嫌気的メタン酸化脱窒とアナモックス複合反応を利用した新規窒素除去システムの開発

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DAMOアーキアは硝酸還元により発生する亜硝酸を生成し、DAMO細菌とアナモックス細菌はメタンとアンモニアを使って亜硝酸を除去するため、研究はDAMO/アナモックス複合反応を利用して効率的な硝酸とアンモニアの除去を目指す。我々は、中空糸膜を保持する上向流リアクターを用いることで、同様の条件で運転した散水ろ床法に比べて2~3倍程度の脱窒性能を達成した一方で、硝酸除去率は向上せず、アンモニアはわずかに増加する傾向にあることを明らかにした。そこで、DAMOとアナモックス反応を複合した高効率な窒素化合物除去プロセスを確立するために、中空糸膜リアクターを用いて様々な条件で運転し、高い除去性能を示す運転パラメータを検討した。結果として、適切な植種源と亜硝酸塩の添加が最も窒素除去効率を向上するパラメータであった。硝酸還元により生成した亜硝酸塩は流出液中には検出されなかったため、亜硝酸濃度をめぐる微生物の競合が、アナモックス細菌のアンモニウム除去を制限したと考えられる。そこで、アナモックス細菌を誘導するために、アナモックス反応の化学量論式の比率となるように、流出液中の生成アンモニウムを基準にして算出した亜硝酸塩を流入液に添加した。濃縮汚泥を植種したリアクターは、硝酸塩を添加した水田土壌を植種したリアクターと同様の性能を示したが、亜硝酸塩を添加するとわずか50日後に2倍の硝酸除去効率を示した。微生物分析から、アナモックス細菌は亜硝酸制限下では抑制されていたが、亜硝酸添加により2.1%から10.6%まで増加した。また、DAMO細菌の相対量は9%から41%に大きく増加した。これらの結果は、効果的なバイオリアクターには独立栄養窒素除去群集においてアナモックス細菌が重要であり、アナモックス細菌の存在は、亜硝酸とアンモニウムを除去するだけでなく、硝酸除去微生物の成長を相乗的に促進することが示唆された。