生命科学関連特許情報
| タイトル： | 特許公報(B2)_独立栄養性脱窒微生物の保存方法 |
| 出願番号： | 2001220070 |
| 年次： | 2012 |
| IPC分類： | C02F 3/34,C12N 1/00 |
特許情報キャッシュ
寺嶋 光春 今城 麗 JP 4882177 特許公報(B2) 20111216 2001220070 20010719 独立栄養性脱窒微生物の保存方法 栗田工業株式会社 000001063 重野 剛 100086911 寺嶋 光春 今城 麗 20120222 C02F 3/34 20060101AFI20120202BHJP C12N 1/00 20060101ALI20120202BHJP JPC02F3/34 101ZC02F3/34C12N1/00 R C02F3/00-3/34 C12N1/00 特開２００１−１０４９９２（ＪＰ，Ａ） 特開２００１−０３７４６７（ＪＰ，Ａ） 特開２００１−１７０６８４（ＪＰ，Ａ） 3 2003024990 20030128 7 20080630 三崎 仁 【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】【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、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物が活動する条件での活性に対する最適温度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を含む微生物群を、基質の供給を停止した後、基質の供給を再開するまでの間保存する方法において、該微生物群を０〜１０℃の温度で保存することを特徴とする。【００１４】 請求項２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、基質の供給を停止した後、基質の供給を再開するまでの間保存する方法において、保存前にｐＨ調整を行うと共にｐＨ緩衝剤を添加して、該微生物群の保存環境ｐＨを７．０〜８．５とすることを特徴とする。【００１５】 ０〜１０℃の温度で、或いは、保存環境ｐＨを７．０〜８．５として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。【００１６】【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。【００１７】 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、密閉容器に入れて、窒素等の不活性ガス雰囲気で保存される。【００１８】 請求項１の方法では、この保存にあたり、保存温度を０〜１０℃とする。保存温度は０〜１０℃の温度範囲で、かつＡＮＡＭＭＯＸ微生物が凍結しない条件であり、この保存温度であれば、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の活性を８０％以上維持することができる。【００１９】 このような温度範囲を実現するための温度制御方法及び制御装置としては、特に制限はなく、直射日光の当たらない場所での保存（例えば、庇、すだれ、木陰、室内等）、扇風機、エアーコンディショナー、ヒーター、換気扇、冷蔵庫、ドライアイス、液体窒素、氷、水、ウォータークーラー、蓄熱剤等を適宜採用して所定の温度に制御すれば良い。【００２０】 請求項２の方法では、保存環境ｐＨを４〜１０の範囲とする。【００２１】 即ち、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を含有する汚泥による脱窒処理や培養に当たり、装置の運転時にはｐＨは６.５〜９、好ましくはｐＨ７．０〜８．５の範囲に調節されるが、運転を停止し、菌体を取り出して保存する操作を行う際、残存する基質が生物反応（例えば脱窒）すると、ｐＨが変化（例えば上昇）し、保存開始時にはＡＮＡＭＭＯＸ微生物にとって適さないｐＨ範囲となっている。【００２２】 従って、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物を保存する際に、保存の直前にｐＨを７．０〜８．５に調整することにより、ＡＮＡＭＭＯＸ微生物の活性を維持する。【００２３】 ｐＨの調整の方法としては、例えばｐＨ調整剤として酸（硫酸、塩酸または炭酸等）を加える方法等がある。この場合、更にｐＨ緩衝剤として例えばリン酸塩等を１×１０−５〜１×１０−１ｍｏｌ／Ｌ程度添加することにより調整したｐＨを安定させることができ、好ましい。【００２４】 本発明では、特に、前述の保存温度に調整すると共に、保存環境ｐＨを上記ｐＨ範囲に保存することが好ましく、これによりＡＮＡＭＭＯＸ微生物の活性をより一層高く維持することが可能となる。【００２５】 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。【００２６】【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。【００２７】 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、密栓し、特定の温度で３日又は１ヶ月間静置状態で保存した。保存開始時のｐＨは８．３であった。【００２８】 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。【００２９】 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。【００３０】 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。【００３１】 図１より次のことが明らかである。【００３２】 ＡＮＡＭＭＯＸ微生物グラニュールにおいて、活性が残存したのは３日及び１ヶ月間の保存ともに４０℃以下の場合であり、また、保存期間が３日間の場合、０〜３２℃では約７０％の活性が維持され、０〜１０℃では約９０％以上とほぼ完全な活性の維持を実現できた。また、保存期間が１ヶ月間の場合には０〜３２℃では約５０％の活性が維持され、０〜１０℃では約８０％以上とほぼ完全な活性の維持を実現できた。【００３３】 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た。このグラニュールのｐＨは８．０であった。これに塩酸又は水酸化ナトリウムを添加して特定のｐＨに調整後、気相部を窒素ガスで置換した後密栓し、２週間、１ヶ月又は２ヶ月間静置状態で保存した。保存温度は２５℃とした。【００３４】 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ｐＨ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。【００３５】 図２より次のことが明らかである。【００３６】 ＡＮＡＭＭＯＸ微生物グラニュールにおいて、活性が残存したのは各保存期間ともに保存開始時のｐＨが４〜１０の場合であり、また、保存期間が２週間の場合は、ｐＨ６．５〜９で約６０％以上の活性が維持され、ｐＨ７．０〜８．５では約８０％以上とほぼ完全な活性の維持を実現できた。保存期間が１ヶ月間の場合には、ｐＨ６．５〜９で約５０％以上の活性が維持され、ｐＨ７．５〜９．０では約７０％以上の活性の維持を実現できた。また、保存期間が２ヶ月の場合には、ｐＨ６．５〜９で約４０％以上の活性が維持され、ｐＨ７．０〜８．５では約７０％以上の活性の維持を実現できた。【００３７】 実施例３ 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、塩酸を添加してｐＨ８．０に調整すると共に、ｐＨ緩衝剤としてＫＨ２ＰＯ４０．００２５ｍｏｌ／Ｌ及びＮａ２ＨＰＯ４０．００２５ｍｏｌ／Ｌを添加し、その後気相部を窒素ガスで置換した後密栓し、保存温度２０℃で２週間、１ヶ月又は２ヶ月間静置状態で保存した。【００３８】 保存後のＡＮＡＭＭＯＸ微生物のアンモニア除去活性を、実施例１と同様にして測定し、保存前の活性に対する相対値で評価したところ、それぞれ保存期間２週間で約８９％、１ヶ月で約８０％、２ヶ月で約７５％と、高い活性を維持することができた。【００３９】【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で求めた保存温度と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ｐＨとＡＮＡＭＭＯＸ微生物の残存活性との関係を示すグラフである。 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、基質の供給を停止した後、基質の供給を再開するまでの間保存する方法において、該微生物群を０〜１０℃の温度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。 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、基質の供給を停止した後、基質の供給を再開するまでの間保存する方法において、保存前にｐＨ調整を行うと共にｐＨ緩衝剤を添加して、該微生物群の保存環境ｐＨを７．０〜８．５と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１又は２において、脱窒反応槽又は培養槽から採取した前記独立栄養性脱窒微生物を、密閉容器に入れ、不活性ガス雰囲気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。