JP2002316190A - 亜硝酸化合物の生物的生産方法及び水処理方法 - Google Patents
亜硝酸化合物の生物的生産方法及び水処理方法Info
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Abstract
有する微生物によって、効率的な水処理方法を得、水処
理の際、N2O生成を効率的に抑制する。 【解決手段】 有機体窒素化合物を含有する水を処理す
るにあたり、前記水と、有機体窒素化合物から窒素(窒
素ガス)を生産する能力を有する微生物とを混合し、前
記有機体窒素化合物を分解する。
Description
物的生産方法及び水処理方法に関し、特に、Strep
tomyces antibioticus(ストレプ
トミセス・アンチビオティカス、以下「S.antib
ioticus」と称す) NRRL B−546を利
用した、排水からの有機体窒素化合物の除去技術に関す
る。
おいて、硝化・脱窒処理によって行われている。
的に(1)好気的な硝化処理によるアンモニア体窒素の
硝酸への変換と(2)嫌気的な脱窒処理による硝酸の窒
素ガス(N2)への変換の2過程の組み合わせからな
る。
することによって、交互に行われている。それぞれの過
程は、活性汚泥中に生息する硝化菌と脱窒菌の働きを利
用したものである。
システムは、重大な欠陥を持つ。即ち、温暖化ガス・亜
酸化窒素(N2O)の大気中への大量放出である。N2
Oは、炭酸ガスの数百倍もの温室効果を示し、更にオゾ
ン層も破壊することが知られている。また、N2Oは、
大気中での半減期が150年であり、一旦放出されると
半永久的になくならない。
000程度と微量である。しかし、その強力な温室効果
と、20世紀以降の大気中のN2Oの増加率(毎年0.
3%)とを考え合わせると、その地球温暖化に与える影
響は、炭酸ガスに並ぶほど重大である。
好気性要求度と脱窒菌の嫌気性要求度は非常に高く、適
当な通気を制御することが困難である。硝化菌、脱窒菌
のいずれも、適正な通気が行われないと、副産物として
N2Oを生成し、これが大気中に放出される。
を完全に制御するためには、莫大なコストや時間がかか
る。このため、現存の排水処理技術の中では、排水処理
におけるN2Oの放出は、大気中のN2O濃度上昇原因
の一つとされている。
硝酸化合物を生産する能力を有する微生物によって、亜
硝酸化合物の生物的生産方法を得ることである。また、
本発明の課題は、有機体窒素化合物から窒素を生産する
能力を有する微生物によって、効率的な水処理方法を
得、水処理の際のN2O生成を効率的に抑制することで
ある。
合物から亜硝酸化合物を生物的に生産するにあたり、前
記有機体窒素化合物を含有する溶液中で、有機体窒素化
合物から亜硝酸化合物を生産する能力を有する微生物を
培養することを特徴とする、亜硝酸化合物の生物的生産
方法に係るもの(第1発明)である。
する水を処理するにあたり、前記水と、有機体窒素化合
物から窒素(窒素ガス)を生産する能力を有する微生物
とを混合し、前記有機体窒素化合物を分解することを特
徴とする、水処理方法に係るもの(第2発明)である。
s NRRL B−546が、有機体窒素化合物の好気
的な未知の反応機構により亜硝酸を生成し、また、有機
体窒素化合物の好気的な脱アミノ反応によりアンモニア
を生成し、N2O生成を抑制しつつ、有機体窒素化合物
から窒素を生産する能力を有することを見出し、本発明
に至った。
することによって、有機体窒素化合物から亜硝酸化合物
を生物的に生産できることが見出されたことに基づく。
化合物から亜硝酸化合物を生産する能力を有している。
化合物を生産する能力とは、有機体窒素化合物から亜硝
酸化合物を直接生産する能力、及び有機体窒素化合物か
ら硝酸化合物等の中間化合物を生産して中間化合物から
亜硝酸化合物を生産する能力のいずれか少なくとも一方
の能力をいう。
することは、知られていない。硝化細菌の硝化におい
て、アンモニアからの亜硝酸の生成が知られているのみ
である。
て、有機体窒素化合物から窒素を生物的に生産できるこ
とが見出されたことに基づく。
化合物から窒素を生産する能力を有している。
生産する能力とは、有機体窒素化合物から窒素を直接生
産する能力、及び有機体窒素化合物から亜硝酸化合物や
アンモニア等の中間化合物を生産して中間化合物から窒
素を生産する能力のいずれか少なくとも一方の能力をい
う。
換することは、知られていない。脱窒菌の脱窒におい
て、硝酸又は亜硝酸からの窒素ガスの生成が知られてい
るのみである。
有機体窒素化合物から亜硝酸化合物が生産され、或いは
又有機体窒素化合物から窒素が生産されるので、活性汚
泥のような複雑な生物群を用いる必要がなく、通気条件
が制御し易い、効率的な水処理方法が得られ、水処理の
際、N2O生成の抑制を効率的に行うことができる。
する。本発明では、有機体窒素化合物としては、特に制
限されず、種々のものを用いることができる。かかる有
機体窒素化合物は、例えば、タンパク質、アミノ酸、核
酸、アミン類等の含窒素有機化合物が挙げられる。
生物によって、有機体窒素化合物から生産される。かか
る亜硝酸化合物は、特に限定されず、例えば、亜硝酸ナ
トリウム等の亜硝酸塩が挙げられる。
から亜硝酸化合物を生産する能力を有する微生物を用い
る。かかる微生物は、種々の微生物であることができ、
有機体窒素化合物から亜硝酸化合物を生産する限り、特
に制限されない。
酸化合物等の中間化合物を生産し中間化合物から亜硝酸
化合物を生産する能力を有することができる。
窒素化合物から亜硝酸化合物を生産する能力を有するの
が好ましい。微生物を好気的条件下で培養できれば、嫌
気的条件下で培養するのと比べ、通気条件を制御し易い
からである。
るのが好ましい。有機体窒素化合物の利用能に優れ、酵
母エキス、肉エキス、NZアミン(商品名)等の有機体
窒素化合物を含有する培地での維持や培養が容易だから
である。
リセロール等の炭素源の添加によって、亜硝酸生成活性
が抑制されないのが好ましい。なお、かかる微生物の亜
硝酸生成活性が、培地や排水等に混入している炭素源に
より抑制される場合には、かかる炭素源を除去するか、
かかる炭素源を不活化することが有効である。
から亜硝酸化合物を生産する際に、特に、N2O生成を
抑制するものであるのが好ましい。
ス属の放線菌、特に、S.antibioticus
NRRL B−546が好ましい。かかる微生物は、有
機体窒素化合物から硝酸化合物を生産する能力と、硝酸
化合物から亜硝酸化合物を生産する能力とを有してお
り、有機体窒素化合物からの亜硝酸化合物の生産能力に
優れ、N2O生成が著しく低いからである。
なかった放線菌に属する新規脱窒菌を発見している。
B−546は、その一例であり、通常の脱窒菌と同様
に硝酸を還元し、N2を生成する。
ticus NRRL B−546が、脱窒だけでな
く、これまで知られていない新たな窒素代謝能を持つこ
とを発見し、「共脱窒」と名付けた。
をN2に変換する反応で、反応中間物にN2Oを伴わな
い。また、この反応は、好気的反応である〔日本農芸化
学会2000年度大会(3月)にて発表〕。
us NRRL B−546は、受託番号:FERM
P−18294として、平成13年 4月12日付けで
工業技術院生命工学工業技術研究所に寄託してある。こ
の菌株は、 1.枝分かれのある菌糸状の形態を示し、 2.チロシンを含む培地で黒色の色素を生成し、 3.平板培地上で白色の胞子を形成し、 4.グリセロールを炭素源として良好に生育し、 5.異化的硝酸還元能をもち、分類学上、ストレプトミ
セス属の放線菌に属する。
硝酸化合物を生産する代謝系は、少なくとも、S.an
tibioticus NRRL B−546のような
従属栄養細菌では、初めての発見である。
ト等の複雑な有機体窒素化合物から亜硝酸化合物を生産
できることは、微生物を通じて初めての発見である。
化合物からの亜硝酸化合物の生産に適するならば、特に
制限されることはない。用いる微生物の種類、溶液中の
有機体窒素化合物の濃度、溶液の組成、培養密度、培養
温度、培養時間等、種々の条件を設定し、微生物の亜硝
酸化合物生産能を制御することができる。
液中の有機体窒素化合物を亜硝酸化合物に変換すること
ができる。かかる亜硝酸化合物は、他の生物的処理や化
学的処理により、更に窒素にまで変換することができ
る。
方法は、生活排水や工場排水等の排水中の有機体窒素化
合物を硝酸化合物又は亜硝酸化合物に分解することがで
きるので、排水処理の方法として極めて有用である。
から窒素を生産する能力を有する微生物を用いる。かか
る微生物は、種々の微生物であることができ、有機体窒
素化合物から窒素を生産する限り、特に制限されない。
生産する能力を有する微生物は、有機体窒素化合物から
硝酸化合物や亜硝酸化合物等の中間化合物を生産して中
間化合物から窒素を生産する能力を有することができ、
また、かかる微生物は、有機体窒素化合物からアンモニ
アを生産してアンモニアから窒素を生産する能力を有す
ることができる。
ニアとを窒素に変換する共脱窒の能力を有するのが好ま
しい。単独の微生物が2種以上の基質を窒素に変換でき
ることは、脱窒性能を向上させるのに有利だからであ
る。
有機体窒素化合物から窒素を生産する能力を有するのが
好ましい。微生物を好気的条件下で培養できれば、嫌気
的条件下で培養するのと比べ、通気条件を制御し易いか
らである。
るのが好ましい。有機体窒素化合物の利用能に優れ、酵
母エキス、肉エキス、NZアミン等の有機体窒素化合物
を含有する培地での維持や培養が容易だからである。
リセロール等の炭素源の添加によって、窒素生成活性が
抑制されないのが好ましい。なお、かかる微生物の窒素
生成活性が、培地や排水等に混入している炭素源により
抑制される場合には、かかる炭素源を除去するか、かか
る炭素源を不活化することが有効である。
から窒素を生産する際に、特に、N 2O生成を抑制する
ものであるのが好ましい。
属の放線菌、特に、S.antibioticus N
RRL B−546が好ましい。かかる微生物は、有機
体窒素化合物からの窒素の生産能が優れ、N2O生成が
著しく低いからである。
S.antibioticus NRRL B−546
のような従属栄養細菌では、初めての発見である。
ト等の複雑な有機体窒素から窒素を生産できることは、
初めての発見である。
us NRRL B−546は、有機体窒素化合物から
硝酸化合物、亜硝酸化合物及びアンモニアを生産する能
力を有し、硝酸又は亜硝酸とアンモニアとを窒素に変換
する能力を有している。
RRL B−546は、好気的な条件下に、N2Oの生
成を抑制しつつ、有機体窒素化合物から窒素を生産する
ことができる。
体窒素化合物からの亜硝酸化合物又はアンモニアの生成
反応と、硝酸又は亜硝酸とアンモニアとを窒素に変換す
る共脱窒とを組み合わせれば、好気的処理単独で、N2
O排出削減型の画期的な有機体窒素除去システムが構築
できる。
理の常識を打ち破り、従来の排水処理における硝化・脱
窒処理に取って代わる可能性をもつ革新的なものであ
る。
水、農畜産排水、工業排水等の有機体窒素を多く含む排
水からの窒素除去の分野において、産業上利用すること
ができる。
て、具体的に説明する。なお、本発明は、ここに記載す
る実施例に制限されるものではない。図1は、S.an
tibioticus NRRL B−546による有
機体窒素からの亜硝酸生産を示すグラフである。図2
は、S.antibioticus NRRL B−5
46による有機体窒素からのアンモニア生産を示すグラ
フである。図3は、S.antibioticus N
RRL B−546によるN20排出削減型窒素除去の
一例を示すグラフである。
による有機体窒素からの亜硝酸生産を実験した。S.a
ntibiticus NRRL B−546を、30
0mLの0.1重量%酵母エキスのみ添加した培地A
(実施例1)、培地Aにおいて酵母エキスを肉エキスに
代えた培地(実施例2)及び培地Aにおいて酵母エキス
をNZアミン(商品名)に代えた培地(実施例3)を用
いて、好気的にフラスコ培養し、培地中の亜硝酸塩の濃
度を測定した。
ように、培養に伴って、培地中に亜硝酸の蓄積が見られ
た。なお、亜硝酸生成に適した培地組成は、実施例1〜
3のうちでは、実施例1の培地A(0.1重量%酵母エ
キス添加)を用いたときに最も亜硝酸の生成量が多く、
その生成量は、フラスコあたり60μモルであった(図
1参照)。
(酵母エキス等)から亜硝酸を生成する能力をもつこと
を示す。このような代謝系は、硝化細菌の硝化によりア
ンモニアが亜硝酸を生成することが知られているのみで
あり、本菌のような従属栄養細菌でははじめてであり、
酵母エキストラクト等の複雑な有機体窒素からの亜硝酸
生産は微生物を通じてはじめての発見である。
重量%グルコース(実施例4)や3重量%グリセロール
(実施例5)等の炭素源を添加することによって抑制さ
れる傾向があった(図1参照)。
測定した。Narは、脱窒に関与する酵素で膜画分に存
在することが知られている。この酵素は、硝酸を還元し
亜硝酸を生成する。
硝酸を添加した培地(実施例6)、あるいは培地Aに1
0mM硝酸を添加した培地(実施例7)を用いて、実施
例1と同様な好気条件で、S.antibioticu
s NRRL B−546を培養し、脱窒系酵素を誘導
し、12時間経過したときの菌体を回収し、菌体の膜画
分中の各種脱窒系酵素(Nar活性等)を測定した。結
果を表2に示す。
に、フラスコをゴム栓で密閉し、通気を制限した嫌気条
件で、培地Aを用いてS.antibioticus
NRRL B−546を培養し、菌体中のNar活性を
測定した(実施例8)。結果を表2に示す。なお、各酵
素の測定方法は、Kobayashi M, et al., J. Biol. Che
m. 271, 16263-16267(1996)に従った。
的に発現していることがわかった。菌体中のNar活性
は、いずれの培地を用いたときも同程度であった。これ
は、好気的条件下でも、Narが機能可能であることを
予想させるものである。通常の細菌では、この酵素は、
嫌気条件下で硝酸によって誘導合成されるが、S.an
tibioticus NRRL B−546のNar
は、これとは異なっているという特徴をもつ。
るいはグリセロール(実施例5)を添加したところ、菌
体内のNar活性は減少した。この結果は、S.ant
ibioticus NRRL B−546によって生
産される亜硝酸は、Narにより、硝酸から生成される
可能性を示す。
による有機体窒素からのアンモニア生産を試験した。実
施例1と同様の実験を行い、培地中のアンモニア濃度を
定量した(試験例1)。結果を図2に示す。その結果、
S.antibioticus NRRLB−546に
よって、有機体窒素からアンモニアが生成することが示
された。この生成活性は、培地Aを用いたときに最も高
く、フラスコあたり0.8mモルであった。
は、培地Aにグルコース(試験例2)又はグリセロール
(試験例3)を添加することによって抑制された。即
ち、アンモニアの生成と亜硝酸の生成とは類似の培地条
件で起こった。
によるN20排出削減型窒素除去を実験した。S.an
tibioticus NRRL B−546が、有機
体窒素から亜硝酸及びアンモニアを作ることは、共脱窒
反応により、有機体窒素からN2が生成できることを予
想させる。
亜硝酸とアンモニアを添加した培地(pH5.0:実施
例9及びpH7.2:実施例10)を用いて、実施例1
と同様の好気条件でS.antibioticus N
RRL B−546を培養すると、気相中に窒素ガスが
生成することが分かった(図3)。この例においては、
硝酸又は亜硝酸は、安定同位体15Nで標識してあるの
で、アンモニアと硝酸又は亜硝酸のハイブリッドによる
窒素ガスは、15N14Nとして検出される。
ニアとを添加した培地は、菌体を加えなくとも、pH5
等の酸性(比較例1)では、pH7等の中性(比較例
2)に比べて窒素ガスを多く生成する。したがって、図
3のpH5.0で、微生物が生産する窒素の量は、培地
自体が生成する窒素の量を控除することで求められる。
モニアを添加した培地(pH5.0:実施例11及びp
H7.2:実施例12)を用いて、実施例1と同様の好
気条件でS.antibioticus NRRL B
−546を培養した。
窒素ガスが生成することが分かった。このことは、S.
antibioticus NRRL B−546が、
硝酸を亜硝酸に変換し、亜硝酸から窒素ガスを生産する
ことを示す。
が少なかった(2μモル/フラスコ)。このことは、本
菌を用いるシステムが、温室ガスである亜酸化窒素排出
抑制型排水処理システムの構築に有用であることを示
す。
有機体窒素及び硝酸の同時除去が可能である。また、本
菌は、嫌気条件下よりも好気的条件下で強い窒素ガス生
成活性を示すことから、好気的脱窒処理が可能である。
有機体窒素化合物を亜硝酸化合物又は窒素に変換できる
ので、従来に比べ制御が容易で効率的な窒素除去システ
ムを提供することができる。
的であるので、たとえ好気的な条件であっても、N20
を発生させないで、有機体窒素化合物から窒素を除去す
るシステムの構築が可能である。かかる窒素除去は、温
室ガスN20の大気中への放散が少ない環境にやさしい
技術である。
B−546による有機体窒素からの亜硝酸生産を示すグ
ラフである。
B−546による有機体窒素からのアンモニア生産を示
すグラフである。
B−546によるN20排出削減型窒素除去の一例を示
すグラフである。
Claims (7)
- 【請求項1】 有機体窒素化合物から亜硝酸化合物を生
物的に生産するにあたり、 前記有機体窒素化合物を含有する溶液中で、有機体窒素
化合物から亜硝酸化合物を生産する能力を有する微生物
を培養することを特徴とする亜硝酸化合物の生物的生産
方法。 - 【請求項2】 有機体窒素化合物を含有する水を処理す
るにあたり、 前記水と、有機体窒素化合物から窒素を生産する能力を
有する微生物とを混合し、前記有機体窒素化合物を分解
することを特徴とする水処理方法。 - 【請求項3】 前記微生物が、有機体窒素化合物から亜
硝酸化合物を生産する能力を有する請求項2記載の水処
理方法。 - 【請求項4】 前記微生物が、有機体窒素化合物からア
ンモニアを生産する能力を有する請求項2又は3記載の
水処理方法。 - 【請求項5】 前記微生物を好気的条件下に培養し、前
記有機体窒素化合物を分解する請求項2〜4のいずれか
一項記載の水処理方法。 - 【請求項6】 前記微生物が、従属栄養細菌である請求
項2〜5のいずれか一項記載の水処理方法。 - 【請求項7】 前記従属栄養細菌が、ストレプトミセス
・アンチビオティカスFERM P−18294である
請求項6記載の水処理方法。
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---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007090148A (ja) * | 2005-09-27 | 2007-04-12 | Hitachi Plant Technologies Ltd | 反応比率の測定方法及び装置 |
JP2013099712A (ja) * | 2011-11-08 | 2013-05-23 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 活性汚泥処理法、活性汚泥処理剤、活性汚泥処理装置および活性汚泥処理システム |
CN105565607A (zh) * | 2016-02-02 | 2016-05-11 | 博天环境集团股份有限公司 | 一种利福平废水生化处理的预处理方法 |
CN112850895A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-05-28 | 安道麦安邦(江苏)有限公司 | 一种吡蚜酮有机氮废水的处理方法及装置 |
-
2001
- 2001-04-20 JP JP2001122540A patent/JP4069197B2/ja not_active Expired - Lifetime
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