(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グラニュールを含む微生物群を保存する方法において、該微生物群を、加速度０．１〜２００ｍ／ｓｅｃ２で、周波数１〜５０００Ｈｚの振動又は振盪下に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グラニュールを含む微生物群を保存する方法において、該微生物群を、亜硝酸イオン、硝酸イオン或いはその合計濃度で０．１ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上、硝酸イオン濃度５０００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下、亜硝酸イオン５００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下の、亜硝酸イオン及び／又は硝酸イオンの存在下に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】
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グラニュールを含む微生物群を保存する方法において、該微生物群を、亜硝酸イオン、硝酸イオン或いはその合計濃度で０．１ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上、硝酸イオン濃度５０００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下、亜硝酸イオン５００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下の、亜硝酸イオン及び／又は硝酸イオンの存在下であって、かつ、加速度０．１〜２００ｍ／ｓｅｃ２で、周波数１〜５０００Ｈｚの振動又は振盪下に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４】
請求項２又は３において、亜硝酸イオン及び／又は硝酸イオンを、保存開始時及び／又は保存中に、該微生物群に添加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。
【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】
0004839538.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】
請求項１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グラニュールを含む微生物群を保存する方法において、該微生物群を、加速度０．１〜２００ｍ／ｓｅｃ２で、周波数１〜５０００Ｈｚの振動又は振盪下に保存することを特徴とする。
【００１４】
請求項２の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グラニュールを含む微生物群を保存する方法において、該微生物群を、亜硝酸イオン、硝酸イオン或いはその合計濃度で０．１ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上、硝酸イオン濃度５０００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下、亜硝酸イオン５００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下の、亜硝酸イオン及び／又は硝酸イオンの存在下に保存することを特徴とする。
【００１５】
請求項３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グラニュールを含む微生物群を保存する方法において、該微生物群を、亜硝酸イオン、硝酸イオン或いはその合計濃度で０．１ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上、硝酸イオン濃度５０００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下、亜硝酸イオン５００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下の、亜硝酸イオン及び／又は硝酸イオンの存在下であって、かつ、加速度０．１〜２００ｍ／ｓｅｃ２で、周波数１〜５０００Ｈｚの振動又は振盪下に保存することを特徴とする。
【００１６】
請求項４の独立栄養性脱窒微生物の保存方法は、請求項２又は３において、亜硝酸イオン及び／又は硝酸イオンを、保存開始時及び／又は保存中に、該微生物群に添加することを特徴とする。
【００１７】
振動又は振盪下で保存することが、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の活性の維持に効果を発揮する理由は、特に保存環境内に硫酸イオンが存在する場合には以下のメカニズムによるものと考えられるが、硫酸イオンが存在しない場合であっても、硫酸イオンが存在する場合よりはその効果は小さいものの、明らかに効果を発揮することが確認されていることから、以下のメカニズムと複合的に他のメカニズムも働き、活性維持効果が発揮されるものと考えられる。
【００１８】
通常、微生物を常温で静置し、微生物集団同士が長時間固着状態になると、特に内部では、硝酸イオンがなくなり硫化水素等の硫黄還元物が発生する。このため、微生物集団を放置しておくと腐敗臭が発生することになるが、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物は硫黄還元物に特に敏感に阻害を受けることから、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の保存においては、微生物集団同士が固着状態となることは特に好ましくない。
【００１９】
これに対して、保存中に振動又は振盪を付与すると、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物集団が動かされることにより、上記還元状態の発生を防ぐことができる。このため、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物に好適な保存環境を維持することが可能となる。
【００２０】
また、亜硝酸イオン及び／又は硝酸イオンの存在下に保存することが、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の活性の維持に効果を発揮する理由は、特に保存環境内に硫酸イオンが存在する場合には以下のメカニズムによるものと考えられるが、硫酸イオンが存在しない場合であっても、硫酸イオンが存在する場合よりはその効果が小さいものの、明らかに効果を発揮することが確認されていることから、以下のメカニズムと複合的に他のメカニズムも働き、活性維持効果が発揮されるものと考えられる。
【００２１】
通常、溶存酸素及び亜硝酸イオン、硝酸イオンが存在しない条件で微生物を放置すると、微生物中にわずかに存在している硫酸イオンから硫黄還元物（例えば硫化水素）が発生する。ＡＮＡＭＭＯＸ微生物は硫黄還元物に対して特に敏感に阻害を受け活性が低下する。一方、溶存酸素が存在すると、硫化水素は発生しないが、溶存酸素によりＡＮＡＭＭＯＸ微生物が阻害を受ける。
【００２２】
これに対して、保存中に亜硝酸イオン及び／又は硝酸イオンが存在すると、共存する脱窒細菌により穏やかに脱窒反応が進行し、硫化水素は発生せず、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の不活性化も予防できる。
【００２３】
【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。
【００２４】
ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を含む汚泥（微生物群：以下、単に「汚泥」と称す場合がある。）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、密閉容器に入れて、保存される。
【００２５】
請求項１，３の方法では、この保存にあたり、汚泥に振動又は振盪を与えつつ保存する。
【００２６】
保存中の汚泥に振動又は振盪を与える手段としては、振盪器、振動器等、その他、ポンプ類（真空ポンプ等）、電動機、エンジン、モーター等を用いることができ、これらの手段で、汚泥を充填した容器ないし容器中の汚泥に振動又は振盪を付与すれば良い。
【００２７】
振動又は振盪の程度は小さ過ぎると、振動又は振盪を付与することによる効果を十分に得ることができず、大き過ぎても動力コストに見合う効果はのぞめないことから、加速度として０．１〜２００ｍ／ｓｅｃ２、特に１〜５０ｍ／ｓｅｃ２、周波数として１〜５０００Ｈｚ、特に２〜１０００Ｈｚの範囲である。
【００２８】
請求項２，３の方法では、汚泥を亜硝酸イオン及び／又は硝酸イオンの存在下に保存する。
【００２９】
亜硝酸イオン及び／又は硝酸イオンの存在下に汚泥を保存する方法としては、プロセスの停止後、残留する亜硝酸イオン及び／又は硝酸イオンをそのまま保持した状態で保存を行う方法がある。また、亜硝酸イオン及び／又は硝酸イオンを保存開始時及び／又は保存中に汚泥に添加しても良い。添加する亜硝酸イオン源、硝酸イオン源としては、亜硝酸、亜硝酸ナトリウム等の亜硝酸塩、硝酸、硝酸ナトリウム等の硝酸塩、亜硝酸イオン及び／又は硝酸イオンを含む生物処理液等が挙げられる。
【００３０】
亜硝酸イオン及び／又は硝酸イオンの存在量は少な過ぎると亜硝酸イオン及び／又は硝酸イオンを存在することによる十分な効果を得ることができないため、保存中の汚泥（保存水）中の亜硝酸イオン、硝酸イオン或いはその合計濃度で０．１ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上である。硝酸イオンの濃度の上限は、５０００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下特に１０００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下である。亜硝酸イオンはこのような高濃度では汚泥の活性に悪影響を及ぼすため、５００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下特に１００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下である。
【００３１】
本発明では、汚泥中に亜硝酸イオン及び／又は硝酸イオンを存在させた上で振動又は振盪を付与しても良い。
【００３２】
なお、その他の保存条件としては、保存濃度は０〜４０℃、保存環境ｐＨは４〜１０の範囲であることが好ましい。
【００３３】
また、汚泥は実質的に酸素の存在しない条件で保存することが好ましく、そのために、保存容器は密封し、必要に応じて密封前に気相部を窒素ガス等の酸素を含有しないガスで置換することが望ましい。
【００３４】
このような本発明の保存方法は、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物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。
【００３５】
【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。
【００３６】
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、気相部を窒素ガスで置換した後蓋をして密封し、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。
【００３７】
なお、各グラニュールの濾過液の硫酸イオン濃度を測定したところ、以下の通りであった。
(1)  静置状態で保存（ＳＯ４：１７ｍｇ／Ｌ）
(2)  振動を与えて保存（ＳＯ４：１７ｍｇ／Ｌ）
(3)  静置状態で保存（ＳＯ４：０ｍｇ／Ｌ）
(4)  振動を与えて保存（ＳＯ４：０ｍｇ／Ｌ）
【００３８】
なお、振動はポリタンクを振動器の台上に載置して付与した。振動の周波数は１０２Ｈｚ、振動の加速度は最大値で９．３ｍ／ｓｅｃ２であった。振動の測定には、昭和計器株式会社製デジタル加速度計「ＭＯＤＥＬ−１３４０Ａ」を使用し、ＶＩＢＲＡＴＩＯＮモードで測定を行った。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、各保存温度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。
【００４２】
図１より、振動を付与することにより活性を高く維持することができ、特に硫酸イオン濃度の高い条件では、振動による活性維持効果が大きいことがわかる。
【００４３】
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ｐＨは８．３で、温度は常温（１５〜２５℃）であった。なお、各グラニュールの濾過液の硝酸イオン濃度及び硫酸イオン濃度を測定したところ、以下の通りであった。
(1)  硝酸イオン濃度０ｍｇ−Ｎ／Ｌ（ＳＯ４：１７ｍｇ／Ｌ）
(2)  硝酸ナトリウム溶液添加により硝酸イオン濃度（Ｎ換算）１９ｍｇ−Ｎ／Ｌ（ＳＯ４：１７ｍｇ／Ｌ）
(3)  硝酸イオン濃度０ｍｇ−Ｎ／Ｌ（ＳＯ４：０ｍｇ／Ｌ）
(4)  硝酸ナトリウム溶液添加により硝酸イオン濃度（Ｎ換算）１９ｍｇ−Ｎ／Ｌ（ＳＯ４：０ｍｇ／Ｌ）
【００４４】
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。
【００４５】
図２より、硫酸イオンの有無に関わらず、保存開始時に硝酸イオンが存在すると存在しない場合に比べて、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の活性が高く維持され、特に硫酸イオンが存在する場合には、その効果が大きいことが明らかである。
【００４６】
なお、硝酸イオンの代りに亜硝酸イオンとして亜硝酸を用いて同様の試験を行ったところ、上記と同様の結果が得られた。
【００４７】
【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（振動の有無）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（硝酸イオンの有無）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】
0004839538.tif 000003
【図２】
0004839538.tif 000004