JPH0889992A - Method for purifying water area - Google Patents

Method for purifying water area

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JPH0889992A
JPH0889992A JP25609794A JP25609794A JPH0889992A JP H0889992 A JPH0889992 A JP H0889992A JP 25609794 A JP25609794 A JP 25609794A JP 25609794 A JP25609794 A JP 25609794A JP H0889992 A JPH0889992 A JP H0889992A
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JP
Japan
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hydrogen
water
sludge
fermentation
bacteria
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JP25609794A
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Japanese (ja)
Inventor
Taisuke Toya
泰典 遠矢
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Ebara Corp
Ebara Research Co Ltd
Original Assignee
Ebara Corp
Ebara Research Co Ltd
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Publication date
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  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)

Abstract

PURPOSE: To provide a method for purifying a water area capable of treating the water contg. bottom sludge of a water area and a large amt. of nitrate in linkage and capable of reducing and removing the nitrate in water with high efficiency. CONSTITUTION: This method for purifying a water area having sludge consists of a stage 5 to separate the sludge 2, a stage for hydrogen-fermenting the separated sludge under slightly anaerobic and/or reduced pressure conditions to form hydrogen and carbon dioxide 11 and a stage 13 for introducing the formed hydrogen and carbon dioxide 7 into the water area or the water 14 contg. nitrate, converting the nitrate into gaseous nitrogen by hydrogen-assimilating bacteria to denitrify the water. Heterotrophic hydrogen producing bacteria are concentratedly cultured or a photosynthesis microorganism with a sulfide as the electron donor is concentratedly cultured in the fermentation stage.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ヘドロを有する水域の
浄化方法に係り、例えば、し尿処理場、家庭用のし尿浄
化槽、家畜ふん尿或いは各種の食品工場排水等によって
汚染された水源池等の水域を総合的に浄化する方法、特
に水中の窒素分を効果的に除去する方法に関する。ま
た、底泥ヘドロ中には前記の発生源に由来する窒素は当
然として、水源池に流入したリン酸の80%以上が金属
イオンと結合して不溶性、不活性なリン酸塩として濃厚
に存在している。本発明は、このリン酸を回収し、肥
料、その他の目的に有効に利用する技術をも包含する方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for purifying water containing sludge, such as a human waste treatment plant, a domestic human waste septic tank, livestock excrement or a water source pond contaminated by various food factory wastewater. The present invention relates to a method for comprehensively purifying water bodies, and particularly to a method for effectively removing nitrogen content in water. In addition, naturally, nitrogen derived from the above sources is present in the sludge sludge, and 80% or more of the phosphoric acid that has flowed into the water source pond is bound to metal ions and is insoluble and present in a rich concentration as inactive phosphate. are doing. The present invention relates to a method including a technique of recovering this phosphoric acid and effectively utilizing it for fertilizer and other purposes.

【0002】[0002]

【従来の技術】水は我々生物の生命を維持するために必
須の物質であり、現在の浄水システムは、その水源を主
としてダム貯水池に依存し、ダム貯水池から直接的或い
は間接的に取水し、浄水場で水道水の水質基準値に合致
するレベルまで浄化してユース・ポイントに送水してい
る。然し、ここ20年来、ダム貯水池等周辺における産
業の発展、畜産企業の専業化、大規模化、さらには近代
農業での多収穫を企図した肥料の過剰施用等により水源
の汚濁が進行し、最近では、抜本的な除害対策の現実が
強く要望されている。ダム貯水池の最大の汚濁は、前記
の事業場及び/又は事業から環境に放出される排水起源
の窒素、りん、その他の物質による微細藻類等の微生物
の異常増殖、即ち水域の富栄養化であり、また、微細藻
類及びこれらを食源とする動物性プランクトン、水棲小
動物及び魚類の死骸が貯水池底部に累積し、貯水池の汚
染を致命的なものとしている。
2. Description of the Related Art Water is an essential substance for sustaining the life of our living beings, and the present water purification system mainly depends on the dam reservoir, and directly or indirectly takes water from the dam reservoir. Water is purified at a water purification plant to a level that meets the water quality standard value and sent to the use point. However, over the last 20 years, water source pollution has progressed due to the development of industry around dam reservoirs, the specialized and large-scale production of livestock companies, and the excessive application of fertilizers intended for large harvests in modern agriculture. Therefore, the reality of radical abatement measures is strongly demanded. The greatest pollution of dam reservoirs is abnormal growth of microorganisms such as microalgae due to nitrogen, phosphorus, and other substances originating in wastewater that are released into the environment from the above-mentioned business sites and / or businesses, that is, eutrophication of water bodies. In addition, microalgae and carcasses of zooplankton, aquatic small animals and fish that feed on them are accumulated at the bottom of the reservoir, making the reservoir fatal.

【0003】また、最近では、主として家畜汚水及び田
畑土壌から流出する窒素肥料に起因する池水及び/又は
地下水の硝酸塩汚染が顕在化し、この高濃度に硝酸塩を
含む地下水を常用する地域での小児の悪性貧血症、即ち
青色児症候群(Blue Baby Syndrome) が報告されてい
る。現在のところ、この種の疾病は酪農国であるヨーロ
ッパ諸国で頻発しているが、わが国でも、環境庁、農水
省、厚生省、建設省などによる調査では地下水の硝酸塩
汚染は無視できない段階に達している。このような現実
を打開するために、古くはダム貯水池に曝気筒或いは散
気管を設置し、池水、湖水を曝気することにより表層水
と底水層を逆転せしめる事により富栄養化の原因藻類の
増殖を抑える方法が開発され、数箇所のダム貯水池で試
行されたが、最近の情報によると実効はなく、場合によ
っては異種の微細藻類が増殖して逆効果を招くという報
告がある。この方法が実効であるという前提に立って
も、貯水池のヘドロの存在を無視した方法は単なる、一
時的な対症療法に過ぎない。現在、貯水池のヘドロの処
理をも含めたダム貯水池の総合浄化システムの研究開発
及びその確立が全世界的に強く要望されている。
In recent years, nitrate pollution of pond water and / or groundwater has become apparent mainly due to livestock sewage and nitrogen fertilizer flowing out from field soil, and children in areas where groundwater containing nitrate at high concentrations are regularly used. Malignant anemia, or Blue Baby Syndrome, has been reported. At present, this kind of disease is common in European countries, which are dairy farming countries, but even in Japan, investigations by the Environment Agency, Ministry of Agriculture, Ministry of Health, Ministry of Construction, etc. have reached a stage where nitrate contamination of groundwater cannot be ignored. . In order to overcome such a reality, an exposure cylinder or an air diffuser was installed in a dam reservoir in the olden days, and by aerating the pond water and lake water, the surface water and the bottom water layer were reversed, and the cause of eutrophication A method to control growth has been developed and tested in several dam reservoirs, but recent information has been ineffective and in some cases heterogeneous microalgae have been reported to cause adverse effects. Even assuming that this method is effective, ignoring the existence of sludge in the reservoir is merely a temporary symptomatic treatment. At present, there is a strong worldwide demand for research and development and establishment of an integrated purification system for dam reservoirs, including treatment of sludge in the reservoir.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上水取水源であるダム
貯水池の汚染は我々人類の健康、生命の維持に極めて重
要な影響を与えるので、各研究機関で水源池の浄化技術
及び/又は浄化システムの研究が行われている。これら
の研究の中にも地下水中に濃厚に含まれている硝酸塩除
去を目的として、水素資化性細菌の機能を利用し、硝酸
塩を還元する研究があるが、水源池汚染の元凶であるダ
ム貯水池底泥ヘドロの分解・処分に関しては配慮されて
いず、水源池の総合浄化システム、及び対策としては問
題であった。水源池は、湖水及び/又は地下水のみを浄
化の対象としても、底泥ヘドロを処理・処分しない限
り、限りなく汚染が顕在化、継続し、根本的な浄化対策
とはならない事は前述の通りである。本発明は、全く新
規な発想による革新的な水源池の総合浄化システム、即
ち、水域の底泥ヘドロと多量の硝酸塩を含む水を連環し
て処理する方法を提供し、高速、高効率に水中の硝酸塩
を還元除去する水域の浄化方法システムを提供する事を
課題とする。
[Problems to be Solved by the Invention] Since pollution of dam reservoir, which is a water intake source, has an extremely important effect on human health and maintenance of life, each research institution has a purification technology and / or purification of the water source pond. Systems research is being conducted. Among these studies, there is a study to reduce nitrates by utilizing the function of hydrogen-utilizing bacteria for the purpose of removing nitrates contained in groundwater in a concentrated manner. No consideration was given to the decomposition and disposal of mud sludge in the reservoir, and there was a problem with the comprehensive purification system for the water source pond and its countermeasures. Even if only the lake water and / or the groundwater is subject to purification, the water source pond will become infinitely contaminated and will continue as long as the sludge sludge is not treated / disposed, and it will not be a fundamental purification measure as described above. Is. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides an innovative comprehensive purification system for a water source pond based on a completely new idea, that is, a method for connecting and treating sludge sludge in a water area and water containing a large amount of nitrate, for high-speed and high-efficiency underwater treatment. An object of the present invention is to provide a water purification method system for reducing and removing the nitrates of the above.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】前記課題は、他栄養性水
素生産菌による水素発酵及び自栄養性水素資化性細菌に
よる硝酸塩除去(脱窒素)のそれぞれの機能を合理的に
組み合わせた水源池の総合浄化システムによって達成さ
れる。即ち、本発明は、ヘドロを有する水域の浄化方法
において、該水域のヘドロ分を分離する工程と、分離し
たヘドロ分を微嫌気及び/又は減圧条件下で水素醗酵さ
せて、水素及び炭酸ガスを生成させる醗酵工程と、生じ
た水素及び炭酸ガスを前記水域又は他の硝酸塩を含む水
に導入し、水素資化性菌により該硝酸塩を窒素ガスに変
換して脱窒素する脱窒素工程よりなることとしたもので
ある。前記において、醗酵工程は、他栄養性の水素生産
菌を濃厚培養するもので、かつ、滞留時間が5日以下で
あるか、又は、硫化物を電子供与体とする光合成微生物
を濃厚培養するものであるのがよい。
[Means for Solving the Problems] The above-mentioned problem is a water source pond that reasonably combines the functions of hydrogen fermentation by a polytrophic hydrogen-producing bacterium and nitrate removal (denitrification) by an autotrophic hydrogen-assimilating bacterium. It is achieved by the comprehensive purification system. That is, the present invention, in the method for purifying a water area having sludge, a step of separating the sludge content of the water area, the separated sludge content is subjected to hydrogen fermentation under slightly anaerobic and / or reduced pressure conditions to produce hydrogen and carbon dioxide gas. Fermentation step to generate, and a denitrification step of introducing the produced hydrogen and carbon dioxide into the water or water containing other nitrates, and converting the nitrates into nitrogen gas by hydrogen-utilizing bacteria to denitrify It is what In the above, the fermentation step is a method of cultivating an allotrophic hydrogen-producing bacterium in a concentrated manner, and a culturing method in which a residence time is 5 days or less or a photosynthetic microorganism having a sulfide as an electron donor is cultivated in a concentrated manner. It should be

【0006】このようにして、ヘドロ分を分離した底質
の土砂分及び浄化された水は、当該水域に返送しても、
また、直接あるいは更に高度処理をして水源用水として
供給しても良い。本発明のヘドロ分は、水域の底質を、
その性状、水域の状況により吸引ポンプ式、グラフ式、
コンベア式、その他適宜の方法で浚渫し、水域より陸上
又は船上に揚げられる。底質は土砂分とヘドロ分に分離
されるが、その手段は攪拌沈殿分離、篩分、遠心分離、
液体サイクロン、その他の分離が分離工程実施条件に応
じて適宜選定される。必要に応じて、船上工程を底質分
離工程と交互に設けても良い。分離されたヘドロ分を水
素発酵するに当っては、供試する水素発生微生物の種類
に応じ、圧力タンクや既存の耐圧性光合成培養槽等の容
器を用いることができる。該工程は微嫌気及び/又は減
圧条件下で行うため、真空ポンプや気体分離膜装置を付
設することが望ましい。また水素や硫化物等の腐食性物
質を貯留するので、材質の選定や腐食対策を行うことは
当然のことである。
[0006] In this way, the sediment of the bottom sediment from which the sludge has been separated and the purified water are returned to the relevant water area,
Further, the water may be supplied directly or after further advanced treatment as water for water source. The sludge component of the present invention,
Suction pump type, graph type,
It is dredged by a conveyor method or any other suitable method, and is lifted ashore or onboard from the water area. Sediment is separated into sediment and sludge, the means of which are stirring sedimentation separation, sieving, centrifugation,
Hydrocyclone and other separations are appropriately selected depending on the separation process execution conditions. If necessary, the shipboard process and the bottom sediment separation process may be alternately provided. In the hydrogen fermentation of the separated sludge, a vessel such as a pressure tank or an existing pressure-resistant photosynthetic culture tank can be used depending on the type of the hydrogen-producing microorganism to be tested. Since this step is performed under slightly anaerobic and / or reduced pressure conditions, it is desirable to attach a vacuum pump or a gas separation membrane device. Further, since corrosive substances such as hydrogen and sulfide are stored, it is natural to select materials and take measures against corrosion.

【0007】特に、光合成培養装置を使用する場合は、
太陽光集光装置と光ファイバ並びに散光部材よりなる光
供給システムを用いれば省エネルギー的である。また、
本発明において、処理されるヘドロ中には、結合型リン
酸塩が多量に含まれているので、発酵工程より処理水を
取り出し嫌気化し、自由水や間隙水中に遊離したリン酸
分を次の脱窒素工程に補完的に添加したり晶析や酸化等
の化学処理により不動化させてリン肥料として資源化利
用することができる。なお、脱窒素工程に供される硝酸
塩を含んだ水は、地下水や産業廃水、あるいは他水域の
水でも良いが、底質を得た水域の水を用いることが好ま
しく、再度、土砂分と処理水を当該水域に返送するのが
水域浄化方法として好ましい。
In particular, when using a photosynthetic culture device,
Energy saving can be achieved by using a light supply system including a sunlight concentrator, an optical fiber, and a light diffusing member. Also,
In the present invention, since the sludge to be treated contains a large amount of bound phosphate, the treated water is taken out from the fermentation step to be anaerobicized, and the phosphate content liberated in free water or pore water is It can be added to the denitrification process complementarily or immobilized by a chemical treatment such as crystallization or oxidation to be utilized as a resource as a phosphorus fertilizer. The nitrate-containing water used in the denitrification process may be groundwater, industrial wastewater, or water from other water areas, but it is preferable to use water from the water area where the bottom sediment has been obtained, and again the sediment and treatment It is preferable to return the water to the water area as a water area purification method.

【0008】[0008]

【作用】本発明においては、通常の土壌、下水汚泥など
有機物を濃厚に含む汚泥中に野性的に生息している他栄
養性の水素生産菌がダム貯水池の底泥ヘドロ中にも生息
している事実に着目し、該菌の機能を有効に利用して、
ヘドロの構成成分である生物死骸、繊維質、蛋白質、炭
水化物及び有機酸などの有機物を分解する事を第一の特
徴としている。この分解反応の過程で、即ち有機物代謝
の過程で菌体内に生じた余剰電子は、炭酸ガスとともに
水素ガスとして菌体外に放出される。このヘドロ中には
水素生産菌に限定される事無く、各種の嫌気性及び/又
は好気性細菌が生息しており、所謂混合培養系を構成し
ている。本発明と直接関連する重要な、その存在を無視
し得ない細菌にメタン菌があり、他栄養性水素生産菌の
培養条件によっては、混合培養系でメタン菌が優占種と
なり、本発明が本来の目的とする水素生産が阻害される
恐れがある。
In the present invention, the non-nutritional hydrogen-producing bacteria that inhabit wildly in ordinary soil, sludge containing organic matter such as sewage sludge, also inhabit the bottom mud sludge of the dam reservoir. Paying attention to the fact that
The first feature is that it decomposes organic substances such as biological dead bodies, fibers, proteins, carbohydrates and organic acids, which are components of sludge. In the process of this decomposition reaction, that is, in the process of metabolism of organic substances, surplus electrons generated in the cells are released to the outside of the cells as hydrogen gas together with carbon dioxide. The sludge is not limited to hydrogen-producing bacteria, but various anaerobic and / or aerobic bacteria inhabit, thus forming a so-called mixed culture system. There is a methane bacterium as an important bacterium whose existence cannot be ignored, which is directly related to the present invention, and depending on the culture conditions of the atrophic hydrogen-producing bacterium, the methane bacterium becomes the dominant species in the mixed culture system, The original intended hydrogen production may be hindered.

【0009】然し、このメタン菌と水素生産菌とでは、
自然環境の中でそれぞれ生活し、かつ増殖するに必要な
最適条件に可成りの差があることが確認されており、こ
の条件差を人為的に制御することにより、本発明の目的
とする水素生産菌を混合培養系の中で常に優占種として
増殖せしめる事が出来る。最も普遍的な方法としては、
水素生産菌の増殖速度がメタン菌の増殖速度に対して可
成り大きいことを利用し、水素生産菌培養槽の容積をメ
タン菌が洗流される範囲、大凡、培養日数が5日以下程
度の容積とする事により、水素生産菌を容易に優占種と
することが出来る(メタン菌は至適pH7.8で比増殖
速度0.3〜0.5day-1、水素生産菌は至適pH
5.5〜5.8で比増殖速度5〜15day-1)。
However, in this methane bacterium and the hydrogen-producing bacterium,
It has been confirmed that there is a considerable difference in the optimum conditions necessary for each living and growing in the natural environment, and by artificially controlling this difference in conditions, the hydrogen of interest of the present invention can be obtained. Producing bacteria can always be grown as the dominant species in a mixed culture system. The most universal way is
Utilizing the fact that the growth rate of hydrogen-producing bacteria is considerably higher than that of methane bacteria, and the volume of the hydrogen-producing bacteria culture tank is the range in which the methane bacteria are washed away, roughly, the volume of culture days is about 5 days or less. The hydrogen-producing bacterium can easily be made the dominant species (the optimum growth rate for methane is 7.8, the specific growth rate is 0.3 to 0.5 day -1 , and the pH for hydrogen-producing bacterium is optimum).
Specific growth rate of 5 to 15 day −1 at 5.5 to 5.8).

【0010】さらに確実な方法としては、本発明者が先
に提案した「有機性廃棄物の微嫌気水素発酵法」(特願
平5−195329号)に詳細に記述してあるように、
両菌の間には増殖するに適した酸化還元電位には下記す
るように相当の格差がある。 *メタン菌 −350〜−450mV *水素生産菌 −100〜−200mV 従って、連続培養系で、この酸化還元電位の約−250
mVの格差を常時安定して維持するために、水素生産菌
培養槽内の培養液を緩慢曝気して微嫌気の雰囲気に維持
する必要があり、これにより、目的とする水素生産菌を
常に優占種とすることができる。通常、濃厚な有機性廃
水、有機性廃棄物に自然発生的に増殖してくるメタン菌
及び水素生産菌(他栄養性)は次の種族であることが知
られている。
As a more reliable method, as described in detail in the "microanaerobic hydrogen fermentation method of organic waste" previously proposed by the present inventor (Japanese Patent Application No. 5-195329),
There is a considerable difference between the two bacteria in the redox potential suitable for growth as described below. * Methane bacterium -350 to -450 mV * Hydrogen producing bacterium -100 to -200 mV Therefore, in a continuous culture system, this redox potential is about -250.
In order to maintain a stable mV disparity at all times, it is necessary to slowly aerate the culture solution in the hydrogen-producing bacteria culture tank to maintain a slightly anaerobic atmosphere. It can be a species. It is known that normally, a concentrated organic wastewater, a methane bacterium and a hydrogen-producing bacterium (allotrophic) that spontaneously grow in an organic waste belong to the following races.

【0011】*主要なメタン菌 メタノコッカス (Methanococcus) メタノザルシナ (Methanosarcina) メタノスリックス (Methanothrix) メタノブレビバクター (Methanobrevibacter) メタノスピリウム (Methanospirillum) *主要な水素生産菌 クロストリジウム (Clostridium) エンテロバクター (Enterobacter) ルミノコッカス (Ruminococcus) ビフィドバクテリウム (Bifidobacterium)* Major methane bacteria Methanococcus Methanosarcina Methanothrix Methanobrevibacter Methananospirillum * Methanospirillum * Clostridium Enterobacter (Ruminococcus) Bifidobacterium

【0012】また、微嫌気水素発酵法では、メタン発酵
に優先して水素発酵が進行する結果として、水素発酵槽
の液相において水素平衡濃度が上昇し、当然、閉鎖系
(密封式)の発酵槽気相部の水素分圧が上昇する。水素
生産菌による有機性廃棄物の水素発酵は、その生物反応
の標準自由エネルギーが正の値となる吸エルゴン反応で
あり、本来的に生物反応は正の方向に進みにくい。従っ
て、発明者自身による前記の特許明細書に記載されてい
るように、ヘドロの水素発酵を遅退なく進行させるため
に、水素発酵槽を必要により−300〜−4000mm
Aqの減圧条件とし、槽内溶液を減圧発酵することによ
り、液相中の水素の平衡濃度及び気相中の水素分圧を強
制的に低減し、水素発酵が効果的に進行するように配慮
することが好ましい。
Further, in the slightly anaerobic hydrogen fermentation method, hydrogen equilibrium concentration increases in the liquid phase of the hydrogen fermentation tank as a result of the progress of hydrogen fermentation in preference to methane fermentation, which naturally results in closed system (sealed) fermentation. The hydrogen partial pressure in the vapor phase of the tank rises. Hydrogen fermentation of organic waste by hydrogen-producing bacteria is an absorbing ergon reaction in which the standard free energy of the biological reaction has a positive value, and the biological reaction is inherently difficult to proceed in the positive direction. Therefore, as described in the above-mentioned patent specification by the inventor himself, in order to proceed hydrogen fermentation of sludge without delay, a hydrogen fermenter may be required from -300 to -4000 mm.
Considering that the equilibrium concentration of hydrogen in the liquid phase and the hydrogen partial pressure in the gas phase are forcibly reduced by setting the reduced pressure condition of Aq and fermenting the solution in the tank under reduced pressure so that the hydrogen fermentation proceeds effectively. Preferably.

【0013】また、本発明では、水素発酵を順調に進行
させるための別の方法として、水素発酵の発生ガスをガ
ス分離膜を通過させることにより炭酸ガスと水素ガスと
に分離し、微生物に対して有害な水素ガスを生物反応系
外に強制的に取出し、前記の障害を解消する方法を採用
する事もできる。このような人為的な設定によりヘドロ
の水素発酵は順調に進行し、次の工程で使用するに十分
な水素を確保することが出来る。本発明の第二の特徴
は、底泥ヘドロを分解するための他栄養性水素生産菌培
養槽から分解ガスとして発生するH2 +CO2 の混合ガ
スを、硝酸塩を高濃度に含む地下水及び/又は湖水等の
水を予め張り込んだ水素資化性細菌培養槽に導入し、一
方、土壌から分離した水素資化性細菌を接種し、一定の
条件下で増量培養して前記の水に含まれている硝酸塩を
生物学的に還元し、生物に対して無害、化学的にも不活
性な窒素ガスとして大気中に放散する機能を持つ事であ
る。ここで使用される水が底質を得た水域の水であれ
ば、更に水域浄化に効果的である。
Further, in the present invention, as another method for smoothly proceeding hydrogen fermentation, the generated gas of hydrogen fermentation is separated into carbon dioxide gas and hydrogen gas by passing through a gas separation membrane, so It is also possible to adopt a method for eliminating the above-mentioned obstacle by forcibly taking out harmful hydrogen gas outside the biological reaction system. By such artificial setting, hydrogen fermentation of sludge proceeds smoothly, and sufficient hydrogen can be secured for use in the next step. A second feature of the present invention is that the mixed gas of H 2 + CO 2 generated as a decomposition gas from an allotrophic hydrogen-producing bacteria culture tank for decomposing sludge of sludge is groundwater and / or containing a high concentration of nitrate. Water such as lake water is introduced into a hydrogen-assimilating bacterium culture tank that is pre-filled with water, while hydrogen-assimilating bacteria isolated from the soil are inoculated and expanded under certain conditions to increase the amount of water contained in the water. It has the function of biologically reducing the existing nitrates and releasing it into the atmosphere as nitrogen gas, which is harmless to living organisms and chemically inert. If the water used here is from the water area where the bottom sediment was obtained, it is more effective for water area purification.

【0014】自栄養性の水素資化性細菌は、微生物保存
機関にバンキングされている純粋菌株を使用してもよい
が、通常、該菌は一般土壌中に野性的に生息しており、
土壌から容易に分離できるので、この種の野性的な水素
資化性細菌を単独で、或いは混合培養系で使用しても硝
酸塩還元の目的は十分に達成する事が出来る。土壌中
に、極く一般的に生息している水素資化性細菌の主なる
ものは次の通りである。 アルカリゲネス デニトリフィカンス(Alcaligenes de
nitrificans) パラコッカス デニトリフィカンス (Paracoccus den
itrificans) シュードモナス デニトリフィカンス(Pseudomonas de
nitrificans)
As the autotrophic hydrogen-utilizing bacterium, a pure strain banked by a microbial preservation organization may be used, but normally, the bacterium is wild-habited in general soil,
Since it can be easily separated from the soil, the purpose of nitrate reduction can be sufficiently achieved even if this kind of wild hydrogen-utilizing bacterium is used alone or in a mixed culture system. The main types of hydrogen-utilizing bacteria that are extremely commonly inhabiting soil are as follows. Alcaligenes de
nitrificans) Paracoccus den
itrificans) Pseudomonas de
nitrificans)

【0015】本発明における水素資化性細菌培養法の優
れた特徴は、該菌を培養するに当たって特定の培養基を
使用すること無く、無機塩類及び/又は微量元素を地下
水、或いは湖水等の硝酸塩を含む水に依存し、さらに、
水素資化性細菌の増殖に必要な水素と炭酸ガスを水素生
産菌培養槽からの発生ガスに依存している事であり、大
幅なコスト低減が可能で、かつ相乗的処理効果が得られ
る。なお、地下水及び/又は湖水等の硝酸塩を含む水だ
けではリン酸が不足する場合には、水素生産菌培養槽の
消化脱離液中に多量に含まれているリン酸、及び/又は
消化脱離液から回収したリン酸を必要に応じて水素資化
性細菌培養槽に添加すれば良い。
An excellent feature of the hydrogen-assimilating bacterium culture method of the present invention is that inorganic salts and / or trace elements are added to groundwater or nitrates such as lake water without using a specific culture medium for culturing the bacterium. Depends on the water it contains,
Since hydrogen and carbon dioxide gas required for the growth of hydrogen-utilizing bacteria depend on the gas generated from the hydrogen-producing bacterium culture tank, the cost can be significantly reduced and a synergistic treatment effect can be obtained. When phosphate containing water such as groundwater and / or lake water is insufficient, the amount of phosphoric acid contained in the digestive desorption solution of the hydrogen-producing bacteria culture tank and / or the digestive desorption solution is high. Phosphoric acid recovered from the syneresis may be added to the hydrogen-utilizing bacterial culture tank as needed.

【0016】また、本発明は、通常の河川、海岸など太
陽光線が入射する水系などに野性的に棲息している紅色
硫黄光合成細菌、特にクロマチウム(Cromatium)の硫化
物の酸化機能、及び暗条件での呼吸作用による有機物分
解機能に着目し、該菌の此等の機能を有効に利用して、
水源池ヘドロの構成成分である生物死骸、炭水化物、蛋
白質、脂肪、及び有機酸類などの有機物を分解安定化
し、さらに水源池の底部の環境を悪化させている硫化物
を酸化安定化して底部の環境改善を行なうこと、また、
これにより青潮の原因細菌である緑色硫黄光合成細菌で
あるクロロビウム(Chlorobium) の増殖を抑制すること
を第三の特徴としている。
[0016] The present invention is also directed to the oxidation function of sulfides of red sulfur photosynthetic bacteria, especially Chromatium, which wildly inhabit water systems such as ordinary rivers and coasts where sunlight is incident, and dark conditions. Focusing on the function of decomposing organic substances by the respiratory action in, and effectively utilizing these functions of the bacterium,
Environment of the bottom of the water source pond Sludge that decomposes and stabilizes organic substances such as carcasses, carbohydrates, proteins, fats, and organic acids, which further deteriorates the environment of the bottom of the water source pond by oxidizing and stabilizing sulfides. To make improvements, and
The third feature of this is to suppress the growth of chlorobium, which is a green sulfur photosynthetic bacterium that is a causative bacterium of blue tide.

【0017】この分解反応の過程で、即ち、有機物代
謝、硫化物の酸化の過程で菌体内に生じた余剰電子は、
炭酸ガスとともに水素ガスとして菌体外に放出される。
このヘドロを光合成細菌で分解する過程において、ヘド
ロ中には各種の嫌気性菌及び/又は好気性菌が棲息して
おり、所謂、混合培養系を構成していることは前述のと
おりである。本発明と直接関連する重要な、その存在を
無視し得ない細菌にメタン菌があり、太陽光照射下、嫌
気的条件でも増殖速度の遅い紅色硫黄光合成細菌クロマ
チウム(Cromatium)に対して優占種となり、本発明が本
来の目的とする水素生産が阻害される恐れがある。この
メタン菌と紅色硫黄光合成細菌との間には、増殖速度は
ほぼ近似しているが、自然環境の中でそれぞれ生活し、
かつ増殖するに必要な最適条件に可成りの差があること
が確認されており、この生活条件の差を人為的に制御す
ることにより、本発明の紅色硫黄光合成細菌を混合培養
系の中で常に優占種として増殖せしめることが出来る。
In the process of this decomposition reaction, that is, in the process of metabolism of organic substances and oxidation of sulfides, surplus electrons generated in the cells are
It is released outside the cells as hydrogen gas together with carbon dioxide.
As described above, various anaerobic bacteria and / or aerobic bacteria live in the sludge during the process of decomposing the sludge with photosynthetic bacteria, and constitute a so-called mixed culture system. An important bacterium which is directly related to the present invention and whose presence cannot be ignored is methane bacterium, which is a dominant species against the purple sulfur photosynthetic bacterium Cromatium, which has a slow growth rate even under anaerobic conditions under sunlight irradiation. Therefore, there is a possibility that hydrogen production, which is the original purpose of the present invention, may be hindered. Although the growth rates are almost similar between the methane bacteria and the purple sulfur photosynthetic bacteria, they live in natural environments,
Moreover, it has been confirmed that there is a considerable difference in the optimum conditions necessary for growth, and by artificially controlling the difference in this living condition, the purple sulfur photosynthetic bacterium of the present invention can be mixed in a mixed culture system. Can always be propagated as a dominant species.

【0018】即ち、両細菌の間には、増殖するに最適な
酸化還元電位(以下、ORPと略記する)には次に示す
ように相当の格差がある。 *メタン菌 −350〜−450mV *紅色硫黄光合成細菌 −150〜−250mV 従って、連続培養系で、このORPの約−200mVの
差を常時安定して維持するために、前記の本発明者の特
許明細書に詳細に記述してある方法、即ち、紅色硫黄光
合成細菌培養槽内の培養液を緩慢曝気して微嫌気の雰囲
気を維持することにより、目的とする紅色硫黄光合成細
菌を常に優占種とすることができる。また、前記したよ
うに、発生する水素を引抜くための減圧を行うことが好
ましく、更にガス膜分離を行うことも良い。
That is, there is a considerable disparity between the two bacteria in the optimum redox potential for growth (hereinafter abbreviated as ORP), as shown below. * Methane bacterium -350 to -450 mV * Red sulfur photosynthetic bacterium -150 to -250 mV Therefore, in a continuous culture system, in order to always maintain a stable difference of about -200 mV of this ORP, the above-mentioned patent of the present inventor. The method described in detail in the specification, that is, by slowly aerating the culture solution in the purple sulfur photosynthetic bacteria culture tank to maintain a slightly anaerobic atmosphere, the target sulfur sulfur photosynthetic bacteria is always the dominant species. Can be Further, as described above, it is preferable to reduce the pressure for extracting the generated hydrogen, and it is also possible to further perform the gas membrane separation.

【0019】また、本発明においては、ダム貯水池の底
泥ヘドロ中に多量に含まれている不活性リン酸が、水素
生産菌培養槽における嫌気的条件下での培養により、金
属と結合している不活性リン酸を金属結合から開放し、
培養液中に放出されたリン酸を化学的手段により回収
し、資源として循環再利用することもできる。水中或い
は底泥の酸化雰囲気及び還元雰囲気における金属(鉄で
代表させる)とリン酸の挙動は通常、次のような反応に
よる事が知られており、酸化的条件下ではリン酸は金属
と結合して不活性状態となるが、還元的条件下では、金
属から脱離して水溶性で活性なリン酸として存在する。
In addition, according to the present invention, a large amount of inactive phosphoric acid contained in the bottom mud sludge of the dam reservoir is combined with a metal by culturing in a hydrogen-producing bacteria culture tank under anaerobic conditions. Release the inactive phosphoric acid from the metal bond,
The phosphoric acid released in the culture solution can be recovered by a chemical means and recycled as a resource. It is known that the behavior of metal (typically represented by iron) and phosphoric acid in the oxidizing or reducing atmosphere of water or bottom mud is usually due to the following reaction. Under oxidative conditions, phosphoric acid binds to the metal. Then, it becomes inactive, but under reducing conditions, it is eliminated from the metal and exists as water-soluble and active phosphoric acid.

【0020】 酸化雰囲気の水系、底泥 2Fe(OH)2 +H2 O+ 1/2O2 → 2Fe(OH)3 ↓ Fe(OH)3 +PO4 3- → FePO4 ↓+3OH- 還元雰囲気の水系、底泥 硫酸根が存在する場合 Water system in oxidizing atmosphere, bottom mud 2Fe (OH) 2 + H 2 O + 1 / 2O 2 → 2Fe (OH) 3 ↓ Fe (OH) 3 + PO 4 3 → → FePO 4 ↓ + 3OH - reducing atmosphere water system, bottom mud When sulfate is present

【0021】リンは生物にとって必須の元素の中では地
球環境における物質循環で大気と連通する経路を持たな
い元素であり、以上に示したような化学的反応が水系或
いは底泥(堆積物)で行なわれ、終局的には、深海等の
底泥に蓄積される。従って、本発明は、水素生産菌培養
槽から流出する消化液から、主として化学的方法でリン
を回収し、各種の目的に循環再利用するシステムを包含
することが好ましい態様である。以上が、本発明の課
題、目的を解決するための手段、方法であり、此等によ
り本発明の目的である水源池の総合浄化が完全に達成さ
れる。
Phosphorus is an element that is not essential to living organisms and does not have a pathway for communicating with the atmosphere in the material circulation in the global environment, and the chemical reaction as described above occurs in the water system or bottom mud (sediment). Eventually, it will be accumulated in the bottom mud such as the deep sea. Therefore, it is a preferred embodiment of the present invention to include a system in which phosphorus is mainly recovered by a chemical method from the digested liquid flowing out from the hydrogen-producing bacterium culture tank and is recycled for various purposes. The above are the means and methods for solving the problems and objects of the present invention, and by these, the total purification of the water source pond, which is the object of the present invention, is completely achieved.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。 実施例1 図1に、発酵工程に水素生産菌を供する場合のフロー工
程図を示す。図1において、ダム貯水池1の底部に堆積
したヘドロ2を、湖面を自由に走行できる船から貯水池
底部にヘドロ汲上用ホッパー3を下ろし、湖面を移動し
ながら船上に設置されたポンプ4で地上の除砂装置5に
投入する。本例では沈殿分離方式を用いた。底泥として
のヘドロを土砂分と分離して有機物主体のヘドロだけを
汲上るのは実質的に困難であり、この除砂装置5により
有機質のヘドロと土砂分を大別的に分離すれば良い。ま
た土砂洗浄工程を設けてもよい。分離された土砂分は水
域へ返送することも、埋立て等の目的に使用することも
できるが、除砂装置5の上層部の所謂ヘドロは、通常、
連続的及び/又は回分的に次の工程である水素生産菌培
養槽6Aに移送される。
EXAMPLES The present invention will now be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. Example 1 FIG. 1 shows a flow process diagram when a hydrogen-producing bacterium is supplied to a fermentation process. In Fig. 1, sludge 2 accumulated at the bottom of dam reservoir 1 is lowered from a ship that can freely run on the surface of the lake to lower the sludge pumping hopper 3 at the bottom of the reservoir, and a pump 4 installed on the ship moves the surface of the lake while moving the surface of the lake. It is put into the sand remover 5. In this example, a precipitation separation method was used. It is practically difficult to separate the sludge as the bottom mud from the sediment and to pump only the sludge mainly composed of the organic matter. The sand removing device 5 can roughly separate the organic sludge and the sediment. . Moreover, you may provide the earth and sand washing process. The separated sediment can be returned to the water area or used for the purpose of land reclamation, but the so-called sludge in the upper layer of the sand remover 5 is usually
It is transferred continuously and / or batchwise to the hydrogen-producing bacteria culture tank 6A, which is the next step.

【0023】この水素生産菌培養槽6Aでヘドロ分解と
水素生産の主役を演ずるのは、土壌中に極く一般的に生
息している下記の細菌類であり、此等の土壌から分離し
た単一菌或いは混合培養系を増量培養して槽6Aに適量
接種してもよいし、或いはまた、ATCCなどの微生物
のバンキング機関から分与を受けて使用してもよいが、
底質より人為的に整えられた条件下で自然増殖させる選
択培養によって調整することが最も簡単である。此等の
水素生産菌はヘドロ(有機物)を、低級カルボン酸と水
素及び炭酸ガスとに分解する。好ましい培養条件ならび
にそこでの比増殖速度は次のとおりである。 至適pH : 5.5〜5.8 至適温度 : 25〜30℃ 発酵日数 : 5〜7日 比増殖速度 : 5〜15日-1
In the hydrogen-producing bacterium culture tank 6A, the following bacteria, which are very commonly inhabiting the soil, play a major role in sludge decomposition and hydrogen production, and are isolated from these soils. The single bacterium or the mixed culture system may be cultivated in an increased amount to inoculate the tank 6A in an appropriate amount, or alternatively, it may be used by being dispensed from a banking institution of a microorganism such as ATCC.
It is most easily adjusted by selective culture that naturally grows under conditions artificially prepared from the sediment. These hydrogen-producing bacteria decompose sludge (organic matter) into lower carboxylic acid, hydrogen and carbon dioxide gas. The preferable culture conditions and the specific growth rate therein are as follows. Optimum pH: 5.5-5.8 Optimum temperature: 25-30 ° C Fermentation days: 5-7 days Specific growth rate: 5-15 days- 1

【0024】ここでの反応は以下のとおりである。 *(C6 105 n → 4C6 126 →3CH3 (CH2 2 COOH+2CH3 COOH+8H2 +8CO2 (1) *3CH3 (CH2 2 COO- +6H2 O =6CH3 COO- +3H+ +6H2 (2) *2CH3 COO- +4H2 O=10H+ +2H2 +4CO2 (3) 一応、基本的には式(1)の反応が主反応であり、ヘド
ロの微生物分解により含まれる多量の低級カルボン酸
(主として酪酸、酢酸)と等モルの水素と炭酸ガスが生
成される。前記したように、水素生産菌による水素生成
反応は吸エルゴン反応であり、低級カルボン酸がかなり
蓄積した段階で動的平衡に達し、それ以上の水素生成反
応が進行しない。
The reaction here is as follows. * (C 6 H 10 O 5 ) n → 4C 6 H 12 O 6 → 3CH 3 (CH 2 ) 2 COOH + 2CH 3 COOH + 8H 2 + 8CO 2 (1) * 3CH 3 (CH 2 ) 2 COO + 6H 2 O = 6CH 3 COO + 3H + + 6H 2 (2) * 2CH 3 COO + 4H 2 O = 10H + + 2H 2 + 4CO 2 (3) For the time being, the reaction of formula (1) is basically the main reaction, and due to microbial decomposition of sludge, A large amount of lower carboxylic acid (mainly butyric acid, acetic acid) contained and equimolar hydrogen and carbon dioxide gas are produced. As described above, the hydrogen-producing reaction by the hydrogen-producing bacterium is an absorption ergon reaction, and reaches a dynamic equilibrium when the lower carboxylic acid is considerably accumulated, and further hydrogen-producing reaction does not proceed.

【0025】従って、本発明では、可能な範囲で有機物
中の水素転換率を向上するために、生物反応系から水素
を強制的に系外に除去する(減圧発酵)と同時に、槽6
Aの内溶液の酸化還元電位を人為的に−100〜−20
0mVに設定することにより、水素ガスの発生を70〜
80%程度にまで高めることができる。槽6Aで水素発
酵を完結した消化脱離液は、次の汚泥分離濃縮槽7に移
送され、処理水8と濃縮汚泥10とに大別分離され、濃
縮汚泥10は常套手段により脱水されたのち、肥料或い
は堆肥などに変換され、資源として再利用される。一
方、汚泥と分離された所謂、処理水8中にはヘドロに蓄
積されていた不活性リンが水溶性リンとして濃厚に放出
される。ダム貯水池のヘドロの水素発酵液(消化脱離
液)では、ダム貯水池の立地条件にもよるが、通常40
0〜1000mg/リットル(窒素:2000〜350
0mg/リットル)のリンが含まれている。
Therefore, in the present invention, in order to improve the conversion rate of hydrogen in the organic matter as much as possible, hydrogen is forcibly removed from the biological reaction system to outside the system (vacuum fermentation), and at the same time, the tank 6 is used.
The redox potential of the solution in A is artificially set to -100 to -20.
By setting it to 0 mV, the generation of hydrogen gas is 70-
It can be increased to about 80%. The digested and desorbed liquid that has completed the hydrogen fermentation in the tank 6A is transferred to the next sludge separation / concentration tank 7 and roughly separated into treated water 8 and concentrated sludge 10, and the concentrated sludge 10 is dehydrated by a conventional means. , Converted to fertilizer or compost, and reused as a resource. On the other hand, in the so-called treated water 8 separated from the sludge, the inactive phosphorus accumulated in the sludge is concentratedly released as water-soluble phosphorus. For sludge hydrogen fermented liquor (digestion and desorption liquor) in a dam reservoir, it is usually 40 depending on the location conditions of the dam reservoir.
0 to 1000 mg / liter (nitrogen: 2000 to 350
0 mg / liter) phosphorus.

【0026】この高濃度のリンを水系に放流したので
は、放流先の水系、水域の富栄養化を誘引し、限りなく
悪循環が続く事になる。従って、本発明では、化学的な
晶析反応を利用したリン回収除去技術であるMAP(リ
ン酸マグネシウムアンモニア)法及び/又はHAP(ハ
イドロキシアパタイト)法を適用することによりリン酸
肥料として回収し、農業目的に使用する。MAP法は、
液中にマグネシウムイオン、アンモニウムイオン及びリ
ン酸イオンが存在すれば、これらの3イオン間で短時間
に、極めて化学量論的に下記に示すような等モル反応が
進行し、リン酸マグネシウムアンモンが生成し、容易に
沈殿する。 Mg2++NH4 + +PO4 3- = MgNH4 PO4
Discharging this high-concentration phosphorus into the water system induces eutrophication of the water system and water area at the discharge destination, and a vicious cycle continues indefinitely. Therefore, in the present invention, a phosphorus fertilizer is recovered by applying the MAP (magnesium phosphate ammonium) method and / or the HAP (hydroxyapatite) method, which is a phosphorus recovery and removal technology utilizing a chemical crystallization reaction, Used for agricultural purposes. The MAP method is
If magnesium ions, ammonium ions and phosphate ions are present in the liquid, equimolar reaction as shown below proceeds extremely stoichiometrically between these three ions in a short time, and magnesium ammonium phosphate Produces and precipitates easily. Mg 2+ + NH 4 + + PO 4 3- = MgNH 4 PO 4

【0027】この反応は、種晶が液中に存在しなくても
晶析反応が容易に進行するので、NH4 + とPO4 3-
共存する消化脱離液に、例えば塩化マグネシウム(Mg
Cl2 )溶液をリン酸イオン濃度に対して化学量論値に
若干の余裕を持たせた量で添加し、アルカリ性の条件下
で流動床式反応槽で適度の攪拌を行なう事により、晶析
反応によりMgNH4 PO4 の結晶が生成される。この
方法に対して接触脱りん法として知られるHAP法は、
カルシウムハイドロキシアパタイトの種晶の存在下にお
いて、pH調整(8.5〜)と水酸イオン(OH- )の
供給を目的として水酸化カルシウムを添加し、流動床方
式の反応槽で攪拌しながら反応させると、晶析反応によ
りアパタイトの表面にカルシウムハイドロキシアパタイ
トが生成され、遅効性で、かつ残効性のあるHAPが生
成される。HAPが生成される化学反応式は次の通りで
ある。 10Ca2++6PO4 3- +2OH- ───Ca10(OH)2 (PO4 6
In this reaction, the crystallization reaction easily proceeds even if the seed crystal does not exist in the liquid, so that the digestion / desorption liquid in which NH 4 + and PO 4 3- coexist, for example, magnesium chloride (Mg
Cl 2 ) solution is added in an amount with a slight allowance for the stoichiometric value with respect to the phosphate ion concentration, and appropriate stirring is performed in a fluidized bed reactor under alkaline conditions to allow crystallization. The reaction produces MgNH 4 PO 4 crystals. The HAP method known as catalytic dephosphorization method for this method is
In the presence of seed crystals of calcium hydroxyapatite, pH adjustors (8.5) and hydroxyl ions (OH -) addition of calcium hydroxide for the purpose of supplying, with stirring in a reaction vessel of fluidized bed type reaction When this is done, calcium hydroxyapatite is produced on the surface of the apatite by the crystallization reaction, and HAP, which is slow-acting and residual-acting, is produced. The chemical reaction formula for producing HAP is as follows. 10Ca 2+ + 6PO 4 3- + 2OH - ───Ca 10 (OH) 2 (PO 4 ) 6

【0028】消化脱離液には、通常、重炭酸イオンが含
まれるので、HAP法を永続的に進行させるには脱炭酸
工程が必要であるが、本発明による消化脱離液はPO4
3- /重炭酸イオンの比率が非常に小さいので脱炭酸工
程を省略することができ、プロセスが単純化されるだけ
でなく、極めて経済的にリン酸肥料を製造する事ができ
る。本発明の最終段階として、地下水及び/又は湖水に
含まれている硝酸塩を窒素ガスに分解する生物処理工程
について説明する。ここ数年来、特に家畜汚水、生活排
水(し尿処理場、浄化槽放流水)起源のNH4 - が自然
の生態系で硝化菌により酸化されてNOx- となり、水
系に流入して問題となりつつある。地下水を例にとれ
ば、畜産県周辺の地域における地下水の硝酸塩(NO3
−N)濃度は公的機関の調査によると飲料水基準10m
g/リットルをはるかに超過して、場所により50〜1
00mg/リットルに達している。
Since the digestive desorbent usually contains bicarbonate ions, a decarboxylation step is required to make the HAP method proceed permanently, but the digestive desorbent according to the present invention contains PO 4
Since the ratio of 3- / bicarbonate ion is very small, the decarboxylation step can be omitted, which not only simplifies the process but also makes it possible to manufacture phosphate fertilizer extremely economically. As a final step of the present invention, a biological treatment process of decomposing nitrate contained in groundwater and / or lake water into nitrogen gas will be described. Over the past few years, NH 4 originated from livestock sewage and domestic wastewater (human waste treatment plant, septic tank effluent) has been oxidized by nitrifying bacteria into NOx in a natural ecosystem, and then enters the water system, which is becoming a problem. Taking groundwater as an example, groundwater nitrate (NO 3
-N) Concentration is 10m based on drinking water according to a survey by public institutions
far exceeding g / l, 50-1 depending on location
It has reached 00 mg / liter.

【0029】本発明では、この硝酸塩を含む地下水15
及び/又は湖水14をポンプ16により水素資化性細菌
培養槽13に導入し、この槽13に土壌中に野性的に生
息している水素資化性細菌群、或いはATCCなどの微
生物保存機関から分与された水素資化性細菌を接種し、
さらに水素生産菌培養槽6Aから発生する(CO2 +H
2 )11の混合ガスを吹き込み、連続方式及び/又は回
分方式で培養することにより、地下水或いは湖水の硝酸
塩を地球環境に対して全く無害な窒素ガス19に還元し
て大気中に放散する。水素資化性細菌には各種の属種が
あるが、通常、アルカリゲネス(Alcaligenes)属、パラ
コッカス(Paracoccus)属が硝酸塩還元能力が強いので、
この属種の細菌を利用するのが得策である。これらの細
菌による硝酸塩の生物学的還元反応は次の通りである。 2NO3 - +5H2 = N2 +4H2 O+2OH-
In the present invention, the groundwater containing this nitrate 15
And / or the lake water 14 is introduced into the hydrogen-assimilating bacterium culture tank 13 by the pump 16, and a group of hydrogen-assimilating bacteria that wildly inhabit the soil in this tank 13 or a microorganism preservation organization such as ATCC. Inoculate the donated hydrogen-assimilating bacteria,
Further, hydrogen is produced from the hydrogen-producing bacterium culture tank 6A (CO 2 + H
2 ) By blowing the mixed gas of 11 and culturing in a continuous system and / or a batch system, the nitrate of groundwater or lake water is reduced to nitrogen gas 19 which is completely harmless to the global environment and is emitted into the atmosphere. There are various genus species of hydrogen-assimilating bacteria, but normally, the genus Alcaligenes and the genus Paracoccus have strong nitrate reducing ability,
It is advisable to utilize bacteria of this genus. The biological reduction reaction of nitrate by these bacteria is as follows. 2NO 3 + 5H 2 = N 2 + 4H 2 O + 2OH

【0030】この硝酸塩の水素還元の生物反応式から、
硝酸塩を還元するに必要な水素量を化学量論的に求める
と、ダム貯水池のヘドロから得られる水素を100%硝
酸塩還元に利用すると仮定して計算すると、必要水素量
の1.5〜3.0倍となるので、本発明の水源池の総合
浄化システムは理論上も保証される。 *硝酸塩還元に必要な水素量 0.9m3 ・H2 /kg・NO3 −N なお硝酸塩の生物還元に必要とする水素の余剰分12は
反応系から取出し、クリーンなエネルギー20として燃
焼することにより動力源として多目的に利用することが
出来る。一方、水素資化性細菌培養槽13で増殖した余
剰菌体18は反応系外に取出し、有価物の生産などの目
的に有効利用することもできる。例えば、水素資化性細
菌としてアルカリゲネス(Alcaligenes)を選択した場合
には、該菌は生物分解性バイオポリマーの一種であるポ
リ−β−ハイドロキシ酪酸(通称PHB)を菌体内に生
産するので、これを抽出し、各種製品の原料素材として
有効利用することができる。
From the bioreaction equation of hydrogen reduction of this nitrate,
Stoichiometrically determining the amount of hydrogen required to reduce nitrate, assuming that hydrogen obtained from the sludge of the dam reservoir is used for 100% nitrate reduction, the required amount of hydrogen is 1.5 to 3. Since it is 0 times, the comprehensive purification system of the water source pond of the present invention is theoretically guaranteed. * Amount of hydrogen required for nitrate reduction 0.9 m 3 · H 2 / kg · NO 3 —N Excess hydrogen 12 required for the biological reduction of nitrate should be taken out from the reaction system and burned as clean energy 20. It can be used as a power source for multiple purposes. On the other hand, the surplus bacterial cells 18 grown in the hydrogen-assimilating bacterial culture tank 13 can be taken out of the reaction system and effectively used for the purpose of producing valuable materials. For example, when Alcaligenes is selected as a hydrogen-assimilating bacterium, the bacterium produces poly-β-hydroxybutyric acid (commonly known as PHB), which is a type of biodegradable biopolymer, in the microbial cells. Can be effectively used as a raw material for various products.

【0031】実験例1 ダム貯水池ヘドロからクロストリジウム(Clostridium)
属による水素生産 上水取水源用のダム貯水池から得られた土砂分を含んだ
ヘドロを水素生産のための基質として選択した。このヘ
ドロには可成りの土砂分が含まれていたので、水素生産
菌培養槽に供給する前に大型冷蔵庫に約5℃で保管して
あるヘドロから1日当たりの必要量を取出し、約1時間
静置したのち、その上層部分を傾斜法により別容器に移
し、供試試料とした。この土砂分を大別分離したヘドロ
の化学的性状は表1の通りであった。
Experimental Example 1 From a dam reservoir sludge to Clostridium
Hydrogen production by the genus Sludge containing sediment from the dam reservoir for water intake source was selected as the substrate for hydrogen production. Since this sludge contained a considerable amount of sediment, the required amount per day was taken from the sludge stored at about 5 ° C in a large refrigerator for about 1 hour before supplying it to the hydrogen-producing bacteria culture tank. After standing still, the upper layer portion was transferred to another container by the tilting method to obtain a test sample. Table 1 shows the chemical properties of sludge which was roughly separated from the sediment.

【0032】[0032]

【表1】 表1を見れば理解できるように、実験期間中の供試試料
の分析値には可成りの変動があるので、実験上での設計
計算、その他は期間平均値を用いた。
[Table 1] As can be understood from Table 1, the analytical values of the test sample during the experiment period vary considerably, so the period average value was used for the design calculation in the experiment and the like.

【0033】表2に供試ヘドロの化学的性状の平均値を
示す。
Table 2 shows the average values of the chemical properties of the test sludge.

【表2】 *:総固形物及び熱灼減量の単位はkg/m3[Table 2] *: The unit of total solids and ablation loss is kg / m 3 .

【0034】水素生産菌培養槽(以下、水素発酵槽と略
記する)の容積は、実際の水張り容積(有効容積)が5
リットルの円筒型発酵槽であり、これを30℃の恒温水
槽にセットして、発酵日数が約6日の中温発酵を行なっ
た。水素生産菌培養槽の実験条件は次の通りである。 *発酵水温 30℃±1℃ *運転時のpH 5.6〜6.0(自動的に動的
平衡に達する) *発酵日数 約6日 *有機物負荷 6.8kg・VS/m3 ・日 *ヘドロの供給方法 午前と午後に、それぞれ1日分
の半量を投入
The volume of the hydrogen-producing bacterium culture tank (hereinafter abbreviated as hydrogen fermentation tank) is 5 times the actual water-filled volume (effective volume).
A liter cylindrical fermenter was set in a constant temperature water bath at 30 ° C., and medium temperature fermentation was performed for about 6 days. The experimental conditions of the hydrogen-producing bacteria culture tank are as follows. * Fermentation water temperature 30 ° C ± 1 ° C * pH during operation 5.6 to 6.0 (automatically reaches dynamic equilibrium) * Fermentation days approx. 6 days * Organic load 6.8 kg · VS / m 3 · day * Hedro's supply method In the morning and afternoon, half the amount for one day is input.

【0035】本発明の実施例に使用した水素発酵槽は有
効容積が5リットルで規模が小さいために、本発明にお
ける減圧発酵をそのまま実施例の実験装置に適用するに
は技術的に困難であるため、簡略した方法を用いた。即
ち、水素発酵槽の気相部分と連通する塩化ビニール製の
パイプに真空ポンプを連結し、真空ポンプを作動せしめ
て、全槽が実質的に−1000〜−1500mmAqと
なるように自動的に減圧制御し、減圧発酵を行なった。
供試ヘドロは水素発酵槽に投入する前に緩慢な曝気を行
い、供試ヘドロの酸化還元電位が所定の酸化還元電位よ
りも高めになるように、具体的には−50〜−100m
Vとなるように調整したのち水素発酵槽に投入した。水
素発酵槽にはORP感知センサーを設置し、ORP値を
監視しながら水素生産菌が増殖するに好適な−150m
Vを設定値として運転した。
Since the hydrogen fermenter used in the examples of the present invention has an effective volume of 5 liters and is small in scale, it is technically difficult to directly apply the reduced-pressure fermentation of the present invention to the experimental apparatus of the examples. Therefore, a simplified method was used. That is, a vacuum pump is connected to a pipe made of vinyl chloride that communicates with the gas phase portion of the hydrogen fermentation tank, and the vacuum pump is operated to automatically reduce the pressure so that the entire tank is -1000 to -1500 mmAq. Controlled, vacuum fermentation was performed.
The test sludge is slowly aerated before being put into the hydrogen fermentation tank, so that the redox potential of the test sludge becomes higher than a predetermined redox potential, specifically, -50 to -100 m.
After adjusting to V, it was put into a hydrogen fermenter. An ORP sensor is installed in the hydrogen fermentation tank, and it is suitable for hydrogen-producing bacteria to grow while monitoring the ORP value.
It was operated with V as the set value.

【0036】水素生産菌は、特定の菌株を使用する事無
く、供試ヘドロに野性的に生息している水素生産菌群を
使用した。供試ヘドロを水素発酵槽に当初、種菌として
約2リットル注入し、低負荷から徐々に負荷を上昇する
方法により水素生産菌を増殖せしめ、この方法により、
運転を開始してから約2週間後に設定した有機物負荷条
件での定常状態に達した。実験終了後、本実験の増殖汚
泥について水素生産菌を同定した結果、次の複数種の水
素生産菌の混合培養系である事が確認された。 検出された水素生産菌 クロストリジウム バルケリ(Clostridium barkeri) (ATCC 25849) クロストリジウム ブチリカム(Clostridium butyricum) (ATCC 25779) クロストリジウム スボロゲネス(Clostridium sporogenes) (ATCC 7955) クロストリジウム サーモセラム(Clostridium thermocellum) (ATCC 27405)
As a hydrogen-producing bacterium, a hydrogen-producing bacterium group that wildly inhabits the test sludge was used without using a specific strain. Initially, about 2 liters of the test sludge was injected into the hydrogen fermenter as a seed bacterium, and the hydrogen-producing bacterium was grown by a method of gradually increasing the load from a low load. By this method,
About two weeks after the start of operation, the steady state was reached under the set organic matter loading condition. After the experiment was completed, the hydrogen-producing bacteria in the grown sludge of this experiment were identified, and it was confirmed that it was a mixed culture system of the following multiple types of hydrogen-producing bacteria. Detected hydrogen-producing bacteria Clostridium barkeri (ATCC 25849) Clostridium butyricum (ATCC 25779) Clostridium sporogenes (ATCC 7955) Clostridium thermocellum (Clostridium thermocellum)

【0037】この同定の結果から、ヘドロを水素発酵の
基質とした場合、特にATCCなど微生物保存機関から
純粋菌株を購入して水素発酵槽に接種しなくても、ヘド
ロ自身に有用な水素生産菌、主としてクロストリジウム
(Clostridium)が野性的に生息しており、此等の共働作
用によって抵抗なく水素生産が行なわれている。水素発
酵に必要な条件を設定すれば、投入される基質に最も適
合した水素生産菌群が形成されるので、人為的な菌の接
種を行なうよりも安定した水素発酵が行なわれ、これは
自然の巧妙な摂理である。以上の実験装置、実験条件に
おける検証実験として、運転が定常状態に達してから3
カ月間継続した実験終期の約1カ月間に得られた処理成
績を表3(期間平均値)に示した。なお、水質分析に供
した試料は、発酵消化液(消化脱離液)を遠心力1,5
00Gの遠心分離器に10分間かけ、強制的に菌体を含
む浮遊物を分離除去し、分析用試料とした。
From the results of this identification, when sludge is used as a substrate for hydrogen fermentation, a hydrogen-producing bacterium useful for sludge itself can be obtained without purchasing a pure strain from a microorganism preservation institution such as ATCC and inoculating it into a hydrogen fermentation tank. , Mainly Clostridium inhabits wildly, and hydrogen is produced without resistance by their synergism. By setting the conditions required for hydrogen fermentation, a group of hydrogen-producing bacteria that is most suitable for the substrate to be input is formed, so stable hydrogen fermentation is performed rather than artificial inoculation, and this is a natural process. It is a clever providence. As a verification experiment under the above experimental apparatus and experimental conditions, 3
The treatment results obtained for about 1 month at the end of the experiment, which was continued for a month, are shown in Table 3 (average value for period). In addition, the sample used for water quality analysis is the fermentation digestion liquid (digestion desorption liquid) with centrifugal force 1,5.
The suspension containing the bacterial cells was forcibly separated and removed by using a 00G centrifuge for 10 minutes to obtain a sample for analysis.

【0038】[0038]

【表3】 [Table 3]

【0039】検証実験によって得られた結果を要約する
と次の通りである。 (1)ダム貯水池の底泥ヘドロは、特に公的機関の保存
菌株(純粋菌)を水素発酵槽に接種しなくても、本来的
にヘドロに野性的に生息している水素生産菌群を接種す
ることにより、遅退なく順調に水素発酵は進行する。 (2)底泥ヘドロを野性の水素生産菌によって発酵させ
ることにより、総ガス発生量は量論的に近似した数値が
得られた。 (3)底泥ヘドロを微嫌気・減圧発酵することにより、
メタン発酵は抑制され、水素発酵が優先的に進行する。 この発酵法を採用することにより、通常の発酵法で得ら
れる水素と炭酸ガスのモル量比50%:50%は改善さ
れ、水素と炭酸ガスの発生比率は65〜70%:30〜
35%まで改善される。これは、微嫌気・減圧発酵によ
る水素発酵法により、吸エルゴン反応が実質的に発エル
ゴン反応に変換され、従来法では発酵液中に多量の酪
酸、酢酸などの低級カルボン酸が多量に蓄積されること
により動的平衡状態に達していたものが正の方向に進行
し、これにより水素発生量が増加したものと推測され
る。
The results obtained by the verification experiment are summarized as follows. (1) The bottom mud sludge of the dam reservoir does not have to inoculate the hydrogen fermentation tanks with the preserved strains (pure bacteria) of the public institution. By inoculating, hydrogen fermentation proceeds smoothly without delay. (2) By fermenting sludge sludge with a wild hydrogen-producing bacterium, a numerical value of the total amount of gas generated was quantitatively approximate. (3) By slightly anaerobic and decompressing the bottom mud sludge,
Methane fermentation is suppressed and hydrogen fermentation proceeds preferentially. By adopting this fermentation method, the molar amount ratio of hydrogen and carbon dioxide gas obtained by the usual fermentation method is improved to 50%: 50%, and the generation ratio of hydrogen and carbon dioxide gas is 65 to 70%: 30 to
Improved up to 35%. This is because the hydrogen-fermentation method by slightly anaerobic / vacuum fermentation converts the absorbed ergon reaction into a substantially ergon reaction, and in the conventional method, a large amount of lower carboxylic acid such as butyric acid and acetic acid is accumulated in the fermentation broth. As a result, it is speculated that what had reached the dynamic equilibrium state progressed in the positive direction, and as a result, the hydrogen generation amount increased.

【0040】(4)底泥ヘドロの水素発酵による有機物
分解率は顕著であり、期間平均値での有機物除去率は約
80%の高い効率が得られた。これはヘドロ分解の主役
を演じている水素生産菌クロストリジウム(Clostridiu
m)は、通常強力なセルラーゼ、ヘミセルラーゼ、リゾチ
ームなどの酵素を生産するので、ヘドロの有機物の可成
りの部分を占めている生物遺骸、即ち細胞壁、細胞膜な
どの難生物分解性の有機物も分解されるためであると考
えられる。 (5)底泥ヘドロの水素発酵により、可成りの窒素、り
んが除去されるが、これは両元素が水素生産菌の増殖に
利用されるためであると考えられるのが妥当である。こ
の窒素とりんは、当然水素生産菌の体内に存在している
ので、余剰菌体を有効な窒素、りん肥料として利用でき
ることを示唆している。
(4) The rate of decomposition of organic matter by hydrogen fermentation of sludge from bottom mud was remarkable, and the removal rate of organic matter at a period average value was as high as about 80%. This is the hydrogen-producing bacterium Clostridium (Clostridiu) that plays a major role in sludge decomposition.
m) usually produces strong enzymes such as cellulase, hemicellulase, and lysozyme, so it also decomposes biological remains that make up a considerable portion of sludge organic matter, that is, biodegradable organic matter such as cell walls and cell membranes. It is thought that this is because it is done. (5) Significant nitrogen and phosphorus are removed by hydrogen fermentation of sludge sludge, and it is reasonable to consider that this is because both elements are used for the growth of hydrogen-producing bacteria. Since this nitrogen and phosphorus naturally exist in the body of hydrogen-producing bacteria, it suggests that the surplus cells can be used as effective nitrogen and phosphorus fertilizers.

【0041】実験例2 水素資化性細菌による地下水、湖水からの硝酸塩の還元
除去 アルカリゲネス(Alcaligenes)属、パラコッカス(Para
coccus) 属或いはシュードモナス(Pseudomonas)属など
の水素資化性細菌は自栄養性細菌に属し、炭素源として
CO2 が液中に存在し、微生物増殖に必要な窒素源、リ
ン源及びその他の無機塩類、微量元素が存在すれば、完
全に無機栄養的環境で増殖する。これらの細菌類はH2
を電子供与体として硝酸塩(NOx−N)を還元し、窒
素ガスとする機能を持っている。本発明は、この機能を
有効に利用し、液中の硝酸塩を除去することを最大の特
徴としている。本実施例では、当初、ダム貯水池の硝酸
塩除去を考えたが、富栄養化が極端に進行したダム貯水
池でも硝酸性窒素濃度が2〜3mg/リットルの低濃度
であり、水素資化性細菌による硝酸塩還元の効果を的確
に判断できない恐れがあるために、供試試料として家畜
汚水起源と考えられる硝酸塩を多量に含む地下水を選定
した。
Experimental Example 2 Reduction and removal of nitrate from groundwater and lake water by hydrogen-assimilating bacteria Genus Alcaligenes, Paracoccus (Para)
Hydrogen-utilizing bacteria such as Coccus spp. or Pseudomonas spp. belong to autotrophic bacteria, in which CO 2 is present in the liquid as a carbon source, and nitrogen sources, phosphorus sources and other inorganic substances necessary for microbial growth are present. If salts and trace elements are present, they will grow completely in a mineral nutritional environment. These bacteria are H 2
Is used as an electron donor to reduce nitrate (NOx-N) into nitrogen gas. The present invention is most characterized by effectively utilizing this function and removing nitrate in the liquid. In this example, initially, the removal of nitrate from the dam reservoir was considered, but the concentration of nitrate nitrogen was low at 2 to 3 mg / liter even in the dam reservoir where eutrophication was extremely advanced, which was caused by hydrogen-utilizing bacteria. Since it may not be possible to accurately judge the effect of nitrate reduction, groundwater containing a large amount of nitrate, which is considered to be the source of livestock sewage, was selected as a test sample.

【0042】供試試料として使用した地下水の水質は表
4の通りである。
Table 4 shows the water quality of the groundwater used as the test sample.

【表4】 [Table 4]

【0043】表4を見ても分かるように、本地下水はリ
ン濃度が低く、細菌類が増殖するには不足している。従
って、実施例1の水素発酵槽による最終処理水を適量加
え、地下水のPO4−P濃度が10mg/リットルとな
るように調整した。本発明の実施例に使用した水素資化
性細菌培養槽(以下、培養槽と略記する)は有効容積
0.5リットルの円筒型培養槽であり、当然、大気と直
接連通しない密閉構造を有する。この密閉式培養槽を実
施例1と同様に20℃の恒温水槽にセットし、硝酸塩還
元時間を4〜7時間の範囲に設定して連続実験を行なっ
た。
As can be seen from Table 4, this groundwater has a low phosphorus concentration and is insufficient for bacteria to grow. Therefore, an appropriate amount of the final treated water from the hydrogen fermentation tank of Example 1 was added to adjust the concentration of PO 4 -P in ground water to 10 mg / liter. The hydrogen-assimilating bacterium culture tank (hereinafter abbreviated as a culture tank) used in the examples of the present invention is a cylindrical culture tank having an effective volume of 0.5 liter and naturally has a closed structure that does not directly communicate with the atmosphere. . This closed culture tank was set in a constant temperature water tank of 20 ° C. as in Example 1, and the nitrate reduction time was set in the range of 4 to 7 hours to carry out continuous experiments.

【0044】連続実験のフローシートを図2に示した。
まず、硝酸塩還元の主役を演ずる水素資化性細菌は、前
記の純粋菌の水素資化性細菌を公的機関から入手して使
用してもよいが、此等の細菌は通常、土壌中に一般的に
棲息しているので、地下水を採水した地点の近傍の土壌
を採取し、これに水道水を加えて攪拌、静置し、土砂類
を沈降せしめた上層液を傾斜法で取出し、培養槽23に
200ml、地下水24、300mlを加えて培養槽容
積500mlと等容量となるまでメスアップした。運転
を開始した時点では、予想される最終負荷の1/5の硝
酸塩負荷を与え順次、負荷を上げて、硝酸塩還元機能が
定常に達した時点で正規の連続実験を行なった。供試地
下水24をポンプ25により液の滞留時間が約4〜6時
間程度(2〜3リットル/日となるように注入した。
The flow sheet of the continuous experiment is shown in FIG.
First, the hydrogen-utilizing bacteria that play a major role in nitrate reduction may be obtained by using the hydrogen-utilizing bacteria of the above-mentioned pure bacteria from public institutions, but these bacteria are usually used in soil. Since it generally inhabits, soil near the point where groundwater was sampled was collected, tap water was added to this, and the mixture was stirred and allowed to stand, and the upper layer liquid that settled sediment was taken out by the gradient method, 200 ml and 24 and 300 ml of ground water were added to the culture tank 23, and the volume of the culture tank was increased to 500 ml to make the volume equal. When the operation was started, a nitrate load of ⅕ of the expected final load was applied and the loads were sequentially increased, and when the nitrate reducing function reached a steady state, a regular continuous experiment was performed. The test groundwater 24 was injected by the pump 25 so that the liquid retention time was about 4 to 6 hours (2 to 3 liters / day).

【0045】培養槽23へは、実験例1の水素発酵槽か
ら得られた発生ガス28をブロワー29によって連続的
に吹き込み、培養槽から排出されるガスは循環パイプを
経由して再度培養槽23に吹き込み、循環利用した。ガ
ス吹き込み率は約100〜150ml/分程度に調整し
た。培養槽からの発生ガスは、トラップ26を経由して
発生ガス計量器27に至り、発生ガス量を計量した。培
養槽での処理水30の採取は、採取時にブロワー29の
運転を一時的(約1時間)に中止し、水素資化性細菌群
を沈降分離した上層液を、分析に必要な量を外部に取り
出して行った。分析に供する試料は、培養槽から採取し
た処理水を遠心分離器(3000G、10分)にかけ、
遠心分離液について行なった。
The evolved gas 28 obtained from the hydrogen fermentation tank of Experimental Example 1 was continuously blown into the culture tank 23 by a blower 29, and the gas discharged from the culture tank was passed through the circulation pipe again to the culture tank 23. It was blown into and recycled. The gas blowing rate was adjusted to about 100 to 150 ml / min. The generated gas from the culture tank reached the generated gas meter 27 via the trap 26 and measured the amount of generated gas. When collecting the treated water 30 in the culture tank, the operation of the blower 29 was temporarily stopped (about 1 hour) at the time of collection, and the amount of the upper layer liquid obtained by sedimentation and separation of the hydrogen-assimilating bacteria group was adjusted to an external amount. I took it out. Samples to be analyzed are treated water collected from the culture tank, placed in a centrifuge (3000 G, 10 minutes),
Performed on the centrifuge.

【0046】以上、培養槽における水素資化性細菌の培
養条件(処理条件)をまとめると次の通りである。 *培養温度 : 20℃±1℃ *地下水供給速度 : 約2〜3リットル/日(水素発酵処理水でりんを強化) *滞留時間 : 約4〜6時間(連続処理方式) *硝酸塩による窒素負荷 : 約0.21kg/m3 ・日 *菌体に対する負荷 : 約0.15kg/kg・日 *供給ガス : H2 65%+CO2 35%(水素発酵槽からの発生ガス) *pH : 7.3〜7.8 *菌体濃度 : 約1,500mg/リットル
The culture conditions (treatment conditions) of hydrogen-assimilating bacteria in the culture tank are summarized as follows. * Culturing temperature: 20 ° C ± 1 ° C * Groundwater supply rate: Approximately 2 to 3 liters / day (phosphorus is strengthened with hydrogen fermented water) * Dwelling time: Approximately 4 to 6 hours (continuous treatment method) * Nitrogen load by nitrate : Approximately 0.21 kg / m 3 · day * Load on bacterial cells: Approximately 0.15 kg / kg · day * Supply gas: H 2 65% + CO 2 35% (gas generated from hydrogen fermenter) * pH: 7. 3 to 7.8 * Cell concentration: Approximately 1,500 mg / liter

【0047】以上の検証実験によって得られた結果を総
括すると次の通りである。 (1)硝酸性窒素を約30〜40mg/リットル含む表
4の地下水を、土壌中に野性的に棲息している水素資化
性細菌群を種菌とし、水素発酵槽からの発生ガス(H2
+CO2 )を供給することにより、約0.15kg/k
g・日の窒素負荷条件(滞留時間は約4時間)で上記濃
度の硝酸塩を殆ど完全に除去することができる。この負
荷条件でもなお余裕があったので、20℃の培養水温で
の窒素除去速度は0.2kg/kg・日以上と推定され
る。 (2)この処理実験では、地下水のリン濃度を水素発酵
最終処理水で強化した以外は無機成分の補正は全く行な
っていない。従って、十分な成分補正を行なえば、脱窒
素速度はさらに向上するものと考えられる。しかし、現
実には、莫大な量の地下水を処理することになるので、
成分補正する事無く完全な硝酸塩除去が達成されたとい
う実験的事実は貴重な知見である。
The results obtained by the above verification experiments are summarized as follows. (1) The groundwater of Table 4 containing nitrate nitrogen of about 30 to 40 mg / liter is used as the inoculum of the hydrogen-utilizing bacteria group that wildly inhabits the soil, and the gas generated from the hydrogen fermentation tank (H 2
By supplying + CO 2 ), about 0.15 kg / k
Under the nitrogen loading condition of g · day (residence time is about 4 hours), the nitrate of the above concentration can be almost completely removed. Since there was still a margin under this load condition, the nitrogen removal rate at the culture water temperature of 20 ° C is estimated to be 0.2 kg / kg · day or more. (2) In this treatment experiment, inorganic components were not corrected at all, except that the phosphorus concentration of groundwater was strengthened by the hydrogen-fermented final treated water. Therefore, it is considered that the denitrification rate will be further improved if the components are sufficiently corrected. However, in reality, it will process a huge amount of groundwater, so
The experimental fact that complete nitrate removal was achieved without compensating components is a valuable finding.

【0048】(3)また、本検証実験ではATCCなど
の公的機関から入手した純粋菌を使用すること無く、通
常の土壌に棲息している水素資化性細菌群を用いた連続
処理実験であったが、地下水中の硝酸塩は前記の窒素負
荷条件で完全に除去された。この混合培養系で優占種と
なっている水素資化性細菌は次の細菌であった。検出さ
れた主たる水素資化性細菌 アルカリゲネス エウトロヒウス(Alcaligenes eutrop
hus) アルカリゲネス デニトリフィカンス(Alcaligenes de
nitrificans) 通常、土壌中に一般的に認められる水素資化性細菌パラ
コッカス(Paracoccus) 属も散見されたが、優占種では
なかった。
(3) Further, in this verification experiment, a continuous treatment experiment using a group of hydrogen-assimilating bacteria living in normal soil was used without using pure bacteria obtained from public institutions such as ATCC. However, nitrate in groundwater was completely removed under the nitrogen loading conditions. The hydrogen-assimilating bacteria that became the dominant species in this mixed culture system were the following bacteria. Major hydrogen-utilizing bacteria detected: Alcaligenes eutrop
hus) Alcaligenes de
nitrificans) Usually, the genus Paracoccus, a hydrogen-utilizing bacterium commonly found in soil, was also found, but it was not the dominant species.

【0049】(4)培養槽から発生する総ガス量は15
0〜200ml/日、ガス成分は窒素ガス、水素ガス及
び炭酸ガスであったが、この内、窒素ガスは約75〜1
10ml/日であり、窒素ガスに関してはほぼ化学量論
値に近い数値が得られた。 (5)本発明の特徴である、ダム貯水池の底泥ヘドロを
基質とし、水素生産菌及び水素資化性細菌の共働作用に
より、特定の純粋菌を使用する事無くヘドロ及び土壌に
棲息している野性菌を使用しても高濃度の硝酸塩をほぼ
完全に除去することが可能であることが実証された。水
素発酵槽から得られる水素量は、一般のダム貯水池の湖
水を対象とした場合、必要量の約3倍に達することも確
認された。
(4) The total amount of gas generated from the culture tank is 15
0 to 200 ml / day, the gas components were nitrogen gas, hydrogen gas and carbon dioxide gas, of which nitrogen gas was about 75 to 1
It was 10 ml / day, and a value close to the stoichiometric value was obtained for nitrogen gas. (5) The characteristic feature of the present invention is that the sludge sludge from the dam reservoir is used as a substrate, and the synergistic action of hydrogen-producing bacteria and hydrogen-assimilating bacteria causes the sludge to inhabit the sludge and soil without the use of specific pure bacteria. It was demonstrated that it is possible to almost completely remove high-concentration nitrates even with the use of wild bacteria. It was also confirmed that the amount of hydrogen obtained from the hydrogen fermenter reaches about three times the required amount when the lake water in a general dam reservoir is targeted.

【0050】実施例2 発酵2種に硫化物を電子供与体とする光合成微生物を供
する場合の例を図3を用いて説明する。図3において、
ダム貯水池1の底部に堆積したヘドロ2を、湖面を自由
に走行できる船、或いは浚渫船から貯水池底部にヘドロ
汲み上げ用ホッパー3を下ろし、液面を移動しながら船
上に設置されたポンプ4で地上の除砂装置5に投入す
る。底泥としてのヘドロを湖底から土砂分と分離して有
機物主体のヘドロ分だけを汲上げるのは実質的に困難で
あり、この除砂装置5により有機質のヘドロと土砂分を
大別分離する。分離された土砂分は埋立て等の目的に使
用されるが、除砂装置5の上層部の所謂ヘドロは、通
常、連続的及び/又は回分的に次の工程である紅色硫黄
光合成細菌培養槽6B(以下、水素発酵槽と略記する)
に移送される。
Example 2 An example of the case where a photosynthetic microorganism having a sulfide as an electron donor is supplied to two types of fermentation will be described with reference to FIG. In FIG.
The sludge 2 accumulated at the bottom of the dam reservoir 1 can be moved freely on the lake surface, or the dredger can be used to lower the sludge pumping hopper 3 to the bottom of the reservoir and move the liquid level to move it above the ground with the pump 4 installed on the ship. It is put into the sand remover 5. It is practically difficult to separate the sludge as bottom mud from the bottom of the lake and to pump only the sludge mainly composed of organic matter, and the sand removing device 5 separates the organic sludge and the sediment largely. The separated sediment is used for landfilling, etc., but the so-called sludge in the upper layer of the sand removing device 5 is usually a continuous and / or batch next step, which is a red sulfur photosynthetic bacterial culture tank. 6B (hereinafter abbreviated as hydrogen fermentation tank)
Be transferred to.

【0051】水源池のヘドロ中には、水源池に流入する
各種の汚水に源を発する硫酸イオン及び各種の金属イオ
ンが水源池内で化学的に反応して硫酸塩となり、湖底に
沈積し、ヘドロの還元帯域に至ると各種の金属硫化物及
び/又は硫化水素となって高濃度に存在している。この
ヘドロ中の所謂硫化物と、微弱ながら湖底に入射した太
陽光によりヘドロ中には紅色硫黄光合成細菌が棲息して
おり、底泥の環境で微弱ながら水素発酵が行なわれてい
る。従って、この水素発酵槽6Bに湖面に浮かべられた
フレネルレンズによる太陽光集光装置及び/又は陸上に
設置された太陽光集光装置21により集光した太陽エネ
ルギーを、例えば光ファイバー等の太陽エネルギー伝送
ケーブル22で水素発酵槽6Bに導入し、特定の負荷条
件、温度条件で培養することにより紅色硫黄光合成細菌
クロマチウム(Chromatium) が旺盛に増殖し、呼吸によ
る有機物分解と増殖過程における水素生産が行なわれ
る。
In the sludge of the water source pond, sulfate ions and various metal ions originating from various sewage flowing into the water source pond chemically react with each other in the water source pond to form a sulfate, which is deposited on the bottom of the lake and sludge. When it reaches the reduction zone, various metal sulfides and / or hydrogen sulfides are present in a high concentration. So-called sulfides in this sludge and sunlight, which is weakly incident on the bottom of the lake, cause red sulfur photosynthetic bacteria to inhabit the sludge, and hydrogen fermentation is carried out in the environment of the bottom mud, although weakly. Therefore, the solar energy collected by the solar light concentrator using the Fresnel lens floated on the lake surface in the hydrogen fermenter 6B and / or the solar light concentrator 21 installed on land is transmitted to the solar energy such as an optical fiber. By introducing into the hydrogen fermenter 6B with the cable 22 and culturing under specific load conditions and temperature conditions, the red sulfur photosynthetic bacterium Chromatium proliferates vigorously, and decomposition of organic matter by respiration and hydrogen production in the growth process are performed. .

【0052】紅色硫黄光合成細菌クロマチウム(Chroma
tium) による有機物生産と水素生産の生物反応式は次の
通りである。 紅色硫黄光合成細菌 ・・・・・ 電子供与体 硫化物 光合成 6CO2 +12H2 S=C6 126 +12S+6H2 O 水素生産 C6 126 +6H2 O=12H2 +6CO2 +680kcal 水素発酵槽6Bには、例えばATCC等の微生物保存機
関から紅色硫黄光合成細菌の純菌株を購入し、増量培養
して接種してもよいが、ヘドロに自然発生的に増殖して
くる野性菌を接種し、水素発酵槽で増量培養してもよ
い。
Red sulfur photosynthetic bacterium Chromatium
The biological reaction equations for organic matter production and hydrogen production by (tium) are as follows. Red sulfur photosynthetic bacteria ・ ・ ・ Electron donor Sulfide Photosynthesis 6CO 2 + 12H 2 S = C 6 H 12 O 6 + 12S + 6H 2 O Hydrogen production C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O = 12H 2 + 6CO 2 + 680kcal Hydrogen fermenter For 6B, for example, a pure strain of purple sulfur photosynthetic bacterium may be purchased from a microorganism preservation institution such as ATCC, and may be inoculated with an increased amount of culture, but the sludge is inoculated with a wild bacterium that naturally grows, It is also possible to carry out expansion culture in a hydrogen fermenter.

【0053】現実には紅色硫黄光合成細菌クロマチウム
(Chromatium) は、自然環境下で水素生産性の微細藻類
オスシラトリア(Oscillatoria) と混生する事例が多
く、このように紅色硫黄細菌と微細藻類が混合培養系を
構成すると、藻類自身の水素生産が加算されるだけでな
く、藻類が2次的に生産する有機酸を光合成細菌が他栄
養的に利用して増殖速度が著しく加速される事が知られ
ている。 微細藻類オスシラトリア(Oscillatoria) ・・・・・ 電子供与体 水 光合成 6CO2 +12H2 O=C6 126 +6O2 +6H2 O 水素生産 2H2 O = 2H2 +O2
In reality, the red sulfur photosynthetic bacterium Chromatium is often mixed with the hydrogen-producing microalga Oscillatoria in a natural environment. It is known that not only the hydrogen production of algae itself is added, but also the photosynthetic bacteria utilize other organic acids secondarily produced by algae for other nutrition, and the growth rate is significantly accelerated. There is. Microalgae Oscillatoria ・ ・ ・ ・ ・ Electron donor Water Photosynthesis 6CO 2 + 12H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O Hydrogen production 2H 2 O = 2H 2 + O 2

【0054】前記したオスシラトリア(Oscillatoria)
やアナバエナ(Anabaena) 属の微細藻類は、光エネルギ
ーの存在下で炭酸ガスを炭素源として菌体、有機物、水
素を生産するが、固定した炭酸ガスの約30%程度を多
糖類や酢酸、グリコール酸等の低級脂肪酸として菌対外
に放出し、此等の有機物を栄養源として紅色硫黄光合成
細菌はさらに有機物分解と水素生産を行なう。酢酸から
の水素生産 CH3 COOH+2H2 O = 2CO2 +4H2 グリコール酸からの水素生産 CH2 (OH)COOH+H2 O+2H2 以上のように、水素発酵槽6Bには外部から入手した純
菌株を接種するよりも、野性的な紅色硫黄光合成細菌と
微細藻類との混合培養系を接種するほうが合理的であ
り、有機物分解と水素生産の観点からも優れている。
Oscillatoria described above
Microalgae of the genus Anabaena produce fungi, organic matter, and hydrogen using carbon dioxide as a carbon source in the presence of light energy, but about 30% of fixed carbon dioxide is polysaccharides, acetic acid, or glycol. It is released as a lower fatty acid such as an acid to the outside of the bacterium, and the red sulfur photosynthetic bacteria further decompose organic matter and produce hydrogen by using these organic matter as a nutrient source. As hydrogen production CH 3 COOH + 2H 2 O = 2CO 2 + 4H 2 hydrogen production from glycolic acid CH 2 (OH) COOH + H 2 O + 2H 2 or more from acetic acid, inoculated with a pure strain obtained from the outside to the hydrogen fermenter 6B It is more rational to inoculate a mixed culture system of wild red sulfur photosynthetic bacteria and microalgae, and it is superior from the viewpoint of organic matter decomposition and hydrogen production.

【0055】また、前記の太陽光集光装置21は、広大
な表面積を有する湖面に浮かべ、水源池への太陽光の入
射量を制限することにより、富栄養化の原因藻類の増殖
を可成り制御することができるので、水源池の立地条件
が許せばこの種の太陽光集光装置を利用するほうが得策
である。槽6Bで水素発酵を完結した消化脱離液は、次
の汚泥分離濃縮槽7に移送され、処理水8と濃縮汚泥1
0とに大別分離され、濃縮汚泥10は常套手段により脱
水されたのち、肥料或いは堆肥などに変換され、資源と
して再利用される。以下のリン回収及び硝酸塩の脱窒素
方法、更には余剰汚泥の処理や余剰水素ガスの利用等に
ついては実施例1と同じである。
Further, the solar light concentrating device 21 described above floats on the surface of a lake having a vast surface area and restricts the amount of sunlight incident on the water source pond, whereby the growth of algae that cause eutrophication can be significantly achieved. Since it can be controlled, it is better to use this type of solar concentrator if the location of the source pond allows. The digested and desorbed liquid that has completed the hydrogen fermentation in the tank 6B is transferred to the next sludge separation and concentration tank 7, where the treated water 8 and the concentrated sludge 1
The sludge 10 is roughly separated into 0 and dehydrated by conventional means, then converted into fertilizer or compost and reused as a resource. The following phosphorus recovery and nitrate denitrification methods, treatment of excess sludge, utilization of excess hydrogen gas, etc. are the same as in Example 1.

【0056】実験例3 ダム貯水池ヘドロからクロマチウム(Clomatium)属によ
る水素生産 上水取水源用のダム貯水池から得られた土砂分を含んだ
ヘドロを水素生産のための基質として選択した。このヘ
ドロには可成りの土砂分が含まれていたので、水素発酵
槽に供給する前に、5℃の大型冷蔵庫に保管してあるヘ
ドロから1日当たりの必要量を取出し、約1時間静置し
たのち、その上層部分を傾斜法により別容器に移し、供
試試料とした。この土砂分を大別分離したヘドロの化学
的性状(実験期間中の平均値)は表5の通りであった。
Experimental Example 3 Hydrogen production from the dam reservoir sludge by the genus Clomatium The sludge containing sediment obtained from the dam reservoir for clean water intake was selected as a substrate for hydrogen production. Since this sludge contained a considerable amount of sediment, take out the required amount per day from the sludge stored in a large refrigerator at 5 ° C and leave it for about 1 hour before supplying it to the hydrogen fermentation tank. After that, the upper layer portion was transferred to another container by the tilting method to prepare a test sample. Table 5 shows the chemical properties (average value during the experimental period) of sludge obtained by roughly separating this sediment content.

【0057】[0057]

【表5】 [Table 5]

【0058】水素発酵槽の容積は、実際の水張り容積
(有効容積)が5リットルの円筒型発酵槽であり、これ
を30℃の恒温水槽に設置し、発酵日数が6日となるよ
うにヘドロを注入した。紅色硫黄光合成細菌群培養の実
験条件(実験期間5カ月における定常状態での平均値)
は次の通りである。 *発酵水温 : 30℃±1℃ *運転時のpH 動的平衡値 : 7.8 *発酵日数 : 6日 *有機物負荷 : 7.5kg・/m3 ・日 *定常状態での菌体濃度 : 4,500mg/リット
ル(浮遊物を含む) *菌体負荷 : 1.7kg/kg・日 *硫化物の菌体負荷 : 0.25kg/kg・日 *ヘドロの供給方法 午前と午後に、それぞれ1日分
の半量を投入
The volume of the hydrogen fermenter is a cylindrical fermenter with an actual water-filled volume (effective volume) of 5 liters, which is installed in a constant temperature water bath of 30 ° C., and sludge is fed so that the number of fermentation days is 6 days. Was injected. Experimental conditions for red sulfur photosynthetic bacteria group culture (average value in steady state for 5 months)
Is as follows. * Fermentation temperature: 30 ° C. ± 1 ° C. * pH dynamic equilibrium value during operation: 7.8 * Fermentation days: 6 days * organic load: 7.5kg · / m 3 · day * cell concentration at steady state: 4,500 mg / liter (including suspended matter) * Cell load: 1.7 kg / kg-day * Sulfide cell load: 0.25 kg / kg-day * Sludge supply method 1 each in the morning and afternoon Input half the amount for the day

【0059】本発明の実施例に使用した水素発酵槽は有
効容積が5リットルで規模が小さいために、本発明にお
ける減圧発酵をそのまま実施例の実験装置に適用するに
は技術的に困難であるため、簡略方法を用いた。即ち、
水素発酵槽の気相部分と連通する塩化ビニール製のパイ
プに真空ポンプを連結し、真空ポンプを作動せしめて、
全槽が実質的に−1000〜−1500mmAqとなる
ように自動的に減圧制御し、減圧発酵を行なった。供試
ヘドロは水素発酵槽に投入するまえに緩慢な曝気を行
い、供試ヘドロのORPが所定のORPよりも高めにな
るように、具体的には−100〜−150mVとなるよ
うに調整したのち水素発酵槽に投入した。水素発酵槽に
はORP感知センサーを設置し、ORP値を監視しなが
ら水素生産菌(紅色硫黄光合成細菌群)が増殖するに好
適な−200mVを設定値として運転した。
Since the hydrogen fermenter used in the examples of the present invention has an effective volume of 5 liters and is small in scale, it is technically difficult to directly apply the reduced-pressure fermentation of the present invention to the experimental apparatus of the examples. Therefore, the simplified method was used. That is,
Connect the vacuum pump to the vinyl chloride pipe that communicates with the gas phase part of the hydrogen fermentation tank, and operate the vacuum pump,
The reduced pressure was automatically controlled so that all the tanks were substantially -1000 to -1500 mmAq, and the reduced pressure fermentation was performed. The test sludge was slowly aerated before being put into the hydrogen fermentation tank, and the ORP of the test sludge was adjusted to be higher than a predetermined ORP, specifically, adjusted to -100 to -150 mV. Then it was put into a hydrogen fermenter. An ORP sensor was installed in the hydrogen fermenter, and while operating the ORP value, the hydrogen-producing bacterium (red sulfur photosynthetic bacterium group) was operated with a set value of -200 mV suitable for growing.

【0060】水素発酵槽には、当初供試ヘドロ1リット
ル、研究所近傍の開渠のヘドロ1リットルを種菌として
接種し、低負荷から徐々に負荷を上昇して馴致する方法
により水素生産菌を増殖せしめ、この方法により、運転
を開始してから約1カ月後に、設定した硫化物負荷条件
での定常状態に達した。実験終了後に、本実験の増殖汚
泥について紅色硫黄光合成細菌を同定した結果、次に示
した菌株の混合培養系であることが確認された。 検出された紅色硫黄光合成細菌 クロマチウム ビノスム(Clomatium vinosum) (ATCC 1
7899) クロマチウム ブデリ(Clomatium buderi) (ATCC 2558
3) また、培養を開始してから約1.5カ月後辺りから藍藻
の一種であるオスシラトリア(Oscillatoria) sp. が認
められるようになり、培養槽内で共生系が構築された
が、藍藻については特に同定は行なわなかった。
The hydrogen fermenter was initially inoculated with 1 liter of the sludge to be tested and 1 liter of sludge in the open channel near the laboratory as inoculum, and the load was gradually increased from the low load to acclimate the hydrogen-producing bacteria. The cells were allowed to grow, and by this method, a steady state was reached under the set sulfide loading condition about one month after the start of operation. After the experiment was completed, red sulfur photosynthetic bacteria were identified in the grown sludge of this experiment, and as a result, it was confirmed to be a mixed culture system of the strains shown below. Detected red sulfur photosynthetic bacterium Clomatium vinosum (ATCC 1
7899) Clomatium buderi (ATCC 2558
3) In addition, about 1.5 months after the start of cultivation, a kind of cyanobacteria, Oscillatoria sp., Was found, and a symbiotic system was constructed in the culture tank. Was not specifically identified.

【0061】紅色硫黄光合成細菌及び共生する藍藻類が
光合成を行なうに必要な光エネルギーとしては、太陽光
線を直接利用したのでは実験条件が定まらず、データ解
析が出来ないので、波長分布が太陽光線に比較的近いキ
セノン・ランプを使用し、紫外線と赤外線はフィルター
により可及的にカットし、光ファイバーにより可視光線
だけを水素発酵槽に導入した。光エネルギー強度は大凡
60〜65W/m2 の範囲となるように光量を調節し
た。また光照射は1日当りの照射時間(明条件)が10
時間、暗条件が14時間となるように制御した。以上の
実験装置、実験条件における検証実験は、運転が定常状
態に達してから3カ月間継続し、実験終期の約1カ月間
に得られた処理成績を表6(期間平均値)に示した。な
お、水質分析に供した試料は消化脱離液を遠心力150
0Gの遠心分離器にかけ、強制的に菌体を含む浮遊物を
分離除去し、分析用試料とした。
As the light energy required for the photosynthesis of the red sulfur photosynthetic bacteria and the symbiotic cyanobacteria, the experimental conditions cannot be determined and the data cannot be analyzed if the sun rays are directly used. Using a xenon lamp that is relatively close to, ultraviolet rays and infrared rays were cut as much as possible by a filter, and only visible light was introduced into the hydrogen fermentation tank by an optical fiber. The light amount was adjusted so that the light energy intensity was in the range of approximately 60 to 65 W / m 2 . In addition, the light irradiation has a daily irradiation time (bright condition) of 10
The time and dark conditions were controlled to be 14 hours. The verification experiment under the above experimental apparatus and experimental conditions continued for 3 months after the operation reached a steady state, and the treatment results obtained during the approximately 1 month at the end of the experiment are shown in Table 6 (period average value). . The sample used for water quality analysis was digested and desorbed liquid with centrifugal force of 150.
The suspension containing the bacterial cells was forcibly separated and removed by applying a 0 G centrifuge to obtain a sample for analysis.

【0062】[0062]

【表6】 [Table 6]

【0063】検証実験によって得られた結果を要約する
と次の通りである。 (1)ダム貯水池のヘドロは、特に公的機関の保存菌株
を使用しなくても、本来的にヘドロ或いは通常の溝に野
性的に棲息している紅色硫黄光合成細菌を接種すること
により、水素発酵は遅退なく進行する。 (2)この検証実験で得られた水素ガス発生量は、生物
化学反応式より概略計算した量論値よりも相当に多い。 その理由は明確ではないが、発明の詳細な説明に記述し
たように、実験途中から藍藻の一種であるオスシラトリ
ア(Oscillatoria) sp. が発現して可成りの濃度に達
し、此等が生産する有機物起源の水素、及び藍藻自身の
水素生産量が加算されているのではないかと考えられ
る。
The results obtained by the verification experiment are summarized as follows. (1) The sludge in the dam reservoir can be hydrogenated by inoculating reddish sulfur photosynthetic bacteria that wildly inhabit the sludge or normal ditches, without using the preserved strains of public institutions. Fermentation proceeds without delay. (2) The hydrogen gas generation amount obtained in this verification experiment is considerably larger than the stoichiometric value roughly calculated from the biochemical reaction formula. Although the reason for this is not clear, as described in the detailed description of the invention, the organic matter produced by these species, which is produced by the expression of Oscillatoria sp. It is thought that the hydrogen production amount and the hydrogen production amount of cyanobacteria themselves are added.

【0064】(3)水源池のヘドロを微嫌気・減圧発酵
することにより、メタン菌の増殖は抑制され、水素発酵
が優先的に進行した。 この発酵法を採用することにより、通常の発酵法で得ら
れる水素と炭酸ガスのモル量比50%:50%は改善さ
れ、水素と炭酸ガスの発生比率は約70%、30%まで
改善された。クロマチウム(Clomatium)による硫化物を
電子供与体とした水素発酵は標準自由エネルギー値が正
となる吸エルゴン反応であるが、微嫌気、減圧発酵によ
り実質的に発エルゴン反応に変換され、正の方向に生物
反応が進行して水素生産量が増加したものと考えられ
る。 (4)ヘドロの水素発酵により、可成りの窒素、リンが
除去されるが、これは両元素が紅色硫黄光合成細菌及び
藍藻類の増殖に利用されたためであると考えられるのが
妥当である。 この窒素とリンは、当然増殖菌体内に存在しているの
で、余剰菌体を有効な窒素肥料、リン肥料として利用で
きる。
(3) By slightly anaerobic / vacuum-fermenting the sludge in the water source pond, the growth of methane bacteria was suppressed and the hydrogen fermentation proceeded preferentially. By adopting this fermentation method, the molar ratio of hydrogen and carbon dioxide gas obtained by the normal fermentation method is improved to 50%: 50%, and the generation ratio of hydrogen and carbon dioxide gas is improved to about 70% and 30%. It was Hydrogen fermentation using sulfide as an electron donor with Chromatium is an absorbing ergon reaction in which the standard free energy value is positive, but it is substantially converted to an ergon reaction by slightly anaerobic and vacuum fermentation, and the positive direction It is considered that hydrogen production increased due to the progress of biological reactions. (4) By hydrogen fermentation of sludge, considerable nitrogen and phosphorus are removed, and it is reasonable to consider that this is because both elements were utilized for the growth of purple sulfur photosynthetic bacteria and cyanobacteria. Since the nitrogen and phosphorus naturally exist in the proliferating cells, the surplus cells can be used as effective nitrogen fertilizer and phosphorus fertilizer.

【0065】実験例4 水素資化性細菌による地下水、湖水からの硝酸塩の還元
除去 実験例2と同様の実験を実験例3の処理ガス(CO2
2 )を用いて行なったところ、同様の結果を得た。
Experimental Example 4 Reduction and removal of nitrate from groundwater and lake water by hydrogen-assimilating bacteria An experiment similar to Experimental Example 2 was carried out using the treated gas (CO 2 +
H 2 ) gave similar results.

【0066】実験例5 ヘドロの水素発酵処理水からりんの回収 ダム貯水池のヘドロ中には、過去に流入したリン・窒
素、リン及び硫化物を栄養源として増殖した微細藻類、
動物プランクトン、その他の小動物に由来する多量のリ
ンが不活性リンとして蓄積されている。本発明は、この
底泥に利用される事無く、無限に眠っている有価なリン
資源を回収・利用することを特徴の一つとしている新規
な水源池の総合浄化システムである。底泥ヘドロを、本
発明の第一段階の還元条件下での水素発酵により処理す
ると、ヘドロ中に金属イオンと強固に結合していた不活
性リンが金属イオンとの結合から開放され、水溶性リン
として発酵消化液中に溶脱してくる。本発明の水素発酵
では、例えば表6に示したように発酵消化液(遠心分離
液)に645mg/リットルの高濃度のリン(PO4
P)が含まれていた。
Experimental Example 5 Recovery of Phosphorus from Hydrogen Fermentation-treated Water of Sludge In the sludge of the dam reservoir, microalgae which had grown by feeding phosphorus, nitrogen, phosphorus and sulfide as nutrients in the past,
A large amount of phosphorus derived from zooplankton and other small animals is accumulated as inactive phosphorus. The present invention is a novel comprehensive purification system for a water source pond, which is one of the features of recovering and utilizing valuable phosphorus resources sleeping indefinitely without being used for this bottom mud. When the sludge sludge is treated by hydrogen fermentation under the reducing conditions of the first step of the present invention, the inert phosphorus that was strongly bound to the metal ion in the sludge is released from the binding with the metal ion, and the water-soluble Leaches into the fermentation digestive juice as phosphorus. In the hydrogen fermentation of the present invention, for example, as shown in Table 6, a high concentration of phosphorus (PO 4
P) was included.

【0067】既存のリン回収技術にはMAP法、HAP
法等があるが、前述の通り、両技術とも使用する化学薬
品と条件に違いはあるが、化学的晶析反応を応用した技
術という観点からは同種の技術である。従って、実験例
5では、MAP法を適用したリンの回収実験に限定して
処理実験を行なった。発酵消化液には、PO4 −Pだけ
でなく、同時に多量のNH4 −Nが含まれているので、
この発酵消化液にマグネシウム源として塩化マグネシウ
ム(MgCl2 )溶液を注入すると、液中のリン酸は極
めて化学量論的に反応して、肥料として効能のあるリン
酸マグネシウムアンモン(MgNH4 PO4 ・6H
2 O)が生成され、この物質は極めて高速に沈殿する。
The existing phosphorus recovery technology includes MAP method and HAP.
Although there are methods and the like, as described above, both technologies are the same kind of technology from the viewpoint of the technology applying the chemical crystallization reaction, although there are differences in the chemicals used and the conditions. Therefore, in Experimental Example 5, the treatment experiment was limited to the phosphorus recovery experiment to which the MAP method was applied. Since the fermented digestive juice contains not only PO 4 -P but also a large amount of NH 4 -N at the same time,
When a magnesium chloride (MgCl 2 ) solution as a magnesium source is injected into this fermentation digestive liquid, the phosphoric acid in the liquid reacts extremely stoichiometrically, and magnesium ammonium phosphate (MgNH 4 PO 4 ·. 6H
2 O) is produced and this material precipitates very rapidly.

【0068】実験例5では、まず、発酵消化液(遠心分
離水)をダム貯水池の湖水で5倍に希釈してこれを1リ
ットルのビーカーに入れる。この希釈発酵消化液のPO
4 −Pは120〜130mg/リットル、NH4 −Nは
230〜240mg/リットル、pHは7.8〜7.9
であった。この液にアルカリを加えてpHを8.5〜
8.8の範囲となるように調整してからMg/P≒1.
5となるように塩化マグネシウム溶液を加え、約1時間
緩速攪拌してから生成物を遠心力で強制的に分離し、ビ
ーカーに戻す。次に、再度ビーカーに5倍希釈発酵消化
液を加え、前と同じ操作を行い、この操作を1日に5回
程度、約5〜7日繰り返すとリン酸マグネシウムアンモ
ンの結晶は晶析反応により次第に成長して粒状となり、
10日以降は重力沈殿で容易に沈殿分離するようにな
る。この反応は、HAP法による接触脱りん法と同じ機
構によるものであり、結晶は実験の最終段階で約1.0
〜1.5mmまで成長した。
In Experimental Example 5, first, the fermented digested liquid (centrifuged water) was diluted 5 times with the lake water in the dam reservoir, and the diluted digested liquid was placed in a 1-liter beaker. PO of this diluted fermentation digestive juice
4- P is 120 to 130 mg / liter, NH 4 -N is 230 to 240 mg / liter, and pH is 7.8 to 7.9.
Met. Add alkali to this solution to adjust the pH to 8.5.
After adjusting so as to be in the range of 8.8, Mg / P≈1.
A solution of magnesium chloride was added so that the mixture became 5, and the mixture was gently stirred for about 1 hour, then the product was forcibly separated by centrifugal force and returned to the beaker. Next, again add the 5-fold diluted fermentation digestion solution to the beaker, perform the same operation as before, and repeat this operation about 5 times a day for about 5 to 7 days, and crystals of magnesium ammonium phosphate will undergo crystallization reaction. Gradually grow and become granular,
After 10 days, it will be easily separated by gravity precipitation. This reaction has the same mechanism as the catalytic dephosphorization method by the HAP method, and the crystal is about 1.0 at the final stage of the experiment.
Grew to ~ 1.5 mm.

【0069】処理実験が定常に達した時点でのリン酸
(PO4 −P)の除去率は約95%の高効率に達し、処
理水には10mg/リットル程度のリン酸が残留するに
過ぎなかった。この造粒物は接触脱りん法で得られる粒
状結晶と物性的に極めて類似したものであり、自然放置
で水分は簡単に放散し、ハンドリングが極めて容易であ
った。また、この反応は厳密に化学量論的に行なわれる
ために、当然、NH4 −Nは分離液中に可成り残留し
た。結論として、発酵消化液中の水溶性リンはMAP法
及び/又はHAP法を適用することにより、極めて効果
的、経済的に不活性リンをリン酸肥料、窒素肥料として
回収することが可能である。
When the treatment experiment reached a steady state, the removal rate of phosphoric acid (PO 4 -P) reached a high efficiency of about 95%, and about 10 mg / liter of phosphoric acid remained in the treated water. There wasn't. This granulated product was very similar in physical properties to the granular crystals obtained by the catalytic dephosphorization method, and moisture was easily released when left standing naturally, and handling was extremely easy. Further, since this reaction is carried out in a strict stoichiometric manner, NH 4 -N naturally remained in the separated liquid to a considerable extent. In conclusion, water-soluble phosphorus in fermentation digestive juice can be recovered extremely effectively and economically as phosphate fertilizer and nitrogen fertilizer by applying MAP method and / or HAP method. .

【0070】[0070]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は従来技術
とは全く異なる視点、思想からの発想による革新的な発
明であり、次のような作用効果を有する。 (1)近年、富栄養化の観点から限界に達している上水
取水源としてのダム貯水池を根本的に浄化する方法とし
て、ダム貯水池の底部に堆積しているヘドロを有効な資
源として活用することにより、水源池の総合的浄化を達
成することができる。即ち、無限に存在するヘドロを水
素生産菌や紅色硫黄光合成細菌の基質として供給し、水
素発酵を行なうことによりヘドロ(底泥の有機物)を分
解安定化するとともに、多量の水素を生産することがで
きる。この水素生産の過程で発生する(H2 +CO2
の混合ガスを、硝酸塩を多量に含む地下水及び/又は湖
水に栄養源、電子供与体として供給し、水素資化性細菌
を培養することにより悪性貧血症(主として青色児症候
群)の原因物質である硝酸塩を完全に除去することがで
きるだけでなく、水源池の富栄養化防止に著しく貢献す
る。
As described above in detail, the present invention is an innovative invention based on a concept and a concept completely different from the prior art, and has the following effects. (1) Utilizing sludge accumulated at the bottom of dam reservoirs as an effective resource as a method of fundamentally purifying dam reservoirs that have reached their limits from the viewpoint of eutrophication in recent years By doing so, comprehensive purification of the water source pond can be achieved. In other words, infinitely existing sludge is supplied as a substrate for hydrogen-producing bacteria and purple sulfur photosynthetic bacteria, and hydrogen fermentation is performed to stabilize and decompose sludge (organic matter in bottom mud) and to produce a large amount of hydrogen. it can. Generated in the process of hydrogen production (H 2 + CO 2 )
Is a causative agent of pernicious anemia (mainly blue infant syndrome) by supplying hydrogen gas as a nutrient source and electron donor to groundwater and / or lake water containing a large amount of nitrate, and culturing hydrogen-utilizing bacteria. Not only can nitrate be completely removed, but it will also contribute significantly to the prevention of eutrophication in the water source pond.

【0071】(2)閉鎖水域、停滞水域の富栄養化を完
全に防止或いは解消するためには、水系の窒素及びリン
だけを対象として除去しても、高度の富栄養化ポテンシ
アルを持っている底泥ヘドロを処理・処分しないかぎ
り、水域の富栄養化は無限に継続する。本発明は、この
事実に対する的確な解答を与える水源池の総合浄化シス
テムであり、ヘドロを有機性廃棄物として評価せず、有
価な資源として評価し、水素生産菌と紅色硫黄光合成細
菌と水素資化性細菌との共働作用により水源池を再生す
るための革新的な技術である。 (3)両微生物反応系から大気に放出される最終的な代
謝ガスは、地球環境に無害な窒素ガスが大部分であり、
地球環境を汚染する事はない。
(2) In order to completely prevent or eliminate eutrophication in closed water areas and stagnant water areas, even if only nitrogen and phosphorus in the water system are removed as targets, they have a high eutrophication potential. Eutrophication of water bodies will continue indefinitely unless the sludge sludge is treated and disposed of. The present invention is a comprehensive purification system for water source ponds that gives an accurate answer to this fact. Sludge is not evaluated as organic waste but as a valuable resource, and hydrogen-producing bacteria, purple sulfur photosynthetic bacteria, and hydrogen resources are evaluated. It is an innovative technology for regenerating a water source pond by synergistic action with oxidative bacteria. (3) Most of the final metabolic gas released from both microbial reaction systems into the atmosphere is nitrogen gas, which is harmless to the global environment,
It does not pollute the global environment.

【0072】(4)ダム貯水池は天然湖と同等にレベル
にあるか、或いは天然湖よりも高地、山間地に立地して
いる場合が多く、大なる表面積を持っている。従って、
本発明の水源池総合浄化システムにおいて第一段階の水
素発酵工程で主役を演ずる紅色硫黄光合成細菌或いは強
制する藍藻類が、光合成に必要な天然の太陽光線による
エネルギーを比較的得やすい。特に、貯水池の湖面に浮
遊式の太陽光集光装置を設置すると、富栄養化の原因藻
類が必要とする太陽エネルギーの貯水池内への照射量を
可成り制限することができ、富栄養化軽減の一助とな
り、一挙両得である。
(4) Dam reservoirs are at the same level as natural lakes, or are often located in highlands and mountainous areas, and have a large surface area. Therefore,
In the integrated purification system for water source ponds of the present invention, the red sulfur photosynthetic bacteria or blue-green algae that play a leading role in the hydrogen fermentation process of the first step are relatively easy to obtain the energy from the natural sunlight necessary for photosynthesis. In particular, if a floating solar concentrator is installed on the lake surface of the reservoir, the irradiation amount of solar energy required by the algae that cause eutrophication into the reservoir can be considerably limited, reducing eutrophication. It will be a help to you and you will win both.

【0073】(5)水素生産菌及び紅色硫黄光合成細菌
を用いた培養槽(水素発酵槽)からの発酵消化液には、
ヘドロ中で不活性リンとして死蔵されていたリン資源
が、活性なリン資源として顕在化され、このリンを化学
的なリン回収技術を適用することによりリン肥料或いは
窒素肥料として再生し、農業目的に使用することができ
る。このリン回収工程は前記の2段階の生物反応工程と
不可分な重要な工程であり、本発明はこれらの3要素を
組み合わせることにより、水源池の総合浄化及び廃棄物
の再資源化という重要な機能が発現される。
(5) The fermentation digestion liquid from the culture tank (hydrogen fermenter) using hydrogen-producing bacteria and purple sulfur photosynthetic bacteria,
Phosphorus resources that had been stored as inactive phosphorus in sludge were revealed as active phosphorus resources, and by applying chemical phosphorus recovery technology, this phosphorus was regenerated as phosphorus fertilizer or nitrogen fertilizer for agricultural purposes. Can be used. This phosphorus recovery step is an important step that is inseparable from the above-mentioned two-step biological reaction step, and the present invention combines these three elements to achieve an important function of comprehensive purification of water source ponds and recycling of waste. Is expressed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の浄化方法で発酵工程に水素生産菌を供
する場合のフロー工程図。
FIG. 1 is a flow process diagram when a hydrogen-producing bacterium is supplied to a fermentation process by the purification method of the present invention.

【図2】本発明で用いる脱窒素工程の部分拡大フローシ
ート。
FIG. 2 is a partially enlarged flow sheet of a denitrification process used in the present invention.

【図3】本発明の浄化方法で発酵工程に光合成微生物を
供する場合のフロー工程図。
FIG. 3 is a flow process diagram when a photosynthetic microorganism is supplied to a fermentation process by the purification method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:ダム貯水池、2:底泥ヘドロ、3:ヘドロ汲上用ホ
ッパー、4,16,25:ポンプ、5:除砂装置、6
A:水素生産菌培養槽、6B:光合成微生物培養槽、
7:汚泥分離濃縮槽、8:処理水、9:りん回収、1
0:濃縮汚泥、11:H2 +CO2 、12:H2 、1
3,23:水素資化性細菌培養槽、14:硝酸塩含有湖
水、15,24:硝酸塩含有地下水、17:脱硝酸塩
水、18:余剰菌体、19:窒素ガス、20:燃焼、2
1:太陽光集光装置、22:太陽エネルギー伝送、2
6:トラップ、27:発生ガス計量器、28:H2 +C
2 、29:ブロワー、30:処理水
1: Dam reservoir, 2: Sludge of bottom mud, 3: Hopper for pumping sludge, 4, 16, 25: Pump, 5: Sand remover, 6
A: Hydrogen-producing bacteria culture tank, 6B: Photosynthetic microorganism culture tank,
7: Sludge separation and concentration tank, 8: Treated water, 9: Phosphorus recovery, 1
0: concentrated sludge, 11: H 2 + CO 2 , 12: H 2 , 1
3, 23: Hydrogen-assimilating bacterial culture tank, 14: Nitrate-containing lake water, 15, 24: Nitrate-containing groundwater, 17: Denitrated salt water, 18: Excess bacterial cells, 19: Nitrogen gas, 20: Combustion, 2
1: Solar concentrator, 22: Solar energy transmission, 2
6: trap, 27: evolved gas meter, 28: H 2 + C
O 2 , 29: blower, 30: treated water

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ヘドロを有する水域の浄化方法におい
て、該水域のヘドロ分を分離する工程と、分離したヘド
ロ分を微嫌気及び/又は減圧条件下で水素醗酵させて、
水素及び炭酸ガスを生成させる醗酵工程と、生じた水素
及び炭酸ガスを前記水域又は他の硝酸塩を含む水に導入
し、水素資化性菌により該硝酸塩を窒素ガスに変換して
脱窒素する脱窒素工程よりなることを特徴とする水域の
浄化方法。
1. A method for purifying a water area having sludge, a step of separating a sludge content of the water area, and a hydrogen fermentation of the separated sludge content under slightly anaerobic and / or reduced pressure conditions,
A fermentation step of producing hydrogen and carbon dioxide, and introducing the produced hydrogen and carbon dioxide into the water area or water containing other nitrates, and denitrifying by converting the nitrates into nitrogen gas by hydrogen-utilizing bacteria. A method for purifying a water body, which comprises a nitrogen process.
【請求項2】 前記醗酵工程が、他栄養性の水素生産菌
を濃厚培養するもので、かつ、滞留時間が5日以下であ
ることを特徴とする請求項1記載の水域の浄化方法。
2. The method for purifying a water body according to claim 1, wherein the fermentation step is a concentrated culture of a heterotrophic hydrogen-producing bacterium, and a residence time is 5 days or less.
【請求項3】 前記醗酵工程が、硫化物を電子供与体と
する光合成微生物を濃厚培養するものであることを特徴
とする請求項1記載の水域の浄化方法。
3. The method for purifying an aquatic body according to claim 1, wherein the fermentation step is a concentrated culture of a photosynthetic microorganism having a sulfide as an electron donor.
JP25609794A 1994-09-27 1994-09-27 Method for purifying water area Pending JPH0889992A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007069212A (en) * 2006-12-18 2007-03-22 Ebara Corp Method for treating organic waste water and apparatus therefor
EP3653718A4 (en) * 2017-07-13 2021-04-07 Cj Cheiljedang Corporation Method for recovering phosphoric acid from fermentation liquor or fermentation waste liquor, and reusing same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007069212A (en) * 2006-12-18 2007-03-22 Ebara Corp Method for treating organic waste water and apparatus therefor
JP4570608B2 (en) * 2006-12-18 2010-10-27 荏原エンジニアリングサービス株式会社 Organic wastewater treatment method and apparatus
EP3653718A4 (en) * 2017-07-13 2021-04-07 Cj Cheiljedang Corporation Method for recovering phosphoric acid from fermentation liquor or fermentation waste liquor, and reusing same

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