JPS61219385A - 硝化菌の固定化方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、し尿、下・廃水、用水、あるいは上水道原水
などを浄化する生物学的な水処理方法に使用する硝化菌
の固定化方法に関する。

〔従来技術とその問題点〕

生物学的な水処理技術の主流は活性汚泥法であり、水の
中からの窒素除去法も、活性汚泥のもつ複数の生物作用
を組み合わせた硝化脱窒素活性汚泥法が玉流となってい
る。硝化脱窒法は、まず水中に含まれるアンモニア態窒
素を硝化菌と呼はれる偏性好気性の独立栄養細菌により
、亜硝酸態、あるいは硝酸態窒素に１で酸化する硝化工
程と、これら酸化態窒素を脱窒菌と称せられる通性嫌気
性の従属栄養細菌により、窒素ガスまで還元する脱窒素
工程とから成立っている。つまり、硝化脱窒法が効率良
く作動する為には、これら２つの工程が効率的に組み合
わせられなければならないが、硝化菌のような独立栄養
細菌は、従属栄養細菌にくらべ増殖速度が極めて小さい
為、現状の硝化脱窒法は硝化工程が律速するプロセスと
なっている。すなわち、硝化能力の増強が望まれている
。

また、従来活性汚泥法のような生物処理法は、し尿、下
・廃水などの有機性廃水の浄化に利用される技術でめっ
たが、今日においては我々が日常飲用する水道水を供給
する浄水場の取水原水の浄化にも応用されている。ただ
、このような比較的低レベルの汚濁水の浄化には活性汚
泥法の適用は不可能であり、生物膜法が適用されている
。上水道原水の生物処理に対する要求は（ｊ）　ＢＯＤ
　、　ＣＯＤ　の低減、（１リアンモニア性窒素の除去
、（ＩＩＯ）　！Ｊハロメタン前駆物質の除去、怜がび
臭などに代表される異臭味の除去、など多岐にわたるが
、現段階で最も要求性が高いのにアンモニア性窒素の除
去である。この場合も、前記と同様に、硝化菌によりア
ンモニア性窒素を酸化することになるが、上水道原水中
に含まれるアンモニア濃度は下・廃水にくらべて極端に
低く、濃くても２〜５ｍｆ−Ｎ／Ｌであり１ｍｆ−Ｎ／
１前後である場合が多い。このように、上水道原水の浄
化に硝化菌を利用する場合、硝化菌は、基質であるアン
モニア濃度の極めて低い環境下におかれることになる。

硝化菌に限らず、微生物一般に当てはまることでるるか
、通常微生物の増殖速度、比活性は基質濃度に対してＭ
ｏｎｏｄの経験式に示されるような双曲線関数型の支配
をうけ、基質濃度の低下につれてそれらは低下していく
。すなわち、上水道分野においては低濃度アンモニアレ
ベルでの高い硝化活性といった一見、矛盾した要求が存
在している。

以上述べてきたように、硝化菌に対する要求性は極めて
高く、硝化能力の増大を０指して様々な工夫、アイデア
が提示されているが、現任のところ有効な手段は確立し
ていない。

一方、最近になって新しい水処理技術として、固定化微
生物法が注目を集め、様々な研究が行なわれている。固
定化微生物法は醗酵工業を中心に発展してきた技術であ
るが、微生物を物理化学的手段により水に不溶性の担体
と結合させて、微生物反応の安定化、高効率化を達成す
る手法である。担体としては、王にアルギン酸。

に−カラギーナン、光架橋性樹脂の如き高分子化合物が
採用され、微生物はそれら高分子化合物により構成され
るゲル内部に包括された形で反応を行なう。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、固定化微生物法の手法を、硝化作用の
安定化・高効率化の為に利用し、アンモニア性窒素除去
に関する種々の問題点を克服することにある。

〔発明の構成〕

固定化微生物法の硝化菌への適用については多くの研究
者によって検討されているが、拳法はおおむね硝化作用
の安定化には効果があるとの結論が得られている。しか
し、我々が拳法を上水道原水のアンモニア性窒素除去に
適用した際には、従来法である生物膜法と比較して、硝
化能力はほぼ同等との結果しか得られず、その主因は、
基質であるアンモニア態窒累の濃度が極めて低い為と考
えられた。

そこで、低アンモニア濃度域においても、高効率な硝化
反応を行なうことが可能な固定化微生物法を開発すべく
、鋭意検討を重ねてきた結果、本発明をなすに至った。

本発明は、硝化菌を含む微生物群とアンモニア吸着能を
有する吸着剤とを、高分子化合物によシ構成されるゲル
内に包括固足することを特徴とする微生物の固定化方法
である。

本発明において使用される吸着剤としては、天然ゼオラ
イト、沸石１合成ゼオライトなどアンモニア吸着能を有
するものであれば何れでも使用しうる。

また、本発明の適用分野は、低濃度のアンモニアを含む
水に限るものではなく、アンモニア含有水なら高濃度の
ものであってもよい。

次に、実施例にもとすき、本発明をさらに詳細に説明す
る。

〔実施例〕

実験対象水として、近年、富栄養化が問題となっている
Ｂ湖の水を使用した。Ｂ湖の水中に含まれるＮＨｊ”−
Ｎは、年間を通じて１１〜２．５ｍｌ／ｌの範囲内にあ
り、また、ＢＯＤは２〜５ｍＷ／ｌであった。また、場
合によってはＢ湖水に＜ＮＨ４）＊ＢＯａ　　ｔ−加え
て、アンモニア濃度の調整を行なった水を使用した。

実験は、本発明法にもとすき製造された吸着剤を含む固
定化微生物（Ａ系列とする）、吸着剤を含まない固定化
微生物（Ｂ系列とする）、吸着剤自体を微生物の付着媒
体として利用した流動床式の生物膜法（Ｃ系列とする）
の３系列について実施した。

使用した反応槽は有効容積５ｏｔであり、空気吸込を反
応槽中央部に配設されたエアリフト管の下端ニジ行ない
、それによシ酸素の供給と槽内の混合を行なった。固定
化微生物および微生物の付着した媒体の分離は、反応槽
に隣接した分離部分において重力による沈降分離により
行なった。また、原水の供給に連続的に一過性で行なっ
た。水温およびｐＨの調整は、特に行なわなかったが、
水温は１３℃〜２９℃、ｐＨは６，９〜ａ５の範囲であ
った。

種菌として用いた硝化菌は、次の表−１および表−２に
示す組成の培地中で培養し次亜硝酸菌（Ｎｉｔｒｏｍｏ
ｎａｓ　ｅｕｒｏｐａｃａ　ＡＴＣ！Ｏ１９７１８）　
Ｓと硝酸菌（Ｎ１ｔｒｏｂｏｃｔｅｒ　ａｇｉｌｉｓ　
ＡＴＣ！０１４１２５　）である。

表−１亜硝酸菌の培地 ）Ｉ’［）ｐＨ：ａ。

垢地は１２１℃で１時間オートクレーブした。

表−２硝酸菌の培地 ＊）ｐＨニア、５〜７．６ 培地は１２１℃で１時間オートクレーブした。

次に、固定化微生物の製造方法を示す。

（イ）　Ａの製造方法 アルギン酸ナトリウム５００　Ｆ、亜硝酸菌１１（温室
ｔ）、硝酸菌１ｆ（温室ｉｔ）、吸着剤としてクリノプ
チロライト（（Ｏａ、Ｎ６４）ＣＡｔ＊８１ｔＯｔｓ）
・６Ｈ，Ｏ，天然ゼオライトの呵１粉末２００Ｆ（乾燥
重りを混合した混合液１０ｔを、攪拌下のｌ　Ｉ　Ｍ　
ｃａｃｌ、溶液中に、直径２−のノズルを介して滴下し
、直径５〜５ｍの球状のアルギン酸カルシウムゲルにニ
ジ構成される固定化微生物２０ｔ（かさ体積）を得た。

（ロ）　Ｂの製造方法 アルギン酸ナトリウム５００　ｔ、亜硝酸菌１ｆ（湿重
量）、硝酸菌１ｆ（湿重量）を混合した後、攪拌下の（
Ｌ　Ｉ　Ｍ　Ｃａｂｔ、溶液中に直径２ｆｉのノズルを
介して滴下し、直径５〜５簡の球状のアルギン酸カルシ
ウムゲルにより構成される固定化微生Ｐａ：Ｊ２０１（
かさ体積）を得た。

（／号　Ｃについて 硝化菌の付着用媒体として、粒径α６〜（Ｌ５簡の粒状
クリノプチロライトを使用した。クリノプチロライトの
′！！には、かさ体積で２０１である。種菌として（イ
）、（ロ）と同量の亜硝酸菌。

硝ｒＲ菌を、クリブチロライトと共に実験開始時に槽内
に投入した。

実験結果の概要を、弄−３にまとめる。

表−３に示される第１期および第２期の実験は、Ｂ湖の
水そのものを使用して行ない、第３期の実験は、Ｂ湖水
に人為的に硫安を添加して行なった。

尚、異−３のデータは、いずれも連続実験を開始して、
２ケ月経過後のものを採用しているので、アンモニア除
去が、単なるクリノプチロライトの吸着作用にのみ行な
われたとは考えられない。また、実験に、約１年間にわ
たり実施し同様の結果を得た。

実験結果から、本発明法（Ａ系列）は、５系列中で、最
も優れたアンモニア除去能力を有してい九と言える。ま
た、Ａ系列とＢ系列とを比較した場合、特に第１期およ
び第２期の低アンモニア濃度域で、Ａ系列が優れている
ことが示されている。すなわち、本発明では、ゲル内部
に硝化菌と共に固定されたクリノプチロライトのアンモ
ニア吸着作用によシ、硝化菌の存在するゲル内部でのア
ンモニア濃度が増加、あるいは、ゲルのアンモニア透過
性が増大したことにニジ、硝化菌の活性が高まシ、アン
モニアの除去能力が増大したと考えられる。第３期のよ
うに、アンモニア濃度が、やや高い場合も、第１期、第
２期に見られるような顕著な差はみられないまでも、若
干のクリノブチロライト添加の効果が認められる。次に
Ｃ系列は、硝化菌付着媒体として、クリノプチロライト
を利用している為、轟然、上記したようなアンモニアの
吸着作用による硝化菌の活性化が期待されたが、結果的
に、アンモニア除去能力ｉ；［、Ａ、Ｂ両系列よりも劣
った。その原因として、付着した硝化菌の量の不足と、
付着量の不安定さが考えられる。Ｃ系列は、プロセス成
立の為の前提として、硝化菌の媒体への付着が必要であ
るが、一般に微生物の付着力は、その時の微生物の生理
状態、また、まわりの水流からうける物理的要因などに
より、影響され不安定なものである。反面、Ａ、Ｂ系列
の工うな固定化微生物は、硝化菌がゲルにより完全に槽
内に維持される為、高い能力を安定して得るに至ったと
考えられる。Ｃ系列では、クリブチロライトによるアン
モニア吸着も当然、発生していたと考えられるが、アン
モニアの吸着よシも、それを硝化する硝化菌の量不足に
より、アンモニア除去反応が律速をうけたと考えられる
。

〔発明の効果〕

本発明に、吸着剤によるアンモニア吸着能力と、硝化菌
によるアンモニア酸化能力を、巧みに融合させ、従来法
になかった優れた効果を生ずる。

この発明は、今後の下・廃水、し尿、用水。

あるいは上水道水源の生物学的な水処理方法に広く受は
入れられていくものと考えられる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 硝化菌を含む微生物と、アンモニア吸着能を有する吸着
   剤とをゲル内に包括固定することを特徴とする微生物の
   固定化方法。