JP6941347B2 - 微生物の培養方法並びに廃水処理方法及び装置 - Google Patents
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Description
本発明の実施の形態の微生物の培養方法は、脱窒菌が生息する環境の微生物を硝酸と尿素とが存在する培養液で培養することを特徴とする。
・集積培養槽…1.1L(スターラ攪拌機付き)
・活性汚泥濃度(MLSS)…集積培養槽に活性汚泥2460mg/Lを200mL投入
・硝酸及び尿素を含有する合成廃水(培養液)の組成…表1の通り
微生物の保持方法…集積培養槽に不織布(パシフィック技研製、BF−T100P)を充填率40体積%で充填して微生物を集積培養槽内に保持
そして、集積培養槽内の硝酸負荷を0.2(kg-N/m3/日)から0.4(kg-N/m3/日)まで3か月かけて徐々に上げていき、脱窒活性を増大させることによって脱窒菌を集積培養した。
3か月集積培養した後の集積培養汚泥の性状は次の通りであった。
nirS遺伝子 7.34×108(コピー/g−SS)
nirK遺伝子 1.18×107(コピー/g−SS)
MPN法による脱窒菌の計測値 2.08×108(MPN/g−SS)
リアルタイムPCR解析の具体的手法は以下の通りである。
(集積培養汚泥を用いた脱窒回分試験)
次に、集積培養汚泥の脱窒活性を調べるため、3か月集積培養した集積培養汚泥を用いて硝酸の脱窒回分試験を実施し、脱窒速度を測定した。脱窒回分試験は硝酸を含有(尿素なし)する表2の合成廃水を用い、尿素を添加(500mg/L)した場合と添加しない場合の2通りで行った。
ここで、Dn:脱窒速度(kg-N/m3/日)
C0:原水の硝酸性窒素(mg/L)
C1:処理水の硝酸性窒素(mg/L)
t:滞留時間(回分試験では反応時間)
また、硝酸負荷(Lv)等の負荷の算出方法は以下の通りである。
ここで、Lv:負荷、集積負荷、硝酸負荷(kg-N/m3/日)
C0:原水の硝酸性窒素(mg/L)
Rt:滞留時間(h)
脱窒回分試験は図1に示す試験装置10を用いた。試験装置10は、集積培養汚泥が投入された試験槽12と、試験槽12に合成廃水を供給する供給パイプ11と、処理水を排出する排出パイプ13と、試験槽12に尿素を添加する尿素添加手段16と、で構成され、供給パイプ11に廃水供給手段14(ポンプ)が設けられる。
馴養培養汚泥の性状は次の通りであった。
nirS遺伝子 4.56×1010(コピー/g−SS)
nirK遺伝子 8.67×108(コピー/g−SS)
MNP法による脱窒菌の計測値 1.57×1010(MPN/g−SS)
上記した集積培養汚泥と馴養培養汚泥との対比から分かるように、馴養培養汚泥は集積培養汚泥に比べてnirS遺伝子が大きく増加した。即ち、馴養培養汚泥は、脱窒関連遺伝子であるnirS遺伝子とnirK遺伝子のうち、特にnirS遺伝子のコピー数が7.34×108(コピー/g−SS)から4.56×1010(コピー/g−SS)に2桁増加した。
そこで、馴養培養汚泥を用いて、新規な脱窒反応における尿素の影響を調べる連続処理試験を行った。
試験結果を表5に示す。
図5は、本発明の第1の実施の形態の廃水処理方法に使用する廃水処理装置のフローを示す図である。
本発明の第2の実施の形態の廃水処理方法は、上記した第1の実施の形態の廃水処理方法の各構成に加えて、第1の脱窒工程で発生した余剰汚泥を第2の脱窒工程に送泥する送泥工程を備えるようにしたものである。
図7は、図5の廃水処理装置20の装置フローに基づいて実際に組み立てたラボ試験用の廃水処理装置を示す。
連続廃水処理は、乳製品の製造ラインで用いられる洗浄剤(T−N50000mg/L)を10倍希釈して、T−N5000mg/L(硝酸態窒素2000mg/L、尿素態窒素300mg/L)とした。この希釈水にNa2HPO4・12H2Oを1500mg/L添加して廃水処理を行う原水とした。原水中に尿素が含有されているため、第1の脱窒槽22での尿素の添加は行わなかった。
原水及び各槽22〜28におけるトータル窒素濃度(T−N)mg/Lの経日変化を図8に示す。
脱窒菌は試験槽(リアクター)での保持が比較的難しく、何らかの手段で固定化保持することが好ましい。菌の固定化には、付着固定化法と包括固定化法の2種類の方法を用いることができる。付着固定化法は、固定化材料に微生物を付着させる方法で、固定化材料としては球状や筒状などの担体、紐状材料、ゲル状担体、不織布材料など凹凸の多い材料が微生物を付着し易く、特殊脱窒菌群を高濃度に保持できる。包括固定化法は、菌と固定化材料(モノマー、プレポリマ)を混合し、重合することによりゲルの内部に菌を包括固定化する方法である。モノマー材料としては、アクリルアミド、メチレンビスアクリルアミド、トリアクリルフォルマールなどがよい。プレポリマ材料としては、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールメタアクリレートなどが良く、これらの誘導体を使用することもできる。包括固定化法によって製造された包括固定化微生物担体の形状は、球状、筒状などの包括担体、紐状包括担体、不織布状など凹凸が多い包括担体が脱窒菌を高濃度に保持できる。
・ポリエチレングリコールジアクリレート 10質量部
・NNN´N´テトラメチルエチレンジアミン 0.5質量部
・水 74.25質量部
上記組成の懸濁液に過硫酸カリウム0.25部添加すると重合が始まり、ゲル化する。このゲルを3mm角に切断したものを包括固定化微生物担体とした。
・カラム容積 498mL
・包括固定化微生物担体の充填率 40体積%
・処理温度(水温) 23〜27℃
・カラム槽内のpH 6.4〜8.0(pH制御はしなかった)
(試験結果)
試験結果を図11に示す。
本発明者は、nirS遺伝子を優占し新規な脱窒反応を行う新規な脱窒菌について純粋分離を試みたが、純粋分離が極めて難しく未だ成功していない。また、この新規な脱窒反応が単一菌による反応か、複合菌による反応かも分かっていない。
Claims (12)
- 下水処理場の活性汚泥、湖底の汚泥、及び土壌の何れかに生息する微生物を、硝酸と尿素とが存在する培養液で培養し、前記培養液に含有される脱窒菌の中のnirS遺伝子に対するnirK遺伝子のコピー数の比を10以下とすることを特徴とする微生物の培養方法。
- 前記培養液は前記硝酸の硝酸態窒素に対する前記尿素の尿素態窒素の比が2〜5の範囲である請求項1に記載の微生物の培養方法。
- 硝酸含有廃水を処理する廃水処理方法において、
硝酸含有廃水を、請求項1又は2の微生物の培養方法で培養された培養汚泥を用いて脱窒処理することを特徴とする廃水処理方法。 - 前記硝酸含有廃水に尿素を定期的に添加する請求項3に記載の廃水処理方法。
- 硝酸含有廃水を処理する廃水処理方法において、
前記硝酸含有廃水を、下水処理場の活性汚泥、湖底の汚泥、及び土壌の何れかに生息する微生物を用いて尿素が存在する条件下、nirS遺伝子に対するnirK遺伝子のコピー数の比が10以下である脱窒菌で脱窒処理することを特徴とする廃水処理方法。 - 請求項3から5の何れか1の廃水処理方法で硝酸含有廃水を脱窒処理する第1の脱窒工程と、
前記第1の脱窒工程で処理された1次脱窒処理水を硝化処理する硝化工程と、
前記硝化工程で処理された硝化処理水を、メタノールを栄養源とする従属脱窒菌で脱窒処理する第2の脱窒工程と、
前記第2の脱窒工程で処理された2次脱窒処理水をエアで再曝気する再曝気工程と、を備えたことを特徴とする廃水処理方法。 - 前記第1の脱窒工程で発生した余剰汚泥を前記第2の脱窒工程に送泥する送泥工程を有する請求項6に記載の廃水処理方法。
- 硝酸含有廃水を処理する廃水処理装置において、
硝酸含有廃水を、請求項1又は2の微生物の培養方法で培養された培養汚泥を用いて脱窒処理する脱窒槽を有することを特徴とする廃水処理装置。 - 前記硝酸含有廃水に尿素を定期的に添加する尿素添加手段を有する請求項8に記載の廃水処理装置。
- 硝酸含有廃水を処理する廃水処理装置において、
前記硝酸含有廃水を、下水処理場の活性汚泥、湖底の汚泥、及び土壌の何れかに生息する微生物を用いて尿素が存在する条件下、nirS遺伝子に対するnirK遺伝子のコピー数の比が10以下である脱窒菌で脱窒処理する脱窒槽を有することを特徴とする廃水処理装置。 - 請求項8から10の何れか1の廃水処理装置の脱窒槽である第1の脱窒槽と、
前記第1の脱窒槽で処理された1次脱窒処理水を硝化処理する硝化槽と、
前記硝化槽で処理された硝化処理水を、メタノールを栄養源とする従属脱窒菌で脱窒処理する第2の脱窒槽と、
前記第2の脱窒槽で処理された2次脱窒処理水をエアで再曝気する再曝気槽と、を備えたことを特徴とする廃水処理装置。 - 前記第1の脱窒槽で発生した余剰汚泥を前記第2の脱窒槽に送泥する送泥ラインを有する請求項11に記載の廃水処理装置。
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