KR101216525B1 - 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 방법 및 장치 - Google Patents

혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 암모니아와 아질산을 기질로 하는 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양에서, 기질을 낭비 없이 공급하여 높은 균체 농도의 종오니를 생성하거나, 운전의 개시를 단시간에 행할 수 있다.
본 발명은, 아질산과 암모니아를 기질로 하여 혐기적으로 탈질을 행하는 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균을 배양조(12)에서 배양하는 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 장치(10)에 있어서, 배양조(12)에 암모니아를 소정 농도로 공급하는 암모니아 공급 수단(14)과, 배양조(12)에 아질산을 소정 농도로 공급하는 아질산 공급 수단(16)과, 기질의 공급 속도 Y를 제어하는 제어 장치(22)를 구비하여 구성된다.
Figure R1020060022608
혐기성 암모니아 산화 세균, 암모니아 공급 수단, 아질산 공급 수단

Description

혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 방법 및 장치{METHOD AND EQUIPMENT FOR CULTIVATING ANAEROBIC AMMONIUM-OXIDIZING BACTERIA}
도 1은 혐기성 암모니아 산화 세균의 배가 시간을 확인하기 위해서 행한 연속배양 시험의 결과를 설명하는 설명도.
도 2는 적절한 기질의 공급 속도를 실시했을 때의 배양 시간과 탈질 속도의 관계도.
도 3은 Y=A×exp(K×T)의 공급 정수 K를 설정하기 위해서 행한 연속배양 시험의 결과를 설명하는 설명도.
도 4는 본 발명의 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 장치의 전체 구성도.
도 5는 기질의 공급 방법의 일 태양으로서 계단 형상의 공급 방법을 설명하는 설명도.
도 6은 혐기성 암모니아 산화 세균의 활성과 아질산의 질소 농도의 관계를 설명하는 설명도.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
10…혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 장치, 12…배양조(槽), 14…암모니아 공급 수단, 16…아질산 공급 수단, 18…폐수 공급 수단, 20…제어 장치, 22…암모니아 저류 탱크, 24…제1 배관, 26…제1 펌프, 28…아질산 저류 탱크, 30…제2 배 관, 32…제2 펌프, 34…폐수 저류 탱크, 36…제3 배관, 38…제3 펌프, 40…배출 배관, 42…제1 질소 측정기, 44…제2 질소 측정기
본 발명은 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 방법 및 장치에 관한 것이며, 특히 폐수 등의 질소함유액의 질소 제거에 사용되고, 질소함유액 중의 질소 성분인 암모니아와 아질산을 기질로 하여 혐기적으로 산화 처리하는 혐기성 암모니아 산화 세균을 효율 좋게 배양하기 위한 혐기성 암모니아 세균의 배양 방법 및 장치에 관한 것이다.
하수나 산업 폐수 등의 질소함유액에 함유되는 질소 성분은, 호소(湖沼) 등의 수계에서의 부영양화의 원인으로 되며, 수계에서의 용존 산소의 저하의 원인으로 되는 등의 이유에서, 질소함유액을 계 외로 배출하기 전에 그 질소 성분을 제거해야 할 필요가 있다. 이 질소함유액에 함유되는 질소 성분으로는 암모니아성 질소, 아질산성 질소, 질산성 질소, 유기성 질소가 주성분이다.
종래, 이러한 종류의 폐수의 처리 방법으로는, 함유되는 질소 농도가 낮을 경우에는, 이온교환법에 의한 제거나 염소나 오존에 의한 산화도 이용되고 있지만, 질소가 중고(中高)농도인 경우에는 생물 처리에 의한 방법이 채용된다.
상술한 생물 처리에서는, 호기 질화와 혐기 탈질에 의한 질화·탈질 처리가 행해진다.
호기 질화에서는, 질화조에서 암모니아 산화 세균(니트로소모나스(Nitrosomonas)속, 니트로소코커스(Nitrosococcus)속, 니트로소스피라(Nitrosospira)속, 니트로솔로부스(Nitrosolobus)속 등)과, 아질산 산화 세균(니트로박터(Nitrobactor) 속, 니트로스피라(Nitrospira)속, 니트로코커스(Nitrococcus)속, 니트로스피나(Nitrospina)속 등)에 의해서, 처리되는 질소 함유액 중의 암모니아성 질소 및 아질산성 질소의 호기적인 산화가 행해진다. 한편, 혐기 탈질에서는, 탈질조에서 슈도모나스 데니트리피칸스(Pseudomonas denitrificans) 등의 종속영양세균에 의한 혐기적인 탈질이 행해진다.
또한, 호기 질화에서는, 질화조의 부하가 0.2~0.3kg-N/㎥/d의 범위에서 운전된다. 한편, 혐기 탈질에서는, 탈질조의 부하가 0.2~0.4kg-N/㎥/d의 범위에서 운전된다. 따라서, 처리하는 질소 함유액 중의 총질소 농도가 30~40mg/L의 범위일 경우에, 질화조에서는 6~8시간, 탈질조에서는 5~8시간의 체류 시간이 필요하기 때문에, 대규모의 각 처리조를 마련해야만 된다는 문제가 있었다.
더욱이, 산업 폐수 등의 무기질만 함유하는 질소 함유액에서는, 질화조 및 탈질조의 부하는 상술한 부하와 동일하게 설정되지만, 탈질을 행할 때에 유기물이 필요하게 된다. 따라서, 처리하는 질소 함유액 중의 질소 농도에 대하여 3~4배 농도의 메탄올을 첨가하지 않으면 안되고, 초기 비용뿐만 아니라 막대한 운전 비용을 요한다는 새로운 문제가 있었다.
이것에 대하여, 최근, 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 혐기성 암모니아 산화법에 의한 질소 제거가 주목받고 있다. 이 혐기성 암모니아 산화법은, 처리하는 질소함유액 중의 암모니아를 전자공여체로 하고, 아질산을 전자수용체로 하여 혐기성 암모니아 산화 세균군에 의해, 암모니아와 아질산을 이하에 나타낸 화학식 1(비특허문헌 1 참조)에 따라서 동시 탈질하는 방법이다.
[화학식 1]
NH4 + + 1.32NO2 + 0.066HCO3 + 0.13H+
→ 1.02N2 + 0.26NO3 + 0.066CH2O0 .5N0 .15 + 2.03H2O
상술한 혐기성 암모니아 산화법에 의하면, 처리하는 질소 함유액 중의 암모니아를 수소공여체로서 이용하기 때문에, 종래의 탈질법에서 필요로 되었던 메탄올 등의 사용을 대폭 삭감할 수 있는 것이나, 처리에 의한 오니(汚泥)의 발생량을 삭감할 수 있는 등의 메리트가 있으므로, 이로부터 질소 제거 방법으로서 유효한 방법으로 생각된다.
이 혐기성 암모니아 산화 반응을 담당하는 미생물로서, 플랑크토마이세테스(Planctomycetes)속의 미생물이 비특허문헌 2에 보고되어 있다.
그런데, 상술한 폐수의 질소제거 처리에 이용되는 미생물은, 증식 속도가 느리고 균체 수율도 낮은 것이 일반적이다. 따라서, 폐수처리에서는, 그들 미생물의 균체를 대량으로 필요로 하기 때문에, 미생물의 배양이나 순양(馴養)에 많은 시간을 필요로 한다는 문제가 있다.
이 문제에 대처하기 위해서, 특허문헌 2에서는, 질산균의 대수 증식기에서, 기질인 암모니아의 첨가량을 제어함으로써, 증식 속도가 느린 질산균을 효율 좋게 배양시키는 방법이 제안되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 특개 2001-037467호 공보
[특허문헌 2] 일본 특개평 9-187272호 공보
[비특허문헌 1] Strous M. et al.,(1998) The sequencing batch reacture as a powerful tool for the study of slowly growing anaerobic ammonium-oxidizing microorganisms. Appl. Microbiol. Biotechnol., 50, 589-596
[비특허문헌 2] Strous M. et al.,(1999) Missing lithotroph identified as new planctomycetes. Nature, 400, 446-449
그런데, 상기한 혐기성 암모니아 산화법은, 수많이 제안되어 있음에도 불구하고 실용화가 어려워, 일반적으로 보급되지 않고 있다.
그 원인으로서, 혐기성 암모니아 산화 처리법에 사용되는 혐기성 암모니아 산화 세균은 증식 속도가 느리고 균체 수율이 낮은 점을 들 수 있다. 특히, 플랑크토마이세테스(Planctomycetes)속의 미생물은, 1균체가 2균체로 증식하는 시간(배가 시간)으로 11일을 필요로 함이 보고되고 있어, 이 증식의 느림이 실용화를 향한 큰 과제로 되어 있다. 또한, 이 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양법에 관한 구체적인 보고는 아직 되지 않은 것이 현상태이다.
혐기성 암모니아 산화법에 의한 폐수를 처리하는 시설을 가동하기 위해서는, 혐기성 암모니아 산화 세균을 포함하는 종오니(種汚泥)가 필요하고, 단기간에 안정하게 폐수처리 장치를 개시하기 위해서는 균수가 많은 종오니를 투입하는 것이 필 요하게 된다.
그러나, 배가 속도가 11일이나 필요한 세균을 종오니로서 효율좋게 배양하는 것은, 혐기성 암모니아 산화법에 의한 폐수 처리의 실용화를 향한 큰 과제이며, 이것을 해결하는 것이 혐기성 암모니아 산화법의 실용화로의 급무로 되어 있다.
게다가, 혐기성 암모니아 산화법으로는, 상술한 바와 같이 고속처리가 가능하므로, 특허문헌 2과 같은 질화균의 배양에서 경험한 적이 없는 기질의 소비 속도를 필요로 하는데다가, 세균의 증식 속도가 느리기 때문에 긴 배양기간이 필요하므로, 배양시에 방대한 양의 기질이 필요하게 된다. 따라서, 기질의 공급에 많은 비용을 필요로 할 뿐만 아니라, 배양에 의해 다량의 폐액이 발생하기 때문에, 그 폐액의 처리 비용도 많이 필요로 한다는 새로운 문제도 발생하게 된다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 암모니아와 아질산을 기질로 하는 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양에 있어서, 기질을 낭비 없이 공급하여 높은 균체 농도의 종오니를 생성하거나, 운전의 개시를 단기간에 행할 수 있는 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
<1>에 기재된 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해서, 아질산과 암모니아를 기질로 하여 혐기적으로 탈질을 행하는 혐기성 암모니아 산화 세균을 배양조에서 배양하는 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 방법에 있어서, 상기 기질의 공급 속도를 Y, 상기 기질의 공급 정수를 K, 대수증식기에 들어가서부터의 배양 일수를 T, 배양 운전 개시 시의 기질 농도를 A로 했을 때에, 상기 혐기성 암모니아 산화 세균이 대수증식기에 들어갔을 때부터, 다음 식 Y=A×exp(K×T)을 만족하도록, 상기 배양조에 공급하는 기질의 공급 속도 Y를 제어하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 방법을 제공한다.
본 발명자는 종래 보고되어 있는 혐기성 암모니아 산화 세균의 배가 시간에 의문을 가지고, 유전자 레벨에서 증식 속도를 조사한 결과, 배가 시간은 종래 보고되어 있는 11일이 아니라, 최대로 1.8일이라는 지견(知見)을 얻었다. 본 발명은, 이 새로운 지견에 의거하여 혐기성 암모니아 산화 세균을 배양조에서 증식시킴으로써, 기질의 낭비 없이 공급하여 높은 균체 농도의 종오니를 생성하거나, 배양조의 개시를 행하도록 한 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서의 배양조라 함은 혐기성 암모니아 산화 세균의 종오니의 배양에 한정되는 것은 아니며, 배양조가 실제 장치의 혐기성 암모니아 산화조인 경우에는, 혐기성 암모니아 산화조의 개시 운전에도 본 발명을 적용할 수 있는 동시에, 운전 중에 혐기성 암모니아 산화 세균이 실활했을 때의 순양 방법 으로도 적용할 수 있다.
본 발명의 <1>에 의하면, 혐기성 암모니아 산화 세균이 대수증식기에 들어갔을 때부터, Y=A×exp(K×T)를 만족하도록, 배양조에 공급하는 기질의 공급 속도 Y를 제어하도록 하였으므로, 혐기성 암모니아 산화 세균을 효율적으로 연속배양할 수 있게 되어, 고농도의 혐기성 암모니아 산화 세균을 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 공급 정수 K를 새로운 지견으로서 얻어진 배가 시간, 즉 혐기성 암모니아 산화 세균의 기질 소비 속도에 맞춤으로써 쓸데없는 기질 공급을 없게 하여, 효율적인 배양이 가능해진다. 이것에 의해, 기질을 낭비 없이 공급하여 높은 균체 농도의 종오니를 생성할 수 있으므로, 기질의 공급 비용을 저감할 수 있는 동시에, 폐액의 처리 비용도 대폭 삭감할 수 있다.
<2>는 <1>에 있어서, 상기 혐기성 암모니아 산화 세균이 갖는 16SrRNA 유전자에 의거한 DNA 염기서열의 특정 영역이 서열목록의 서열번호 1~9에 나타내는 것 중 적어도 1종류 이상의 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, <2>에 기재되는 혐기성 암모니아 산화 세균의 유전자 서열은 DDBJ(DNA Data Bank of Japan)에 등록되어 있고, 서열번호 1의 등록 번호는 AB164467, 서열번호 2의 등록 번호는 AB164468, 서열번호 3의 등록 번호는 AB164469, 서열번호 4의 등록 번호는 AB164470, 서열번호 5의 등록 번호는 AB164471, 서열번호 6의 등록 번호는 AB164472, 서열번호 7의 등록 번호는 AB164473, 서열번호 8의 등록 번호는 AB164474, 서열번호 9의 등록 번호는 AB164475이다.
<2>는 16SrRNA 유전자에 의거한 DNA 염기서열의 특정 영역이 서열목록의 서열번호 1~9에 나타내는 것 중의 적어도 1종류 이상의 것을 포함하는 혐기성 암모니아 산화 세균에 대하여 <1>을 적용한 것이며, 보다 바람직한 효과를 얻을 수 있다.
<3>은 <1> 또는 <2>에 있어서, 상기 배양조에 공급하는 암모니아와 아질산의 비율은 1:0.5~2.0의 범위로 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
<3>은 기질인 암모니아와 아질산의 비율의 바람직한 범위를 규정한 것으로, 비율은 1:0.5~2.0의 범위로 되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1:1~1.5의 범위, 특히 바람직하게는 1:1.3이다.
<4>는 <1> 내지 <3>의 어느 하나에 있어서, 상기 기질의 공급 정수 K는 0.05~0.28의 범위로 설정되는 것을 특징으로 한다.
<4>는 공급 정수 K를 새로운 지견으로서 얻어진 배가 시간에 맞추어 설정하기 위한 바람직한 범위이며, 공급 정수 K는 0.05~0.28의 범위가 바람직하다.
종래 보고되어 있는 배가 시간 11로 공급 정수 K을 설정하고자 한 경우, 가령 균체와 증식 속도가 1:1의 관계, 즉 균체가 2배로 증가하면 처리 속도가 2배로 된다는 이상적인 관계였다 해도, 공급 정수 K의 값은 0.069가 설정 가능한 최대값이다. 실제로는 균체와 증식 속도가 1:1의 관계는 있을 수 없는 것으로 생각하면, 공급 정수 K의 값은 0.05 미만이 상식적인 값이다. 따라서, <4>에서의 공급 정수 K는 본 발명자에 의한 배가 시간 1.8일이라는 새로운 지견에 맞춰 비로소 설정가능한 값이다.
<5>는 <1> 내지 <3>의 어느 하나에 있어서, 상기 기질의 공급 정수 K는 0.06~0.15의 범위로 설정되는 것을 특징으로 한다.
<5>는 공급 정수 K의 보다 바람직한 값을 규정한 것으로, 공급 정수 K는 0.06~0.15의 범위가 보다 바람직하다. 이것은, 혐기성 암모니아 산화 세균 배양의 여러 조건에 의해 최적 공급 정수 K도 다소 변하기 때문이며, 배양의 여러 조건의 영향을 받기 어렵게 하기 위해서는 공급 정수 K를 0.06~0.15의 범위로 설정하는 것이 바람직하기 때문이다.
<6>은 <1> 내지 <3>의 어느 하나에 있어서, 상기 기질의 공급 정수 K는 0.07~0.12의 범위로 설정되는 것을 특징으로 한다.
<6>은 배양의 여러 조건의 영향을 보다 받기 어려운 범위이며, 이 범위의 공급 정수 K로 설정하여 배양하는 것이 특히 바람직하다.
<7>은 <1> 내지 <6>의 어느 하나에 있어서, 상기 Y=A×exp(K×T)의 식으로 표시되는 증가 곡선에 근사시켜서 상기 기질 공급 속도 Y를 계단 형상으로 증가시킴과 동시에, 1계단 마다 증가되는 배양조내의 아질산성 질소 농도는 최대로도 70mg/L을 넘지 않도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
이것은, 혐기성 암모니아 산화 세균은 아질산을 기질로 하면서 아질산 농도가 너무 높으면 활성이 저하하고, 극단적인 경우에는 실활해버린다는 특유의 성질이 있고, 이러한 특성을 고려한 배양을 행하지 않으면, 효율적인 배양을 행할 수 없다.
<7>에서는, Y=A×exp(K×T)의 식으로 표시되는 증가 곡선에 근사시켜서 기질 공급 속도 Y를 계단 형상으로 증가시키도록 배양조에 기질을 공급하는 경우이며, 1계단 마다 증가되는 배양조내의 아질산성 질소 농도는 최대로도 70mg/L을 넘지 않게 제어하도록 하였다. 이에 따라 혐기성 암모니아 산화 세균이 배양 중에 활성이 저하하거나 실활하는 일이 없다. 1계단 마다 증가되는 아질산성 질소 농도는 50mg/L을 넘지 않도록 제어하는 것이 보다 바람직하다.
<8>은 <1> 내지 <7>의 어느 하나에 있어서, 상기 혐기성 암모니아 산화 세균이 대수증식기에 들어갔을 때부터, 상기 배양조에 공급되는 기질 농도와 상기 배양조로부터 배출되는 액 중에 잔존하는 기질 농도의 차이로부터 실제의 기질 소비 속도 y를 구하고, 상기 기질의 소비 속도를 y, 상기 기질의 소비 정수를 k, 대수증식기에 들어가서부터의 배양 일수를 T, 배양 운전 개시 시의 기질 농도를 a로 했을 때에 y=a×exp(k×T)로 나타내는 기질 소비 속도의 식과, 상기 구한 기질 소비 속도 y로부터 기질의 소비 정수 k을 산출하고, 상기 산출한 소비 정수 k에 일치하도록 상기 공급 정수 K을 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 공급 정수 K는 0.05~0.28의 범위로 설정되지만, <8>에서는 이 범위 중에서도 최적의 공급 정수 K을 설정하도록 한 것이다.
<8>은 기질 공급 속도를 기질 소비 속도에 맞춰서 공급 정수 K를 설정함으로써 기질의 낭비를 한층 더 없애, 효율적인 배양을 행하도록 한 것이다. 즉, 배양조에 공급되는 기질 농도와 배양조로부터 배출되는 액 중에 잔존하는 기질 농도의 차이로부터 실제의 기질 소비 속도 y를 구할 수 있으므로, 이 구한 기질 소비 속도 y를 사용하여 기질 소비 속도의 식인 y=a×exp(k×T)로부터 소비 정수 k을 산출한다. 또한, 산출한 소비 정수 k에 일치하도록 공급 정수 K을 설정하면, 배양조에 공급한 기질을 낭비 없이 배양하기 위해 사용할 수 있다. 또한, <1>에 기재되는 A는 기질 공급 속도 측에서 보았을 때의 배양 운전 개시 시의 기질 농도이며, <8>에 기재되는 a는 기질 소비 속도 측에서 보았을 때의 배양 운전 개시 시의 기질 농도이다. 이것으로부터, A와 a로 기호를 바꿨지만, 동일 배양 운전 개시 시의 기질 농도를 의미한다.
<9>에 기재한 발명은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 아질산과 암모니아를 기질로 하여 혐기적으로 탈질을 행하는 혐기성 암모니아 산화 세균을 배양조에서 배양하는 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 장치에 있어서, 상기 배양조에 상기 기질의 하나인 암모니아를 소정의 농도로 공급하는 암모니아 공급 수단과, 상기 배양조에 상기 기질의 다른 하나인 아질산을 소정의 농도로 공급하는 아질산 공급 수단과, 상기 기질의 공급 속도를 Y, 상기 기질의 공급 정수를 K, 대수증식기에 들어가서부터의 배양 일수를 T, 배양 운전 개시 시의 기질 농도를 A로 했을 때에, 상기 혐기성 암모니아 산화 세균이 대수증식기에 들어갔을 때부터, Y=A×exp(K×T)을 만족하도록, 상기 배양조에 공급하는 기질의 공급 속도 Y를 제어하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 장치를 제공한다.
<9>는 본 발명을 장치로서 구성한 것이며, 암모니아 공급 수단과 아질산 공급 수단으로부터 기질인 암모니아와 아질산을 배양조에 공급하여 혐기성 암모니아 산화 세균을 배양할 때에, 제어 수단으로 Y=A×exp(K×T)의 식을 만족하도록, 배양조에 공급하는 기질의 공급 속도 Y를 제어하도록 하였다. 이에 따라, 기질을 낭비 없이 공급하여 높은 균체 농도의 종오니를 생성할 수 있으므로, 기질의 공급 비용을 저감할 수 있는 동시에, 폐액의 처리 비용도 대폭 삭감할 수 있다.
<10>은 <9>에 있어서, 상기 혐기성 암모니아 산화 세균이 갖는 16SrRNA 유전자에 의거한 DNA 염기서열의 특정 영역이 서열목록의 서열 번호 1~9에 나타내는 것 중의 적어도 1종류 이상의 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.
<10>은 16SrRNA 유전자에 의거한 DNA 염기서열의 특정 영역이 서열목록의 서열번호 1~9에 나타내는 것 중의 적어도 1종류 이상의 것을 포함하는 혐기성 암모니아 산화 세균에 대하여 <9>를 적용한 것이며, 보다 바람직한 효과를 얻을 수 있다.
<11>은 <9> 또는 <10>에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 배양조에 공급하는 암모니아와 아질산의 비율을 1:0.5~2.0의 범위로 되도록, 상기 암모니아 공급 수단과 상기 아질산 공급 수단을 제어하는 것을 특징으로 한다.
제어 수단은, 배양조에 공급하는 암모니아와 아질산의 비율을 1:0.5~2.0의 범위로 되도록, 암모니아 공급 수단과 아질산 공급 수단을 제어하는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 1:1~1.5의 범위, 특히 바람직하게는 1:1.3이다.
<12>는 <9> 내지 <11>의 어느 하나에 있어서, 상기 배양조에 공급되는 기질 농도를 측정하는 제1 측정 수단과, 상기 배양조로부터 배출되는 액 중에 잔존하는 기질 농도를 측정하는 제2 측정 수단을 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 제1 측정 수단의 측정 결과와 상기 제2 측정 수단의 측정 결과의 차이로부터 기질 소비 속도 y를 구하고, 구한 기질 소비 속도 y와, 상기 기질의 소비 속도를 y, 상기 기질의 소비 정수를 k, 대수증식기에 들어가서부터의 배양 일수를 T, 배양 운전 개시 시의 기질 농도를 a로 했을 때에 기질소비 속도 y=a×exp(k×T)의 식으로부터 기질의 소비 정수 k를 산출하고, 산출한 소비 정수 k에 의거하여 상기 공급 정수 K를 설정하는 것을 특징으로 한다.
소비 정수 k에 의거하여 공급 정수 K을 설정하는 일례로는, 소비 정수 k에 일치하도록 공급 정수 K를 설정한다. 이렇게, 기질 공급 속도를 기질 소비 속도에 맞추어 공급 정수 K를 설정함으로써, 기질의 낭비를 한층더 없애, 효율적인 배양을 실시할 수 있다.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명에 의한 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 방법 및 장치의 바람직한 실시 형태에 대해서 상세히 설명한다.
본 발명자는 본 발명을 달성함에 있어서, 다음의 지견을 얻었다.
(1) 16SrRNA 유전자에 의거한 DNA 염기서열의 특정 영역이, 서열목록의 서열번호 1~9에 나타내는 것 중의 적어도 1종류 이상의 것을 포함하는 혐기성 암모니아 산화 세균에 관한 배가 시간을 조사한 결과, 종래부터 보고되어 있는 약 11일이 아니라 최대값으로 1.8일이며, 이러한 배가 시간의 혐기성 암모니아 산화 세균을 배양하기 위해서는, 그것에 적합한 기술의 배양 방법이 필요하다. 이하, 서열목록의 서열번호 1~9에 나타내는 것 중의 적어도 1종류 이상의 것을 포함하는 혐기성 암모니아 산화 세균을 「신규한 혐기성 암모니아 산화 세균」이라고 한다.
(2) 그 배양 방법으로는, 기질의 공급 속도를 Y, 기질의 공급 정수를 K, 대수증식기에 들어가서부터의 배양 일수를 T, 배양 운전 개시 시의 기질 농도를 A로 했을 때에, 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균이 대수증식기에 들어갔을 때부터, 다음 식 Y=A×exp(K×T)… (계산식 1)을 만족하도록, 배양조에 공급하는 기질의 공급 속도 Y를 제어한다. 이에 따라, 쓸데없는 기질 공급을 없앤 효율적인 배양을 할 수 있다. 이 배양 방법에서 중요한 것은, 배양 운전 개시 시에 기질 농도를 A 로 설정하면, 그 농도에서 일정 조건으로 배양을 개시하여, 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균이 대수증식기에 들어갔을 때부터 상기 (계산식 1) 식을 만족하도록 기질을 증량시키는 것이다. 이것은, 대수증식기에 들어가기 전의 증식 운전 초기부터 배양조에 기질을 다량으로 투입하면, 대수증식기에 들어갈 때까지 긴 일수를 필요로 하여, 효율적인 증식이 행해지지 않기 때문이다. 대수증식기에 들어갔는지의 여부의 판단은 기질의 소비를 확인한 시점이지만, 일반적으로는 공급한 기질에서 기질 농도의 약 반 정도가 소비되게 된 시점을 대수증식기에 들어갔다고 판단하는 것이 바람직하다. 따라서, 배양 장치에는 대수증식기에 들어간 것을 검출하기 위한 수단을 설치하는 것이 바람직하고, 그 점에 대해서는 후기한다.
또한, 상기한 Y=A×exp(K×T)의 식은, 혐기성 암모니아 산화 세균의 기질인 암모니아와 아질산의 각각에 적용되고, 암모니아의 기질 공급 속도는 Ya=A×exp(K×T)로서 표시된다. 이 경우에는, A는 암모니아의 배양 운전 개시 시의 기질 농도, K는 암모니아의 공급 정수를 의미한다. 또한, 아질산의 기질 공급 속도는 Yn=A×exp(K×T)로서 표시되고, A는 아질산의 배양 운전 개시 시의 기질 농도, K는 아질산의 공급 정수를 의미한다.
(3)상기 (계산식 1)식에서의 기질의 공급 정수 K는 배가 시간 1.8일에 대응한 수치로 할 필요가 있고, 공급 정수 K는 0.05~0.25의 범위로 하는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 0.06~0.15의 범위이며, 특히 바람직하게는 0.07~0.12의 범위임. 그래서, 이 공급 정수 K을 더 적합하게 설정하기 위해서는, y=a×exp(k×T) (계산식 2)로 표시되는 기질 소비 속도로부터 구한 소비 정수 k에 일치하도록 설정하면 좋다. 여기서, 기질의 소비 속도 y, 대수증식기에 들어가서부터의 배양 일수 T, 소비 정수 k, 및 배양 운전 개시 시의 기질 농도 a이다.
다음에, 상기의 지견을 얻기에 이른 배양 시험에 관하여 설명한다.
(A) 우선, 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균의 배가 시간(증식 속도)의 최대 속도의 확인을 행하기 위한 연속배양시험에 관하여 설명한다.
제공 시험 오니로는 서열목록의 서열번호 1~9의 전부를 갖는 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균을 포함하는 오니를 사용하였다 (Ikuta H, Isaka K, Sumino T (2004) 연속배양계에 의한 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균의 순양, 제38회 수환경학회 강연 논문집, p.372 참조).
신규한 혐기성 암모니아 산화 세균의 16S rRNA의 유전자에 의거한 DNA 염기서열의 확인 방법에 대해서는, RNA를 추출한 후, Eub341f 프라이머(문헌 1) 및 AMX820 프라이머(문헌 2)를 사용하여 증폭한 후, 시퀀서로 염기서열을 확인하였다.
(문헌 1) Muyzer G., Brinkhoff T., Nubel U., Santegoeds C., Schafer H., and Wawer C., Denaturing gradient gel electrophoresis(DGGE) in microbial ecology, 1998. 3.4.4, p.1-27, In Akkermans A. D. L., van Elsas J. D., de Bruijn F. J. (ed.), Molecular microbial ecology manual. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands.
(문헌 2) Schmid M., Twachtmann U., Klein M., Strous M., Juretschko S., Jetten M.S.M., Metzger J. W., Schleifer K.H., Wagner M.,2000. Molecular evidence for genus level diversity of bacteria capable of catalyzing anaerobic ammonium oxidation, System. Appl. Microbiol. 23,93-106.
제공 시험 폐수로는 표 1에 나타내는 무기 합성 폐수를 사용하여, 암모니아 및 아질산의 농도를 변화시킴으로써 무기 합성 폐수 중의 기질 농도를 조정하였다.
[표 1]
기질 첨가량 단위
NaNO2 50~250 (질소로서) mg/L
(NH4)SO4 50~210 (질소로서) mg/L
KHCO3 500 mg/L
KH2PO4 27 mg/L
MgSO4·7H2O 300 mg/L
CaCl2·2H2O 180 mg/L
T. Element S1 1 mL/L
T. Element S2 1 mL/L
비고) T.Element S1: EDTA:5g/L, FeSO4:5g/L
T. Element S2: EDTA:15g/L, ZnSO4·7H2O:0.43g/L, CoCl2·6H2O: 0.24g/L, MnCl2·4H2O:0.99g/L, CuSO4·5H2O:0.25g/L, NaMoO4·2H2O:0.22g/L, NiCl2·6H2O:0.19g/L, NaSeO4·10H2O:0.21g/L, H3BO4:0.014g/L
시험 장치로는, 유효 용적 200mL의 상향류형의 배양조(리액터(reactor))에 폴리에스테르 섬유의 부직포를 겉보기 충전율로서 50%로 충전한 것을 사용하여, 배양조의 외주에 워터 재킷을 감아서 수온을 37℃로 조정하였다.
또한, 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균을 함유하는 오니를, 배양조내의 SS 농도로서 180mg/L로 되도록 투입한 후, HRT 3 시간, 수온 37℃의 조건으로 연속배양 시험을 행하였다. 배양 개시 시의 아질산 농도는 질소 농도로서 70mg/L이며, 암모니아 농도는 질소 농도로서 80mg/L로 되도록 하였다. 단지, 암모니아는 배양 시험 중에 휘발하여 농도 저하를 일으키고, 아질산 농도가 잔류할 가능성이 있으므로, 혐기성 암모니아 산화법에서의 암모니아와 아질산의 이론 비율인 1:1.32 보다도, 암모니아를 10~20mg/L 정도 더 많이 투입하는 것이 바람직하다.
신규한 혐기성 암모니아 산화 세균의 계측 방법으로는, FISH법(Fluorescence In Situ Hybridization)을 사용하여, 염색한 후, 현미경 관찰 하에서 균수를 계측하였다. FISH법은 혐기성 암모니아 산화 세균의 유전자에만 발색하는 프로브를 사용하여 선택적으로 발색시키는 것이다. 사용하는 프라이머는 AMX820 프라이머를 사용하였다. 이 경우, FISH법의 계측시에 균이 사멸하기 때문에, 1개의 배양조로부터 오니를 빼내어 계측한 후, 다시 배양조로 되돌려 연속배양을 실시할 수는 없다. 따라서, 동일한 배양 조건의 배양조를 4조 준비하여 동시운전을 행하고, 수질 변화(탈질 성능)가 확인된 시점으로부터 1주일 마다 1개의 배양조내의 거의 모든 균체를 세정·회수한 후, 계측하였다. (Schmid M., et al., (2000) Molecular evidence for genus level diversity of bacteria capable of catalyzing anaerobic ammonium oxidation, System. Appl. Microbiol. 23,93-106. 참조).
도 1은, 연속배양시험의 결과를 나타내는 도면이고, 배양 일수에 대한 암모니아 및 아질산의 탈질 속도(kg-N/㎥/일)와, 배양 일수에 대한 혐기성 암모니아 산화 세균의 균수 변화를 나타낸 것이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 대수증식기로 생각되는 14일째로부터 21일째에는 배양조내의 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균수의 농도가 1.1×106cells/mL(14 일째)에서 1.7×107cells/mL(21일째)로 급격히 증식하였다. 그 후, 27일째에는 2.1×107 cells/mL, 34일째에는 4.3×107 cells/mL로 완만하게 증식되었다.
또한, 대수증식기로 생각되는 14일째부터 21일째의 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균의 균수로부터, 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균의 증식 속도를 산출한 결과, 배가 시간은 1.8일이고, 비증식 속도(μ)는 0.39일-1이며, 종래 보고되어 있는 배가 시간 11일보다도 훨씬 짧음을 알았다. 또한, 대수증식기로 생각되는 14일째로부터 21일째에는 상기 (계산식 2)의 기질 소비 속도를 y=0.003×exp(0.28×T)에 근사시킬 수 있고, 이때의 기질의 소비 정수 k는 0.28이다. 따라서, 상기 (계산식 1)의 기질 공급 속도 Y에서의 공급 정수 K를, 소비 정수 0.28 정도로 설정함으로써 기질의 낭비 없이 효율적인 배양을 실시할 수 있다.
이 결과로부터, 14일째부터 21일째의 대수증식기의 증식 속도이면, 배가 시간은 최대로 1.8일이며, 종래 보고되어 있는 배가 시간 11일보다도 훨씬 빠른 속도로의 증식이 가능해진다.
또한, 이 연속배양 시험에서, 배양 운전 초기 및 배양 후의 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균의 종류 및 그 상대수를, 클로닝법(문헌 3 참조)에 의해 측정한 결과, 거의 변하지 않음을 확인하였다. 즉, 16SrRNA 유전자에 의거한 DNA 염기서열의 특정 영역이 서열목록의 서열번호 1~9를 갖는 각각의 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균이 모두 동일한 증식을 행하였음이 나타났다. 또한, 클로닝법의 상세한 것은 문헌 3을 참조하였다.
(문헌 3) 가네코 나오야, 요시에 사치코, 아오이 요시테루, 쯔네다 사토시, 히라타 아키라(2004) 혐기성 암모니아 산화 반응에 관여하는 미생물군의 생체 구조 해석, 제38회 수환경학회 강연 논문집, p.373
그러나, 도 1의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 21일째 이후의 증식 속도는 14일째로부터 21일째의 증식 속도보다도 저하해 있다. 이것은 기질의 공급 속도를 변경하지 않았기 때문에, 균체의 증식보다도 기질의 공급이 율속(律速)으로 되어 버렸기 때문이다. 따라서, 종래 보고되어 있는 증식 속도보다도 빠르게 증식하는 것을 근거로, 기질의 공급 속도를 적정하게 제어하는 것이 매우 중요해진다. 본 발명은 적정한 기질의 공급 속도에 대해서 예의 검토하여, 구체적으로 구성한 것이며, 이하에 설명한다.
(B)배가 시간의 최대값이 1.8일인 혐기성 암모니아 산화 세균을 배양하기 위한 적절한 기질의 공급 속도에 관한 연속배양 시험
도 2는 포괄 고정화한 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균을 사용하여 기질의 율속이 없도록 폐수처리 시험을 행한 결과이며, 기질의 소비가 확인된 10일째 이후, 즉 대수증식기 이후의 탈질 속도(kg-N/㎥/일)를 대수 표시한 것이다. 도 2에 나타내는 바와 같이 각 플롯은 직선 상으로 올라가, 장기간에 걸쳐 대수증식기에서 배양 일수와 탈질속도는 밀접한 관계가 있음을 알 수 있다. 또한, 이때의 기질의 소비 정수 k는 0.053이었다.
따라서, 상기한 도 1의 배양 시간 21일째 이후에 문제로 된, 균체의 증식보다도 기질의 공급이 율속으로 된 경우, 이 기질 공급 속도에 맞추어 기질을 공급하 는 것이 중요함을 알 수 있다.
여기서, 도 1에서의 대수증식기(14일~21일째)에 대해서, 기질의 소비 속도 k를 구한 결과, k=0.28로 되었다. 거기서, 상기(A)의 시험에 대해서, 기질 공급 방법을 변경하여 재차 시험하였다. 즉, 기질 소비를 확인한 시점부터, 기질 공급 속도 Y=A×exp(K×T)로 되도록 배양을 행하였다. 이 점을 더욱 상세히 설명하면, 암모니아에 대해서는 Ya=80×exp(0.28×T)로 하고, 아질산에 대해서는 Yn=70×exp(0.28×T)로 되도록 기질을 조정해서 공급하였다.
그 결과, 배양 시간 27일의 균체 농도는 2.7×108로 되어, 빠른 증식 속도를 유지해서 증식을 계속함을 확인하였다. 또한, 처리수 중의 암모니아 및 아질산은 각각 40mg/L 이하이며, 배양 후의 폐수 중의 기질 농도를 저감할 수 있음도 확인되었다.
(C-1) 기질을 배양 운전 초기부터 다량으로 넣은 경우
시험은, 상기 (A)와 동일한 장치를 사용하여, 기질의 농도를 미리 늘려서 배양을 행하였다. 즉, 암모니아 농도를 질소 농도로서 150mg/L로 설정하고, 아질산 농도를 질소 농도로서 150mg/L로 설정하였다. 또한, 배양조로의 종오니의 투입 농도는 배양조내의 SS 농도로서 180mg/L로 되도록 하였다.
그 결과, 증식 운전 개시로부터 암모니아 및 아질산이 질소 농도로서, 각각 140mg/L라는 고농도의 폐수가 25일간 배출되어, 대수증식기에 들어갈 때까지의 일수가 25일로 장기간이 필요하였다. 또한, 대수증식기에 들어간 후에도 기질소비 속도 y에서의 소비 정수 k는 0.021로 낮은 값이었다.
(C-2) K를 0.09로 설정하여 배양한 경우
시험은 상기(A)와 동일한 장치를 사용하여 배양을 행하고, 기질의 초기 농도도(A)의 경우와 마찬가지다. 그래서, 기질의 소비를 확인한 시점(18일째)부터, 암모니아 및 아질산의 공급 속도를 각각, 암모니아에 대해서는 Ya=80×exp(0.09×T)로 하고, 아질산에 대해서는 Yn=70×exp(0.09×T)로 되도록 기질을 조정하여 공급하였다.
그 결과, 배양 시간 14일째부터 27일째까지의 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균의 증식 속도는 배가 시간 5일의 속도로 배양할 수 있었다. 또한, 처리수 중의 암모니아 및 아질산의 농도는 22일째 이후는 각각 5mg/L 이하였다. 이 결과로부터, 기질의 율속에 의해 약간 증식 속도는 저하했지만, 보고되어 있는 배가 시간 11일보다도 빠른 속도로 배양하는 것이 가능하였다.
(C-3) 소비 속도를 확인하고, 그것에 의거하여 기질 소비 속도를 제어하는 방법(그의 1)
시험은 상기 (A)와 동일한 장치를 사용하여 배양을 행하고, 종오니의 투입 농도도 비교예와 동일하게 180mg/L로 하였다. 그러나, 기질의 공급 방법은, 배양 운전 초기는 암모니아를 질소 농도로서 38mg/L로 설정하고, 아질산을 질소 농도로서 50mg/L로 설정하고, 기질의 약 반량의 소비가 확인될 때까지는 일정 조건으로 배양하였다. 기질의 약 반량이 소비되었는지의 여부의 모니터링은, 배양조의 입구와 출구에 암모니아와 아질산의 질소 측정기를 마련하여 행하였다.
운전 개시로부터 9일후에는 약 반량의 기질의 소비가 확인된 동시에, 상기 (계산식 2) 식의 기질 소비 속도 y에서의 소비 정수 k는 0.1을 나타내었다.
거기서, 대수증식기에 들어갔다고 판단한 후, 기질 공급 속도 Y의 상기 (계산식1) 식을 만족하도록 기질공급 속도를 공급 정수 K=0.1의 조건으로 제어하였다. 기질 공급 속도 Y의 제어는, 무기 합성 폐수의 유속은 일정 조건으로 행하여 기질의 농도를 변화시킴으로써 행하였다. 구체적으로는, 암모니아의 공급 속도 Ya=38×exp(0.1×T)로 하고, 아질산의 공급 속도 Yn=50×exp(0.1×T)로 하였다.
그 결과, 배양 운전 개시로부터 단기간에 배양조의 탈질 속도를 8.0(kg-N/㎥/일)까지 높일 수 있고, 또한 처리수 중의 암모니아 및 아질산의 농도를 각각 25mg/L 이하로 저감할 수 있었다.
이와 같이, 높은 활성을 얻을 수 있고, 배양을 효율적으로 행할 수 있는 동시에, 기질의 쓸데없는 공급도 없으므로, 기질 공급량을 삭감할 수 있음을 알았다.
(C-4) 소비 속도를 확인하고, 그것에 의거하여 기질 소비 속도를 제어하는 방법(그의 2)
시험은, 상기 (A)와 동일한 장치를 사용하여 배양을 행하고, 종오니의 투입 농도는 250mg/L로 하여, (C-3)에서의 시험보다도 증량하였다. 기질의 공급 방법은, 배양 운전 초기는 암모니아를 질소 농도로서 50mg/L로 설정하고, 아질산을 질소 농도로서 66mg/L로 설정하고, 기질의 약 반량의 소비가 확인될 때까지는 일정 조건으로 배양하였다. 기질의 약 반량이 소비되었는지의 모니터링은 제1 시험과 동일하다.
배양 운전 개시로부터 4일째에 기질의 소비가 개시되고, 8일째에 걸쳐서 암모니아 및 아질산의 소비가 상기 (계산식 2)식의 기질 소비 속도 y에 근사하는 동시에, 그때의 소비 정수 k=0.14의 값을 얻었다.
거기서, 배양 운전 개시 9일째로부터 상기 (계산식1)식을 만족하도록 기질 공급 속도 Y를 제어하는 동시에, 공급 정수 K=0.14로 설정하였다.
그 결과, 상기 (계산식 1)식의 기질 공급 속도에 따라 기질이 소비되어, 대수증식기에서의 배양조내의 아질산 농도는 항상 50mg/L 이하를 유지할 수 있어 혐기성 암모니아 산화 세균의 활성이 저하하는 일도 없었다. 이에 따라, 배양 운전 개시로부터 단기간에 높은 활성을 달성하여, 배양을 효율적으로 행할 수 있는 동시에, 기질의 쓸데없는 공급도 없으므로, 기질 공급량을 삭감할 수 있음을 알았다.
이상의 시험 결과로부터, 대수증식기에 들어가기 전은 대수증식기에 들어간 후보다도 낮은 농도의 기질로 일정 조건에서 배양하고, 대수증식기에 들어가면 Y=A×exp(K×T)를 만족하도록, 배양조에 공급하는 기질의 공급 속도 Y를 제어함으로써, 쓸데없는 기질 공급을 없앤 효율적인 배양을 할 수 있음을 알 수 있다.
(D) 다음에, 상기 (계산식1) 식에서의 기질의 공급 정수 K를 설정하기 위한 연속배양 시험에 대해서 설명한다.
이것은, 혐기성 암모니아 산화 세균은 공존 미생물계에 의해 성립되어 있어, 혐기성 암모니아 산화 세균의 단리가 곤란한 것이므로, 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균의 고정화 방법, 고정화재의 종류, 배양조의 형상, 종오니의 활성 등의 배양의 여러 조건에 의해, 기질의 소비 속도 k가 변동하고, 그 때문에 최적의 공급 정수 K도 다소 변동하기 때문이다. 따라서, 공급 정수 K의 설정값을 결정하는 동시에서, 경험상 그 빈도가 높은 범위의 값을 설정하는 것이 필요하다.
배양 시험은, 상기의 배가 시간의 확인 시험에서 행한 것과 동일한 장치를 사용하여, 혐기성 암모니아 산화 세균을 고정화하는 고정화 방법(포괄 고정화, 부착 고정화, 미생물의 자기 조립을 이용한 그래뉼)이나 고정화재의 재질을 여러가지로 변경하여 행하였다.
그 결과, 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 확인된 기질의 소비 정수 k와 그 도수(度數)(발생 빈도)의 관계를 보면, 기질의 소비 정수 k의 값은 0.05~0.28의 범위에서 많이 관찰되고, 0.06~0.15의 범위에서 더욱 도수(회수)가 많아지고, 0.07~0.12의 범위에서 가장 많이 관찰되었다. 따라서, 상기 (계산식 1)식에서의 공급 정수 K를 0.05~0.28의 범위로 설정하여, 기질 공급 속도 Y를 제어하는 것이 바람직하다. 더 바람직한 범위는 0.06~0.15의 범위이며, 특히 바람직한 범위는 0.07~0.12의 범위이다. 이들의 범위로 공급 정수 K를 설정함으로써, 배양의 여러 조건의 영향을 작게 할 수 있다.
덧붙여서, 종래 보고되어 있는 배가 시간 11로 공급 정수 K를 설정하려고 한 경우, 가령 균체와 증식 속도가 1:1의 관계, 즉 균체가 2배로 증가하면 처리 속도가 2배로 된다는 이상적인 관계였다고 해도, 공급 정수 K의 취득 최대값은 0.069이다. 그러나, 실제로는 균체와 증식 속도가 1:1의 관계는 있을 수 없는 것으로 생각하면, 공급 정수 K의 값은 0.05 미만이 상식적인 값이다. 따라서, 상기한 공급 정수 K의 범위는, 발명자에 의한 배가 시간 1.8일이라고 하는 새로운 지견이 있어 비로소 설정가능한 값이다.
(E) 다음에, 상기 지견에 의거하여 구성한 본 발명의 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 장치의 전체 구성도에 대하여 설명한다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 장치(10)는 주로, 상향류형의 배양조(12)와, 배양조(12)에 암모니아(기질)를 공급하는 암모니아 공급 수단(14)과, 배양조(12)에 아질산(기질)을 공급하는 아질산 공급 수단(16)과, 배양조(12)에 상기 기질을 함유하는 폐수(예를 들면 무기 합성 폐수)를 공급하는 폐수 공급 수단(18)과, 배양조(12)에 공급하는 기질의 공급 속도를 제어하는 제어 장치(20)로 구성된다.
배양조(12)내에는, 예를 들면 하수 오니로부터 집적 배양한 혐기성 암모니아 산화 세균의 종오니가 투입된다. 혐기성 암모니아 산화 세균이 배양조(12)내로부터 유출하지 않도록, 고정상(床), 부착형의 담체, 포괄 고정화 담체를 사용하는 것이 바람직하다. 고정상을 사용하는 경우의 재료로는 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 염화비닐 등의 플라스틱 소재나, 활성탄 파이버 등을 적합하게 사용할 수 있지만, 특히 한정되지 않는다. 고정상의 형상으로는, 섬유 형상이나 국화 형상으로 정형한 것이나, 벌집 형상으로 정형한 것 등이 있지만, 특별히 한정되지 않는다. 고정상에 대해서는, 겉보기 용적으로서 30~80%로 되도록 하는 것이 바람직하고, 40~70%가 보다 바람직하다. 또한, 고정상의 공극률로는 80% 이상의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
부착 담체의 고정화 재료로는 폴리비닐알콜, 알긴산, 폴리에틸렌글리콜계의 겔(gel)이나, 셀룰로오스, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 염화비닐 등의 플라스틱 담체 등을 들 수 있지만, 특히 한정되지 않는다. 형상에 대해서는 구형, 원통형, 다공질, 정육면체, 스폰지 형상, 벌집 형상 등의 정형을 한 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 포괄 고정화 담체의 고정화 재료로는 폴리에틸렌글리콜계의 겔이 바람직하지만, 균체의 악영향이 없는 것이면 특히 한정되지 않는다. 또한, 고정상, 부착 담체, 포괄 고정화 담체 이외에, 미생물의 자기 조립을 이용한 그래뉼도 본 발명에 사용할 수 있다.
암모니아 공급 수단(14)은 소정 농도의 암모니아 용액을 저류하는 암모니아 저류 탱크(22)로부터 제1 배관(24)이 배양조(12)의 저부(底部)로 뻗어 마련되고, 제1 배관(24) 도중에는 공급량을 조정하는 제1 펌프(26)가 마련된다. 아질산 공급 수단(16)은 소정의 농도의 아질산 용액을 저류하는 아질산 저류 탱크(28)로부터 제2 배관(30)이 제1 배관(24)의 도중에 접속되는 동시에, 제2 배관(30) 도중에 공급량을 조정하는 제2 펌프(32)가 마련된다. 이들 기질의 공급원인 암모니아 저류 탱크(22) 및 아질산 저류 탱크(28)는 별도의 탱크로 하고, 암모니아나 아질산을 액상으로 저류해 두는 것이 바람직하다. 다만, 아질산은 불안정한 것이므로, 장기간 액상으로 두지 않고, 사용할 때마다 액상으로 하여 사용하는 것이 바람직하다.
폐수 공급 수단은, 예를 들면 무기 합성 폐수를 저류하는 폐수 저류 탱크(34)로부터 제3 배관(36)이 제2 배관(30)의 도중에 접속되는 동시에, 제3 배관(36) 도중에 공급량을 조정하는 제3 펌프(38)가 마련된다. 이에 따라, 암모니아와 아질 산의 기질이 첨가된 폐수가 배양조(12)의 저부로 공급되어, 배양조(12)내에서 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균을 배양한다. 배양조(12)의 상단에는, 기질이 소비된 폐수(여기서는 처리수라고 함)를 배양조(12)로부터 배출하는 배출 배관(40)이 접속된다.
또한, 배양조(12)의 입구(도 4에서는 제1 배관(24))에는, 배양조(12)에 공급되는 암모니아의 질소 농도와 아질산의 질소 농도를 검출하는 제1 질소측정기(42)가 마련되는 동시에, 배양조(12)의 출구(도 4에서는 배출관(40))에는, 배양조(12)로부터 배출되는 처리수 중에 잔류하는 암모니아의 질소 농도와 아질산의 질소 농도를 측정하는 제2 질소 측정기(44)가 마련된다. 또한, 제1 및 제2 질소측정기(42, 44)로 측정한 측정값은 제어 장치(20)에 순차 입력된다.
제어 장치(20)에는, Y=A×exp(K×T)으로 표시되는 기질 공급 속도 Y의 계산식 1, 및 y=a×exp(k×T)로 표시되는 기질 소비 속도 y의 계산식 2가 미리 인스톨(install)되어 있다. 여기서, Y:기질의 공급 속도, K:기질의 공급 정수, T:대수증식기에 들어가서부터의 배양 일수, A:배양 운전 개시 시의 기질 농도이며, y:기질의 소비 속도, k:기질의 소비 정수, a:배양 운전 개시 시의 기질 농도이다. 제어장치(20)는 계산식 1에 의해 배양조(12)에 공급하는 기질의 공급 속도 Y를 제어한다. 또한, 제어장치(20)는 제1 질소측정기(42)의 측정값에 대한 제2 질소측정기(44)의 차이, 즉 배양에 의해 소비된 기질 양으로부터 실제의 기질 소비 속도 y를 구하고, 구한 기질 소비 속도 y와 계산식 2로부터 기질의 소비 정수 k를 산출하여, 산출한 소비 정수 k로부터 계산식 1에 설정하는 공급 정수 K을 설정한다. 예를 들 면, 소비 정수 k에 일치하도록 공급 정수 K를 설정한다. 이에 따라, 상기한 공급 정수 K의 값은 0.05~0.28의 범위 중에서 핀포인트(pinpoint)하여 공급 정수 K를 최적으로 설정할 수 있다.
또한, 상기와 같이 구성한 배양 장치(10)에 의해 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균을 배양하기 위해서는, 제어 장치(20)는 배양 운전 개시 시에 암모니아와 아질산의 각각의 기질 농도를 A로 설정하면, 그 농도에서 일정 조건으로 배양을 개시하고, 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균이 대수증식기에 들어갔을 때부터, Y=A×exp(K×T)의 계산식 1을 만족하도록, 배양조(12)에 공급하는 기질의 공급 속도 Y를 제어한다. 여기서, 배양조(12)에 공급하는 암모니아와 아질산의 비율은 1:0.5~2.0의 범위가 바람직하고, 더 바람직하게는 1:1~1.5의 범위, 특히 바람직하게는 1:1.3이다.
이러한 배양에서, 대수증식기에 들어갔는지의 여부는 제1 및 제2 질소 측정기(42, 44)에 의해 알 수 있다. 즉, 대수증식기에 들어가서 기질의 소비가 급격히 증가하면, 제1 질소측정기(42)의 측정값에 대한 제2 질소측정기(44)의 측정값의 차이가 급격히 작아지는 방향으로 변화된다. 따라서, 이 변화를 모니터링 함으로써, 대수증식기에 들어갔음을 파악할 수 있다. 예를 들면, 제1 질소측정기(42)의 측정값에 대하여 제2 질소측정기(44)의 측정값이 반 정도로 되면, 대수증식기에 들어간 것으로 볼 수 있다.
또한, 상기와 같이 구성한 본 발명의 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 장치(10)는 혐기성 암모니아 산화 세균을 효율적으로 배양하는 장치이며, 종 오니의 취득만을 목적으로 하는 것은 아니다. 예를 들면, 배양조를 폐수 처리 장치의 혐기성 암모니아 산화조로서 보는 경우에는, 장치 운전 개시 시나, 혐기성 암모니아 산화조내에서의 혐기성 암모니아 산화 세균의 실활 시의 순양 방법으로서도 이용할 수 있다.
그런데, 배양조(12)에서 배양한 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균을 폐수 처리 장치의 혐기성 암모니아 산화 세균조에 첨가할 경우, 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균을 포괄 고정화해서 사용하는 것이 바람직하다. 다음에, 포괄 고정화 담체내의 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양에 관하여 설명한다.
이 담체 배양 시험에서는, 도 4에서 나타낸 배양 장치(10)를 사용하여, 신규한 혐기성 암모니아 산화 세균을 담체 겔(gel)내에 포괄 고정화한 후, 배양조(12)내에 첨가하여 배양하였다. 고정화 겔(gel)로는 폴리에틸렌글리콜계의 프레폴리머(prepolymer)를 사용하여, 폴리머 농도를 15%로 하였다. 이 고정화 겔(gel)내에, SS 농도로서 3000mg/L로 되도록 혐기성 암모니아 산화 세균을 포괄 고정화하였다. 그리고, 이 포괄 고정화 담체를 담체 충전율이 10%로 되도록 배양조(12)에 충전하였다.
시험에 사용한 폐수는 표 1에 나타내는 무기 합성 폐수를 사용하여, 운전 개시 시의 암모니아 및 아질산을 질소 농도로서 각각 50mg/L로 되도록 하였다. 그 후, 수질 측정을 하면서 계산식 1을 만족하도록 기질을 배양조(12)에 공급하는 동시에, 배양조(12)로부터 배출되는 처리수 중에 잔류하는 아질산 농도가 50mg/L 이상으로 되지 않도록 기질 공급을 행하였다.
도 5는 도 4에 나타낸 배양 장치(10)를 사용하여, 배양조에 공급하는 기질 공급 제어 방법의 변형예를 나타내는 것으로, 계단식의 공급 방법이다. 즉, 계산식 1로 표시되는 증가 곡선에 근사시켜서 기질 공급 속도 Y를 계단 형상으로 증가시킴과 동시에, 1계단 마다 증가되는 배양조내의 아질산성 질소 농도는 최대로도 70mg/L을 넘지 않도록 제어하는 방법이다. 또한, 본 시험에서는 아질산 농도가 50mg/L을 넘지 않도록 하였다.
폐수는, 표 1의 무기 합성 폐수를 사용하고, 종오니의 배양조(12)로의 투입 농도는 220mg/L로 하였다. 또한, 배양 운전 초기의 암모니아를 질소 농도로서 38mg/L로 하고, 아질산을 질소 농도로서 50mg/L로 하였다. 또한, 아질산의 질소 농도가 10mg/L까지 소비가 확인될 때까지 일정 조건으로 배양하고, 그 후는 대수증식기에 들어갔다고 판단하여 계산식 1을 만족하도록 제어하였다.
기질의 공급 제어는, 도 5에 나타내는 바와 같이, ○로 나타낸 증가 곡선 A는 계산식 1을 만족하도록 암모니아의 공급 속도를 제어하는 경우이고, □로 나타낸 증가 곡선 B는 계산식 1을 만족하도록 아질산의 공급 속도를 제어하는 경우이다. 이에 대하여, ●로 나타낸 계단 형상 선 C는 계산식 1로 표시되는 증가 곡선 A에 근사시켜 암모니아의 공급 속도를 계단 형상으로 증가시킨 경우이고, ■로 나타낸 계단 형상 선 D는 계산식 1로 표시되는 증가 곡선 B에 근사시켜 아질산의 공급 속도를 계단 형상으로 증가시킨 경우이다.
그 결과, 9일째의 측정에서 아질산의 질소 농도가 8mg/L까지 저하하였다. 이때, 계산식 2로부터 구해지는 증가 곡선 B의 소비 정수 k는 0.08이었다.
이 증가 곡선 B에 맞춰 아질산의 공급 농도를 변화시키면 좋지만, 본 시험의 계단 형상 공급에서는, 증가 곡선 B에 의거하여 아질산이 부족한 약 5일 마다 배양조(12)내의 아질산의 질소 농도를 50mg/L씩 상승시키면서 배양을 행하였다. 또한, 암모니아의 공급량은 아질산의 질소 농도를 기준으로 하여, 아질산의 질소 농도의 1.32로 나눈 값 이상으로 되도록 공급하였다. 그 결과, 혐기성 암모니아 산화 세균은 높은 활성을 유지하면서, k=0.08의 높은 소비 정수를 유지하여 배양할 수 있었다.
이와 같이, 혐기성 암모니아 산화 세균은 아질산을 기질로 하는 반면, 아질산의 농도가 너무 높으면 활성이 저하하거나, 실활하므로, 기질을 계단 형상으로 공급하여 혐기성 암모니아 산화 세균을 배양할 경우에는, 배양조(12)내의 아질산 질소 농도가 급격히 높아지지 않도록 주의하는 것이 중요하다. 이것은, 배양조(12)내에 잔류하는 아질산의 질소 농도와 혐기성 암모니아 산화 세균의 활성의 관계를 나타낸 도 6으로부터도 명백하다.
도 6은 배양조(12)내의 아질산의 질소 농도를 급격히 상승시켜, 배양조(12)내에 잔류하는 아질산의 질소 농도와, 혐기성 암모니아 산화 세균의 활성의 관계를 구한 것이다.
도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 배양조(12)내에 잔류하는 아질산의 질소 농도가 50mg/L 이하이면 활성은 100이지만, 50mg/L을 넘으면 점차로 활성이 저하하고, 70mg/L을 넘으면 활성은 급격히 저하한다. 따라서, 배양조(12)에 기질을 계단 형상으로 공급하여 증가시킬 경우에는, 1계단 마다 증가되는 배양조(12)내의 아질 산성 질소 농도는 최대로도 70mg/L을 넘지 않도록 제어하는 것이 바람직하고, 50mg/L 이하로 제어하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 기질의 공급 속도의 조정 방법은 기질의 농도로 행하는 것도 가능하고, 기질의 공급 유속을 조정함으로써도 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 방법 및 장치에 의하면, 암모니아와 아질산을 기질로 하는 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양에서, 기질을 낭비 없이 공급하여 높은 균체 농도의 종오니를 생성하거나, 운전의 개시를 단기간에 실시할 수 있다. 이에 따라, 기질의 공급 비용을 저감할 수 있는 동시에, 폐액의 처리 비용도 대폭 삭감할 수 있다.
<110> Hitachi plant engineering & construction co., Ltd isaka kazuichi sumino tatsuo tsuneda satoshi <120> Method and equipment for anaerobic ammonium-oxidizing bacteria <130> HP2005-007KR <150> JP2005-073398 <151> 2005-03-15 <150> JP2005-071558 <151> 2005-03-14 <150> JP2006-037163 <151> 2006-02-14 <160> 9 <170> PatentIn version <210> 1 <211> 468 <212> DNA <213> unknown <220> <223> microorganism belonging to genus planctomycetes responsible for anaerobic ammonium-oxidizing reaction; DNA sequence of 16S rRNA gene <400> 1 tcgagaatct ttcgcaatgc ccgaaagggt gacgaagcga cgccgcgtgc gggaagaagg 60 ccttcgggtt gtaaaccgct gtcgggagtt aggaaatgca aggatgttaa tagcattctt 120 gcttgactaa ggctccggag gaagccacgg ctaactctgt gccagcagcc gcggtaatac 180 agaggcggca agcgttgttc ggaattattg ggcgtaaaga gcacgtaggc ggctgtgtaa 240 gtcggttgtg aaagccttcc gcttaacgga agaacggcat ccgatactgc atagcttgag 300 tgcgggaggg gagagtggaa cttctggtgg agcggtgaaa tgcgtagata tcagaaggaa 360 caccggcggc gaaggcgact ctctggtccg taactgacgc tgagtgtgcg aaagctaggg 420 gagcaaacgg gattagatac cccggtagtc ctagccgtaa acgatggg 468 <210> 2 <211> 468 <212> DNA <213> unknown <220> <223> microorganism belonging to genus planctomycetes responsible for anaerobic ammonium-oxidizing reaction; DNA sequence of 16S rRNA gene <400>2 tcgagaatct ttcgcaatgc ccgcaagggt gacgaagcga cgccgcgtgc gggaagaagg 60 ccttcgggtt gtaaaccgct gtcgggagtt aggaagtgca aggatgttaa tagcgttctt 120 gcttgactaa ggctccggag gaagccacgg ctaactctgt gccagcagcc gcggtaatac 180 agaggcggca agcgttgttc ggaattattg ggcgtaaaga gcacgtaggc ggctgtgtaa 240 gtcggttgtg aaagccttcc gcttaacgga agaacggcat ccgatactgc atagcttgag 300 tgcgggaggg gagagtggaa cttctggtgg agcggtgaaa tgcgtagata tcagaaggaa 360 caccggcggc gaaggcgact ctctggtccg taactgacgc tgagtgtgcg aaagctaggg 420 gagcaaacgg gattagatac cccggtagtc ctagccgtaa acgatggg 468 <210> 3 <211> 468 <212> DNA <213> unknown <220> <223> microorganism belonging to genus planctomycetes responsible for anaerobic ammonium-oxidizing reaction; DNA sequence of 16S rRNA gene <400>3 tcgagaatct ttcgcaatgc ccgaaagggt gacgaagcga cgccgcgtgc gggaagaagg 60 ccttcgggtt gtaaaccgct gtcgggagtt aggaagtgca aggatgttaa tagcgttctt 120 gcttgactaa ggctccggag gaagccacgg ctaactctgt gccagcagcc gcggtaatac 180 agaggcggca agcgttgttc ggaattattg ggcgtaaaga gcacgtaggc ggctgtgtaa 240 gtcggttgtg aaagccttcc gcttaacgga agaacggcat ccgatactgc atagcttgag 300 tgcgggaggg gagagtggaa cttctggtgg agcggtgaaa tgcgtagata tcagaaggaa 360 caccggcggc gaaggcgact ctctggtccg taactgacgc tgagtgtgcg aaagctaggg 420 gagcaaacgg gattagatac cccggtagtc ctagccgtaa acgatggg 468 <210> 4 <211> 468 <212> DNA <213> unknown <220> <223> microorganism belonging to genus planctomycetes responsible for anaerobic ammonium-oxidizing reaction; DNA sequence of 16S rRNA gene <400> 4 tcgagaatct ttcgcaatgc ccgaaagggt gacgaagcga cgccgcgtgt gggatgaagg 60 ccctcgggtt gtaaaccact gtcgggagtt aagaattgta ggggtgctaa tagtatttct 120 acttgactaa ggctccggag gaagccacgg ctaactctgt gccagcagcc gcggtaatac 180 agaggcggca agcgttgttc ggaattattg ggcgtaaaga gcatgtaggc ggctatgtaa 240 gtcggttgtg aaagccttcc gcttaacgga agaatggcgg tcgaaactgc atggcttgag 300 tgcgggaggg gagagtggaa cttctggtgg agcggtgaaa tgcgtagata tcagaaggaa 360 cgtcggcggc gaaagcgact ctctagaccg taactgacgc tgagtgtgcg aaagctaggg 420 gagcaaacgg gattagatac cccggtagtc ctagccgtaa acgatggg 468 <210> 5 <211> 468 <212> DNA <213> unknown <220> <223> microorganism belonging to genus planctomycetes responsible for anaerobic ammonium-oxidizing reaction; DNA sequence of 16S rRNA gene <400>5 tcgagaatct ttcgcaatgc ccgcaagggt gacgaagcga cgccgcgtgc gggaagaagg 60 ccttcgggtt gtaaaccgct gtcgggagtt aggaagtgca aggatgttaa tagcgttctt 120 gcttgactaa ggctccggag gaagccacgg ctaactctgt gccagcagcc gcggtaatac 180 agaggcggca agcgttgttc ggaattattg ggcgtaaaga gcacgtaggc ggccgtgtaa 240 gtcggttgtg aaagccttcc gctcaacgga aggacggcat ccgatactgc atggctcgag 300 tgcgggaggg gagagtggaa cttctggtgg agcggtgaaa tgcgtagata tcagaaggaa 360 caccggcggc gaaggcgact ctctggtccg taactgacgc tgagtgtgcg aaagctaggg 420 gagcaaacgg gattagatac cccggtagtc ctagccgtaa acgatggg 468 <210> 6 <211> 468 <212> DNA <213> unknown <220> <223> microorganism belonging to genus planctomycetes responsible for anaerobic ammonium-oxidizing reaction; DNA sequence of 16S rRNA gene <400>6 tcgagaatct ttcgcaatgc ccgaaagggt gacgaagcga cgccgcgtgc gggaagaagg 60 ccttcgggtt gtaaaccgct gtcgggagtt aagaagtgca gggatgttaa tagcgtctct 120 gcttgactaa ggctccggag gaagccacgg ctaactctgt gccagcagcc gcggtaatac 180 agaggcggca agcgttgttc ggaattattg ggcgtaaaga gcacgtaggc ggccgtgtaa 240 gtcggttgtg aaagccttcc gctcaacgga aggacggcat ccgatactgc atggctcgag 300 tgcgggaggg gagagtggaa cttctggtgg agcggtgaaa tgcgtagata tcagaaggaa 360 caccggcggc gaaggcgact ctctggtccg taactgacgc tgagtgtgcg aaagctaggg 420 gagcaaacgg gattagatac cccggtagtc ctagccgtaa acgatggg 468 <210> 7 <211> 468 <212> DNA <213> unknown <220> <223> microorganism belonging to genus planctomycetes responsible for anaerobic ammonium-oxidizing reaction; DNA sequence of 16S rRNA gene <400> 7 tcgagaatct ttcgcaatgc ccgaaagggt gacgaagcga cgccgcgtgc gggaagaagg 60 ccttcgggtt gtaaaccgct gtcgggagtt aagaagtgcg gggatgttaa tagcgtcctt 120 gcttgactaa ggctccggag gaagccacgg ctaactctgt gccagcagcc gcggtaatac 180 agaggcggca agcgttgttc ggaattattg ggcgtaaaga gcacgtaggc ggccgcgtaa 240 gtcggttgtg aaagccttcc gctcaacgga aggacggcat ccgatactgc atggctcgag 300 tgcgggaggg gagagtggaa cttctggtgg agcggtgaaa tgcgtagata tcagaaggaa 360 caccggcggc gaaggcgact ctctggtccg taactgacgc tgagtgtgcg aaagctaggg 420 gagcaaacgg gattagatac cccagtagtc ctagccgtaa acgatggg 468 <210> 8 <211> 468 <212> DNA <213> unknown <220> <223> microorganism belonging to genus planctomycetes responsible for anaerobic ammonium-oxidizing reaction; DNA sequence of 16S rRNA gene <400>8 tcgagaatct ttcgcaatgc ccgcaagggt gacgaagcga cgccgcgtgc gggaagaagg 60 ccttcgggtt gtaaaccgct gtcgggagtt aggaaatgca aggatgttaa tagcattctt 120 gcttgactaa ggctccggag gaagccacgg ctaactctgt gccagcagcc gcggtaatac 180 agaggcggca agcgttgttc ggaattattg ggcgtaaaga gcacgtaggc ggctgtgtaa 240 gtcggttgtg aaagccttcc gcttaacgga agaacggcat ccgatactgc atagcttgag 300 tgcgggaggg gagagtggaa cttctggtgg agcggtgaaa tgcgtagata tcagaaggaa 360 caccggcggc gaaggcgact ctctggtccg taactgacgc tgagtatgcg aaagctaggg 420 gagcaaacgg gattagatac cccggtagtc ctagccgtaa acgatggg 468 <210> 9 <211> 468 <212> DNA <213> unknown <220> <223> microorganism belonging to genus planctomycetes responsible for anaerobic ammonium-oxidizing reaction; DNA sequence of 16S rRNA gene <400>9 tcgagaatct ttcgcaatgc ccgaaagggt gacgaagcga cgccgcgtgc gggaagaagg 60 ccttcgggtt gtaaaccgct gtcgggagtt aggaaatgca aggatgttaa tagcattctt 120 gcttgactaa ggctccggag gaagccacgg ctaactctgt gccagcagcc gcggtaatac 180 agaggcggca agcgttgttc ggaattattg ggcgtaaaga gcacgtaggc ggctgtgtaa 240 gtcggttgtg aaagccttcc gcttaacgga agaacggcat ccgatactgc atagcttgag 300 tgcgggaggg gagagtggaa cttctggtgg agcggtgaaa tgcgtagata tcagaaggaa 360 caccggcggc gaaagcgact ctctagaccg taactgacgc tgagtgtgcg aaagctaggg 420 gagcaaacgg gattagatac cccggtagtc ctagccgtaa acgatggg 468

Claims (12)

  1. 아질산과 암모니아를 기질로 하여 혐기적으로 탈질을 행하는 혐기성 암모니아 산화 세균을 배양조에서 배양하는 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 방법에 있어서,
    상기 기질의 공급 속도를 Y, 상기 기질의 공급 정수를 K, 대수증식기에 들어가서부터의 배양 일수를 T, 배양 운전 개시 시의 기질 농도를 A로 했을 때에, 상기 혐기성 암모니아 산화 세균이 대수증식기에 들어갔을 때부터, 다음 식 Y=A×exp(K×T)을 만족하도록, 상기 배양조에 공급하는 기질의 공급 속도 Y를 제어하고,
    상기 혐기성 암모니아 산화 세균은, 상기 혐기성 암모니아 산화 세균이 갖는 16SrRNA 유전자에 의거한 DNA 염기서열의 특정 영역이, 서열목록의 서열번호 1~9에 나타내는 것 중의 적어도 1종류 이상의 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배양조에 공급하는 암모니아와 아질산의 비율은 1:0.5~2.0의 범위로 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기질의 공급 정수 K는 0.05~0.28의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기질의 공급 정수 K는 0.06~0.15의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기질의 공급 정수 K는 0.07~0.12의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 Y=A×exp(K×T)의 식으로 표시되는 증가 곡선에 근사시켜 상기 기질 공급 속도 Y를 계단 형상으로 증가시키는 동시에, 1 계단마다 증가되는 배양조내의 아질산성 질소 농도는 최대로도 70mg/L을 넘지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 혐기성 암모니아 산화 세균이 대수증식기에 들어갔을 때부터,
    상기 배양조에 공급되는 기질 농도와 상기 배양조로부터 배출되는 액 중에 잔존하는 기질 농도의 차이로부터 실제의 기질 소비 속도 y를 구하고,
    상기 기질의 소비 속도를 y, 상기 기질의 소비 정수를 k, 대수증식기에 들어가서부터의 배양 일수를 T, 배양 운전 개시 시의 기질 농도를 a로 했을 때에 y=a×exp(k×T)로 표시되는 기질 소비 속도의 식과, 상기 구한 기질 소비 속도 y로부터 기질의 소비 정수 k를 산출하고,
    상기 산출한 소비 정수 k에 일치하도록 상기 공급 정수 K를 설정하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 방법.
  9. 아질산과 암모니아를 기질로서 혐기적으로 탈질을 행하는 혐기성 암모니아 산화 세균을 배양조에서 배양하는 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 장치에 있어서,
    상기 배양조에 상기 기질의 하나인 암모니아를 소정의 농도로 공급하는 암모니아 공급 수단과,
    상기 배양조에 상기 기질의 다른 하나인 아질산을 소정의 농도로 공급하는 아질산 공급 수단과,
    상기 기질의 공급 속도를 Y, 상기 기질의 공급 정수를 K, 대수증식기에 들어가서부터의 배양 일수를 T, 배양 운전 개시 시의 기질 농도를 A로 했을 때에, 상기 혐기성 암모니아 산화 세균이 대수증식기에 들어갔을 때부터, Y=A×exp(K×T)을 만족하도록, 상기 배양조에 공급하는 기질의 공급 속도 Y를 제어하는 제어 수단을 구비하고,
    상기 혐기성 암모니아 산화 세균은, 상기 혐기성 암모니아 산화 세균이 갖는 16SrRNA 유전자에 의거한 DNA 염기서열의 특정 영역이, 서열목록의 서열 번호 1~9에 나타내는 것 중의 적어도 1종류 이상의 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 장치.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제어 수단은 상기 배양조에 공급하는 암모니아와 아질산의 비율을 1:0.5~2.0의 범위로 되도록, 상기 암모니아 공급 수단과 상기 아질산 공급 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 배양조에 공급되는 기질 농도를 측정하는 제1의 측정 수단과,
    상기 배양조로부터 배출되는 액 중에 잔존하는 기질 농도를 측정하는 제2 측정 수단을 구비하고,
    상기 제어 수단은 상기 제1의 측정 수단의 측정 결과와 상기 제2의 측정 수단의 측정 결과의 차이로부터 기질 소비 속도 y를 구하고, 구한 기질 소비 속도 y와, 상기 기질의 소비 속도를 y, 상기 기질의 소비 정수를 k, 대수 증식기에 들어가서부터의 배양 일수를 T, 배양 운전 개시 시의 기질 농도를 a로 했을 때에 기질 소비 속도 y=a×exp(k×T)의 식으로부터 기질의 소비 정수 k를 산출하고, 산출한 소비 정수 k에 의거하여 상기 공급 정수 K를 설정하는 것을 특징으로 하는 혐기성 암모니아 산화 세균의 배양 장치.
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