(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心粒子径が100μm以下の石炭焼却灰を用いて硝化細菌を凝集造粒させ、目的とする硝化細菌に特異的な増殖のための基質を加えて培養を行うことによって得られる、前記石炭焼却灰と、目的とする硝化細菌菌体を主成分とするバイオマスとの混合物からなる微生物製剤の製造方法であって、
菌培養槽内の全浮遊固形物の均一性が保たれるようにあらかじめ決定した培養液中の全浮遊固形物濃度の範囲において培養を行い、
全浮遊固形物濃度に対するバイオマス濃度の比が、全浮遊固形物濃度と、単位全浮遊固形物に対する単位時間あたりの基質処理能力との相関係数が０．７以上となる範囲の上限値に到達するか又はこの上限値を超えたときに、
培養液の一部を微生物製剤として前記菌培養槽から取り出し、
その後、中心粒子径が100μm以下の石炭焼却灰と、水または基質を含有する水とを菌培養槽内に添加し、全浮遊固形物濃度及びバイオマス濃度が前記各範囲内になるように調整し、再び培養を続行する、ことを特徴とする微生物製剤の製造方法。
【請求項２】
目的とする硝化細菌に特異的な増殖のための基質が、下水または廃水である請求項１記載の微生物製剤の製造方法。
【請求項３】
前記菌培養槽外に取り出した培養液を濃縮乃至乾燥させる請求項１または２記載の微生物製剤の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微生物製剤の製造方法および微生物製剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
活性汚泥法などによる廃水等の生物学的処理装置においてしばしば発生する様々なトラブルを解消するために、特定の機能を有する微生物培養物からなる資材、いわゆる微生物製剤が種々開発され利用されている。たとえば、有機物処理能力の強化、油分など難処理性の成分の処理促進、窒素除去に関する硝化機能の促進などの目的で使用される微生物製剤がこれに該当する。また、発酵処理装置を用いて有機性廃棄物を分解処理しコンポストや堆肥化を行って農地還元する技術においても、発酵促進のため微生物製剤が使用されることがある。さらには、近年、重油や化学物質、重金属等に汚染された土壌や地下水等の浄化を促進するためにそれらに対する分解機能を有する微生物を優占種とする微生物製剤の開発が進められ、実用化されつつある。
【０００３】
このように、微生物製剤は、環境浄化に関連する分野を主体に近い将来幅広くかつ急速に普及することが予想される。したがって、微生物製剤をできるだけ安い費用で、簡便な操作で、大量かつ連続的に生産する手段の開発が待望される。これまでに実用化された微生物製剤の多くは、目的の微生物を培養タンクで回分、半回分あるいはケモスタット等の連続培養を行った後遠心分離やろ過によって菌体を回収し、これを液状のまま若しくは乾燥して粉末化するという製造方法が採用されてきた。
しかしながら、このような製造方法では菌体の収量に対して大容量の培養容器や分離濃縮設備が必要になり、コストが高くなるという問題があった。
【０００４】
上記のような課題を解決する一案として、特開平5-308957号公報には、微生物をゲル内に包括固定化し、これを廃水、下水、合成培養液または天然培養液中で培養した後、固定化微生物を破砕して高濃度に微生物を含む乳化液とする微生物製剤の製造方法が開示されている。
【０００５】
しかしながら、このような手法によってもなお、ゲル破砕のためにホモジナイザのような高速回転機が必要であり、ある程度の製造規模になるとコストが嵩む要因となり得る。さらに、同公報によれば、微生物製剤には有機物の高分子からなるゲルの成分が同伴される。このため、ゲル成分の濃度が高くなり、たとえば15重量％にも達すると、これが微生物製剤としての主な施用地点である活性汚泥や土壌において有機物として汚染源となってしまうことも懸念される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、簡単な操作で安価に製造することができ、かつ自然環境に悪影響を与えない微生物製剤の製造方法および微生物製剤を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、所定の無機微粒子固体を用いて微生物を凝集造粒させて培養し、菌培養槽内のバイオマス濃度が所定の範囲を超えたときに、培養液を菌培養槽外に取り出して微生物製剤を得るとともに、菌培養槽内の全浮遊固形物濃度が所定の範囲内の値になるように無機微粒子固体を追加して培養を続行する場合には、簡単にかつ安価に微生物製剤を製造でき、自然環境にも悪影響を与えない微生物製剤の製造方法および微生物製剤を提供することができるという新たな事実を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の微生物製剤の製造方法および微生物製剤は以下の構成からなる。
（１）中心粒子径が100μm以下の無機微粒子固体を用いて微生物を凝集造粒させた後、目的とする微生物に特異的な増殖のための基質（培養基）を加えて培養を行うことによって得られる、前記無機微粒子固体と、目的とする微生物菌体を主成分とするバイオマス（以下、ほぼ同義と見なして、バイオマスをMixed liquor Volatile Suspended Solidの頭文字をとって「MLVSS」という）との混合物からなる微生物製剤の製造方法であって、
菌培養槽内の全浮遊固形物（以下、Mixed liquor Suspended Solidの頭文字をとって「MLSS」という）の均一性が保たれるようにあらかじめ決定した培養液中のMLSS濃度の範囲において培養を行い、
MLSS濃度に対するMLVSS濃度の比が、MLSS濃度と、単位MLSSに対する単位時間あたりの基質処理能力との間に相関があると認められる範囲の上限値に到達するか又はこの上限値を超えたときに、
培養液の一部を微生物製剤として前記菌培養槽から取り出すことを特徴とする微生物製剤の製造方法。
【０００９】
（２）上記（１）記載の微生物製剤の製造方法において、前記微生物製剤を菌培養槽外に取り出した後に、中心粒子径が100μm以下の無機微粒子固体と、水または基質を含有する水とを菌培養槽内に添加し、MLSS濃度及びMLVSS濃度が上記（１）記載の各範囲内になるように調整し、再び培養を続行することを特徴とする微生物製剤の製造方法。
【００１０】
（３）前記無機微粒子固体が石炭焼却灰である上記（１）または（２）記載の微生物製剤の製造方法。
（４）前記微生物が硝化細菌である上記（１）〜（３）のいずれかに記載の微生物製剤の製造方法。
（５）目的とする微生物に特異的な増殖のための基質が、下水または廃水である上記（１）〜（４）のいずれかに記載の微生物製剤の製造方法。
（６）前記菌培養槽外に取り出した培養液を濃縮乃至乾燥させる上記（１）〜（５）のいずれかに記載の微生物製剤の製造方法。
【００１１】
（７）中心粒子径が100μm以下の無機微粒子固体に微生物を凝集造粒させ、目的とする微生物に特異的な増殖のための基質を加えて培養を行うことによって得られる、前記無機微粒子固体と、目的とする微生物菌体を主成分とするバイオマスとの混合物からなる微生物製剤であって、
全浮遊固形物濃度に対するバイオマス濃度の比が、全浮遊固形物濃度と、単位全浮遊固形物に対する単位時間あたりの基質処理能力との間に相関があると認められる範囲を超えている培養液またはその濃縮物乃至乾燥物からなる微生物製剤。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明において、無機微粒子固体とは、その材質が金属及びその無機塩類や酸化物あるいは炭素を含有するものであっても化学的に無機物に分類されるものか、または有機態炭素の含有量が1％程度未満の純物質乃至混合物をいう。具体的には、アルミナ（酸化アルミニウム）、ヒドロキシアパタイト（カルシウムリン酸ヒドロキシド）などの工業製品（規格外品や副産物、廃品を含む）や活性汚泥等有機性廃棄物の焼却灰及び火力発電やコークス炉の燃えかすである石炭焼却灰などがあげられる。比重は特に制限されないが、およそ1.2〜3.5が好ましい。
【００１３】
無機微粒子固体の中心粒子径は100μm以下であるのが好ましく、この画分の無機微粒子固体を微生物の懸濁液、例えば多様な機能を有する微生物の集合体である活性汚泥などに混合すると両者の凝集造粒化が生じ、有効な微生物固定化担体となり得る。
【００１４】
無機微粒子固体として、とりわけ石炭焼却灰は、特開平9-131178号公報に記載されるが如く、非常に安い費用で、簡単な操作で、しかも微生物の活性発現が短期間で生じるので最も好ましい。なかでもフライアッシュと呼ばれる画分のものは、火力発電所や製鉄所のコークス炉ボイラーの排ガスに含まれる石炭の燃え殻のうちの細粒画分を電気集塵機等で捕捉したもので、篩い分け等の措置を経ずとも中心粒子径が100μm以下となるので特に適している。
【００１５】
フライアッシュは、原料炭の産地や年代、集塵機の性能等の相違によって主成分の元素組成や中心粒径、比重に多少のばらつきがある（田野崎隆雄ら，秩父小野田研究報告第46巻第1冊第129号104頁〜125頁，1995年）が、本発明の実施の目的で使用するにはそのような差異は何ら問題にならない。なお、石炭灰の燃え殻のうちボイラー下に落下後捕集される粗粒画分をクリンカアッシュといい、フライアッシュと同等の元素組成を有する。クリンカアッシュを粉砕すればフライアッシュとほぼ同等のものを得ることが可能であり、本発明にも使用できる。
【００１６】
本発明において、目的とする微生物とは、それを優占的に培養して、大量に調製し、これを微生物製剤化して、ある施用点において不足する生物学的な機能や酵素活性を補填あるいは賦活させるために用いられる特定の機能を有するものを指す。具体的には、たとえば、廃水の生物学的処理装置において窒素除去に重要な役割を果たすにもかかわらず容易に失活乃至は死滅してしまうという特質を有する硝化細菌、土壌や地下水の汚染原因となるトリクロロエチレン等の有機塩素系化合物の分解浄化菌、有機性廃棄物の発酵分解あるいはコンポスト化を促進する各種微生物などがあげられる。これらはむろん純菌でも構わないが、例えば自然環境中で利用するといった目的のためには、他の微生物が混在するなかで優占種、すなわち主成分となっている程度のものでも差し支えない。
【００１７】
本発明においては、既に記述した通り、懸濁液中に無機微粒子固体と微生物とは凝集造粒体の形態で存在するが、ここに目的の微生物に特異的な基質を加えて培養を行うことにより、目的の微生物のみを増殖または優占種とすることができる。培養方法としては、回分、半回分、連続のいずれの方式も適用できるが、とくに硝化細菌のように増殖が遅く菌体収率の低い微生物を効率的に調製するためには、特開平9-187272号公報に記載されるように、微生物を培養する容器（以下、菌培養槽という）へ供給するアンモニア（培養基）量を培養時間の経過に伴い対数増加させる連続培養方式が有効である。培養基としては、天然乃至人工の培養基はもちろんのこと、下水や廃水であっても使用可能である。
【００１８】
本発明において、菌培養槽の仕様についてはとくに限定されるものではなく、従来用いられてきた培養タンクや活性汚泥処理槽等をそのまま利用できる。目的とする微生物が好気性微生物である場合、これを低廉な運転経費と容易な運転管理で高濃度に集積して効率よく培養するといった目的のためには、例えば図１に示されるような培養槽を採用して好気性微生物を培養するのが好ましい。
【００１９】
すなわち、図１に示す培養槽は円筒形の気泡塔反応器で構成される。この反応器は、外塔２内に筒形の隔壁１及びドラフトチューブ３を組み込んだ三重構造になっており、隔壁１の内側が反応部分７、隔壁１と外塔２に挟まれた領域が沈降部分６である。外塔２の底部はテーパー状のスロープ４となっており、ここを伝って下降してきた固形物が底部の酸素供給口５（吸気口）から流入した空気または高酸素分圧ガスによる上昇流によってドラフトチューブ３内を上昇し、反応部分７の上方で流入水と接触、混合され、ドラフトチューブ３の外側を下降して底部のスロープ４に到達するという循環流を形成する。
【００２０】
沈降部分６では固形物と清澄水が重力により分離され、固形物はスロープ４を伝って反応部分７に戻り、清澄水は排出口８から処理水として排出される。反応部分６の水面上方から流入する流入水として、合成培地または化成肥料製造工場廃水を供給し、培養を行う。流入水の供給は連続的および断続的のいずれでも良い。
【００２１】
図１に示す培養槽では、培養槽内に無機微粒子固体（微生物固定化担体）を流動させ、これに好気性微生物を集積させ培養する。培養にあたっては、培養槽に原水を供給し、酸素供給口５から空気または高酸素分圧ガスを供給し、反応部分７内で無機微粒子固体を含む培養液を循環させながら、無機微粒子固体を流動させ、無機微粒子固体上に微生物を集積させる。このようにして、低廉な運転経費と容易な運転管理で好気性微生物を高濃度に集積して効率よく培養することができ、また槽内へ供給された酸素の利用効率が高いため、高負荷運転が可能になる。
【００２２】
また、図１に示す培養槽に代えて、図２に示すような培養装置を使用して好気性微生物を培養しても、同様の効果が得られる。すなわち、図２に示すように、培養槽１０には原水導入管１８、処理液排出管１７および処理液排出口１９が設けられており、培養槽１０内には、仕切板１２により区画された上向流路２０および下降流路２１と、前記上向流路２０および下降流路２１の上下に設けられた連通流路２２，２３が形成され、さらに前記下降流路２１の下部には傾斜底壁１４が、下降流路２１の上部には前記傾斜底壁１４と反対方向に傾斜した整流板１３がそれぞれ設けられる。前記上向流路２０および下降流路２１には酸素供給手段として空気曝気手段１５および高酸素分圧ガスの散気手段１６が設けられている。処理液排出口１９は溢流堰であってもよく、この溢流堰から溢流した処理水は処理水排出管１７を経て槽外に排出する。前記仕切板１２は、前記培養槽１０内に培養液の循環流路を形成する。
【００２３】
前記原水供給管１８の設置位置は、培養液が処理液排出管１７にショートパスして流出しないように、例えば上向流路２０上部または培養槽１０内の中段もしくは下段に設置される。また、前記処理液排出口１９の設置位置は、仕切板１２からこれに対向する槽１０の壁面で、前記整流板１３の下端よりも上部に取り付けられるのが好ましく、これにより、前記高酸素分圧ガスの散気手段１６から供給された高酸素分圧ガスの気泡が、排出液中に同伴して処理液排出口１９から処理液排出管１７を経て培養槽外へ流出するのを整流槽１３によって阻止できる。
【００２４】
前記傾斜底壁１４は、前記下降流路２１内の仕切板１２と対向する槽１０の壁面から前記上向流路２０に向かって次第に液深が深くなるよう傾斜している。これにより、培養槽１０の底に微生物固定化担体または微生物の集積体が堆積して微生物の培養効率が低下するのを防ぎ、循環流もスムーズに形成される。
【００２５】
前記整流板１３は、前記下降流路２１の上部に仕切板１２からこれに対向する槽１の壁面に向かって下向きに傾斜（すなわち前記傾斜底壁１４とは反対方向に傾斜）して設けられている。これにより、上向流路２０下部に設けられた酸素供給手段１５から供給された空気のエアリフト効果により、培養液の上向流が形成され、次いで連通流路２２を経由し、前記整流板１３に衝突して培養槽１０内に好適な循環流が形成されると共に、高酸素分圧ガスの散気手段１６から供給された酸素気泡が前記処理水排出口１９から槽外に流出するのを防いでいる。また、前記整流板１３は、循環液が処理液排出管１７から流出しないように、培養槽１０の液表面上から上部が突出して設置されている。なお、整流板１３は全体が傾斜している必要はなく、少なくとも下部が傾斜していればよい。
【００２６】
本発明においては、無機微粒子固体と微生物との凝集造粒体に目的の微生物に特異的な基質を加えて培養を行うと、目的の微生物のみが増殖または優占種となって次第に菌培養槽内のMLVSS濃度が増加する。一方、菌培養槽内の無機微粒子固体濃度は、増加しないか、連続培養方式による場合は菌培養槽外に漏出することによって減少することがある。したがって、通常、菌培養槽内におけるMLSS濃度に対するMLVSS濃度の比は培養時間の経過に伴って増大する。MLSS濃度に対するMLVSS濃度の比が過剰に大きくなると、微生物の凝集造粒性が劣化したり、生物膜の圧密化により基質が目的の微生物に十分行き渡らない等の障害が発生し得る。また、仮にこのような障害が発生せずとも、必要以上の微生物の培養を維持するために多大のエネルギーが消費されるのは好ましいことではない。ところが、微生物製剤という観点からは、一般に微生物以外の夾雑物、すなわち無機微粒子固体の量は少ない方が好ましい。もちろん微生物製剤として製品化する際に夾雑物を分離除去してしまうことは不可能ではないが、コスト上そのような分離精製工程を付加することは好ましくない。
【００２７】
このため、本発明では、あらかじめ菌培養槽内のMLSS濃度の好適範囲と、この範囲における菌培養槽内のMLSS濃度に対するMLVSS濃度の比の好適範囲を決定しておき、MLVSS濃度がその上限値を超えたときに、培養液を菌培養槽外に取り出し、これを微生物製剤とする。すなわち、増えすぎたバイオマスを無機微粒子固体との凝集造粒体の形態で菌培養槽から取り出したものが本発明の微生物製剤である。
かかる本発明の微生物製剤は、MLSS濃度に対するMLVSS濃度の比が培養槽内の比よりも高く、無機微粒子固体の量が少ないために、微生物製剤として製品化するのに好適である。
【００２８】
本発明においてあらかじめ設定する菌培養槽中のMLSS濃度の好適範囲は、菌培養槽内のMLSSの均一性が保たれる範囲、すなわちMLSSが菌培養槽外に流出することなく菌培養槽内の任意の個所に付着または堆積せずに均一に流動しうる範囲を言う。
【００２９】
また、MLSS濃度に対するMLVSS濃度の比の好適範囲は、MLSS濃度と、単位MLSSに対する単位時間あたりの基質処理能力との間に相関があると認められる範囲、すなわち培養槽内のMLSS濃度に対応した基質処理性能が発揮され、必要以上に増殖し基質処理に寄与しない、いわば無駄な微生物をなるべく培養槽内に保持することのないような範囲を言う。相関があると判断する基準については、例えばMLSS濃度と、単位MLSS・時間あたりの基質処理能力との複数の実測結果をグラフ化し、両者の相関係数を求めて、例えば相関係数0.7以上を相関ありとするなどして、定めることができる。
【００３０】
菌培養槽内のMLSS濃度やMLVSS濃度がこれら好適範囲内にあれば、菌培養槽内の物質循環や流動性が保持され、かつエネルギーコストや培養基のコスト等を適正に維持しつつ微生物製剤の生産を行うことができる。
【００３１】
本発明方法によって菌培養槽外に培養液を微生物製剤として抜き出すと、菌培養槽内のMLSS濃度に対するMLVSS濃度の比は変わらないが、MLSS濃度値自体は減少する。かかる状況下で新たに基質を供給すると、MLVSS濃度のみが増大することになるので、生物膜の圧密化が生じ、前記のような基質処理に寄与しない、無駄な微生物を菌培養槽内に保持しやすくなる。
そこで、バイオマスに同伴して菌培養槽外に取り出されたことにより菌培養槽内の残存量が減少した無機微粒子固体を、あらかじめ設定した培養液中のMLSS濃度に対するMLVSS濃度の比の上限値以下になるように追加して培養を継続すれば、無機微粒子固体が生物膜に適度に混和し、生物膜の圧密化を防止するので、MLVSS濃度が再度上限値もしくはそれを上回るまで良好な培養状態を維持することができる。
【００３２】
以後、培養を続行することで微生物製剤を継続的に製造することができる。当然ながら、菌培養槽内のMLSS濃度、MLVSS濃度及び両者の比を常時モニタリングしておき、これらを前述の好適範囲に保持しながら、培養液の抜き出しと無機微粒子固体の添加を連続的に行う、一種のケモスタット培養の如き微生物製剤の連続製造方法とすることも本発明方法の範囲に含まれる。
【００３３】
本発明においては、系外に取り出した培養液はそれ自体が微生物製剤であるが、他の多くの既存微生物製剤と同様に水分を除去して濃縮乃至乾燥させても差し支えない。本発明の特徴として微生物を凝集造粒化しているので、遠心分離やろ過などのエネルギー消費の比較的大きい処理に拠らずとも重力沈降することによって上澄み液を分離、廃棄して濃縮した微生物製剤を得ることができる。また、本発明微生物製剤の保存や貯蔵に際しては、それが好気性微生物であれば特開2000-354484号公報に記載されているように、事前に高酸素分圧ガスで処理することが好ましい。
【００３４】
【実施例】
次に硝化細菌を目的の微生物とする本発明の実施例を示すが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、MLSS濃度及びMLVSS濃度は、（社）日本下水道協会編，下水試験方法1997年版（上巻），269頁〜271頁に準拠して測定した。
【００３５】
＜無機微粒子固体による微生物の凝集・造粒化と培養＞
微生物を凝集造粒化するための無機微粒子固体として、火力発電所の石炭焼却灰のうちフライアッシュを使用した。その元素組成等は特開平9-131178号公報に記載された通りであり、シリカ、アルミナ、酸化鉄などの金属酸化物を主成分とし、中心粒径9.12μm、比重2.29であった。フライアッシュと硝化細菌の植種源として化学工場の活性汚泥を使用して微生物の凝集造粒化と連続培養を行った。
【００３６】
すなわち、石炭焼却灰110gを、0.2％カチオン性高分子凝集剤溶液（住友化学工業株式会社製「スミフロック」FC-185N 0.352gを水176mLに溶解したもの）に加え、よく撹拌した後、0.1％アニオン性高分子凝集剤溶液（住友化学工業株式会社製「スミフロック」FA-30 0.132gを水132mLに溶解したもの）を追加してさらに30分以上撹拌した。これに化学工場の活性汚泥をMLSSとして11g混和し、合成培地（硫酸アンモニウム0.71g/L（終濃度、以下同じ）、リン酸二ナトリウム0.57g/L、塩化カリウム0.11g/L、硫酸マグネシウム七水和物0.085g/L、硫酸鉄（II）七水和物0.0085g/L、塩化カルシウム二水和物0.005g/L、硫酸マンガン四水和物0.002g/L、モリブデン酸ナトリウム二水和物0.05mg/L、硫酸亜鉛七水和物0.1mg/L、硫酸銅五水和物0.1mg/L、塩化コバルト六水和物0.001mg/L）及び水を加えて3.4Lとしたものを、図１に示す円筒形の気泡塔反応器に入れた。この反応器の主要構造部はすべてアクリル樹脂製で、内径100mmの外塔２に内径80mmの隔壁１及び内径30mmのドラフトチューブ３を組み込んだ三重構造になっている。この培養槽では、外塔２底部のテーパー状スロープ４を伝って下降してきた固形物が酸素供給口５から流入した空気または高酸素分圧ガスによる上昇流によってドラフトチューブ３内を上昇し、反応部分７の上方で流入水と接触、混合され、ドラフトチューブ３の外側を下降して底部のスロープ４に到達するという循環流を形成する。沈降部分６で固形物と清澄水が重力により分離され、固形物はスロープ４を伝って反応部分７に戻り、清澄水は排出口８から処理水として排出される。酸素供給口５からの外塔２の高さは約470mmで、同じくドラフトチューブ３の高さは約370mmである。反応部分７の実効容積は約2.2L、沈降部分のそれは約1.2Lである。
反応器に入れた微生物懸濁液のｐＨをｐＨコントローラにより約7.5に自動調節しながら反応器底部より一晩空気を供給して回分培養を行った。培養温度は常温（約25℃）とした。翌日、反応器に隔壁１およびドラフトチューブ３を挿入し、反応部有効容積2.2Lの三相流動床型の気泡塔反応器とした。このときのフライアッシュ及び活性汚泥の菌培養槽における濃度は、それぞれ5％[w/v]、および0.5％[w/v]、すなわち50000mg/L及び5000mg-MLSS/Lとなる。これに合成培地を、時間の経過とともにアンモニア濃度を対数的に増加しながら、また、リン濃度が窒素濃度の1割となるように調整しながら、ｐＨ約7.5、常温条件で連続培養を行った。
【００３７】
反応部分６の水面上方の空間から流入水として硫酸アンモニウムを含有する合成培地（アンモニア態窒素として約150mg/L〜約2000mg/L含有）または化成肥料製造工場廃水（アンモニア態窒素として約100mg/L〜約1500mg/L含有）を適宜アンモニア態窒素濃度及び流速（以下、これらをまとめてアンモニア負荷という）を変化させながら連続供給し、硝化細菌に特異的な培養を行った。菌培養槽内のpHを7.5に維持するために、10％炭酸ナトリウム水溶液をpHコントローラ（タクミナ製作所製）によって自動滴下した。硝化細菌増殖の即時的確認手段として菌培養槽の単位容積あたりの窒素処理能力を随時測定した。
【００３８】
＜培養液中のMLSS濃度の好適範囲の決定＞
アンモニア負荷を変化させながら連続培養行いつつ、菌培養槽のMLSS濃度と均一性との関係を調べた。固形物の均一性の良し悪しの判断基準として、菌培養槽の沈降部分６及び排出口８への固形物の流出、隔壁１内面への固形物の付着、菌培養槽底部への固形物の一部または全部堆積といった障害の発生の程度に基づいて４段階の判定を行った。表１は、菌培養槽のMLSS濃度に対するMLVSS濃度の比が約25％〜約30％の一定条件下における観察結果をまとめたものである。観察所見の判定結果は、◎（非常に良好）、○（良好）、△（やや不良）、×（不良）の記号で表した。表１によれば、菌培養槽内の流動性を安定に維持できるMLSS濃度範囲は約15000mg/L〜約40000mg/Lと考えられ、これを培養液中のMLSS濃度の好適範囲と決定した。
【００３９】
【表１】
0004291975.tif 000002
【００４０】
＜培養液中のMLSS濃度に対するMLVSS濃度の好適範囲の決定＞
培養液中の任意のMLSS濃度に対するMLVSS濃度比（MLVSS/MLSS）範囲におけるMLSS濃度（χ軸）と菌培養槽の単位MLSSに対する単位時間あたりの窒素処理能力（単位容積あたりの窒素処理能力をMLSS濃度で除したもの；ｙ軸）との関係を求めた。その結果を図３及び図４に示す。
培養液中のMLSS濃度の好適範囲として決定した約15000mg/L〜約40000mg/LにあてはまらないMLSS濃度のデータであっても、例外的に菌培養槽内の流動性が確保できたと観察されたものは敢えて考慮に入れている。図３はMLVSS/MLSSが20〜30％の場合で、両軸には良い相関が見られる。一方、図４はMLVSS/MLSSが30〜40％の場合で、図３に比較して相関性が低い。図４の場合のように、MLSS濃度の変動に窒素処理能力が対応しないことは、バイオマスの過剰によって基質が微生物に十分に行き渡らなかったり、基質処理に寄与しない、無駄な微生物が菌培養槽内に留まっている可能性を示している。
様々なMLVSS/MLSS範囲においてMLSS濃度と菌培養槽の単位MLSSに対する単位時間あたりの窒素処理能力との相関係数（ｒ自乗値）を測定した。その結果を図５に示す。図５によれば、比較的高い相関係数（0.7以上）が得られるのはMLVSS/MLSSが約35％までであった。以上より、培養液中のMLSS濃度に対するMLVSS濃度の好適範囲を約35％以下と決定した。
【００４１】
＜微生物製剤の製造＞
MLSS濃度14960mg/L、MLVSS/MLSS比が59％となった硝化細菌の培養液について、前記全浮遊固形物濃度に対するバイオマス濃度の好適範囲上限値である約35％を上回ったため培養液総容量の約33％を菌培養槽外に取り出した。この結果、菌培養槽の容積に対するMLSS濃度は約10000mg/L、MLSS濃度に対するMLVSS濃度の比は59％のままなのでMLVSS濃度は約6000mg/Lとなった。
培養液を取り出した後、石炭焼却灰フライアッシュを菌培養槽に添加して、MLVSS/MLSS比を前記MLSS濃度に対するMLVSS濃度の好適範囲である約22％（菌培養槽の容積に対するMLSS濃度27000mg/L、MLVSS濃度6000mg/L）として、培養を継続し、以後、これに準じて固形物すなわち微生物製剤の菌培養槽外への取り出しと石炭焼却灰フライアッシュの添加を適宜行いながら約100日間にわたり微生物製剤の生産を行った。
なお、石炭焼却灰フライアッシュの菌培養槽内への定着性を高める目的で、これを菌培養槽に添加する前に0.2w/v％濃度のカチオン性高分子凝集剤（住友化学工業製スミフロックFC-185N）溶液、次いで0.1w/v％濃度のカチオン性高分子凝集剤（住友化学工業製スミフロックFA-30）溶液内に分散させてから使用した。
菌培養槽から取り出した硝化細菌を主成分とする微生物製剤は、約481.5kg-窒素/L・hrの窒素処理能力を有していた。さらに、本微生物製剤を30分以上自然沈降させ、上澄み液をオーバーフローさせることによって得た濃縮微生物製剤は、約1000mg-窒素/L・hrの窒素処理能力を有していた。ちなみに、一般の下水処理場の窒素処理能力は、この100分の1〜1000分の1程度である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明により、無機微粒子固体を用いて微生物を凝集造粒化させてから培養し、菌培養槽内のバイオマス濃度があらかじめ決定した好適範囲を超えた培養液を菌培養槽外に取り出して微生物製剤を得、さらに菌培養槽内のMLSS濃度があらかじめ決定した好適範囲内の値になるように無機微粒子固体を追加して培養を続行するという簡単かつ安価な操作によって、すぐに使用でき、かつ自然環境に悪影響を与えない微生物製剤を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】菌培養槽として使用される気泡塔反応器の概略縦断面図である。
【図２】菌培養槽として使用される他の気泡塔反応器の概略縦断面図である。
【図３】菌培養槽内のMLSS濃度に対するMLVSS濃度が20〜30％の範囲におけるMLSS濃度（χ軸）と菌培養槽の単位MLSS、時間あたりの窒素処理能力（ｙ軸）との関係を示すグラフである。
【図４】菌培養槽内のMLSS濃度に対するMLVSS濃度が30〜40％の範囲におけるMLSS濃度（χ軸）と菌培養槽の単位MLSS、時間あたりの窒素処理能力（ｙ軸）との関係を示すグラフである。
【図５】菌培養槽内のMLSS濃度に対するMLVSS濃度の様々の範囲（χ軸）に対してMLSS濃度と菌培養槽の単位MLSSと時間あたりの窒素処理能力との相関係数ｒ自乗値（ｙ軸）を示すグラフである。
【符号の説明】
１：隔壁、２：外塔、３：ドラフトチューブ、４：スロープ、５：酸素供給口、６：沈降部、７：反応部、８：排出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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