JP3040502B2 - 亜硝酸菌の硝化反応促進方法 - Google Patents

亜硝酸菌の硝化反応促進方法

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JP3040502B2 JP2875191A JP2875191A JP3040502B2 JP 3040502 B2 JP3040502 B2 JP 3040502B2 JP 2875191 A JP2875191 A JP 2875191A JP 2875191 A JP2875191 A JP 2875191A JP 3040502 B2 JP3040502 B2 JP 3040502B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は水産動物の畜養・輸送設
備、水族館等の閉鎖系循環水に含まれる硝化細菌のうち
亜硝酸菌の硝化反応促進方法に関し、廃水、下水および
し尿処理設備、土壌、海水および河川水など自然界に広
く分布する亜硝酸菌の硝化反応促進方法に関し、それら
の菌数測定手段としても利用できる方法に関する。
【0002】
【従来の技術】硝化菌はアンモニアまたは亜硝酸を亜硝
酸または硝酸に酸化し、二酸化炭素を唯一の炭素源とし
て菌体成分を合成する独立栄養細菌であり、有機部が共
存すると硝化菌の硝化反応は阻害されるといわれてき
た。
【0003】硝化菌にはアンモニアを酸化して亜硝酸塩
にするアンモニア酸化細菌(以下「亜硝酸菌」という)
と、亜硝酸塩を酸化して硝酸塩にする亜硝酸酸化菌(以
下「硝酸菌」という)の2つの細菌群からなる。それぞ
れの化学反応式はつぎの通りである。 (a)亜硝酸菌のアンモニア酸化反応 NH4 + + 3/2O2 →NO2 - +H2 O+39.5kc
al (b)硝酸菌の亜硝酸酸化反応 NO2 - + 1/2O2 →HO3 - +21.6kcal
【0004】これらの細菌は従属栄養細菌(有機物の酸
化反応によって生ずるエネルギーを利用して増殖する)
に比べて増殖速度が遅く、硝化反応が十分に現れるだけ
の菌量に達するまでに長時間を要する。従来の亜硝酸菌
の計数方法を例にその詳細を以下に説明する。
【0005】下水または土壌の亜硝酸菌を計測する場
合、1リットルの蒸留水に対し、硫酸アンモニウム30
mg、第一リン酸カリウム100mg、キレート鉄6mg、硫
酸マグネシウム・7水塩50mg、塩化カルシウム・2水
塩20mg、炭酸水素ナトリウム200mg、炭酸カルシウ
ム少量、石英砂少量を加え、pH7.0とし、高圧滅菌
する。{河合章:窒素化合物の代謝に関与する細菌群の
計数法、「陸水生物生産研究法(陸水生物生産測定方法
論研究会編)」、291〜295(1969)}これら
の培地9mlを滅菌した試験管に分注する。
【0006】一方試料を滅菌希釈液で10倍・10倍に
薄め、それぞれの希釈段階の試料1mlを上記培地を分注
した試験管に加える通常各段階ごとに3本または5本の
培地に接種し、40日間20〜30℃で培養し、各培地
亜硝酸イオン(NO2 - )を検出し、その結果から統計
学的に最確数(most probable numb
er,MPN)とよばれる数を計算し、試料中の菌数を
推定する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
(1)従来の計測方法では培養所要日数が通常30〜6
0日間と著しく長く、迅速な計測はおこなえない。その
ため浄化装置などの運転状況を的確に判断できない。
【0008】(2)各希釈段階ごとに3または5本の試
験管を用いるために、多くの器具、装置および労力を要
する。それに加え培養日数が著しく長いために、集中的
に多数の試料を計測するためにはさらに多くの器具、装
置と労力が必要となり、効率よく計測することは現実に
は困難であった。
【0009】(3)硝化装置が定常運転において、系内
のなんらかの原因により硝化菌がダメージを受け硝化性
能が低下することがある。その場合性能回復に要する時
間は有機物廃水浄化装置などに比べて長時間を要する。
これは従属栄養細菌に比べて硝化菌の増殖が遅いためで
ある。
【0010】本発明は以上の問題点を解決するために、
硝化菌のうち亜硝酸菌の菌数測定も可能な硝化反応の促
進方法を提案するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は亜硝酸菌の硝化
反応を促進させる方法において、(1)乳酸もしくはそ
の塩、ピルビン酸もしくはその塩、オキサル酢酸もしく
はその塩、クエン酸もしくはその塩、コハク酸もしくは
その塩、フマル酸もしくはその塩、リンゴ酸もしくはそ
の塩、(2)グルタミン酸もしくはその塩、アスパラギ
ン酸もしくはその塩、セリンもしくはその塩、(3)α
−L−ラムノース、α−L−フコース、D−グルクロン
酸もしくはその塩、N−アセチル−D−ムラミン酸、
(4)α−L−ラムノース1分子、D−グルクロン酸1
分子及びD−グルコース2分子を1ユニットとし、該ユ
ニットが直鎖状に重合した高分子多糖類のうち少なくと
も1種類以上の有機化合物を含む液で亜硝酸菌を培養す
ることを特徴とする亜硝酸菌の硝化反応の促進方法であ
る。
【0012】
【作用】特定有機化合物によって亜硝酸菌の硝化能力が
促進され、比較的短時間のうちに亜硝酸イオン(NO2
- )が検出可能な濃度にまで生成される。なお特定の有
機化合物による亜硝酸菌硝化能力促進のメカニズムはま
だ不明である。おそらくこれらの特定有機化合物は、従
属栄養細菌にあっては他の有機化合物から容易に生合成
されるが、亜硝酸菌にあっては代謝経路の違いからその
生合成に相当の時間を要するのではないかと考えられ
る。
【0013】
【実施例】
(例1)以下に亜硝酸菌の代表菌株(Nitrosom
onas europaeaATCC25978)を例
にとって、本発明の一実施例を説明する。なおこの実施
例での亜硝酸菌の培養は表1に示す高圧滅菌した培地
(次の培地を参考にした。Lewis , R. F. and D. Prame
r, 1958. " Isolation of Nitrosomonas in pure cultu
re " , 76 , 524-528 ) を用いて、すべて無菌的に操作
した。
【表1】
【0014】表1の培地であらかじめ10日間前培養し
ておいた亜硝酸菌英10mlを新鮮培地100mlに加え、
3つの三角フラスコ(200ml容)にそれぞれ20mlず
つ分注した。ついで添加濃度が1mMおよび5mMとな
るようにそれぞれの液にろ過滅菌したオキサル酢酸溶液
を加え、温度30℃、回転数120rpmで117時間
回転培養した。これらの培養液について培養開始時と終
了時における亜硝酸濃度を測定した。なお亜硝酸濃度の
測定はグリース・ロミイン試薬によった。
【0015】添加物質が乳酸ナトリウムの場合は10m
Mおよび20mM、ピルビン酸ナトリウムの場合は1m
Mおよび5mM、クエン酸3ナトリウム・2水和物の場
合は5mMおよび10mM、コハク酸ナトリウム・6水
和物の場合は1mMおよび5mM、フマル酸1ナトリウ
ムの場合は5mMおよび10mM、L−リンゴ酸2ナト
リウムの場合は1mMおよび10mMとなるようにそれ
ぞれ培地に加え、上記方法と同様に96時間回転培養を
行った。
【0016】また比較のため、これと並行して添加物質
を含まない亜硝酸菌のみの培養液(コントロール)につ
いても硝化試験を行った。以上の結果を表2に示す。
【0017】これよりいずれの添加濃度においても生成
された亜硝酸濃度はコントロールよりも高いレベルに達
し、これらの添加物質は亜硝酸菌の硝化反応を促進させ
る効果があることが分かった。
【0018】なお同時に行った菌数の計数から培養終了
時の菌濃度を比較すると、クエン酸、コハク酸、フマル
酸およびリンゴ酸ではコントロールの菌濃度(2.9×
10 8 cells/ml) とほぼ同じか下回った。すなわちこれ
らの添加物質は亜硝酸菌の増殖促進にほとんど効果がな
かった。
【0019】一方オキサル酢酸、乳酸およびピルビン酸
は亜硝酸菌の増殖促進の最適添加濃度と硝化反応促進の
最適添加濃度は一致しなかった。すなわちこれらの物質
は添加濃度によって亜硝酸菌の増殖または硝化反応のど
ちらかを促進する効果があった。
【表2】
【0020】(例2)L−グルタミン酸ナトリウムが1
mg/lおよび10mg/lに、L−アスパラギン酸ナトリ
ウムが1mg/lおよび5mg/lに、L−セリンが5mg/
lおよび10mg/lとなるように添加した培地につい
て、前培養10日間の亜硝酸菌を植種し、例1と同様に
して培養を行った。これらの結果を表3に示す。
【0021】これよりいずれの添加物質も、生成された
亜硝酸濃度はコントロールよりも高いレベルに達し、亜
硝酸菌の硝化反応を促進させる効果があることが分かっ
た。
【0022】しかし同時に行った菌数の計数から培養終
了時の菌濃度を比較すると、これらの添加物質ではコン
トロールの菌濃度(1.3×108 cells/ml) とほぼ同
じか下回り、いずれも亜硝酸菌の増殖に効果がなかっ
た。
【表3】
【0023】(例3)α−L−ラムノースおよびα−L
−フコースがそれぞれ1mMおよび5mMに、D−グル
クロン酸ナトリウムが1mMおよび5mMに、N−アセ
チル−D−ムラミン酸が25mg/lおよび50mg/lと
なるように添加した培地について、前培養7日間の亜硝
酸菌を植種し、例1と同様にして培養した。これらの結
果を表4に示す。
【0024】これよりL−フコース5mMの場合の除い
て、他のいずれの添加物質も、生成された亜硝酸濃度は
コントロールより高いレベルに達し、亜硝酸菌の硝化反
応を促進させる効果があることが分かった。
【0025】なお同時に行った菌数の計数から培養終了
時の菌濃度を比較すると、これらの添加物質は亜硝酸菌
の増殖促進の最適添加濃度と硝化反応促進の最適添加濃
度は一致しなかった。すなわちこれらの物質は添加濃度
によって亜硝酸菌の増殖または硝化反応のどちらかを促
進する効果があった。
【表4】
【0026】(例4)Pseudomonas elo
dea(ATCC31461)が産出する粘液物質を脱
アセチル化し生成して得られた高分子多糖類(和光純薬
製商品名:ゲランガム)を用いて亜硝酸菌の硝化試験を
おこなわた。この物質はα−L−ラムノース1分子、D
−グルクロン酸1分子およびD−グルコース2分子を1
ユニットとし、該ユニットが直鎖状に重合下高分子多糖
類(平均重量分子量は65万)である。この物質が0.
1、0.2、0.5、1.0および5.0%の濃度とな
るように加え、高圧滅菌した培地(表1)に前培養6日
間の亜硝酸菌を植種し、例1と同様にして96時間培養
した。その結果を表5に示す。
【0027】これよりゲランガムがいずれの濃度の時で
も、生成した亜硝酸濃度がコントロールよりも高く、亜
硝酸菌の硝化反応を促進させることが分かった。
【0028】なお同時に行った菌数の計数から培養終了
時の菌濃度を比較すると、この添加物質は亜硝酸菌の増
殖促進の最適添加濃度と硝化反応促進の最適添加濃度は
一致しなかった。すなわちこれらの物質は添加濃度によ
って亜硝酸菌の増殖または硝化反応のどちらかを促進す
る効果があった。
【表5】
【0029】(例5)オキサル酢酸が1mM、乳酸ナト
リウムが10mM、ピルビン酸ナトリウムが5mM、ク
エン酸3ナトリウム・2水和物が10mM、コハク酸ナ
トリウム・6水和物が5mM、フマル酸1ナトリウムが
10mM、L−リンゴ酸2ナトリウムが1mM、L−グ
ルタミン酸ナトリウム・1水和物が10mg/l、L−
アスパラギン酸ナトリウム・1水和物が5mg/l、L
−セリンが10mg/l、α−L−ラムノースが1m
M、α−L−フコースが1mM、D−グルクロン酸ナト
リウムが5mM、N−アセチル−D−ムラミン酸が25
mg/l、ゲランガムが0.5%の濃度となるように表
6の培地( Engel , M. S. and M. Alexander , 1958.
"Growth and autotrophic metabolism of Nitorosomon
as europaea" , J. Bacteriol,. 76 , 217-222. )に加
え、それぞれの物質の添加培地を調製した。これを各添
加培地ごとに3本の試験管に5mlづつ分注した。
【0030】一方下水汚泥から純粋分離した亜硝酸菌を
表6の培地により7日間培養(このときの菌濃度は直接
計数で1.3×108 cells/ml) した後、この培養液を
無菌整理食塩水で108 〜1010倍希釈した。その各段
階希釈液1mlを上記添加培地ごとに準備した3本の試
験管にそれぞれ加えた。これらの試験管を毎分180ス
トローク、30℃で振とう培養した。
【0031】またこれと並行して、添加物質を加えない
表6の培地を分注した3本の試験管(コントロール)に
も各段階希釈液1mlをそれぞれ加え、上記と同じ条件
で培養した。
【0032】その結果培養するにつれて培地が黄変色し
た試験管について、亜硝酸濃度を測定したところ、すべ
て10mg/l以上であった。培地が黄変色するのに要
した日数と、これらの結果から求めた最確数(MPN)
値による菌濃度推定値を表7に示した。
【0033】これより最確数(MPN)と直接計数によ
り求めた菌濃度とは比較的よく一致した。またコントロ
ールに比べて、添加培地は所要培養日数が著しく短いこ
とが分かった。
【表6】
【表7】
【0034】
【発明の効果】
(1)本発明では従来の無機化合物(アンモニア)によ
る亜硝酸菌の培養に比べて、硝化能力(亜硝酸生成能
力)が1.5〜3倍も向上する。 (2)起動時またはトラブル発生時の硝化装置は硝化能
力が低い。このような場合でも、本発明によれば従来と
は比較にならないほど硝化能力を迅速に向上または回復
できる。 (3)従来の方法では所要培養日数が著しく長く、迅速
な計測が行えなかった亜硝酸菌の菌数計測が、比較的短
日数で可能となり、硝化装置等の起動・停止または運転
状況を的確に判断することが可能となる。 (4)亜硝酸菌の菌数計測が比較的簡単で短日数で行え
るため、従来法で必要な多くの器具、装置及び労力の低
減が図れる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C12R 1:01)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 亜硝酸菌の硝化反応を促進させる方法に
    おいて、(1)乳酸もしくはその塩、ピルビン酸もしく
    はその塩、オキサル酢酸もしくはその塩、クエン酸もし
    くはその塩、コハク酸もしくはその塩、フマル酸もしく
    はその塩、リンゴ酸もしくはその塩、(2)グルタミン
    酸もしくはその塩、アスパラギン酸もしくはその塩、セ
    リンもしくはその塩、(3)α−L−ラムノース、α−
    L−フコース、D−グルクロン酸もしくはその塩、N−
    アセチル−D−ムラミン酸、(4)α−L−ラムノース
    1分子、D−グルクロン酸1分子及びD−グルコース2
    分子を1ユニットとし、該ユニットが直鎖状に重合した
    高分子多糖類のうち少なくとも1種類以上の有機化合物
    を含む液で亜硝酸菌を培養することを特徴とする亜硝酸
    菌の硝化反応の促進方法。
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