、一般に、これらを水と共にスラリー状として行われている。
【０００６】
このような微生物グラニュールの運搬や保存においては、その活性の低下を最小限に抑えて効率的に運搬、保存することが望まれる。
【０００７】
ところで、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物による脱窒反応は、嫌気性の条件下で起こるため、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物は空気（酸素）に曝された条件で用いると活性が著しく低下することが報告されている（Ｓｔｒｏｕｓ，Ｍ，ｅｔ．ａｌ．Ａｐｐｌ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．，Ｖｏｌ．６３，ｐ．２４４６−２４４８（１９９７））。このため、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の保存方法として、保存中のＡＮＡＭＭＯＸ微生物の活性低下を防止するために、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を無酸素状態で保存することが提案されている（特開２００３−２４０４５号公報）。また、嫌気性雰囲気が過剰である（ＯＲＰが下がり過ぎる）と系内の硫酸イオンが還元され、硫化水素が生成してＡＮＡＭＭＯＸ微生物が失活してしまうことから、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物に硝酸を添加して保存中のＯＲＰの低下を防止する方法も提案されている（特開２００３−２４０５２号公報）。
【０００８】
なお、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物に限らず、一般的な微生物の保存方法として、低温に維持することにより微生物の活動を低下させて保存する方法がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００３−３９０９３号公報
【特許文献２】
特開２００３−２４９８８号公報
【特許文献３】
特開２００３−２４０４５号公報
【特許文献４】
特開２００３−２４０５２号公報
【非特許文献１】
Ｓｔｒｏｕｓ，Ｍ，ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．，Ｖｏｌ．５０，
ｐ．５８９−５９６（１９９８）
【非特許文献２】
Ｓｔｒｏｕｓ，Ｍ，ｅｔ．ａｌ．Ａｐｐｌ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．，Ｖｏｌ．６３，
ｐ．２４４６−２４４８（１９９７）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を保存する場合、無酸素条件とするために密閉容器中で窒素ガスでパージしたり、冷蔵保存のための設備を利用することは、少量の微生物の保存には有効ではあるが、実機規模で数ｍ３〜数十ｍ３のＡＮＡＭＭＯＸ微生物を保存する場合には適切ではない。また、硝酸を添加する方法では、再起動時に系内に残留している硝酸イオンをそのまま系外に流出させると環境負荷となるので、これを回収するか、ＡＮＡＭＭＯＸ法以外の方法によって分解処理する必要が生じる。
【００１１】
このように、従来においては、大量のＡＮＡＭＭＯＸ微生物を、保存中の活性の低下を抑え、かつ再使用時の環境負荷増加等の問題を引き起こすことなく、良好な状態で保存することができる有効な方法が提供されていなかった。
【００１２】
一方で、微生物グラニュールの運搬方法として、水と共にスラリー状で運搬する従来の方法では、グラニュールを沈殿操作により濃縮しても汚泥濃度の到達値はせいぜい３〜５％が上限であり、このような濃度では、処理に必要な微生物量を確保するためには大量のスラリーを運搬する必要があるという問題がある。
【００１３】
本発明は上記従来の問題点を解決し、大量のＡＮＡＭＭＯＸグラニュールであってもその活性を低下させることなく、また、再使用時の環境負荷増加等の問題を引き起こすことなく、更には保存容量を抑えて良好な状態で保存する方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の独立栄養性脱窒微生物を含むグラニュールの保存方法は、アンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体とする独立栄養性脱窒微生物を含むグラニュール、即ちＡＮＡＭＭＯＸグラニュールを保存する方法において、該グラニュールを脱水した後、乾燥することなく保湿状態で気相中で保存することを特徴とする。
【００１５】
前述の如く、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物による脱窒反応は嫌気性条件下で進行する。従って、ＡＮＡＭＭＯＸグラニュールを空気中で保存すれば、ＡＮＡＭＭＯＸ反応はほぼ停止し、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物は一時的に休眠に近い状態となる。この状態を維持して保存すれば、活性の低下が少なく、再使用する際には、直ちに活性が発現される。また、空気中の酸素が適宜供給されるので、硫化水素が発生するような低いＯＲＰになることもない。
【００１６】
ところで、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を主体とするグラニュールは、その表面が生物膜で覆われており、酸素による阻害を受け難い状態にあるものと推測される。このため、微生物が液相に分散した状態と比較して、生物膜の内部では以下の理由により酸素の移動が起こり難く、活性の低下が少ないものと考えられる（Ｎｅｉｌ  Ｊ．Ｅｓｓｉｌａ  ｅｔ．ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｍａｒｃｈ  ２０００ｐ．２５０−２５７）。
（１）  酸素の拡散定数は液相よりも生物膜の方が小さい。
（２）  酸素の移流が液相では自由に起こるが、生物膜中では殆ど起こらない。
【００１７】
このようなＡＮＡＭＭＯＸグラニュールを脱水して空気等の気相中で保湿状態で保存することにより、活性低下の原因となる生物学的な反応等を抑制し、これにより、保存中の活性の低下を防止して良好な状態で保存することができる。そして、保存後の再使用時には、溶存酸素を排除した水を張った反応槽内にＡＮＡＭＭＯＸグラニュールを投入して所定温度に加温することにより、短時間で活性を回復させ、処理装置を起動することが可能である。
【００１８】
本発明の方法は、ＡＮＡＭＭＯＸグラニュールを単に脱水して空気等の気相中で保湿状態で保存するのみで良く、大掛かりな装置等は不要であるため、大量のＡＮＡＭＭＯＸグラニュールの保存にも有効である。また、活性低下のための薬剤等を添加する必要もないことから、再使用時の環境負荷増大の問題もなく、安価に保存することができる。
【００１９】
更に、ＡＮＡＭＭＯＸグラニュールを脱水することにより、スラリー状態のものよりもその容量を大幅に低減することができる。このため、運搬時の運搬容量を大幅に低減し、これにより運搬費の低減が可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明のＡＮＡＭＭＯＸグラニュールの保存方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
本発明においては、ＡＮＡＭＭＯＸグラニュールを保存するに当たり、まず、ＡＮＡＭＭＯＸグラニュールを脱水する。この脱水手段には特に制限はないが、篩、スクリーン、網、カゴ、濾布など、例えば目開き５０〜２００μｍ程度の濾布や篩などを使用した重力濾過手段や、遠心脱水機、真空濾過機であれば、グラニュールを破壊する可能性が低く、水分を容易に分離することができ、脱水手段として好適である。特に、イオン交換樹脂の搬送に使用されているフレキシブル・コンテナバッグはグラニュールを通過させずに水を切ることが容易であり、水切り、及び運搬のためには実用的な手段である。
【００２２】
ＡＮＡＭＭＯＸグラニュールの脱水の程度としては特に制限はないが、含水率８０〜９５％程度に脱水することが好ましい。脱水後のＡＮＡＭＭＯＸグラニュールの含水率が９５％より高いと脱水による本発明の効果が得られず、活性低下の問題があり、また、容量の低減を図ることもできない。脱水後のＡＮＡＭＭＯＸグラニュールの含水率が８０％未満となるように脱水することは、通常の脱水手段では困難であり、また、加圧脱水等を行うと、グラニュールが崩壊するという問題も生じる。
【００２３】
脱水後のＡＮＡＭＭＯＸグラニュールは、水を透過し難い材質の袋内に保存するか、或いは、このような水を透過し難いシートや布で表面を覆って乾燥しないように保湿状態（湿潤状態）で気相中で保存する。本発明において、保湿状態で保存するとは、保存前の脱水グラニュールの含水率と保存後の脱水グラニュールの含水率とに殆ど差がなく（含水率差で５％以下）保存後の脱水グラニュールも保存前の脱水グラニュールと同様に表面が湿潤した状態を保つことを指す。なお、この保湿状態は、脱水グラニュールをそのまま湿度９０〜１００％程度の高湿度条件の密閉容器に封入することでも維持することができる。
【００２４】
保存雰囲気は、大気中で良い。
【００２５】
また、保存温度は２０〜３０℃の常温で良いが、１０℃未満の低温とすることにより、より一層活性の低下を防止することができる。ただし、本発明は、低温条件を必要とすることなく常温保存でも活性を十分に維持することができる点に利点があり、常温保存で十分である。
【００２６】
【実施例】
以下に、参考例、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００２７】
なお、以下においては、図１に示す活性評価試験装置を用いてＡＮＡＭＭＯＸグラニュールの活性を測定した。
【００２８】
図１において、１は原水槽であり、表１に示す成分組成の原水が貯留されている。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
この原水槽１内の原水はポンプＰ１により脱酸素カラム２に通水されて溶存酸素が除去される。この脱酸素カラム２には、硝化細菌類を付着させたスポンジ担体が充填されており、溶存酸素を利用した硝化反応により、原水中の溶存酸素を除去する。脱酸素カラム２で脱酸素処理された水は、中間槽３を経て定量ポンプＰ２により評価カラム４に上向流で通水される。通水温度は３０℃とした。
【００３１】
評価カラム（内径２５ｍｍ，容積１５０ｍＬのガラス製カラム）４には、メスシリンダーで計量したＡＮＡＭＭＯＸグラニュール１００ｍＬが保持され、脱酸素水が満たされている。カラム４の上部出口はガラス管を挿入したゴム栓を用いて密栓した。このガラス管はカラム側の開口部をＳＵＳ製の金網で覆ってグラニュールの流出を防止した。
【００３２】
ＡＮＡＭＭＯＸグラニュールの活性の評価にあたっては、この評価カラムの入口水と出口水とを経時的に採取して各々ＮＯ２−Ｎ濃度を測定し、除去されたＮＯ２−Ｎ量を基に、前述のＡＮＡＭＭＯＸ反応式（１）に従って導き出される下記計算式（２）によって全窒素（Ｔ−Ｎ）除去速度を算出した。
【００３３】
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ここで、Ｑ：通液量［Ｌ／日］
ＩＮ（ＮＯ２−Ｎ）：入口水ＮＯ２−Ｎ濃度（ｇ／Ｌ）
ＯＵＴ（ＮＯ２−Ｎ）：出口水ＮＯ２−Ｎ濃度（ｇ／Ｌ）
Ｖ：グラニュール充填量＝０．１［Ｌ］
Ｔ−Ｎ除去速度：［ｇ／Ｌ・日］又は［ｋｇ／ｍ３・日］
【００３４】
ただし、図１に示す装置では、評価カラム４の前段の脱酸素カラム２において、溶存酸素を利用した硝化反応が起こるため、このカラム２内でＮＯ２−Ｎ濃度、ＮＯ３−Ｎ濃度が若干増加する場合がある。
【００３５】
参考例１
連続的な通液処理を行っていたＡＮＡＭＭＯＸ処理装置より、系内の水と共にＡＮＡＭＭＯＸ微生物を含む生物グラニュールを採取して評価カラム４に投入し、そのＴ−Ｎ除去速度を調べ、結果を表２に示した。
【００３６】
実施例１，２
参考例１と同様にＡＮＡＭＭＯＸ処理装置からＡＮＡＭＭＯＸグラニュールを採取し、これを目開き１２５μｍの標準篩で濾過して脱水した。脱水後のＡＮＡＭＭＯＸグラニュールの含水率は９３．８％であった。
【００３７】
この脱水したＡＮＡＭＭＯＸグラニュールを水で湿らせたガーゼに包んで、底部に水を張った密閉容器内の空間に吊して、表２に示す保存温度で５日間保存した。この保存容器の底部に水を張ったのは、保存中にグラニュールが乾燥してしまうのを防止するためである。
【００３８】
保存後のＡＮＡＭＭＯＸグラニュールについてＴ−Ｎ除去速度を調べ、結果を表２に示した。
【００３９】
比較例１，２
参考例１と同様にＡＮＡＭＭＯＸ処理装置からＡＮＡＭＭＯＸグラニュールを採取し、水分を分離する操作を行わずに５００ｍＬのポリ容器内で、表２に示す温度で５日間保存した。
【００４０】
保存後のＡＮＡＭＭＯＸグラニュールについてＴ−Ｎ除去速度を調べ、結果を表２に示した。
【００４１】
【表２】
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【００４２】
表２より、次のことが明らかである。
【００４３】
即ち、脱水して保湿状態で保存した実施例１，２では、保存温度５℃、３０℃のいずれの条件でも、Ｔ−Ｎ除去速度として参考例１の保存前のグラニュールと大差のない１０ｋｇ／ｍ３・日前後の値が得られ、保存による窒素除去速度（活性）の大幅な低下はなかった。
【００４４】
これに対して、グラニュールを脱水することなくそのまま容器で保存した比較例１，２では、保存温度５℃では、Ｔ−Ｎ除去速度は殆ど低下しなかったが、保存温度３０℃では保存前の半分以下にまでＴ−Ｎ除去速度が低下した。これは、ＡＮＡＭＭＯＸグラニュールが３０℃の条件下で水中に存在することで、生物学的な反応が活溌に起こり、その副次的な生産物の蓄積や、ｐＨの上昇、基質の欠乏による飢餓状態などが複合的に影響し、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の活性を低下させたことによるものと推察された。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明のＡＮＡＭＭＯＸグラニュールの保存方法によれば、大量のＡＮＡＭＭＯＸグラニュールであっても、その活性を低下させることなく、また、再使用時の負荷増加等の問題を引き起こすことなく、更には保存容量を抑えて良好な状態で保存することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例及び比較例において用いたＡＮＡＭＭＯＸグラニュールの活性評価試験装置の系統図である。
【符号の説明】
１  原水槽
２  脱酸素カラム
３  中間槽
４  評価カラム
【図１】
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