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特開2024-32490低温耐性硝化細菌の培養方法、窒素含有水を処理する方法、および窒素含有水の処理装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024032490
(43)【公開日】2024-03-12
(54)【発明の名称】低温耐性硝化細菌の培養方法、窒素含有水を処理する方法、および窒素含有水の処理装置
(51)【国際特許分類】
C02F 3/00 20230101AFI20240305BHJP
C02F 3/34 20230101ALI20240305BHJP
【ＦＩ】
C02F3/00 G
C02F3/34 Z
C02F3/34 101A
C02F3/34 101B
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022136167
(22)【出願日】2022-08-29
(71)【出願人】
【識別番号】000001052
【氏名又は名称】株式会社クボタ
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ
(72)【発明者】
【氏名】若原 慎一郎
(72)【発明者】
【氏名】小松 敏宏
(72)【発明者】
【氏名】角野 立夫
(72)【発明者】
【氏名】李 沁潼
【テーマコード（参考）】
4D040
【Ｆターム（参考）】
4D040BB05
4D040BB57
4D040BB91
4D040DD03
4D040DD14
(57)【要約】
【課題】簡便な方法で低温耐性硝化細菌を培養する方法、当該低温耐性硝化細菌を用いて窒素含有水を処理する方法、並びに、当該低温耐性硝化細菌の培養および窒素含有水の処理が可能な装置を実現する。
【解決手段】アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、微生物の優占種が低温耐性硝化細菌である窒素含有水ｂを得る工程を含む、低温耐性硝化細菌の培養方法。
【選択図】図１
【解決手段】アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、微生物の優占種が低温耐性硝化細菌である窒素含有水ｂを得る工程を含む、低温耐性硝化細菌の培養方法。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、微生物の優占種が低温耐性硝化細菌である窒素含有水ｂを得る工程を含む、低温耐性硝化細菌の培養方法。
【請求項2】
前記窒素含有水ａのｐＨを３．０超６．０以下に調整する、請求項１に記載の低温耐性硝化細菌の培養方法。
【請求項3】
前記窒素含有水ａにおけるアンモニア態窒素および／または有機態窒素の濃度が２０００ｍｇ－Ｎ／Ｌ以下である、請求項１に記載の低温耐性硝化細菌の培養方法。
【請求項4】
前記窒素含有水ｂでは、低温耐性硝化細菌の量の、アンモニア酸化細菌の量に対する比が１を超える、請求項１に記載の低温耐性硝化細菌の培養方法。
【請求項5】
前記比が５以上１００以下である、請求項４に記載の低温耐性硝化細菌の培養方法。
【請求項6】
前記低温耐性硝化細菌が、コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）である、請求項１に記載の低温耐性硝化細菌の培養方法。
【請求項7】
請求項１から６のいずれか１項に記載の方法によって得られた低温耐性硝化細菌を用いて、好気性雰囲気下、水温０℃以上１５℃以下で、前記窒素含有水ａおよび／または前記窒素含有水ｂに含まれるアンモニアを硝化する工程を含む、窒素含有水を処理する方法。
【請求項8】
培養槽と、硝化槽とを有する窒素含有水の処理装置であって、
前記培養槽と前記硝化槽とは、前記培養槽と前記硝化槽との間で内容物を循環させることが可能であり、
前記培養槽は、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記硝化槽から得られた返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とした窒素含有水ｂを生成し、
前記硝化槽は、前記窒素含有水ａおよび前記窒素含有水ｂを貯留することができ、前記窒素含有水ｂに含まれる低温耐性硝化細菌を用いて、水温０℃以上１５℃以下で、前記窒素含有水ａおよび／または前記窒素含有水ｂに含まれるアンモニアを硝化して硝化液を生成する、
窒素含有水の処理装置。
前記培養槽と前記硝化槽とは、前記培養槽と前記硝化槽との間で内容物を循環させることが可能であり、
前記培養槽は、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記硝化槽から得られた返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とした窒素含有水ｂを生成し、
前記硝化槽は、前記窒素含有水ａおよび前記窒素含有水ｂを貯留することができ、前記窒素含有水ｂに含まれる低温耐性硝化細菌を用いて、水温０℃以上１５℃以下で、前記窒素含有水ａおよび／または前記窒素含有水ｂに含まれるアンモニアを硝化して硝化液を生成する、
窒素含有水の処理装置。
【請求項9】
処理系Ａと、処理系Ｂとを備える窒素含有水の処理装置であって、
前記処理系Ａは、硝化槽Ｉを備え、
前記硝化槽Ｉは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記処理系Ｂからの返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、かつ、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行い、硝化液を生成し；
前記処理系Ｂは、硝化槽ＩＩと脱窒槽ＩＩとを備え、
前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとは、前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとの間で、内容物を循環させることが可能であり、
前記脱窒槽ＩＩは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａ、前記硝化槽Ｉで得られた硝化液、および前記硝化槽ＩＩで得られる硝化液を貯留することができ、これらの硝化液に含まれる硝酸を脱窒すると共に、前記窒素含有水ａを前記硝化槽ＩＩに送り、
前記硝化槽ＩＩは、前記脱窒槽ＩＩから送られた前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、前記低温耐性硝化細菌により、好気性雰囲気下、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し、前記硝化液を前記脱窒槽ＩＩに送る；
窒素含有水の処理装置。
前記処理系Ａは、硝化槽Ｉを備え、
前記硝化槽Ｉは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記処理系Ｂからの返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、かつ、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行い、硝化液を生成し；
前記処理系Ｂは、硝化槽ＩＩと脱窒槽ＩＩとを備え、
前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとは、前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとの間で、内容物を循環させることが可能であり、
前記脱窒槽ＩＩは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａ、前記硝化槽Ｉで得られた硝化液、および前記硝化槽ＩＩで得られる硝化液を貯留することができ、これらの硝化液に含まれる硝酸を脱窒すると共に、前記窒素含有水ａを前記硝化槽ＩＩに送り、
前記硝化槽ＩＩは、前記脱窒槽ＩＩから送られた前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、前記低温耐性硝化細菌により、好気性雰囲気下、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し、前記硝化液を前記脱窒槽ＩＩに送る；
窒素含有水の処理装置。
【請求項10】
処理系Ａと、処理系Ｂとを備える窒素含有水の処理装置であって、
前記処理系Ａは、硝化槽Ｉおよび脱窒槽Ｉを備え、
前記硝化槽Ｉは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記処理系Ｂからの返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、かつ、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し；
前記脱窒槽Ｉは、前記硝化槽Ｉで得られた前記硝化液に含まれる硝酸を脱窒し、得られた返送汚泥を前記処理系Ｂに送り；
前記処理系Ｂは、硝化槽ＩＩと脱窒槽ＩＩとを備え、
前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとは、前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとの間で、内容物を循環させることが可能であり、
前記脱窒槽ＩＩは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａ、前記脱窒槽Ｉからの返送汚泥、および前記硝化槽ＩＩで得られる硝化液を貯留することができ、前記硝化液に含まれる硝酸を脱窒すると共に、前記窒素含有水ａおよび前記返送汚泥を前記硝化槽ＩＩに送り、
前記硝化槽ＩＩは、前記脱窒槽ＩＩから送られた前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し、前記硝化液を前記脱窒槽ＩＩに送る；
窒素含有水の処理装置。
前記処理系Ａは、硝化槽Ｉおよび脱窒槽Ｉを備え、
前記硝化槽Ｉは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記処理系Ｂからの返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、かつ、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し；
前記脱窒槽Ｉは、前記硝化槽Ｉで得られた前記硝化液に含まれる硝酸を脱窒し、得られた返送汚泥を前記処理系Ｂに送り；
前記処理系Ｂは、硝化槽ＩＩと脱窒槽ＩＩとを備え、
前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとは、前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとの間で、内容物を循環させることが可能であり、
前記脱窒槽ＩＩは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａ、前記脱窒槽Ｉからの返送汚泥、および前記硝化槽ＩＩで得られる硝化液を貯留することができ、前記硝化液に含まれる硝酸を脱窒すると共に、前記窒素含有水ａおよび前記返送汚泥を前記硝化槽ＩＩに送り、
前記硝化槽ＩＩは、前記脱窒槽ＩＩから送られた前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し、前記硝化液を前記脱窒槽ＩＩに送る；
窒素含有水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、低温耐性硝化細菌の培養方法、窒素含有水を処理する方法、および窒素含有水の処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
下水、産業廃水等に含まれるアンモニア態窒素および／または有機態窒素の処理には、硝化細菌を用いた生物処理法が用いられている。生物処理法は安価な方法であるが、低温での処理が難しい。すなわち、下水等の処理水の水温が１５℃以下では反応が進まないため、冬季における処理が困難であるという問題があった。
【0003】
そのため、従来、加温設備（蒸気吹き込み）を用い、処理水を加温した後に生物処理に供する方法が取られていたが、非常に手間がかかるため、代替法が求められていた。
【0004】
前記代替法としては、特許文献１に記載の方法を挙げることができる。当該方法は、低温耐性硝化細菌であるＡＨ菌群（Ammonia oxidizing bacteria detected by MPN method using High ammonium media)（MPN method: most probable number method）を用いて、１５℃以下の低温でアンモニア態窒素含有水を処理する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】国際公開２０１４／０１７４２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に記載された方法は、既に実用化されている。しかしながら、ＡＨ菌群の培養には、高濃度のアンモニア含有培地を多量に用いる必要がある。それゆえに、培養設備も膨大な設備となる。
【0007】
そのため、より簡便な方法で、かつ、簡易な設備によって低温耐性硝化細菌を培養する方法の実現が求められていた。
【0008】
本発明の一態様は、簡便な方法で低温耐性硝化細菌を培養する方法、当該低温耐性硝化細菌を用いて窒素含有水を処理する方法、並びに、当該低温耐性硝化細菌の培養および窒素含有水の処理が可能な装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る低温耐性硝化細菌の培養方法は、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、微生物の優占種が低温耐性硝化細菌である窒素含有水ｂを得る工程を含む。
【0010】
本発明の一態様に係る窒素含有水の処理装置は、培養槽と、硝化槽とを有する窒素含有水の処理装置であって、
前記培養槽と前記硝化槽とは、前記培養槽と前記硝化槽との間で内容物を循環させることが可能であり、
前記培養槽は、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記硝化槽から得られた返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とした窒素含有水ｂを生成し、
前記硝化槽は、前記窒素含有水ａおよび前記窒素含有水ｂを貯留することができ、前記窒素含有水ｂに含まれる低温耐性硝化細菌を用いて、水温０℃以上１５℃以下で、前記窒素含有水ａおよび／または前記窒素含有水ｂに含まれるアンモニアを硝化して硝化液を生成する、
窒素含有水の処理装置である。
前記培養槽と前記硝化槽とは、前記培養槽と前記硝化槽との間で内容物を循環させることが可能であり、
前記培養槽は、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記硝化槽から得られた返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とした窒素含有水ｂを生成し、
前記硝化槽は、前記窒素含有水ａおよび前記窒素含有水ｂを貯留することができ、前記窒素含有水ｂに含まれる低温耐性硝化細菌を用いて、水温０℃以上１５℃以下で、前記窒素含有水ａおよび／または前記窒素含有水ｂに含まれるアンモニアを硝化して硝化液を生成する、
窒素含有水の処理装置である。
【0011】
本発明の一態様に係る窒素含有水の処理装置は、処理系Ａと、処理系Ｂとを備える窒素含有水の処理装置であって、
前記処理系Ａは、硝化槽Ｉを備え、
前記硝化槽Ｉは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記処理系Ｂからの返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、かつ、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行い、硝化液を生成し；
前記処理系Ｂは、硝化槽ＩＩと脱窒槽ＩＩとを備え、
前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとは、前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとの間で、内容物を循環させることが可能であり、
前記脱窒槽ＩＩは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａ、前記硝化槽Ｉで得られた硝化液、および前記硝化槽ＩＩで得られる硝化液を貯留することができ、これらの硝化液に含まれる硝酸を脱窒すると共に、前記窒素含有水ａを前記硝化槽ＩＩに送り、
前記硝化槽ＩＩは、前記脱窒槽ＩＩから送られた前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、前記低温耐性硝化細菌により、好気性雰囲気下、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し、前記硝化液を前記脱窒槽ＩＩに送る；
窒素含有水の処理装置である。
前記処理系Ａは、硝化槽Ｉを備え、
前記硝化槽Ｉは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記処理系Ｂからの返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、かつ、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行い、硝化液を生成し；
前記処理系Ｂは、硝化槽ＩＩと脱窒槽ＩＩとを備え、
前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとは、前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとの間で、内容物を循環させることが可能であり、
前記脱窒槽ＩＩは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａ、前記硝化槽Ｉで得られた硝化液、および前記硝化槽ＩＩで得られる硝化液を貯留することができ、これらの硝化液に含まれる硝酸を脱窒すると共に、前記窒素含有水ａを前記硝化槽ＩＩに送り、
前記硝化槽ＩＩは、前記脱窒槽ＩＩから送られた前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、前記低温耐性硝化細菌により、好気性雰囲気下、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し、前記硝化液を前記脱窒槽ＩＩに送る；
窒素含有水の処理装置である。
【0012】
さらに、本発明の一態様に係る窒素含有水の処理装置は、処理系Ａと、処理系Ｂとを備える窒素含有水の処理装置であって、
前記処理系Ａは、硝化槽Ｉおよび脱窒槽Ｉを備え、
前記硝化槽Ｉは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記処理系Ｂからの返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、かつ、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し；
前記脱窒槽Ｉは、前記硝化槽Ｉで得られた前記硝化液に含まれる硝酸を脱窒し、得られた返送汚泥を前記処理系Ｂに送り；
前記処理系Ｂは、硝化槽ＩＩと脱窒槽ＩＩとを備え、
前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとは、前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとの間で、内容物を循環させることが可能であり、
前記脱窒槽ＩＩは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａ、前記脱窒槽Ｉからの返送汚泥、および前記硝化槽ＩＩで得られる硝化液を貯留することができ、前記硝化液に含まれる硝酸を脱窒すると共に、前記窒素含有水ａおよび前記返送汚泥を前記硝化槽ＩＩに送り、
前記硝化槽ＩＩは、前記脱窒槽ＩＩから送られた前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し、前記硝化液を前記脱窒槽ＩＩに送る；窒素含有水の処理装置である。
前記処理系Ａは、硝化槽Ｉおよび脱窒槽Ｉを備え、
前記硝化槽Ｉは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記処理系Ｂからの返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、かつ、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し；
前記脱窒槽Ｉは、前記硝化槽Ｉで得られた前記硝化液に含まれる硝酸を脱窒し、得られた返送汚泥を前記処理系Ｂに送り；
前記処理系Ｂは、硝化槽ＩＩと脱窒槽ＩＩとを備え、
前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとは、前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとの間で、内容物を循環させることが可能であり、
前記脱窒槽ＩＩは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａ、前記脱窒槽Ｉからの返送汚泥、および前記硝化槽ＩＩで得られる硝化液を貯留することができ、前記硝化液に含まれる硝酸を脱窒すると共に、前記窒素含有水ａおよび前記返送汚泥を前記硝化槽ＩＩに送り、
前記硝化槽ＩＩは、前記脱窒槽ＩＩから送られた前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し、前記硝化液を前記脱窒槽ＩＩに送る；窒素含有水の処理装置である。
【発明の効果】
【0013】
本発明の一態様によれば、低温耐性硝化細菌を容易に、かつ大量に取得することができる。つまり、本発明の一態様によれば、多量の高濃度アンモニア培地を使用することなく、窒素含有水のｐＨを調整するという簡易な方法により、窒素含有水における微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とすることができる。
【0014】
また、前記低温耐性硝化細菌は、十分な低温耐性を備えているため、本発明の一態様によれば、窒素含有水の温度が１５℃以下の低温であっても、円滑に硝化を行うことができる。
【0015】
さらに、本発明の一態様によれば、簡易な構造で、前記低温耐性硝化細菌の培養および窒素含有水の処理を行うことができる窒素含有水の処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】実施例１において、窒素含有水のｐＨを５に調整し、好気性雰囲気下、５～６℃で、窒素含有水に含まれるアンモニアを硝化した結果を示す図である。
【図2】コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）を担体に担持させる方法（担体法）により、窒素含有水に含まれるアンモニアを５℃で硝化する場合、０．０５ｋｇ-Ｎ/ｍ３/ｄａｙの硝化速度を満足するためには、３×１０６ｃｏｐｙ／ｇの菌数が必要であることを示す図である。
【図3】実施例４において、コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）を担体に担持し、当該担体を種菌として、コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）の２５℃における増殖特性を検討した結果を示す図である。
【図4】実施例５等において、窒素含有水のｐＨを調整し、微生物の優占種をコマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）にするために用いた培養装置の構造を示す図である。
【図5】実施例５において、酸性環境下での２５℃の無機合成廃水につき、水質の経時変化を確認した結果を示す図である。
【図6】実施例５において、ｐＨを６、５．５、および５に調整した２５℃の無機合成廃水中の担体に担持された菌叢のリアルタイムＰＣＲの結果をそれぞれ示す図である。
【図7】実施例６において、ｐＨを６に調整した５～６℃の窒素含有水につき、水質の経時変化を確認した結果を示す図である。
【図9】実施例６において用いた担体を取り出し、５～２０℃での回分試験を行った結果を示す図である。
【図10】本発明の一実施形態に係る窒素含有水の処理装置の、構造の一例を示す図である。
【図11】本発明の他の実施形態に係る窒素含有水の処理装置の、構造の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
〔実施形態１：低温耐性硝化細菌の培養方法〕
本発明の一実施形態に係る低温耐性硝化細菌の培養方法は、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、微生物の優占種が低温耐性硝化細菌である窒素含有水ｂを得る工程を含む方法である。
本発明の一実施形態に係る低温耐性硝化細菌の培養方法は、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、微生物の優占種が低温耐性硝化細菌である窒素含有水ｂを得る工程を含む方法である。
【0018】
本明細書において、「低温耐性硝化細菌」とは、水温が１５℃以下の環境下において窒素含有水中のアンモニア態窒素および／または有機態窒素を硝化することができる細菌をいう。「低温耐性硝化細菌の培養方法」とは、低温耐性硝化細菌のみを培養することを意味するものではなく、低温耐性硝化細菌を培養することができれば、培養した菌叢に低温耐性硝化細菌以外の細菌が含まれていてもよい。実際、低温耐性硝化細菌は、現状では単離することが困難であることが知られている。
【0019】
低温耐性硝化細菌としては、特に限定されるものではないが、コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）であることが好ましい。低温耐性硝化細菌に含まれる他の細菌としては、例えばNitrosomonas等が挙げられる。
【0020】
本明細書においてコマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）とは、ニトロスピラ属に属する細菌であって、窒素含有水に含まれるアンモニアおよび／または尿素から直接硝酸を生成することができる細菌である。コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）は、アンモニアの硝化に際して亜硝酸の生成を経由する必要がないため、効率よく硝化を行うことができる。
【0021】
本明細書では、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水のうち、本発明の一実施形態に係る低温耐性硝化細菌の培養方法に供されていないものを「アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａ」と称する。
【0022】
窒素含有水ａとしては、生活排水、し尿、工場排水、畜舎由来の廃水等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、必ずしも下水に限られるものではなく、上水であってもよい。アンモニア態窒素（ＮＨ４－Ｎ）は、タンパク質のような窒素を含む有機物が分解してなる窒素化合物である。有機態窒素は、ＢＯＤ酸化菌の異化代謝によってアンモニア態窒素に転換される。窒素含有水ａには、活性汚泥が含まれていることが好ましい。
【0023】
コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）等の低温耐性硝化細菌を培養する方法としては、従来、例えば特許文献１に記載されている方法が知られていた。しかし、当該方法は、高濃度のアンモニア含有培地を多量に用いる方法であるため、簡便な方法とは言い難く、設備も膨大なものであった。
【0024】
本発明者は、より簡便な方法で、かつ、簡易な設備によって低温耐性硝化細菌を培養する方法について鋭意検討した。その結果、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整するという簡便な方法によって、窒素含有水中の微生物において低温耐性硝化細菌を優占種とすることができることを見出した。
【0025】
窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整する方法としては、例えば、槽中の窒素含有水ａを曝気する方法を挙げることができる。これにより、窒素含有水ａに酸素が供給され、窒素含有水ａ中のアンモニアが硝酸に変化し、窒素含有水ａのｐＨが低下するため、ｐＨを６．０以下に調整することができる。
【0026】
このように、窒素含有水ａを曝気することによって窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することができる。前記低温耐性硝化細菌は好気性細菌である。前記低温耐性硝化細菌の培養方法は、窒素含有水ａを曝気することによって好気性雰囲気を作り出すと共に、窒素含有水ａのｐＨを低温耐性硝化細菌の増殖に好適な値とすることができるため、効率的な方法であると言える。
【0027】
ただし、窒素含有水ａを曝気する方法に限定されるものではなく、例えば前記槽に酸貯留タンクおよび／またはアルカリ貯留タンクを接続し、酸および／またはアルカリによって、窒素含有水ａのｐＨを調整してもよい。また、窒素含有水ａを曝気する場合でも、前記槽に酸貯留タンクおよび／またはアルカリ貯留タンクを接続することにより、ｐＨの微調整を容易に行うことができる。
【0028】
前記槽としては、特に限定されるものではないが、例えば、前記工程を行うための培養槽を設けてもよいし、既存の硝化槽を用いてもよい。
【0029】
窒素含有水ａのｐＨは、６．０以下であればよいが、５．５以下であることがより好ましい。前記ｐＨを５．５以下に調整することにより、窒素含有水ａにおいて低温耐性硝化細菌が優占種になるまでの時間をより短くすることができ、かつ、より安定的に優占種とすることができる。そのため、窒素含有水ａの処理をより効率化することができる。
【0030】
前記ｐＨは、３．０超であることが好ましい。前記ｐＨが低いほど、窒素含有水ａにおいて低温耐性硝化細菌が優占種になりやすい傾向がある。一方、前記ｐＨが高いほど、培養された低温耐性硝化細菌の硝化活性は高くなる傾向がある。よって、前記ｐＨは、低温耐性硝化細菌の効率的な増殖と、高い硝化活性とを両立し得るｐＨであることが好ましい。この観点から、前記ｐＨは、３．０超であることが好ましく、５．０以上であることがより好ましい。
【0031】
前記窒素含有水ａは、担体を含むことが好ましい。担体は細菌を保持することができるため、担体を含むことにより、低温耐性硝化細菌の増殖および回収が容易となる。担体としては、特に限定されるものではなく、通常の付着固定化担体、包括固定化担体等を用いることができる。
【0032】
付着固定化担体としては、例えば、球状、筒状、ゲル状等の担体、ひも状材料、不織布材料等を用いることができる。これらは表面の凹凸が多いため、細菌を付着させる上で好ましい。
【0033】
包括固定化担体は、細菌と固定化材料とを混合し、固定化材料を重合させることにより、得られたゲルの内部に細菌を包括的に固定化する。前記固定化材料としてはモノマー材料、プレポリマー材料等が挙げられる。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、トリアクリルホルマール等が挙げられる。また、プレポリマー材料としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールメタアクリレート、およびそれらの誘導体等を挙げることができる。中でも、２０μｍ以下の網目構造を取り、細菌を高密度に保持することができるため、ＰＶＡ担体を好ましく用いることができる。
【0034】
前記窒素含有水ａにおける前記担体の充填率は、低温耐性硝化細菌の培養効率の観点から、前記槽内の前記窒素含有水ａの体積に対して、１～６０体積％であることが好ましく、５～２０体積％であることがより好ましく、８～１５体積％であることが特に好ましい。
【0035】
前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とするまでに要する時間は、前記窒素含有水ａの量、ｐＨの具体的な値等によって異なるが、前記窒素含有水ａのｐＨが６．０以下になった日から概ね２０日程度である。
【0036】
前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整する際、前記窒素含有水ａの温度は、特に限定されるものではないが、低温耐性硝化細菌の増殖速度を向上させる観点から、常温（２０～２５℃）であることが好ましい。
【0037】
前記窒素含有水ａにおけるアンモニア態窒素および／または有機態窒素の濃度は、２０００ｍｇ－Ｎ／Ｌ以下であることが好ましく、１００ｍｇ－Ｎ／Ｌ以下であることがより好ましく、４０ｍｇ－Ｎ／Ｌ以下であることが特に好ましい。
【0038】
前記構成によれば、低温耐性硝化細菌の培養時に、低温耐性硝化細菌に加わる負荷が適切なものとなるため、低温耐性硝化細菌の培養を効率よく行うことができる。かかる観点から、前記濃度は０を超え、５ｍｇ－Ｎ／Ｌ以上であることが好ましく、３０ｍｇ－Ｎ／Ｌ以上であることがより好ましい。
【0039】
本明細書では、本発明の一実施形態に係る低温耐性硝化細菌の培養方法によって得られた窒素含有水を、窒素含有水ｂと称する。窒素含有水ｂは、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とした窒素含有水である。
【0040】
窒素含有水ｂは、低温耐性硝化細菌の量の、アンモニア酸化細菌の量に対する比が１を超えることが好ましい。
【0041】
窒素含有水ｂにおいてアンモニア酸化細菌が優占種であると、低温におけるアンモニアの硝化が滞ってしまう。前記構成によれば、窒素含有水ｂにおいて低温耐性硝化細菌がアンモニア酸化細菌よりも優占種であるため、低温におけるアンモニアの硝化を効率的に行うことができる。なお、前記比は、例えば、前記担体に担持された菌叢をリアルタイムＰＣＲを用いて解析し、前記比を算出することによって確認することができる。
【0042】
窒素含有水ｂは、低温耐性硝化細菌の量の、アンモニア酸化細菌の量に対する比が５以上１００以下であることがより好ましい。前記構成によれば、窒素含有水ｂにおいて低温耐性硝化細菌がアンモニア酸化細菌よりも大幅に優占種となっているため、低温におけるアンモニアの硝化を一層効率的に行うことができる。
【0043】
低温耐性硝化細菌が優占種とされた前記窒素含有水ｂは、低温下におけるアンモニアの硝化に好適に用いることができる。したがって、本発明の一実施形態に係る低温耐性硝化細菌の培養方法によれば、簡便な方法によって低温耐性硝化細菌を優占種とし、低温時の硝化の効率化に資することができる。
【0044】
〔実施形態２：窒素含有水を処理する方法〕
本発明の一実施形態に係る窒素含有水を処理する方法は、本発明の一実施形態に係る低温耐性硝化細菌の培養方法によって得られた低温耐性硝化細菌を用いて、好気性雰囲気下、水温０℃以上１５℃以下で、前記窒素含有水ａおよび／または前記窒素含有水ｂに含まれるアンモニアを硝化する工程を含む。
本発明の一実施形態に係る窒素含有水を処理する方法は、本発明の一実施形態に係る低温耐性硝化細菌の培養方法によって得られた低温耐性硝化細菌を用いて、好気性雰囲気下、水温０℃以上１５℃以下で、前記窒素含有水ａおよび／または前記窒素含有水ｂに含まれるアンモニアを硝化する工程を含む。
【0045】
前記工程の例としては、例えば、以下の工程が挙げられる：
・窒素含有水ｂ、もしくは窒素含有水ｂ中に充填されていた担体を、窒素含有水ａを貯留する硝化槽に導入し、好気性雰囲気下、水温０℃以上１５℃以下で硝化を行う工程；
・窒素含有水ａを貯留する硝化槽中で本発明の一実施形態に係る低温耐性硝化細菌の培養方法を行い、窒素含有水ｂを得て、好気性雰囲気下、前記硝化槽中で、０℃以上１５℃以下の窒素含有水ｂに対し硝化を行う工程。
・窒素含有水ｂ、もしくは窒素含有水ｂ中に充填されていた担体を、窒素含有水ａを貯留する硝化槽に導入し、好気性雰囲気下、水温０℃以上１５℃以下で硝化を行う工程；
・窒素含有水ａを貯留する硝化槽中で本発明の一実施形態に係る低温耐性硝化細菌の培養方法を行い、窒素含有水ｂを得て、好気性雰囲気下、前記硝化槽中で、０℃以上１５℃以下の窒素含有水ｂに対し硝化を行う工程。
【0046】
前記好気性雰囲気は、例えば、窒素含有水ａおよび／または窒素含有水ｂを曝気することによって作成することができる。
【0047】
「水温０℃以上１５℃以下」とは、硝化の対象となる前記窒素含有水ａおよび／または前記窒素含有水ｂの水温が０℃以上１５℃以下であることを意味する。前記窒素含有水を処理する方法に供される低温耐性硝化細菌は、低温での高い硝化活性を有する。そのため、前記水温は、０℃以上１０℃以下であることがより好ましく、０℃以上５℃以下であることが特に好ましい。
【0048】
硝化の対象となる前記窒素含有水ａおよび／または前記窒素含有水ｂのｐＨは特に限定されるものではなく、特に調整せず、そのまま硝化に供してもよい。低温下での硝化を行うため、低温耐性硝化細菌以外の細菌は増殖できない。そのため、前記ｐＨに関わらず、低温耐性硝化細菌は、優占種である状態を保ったまま、硝化を行い、アンモニアを硝酸とすることができる。
【0049】
水温は、人為的に０℃以上１５℃以下とする必要はない。水温が高い場合は、従来公知の硝化方法を用いれば足りる。しかし、水温が０℃以上１５℃以下である場合に、簡便かつ効率的に硝化を行い得る方法は、これまで存在していなかった。
【0050】
本発明の一実施形態に係る窒素含有水を処理する方法は、前述した低温耐性硝化細菌の培養方法によって得られた、窒素含有水ｂに含まれる低温耐性硝化細菌を用いる方法である。窒素含有水ｂでは、前述したように低温耐性硝化細菌が優占種となっている。そのため、前記窒素含有水を処理する方法は、水温が低い時期に用いることにより、硝化対象の窒素含有水を加熱すること等の煩雑さを回避し、効率的に硝化を行うことができる。
【0051】
〔実施形態３：第一の窒素含有水の処理装置〕
本発明の一実施形態に係る窒素含有水の処理装置は、培養槽と、硝化槽とを有する窒素含有水の処理装置であって、
前記培養槽と前記硝化槽とは、前記培養槽と前記硝化槽との間で内容物を循環させることが可能であり、
前記培養槽は、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記硝化槽から得られた返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とした窒素含有水ｂを生成し、
前記硝化槽は、前記窒素含有水ａおよび前記窒素含有水ｂを貯留することができ、前記窒素含有水ｂに含まれる低温耐性硝化細菌を用いて、水温０℃以上１５℃以下で、前記窒素含有水ａおよび／または前記窒素含有水ｂに含まれるアンモニアを硝化して硝化液を生成する。
本発明の一実施形態に係る窒素含有水の処理装置は、培養槽と、硝化槽とを有する窒素含有水の処理装置であって、
前記培養槽と前記硝化槽とは、前記培養槽と前記硝化槽との間で内容物を循環させることが可能であり、
前記培養槽は、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記硝化槽から得られた返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とした窒素含有水ｂを生成し、
前記硝化槽は、前記窒素含有水ａおよび前記窒素含有水ｂを貯留することができ、前記窒素含有水ｂに含まれる低温耐性硝化細菌を用いて、水温０℃以上１５℃以下で、前記窒素含有水ａおよび／または前記窒素含有水ｂに含まれるアンモニアを硝化して硝化液を生成する。
【0052】
前記窒素含有水の処理装置は、本発明の一実施形態に係る低温耐性硝化細菌の培養方法および窒素含有水を処理する方法を実施することができる。図１０は、本実施形態に係る窒素含有水の処理装置の、構造の一例を示す図である。
【0053】
図１０において、１００は窒素含有水の処理装置、１は脱窒槽、２は硝化槽、３は培養槽、４は酸貯留タンク、５はアルカリ貯留タンク、「ｐＨ」はｐＨメーター、「Ｐ」はポンプ、「ＯＲＰ」は酸化還元電位測定計、「Ｂ」は曝気装置、「Ｍ」は撹拌用モーター、※１は硝化槽２から培養槽３への返送汚泥の導入、※２は硝化槽２からの硝化液の脱窒槽１への導入をそれぞれ表す。
【0054】
「原水」は、窒素含有水ａを脱窒槽１および培養槽３へ導入することを示しており、培養槽３から硝化槽２への矢印は、培養槽３で生成された窒素含有水ｂを硝化槽２へ導入することを示している。これらの導入は、脱窒槽１、硝化槽２、培養槽３にそれぞれ接続された導入部を介して行われてもよい。前記導入部としては、例えば配管を挙げることができる。
【0055】
脱窒槽１、硝化槽２、培養槽３の材質および体積は、特に限定されるものではない。なお、図１０には脱窒槽１が記載されているが、処理装置１００において脱窒槽１は任意の構成である。
【0056】
培養槽３は、実施形態１で説明した方法を実施することができ、導入された窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とした窒素含有水ｂを生成する。前記ｐＨを調整する方法は、実施形態１で述べたとおりである。
【0057】
培養槽３は、窒素含有水ｂを硝化槽２へ導入する。窒素含有水ｂ中に、低温耐性硝化細菌を優占的に繁殖させた担体が存在する場合は、当該担体を培養槽３から取り出し、当該担体のみを硝化槽２へ導入してもよい。硝化槽２では、窒素含有水ｂに含まれる低温耐性硝化細菌を用いて、好気性雰囲気下、水温０℃以上１５℃以下で、前記窒素含有水ａおよび／または前記窒素含有水ｂに含まれるアンモニアを硝化して硝化液を生成する。硝化については、実施形態２で説明したとおりである。
【0058】
脱窒槽１は、窒素含有水ａと、硝化槽２で生成した硝化液とを貯留することができ、前記硝化液に含まれる硝酸を嫌気性雰囲気下で脱窒し、窒素ガスを生成する。
【0059】
培養槽３と硝化槽２とは、培養槽３が窒素含有水ｂおよび／または窒素含有水ｂ中に含まれる担体を硝化槽２へ導入し、硝化槽２は、硝化槽２で得られた返送汚泥を培養槽３へ導入する。
【0060】
すなわち、培養槽３と硝化槽２とは、培養槽３と硝化槽２との間で内容物を循環させることができる。前記返送汚泥は酸性であるため、培養槽３に導入された窒素含有水ａのｐＨを６．０に調整するために使用することができる。また、前記返送汚泥には低温耐性硝化細菌が含有されているため、一旦培養槽３に戻した後、培養槽３で新たに生成した窒素含有水ｂと共に、再度硝化槽２へ導入し、硝化に供することができる。窒素含有水ｂでは低温耐性硝化細菌が優占種となっているため、硝化槽２において、水温０℃以上１５℃以下の環境下で硝化を効率的に進めることができる。このように、処理装置１００では、培養槽３と硝化槽２との間で内容物を循環させることにより、低温耐性硝化細菌の培養と、低温下での硝化とを連続的に行うことができる。
【0061】
〔実施形態４：第二の窒素含有水の処理装置〕
本発明の一実施形態に係る窒素含有水の処理装置は、処理系Ａと、処理系Ｂとを備える窒素含有水の処理装置であって、
前記処理系Ａは、硝化槽Ｉを備え、
前記硝化槽Ｉは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記処理系Ｂからの返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、かつ、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行い、硝化液を生成し；
前記処理系Ｂは、硝化槽ＩＩと脱窒槽ＩＩとを備え、
前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとは、前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとの間で、内容物を循環させることが可能であり、
前記脱窒槽ＩＩは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａ、前記硝化槽Ｉで得られた硝化液、および前記硝化槽ＩＩで得られる硝化液を貯留することができ、これらの硝化液に含まれる硝酸を脱窒すると共に、前記窒素含有水ａを前記硝化槽ＩＩに送り、
前記硝化槽ＩＩは、前記脱窒槽ＩＩから送られた前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、前記低温耐性硝化細菌により、好気性雰囲気下、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し、前記硝化液を前記脱窒槽ＩＩに送る；
窒素含有水の処理装置である。
本発明の一実施形態に係る窒素含有水の処理装置は、処理系Ａと、処理系Ｂとを備える窒素含有水の処理装置であって、
前記処理系Ａは、硝化槽Ｉを備え、
前記硝化槽Ｉは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記処理系Ｂからの返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、かつ、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行い、硝化液を生成し；
前記処理系Ｂは、硝化槽ＩＩと脱窒槽ＩＩとを備え、
前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとは、前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとの間で、内容物を循環させることが可能であり、
前記脱窒槽ＩＩは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａ、前記硝化槽Ｉで得られた硝化液、および前記硝化槽ＩＩで得られる硝化液を貯留することができ、これらの硝化液に含まれる硝酸を脱窒すると共に、前記窒素含有水ａを前記硝化槽ＩＩに送り、
前記硝化槽ＩＩは、前記脱窒槽ＩＩから送られた前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、前記低温耐性硝化細菌により、好気性雰囲気下、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し、前記硝化液を前記脱窒槽ＩＩに送る；
窒素含有水の処理装置である。
【0062】
前記処理装置は、本発明の一実施形態に係る低温耐性硝化細菌の培養方法および窒素含有水を処理する方法を実施することができる。図１１は、本実施形態に係る処理装置の、構造の一例を示す図である。既に説明した符号については更なる説明を省略する。
【0063】
図１１において、１０１は窒素含有水の処理装置、Ａは処理系Ａ、Ｂは処理系Ｂ、１および１’は脱窒槽、２および２’は硝化槽、６および６’は沈殿池、※ａは沈殿池６から脱窒槽１’への硝化液の導入、※ｂは沈殿池６’から硝化槽２への返送汚泥の導入を表す。「原水」は、窒素含有水ａを脱窒槽１、硝化槽２、脱窒槽１’へ導入することを示している。
【0064】
図１１には脱窒槽１が示されているが、本実施形態に係る処理装置は、脱窒槽１を備えない。そのため、図１１では脱窒槽１から沈殿池６へ処理液が導入されているが、本実施形態では、硝化槽２から沈殿池６へ硝化液が導入される。なお、脱窒槽１を備える態様については、実施形態５で説明する。
【0065】
処理系Ａでは、硝化槽２（前記硝化槽Ｉに該当）が、前記培養槽３と同様に、導入された窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とする。その結果、硝化槽２では、窒素含有水ｂが得られる。続いて、硝化槽２では、好気性雰囲気下、０℃以上１５℃以下で、窒素含有水ｂに含まれるアンモニアの硝化が行われ、得られた硝化液は沈殿池６を経て、処理系Ｂの脱窒槽１’（前記脱窒槽ＩＩに対応）に導入される。
【0066】
一方、処理系Ｂでは、脱窒槽１’と硝化槽２’（前記硝化槽ＩＩに対応）とが、脱窒槽１’と硝化槽２’との間で内容物を循環させる。すなわち、脱窒槽１’と硝化槽２’との間では硝化液循環が行われる。
【0067】
脱窒槽１’には、硝化槽２で生成された硝化液（図中「※ａ」）、および、硝化槽２’で生成された硝化液（硝化槽２’から脱窒槽１’への矢印）が導入される。脱窒槽１’は、これらの硝化液に含まれる硝酸を嫌気性雰囲気下で脱窒して窒素ガスを生成する。そして、脱窒槽１’に導入された窒素含有水ａ（図中「原水」）を硝化槽２’に送る。
【0068】
硝化槽２’は、前記培養槽３と同様に、導入された窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とする。その結果、硝化槽２’では、窒素含有水ｂが得られる。続いて、硝化槽２’では、好気性雰囲気下、０℃以上１５℃以下で、窒素含有水ｂに含まれるアンモニアの硝化が行われ、得られた硝化液は、前述のように、脱窒槽１’に導入される。脱窒槽１’で脱窒された後の処理液は、沈殿池６’に導入される。そして、返送汚泥６’が硝化槽２へ導入される（図中の※ｂ）。
【0069】
以上述べたように、処理装置１０１では、硝化槽２および硝化槽２’が、前記培養槽３の役割を果たすと共に、優占種となった低温耐性硝化細菌を用いて硝化も行う。そして、処理系Ｂで得られた返送汚泥中には低温耐性硝化細菌が含まれており、これを硝化槽２に導入することにより、硝化槽２において低温耐性硝化細菌を再利用することができる。また、処理系Ａで得られた硝化液は脱窒槽１’に導入され、硝化槽２’から導入された硝化液と共に、一度に脱窒がなされる。
【0070】
このように、処理装置１０１は、処理系Ａの生成物と処理系Ｂの生成物とを循環させることにより、低温耐性硝化細菌の培養と、低温下での硝化とを連続的に行うことができる。
【0071】
〔実施形態５：第三の窒素含有水の処理装置〕
本発明の一実施形態に係る窒素含有水の処理装置は、処理系Ａと、処理系Ｂとを備える窒素含有水の処理装置であって、
前記処理系Ａは、硝化槽Ｉおよび脱窒槽Ｉを備え、
前記硝化槽Ｉは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記処理系Ｂからの返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、かつ、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し；
前記脱窒槽Ｉは、前記硝化槽Ｉで得られた前記硝化液に含まれる硝酸を脱窒し、得られた返送汚泥を前記処理系Ｂに送り；
前記処理系Ｂは、硝化槽ＩＩと脱窒槽ＩＩとを備え、
前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとは、前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとの間で、内容物を循環させることが可能であり、
前記脱窒槽ＩＩは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａ、前記脱窒槽Ｉからの返送汚泥、および前記硝化槽ＩＩで得られる硝化液を貯留することができ、前記硝化液に含まれる硝酸を脱窒すると共に、前記窒素含有水ａおよび前記返送汚泥を前記硝化槽ＩＩに送り、
前記硝化槽ＩＩは、前記脱窒槽ＩＩから送られた前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し、前記硝化液を前記脱窒槽ＩＩに送る；
窒素含有水の処理装置である。
本発明の一実施形態に係る窒素含有水の処理装置は、処理系Ａと、処理系Ｂとを備える窒素含有水の処理装置であって、
前記処理系Ａは、硝化槽Ｉおよび脱窒槽Ｉを備え、
前記硝化槽Ｉは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記処理系Ｂからの返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、かつ、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し；
前記脱窒槽Ｉは、前記硝化槽Ｉで得られた前記硝化液に含まれる硝酸を脱窒し、得られた返送汚泥を前記処理系Ｂに送り；
前記処理系Ｂは、硝化槽ＩＩと脱窒槽ＩＩとを備え、
前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとは、前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとの間で、内容物を循環させることが可能であり、
前記脱窒槽ＩＩは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａ、前記脱窒槽Ｉからの返送汚泥、および前記硝化槽ＩＩで得られる硝化液を貯留することができ、前記硝化液に含まれる硝酸を脱窒すると共に、前記窒素含有水ａおよび前記返送汚泥を前記硝化槽ＩＩに送り、
前記硝化槽ＩＩは、前記脱窒槽ＩＩから送られた前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し、前記硝化液を前記脱窒槽ＩＩに送る；
窒素含有水の処理装置である。
【0072】
本実施形態の処理装置の構成の一例を、図１１に示す。当該処理装置は、脱窒槽１を備える点が第二の窒素含有水の処理装置とは異なる。そのため、第二の窒素含有水の処理装置では、硝化槽２で得られた硝化液を処理系Ｂの脱窒槽１’に導入していたが、本実施形態では、脱窒槽１で得られた返送汚泥を脱窒槽１’に導入している。本実施形態では、脱窒槽１で得られた返送汚泥に含まれている低温耐性硝化細菌を、硝化槽２’で再利用する点で、第二の窒素含有水の処理装置とは異なる。他の点については第二の窒素含有水の処理装置と同様であり、当該処理装置と同様に、処理系Ａの生成物と処理系Ｂの生成物とを循環させることにより、低温耐性硝化細菌の培養と、低温下での硝化とを連続的に行うことができる。
【0073】
〔まとめ〕
本発明には、以下の態様が含まれる。
〈１〉アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、微生物の優占種が低温耐性硝化細菌である窒素含有水ｂを得る工程を含む、低温耐性硝化細菌の培養方法。
〈２〉前記窒素含有水ａのｐＨを３．０超６．０以下に調整する、〈１〉に記載の低温耐性硝化細菌の培養方法。
〈３〉前記窒素含有水ａにおけるアンモニア態窒素および／または有機態窒素の濃度が２０００ｍｇ－Ｎ／Ｌ以下である、〈１〉または〈２〉に記載の低温耐性硝化細菌の培養方法。
〈４〉前記窒素含有水ｂでは、低温耐性硝化細菌の量の、アンモニア酸化細菌の量に対する比が１を超える、〈１〉から〈３〉のいずれか１つに記載の低温耐性硝化細菌の培養方法。
〈５〉前記比が５以上１００以下である、〈４〉に記載の低温耐性硝化細菌の培養方法。
〈６〉前記低温耐性硝化細菌が、コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）である、〈１〉から〈５〉のいずれか１つに記載の低温耐性硝化細菌の培養方法。
〈７〉〈１〉から〈６〉のいずれか１つに記載の方法によって得られた低温耐性硝化細菌を用いて、好気性雰囲気下、水温０℃以上１５℃以下で、前記窒素含有水ａおよび／または前記窒素含有水ｂに含まれるアンモニアを硝化する工程を含む、窒素含有水を処理する方法。
〈８〉培養槽と、硝化槽とを有する窒素含有水の処理装置であって、
前記培養槽と前記硝化槽とは、前記培養槽と前記硝化槽との間で内容物を循環させることが可能であり、
前記培養槽は、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記硝化槽から得られた返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とした窒素含有水ｂを生成し、
前記硝化槽は、前記窒素含有水ａおよび前記窒素含有水ｂを貯留することができ、前記窒素含有水ｂに含まれる低温耐性硝化細菌を用いて、水温０℃以上１５℃以下で、前記窒素含有水ａおよび／または前記窒素含有水ｂに含まれるアンモニアを硝化して硝化液を生成する、
窒素含有水の処理装置。
〈９〉処理系Ａと、処理系Ｂとを備える窒素含有水の処理装置であって、
前記処理系Ａは、硝化槽Ｉを備え、
前記硝化槽Ｉは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記処理系Ｂからの返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、かつ、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行い、硝化液を生成し；
前記処理系Ｂは、硝化槽ＩＩと脱窒槽ＩＩとを備え、
前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとは、前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとの間で、内容物を循環させることが可能であり、
前記脱窒槽ＩＩは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａ、前記硝化槽Ｉで得られた硝化液、および前記硝化槽ＩＩで得られる硝化液を貯留することができ、これらの硝化液に含まれる硝酸を脱窒すると共に、前記窒素含有水ａを前記硝化槽ＩＩに送り、
前記硝化槽ＩＩは、前記脱窒槽ＩＩから送られた前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、前記低温耐性硝化細菌により、好気性雰囲気下、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し、前記硝化液を前記脱窒槽ＩＩに送る；
窒素含有水の処理装置。
〈１０〉処理系Ａと、処理系Ｂとを備える窒素含有水の処理装置であって、
前記処理系Ａは、硝化槽Ｉおよび脱窒槽Ｉを備え、
前記硝化槽Ｉは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記処理系Ｂからの返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、かつ、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し；
前記脱窒槽Ｉは、前記硝化槽Ｉで得られた前記硝化液に含まれる硝酸を脱窒し、得られた返送汚泥を前記処理系Ｂに送り；
前記処理系Ｂは、硝化槽ＩＩと脱窒槽ＩＩとを備え、
前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとは、前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとの間で、内容物を循環させることが可能であり、
前記脱窒槽ＩＩは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａ、前記脱窒槽Ｉからの返送汚泥、および前記硝化槽ＩＩで得られる硝化液を貯留することができ、前記硝化液に含まれる硝酸を脱窒すると共に、前記窒素含有水ａおよび前記返送汚泥を前記硝化槽ＩＩに送り、
前記硝化槽ＩＩは、前記脱窒槽ＩＩから送られた前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し、前記硝化液を前記脱窒槽ＩＩに送る；
窒素含有水の処理装置。
本発明には、以下の態様が含まれる。
〈１〉アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、微生物の優占種が低温耐性硝化細菌である窒素含有水ｂを得る工程を含む、低温耐性硝化細菌の培養方法。
〈２〉前記窒素含有水ａのｐＨを３．０超６．０以下に調整する、〈１〉に記載の低温耐性硝化細菌の培養方法。
〈３〉前記窒素含有水ａにおけるアンモニア態窒素および／または有機態窒素の濃度が２０００ｍｇ－Ｎ／Ｌ以下である、〈１〉または〈２〉に記載の低温耐性硝化細菌の培養方法。
〈４〉前記窒素含有水ｂでは、低温耐性硝化細菌の量の、アンモニア酸化細菌の量に対する比が１を超える、〈１〉から〈３〉のいずれか１つに記載の低温耐性硝化細菌の培養方法。
〈５〉前記比が５以上１００以下である、〈４〉に記載の低温耐性硝化細菌の培養方法。
〈６〉前記低温耐性硝化細菌が、コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）である、〈１〉から〈５〉のいずれか１つに記載の低温耐性硝化細菌の培養方法。
〈７〉〈１〉から〈６〉のいずれか１つに記載の方法によって得られた低温耐性硝化細菌を用いて、好気性雰囲気下、水温０℃以上１５℃以下で、前記窒素含有水ａおよび／または前記窒素含有水ｂに含まれるアンモニアを硝化する工程を含む、窒素含有水を処理する方法。
〈８〉培養槽と、硝化槽とを有する窒素含有水の処理装置であって、
前記培養槽と前記硝化槽とは、前記培養槽と前記硝化槽との間で内容物を循環させることが可能であり、
前記培養槽は、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記硝化槽から得られた返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とした窒素含有水ｂを生成し、
前記硝化槽は、前記窒素含有水ａおよび前記窒素含有水ｂを貯留することができ、前記窒素含有水ｂに含まれる低温耐性硝化細菌を用いて、水温０℃以上１５℃以下で、前記窒素含有水ａおよび／または前記窒素含有水ｂに含まれるアンモニアを硝化して硝化液を生成する、
窒素含有水の処理装置。
〈９〉処理系Ａと、処理系Ｂとを備える窒素含有水の処理装置であって、
前記処理系Ａは、硝化槽Ｉを備え、
前記硝化槽Ｉは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記処理系Ｂからの返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、かつ、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行い、硝化液を生成し；
前記処理系Ｂは、硝化槽ＩＩと脱窒槽ＩＩとを備え、
前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとは、前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとの間で、内容物を循環させることが可能であり、
前記脱窒槽ＩＩは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａ、前記硝化槽Ｉで得られた硝化液、および前記硝化槽ＩＩで得られる硝化液を貯留することができ、これらの硝化液に含まれる硝酸を脱窒すると共に、前記窒素含有水ａを前記硝化槽ＩＩに送り、
前記硝化槽ＩＩは、前記脱窒槽ＩＩから送られた前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、前記低温耐性硝化細菌により、好気性雰囲気下、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し、前記硝化液を前記脱窒槽ＩＩに送る；
窒素含有水の処理装置。
〈１０〉処理系Ａと、処理系Ｂとを備える窒素含有水の処理装置であって、
前記処理系Ａは、硝化槽Ｉおよび脱窒槽Ｉを備え、
前記硝化槽Ｉは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａと、前記処理系Ｂからの返送汚泥とを貯留することができ、前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、かつ、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し；
前記脱窒槽Ｉは、前記硝化槽Ｉで得られた前記硝化液に含まれる硝酸を脱窒し、得られた返送汚泥を前記処理系Ｂに送り；
前記処理系Ｂは、硝化槽ＩＩと脱窒槽ＩＩとを備え、
前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとは、前記硝化槽ＩＩと前記脱窒槽ＩＩとの間で、内容物を循環させることが可能であり、
前記脱窒槽ＩＩは、アンモニア態窒素および／または有機態窒素を含有する窒素含有水ａ、前記脱窒槽Ｉからの返送汚泥、および前記硝化槽ＩＩで得られる硝化液を貯留することができ、前記硝化液に含まれる硝酸を脱窒すると共に、前記窒素含有水ａおよび前記返送汚泥を前記硝化槽ＩＩに送り、
前記硝化槽ＩＩは、前記脱窒槽ＩＩから送られた前記窒素含有水ａのｐＨを６．０以下に調整することにより、前記窒素含有水ａに包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とし、前記低温耐性硝化細菌および前記返送汚泥に含まれる低温耐性硝化細菌により、０℃以上１５℃以下で硝化を行って硝化液を生成し、前記硝化液を前記脱窒槽ＩＩに送る；
窒素含有水の処理装置。
【0074】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例0075】
本発明の一実施例について以下に説明する。
【0076】
〔実施例１〕
実施例１では、アンモニア態窒素および有機態窒素を含有する窒素含有水のｐＨを５とし、前記窒素含有水に包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とすることができるか否かについて検討した。
実施例１では、アンモニア態窒素および有機態窒素を含有する窒素含有水のｐＨを５とし、前記窒素含有水に包含される微生物の優占種を低温耐性硝化細菌とすることができるか否かについて検討した。
【0077】
硝化細菌含有の前記窒素含有水としては、一般的な活性汚泥法を行っている下水処理場（所在地:群馬県）の下水を用いた。処理対象の前記窒素含有水に含まれるアンモニア態窒素の濃度は、約４８ｍｇ／Ｌであった。
【0078】
図４に示す連続運転装置１０２に、前記下水処理場の返送汚泥を水槽容積の９０％、および担体１０を水槽容積の１０％投入し、処理対象の前記窒素含有水を、水槽容積の１００％が１日で置き換わる流量で通水した。連続運転装置１０２の水槽の有効容積は１．１Ｌである。図４において、４は酸貯留タンク、５はアルカリ貯留タンク、７は熱電対、８はヒータ、１０は担体、「Ｂ」は曝気装置、「Ｐ」はポンプ、「ｐＨ」はｐＨコントローラを示す。連続運転装置１０２では、前記窒素含有水に曝気装置からエアを吹き込むことにより、前記窒素含有水のｐＨを５まで低下させた。酸貯留タンク４には０．５Ｎの塩酸が貯留されており、アルカリ貯留タンクには５％（Ｗ／Ｖ）のＮａＨＣＯ３が貯留されている。ｐＨコントローラは、酸貯留タンクおよびアルカリ貯留タンクを制御し、必要に応じて前記塩酸または前記ＮａＨＣＯ３を槽内に投入し、前記窒素含有水のｐＨを５、水温を２０～２５℃に保持した。
【0079】
担体１０としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）スポンジ担体（アイオン社製、４ｍｍ角）を用いた。
【0080】
次に、図１に示すように、水温を運転開始から４４８日目に５℃まで低下させた。その後、水温は概ね５～６℃に保持された。図１は、好気性雰囲気下、窒素含有水に含まれるアンモニアを硝化した結果を示す。図１において、「原水ＮＨ４－Ｎ」は、前記窒素含有水に含まれるアンモニア態窒素、「処理水ＮＨ４－Ｎ」は、処理水（硝化液）中のアンモニア態窒素、「処理水ＮＯ２－Ｎ」は、処理水中の亜硝酸性窒素、「処理水ＮＯ３－Ｎ」は、処理水中の硝酸性窒素をそれぞれ指す。
【0081】
「原水ＮＨ４－Ｎ」、「処理水ＮＨ４－Ｎ」、「処理水ＮＯ２－Ｎ」、および「処理水ＮＯ３－Ｎ」の濃度の測定は、下水試験方法（日本下水道協会 2012年版）によって行った。
【0082】
図１に示すように、水温を５～６℃に保持した状態では、６５０日目付近から処理水（硝化液）中のＮＯ３－Ｎ（硝酸由来の窒素）濃度が増加し、７７０日目付近でプラトーに達し、以降、１１００日目まで安定してＮＯ３－Ｎが得られている。この結果から、窒素含有水のｐＨを５としたことにより、窒素含有水中で低温耐性硝化細菌が優占種となったと考えられる。そのため、その後、水温が５～６℃に低下した場合でも、安定した硝化を達成することができたと考えられる。
【0083】
６℃における硝化速度は、０．１２ｋｇ-Ｎ/ｍ３/ｄａｙであった。当該硝化速度は、前記下水試験方法によって求めた。
【0084】
また、窒素含有水中で低温耐性硝化細菌が優占種となった後の担体の菌叢を、リアルタイムＰＣＲによって解析した。プライマーとしては表１に示すものを用いた。
【0085】
担体からのＤＮＡ抽出はDNeasy PowerBiofilm Kit（Qiagen）を用いて行った。リアルタイムＰＣＲは、環境試料を用い、それぞれ標的遺伝子の精製産物をスタンダードとして使用した。測定にはTB Green（登録商標）Premix Ex Taq（商標）II（Tli RNaseH Plus）（タカラバイオ）を用い、リアルタイムＰＣＲ装置としては、StepOnePlus（商標）Real-time PCR（Applied Biosystems）を用いた。
【0086】
表中、Beta-AOBは一般的なアンモニア酸化細菌、ＡＯＡはアンモニア酸化古細菌、comammoxはコマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）、Bacteriaは細菌全体を指す。
【0087】
【表1】
【0088】
リアルタイムＰＣＲによる解析の結果、コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）が、アンモニア酸化細菌より多く検出された。よって、本実施例では、窒素含有水のｐＨを５としたことにより、窒素含有水中でコマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）が優占種となったと考えられる。そして、コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）が優占種となったことにより、５～６℃という低温でも安定した硝化を達成することができたと考えられる。
【0089】
通常の廃水処理における硝化の場合、亜硝酸の蓄積および亜硝酸による硝化の阻害による硝化不良を防止するため、窒素含有水のｐＨは高く保たれる。今回、窒素含有水のｐＨを６．０以下とすることにより、通常の亜硝酸生成型の硝化が阻害され、窒素含有水中の微生物において低温耐性硝化細菌を優占種とすることができることが初めて見出された。低温耐性硝化細菌は、低温環境下でも硝化を行うことができ、かつ、アンモニアから亜硝酸を経ずに硝酸まで酸化を行うことができる。本実施例の結果から、本発明の一実施形態に係る低温耐性硝化細菌の培養方法によれば、簡便な方法によって低温耐性硝化細菌を優占種とすることができ、低温環境下で亜硝酸の生成を阻害しつつ、硝化を行うことができることが分かる。
【0090】
〔実施例２〕
本実施例では、５℃で硝化を行うために必要な低温耐性硝化細菌の量について検討した。
本実施例では、５℃で硝化を行うために必要な低温耐性硝化細菌の量について検討した。
【0091】
ＭＬＳＳが２０００ｍｇ／Ｌ（浮遊汚泥）である硝化槽に、硝化槽の容量に対して１０体積％の担体を添加し、連続的に培養した。培養できたコマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）は、担体１ｇ当たり１×１０４ｃｏｐｙ／ｇ～１×１０９ｃｏｐｙ／ｇ担持であった。担持させた菌の量は、図２の横軸に示されている。用いた廃水の組成は表４に示す。用いた担体は実施例１と同じく、ＰＶＡスポンジ担体である。
【0092】
図２に結果を示す。担体投入率０．１Ｌ／Ｌ－水槽でコマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）の担持量が１×１０４～１×１０６ｃｏｐｙ／ｇの場合、硝化速度は低かったが、３×１０６ｃｏｐｙ／ｇで０．０５ｋｇ-Ｎ/ｍ３/ｄａｙの硝化速度を示した。さらに、８×１０６ｃｏｐｙ／ｇでは０．１ｋｇ-Ｎ/ｍ３/ｄａｙを超える硝化速度を示し、以降、１×１０９ｃｏｐｙ／ｇまで、０．１ｋｇ-Ｎ/ｍ３/ｄａｙを超える硝化速度を示した。
【0093】
このように、コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）を担体に担持させる方法（担体法）による硝化の場合、０．０５ｋｇ-Ｎ/ｍ３/ｄａｙの硝化速度を満足するためには、３×１０６ｃｏｐｙ／ｇの菌数が必要であることが分かった。
【0094】
このとき、担体１ｇ当たり３×１０６ｃｏｐｙのコマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）を担持した担体を、硝化槽の容量に対して１０体積％添加している。そのため、活性汚泥方式で硝化を行う場合、０．０５ｋｇ-Ｎ/ｍ３/ｄａｙと同程度の性能を得るためには、硝化槽の容積１ｍｌ当たり３×１０５ｃｏｐｙのコマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）を使用することが必要となることが分かる。
【0095】
〔実施例３〕
本実施例では、活性汚泥循環変法を用いて下水処理を行い、浮遊法におけるコマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）使用の優位性について確認した。活性汚泥循環変法は、硝化槽と脱窒槽とを用い、硝化槽と脱窒槽との間で硝化液循環を行う方法である。運転条件を表２に示す。
本実施例では、活性汚泥循環変法を用いて下水処理を行い、浮遊法におけるコマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）使用の優位性について確認した。活性汚泥循環変法は、硝化槽と脱窒槽とを用い、硝化槽と脱窒槽との間で硝化液循環を行う方法である。運転条件を表２に示す。
【0096】
【表2】
【0097】
Ｔ－Ｎの除去率は７５％以上であった。また、従来法として、コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）を添加しないこと以外は実施例３と同じ条件で運転した。このときのＴ－Ｎ除去率は４０％以下であった。
【0098】
〔実施例４〕
本実施例では、コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）が優占した担体を用いて、コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）の増殖特性について検討した。つまり、種担体を増加させるための条件について検討した。
本実施例では、コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）が優占した担体を用いて、コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）の増殖特性について検討した。つまり、種担体を増加させるための条件について検討した。
【0099】
装置としては、図４に示す連続運転装置１０２を用いた。運転条件を表３に示す。
【0100】
【表3】
【0101】
表３に示す種菌としての担体（栄野比ら(2021)、水処理生物学会誌、57、35-41）、および新品スポンジ担体を、連続運転装置１０２に投入し、Run1からRun4まで、各Runを２週間ずつ、合計８週間運転した。各Runの最終日に、ＰＶＡスポンジ担体を採取し、実施例１と同様の方法により、リアルタイムＰＣＲを用いて菌叢の解析を行った。結果を図３に示す。
【0102】
図３は、前記種菌としての担体を用い、コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）の２５℃における増殖特性を検討した結果を示す図である。図中、comammoxはコマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）の数、bacteria16Sは全真正細菌数、beta-AOBはアンモニア酸化細菌数、ＡＯＡはアンモニア酸化古細菌数を指す。
【0103】
コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）の比増殖速度μは０．１２４／日、倍加時間は５．５８日であった。コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）の比増殖速度はアンモニア酸化細菌の１／３０であり、水温２５℃の条件下ではアンモニア酸化細菌が優占種となることが分かった。しかし、コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）の倍加時間は５．５８日であるため、前記条件下でも、ＳＲＴ（汚泥滞留時間）を５．５８日以上として運転することにより、コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）を増殖させることができる。
【0104】
〔実施例５〕
本実施例では、低温耐性硝化細菌の適切な培養条件の検討を行った。装置としては、図４に示す連続運転装置１０２を用いた。用いた無機合成廃水の組成を表４に示し、運転条件を表５に示す。
本実施例では、低温耐性硝化細菌の適切な培養条件の検討を行った。装置としては、図４に示す連続運転装置１０２を用いた。用いた無機合成廃水の組成を表４に示し、運転条件を表５に示す。
【0105】
【表4】
【0106】
【表5】
【0107】
表５に示す種菌としての担体（栄野比ら(2021)、水処理生物学会誌、57、35-41）、および新品スポンジ担体を、表４に示す無機合成廃水を有する連続運転装置１０２に投入した。前記無機合成廃水は、曝気装置からエアを吹き込むことにより、ｐＨを６とした。前記無機合成廃水のｐＨが６となった時を運転開始０日目とし、１４９日目までｐＨを６に保ち、馴養した。
【0108】
図５は、酸性環境下での前記無機合成廃水につき、水質の経時変化を確認した結果を示す図である。図中、「原水ＮＨ４－Ｎ」は、前記無機合成廃水に含まれるアンモニア態窒素、「原水ＮＯ２－Ｎ」は、前記無機合成廃水に含まれる亜硝酸性窒素、「原水ＮＯ３－Ｎ」は、前記無機合成廃水に含まれる硝酸性窒素、「処理水ＮＨ４－Ｎ」は、処理水（硝化液）中のアンモニア態窒素、「処理水ＮＯ２－Ｎ」は、処理水中の亜硝酸性窒素、「処理水ＮＯ３－Ｎ」は、処理水中の硝酸性窒素をそれぞれ指す。
【0109】
また、前記「原水ＮＨ４－Ｎ」等の濃度の測定方法は、下水試験方法（日本下水道協会 2012年版）である。
【0110】
その後、図５に示す経過日数で前記無機合成廃水のｐＨを５．５、さらに５に変更し、それぞれ約６０日間運転した。運転期間中は、水温を２５℃、溶存酸素を７－８ｍｇ/Ｌに維持し、週２回水質分析を行った。
【0111】
図５に示すように、馴養の最初段階（１００日まで）では硝酸の生成と共にアンモニアの除去が見られたが、硝化率は約５４．１９％であった（硝化率は図示せず）。１００日目から１４９日目まで（ｐＨ６．０）は、水質の安定が見られ、硝化率が９５．４４％に達した。ｐＨ５．５（１５０日目～１７６日目）では、硝化率が１００％となり、後述するようにコマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）の現存量がアンモニア酸化細菌を上回った。ｐＨ５．０での運転（１７７日目以降）は、条件を変えた直後に若干亜硝酸の発生が見られたが、長期運転（２２５日目以降）に、より安定な水質（硝化率平均９８．６６％）を得ることができた。
【0112】
図６は、ｐＨを６、５．５、および５に調整した前記無機合成廃水中の担体に担持された菌叢のリアルタイムＰＣＲの結果をそれぞれ示す図である。横軸は運転開始からの日数、縦軸は担体１ｇ当たりの遺伝子の存在量を示す。また、beta-AOBは一般的なアンモニア酸化細菌、comammoxはコマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）を指す。
【0113】
担体中のコマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）およびアンモニア酸化細菌は、特異的プライマーを用いて、各amoA遺伝子をリアルタイムＰＣＲ法で定量した。図６の横軸に示す日に採取した担体から、DNeasy PowerBiofilm Kit（Qiagen）を用いてＤＮＡ抽出を行った。リアルタイムＰＣＲは、環境試料を用い、それぞれ標的遺伝子の精製産物をスタンダードとして使用した。測定にはTB Green（登録商標）Premix Ex Taq（商標）II（Tli RNaseH Plus）（タカラバイオ）を用い、リアルタイムＰＣＲ装置としては、StepOnePlus（商標）Real-time PCR（Applied Biosystems）を用いた。なお、前記特異的プライマーは、表１の「Beta-AOB」および「comammox」に示すものと同じである。
【0114】
図６に示すように、運転開始から８０日目付近までは、コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）の集積は弱いものであった。しかし、ｐＨを５．５に調整した運転開始１５０日目以降は、コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）が優占種となっていることが確認された。図５に示す結果と、図６に示す結果とから、ｐＨが６の条件下で、徐々にコマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）の集積が進み、運転開始１２０日目では優占種になっているものと考えられる。
【0115】
また、ｐＨ５．０では、ｐＨ５．５よりコマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）の大幅な増殖が確認された。
【0116】
これらの結果より、本発明の一実施形態に係る低温耐性硝化細菌の培養方法によって集積培養された硝化菌群を用いることにより、酸性条件下においても良好な処理水質が得られることが分かった。また、酸性環境が、担体中のコマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）の増殖に有利な条件であることが示唆された。
【0117】
〔実施例６〕
本実施例では、５℃での硝化を長期間行っている装置を用い、低温硝化に対するコマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）の関与について検討した。
本実施例では、５℃での硝化を長期間行っている装置を用い、低温硝化に対するコマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）の関与について検討した。
【0118】
装置としては、図４に示す連続運転装置１０２を用いた。用いた無機合成廃水の組成を表６に示し、運転条件を表７に示す。
【0119】
【表6】
【0120】
【表7】
【0121】
表６に示す無機合成廃水を連続運転装置１０２に投入し、表７に示すように担体を投入した。前記無機合成廃水は、曝気装置からエアを吹き込むことにより、ｐＨを６とし、前記無機合成廃水のｐＨが６となった時を運転開始０日目とした。
【0122】
図７は、前記無機合成廃水の水質の経時変化を確認した結果を、運転開始から２８９２日目まで示す図である。図７の横軸は運転開始からの経過日数であり、縦軸は凡例に示した窒素の濃度である。「原水ＮＨ４－Ｎ」、「処理水ＮＨ４－Ｎ」、「処理水ＮＯ２－Ｎ」、および「処理水ＮＯ３－Ｎ」の濃度の測定方法は、実施例１で説明した方法と同じである。
【0123】
図７より、処理水ＮＯ３－Ｎの濃度が安定して高く、処理水ＮＨ４－Ｎおよび処理水ＮＯ２－Ｎの濃度は安定して低いことが分かる。このように、前記無機合成廃水のｐＨを６とすることにより、水温が５～６℃であっても安定した硝化が行われていることが分かる。
【0124】
【0125】
運転開始から２７７９日目に担体から菌叢を採取し、リアルタイムＰＣＲを行った結果、全真正細菌は５．８５×１０１０ｃｏｐｙ／ｇ-担体、アンモニア酸化細菌は検出限界以下、コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）は７．４９×１０６ｃｏｐｙ／ｇ-担体であった。リアルタイムＰＣＲの方法は実施例１に示した方法と同じであり、プライマーは表１に示したものを用いた。この結果から、コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）が優占種となっていることにより、水温が５～６℃であっても安定した硝化が行われていると考えられる。
【0126】
窒素含有水の温度を５℃、１０℃、１５℃、および２０℃と変化させて回分処理を行った。図９は回分試験の結果を示す図である。いずれの温度でも、安定した硝化が可能であることが分かる。
【0127】
以上の結果から、前記無機合成廃水のｐＨを６とすることにより、前記無機合成廃水における優占種をコマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）とすることができることが分かる。また、コマモックス ニトロスピラ（Comammox Nitrospira）が優占種となった菌叢を用いることにより、５℃から２０℃までの幅広い温度で安定した硝化を行うことができることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【0128】
本発明は、低温条件下で硝化を行う必要がある下水処理場等において、有効に利用することができる。
【符号の説明】
【0129】
１、１’ 脱窒槽
２、２’ 硝化槽
３ 培養槽
４ 酸貯留タンク
５ アルカリ貯留タンク
※１ 硝化槽２から培養槽３への返送汚泥の導入
※２ 硝化槽２からの硝化液の脱窒槽１への導入
６ 沈殿池
※ａ 沈殿池６から脱窒槽１’への硝化液の導入
※ｂ 沈殿池６’から硝化槽２への返送汚泥の導入
１００ 窒素含有水の処理装置
１０１ 窒素含有水の処理装置
Ａ 処理系Ａ
Ｂ 処理系Ｂ
２、２’ 硝化槽
３ 培養槽
４ 酸貯留タンク
５ アルカリ貯留タンク
※１ 硝化槽２から培養槽３への返送汚泥の導入
※２ 硝化槽２からの硝化液の脱窒槽１への導入
６ 沈殿池
※ａ 沈殿池６から脱窒槽１’への硝化液の導入
※ｂ 沈殿池６’から硝化槽２への返送汚泥の導入
１００ 窒素含有水の処理装置
１０１ 窒素含有水の処理装置
Ａ 処理系Ａ
Ｂ 処理系Ｂ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【配列表】