JP2004097974A

JP2004097974A - 硝化・脱窒同時進行型反応構造体及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004097974A
Application number: JP2002264812A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Tokida; 常田　聡; Akira Hirata; 平田　彰; Noriteru Aoi; 青井　議輝
Original assignee: Waseda University
Current assignee: Waseda University
Priority date: 2002-09-10
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】独立栄養的に、硝化・脱窒を同時に連続的に起こすことができる、即ち１つの好気槽内で前記両反応場を備え、特定のリアクタを設置する必要がない、硝化・脱窒同時進行型反応構造体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】硝化・脱窒同時進行型反応構造体Ａは、単体硫黄及び硫黄脱窒細菌が固定化された嫌気部位６の外側に、硝化細菌が固定化された好気部位５を配置した２層構造から形成され、好ましくは、嫌気部位は単体硫黄及び硫黄脱窒細菌を繊維状の支持体に固定化して構成され、好気部位は硝化細菌を繊維状の支持体に固定化して構成されることを特徴とする。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硝化・脱窒同時進行型反応構造体及びその製造方法に関し、特に硝化・脱窒のための特定の反応装置を必要とせず、単一槽内で硝化と脱窒とが同時に進行してアンモニア等を有効に除去できる硝化・脱窒同時進行型反応構造体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、廃水処理における生物学的窒素除去方法としては、硝化液循環型嫌気・好気プロセスが用いられることが多い。
これは、アンモニア態窒素（ＮＨ_３−Ｎ）およびそれが酸化された硝酸・亜硝酸態窒素（ＮＯ_２−Ｎ、ＮＯ_３−Ｎ、（ＮＯｘ−Ｎ））の除去に志向しているものである。
一般的な生物学的排水処理機構ではアンモニアが好気条件において、硝化細菌によって硝酸に酸化され、嫌気条件において有機物などの電子供与体を用いて、窒素（Ｎ_２）に還元され無害化されるというプロセスを経ている。
【０００３】
具体的には、以下の反応経路の硝化反応及び脱窒反応を経ている。
（硝化反応）
▲１▼ＮＨ_３→ＮＯ_２ ⁻（アンモニア酸化細菌）
▲２▼ＮＯ_２ ⁻→ＮＯ_３ ⁻（亜硝酸酸化細菌）
硝化細菌は、主に、独立栄養細菌である。
硝化反応は、アンモニアが存在している条件下で好気条件にすることで反応が進む。
【０００４】
（脱窒反応）
ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２ ⁻→Ｎ_２
脱窒細菌としては、一般的なプロセスでは従属栄養細菌が使用される。
かかる脱窒細菌は、電子供与体を酸化する酸素を硝酸・亜硝酸態酸素（ＮＯｘ−Ｏ）から獲得するため、結果的に硝酸・亜硝酸をＮ_２に還元するものである。
【０００５】
通常の窒素除去では、このように異なる環境（嫌気・好気）で機能する２種類の細菌を用いるため、２つに分かれたプロセス、すなわち好気槽と嫌気槽とが必要とされる。更に実用的には、かかる好気槽および嫌気槽間に液を循環させる必要があり、また嫌気槽に脱窒に必要な有機物たる電子供与体を逐次的に添加する必要があるなど、プロセスが非常に複雑化するという現状がある。
【０００６】
また、廃水処理プロセスにおいて窒素除去処理を安定に進行させ、また処理速度をあげるためには、活性を有する微生物を高密度に保持することが必要になる。すなわち微生物の固定は、窒素除去プロセスにおいて、重要な因子となる。
現在様々な手法が検討されており、菌体が産出するポリマーを用いた生物膜法は重要な方法である。
生物膜のように空間分布を伴って、微生物を固定化する手法では、生物膜の内部は嫌気条件になる。
【０００７】
しかし、生物膜内部には微生物が観察されず、表層部分に密集して硝化細菌が観察される。これは、表面付近で全て溶存酸素が消費され、内部が嫌気的になっているために、微生物が存在できないからである（Ｙ．Ａｏｉ　ｅｔ　ａｌ．　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，９０（３）．２３４−２４０（２０００））。
【０００８】
また、表面付近で硝化反応が進行するために、内部に硝酸態窒素が存在し、脱窒の際の電子供与体が存在すると硝酸イオンは窒素に還元される。この際に、電子供与体としての有機化合物の添加も考えられるが、好気槽に有機化合物をそのままバルクに添加すると生物膜表層で好気的な有機物分解が起こり、従属栄養細菌が生物膜表層に増殖するため、硝化が阻害される。さらに、生物膜表層で有機物が消費されてしまうため、嫌気状態である生物膜内部に有機物が供給されず生物膜内部における脱窒反応は起こらない。このため、リアクタに単純に有機物を添加するだけでは嫌気部位で脱窒を進行させることはできない。
【０００９】
硝化脱窒を単一槽で進行させるプロセスとしては、アンモニア酸化細菌及び脱窒細菌をそれぞれ包括固定化して層を重ねたリアクタがあり、これはアンモニア酸化細菌側には好気的にアンモニアを含む基質を流し、脱窒菌側に嫌気的にメタノールを含む基質を流すことにより硝化・脱窒を逐次的に行なうものである（Ｈ．　Ｕｅｍｏｔｏ　ｅｔ　ａｌ．，　Ａｐｐｌｉｅｄ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，　６６（２），８１６〜８１９（２０００））。
また、中空糸膜の内側から通気し、そのすぐ外側にアンモニア酸化細菌、更にその外側に脱窒細菌の生物膜を形成させることにより、単一槽内で硝化脱窒を行なうメンブレンリアクタも研究されている（Ｋ．　Ｈｉｈｉｙａ　ｅｔ　ａｌ．，　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，（ｉｎ　ｐｒｅｓｓ））。
【００１０】
しかしこれらのプロセスは、硝化・脱窒反応を連続的に起こすことは可能であるが、好気リアクタに付加的に脱窒能を付加することはできず、新たなリアクタを設計する必要がある。
【００１１】
一方、有機物の代わりに還元型硫黄を電子供与体として用いる硫黄脱窒細菌を利用することも可能である。かかる硫黄脱窒細菌による脱窒反応は、上記した、有機物を用いる脱窒反応と同様に、嫌気条件下で進行し、脱窒と同時に硫酸塩を生成する。かかる硫黄脱窒細菌は、独立栄養細菌であるため、有機物を必要とせず還元型の硫黄を電子供与体として利用する。単体硫黄は不溶性であるため硫黄を嫌気部位に固定化させておくことができれば長期間にわたって嫌気部位から電子供与体を供給することが可能である。
【００１２】
硫黄脱窒細菌を用いた硝化脱窒を単一槽で起こすようなリアクタとしては、日本水処理生物学会誌第３７巻、第３号、Ｐ９３−９８（２００１）「硫黄充填反応槽を用いた嫌気性処理後の畜舎汚水の窒素除去と脱色」（陳　昌淑、田中　康夫）に記載されているものがある（図１）。
【００１３】
しかし、当システムは、図１で示す概念で構成されており、具体的にはリアクタ内においてエアレーションを図示する位置に設置することにより局所的に嫌気部位を生み出し、嫌気部位に担体硫黄を設置して脱窒を進行させるシステムである。これは、必ず図示するようなリアクタを必要とし、これにより初めて窒素除去を行なえるようにしたもので、当該装置の設置が必要とされる。
【００１４】
さらに、嫌気条件で亜硝酸を電子受容体としてアンモニア酸化反応を行なうＡＮＡＭＭＯＸを用いた方法、即ち硝化生物膜において、表層の硝化菌によって、アンモニアの一部を亜硝酸に酸化し、内部の嫌気部位でアンモニア及び亜硝酸を用いて窒素ガスヘ変換するＣＡＮＯＮ法が提案されている（Ｍ．　Ｓｔｒｏｕｓ　ｅｔ　ａｌ．，　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，　３１（８），１９５５〜１９６２（１９９７），　Ａ．　Ｓｌｉｅｋｅｒｓ　ｅｔ　ａｌ．，　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，３６（１０），　２４７５〜２４８２（２００２））。しかし、ＡＮＡＭＭＯＸは、絶対嫌気性の細菌で、増殖速度が極めて遅く、単独でも非常に培養が困難である。また、ＡＮＡＭＭＯＸを用いたプロセスではアンモニアが硝酸まで酸化されると窒素ガスヘの変換は行なわれなくなってしまい、制御が非常に困難である。従って、同プロセスも、その不安定さゆえに好気プロセスなどに付加的に窒素除去能を付与することはできない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記問題点を解決し、独立栄養的に、硝化・脱窒を同時に連続的に起こすことができる、即ち１つの好気槽内で前記両反応場を備え、特定のリアクタを設置する必要がない、硝化・脱窒同時進行型反応構造体を提供することである。
本発明の目的はさらに、本発明の構造体を、例えば環境中、池、水槽等や窒素除去能を有していない排水処理リアクタに投入するだけで窒素除去ができる、経済的かつ簡易な硝化・脱窒同時進行型反応構造体を提供することである。
本発明の他の目的は、上記硝化・脱窒同時進行型反応構造体を簡易にかつ有効に製造できる硝化・脱窒同時進行型反応構造体の製造方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明者らは、特定のリアクタを必要とせず、硝化菌及び硫黄脱窒細菌を用いて好気均一槽で硝化脱窒を実現させる反応場を実現させるべく、バルクに対して生物膜内部に単体硫黄及び硫黄脱窒細菌を存在させ、その外側であるバルク表面を硝化細菌が覆っている形の微生物の凝集体を構築して、好気１槽で、硝化・脱窒反応を呈することができる硝化・脱窒同時進行型反応構造体を達成するに至った。
【００１７】
請求項１記載の硝化・脱窒同時進行型反応構造体は、単体硫黄及び硫黄脱窒細菌が固定化された嫌気部位の外側に、硝化細菌が固定化された好気部位を配置した２層構造から形成された構造体であることを特徴とする。
請求項２記載の硝化・脱窒同時進行型反応構造体は、請求項１記載の硝化・脱窒同時進行型反応構造体において、嫌気部位が単体硫黄及び硫黄脱窒細菌を繊維状の支持体に固定化して構成され、好気部位が硝化細菌を繊維状の支持体に固定化して構成されることを特徴とする。
請求項３記載の硝化・脱窒同時進行型反応構造体は、請求項１または２記載の硝化・脱窒同時進行型反応構造体において、前記嫌気部位と前記好気部位との間に、フィルターを存在させることを特徴とする。
【００１８】
請求項４記載の硝化・脱窒同時進行型反応構造体は、請求項１〜３いずれかの項記載の硝化・脱窒同時進行型反応構造体において、嫌気部位中の単体硫黄と硫黄脱窒細菌とが、繊維状支持体中に均一に分散されて混在していることを特徴とする。
請求項５記載の硝化・脱窒同時進行型反応構造体は、請求項１〜４いずれかの項記載の硝化・脱窒同時進行型反応構造体において、細菌が固定化されている繊維状の支持体は、スラグウールであることを特徴とする。
【００１９】
請求項６記載の硝化・脱窒同時進行型反応構造体の製造方法は、硫黄粉体、硫黄脱窒細菌及び繊維状支持体を水と均一に混合し、得られた溶液をろ過することにより、硫黄及び硫黄脱窒細菌を固定化した嫌気部位を製造し、次いで、硝化細菌及び繊維状の支持体を水と均一に混合し、得られた溶液をろ過することにより硝化細菌を固定化した好気部位を、前記嫌気部位の外周に設けて構成されることを特徴とする。
請求項７記載の硝化・脱窒同時進行型反応構造体の製造方法は、請求項６記載の方法において、嫌気部位と好気部位との間に、フィルターを設けることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明を好適例により以下に説明するが、これらに限定されるものではない。本発明の硝化・脱窒同時進行型反応構造体は、単体硫黄及び硫黄脱窒細菌を繊維状の支持体に固定化した嫌気部位の外側に、硝化細菌を繊維状の支持体に固定化した好気部位が配置された構造体である。
【００２１】
このように、本発明の硝化・脱窒同時進行型反応構造体は好気１槽で硝化・脱窒反応を同時に起こすことが可能な反応場を提供できるものである。
反応モデルとして、バルク側から見て、表面の好気的な部位に硝化菌が固定化された硝化反応の起こる場が存在し、内側の嫌気部位に単体硫黄及び硫黄脱窒菌が固定化された脱窒反応が起こる場が存在する、空間的な構造を有する微生物反応場である。
すなわち外側の好気部位である硝化層において、硝化細菌の働きによりアンモニアが亜硝酸、硝酸に酸化され、溶存酸素が消費されるため内部は嫌気的になる。
また、嫌気状態である内部の脱窒層においては、硫黄脱窒細菌により単体硫黄が硫酸へ酸化されることにより、硝酸または亜硝酸が窒素ガスヘと還元される。
従って、結果的に好気的単一条件下で窒素除去を実現させることができる。
【００２２】
嫌気部位に、単体硫黄粉末と硫黄脱窒菌とが混合して固定化されているため、反応面積が広がり、効率的に脱窒反応が進行する。
【００２３】
また、単体硫黄粉末及び硫黄脱窒細菌も、硝化細菌も、繊維状の支持体、例えばスラグウールに均一に菌体を付着させて、分散・固定化されて３次元的な広がりを有しており、バルク側に硝化層、内部に脱窒層となるように構成されて、好気部分と嫌気部分を両方有する反応場が創製されることにより、好気槽内に、嫌気部分を作ることが可能となる。
【００２４】
硝化・脱窒同時進行型反応構造体について更に詳細に説明する。
図２は、硝化・脱窒同時進行型反応構造体Ａの一例を示す。１はシャーレ、２はフィルター、３はネット（１）、４はネット（２）、５は硫黄と硫黄脱窒細菌が固定化された繊維状支持体、６は硝化細菌が固定化された繊維状支持体を示す。
ここで、ネット（１）３は、スラグウールなど繊維物質が攪拌によって引き起こされるシェアーストレスによって剥がれることを防ぐため、目を細かくし、目の粗い外側のネット（２）４は、構造体全体を押さえる役目を果たせば形状、素材にはこだわらない。
【００２５】
繊維状支持体は、細菌を均一に分散・固定化できるものであれば、特に限定されず、例えばスラグウール、脱脂綿、不織布等を使用できる。
これは、微生物の固定化にスラグウール等を支持体として用いることで、人工生物膜を製造するものである。ここで、好適に使用できるスラグウールには、Ｆｅ−Ｎｉ精錬過程から産出される廃スラグがあり、繊維状物質であることから繊維のネットワーク中に安定して、簡便迅速に菌体を保持することができると考えられる（図３）。しかし、本発明においては、スラグウールのほかに、繊維状の物質、例えば脱脂綿のようなものであっても、同様な役割を担うことが可能である。
【００２６】
本例においては、嫌気部位と好気部位との間にフィルター２が設けられているが、特に設けなくとも、本発明の目的を達成することができる。かかるフィルターは、構造体の製造の際、液体が通過し、細菌細胞及び粉末硫黄が通過しないものであれば特にこだわらず、任意のもの、例えば濾過紙などが使用できる。
【００２７】
好気一槽で硝化脱窒反応を進行させる構造体Ａは、反応場として硫黄脱窒層と硝化層とを人工的に作成した（図２）ものである。
まず、繊維状支持体１０と硫黄脱窒菌８及び単体硫黄９とを水に添加して均一に混合する。スラグウール等の繊維状支持体１０と細菌群とを含む縣濁液を攪拌することで、菌体をスラグウール等の繊維状支持体に付着させる。
【００２８】
ここで、脱窒細菌としては、特に単離され、必ずしも純粋培養したものである必要はなく、下水処理場や汚泥や温泉地のバイオマットなどを種菌として、嫌気条件において培養した活性汚泥上の菌体が使用でき、硝酸、亜硝酸などの窒素源および炭酸水素ナトリウムなどの炭素源、リン、硫黄源として還元型の硫黄（単体硫黄やチオ硫酸等）を用いて培養することができる。
【００２９】
次いで、得られた、菌体が付着したスラグウール縣濁液を吸引ろ過することにより、例えば数ミリの均一な厚さの菌体を固定化した脱窒層を設けることができる。
かかるスラグウール中に（局所的嫌気部位に）硫黄を共存添加しておくことで、スラグウール中に硫黄酸化脱窒細菌を活性化させることができる。ここで繊維状支持体を使用することにより、微生物及び硫黄の固定化担体として表面積が大きくかつ化学的な修飾により、菌体の保持能力を強化することができる。
【００３０】
さらに、安定的に窒素除去を図るため、ｐＨコントロール及び脱窒層に炭酸カルシウムを混入させることが好ましい。また、かかる炭酸カルシウムは反応によって生成する硫酸と反応して、硫酸カルシウムとなり、低下するｐＨを自動的にコントロールし、それによって生じる炭酸ガスは独立栄養細菌への無機炭素源の供給源として機能するものである。
【００３１】
次いで所望する場合には、かかる脱窒層の上にフィルター２を設置する。
かかるフィルターは、液体が通過できるものであればよく、反応構造体を作成する際に、下部の脱窒層の構成部分（硫黄、脱窒細菌等）が上部の硝化層に混入せず、安定して二層が分離されたまま構造体を作成できるようにする。
【００３２】
次いで、繊維状支持体１０と硝化細菌７とを水に添加して均一に混合する。スラグウール等の繊維状支持体と細菌群とを含む縣濁液を攪拌することで、硝化菌体をスラグウール等の繊維状支持体に付着させる。
【００３３】
次いで、得られた、硝化菌体が付着したスラグウール縣濁液を吸引ろ過することにより、上記脱窒層、必要に応じてフィルターが形成された構造体上に、例えば数ミリの均一な厚さの菌体を固定化した硝化層を設ける。
必要に応じて、形状が破壊されないように二種類のネットを用いてシャーレに内に固定する。
【００３４】
ここで、硝化細菌としては、必ずしも単離され、純粋培養したものである必要はなく、下水処理場や排水処理プロセスの活性汚泥などを種菌としてアンモニア含有基質を用いて、好気条件で培養した菌体である。
【００３５】
これにより、硝化細菌、硫黄脱窒細菌をそれぞれ選択的に固定化し、硝化層及び脱窒層からなる反応場を形成することが可能となる。硝化層においてはＮＨ_３をＮＯｘ⁻へ酸化し、脱窒層においては、Ｓ^０をＳＯ_４ ^２−へ酸化することによりＮＯｘ⁻をＮ_２へ還元することができる。各層で逐次的な反応を起こすことにより、好気槽において硝化・脱窒を同時進行させることが可能となる（図３）。
【００３６】
硫黄の添加量は特に限定されず、投入先のアンモニア濃度やアンモニア負荷に対応させる必要はなく、常に過剰量、投入することが好ましい。
その固定量は、スラグウール２．５〜３．０ｇに対して、８ｇ程度が妥当である。
【００３７】
このようにして得られた硝化・脱窒同時進行型反応構造体を、例えば環境中、池、水槽等や窒素除去能を有していない排水処理リアクタに投入するだけで窒素除去が可能となる。
ここで、系内のｐＨは７〜８であることが望ましく、かかるｐＨ調整のために炭酸カルシウムを脱窒層に固定化する。また、それでも不十分な場合には、水酸化ナトリウム水溶液または炭酸水素ナトリウム水溶液を添加するｐＨコントローラを用いて、ｐＨを自動的にコントロールすることが望ましい。
【００３８】
また、本発明の硝化・脱窒同時進行型反応構造体を使用するには、回分式であっても連続式であってもよく、いずれの方法を用いても処理液中のアンモニアは有効に消失する。かかる硝化・脱窒同時進行型反応構造体の反応表面積あたりの窒素除去速度は、０．５９〜１．０４ｇ−Ｎ／（ｍ^２・日）である。
【００３９】
【実施例】
本発明を次の実施例により説明する。
実施例１　構造体の作成
硫黄酸化脱窒細菌として以下のものを使用した。
下水処理場や汚泥、無機性の廃水が流入する硝化プロセスの余剰汚泥を種菌として、嫌気条件において培養した活性汚泥状の菌体を使用した。馴養に用いた基質の組成としては、ＫＮＯ_３：５ｇ／Ｌ、ＮａＨＣＯ_３：５ｇ／Ｌ、ＫＨ_２ＰＯ_４：７．５ｇ／Ｌ、硫黄（粉末）：過剰量（５〜１０ｇ）であった。以上の基質を用いて、１週間ごとに上澄み液を新しい基質と交換しながら回分的に培養を行なった。ただし、硫黄は１ヶ月程度の頻度で加えた。
【００４０】
硝化細菌として以下のものを使用した。
下水処理場や無機性の廃水が流入する硝化プロセスの余剰汚泥を種菌として、アンモニア含有基質を用いて、好気条件で培養した菌体を使用した。馴養に用いた基質の組成としては、（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４：３ｇ／Ｌ、ＮａＨＣＯ_３：０．４ｇ／Ｌ、ＫＨ_２ＰＯ_４：２ｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ_４：０．０２ｇ／Ｌであった。以上の基質を用いて、窒素負荷が６００〜１５００ｇ−Ｎ／（ｍ^３・日）となるように調整して、１週間ごとに上澄み液を新しい基質と交換しながら回分的に培養を行なった。
【００４１】
かかる硫黄脱窒細菌及び硝化細菌の縣濁液を調製するにあたり、それぞれ以下のように菌体縣濁液を調製した。
硫黄脱窒細菌縣濁液は固定される硫黄脱窒細菌が乾燥重量で約２５０ｍｇになるように、また固定される硫黄が８ｇになるように調製した。硝化細菌懸濁液は固定される硝化細菌が乾燥重量で約５０ｍｇとなるように調製した。
【００４２】
次いで、硝化細菌縣濁液１Ｌに対してＦｅ−Ｎｉ精錬過程から産出したスラグウール１．５ｇ、硫黄脱窒細菌及び硫黄粉末縣濁液１Ｌに対して前記スラグウール２．５ｇの割合で、それぞれ均一に混合攪拌した。
【００４３】
直径９ｃｍの円形の吸引濾過装置にポアサイズ５μｍのろ紙を敷き、この上に、硫黄脱窒細菌及び硫黄粉末とスラグウールの縣濁液を吸引濾過して、２〜３ｍｍの脱窒層を形成固定した。
かかる脱窒層の上に、薄いフィルタを挟んで、その上に硝化層を、上記脱窒層の形成方法と同様にして２〜３ｍｍ形成固定した。
【００４４】
次いで、得られた構造体を濾過装置からはずして取りだし、そのままシャーレ等の底の平滑な容器に移し、ネットで外れないように押さえて固定して、図２に示すような硝化・脱窒同時進行型反応構造体を形成した。
【００４５】
実施例２　硝化・脱窒試験（回分式）
下記に示す組成のｐＨ７．３のアンモニア含有溶液１１を用いて、上記実施例１で得られた直径９ｃｍの円形のシャーレに固定した硝化・脱窒同時進行型反応構造体のアンモニア除去回分実験を、図５に示すようにして行なった。
（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４：１．５ｇ／Ｌ
ＮａＨＣＯ３：０．２ｇ／Ｌ
ＫＨ_２ＰＯ_４：１ｇ／Ｌ
ＭｇＳＯ_４：０．０１ｇ／Ｌ
【００４６】
上記処理液３００ｍｌ中に、前記実施例１で得られたシャーレに固定した硝化・脱窒同時進行型反応構造体を沈めて、菌体固定層の上からスターラー１２を用いて、処理液温度約２５℃で、攪拌混合した。攪拌混合しながら１日１回、ｐＨ、溶存酸素（ＤＯ）及びＮＨ_４ ^＋−Ｎ、ＮＯ_２ ⁻−Ｎ、ＮＯ_３ ⁻−Ｎ濃度を測定し、ｐＨが低下した場合には、１日１回ＮａＯＨ水溶液を用いてｐＨを７．３に調節した。
【００４７】
その結果を図４に示す。図４より約１７日間でアンモニアは全て消失し、硝化・脱窒が好気条件においてアンモニアをＮ_２に変換していたことがわかる。またＮＯｘの生成はほとんど観られなかったことから、モデルどおりの反応が進行していたものと考えられる。
実験中を通して、バルクのＤＯは５〜６ｍｇ／Ｌであった。また、反応表面積あたりの窒素除去速度は、０．７８ｇ−Ｎ／（ｍ^２・日）であった。
【００４８】
実施例３　硝化・脱窒試験（連続式）
実施例２と同様の反応場をリアクタに二つ沈めて、反応場と反応場との間で、攪拌子を用いてゆっくり攪拌し、基質を連続的に供給した。リアクタ容積は２５０ｍｌ、基質濃度ＮＨ_４ ^＋−Ｎ　３０ｍｇ／Ｌ、ＨＲＴ　１日として運転を行なった。ＮａＯＨ水溶液を用いてｐＨ７．２に調節した。
【００４９】
その結果を図６に示す。これより、基質を連続的に投入した場合であっても、硝化・脱窒は同時に進行することが確認され、表面積あたりの窒素除去速度は約０．５９ｇ‐Ｎ／（ｍ^２・日）であつた。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の硝化・脱窒同時進行型反応構造体は、２層とも菌体を固定するために繊維状の支持体を使うことで、粉体状の硫黄と菌体を混合させた状態で使用でき、また構造体の形を選ばないで自由自在な形に細工することが可能である。すなわち本システムのコンセプトの一つである、特定のリアクタを必要とせず、処理システムの形を選ばないということを実現することができる。
【００５１】
また、本発明の硝化・脱窒同時進行型反応構造体は、繊維状の支持体に２層構造を形成させることで、容易に１つの層の移動、取替えなどができるようになり、管理が容易である。これはシステムの維持管理を容易にさせることに有効である。
【００５２】
更にまた、本発明の硝化・脱窒同時進行型反応構造体は、上記に関連するが、細菌と硫黄が繊維のネットワークの中に固定されているため、脱窒層が物理的に安定している。すなわち発生した気泡が抜ける時などの衝撃によって菌体が外に流出してしまうことを防ぐことができる。
【００５３】
本発明の硝化・脱窒同時進行型反応構造体の製造方法は、上記本発明の硝化・脱窒同時進行型反応構造体を簡易にかつ経済的に製造することができる方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の硝化・脱窒反応装置の１例を示す概略図である。
【図２】本発明の硝化・脱窒同時進行型反応構造体の１例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の硝化・脱窒同時進行型反応構造体の１例を模式的に示す概略図である。
【図４】本発明の硝化・脱窒同時進行型反応構造体を用いて、回分式で脱窒反応を行なった際の、アンモニア処理液の濃度と時間との関係を示す線図である。
【図５】本発明の硝化・脱窒同時進行型反応構造体を用いて硝化・脱窒反応を実施するモデル図である。
【図６】本発明の硝化・脱窒同時進行型反応構造体を用いて、連続的に脱窒反応を行なった際の、アンモニア処理液の濃度と時間との関係を示した図である。
１　シャーレ
２　ろ紙
３　ネット（１）
４　ネット（２）
５　硫黄と硫黄脱窒細菌と繊維状支持体
６　硝化細菌と繊維状支持体
７　硝化細菌
８　硫黄脱窒菌
９　単体硫黄
１０　繊維状支持体
１１　アンモニア処理液（基質）
１２　スターラー

Claims

単体硫黄及び硫黄脱窒細菌が固定化された嫌気部位の外側に、硝化細菌が固定化された好気部位を配置した２層構造から形成された構造体であることを特徴とする硝化・脱窒同時進行型反応構造体。
請求項１記載の硝化・脱窒同時進行型反応構造体において、嫌気部位は単体硫黄及び硫黄脱窒細菌を繊維状の支持体に固定化して構成され、好気部位は硝化細菌を繊維状の支持体に固定化して構成されることを特徴とする硝化・脱窒同時進行型反応構造体。
請求項１または２記載の硝化・脱窒同時進行型反応構造体において、前記嫌気部位と前記好気部位との間に、フィルターを存在させることを特徴とする硝化・脱窒同時進行型反応構造体。
請求項１〜３いずれかの項記載の硝化・脱窒同時進行型反応構造体において、嫌気部位中の単体硫黄と硫黄脱窒細菌とが、繊維状支持体中に均一に分散されて混在していることを特徴とする硝化・脱窒同時進行型反応構造体。
請求項１〜４いずれかの項記載の硝化・脱窒同時進行型反応構造体において、細菌が固定化されている繊維状の支持体は、スラグウールであることを特徴とする硝化・脱窒同時進行型反応構造体。
硫黄粉体、硫黄脱窒細菌及び繊維状支持体を水に均一に混合した溶液をろ過することにより、硫黄及び硫黄脱窒細菌を固定化した嫌気部位を形成し、次いで、硝化細菌及び繊維状の支持体を水に均一に混合した溶液をろ過することにより硝化細菌を固定化した好気部位を、前記嫌気部位の外側に設けて構成されることを特徴とする硝化・脱窒同時進行型反応構造体の製造方法。
請求項６記載の方法において、嫌気部位と好気部位との間に、フィルターを設けることを特徴とする硝化・脱窒同時進行型反応構造体の製造方法。