JP7345079B1 - 混合微生物及び廃水処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
アナモックス反応とは、アナモックス菌の作用により、アンモニア性窒素や亜硝酸性窒素を、窒素ガスに変換する反応である。
前記混合微生物が、アナモックス菌を少なくとも含み、
前記アナモックス菌が、Candidatus Scalindua属のKAS-01である、
混合微生物。
本発明の混合微生物は、所定の新規アナモックス菌、すなわちCandidatus Scalindua属の「KAS-01」を少なくとも含む。
本発明において「混合微生物」とは、複数種類の微生物の集合体を包含する。本発明の混合微生物を構成する微生物のうち1種は、「KAS-01」である。
本発明において「アナモックス菌」とは、嫌気性の独立栄養細菌であり、曝気や炭素源等の添加を要さずに増殖することができる。
ただし、アナモックス菌は、単一の菌としては未だ単離されていない。
しかし、16SrRNA遺伝子の解析等により、アナモックス菌として複数種類が存在することが知られている。本発明における「KAS-01」も、そのようなアナモックス菌の一例である。
NH4 ++NO2 -→N2+NO3 -+H2O
「KAS-01」とは、本発明者らによって命名された、Candidatus Scalindua属の新規なアナモックス菌である。
しかし、「KAS-01」を含む混合微生物は、「それぞれの組成の説明及びそれらの存在を確認する少なくとも一の方法の説明が寄託申請書に記載されていない混合微生物」であること、及び、特許微生物寄託センターで「受託可能な生物種の範囲外」であることを理由に、2022年1月4日付で受託を拒否された。
そこで、本出願人は、「KAS-01」を含む混合微生物の株を、鹿島建設株式会社技術研究所(日本国東京都調布市飛田給2-19-1)内において自己寄託し、維持及び保存している。本出願人は、日本国特許法施行規則第27条の3各号に該当する場合、各法令の遵守を条件に、「KAS-01」を含む混合微生物を第三者に分譲することを保証する。
本発明において、「配列番号3に記載の塩基配列と同一の塩基配列を含む」とは、好ましくは、配列番号3に記載の塩基配列と実質的に同一である塩基配列を含むか、又は、完全に同一である塩基配列を全て含むことを包含し、より好ましくは、配列番号3に記載の塩基配列と完全に同一である塩基配列を全て含むことを包含する。
例えば、配列番号1及び2のプライマー対を用いて、対象微生物の16SrRNA遺伝子の所定領域を増幅し、該増幅領域の塩基配列について、配列番号3に記載の塩基配列との相同性を解析することによって特定できる。該相同性が、99.5%以上であれば、該微生物は「KAS-01」であると判断できる。
本発明の混合微生物の培養条件としては、アナモックス菌が生育及び増殖できる条件であれば特に限定されない。得られた培養物は、本発明の混合微生物として適宜利用できる。
なお、アナモックス菌は独立栄養性であるので、培地へ炭素源等を添加せずとも廃水処理を進行することができる。
また、培養培地は、曝気等によって、アンモニア酸化細菌の作用によってアンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に変換してから培養に供してもよい。
本発明の混合微生物は、従来知られるアナモックス菌と同様に使用することで、廃水中の窒素除去に利用できる。
本発明において「廃水」とは、窒素を除去しようとする任意の処理対象を包含し、例えば、窒素(アンモニア態窒素、亜硝酸態窒素等)、塩、有機物等を含み得る。
廃水は、工場、農場、家庭等から排出された水であり得る。
廃水は、廃水処理(活性汚泥法処理、嫌気性処理)等を施されたものであってもよく、未処理の廃水であってもよい。
なお、アナモックス菌は独立栄養性であるので、廃水へ炭素源等を添加せずとも廃水処理を進行することができる。
また、廃水は、曝気等によって、アンモニア酸化細菌の作用によってアンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に変換してから、本発明の混合微生物による処理に供してもよい。
他方で、本発明者らは、このようなアナモックス菌が、塩濃度が高い廃水においては充分に窒素除去できない可能性があることを見出した。
しかし、本発明の混合微生物によれば、塩濃度が低い廃水だけではなく、塩濃度が高い廃水においても、良好に窒素除去することができることがわかった。
したがって、本発明の混合微生物によれば、幅広い塩濃度の廃水における窒素除去が可能となる。
窒素除去速度や窒素除去率は、実施例に示した方法で特定できる。
廃水中の塩濃度は、電気伝導度に基づき特定できる。
このような廃水は、従来使用されてきたアナモックス菌によっては、充分に窒素除去できない可能性があるものである。
したがって、本発明は、アナモックス菌を用いた廃水処理技術の適用範囲の拡大を実現し得る点でも意義がある。
本発明の混合微生物を用いた廃水処理方法としては、特に限定されず、アナモックス菌を用いた従来知られる方法を採用できる。
窒素除去槽において、本発明の混合微生物と、廃水とを接触させることで、アナモックス菌による窒素除去が進行する。
このような構成として、2つの反応を別個の培養槽内で行う「二槽式」、及び同一の培養槽内で行う「一槽式」の各システムが知られる。
本発明の混合微生物は、これらのいずれのシステムにおいても適用できる。
充分量のアナモックス汚泥を投入することで、窒素除去槽の定着を早め、早期(例えば、本発明の混合微生物の投入から1~4ヶ月)に処理系を立ち上げることができる。
以下の方法に基づき、アナモックス菌の集積培養を行い、アナモックス菌含有混合微生物を取得した。
塩分を含む環境(海洋等)から、以下の互いに異なる4種の試料を種汚泥として取得した。各試料の浮遊物量(SS濃度)は、1000mg/Lに調整した。
(試料KAS-01)水族館の濾過槽から採取した汚泥
(試料A)水族館の濾過槽から採取した汚泥
(試料B)海底から採泥器で採取した汚泥
(試料C)河川へ潜水したダイバーが採取した汚泥
(試料D)河川へ潜水したダイバーが採取した汚泥
集積用リアクタ(窒素除去槽や培養槽に相当する。)を作製し、該リアクタに培養培地を供給しながら、各種汚泥の集積培養を行った。なお、本例で使用した集積用リアクタは、一槽式の処理システムに相当する。
培養培地中の塩濃度は3質量%に調整した。
なお、図中、「P」はポンプを意味し、「pH」はpH計を意味する。
集積用リアクタ内に、各試料(30mL)を投入し、培養培地を300mL/dayで供給しながら、アナモックス菌を馴致した。
ただし、培養状況等に応じて、培地供給量及び窒素濃度を適宜変更した。
また、培養中、集積用リアクタ内のpHは、1% NaOH水溶液により、7.7±0.1に調整した。
上記試験1で得られた各混合微生物について、以下の方法に基づき窒素除去性能を評価した。
培養期間中、集積用リアクタへ供給される培地の流入液、及び集積用リアクタからの流出液について、イオン交換クロマトグラフィーを用いて、各種塩(アンモニウム塩、亜硝酸塩、及び硝酸塩)の濃度を測定した。
次いで、該測定結果に基づき、窒素除去率及び窒素除去速度を以下の式に基づき算出した。その結果を図2及び3に示す。
窒素除去率(%)=(1-流出液の窒素濃度/流入液の窒素濃度)×100
窒素除去速度(kg-N/m3/day)=流入液の窒素濃度×1日の流入量/リアクタ有効容積×窒素除去率/100
「KAS-01」については、実験開始当初(集積日数=0日)では、流入窒素負荷が0.06kg-N/m3/dayだったが、230日にわたって段階的に5.71kg-N/m3/dayまで上昇させた。
上記試験1で得られた混合微生物「KAS-01」について、以下の方法に基づき遺伝子解析を行った。
得られたペレットに、「Lysis Solution F」(ニッポンジーン社製)を添加した後、「Shake Master Neo」(bms社製)を用いて、1,500rpmで2分間粉砕した。
粉砕したサンプルを、65℃で10分間静置した後、12,000×gで1分間遠心分離し、上清を分取した。
次いで、「MPure 12 システム」及び「MPure Bacterial DNA Extraction Kit」(いずれもMP Bio社製)を用いて、分取した上清からDNAを精製した。
次いで、該DNAについて、「Guppy」(Ver 4.0.11+f1071ce)を用いて、16SrRNA遺伝子の部分配列を取得した(配列番号3)。
上記試験3で取得した混合微生物「KAS-01」の遺伝子情報に基づき、他のアナモックス菌との相同性解析を行った。
上記試験1で得られた混合微生物のうち、「KAS-01」及び「A」について、以下の方法に基づき、塩濃度による影響を評価した。
培地中の塩濃度は、人工海水を用いて、最終塩濃度を0.5~9質量%の各段階に調整した。
バイアル瓶を密封後、アルゴンガスで5分間脱気した。
次いで、バイアル瓶内に、各混合微生物(20mL)を添加した。
各混合微生物を添加後、25℃で、4日間培養を行った。
なお、各バイアルで3反復実験を行った。その結果を図5に示す。
窒素除去速度(mg-N/mg cell/day)=(前日の窒素濃度-当日の窒素濃度)/乾燥菌体濃度の最大値
これに対し、「A」は、いずれの塩濃度においても、「KAS-01」と比較して著しく低い窒素除去性能しか示さなかった。
Claims (3)
- 混合微生物であって、
前記混合微生物が、アナモックス菌を少なくとも含み、
前記アナモックス菌が、Candidatus Scalindua属のKAS-01である、
混合微生物。 - 前記KAS-01の16SrRNA遺伝子が、配列番号3に記載の塩基配列と同一の塩基配列を含む、請求項1に記載の混合微生物。
- 請求項1又は請求項2に記載の混合微生物と、塩濃度が1質量%以上である廃水と、を接触させる工程を含む、廃水処理方法。
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JP2022099726 | 2022-06-21 | ||
JP2022099726 | 2022-06-21 | ||
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JP2010046592A (ja) | 2008-08-20 | 2010-03-04 | Kanto Natural Gas Development Co Ltd | 地下かん水に含まれるアンモニアの処理方法 |
CN111170450A (zh) | 2020-01-14 | 2020-05-19 | 杭州师范大学 | 一种耐盐性厌氧氨氧化污泥的脉冲式驯化方法 |
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- 2023-01-25 JP JP2023533760A patent/JP7345079B1/ja active Active
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