JP2020039314A - 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 - Google Patents

Abstract

【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。【選択図】図４

Description

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に係り、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。

食品工場や化学工場などでは、低濃度から高濃度の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、水域の富栄養化や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や硝酸に酸化され、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。

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

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計測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。

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。

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、１０^７ｃｅｌｌｓ／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。

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。

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、１０^７ｃｅｌｌｓ／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。

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。

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。

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。

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、１０^７ｃｅｌｌｓ／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。

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の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。

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、１０^７ｃｅｌｌｓ／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。

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。

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１０^７ｃｅｌｌｓ／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。

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コピー数と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の水質の経時変化を示す図である。 実施例４の処理運転中のＰＶＡ担体の菌叢の分析結果である。 実施例５における流量比と硝化率の関係を示す図である。

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。

［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。

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、これらの微生物が分泌した細胞外ポリマー状物質の集合体とを含むゲル状の膜を形成することができる。

本発明で用いられる担体は、特に限定されるものではないが、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、ビニルアルコ−ル系樹脂、アクリル系樹脂、アクリルアミド系樹脂、オレフィン系樹脂、スチレン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、多糖類、ポリエ−テル、多孔質無機化合物などをあげることがでる。具体的にはＰＶＡ系、ポリエチレングリコ−ル系、ポリアクリルアミド系、アルギン酸カルシウム、カラギ−ナン、寒天、光硬化性樹脂などの高分子ゲル、活性炭、ポリウレタンスポンジ、ポリアクリロニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、セルロ−ス誘導体、ポリエステルなどを使用することができる。

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。

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。

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を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。

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。

［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が投入される。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。

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。

［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、１０^７ｃｅｌｌｓ／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。

（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。

集積培養工程においては、硝化細菌の濃度を、１０^７ｃｅｌｌｓ／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１０^７ｃｅｌｌｓ／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。

［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。

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。

プライマー名および配列５’→３’
ａｍｏＡ１ｆ（ＧＧＧ ＧＴＴ ＴＣＴ ＡＣＴ ＧＧＴ ＧＧＴ）
ａｍｏＡ２ｒ（ＣＣ ＣＴＣ ＫＧＳ ＡＡＡ ＧＣＣ ＴＴＣ ＴＴＣ）
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。

Ｘ＝Ｘ_Ｏ（Ｖ_Ｐ＋Ｖ_Ｗ）／Ｖ_Ｐ……（１）
ここで、Ｘ：担体内部の生菌数（コピー／ｍＬ−担体）
Ｘ_Ｏ：前処理後の原液の生菌数（コピー／ｍＬ）
Ｖ_Ｐ：前処理した担体量（ｍＬ）
Ｖ_Ｗ：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。

（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。

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１０^７ｃｅｌｌｓ／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。

＜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。

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）。

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。

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。

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。

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と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。

［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。

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。

（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（下水処理場の返送汚泥）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１０^５〜１０^１０ｃｅｌｌｓ／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１０^７ｃｅｌｌｓ／ｍＬ−担体以上の濃度に培養することで、０．２ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／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／ｍ^３／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１０^７ｃｅｌｌｓ／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。

次に、集積培養工程において、硝化細菌の濃度が１０^７ｃｅｌｌｓ／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。

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／ｍ^３／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。

（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１０^７ｃｅｌｌｓ／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。

培養した耐酸性硝化細菌を用い、ＮＨ_４−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／ｍ^３／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。

（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、ＮＨ_４−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／ｍ^３／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。

（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（ＮＨ_４−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（群馬県板倉町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ＮＨ_４−Ｎ８０ｍｇ／Ｌ、４３６日目からＮＨ_４−Ｎ１００ｍｇ／Ｌに濃度を上げて処理を行った。

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ＮＨ_４−Ｎ１．６ｍｇ／Ｌ、その後１２日目以降からはＮＨ_４−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：水理学的滞留時間）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／ｍ^３／ｄａｙであった。

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の推定を行った。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（武井彩夏ほか：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。

（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１０^７ｃｅｌｌｓ／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。

また、原水の原水配管の流量をＡ（ｍ^３／ｄａｙ）、原水分配管の流量をＢ（ｍ^３／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。

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

Claims (10)

1. 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、１０^７ｃｅｌｌｓ／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。
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。
3. 前記耐酸性硝化細菌がＮｉｔｒｏｓｐｉｒａ ｍｏｓｃｏｖｉｅｎｓｉｓ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。
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、１０^７ｃｅｌｌｓ／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。
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。
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、１０^７ｃｅｌｌｓ／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。
7. 前記耐酸性硝化細菌がＮｉｔｒｏｓｐｉｒａ ｍｏｓｃｏｖｉｅｎｓｉｓ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。
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、１０^７ｃｅｌｌｓ／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を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。
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。
10. 前記耐酸性硝化細菌がＮｉｔｒｏｓｐｉｒａ ｍｏｓｃｏｖｉｅｎｓｉｓ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。