JP5686352B2 - Solid support on which microorganism group performing parallel dual mineralization reaction is immobilized, catalyst column, and method for producing solid medium for plant cultivation - Google Patents

Solid support on which microorganism group performing parallel dual mineralization reaction is immobilized, catalyst column, and method for producing solid medium for plant cultivation Download PDF

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Description

本発明は、有機物を無機化して硝酸態窒素を生成する並行複式無機化反応を行う微生物群が固定化された固体担体の製造方法に関する。
また、本発明は、前記固体担体を用いた、有機物から無機肥料成分である硝酸態窒素を生成する触媒カラムの製造方法に関する。さらに、本発明は、前記固体担体を植物栽培固形培地とする、植物栽培固形培地の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for producing a solid support on which a group of microorganisms that perform a parallel double mineralization reaction that mineralizes organic matter to produce nitrate nitrogen is immobilized.
The present invention also relates to a method for producing a catalyst column using the solid support to produce nitrate nitrogen, which is an inorganic fertilizer component, from an organic substance. Furthermore, the present invention relates to a method for producing a plant cultivation solid medium, wherein the solid carrier is a plant cultivation solid medium.

近年、循環型社会を構築すべきとの観点から、化学肥料の使用を控え有機質肥料の使用を推進する動きが世界的に活発になっている。
しかし、トマトなどの野菜や花き等の生産で広がりを見せている、土壌を用いない‘養液栽培’では、養液に有機物を直接添加すると有害な中間分解産物が発生し、植物の根が傷んでしまうため、養液栽培での有機質肥料の利用は考えられなかった。それゆえ、現在でも養液栽培では化学肥料のみが使用されている。
In recent years, from the viewpoint that a recycling-oriented society should be established, there has been an active movement worldwide to refrain from using chemical fertilizers and to promote the use of organic fertilizers.
However, in 'nutrition culture' that does not use soil, which has been spreading in the production of vegetables such as tomatoes and flowers, direct addition of organic substances to the nutrient solution generates harmful intermediate decomposition products, and plant roots are Because it would be damaged, the use of organic fertilizer in hydroponics was not considered. Therefore, even today, only chemical fertilizer is used in hydroponics.

養液栽培で有機質肥料を利用するには、有機物を硝酸態窒素などの有用な無機肥料成分に無機化する技術が必要である。従来、有機物を無機化する技術としては、微生物群を利用した排水処理技術(例えば、特許文献1参照)などがあるが、これらは生成された硝酸態窒素を還元し窒素ガスとして放出させる脱窒反応を伴うため、硝酸態窒素が失われてしまい、無機肥料を製造する目的に合致するものではなかった。   In order to use organic fertilizer in hydroponics, a technique for mineralizing organic matter into useful inorganic fertilizer components such as nitrate nitrogen is necessary. Conventionally, as a technique for mineralizing an organic substance, there is a wastewater treatment technique using a microorganism group (see, for example, Patent Document 1), which is a denitrification that reduces generated nitrate nitrogen and releases it as nitrogen gas. Since it is accompanied by a reaction, nitrate nitrogen is lost, which does not meet the purpose of producing inorganic fertilizer.

そこで、有機物から硝酸態窒素(硝酸イオンとして)を効率よく回収して、無機肥料成分として利用できる技術としては、特許文献2、非特許文献1に記載の並行複式無機化法が発明されている。
この技術は、脱窒反応を抑えながら有機態窒素を分解し、高効率で硝酸態窒素である硝酸イオンを、無機肥料成分として回収できる、再現性の高い方法であり、従来にみられなかった技術である。これにより、これまで実現困難であった「有機質肥料を活用する養液栽培」と「有機物を原料として硝酸態窒素を含有する無機肥料の製造」が可能になった(例えば、非特許文献1、3参照)。
この特許文献2に記載の発明は、有機質肥料を活用した養液栽培を実現するとともに、有機質資源を原料にして、硝酸態窒素などの無機肥料成分を製造する技術として注目を集めている。このため、新たな養液栽培技術として関心を持つ農家や植物工場の他、有機質資源の再資源化を計画する企業などから、多大な期待を集めている。
また、特許文献2に記載の並行複式無機化法を利用することによって、有機質肥料を直接養液に添加して硝酸態窒素を生成させ‘有機質肥料を用いた水耕での養液栽培’を行うことが可能となった。
Therefore, as a technique that efficiently recovers nitrate nitrogen (as nitrate ions) from organic matter and can be used as an inorganic fertilizer component, the parallel dual mineralization method described in Patent Document 2 and Non-Patent Document 1 has been invented. .
This technology is a highly reproducible method that decomposes organic nitrogen while suppressing denitrification reaction and can recover nitrate ions that are highly efficient nitrate nitrogen as inorganic fertilizer components. Technology. As a result, it has become possible to implement “hydroponic cultivation utilizing organic fertilizer” and “manufacture of inorganic fertilizer containing nitrate nitrogen using organic substances as raw materials” (for example, Non-patent Document 1, 3).
The invention described in Patent Document 2 is attracting attention as a technique for producing a nutrient solution culture using an organic fertilizer and producing an inorganic fertilizer component such as nitrate nitrogen using an organic resource as a raw material. For this reason, there are great expectations from farmers and plant factories that are interested in new hydroponics technology, as well as companies planning to recycle organic resources.
In addition, by using the parallel dual mineralization method described in Patent Document 2, organic fertilizer is directly added to the nutrient solution to produce nitrate nitrogen, and 'hydroponics with hydroponics using organic fertilizer' It became possible to do.

しかし、特許文献2に記載の並行複式無機化法で無機肥料成分を含有する肥料を製造する場合、有機物の分解(アンモニア化成)および硝酸イオンの生成(硝酸化成)のうちの硝酸化成を、培養タンク内の培養タンク壁面に付着した微生物群の働きのみによって行うため、壁面の表面積が律速になり、有機物を硝酸態窒素に無機化する反応速度の点で、時間がかかりすぎる課題があった。
さらに、前記微生物群の培養と当該反応は、恒常的な曝気(エアレーション等で好気条件を常に保つ操作)が必要であり、大規模な処理を想定した場合、電力コストが問題になる可能性がある。そのため、有機物から無機肥料成分である硝酸態窒素を生成する上で、反応速度が顕著に高められ(効率よく)、且つ、曝気や恒常的な電力を要することなく行うことができる方法の開発が求められていた。
However, when producing a fertilizer containing an inorganic fertilizer component by the parallel compound mineralization method described in Patent Document 2, the nitrification of organic matter decomposition (ammonia formation) and nitrate ion generation (nitrate formation) is cultured. Since it is performed only by the action of the microorganism group attached to the culture tank wall surface in the tank, the surface area of the wall surface becomes rate-limiting, and there is a problem that takes too much time in terms of the reaction rate for mineralizing organic matter into nitrate nitrogen.
Furthermore, the culture of the microorganism group and the reaction require constant aeration (operation to always maintain aerobic conditions such as aeration), and power costs may become a problem when large-scale processing is assumed. There is. Therefore, in producing nitrate nitrogen, which is an inorganic fertilizer component, from organic matter, the development of a method that can significantly increase the reaction rate (efficiently) and can be performed without requiring aeration or constant power. It was sought after.

ところで、トマト栽培などでよく利用されるロックウールなどの固形培地を用いた養液栽培(‘固形培地耕での養液栽培’)を行う場合において、有機質肥料を直接養液に添加した場合、有機物の分解がうまくいかず腐敗し、硝酸態窒素がほとんど生成されないという問題があった(例えば、非特許文献2参照)。
そこで、特許文献2に記載の並行複式無機化法の利用が検討されたが、この場合においても、直接養液に有機質肥料を添加する方法をとると、有機成分が養液中に溶存するため、ドリップチューブや固形培地内で目詰まりをおこす恐れや、固形培地内で目詰まりをおこした有機物の腐敗などの問題が起きる恐れがあり、そのままでは応用が難しいという問題があった。
従って、特許文献2に記載の方法を利用して固形培地耕を行うには、あらかじめ有機物を完全に無機化し、無機養液(有機成分を極力含まない養液)にしてからでないと、固形培地耕の養液に用いることができなかった。
そのためこの場合、栽培前に行う準備操作が煩雑で時間がかかるため、もっと簡易な方法で、固形培地耕での有機質肥料の活用を可能にする技術の開発が求められていた。
なお、固形培地に微生物を定着させる方法は従来でもあるものの(例えば、特許文献1参照)、これらは脱窒反応を伴い肥料成分(硝酸態窒素)が失われてしまうものであり、有機質肥料を直接添加して養液栽培を行うことができる固形培地として利用することができなかった。
By the way, in the case of performing hydroponics using a solid medium such as rock wool often used in tomato cultivation ('nutritional culture in solid medium cultivation'), when adding organic fertilizer directly to the nutrient solution, There was a problem that the decomposition of organic matter was not successful and it was spoiled and nitrate nitrogen was hardly generated (for example, see Non-Patent Document 2).
Then, although utilization of the parallel compound mineralization method of patent document 2 was examined, in this case, when the method of adding organic fertilizer directly to a nutrient solution is taken, an organic component will dissolve in the nutrient solution. There is a risk that clogging may occur in the drip tube or the solid medium, and there may be problems such as decay of organic substances that have clogged the solid medium.
Therefore, in order to perform solid medium cultivation using the method described in Patent Document 2, the organic medium must be completely mineralized in advance to obtain an inorganic nutrient solution (a nutrient solution containing as little organic components as possible). It could not be used as a nutrient solution for cultivation.
Therefore, in this case, since the preparatory operation before cultivation is complicated and takes time, development of a technique that enables the use of organic fertilizer in solid medium cultivation has been demanded by a simpler method.
In addition, although the method of fixing microorganisms to a solid culture medium is also conventional (for example, refer patent document 1), these are the processes which a fertilizer component (nitrate nitrogen) is lost with a denitrification reaction, and organic fertilizer is used. It could not be used as a solid medium that can be directly added to perform hydroponics.

特開2001−300583号公報JP 2001-300583 A 特開2007−119260号公報JP 2007-119260 A

「有機肥料の養液栽培」農業および園芸、第81巻 p. 753-764(2006年)“Liquid culture of organic fertilizer” Agriculture and Horticulture, Vol. 81, p. 753-764 (2006) 「養液土耕と液肥・培地管理」博友社、p.119-155(2005年)"Nutrient soil culture and liquid fertilizer / medium management" Hirotomo, p.119-155 (2005) 「生ゴミ・糞尿から輸出用無機肥料を生産」農林水産技術研究ジャーナル、第31巻 p. 44-46 (2008年)“Production of inorganic fertilizer for export from raw garbage and manure” Journal of Agriculture, Forestry and Fisheries Technology, Vol. 31, p. 44-46 (2008)

本発明は、上記従来の課題を解決し、曝気などの恒常的な電力を用いる操作を行うことなく、有機物から無機肥料成分である硝酸態窒素を効率よく生成する方法を提供することを課題とする。
また、本発明は、固形培地耕での養液栽培を行った場合においても、有機質肥料を直接添加して養液栽培を行うことができる、植物栽培固形培地の製造方法を提供することを課題とする。
The present invention solves the above-described conventional problems and provides a method for efficiently generating nitrate nitrogen, which is an inorganic fertilizer component, from organic matter without performing an operation using constant power such as aeration. To do.
Another object of the present invention is to provide a method for producing a plant-cultivated solid medium, which can be subjected to hydroponics by directly adding organic fertilizers even when hydroponics is carried out in solid medium cultivation. And

本発明者は、有機物を無機化して硝酸態窒素を生成する並行複式無機化反応を行う微生物群を、通気性を有する固体担体に固定化させ、並行複式無機化反応を行う触媒カラムの担体として用いることにより、;曝気などの恒常的な電力を用いる操作を全く行うことなく、並行複式無機化反応の反応速度を顕著に向上させることができ、有機物から無機肥料成分である硝酸態窒素を効率よく生成できることを見出した。
また、本発明者は、前記固体担体を植物栽培固形培地として用いることで、固形培地耕での養液栽培を行った場合においても、有機質肥料を直接添加して養液栽培を行うことができることを見出した。
本発明は、これらの知見に基づいて完成するに至った。
The present inventors fixed a microorganism group that performs parallel dual mineralization reaction that mineralizes organic matter to generate nitrate nitrogen on a solid support having air permeability, and serves as a carrier for a catalyst column that performs parallel dual mineralization reaction. By using it; the reaction rate of the parallel compound mineralization reaction can be remarkably improved without performing any operation using constant electric power such as aeration; and nitrate nitrogen, which is an inorganic fertilizer component, is efficiently produced from organic matter. I found that it can be generated well.
In addition, the present inventor can use the solid carrier as a plant culture solid medium to perform hydroponics by directly adding an organic fertilizer even in the case of hydroponics in solid medium culture. I found.
The present invention has been completed based on these findings.

即ち、[請求項1]に係る発明は、容器に、下記(A)に記載の固体担体を充填し、;これに有機物を無機化して硝酸態窒素を生成する並行複式無機化反応を行う微生物群を添加し、;次いで、下記(B)に記載の有機物を固体担体1Lに対して0.1〜20g(乾燥重量換算)添加して、その後、下記(C1)及び(C2)に記載の条件を満たすように静置することにより、;並行複式無機化反応(下記(D1)及び(D2)に記載の条件を満たす反応)を行う微生物群を固定化させることを特徴とする、並行複式無機化反応を行う微生物群が固定化された固体担体の製造方法である。
(A) 通気性を有し且つ多孔質の素材からなる固体担体。
(B) 炭素と窒素の含有比であるC/N比が24以下の高窒素含有有機物であって、タンパク質及び/又はタンパク質分解物を高含有するもの。
(C1) 前記固体担体が湛水状態にならないようにして10〜37℃で5日以上静置する条件。
(C2) 水を添加し前記固体担体から流出させることで前記固体担体を洗浄する際に、当該流出液に硝酸態窒素が生成され始めるまで静置する条件。
(D1) 有機物を無機化して硝酸態窒素を生成する反応であり、有機物からアンモニア態窒素への分解と、アンモニア態窒素から硝酸態窒素への硝化とが、同一の反応系で連続的に行われる反応。
(D2) 有機物の分解において、有機物に含まれる有機態窒素がアンモニア態窒素に分解され、アンモニア態窒素が硝酸化成による酸化反応を経て硝酸態窒素が生成される反応。
また、[請求項2]に係る発明は、前記容器が排水口を備えた容器であり、前記流出液が前記排水口から流出された流出液である、請求項1に記載の固体担体の製造方法である。
また、[請求項3]に係る発明は、固形形状が維持されるように一体成形された下記(A)に記載の固体担体に、;有機物を無機化して硝酸態窒素を生成する並行複式無機化反応を行う微生物群を添加し、;次いで、下記(B)に記載の有機物を固体担体1Lに対して0.1〜20g(乾燥重量換算)添加して、その後、下記(C1)及び(C2)に記載の条件を満たすように静置することにより、;並行複式無機化反応(下記(D1)及び(D2)に記載の条件を満たす反応)を行う微生物群を固定化させることを特徴とする、並行複式無機化反応を行う微生物群が固定化された固体担体の製造方法である。
(A) 通気性を有し且つ多孔質の素材からなる固体担体。
(B) 炭素と窒素の含有比であるC/N比が24以下の高窒素含有有機物であって、タンパク質及び/又はタンパク質分解物を高含有するもの。
(C1) 前記固体担体が湛水状態にならないようにして10〜37℃で5日以上静置する条件。
(C2) 水を添加し前記固体担体から流出させることで前記固体担体を洗浄する際に、当該流出液に硝酸態窒素が生成され始めるまで静置する条件。
(D1) 有機物を無機化して硝酸態窒素を生成する反応であり、有機物からアンモニア態窒素への分解と、アンモニア態窒素から硝酸態窒素への硝化とが、同一の反応系で連続的に行われる反応。
(D2) 有機物の分解において、有機物に含まれる有機態窒素がアンモニア態窒素に分解され、アンモニア態窒素が硝酸化成による酸化反応を経て硝酸態窒素が生成される反応。
また、[請求項4]に係る発明は、前記有機物が、魚煮汁、魚粉、油粕、生ゴミ、トウモロコシ浸漬液、米ぬか、大豆粉、植物体残渣、牛乳、粉ミルク、及び家畜糞、よりなる群から選ばれた1種以上のものである、請求項1〜3のいずれかに記載の固体担体の製造方法である。
また、[請求項5]に係る発明は、前記静置が、前記流出液中に50mg/L以上の硝酸イオンが生成され始めるまで行うものである、請求項1〜4のいずれかに記載の固体担体の製造方法である。
また、[請求項6]に係る発明は、前記固体担体が、ロックウール、バーミキュライト、パーライト、ゼオライト、砂、鹿沼土、ガラス、セラミック、ウレタン、ナイロン、メラミン樹脂、木質チップ、わら、水苔、炭、木綿、紙、ポリアクリルアミドゲル、及び寒天、よりなる群から選ばれた1種以上の多孔質の固体担体である、請求項1〜5のいずれかに記載の固体担体の製造方法である。
また、[請求項7]に係る発明は、前記微生物群を添加した直後に、前記固体担体中に硝酸態窒素が含まれる場合、水を添加し前記固体担体から流出させて前記固体担体を洗浄することによって硝酸態窒素を除去する、ことを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の固体担体の製造方法である。
また、[請求項8]に係る発明は、前記微生物群を含む微生物源が、前記並行複式無機化反応を行う微生物群を培養した培養液、前記培養液を乾燥させて得られた前記微生物の乾燥菌体、前記微生物群が固定化された固体担体、前記微生物群が固定化された固体担体に水を添加し前記固体担体から流出された流出液、土壌、水道水、湖沼の水、湧き水、井戸水、川の水、及び海水、よりなる群から選ばれた1種以上のものである、請求項1〜7のいずれかに記載の固体担体の製造方法である。
また、[請求項9]に係る発明は、請求項1〜8のいずれかに記載の方法により得られた固体担体を、並行複式無機化反応を行う触媒カラムの担体として用いることを特徴とする、有機物から無機肥料成分である硝酸態窒素を生成する触媒カラムの製造方法である。
また、[請求項10]に係る発明は、請求項1〜8のいずれかに記載の方法により得られた固体担体を、植物栽培固形培地とすることを特徴とする、植物栽培固形培地の製造方法である。
That is, the invention according to [Claim 1] is a microorganism in which a container is filled with the solid support described in (A) below; and a parallel multiple mineralization reaction in which organic substances are mineralized to produce nitrate nitrogen. Then, 0.1 to 20 g (in terms of dry weight) of the organic substance described in (B) below is added to 1 L of the solid carrier, and then the conditions described in (C1) and (C2) below are applied. By standing so as to satisfy; parallel multiple mineralization characterized by immobilizing a group of microorganisms that perform parallel dual mineralization (reactions satisfying the conditions described in (D1) and (D2) below) This is a method for producing a solid carrier on which a group of microorganisms to be reacted is immobilized.
(A) A solid carrier made of a porous material having air permeability.
(B) A high nitrogen-containing organic substance having a C / N ratio of 24 or less, which is the content ratio of carbon and nitrogen, and containing a high amount of protein and / or protein degradation product.
(C1) Conditions for allowing the solid support to stand at 10 to 37 ° C. for 5 days or more so as not to be flooded.
(C2) Conditions for allowing the nitrogen carrier to stand until nitrate nitrogen starts to be generated in the effluent when the solid carrier is washed by adding water and flowing out of the solid carrier.
(D1) A reaction that mineralizes organic matter to produce nitrate nitrogen.Decomposition of organic matter into ammonia nitrogen and nitrification from ammonia nitrogen to nitrate nitrogen are carried out continuously in the same reaction system. Reaction.
(D2) In the decomposition of organic matter, the organic nitrogen contained in the organic matter is decomposed into ammonia nitrogen, and the ammonia nitrogen undergoes an oxidation reaction by nitric acid formation to produce nitrate nitrogen.
The invention according to [Claim 2] is the production of a solid carrier according to claim 1, wherein the container is a container having a drain outlet, and the effluent is an effluent that has flowed out of the drain outlet. Is the method.
In addition, the invention according to [Claim 3] is a parallel compound inorganic in which the solid support described in (A) below is integrally molded so that the solid shape is maintained; A microorganism group for performing the oxidization reaction is added; then, an organic substance described in the following (B) is added in an amount of 0.1 to 20 g (in terms of dry weight) to 1 L of the solid support, and then It is characterized by immobilizing a group of microorganisms that perform parallel double mineralization reactions (reactions satisfying the conditions described in (D1) and (D2) below). This is a method for producing a solid support on which a group of microorganisms that carry out parallel double mineralization reaction is immobilized.
(A) A solid carrier made of a porous material having air permeability.
(B) A high nitrogen-containing organic substance having a C / N ratio of 24 or less, which is the content ratio of carbon and nitrogen, and containing a high amount of protein and / or protein degradation product.
(C1) Conditions for allowing the solid support to stand at 10 to 37 ° C. for 5 days or more so as not to be flooded.
(C2) Conditions for allowing the nitrogen carrier to stand until nitrate nitrogen starts to be generated in the effluent when the solid carrier is washed by adding water and flowing out of the solid carrier.
(D1) A reaction that mineralizes organic matter to produce nitrate nitrogen.Decomposition of organic matter into ammonia nitrogen and nitrification from ammonia nitrogen to nitrate nitrogen are carried out continuously in the same reaction system. Reaction.
(D2) In the decomposition of organic matter, the organic nitrogen contained in the organic matter is decomposed into ammonia nitrogen, and the ammonia nitrogen undergoes an oxidation reaction by nitric acid formation to produce nitrate nitrogen.
In the invention according to [Claim 4], the organic matter is a group consisting of fish broth, fish meal, oil cake, raw garbage, corn dipping solution, rice bran, soybean meal, plant residue, milk, powdered milk, and livestock dung. 4. The method for producing a solid carrier according to claim 1, wherein the solid carrier is one or more selected from the group consisting of:
The invention according to [Claim 5] is the one according to any one of claims 1 to 4, wherein the standing is performed until nitrate ions of 50 mg / L or more begin to be generated in the effluent. A method for producing a solid support.
The invention according to [Claim 6] is characterized in that the solid carrier is rock wool, vermiculite, pearlite, zeolite, sand, kanuma earth, glass, ceramic, urethane, nylon, melamine resin, wood chip, straw, moss, 6. The method for producing a solid carrier according to claim 1, wherein the solid carrier is one or more porous solid carriers selected from the group consisting of charcoal, cotton, paper, polyacrylamide gel, and agar. .
In the invention according to [Claim 7], when nitrate nitrogen is contained in the solid support immediately after adding the microorganism group, water is added to flow out of the solid support to wash the solid support. 7. The method for producing a solid carrier according to claim 1, wherein nitrate nitrogen is removed.
In the invention according to [Claim 8], the microorganism source containing the microorganism group is a culture solution obtained by culturing the microorganism group performing the parallel dual mineralization reaction, and the microorganism obtained by drying the culture solution. Dry microbial cells, solid carrier to which the microorganism group is immobilized, effluent discharged from the solid carrier by adding water to the solid carrier to which the microorganism group is immobilized, soil, tap water, lake water, spring water 8. The method for producing a solid carrier according to claim 1, wherein the solid carrier is one or more selected from the group consisting of water, well water, river water, and seawater.
The invention according to [Claim 9] is characterized in that the solid support obtained by the method according to any one of Claims 1 to 8 is used as a support for a catalyst column that performs a parallel dual mineralization reaction. This is a method for producing a catalyst column for producing nitrate nitrogen which is an inorganic fertilizer component from organic matter.
In addition, the invention according to [Claim 10] is characterized in that the solid carrier obtained by the method according to any one of Claims 1 to 8 is used as a plant cultivation solid medium. Is the method.

本発明は、並行複式無機化反応の反応速度を顕著に向上させることができ、有機物から無機肥料成分である硝酸態窒素を効率よく生成できることができる、触媒カラムを提供することを可能とする。
これにより本発明は、有機質資源や有機質肥料を原料にして、曝気などの恒常的な電力を用いる操作を行うことなく、有機物から無機肥料成分である硝酸態窒素を含む肥料を効率よく生成することを可能にする。
また、本発明は、固形培地耕での養液栽培を行った場合においても、有機質肥料を直接添加して養液栽培を行うことを可能とする。
The present invention makes it possible to provide a catalyst column that can remarkably improve the reaction rate of the parallel double mineralization reaction and can efficiently generate nitrate nitrogen, which is an inorganic fertilizer component, from organic matter.
As a result, the present invention efficiently produces fertilizer containing nitrate nitrogen, which is an inorganic fertilizer component, from organic materials, without using an organic resource or organic fertilizer as a raw material, and performing operations using constant power such as aeration. Enable.
In addition, the present invention makes it possible to perform hydroponics by directly adding organic fertilizer even when hydroponics is carried out by solid medium cultivation.

固体担体へ微生物群を固定化する方法の一態様を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one aspect | mode of the method of fix | immobilizing a microorganism group to a solid support | carrier. 並行複式無機化反応に最適化したバイオリアクターの一態様を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the one aspect | mode of the bioreactor optimized for the parallel compound mineralization reaction. 固体担体を、排水口を備えた容器に充填した状態を示す写真像図Photographic image showing a state in which a solid carrier is filled in a container having a drain outlet 各種固体担体を、排水口を備えた容器に充填した状態を示す写真像図である。It is a photograph image figure which shows the state with which various solid support | carriers were filled into the container provided with the drain outlet. 実施例1における硝酸イオン濃度の測定結果を示すグラフである。3 is a graph showing measurement results of nitrate ion concentration in Example 1. 実施例2における硝酸イオン濃度の測定結果を示すグラフである。6 is a graph showing measurement results of nitrate ion concentration in Example 2. 実施例3における硝酸イオン濃度の測定結果を示すグラフである。6 is a graph showing measurement results of nitrate ion concentration in Example 3. 実施例3における硝酸イオン濃度の測定結果を示すグラフである。6 is a graph showing measurement results of nitrate ion concentration in Example 3. 実施例4において、有機物として菜種油粕を用いた場合の硝酸イオン濃度の測定結果を示すグラフである。In Example 4, it is a graph which shows the measurement result of the nitrate ion density | concentration at the time of using a rapeseed oil cake as an organic substance. 実施例4において、有機物としてコーンスティープリカー(CSL)を用いた場合の硝酸イオン濃度の測定結果を示すグラフである。In Example 4, it is a graph which shows the measurement result of the nitrate ion density | concentration at the time of using corn steep liquor (CSL) as an organic substance. 実施例5における硝酸イオン濃度の測定結果を示すグラフである。10 is a graph showing measurement results of nitrate ion concentration in Example 5. 実施例6における硝酸イオン濃度の測定結果を示すグラフである。10 is a graph showing measurement results of nitrate ion concentration in Example 6. 実施例7において、海水、水道水を微生物源として用いた場合の硝酸イオン濃度の測定結果を示すグラフである。In Example 7, it is a graph which shows the measurement result of the nitrate ion density | concentration at the time of using seawater and a tap water as a microorganisms source. 実施例7において、土壌を微生物源として用いた場合の硝酸イオン濃度の測定結果を示すグラフである。In Example 7, it is a graph which shows the measurement result of the nitrate ion density | concentration at the time of using soil as a microorganisms source. 実施例8における硝酸イオン濃度の測定結果を示すグラフである。10 is a graph showing measurement results of nitrate ion concentration in Example 8. 実施例9における硝酸イオン濃度の測定結果を示すグラフである。10 is a graph showing measurement results of nitrate ion concentration in Example 9. 実施例10における各種固体担体を示す写真像図である。FIG. 10 is a photographic image diagram showing various solid carriers in Example 10. 実施例10における硝酸イオン濃度の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the nitrate ion concentration in Example 10. 実施例11における硝酸イオン濃度の測定結果を示すグラフである。10 is a graph showing measurement results of nitrate ion concentration in Example 11. 実施例12におけるチンゲンサイの生育状態を示す写真像図である。It is a photograph image figure which shows the growth state of the Chingen rhino in Example 12. 実施例13におけるコマツナの生育状態を示す写真像図である。It is a photograph image figure which shows the growth state of the komatsuna in Example 13. 実施例14における硝酸イオン濃度の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the nitrate ion concentration in Example 14. 実施例15における硝酸イオン濃度の測定結果を示すグラフである。14 is a graph showing measurement results of nitrate ion concentration in Example 15.

本発明は、有機物を無機化して硝酸態窒素を生成する並行複式無機化反応を行う微生物群が固定化された固体担体の製造方法に関する。
また、本発明は、前記固体担体を用いた、有機物から無機肥料成分である硝酸態窒素を生成する触媒カラムの製造方法に関する。さらに、本発明は、前記固体担体を植物栽培固形培地とする、植物栽培固形培地の製造方法に関する。
なお、図1は、固体担体へ微生物群を固定化する方法の一態様を示す説明図である。図2は、有機物から無機肥料成分である硝酸態窒素を生成する触媒カラムの一態様を示す説明図である。図3(a),(b)は、固体担体を、排水口を備えた容器に充填した状態を示す写真像図である。
The present invention relates to a method for producing a solid support on which a group of microorganisms that perform a parallel double mineralization reaction that mineralizes organic matter to produce nitrate nitrogen is immobilized.
The present invention also relates to a method for producing a catalyst column using the solid support to produce nitrate nitrogen, which is an inorganic fertilizer component, from an organic substance. Furthermore, the present invention relates to a method for producing a plant cultivation solid medium, wherein the solid carrier is a plant cultivation solid medium.
In addition, FIG. 1 is explanatory drawing which shows one aspect | mode of the method of fix | immobilizing a microorganism group to a solid support | carrier. FIG. 2 is an explanatory diagram showing an embodiment of a catalyst column that generates nitrate nitrogen, which is an inorganic fertilizer component, from an organic substance. FIGS. 3A and 3B are photographic image views showing a state in which a solid carrier is filled in a container having a drain port.

本発明において、並行複式無機化反応を行う微生物群が固定化された固体担体の製造は、容器に、通気性を有する固体担体を充填し、;これに有機物を無機化して硝酸態窒素を生成する並行複式無機化反応を行う微生物群を添加し、;次いで、有機物を添加して、その後、水を添加し前記固体担体から流出させることで前記固体担体を洗浄する際に、当該流出液に硝酸態窒素が生成され始めるまで静置する;ことによって行うものである。   In the present invention, the production of a solid support on which a microorganism group that performs parallel double mineralization reaction is immobilized is filled with a solid support having air permeability in a container; and the organic substance is mineralized to produce nitrate nitrogen. Adding a group of microorganisms that perform a parallel dual mineralization reaction; then adding an organic substance, and then adding water to flow out of the solid support to wash the solid support into the effluent. Let it stand until nitrate nitrogen begins to be produced.

なお、本発明において、固体担体として、固形形状が維持されるように一体成形されたものを用いる場合には、前記容器に当該固体担体を充填することなく、並行複式無機化反応を行う微生物群が固定化された固体担体を製造することもできる。
即ち、固形形状が維持されるように一体成形された通気性を有する固体担体に、;有機物を無機化して硝酸態窒素を生成する並行複式無機化反応を行う微生物群を添加し、;次いで、有機物を添加して、その後、水を添加し前記固体担体から流出させることで前記固体担体を洗浄する際に、当該流出液に硝酸態窒素が生成され始めるまで静置する;ことによって行うことができる。
In the present invention, when a solid support that is integrally formed so as to maintain a solid shape is used, a group of microorganisms that perform a parallel dual mineralization reaction without filling the container with the solid support. It is also possible to produce a solid support on which is immobilized.
That is, to a solid support having air permeability integrally formed so as to maintain a solid shape; adding a group of microorganisms that perform a parallel dual mineralization reaction that mineralizes organic matter to generate nitrate nitrogen; The organic substance is added, and then, when washing the solid support by adding water and allowing it to flow out of the solid support, it is allowed to stand until nitrate nitrogen begins to be generated in the effluent. it can.

本発明の並行複式無機化反応を行う微生物群が固定化された固体担体の製造における最初の工程は、まず、通気性を有する固体担体を容器に充填する工程(充填工程)である。
なお、固体担体を積み上げて(具体的には、野積みした山にするなど、平面構造物の上に、通気性を有する固体担体を積み上げて)、当該固体担体からなる山に直接水を添加して流出させる操作をした際に崩れない山に積み上げることで、当該容器に充填する充填工程を行うことなく、次工程である微生物群添加工程を行うこともできる。
また、固体担体として、前記固形形状が維持されるように一体成形されたものを用いる場合にも、当該容器に充填する充填工程を行うことなく、直接、次工程である微生物群添加工程を行うこともできる。
The first step in the production of the solid carrier on which the microorganism group performing the parallel dual mineralization reaction of the present invention is immobilized is a step of filling a container with a solid carrier having air permeability (filling step).
It should be noted that the solid carrier is stacked (specifically, a solid carrier having air permeability is stacked on a flat structure such as a pile of fields), and water is directly added to the mountain made of the solid carrier. Then, the microorganism group addition step, which is the next step, can be performed without performing the filling step of filling the container by stacking on a mountain that does not collapse when the operation is performed to flow out.
In addition, when using a solid carrier that is integrally molded so as to maintain the solid shape, the microorganism group addition step, which is the next step, is performed directly without performing the filling step of filling the container. You can also.

本発明において、前記微生物群を固定化させる固体担体としては、微生物、有機成分、水分を担持することが可能であり、通気性を有し、多孔質のものであれば、如何なるものでも用いることができる。特には、体積に対して微生物が固定化(定着)する表面積が大きい素材のものが好ましい。
なお、ここで「通気性を有し」とは、固体担体をカラム(カラム様の容器)に充填した際や積み上げて山にした際の固体担体間及び/又は固体担体内の空隙の環境が、もしくは、前記固形形状が維持されるように一体成形された固体担体であれば固体担体内の空隙の環境が、好気条件が保たれることで硝酸化成が進行しやすく、且つ、脱窒素反応がおこりにくいような気相の確保された状態である。
なお、以下、当該固体担体間と固体担体内の全体の環境を、単に「固体担体中」あるいは「固体担体全体」と表現することがある。
In the present invention, any solid carrier can be used as long as it can carry microorganisms, organic components and moisture, has air permeability, and is porous as a solid carrier for immobilizing the microorganism group. Can do. In particular, a material having a large surface area on which microorganisms are immobilized (fixed) with respect to the volume is preferable.
Here, “having air permeability” means that the space between the solid carriers and / or the space in the solid carriers when the solid carriers are packed in a column (column-like container) or stacked and piled up. Alternatively, if the solid support is integrally formed so that the solid shape is maintained, the environment of the voids in the solid support is easily maintained in an aerobic condition so that nitrification can easily proceed, and denitrification It is in a state where a gas phase is secured so that the reaction is difficult to occur.
Hereinafter, the entire environment between the solid carriers and in the solid carriers may be simply expressed as “in the solid carrier” or “the whole solid carrier”.

そのような固体担体として具体的には、ロックウール、バーミキュライト、パーライト、ゼオライト、砂、鹿沼土、ガラス(具体的にはグラスビーズ)、セラミックなどの岩石鉱物系の資材や、ウレタン、ナイロン、メラミン樹脂、ポリアクリルアミドゲル、などの合成樹脂系の資材、木質チップ(具体的にはスギチップ)、わら、水苔、炭(具体的には活性炭)、木綿、紙(具体的にはろ紙)、寒天などの生物由来の資材などを用いることができる。
本発明においてはこれらの素材のうち、好ましくは、ロックウール、バーミキュライト、パーライト、ウレタン、スギチップ、わら、水苔、ろ紙を用いることが望ましく、さらに好ましくは、ロックウール、ウレタンを用いることが望ましい。
なお、当該固体担体として、一般の土壌を用いた場合、有機物と水を添加することで、微生物が過剰繁殖しやすいため通気性が悪化し、土壌に生息する脱窒菌による脱窒反応が起こり、最終的に硝酸態窒素が得られなくなってしまい、好ましくない。
Specific examples of such solid carriers include rock minerals such as rock wool, vermiculite, pearlite, zeolite, sand, kanuma earth, glass (specifically glass beads), ceramics, urethane, nylon, and melamine. Synthetic resin materials such as resin, polyacrylamide gel, wood chips (specifically cedar chips), straw, moss, charcoal (specifically activated carbon), cotton, paper (specifically filter paper), agar Biological materials such as can be used.
In the present invention, among these materials, it is preferable to use rock wool, vermiculite, pearlite, urethane, cedar chips, straw, moss, and filter paper, and more preferably rock wool and urethane.
In addition, when general soil is used as the solid carrier, the addition of organic matter and water deteriorates the air permeability because microorganisms are easy to overgrow, and a denitrification reaction occurs due to denitrifying bacteria that inhabit the soil. Finally, nitrate nitrogen cannot be obtained, which is not preferable.

なお、固形形状が維持されるように一体成形された固体担体としては、キューブ状、球状、円筒状、棒状などに成形され、担体全体が一体なものか、適度な熱による溶着や接着、圧着などを施すことにより一体成形されたものであればよい。
具体的には、このように成形されたロックウール、バーミキュライト、パーライト、ゼオライト、砂、鹿沼土、ガラス(具体的にはグラスビーズ)、ウレタン、ナイロン、メラミン樹脂、木質チップ(具体的にはスギチップ)、わら、水苔、炭(具体的には活性炭)、木綿、紙(具体的にはろ紙)、ポリアクリルアミドゲル、寒天などの素材で、それ自体が一体の固体担体として扱えるものや、接着などで一体成形できるものを用いることができる。好ましくは、ロックウールを用いることが望ましい。
また、固形形状が維持されるように一体成形された固体担体の大きさとしては、具体的には、10ml以上の体積を有するものであればよいが、これに限定されるものではない。
In addition, as a solid carrier integrally molded so as to maintain a solid shape, it is molded into a cube shape, a spherical shape, a cylindrical shape, a rod shape, etc. What is necessary is just to be integrally formed by giving etc.
Specifically, rock wool, vermiculite, pearlite, zeolite, sand, Kanuma soil, glass (specifically glass beads), urethane, nylon, melamine resin, wood chips (specifically cedar chips) ), Straw, moss, charcoal (specifically activated carbon), cotton, paper (specifically filter paper), polyacrylamide gel, agar, etc., which can be treated as an integral solid carrier, or bonded A material that can be integrally molded can be used. Preferably, rock wool is used.
In addition, the size of the solid carrier integrally molded so as to maintain the solid shape may be anything as long as it has a volume of 10 ml or more, but is not limited thereto.

前記固体担体を充填する容器としては、前記固体担体を充填できる容器であり、水を添加した後に、水を流出させることができる容器であれば如何なる容器でも用いることができる。
好ましくは、排水口を備えた容器であり、水を添加した後、水を効率よく流出できる構造のもの(前記固体担体を充填した後、カラムとして用いることができる構造のもの)であればよい。具体的には、コップ状の上部に開口した構造のものや、カラム状の下部に開口したもの、容器の全体が網目状のものなどを用いることができる。
なお、当該容器が排水口を備えた容器でない場合であっても、当該容器を傾けるなどの操作を行って、水を流出させる操作(デカンテーション)を行うことができる容器であれば用いることができる。
As the container for filling the solid carrier, any container can be used as long as it is a container that can be filled with the solid carrier, and can discharge water after adding water.
Preferably, the container is provided with a drain outlet and has a structure that allows water to flow out efficiently after adding water (having a structure that can be used as a column after filling the solid carrier). . Specifically, it is possible to use a cup-shaped upper structure, a column-shaped lower structure, or a container having a net-like structure.
In addition, even if the container is not a container having a drain outlet, any container that can perform an operation (decantation) of draining water by performing an operation such as tilting the container should be used. it can.

当該容器への前記固体担体の充填は、水を添加して流出させた後に、毛細管現象で全体が湛水状態になってしまわないよう、固体担体間及び/又は固体担体内の空隙(気相)が確保されるようにする。毛細管現象による液面の上昇高さh(単位m)は以下の公式(I)で与えられている。なお、公式(I)における各記号は、T=表面張力(N/m),θ=接触角,ρ=液体の密度(kg/m),g=重力加速度(m/s),r=管の内径(半径)(m)を表すものである。 Filling the container with the solid support is performed by adding gaps between the solid supports and / or in the solid supports (vapor phase) so that the entire structure does not become submerged due to capillary action after water is added and discharged. ) Is ensured. The rising height h (unit m) of the liquid level due to capillary action is given by the following formula (I). Each symbol in formula (I) is T = surface tension (N / m), θ = contact angle, ρ = liquid density (kg / m 3 ), g = gravity acceleration (m / s 2 ), r = Inner diameter (radius) (m) of the tube.

当該固体担体間及び/又は固体担体内の空隙が狭くなり、hが固体担体の充填高を超えると、水を添加した場合に排水口を開口していても担体のすべてが湛水して嫌気状態となり、硝酸化成が十分に進まなくなるおそれがある。
このため、固体担体間及び/又は固体担体内の空隙は、hが充填高さを超えないサイズを確保することが望ましく、空隙のすべてが狭くなり、hが固体担体の充填高を超えることは好ましくない。
最も望ましくは、固体担体間及び/又は固体担体内の空隙を粗密のあるものにし、空隙の大きい粗の部分で通気性を確保し、空隙の狭い密の部分で保水性を確保することにより、担体全体としての通気性と保水性の両方を確保したものにすることが好ましい。
もし固体担体間及び/又は固体担体内の空隙が狭く、hが固体担体の充填高を超える場合は、当該容器の壁面を通気性のある素材や構造(網目状)にしてガス交換が行われやすくするか、添加する水分の溶存酸素濃度を高める、あるいは添加する水の交換を高い頻度で行うことによりガス交換が行われるようにするなどの工夫が必要になる。
When the gap between the solid carriers and / or in the solid carriers is narrowed and h exceeds the solid carrier filling height, all of the carriers are submerged and anaerobic even if the drainage port is opened when water is added. There is a risk that nitrification will not proceed sufficiently.
For this reason, it is desirable that the gaps between and / or within the solid support have a size that h does not exceed the filling height, all of the gaps are narrowed, and h exceeds the filling height of the solid support. It is not preferable.
Most preferably, by making the gaps between and / or within the solid support dense, ensuring air permeability in the coarse portions with large voids, and ensuring water retention in the dense portions with narrow gaps, It is preferable to ensure both air permeability and water retention as the whole carrier.
If the space between the solid carriers and / or in the solid carriers is narrow and h exceeds the filling height of the solid carriers, gas exchange is performed by making the wall surface of the container a breathable material or structure (network). It is necessary to devise measures such as facilitating or increasing the dissolved oxygen concentration of the added water or changing the added water at a high frequency so that the gas is exchanged.

なお、具体的な実施形態として、上記を踏まえて当該容器への前記固体担体の充填する場合、0.1〜100000ml、好ましくは、1〜10000mlの前記固体担体を充填することができる。また、充填高さとしては、0.1〜100cmの層になるように前記固体担体を充填することができる。   As a specific embodiment, when the container is filled with the solid carrier, 0.1 to 100,000 ml, preferably 1 to 10000 ml of the solid carrier can be filled. Moreover, as a filling height, the said solid support | carrier can be filled so that it may become a 0.1-100 cm layer.

上記の充填工程にて、前記固体担体を前記容器に充填した後、有機物を無機化して硝酸態窒素を生成する並行複式無機化反応を行う微生物群を添加する工程(微生物群添加工程)を行う。
なお、前記したように、前記固体担体を容器に充填せずに積み上げた場合や、前記固体担体として固形形状が維持されるように一体成形されたものを用いる場合は、上記の充填工程を行わずに、直接当該微生物群添加工程を行うこともできる。
In the above filling step, after the solid carrier is filled in the container, a step of adding a group of microorganisms for performing a parallel dual mineralization reaction for mineralizing organic matter to generate nitrate nitrogen is performed (microorganism group addition step). .
As described above, when the solid carrier is stacked without being filled in a container, or when the solid carrier is integrally molded so that the solid shape is maintained, the above filling step is performed. In addition, the microorganism group addition step can be directly performed.

本発明において、「並行複式無機化反応」とは、有機物を無機化して硝酸態窒素を生成する反応であり、有機物からアンモニア態窒素への分解(アンモニア化成)とアンモニア態窒素から硝酸態窒素への硝化(硝酸化成)とが、同一の反応系で連続的に行われるものである。
詳しくは、有機物の分解において、有機物に含まれる有機態窒素がアンモニア態窒素に分解され、アンモニア態窒素が硝酸化成による酸化反応(硝化反応)を経て、硝酸態窒素が生成される反応を指すものである。
In the present invention, the “parallel double mineralization reaction” is a reaction in which an organic substance is mineralized to generate nitrate nitrogen, decomposition of the organic substance into ammonia nitrogen (ammonia formation), and conversion from ammonia nitrogen to nitrate nitrogen. The nitrification (nitrification) is performed continuously in the same reaction system.
More specifically, in the decomposition of organic matter, organic nitrogen contained in organic matter is decomposed into ammonia nitrogen, and ammonia nitrogen undergoes an oxidation reaction (nitrification reaction) by nitrification to produce nitrate nitrogen. It is.

なお、本発明において、有機物を無機化して生成される硝酸態窒素とは、硝酸イオンや硝酸塩であるが、具体的には、硝酸イオンを想定したものである。   In the present invention, nitrate nitrogen produced by mineralizing organic substances is nitrate ions or nitrates, and specifically, nitrate ions are assumed.

本発明における並行複式無機化反応を行う微生物群とは、アンモニア化成を行う微生物群および硝酸化成を行う微生物群を含むものである。
本発明に用いることができる‘並行複式無機化反応を行う微生物群’としては、アンモニア化成を行う微生物群および硝酸化成を行う微生物群を含み、添加した有機物を無機化して硝酸態窒素を生成させるのに必要な微生物群を含むものであればよい。
なお、上記微生物群を構成する微生物群の種類としては、アンモニア化成を行う微生物群としては、例えば原生動物や、細菌、糸状菌等のアンモニア化成菌などを挙げることができ;硝酸化成を行う微生物群(硝化菌)としては、アンモニア酸化菌(もしくは亜硝酸生成菌)のNitrosomonas属、Nitorosococcus属、Nitrosospira属(Nitrosolobus属、Nitrosovibrio属を含む)亜硝酸酸化菌(もしくは硝酸生成菌)のNitrobacter属、Nitrospira属;などを挙げることができる。
The group of microorganisms performing the parallel compound mineralization reaction in the present invention includes a group of microorganisms performing ammonia conversion and a group of microorganisms performing nitrate conversion.
The 'microorganism group performing parallel double mineralization reaction' that can be used in the present invention includes a microorganism group that performs ammonia formation and a microorganism group that performs nitrate formation, and mineralizes the added organic matter to generate nitrate nitrogen. What is necessary is just to include the microbe group required for this.
In addition, as a kind of microorganism group which comprises the said microorganism group, as a microorganism group which performs ammonia formation, there can be mentioned, for example, protozoa, ammonia-forming bacteria such as bacteria and filamentous fungi; As the group (nitrifying bacteria), ammonia oxidizing bacteria (or nitrite producing bacteria) genus Nitrosomonas, Nitorosococcus genus, Nitrosospira genus (including Nitrosolobus genus, Nitrosovibrio genus) nitrite oxidizing bacteria (or nitrate producing bacteria) Nitrobacter genus, Nitrospira genus;

本工程で添加する当該微生物源としては、具体的には、並行複式無機化反応を行う微生物群を培養した培養液、前記培養液を乾燥させた前記微生物の乾燥菌体、前記微生物群が固定化された固体担体、前記微生物群が固定化された固体担体に水を添加し前記固体担体から流出された流出液、;土壌、水道水、湖沼の水、湧き水、井戸水、川の水、海水など自然界に由来するもの;を用いることができる。
特には、並行複式無機化反応を行う微生物群を培養した培養液、前記培養液を乾燥させた前記微生物の乾燥菌体、前記微生物群が固定化された固体担体、前記微生物群が固定化された固体担体に水を添加し前記固体担体から流出された流出液、を用いることが、並行複式無機化反応を進めるのに必要な微生物生態系を構成する当該微生物群を十分量含んだものとなっているため、脱窒反応を誘発するおそれも小さい点で好ましい。
なお、‘前記微生物群が固定化された固体担体’としては、前記微生物群が固定化された前記固体担体であれば如何なるものでもよいが、好ましくは、本発明の工程を経て製造されたものを用いることが望ましい。
Specifically, the microorganism source to be added in this step includes a culture solution obtained by culturing a group of microorganisms that perform a parallel dual mineralization reaction, a dry cell of the microorganism dried from the culture solution, and the microorganism group fixed. Solidified carrier, effluent discharged from the solid carrier by adding water to the solid carrier on which the microorganism group is immobilized; soil, tap water, lake water, spring water, well water, river water, seawater And those derived from the natural world.
In particular, a culture solution obtained by culturing a group of microorganisms that perform parallel dual mineralization reaction, a dried cell body of the microorganism dried from the culture solution, a solid carrier on which the microorganism group is immobilized, and the microorganism group is immobilized. Using a effluent discharged from the solid support by adding water to the solid support, which contains a sufficient amount of the microbial group constituting the microbial ecosystem necessary for proceeding with the parallel double mineralization reaction. Therefore, the possibility of inducing a denitrification reaction is preferable in that it is small.
The 'solid carrier on which the microorganism group is immobilized' may be any solid carrier on which the microorganism group is immobilized, but is preferably manufactured through the process of the present invention. It is desirable to use

脱窒反応とは、脱窒菌により硝酸態窒素が亜酸化窒素ガスあるいは窒素ガスなどに還元され、硝酸態窒素が失われてしまう現象で、脱窒菌のエネルギー源になる有機成分と酸素供給体になる硝酸態窒素とが共存するときに誘発しやすい反応である。
本発明の前記固体担体中においては、水を添加して担体中の硝酸態窒素を除去する前に有機物を添加してしまい、有機成分と高濃度の硝酸態窒素の共存という脱窒反応を誘発しやすい条件を作り出してしまった場合や、前記固体担体間及び/又は固体担体内の空隙が狭く、毛細管現象により湛水状態となり固体担体中が嫌気条件となって脱窒菌が活動しやすい条件が揃った場合に脱窒反応が起こりやすくなる。
本発明においては、前記固体担体中で脱窒反応が起こると、無機肥料成分として優れている硝酸態窒素がガス化して失われるため好ましくない。このため本発明では、i)固体担体中に高濃度の硝酸態窒素が生成した場合は、水を添加し前記固体担体から流出させることで前記固体担体を洗浄し、硝酸態窒素を除去する、ii)植物などにより肥料成分として吸収させることで硝酸態窒素を除去してから有機物を添加するようにする、iii)固体担体間及び/又は固体担体内の空隙が全体に狭くなりすぎて毛細管現象が強まり、固体担体全体が湛水して嫌気性状態になることのないようにする、などの注意を払う必要がある。
Denitrification reaction is a phenomenon in which nitrate nitrogen is reduced to nitrous oxide gas or nitrogen gas by denitrifying bacteria, and nitrate nitrogen is lost. It is a reaction that is easily induced when coexisting with nitrate nitrogen.
In the solid carrier of the present invention, organic substances are added before adding water to remove nitrate nitrogen in the carrier, thereby inducing a denitrification reaction in which an organic component and high-concentration nitrate nitrogen coexist. If conditions that are easy to create are created, or the voids between the solid carriers and / or in the solid carriers are narrow, the capillarity causes the water to become submerged and the solid carriers become anaerobic and the denitrifying bacteria are likely to be active. When they are aligned, the denitrification reaction tends to occur.
In the present invention, when a denitrification reaction occurs in the solid carrier, nitrate nitrogen, which is excellent as an inorganic fertilizer component, is lost due to gasification, which is not preferable. For this reason, in the present invention, i) when nitrate nitrogen of high concentration is generated in the solid support, the solid support is washed by adding water and flowing out of the solid support to remove nitrate nitrogen. ii) An organic substance is added after removing nitrate nitrogen by absorbing it as a fertilizer component by a plant or the like. iii) The gap between the solid carriers and / or in the solid carrier becomes too narrow as a whole, and the capillary phenomenon is caused. It is necessary to pay attention to prevent the entire solid carrier from being submerged and becoming anaerobic.

前記固体担体を充填した容器への、当該微生物源の添加は、微生物群の固定化を短期間ですませたい場合は、並行複式無機化反応を行う微生物群の培養物を添加することで行う。なお、当該微生物源は、当該微生物源が液体の状態であっても粉末の状態であっても添加することができる。
当該微生物源の添加量としては、特に限定されないが、前記固体担体1Lに対して、培養液では1〜1000ml、乾燥菌体の場合では、1〜1000mg、前記固体担体からの流出液の場合では、1〜1000mlを添加することが望ましい。
When the microorganism group is to be immobilized in a short period of time, the microorganism source is added to the container filled with the solid support by adding a culture of the microorganism group that performs the parallel dual mineralization reaction. The microorganism source can be added regardless of whether the microorganism source is in a liquid state or a powder state.
The amount of the microorganism source added is not particularly limited, but is 1 to 1000 ml in the culture solution, 1 to 1000 mg in the case of dry cells, and 1 to 1000 mg in the case of the effluent from the solid support. 1 to 1000 ml is desirably added.

当該工程において、当該微生物源として硝酸態窒素を含むものを用いることによって(もしくは、前工程で充填した固体担体に硝酸態窒素を含むものを用いることによって)、前記固体担体中に硝酸態窒素が含まれる場合、当該微生物源の添加後に、水を添加し前記固体担体から流出させることで、前記固体担体を洗浄することが好ましい。
なお、ここで、「前記固体担体中に硝酸態窒素が含まれる場合」とは、有機物と共存した際に脱窒反応が誘発される濃度および分布で硝酸態窒素が含まれる場合をいう。
即ち、当該工程において、前記固体担体中に、有機物と共存した際に脱窒反応が誘発される濃度および分布で硝酸態窒素が‘含まれない’場合においては、「前記固体担体中に硝酸態窒素が含まれない場合」と見なされる。
In this process, by using a substance containing nitrate nitrogen as the microorganism source (or by using a substance containing nitrate nitrogen in the solid support filled in the previous process), nitrate nitrogen is contained in the solid support. If included, it is preferable to wash the solid support by adding water after the addition of the microorganism source and allowing it to flow out of the solid support.
Here, “the case where nitrate nitrogen is contained in the solid support” means a case where nitrate nitrogen is contained in a concentration and distribution that induces a denitrification reaction when coexisting with an organic substance.
That is, in this step, in the case where nitrate nitrogen is not contained in the solid support at a concentration and distribution that induces a denitrification reaction when coexisting with an organic substance, “Non-contained”.

なお、当該「洗浄」の具体的な操作としては、i)前記固体担体を‘排水口を備えた容器’に充填した場合においては、水を添加した後、前記固体担体からの流出液を前記排水口から流出させることによって行う。
また、ii)前記固体担体を‘排水口を備えない容器’に充填した場合においては、水を添加した後、当該容器を傾けるなどの操作を行い、前記固体担体からの流出液を流出させる(デカンテーションする)ことによって行う。
また、iii)前記固体担体を容器に充填せずに積み上げた場合や、前記固体担体として‘前記固形形状が維持されるように一体成形されたもの’を用いた場合においては、水を添加した後、前記固体担体からの流出液を直接流出させることによって行う。
当該洗浄を行った後、当該固体担体中は多くの硝酸態窒素が除去された状態、即ち、有機物と共存した際に脱窒反応が誘発される濃度および分布で硝酸態窒素が含まれない状態になる。また、余分な水分も流出した状態になる。
In addition, as a specific operation of the “washing”, i) in the case where the solid carrier is filled in a “container having a drain port”, after adding water, the effluent from the solid carrier is This is done by draining from the drain.
In addition, ii) in the case where the solid carrier is filled in a “container without a drain port”, after adding water, an operation such as tilting the container is performed to discharge the effluent from the solid carrier ( Decanted).
Iii) In the case where the solid carrier is stacked without being filled in a container, or in the case where the solid carrier is 'integrated so as to maintain the solid shape', water is added. Thereafter, the effluent from the solid carrier is directly discharged.
After the washing, the solid support is in a state in which much nitrate nitrogen is removed, that is, in a state where nitrate nitrogen is not contained in a concentration and distribution that induces a denitrification reaction when coexisting with organic matter. become. Moreover, it will be in the state which excess water also flowed out.

当該微生物源添加後の洗浄において用いる水としては、純水(蒸留水、イオン交換水、逆浸透膜水など)、井戸水、河川水、湖水、水道水、海水などを用いることができる。なお、高濃度の硝酸態窒素(具体的には50mgNO/ml以上)を含む水は望ましくない。
当該洗浄に用いる水の添加量としては、前記固体担体全体をリンスするのに十分な量の水であることが望ましく、1Lあたり100〜10000mlであることが望ましい。
当該洗浄を行うことで、硝酸態窒素を除去し固体担体中に含まれる硝酸態窒素濃度を低下させることができるため、脱窒反応を誘発する条件(有機成分と高濃度の硝酸態窒素の共存)が成立しなくなり、脱窒反応を抑制することができる。
従って、前記固体担体中を、有機物を添加した際にアンモニア化成反応および硝酸化成反応が、中間生成物を蓄積することなく進行し、且つ、脱窒反応がおこらない状態にすることができる。
なお、当該微生物源の添加後、前記固体担体中に‘有機物と共存した際に脱窒反応が誘発される濃度および分布で硝酸態窒素が含まれない’場合、当該固体担体の洗浄を行わなくても、脱窒反応が起こらない状態にあるため、洗浄を特に行う必要はない。
As water used in washing after the addition of the microorganism source, pure water (distilled water, ion exchange water, reverse osmosis membrane water, etc.), well water, river water, lake water, tap water, seawater, and the like can be used. Note that water containing a high concentration of nitrate nitrogen (specifically, 50 mg NO 3 / ml or more) is not desirable.
The amount of water used for the washing is preferably a sufficient amount of water for rinsing the whole solid carrier, and preferably 100 to 10,000 ml per liter.
By performing this cleaning, nitrate nitrogen can be removed and the concentration of nitrate nitrogen contained in the solid support can be lowered. Therefore, conditions that induce denitrification (coexistence of organic components and high concentration of nitrate nitrogen) ) Does not hold, and the denitrification reaction can be suppressed.
Therefore, when an organic substance is added to the solid support, ammonia conversion reaction and nitric acid conversion reaction can proceed without accumulating intermediate products and denitrification reaction can be prevented.
In addition, after the addition of the microbial source, in the case where the solid support does not contain nitrate nitrogen at a concentration and distribution that induces a denitrification reaction when coexisting with an organic substance, the solid support is not washed. However, since there is no denitrification reaction, it is not necessary to perform cleaning.

上記微生物群添加工程にて微生物源を添加した後、;有機物を添加して、その後、水を添加し前記固体担体から流出させることで前記固体担体を洗浄する際に、当該流出液に硝酸態窒素が生成され始めるまで「静置する」ことにより、;並行複式無機化反応を行う微生物群を固定化する工程(固定化工程)を行う。
当該固定化工程により、目的とする、並行複式無機化反応を行う微生物群が固定化された固体担体を製造することができる。
本工程は、前記固体担体に、前記微生物群を定着、馴化、増殖させることで、固定化するための工程である。
After adding the microbial source in the above microbial group addition step; when washing the solid support by adding organic matter, then adding water and flowing out from the solid support, By “standing still” until nitrogen begins to be generated, a step (an immobilization step) is performed to immobilize a group of microorganisms that perform a parallel dual mineralization reaction.
By the immobilization step, it is possible to produce a target solid support on which a target microbial group performing a parallel double mineralization reaction is immobilized.
This step is a step for immobilizing the microorganism group by fixing, acclimatizing, and growing on the solid support.

本固定化工程において、有機物の添加は、固体担体に有機物を直接添加することで行う。なお、当該有機物は、液体の状態であっても粉末の状態であっても添加することができる。
当該有機物としては、有機質肥料や、食品残渣、植物残渣、畜産廃棄物、排泄物といった有機質資源など、如何なるものを用いることができるが、炭素と窒素の含有比であるC/N比が24以下、好ましくは19以下の高窒素含有有機物を用いることが、硝酸態窒素の回収効率を高める点で望ましい。
前記有機物としては、タンパク質、タンパク質分解物、アミノ酸などを多く含むものが望ましい。
具体的には、魚煮汁、トウモロコシ浸漬液、油粕、魚粉、大豆粕、酵母粕、酒粕、焼酎粕、米ぬか、生ゴミなどの食品残渣などを挙げることができる。なお、これらは、食品製造過程で得られる廃棄物であり、毒性のあるような成分が含まれていない点で望ましい。また、家畜糞を挙げることができ、アンモニア態窒素を含む有機物も利用できる。さらには、大豆粉、だしの素(アミノ酸高含有物)、牛乳、粉ミルク、などの食品そのものも利用できる。加えてさらには、可食部として利用できない植物の組織や器官である植物体残渣も利用することができる。
これらのうち、魚煮汁、魚粉、油粕、生ゴミ、トウモロコシ浸漬液、米ぬか、大豆粉、植物体残渣、牛乳、粉ミルクおよび家畜糞を用いることがさらに望ましい。
なお、具体的に、魚煮汁としては、鰹煮汁を挙げることができる。また、トウモロコシ浸漬液としては、コーンスティープリカー(CSL:トウモロコシでんぷん製造時の副産物であるトウモロコシ浸漬液)を挙げることができる。また、油粕としては、菜種油粕、コーン油粕、を挙げることができる。また、植物体残渣としては、トマトなどの栽培管理中に摘葉処理で発生した茎葉などを挙げることができる。また、生ゴミとしては、魚のアラ、調理後の野菜くず、肉切片などを挙げることができる。また、家畜糞としては、牛糞や鶏糞などを挙げることができる。
なお、さらに特には、鰹煮汁、コーンスティープリカーが液体であるため前記固体担体に浸透しやすい点で望ましい。
In the immobilization step, the organic substance is added by directly adding the organic substance to the solid support. Note that the organic substance can be added in a liquid state or a powder state.
As the organic matter, any organic matter such as organic fertilizer, food residue, plant residue, livestock waste, excrement, etc. can be used, but the carbon / nitrogen content ratio is 24 or less. In order to increase the recovery efficiency of nitrate nitrogen, it is desirable to use an organic substance having a high nitrogen content of 19 or less.
As said organic substance, what contains many proteins, protein degradation products, amino acids, etc. is desirable.
Specifically, food residues such as fish broth, corn dip, oil cake, fish meal, soybean meal, yeast cake, sake lees, shochu, rice bran, and raw garbage can be mentioned. These are wastes obtained in the food production process and are desirable in that they do not contain toxic components. Moreover, livestock dung can be mentioned and organic matter containing ammonia nitrogen can also be used. Furthermore, food itself such as soybean powder, dashi stock (high amino acid content), milk, and powdered milk can be used. In addition, plant residues that are plant tissues and organs that cannot be used as edible parts can also be used.
Of these, it is more desirable to use fish broth, fish meal, oil cake, raw garbage, corn soaking solution, rice bran, soybean meal, plant residue, milk, powdered milk and livestock dung.
In addition, specifically, as fish soup, salmon soup can be mentioned. Moreover, examples of the corn soaking liquid include corn steep liquor (CSL: corn soaking liquid which is a by-product during the production of corn starch). Examples of the oil cake include rapeseed oil cake and corn oil cake. In addition, examples of plant residues include foliage and the like generated by leaf removal treatment during cultivation management of tomatoes and the like. Examples of the raw garbage include fish arabic, cooked vegetable scraps, and meat slices. Examples of livestock droppings include cow dung and chicken droppings.
More particularly, it is desirable in that it is easy to permeate into the solid carrier because simmered soup and corn steep liquor are liquid.

当該有機物の添加量としては、前記固体担体1Lに対して、0.01〜20g(乾燥重量換算)、好ましくは、0.1〜1g(乾燥重量換算)を添加することができる。
なお、具体的には、当該有機物が液体の状態の場合、鰹煮汁を用いた場合0.1〜20g(液体重量:(乾燥重量換算で0.07〜14g))であり、コーンスティープリカーを用いた場合0.1〜20g(液体重量:(乾燥重量換算で0.05〜10g))である。
なお、有機物の添加量が、上記所定量よりも多い場合、前記固体担体の有機物の担持量を超えることがあり好ましくない。また、有機物の添加量が、上記所定量よりも少ない場合、肥料成分として硝酸態窒素を回収する目的からすれば、硝酸態窒素の濃度が低くなるため好ましくない。
As the addition amount of the organic substance, 0.01 to 20 g (in terms of dry weight), preferably 0.1 to 1 g (in terms of dry weight) can be added to 1 L of the solid carrier.
Specifically, when the organic substance is in a liquid state, it is 0.1 to 20 g (liquid weight: (0.07 to 14 g in terms of dry weight)) when boiled soup is used. When used, it is 0.1 to 20 g (liquid weight: (0.05 to 10 g in terms of dry weight)).
In addition, when there is more addition amount of organic substance than the said predetermined amount, it may exceed the organic substance load of the said solid support | carrier, and it is unpreferable. Moreover, when the addition amount of the organic substance is less than the predetermined amount, it is not preferable because the concentration of nitrate nitrogen is lowered for the purpose of recovering nitrate nitrogen as a fertilizer component.

次いで、有機物の添加後、前記微生物群を定着、馴化、増殖させるために「静置」する。
静置する温度は、アンモニア化成、硝酸化成の微生物の生育に適した温度である10〜42℃、好ましくは15〜37℃である。なお、温度が10℃よりも低い場合、微生物の増殖が遅延し固定化に時間を要するため好ましくない。また、温度が37℃よりも高い場合、並行複式無機化反応を進めるのに必要な微生物の一部が死滅することがあり、好ましくない。
Then, after the addition of organic matter, it is “standing” to establish, acclimatize and grow the microbial population.
The standing temperature is 10 to 42 ° C., preferably 15 to 37 ° C., which is a temperature suitable for the growth of ammonia-forming and nitrifying microorganisms. In addition, when temperature is lower than 10 degreeC, since proliferation of microorganisms is delayed and time is required for fixation, it is unpreferable. Moreover, when temperature is higher than 37 degreeC, a part of microorganisms required to advance parallel double mineralization reaction may die, and it is unpreferable.

本工程における「静置」する期間は、‘水を添加し前記固体担体から流出させることで前記固体担体を洗浄する際に、当該流出液に硝酸態窒素が生成され始めるまで’の期間、即ち、‘前記固体担体に、前記微生物群が(定着、馴化、増殖させることで)固定化されたと判定されるまで’の期間静置するものである。
本工程における「静置」する期間は、具体的には、並行複式無機化反応を行う微生物群を培養した培養液、前記培養液を乾燥させて得られた前記微生物の乾燥菌体、前記微生物群が固定化された固体担体、前記微生物群が固定化された固体担体に水を添加し前記固体担体から流出された流出液、等を微生物源として用いた場合、一晩(約8〜24時間)以上、好ましくは3日以上、さらに好ましくは5日以上、最も好ましくは7日以上を要するものである。
また、前記微生物源として、自然界に由来するものを用いた場合、当該工程を完了するのに、約5日以上、好ましくは7日以上、さらに好ましくは2週間以上を要するものである。
なお、本工程における静置する期間が、硝酸態窒素が生成され始めるまでの期間よりも短い場合、硝酸化成を行う微生物群(硝化菌)の順応が十分ではなく、アンモニア態窒素の発生が主となるため好ましくない。
The period of "standing" in this step is a period of 'until nitrate nitrogen begins to be generated in the effluent when washing the solid carrier by adding water and flowing out of the solid carrier', that is, , ‘Until it is determined that the microorganism group has been immobilized (by fixing, acclimatizing, and growing) on the solid carrier’.
Specifically, the period of “standing” in this step includes a culture solution obtained by culturing a group of microorganisms that perform a parallel compound mineralization reaction, a dry cell of the microorganism obtained by drying the culture solution, and the microorganism. When water is added to the solid carrier on which the group is immobilized, the solid carrier on which the microorganism group is immobilized, and the effluent discharged from the solid carrier is used as a microorganism source, it is overnight (about 8 to 24). Time) or more, preferably 3 days or more, more preferably 5 days or more, and most preferably 7 days or more.
Further, when a source derived from nature is used as the microorganism source, it takes about 5 days or more, preferably 7 days or more, and more preferably 2 weeks or more to complete the process.
If the period of standing in this step is shorter than the period until nitrate nitrogen begins to be produced, the adaptation of the nitrifying microorganism group (nitrifying bacteria) is not sufficient, and ammonia nitrogen is mainly generated. This is not preferable.

次に、上記のように静置した後、水を添加し前記固体担体から流出させることで前記固体担体を「洗浄」する。
なお、当該「洗浄」の具体的な操作としては、i)前記固体担体を‘排水口を備えた容器’に充填した場合においては、水を添加した後、前記固体担体からの流出液を前記排水口から流出させることによって行う。
また、ii)前記固体担体を‘排水口を備えない容器’に充填した場合においては、水を添加した後、当該容器を傾けるなどの操作を行い、前記固体担体からの流出液を流出させる(デカンテーションする)ことによって行う。
また、iii)前記固体担体を容器に充填せずに積み上げた場合や、前記固体担体として‘前記固形形状が維持されるように一体成形されたもの’を用いた場合においては、水を添加した後、前記固体担体からの流出液を直接流出させることによって行う。
当該洗浄を行った後、余分な水分も流出した状態になる。
なお、当該洗浄を行った後は、固体担体内の環境が好気的な状態(カラカラに乾いていてもよい)にした方が、脱窒反応を行う微生物群(脱窒菌)の繁殖を抑制するために好適である。
Next, after standing as described above, the solid carrier is “washed” by adding water and allowing it to flow out of the solid carrier.
In addition, as a specific operation of the “washing”, i) in the case where the solid carrier is filled in a “container having a drain port”, after adding water, the effluent from the solid carrier is This is done by draining from the drain.
In addition, ii) in the case where the solid carrier is filled in a “container without a drain port”, after adding water, an operation such as tilting the container is performed to discharge the effluent from the solid carrier ( Decanted).
Iii) In the case where the solid carrier is stacked without being filled in a container, or in the case where the solid carrier is 'integrated so as to maintain the solid shape', water is added. Thereafter, the effluent from the solid carrier is directly discharged.
After the cleaning, excess water also flows out.
In addition, after carrying out the cleaning, the environment in the solid support is aerobic (it may be dry to dry) to suppress the growth of microorganisms (denitrifying bacteria) that perform the denitrification reaction It is suitable for doing.

当該静置後の洗浄において用いる水としては、純水(蒸留水、イオン交換水、逆浸透膜水など)、井戸水、河川水、湖水、水道水、海水などを用いることができる。なお、高濃度の硝酸態窒素(50mgNO/ml以上)を含む水は望ましくない。
当該洗浄に用いる水の添加量としては、前記固体担体1Lあたり100〜3000mlであることが望ましい。
当該洗浄を行うことで、前記固体担体中に生成された硝酸態窒素を除去し、固体担体中に含まれる硝酸態窒素濃度を低下させることができるため、脱窒反応を誘発する条件(有機成分と高濃度の硝酸態窒素の共存する条件)が成立しなくなり、脱窒反応を抑制することができる。
従って、前記固体担体中を、有機物を添加した際にアンモニア化成反応および硝酸化成反応が、中間生成物を蓄積することなく進行し、且つ、脱窒反応が抑制された状態にすることができる。
As water used in the washing after the standing, pure water (distilled water, ion exchange water, reverse osmosis membrane water, etc.), well water, river water, lake water, tap water, seawater, and the like can be used. Note that water containing high-concentration nitrate nitrogen (50 mg NO 3 / ml or more) is not desirable.
The amount of water used for the washing is preferably 100 to 3000 ml per liter of the solid carrier.
By performing the washing, nitrate nitrogen produced in the solid support can be removed and the concentration of nitrate nitrogen contained in the solid support can be reduced. And the condition of coexistence of high-concentration nitrate nitrogen are not established, and the denitrification reaction can be suppressed.
Therefore, when an organic substance is added to the solid support, the ammonia formation reaction and the nitrification formation reaction can proceed without accumulating intermediate products, and the denitrification reaction can be suppressed.

前記固体担体に、前記微生物群が(定着、馴化、増殖させることで)固定化されたかどうかの判定は、当該洗浄の際の流出液の硝酸態窒素の濃度を測定することで行うことができる。
即ち、当該流出液中の硝酸態窒素の濃度を測定し、‘当該流出液に有機物が無機化されて硝酸態窒素が生成され始めた’と認められた場合、‘前記固体担体に前記微生物群が固定化された’と判定することができる。
また、好ましくは、当該流出液に、50mgNO/L以上、さらに好ましくは200mgNO/L以上、の硝酸イオンの生成が認められた場合に、前記固体担体に前記微生物群が、‘十分に’固定化されたと判定することができる。
このように、前記固体担体に当該微生物群が固定化されたと判定されたものは、前記固体担体中の並行複式無機化反応の反応速度が(特に硝化能が)顕著に向上したものとなる。そのため、添加した有機物は速やかに分解され、硝酸態窒素が生成され始める時点では、脱窒反応を行う微生物群(脱窒菌)のエネルギー源となる有機成分が失われた状態になり、当該固体担体中は、脱窒反応がおこりにくい環境になる。
Whether the microorganism group has been immobilized (by fixing, acclimatizing, or growing) on the solid support can be determined by measuring the concentration of nitrate nitrogen in the effluent during the washing. .
That is, the concentration of nitrate nitrogen in the effluent is measured, and when it is recognized that 'organic substances are mineralized in the effluent and nitrate nitrogen is starting to be produced', Can be determined to be 'fixed'.
Further, preferably, when formation of nitrate ions of 50 mg NO 3 / L or more, more preferably 200 mg NO 3 / L or more is observed in the effluent, the microorganism group is 'sufficiently' on the solid support. It can be determined that it is fixed.
As described above, when it is determined that the microorganism group is immobilized on the solid support, the reaction rate of the parallel double mineralization reaction in the solid support (particularly the nitrification ability) is remarkably improved. Therefore, when the added organic matter is quickly decomposed and nitrate nitrogen begins to be produced, the organic component that is the energy source of the microorganism group (denitrifying bacteria) that performs the denitrification reaction is lost, and the solid carrier Inside, it becomes an environment where denitrification reaction hardly occurs.

なお、前記固体担体に、前記微生物群が固定化された(もしくは‘十分に’固定化された)と認められない場合には、「前記有機物を添加してその後静置し水を添加し前記固体担体から流出させることで前記固体担体を洗浄する処理」を、上記基準を満たすまで繰り返して行う。
即ち、前記固体担体を洗浄する際に流出される流出液に、硝酸態窒素が生成され始めていなかった場合、当該処理を、当該洗浄の際に流出される流出液に硝酸態窒素が生成され始めるまで、繰り返して行う。
In addition, when it is not recognized that the microorganism group is immobilized on the solid support (or “sufficiently”), “add the organic substance and then leave it to stand and add water, The “treatment of washing the solid carrier by flowing it out of the solid carrier” is repeated until the above criteria are satisfied.
That is, when nitrate nitrogen has not begun to be generated in the effluent that flows out when the solid carrier is washed, nitrate nitrogen is generated in the effluent that flows out during the cleaning. Repeat until you get started.

上記のように、本固定化工程は、微生物群添加工程にて微生物源を添加した後に、(1)‘有機物を添加して、その後、水を添加し前記固体担体から流出させることで前記固体担体を洗浄する際に、当該流出液に硝酸態窒素が生成され始めるまで「静置する」’ことにより行うものであるが、前記固体担体に、前記微生物群が固定化されたと認められない場合には、(2)‘前記有機物を添加してその後静置し水を添加し前記固体担体から流出させることで前記固体担体を洗浄する’処理を、当該洗浄の際に流出される流出液に硝酸態窒素が生成され始めるまで「繰り返して行う」ことにより、行われる。
即ち、本固定化工程は、当該(1)の操作に、(2)の操作を組み合わせて行うこともできる。
また、(1)の操作で、静置する時間を上記に記載の所定の期間のように長くとった場合、有機物の添加後に1回の洗浄を行っただけで、当該工程を完了することが可能となる。
As described above, in the present immobilization step, after adding the microbial source in the microbial group addition step, (1) 'addition of organic matter, and then water is added to flow out of the solid support to cause the solids to flow out. When the carrier is washed, it is performed by “standing” until nitrate nitrogen begins to be generated in the effluent, but it is not recognized that the microorganism group is immobilized on the solid carrier. (2) The process of 'washing the solid support by adding the organic substance, allowing it to stand still, adding water and letting it flow out of the solid support' is applied to the effluent discharged during the cleaning. This is done by “repeating” until nitrate nitrogen begins to be produced.
That is, this immobilization step can be performed by combining the operation (1) with the operation (2).
In addition, in the operation of (1), when the standing time is long as in the predetermined period described above, the process can be completed only by performing one washing after the addition of the organic matter. It becomes possible.

なお、本工程において、当該洗浄の際に流出される流出液に含まれる硝酸態窒素の生成状況をモニタするため、好ましくは、前記固体担体への当該微生物群の固定化されたかどうかを確認するために、(2)のような「繰り返し」操作を行ってもよい。
なお、具体的には、(2)のような「繰り返し」操作を行う場合、1〜7日に1回、さらに好ましくは連日繰り返し行うことで、硝酸態窒素の生成を詳細に把握することができる。
なお、脱窒反応を行う微生物群(脱窒菌)の繁殖を抑えるという意味では、(2)の繰り返し操作はできるだけ少ない回数であることが好ましい。(2)のような「繰り返し」操作を頻繁に行った場合、洗浄の回数が多くなることで固体担体中の水分が多くなり、嫌気的な条件が成立しやすくなる。そのため、硝酸化成を行う微生物群(硝化菌)の活動が抑えられ、脱窒反応を行う微生物群(脱窒菌)の繁殖を招きやすくなる。
In this step, in order to monitor the production state of nitrate nitrogen contained in the effluent that flows out during the washing, it is preferable to confirm whether the microorganism group is immobilized on the solid support. Therefore, the “repeat” operation as shown in (2) may be performed.
Specifically, when performing the “repeat” operation as in (2), it is possible to grasp the production of nitrate nitrogen in detail by repeating it once every 1 to 7 days, more preferably every day. it can.
In addition, it is preferable that the repetitive operation of (2) is performed as few times as possible in order to suppress the growth of the microorganism group (denitrifying bacteria) that performs the denitrification reaction. When the “repeat” operation as in (2) is frequently performed, the number of washings increases, so that the moisture in the solid carrier increases and an anaerobic condition is easily established. Therefore, the activity of the microorganism group that performs nitrification (nitrifying bacteria) is suppressed, and the microorganism group that performs the denitrification reaction (denitrifying bacteria) is likely to be propagated.

上記した全工程を完了するのにかかる期間、換言すると、前記固体担体に、前記微生物群が固定化された、もしくは‘十分に’固定化されたと認められるのにかかる期間は、並行複式無機化反応を行う微生物群を培養した培養液、前記培養液を乾燥させて得られた前記微生物の乾燥菌体、前記微生物群が固定化された固体担体、前記微生物群が固定化された固体担体に水を添加し前記固体担体から流出された流出液、等を微生物源として用いた場合、一晩(約8〜24時間)以上、好ましくは3日以上、さらに好ましくは5日以上、最も好ましくは7日以上を要するものである。
また、前記微生物源として、自然界に由来するものを用いた場合、当該工程を完了するのに、約5日以上、好ましくは7日以上、さらに好ましくは2週間以上を要するものである。
このようにして、並行複式無機化反応を行う微生物群が固定化された固体担体を製造することができる。
The period required to complete all the steps described above, in other words, the period required for the microbial group to be immobilized on the solid support or to be recognized as being “sufficiently” immobilized, A culture solution obtained by culturing a group of microorganisms for reaction, a dried microbial cell obtained by drying the culture solution, a solid carrier on which the microorganism group is immobilized, and a solid carrier on which the microorganism group is immobilized When water is added and the effluent discharged from the solid carrier is used as a microorganism source, it is overnight (about 8 to 24 hours) or longer, preferably 3 days or longer, more preferably 5 days or longer, most preferably It takes more than 7 days.
Further, when a source derived from nature is used as the microorganism source, it takes about 5 days or more, preferably 7 days or more, and more preferably 2 weeks or more to complete the process.
In this way, it is possible to produce a solid support on which a group of microorganisms that perform a parallel double mineralization reaction is immobilized.

以上の工程を経ることにより、前記並行複式無機化反応を行う微生物群が(定着、馴化、増殖させることで)固定化された固体担体は、‘有機物から無機肥料成分である硝酸態窒素を生成するための触媒カラム’の担体として用いることができる。
なお、前記排水口を備えた容器を用いて上記工程を行った場合においては、前記排水口を備えた容器に充填された状態のままで、触媒カラムとして用いることができる。
また、前記微生物群が固定化された固体担体を新たな別の容器に充填して使用することもできる。
また、前記固形形状が維持されるように一体成形された前記固体担体を用いて、前記充填工程を行なわなかった場合においても、得られた前記微生物群が固定化された固体担体を、必要に応じて裁断、粉砕して新たな別の容器に充填することによって、触媒カラムとして使用することもできる。
Through the above steps, the solid carrier to which the microorganism group performing the parallel dual mineralization reaction is fixed (by fixing, acclimatizing, and growing) generates nitrate nitrogen which is an inorganic fertilizer component from organic matter. Can be used as a support for a catalyst column.
In addition, when the said process is performed using the container provided with the said drain outlet, it can be used as a catalyst column with the state with which the container provided with the said drain outlet was filled.
Further, the solid carrier on which the microorganism group is immobilized can be used in a new container.
In addition, even when the filling step is not performed using the solid support integrally molded so that the solid shape is maintained, the solid support on which the obtained microorganism group is immobilized is necessary. Accordingly, it can be used as a catalyst column by cutting, pulverizing and filling a new container.

本発明の当該触媒カラムとしては、分解する有機物が1日あたり1gの場合、100ml以上の前記微生物群が固定化された固体担体を充填したものであればよい。
また、本発明の当該触媒カラムは、前記固体担体がカラム担体として機能するよう、担体間あるいは担体内の空隙の一部が一定以上大きく、通気性と保水性の両方が確保されるよう充填するものである。
すなわち、毛細管現象による液面の上昇高さh(単位m)(上記した公式(I)により算出される)が、固体担体の充填高さを超えないような空隙の大きさ(管の内径(半径)(m)であるrに該当)が一部で確保されるように充填する。また、当該充填の際には、固体担体を均一になるように充填しても構わないが、粗密になるように充填するとより好ましい。
なお、担体間あるいは担体内の空隙がすべて小さく、そのために毛細管現象による液面の上昇高さhが担体の充填高さを超える場合は、触媒カラムに水を添加したときに湛液状態となって嫌気的になり、脱窒反応を誘発しやすくなるため好ましくない。
As the catalyst column of the present invention, when the organic matter to be decomposed is 1 g per day, it is sufficient if it is packed with a solid support on which 100 ml or more of the microorganism group is immobilized.
In addition, the catalyst column of the present invention is packed so that a part of the gaps between the carriers or in the carrier is larger than a certain level and both air permeability and water retention are ensured so that the solid carrier functions as a column carrier. Is.
That is, the height of the liquid level h (unit m) due to capillary action (calculated by the above formula (I)) does not exceed the filling height of the solid carrier (the inner diameter of the pipe ( (Radius) (corresponding to r which is (m)) is filled so as to be partially secured. Further, at the time of filling, the solid carrier may be filled so as to be uniform, but it is more preferable that the solid support is filled so as to be dense.
If all the gaps between the carriers or in the carriers are small, and the rising height h of the liquid level due to the capillary phenomenon exceeds the packed height of the carriers, the solution becomes liquid when water is added to the catalyst column. This is undesirable because it becomes anaerobic and tends to induce a denitrification reaction.

本発明の当該触媒カラムを用いることで、有機物から生成された無機肥料成分である硝酸態窒素を含む肥料を得ることができる。
当該無機肥料成分である硝酸態窒素を含む肥料としては、当該触媒カラムからの流出液のうち、50mgNO/L以上、好ましくは200mgNO/L以上の硝酸イオンを含むものを、肥料としたものである。
また、本発明の当該触媒カラムを用いた場合の、有機物から無機肥料成分である硝酸態窒素の1日あたり生成量は、前記固体担体1Lに対して硝酸イオン約270mgNO以上、窒素換算で約60mgN以上の硝酸態窒素が生成される。
なお、前記微生物を固定化させた前記固形形状が維持されるように一体成形された前記固体担体を、容器に充填しないままの場合においても、直接前記固体担体に水を添加し前記固体担体から流出された流出液を回収することで、無機肥料成分である硝酸態窒素を含む肥料を得ることが可能である。
By using the catalyst column of the present invention, a fertilizer containing nitrate nitrogen which is an inorganic fertilizer component generated from an organic substance can be obtained.
As a fertilizer containing nitrate nitrogen which is the inorganic fertilizer component, a fertilizer containing nitrate ions of 50 mg NO 3 / L or more, preferably 200 mg NO 3 / L or more, out of the effluent from the catalyst column It is.
In addition, when the catalyst column of the present invention is used, the daily production amount of nitrate nitrogen, which is an inorganic fertilizer component, from organic matter is about 270 mg NO 3 or more in terms of nitrogen with respect to 1 L of the solid support. Nitrate nitrogen of 60 mgN or more is produced.
In addition, even when the solid support integrally molded so that the solid shape in which the microorganisms are immobilized is maintained is not filled in a container, water is directly added to the solid support from the solid support. By collecting the effluent that has flowed out, it is possible to obtain a fertilizer containing nitrate nitrogen, which is an inorganic fertilizer component.

本発明の当該触媒カラムを用いて、無機肥料成分である硝酸態窒素を含む肥料を製造する際に添加する当該有機物の添加量としては、前記微生物が固定化された固体担体1Lに対して、0.01〜20g(乾燥重量換算)、好ましくは、0.1〜1g(乾燥重量換算)を添加することができる。なお、具体的には、当該有機物が液体の状態の場合、鰹煮汁を用いた場合0.1〜20g(液体重量:(乾燥重量換算で0.07〜14g))であり、コーンスティープリカーを用いた場合0.1〜20g(液体重量:(乾燥重量換算で0.05〜10g))である。
なお、有機物の添加量が、上記所定量よりも多い場合、硝酸化成の反応が追いつかず、当該流出液のアンモニア態窒素の濃度が上昇し、好ましくない。ただし、アンモニア含有率の高い肥料(例:土耕栽培用の肥料)の製造を目的とする場合は問題ない。
Using the catalyst column of the present invention, the amount of the organic matter added when producing a fertilizer containing nitrate nitrogen, which is an inorganic fertilizer component, is as follows: 0.01 to 20 g (in terms of dry weight), preferably 0.1 to 1 g (in terms of dry weight) can be added. Specifically, when the organic substance is in a liquid state, it is 0.1 to 20 g (liquid weight: (0.07 to 14 g in terms of dry weight)) when boiled soup is used. When used, it is 0.1 to 20 g (liquid weight: (0.05 to 10 g in terms of dry weight)).
In addition, when there is more addition amount of organic substance than the said predetermined amount, the reaction of nitrification cannot catch up and the density | concentration of the ammonia nitrogen of the said effluent rises and is unpreferable. However, there is no problem when the purpose is to produce a fertilizer having a high ammonia content (eg, fertilizer for soil cultivation).

当該無機肥料成分である硝酸態窒素を含む肥料は、野菜、果実、花卉、樹木、観葉植物など、あらゆる植物の栽培の肥料として用いることができる。
特には、葉菜類であるチンゲンサイ、コマツナ、レタス、ホウレンソウなど、;果実を収穫対象とする果菜であるトマトなど、;花卉;果樹の栽培に好適に用いることができる。さらに特には、葉菜類であるチンゲンサイ、コマツナの栽培に好適に用いることができる。
なお、当該無機肥料成分である硝酸態窒素を含む肥料は、水耕での養液栽培、固形培地耕での養液栽培、通常の土壌を用いた栽培など、一般的に行われている植物の栽培においても用いることができる。
The fertilizer containing nitrate nitrogen, which is the inorganic fertilizer component, can be used as a fertilizer for the cultivation of all plants such as vegetables, fruits, flower buds, trees, foliage plants.
In particular, it can be suitably used for cultivation of leafy vegetables such as Chingsaisai, Komatsuna, lettuce, spinach, etc .; tomatoes, etc., fruit vegetables for harvesting fruits; More particularly, it can be suitably used for cultivation of leafy vegetables such as Chingensai and Komatsuna.
In addition, the fertilizer containing nitrate nitrogen which is the said inorganic fertilizer component is a plant generally performed such as hydroponics in hydroponics, hydroponics in solid culture, and cultivation using ordinary soil. It can also be used in the cultivation of.

以上のように、本発明の当該触媒カラムは、並行複式無機化反応の反応速度を顕著に向上させることができ、有機物から無機肥料成分である硝酸態窒素を効率よく生成することができる。
これは、従来法の水中で行う湛液状態の並行複式無機化反応と異なり、高い触媒表面積と高い好気反応条件を確保できるためである。すなわち、微生物群が高密度で固定化した固体担体を用いることで反応を触媒する表面積が大きくなり、担体の細い空隙で保水性を確保する(毛細管現象による:一定の保水性は微生物の生育に必要)と同時に大きな空隙で通気性も確保する(好気反応条件)ことで、並行複式無機化反応を触媒する微生物を活性化し、脱窒反応を抑制できるためである。
さらに、本発明の当該触媒カラムを用いることで、曝気や恒常的な電力を用いる操作を行うことなく(省エネルギーな方法で)、有機物から無機肥料成分である硝酸態窒素を含む肥料を生成することを可能にする。
特に、大規模な製造を行う際に有利である。これにより、これまではコストがかかるだけで価値あるものを生み出せなかった有機性廃棄物の処理において、運転コスト、設置コストを安価に抑えながら、有機質資源や有機物を含む肥料を原料にして、無機肥料成分である硝酸態窒素を含む肥料を生成し、製造・販売することが可能になる。これは、利益を生むことがなかった廃棄物処理産業において、画期的な技術になる。
As described above, the catalyst column of the present invention can remarkably improve the reaction rate of the parallel double mineralization reaction, and can efficiently generate nitrate nitrogen, which is an inorganic fertilizer component, from organic matter.
This is because a high catalyst surface area and high aerobic reaction conditions can be ensured, unlike the parallel double mineralization reaction performed in water in the conventional method. That is, the surface area for catalyzing the reaction is increased by using a solid support in which microorganisms are fixed at a high density, and water retention is ensured by a narrow gap in the support (due to capillary action: constant water retention contributes to the growth of microorganisms. This is because, by ensuring air permeability with a large gap at the same time (aerobic reaction conditions), microorganisms that catalyze the parallel double mineralization reaction can be activated and the denitrification reaction can be suppressed.
Furthermore, by using the catalyst column of the present invention, fertilizer containing nitrate nitrogen, which is an inorganic fertilizer component, can be produced from organic matter without performing aeration and operation using constant power (in an energy saving manner). Enable.
This is particularly advantageous when performing large-scale production. As a result, in the treatment of organic waste, which has been costly so far and has not been able to produce valuable things, while keeping operating costs and installation costs low, fertilizers containing organic resources and organic materials are used as raw materials, and inorganic waste It becomes possible to produce, manufacture and sell fertilizers containing nitrate nitrogen, which is a fertilizer component. This will be a breakthrough technology in the waste treatment industry that has not been profitable.

さらに、本発明においては、以上の工程を経ることで、前記並行複式無機化反応を行う微生物群が(定着、馴化、増殖させることで)固定化された前記固体担体を、‘有機質肥料を直接添加して養液栽培を行うことができる植物栽培固形培地’として用いることができる。
即ち、当該植物栽培固形培地を用いることで、‘固形培地耕においても有機質肥料を直接添加して養液栽培’を行うことが可能となる。
なお、当該固形培地耕での養液栽培は、潅水後、有機質肥料を固形培地に直接添加する操作を繰り返すことで行うことができる。
Furthermore, in the present invention, by passing through the above steps, the solid carrier on which the group of microorganisms that perform the parallel dual mineralization reaction is fixed (by fixing, acclimatizing, and growing) is directly treated with organic fertilizer. It can be used as a plant cultivation solid medium 'that can be added to perform hydroponics.
That is, by using the plant-cultivated solid medium, it becomes possible to carry out hydroponics by directly adding organic fertilizers even in solid medium cultivation.
In addition, the hydroponic cultivation in the solid medium cultivation can be performed by repeating the operation of directly adding the organic fertilizer to the solid medium after irrigation.

有機質肥料の添加は、当該植物栽培固形培地に、直接添加することで行う。なお、当該有機物を含む肥料は、液体の状態であっても粉末の状態であっても添加することができる。
当該植物栽培固形培地を用いて養液栽培を行う場合に直接添加して用いることができる有機質肥料としては、上記に記載の有機物を肥料として用いることができるが、好ましくは、添加操作の自動化が容易な液体の有機質肥料、すなわち魚煮汁やコーンスティープリカー、あるいは固体有機物を微粉砕した懸濁液や腐敗液を用いることができる。
また、有機質肥料の添加は、当該植物栽培固形培地に、直接添加することで行う。なお、当該有機物を含む肥料は、液体の状態であっても粉末の状態であっても添加することができる。
The organic fertilizer is added by adding it directly to the plant cultivation solid medium. In addition, the fertilizer containing the said organic substance can be added even if it is a liquid state and a powder state.
As the organic fertilizer that can be directly added and used when hydroponics using the plant cultivation solid medium, the organic substances described above can be used as the fertilizer, but preferably, the addition operation is automated. Easy liquid organic fertilizers, that is, fish broth and corn steep liquor, or suspensions and rots obtained by finely pulverizing solid organic matter can be used.
Moreover, organic fertilizer is added by directly adding to the plant cultivation solid medium. In addition, the fertilizer containing the said organic substance can be added even if it is a liquid state and a powder state.

当該有機質肥料の添加量としては、前記微生物が固定化された固体担体1Lに対して、0.01〜20g(乾燥重量換算)、好ましくは、0.1〜1g(乾燥重量換算)を添加することができる。なお、具体的には、当該有機質肥料が液体の状態の場合、鰹煮汁を用いた場合0.1〜20g(液体重量:(乾燥重量換算で0.07〜14g))であり、コーンスティープリカーを用いた場合0.1〜20g(液体重量:(乾燥重量換算で0.05〜10g))である。
なお、有機質肥料の添加量が、上記所定量よりも多い場合、硝酸化成の反応が追いつかず、当該流出液のアンモニア態窒素の濃度が上昇し、好ましくない。但し、栽培時に生育障害を起こさない程度であれば問題ない。
As the addition amount of the organic fertilizer, 0.01 to 20 g (in terms of dry weight), preferably 0.1 to 1 g (in terms of dry weight) is added to 1 L of the solid carrier on which the microorganism is immobilized. be able to. Specifically, when the organic fertilizer is in a liquid state, it is 0.1 to 20 g (liquid weight: (0.07 to 14 g in terms of dry weight)) when boiled soup is used, and corn steep liquor Is 0.1 to 20 g (liquid weight: (0.05 to 10 g in terms of dry weight)).
In addition, when there is more addition amount of organic fertilizer than the said predetermined amount, the reaction of nitrification cannot catch up and the density | concentration of the ammonia nitrogen of the said effluent rises and is unpreferable. However, there is no problem as long as it does not cause growth failure during cultivation.

なお、前記微生物群が固定化された固体担体を当該植物栽培固形培地として用いる場合、前記固体担体としては上記に記載の全ての固体担体の素材を用いることができるが、好ましくは、ロックウール、バーミキュライト、パーライト、鹿沼土、ウレタン、さらに好ましくはロックウールを用いることが、特に好適である。   In addition, when using the solid carrier on which the microorganism group is immobilized as the plant cultivation solid medium, as the solid carrier, all the solid carrier materials described above can be used, preferably rock wool, It is particularly preferred to use vermiculite, pearlite, Kanuma soil, urethane, more preferably rock wool.

当該植物栽培固形培地を用い、有機物を含む肥料を直接添加した養液栽培では、野菜、果実、花卉、樹木、果樹、観葉植物など、あらゆる植物の栽培に用いることができる。
特には、植物の栽培、葉菜類であるチンゲンサイ、コマツナ、レタス、ハーブなど、;果実を収穫対象とする果菜であるトマト、ナス、ピーマン、メロン、スイカ、イチゴなど、;花卉;果樹;の栽培に好適に用いることができる。さらに、特には葉菜類であるチンゲンサイ、コマツナの栽培に好適に用いることができる。
In the hydroponics using the plant cultivation solid medium and directly adding a fertilizer containing organic matter, it can be used for cultivation of all kinds of plants such as vegetables, fruits, flower buds, trees, fruit trees, ornamental plants.
Especially for cultivation of plants, leafy vegetables such as Chingensai, Komatsuna, lettuce, herbs, etc .; fruits and vegetables for harvesting tomatoes, eggplants, peppers, melons, watermelons, strawberries, etc .; It can be used suitably. Further, it can be suitably used for cultivation of leaf vegetables such as Chingensai and Komatsuna.

さらに本発明においては、上記工程を経ることで得られる、前記並行複式無機化反応を行う微生物群が(定着、馴化、増殖させることで)固定化された固体担体を、並行複式無機化反応を触媒する微生物資材(微生物源)として利用することが可能である。
具体的には、本発明における充填工程で添加する並行複式無機化反応の微生物群の‘微生物源’として利用することができる。さらには、水中での‘並行複式無機化反応用に最適化された微生物群の種菌’として利用することが可能である。
Furthermore, in the present invention, the solid carrier obtained by passing through the above-described steps and carrying out the parallel double mineralization reaction is fixed (by fixing, acclimatizing, and proliferating). It can be used as a microbial material to be catalyzed (a microbial source).
Specifically, it can be used as a “microbe source” of the microorganism group of the parallel double mineralization reaction added in the filling step in the present invention. Furthermore, it can be used as “inoculum of microbial group optimized for parallel double mineralization reaction” in water.

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、これらの実施例により本発明が限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited by these Examples.

実施例1(固体担体の素材の検討1)
各種の固体担体の素材(ロックウール粒状綿(Grodan社製)、バーミキュライト(ビーエスライト株式会社製)、パーライト(コメリ製)、鹿沼土(瀬戸ヶ原花苑製)、ウレタン(ワコー株式会社製))に、並行複式無機化反応を行う微生物群を固定化させて、有機物を無機化して硝酸態窒素を生成できるか、検討を行った。
まず、ワグネルポット(藤原製作所製)に10Lの水を入れ、80gのバーク堆肥(清水港木材産業協同組合製)、8gの鰹煮汁(鰹節工場の副産物、枕崎漁業組合製)(以下記載がない時は同じもの)を添加し、エアーポンプで曝気して、並行複式無機化反応を行う微生物群を培養した。
次に、500ml用ペットボトルの底を切断し上半分側を得て、フタが開放した状態で上下逆にすることにより、ペットボトルのフタが排水口となった容器を用意し、この容器に、上記の各種固体担体100mlを充填した。図4は、各種固体担体を、排水口を備えた容器に充填した状態を示す写真像図である。
次に、前記並行複式無機化反応を行う微生物群を培養した培養液200mlを微生物源として添加し接種した後、蒸留純水100mlを添加して前記排水口から流出させることで、上記の各種固体担体を洗浄した。
以後、有機物として、鰹煮汁0.1g(液体重量)を添加し、室温(約25℃)で一晩静置した後、蒸留純水100mlで洗浄する処理を、図5に記載の日数が経過するまで繰り返した。なお、洗浄の際には、洗浄後の流出液を回収し、硝酸イオン濃度を測定した。
硝酸イオン濃度の測定は、リフレクトクァント硝酸試験紙(メルク社製)を使ってRQ-flex(メルク社製)で測定することによって行った。(以下、本実施例においては、同様の方法で硝酸イオン濃度を測定した。)
また、上記の各種固体担体を充填した容器に、前記微生物源を添加しなかったものを、対照実験(control)とした。結果を図5に示す。
Example 1 (Examination of material for solid carrier 1)
Various solid carrier materials (rockwool granular cotton (Grodan), vermiculite (BS Light Co., Ltd.), perlite (Komeri), Kanuma soil (Setogahara Hanabi), urethane (Wako Co., Ltd.) ) To fix a group of microorganisms that perform parallel dual mineralization reaction, and examined whether mineral nitrogen can be generated by mineralizing organic matter.
First, 10L of water is put into a Wagner pot (manufactured by Fujiwara Seisakusho), 80g of bark compost (manufactured by Shimizu Port Wood Industry Cooperative), and 8g of salmon soup (byproduct of Sakai-bushi factory, manufactured by Makurazaki Fishery Co., Ltd.) At the same time), the mixture was aerated with an air pump to cultivate a group of microorganisms that perform parallel double mineralization reaction.
Next, cut the bottom of the 500 ml PET bottle to obtain the upper half side, and turn it upside down with the lid open to prepare a container with the PET bottle lid serving as a drain. And 100 ml of the above various solid carriers. FIG. 4 is a photographic image showing a state in which various solid carriers are filled in a container having a drain outlet.
Next, after adding and inoculating 200 ml of a culture solution in which a group of microorganisms performing the parallel dual mineralization reaction is added as a microorganism source, 100 ml of distilled pure water is added and allowed to flow out from the drainage port, so that the various solids described above are added. The carrier was washed.
Thereafter, 0.1 g (liquid weight) of boiled sardine broth was added as an organic substance, left standing overnight at room temperature (about 25 ° C.), and then washed with 100 ml of distilled pure water. Repeat until At the time of washing, the effluent after washing was collected and the nitrate ion concentration was measured.
The nitrate ion concentration was measured by measuring with RQ-flex (manufactured by Merck) using a reflectquant nitric acid test paper (manufactured by Merck). (Hereinafter, in this example, the nitrate ion concentration was measured by the same method.)
Moreover, what did not add the said microorganisms source to the container filled with said various solid support | carrier was set as the control experiment (control). The results are shown in FIG.

その結果、上記の各種固体担体のいずれの素材においても、前記流出液から硝酸イオンの生成が認められた。即ち、上記の各種固体担体のいずれの素材にも前記微生物群が固定化され、並行複式無機化反応を触媒することが示された。なお、前記微生物源を添加しなかった対照実験(control)では、硝酸イオンの生成は認められなかった。
なお、これら上記の各種固体担体の素材はいずれも、通気性を有する、多孔質の素材である。
As a result, the formation of nitrate ions from the effluent was observed in any material of the various solid carriers described above. That is, it was shown that the microorganism group was immobilized on any material of the above-mentioned various solid supports and catalyzed a parallel double mineralization reaction. In the control experiment in which the microbial source was not added, the production of nitrate ions was not observed.
In addition, all of the materials for the above-described various solid carriers are porous materials having air permeability.

また、図5の結果について詳しくは、前記微生物源の添加から2〜12日後以降の流出液には30mg/L以上の、硝酸イオンが生成されることが示された。
さらに、鹿沼土以外の上記各種固体担体、即ち、ウレタン、ロックウール、パーライト、バーミキュライトを用いた場合には、前記微生物源の添加から6〜7日後以降の流出液に、約50mg/L以上、特に約70mg/L以上の硝酸イオンが生成され、さらに特には、ウレタン、ロックウールを用いた場合には、約200mg/L以上の硝酸イオンが生成されることが示された。
これらの結果は、これらの素材が特に通気性がよく脱窒反応がおこりにくい素材であり、また、体積あたりの表面積が大きく多くの前記微生物群を固定化させることができる素材であるため、効率よく並行複式無機化反応が進行するためと考えられる。
Moreover, in detail about the result of FIG. 5, it was shown that 30 mg / L or more nitrate ion is produced | generated by the effluent after 2-12 days after the addition of the said microbial source.
Furthermore, when using the above various solid carriers other than Kanuma soil, that is, urethane, rock wool, pearlite, vermiculite, about 50 mg / L or more in the effluent after 6 to 7 days from the addition of the microorganism source, Particularly, it was shown that nitrate ions of about 70 mg / L or more were produced, and more particularly, when urethane or rock wool was used, nitrate ions of about 200 mg / L or more were produced.
These results indicate that these materials are materials that are particularly breathable and difficult to denitrify, and that have a large surface area per volume and can immobilize a large number of the above-mentioned microbial populations. This is probably because the parallel double mineralization reaction proceeds.

従って、上記の各種固体担体のいずれの素材を用いた場合でも、添加した有機物から無機肥料成分である硝酸態窒素を生成する触媒カラムが製造できることが示された。
Therefore, it was shown that a catalyst column that produces nitrate nitrogen, which is an inorganic fertilizer component, can be produced from the added organic matter using any material of the above-described various solid carriers.

実施例2(乾燥菌体の接種)
並行複式無機化反応を行う微生物群の微生物源として、(液体でなく)乾燥菌体の状態で用いることができるかを検証した。
実施例1に記載の並行複式無機化反応後の培養液の上清を廃棄し、壁面に形成されたバイオフィルム(微生物群集構造)を風乾して乾燥させ、前記微生物群の乾燥菌体を得た。
次に、500ml用ペットボトルの底を切断し上半分側を得て、フタが開放した状態で上下逆にすることにより、ペットボトルのフタが排水口となった容器を用意し、この容器にロックウール粒状綿20g(容積100ml)を充填した。
これに前記微生物群の乾燥菌体10mgを微生物源として添加し接種した後、蒸留純水100mlを添加して前記排水口から流出させることでロックウール粒状綿を洗浄した。
以後、有機物として、鰹煮汁0.1g(液体重量)を添加し、37℃で一晩静置した後、蒸留純水100mlで洗浄する処理を、2日が経過するまで繰り返した。
そして、その後、前記鰹煮汁の添加と洗浄処理を行わず、22日が経過するまで(前記微生物源の添加から24日経過するまで)、37℃で静置した後、蒸留純水100mlで洗浄した。なお、洗浄の際には、洗浄後の流出液を回収し、硝酸イオン濃度を測定した。結果を図6に示す。
Example 2 (inoculation of dry cells)
As a microbial source of a group of microorganisms that perform a parallel dual mineralization reaction, it was verified whether it can be used in a dry cell state (not a liquid).
The supernatant of the culture solution after the parallel dual mineralization reaction described in Example 1 is discarded, and the biofilm (microorganism community structure) formed on the wall surface is air-dried and dried to obtain dry cells of the microorganism group It was.
Next, cut the bottom of the 500 ml PET bottle to obtain the upper half side, and turn it upside down with the lid open to prepare a container with the PET bottle lid serving as a drain. 20 g of rock wool granular cotton (volume 100 ml) was filled.
To this, 10 mg of dry microbial cells of the microorganism group was added as a microorganism source and inoculated, and then 100 ml of distilled pure water was added to flow out of the drain port to wash the rock wool granular cotton.
Thereafter, 0.1 g (liquid weight) of boiled sardine broth was added as an organic substance, allowed to stand at 37 ° C. overnight, and then washed with 100 ml of distilled pure water until 2 days passed.
Then, without adding the boiled simmered juice and washing treatment, it was allowed to stand at 37 ° C. until 22 days passed (24 days after the addition of the microorganism source), and then washed with 100 ml of distilled pure water. did. At the time of washing, the effluent after washing was collected and the nitrate ion concentration was measured. The results are shown in FIG.

その結果、微生物源として乾燥菌体の形状のものを用いて接種した場合においても、前記ロックウール粒状綿に前記微生物群が固定化され、並行複式無機化反応を触媒することが示された。
この結果から、接種する微生物源は、乾燥菌体の形状のものでもかまわないことが分かった。
As a result, it was shown that the microorganism group was immobilized on the rock wool granular cotton and catalyzed a parallel dual mineralization reaction even when inoculated with a microorganism source in the form of dry cells.
From this result, it was found that the microorganism source to be inoculated may be in the form of dry cells.

実施例3(固体担体の素材の検討2)
上記の固体担体の素材に加えて、さらに15種類の固体担体の素材(わら(フジワラ化学株式会社製)5g、水苔(株式会社コメリ製)2g、スギチップ(株式会社三浦商事製)10g、活性炭(ジェックス株式会社製)80g、竹炭(株式会社スドー製)20g、木綿(アイセン工業株式会社製)10g、ろ紙(アドバンテック東洋製)10g、1.25% ポリアクリルアミドゲル(和光純薬製)100g、1.6%寒天(和光純薬製)100g、ゼオライト(有限会社タカムラ製)50g、砂(株式会社スドー製)50g、セラミック(株式会社スドー製)50g、グラスビーズ(株式会社スドー製)60g、ナイロン(株式会社コメリ製)6.3g、メラミン樹脂(株式会社コメリ製)1g)に、並行複式無機化反応を行う微生物群を固定化させて、有機物を無機化して硝酸態窒素を生成できるかの検討を行った。
500ml用ペットボトルの底を切断し上半分側を得て、フタが開放した状態で上下逆にすることにより、ペットボトルのフタが排水口となった容器を用意し、この容器に、上記の各種固体担体を上記重量分(20〜100mlに相当する量)充填した。
これに、実施例2で用いた前記並行複式無機化反応を行う微生物群の乾燥菌体10mgを微生物源として添加し接種した後、蒸留純水100mlを添加して前記排水口から流出させることで、上記の各種固体担体を洗浄した。
以後、有機物として、鰹煮汁0.1g(液体重量)を添加し、37℃で一晩静置した後、蒸留純水100mlで洗浄する処理を、図7あるいは図8に記載の日数が経過するまで繰り返した。なお、洗浄の際には、洗浄後の流出液を回収し、硝酸イオン濃度を測定した。
Example 3 (Examination of material for solid carrier 2)
In addition to the above-mentioned solid carrier materials, 15 types of solid carrier materials (5 g of straw (manufactured by Fujiwara Chemical Co., Ltd.), 2 g of moss (manufactured by Komeri Co., Ltd.), 10 g of cedar chips (manufactured by Miura Corporation), activated carbon (Manufactured by Jex Corporation) 80 g, bamboo charcoal (manufactured by Sudo Corporation) 20 g, cotton (manufactured by Aisen Kogyo Co., Ltd.) 10 g, filter paper (manufactured by Advantech Toyo) 10 g, 1.25% polyacrylamide gel (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) 100 g, 1.6% agar (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) 100 g, zeolite (manufactured by Takamura Co., Ltd.) 50 g, sand (manufactured by Sudo Co., Ltd.) 50 g, ceramic (manufactured by Sudo Co., Ltd.) 50 g, glass beads (manufactured by Sudo Co., Ltd.) 60 g, Nylon (made by Komeri Co., Ltd.) 6.3 g and melamine resin (made by Komeri Co., Ltd. 1 g)) An investigation was made as to whether nitrate nitrogen can be produced by immobilizing and mineralizing organic matter.
Cut the bottom of the 500ml PET bottle to obtain the upper half side, and turn it upside down with the lid open, to prepare a container with the PET bottle lid as a drain outlet. Various solid carriers were filled in the above weight (amount corresponding to 20 to 100 ml).
To this, 10 mg of dry microbial cells of the microorganism group performing the parallel dual mineralization reaction used in Example 2 was added as a microbial source and inoculated, and then 100 ml of distilled pure water was added and allowed to flow out from the drain. The various solid carriers described above were washed.
Thereafter, as an organic matter, 0.1 g (liquid weight) of boiled sardine broth is added, and after standing overnight at 37 ° C., the washing process with 100 ml of distilled pure water passes the number of days shown in FIG. 7 or FIG. Repeat until. At the time of washing, the effluent after washing was collected and the nitrate ion concentration was measured.

その結果、上記15種類の固体担体のいずれの素材においても、前記流出液から硝酸イオンの生成が認められた。即ち、上記の各種固体担体のいずれの素材にも前記微生物群が固定化され、並行複式無機化反応を触媒することが示された。
また、これらの中でも、特には、ナイロン、水苔、ろ紙、スギチップ、砂、セラミック、ゼオライトを用いた場合には、前記微生物源の添加から8日後以降の流出液に約40mg/L以上の硝酸イオンが生成され、さらに特には、ナイロン、水苔、ろ紙、スギチップを用いた場合には約50mg/L以上(特に約60mg/L以上)の硝酸イオンが生成されることが示された。
この結果から、固体担体の素材としては、自然由来の有機性樹脂や化学樹脂、ガラスや砂などの鉱物質、セラミックなども利用可能であることが明らかとなった。
As a result, the formation of nitrate ions from the effluent was observed in any of the 15 types of solid carriers. That is, it was shown that the microorganism group was immobilized on any material of the above-mentioned various solid supports and catalyzed a parallel double mineralization reaction.
Of these, in particular, when nylon, moss, filter paper, cedar chips, sand, ceramic, and zeolite are used, about 40 mg / L or more of nitric acid is added to the effluent after 8 days from the addition of the microorganism source. It was shown that ions were generated, and more particularly, about 50 mg / L or more (particularly about 60 mg / L or more) of nitrate ions was generated when nylon, moss, filter paper, or cedar chips were used.
From this result, it became clear that naturally-occurring organic resins and chemical resins, minerals such as glass and sand, ceramics, and the like can be used as the solid carrier material.

実施例4(各種有機物の種類の検討1)
有機物として、実施例1で用いた鰹煮汁の他の有機物を用いた場合にも、並行複式無機化反応によって有機物を無機化して、硝酸態窒素を生成できるかの検討を行った。
500ml用ペットボトルの底を切断し上半分側を得て、フタが開放した状態で上下逆にすることにより、ペットボトルのフタが排水口となった容器を用意し、この容器に、バーミキュライト70g(容積250ml)を充填した。
これに実施例1で用いた前記並行複式無機化反応を行う微生物群を培養した培養液500mlを微生物源として添加し接種した後、蒸留純水250mlを添加して前記排水口から流出させることで、バーミキュライトを洗浄した。
以後、有機物として、菜種油粕0.2gあるいはコーンスティープリカー(CSL:トウモロコシでんぷん製造時の副産物であるトウモロコシ浸漬液)0.2g(液体重量)を添加し、室温(約25℃)で一晩静置した後、蒸留純水250mlで洗浄する処理を、それぞれ図9あるいは図10に記載の日数が経過するまで繰り返した。なお、洗浄の際には、洗浄後の流出液を回収し、硝酸イオン濃度を測定した。
また、上記のバーミキュライトを充填した容器に、前記微生物源を添加しなかったものを、対照実験(control)とした。菜種油粕を添加した結果を図9に、CSLを添加した結果を図10に示す。
Example 4 (Examination of types of various organic substances 1)
Even when the other organic matter of the simmered soup used in Example 1 was used as the organic matter, it was examined whether nitrate nitrogen could be generated by mineralizing the organic matter by a parallel double mineralization reaction.
Cut the bottom of the 500ml PET bottle to obtain the upper half, and turn it upside down with the lid open, to prepare a container with the PET bottle lid serving as a drain, and to this container 70g vermiculite (Volume 250 ml) was charged.
By adding 500 ml of the culture solution in which the microorganism group performing the parallel dual mineralization reaction used in Example 1 was cultured as a microorganism source and inoculating it, 250 ml of distilled pure water was added and allowed to flow out from the drainage port. The vermiculite was washed.
Thereafter, 0.2 g of rapeseed oil cake or 0.2 g (liquid weight) of corn steep liquor (CSL: corn steep liquor when producing corn starch) is added as an organic substance, and it is allowed to stand overnight at room temperature (about 25 ° C.). Then, the washing with 250 ml of distilled pure water was repeated until the number of days shown in FIG. 9 or FIG. 10 passed. At the time of washing, the effluent after washing was collected and the nitrate ion concentration was measured.
Moreover, what did not add the said microbial source to the container filled with said vermiculite was made into control experiment (control). The result of adding rapeseed oil cake is shown in FIG. 9, and the result of adding CSL is shown in FIG.

その結果、有機物として、菜種油粕、CSLのいずれを用いた場合でも、前記流出液から硝酸イオンの生成が認められた。即ち、前記バーミキュライトに前記微生物群が固定化され並行複式無機化反応を触媒することが示された。なお、前記微生物源を添加しなかった対照実験(control)では、硝酸イオンの生成は認められなかった。
特に、CSLを含む液体の添加を継続したところ、前記微生物源の添加から6日後以降では、連日、安定した濃度の硝酸イオンが生成されることが示された。このCSLに含まれる有機態窒素の硝酸態窒素への変換効率は98.6%であり、極めて高い変換効率であることが分かった。
従って、CSLを有機物として添加した場合、特に高濃度の硝酸態窒素を含む流出液が回収できることが示された。
As a result, even when either rapeseed oil cake or CSL was used as the organic substance, generation of nitrate ions was observed from the effluent. That is, it was shown that the microorganism group was immobilized on the vermiculite to catalyze a parallel double mineralization reaction. In the control experiment in which the microbial source was not added, the production of nitrate ions was not observed.
In particular, when the addition of the liquid containing CSL was continued, it was shown that nitrate ions having a stable concentration were generated every day after 6 days from the addition of the microorganism source. The conversion efficiency of organic nitrogen contained in this CSL to nitrate nitrogen was 98.6%, which was found to be extremely high conversion efficiency.
Therefore, it was shown that when CSL is added as an organic substance, an effluent containing a particularly high concentration of nitrate nitrogen can be recovered.

実施例5(有機物の種類の検討2)
さらに、上記以外の有機物を用いた場合にも、並行複式無機化反応によって有機物を無機化して、硝酸態窒素を生成できるかの検討を行った。
500ml用ペットボトルの底を切断し上半分側を得て、フタが開放した状態で上下逆にすることにより、ペットボトルのフタが排水口となった容器を用意し、この容器にロックウール粒状綿10g(容積50ml)を充填した。
これに実施例2で用いた前記並行複式無機化反応を行う微生物群の乾燥菌体10mgを微生物源として添加し接種した後、蒸留純水100mlを添加して前記排水口から流出させることでロックウール粒状綿を洗浄した。
以後、有機物として、魚粉(東商製)、コーン油粕(東商製)、あるいは、食品残渣(生ゴミ、窒素含有量6%)0.1gを添加し、37℃で一晩静置した後、蒸留純水100mlで洗浄する処理を図11に記載の日数が経過するまで繰り返した。なお、洗浄の際には、洗浄後の流出液を回収し、硝酸イオン濃度を測定した。結果を図11に示す。
Example 5 (Examination of types of organic substances 2)
Furthermore, even when organic substances other than those described above were used, it was examined whether nitrate nitrogen could be generated by mineralizing organic substances by a parallel double mineralization reaction.
Cut the bottom of the 500ml PET bottle to obtain the upper half, and turn it upside down with the lid open. 10 g of cotton (volume 50 ml) was filled.
After adding and inoculating 10 mg of dry microbial cells of the microorganism group used in Example 2 as the microbial source, inoculated with 100 ml of distilled pure water and letting it flow out from the drain outlet. Wool granular cotton was washed.
Thereafter, 0.1 g of fish meal (manufactured by Tosho), corn oil cake (manufactured by Tosho), or food residue (raw garbage, nitrogen content 6%) was added as an organic substance, and the mixture was allowed to stand overnight at 37 ° C. The process of washing with 100 ml of pure water was repeated until the number of days shown in FIG. At the time of washing, the effluent after washing was collected and the nitrate ion concentration was measured. The results are shown in FIG.

その結果、有機物として、魚粉(東商製)、コーン油粕(東商製)、食物残渣のいずれを用いた場合でも、前記流出液から硝酸イオンの生成が認められ、硝酸態窒素を含む流出液が回収できることが示された。
As a result, even when fish meal (manufactured by Tosho), corn oil trough (manufactured by Tosho), or food residue is used as organic matter, nitrate ions are produced from the effluent, and the effluent containing nitrate nitrogen is recovered. It was shown that it can do.

実施例6(有機物の種類の検討3)
さらに、上記以外の有機物を用いた場合にも、並行複式無機化反応によって有機物を無機化して、硝酸態窒素を生成できるかの検討を行った。
500ml用ペットボトルの底を切断し上半分側を得て、フタが開放した状態で上下逆にすることにより、ペットボトルのフタが排水口となった容器を用意し、この容器にロックウール粒状綿10g(容積50ml)を充填した。
これに実施例2で用いた前記並行複式無機化反応を行う微生物群の乾燥菌体10mgを微生物源として添加し接種した後、蒸留純水100mlを添加して前記排水口から流出させることでロックウール粒状綿を洗浄した。
以後、有機物として、米ぬか(つけもと株式会社製)、粉ミルク(森永乳業株式会社製)、だしの素(株式会社シマヤ製)、大豆粉(セーフテック・インターナショナル株式会社製)、牛乳(大内山酪農農業協同組合製)、植物体茎葉(トマト植物体の腋芽)、牛糞(株式会社東商製)、あるいは、鶏糞(株式会社東商製)0.1g(牛乳の場合は液体重量)を添加し、室温(約25℃)で一晩静置した後、蒸留純水100mlで洗浄する処理を、それぞれ図12に記載の日数が経過するまで繰り返した。なお、洗浄の際には、洗浄後の流出液を回収し、硝酸イオン濃度を測定した。
Example 6 (Examination of type of organic substance 3)
Furthermore, even when organic substances other than those described above were used, it was examined whether nitrate nitrogen could be generated by mineralizing organic substances by a parallel double mineralization reaction.
Cut the bottom of the 500ml PET bottle to obtain the upper half, and turn it upside down with the lid open. 10 g of cotton (volume 50 ml) was filled.
After adding and inoculating 10 mg of dry microbial cells of the microorganism group used in Example 2 as the microbial source, inoculated with 100 ml of distilled pure water and letting it flow out from the drain outlet. Wool granular cotton was washed.
Since then, rice bran (manufactured by Tsukemoto Co., Ltd.), milk powder (manufactured by Morinaga Milk Industry Co., Ltd.), dashi-no-moto (manufactured by Shimaya Co., Ltd.), soy flour (manufactured by Safetech International Co., Ltd.), milk (Ouchiyama) Dairy Agricultural Cooperative Association), plant foliage (tomato plant buds), cow dung (manufactured by Tosho Co., Ltd.), or chicken manure (manufactured by Tosho Co., Ltd.) 0.1 g (in the case of milk, liquid weight), The treatment of standing overnight at room temperature (about 25 ° C.) and then washing with 100 ml of distilled pure water was repeated until the number of days shown in FIG. 12 passed. At the time of washing, the effluent after washing was collected and the nitrate ion concentration was measured.

その結果、上記いずれの有機物を用いた場合でも、前記流出液から硝酸イオンの生成が認められ、硝酸態窒素を含む流出液が回収できることが示された。
なお、これらのうち米ぬかは、C/N比(炭素に対する窒素の含有比)が18.1と高く、従来の水中での並行複式無機化反応では硝酸態窒素を回収できなかった有機質資源であるが、上記カラムに添加することにより、無機化され硝酸態窒素が生成できることが明らかになった。
これは、前記固体担体内での並行複式無機化反応が、従来の水中での並行複式無機化反応に比べて、反応速度が顕著に向上したことが主な理由と考えられる。即ち、前記固体担体内は、通気性が高く好気的条件が常に維持され、また、反応を触媒する微生物群が固定化された表面積が大きいため、有機成分の分解硝化する反応速度が顕著に向上するためと考えられる。また、有機成分の拡散が固体担体内で起きにくいのに比して、アンモニアは担体に担持されている水分で拡散しやすく、微視的にC/N比が低くなる部位が生じることも理由として考えられる。
As a result, even when any of the above organic substances was used, production of nitrate ions was observed from the effluent, indicating that the effluent containing nitrate nitrogen can be recovered.
Of these, rice bran has a high C / N ratio (content ratio of nitrogen to carbon) of 18.1, and is an organic resource that could not recover nitrate nitrogen by the conventional parallel double mineralization reaction in water. However, it was clarified that by adding to the column, it was mineralized and nitrate nitrogen could be generated.
The main reason for this is considered that the reaction rate of the parallel double mineralization reaction in the solid support is significantly improved as compared with the conventional parallel double mineralization reaction in water. That is, the inside of the solid support is highly air permeable and aerobic conditions are always maintained, and since the surface area on which the microorganism group that catalyzes the reaction is immobilized is large, the reaction rate for decomposing and nitrifying organic components is remarkable. It is thought to improve. In addition, ammonia is more easily diffused by the moisture supported on the carrier than the organic component is less likely to diffuse in the solid carrier, resulting in a microscopically low C / N ratio. Is considered.

実施例7(自然界由来の微生物源の利用)
土壌や海水、水道水などに含まれる自然界に由来の微生物群を、固体担体に固定化する微生物の接種源として利用できるかの検討を行った。
500ml用ペットボトルの底を切断し上半分側を得て、フタが開放した状態で上下逆にすることにより、ペットボトルのフタが排水口となった容器を用意し、この容器にロックウール粒状綿10g(容積50ml)を充填した。
これに海水100ml、水道水100ml、あるいは土壌1gを微生物源として添加し接種した後、蒸留純水100mlを添加して前記排水口から流出させることでロックウール粒状綿を洗浄した。
以後、有機物として、鰹煮汁100mgを添加し、室温(約25℃)で一晩静置した後、蒸留純水100mlで洗浄する処理を、図13あるいは図14の各々に記載の日数が経過するまで繰り返した。なお、洗浄の際には、洗浄後の流出液を回収し、硝酸イオン濃度を測定した。
また、上記のロックウール粒状綿を充填した容器に、前記微生物源代わりに蒸留純水を添加したものを、対照実験(control)とした。海水もしくは水道水を微生物源として接種した結果を図13に、土壌を微生物源として接種した結果を図14に示す。
Example 7 (Use of a microbial source derived from nature)
We examined whether microorganisms derived from nature contained in soil, seawater, tap water, etc. can be used as an inoculation source of microorganisms immobilized on a solid carrier.
Cut the bottom of the 500ml PET bottle to obtain the upper half, and turn it upside down with the lid open. 10 g of cotton (volume 50 ml) was filled.
After adding 100 ml of seawater, 100 ml of tap water or 1 g of soil as a microbial source and inoculating it, 100 ml of distilled pure water was added and allowed to flow out of the drainage port to wash the rock wool granular cotton.
Thereafter, 100 mg of boiled simmered soup is added as an organic substance, and after being allowed to stand overnight at room temperature (about 25 ° C.), the treatment described in FIG. 13 or FIG. Repeat until. At the time of washing, the effluent after washing was collected and the nitrate ion concentration was measured.
Moreover, what added distilled pure water instead of the said microbial source to the container filled with said rock wool granular cotton was made into the control experiment (control). The result of inoculating seawater or tap water as a microbial source is shown in FIG. 13, and the result of inoculating soil as a microbial source is shown in FIG.

その結果、微生物源として海水、水道水、土壌のいずれを添加し接種した場合においても、前記流出液から、硝酸イオンの生成が認められた。即ち、前記ロックウール粒状綿に自然界由来の前記微生物群が固定化され、並行複式無機化反応を触媒することが示された。なお、前記微生物源代わりに蒸留純水を添加した対照実験(control)では、硝酸イオンの生成は認められなかった。
この結果から、土壌、海水や水道水に含まれる自然由来の微生物群を接種源として利用することで、並行複式無機化反応を行う微生物の固体担体への固定化が可能なことが分かった。
ただし、海水や水道水に含まれる微生物の固定化には、実施例1で調製した微生物群の前記培養液を用いた場合に比べて、時間がかかる傾向があることが示された。土壌を接種源とする場合は、比較的早く固定化が可能であることがわかった。
As a result, when any of seawater, tap water, and soil was added and inoculated as a microorganism source, production of nitrate ions was observed from the effluent. That is, it was shown that the microorganism group derived from the natural world was immobilized on the rock wool granular cotton and catalyzed a parallel double mineralization reaction. In the control experiment in which distilled pure water was added instead of the microorganism source, the production of nitrate ions was not observed.
From these results, it was found that microorganisms that perform parallel dual mineralization can be immobilized on a solid carrier by using naturally occurring microorganism groups contained in soil, seawater and tap water as inoculation sources.
However, it was shown that immobilization of microorganisms contained in seawater and tap water tends to take longer than the case of using the culture solution of the microorganism group prepared in Example 1. When soil was used as the inoculum, it was found that immobilization was possible relatively quickly.

実施例8(カラム流出液の微生物源としての利用)
すでに並行複式無機化反応を触媒する微生物群が固定化された固体担体からの流出液(前記微生物群が固定化された固体担体を充填した触媒カラムからの流出液)を微生物源として利用して、別の固体担体に固定化する実験を行った。
500ml用ペットボトルの底を切断し上半分側を得て、フタが開放した状態で上下逆にすることにより、ペットボトルのフタが排水口となった容器を用意し、この容器にロックウール粒状綿20g(容積100ml)を充填した。
これに実施例1に記載のロックウール粒状綿を充填した触媒カラムからの流出液100mlを微生物源として添加し接種した後、蒸留純水100mlを添加して前記排水口から流出させることでロックウール粒状綿を洗浄した。
以後、有機物として、鰹煮汁0.1g(液体重量)を添加し、室温(約25℃)で一晩静置した後、蒸留純水100mlで洗浄する処理を、図15に記載の日数が経過するまで繰り返した。なお、洗浄の際には、洗浄後の流出液を回収し、硝酸イオン濃度を測定した。
また、上記のロックウール粒状綿を充填した容器に、微生物源を添加しなかったものを、対照実験(control)とした。結果を図15に示す。
Example 8 (Utilization of column effluent as microbial source)
Using the effluent from the solid support on which the microorganisms that already catalyze the parallel dual mineralization reaction are immobilized (the effluent from the catalyst column packed with the solid support on which the microorganisms are immobilized) as a microorganism source Then, an experiment of immobilizing on another solid support was performed.
Cut the bottom of the 500ml PET bottle to obtain the upper half, and turn it upside down with the lid open. 20 g of cotton (volume 100 ml) was filled.
100 ml of the effluent from the catalyst column filled with the rock wool granular cotton described in Example 1 was added and inoculated as a microbial source, and then 100 ml of distilled pure water was added and the effluent was discharged from the drain port. The granular cotton was washed.
Thereafter, 0.1 g (liquid weight) of boiled sardine broth was added as an organic substance, left standing overnight at room temperature (about 25 ° C.), and then washed with 100 ml of distilled pure water. Repeat until At the time of washing, the effluent after washing was collected and the nitrate ion concentration was measured.
Moreover, what did not add a microbial source to the container filled with said rock wool granular cotton was made into control experiment (control). The results are shown in FIG.

その結果、前記実施例1に記載の前記微生物群を固定化したロックウール粒状綿を充填した‘触媒カラムからの流出液’を微生物源として添加した場合、前記排水口からの流出液に生成された硝酸イオンの濃度は、7日経過後で約220mg/Lと高い値を示し、実施例1,2で示した培養液を微生物源として用いる場合と同等に、並行複式無機化反応を行う微生物群の固定化を速やかに行うことができることが分かった。
なお、前記微生物源を添加しなかった対照実験(control)では、硝酸イオンの生成は認められなかった。
この実験結果から、すでに固定化済みの固体担体を用いた触媒カラムからの流出液を、別の固体担体の微生物源として利用することが可能であることが分かった。
As a result, when the effluent from the catalyst column filled with the rock wool granular cotton in which the microbial group described in Example 1 is immobilized is added as a microbial source, the effluent from the drain outlet is generated. The concentration of nitrate ions showed a high value of about 220 mg / L after the elapse of 7 days, and the group of microorganisms performing a parallel double mineralization reaction equivalent to the case where the culture solution shown in Examples 1 and 2 was used as a microorganism source. It was found that the immobilization of can be performed quickly.
In the control experiment in which the microbial source was not added, the production of nitrate ions was not observed.
From this experimental result, it was found that the effluent from the catalyst column using the already immobilized solid support can be used as a microbial source for another solid support.

実施例9(無容器での固定化の検討1)
上記カラム方式(排水口を備えた容器に固体担体を充填する方法)を用いずに、固形形状が維持されるように一体成形された固体担体に、直接前記微生物群を固定化できるかの検討を行った。
まず、実施例1に記載の並行複式無機化反応後の培養液を用いて水耕での養液栽培でコマツナを栽培し、その栽培後、‘硝酸態窒素を含まない前記微生物の培養液’を得た。
次に、固形形状が維持されるように一体成形されたロックウールキューブ(Grodan社製、100×100×100mm:容積1L)に直接、蒸留純水500ml添加して、余分な水分をロックウールキューブから流出させることでロックウールキューブを洗浄した。
これに、前記硝酸態窒素を含まない培養液500mlを微生物源として添加し接種した。なお、微生物源の添加後には、蒸留純水でのロックウールキューブの洗浄は行わなかった。
以後、有機物として、鰹煮汁0.5gを添加し、室温(約25℃)で‘6日が経過するまで静置した’後、蒸留純水500mlで洗浄した。ロックウールキューブから流出する液を回収し、硝酸イオン濃度を測定した。結果を図16に示す。
Example 9 (Examination of immobilization without container 1)
Examination of whether the microorganism group can be directly immobilized on a solid support integrally formed so as to maintain a solid shape without using the above column method (a method of filling a solid support in a container having a drain port). Went.
First, Komatsuna is cultivated by hydroponics hydroponic culture using the culture solution after the parallel dual mineralization reaction described in Example 1, and after the cultivation, 'the culture solution of the microorganism not containing nitrate nitrogen' Got.
Next, 500 ml of distilled pure water is directly added to the rock wool cube (Grodan, 100 × 100 × 100 mm: volume 1 L) integrally molded so that the solid shape is maintained, and excess water is added to the rock wool cube. The rock wool cube was washed by allowing it to flow out.
To this, 500 ml of the culture solution containing no nitrate nitrogen was added as a microorganism source and inoculated. In addition, after the addition of the microorganism source, the rock wool cube was not washed with distilled pure water.
Thereafter, 0.5 g of boiled sardine broth was added as an organic substance and allowed to stand at room temperature (about 25 ° C.) until “6 days had passed”, and then washed with 500 ml of distilled pure water. The liquid flowing out from the rock wool cube was collected, and the nitrate ion concentration was measured. The results are shown in FIG.

その結果、上記カラム方式(排水口を備えた容器に固体担体を充填する方法)を用いずに、固形形状が維持されるように一体成形されたロックウール(固体担体)を用いた場合にも、前記微生物源の添加から6日後には、約50mg/Lの、硝酸イオンが生成されることが示された。
即ち、固体担体自体に微生物・有機物・水分を担持する多孔質構造が存在すれば、固体担体を固形形状が維持されるように一体成形することで、そのまま容器に充填せずに微生物の固定化行程を行うことができることが示された。
As a result, even when rock wool (solid carrier) integrally formed so as to maintain a solid shape is used without using the above column method (a method of filling a solid carrier in a container having a drain port) It was shown that about 50 mg / L of nitrate ions was produced 6 days after the addition of the microbial source.
In other words, if the solid support itself has a porous structure that supports microorganisms, organic matter, and moisture, the solid support is integrally formed so that the solid shape is maintained, so that the microorganism can be immobilized without filling the container as it is. It was shown that the process can be performed.

また、硝酸イオンを含まない微生物源を用いた場合、接種後に水で固体担体(ロックウールキューブ)を洗浄しなくても、固体担体に前記微生物群が固定化され並行複式無機化反応を触媒することが示された。このことより、硝酸イオンを含まない微生物源を用いた場合には、微生物源添加後の水での洗浄する操作を省くことができることが分かった。
また、この場合、有機物添加後、静置して水で洗浄する操作は、繰り返さなくてもよく、有機物を添加して数日静置するだけでも微生物が順化、増殖し、固体担体への固定化を進めることができることが示された。
この結果は、有機物を添加する時点では固体担体中の硝酸態窒素濃度が低い状態にあり、脱窒反応を誘発しにくい状態になっているためと考えられる。
In addition, when a microorganism source that does not contain nitrate ions is used, the microorganism group is immobilized on the solid support to catalyze the parallel dual mineralization reaction without washing the solid support (rock wool cube) with water after inoculation. It was shown that. From this, it was found that the operation of washing with water after adding the microorganism source can be omitted when the microorganism source not containing nitrate ions is used.
In this case, the operation of standing and washing with water after addition of the organic substance does not have to be repeated. Even if the organic substance is added and allowed to stand for several days, the microorganisms acclimatize and proliferate, and the solid support is obtained. It was shown that immobilization can proceed.
This result is considered to be because the nitrate nitrogen concentration in the solid support is low at the time when the organic substance is added, and the denitrification reaction is hardly induced.

実施例10(無容器での固定化の検討2)
上記カラム方式(排水口を備えた容器に固体担体を充填する方法)を用いずに、固形形状が維持されるように一体成形された固体担体について、さらに検討を行った。
まず、固形形状が維持されるように一体成形されたロックウールキューブ(Grodan社製、100×100×100mm:容積1L)、木綿(アイセン工業株式会社製、20g:容積100mL)、メラミン樹脂(株式会社コメリ製、2g:容積50mL)を準備した。なお、木綿とメラミン樹脂については、糸で吊り下げた状態にした(図17に写真像を示す)。
これに、実施例2で用いた前記並行複式無機化反応を行う微生物群の乾燥菌体10mgを微生物源として添加し接種した。なお、本実施例では、添加した微生物源の添加量自体が極めて微量であったため(即ち、微生物源に含まれている硝酸態窒素の量も極めて微量であったため)、微生物源の添加後には、蒸留純水での固体担体の洗浄は行わなかった。
以後、有機物として、鰹煮汁0.1gを添加し、37℃で一晩静置した後、蒸留純水100mlで洗浄する処理を、図18に記載の日数が経過するまで繰り返した。なお、洗浄の際には、洗浄後の流出液を回収し、硝酸イオン濃度を測定した。結果を図18に示す。
Example 10 (Examination of immobilization without container 2)
Further examination was conducted on the solid support integrally formed so as to maintain the solid shape without using the above column method (a method of filling a solid support in a container having a drain port).
First, rock wool cube (Grodan, 100 × 100 × 100 mm: volume 1 L), cotton (Aisen Kogyo Co., Ltd., 20 g: volume 100 mL), melamine resin (stock) (Commercial company Komeri, 2 g: volume 50 mL) was prepared. In addition, about cotton and the melamine resin, it was made the state suspended with the thread | yarn (a photographic image is shown in FIG. 17).
To this, 10 mg of dried cells of the microorganism group used in Example 2 for performing the parallel dual mineralization reaction was added and inoculated as a microorganism source. In this example, since the added amount of the added microbial source itself was very small (that is, the amount of nitrate nitrogen contained in the microbial source was also very small), after the addition of the microbial source, The solid carrier was not washed with distilled pure water.
Thereafter, the process of adding 0.1 g of simmered broth as an organic substance, allowing it to stand at 37 ° C. overnight, and then washing with 100 ml of distilled pure water was repeated until the number of days shown in FIG. 18 passed. At the time of washing, the effluent after washing was collected and the nitrate ion concentration was measured. The results are shown in FIG.

その結果、ロックウール以外の木綿やメラミン樹脂を、固形形状が維持されるように一体成形したものを用いた場合においても、前記微生物源の添加から6日後には、硝酸イオンの生成が認められることが示された。
即ち、樹脂などの固体担体を特に容器に充填しなくても、固形形状が維持されるように一体成形のものであれば、問題なく前記微生物群を固定化させることが可能であることが示された。
なお、これらのうちロックウールを用いた場合には、前記微生物源の添加から8日後の流出液に約240mg/Lの濃度の硝酸イオンの生成されることが示され、特に前記微生物群を固定化させる固体担体の素材として、好適であることが示された。これは、ロックウールが、通気性および微生物物群が固定化される表面積の点で優れた素材であるためと考えられる。
As a result, even when cotton or melamine resin other than rock wool is integrally molded so that the solid shape is maintained, the formation of nitrate ions is observed 6 days after the addition of the microorganism source. It was shown that.
That is, even if the container is not filled with a solid carrier such as a resin, the microorganism group can be immobilized without any problem if it is integrally molded so that the solid shape is maintained. It was done.
Of these, when rock wool is used, it is shown that nitrate ions having a concentration of about 240 mg / L are produced in the effluent 8 days after the addition of the microorganism source, and in particular the microorganism group is fixed. It was shown to be suitable as a material for the solid carrier to be converted. This is presumably because rock wool is an excellent material in terms of air permeability and surface area on which microbial substances are immobilized.

実施例11(デカンテーションによる微生物群の固定)
上記カラム方式(排水口を備えた容器に固体担体を充填する方法)以外に、デカンテーションによって洗浄を行った場合にも、前記微生物群を固体担体に固定化できるか、検討を行った。
プラスチックカップ(200ml容)に、ロックウール粒状綿10g(容積50ml)を入れた。これに、実施例2で用いた前記並行複式無機化反応を行う微生物群の乾燥菌体10mgを微生物源として添加し接種した。なお、本実施例では、添加した微生物源の添加量自体が極めて微量であったため(即ち、微生物源に含まれている硝酸態窒素の量も極めて微量であったため)、微生物源の添加後には、蒸留純水での固体担体の洗浄は行わなかった。
以後、有機物として、鰹煮汁0.1gを添加し、37℃で一晩静置した後、蒸留純水100mlを添加して、数分間静置してから当該プラスチックカップを傾けることで余分な水分を流出させる処理(デカンテーションによる洗浄処理)を、図19に記載の日数が経過するまで繰り返した。なお、洗浄の際には、洗浄後の流出液を回収し、硝酸イオン濃度を測定した。
Example 11 (Fixation of microorganism group by decantation)
In addition to the above-described column method (a method of filling a container having a drain outlet with a solid support), whether or not the microorganism group can be immobilized on a solid support was also examined when washing was performed by decantation.
In a plastic cup (200 ml capacity), 10 g (volume 50 ml) of rock wool granular cotton was placed. To this, 10 mg of dried cells of the microorganism group used in Example 2 for performing the parallel dual mineralization reaction was added and inoculated as a microorganism source. In this example, since the added amount of the added microbial source itself was very small (that is, the amount of nitrate nitrogen contained in the microbial source was also very small), after the addition of the microbial source, The solid carrier was not washed with distilled pure water.
Thereafter, 0.1 g of boiled simmered soup is added as an organic substance, and the mixture is allowed to stand overnight at 37 ° C., then 100 ml of distilled pure water is added, and the mixture is allowed to stand for several minutes. The process of flowing out (cleaning process by decantation) was repeated until the number of days shown in FIG. 19 passed. At the time of washing, the effluent after washing was collected and the nitrate ion concentration was measured.

その結果、上記カラム方式(排水口を備えた容器に固体担体を充填する方法)を用いずに、デカンテーションによって洗浄を行った場合にも、前記微生物源の添加から6日後に約40mg/L、8日後に約75mg/Lの、硝酸イオンが生成されることが示された。
このことから、カラム(排水口を備えた容器)に充填しなくても、デカンテーションによって洗浄を行うことで、当該固体担体に前記微生物群を固定化することができることが示された。
As a result, even when washing was performed by decantation without using the above column method (a method of filling a container having a drain outlet with a solid carrier), about 40 mg / L after 6 days from the addition of the microorganism source. , About 75 mg / L of nitrate ion was shown to be produced after 8 days.
From this, it was shown that the microorganism group can be immobilized on the solid support by washing by decantation without filling the column (container having a drain port).

実施例12(固形培地耕での有機質肥料を直接添加した養液栽培)
並行複式無機化反応を行う微生物群を固定化した固体担体を、植物栽培用固体培地として用いることで、固形培地耕での有機物を含む肥料を直接添加した養液栽培が可能であるかを検討した。
ロックウールキューブ(Grodan社製、100×100×100mm:容積1L、固形形状が維持されるように一体成形された固体担体)に実施例1で用いた前記並行複式無機化反応を行う微生物群を培養した培養液500mlを微生物源として添加し接種した後、水道水500mlを添加して、水分をロックウールキューブから流出させることでロックウールキューブを洗浄した。なお、このロックウールが充填された容器20個を一区画とした。
以後、上記容器一区画分に対して、有機物を含む液体として、鰹煮汁0.5g(液体重量)を各ロックウールキューブに添加し、室温(約25℃)で一晩静置した後、水道水500mlで洗浄する処理を、前記微生物群の接種から7日が経過するまで繰り返した。
次に、前記微生物群の接種から8日後に、流出液に硝酸イオンが生成されたことを確認した後、チンゲンサイ種子をロックウールキューブに播種した。なお、播種後は、前記鰹煮汁の添加と洗浄処理は中断した。栽培は、2007年12月6日から2008年1月9日まで、ガラス温室内(暖房なし)で行った。
播種から10日後(前記微生物源の添加から18日後)、双葉が展開した段階から、前記鰹煮汁の添加と洗浄処理を繰り返す操作を再開し、播種から34日が経過するまで(前記微生物源の添加から42日が経過するまで)週に2回、鰹煮汁の添加と水道水での洗浄を行うことで栽培した。この一区画の栽培区を‘接種・鰹煮汁’区として本発明区とした。
また、上記のロックウールキューブを充填した容器に、前記微生物源を添加しなかった区画を、‘無接種・鰹煮汁’区の対照実験とした。
さらに、上記のロックウールキューブを充填した容器に、前記微生物源を添加せず、前記有機物を含む液体の代わりに化学肥料の添加を行った区画のものを、‘化学肥料’区の対照実験とした。結果を図20に示す。
Example 12 (Nutrient culture with direct addition of organic fertilizer in solid medium cultivation)
Examining whether it is possible to perform hydroponics by directly adding fertilizers containing organic matter in solid medium cultivation by using a solid support with immobilized microorganisms that perform parallel dual mineralization as a solid medium for plant cultivation did.
A group of microorganisms that perform the parallel multiple mineralization reaction used in Example 1 on a rock wool cube (manufactured by Grodan, 100 × 100 × 100 mm: volume 1 L, solid support integrally molded so as to maintain a solid shape) After adding 500 ml of the cultured broth as a microorganism source and inoculating, 500 ml of tap water was added, and the rock wool cube was washed by allowing water to flow out of the rock wool cube. In addition, 20 containers filled with this rock wool were made into one division.
Thereafter, 0.5 g (liquid weight) of boiled persimmon juice is added to each rock wool cube as a liquid containing organic matter for one section of the container, and allowed to stand overnight at room temperature (about 25 ° C.). The treatment of washing with 500 ml of water was repeated until 7 days had passed since the inoculation of the microorganism group.
Next, 8 days after the inoculation of the microorganism group, it was confirmed that nitrate ions were produced in the effluent, and then seedling seeds were sown on rock wool cubes. In addition, after sowing, the addition of the broth soup and the washing treatment were interrupted. Cultivation was carried out in a glass greenhouse (without heating) from December 6, 2007 to January 9, 2008.
10 days after sowing (18 days after the addition of the microbial source), the operation of repeating the addition and washing treatment of the boiled soup is resumed from the stage where the Futaba has developed until 34 days have passed since the sowing (the microbial source Cultivation was performed twice a week (by 42 days after the addition) by adding simmered broth and washing with tap water. This one section of cultivation was designated as the “inoculation / boiled broth” section as the present invention section.
In addition, a section in which the microorganism source was not added to the container filled with the above-mentioned rock wool cubes was used as a control experiment for the “non-inoculation / boiled broth” section.
Further, a container filled with the above-mentioned rock wool cubes without adding the microorganism source, and adding a chemical fertilizer instead of the liquid containing the organic matter, a control experiment of the 'chemical fertilizer' section did. The results are shown in FIG.

その結果、本発明区の‘接種・鰹煮汁’区のチンゲンサイは、‘化学肥料’区のものと同等の良好な生育を示した。
また、‘無接種・鰹煮汁’区(即ち、微生物源を接種せずに鰹煮汁を添加したロックウールキューブで栽培した区)では、チンゲンサイの生育が大幅に遅れた。これは、微生物源を接種しなかったために鰹煮汁の分解がアンモニア化成までしか進まず、アンモニア過剰障害が生じたためと考えられる。
As a result, the chingensai of the “inoculation / boiled broth” group of the present invention showed good growth equivalent to that of the “chemical fertilizer” group.
In addition, in the “no-inoculation / boiled broth” group (that is, the region grown with rock wool cubes to which the boiled broth was added without inoculating the microorganism source), the growth of Chingensai was significantly delayed. This is probably because the decomposition of the boiled broth did not proceed until ammonia formation because the microorganism source was not inoculated, resulting in an excessive ammonia failure.

実施例13(触媒カラム流出液を用いた生育実験)
ロックウール粒状綿を微生物担体として100mgの鰹煮汁を連日無機化し、その流出液100mlをコマツナの生育実験に用いた。
実施例2で得られた、並行複式無機化反応を行う微生物群が固定化されたロックウール粒状綿が充填された触媒カラムに、100mgの鰹煮汁を添加し室温(約25℃)で一晩静置した後、蒸留純水100mlを添加し流出液を回収する処理(有機物から無機肥料成分である硝酸態窒素を生成させる処理)を連日繰り返した。
この連日得られる流出液100mlを肥料として用いて、コマツナ苗10株に供する操作を毎日繰り返した(なお、その際、前日からの残液は廃棄した。)。苗は、昼夜25℃、自然光の条件下で静置した。
また、対照実験として、鰹煮汁を100mg含む蒸留純水100mlを供する操作を毎日繰り返した。結果を図21に示す。
Example 13 (Growth experiment using catalyst column effluent)
Using rock wool granular cotton as a microorganism carrier, 100 mg of boiled simmered soup was mineralized every day, and 100 ml of the effluent was used for a komatsuna growth experiment.
100 mg of boiled soup is added to the catalyst column packed with rock wool granular cotton, to which the microorganism group performing the parallel double mineralization reaction, obtained in Example 2 is added, and overnight at room temperature (about 25 ° C.). After leaving still, the process (process which produces | generates the nitrate nitrogen which is an inorganic fertilizer component from organic substance) which adds 100 ml of distilled pure waters, and collect | recovers effluents was repeated every day.
Using 100 ml of the effluent obtained every day as a fertilizer, the operation for 10 strains of Komatsuna seedlings was repeated every day (in this case, the remaining liquid from the previous day was discarded). The seedlings were allowed to stand at 25 ° C. under natural light conditions.
Further, as a control experiment, an operation of supplying 100 ml of distilled pure water containing 100 mg of simmered broth was repeated every day. The results are shown in FIG.

この結果、並行複式無機化反応を行う微生物群を固定化した固体担体(ロックウール粒状綿)が充填された触媒カラムによって有機物から生成された硝酸態窒素を含む流出液を肥料として用いた場合にも、コマツナは問題なく生育することが分かった。対照実験は、コマツナの生育がほとんど進まず、アンモニア過剰障害と思われる生育障害が現れた。
As a result, when the effluent containing nitrate nitrogen produced from organic substances by a catalyst column packed with a solid support (rock wool granular cotton) immobilizing microorganisms that perform parallel dual mineralization reaction is used as fertilizer However, Komatsuna was found to grow without problems. In the control experiment, the growth of Komatsuna hardly progressed, and a growth disorder that seems to be an excess ammonia disorder appeared.

実施例14(微生物群が固定化された固体担体の微生物源としての利用1)
すでに並行複式無機化反応を行う微生物群が固定化された固体担体そのものを、微生物源として利用することが可能か、検討を行った。
500ml用ペットボトルの底を切断し上半分側を得て、フタが開放した状態で上下逆にすることにより、ペットボトルのフタが排水口となった容器を用意し、この容器にロックウール粒状綿9gを充填した。
これに実施例1で得られた、すでに前記微生物群が固定化された(並行複式無機化反応を触媒するに至った)ロックウール粒状綿1gを、微生物源として添加し接種した(最終的なロックウール粒状綿の容積は50mlになった)後、蒸留純水100mlを添加して前記排水口から流出させることでロックウール粒状綿を洗浄した。
以後、有機物として、鰹煮汁0.1gを添加し、37℃で一晩静置した後、蒸留純水100mlで洗浄する処理を、図22に記載の日数が経過するまで繰り返した。なお、洗浄の際には、洗浄後の流出液を回収し、硝酸イオン濃度を測定した。
Example 14 (Use 1 of a solid carrier having a microorganism group immobilized thereon as a microorganism source 1)
We examined whether it is possible to use the solid support itself, on which a group of microorganisms that have already undergone the parallel dual mineralization reaction, is immobilized, as a microbial source.
Cut the bottom of the 500ml PET bottle to obtain the upper half, and turn it upside down with the lid open. Filled with 9 g of cotton.
To this, 1 g of rock wool granular cotton obtained in Example 1 in which the microorganism group had already been immobilized (which led to catalyzing the parallel double mineralization reaction) was added as a microorganism source and inoculated (final) After the volume of the rock wool granular cotton reached 50 ml), 100 ml of distilled pure water was added and the rock wool granular cotton was washed by flowing out from the drain port.
Thereafter, the treatment of adding 0.1 g of simmered broth as an organic substance and allowing it to stand at 37 ° C. overnight, followed by washing with 100 ml of distilled pure water was repeated until the number of days shown in FIG. 22 passed. At the time of washing, the effluent after washing was collected and the nitrate ion concentration was measured.

その結果、実施例1で得られた前記微生物群が固定化されたロックウール粒状綿を微生物源として添加した場合、6日後に約20mg/L、8日後に約35mg/Lの濃度の硝酸イオンが生成されることが示された。
従って、前記微生物群が固定化された微生物担体を、別の未使用の固体担体への微生物源として利用可能であることが示された。
As a result, when the rock wool granular cotton in which the microorganism group obtained in Example 1 was immobilized was added as a microorganism source, nitrate ions having a concentration of about 20 mg / L after 6 days and about 35 mg / L after 8 days. Was generated.
Therefore, it was shown that the microbial carrier on which the microorganism group is immobilized can be used as a microbial source for another unused solid carrier.

実施例15(微生物群が固定化された固体担体の微生物源としての利用2)
すでに並行複式無機化反応を行う微生物群が固定化された固体担体が、水中での並行複式無機化反応の微生物源として利用できるか、検討を行った。
500ml容の三角フラスコに100mLの蒸留純水を入れ、実施例7において土壌を微生物源として添加して得られた、すでに前記微生物群が固定化された(並行複式無機化反応を触媒するに至った)ロックウール粒状綿1gを取り出し、微生物源として添加し接種した。
ここに、有機物として、鰹煮汁0.1gを添加し、120rpmで振蕩することで好気的条件になるように維持しながら、水温25℃で、図23に記載の日数が経過するまで培養し、硝酸イオン濃度の測定を順次行った。結果を図23に示す。
Example 15 (Utilization 2 of a solid carrier having a microorganism group immobilized thereon as a microorganism source 2)
We investigated whether a solid support on which a group of microorganisms that have already undergone a parallel dual mineralization reaction can be used as a microbial source for a parallel dual mineralization reaction in water.
100 ml of distilled pure water was put into a 500 ml Erlenmeyer flask, and the microorganism group obtained by adding soil as a microbial source in Example 7 was already immobilized (became catalyzing a parallel compound mineralization reaction). E) 1 g of rock wool granular cotton was taken out, added as a microorganism source, and inoculated.
Here, 0.1 g of boiled simmered soup is added as an organic substance, and cultured at a water temperature of 25 ° C. until the number of days shown in FIG. 23 elapses while maintaining aerobic conditions by shaking at 120 rpm. The nitrate ion concentration was measured sequentially. The results are shown in FIG.

この結果から、すでに並行複式無機化反応を行う微生物群が固定化された固体担体を微生物源として、水中での並行複式無機化反応を行うことができることが示された。
From this result, it was shown that a parallel multiple mineralization reaction in water can be performed using a solid carrier on which a group of microorganisms already performing a parallel multiple mineralization reaction is immobilized as a microorganism source.

本発明は、有機性廃棄物を原料とする無機肥料製造技術への応用を可能とする。廃棄物の再資源化産業は今後2兆5千億円の市場規模に拡大すると予想されており、本発明は、有機質資源を無機肥料に再資源化する初めての技術として、産業上の利用可能性は非常に大きなものである。
また、これまでの技術では、多く曝気を必要とするため、エアーポンプなどの動力を必要としたが、本発明ではカラム方式の採用を可能にしたことで、電力を要さない省エネルギーな分解法を可能にした点も、魅力を高めている。
また、本発明は、固形培地耕による有機肥料を用いた養液栽培を可能とし、農業や園芸分野への応用が期待できる。特に、トマト養液栽培では、ロックウールによる固形培地耕が主体であり、これに有機肥料活用型養液栽培を応用することが可能になれば、国内だけでなくオランダなどの環境意識の高い国々に普及することが予想される。特に、オランダのトマト養液栽培は、1000haを超え、この一部が有機肥料活用型養液栽培に置き換わるだけでも、その市場規模は大きなものになる。
The present invention enables application to inorganic fertilizer manufacturing technology using organic waste as a raw material. The waste recycling industry is expected to expand to a market size of 2.5 trillion yen in the future, and the present invention is industrially applicable as the first technology to recycle organic resources into inorganic fertilizers. Sex is very big.
In addition, the conventional technology requires aeration, so power such as an air pump is required. However, in the present invention, the column method can be adopted, so that an energy-saving decomposition method that does not require power is required. The point that made it possible to increase the appeal.
Moreover, this invention enables the hydroponic cultivation using the organic fertilizer by solid medium cultivation, and can anticipate the application to agriculture or a horticulture field. Especially in tomato hydroponic cultivation, solid medium cultivation with rock wool is the main, and if it becomes possible to apply organic fertilizer utilization type hydroponic cultivation to this, not only the country but also countries with high environmental awareness such as the Netherlands It is expected to become popular. In particular, the tomato hydroponic culture in the Netherlands exceeds 1000 ha, and even if only a part of this is replaced with a hydroponic culture utilizing organic fertilizer, the market scale becomes large.

Claims (10)

容器に、下記(A)に記載の固体担体を充填し、;これに有機物を無機化して硝酸態窒素を生成する並行複式無機化反応を行う微生物群を添加し、;次いで、下記(B)に記載の有機物を固体担体1Lに対して0.1〜20g(乾燥重量換算)添加して、その後、下記(C1)及び(C2)に記載の条件を満たすように静置することにより、;並行複式無機化反応(下記(D1)及び(D2)に記載の条件を満たす反応)を行う微生物群を固定化させることを特徴とする、並行複式無機化反応を行う微生物群が固定化された固体担体の製造方法。
(A) 通気性を有し且つ多孔質の素材からなる固体担体。
(B) 炭素と窒素の含有比であるC/N比が24以下の高窒素含有有機物であって、タンパク質及び/又はタンパク質分解物を高含有するもの。
(C1) 前記固体担体が湛水状態にならないようにして10〜37℃で5日以上静置する条件。
(C2) 水を添加し前記固体担体から流出させることで前記固体担体を洗浄する際に、当該流出液に硝酸態窒素が生成され始めるまで静置する条件。
(D1) 有機物を無機化して硝酸態窒素を生成する反応であり、有機物からアンモニア態窒素への分解と、アンモニア態窒素から硝酸態窒素への硝化とが、同一の反応系で連続的に行われる反応。
(D2) 有機物の分解において、有機物に含まれる有機態窒素がアンモニア態窒素に分解され、アンモニア態窒素が硝酸化成による酸化反応を経て硝酸態窒素が生成される反応。
A container is filled with the solid support described in the following (A); a group of microorganisms that perform a parallel double mineralization reaction that mineralizes organic matter to generate nitrate nitrogen is added thereto; and then the following (B) By adding 0.1 to 20 g (in terms of dry weight) of the organic substance described in 1 to 1 L of the solid support, and then allowing it to stand to satisfy the conditions described in (C1) and (C2) below; A solid support on which a group of microorganisms that perform a parallel dual mineralization reaction is immobilized, wherein the group of microorganisms that perform a mineralization reaction (a reaction that satisfies the conditions described in (D1) and (D2) below) is immobilized. Manufacturing method.
(A) A solid carrier made of a porous material having air permeability.
(B) A high nitrogen-containing organic substance having a C / N ratio of 24 or less, which is the content ratio of carbon and nitrogen, and containing a high amount of protein and / or protein degradation product.
(C1) Conditions for allowing the solid support to stand at 10 to 37 ° C. for 5 days or more so as not to be flooded.
(C2) Conditions for allowing the nitrogen carrier to stand until nitrate nitrogen starts to be generated in the effluent when the solid carrier is washed by adding water and flowing out of the solid carrier.
(D1) A reaction that mineralizes organic matter to produce nitrate nitrogen.Decomposition of organic matter into ammonia nitrogen and nitrification from ammonia nitrogen to nitrate nitrogen are carried out continuously in the same reaction system. Reaction.
(D2) In the decomposition of organic matter, the organic nitrogen contained in the organic matter is decomposed into ammonia nitrogen, and the ammonia nitrogen undergoes an oxidation reaction by nitric acid formation to produce nitrate nitrogen.
前記容器が排水口を備えた容器であり、前記流出液が前記排水口から流出された流出液である、請求項1に記載の固体担体の製造方法。   2. The method for producing a solid carrier according to claim 1, wherein the container is a container having a drain outlet, and the effluent is an effluent that has flowed out of the drain outlet. 固形形状が維持されるように一体成形された下記(A)に記載の固体担体に、;有機物を無機化して硝酸態窒素を生成する並行複式無機化反応を行う微生物群を添加し、;次いで、下記(B)に記載の有機物を固体担体1Lに対して0.1〜20g(乾燥重量換算)添加して、その後、下記(C1)及び(C2)に記載の条件を満たすように静置することにより、;並行複式無機化反応(下記(D1)及び(D2)に記載の条件を満たす反応)を行う微生物群を固定化させることを特徴とする、並行複式無機化反応を行う微生物群が固定化された固体担体の製造方法。
(A) 通気性を有し且つ多孔質の素材からなる固体担体。
(B) 炭素と窒素の含有比であるC/N比が24以下の高窒素含有有機物であって、タンパク質及び/又はタンパク質分解物を高含有するもの。
(C1) 前記固体担体が湛水状態にならないようにして10〜37℃で5日以上静置する条件。
(C2) 水を添加し前記固体担体から流出させることで前記固体担体を洗浄する際に、当該流出液に硝酸態窒素が生成され始めるまで静置する条件。
(D1) 有機物を無機化して硝酸態窒素を生成する反応であり、有機物からアンモニア態窒素への分解と、アンモニア態窒素から硝酸態窒素への硝化とが、同一の反応系で連続的に行われる反応。
(D2) 有機物の分解において、有機物に含まれる有機態窒素がアンモニア態窒素に分解され、アンモニア態窒素が硝酸化成による酸化反応を経て硝酸態窒素が生成される反応。
To the solid support described in the following (A) integrally molded so that the solid shape is maintained; adding a group of microorganisms that perform a parallel dual mineralization reaction that mineralizes organic matter to produce nitrate nitrogen; Add 0.1-20 g (dry weight conversion) of the organic substance described in (B) below to 1 L of solid carrier, and then leave it to satisfy the conditions described in (C1) and (C2) below. By immobilizing a group of microorganisms that perform a parallel dual mineralization reaction (reaction that satisfies the conditions described in (D1) and (D2) below), the microorganism group that performs the parallel dual mineralization reaction is fixed. Process for producing a solid support.
(A) A solid carrier made of a porous material having air permeability.
(B) A high nitrogen-containing organic substance having a C / N ratio of 24 or less, which is the content ratio of carbon and nitrogen, and containing a high amount of protein and / or protein degradation product.
(C1) Conditions for allowing the solid support to stand at 10 to 37 ° C. for 5 days or more so as not to be flooded.
(C2) Conditions for allowing the nitrogen carrier to stand until nitrate nitrogen starts to be generated in the effluent when the solid carrier is washed by adding water and flowing out of the solid carrier.
(D1) A reaction that mineralizes organic matter to produce nitrate nitrogen.Decomposition of organic matter into ammonia nitrogen and nitrification from ammonia nitrogen to nitrate nitrogen are carried out continuously in the same reaction system. Reaction.
(D2) In the decomposition of organic matter, the organic nitrogen contained in the organic matter is decomposed into ammonia nitrogen, and the ammonia nitrogen undergoes an oxidation reaction by nitric acid formation to produce nitrate nitrogen.
前記有機物が、魚煮汁、魚粉、油粕、生ゴミ、トウモロコシ浸漬液、米ぬか、大豆粉、植物体残渣、牛乳、粉ミルク、及び家畜糞、よりなる群から選ばれた1種以上のものである、請求項1〜3のいずれかに記載の固体担体の製造方法。   The organic matter is at least one selected from the group consisting of fish broth, fish meal, oil cake, raw garbage, corn dipping solution, rice bran, soybean meal, plant residue, milk, powdered milk, and livestock dung, A method for producing a solid support according to any one of claims 1 to 3. 前記静置が、前記流出液中に50mg/L以上の硝酸イオンが生成され始めるまで行うものである、請求項1〜4のいずれかに記載の固体担体の製造方法。   5. The method for producing a solid carrier according to claim 1, wherein the standing is performed until 50 mg / L or more of nitrate ions starts to be generated in the effluent. 前記固体担体が、ロックウール、バーミキュライト、パーライト、ゼオライト、砂、鹿沼土、ガラス、セラミック、ウレタン、ナイロン、メラミン樹脂、木質チップ、わら、水苔、炭、木綿、紙、ポリアクリルアミドゲル、及び寒天、よりなる群から選ばれた1種以上の多孔質の固体担体である、請求項1〜5のいずれかに記載の固体担体の製造方法。   The solid carrier is rock wool, vermiculite, pearlite, zeolite, sand, Kanuma earth, glass, ceramic, urethane, nylon, melamine resin, wood chip, straw, moss, charcoal, cotton, paper, polyacrylamide gel, and agar 6. The method for producing a solid carrier according to any one of claims 1 to 5, which is one or more porous solid carriers selected from the group consisting of: 前記微生物群を添加した直後に、前記固体担体中に硝酸態窒素が含まれる場合、水を添加し前記固体担体から流出させて前記固体担体を洗浄することによって硝酸態窒素を除去する、ことを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の固体担体の製造方法。   Immediately after the addition of the microorganism group, when nitrate nitrogen is contained in the solid carrier, the nitrate carrier is removed by washing the solid carrier by adding water and flowing out from the solid carrier. The method for producing a solid support according to any one of claims 1 to 6, wherein 前記微生物群を含む微生物源が、前記並行複式無機化反応を行う微生物群を培養した培養液、前記培養液を乾燥させて得られた前記微生物の乾燥菌体、前記微生物群が固定化された固体担体、前記微生物群が固定化された固体担体に水を添加し前記固体担体から流出された流出液、土壌、水道水、湖沼の水、湧き水、井戸水、川の水、及び海水、よりなる群から選ばれた1種以上のものである、請求項1〜7のいずれかに記載の固体担体の製造方法。   The microorganism source containing the microorganism group is a culture solution obtained by culturing the microorganism group that performs the parallel dual mineralization reaction, the dried microorganism body obtained by drying the culture solution, and the microorganism group is immobilized. Solid carrier, effluent discharged from the solid carrier by adding water to the solid carrier on which the microorganism group is immobilized, soil, tap water, lake water, spring water, well water, river water, and seawater The method for producing a solid carrier according to any one of claims 1 to 7, which is one or more selected from the group. 請求項1〜8のいずれかに記載の方法により得られた固体担体を、並行複式無機化反応を行う触媒カラムの担体として用いることを特徴とする、有機物から無機肥料成分である硝酸態窒素を生成する触媒カラムの製造方法。   A solid support obtained by the method according to any one of claims 1 to 8 is used as a support for a catalyst column that performs a parallel double mineralization reaction. From the organic matter, nitrate nitrogen that is an inorganic fertilizer component is obtained. A method for producing a produced catalyst column. 請求項1〜8のいずれかに記載の方法により得られた固体担体を、植物栽培固形培地とすることを特徴とする、植物栽培固形培地の製造方法。   A method for producing a plant cultivation solid medium, wherein the solid carrier obtained by the method according to any one of claims 1 to 8 is used as a plant cultivation solid medium.
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