(57)【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微生物群を保存する方法において、該微生物群を粒径０．０１〜３０ｍｍに自己造粒した後、実質的に無酸素状態で保存することを特徴とする独立栄養性脱窒微生物の保存方法。
【請求項２】
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微生物群を保存する方法において、逆止弁付き気体出口を有したタンク内に該微生物群を導入し、窒素ガスで曝気しながら実質的に無酸素状態で保存することを特徴とする独立栄養性脱窒微生物の保存方法。
【請求項３】
前記微生物群をヒドラジン及び／又はヒドロキシルアミンの存在下で保存することを特徴とする請求項１又は２に記載の独立栄養性脱窒微生物の保存方法。
【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保存方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排液中に含まれるアンモニア性窒素は河川、湖沼及び海洋などにおける富栄養化の原因物質の一つであり、排液処理工程で効率的に除去する必要がある。一般に、排水中のアンモニア性窒素は、アンモニア性窒素をアンモニア酸化細菌により亜硝酸性窒素に酸化し、更にこの亜硝酸性窒素を亜硝酸酸化細菌により硝酸性窒素に酸化する硝化工程と、これらの亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素を従属栄養性細菌である脱窒菌により、有機物を電子供与体として利用して窒素ガスにまで分解する脱窒工程との２段階の生物反応を経て窒素ガスにまで分解される。
【０００３】
しかし、このような従来の硝化脱窒法では、脱窒工程において電子供与体としてメタノールなどの有機物を多量に必要とし、また硝化工程では多量の酸素が必要であるため、ランニングコストが高いという欠点がある。
【０００４】
これに対して、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。
【０００５】
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プロセス（ＡＮＡＭＭＯＸプロセス）は、Strous, M, et al., Appl. Microbiol. Biotechnol., 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と亜硝酸性窒素が反応して窒素ガスに分解されると考えられている。
【０００６】
【化１】
0004839537.tif 000002
【０００７】
ＡＮＡＭＭＯＸ微生物による生物脱窒であれば、排水中に含まれるアンモニア性窒素の約半量が亜硝酸性窒素まで酸化されればよいこととなり、全量を亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素にまで酸化させる従来の硝化脱窒方法と比較して、曝気量を大幅に低減できる。また、反応により生成する硝酸性窒素の量は、この反応で除去されるアンモニア性窒素に対し０．２〜０．３倍、初期に排水中に含まれているアンモニア性窒素量に対しては０．１〜０．１５倍と従来法の約１０分の１であり、脱窒に必要なメタノール等の有機物添加量も削減できる。また、この微生物は独立栄養性微生物であることから、従属栄養微生物である従来の脱窒菌と比較して、余剰汚泥の発生量は約１／５と、余剰汚泥の削減にも有効である。従って、アンモニア性窒素含有排水の処理において、消費エネルギー及び環境負荷の低減効果を有する優れた処理方法であると言える。
【０００８】
このＡＮＡＭＭＯＸ微生物の生育条件については、次のようなことが報告されている。
▲１▼  ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が最も活発に活動する温度は３７℃である（ Konrad, E et.al. (2001) Arch. Microbiol. Vol.175, p198-207 ）
▲２▼  ＡＮＡＭＭＯＸ微生物は酸素に曝された条件( 0.5〜2.1% of air sat.（気相酸素分圧0.5〜2.1%の気液平衡状態）)で運転すると、著しく活性が低下する( Strous, M et.al. (1997) Appl. Environ. Microbiol. Vol.63, p2446-2448 )
▲３▼  ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の活動が可能なｐＨ範囲は６．５〜９程度で、最適ｐＨは７〜８．５である（ Konrad, E et.al. (2001) Arch. Microbiol. Vol.175, p198-207 ）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の比増殖速度は非常に低く、最大で約０．０６５ｄａｙ−１（１日で１．０６５倍に増殖する）と報告されている。しかし、本発明者らが実際に行った培養では比増殖速度は０．０２〜０．０５ｄａｙ−１程度の非常に小さな値となることが確認されており、２倍の菌体量を得るためには、１４〜３５日もの培養日数を要する。
【００１０】
このように、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の増殖は非常に遅く、多量の菌体を確保することは極めて困難であるため、増殖させたＡＮＡＭＭＯＸ微生物は非常に貴重であるから、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の保存に際しては、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の活性を高く維持して良好な状態で保存することが望まれる。
【００１１】
従来、活動中のＡＮＡＭＭＯＸ微生物に対する酸素の阻害についての報告はなされているが、基質の供給を停止し、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の活性が現れない期間における保存条件に関しての報告はなされていない。そして、基質の供給を再開した際に直ちにＡＮＡＭＭＯＸ微生物が活性を発現することができる適切な保存手法は明らかにされていないことが、ＡＮＡＭＭＯＸ反応による更なる技術開発の妨げとなっていた。
【００１２】
本発明は上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を、その活性を低下させることなく良好な状態で保存する方法、即ち、基質の供給を停止してＡＮＡＭＭＯＸ微生物を保存し、保存後基質の供給を再開した際には直ちに活性を発現させることができる保存方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【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微生物群を保存する方法において、該微生物群を粒径０．０１〜３０ｍｍに自己造粒した後、実質的に無酸素状態で保存することを特徴とする。また、本発明の独立栄養性脱窒微生物の保存方法は、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微生物群を保存する方法において、逆止弁付き気体出口を有したタンク内に該微生物群を導入し、窒素ガスで曝気しながら実質的に無酸素状態で保存することを特徴とする。
【００１４】
実質的に無酸素状態で保存することにより、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の活性を低下させることなく長期間安定に保存することができる。
【００１５】
本発明においては、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を生物膜を形成した状態で保存することにより、より一層酸素による阻害を防止して良好な状態で保存することが可能となる。
【００１６】
即ち、液相に比べ、生物膜内部では以下の理由により酸素の移動が起こりにくく、このため、生物膜を形成した汚泥であれば酸素との接触が効果的に防止できる。
(i)  酸素の拡散定数は、液相よりも生物膜の方が小さい（ Neil J. Essila ら：Journal of Environmental Engneering March 2000 p250〜p257 ）。
(ii)  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】
また、生物膜を形成した汚泥であれば、保存のための操作が容易であり、短時間で保存作業が完了するため、その間に酸素にさらされる危険性も小さくなり、保存時の酸素による阻害をより一層確実に防止することができる。
【００１８】
また、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物をヒドラジン及び／又はヒドロキシルアミンの存在下で保存することにより、保存期間の活性低下を効果的に防止して良好な状態で保存することが可能となる。
【００１９】
ヒドラジンがこのような活性低下の防止効果を発揮する理由は、ヒドラジンの有する以下の特徴によると考えられる。また、ヒドロキシルアミンについてもヒドラジンと同様な効果が奏される。
(i)  脱酸素剤であるため溶存酸素を除去でき、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の酸素による阻害を防止することができる。
(ii)  ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の中間代謝物であることからＡＮＡＭＭＯＸ微生物への毒性は比較的低いが、殺菌剤であることから一般に細菌の増殖は著しく抑制する。従って、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の活性を保ったままで他の微生物の増殖を防ぎ、他の微生物によるＡＮＡＭＭＯＸ微生物の保存環境の悪化（ｐＨ変化又は硫酸還元物の発生等）を防ぐ。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の独立栄養性脱窒微生物の保存方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を含む汚泥（微生物群）は、通常、ＡＮＡＭＭＯＸ反応を行っている脱窒反応槽、或いはＡＮＡＭＭＯＸ微生物を培養している培養槽から採取されて保存される。
【００２２】
本発明の方法では、この保存にあたり、実質的に無酸素状態として保存する。この実質的に無酸素状態とは、保存中のＡＮＡＭＭＯＸ微生物を含む汚泥（以下、単に「汚泥」と称す場合がある。）中の酸素濃度で０〜１ｍｇ／Ｌ、望ましくは検出限界以下である。
【００２３】
このような無酸素雰囲気で汚泥を保存する方法としては、次のような方法が挙げられる。
▲１▼  汚泥を蓋付き容器等の気密性のある容器に充填して保存する。
▲２▼  上記▲１▼において、真空グリース等を用いて蓋部の気密性を高める。
▲３▼  上記▲１▼又は▲２▼において容器内に汚泥を充填した後、比重が水より軽い非酸素透過性の液体（例えばワセリン等）を挿入する。
▲４▼  上記▲１▼〜▲３▼において容器内に汚泥を充填した後、窒素ガス等の酸素非含有ガスで容器内の気相部を置換する。
▲５▼  上記▲１▼〜▲４▼において、容器に充填する前又は後の汚泥を窒素ガス等の酸素非含有ガスで曝気する。
【００２４】
ところで、汚泥の保管中には、残存している基質が反応することによる窒素ガスの発生や共存する他の微生物の働きによる硝化作用によりガスの発生があり、保存容器内部の圧力が増加する。このため、蓋と容器本体との間に隙間ができて気体が漏れ出して気密性が失われる。その後、ガスの発生が停止するとその隙間から容器内部が外気と連絡し、酸素（空気）が侵入してくる場合がある。そこで、このような酸素の侵入を防止するために保存容器にはガス出口を設け、内部から外部にはガスが排出されるが、外部から内部へのガスの侵入を阻止する逆止弁を設置して、保存容器内への外気の侵入を阻止するのが好ましい。
【００２５】
また、容器内の無酸素状態を保つために、汚泥の保存中に連続的に容器内の気相部に窒素ガス等の非酸素含有ガスを注入したり、非酸素含有ガスで保存中の汚泥を曝気しても良い。
【００２６】
また、保存する汚泥に、酸素吸収作用のある物質（例えば亜硫酸ナトリウム、ヒドラジン等）やＡＮＡＭＭＯＸ微生物以外の微生物を添加しておき、溶解したわずかな酸素を除去するようにしても良い。
【００２７】
上述の無酸素状態維持のための各種の手段は、２種以上を組み合わせて採用することができる。
【００２８】
また、汚泥の保存に当たっては、実質的に無酸素状態とすると共に、汚泥を生物膜を形成した状態にすることにより、酸素による阻害をより一層確実に防止して良好な状態で保存することが可能となる。
【００２９】
この場合、生物膜の形成の方法としては、旋回流又は上向流による自己造粒法、或いは担体付着法がある。
【００３０】
旋回流の発生方法としては、窒素ガス等の非酸素含有ガスを吹き込む方法や液体を直接強制的に循環させる方法、機械撹拌する方法等がある。
【００３１】
担体付着法で用いる生物が付着するのに好適な担体としては、不織布、ゲル、活性炭、プラスチック、セラミック、ゼオライト、砂、繊維等がある。担体の大きさは粒状であれば０．１〜３０ｍｍ程度のものが好ましく、比表面積が大きいものが、より面積当たりに付着する微生物量を多くすることができ、好ましい。担体は繊維状、或いは面状のものでも良く、この場合にも比表面積の大きいものほど好ましい。
【００３２】
なお、浮遊状態の汚泥を凝集状態としても同様の効果を得ることができる。この場合、汚泥を凝集状態とする方法としては凝集剤を添加する方法等があり、凝集剤としては塩化第二鉄等の無機凝集剤や、アニオンポリマー、カチオンポリマー、両性ポリマー等の有機凝集剤が挙げられる。
【００３３】
グラニュール汚泥及び凝集汚泥の粒径には特に制限はないが、取り扱い性、酸素への曝露防止効果、保存後の使用時の処理性能等の面から、０．０１〜３０ｍｍ程度であることが好ましい。
【００３４】
また、汚泥の保存に当っては、実質的に無酸素状態とすると共に、ヒドラジン及び／又はヒドロキシルアミンの存在下で保存することにより、保存中の汚泥の活性低下を防止して、より一層良好な状態で保存することが可能となる。
【００３５】
この場合、汚泥中のヒドラジン及び／又はヒドロキシルアミンの濃度が低過ぎると、ヒドラジン及び／又はヒドロキシルアミンを添加したことによる効果を十分に得ることができず、高過ぎるとＡＮＡＭＭＯＸ微生物がヒドラジン又はヒドロキシルアミンによる阻害をうけることから、保存中の汚泥中のヒドラジン、ヒドロキシルアミン或いはその合計濃度が０．０１〜５０ｍｇ／Ｌ、特に０．１〜１０ｍｇ／Ｌとなるようにすることが好ましい。
【００３６】
なお、他の保存条件としては、温度については０〜４０℃であることが好ましく、保存環境のｐＨは４〜１０の範囲であることが好ましい。
【００３７】
このような本発明の保存方法は、汚泥を短期間保存する場合はもとより、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の輸送のための保存、更には装置の長期運転停止時のＡＮＡＭＭＯＸ微生物の長期的な保存等に有効に適用することができる。
【００３８】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３９】
実施例１
パイロットプラントで活動中のＡＮＡＭＭＯＸ微生物グラニュール（ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が粒状に凝集した状態のもの）を２０Ｌポリタンクに導入し、以下の各条件で２〜２４週間静置状態で保存した。保存開始時のｐＨは８．３で、温度は２５℃であった。
▲１▼  蓋をせずに保存
▲２▼  密封して保存
▲３▼  グラニュールを窒素ガスで曝気（１Ｌ／ｈｒ、１０ｍｉｎ）した後、密封して保存
▲４▼  ポリタンクに逆止弁付き気体出口を設けて密閉して保存
▲５▼  グラニュールを窒素ガスで曝気しながら（１Ｌ／ｈｒ）、逆止弁付き気体出口を設けて密封して保存
▲６▼  活性汚泥を１００ｍＬ加えて密封して保存
【００４０】
保存後のＡＮＡＭＭＯＸ微生物のアンモニア除去活性を測定し、保存前の活性に対する相対値で評価した。活性測定には、より実機の条件に近いカラム連続試験を採用し、次のようにして測定を行った。
【００４１】
容量１０Ｌの試験カラム（断面積：１００ｄｍ２、高さ１ｍ、上部に発生ガスを回収しさらに固液分離して上澄水のみを系外に排出する固液分離手段を有し、処理水の一部が底部の基質導入部分に循環される。）を用い、このカラムにＡＮＡＭＭＯＸ微生物グラニュールを充填し、下部より基質（ＮＨ４−Ｎ：５０ｍｇ／Ｌ、ＮＯ２−Ｎ：５０ｍｇ／Ｌ、ＩＣ：５０ｍｇ／Ｌ）をＬＶ：２ｍ／ｈｒで供給した。この時の温度は３０℃とした。
【００４２】
１時間後の試験カラム出口におけるアンモニア濃度からアンモニア除去活性を算出し、各保存条件における保存後のアンモニア除去活性の相対値を求め、結果を図１に示した。
【００４３】
また、２４週間保存終了時における液面から下方１０ｃｍ地点の溶存酸素濃度をＤＯメーター（ＹＳＩ社製型式９５−２５）により測定し、２４週間後のアンモニア除去活性の相対値と共に結果を表１に示した。
【００４４】
【表１】
0004839537.tif 000003
【００４５】
図１及び表１より、何らかの酸素制御を施して実質的に無酸素状態で保存した場合には、酸素の存在する状態で保存した場合に比べ明らかに高い残存活性を維持することが明らかである。
【００４６】
実施例２
実施例１で用いたと同様のパイロットプラントで活動中のＡＮＡＭＭＯＸ微生物グラニュールを下記▲１▼〜▲３▼の状態とした後２０Ｌポリタンクに導入し、その後、気相部を窒素ガスで置換した後密封し、以下の各条件で２〜２４週間静置状態で保存した。保存開始時のｐＨは８．３で、温度は２５℃であった。
▲１▼  浮遊状態（グラニュールを破砕）
▲２▼  自己造粒状態（平均粒径０．９２ｍｍ）
▲３▼  凝集状態（浮遊状態とした後、アクリルアミドとジメチルアミノエチルアクリレートのメチルクロライドとを共重合したカチオン性ポリマーによる凝集。
平均粒径３ｍｍ）
【００４７】
保存前の活性に対する保存後のＡＮＡＭＭＯＸ微生物のアンモニア除去活性の相対値を、実施例１と同様にして求め、各保存条件における保存後のアンモニア除去活性の相対値を図２に示した。
【００４８】
図２より、浮遊状態に比べて、自己造粒状態と、凝集状態では活性を高く維持することができることがわかる。
【００４９】
実施例３
ＡＮＡＭＭＯＸ微生物グラニュールにより脱窒処理をしているパイロットプラントにおいて、活動中のＡＮＡＭＭＯＸ微生物のグラニュールを２０Ｌポリタンクに導入し、気相部を窒素ガスで置換した後密封し、以下の各条件で２〜２４週間静置状態で保存した。保存開始時のｐＨは８．３で、温度は２５℃であった。
▲１▼  薬剤無添加（無処理）
▲２▼  密封前にヒドラジンを１ｍｇ／Ｌ添加
▲３▼  密封前にヒドロキシルアミンを１ｍｇ／Ｌ添加
【００５０】
保存前の活性に対する保存後のＡＮＡＭＭＯＸ微生物のアンモニア除去活性の相対値を、実施例１と同様にして求め、各保存条件における保存後のアンモニア除去活性の相対値を図３に示した。
【００５１】
図３より、ヒドラジン又はヒドロキシルアミンが存在する場合には、活性を高く維持することができることがわかる。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の独立栄養性脱窒微生物の保存方法によれば、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を長期に亘りその活性を低下させることなく、安定に保存することができ、保存後、基質の供給を再開した際には、直ちに高い活性を発現させて効率的な生物脱窒処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で求めた保存条件（酸素制御）とＡＮＡＭＭＯＸ微生物の残存活性との関係を示すグラフである。
【図２】実施例２で求めた保存条件（造粒，凝集）とＡＮＡＭＭＯＸ微生物の残存活性との関係を示すグラフである。
【図３】実施例３で求めた保存条件（ヒドラジン，ヒドロキシルアミン）とＡＮＡＭＭＯＸ微生物の残存活性との関係を示すグラフである。
【図１】
0004839537.tif 000004
【図２】
0004839537.tif 000005
【図３】
0004839537.tif 000006