JP2013192465A

JP2013192465A - 混合微生物及び廃水処理方法

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Publication number: JP2013192465A
Application number: JP2012059992A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Tatara; 昌浩多田羅; Hide Ishikawa; 秀石川; Yoshiyuki Ueno; 嘉之上野
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2013-09-30
Anticipated expiration: 2032-03-16
Also published as: JP5943661B2

Abstract

【課題】運転コストが低く、高効率な廃水中の窒素除去手段の提供する。
【解決手段】アナモックス菌を少なくとも含有し、水理的滞留時間（hydraulic retention time）を2時間以内とした場合において、窒素除去率80％以上の窒素除去能力を備えた混合微生物。この混合微生物はアナモックス菌を含有するため、廃水中などに含有するアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を窒素ガスに変換する。これにより、廃水中から窒素を除去できる。このアナモックス菌又はアナモックス汚泥を集積培養することにより、窒素負荷5〜10kg/m³/dayで処理できるため、廃水中などに含有する窒素を、比較的大量、短時間、かつ効率的に処理できる。従って、この混合微生物を用いることにより、高度かつ大量な廃水処理が可能となる。
【選択図】図５

Description

本発明は、新規アナモックス菌を含有する混合微生物、及び、その混合微生物を用いた廃水処理方法などに関連する。この新規アナモックス菌は、水理的滞留時間（hydraulic retention time）を2時間以内とした場合において、窒素除去率80％以上の窒素除去能力を備え、窒素負荷5〜10kg/m³/dayでの処理が可能である。

生活排水、し尿、産業排水、農業・畜産系排廃水などの廃水は、有機物・固形物・栄養塩などの汚濁物質を多く含有するため、一定の水質基準に達するまで処理してから、公共用水域などに放流される。通常、廃水処理は、廃水に含まれる汚濁成分の特性・処理目標などに応じて、処理方法を選択し、また、複数の処理方法を組み合わせて行う。

活性汚泥法は、活性汚泥中の好気性微生物群の働きにより有機物などを分解・除去する方法であり、下水処理場などで最も多く採用されている。この方法では、一般的に、最初沈殿地で下水中の固形物を沈殿除去した後、曝気槽で活性汚泥中の好気性微生物群が有機物などの分解を行い、最終沈殿地で汚泥と水を沈殿分離する。回収された汚泥は、曝気槽などに返送したり、下水汚泥として処理したりし、分離された水は、塩素消毒などの後、公共用水域などに放流される。

嫌気性処理法は、嫌気性微生物群によって有機物をメタンと二酸化炭素に分解する方法であり、例えば、し尿・下水汚泥・食品工場廃水など、有機物を高濃度に含有する廃水の処理などに適用されている。この方法では、一般的に、嫌気槽内で有機物などの消化を行い、処理水を放流する。また、発生汚泥を汚泥処理施設で濃縮・脱水した後、その処理汚泥を搬出するとともに、脱水などにより回収された水を返流水として嫌気槽に返流する。

これらの方法を含め、多くの廃水処理方法は、有機物の除去には効果がある一方、窒素・リンなどの栄養塩類の除去が充分できないという問題がある。これらの栄養塩類が比較的高濃度で公共用水域などに放流されると、放流水域の富栄養化の原因となり、藻類の異常増殖やそれに伴う貧酸素化など、水域環境が悪化する。この問題は実際に顕在化しつつあり、懸念されている。

それに対し、廃水の高度処理技術として、硝化脱窒法による処理が検討され、一部実用化されている。硝化脱窒法は、好気条件下で、廃水中のアンモニア性窒素を、アンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌の働きにより硝酸性窒素に変換し、次に、無酸素条件下で、従属栄養的に脱窒細菌の働きにより硝酸性窒素を窒素ガスに変換する方法である。両反応により廃水中の窒素を窒素ガスに変換できるため、この方法を単独で採用する場合も有効であり、また、例えば、上記方法と組み合わせることにより、有機物に加え、窒素の除去も可能になり、廃水の高度処理も実現できる。また、例えば、上記嫌気性処理法において、返流水を返流する前にこの硝化脱窒処理を行うことにより、嫌気槽における窒素負荷量の増大も抑制できる。

硝化脱窒法は、生物的処理により廃水中の窒素を有効に除去できる点で有用であるが、硝化工程において曝気エネルギーが必要であり、また、脱窒細菌が従属栄養細菌であるため脱窒工程で炭素源（エタノールなど）の添加が必要であり、ランニングコストが高いという課題もある。

近年、アナモックス反応（anammox；anaerobic ammonium oxidation、嫌気性アンモニア酸化反応）が新規に発見され、注目されている。アナモックス反応は、アナモックス菌により、従来の硝化脱窒反応とは全く異なる代謝経路を経て、アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素が窒素ガスに変換される反応である。

アナモックス菌は、いまだに単離されていないが、16S rRNA遺伝子の解析などにより、複数の種類の存在が報告され、また、集積培養の成功例がいくつか報告されている。アナモックス菌は、嫌気性の独立栄養細菌であり、培養時に曝気などを必要とせず、炭素源などの添加も必要としない。アナモックス菌の集積汚泥（アナモックス汚泥）を用いた検討などにより、増殖速度が極めて小さいこと、増殖の至適温度が37〜40℃と比較的高いことなどの知見が報告されている。

特許文献１には、硝化脱窒法による処理を含む例として、窒素・リン含有有機性排水の嫌気工程、好気工程及び固液分離工程の各工程を順次通す窒素・リン含有有機性排水の処理方法が、特許文献２には、アナモックス反応を用いた例として、アナモックス菌のグラニュールを用いた廃液処理方法が、それぞれ記載されている。
特開平５−１８５０９０号公報特開２０１１−２５１２５５号公報

本発明は、運転コストが低く、高効率な廃水中の窒素除去手段を提供することなどを目的とする。

本発明者らは、アナモックス菌の集積培養に成功し、そのアナモックス汚泥に含有するアナモックス菌が新規生物資源であることを確認するとともに、そのアナモックス菌又はアナモックス汚泥が、水理的滞留時間（hydraulic retention time）を2時間以内とした場合において、窒素除去率80％以上の窒素処除去能力を備え、窒素負荷5〜10kg/m³/dayでの処理が可能であることを新規に見出した。

そこで、本発明では、アナモックス菌を少なくとも含有し、水理的滞留時間（hydraulic retention time）を2時間以内とした場合において、窒素除去率80％以上の窒素除去能力を備えた混合微生物を提供する。

この混合微生物はアナモックス菌を含有するため、廃水中などに含有するアンモニア性窒素及び亜硝酸性窒素を窒素ガスに変換する。これにより、廃水中から窒素を除去できる。

このアナモックス菌又はアナモックス汚泥を集積培養することにより、窒素負荷5〜10kg/m³/dayで処理できるため、廃水中などに含有する窒素を、比較的大量、短時間、かつ効率的に処理できる。

また、本発明では、アナモックス菌による窒素処理を行っているため、嫌気性であり、曝気などのエネルギーを必要としないという利点があり、また、独立栄養性であり、炭素源などの添加を必要としないため、運転コストを低く抑えることができるという利点がある。

従って、このアナモックス菌を含有する混合微生物を用いて窒素を含有する水を処理することにより、効率的かつ低廉な窒素除去が可能であり、また、この混合微生物を用いて廃水を処理することも可能である。

なお、本発明において、「廃水」は、少なくとも窒素を含有する水を全て包含し、生活排水、し尿、産業排水、農業・畜産系排廃水などの廃水の他、廃水処理後の水、例えば、活性汚泥法処理後の水（放流水を含む）、嫌気性処理後の水（放流水、返流水などを含む）、前処理後の水、例えば、部分的亜硝酸化処理後の水なども広く包含する。

本発明により、比較的低廉かつ高効率に廃水中などの窒素を除去できる。

以下、本発明の実施形態の例を示す。なお、本発明は、これらの実施形態のみに狭く限定されない。

＜本発明に係る混合微生物について＞
本発明に係る混合微生物は、アナモックス菌を少なくとも含有し、水理的滞留時間（hydraulic retention time）を2時間以内とした場合において、窒素除去率80％以上の窒素除去能力を備えたものをすべて包含する。

アナモックス菌は、絶対嫌気性であり、現時点において、アナモックス菌の単離及び単独培養の成功例は報告されていない。しかし、アナモックス汚泥中に混合微生物として複数の微生物が共生し、それらの微生物の一部がアナモックス菌から有機物の供給を受けるとともに、酸素を消費することにより、局所的に絶対嫌気的生育環境を創出すると推測されている。従って、アナモックス汚泥又は混合微生物として扱うことにより、絶対嫌気性の条件を完全には満たさない場合でも、アナモックス菌を生育・増殖させることができ、窒素除去を行うことができる。

この混合微生物を用いて廃水中の窒素除去を行う場合、まず、窒素除去槽を形成し、そこにアナモックス菌を定着させる。

アナモックス菌を定着させるための窒素除去槽は、目的に応じて適宜大きさ・構成などを定めることができ、特に限定されないが、アナモックス菌が絶対嫌気性であるので、できるだけ密封された空気に触れる機会の少ない条件を創出することが好ましい。例えば、略筒状の窒素除去槽に、不織布など、アナモックス菌などが固着しやすい担体を配設し、上向流性に原料（廃水、培地など）を連続的に供給するようにする。なお、本発明では、アナモックス菌による窒素処理を行っているため、嫌気性であり、曝気などのエネルギーを必要とせず、運転コストを低く抑えることができるという利点がある。

例えば、アナモックス汚泥を種汚泥として窒素除去槽に投入し、所定期間原料を連続的に供給することにより、窒素除去槽にアナモックス菌を定着させることができる。

アナモックス汚泥の投入量は、条件などにより適宜定めることができるが、例えば、窒素除去槽の容積1L当たり、アナモックス汚泥をSS量で10〜1,000mgが好適であり、50〜500mgがより好適であり、100〜400mgが最も好適である。例えば、窒素除去槽にこれらの量のアナモックス汚泥を投入することにより、比較的早期に定着及び窒素除去を確認でき、約1〜4カ月で本格的な運転が可能となる。

窒素除去の原料には、上記の各廃水やアナモックス菌培養用に調整された培地を適宜用いることができるが、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を含有し、かつその比率が1:1〜1:1.5の範囲であることが好ましい。例えば、前処理として、原料を曝気し、アンモニア酸化細菌の働きによりアンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に変換してから、窒素除去槽に供給するようにしてもよい。なお、本発明では、アナモックス菌による窒素処理を行っているため、独立栄養性であり、炭素源などの添加を必要とせず、運転コストを低く抑えることができるという利点がある。

例えば、窒素除去率などによりアナモックス菌の定着が確認された場合、窒素除去のための本格的な運転を開始する。

本発明に係る混合微生物は、充分量のアナモックス菌が定着した場合、水理的滞留時間を短くしても、窒素除去率80％以上を概ね維持したまま、大量の窒素を処理できる能力を備える。本発明における水理的滞留時間は、2時間以内が好適であり、1時間以内がより好適であり、0.8時間以内が最も好適である。

本発明に係る混合微生物は、上記条件下において、窒素負荷5〜10kg/m³/dayで処理できるものが好適であり、窒素負荷6〜10kg/m³/dayで処理できるものがより好適であり、窒素負荷7〜10kg/m³/dayで処理できるものが最も好適である。

以上のように、本発明に係るアナモックス菌を定着させた後、本格的に運転することにより、廃水中などに含有する窒素を、比較的大量、短時間、かつ効率的に処理できる。

本発明者らは、上記の処理能力を備えたアナモックス菌の集積培養に成功し、また、配列番号１及び配列番号２の配列を有するプライマー対に用いて、そのアナモックス汚泥に含有するアナモックス菌の16S rRNA遺伝子中の所定領域の配列をPCR法で増幅することにより、その増幅部分の配列を取得することに成功した。そして、新規に見出した二つのアナモックス菌について、その菌の窒素除去性能の高さ、窒素負荷が高い場合にも効率で窒素除去を行うことができる点、16S rRNA遺伝子の部分配列などから、そのアナモックス汚泥に含有するアナモックス菌が新規生物資源であることを確認し、それぞれ、「Candidatus Brocadia sp. KA-01」及び「Candidatus Brocadia sp. KA-02」と命名した。

これらの株を含有する各混合微生物を、ブダペスト条約上の国際寄託機関でもある独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センター（所在地：日本国千葉県292-0818木更津市かずさ鎌足2-5-8）に寄託申請したが、混合物の組成が明確でないこと、混合物の組成を確認する方法がないこと、及び、凍結又は乾燥による長期保存ができないことを理由に、2012年2月29日付で受託を拒否された。そこで、本出願人は、これらの株を、それぞれ、鹿島建設株式会社技術研究所（所在地：日本国東京都調布市飛田給2-19-1）内において自己寄託し、維持・保存している。本出願人は、日本国特許法施行規則第２７条の３各号に該当する場合、各法令の遵守を条件に、これらの混合部生物を第三者に分譲することを保証する。

これらの菌株は、アナモックス菌の菌株であり、難培養微生物であるが、例えば、上記の方法により、培養を行うことができる。上記の通り、絶対嫌気性細菌であり、寒天培地上などでの増殖は行わない。例えば、上記方法により連続培養を行った場合の菌叢の色は赤色である。

例えば、亜硝酸ナトリウム(NaNo₂)、硫酸アンモニウム((NH₄)₂SO₄)、重炭酸カリウム(KHCO₃)、リン酸二水素カリウム(KH₂PO₄)、硫酸マグネシウム(MgSO₄・7H₂O)、塩化カルシウム(CaCl₂・2H₂O)などを含有する液体培地を調整し、培養槽内に上向流性に連続供給することにより、培養を行うことができる。培地は、例えば、不活性ガスで酸素をパージしてから用いてもよい。

KA-01株の16S rRNA遺伝子の部分配列を配列番号３に、KA-02株の16S rRNA遺伝子の部分配列を配列番号４に、それぞれ示す。これらの配列は、配列番号１及び配列番号２の配列を有するプライマー対に用いてPCR法により増幅された領域の配列である。

本発明は、アナモックス菌の16S rRNA遺伝子が配列番号３又は配列番号４の配列と同一又は実質的に同一の領域を含むものを全て包含する。ここで、「実質的に同一」は、例えば、KA-01株では、その領域の配列の差異が9塩基以下の場合、より好適には5塩基対以下の場合、最も好適には3塩基対以下の場合を、KA-02株では、その領域の配列の相同性が98%以上の場合、より好適には99%以上の場合、最も好適には99.5%以上の場合を、それぞれ指す。

KA-01株又はKA-02株と同一のものであるかどうかの判別は、公知の方法、例えば、上記プライマー対を用いて16S rRNA遺伝子の所定領域をPCR法で増幅し、その増幅部分の塩基配列を取得し、配列番号３又は配列番号４の配列との相同性を解析することにより、行うことができる。

＜本発明に係る廃水処理方法について＞
本発明に係る廃水処理方法は、上記混合微生物を用いて廃水を処理するものを全て包含する。

例えば、上記の混合微生物を用いることにより、窒素を含有する水から窒素を除去することができるため、この混合微生物を廃水処理に用いることができる。

例えば、上記の通り、まず、アナモックス菌を窒素除去槽に定着させ、窒素除去率などによりアナモックス菌の定着を確認した後、窒素除去のための本格的な運転を開始する。窒素除去槽には、例えば、上記のものを採用できる。

例えば、活性汚泥処理、嫌気性処理など、所定の廃水処理を行った後、その放流水・返流水などをこの廃水処理方法で再処理することにより、有機物だけでなく窒素も除去できるため、廃水の高度処理が可能になる。また、例えば、嫌気性処理の場合は、返流水中の窒素が嫌気性処理における窒素負荷を増大していたのに対し、本発明により、返流水の窒素濃度を低減できる。従って、より効率的な嫌気性処理が可能になる。

前処理として、部分的亜硝酸化処理を行い、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の比率が1:1〜1:1.5の範囲になるように調製する工程を挿入してもよい。これにより、アナモックス反応を促進できるため、窒素除去効率を高く維持できる。部分的亜硝酸化処理としては、公知の方法、例えば、窒素除去槽に原料を投入する前に原料を曝気することにより行うことができる。

この廃水処理方法では、水理的滞留時間は、2時間以内が好適であり、1時間以内がより好適であり、0.8時間以内が最も好適である。また、この条件下において、窒素負荷5〜10kg/m³/dayに設定することが好適であり、窒素負荷6〜10kg/m³/dayに設定することがより好適であり、窒素負荷7〜10kg/m³/dayに設定することが最も好適である。

実施例１では、アナモックス菌の馴養・分離を行った。

直径15mm、長さ300mmの透明塩ビ管3本を直列に接続し、各管の内部にポリエチレン製の不織布又は炭素繊維製の不織布を充填し、接続部を含め反応部容積750mLの密閉された培養槽を作成した。この培養槽を、35℃に制御した恒温漕内に設置した。

培地には、以下の組成のものを用いた。亜硝酸ナトリウム(NaNo₂)172mg/L、硫酸アンモニウム((NH₄)₂SO₄)175mg/L、重炭酸カリウム(KHCO₃)500mg/L、リン酸二水素カリウム(KH₂PO₄)27mg/L、硫酸マグネシウム(MgSO₄・7H₂O)300mg/L、塩化カルシウム(CaCl₂・2H₂O)180mg/L、微量元素溶液I 1mg/L、微量元素溶液II 1mL/L。微量元素溶液Iの組成は、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)5g/L、硫酸鉄(FeSO₄)5g/Lであった。微量元素溶液IIの組成は、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)15g/L、硫酸亜鉛七水和物(ZnSO₄・7H₂O)0.43g/L、塩化コバルト六水和物(CoCl₂・6H₂O)0.24g/L、塩化マンガン四水和物(MnCl₂・4H₂O)0.99g/L、硫酸銅五水和物(CuSO₄・5H₂O)0.25g/L、モリブデン酸ナトリウム二水和物(NaMoO₄・2H₂O)0.22g/L、塩化ニッケル六水和物(NiCl₂・6H₂O)0.19g/L、セレン酸ナトリウム十水和物(NaSeO₄・10H₂O)0.21g/L、ホウ酸(H₃BO₄)0.014g/Lであった。培養槽への供給前に窒素ガスで培地のパージを行い、溶存酸素濃度が0.5mg/L以下になったものを用いた。

サンプルとして、富山県にある硝化液循環タイプの膜分離型活性汚泥処理施設から汚泥を採取した。採取した汚泥のSS濃度は5,000mg/Lであった。

培養槽内にサンプルの汚泥を10mL投入し、培地を320mL/dayの割合で上向流性に供給し、アナモックス菌の馴養を行った。なお、培養状況などに応じて、培地供給量及び窒素濃度を適宜変更した。

培養槽へ供給される培地の流入液、及び、培養槽から溢れ出た培地の流出液について、イオン交換クロマトグラフィーを用いて、付属された電気伝導度検出器により、アンモニウム塩、亜硝酸塩、硝酸塩の濃度を測定するとともに、そのデータ及び培地供給量に基づいて、窒素負荷と窒素除去率を自動算出した。

図１及び図２は、本実施例における各データの変動を示すグラフである。図１は、培養槽への流入液及び培養槽からの流出液の窒素濃度、及び、本実験での窒素負荷を示す。図１中、横軸は馴養開始からの経過日数を、縦軸は窒素濃度（単位：mg/L）及び窒素負荷（単位：kg/m³/day）を、それぞれ表わす。図２は、本実験での窒素除去率及び窒素負荷を示す。図１中、横軸は馴養開始からの経過日数を、縦軸は窒素除去率（単位：％）及び窒素負荷（単位：kg/m³/day）を、それぞれ表わす。

図１及び図２に示す通り、馴養開始から200日後までは窒素除去は確認されなかったが、220日以降から培養槽流出液中のアンモニア性窒素濃度及び亜硝酸性窒素濃度の低下がみられ、270日目以降から窒素除去が確認された。

そこで、徐々に窒素負荷を上昇させ、引き続きアナモックス菌の馴養を行った。その結果、馴養開始から337日目以降、培地供給量を最終的に720mL/dayまで上げ、水理的滞留時間（hydraulic retention time）を25時間としたが、同条件下でも、ほぼ一定に80％以上の窒素除去率を示した。

以上の通り、アナモックス菌の集積培養、及び、アナモックス菌が優先となったアナモックス汚泥の取得に成功した。なお、本発明者らは、同様のサンプルを用いて、同様の装置・方法により、上記実験と独立して、アナモックス菌の馴養・分離を試みた結果、その実験においても、アナモックス汚泥の取得に成功した。その実験においても、培地供給量を最終的に720mL/dayまで上げ、水理的滞留時間（hydraulic retention
time）を25時間としたが、上記実験と同様、ほぼ一定に80％以上の窒素除去率を示した。

実施例２では、実施例１で取得した二種類のアナモックス汚泥中のそれぞれに含有するアナモックス菌の検出を行った。

各アナモックス汚泥10mLを遠心分離(7,000rpm、6分間)して細胞画分を回収した後、DNA抽出キット「NucleoSpin Soil（ドイツ、Macherey-Nagel社製）」を用いて、同試料から、付属プロトコルに従い、DNA抽出・精製を行った。

配列番号１及び配列番号２のプライマー対を用いて、抽出した各DNAを試料として、PCR法によりDNA断片の増幅を行い、アナモックス菌の16S rRNA遺伝子中の所定領域におけるPCR産物をそれぞれ取得した。

TAクローニングキット「Mighty TA-cloning Kit（タカラバイオ株式会社製）」を用いて、各PCR産物をpMD20-Tベクターに連結し、組換えプラスミドを作製した。その組換えプラスミドを用いて大腸菌JM109株の形質転換を行い、組換えプラスミドの増幅・精製を行った後、DNAシークエンス解析を行い、増幅部分の塩基配列を取得した。

その結果、それぞれ、アナモックス菌の16S rRNA遺伝子の部分配列を取得した。取得した部分配列を配列番号３及び配列番号４に示す。16S rRNA遺伝子の部分配列を取得したアナモックス菌に対し、それぞれ、「KA-01」及び「KA-02」と命名した。

取得した各16S rRNA遺伝子の部分配列を用いて、他のアナモックス菌との相同性解析を行うとともに、近隣結合法（Neighbor-joining method）により系統樹を作成した。図３は、16S rRNA遺伝子に基づくKA-01株及びKA-02株の系統樹である。図３中のスケールは塩基配列が2％相違する場合における枝長を表し、各数値は、ブートストラップ値（単位：％）を表す。

16S rRNA遺伝子のうち、上記プライマー対で増幅された領域の配列(約1.4kb)について、公知の菌の配列と比較した結果、KA-01株は、その領域の配列が「Candidatus Brocadia anammoxidans (アクセッション番号AF375994)」と99%一致し(1361塩基/1371塩基)、本種に属する固有の株であることが示唆された。一方、KA-02株は、最も近縁であると推定される「Candidatus Brocadia caroliniensis (アクセッション番号JF487828)」との相同性が97%であり、種(species)レベルで新規のものであることが分かった。

実施例３では、実施例１で取得したアナモックス汚泥のうち、KA-01株を含有するアナモックス汚泥を用いて、窒素除去能を検討した。

直径45mm、長さ130mmの透明塩ビ管3本の内部にポリエチレン製の不織布を充填し、接続部を含め反応部容積200mLの密閉された培養槽を作成した。この培養槽を、35℃に制御した恒温漕内に設置した。その培養槽内に実施例１で取得したアナモックス汚泥（SS濃度2,000mg/L）を種汚泥として20mL投入し、実施例１と同様の組成の培地・条件で、アナモックス菌の培養を行った。培地供給量及び窒素濃度については適宜変更した。

図４及び図５は、本実施例における各データの変動を示すグラフである。図４は、培養槽への流入液及び培養槽からの流出液の窒素濃度、及び、本実験での窒素負荷を示す。図４中、横軸は馴養開始からの経過日数を、縦軸は窒素濃度（単位：mg/L）及び窒素負荷（単位：kg/m³/day）を、それぞれ表わす。図５は、本実験での窒素除去率及び窒素負荷を示す。図５中、横軸は馴養開始からの経過日数を、縦軸は窒素除去率（単位：％）及び窒素負荷（単位：kg/m³/day）を、それぞれ表わす。

図４及び図５に示す通り、実験開始当初、培地供給量を200mL/dayとし、水理的滞留時間（hydraulic retention time）は約20.4時間であったが、実験開始の4日後には既に窒素除去率が80％以上の高い値を示した。そこで、培地供給量を順次上げ、実験開始から53日後には、培地供給量が3,000mL/dayに達し、水理的滞留時間は1.4時間となったが、同条件での培養（53〜88日）でも、窒素除去率が若干下がったものの、同期間の全体にわたって65％以上を維持できた。

さらに、実験開始の137日後から培地供給量及び窒素濃度を順次上げて培養を続けた結果、図４及び図５に示す通り、実験開始の193日後には、窒素負荷6.31kg/m³/day、水理的滞留時間0.7時間で窒素除去率87.5％、200日後には、窒素負荷7.45kg/m³/day、水理的滞留時間0.7時間で窒素除去率88.1％を実現することに成功した。

この結果は、本発明で集積されたアナモックス菌が、高窒素負荷での窒素除去が可能であり、また、極端に短い水理学的滞留時間でも安定した窒素除去特性を有することを示す。なお、KA-02株を含有するアナモックス汚泥についても、同様の条件で実験を行った結果、ほぼ同等の窒素除去性能を確認できた。

本発明により、廃水中などに含有する窒素を、比較的大量、短時間、かつ効率的に処理できる。

また、本発明は、従来の硝化脱窒法による窒素除去法と比較して、以下のような有利性がある。

従来の硝化脱窒法では、硝化工程において酸素を必要とするため、運転時に曝気エネルギーを必要とする。それに対し、本発明は、嫌気性処理を行うため、曝気などのエネルギーを必要としないという有利性を備える。

従来の硝化脱窒法では、脱窒工程において炭素源を必要とし、実際の運転時において、エタノールなどを反応槽に供給している。そのため、その薬品代が運転コストを高くしている。それに対し、本発明は、アナモックス菌が独立栄養性であるため、炭素源などの供給を必要せず、運転コストを低く抑えることができるという有利性を備える。

従来の硝化脱窒法では、温暖化ガスである亜酸化窒素が排出されるのに対し、本発明では、亜酸化窒素の排出量は極めて少ない。

その他、本発明は、アナモックス菌の増殖が遅いため、余剰汚泥生成量が小さいという有利性も備える。

実施例１における各データの変動を示すグラフであって、流入液及び流出液の窒素濃度、及び、本実験での窒素負荷を示すグラフ。実施例１における各データの変動を示すグラフであって、窒素除去率及び窒素負荷を示すグラフ。実施例２の相同性解析結果を示す系統樹。実施例３における各データの変動を示すグラフであって、流入液及び流出液の窒素濃度、及び、本実験での窒素負荷を示すグラフ。実施例３における各データの変動を示すグラフであって、窒素除去率及び窒素負荷を示すグラフ。

Claims

アナモックス菌を少なくとも含有し、
水理的滞留時間（hydraulic retention time）を2時間以内とした場合において、窒素除去率80％以上の窒素除去能力を備えた混合微生物。
窒素負荷5〜10kg/m³/dayで処理できる請求項１記載の混合微生物。
前記アナモックス菌の16S rRNA遺伝子が配列番号３又は配列番号４の配列と同一又は実質的に同一の領域を含む請求項１又は請求項２記載の混合微生物。
請求項１〜３のいずれか一項記載の混合微生物を用いて廃水を処理する廃水処理方法。