JP5959755B2 - 排水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、生活排水や産業排水など有機物を含んでいる排水を、排水基準を満たす水質までに生物分解処理する、排水処理方法に関する。

排水処理において、標準活性汚泥法やオキシデーションディッチ法といった生物処理は、化学的、物理的に浄化する方法に比べ複雑な装置を必要とせず、副産物の生成も少なく、エネルギー投入も少ないので、コスト的にも非常に有利な処理方法である。とくに標準活性汚泥法は大量の排水を短時間で処理することができ、またコントロールも比較的容易であることから、経済発展が著しい新興国においても広く普及している。

標準活性汚泥法のシステムは、大きく分けて、ばっ気槽（生物処理槽）と沈殿槽とからなり、ばっ気槽ではブロアにより排水中に空気を吹き込むことで好気条件にし、有機物を浄化する微生物を活性化させ、排水中の有機物を除去する。沈殿槽では活性汚泥と処理水とを分離する。そして、上層の処理水は外部に取り出され、適切な後処理ののち環境中に放出される。一方、活性汚泥はばっ気槽中に必要な微生物濃度を維持するためばっ気槽に返送され、余剰分（余剰汚泥）は外部に取り出され産業廃棄物として最終処分される。余剰汚泥は、ばっ気槽中の微生物が主な構成要素であり、排水中の有機物を基質として生育した微生物の集塊である。そのため、排水中の有機物が除去されるに伴って、それに応じて汚泥発生量も増えることになる。

一方、このような生物処理に利用される微生物は、排水処理環境中で自然に優占化あるいは活性化している。また細菌から原生動物までを食物連鎖でつなぎ、有機物を除去している。したがって、生物処理では比較的長い時間をかけて排水中の有機物を除去することとなっていた。

そこで、排水処理環境中の微生物の中でも増殖速度が速く、有機物を分解する酵素を大量に生産するバチルス菌を優占化させる手法を用いて排水の処理速度を向上させることが提案され、実用化されている。即ち、例えば、下記特許文献１〜６では、バチルス菌をばっ気槽内に優占化させ、排水処理を行うことが提案されている。また、下記特許文献７〜１３では、ばっ気槽内にバチルス菌を優占化し、維持するため珪素を含むミネラルを添加することが提案されている。

特開２０１０−１５５１８９号公報 特開２００９−１４２７８６号公報 特開２００９−１３１７７３号公報 特開２００９−１４２７８６号公報 特開２００８−１８３５７号公報 特開２００７−１０５６３０号公報 特開２００５−３２９３０１号公報 特開２００５−２９５８８７号公報 特開２００４−３４４８８６号公報 特開２００２−２６３６８６号公報 特開２００２−１１３４８６号公報 特開２００１−２８６８８４号公報 特開２００１−１６２２９７号公報

しかしながら、生物処理では、排水中の有機物を微生物に資化させるため、それに伴って生じる余剰汚泥が増え、汚泥処理費用が嵩む課題があり、これはバチルス菌を用いた場合でも同じである。

また、生物処理では、一般に有機物の中でも炭素分を除去する能力が高いが、窒素やリンの除去能力が低いため、ときには処理水中に窒素分が排水基準以上に残留することがあり、その場合、生物処理の後段に、イオン交換法、逆浸透膜ろ過法、アンモニアストリッピング法などの物理化学的方法による窒素除去工程からなる付帯設備を追加する必要があった。あるいは、生物的方法として、硝化・脱窒能の高い微生物が利用される処理条件を整える必要があった。これらは、処理コストの上昇につながるとともに、システムを複雑にし、非効率にしていた。

従って、本発明の目的は、生物処理槽内のバチルス菌の優占化を維持し、排水処理に伴う汚泥発生量を抑制しつつ、処理水の水質を向上させることができる排水処理方法を提供することにある。

発明を解決するための手段

上記目的を達成するため、本発明の排水処理方法は、生物処理槽内で微生物により排水を浄化する排水処理方法であって、微生物の生理学的性質の試験において、硝酸の還元性が＋、デンプンの分解性が−の性質を有するバチルス属に属する第１の微生物と、硝酸の還元性が−、デンプンの分解性が＋の性質を有するバチルス属に属する第２の微生物とを、前記生物処理槽内で優占化させて、前記排水を浄化することを特徴とする。

本発明の排水処理方法においては、前記第１の微生物は、バチルス メチロトロフィカス（Bacillus methylotrophicus）に属する微生物であることが好ましい。

また、前記第２の微生物は、バチルス サブチルス（Bacillus subtilis)に属する微生物であることが好ましい。

また、前記第１の微生物は、配列番号１の１６ＳｒＤＮＡ配列を有する微生物であることが好ましい。

また、前記第２の微生物は、配列番号２の１６ＳｒＤＮＡ配列を有する微生物であることが好ましい。

また、前記第１の微生物は、バチルス属に属するＢａｃｉｌｌｕｓ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｓ ＦＥＴ−００８株（受託番号：ＮＩＴＥ ＢＰ−１４２６）であることが好ましい。

また、前記第２の微生物は、バチルス属に属するＢａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ． ＦＥＴ−０３７株（受託番号：ＮＩＴＥ ＢＰ−１４２７）であることが好ましい。

また、ケイ酸を含むミネラルを添加して、前記生物処理槽内で、前記第１の微生物と前記第２の微生物とを優占化させることが好ましい。

本発明は、また、バチルス属に属するＢａｃｉｌｌｕｓ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｓ ＦＥＴ−００８株（受託番号：ＮＩＴＥ ＢＰ−１４２６）を提供する。

本発明は、更に、バチルス属に属するＢａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ． ＦＥＴ−０３７株（受託番号：ＮＩＴＥ ＢＰ−１４２７）を提供する。

本発明の排水処理方法によれば、微生物の生理学的性質の試験において、硝酸の還元性が＋、デンプンの分解性が−の性質を有するバチルス属に属する第１の微生物と、硝酸の還元性が−、デンプンの分解性が＋の性質を有するバチルス属に属する第２の微生物とを、生物処理槽内で優占化させて、排水を浄化するようにしたので、排水処理に伴う汚泥発生量を抑制しつつ、排水中の窒素を除去して、処理水の水質を向上させることができる。

本発明による排水処理方法を実施するための生物処理装置の一例を示す概略構成図である。 本発明による排水処理方法を実施するための生物処理装置の他の例を示す概略構成図である。 実施例１の方法と比較例１の方法とで汚泥発生量積算値を比較した結果を示す図表である。 実施例１の方法と比較例１の方法とで処理水中の全窒素濃度を比較した結果を示す図表である。 試験例１においてヨウ素デンプン反応の呈色を５５０ｎｍの吸光度により測定した結果を示す図表である。 試験例２において測定した菌体濃度あたりのタンパク質分解活性の結果を示す図表である。 試験例３においてＦＥＴ−００８株の窒素源の資化特性を調べた結果を示す図表であり（Ａ）は好気条件の結果を示す図表であり（Ｂ）は嫌気条件の結果を示す図表である。 試験例３においてＦＥＴ−０３７株の窒素源の資化特性を調べた結果を示す図表であり（Ａ）は好気条件の結果を示す図表であり（Ｂ）は嫌気条件の結果を示す図表である。

本発明による処理対象となる排水としては、窒素、有機物を含む排水であれば特に限定はなく、例えば家庭排水や、穀類でんぷん製造業、乳製品製造業、食肉センター、砂糖製造業、畜産食料品製造業、畜産農業、肉製品製造業、食肉ハム・ソーセージ製造業、水産練り製品製造業、水産食料品製造業、有機化学工業製造業、無機化学工業製造業などからの排水が挙げられる。

本発明において用いられる微生物は、第１の微生物として、微生物の生理学的性質の試験において、硝酸の還元性が＋、デンプンの分解性が−の性質を有するバチルス属に属する微生物である。また、第２の微生物として、微生物の生理学的性質の試験において、硝酸の還元性が−、デンプンの分解性が＋の性質を有するバチルス属に属する微生物である。

ここで、上記生理学的性質を有するかどうかの試験は、常法に準じ、例えば以下のようにして行うことができる（実験農芸化学 上巻 東京大学農芸化学教室著 昭和４９年発行 ｐ２４０、ｐ２４２参照）。

（１）硝酸の還元性
０．１％硝酸カリウム、０．３％肉エキス、０．５％ペプトンを含むぺプトン水数本に菌を接種して培養し、１日、２日、３日、５日後に、それぞれ取り出して、次のＡ液、Ｂ液各１ｍＬを加えてよく混和する。３０分以内に培養液が赤色となれば亜硝酸の存在を示す（硝酸の還元性を有する）。

Ａ液：α−ナフチルアミン０．５ｇを５規定酢酸１００ｍLに温めて溶解する。

Ｂ液：スルファニル酸０．８ｇを５規定酢酸１００ｍLに温めて溶解する。

（２）デンプンの分解性
０．２〜１．０％の濃度の可溶性デンプンを含む寒天培養基の平板上に菌を線状に接種して培養し、生育後にヨウ素液を平板上に注ぐ。菌の集落の周囲に、青色にならない透明な帯ができる場合は、澱粉の分解性を示すものである（デンプンの分解性を有する）。

具体的には、上記第１の微生物として、本発明者らが生物排水処理の汚泥より単離した、バチルス属に属するＢａｃｉｌｌｕｓ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｓ ＦＥＴ−００８株（受託番号：ＮＩＴＥ ＢＰ−１４２６）を用いることができる。以下、この菌株を「ＦＥＴ−００８株」という。その他にも、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｓ ＣＢＭＢ２０５Ｔ (ＥＵ１９４８９７)株などを用いることができる。

また、上記第２の微生物として、本発明者らが生物排水処理の汚泥より単離した、バチルス属に属するＢａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ． ＦＥＴ−０３７株（受託番号：ＮＩＴＥ ＢＰ−１４２７）を用いることができる。以下、この菌株を「ＦＥＴ−０３７株」という。その他にも、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ ｓｕｂｓｐ. ｓｕｂｔｉｌｉｓ ＤＳＭ １０Ｔ (ＡＪ２７６３５１)株、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ ｓｕｂｓｐ. ｓｕｂｔｉｌｉｓＮＢＲＣ３００９株、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ ｓｕｂｓｐ. ｓｕｂｔｉｌｉｓＡＴＣＣ６０５１株などを用いることができる。

以下には、ＦＥＴ−００８株の菌学的性質を示す。
Ａ．形態的性質
（１）細胞の大きさ：１．７×０．７μｍ
（２）細胞の形状：桿菌
（３）運動性の有無：−
（４）胞子の有無：＋
Ｂ．培養的性質
（１）Ｎｕｔｒｉｅｎｔ寒天培地
（ａ）コロニー色：乳白色
（ｂ）コロニー形態：光沢なし、周縁部粗い
（２）Ｎｕｔｒｉｅｎｔゼラチン培地：液化
（３）リトマスミルク培地：酸生成、液化
（４）生育温度
（ａ）３０℃：＋
（ｂ）６０℃：−
Ｃ．生理学的性質
（１）グラム染色性：＋
（２）好気性嫌気性の区別
（ａ）好気性
（ｂ）嫌気性での生育：−
（３）硝酸塩の還元：＋
（４）ＭＲテスト：−
（５）ＶＰテスト：＋
（６）硫化水素の生成：−
（７）クエン酸の利用：−
（８）色素生成：−
（９）ウレアーゼ活性：＋
（１０）オキシダーゼ活性：−
（１１）カタラーゼ活性：＋
（１２）ＯＦテスト：グルコース非分解菌
（１３）「アピ５０ＣＨＢ」（商品名、シスメックス株式会社）による性状
（ａ）Ｌ−アラビノース：＋
（ｂ）Ｄ−キシロース：＋
（ｃ）Ｄ−グルコース：＋
（ｄ）Ｄ−マンノース：＋
（ｅ）Ｄ−フラクトース：＋
（ｆ）Ｄ−ガラクトース：−
（ｇ）マルトース：＋
（ｈ）スクロース：＋
（ｉ）ラクトース：＋
（ｊ）トレハロース：＋
（ｋ）Ｄ−ソルビトール：＋
（ｌ）Ｄ−マンニトール：＋
（ｍ）イノシトール：＋
（ｎ）グリセロール：＋
（ｏ）デンプン：−
Ｄ．１６ＳｒＤＮＡ配列
（１）配列情報：配列番号１
（２）分子系統解析：バチルス メチロトロフィカス（Bacillus methylotrophicus）に帰属

以下には、ＦＥＴ−０３７株の菌学的性質を示す。
Ａ．形態的性質
（１）細胞の大きさ：１．８×０．８μｍ
（２）細胞の形状：桿菌
（３）運動性の有無：＋
（４）胞子の有無：＋
Ｂ．培養的性質
（１）Ｎｕｔｒｉｅｎｔ寒天培地
（ａ）コロニー色：乳白色
（ｂ）コロニー形態：円形、光沢あり、周縁部粗い
（２）Ｎｕｔｒｉｅｎｔゼラチン培地：液化
（３）リトマスミルク培地：リトマス還元、液化
（４）生育温度
（ａ）３０℃：＋
（ｂ）６０℃：−
Ｃ．生理学的性質
（１）グラム染色性：＋
（２）好気性嫌気性の区別
（ａ）好気性
（ｂ）嫌気性での生育：−
（３）硝酸塩の還元：−
（４）ＭＲテスト：−
（５）ＶＰテスト：＋
（６）硫化水素の生成：−
（７）クエン酸の利用：−
（８）色素生成：−
（９）ウレアーゼ活性：＋
（１０）オキシダーゼ活性：−
（１１）カタラーゼ活性：＋
（１２）ＯＦテスト：グルコース発酵菌
（１３）「アピ５０ＣＨＢ」（商品名、シスメックス株式会社）による性状
（ａ）Ｌ−アラビノース：＋
（ｂ）Ｄ−キシロース：＋
（ｃ）Ｄ−グルコース：＋
（ｄ）Ｄ−マンノース：＋
（ｅ）Ｄ−フラクトース：＋
（ｆ）Ｄ−ガラクトース：−
（ｇ）マルトース：＋
（ｈ）スクロース：＋
（ｉ）ラクトース：−
（ｊ）トレハロース：＋
（ｋ）Ｄ−ソルビトール：＋
（ｌ）Ｄ−マンニトール：＋
（ｍ）イノシトール：＋
（ｎ）グリセロール：＋
（ｏ）デンプン：＋
Ｄ．１６ＳｒＤＮＡ配列
（１）配列情報：配列番号２
（２）分子系統解析：バチルス サブチルス（Bacillus subtilis)に近縁なＢａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ．に帰属

上記に説明した微生物は、一般にバチルス菌に慣用されている手段により、その培養、保存、菌体分離等を行うことができる。例えば、栄養培地を挙げれば、Ｎｕｔｒｉｅｎｔ培地（０．３％肉エキス、０．５％ペプトン）あるいはＬＢ培地（０．５％酵母エキス、１％ペプトン、１％塩化ナトリウム）などの培地により、その培養を行うことができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明による排水処理方法を実施するための生物処理装置の一例を示す概略構成図である。この生物処理装置は、排水を生物処理する生物処理槽１と、生物処理槽１への排水の流入を調整する流量調整槽２と、生物処理槽１の底部に散気装置３を備え、散気装置３にはブロア４からバルブ５を介して空気が供給され、生物処理槽１内で処理される排水をばっ気できるようになっている。また、活性剤供給槽６からはバルブ５ａを介してバチルス菌の活性を向上させる活性剤が排水に供給されるようになっている。更に、生物処理槽１内の水質を測定するため、水素イオン濃度計（ｐＨ計）７および酸化還元電位計（ＯＲＰ計）８を備えている。水素イオン濃度計（ｐＨ計）７および酸化還元電位計（ＯＲＰ計）８の測定値は制御部９の内部で演算され、適切なばっ気量になるようにブロア４やバルブ５を制御（ばっ気ＯＮ／ＯＦＦ、またはばっ気風量調整）したり、活性剤供給槽６から活性剤の供給を制御（供給ＯＮ／ＯＦＦ、または供給量調整）したりすることができるようになっている。生物処理槽１内で所定時間の処理を終えた排水は、固液分離のための沈殿槽（図示しない）に送られ、その固形部は余剰汚泥として廃棄処理されるか、または、生物処理槽１内に返送して活性汚泥として再利用される。また、その液部はそのまま、又は必要に応じて排水基準を満たす水質としたうえ、放流される。

本発明においては、この生物処理槽１内で、硝酸の還元性が＋、デンプンの分解性が−の性質を有するバチルス属に属する第１の微生物と、硝酸の還元性が−、デンプンの分解性が＋の性質を有するバチルス属に属する第２の微生物とを、優占化させる。「優占化」とは、生物処理槽１内で生息している生物相においてその数が優占的であることを意味する。優占的であるかどうかは、生物処理槽１内で生息している生物相をランダムに同定して、バチルス属に属する微生物がその他の生物種に対してどのくらいの割合で存在するかを求め、更に、そのバチルス菌のうち、上記の性質を有するバチルス菌がどのくらいの割合で含まれているかを、微生物の生理学的性質の試験などによって求め、知ることができる。そして具体的には、上記第１の微生物と、上記第２の微生物とを、それぞれ、生物処理槽１内の汚泥１ｍＬ中に菌数およそ１×１０^７個〜１×１０^１０個存在するようにする。

上記第１の微生物と、上記第２の微生物とを、それぞれ、生物処理槽１内で優占化させるための手段としては、特に制限されるものではないが、例えば、上記の性質を有するバチルス菌を、生物処理槽１に流入する前の排水に添加したり、生物処理槽１に流入した後の排水に添加したり、沈殿槽から返送される活性汚泥に添加したりする等して、その後バチルス菌が維持される処理条件を保つ方法が挙げられる。即ち、排水処理の初期の段階に上記微生物を添加することにより、生物処理槽１内で生息している生物相においてその数が優占的であることを確実にでき、その後常法の処理条件を保てば、処理期間中、上記の性質を有するバチルス菌が優占化している状態となる。あるいは、上記の性質を有するバチルス菌を優占化させた排水処理を行った後に得られる余剰汚泥には、そのバチルス菌の胞子等が多く含まれているので、これを新たに処理すべき排水に添加して、その後バチルス菌が維持される処理条件を保つ方法を採用してもよい。これら優占化のための手段は、従来の排水処理のシステムにも容易に組み込むことが可能である。

排水の処理条件としては、常法に準じて行なえばよく、典型的には、例えば生物処理槽１内の処理排水の活性汚泥の濃度（ＭＬＳＳ）を２０００ｍｇ／Ｌ〜２５００ｍｇ／Ｌの範囲に管理し、ｐＨを中性付近、すなわち６．５〜７の範囲に管理することが好ましい。また、嫌気性条件を好む傾向の微生物（脱窒菌、脱リン菌、脱窒性リン蓄積細菌等）の活性を利用するための処理と、好気性条件を好む傾向の微生物（硝化菌、酵母、大腸菌等）の活性を利用するための処理とを、生物処理槽１内で段階的、連続的又は間欠的に行なってもよい。この場合、排水中の窒素濃度、リン濃度などにもよるが、その嫌気条件での酸化還元電位を−１５０ｍＶ〜−２００ｍＶの範囲とし、その好気条件における溶存酸素量が２．０ｍｇ／Ｌ〜３．５ｍｇ／Ｌの範囲となるよう管理することが好ましい。例えば、図１に示す生物処理装置では、その散気装置３からの空気の供給を調整することにより行うことができる。ただし、生物処理槽１内で所定時間の処理を終えた排水中に、臭気成分であるアンモニアを残存させないために、硝化菌が作用する好気条件による処理を最終工程で行ない、生物処理槽１内での処理を終えることが好ましい。

本発明においては、バチルス菌が維持される処理条件を保つため、あるいはバチルス菌の活性を向上させるために、生物処理槽１内で処理すべき排水に活性剤を添加してもよい。例えば、図１に示す生物処理装置では、その活性剤供給槽６からの活性剤の供給を調整することにより行うことができる、活性剤としてはケイ酸を含むミネラルが挙げられ、具体的にはケイ酸塩、鉄塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、アルミニウム塩、チタン塩などが挙げられる。特に、例えばバチルス菌の増殖の観点から、生物処理槽１内で処理すべき排水中の有機物濃度が上昇した場合、バチルス菌の増殖を促進し処理性能を維持するため排水中の有機物濃度に応じた活性剤を添加することが好ましい。

図２は、本発明による排水処理方法を実施するための生物処理装置の他の例を示す概略構成図である。この生物処理装置は、生物処理槽１の底部に複数（図２において３つ）の散気装置３を備えている点において、図１に示した生物処理装置とは異なる。そして、散気装置３にはブロア４からバルブ５を介して空気が供給され、その散気量が、排水が供給される側（図２において左側、以下、「排水供給側」という。）から、排水が排出される側（図２において右側、以下、「排水排出側」という。）に向けて、徐々に多くなるように調整され、生物処理槽１内において嫌気領域と好気領域とが連続的に形成されるようになっている。また、散気装置３からの散気量の勾配及び／又は図示しない攪拌装置によって、生物処理槽１内の排水は排水供給側から、排水排出側に向けてゆっくり流れるようになっている。

したがって、生物処理槽１に流入した排水は、生物処理槽１内の嫌気領域においてまず嫌気条件に曝され、所定時間の後、生物処理槽１内の好気領域において、所定時間好気条件に曝されることとなる。これにより、嫌気性条件を好む傾向の微生物（脱窒菌、脱リン菌、脱窒性リン蓄積細菌等）の活性を利用するための処理と、好気性条件を好む傾向の微生物（硝化菌、、酵母、大腸菌等）の活性を利用するための処理とを、生物処理槽１内で効率よく行うことができる。

以下に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。

（比較例１）
図１に概略構成図を示して上述した生物処理装置を用い、その生物処理槽１（容量２Ｌ）に下水試料１Ｌを入れ、通常の活性汚泥を適用添加し、ばっ気しながら回分処理を１０日間行った。このとき、水素イオン濃度（ｐＨ）を中性付近、すなわち６．５から７になるように、ばっ気を制御（ＯＮ／ＯＦＦおよびばっ気風量）した。

（実施例１）
処理開始前の下水試料１Ｌに、ＦＥＴ−００８株とＦＥＴ−０３７株をそれぞれ菌数およそ１×１０^８個／ｍＬで添加した以外は、比較例１と同様にして、排水の処理を行った。

［評価］
処理開始０日、２日、４日、８日、１０日に、生物処理槽１内を均一に混ぜてその処理液を５０ｍL採取し、自然沈降（遠心）により固形物を採取してその乾燥重量を測定し、その値から生物処理槽の汚泥発生量を算出し、汚泥発生量積算値とした。その結果を図３に示す。

また、処理終了後の処理水（自然沈降により固形物を除いた液部）の全窒素濃度を、吸光光度法（ＪＩＳ Ｋ ０１０２ ４５．２）により測定し、処理開始前の排水の全窒素濃度と比較した。その結果を図４に示す。

図３に示されるように、ＦＥＴ−００８株とＦＥＴ−０３７株を用いた実施例１では、従来の処理法に供した比較例１に比べ、３３％の汚泥削減効果がみられた。また、図４に示されるように、従来の処理法に供した比較例１では窒素がほとんど除去されなかったのに対し、ＦＥＴ−００８株とＦＥＴ−０３７株を用いた実施例１では、処理開始前の排水の全窒素濃度２２ｍｇ／Ｌが処理後には１４ｍｇ／Ｌとなり、窒素除去率は３６％と高かった。

以上より、ＦＥＴ−００８株とＦＥＴ−０３７株を用いて排水を浄化することで、排水処理に伴う汚泥発生量を抑制しつつ、排水中の窒素を除去して、処理水の水質を向上させることができることが明らかとなった。

（試験例１）
ＦＥＴ−００８株とＦＥＴ−０３７株のデンプン分解活性を調べた。

そのため、ＦＥＴ−００８株又はＦＥＴ−０３７株をそれぞれＮｕｔｒｉｅｎｔ培地に接種し、３０℃で一晩培養した。このとき、バチルス菌の活性を向上させるミネラル分として「パワーアップＡ」（商品名、大成企業社）を２ｍｇ／ｍＬになるように培地に添加したものも、同様に培養した。培養液中に分泌されたデンプン分解活性を、ヨウ素デンプン反応による呈色反応により比較した。

具体的には、上記の培養液を孔径０．２μｍのフィルターでろ過し、そのろ液１ｍＬに０．５％水溶性デンプンを３ｍL加え、６０分後、ヨウ素溶液を滴下した。デンプンが残存していれば、ヨウ素デンプン反応特有の紫色を呈し、デンプンが分解されていれば変色しない。その呈色を５５０ｎｍの吸光度により測定した。

その結果、図５に示されるように、ＦＥＴ−０３７株では、ミネラル分の添加、非添加にかかわらず、加えたデンプンが消失し、デンプン分解活性が高いことが明らかとなった。それに比べてＦＥＴ−００８株では、ミネラル分の添加、非添加にかかわらず、加えたデンプンが残存し、デンプン分解活性が弱いことが明らかとなった。これらの結果は、上述した菌学的性質における、「アピ５０ＣＨＢ」（商品名、シスメックス株式会社）による「デンプン」についての性状とも符合していた。

（試験例２）
ＦＥＴ−００８株とＦＥＴ−０３７株のタンパク質分解活性を調べた。

具体的には、試験例１と同様にして調製した培養液のろ液を、蛍光タンパク質分解酵素アッセイキット（サーモフィッシャーサイエンティフィック社）に供し、培養液中に分泌されたタンパク質分解活性を測定した。このキットはタンパク質分解酵素の存在により蛍光強度が上昇するものであり、測定した蛍光強度を、菌体濃度を表す６００ｎｍの吸光度で除し、単位菌体濃度あたりのタンパク質分解酵素活性として比較した。

その結果、図６に示されるように、ミネラル分を添加しない場合には、ＦＥＴ−００８株とＦＥＴ−０３７株のいずれにおいても培養液中のタンパク質分解活性は検出下限未満であったが、ミネラル分を添加するとタンパク質分解活性が認められるようになった。その活性は、ＦＥＴ−００８株のほうがＦＥＴ−０３７株よりも高かった。

なお、確認として乳タンパク質で水に不溶性のカゼインを培養後の培養液に添加したところ、カゼインは溶解することが観察され、タンパク質分解酵素により低分子化されていることが示された。

上記試験例１と試験例２の結果より、ＦＥＴ−００８株とＦＥＴ−０３７株は、排水中の有機物の分解能、特にＦＥＴ−００８株はタンパク質の分解能に優れ、ＦＥＴ−０３７株は澱粉の分解能に優れ、これらのバチルス菌を用いることにより、排水の浄化とともに、汚泥発生量も削減できることが示された。

（試験例３）
ＦＥＴ−００８株とＦＥＴ−０３７株の窒素源の資化特性を調べた。

まず、ＦＥＴ−００８株又はＦＥＴ−０３７株をそれぞれＮｕｔｒｉｅｎｔ培地に植菌し、３０℃、一晩培養を行った。遠心分離により菌体を集め、リン酸緩衝生理食塩水で洗浄および再懸濁を行い、培地成分の持込みをなくした。

一方、枯草菌最小培地を改変し、窒素源としてアンモニア性窒素あるいは硝酸性窒素を添加した下記表１に示す組成の最小培地を調製した。

この最小培地に、上記菌体懸濁液を接種し、好気条件あるいは嫌気条件において、３０℃で５日間、振とう培養した。

培養後、菌の増殖をＯＤ６００を測定することで比較した。また、培地中の亜硝酸性窒素および硝酸性窒素の存在を、グリースロミイン亜硝酸検出試薬およびグリースロミイン硝酸検出試薬（和光純薬社）を用いて検出し、アンモニア性窒素の存在を、パックテスト（共立理化学研究所社）を用いて検出した。結果を、ＦＥＴ−００８株については図７及び表２に、ＦＥＴ−０３７株については図８及び表３に、それぞれ示す。

［ＦＥＴ−００８株の評価］
図７Ａ，Ｂに示されるように、ＦＥＴ−００８株を好気条件でアンモニア性窒素を窒素源として培養したときには、ミネラル分の添加、非添加にかかわらず、菌がアンモニア性窒素を資化して増殖した。一方、ＦＥＴ−００８株を嫌気条件で培養したときには、ミネラル分の添加、非添加にかかわらず、菌はアンモニア性窒素をほとんど資化できずに増殖しなかった。これは、アンモニア性窒素を窒素源とした系では細菌はアンモニアを同化し菌の分裂・生育を行っているが、ＦＥＴ−００８株では、そのアンモニア同化が酸素に強く依存していることを示していた。

これに対して、ＦＥＴ−００８株による硝酸性窒素の資化については、ミネラル分を添加しないと、嫌気条件では菌の若干の増殖が認められるものの、硝酸性窒素をほとんど資化できず、好気条件では菌は全く増殖しなかった。一方、ミネラル分を添加すると、好気条件、嫌気条件ともに、菌の増殖がみられた。これは、好気条件における硝酸還元反応も、嫌気条件における硝酸還元反応も、ともにミネラル分により活性化され、硝酸をアンモニアに還元したあと、アンモニア同化を行っていることを示していた。また、嫌気条件ではアンモニア同化反応にミネラル分のほか硝酸が必要であることが推測された。

表２は、培養後の培地中の窒素成分の残留状況を示した表である。

表２に示されるように、好気条件において、硝酸性窒素を窒素源とした系では亜硝酸とアンモニアの生成が確認された。これは、硝酸性窒素が亜硝酸を経由しアンモニアまで還元されていることを示している。また、嫌気条件ではミネラル分の添加により硝酸還元が強化されていることがわかる。

［ＦＥＴ−０３７株の評価］
図８Ａ，Ｂに示されるように、ＦＥＴ−０３７株を好気条件でアンモニア性窒素を窒素源として培養したときには、ミネラル分の添加、非添加にかかわらず、菌がアンモニア性窒素を資化して増殖した。一方、ＦＥＴ−０３７株を嫌気条件で培養したときには、ミネラル分の添加、非添加にかかわらず、菌はアンモニア性窒素をほとんど資化できずに増殖しなかった。これは、アンモニア性窒素を窒素源とした系では細菌はアンモニアを同化し菌の分裂・生育を行っているが、ＦＥＴ−０３７株では、そのアンモニア同化が酸素に強く依存していることを示していた。

これに対して、ＦＥＴ−０３７株による硝酸性窒素の資化については、ミネラル分を添加しないと、好気条件では菌の若干の増殖が認められるものの、硝酸性窒素をほとんど資化できず、嫌気条件では菌は全く増殖しなかった。一方、ミネラル分を添加すると、好気条件、嫌気条件ともに、菌の増殖がみられた。これは、好気条件における硝酸還元反応も、嫌気条件における硝酸還元反応も、ともにミネラル分により活性化され、硝酸をアンモニアに還元したあと、アンモニア同化を行っていることを示していた。また、嫌気条件ではアンモニア同化反応にミネラル分のほか硝酸が必要であることが推測された。

表３は、培養後の培地中の窒素成分の残留状況を示した表である。

表３に示されるように、好気条件において、硝酸性窒素を窒素源とした系では亜硝酸とアンモニアの生成が確認された。これは、硝酸性窒素が亜硝酸を経由しアンモニアまで還元されていることを示している。また、嫌気条件ではミネラル分の添加により硝酸還元が強化されていることがわかる。

１：生物処理槽
２： 流量調整槽
３：散気装置
４：ブロア
５、５ａ：バルブ
６：活性剤供給槽
７：水素イオン濃度計（ｐＨ計）
８：酸化還元電位計（ＯＲＰ計）
９：制御部

Claims (8)

1. 生物処理槽内で嫌気条件と好気条件とを設けて微生物により排水を浄化する排水処理方法であって、
   前記微生物が、バチルス メチロトロフィカス（Bacillus methylotrophicus）に属する第１の微生物と、バチルス サブチルス（Bacillus subtilis）に属する第２の微生物を含み、
   前記第１の微生物は、微生物の液体培養試験において、嫌気条件における硝酸性窒素の還元能が前記第２の微生物より高く、且つ、タンパク質分解能が前記第２の微生物より高いものであり、
   前記第２の微生物は、微生物の液体培養試験において、好気条件における硝酸性窒素の還元能が前記第１の微生物より高く、且つ、デンプン分解能が前記第１の微生物より高いものであり、
   活性剤としてケイ酸を含むミネラルを添加して、前記生物処理槽内で、前記第１の微生物と前記第２の微生物を優占化させて、前記排水を浄化することを特徴とする排水処理方法。
2. 前記第１の微生物と前記第２の微生物は、いずれも、微生物の液体培養試験において、好気条件におけるアンモニア性窒素を窒素源とした増殖能が嫌気条件における該アンモニア性窒素を窒素源とした増殖能より高いものである請求項１記載の排水処理方法。
3. 前記第１の微生物は、配列番号１の１６ＳｒＤＮＡ配列を有する微生物である請求項１又は２記載の排水処理方法。
4. 前記第２の微生物は、配列番号２の１６ＳｒＤＮＡ配列を有する微生物である請求項１〜３のいずれか１項に記載の排水処理方法。
5. 前記第１の微生物は、バチルス属に属するＢａｃｉｌｌｕｓ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｓ ＦＥＴ−００８株（受託番号：ＮＩＴＥ ＢＰ−１４２６）である請求項３記載の排水処理方法。
6. 前記第２の微生物は、バチルス属に属するＢａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ． ＦＥＴ−０３７株（受託番号：ＮＩＴＥ ＢＰ−１４２７）である請求項４記載の排水処理方法。
7. バチルス属に属するＢａｃｉｌｌｕｓ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｓ ＦＥＴ−００８株（受託番号：ＮＩＴＥ ＢＰ−１４２６）。
8. バチルス属に属するＢａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ． ＦＥＴ−０３７株（受託番号：ＮＩＴＥ ＢＰ−１４２７）。
   

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