JPH02207894A - 包括固定化微生物を用いる硝化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は下廃水や比較的汚染された河川水等のアンモニ
ア態窒素（ＮＨ４−Ｎ）を含む被処理水を、高分子ゲル
内に微生物を封じ込んでなる包括固定化微生物を用いて
硝化する方法に関する。

〈従来の技術〉 下水や工場廃水等の廃水、あるいは比較的汚染された河
川水等の水の中に含まれている有機物や無機の窒素化合
物等の汚染物質を生物学的に除去する方法の一つとして
、最近包括固定化微生物法が注目を集めている。

当該包括固定化微生物法は、前記汚染物質の除去に関与
する微生物を、当該微生物は透過しないが、水中に溶存
している汚染物質は透過する性質を有する、いわゆる高
分子ゲル内に封じ込んで固定化した包括固定化微生物を
利用して生物処理を行う方法であり、例えば当該固定化
微生物を固定床式あるいは流動床式のりアクタ内に充填
して被処理水の処理を行うものである。

当該方法においては、予め馴養した、目的微生物を比較
的多量に含む微生物を、高分子ゲル内に封じ込んで離脱
出来ない状態に固定化したものを用いて水処理を行うの
で、当該固定化された目的微生物は処理中においても系
外に離脱することがない、従って、当該方法はいわゆる
浮遊式の生物処理法では系内に多量に保持することの難
しい、増殖速度が遅くかつフロック形成力も弱い、例え
ば硝化菌を用いる水処理、すなわち廃水等の硝化処理に
特に適しており、このような場合にも処理系内に比較的
多量の硝化菌を保持することが出来、かつ処理後の包括
固定化微生物と処理水との分離が極めて容易となって効
率のよい硝化処理を行うことが出来るという利点を有す
る。

上記硝化菌等の微生物を包括固定するための高分子ゲル
材料としては、一般にポリビニルアルコール（ＰＶＡ）
、ポリアクリルアミド、光硬化性樹脂等の合成高分子、
あるいはアルギン酸ソーダ、Ｋ−カラギーナン等の天然
高分子が用いられる。

これらの高分子ゲル材料を用いて微生物を固定化する場
合には、ゲル化する前の高分子ゲル材料と、固定化すべ
き微生物とを混合した後、当該混合物を適当な方法でゲ
ル化して球状、角状等とした包括固定化微生物を作製し
ている。

例えば、高分子ゲル材料としてＰＶＡを用いる場合には
、ＰＶＡ溶液と微生物とを混合したものを適当な容器に
入れ、これを冷凍してゲル化し、その後共存水等の氷体
を融解し、残留するゲルを細断して包括固定化微生物を
作製（ＰＶＡ−冷凍法）したり、あるいはＰＶＡ溶液と
微生物との混合物をホウ酸溶液中に滴下することによっ
てゲル化して作製（ＰＶＡ−ホウ酸洗）する方法等が知
られている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明者等は上述のような利点を有する、包括固定化微
生物を用いる水処理方法、特に硝化菌を固定化してなる
包括固定化微生物を用いる硝化方法について多くの研究
を行ってきたが、その過程において当該方法には以下の
ような問題点が存在することを見出した。

すなわち、下水処理場等の活性汚泥処理装置から採取し
た、少量の硝化菌を含む活性汚泥微生物を例えば塩化ア
ンモニウムを主成分とする基質で馴養することによって
得た、要するに硝化菌として馴養した微生物を前述のよ
うな方法で固定化して包括固定化微生物を作製し、当該
包括固定化微生物を用いてＮＨ４−Ｎを含む水の硝化実
験を種々行ったところ、当該硝化方法においては、予め
硝化菌として馴養した微生物を用いたにもかかわらず、
処理開始後のいわゆる硝化反応の立ち上がりが包括固定
化した微生物量に比して予想外に悪く、従って所定の硝
化能力を発揮するようになるまでに相当の期間を要する
ことが判明した。

この理由については明らがでないが、例えば上記硝化菌
として馴養した微生物を高分子ゲル内に封じ込んで包括
固定化微生物を作製する過程において、当該微生物が何
らかの損傷を受け、そのために封じ込んだ微生物の一部
または大部分が活性の低下を来したり、あるいは死滅し
たりしていることが予想される。

いずれにしても、硝化菌として馴養した微生物のみを高
分子ゲル内に封じ込んでなる固定化微生物を用いて硝化
処理を行う上記従来の硝化方法において、処理開始後の
硝化反応の立ち上がりが予想外に悪いことは明らかであ
り、本発明はこのような従来法の問題点を解決し、従来
より立ち上がりのよい、従って短期間内に所定の硝化能
力を発揮させることの出来る包括固定化微生物を用いる
硝化方法を提供することを目的とするものである。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明者等は、上記問題点を解決すべく鋭意研究を重ね
た結果、以下に述べるような新規な現象を見出した。

すなわち、前述のようにして、予め硝化菌として馴養し
た、従って硝化菌を主体とした微生物のみを高分子ゲル
内に封じ込んでなる包括固定化微生物を用いて硝化処理
を行うよりも、硝化菌として馴養した微生物に、当該微
生物以外の他の微生物を混合した混合微生物を封じ込ん
で包括固定化微生物を作製し、当該包括固定化微生物を
用いて硝化処理を行う方が、硝化菌として馴養した微生
物の量が同じ場合には処理開始後の立ち上がりが速いこ
とを知見した。

本発明は当該知見に基づいてなされたものであり、その
要旨とするところは、硝化菌として馴養した微生物と、
当該微生物以外の他の微生物とを高分子ゲル材料で封じ
込んでなる包括固定化微生物を用いてアンモニア態窒素
を含む被処理水の硝化処理を行うことを特徴とするもの
である。

〈作用〉 以下に本発明をその実施態様の一例に基づいて詳細に説
明する。

本発明に用いる包括固定化微生物を、例えば前記ＰＶＡ
−冷凍法によって作製するには以下のようにして行う。

先ず硝化菌として馴養した微生物、すなわち硝化菌を主
体とした微生物と、当該微生物以外の他の微生物とを例
えば重量比でｌ：　（１〜２０）程度の比率で混合し、
硝化菌の含有率が比較的低い混合微生物を調整する。

ここで、上記硝化菌として馴養した微生物とは、例えば
下水処理場等の活性汚泥処理装置で用いられている、少
量の硝化菌を含む活性汚泥を種汚泥とし、当該汚泥を用
いて塩化アンモニウム等のＮＨ，−Ｎを主成分とする被
処理水の硝化処理を所定期間行うことによって得られる
微生物、あるいはＮＨ，−Ｎを主成分とする被処理水の
硝化処理を行っている実装置から得られる微生物を意味
する。

また、混合する他の微生物は硝化菌として馴養した微生
物以外のものであればいかなるものでもよいが、例えば
上記活性汚泥や脱窒菌等の、水処理に通常使用されてい
る微生物を用いるとよく、これらの微生物を予め馴養し
て用いても、また実装置で使用されている微生物を採取
してそのまま用いてもよい、また、当該他の微生物は、
その活性の有無にかかわらず使用することが出来、例え
既に死滅しているものであってもよい。

次いで、上述のようにして調整した混合微生物を常法に
よってＰＶＡゲル内に封じ込む。すなわち、当該混合物
を例えば重合度が５００〜３．０００でケン化度が７０
％以上であるＰＶＡの１０〜３０％（重量）水溶液と混
合し、更にこれを適当な容器の中に入れて一２０℃ある
いはそれ以下の温度でゲル化させ、その後共存水等の氷
体を室温で融解することにより、硝化菌の含有率が比較
的低い混合微生物を封じ込んだ、本発明に用いる包括固
定化微生物の塊を得る。

なお、上述の説明では硝化菌として馴養した微生物と他
の微生物との混合を最初に行い、次いで混合微生物をＰ
ＶＡ水溶液と混合するようにしたが、例えばこれら３者
を同時に混合してもよ（、混合順序については特に限定
されない。

次いで、得られた包括固定化微生物の塊を水洗した後、
これを例えば３ｆｉ角程度の立方体に細断等によって成
形する。

以上のようにして作製した包括固定化微生物を、例えば
第１図に示したような流動床式リアクタ内に充填し、当
該リアクタを用いて従来と同様にしてＮＨ４−Ｎを含む
被処理水の硝化処理を行う。

すなわち、３鶴角程度の立方体に成形した上記包括固定
化微生物１を入れたりアクタ２内に、ＮＨａ−Ｎを含む
被処理水３を連続的に流入させ、それと同時にリアクタ
２の底部に付設した散気装置４を介して空気５を導入す
る。

当該空気５の導入による曝気によって包括固定化微生物
１を流動化させるとともに硝化反応に必要な酸素をリア
クタ２内に供給する。このような曝気により、被処理水
３中に含まれているＮＨａ−Ｎを包括固定化微生物ｌ内
に封じ込められている硝化菌の作用によって硝酸態窒素
に硝化することが出来、ＮＨ，−Ｎを除去された処理水
６をリアクタ２上部からオーバーフローによって得るこ
とが出来る。

なお、第１図において符号７は包括固定化微生物ｌが処
理水６とともにリアクタ２外にオーバーフローするのを
防止するための邪魔板を示している。

この際、本発明においては処理開始後の硝化反応の立ち
上がりが、従来法、すなわち硝化菌として馴養した微生
物のみを高分子ゲル内に封じ込んでなる包括固定化微生
物を用いる方法に比べて、封じ込んだ当該微生物の量が
同じ場合には著しく良好となる。この理由については明
らかでないが、本発明によってこのような効果が得られ
ることは、後述の実施例に示す如く確実である。

なお、上述の実施態様では、高分子ゲル材料としてＰＶ
Ａを用い、かつ当該ＰＶＡを冷凍法によってゲル化させ
る場合の例について説明したが、本発明はＰＶＡ−ホウ
酸性あるいは高分子ゲル材料としてポリアクリルアミド
、光硬化性樹脂等の従来公知の高分子ゲル材料を用いる
場合にいずれも効果的に適用し得る。

〈実施例〉 以下に本発明の詳細な説明する。

叉旌桝二上 塩化アンモニウムを主成分とする基質を用いて硝化菌と
して馴養した微生物の懸濁液を遠心濃縮してＭＬＳＳ濃
度４．０００■／１の濃厚懸濁液を得、当該濃厚懸濁液
の１０ｍＪ（総ＭＬＳＳ重量４００ｇｇｇ）と、脱窒菌
として馴養した微生物を遠心濃縮して得た、ＭＬＳＳ濃
度１００．０００喀／ｌの濃厚懸濁液の６０ｍＪ！（総
ＭＬＳＳ！Ｉ！６．０００■）とを混合して（混合比は
ＭＬＳＳ重量比で１：１５となる）、硝化菌含有率の比
較的低い混合微生物を調整した。なお、上記脱窒菌とし
て馴養した微生物とは、硝酸ナトリウムとメタノールを
主成分とする基質を用いて馴養した微生物であって、硝
化能力を有する微生物が全く含まれていないことを予め
確認した。

得られた混合微生物を、平均重合度１．７００〜２．４
００、ケン化度１００％（７）ＰＶＡ１７）２０％水溶
液７９ｍ＃と混合し、混合液を容器内に入れて一５０℃
で２４時間冷凍してゲル化させ、その後室温で融解して
本発明に用いる包括固定化微生物の塊を得た０次いで当
該包括固定化微生物の塊を水道水でよく水洗した後、３
１ｍ角の立方体に細断した。

このようにして作製した包括固定化微生物の全量を、第
１図に示したような小型流動床式リアクタ内に充填し、
当該リアクタを用いてＮＨ４−Ｎを５０■／１含み、他
にＰ　０４−　Ｐを１■／１およびＮ　ａ　ＨＣＯ３６
００喀／ｌ含む合成水の連続硝化処理を行った。

当該処理によって得られる処理水中の残留Ｎ　Ｈａ−Ｎ
ｉ２度を適宜測定してその時のりアクタ単位容積光たり
の硝化速度（ｋｇ−Ｎ　Ｈａ　　Ｎ　／　ｎ？・日、す
なわちＮＨａ−Ｎの除去速度）を求めた。この時の硝化
速度と経過日数との関係を第２図に示す。

比較例として、硝化菌として馴養した微生物の前記濃厚
懸濁液１０ｍｊ！と、脱窒菌として馴養した微生物の前
記濃厚懸濁液の代わりに水道水６０ｍｆとを混合したも
のを、ＰＶＡｆＪ液と混合する以外は実施例−１と全く
同様にして硝化菌として馴養した微生物のみを封じ込ん
だ包括固定化微生物を作製し、当該固定化微生物を用い
て実施例−１と同様の硝化実験を行った。この時の硝化
速度と経過日数との関係を同じく第２図に示す。

叉侮舅二ｌ 実施例＝１で用いたと同じ、脱窒菌として馴養した微生
物の濃厚懸濁液６０ｍｊ！を、オートクレーブ内で１０
５℃、２０分間加熱処理して微生物を死滅させた後、当
該死滅した微生物の全量と、実施例−１と同じ硝化菌と
して馴養した微生物の濃厚懸濁液ＩＱｍＪとを混合して
混合微生物を調整し、以後は実施例−１と全く同様にし
て本発明に用いる包括固定化微生物を作製した。当該包
括固定化微生物を用いて実施例−１と同様の硝化実験を
行い、この時の硝化速度と経過日数との関係を調べた。

結果を前記第２図に示す。

第２図に示した如く、実施例−１、実施例−２および比
較例の場合とも、全く同じ量の硝化菌として馴養した微
生物を固定化した包括固定化微生物を使用して硝化処理
を行ったにもかかわらず、両実施例における硝化速度と
比較例におけるそれとは処理開始当初から明らかに異な
っている。すなわち、従来法である比較例の場合には処
理開始後約１０８目まで０．１　ｋｇ−Ｎ　Ｈａ　　Ｎ
　／　ｒｄ・日収下という極めて低い硝化速度しか得ら
れず、その後徐々に硝化速度が増大するものの、２５日
経過後においても約０．４　ｋｇ−Ｎ　Ｈａ　　Ｎ／　
ｒｄ・日の硝化速度しか得られない。

これに対して本発明の硝化方法である実施例−１および
実施例−２の場合には、処理開始当初から比較例の場合
より高い硝化速度が得られ、その後も経過日数に応じて
ほぼ直線的に硝化速度が増大して２５日経過後には、実
施例−１の場合は約１、３　ｋｇ　・Ｎ　Ｈａ−Ｎ／　
ｒｒｒ　・日、実施例　２の場合は約１．５　ｋｇ−Ｎ
　Ｈａ　−Ｎ　／　ｃｄ・日という、比較例に比べて著
しく高い硝化速度が得られる。

〈効果〉 本発明方法によれば、硝化菌として馴養した微生物と、
当該微生物以外の他の微生物とを同じ高分子ゲル内に封
じ込んだ包括固定化微生物を用いて硝化処理を行うとい
う今までにない新規な方法によって、硝化菌として馴養
した微生物のみを同じ量だけ封じ込んだ包括固定化微生
物を用いる従来の方法に比べて、硝化反応の立ち上がり
を著しく速めることが出来る。

従って、増殖速度が遅く、かつフロック形成力も弱く、
馴養に非常な手数と時間のかかる硝化菌として馴養した
微生物の包括固定量を従来より少なくして従来と同等の
硝化能力を得ることが出来、かつ当該微生物と共に包括
固定する他の微生物としては活性汚泥や脱窒菌等の増殖
速度の速い、大量入手の容易な微生物を用いればよいの
で硝化処理に必要な量の包括固定化微生物を従来より簡
単に得ることが出来、本発明の実用的価値は極めて大で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用する流動床式リアクタの一例を示
すフロー説明図であり、第２図は実施例−１、実施例−
２および比較例における経過日数と硝化速度との関係を
示すグラフであって、横軸に経過日数、縦軸に硝化速度
を示す。 １・・・包括固定化微生物　　２・・・リアクタ３・・
・被処理水　　　　　　４・・・散気装置５・・・空気
　　　　　　　　６・・・処理水７・・・邪魔板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 硝化菌として馴養した微生物と、当該微生物以外の他の
   微生物とを高分子ゲル材料で封じ込んでなる包括固定化
   微生物を用いて、アンモニア態窒素を含む被処理水の硝
   化処理を行うことを特徴とする包括固定化微生物を用い
   る硝化方法。