JPWO2014017429A1 - アンモニア性窒素含有水の低温処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

水温が１５℃以下でも安定的にアンモニア性窒素含有水の処理が行える方法および装置を提供する。アンモニア性窒素濃度が１〜３００ｍｇ／Ｌのアンモニア性窒素含有水と、濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で８週間培養して検出される硝化菌群が優先繁殖した担体とを、好気性雰囲気下、０℃以上１５℃以下で接触させて前記アンモニア性窒素含有水中のアンモニアを硝化する硝化工程、を含む。

Description

本発明は、アンモニア性窒素を低温で生物学的に硝化する、アンモニア性窒素含有水の処理方法および装置に関するものであり、特に、下水処理、産業廃液処理、湖沼の浄化などの環境浄化や、浄水場および水族館などでの水中アンモニア除去に関する。

食品工場や化学工場などでは、低濃度から高濃度のアンモニアを含む廃液が排出される。これらの廃液は、水域の富栄養化や溶存酸素の低下などの原因となるため、工場等から排出する前に処理を行う必要がある。

一般的に、中〜高濃度のアンモニア処理では生物処理が多く行われている。廃水中のアンモニア性窒素を生物学的に処理する場合、通常、活性汚泥法を用いた処理方法が行われる。この方法は、硝化菌によってアンモニアを硝化して硝酸または亜硝酸とし、次いで脱窒菌によって更に窒素ガスへと変換することで、廃水に含まれていた窒素を除去する方法である。

このような活性汚泥法に用いる硝化菌として、本発明者等はこれまで、濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で８週間培養して検出される硝化菌群（ＡＨ菌群、（Ammonia oxidizing bacteria detected by MPN method using Ｈigh ammonium media））（MPN method: most probable number method）、および濃度１００ｍｇ／Ｌの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で８週間培養して検出される硝化菌群（ＡＬ菌群、（Ammonia oxidizing bacteria detected by MPN method using Ｌow ammonium media））を研究し、開示してきた（特許文献１および非特許文献１）。その過程で、ＡＨ菌群は高濃度のアンモニア性窒素含有水（４００ｍｇ／Ｌ〜５００ｍｇ／Ｌ程度）の処理に対して有効であり、ＡＬ菌群は低濃度のアンモニア性窒素含有水（約１００ｍｇ／Ｌ以下）の処理に対して有効であるとの知見を得た。一般的な家庭排水のアンモニア性窒素濃度は２０〜４０ｍｇ／Ｌ程度の低濃度であるため、そのような排水の処理には低濃度のアンモニア性窒素含有水の処理に適したＡＬ菌群が主に用いられている。

特許３２５２８８７号

角野立夫、江森弘祥、「包括固定化微生物担体を用いた高度処理技術」、用水と廃水、１９９７、ｖｏｌ．３９、Ｎｏ．８、ｐ．２４〜２９

通常、生活排水は地下の下水管を通って廃水処理場に運ばれることから、冬場でも外気に比べて温度が下がりにくい。しかも廃水処理タンクが覆蓋などの断熱加工されている場合が多いことから、廃水の温度は年間を通して大きく変化せず、冬場であっても１５℃を下回ることはほとんどなく、１０℃を下回るのは非常に稀である。しかし、寒冷地では冬場に廃水温度が１５℃を下回り、１０℃を下回ることもある。このような場合に、ＡＬ菌群を用いた廃水処理では処理能力が大幅に低下する場合があることが判明した。これはＡＬ菌群のアンモニア硝化活性が１５℃以下で低下し、１０℃を下回るとその活性が著しく低下することに起因するものと考えられている。そして１０℃以下では、菌を高濃度に保持しても硝化が進行し難く、硝化がほとんど進行しないことが分かった。したがって、水温が１５℃以下でも安定的にアンモニア性窒素含有水の処理が行える方法および装置が求められている。

本発明はこのような課題に対処するものであり、通常は高濃度のアンモニア性窒素含有水の処理に用いられるＡＨ菌群を用いて低温で廃水の処理を行うものである。これは、本発明者らが鋭意研究の結果知得した、ＡＨ菌群が低温においてもその処理活性が大幅に低下せずに、安定してアンモニア性窒素含有水の処理を行うことができるとの知見に基づく。

したがって、本発明の目的は、１５℃以下の低温であっても安定してアンモニア性窒素含有水を処理することができる方法を提供することである。

また、本発明の別の目的は、１５℃以下の低温であっても安定してアンモニア性窒素含有水を処理することができる装置を提供することである。

また、本発明のさらに別の目的は、１５℃以下の低温であっても安定してアンモニア性窒素含有水を処理することができるＡＨ菌群を保持した担体を提供することである。

本発明の一態様に係るアンモニア性窒素含有水を処理する方法は、
アンモニア性窒素濃度が１〜３００ｍｇ／Ｌのアンモニア性窒素含有水と、濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で８週間培養して検出される硝化菌群が優先繁殖した担体とを、好気性雰囲気下、０℃以上１５℃以下で接触させて前記アンモニア性窒素含有水中のアンモニアを硝化する硝化工程、
を含む。

また、本発明の別の態様に係るアンモニア性窒素含有水を処理する方法は、
アンモニア性窒素濃度が１００〜１０００ｍｇ／Ｌのアンモニア性窒素含有水と微生物保持担体とを接触させて、濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で８週間培養して検出される硝化菌群を優先培養する培養工程と、
前記培養された硝化菌群と、アンモニア性窒素濃度が１〜３００ｍｇ／Ｌのアンモニア性窒素含有水とを、好気性雰囲気下、０℃以上１５℃以下で接触させて前記アンモニア性窒素含有水中のアンモニアを硝化する硝化工程と
を含む。

また、本発明の別の態様に係るアンモニア性窒素含有水の処理装置は、
硝化槽と、
前記硝化槽にアンモニア性窒素濃度が１〜３００ｍｇ／Ｌのアンモニア性窒素含有水を導入する導入部と、
前記硝化槽から処理した前記アンモニア性窒素含有水を排出する排出部と
を備え、
前記硝化槽の中に濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で８週間培養して検出される硝化菌群が優先繁殖した担体が含まれており、
前記硝化槽では０℃以上１５℃以下で、アンモニア性窒素含有水を処理する。

また、本発明の別の態様に係るアンモニア性窒素含有水の処理装置は、
濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で８週間培養して検出される硝化菌群を培養する培養槽と、
前記培養槽にアンモニア性窒素濃度が１００〜１０００ｍｇ／Ｌのアンモニア性窒素含有水を導入する第１の導入部と、
前記培養槽から培養された前記硝化菌群を放出する放出部と
前記放出部に接続された硝化槽と、
前記硝化槽にアンモニア性窒素濃度が１〜３００ｍｇ／Ｌのアンモニア性窒素含有水を導入する第２の導入部と、
前記硝化槽から処理した前記アンモニア性窒素含有水を排出する排出部と
を備え、
前記培養槽から前記硝化槽に、前記放出部を介して、培養した前記硝化菌群を供給し、
前記硝化槽では０℃以上１５℃以下で、アンモニア性窒素含有水を処理する。

さらに本発明の別の態様に係るアンモニア性窒素含有水処理用の細菌保持担体は、
担体と、
前記担体に優先繁殖した硝化菌群であって、濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で８週間培養して検出される硝化菌群と
を含み、
０℃以上１５℃以下で１〜３００ｍｇ／Ｌのアンモニア性窒素含有水を処理する細菌保持担体である。

本発明によれば、１５℃以下の低水温で安定したアンモニア処理ができ、常時安定した良好な処理水を得ることができるアンモニア性窒素含有水の処理方法及び装置を提供することができる。

本発明による硝化槽の模式図である。 ＡＨ菌群培養槽を備える、本発明によるアンモニア性窒素含有水処理用装置を示す図である。 硝化槽が２つ以上連結された、本発明によるアンモニア性窒素含有水処理用装置を示す図である。 本発明による多段処理型の応用例を示す図である。 本発明によるＡＨ菌群添加型の処理フローの応用例を示す図である。 硝化速度に及ぼす水温の影響を示す図である。 本発明による処理特性の経日変化を示す図である。 本発明による負荷と硝化速度の関係を示す図である。 従来法による処理特性の経日変化を示す図である。 従来法による負荷と硝化速度の関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

＜定義＞
本明細書において、「ＡＨ菌群」とは、濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で８週間培養して検出される硝化菌群のことをいい、「ＡＬ菌群」とは、濃度１００ｍｇ／Ｌの低濃度な硫酸アンモニア溶液中で８週間培養して検出される硝化菌群のことを言う。したがって、このような条件で検出される菌であれば良く、特定の菌に限定されるものではない。ＡＨ菌群の具体的な例としては、ニトロソモナス（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ）属に属するものと考えられているが、分類学上定かではない。ＡＨ菌群からある単一の細菌を単離して用いることもできるが、ＡＨ菌群として複数種の細菌が共存している方が活性の安定性の面から好ましい。
なお、本発明において、「濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で８週間培養して検出される」とは、濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で少なくとも８週間培養すればＡＨ菌としての硝化菌が生じ、検出できるとの意味であり、８週間丁度の培養期間を意味するものではない。
また、硫酸アンモニア溶液の上限濃度は規定しなかったが、硝化菌が培養可能な濃度限界が上限となる。

本明細書において、「硝化」とは、アンモニアから硝酸または亜硝酸を生ずることを言う。

本明細書において、「微生物保持担体」とは、活性汚泥等を固定させた担体のことを言う。なお「微生物保持担体」には、包括固定化微生物担体も含まれる。

本明細書において、「濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で８週間培養して検出される硝化菌群が優先繁殖した担体」とは、担体に保持される細菌の個体数に関して、ＡＨ菌群がＡＬ菌群よりも多い担体のことを言う。ＡＨ菌群の数はＡＬ菌群の数の２倍以上であるのが好ましく、１０倍以上であるのがより好ましく、１００倍以上であるのが更に好ましく、１０００倍以上であるのが最も好ましい。また、本明細書中では「ＡＨ菌群優占の担体」も、同義に用いられる。

本明細書において、「中〜高濃度処理用硝化槽」と「ＡＨ菌群培養槽」は同義に用いられる。これは、中〜高濃度処理用硝化槽が中〜高濃度アンモニア性窒素含有水を処理する槽として働くと同時に、該槽内でＡＨ菌群が培養されるからである。

＜活性汚泥＞
本発明に用いられるＡＨ菌群は、一般的な活性汚泥や湖沼底泥などから馴養できる。したがって、ＡＨ菌群を得るためには何ら特別な手法または原料を必要とするものではなく、当業界において公知のいかなる方法を用いて調製しても良い。

例えば、本発明に用いられるＡＨ菌群はゲランガム培地（R. Takahashi, et al.: "Pure isolation of a new chemoautotrophic ammonia-oxidizing bacterium on gellan gum plate", J. Fermentation and Bioengineering, vol. 74, No. 1, pp. 52-54 (1992)参照）で純粋分離したものを用いることができる。また下水処理場の活性汚泥を固定化しアンモニア性窒素濃度１００〜１０００ｍｇ／Ｌ含有する無機廃水で培養することにより、集積培養が可能である。

＜担体＞
菌を担体に保持させるには、（ｉ）付着固定化、（ｉｉ）包括固定などの方法が用いることができる。（ｉ）では球状や筒状などの担体、ひも状材料、ゲル状担体、不織布状材料など凹凸が多い材料が細菌の付着に好ましく、このような担体を用いるとアンモニア性窒素の除去率が向上する。（ｉｉ）では菌と固定化材料（モノマ、プレポリマ）を混合し、重合しゲルの内部に菌を包括固定化する。モノマー材料としてはアクリルアミド、メチレンビスアクリルアミド、トリアクリルフォルマールなどが好ましい。プレポリマ材料としてはポリエチレングリコールジアクリレートやポリエチレングリコールメタアクリレートが好ましく、その誘導体も用いることができる。形状は球状、方形状および筒状などの包括担体、ひも状包括担体、不織布状など凹凸が多い包括担体が接触効率の面で好ましく、アンモニア性窒素の除去率が向上する。

＜アンモニア性窒素含有水＞
本発明によって処理するアンモニア性窒素含有水は、生活排水、し尿、および工場排水などの廃水、ならびに家庭用水槽および水族館における水槽の水が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、アンモニア性窒素が含まれていれば、上水であっても本発明による方法または装置によって処理することができる。

本発明による方法および装置で処理するアンモニア性窒素含有水のアンモニア性窒素濃度は、１〜１０００ｍｇ／Ｌの範囲であるのが好ましい。具体的には、図１に示す単槽式の硝化槽を用いる態様においては、アンモニア性窒素濃度は、１〜３００ｍｇ／Ｌの範囲が好ましく、１〜１００ｍｇ／Ｌであるのが処理効率の観点からより好ましい。図２に示すＡＨ菌群培養槽においては、１００〜１０００ｍｇ／Ｌの範囲であるのが好ましく、２００〜５００ｍｇ／Ｌの範囲であるのが処理効率の観点からより好ましい。図３に示す多段処理においては、５０〜５００ｍｇ／Ｌの範囲であるのが好ましく、１００〜３００ｍｇ／Ｌの範囲であるのが処理効率の観点からより好ましい。

本発明による方法および装置で処理するアンモニア性窒素含有水の温度は、０℃以上１５℃以下が好ましく、従来の方法よりも特に優れた処理活性を示す点で０℃以上１０℃以下がより好ましく、更に一段優れた処理活性を示す点を考慮して０℃以上５℃以下で用いるのが更に好ましい。すなわち、従来の方法によるアンモニア性窒素含有水の硝化処理は、１０℃以下ではほとんど進行しないが、本発明による方法および装置によれば、１０℃以下、さらには５℃以下であっても安定的に硝化処理を行うことができる。なお、方法および装置で処理する水温の下限値は特に設定しないが、本発明が水処理に関するものである以上、水の凝固点である０℃付近が下限となることが理解される。

以下に、本発明による方法および装置の具体的な態様について図を参照しつつ説明するが、本発明はこれらの態様に限定されるものではない。

＜硝化処理＞
本発明によるアンモニア性窒素含有水の硝化処理方法および装置を、図１を用いて説明する。硝化槽１０内にＡＨ菌群が保持された担体１２が含まれており、アンモニア性窒素含有水導入部１４からアンモニア性窒素含有水を導入することで、アンモニア性窒素含有水と該担体が接触し、担体に保持されたＡＨ菌群がアンモニアを硝化して亜硝酸または硝酸を生じる。アンモニア性窒素含有水は硝化槽に一定時間滞留した後に、担体分離網１８を通って処理水流出部１６から処理水として流出する。流出した処理水は、次いで、脱窒槽（図示せず）に送られて処理水中の硝酸および亜硝酸が窒素ガスに変換されて除去される。

ここで、硝化槽は担体および廃水を一定時間保持できればどのようなものでもよく、硝化槽の材質および容積などは特に限定されるものではない。硝化槽内に含まれる担体の充填率は、１％〜６０％が好ましく、５％〜２０％がより好ましく、８％〜１５％であることが処理効率の点で最も好ましい。また、アンモニア性窒素含有水が硝化槽に滞留する時間は、処理すべき水のアンモニア性窒素含有量にもよるが、概ね０．３〜２４時間であるのが好ましく、０．５〜１２時間であるのがより好ましく、１〜３時間であるのが、処理効率の面で最も好ましい。硝化槽でのＮＨ_４−Ｎ負荷も処理すべき水のアンモニア性窒素含有量にもよるが、概ね０．０１〜１ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄであるのが好ましく、０．１〜０．５ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄであるのがより好ましく、０．２〜０．３ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄであるのが、ＡＨ菌群の処理速度が向上するため最も好ましい。

このような方法および装置によれば、寒冷地での廃水処理や、水族館などの低温水槽でのアンモニア除去が安定して行える。更に、一般的に廃水よりも温度の低い上水にアンモニアが混入している場合も、アンモニアの除去を効果的に行うことができる。また、寒冷地以外であっても、排水処理施設の断熱加工を施す必要性が低減するため、処理装置をよりコンパクト、かつ低コストに製造することができる。これらの利点は、以下に記載する本発明の他の態様においても得られるものである。

＜ＡＨ菌群培養槽からＡＨ菌群を供給する運転＞
下水処理場では汚泥脱水後の脱離液が中〜高濃度アンモニアを含有している。そこでこの脱離液を用いてＡＨ菌群を培養する装置を具備したフローが図２である。このような構成にすると、下水処理場で少量発生する中〜高濃度アンモニアを含有した脱離液を処理しつつ、そこで培養されたＡＨ菌群を硝化槽に供給することができる。その結果、硝化槽内で低濃度アンモニアを含む廃水の処理効率が上がるため、好ましい。ＡＨ菌群の培養に用いる微生物保持担体として、未馴養の担体を用いることが費用面から好ましい。また、図２のような構成にすることで、中〜高濃度処理用硝化槽（培養槽）から硝化槽にＡＨ菌群が順次供給されるため、硝化槽は従来の活性汚泥法、例えば浮遊型活性汚泥法、を用いた槽であってもよい。なお、硝化槽内には、ＡＨ菌群を保持させた担体が含まれていてもよい。硝化槽内にＡＨ菌群を保持させた担体を含む態様は、より大量の廃水を、高速、かつ、安定的に処理することができる点で好ましい。

ここで、図２の構成を詳しく説明する。ＡＨ菌培養槽２０内には微生物を保持させた担体１２が含まれており、ここに中〜高濃度アンモニア性窒素含有水導入部２４から中〜高濃度のアンモニア性窒素を含む廃水（１００〜１０００ｍｇ／Ｌ）が導入されて担体と接触し、担体にＡＨ菌群が優先的に培養される。ＡＨ菌群の培養が進行すると、増殖したＡＨ菌群の一部が担体から漏れ出すようになり、ＡＨ菌群放出部２２を介して硝化槽１００に供給される。槽の構成にもよるが、硝化槽に供給された菌は、硝化槽内に平均して数日〜１ヶ月程度滞留する。この硝化槽１００において、供給されたＡＨ菌群は、図１の場合と同様にアンモニア性窒素含有水導入部１４から導入されたアンモニア性窒素含有水と接触し、アンモニアを硝化して亜硝酸または硝酸を生じる。次いで、図１の場合と同様に、処理水流出部１６から流出した処理水は、脱窒槽（図示せず）に送られて処理水中の硝酸および亜硝酸が窒素ガスに変換されて除去される。

＜多段処理＞
本発明によるアンモニア性窒素含有水の多段処理を、図３を用いて説明する。この構成は、中濃度廃水において多段処理に構成することでＡＨ菌群を保持しやすい環境を整え、低水温での処理能力を高めた例である。硝化槽が複数連なっているため、より高濃度のアンモニア性窒素を含む廃水を一度に処理することができる。図中２８、３０、３２はそれぞれ第１硝化槽、第２硝化槽、第３硝化槽であり多段処理することにより各槽での濃度勾配ができ、第１硝化槽が最もＮＨ_４−Ｎの濃度が高く、第２硝化槽、第３硝化槽の順でＮＨ_４−Ｎの濃度が低くなる。ＡＨ菌群の増殖は雰囲気のＮＨ_４−Ｎ濃度に依存し、濃度が高いほどＡＨ菌群の増殖に適しているため、ＡＨ菌群は第１硝化槽で増殖しやすくなる。そして、第１硝化槽で増殖したＡＨ菌群が第２硝化槽や第３硝化槽に供給されることとなる。これにより３段処理全体での処理性能が低温でも維持され、温度耐性が向上する。

アンモニア性窒素含有水の処理手順は、図１の場合とほぼ同様であり、中濃度アンモニア性窒素含有水導入部２６から第１硝化槽２８に導入された中濃度アンモニア性窒素含有水が、第１硝化槽２８中で担体１２に保持されたＡＨ菌群と接触し、担体に保持されたＡＨ菌群が該水中のアンモニアの一部を硝化して亜硝酸または硝酸を生じる。アンモニア性窒素含有水は第１硝化槽２８に一定時間滞留した後に第２硝化槽３０に導入される。ここで第１硝化槽の場合と同様に水中のアンモニアの消化が進行し、一定時間滞留した後にアンモニア性窒素含有水は第２硝化槽３０から流出し、第３硝化槽３２に移る。ここでも同様に硝化処理が行われ、最終的に第３硝化槽から流出した処理水は、次いで、脱窒槽（図示せず）に送られて処理水中の硝酸および亜硝酸が窒素ガスに変換されて除去される。

各硝化槽は容量、形状および材質が異なっていても良く、各槽で処理するアンモニア性窒素含有水のＮＨ_４−Ｎの濃度および処理量に応じて、滞留時間や担体の充填量がそれぞれ異なっていても良い。また、処理するアンモニア性窒素含有水の性質に応じて、硝化槽の数を調節することもできる。

＜本発明の応用例＞
本発明の応用例として、図４および図５のフローを示す。図４は本法での脱窒装置を具備したもの、図５は循環変法の硝化槽に本法のAH菌群優先担体を投入するか又はAH菌群を投入する装置を具備したものである。

次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明が実施例により限定されるものではない。

＜包括固定化微生物担体の作製＞
下水処理場の活性汚泥（群馬県Ｔ市終末処理場より入手）１５部、ポリエチレングリコールジメタクリレート（「ライトエステル１４ＥＧ（品番）」、共栄社化学株式会社製）１５部、ＮＮＮ’Ｎ’テトラメチルエチレンジアミン（「２０６−０４００６（品番）」、和光純薬工業株式会社製）０．５部、および水６９．２５部を混合して懸濁液とし、そこに過硫酸カリウム（「１６２−０４２３５（品番）」、和光純薬工業株式会社製）０．２５部を加えると重合が始まり、ゲル化した。得られたゲルを３ｍｍ角のペレット状に切断して以下の例において使用した。

実施例１
＜ＡＨ菌群優占の担体の作製＞
上記ペレット状に切断した包括固定化微生物担体を、下記表１に示す無機合成廃水（ＮＨ_４−Ｎ：４００ｍｇ／Ｌ）で馴養した。馴養は、図１に示す１．４Ｌの容積の硝化槽中で、負荷０．５ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄで２ヶ月行った。上記条件で２ヶ月馴養したものをＡＨ菌群優占の担体として用いた。

比較例１
＜ＡＬ菌群優占の担体の作製＞
上記無機合成廃水を水道水で１０倍に希釈して用いた（ＮＨ_４−Ｎ：４０ｍｇ／Ｌ）以外は、ＡＨ菌群優占の担体の場合と同様にして負荷０．５ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄで馴養して作製し、ＡＬ菌群優占の担体として用いた。

＜ＡＨ菌群とＡＬ菌群の菌数の測定＞
（前処理）
得られたＡＨ菌群優占の担体（実施例１）とＡＬ菌群優占の担体（比較例１）において、ＡＨ菌群とＡＬ菌群がそれぞれどれだけ含まれているのかを以下の方法で計測した。

まず、前処理として担体の破砕及び細菌の分散を行った。９ｍｌ滅菌水に一定量の担体を採取し、破砕と分散を行った。破砕にはホモジナイザ（ホモジナイザＰＡ型、池本理化工業株式会社製）を用い、分散には超音波処理装置（ＵＳ３００型、日本精機株式会社製）を用いた。前処理条件を表２に示す。

（硝化細菌数の計測）
前処理を終え、細菌が分散した液を用いてＡＨ菌群およびＡＬ菌群の数を最確値法に準じて計測した。まず、表３に示すＡＨ菌群とＡＬ菌群の菌数計測用培地を調製し、除菌濾過した後、約５０ｍｇのＣａＣＯ_３を入れて乾熱滅菌した複数の試験管に９ｍＬずつ無菌分注した。次いで、測定用培地を入れたものとは別の試験管を用意し、そこに殺菌した水を９ｍＬ入れ、さらに上記の前処理した液を原液として１ｍＬ加えることによって１０倍に希釈した。この１０倍に希釈した液を１ｍＬ抜き取り、別の９ｍＬの殺菌した水に加えることにより、原液を基準として１００倍に希釈した希釈液を得た。この操作を繰り返し、１０^１０倍まで希釈した希釈液を調製した。ここで、各希釈倍率の希釈液を１ｍＬずつ、５本の計測用培地に接種した。したがって、１つの試料について合計５０本の試験管に接種した。接種した試験管を２〜３本の無接種の試験管と共に３０℃で８週間培養した。

培養後、Ｇｒｉｅｓｓ−Ｉｌｏｓｖａｒｙ試薬（調製法：土壌微生物研究会編、「土壌微生物実験法」、養賢堂、ｐ．１９５、（昭和５０年）参照）を１〜２滴各試験官に滴下し、亜硝酸の蓄積の有無を判定した。赤または褐色の発色はＡＨ菌群またはＡＬ菌群の成育による亜硝酸の蓄積を意味する。２〜３分後に未発色の試験管に微量の亜鉛粉末を加えて、新たに赤色が発色してくるか否かを、試験管を静置したまま観察する。亜鉛粉末添加後の発色は、一旦生成された亜硝酸が共存した亜硝酸酸化細菌によって硝酸まで酸化されていたことを意味する。亜鉛粉末無添加と添加で発色した試験管数を各希釈段階毎に記録した。

ＡＨ菌群優占の担体については、Ｈ培地において、三次希釈水から５本、四次希釈水から５本、五次希釈水から４本、六次希釈水から２本、七次希釈水から０本であったため、（５、５、４、２、０）と記録した。この値からＰ_１＝５、Ｐ_２＝４、Ｐ_３＝２とし、最確値表から最確値を得た後、これにＰ_２の希釈倍数をかけて、原液１ｍＬ当たりの生菌数を算出した。Ｌ培地においては、一次希釈水から５本、二次希釈水から３本、三次希釈水から２本、四次希釈水から０本、五次希釈水から０本であったため、（５、３、２、０、０）と記録し、同様に原液１ｍＬ当たりの生菌数を算出した。

ＡＬ菌群優占の担体についても同様にし、原液１ｍＬ当たりの生菌数を算出した。結果を表４に示す。

上記表から、実施例１および比較例１の担体が、それぞれＡＨ菌群優占の担体とＡＬ菌群優占の担体であることが分かる。図１に示す１．４Ｌの容積の硝化槽中、負荷０．５ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄで２ヶ月間馴養した後に、連続運転での水質の収支から各担体の硝化速度を計測したところ、それぞれ０．４５ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄと０．４６ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄであり、ほぼ同等であった。なお、原水および処理水の水質としては、ＮＨ_４−Ｎ、ＮＯ_３−Ｎ、ＮＯ_２−Ｎを測定した。ＮＨ_４−Ｎはインドフェノール青比色法（ＪＩＳ−Ｋ０１０２、ここで、ＪＩＳは日本工業規格(Japanese Industrial Standards)の略）に準じ、ＮＯ_３−ＮとＮＯ_２−Ｎはイオンクロマトアナライザー（「ＩＣＳ−１６００（品番）」、ダイオネックス社製）で分析した。また、処理水は浮遊物質が若干混在しているため、処理水の分析に際してはあらかじめ０．４５μフィルター（「ＤＩＳＭＩＣ−２５ｃｓ（品番）」、アドバンテック株式会社製）でろ過した。

＜各温度における硝化速度の測定＞
実施例２
実施例１で作製した担体（ＡＨ菌群優占担体）を用いて、温度別硝化速度を測定した。評価は、図１に示す１．４Ｌの容積の硝化槽を用いて回分処理を行い硝化速度を求めた。原水は表１の無機合成廃水を１０倍に希釈したＮＨ_４−Ｎ４０ｍｇ／Ｌを用いた。なお、硝化槽内での担体の充填量は８％とした。

上記条件の下、温度を５、１０、１５および２０℃と変化させて測定した結果を表５、および図６に示す。

比較例２
比較例１で作製した担体（ＡＬ菌優占の担体）を用いた以外は実施例２と同様にして、温度別硝化速度を測定した。結果を表５、および図６に示す。この結果から、ＡＨ菌群優占の担体はＡＬ菌群優占の担体より低温耐性があることが分かる。特に、１０℃以下の水温において、ＡＨ菌群優占の担体はＡＬ菌群優占の担体に比べて顕著に高い硝化速度を得ることができることが分かる。

＜長期低水温測定＞
実施例３
実施例１で作製した担体（ＡＨ菌群優占担体）を用いて、５℃で長期処理運転を行った。この処理には、図１の構成の硝化槽に合成無機廃水（ＮＨ_４−Ｎ濃度：４８〜６６ｍｇ／Ｌ）を用いた。
処理運転の条件を以下に示す。
硝化槽容積 １．４Ｌ
滞留時間 ６〜１２時間
包括担体充填率 ８%
ＮＨ_４−Ｎ負荷 ０．０７〜０．２４ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・d
運転期間 １００日
実施例３についての結果を図７および８に示す。

比較例３
比較例１で作製した担体（ＡＬ菌優占の担体）を用いた以外は実施例３と同様にして、５℃で長期処理運転を行った。比較例３についての結果を図９および１０に示す。硝化能力の経日変化および容積負荷に対する硝化速度のいずれにおいても、本発明によるＡＨ菌群優占担体が低水温で処理性能が優れていることが明らかである。

＜ＡＨ菌群培養槽からＡＨ菌群を供給する運転＞
実施例４
図２のフローの装置を用いた。活性汚泥を用いて作製した未馴養の包括固定化微生物担体（活性汚泥固定化担体）を、中〜高濃度アンモニア性窒素含有水（汚泥脱水後の脱離液）を用いた中〜高濃度処理用硝化槽（培養槽）２０に投入し、そこに中〜高濃度アンモニアを含有する脱離液を流入させ、中〜高濃度処理用硝化槽（培養槽）２０内の担体内部でＡＨ菌群を馴養培養した。ＡＨ菌群の一部は担体からリークし、硝化槽１００に投入される。硝化槽１００には活性汚泥が懸濁している。硝化槽１００にアンモニア性窒素含有水導入部１４から低濃度アンモニア性窒素含有水を流入させ、硝化処理を行った。

各種水質と装置の仕様を以下に示す。
各種アンモニア性窒素含有水のＮＨ _４ −Ｎ濃度
汚泥脱水後の脱離液 ３５０〜４１０ｍｇ／Ｌ
アンモニア性窒素含有水導入部１４に導入される廃水 ３２〜４０ｍｇ／Ｌ
硝化槽１００の仕様
硝化槽容積 １０Ｌ
滞留時間 ４時間
ＭＬＳＳ濃度 ４，０００ｍｇ／Ｌ
ＮＨ_４−Ｎ負荷 ０．２５〜０．３２ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄ
中〜高濃度処理用硝化槽（培養槽）２０の仕様
中〜高濃度処理用硝化槽（培養槽）容積 ０．５Ｌ
滞留時間 １２時間
包括担体充填率 ２０％
ＮＨ_４−Ｎ負荷 ０．７〜０．８ｋｇ−Ｎ／ｍ^３・ｄ

使用した担体は先に示した未馴養の包括固定化微生物担体（活性汚泥固定化担体）を用いた。固定化した活性汚泥としてはＴ下水処理場の活性汚泥を用いた。培養槽の担体にＡＨ菌群が増殖し、担体からＡＨ菌群がリークし、硝化槽に供給されることにより低水温で硝化が促進される。小規模の本発明による装置で冬場に運転したところ、水温が１０〜１３℃であり、硝化槽１００の処理水中のアンモニア性窒素濃度はＮＨ_４−Ｎ：１ｍｇ／Ｌ以下であった。

比較例４
中〜高濃度処理用硝化槽（培養槽）２０を具備しない従来法（浮遊型活性汚泥法）を用いた以外は実施例４と同様にして、ＮＨ_４−Ｎ３２〜４０ｍｇ／Ｌを滞留時間４時間、ＭＬＳＳ濃度４０００ｍｇ／Ｌで処理したところ、水温１０〜１３℃で、処理水中にアンモニア性窒素が多く残留し、硝化槽から排出された処理水のアンモニア性窒素濃度はＮＨ_４−Ｎ：９〜３５ｍｇ／Ｌであった。したがって、本発明による方法および装置での効果は明らかである。

＜多段処理＞
実施例５
図３に示す多段処理で処理を行った。
水質と装置の仕様を以下に示す。
廃水中ＮＨ_４−Ｎ濃度 １７０〜２２０ｍｇ／Ｌ
各硝化槽２８、３０、３２の仕様
各槽の容積 ２Ｌ
各槽の滞留時間 ４時間
包括担体充填率 ２０％

先に示した未馴養の包括固定化微生物担体（活性汚泥固定化担体）を用いて処理を行った。固定化した活性汚泥としてはＴ下水処理場の活性汚泥を用いた。本発明による装置で冬場に運転したところ、水温が８〜１３℃であり、処理水処理水中のアンモニア性窒素濃度はＮＨ_４−Ｎ：１ｍｇ／Ｌ以下であった。したがって、本発明による方法および装置での効果が明らかである。

１０ 硝化槽
１２ 担体
１４ アンモニア性窒素含有水導入部
１６ 処理水流出部
１８ 担体分離網
１９ 硝化液循環ライン
２０ 中〜高濃度処理用硝化槽（ＡＨ菌群培養槽）
２２ ＡＨ菌群放出部
２４ 中〜高濃度アンモニア性窒素含有水導入部
２６ 中濃度アンモニア性窒素含有水導入部
２８ 第１硝化槽
３０ 第２硝化槽
３２ 第３硝化槽
１００ 従来の硝化槽
１２０ 従来の担体
１３０ 従来の担体
２００ 脱窒槽
３１０ 脱窒菌付着充填材
５００ 有機物供給槽

Claims (11)

1. アンモニア性窒素含有水を処理する方法であって、
   アンモニア性窒素濃度が１〜３００ｍｇ／Ｌのアンモニア性窒素含有水と、濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で８週間培養して検出される硝化菌群が優先繁殖した担体とを、好気性雰囲気下、０℃以上１５℃以下で接触させて前記アンモニア性窒素含有水中のアンモニアを硝化する硝化工程、
   を含む方法。
2. アンモニア性窒素含有水を処理する方法であって、
   アンモニア性窒素濃度が１００〜１０００ｍｇ／Ｌのアンモニア性窒素含有水と微生物保持担体とを接触させて、濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で８週間培養して検出される硝化菌群を優先培養する培養工程と、
   前記培養された硝化菌群と、アンモニア性窒素濃度が１〜３００ｍｇ／Ｌのアンモニア性窒素含有水とを、好気性雰囲気下、０℃以上１５℃以下で接触させて前記アンモニア性窒素含有水中のアンモニアを硝化する硝化工程と
   を含む方法。
3. 前記微生物保持担体が、未馴養の微生物保持担体である、請求項２に記載の方法。
4. 前記硝化工程に用いられる前記アンモニア性窒素含有水中のアンモニア性窒素濃度が１〜１００ｍｇ／Ｌである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記硝化工程において、前記アンモニア性窒素含有水と前記担体とを０℃以上１０℃以下で接触させる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. １つ以上の追加の硝化工程をさらに含んでなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. アンモニア性窒素含有水の処理装置であって、
   硝化槽と、
   前記硝化槽にアンモニア性窒素濃度が１〜３００ｍｇ／Ｌのアンモニア性窒素含有水を導入する導入部と、
   前記硝化槽から処理した前記アンモニア性窒素含有水を排出する排出部と
   を備え、
   前記硝化槽の中に濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で８週間培養して検出される硝化菌群が優先繁殖した担体が含まれてなる、
   前記硝化槽では０℃以上１５℃以下で、アンモニア性窒素含有水を処理する、処理装置。
8. アンモニア性窒素含有水の処理装置であって、
   濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で８週間培養して検出される硝化菌群を培養する培養槽と、
   前記培養槽にアンモニア性窒素濃度が１００〜１０００ｍｇ／Ｌのアンモニア性窒素含有水を導入する第１の導入部と、
   前記培養槽から培養された前記硝化菌群を放出する放出部と
   前記放出部に接続された硝化槽と、
   前記硝化槽にアンモニア性窒素濃度が１〜３００ｍｇ／Ｌのアンモニア性窒素含有水を導入する第２の導入部と、
   前記硝化槽から処理した前記アンモニア性窒素含有水を排出する排出部と
   を備え、
   前記培養槽から前記硝化槽に、前記放出部を介して、培養した前記硝化菌群を供給し、
   前記硝化槽では０℃以上１５℃以下で、アンモニア性窒素含有水を処理する、処理装置。
9. 前記培養槽に微生物保持担体が含まれている、請求項７に記載の装置。
10. 前記硝化槽に、さらに１つ以上の追加の硝化槽が連結されてなる、請求項７〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 担体と、
    前記担体に優先繁殖した硝化菌群であって、濃度５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度な硫酸アンモニア溶液中で８週間培養して検出される硝化菌群と
    を含み、
    ０℃以上１５℃以下で１〜３００ｍｇ／Ｌのアンモニア性窒素含有水を処理する細菌保持担体。

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