永田・田島・塩村：ANAMMOX菌による環境浄化の基礎研究（３）資料

ANAMMOX菌による環境浄化の基礎研究（３）−上向流式リアクターによるANAMMOX菌集積培養の試み−
永田
１．目善明*・田島政弘*・塩村隆信*

式図を示す．リアクターの汚泥保持部には，内径32㎜，長的さ250㎜のアクリル樹脂製パイプを用い，両端をブチルゴANAMMOX菌とは，嫌気条件下でアンモニアを亜硝酸ム栓で閉じた．また，外部をラバーヒーターで覆い，水温で酸化することにより，エネルギーを得ている独立栄養生が35℃となるよう調節した．配管には，気体透過性が低い物である．排水からの窒素除去にANAMMOX菌を用いたとされるTIGON R-3603チューブ（サンゴバン・ノートン

場合，硝化の際に部分的亜硝酸化でよいため曝気量が少な製）を用い，外部から酸素が透過しないよう注意した．

くてすむこと，脱窒に有機物が不要であることなど，従来リアクター内に充填する生物担体には，ポリビニルアル型の硝化脱窒法と比較して処理費用の大幅な削減が期待でコール（以下PVAと称す）球体 ９）またはPVAスポンジをきる１）．

用いた．種汚泥には，K浄化センターより採取した余剰汚ANAMMOX菌を実排水の処理に適用するためには，あらかじめ菌体を集積培養する必要がある．これに対して，

泥を用い，蒸留水で２倍に希釈した後，生物担体を浸漬して汚泥を保持させた．

ANAMMOX菌をメタン菌グラニュール表面に増殖させる

培地は文献 10）〜12） を参考に表１に示す組成とした．

方法２），担体に固定化する方法３，４）によって集積し，パ表中の下段に示すのが今回培地に添加した微量元素であイロットスケールでの実排水処理に適用した例が報告される．培地は窒素ガス曝気によって予め脱酸素したものを，ている．しかし，ANAMMOX菌は未だ単離培養されておチューブポンプを用いて1L/日で送液した．ANAMMOX活らず，その性質についてはほとんど知見が得られていない性の評価は，培地中のアンモニウムイオン，亜硝酸イオこと，倍加時間が11日と極めて増殖が遅く，酸素によってン，硝酸イオン濃度をイオンクロマトグラフ法で測定する

強く阻害されること５）などにより，菌体の集積には長期ことにより行った．
ANAMMOXリアクターのスケールアップには，内径65間の培養と培地組成の工夫が必要となる．
筆者らはANAMMOX菌による排水処理の可能性を探る㎜，長さ330㎜のアクリル樹脂製円筒を用い，外部をラため，ANAMMOX菌による脱窒処理に適した環境を備えバーヒーターで覆って水温が35℃となるよう調整した．まている島根県内のK浄化センター（下水処理施設）の生物た，生物担体として，内部に短冊状のPVAスポンジ（200脱臭槽に着目し，菌相解析によりこの脱臭槽内の微生物環㎜×10㎜×２㎜）を充填した．

境を明らかにした６）．また，この生物脱臭槽内の汚泥と循環水を用いてANAMMOX菌の集積培養を試みた．しかし，集積培養に用いたリアクター内にANAMMOX菌の存在を確認することはできたが，最終的にANAMMOX活性を得ることはできなかった７）．その理由としては，培地中の微量元素の不足によるANAMMOX菌の増殖不良や，リアクターリアクターを循環式にしたことによる菌体の系外への流出が考えられた．そこでこれらの点を改善し，再度集積培養を行った結果，ANAMMOX活性を得られたので報告す

ラバーヒーター

窒素ガス
培地タンク

生物担体

る．

２．方法

ANAMMOX菌の集積培養は，上向流式リアクターを用ドレンいた連続培養法８）により行った．図１にリアクターの模チューブポンプ*環境技術グループ

図１− 8 −温調機

上向流式リアクターの模式図島根県産業技術センター研究報告

表１第43号（2006）

培地の組成(NH4)2SO4NaNO270．7㎎/L
148㎎/L

NaH2PO4KH2PO4MgSO4・7H2O
CaCl2
KHCO3

78．0㎎/L
68．1㎎/L
24．7㎎/L
22．2㎎/L
100㎎/LFeSO4・7H2O
ZnSO4・7H2O
CoCl2・6H2O
MnSO4・4H2O
CuSO4・5H2O
NaMoO4・2H2O
NiCl2・6H2O
H3BO4

2．78㎎/L
287．6μg/L
29．7μg/L
39．6μg/L
25．0μg/L
24．2μg/L
29．7μg/L
618．3μg/L

図２

ANAMMOX活性が得られたリアクターにおける形態別窒素除去量の経時変化

く，リアクター内に生息している脱窒菌の内性呼吸や硝酸菌による硝化の影響が無視できないためと考えられる．なお，本培養では培地をリアクターに供給する前に窒素ガス曝気による脱酸素を行っているが，酸化還元電位は約３．結果および考察

370-420mVと微好気条件であり，硝化はこのわずかに残る

3．1 上向流式リアクターによるANAMMOX菌の集積培養

酸素によって起こると考えられる．

既報 ７） ではリアクターに充填する生物担体としてポリエステル綿を用いたが，無機培地による培養では汚泥

3．2

ANAMMOXリアクターのスケールアップ

生成量が低いため，ポリエステル綿では汚泥を十分に保培養開始後239日目に，ANAMMOX活性が得られたリ持できないことがあきらかとなった．よって，本培養でアクターの後段に新規リアクターを連結し，流出するはより汚泥保持能力に優れるPVA球体，PVAスポンジをANAMMOX菌によるリアクターのスケールアップを行っ生物担体に用いた．集積培養はPVA球体充填リアクターた．新規リアクターの外観を図３に，また窒素除去量の経２本，PVAスポンジ充填リアクター２本の計４本で行っ時変化を図４に示す．新規リアクターによるANAMMOXた．このうち，PVAスポンジ充填リアクターの１本にお活性の出現は，種汚泥からの集積培養に比較して早く，リいて，ANAMMOX活性を得ることができた．図２に，アクター連結後80日目にANAMMOX活性を確認した．まANAMMOX活性が得られたリアクターにおけるアンモニ

た178日目の全窒素除去量は17．8㎎N/日に達し，この時のア態窒素，亜硝酸態窒素，硝酸態窒素および全窒素の除去

アンモニア態窒素除去量に対する亜硝酸態窒素除去量と硝量の経時変化を示す．なお，負で示される値は，その成酸態窒素生成量の比は1：1．69：0．09であった．この値は分が生成していることを表している．培養開始直後は，3．1項のリアクターと比較して実験式の比率により近い値

15-20㎎N/日程度の比較的強い亜硝酸除去活性が見られたであった．その理由として，より高いANAMMOX活性がが，これは，種汚泥中の有機物を水素供与体とする通常の得られたために脱窒菌の内性呼吸や硝酸菌による硝化の影脱窒反応と思われる．この脱窒活性は培養時間が経過するにつれて徐々に低下し，培養開始後約60日を経過すると，脱窒活性は2-5㎎N/日でほぼ一定となった．さらに培養を継続したところ，培養開始後224日目にANAMMOX活性と思われるアンモニアと亜硝酸の除去量の増加および硝酸の生成を確認した．その後，徐々にアンモニアと亜硝酸の除去量が増加し，アンモニアと亜硝酸の同時除去が30日間継続した時点でANAMMOX活性を得たと判断した．
培養開始後約330日後には，全窒素除去量は14．5㎎N/日となり，この時のアンモニア態窒素除去量に対する亜硝酸態窒素除去量と硝酸態窒素生成量の比は1：2.56：1.03であった．ANAMMOX菌による脱窒の窒素収支の比率は実験式から1：1．32：0．26と報告されており13，14)，これと比較した場合，このリアクターでは亜硝酸除去量と硝酸生成量が大きかった．これは，ANAMMOX活性がまだ低
− 9 −

図３

スケールアップに用いた新規リアクターの外観

永田・田島・塩村：ANAMMOX菌による環境浄化の基礎研究（３）図４

新規リアクターにおける形態別窒素除去量の経時変化響が相対的に小さくなったことが考えられる．このように，リアクターにANAMMOX活性が得られれば，そこから流出する菌体によってスケールアップが速やかに行えることが分かった．
リアクターのスケールアップ実験は現在も継続中であり，今後さらに活性が上昇すると期待される．
ANAMMOX菌による脱窒処理を実排水に適用するためには，菌体の集積による高い脱窒活性が必要となる．すでに報告されている250Lスケールのパイロットプラント実験
15）では，単位スケール当たり本報告の約250倍の脱窒能力を達成しており，今後のスケールアップの目標となる．また，今回のスケールアップではANAMMOX活性の出現まで80日を要しているが，ANAMMOX菌の増殖速度は従来言われているよりも速く，倍加時間は1．8日という報告もある16）．これは，ANAMMOX菌の集積培養条件が現時点ではまだ最適化されていないことを示しており，実用化に当たって迅速なリアクターの立ち上げを行うための重要な課題と言える．

文

献後の研究開発動向，水環境学会誌，27，442̶447（2004）
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１）古川憲治，嫌気性アンモニア酸化（anammox）の発見とその− 10 −