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図面 (8)

課題

pH3〜6で硝化活性のある耐酸性硝化細菌群の培養方法、及び、耐酸性硝化細菌群を用いた硝化処理装置及び硝化処理方法を提供する。

解決手段

pH7以上8以下の雰囲気下において、硝化細菌を担体の存在下で、107cells/mL−担体以上に培養し、担体に硝化細菌を付着、増殖させ固定化担体を形成する集積培養工程と、pH3以上6以下の雰囲気下において、固定化担体に付着、増殖した硝化細菌中の耐酸性硝化細菌を馴養する馴養工程と、を有する耐酸性硝化細菌群の培養方法である。また、培養された耐酸性硝化細菌群を用いた硝化処理装置及び硝化処理方法である。

概要

背景

食品工場化学工場などでは、低濃度から高濃度アンモニアが排出される。これらのアンモニア含有廃水は、水域富栄養化溶存酸素の低下などの原因となり、処理の必要が強く望まれている。

アンモニア含有廃水の処理は、生物学的処理法又は物理化学的処理法で処理されるが、生物学的処理法が安価であり多く用いられている。生物学的処理法は硝化細菌脱窒細菌を用いたもので、アンモニアは、硝化細菌による硝化反応により亜硝酸硝酸酸化され、亜硝酸と硝酸は、脱窒菌による脱窒反応により窒素ガスに変換され除去される。

硝化反応では硝酸が生成するためpHが低下し、pH6以下では、硝化細菌が全く増殖できず、硝化反応が起こり難いことが知られている。下記の非特許文献1においては、pHを常時7.5に制御して硝化細菌の馴養及び硝化処理を行っている。

概要

pH3〜6で硝化活性のある耐酸性硝化細菌群の培養方法、及び、耐酸性硝化細菌群を用いた硝化処理装置及び硝化処理方法を提供する。pH7以上8以下の雰囲気下において、硝化細菌を担体の存在下で、107cells/mL−担体以上に培養し、担体に硝化細菌を付着、増殖させ固定化担体を形成する集積培養工程と、pH3以上6以下の雰囲気下において、固定化担体に付着、増殖した硝化細菌中の耐酸性硝化細菌を馴養する馴養工程と、を有する耐酸性硝化細菌群の培養方法である。また、培養された耐酸性硝化細菌群を用いた硝化処理装置及び硝化処理方法である。

目的

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、pH3〜6で硝化活性のある耐酸性硝化細菌群の培養方法、及び、耐酸性硝化細菌群を用いた硝化処理装置及び硝化処理方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
0件

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請求項1

pH7以上8以下の雰囲気下において、硝化細菌担体の存在下で、107cells/mL−担体以上に培養し、前記担体に前記硝化細菌を付着、増殖させ固定化担体を形成する集積培養工程と、pH3以上6以下の雰囲気下において、前記固定化担体に付着、増殖した前記硝化細菌中の耐酸性硝化細菌を馴養する馴養工程と、を有する耐酸性硝化細菌群の培養方法

請求項2

前記馴養工程のpHが4以上5以下である請求項1に記載の耐酸性硝化細菌群の培養方法。

請求項3

前記耐酸性硝化細菌がNitrospiramoscoviensisである請求項1又は2に記載の耐酸性硝化細菌群の培養方法。

請求項4

硝化槽と、前記硝化槽にアンモニア性窒素含有水を導入する第1の導入部と、前記硝化槽から処理した前記アンモニア性窒素含有水を排出する排出部と、を備え、前記硝化槽の中に、pH7以上8以下の雰囲気下において、硝化細菌を担体の存在下で、107cells/mL−担体以上に培養し、pH3以上6以下の雰囲気下において、前記硝化細菌中の耐酸性硝化細菌を馴養した固定化担体が含まれてなる、耐酸性硝化細菌群を用いた硝化処理装置

請求項5

前記硝化槽に酸性液を供給する酸性液タンクを備える請求項4に記載の耐酸性硝化細菌群を用いた硝化処理装置。

請求項6

硝化槽と、前記硝化槽に酸性液を供給する酸性液タンクと、前記硝化槽と、前記酸性液タンクと、の間に設けられた耐酸性硝化細菌培養槽と、前記硝化槽にアンモニア性窒素含有水を導入する第1の導入部と、前記耐酸性硝化細菌培養槽にアンモニア性窒素含有水を導入する第2の導入部と、前記硝化槽から処理した前記アンモニア性窒素含有水を排出する排出部と、を備え、前記耐酸性硝化細菌培養槽で、pH7以上8以下の雰囲気下において、硝化細菌を担体の存在下で、107cells/mL−担体以上に培養し、pH3以上6以下の雰囲気下において、前記硝化細菌中の耐酸性硝化細菌を馴養した固定化担体を、前記硝化槽に供給し、前記硝化槽の中に、前記耐酸性硝化細菌を馴養した固定化担体が含まれてなる、耐酸性硝化細菌群を用いた硝化処理装置。

請求項7

前記耐酸性硝化細菌がNitrospiramoscoviensisである請求項4から6のいずれか1項に記載の耐酸性硝化細菌群を用いた硝化処理装置。

請求項8

pH7以上8以下の雰囲気下において、硝化細菌を担体の存在下で、107cells/mL−担体以上に培養し、pH3以上6以下の雰囲気下において、前記硝化細菌中の耐酸性硝化細菌を馴養した固定化担体と、アンモニア性窒素含有水と、を接触させて前記アンモニア性窒素含有水中のアンモニア硝化する硝化工程と、を含む耐酸性硝化細菌群を用いた硝化処理方法

請求項9

前記硝化工程は、アルカリ剤を無添加で行う請求項8に記載の耐酸性硝化細菌群を用いた硝化処理方法。

請求項10

前記耐酸性硝化細菌がNitrospiramoscoviensisである請求項8又は9に記載の耐酸性硝化細菌群を用いた硝化処理方法。

技術分野

0001

本発明は、耐酸性硝化細菌群の培養方法、耐酸性硝化細菌群を用いた硝化処理装置及び硝化処理方法係り、特に、アンモニア含有廃水の処理に用いられる耐酸性硝化細菌群の培養方法、耐酸性硝化細菌群を用いた硝化処理装置及び硝化処理方法に関する。

背景技術

0002

食品工場化学工場などでは、低濃度から高濃度アンモニアが排出される。これらのアンモニア含有廃水は、水域富栄養化溶存酸素の低下などの原因となり、処理の必要が強く望まれている。

0003

アンモニア含有廃水の処理は、生物学的処理法又は物理化学的処理法で処理されるが、生物学的処理法が安価であり多く用いられている。生物学的処理法は硝化細菌と脱窒細菌を用いたもので、アンモニアは、硝化細菌による硝化反応により亜硝酸硝酸酸化され、亜硝酸と硝酸は、脱窒菌による脱窒反応により窒素ガスに変換され除去される。

0004

硝化反応では硝酸が生成するためpHが低下し、pH6以下では、硝化細菌が全く増殖できず、硝化反応が起こり難いことが知られている。下記の非特許文献1においては、pHを常時7.5に制御して硝化細菌の馴養及び硝化処理を行っている。

先行技術

0005

高嶋ら、PEG固定化担体から単離したアンモニア酸化細菌生理特性衛生工学シンポジュウム論文集、6、211−215(1998)

発明が解決しようとする課題

0006

非特許文献1に記載されるように、従来の硝化反応では、pHを7〜8で制御する必要があり、pH調整のため苛性ソーダ重炭酸ソーダなどのアルカリ剤の添加が必要であった。そのため、アルカリ剤を添加するための、アルカリ剤貯留タンク及び注入ポンプなどの添加設備、又は、pH計制御装置などの多大なイニシャルコスト、及び、アルカリ剤を添加する多大なランニングコスト薬品コスト)がかかっていた。

0007

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、pH3〜6で硝化活性のある耐酸性硝化細菌群の培養方法、及び、耐酸性硝化細菌群を用いた硝化処理装置及び硝化処理方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

本発明の目的を達成するために、本発明に係る耐酸性硝化細菌群の培養方法は、pH7以上8以下の雰囲気下において、硝化細菌を担体の存在下で、107cells/mL−担体以上に培養し、担体に硝化細菌を付着、増殖させ固定化担体を形成する集積培養工程と、pH3以上6以下の雰囲気下において、固定化担体に付着、増殖した硝化細菌中の耐酸性硝化細菌を馴養する馴養工程と、を有する耐酸性硝化細菌群の培養方法を提供する。

0009

本発明によれば、集積培養工程において、pH7以上8以下の雰囲気下で硝化細菌を培養することで、耐酸性硝化細菌を含むあらゆる種類の硝化細菌を培養し、増殖させることができる。そして、集積培養工程後に、pH3以上6以下の雰囲気下で、培養した硝化細菌を馴養することで、硝化細菌の中から耐酸性硝化細菌を増殖させることができる。本発明のように、耐酸性硝化細菌を増殖させた後に、低pHで馴養することで、耐酸性硝化細菌をさらに増殖させることができる。

0010

本発明の目的を達成するために、本発明に係る耐酸性硝化細菌群を用いた硝化処理装置は、硝化槽と、硝化槽にアンモニア性窒素含有水を導入する第1の導入部と、硝化槽から処理したアンモニア性窒素含有水を排出する排出部と、を備え、硝化槽の中に、pH7以上8以下の雰囲気下において、硝化細菌を担体の存在下で、107cells/mL−担体以上に培養し、pH3以上6以下の雰囲気下において、硝化細菌中の耐酸性硝化細菌を馴養した固定化担体が含まれてなる。

0011

本発明によれば、硝化槽の中に、耐酸性硝化細菌を馴養した固定化担体を含んでいるため、硝化反応により生成した硝酸によりpHが低下しても、硝化槽内のpHを調整することなく、硝化反応を進めることができる。

0012

本発明の一態様は、硝化槽に酸性液を供給する酸性液タンクを備えることが好ましい。

0013

この態様によれば、硝化槽に酸性液を供給することができるので、硝化槽で集積培養工程を行った後、硝化槽に酸性液を供給しpHを3以上6以下に調整し、馴養工程を行うこができる。これにより、硝化槽内で耐酸性硝化細菌群の培養を行うことができる。

0014

本発明の目的を達成するために、本発明に係る耐酸性硝化細菌群を用いた硝化処理装置は、硝化槽と、硝化槽に酸性液を供給する酸性液タンクと、硝化槽と、酸性液タンクと、の間に設けられた耐酸性硝化細菌培養槽と、硝化槽に、アンモニア性窒素含有水を導入する第1の導入部と、耐酸性硝化細菌培養槽に、アンモニア性窒素含有水を導入する第2の導入部と、硝化槽から処理したアンモニア性窒素含有水を排出する排出部と、を備え、耐酸性硝化細菌培養槽で、pH7以上8以下の雰囲気下において、硝化細菌を担体の存在下で、107cells/mL−担体以上に培養し、pH3以上6以下の雰囲気下において、硝化細菌中の耐酸性硝化細菌を馴養した固定化担体を、硝化槽に供給し、硝化槽の中に、耐酸性硝化細菌を馴養した固定化担体が含まれてなる。

0015

本発明によれば、耐酸性硝化細菌培養槽を備え、耐酸性硝化細菌培養槽で、耐酸性硝化細菌を培養している。したがって、硝化槽内のアンモニア性窒素含有廃水アルカリ度に変動がある場合、又は、pHが上昇し、耐酸性硝化細菌の量が減少した場合等において、耐酸性硝化細菌培養槽で培養した耐酸性硝化細菌を含む固定化担体を供給することで、硝化槽内の硝化処理を安定して行うことができる。

0016

本発明の目的を達成するために、本発明に係る耐酸性硝化細菌群を用いた硝化処理方法は、pH7以上8以下の雰囲気下において、硝化細菌を担体の存在下で、107cells/mL−担体以上に培養し、pH3以上6以下の雰囲気下において、硝化細菌中の耐酸性硝化細菌を馴養した固定化担体と、アンモニア性窒素含有水と、を接触させてアンモニア性窒素含有水中のアンモニアを硝化する硝化工程と、を含む。

0017

本発明によれば、耐酸性硝化細菌を馴養した固定化担体を用いて硝化反応を行っているので、硝化反応により生成した硝酸によりpHが低下しても、硝化反応を進めることができる。

発明の効果

0018

本発明の耐酸性硝化細菌の培養方法によれば、まず、集積培養工程において、pH7〜8の雰囲気で硝化細菌を107cells/mL−担体以上に培養することで、酸性に対して耐性を有する硝化細菌、及び、酸性に対して耐性を有さない硝化細菌の両方を高濃度化することができる。その後、馴養工程において、pH3〜6の雰囲気で耐酸性硝化細菌を馴養することで、耐酸性硝化細菌群を培養することができる。また、この耐酸性硝化細菌群を用いることで、pH3〜6の酸性雰囲気で硝化反応を行うことができる。したがって、アルカリ剤を添加することなく硝化反応を行うことができる。

図面の簡単な説明

0019

第1実施形態の硝化処理装置を示す構成図である。
第2実施形態の硝化処理装置を示す構成図である。
集積培養工程での硝化菌amoAコピー数硝化速度の関係を示す図である。
馴養工程でのpHと硝化速度の関係を示す図である。
実施例4の水質経時変化を示す図である。
実施例4の処理運転中のPVA担体の菌叢分析結果である。
実施例5における流量比硝化率の関係を示す図である。

0020

以下、添付図面に従って、本発明に係る耐酸性硝化細菌群の培養方法、耐酸性硝化細菌群を用いた硝化処理装置及び硝化処理方法について説明する。なお、本明細書において、「〜」とは、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。

0021

[担体]
本実施形態において、固定化担体は生物膜法により製造することができる。本明細書において、担体に硝化細菌が付着した担体のことを「固定化担体」といい、硝化細菌を付着させる前の担体のことを、単に「担体」という。

0022

生物膜法は、担体表面で増殖する微生物群を利用する処理法であり、水中に担体を浸漬し、適切な曝気撹拌状態を維持するため、散気管により空気を供給することで、担体と液体との界面、すなわち、担体の表面で増殖する微生物群と、これらの微生物分泌した細胞外ポリマー状物質集合体とを含むゲル状の膜を形成することができる。

0024

特に、ポリビニルアルコール(PVA)及びその誘導体、アセタール化ポリビニルアルコール系ゲルが好ましい。ポリビニルアルコール(PVA)及びその誘導体、アセタール化ポリビニルアルコール系ゲルには、担体の中心部まで連通孔をもつものがあり、その場合、硝化菌が担体の表面だけでなく、孔の内部まで棲息することができるため、より好ましい。

0025

担体に固定化される硝化細菌は、純粋菌を固定化してもよいが、硝化細菌を含有する活性汚泥を固定化してもよい。

0026

また、硝化菌は、担体に包括固定し、包括固定化担体としてもよい。包括固定化担体は、硝化菌の存在下で固定化材料重合してゲル化することにより硝化菌を固定化材料に包括固定することにより形成される。包括固定される硝化菌は、純粋菌を包括固定してもよいが、硝化細菌を含有する活性汚泥を包括固定してもよい。

0027

担体の形状は、特に限定されないが、四角状、球状、筒状、紐状、不織布状などの形状が好ましい。特に、槽内での流動性を考えると、球状が好ましい。担体表面の凹凸、連通孔を有する担体を用いると、担体に硝化菌を多く保持することができ、廃水との接触効率がよくなり、反応速度が向上するため好ましい。

0028

[硝化処理装置]
<第1実施形態>
第1実施形態の硝化処理装置について説明する。図1は、本実施形態の耐酸性硝化細菌群を用いた硝化処理装置を示す構成図である。図1に示すように、本実施形態の硝化処理装置10は、主として、固定化担体12を充填した硝化槽14と、硝化槽14にアンモニア性窒素含有水(原水)を流入させる原水配管(第1の導入部)16と、硝化槽14で処理した処理水を排出する処理水配管(排出部)18と、硝化槽14内にエアを曝気する曝気手段20と、硝化槽14内のpHを制御するとしてのpHコントローラーとしてのpH調整手段22と、硝化槽14内に供給する酸性液を貯留する酸性液タンク24と、で構成される。また、硝化槽14には、硝化細菌の純粋菌又は硝化細菌を含有する種汚泥投入される。なお、pH調整手段22及び酸性液タンク24は、後述する馴養工程において、pHを調整する際に使用されるため、耐酸性硝化細菌を別の装置で培養し、硝化槽14内に投入する場合は、設けない構成とすることもできる。

0029

曝気手段20は、硝化槽14の底部に接続されたエア配管20Aと、エア配管20Aを介してエアを供給するブロア20Bとで構成される。そして、硝化槽14内にエアを曝気することにより、硝化槽14内を好気性条件に形成するとともに、硝化槽14内の固定化担体12を流動させる。固定化担体12を好気性条件下で流動させることで、硝化槽14内で固定化担体12と廃水とを接触させることで、廃水中のアンモニアを生物学的に処理して、亜硝酸及び硝酸にする。担体を好気性条件下で流動させることにより、担体表面に微生物を付着増殖させ固定化担体12を形成する。

0030

[耐酸性硝化細菌群の培養方法(固定化担体の製造方法)]
次に、耐酸性硝化細菌群の培養方法について説明する。本実施形態の耐酸性硝化細菌群の培養方法は、pH7以上8以下の雰囲気下において、硝化細菌を担体の存在下で、107cells/mL−担体以上に培養し、担体に硝化細菌を付着、増殖させ固定化担体を形成する集積培養工程と、pH3以上6以下の雰囲気下において、固定化担体に付着、増殖した硝化細菌中の耐酸性硝化細菌を馴養する馴養工程と、からなる。

0031

(集積培養工程)
集積培養工程は、図1に示す硝化処理装置10の硝化槽14において行われる。集積培養工程においては、まず、馴養する前の担体が硝化槽14に投入される。硝化槽14では、pH7以上8以下の雰囲気下で、未馴養の担体、及び、硝化細菌(純粋菌又は種汚泥)を投入し、一定時間保持することで、硝化細菌を担体表面に付着、増殖させることで、固定化担体12を形成する。

0032

集積培養工程においては、硝化細菌の濃度を、107cells/mL−担体以上に培養する。集積培養工程において、硝化細菌を107cells/mL−担体以上に培養することで、集積培養工程後の馴養工程において、耐酸性硝化細菌を馴養することができ、低pHにおいて、高い硝化活性を得ることができる。

0033

リアルタイムPCR法
硝化細菌の濃度は、例えば、リアルタイムPCR法により測定することができる。リアルタイムPCR法は、遺伝子解析により菌体濃度を測定する方法であり、遺伝子解析においては硝化細菌に特有の遺伝子を対象として解析を行って遺伝子数を測定し、さらにその遺伝子数から硝化細菌の菌濃度菌数を測定する。硝化細菌数はamoAの2コピーを1cellとした。ここでの硝化細菌はアンモニア酸化細菌である。

0034

amoAプライマーコピー数の測定には、下記のプライマーを使用した。

0035

プライマー名および配列5’→3’
amoA1f(GGGGTTTCT ACT GGTGGT)
amoA2r(CC CTC KGS AAAGCTTCTTC)
また、担体質量当たりのコピー数は次式(1)によって算出した。

0036

X=XO(VP+VW)/VP……(1)
ここで、X:担体内部の生菌数(コピー/mL−担体)
XO:前処理後原液の生菌数(コピー/mL)
VP:前処理した担体量(mL)
VW:前処理に用いた液量(mL)
遺伝子解析の方法としては、プライマーペアにより遺伝子を増幅するPCRが好ましく、特に遺伝子を増幅する際、ハイブリダイゼイションプローブを用いて定量するリアルタイムPCR、及び最確数法と組み合わせたMPN−PCRが好ましいが、他の解析方法でもよい。

0037

(馴養工程)
馴養工程も図1に示す硝化処理装置10の硝化槽14において行われる。馴養工程は、集積培養工程で培養した硝化細菌中の耐酸性硝化細菌を、pH3以上6以下の雰囲気下で、馴養する工程である。

0038

馴養工程は、まず、硝化槽14内のアンモニア性窒素含有水のpHを3以上6以下に調整する。硝化槽14内のpHの調整は、pH調整手段22により行われる。硝化槽14内のpHを測定し、硝化槽内のpHが所定のpHの範囲内に入るように、pH調整手段22は開閉バルブ26を開閉し、酸性液の供給を制御する。酸性液は、酸性液配管40を流れ、硝化槽14内に供給される。酸性液としては、塩酸等の酸を用いることができる。従来においては、pH6以下では、硝化細菌が全く増加できず、硝化反応が起こり難かったが、本実施形態においては、集積培養工程において、硝化細菌を107cells/mL−担体以上に培養している。硝化細菌を培養することで、耐酸性硝化細菌も増殖させることができる。耐酸性硝化細菌を増殖させることで、酸性領域であるpH3以上6以下の雰囲気で耐酸性硝化細菌を馴養し、増殖させることができる。耐酸性硝化細菌を馴養し、増殖させることで、低pHにおいても、硝化処理を行うことができる。これにより、硝化反応により硝酸が生成することで、処理水(アンモニア性窒素含有水)のpHを調整することなく、硝化処理を行うことができる。

0039

<第2実施形態>
第2実施形態の硝化処理装置について説明する。図2は、第2実施形態の耐酸性硝化細菌群を用いた硝化処理装置を示す構成図である。第2実施形態の硝化処理装置110は、耐酸性硝化細菌を培養する耐酸性硝化細菌培養槽130を備える点が第1実施形態の硝化処理装置10と主に異なっている。硝化細菌の純粋菌又は硝化細菌を含有する種汚泥は、硝化槽14及び耐酸性硝化細菌培養槽130に投入される。

0040

硝化槽14にアンモニア性窒素含有水を流入させる原水配管16には、アンモニア性窒素含有水を耐酸性硝化細菌培養槽130に流入させるための原水分配管(第2の導入部)132が原水配管16から分岐して設けられている。原水分配管132には、開閉バルブ134が設けられており、開閉バルブ134により、硝化槽14と耐酸性硝化細菌培養槽130へのアンモニア性窒素含有水の流量比を制御する。耐酸性硝化細菌培養槽130には、耐酸性硝化細菌培養槽130内に供給する酸性液を貯留する酸性液タンク24が設けられる。また、担体を投入するための担体投入管136を備える。担体投入管136から投入された担体は、耐酸性硝化細菌培養槽130内において、pH7以上8以下の雰囲気下、アンモニア性窒素含有水中で、一定時間保持することで、硝化細菌を担体表面に付着、増殖させることで、固定化担体12を形成する(集積培養工程)。耐酸性硝化細菌培養槽130は、曝気手段142を有し、曝気手段142からエアを曝気することにより担体を流動させ、担体表面に硝化細菌を付着増殖させる。集積培養工程後、耐酸性硝化細菌培養槽130内のpHを3以上6以下に調整する。pHの調整は、pH調整手段22により、開閉バルブ138の開閉を制御し、酸性液を酸性液供給管140を通り供給することで行う。pH3以上6以下の雰囲気下において、耐酸性硝化細菌を馴養し、耐酸性硝化細菌群が優先的に固定化された固定化担体12を形成する(馴養工程)。

0041

硝化処理装置110の立ち上げ時には、硝化槽14内に担体を投入し、pH7以上8以下の雰囲気下、アンモニア性窒素含有水中で、一定時間保持することで、硝化細菌を担体表面に付着、増殖させることで、固定化担体12を形成する(集積培養工程)。硝化槽14内においては、集積培養工程を行った後、耐酸性硝化細菌培養槽130を介して、酸性液を硝化槽14内に供給し、pHを3以上6以下に調整し、耐酸性硝化細菌を馴養してもよい(馴養工程)。また、集積培養工程後の固定化担体12を用いて、硝化反応を進めてもよい。硝化反応を進めていくことで、pHが低下し、硝化反応が阻害される。この時、耐酸性硝化細菌培養槽130で培養していた耐酸性硝化細菌群を有する固定化担体12を硝化槽14内に供給することで、pHの低い環境下で硝化反応を進めることができる。

0042

耐酸性硝化細菌培養槽130で馴養された耐酸性硝化細菌を有する固定化担体12は、固定化担体投入管144から硝化槽14に投入される。耐酸性硝化細菌を有する固定化担体12は、硝化槽14のアンモニア性窒素含有水のアルカリ度に変動がある場合、または、硝化槽14内のpHが上昇し、耐酸性硝化細菌の量が減少する場合等に、硝化槽14内に添加する。これにより、硝化槽14内のpHの調整、及び、耐酸性硝化細菌の量を調整することができ、硝化槽14内での硝化反応を効率良く行うことができる。硝化槽14への固定化担体12の添加、及び、酸性液の供給は、開閉バルブ146を制御することにより行うことができる。

0043

第2実施形態の硝化処理装置110においては、耐酸性硝化細菌培養槽130において、集積培養工程及び馴養工程が行われ、耐酸性硝化細菌の培養が行われる。また、硝化槽14では、硝化処理装置110の立ち上げ時に集積培養工程を行い、硝化処理を行うことでpHが低くなってきたら耐酸性硝化細菌培養槽130から耐酸性硝化細菌を有する固定化担体12を添加してもよい。また、硝化槽14で集積培養工程を行った後、pHを下げて馴養工程を行ってもよい。

0044

なお、上記第1実施形態及び第2実施形態の硝化処理装置においては、馴養工程において、酸性液を供給し、pHを3以上6以下の雰囲気にしているが、酸性液を添加せず、硝化反応により生成した亜硝酸及び硝酸によりpHを低下させながら馴養してもよい。この場合、徐々にpHを下げるため図1及び図2に示す硝化処理装置において、pHの急激な低下を防止するため、アルカリ剤の添加装置アルカリ液タンクが必要である。また、この場合、酸性液タンク24及び酸性液を添加する装置などは具備しなくてもよい。

0045

[硝化処理方法]
本実施形態の耐酸性硝化細菌群を用いた硝化処理方法は、上記の耐酸性硝化細菌群の培養方法により培養された耐酸性硝化細菌群を用いる。これにより、低pH領域(酸性領域)において硝化反応を進めることができる。したがって、硝化反応により生成した硝酸により硝化槽内のpHが低下しても硝化反応が進むため、pHを中性付近に調整する必要がなく、アルカリ剤を無添加で硝化処理(硝化工程)を行うことができる。

0046

以下に実施例を挙げ、本発明をより詳細に説明する。ただし、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。

0047

(実施例1)[耐酸性硝化細菌の培養方法]
図1に示す硝化処理装置の硝化槽を用いて処理を行った。活性汚泥(下水処理場返送汚泥)を種菌にして、pH7以上8以下の雰囲気で、硝化細菌の濃度を105〜1010cells/mL−担体の範囲で変化させて培養し、その後、pH5で耐酸性硝化細菌を馴養し、耐酸性硝化細菌が培養された固定化担体を製造した、この固定化担体を用いて硝化速度を測定した。結果を図3に示す。図3に示すように、集積培養工程において、硝化菌を107cells/mL−担体以上の濃度に培養することで、0.2kg−N/m3/day以上の硝化速度を得ることができた。硝化速度が、0.2kg−N/m3/day以上の速度の場合が、使用する際に問題ないレベルとした。集積培養工程において、硝化細菌の濃度を107cells/mL−担体以上とすることで、十分な硝化速度が得られることが確認できた。

0048

次に、集積培養工程において、硝化細菌の濃度が107cells/mL−担体以上になるように培養を行い、塩酸を添加してpHを2.5から7の範囲で変化させ、耐酸性硝化細菌を馴養した。

0049

図4は、耐酸性硝化細菌の馴養時のpHと、馴養終了後の硝化速度(pH4における硝化速度で評価)の関係を示すグラフ図である。図4に示すように、馴養時のpHを3以上6以下とすることで、硝化速度を0.2kg−N/m3/day以上とすることができた。馴養時のpHとしては、4以上5以下とすることで、より高い硝化速度が得られる耐酸性硝化細菌を培養できていることが確認できた。

0050

(実施例2)[合成廃水処理]
pH7以上8以下の雰囲気下で硝化細菌を107cells/mL−担体以上培養し(集積培養工程)、pH3以上6以下の範囲で耐酸性硝化細菌を馴養し(馴養工程)、耐酸性硝化細菌を培養した。

0051

培養した耐酸性硝化細菌を用い、NH4−N100mg/Lの合成廃水(アルカリ度120mg/L)を処理した。アルカリ度不足の廃水であるため、硝化槽のpHが低下し、運転開始1週間後にpH4.8〜5.2で安定した。pHが安定した後、3か月に渡り硝化率95%以上、硝化速度0.32kg−N/m3/dayを得た。運転期間中にアルカリの添加は行わず、無薬注処理(アルカリ無添加、pH無調整)が可能であることが確認できた。

0052

(実施例3)[実廃水処理結果]
実施例2で培養した耐酸性硝化細菌を用い、NH4−N300mg/Lの実廃水(アルカリ度327mg/L)を処理した。アルカリ度不足の廃水であるため硝化槽のpHが低下し、運転開始2週間後にpH3.2〜4.8で推移した。その後、pH3.2〜4.8で硝化率90%以上、硝化速度0.32kg−N/m3/dayを得、半年間運転を行い処理の安定性を確認できた。運転期間中にアルカリの添加は行わず、無薬注処理が可能であることを確認できた。

0053

(実施例4)[合成廃水処理]
原水として塩化アンモニウムを主成分とする無機合成廃水(NH4−N40mg/L)を用い処理を行った。硝化槽(1.1L)にPVA(ポリビニルアルコール)担体(球形、4mmφ)を10%充填し、種汚泥(群板倉浄化センターの返送汚泥)を投入し、常温で処理運転を開始した。中性での馴養終了後の61日目より、pH6.5に制御を行い、耐酸性硝化細菌の馴養を開始した。その後、pHを徐々に下げ408日目にpH3まで低下させた。pHはpHコントローラーで塩酸添加により制御し、同時に重曹添加量の調整も行った。重曹添加量に応じて原水のアルカリ度が632〜284mg/Lに段階的に変化した。原水(無機合成廃水)のアンモニア性窒素濃度運転413日目からNH4−N80mg/L、436日目からNH4−N100mg/Lに濃度を上げて処理を行った。

0054

水質の経時変化を図5に示す。担体及び種汚泥を投入後、9日目に処理水NH4−N1.6mg/L、その後12日目以降からはNH4−N1.0mg/L以下で安定した。運転開始時は亜硝酸型で硝化が進み、40日目に硝酸型での硝化となった。61日目にpHを6.5に低下させた直後、147日目にpH5.9に低下させた直後は、硝化率が低下しているが、HRT(Hydraulic retention time:水理学滞留時間)及び、容積負荷を変更することで、硝化率を上げることができた。徐々にpHは3まで低下したが、硝化率は95%以上に維持することができた。pH3.0での最大硝化速度は、0.2kg−N/m3/dayであった。

0055

また、pH3で処理運転をしているPVA担体の菌叢を解析した。解析には、次世代アンプリコンシーケンス解析方法を用いた。16S rDNAを標的として得られたPCR増幅産物についてアンプリコンをシーケンスすることで細菌の帰属分類群推定を行った。結果を図6に示す。リード数27428のうち、Nitrospira moscoviensisのリード数は3978(14.5%)、Nitrobacter vulgarisのリード数は295(1.1%)であった。同じ浄化センターの種汚泥を用いpH中性で集積した公知の文献(武井彩ほか:PVA担体を用いた高速硝化処理と生物膜の次世代アンプリコンシーケンス解析、日本水処理生物学会誌、51(4)、75-82(2015))があり、その文献には、Nitrosospira属が14%、Nitrosomonas属が10%で、Nitrobacter属は全体の0.27%しか検出されず、Nitrospira属に至っては検出されなかった。図6より、本実施形態の耐酸性硝化細菌はNitrospira moscoviensisが関与していると考えられる。また、運転開始時は、亜硝酸型で硝化が進んでおり、耐酸性亜硝酸酸化細菌として、Nitrobacter vulgarisが関与していると考えられる。

0056

(実施例5)[耐酸性硝化細菌培養槽を備えた装置での処理]
図2に示す硝化処理装置を用いて処理を行った。耐酸性硝化細菌を含む固定化担体は、耐酸性硝化細菌培養内で培養を行い、硝化槽に添加した。耐酸性硝化細菌の培養は、原水であるアンモニア性窒素含有水を原水配管と原水分配管に分岐し、原水分配管を介して、耐酸性硝化細菌培養に供給した。硝化細菌を107cells/mL−担体以上に培養した後、pHを4〜5に塩酸を添加することで制御し、耐酸性硝化細菌を馴養した。この耐酸性硝化細菌を馴養した固定化担体を硝化槽に添加することで、硝化槽内のアルカリ度が変動しても安定して硝化処理を行うことができた。

実施例

0057

また、原水の原水配管の流量をA(m3/day)、原水分配管の流量をB(m3/day)とした時の流量比(A/B)と硝化率の関係を図7に示す。流量比A/Bが低いと、耐酸性硝化細菌量が少なく硝化率が低下している。また、流量比A/Bが高いと、硝化槽でのアンモニア供給不足で硝化率が低下する。流量比A/Bは、0.05以上10以下が好ましく、より好ましくは0.1以上2以下である。

0058

10、110…硝化処理装置、12…固定化担体、14…硝化槽、16…原水配管(第1の導入部)、18…処理水配管(排出部)、20、142…曝気手段、20A…エア配管、20B…ブロア、22…pH調整手段、24…酸性液タンク、26、134、138、146…開閉バルブ、40、140…酸性液配管、130…耐酸性硝化細菌培養槽、132…原酢分配管(第2の導入部)、136…担体投入管、144…固定化担体投入管

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