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JP5832732B2 - Method for culturing microorganisms producing nitrite - Google Patents
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Description

本発明は、亜硝酸生成微生物の培養方法に関する The present invention relates to a method for culturing a nitrite-producing microorganism .

自然環境中の微生物による窒素サイクルを図20に示す。図20に示されるように、窒素は自然環境中において多様な酸化還元反応を得て、様々な形態で存在している。   The nitrogen cycle by microorganisms in the natural environment is shown in FIG. As shown in FIG. 20, nitrogen has various oxidation-reduction reactions in the natural environment and exists in various forms.

現在では、このような微生物による窒素サイクルを利用して、廃水(排水)に含まれるアンモニウムイオンや硝酸イオン、亜硝酸イオンを処理する方法が各種提案されている(例えば、特許文献1を参照)。   At present, various methods for treating ammonium ions, nitrate ions, and nitrite ions contained in wastewater (drainage) using the nitrogen cycle by such microorganisms have been proposed (see, for example, Patent Document 1). .

特開2000−237791号JP 2000-237771

微生物による窒素サイクルを利用して廃水処理を行う場合、処理効率を高める上では、
処理に必要な機能を有する微生物を選択的に且つ高濃度に処理槽に存在させて機能させることが重要となる。しかしながら、微生物による窒素サイクルを利用した従来の廃水処理方法では、処理に必要な機能を有する微生物を選択的に且つ高濃度に処理槽に存在させて機能させることには限界があり、その改善が望まれていた。
When wastewater treatment is performed using a nitrogen cycle by microorganisms,
It is important that microorganisms having a function necessary for the treatment are selectively present at a high concentration in the treatment tank to function. However, in the conventional wastewater treatment method using the nitrogen cycle by microorganisms, there is a limit to allowing the microorganisms having the functions necessary for treatment to function selectively in a treatment tank at a high concentration. It was desired.

発明は、微生物による窒素サイクルの中でも特に重要な窒素代謝微生物である、亜硝酸イオンを窒素ガスに還元する亜硝酸還元微生物または亜硝酸イオンを硝酸イオンに酸化する亜硝酸酸化微生物について、選択的に且つ高濃度に処理槽等に存在させて機能させることができる窒素代謝微生物の活性化方法を確立し、そして、この方法を利用して亜硝酸生成微生物を培養する方法を提供することを目的とする。 The present invention is selective for a nitrous acid-reducing microorganism that reduces nitrite ions to nitrogen gas or a nitrite-oxidizing microorganism that oxidizes nitrite ions to nitrate ions, which are nitrogen metabolism microorganisms that are particularly important in the nitrogen cycle by microorganisms. An object of the present invention is to establish a method for activating a nitrogen-metabolizing microorganism that can be made to function in a treatment tank or the like at a high concentration, and to provide a method for culturing a nitrite-producing microorganism using this method And

かかる課題を解決するため、本願発明者等が鋭意検討を行った結果、培養液に水田土壌を添加し、酸化還元物質を添加した培養液に電極を浸して電極の電位をある値に制御することで、電極に電位を印加しない場合と比較して亜硝酸イオンが窒素ガスに還元される速度が顕著に促進されることが明らかとなった。また、電極の電位を上記とは別の値に制御することで、電極に電位を印加しない場合と比較して亜硝酸イオンが硝酸イオンに酸化される速度が顕著に促進されることも明らかとなった。   As a result of intensive studies by the inventors of the present invention to solve this problem, paddy soil is added to the culture solution, and the electrode is immersed in the culture solution to which the redox substance is added to control the potential of the electrode to a certain value. Thus, it was found that the rate at which nitrite ions are reduced to nitrogen gas is significantly accelerated as compared with the case where no potential is applied to the electrode. It is also clear that controlling the electrode potential to a value different from the above significantly accelerates the rate at which nitrite ions are oxidized to nitrate ions compared to when no potential is applied to the electrodes. became.

そして、亜硝酸イオンが窒素ガスに還元される速度が顕著に促進された電位に制御して培養を行った場合の培養液の微生物叢と亜硝酸イオンが硝酸イオンに酸化される速度が顕著に促進された電位に制御して培養を行った場合の培養液の微生物叢について解析を遺伝子学的な解析を行った。その結果、亜硝酸イオンが窒素ガスに還元される速度が顕著に促進された電位に制御して培養を行った場合の培養液の微生物叢においては、亜硝酸還元能(脱窒能)を有する微生物群が優占化していると共に微生物の数自体も電位を印加しない場合と比較して増加することが明らかとなった。また、亜硝酸イオンが硝酸イオンに酸化される速度が顕著に促進された電位に制御して培養を行った場合の培養液の微生物叢においては、亜硝酸酸化能を有する微生物群が優占化していると共に微生物の数自体も電位を印加しない場合と比較して増加することが明らかとなった。   In addition, the microbial flora of the culture solution and the rate at which nitrite ions are oxidized to nitrate ions are significantly increased when the culture is performed at a potential at which the rate at which nitrite ions are reduced to nitrogen gas is significantly promoted. Genetic analysis was performed on the microflora of the culture medium when the culture was carried out under the controlled potential. As a result, the microbial flora of the culture solution when cultivated by controlling the potential at which the rate at which nitrite ions are reduced to nitrogen gas is remarkably accelerated has nitrite reduction ability (denitrification ability). It became clear that the number of microorganisms per se increased as compared with the case where the number of microorganisms was not applied. In addition, in the microflora of the culture medium when the culture is performed at a potential at which the rate at which nitrite ions are oxidized to nitrate ions is remarkably accelerated, a group of microorganisms capable of oxidizing nitrite dominate. It was also found that the number of microorganisms itself increased as compared with the case where no potential was applied.

これらの結果から、培養液に亜硝酸イオンが溶解しているときの亜硝酸イオンの窒素ガスへの還元速度または亜硝酸イオンの硝酸イオンの酸化速度を指標として、培養液に浸した電極の電位を制御することで、窒素代謝微生物である亜硝酸還元能を有する微生物と亜硝酸酸化能を有する微生物を選択的に活性化(生育促進、さらには機能向上)できることを知見するに至り、さらに種々検討を重ねて本発明を完成するに至った。   From these results, the potential of the electrode immersed in the culture solution was used as an index of the reduction rate of nitrite ion to nitrogen gas or the oxidation rate of nitrate ion of nitrite ion when nitrite ion was dissolved in the culture solution. By controlling the above, it has been found that microorganisms having nitrite reducing ability and microorganisms having nitrite oxidation ability, which are nitrogen-metabolizing microorganisms, can be selectively activated (growth promotion and further function improvement). The present invention has been completed through repeated studies.

かかる知見に基づく、本発明の亜硝酸生成微生物の培養方法は、亜硝酸還元能を有する亜硝酸還元微生物及び亜硝酸酸化能を有する亜硝酸酸化微生物の少なくともいずれか一方の窒素代謝微生物と窒素代謝微生物の炭素源となる有機物と酸化還元物質とを含む培養液に電極を浸し、培養液に亜硝酸イオンを溶解させたときの亜硝酸イオンの低減速度が電極へ電位を印加していない場合よりも向上する電位を電極に印加しながら窒素代謝微生物を培養することにより活性化された窒素代謝微生物を含む培養液中に亜硝酸イオンを生成する亜硝酸生成微生物を添加し、亜硝酸生成微生物により生成された亜硝酸イオンを活性化された窒素代謝微生物に還元または酸化させて低減し、亜硝酸イオンの毒性による生育阻害を回避しながら亜硝酸生成微生物を培養するようにしている。したがって、亜硝酸生成微生物が自ら生成した亜硝酸イオンの毒性によってその生育が阻害されることがなく、亜硝酸生成微生物を良好に培養することができる。 Based on such knowledge, the method for culturing a nitrite-producing microorganism of the present invention includes a nitrogen-metabolizing microorganism and nitrogen metabolism of at least one of a nitrite-reducing microorganism having a nitrite-reducing ability and a nitrite-oxidizing microorganism having a nitrite-oxidizing ability. The rate of reduction of nitrite ions when the electrode is immersed in a culture solution containing an organic substance and a redox substance as a carbon source for microorganisms and nitrite ions are dissolved in the culture solution is higher than when no potential is applied to the electrode. A nitrite-producing microorganism that produces nitrite ions is added to a culture solution containing nitrogen-metabolizing microorganisms activated by culturing the nitrogen-metabolizing microorganisms while applying a potential that improves to the electrode. The generated nitrite ions are reduced or reduced by activated nitrogen-metabolizing microorganisms, and the growth of nitrite is avoided while avoiding growth inhibition due to toxicity of nitrite ions. So that culturing the thing. Therefore, the growth of the nitrite-producing microorganism can be favorably cultured without being inhibited by the toxicity of the nitrite ions produced by the nitrite-producing microorganism itself.

ここで、本発明の亜硝酸生成微生物の培養方法において、培養液にイオン交換膜を介して電解液を接触させ、培養液に浸漬した電極と対をなす電極を電解液に浸漬することが好ましい。また、培養液にイオン交換膜を介して培養液に浸漬した電極と対をなす電極を接触させることが好ましい。この場合、培養液中の酸化還元物質が培養液に浸漬した電極と対をなす電極に接触するのを抑制して、培養液の電位(酸化還元電位)を制御させ易いものとできる。 Here, in the method for culturing a nitrous acid-producing microorganism of the present invention, it is preferable that the electrolyte solution is brought into contact with the culture solution via an ion exchange membrane, and the electrode paired with the electrode immersed in the culture solution is immersed in the electrolyte solution. . Moreover, it is preferable to contact the electrode which makes a pair with the electrode immersed in the culture solution through the ion exchange membrane. In this case, the oxidation-reduction substance in the culture solution can be prevented from coming into contact with the electrode paired with the electrode immersed in the culture solution, and the potential (oxidation-reduction potential) of the culture solution can be easily controlled.

また、本発明の亜硝酸生成微生物の培養方法においては、電極に印加する電位を、亜硝酸イオンの低減速度が向上する結果として窒素ガスの生成速度が向上する電位とすることにより、亜硝酸還元微生物を活性化することができる。電極に印加する電位は、銀・塩化銀電極電位基準で−0.6Vを含んで−0.6Vよりもマイナス側に大きな電位とすることが好ましい。 Further, in the method for cultivating a nitrite-producing microorganism of the present invention, the potential applied to the electrode is set to a potential that improves the rate of generation of nitrogen gas as a result of improving the rate of reduction of nitrite ions, thereby reducing nitrite. Microorganisms can be activated. The potential applied to the electrode is preferably set to a larger potential on the negative side than -0.6 V including -0.6 V on the basis of the silver / silver chloride electrode potential.

また、本発明の亜硝酸生成微生物の培養方法においては、電極に印加する電位を、亜硝酸イオンの低減速度が向上する結果として硝酸イオン生成速度が向上する電位とすることにより、亜硝酸酸化微生物を活性化することができる。電極に印加する電位は、銀・塩化銀電極電位基準で+0.6Vを含んで+0.6Vよりもプラス側に大きな電位とすることが好ましい。 Further, in the method for culturing a nitrite-producing microorganism of the present invention, the potential applied to the electrode is set to a potential that improves the nitrate ion production rate as a result of improving the reduction rate of nitrite ions. Can be activated. The potential applied to the electrode is preferably set to a potential larger on the plus side than +0.6 V including +0.6 V on the basis of the silver / silver chloride electrode potential.

本発明の亜硝酸生成微生物の培養方法によれば、まず、窒素代謝微生物を活性化することが可能となる。即ち、亜硝酸還元微生物または亜硝酸酸化微生物の生育を選択的に促進させ、さらには亜硝酸還元微生物の亜硝酸還元能または亜硝酸酸化微生物の亜硝酸酸化能を選択的に向上させることが可能となる。したがって、例えば土壌サンプル等のように雑多な微生物を含む試料を用いて、亜硝酸還元微生物または亜硝酸酸化微生物を選択的に増殖させて培養液中に高濃度に存在させ、さらには亜硝酸還元微生物の亜硝酸還元能または亜硝酸酸化微生物の亜硝酸酸化能を選択的に向上させることによって、培養液自体の微生物処理槽としての亜硝酸イオン処理能力を極めて高いものとすることが可能となる。 According to the culture method of a nitrite-producing microorganism of the present invention, it is possible to first activate a nitrogen-metabolizing microorganism. In other words, it is possible to selectively promote the growth of nitrite-reducing microorganisms or nitrite-oxidizing microorganisms, and to selectively improve the nitrite-reducing ability of nitrite-reducing microorganisms or the nitrite-oxidizing ability of nitrite-oxidizing microorganisms. It becomes. Therefore, for example, using a sample containing various microorganisms such as a soil sample, nitrite-reducing microorganisms or nitrite-oxidizing microorganisms are selectively grown to be present at a high concentration in the culture solution. By selectively improving the nitrite reducing ability of the microorganism or the nitrite oxidizing ability of the nitrite oxidizing microorganism, it becomes possible to make the nitrite ion treating ability of the culture solution itself as a microbial treatment tank extremely high. .

そして、活性化された亜硝酸還元微生物または亜硝酸酸化微生物を利用して亜硝酸生成微生物により生成される亜硝酸イオンを酸化または還元してその濃度を低減するようにしているので、亜硝酸生成微生物が自ら生成した亜硝酸イオンの毒性によってその生育が阻害されることがなく、亜硝酸生成微生物を良好に培養することが可能となる。例えば、呼吸により硝酸イオンを亜硝酸イオンに還元する硝酸呼吸能を有する微生物(例えば、大腸菌等)は、硝酸呼吸により自らが生成した亜硝酸イオンによってその生育が阻害されるが、本発明の培養方法を利用することによって、亜硝酸イオンによる生育阻害を抑えて、良好に培養することが可能となる。 Since the activated nitrite-reducing microorganisms or nitrite-oxidizing microorganisms are used to oxidize or reduce nitrite ions produced by nitrite-producing microorganisms, the concentration thereof is reduced. The growth is not hindered by the toxicity of nitrite ions produced by the microorganisms themselves, and the nitrite-producing microorganisms can be cultured well. For example, the growth of a microorganism having nitrate respiration ability (for example, Escherichia coli, etc.) that reduces nitrate ions to nitrite ions by respiration is inhibited by the nitrite ions generated by the nitrate respiration. By using this method, it is possible to suppress the growth inhibition by nitrite ions and to perform good culture.

本発明の窒素代謝微生物の活性化方法の概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of the activation method of the nitrogen metabolism microorganisms of this invention. 第一の実施形態Aにかかるバイオリアクタの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the bioreactor concerning 1st Embodiment A. 第一の実施形態Bにかかるバイオリアクタの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the bioreactor concerning 1st Embodiment B. 第一の実施形態Cにかかるバイオリアクタの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the bioreactor concerning 1st Embodiment C. 第一の実施形態Dにかかるバイオリアクタの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the bioreactor concerning 1st Embodiment D. 第二の実施形態にかかるバイオリアクタの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the bioreactor concerning 2nd embodiment. バイオリアクタの他の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of another structure of a bioreactor. 実験に使用した装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the apparatus used for experiment. 実験に使用した装置の小容器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the small container of the apparatus used for experiment. アンモニウムイオンの酸化還元特性を示す図である。It is a figure which shows the oxidation-reduction characteristic of an ammonium ion. 亜硝酸イオンの酸化還元特性を示す図である。It is a figure which shows the oxidation-reduction characteristic of nitrite ion. 実施例3における、通電無しの場合の各種物質の経時変化を示す図である。In Example 3, it is a figure which shows the time-dependent change of various substances in the case of no electricity supply. 実施例3における、+0.2Vの場合の各種物質の経時変化を示す図である。In Example 3, it is a figure which shows the time-dependent change of various substances in the case of + 0.2V. 実施例3における、+0.6Vの場合の各種物質の経時変化を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change of the various substances in Example 3 in the case of + 0.6V. 実施例3における、−0.6Vの場合の各種物質の経時変化を示す図である。In Example 3, it is a figure which shows the time-dependent change of various substances in the case of -0.6V. 実施例4における、全菌数の定量結果を示す図である。It is a figure which shows the fixed_quantity | quantitative_assay result of the total bacteria count in Example 4. FIG. 実施例4における、nirK遺伝子の定量結果を示す図である。It is a figure which shows the quantification result of mirK gene in Example 4. 実施例4における、nirS遺伝子の定量結果を示す図である。It is a figure which shows the quantification result of nirS gene in Example 4. 実施例5における、培養液中の微生物叢解析の結果を示す図である。It is a figure in Example 5 which shows the result of the microflora analysis in a culture solution. 自然環境中の微生物による窒素サイクルに関わる酸化還元反応を示す図である。It is a figure which shows the oxidation-reduction reaction in connection with the nitrogen cycle by the microorganisms in a natural environment.

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1に、本発明の窒素代謝微生物の活性化方法の実施形態の一例を概念的に示す。本発明の窒素代謝微生物の活性化方法は、亜硝酸還元能を有する亜硝酸還元微生物2a及び亜硝酸酸化能を有する亜硝酸酸化微生物2bの少なくともいずれか一方の窒素代謝微生物2と有機物5と酸化還元物質3とを含む培養液4に電極9(作用電極9)を浸し、培養液4に亜硝酸イオンを溶解させたときの亜硝酸イオンの低減速度が電極9へ電位を印加していない場合よりも向上する電位を電極9に印加しながら窒素代謝微生物2を培養するようにしている。   In FIG. 1, an example of embodiment of the activation method of the nitrogen metabolism microorganisms of this invention is shown notionally. The method for activating a nitrogen-metabolizing microorganism according to the present invention comprises oxidizing at least one of the nitrogen-metabolizing microorganism 2, the organic substance 5, and the nitrite-reducing microorganism 2a having a nitrite-reducing ability and the nitrite-oxidizing microorganism 2b having a nitrite-oxidizing ability. When the electrode 9 (working electrode 9) is immersed in the culture solution 4 containing the reducing substance 3 and the nitrite ions are dissolved in the culture solution 4, the reduction rate of nitrite ions does not apply a potential to the electrode 9 The nitrogen-metabolizing microorganism 2 is cultured while applying a potential that is further improved to the electrode 9.

本発明では、窒素代謝微生物2として、亜硝酸還元能を有する亜硝酸還元微生物2a及び亜硝酸酸化能を有する亜硝酸酸化微生物2bの少なくともいずれか一方を培養液4に含ませる。   In the present invention, as the nitrogen-metabolizing microorganism 2, at least one of a nitrite-reducing microorganism 2a having a nitrite-reducing ability and a nitrite-oxidizing microorganism 2b having a nitrite-oxidizing ability is included in the culture solution 4.

亜硝酸還元能を有する微生物2aは、亜硝酸イオンを還元する能力を有する微生物であれば特に限定されるものではないが、亜硝酸イオンを窒素ガスに還元(脱窒)する能力を有する微生物が特に好適であり、例えば、シュードモナス(Pseudomonas)属、アリシクリフィルス(Alicycliphilus)属及びティシエレラ(Tissierella)属の微生物を用いることが好適である。   The microorganism 2a having the ability to reduce nitrite is not particularly limited as long as it is a microorganism having the ability to reduce nitrite ions, but the microorganism having the ability to reduce (denitrify) nitrite ions to nitrogen gas is not limited. Particularly preferred, for example, it is preferable to use microorganisms belonging to the genera Pseudomonas, Alicycliphilus and Tissierella.

亜硝酸酸化能を有する微生物2bは、亜硝酸イオンを硝酸イオンに酸化する能力を有する微生物であれば特に限定されるものではないが、ブルクホルデリア(Burkholderia)属の微生物を用いることが好適である。   The microorganism 2b having the ability to oxidize nitrite is not particularly limited as long as it has the ability to oxidize nitrite ions to nitrate ions, but it is preferable to use microorganisms belonging to the genus Burkholderia. is there.

尚、本発明においては、窒素代謝微生物2として、単離された微生物の市販品や培養品を用いてもよいが、水田土壌のような微生物含有土壌試料や汚泥試料等を用いることができる。即ち、亜硝酸還元能を有する微生物2aや亜硝酸酸化能を有する微生物2bは、通常、土壌や汚泥等に一般的に存在するものであることから、土壌試料や汚泥試料を培養液4に添加することで、窒素代謝微生物2を選択的に増殖させて培養液4に高濃度に存在させることができる。換言すれば、土壌試料や汚泥試料から、窒素代謝微生物を集積培養することができる。   In the present invention, as the nitrogen-metabolizing microorganism 2, a commercial product or a cultured product of an isolated microorganism may be used, but a microorganism-containing soil sample such as paddy soil, a sludge sample, or the like can be used. That is, since the microorganism 2a having the ability to reduce nitrite and the microorganism 2b having the ability to oxidize nitrite are generally present in soil and sludge, the soil sample and the sludge sample are added to the culture solution 4. By doing so, the nitrogen-metabolizing microorganisms 2 can be selectively grown to be present in the culture solution 4 at a high concentration. In other words, nitrogen-metabolizing microorganisms can be accumulated and cultured from soil samples and sludge samples.

培養液4の組成は、窒素代謝微生物2の培養に一般的に用いられている培地の組成とすればよく、特に限定されるものではないが、一例を挙げると、KHPO、MgSO・7HO、CaCl・2HO、微量元素(Zn、Co、Mn、Cu、Mo、Ni、Se、B、Fe)を含む培地を用いることができる。 The composition of the culture solution 4 may be the composition of a medium generally used for culturing the nitrogen-metabolizing microorganism 2, and is not particularly limited. For example, KH 2 PO 4 , MgSO 4 A medium containing 7H 2 O, CaCl 2 .2H 2 O, and trace elements (Zn, Co, Mn, Cu, Mo, Ni, Se, B, Fe) can be used.

有機物5は、窒素代謝微生物2の炭素源となり得る物質であれば特に限定されるものではないが、例えば炭酸塩やプロピオン酸等を好適に使用することができる。   The organic substance 5 is not particularly limited as long as it is a substance that can be a carbon source of the nitrogen-metabolizing microorganism 2. For example, a carbonate, propionic acid, or the like can be preferably used.

酸化還元物質3は、培養液4に浸されている電極9と可逆的に酸化還元反応を生じる物質であり、且つ窒素代謝微生物2に対して毒性を呈さない物質であればよい。また、窒素代謝微生物の代謝等に直接関与しない物質とすることが好ましい。例えば、キレート剤であるジエチレントリアミンペンタ酢酸(DTPA)、エチレンジアミンテトラ酢酸(EDTA)、テトラエチレントリアミン(TET)、エチレンジアミン(EDA)、ジエチレントリアミン(DETA)、クエン酸、シュウ酸、クラウンエーテル、ニトリロテトラ酢酸、エデト酸二ナトリウム、エデト酸ナトリウム、エデト酸三ナトリウム、ペニシラミン、ペンテテートカルシウム三ナトリウム、ペンテト酸、スクシメルおよびエデト酸トリエンチン、好ましくはEDTAに配位させた鉄イオン、フェロシアン化カリウム、アントラキノンジスルホン酸ナトリウムなどのキノン化合物、メチルビオロゲン等のビオロゲン誘導体等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。   The redox substance 3 may be any substance that reversibly undergoes a redox reaction with the electrode 9 immersed in the culture solution 4 and that does not exhibit toxicity to the nitrogen-metabolizing microorganism 2. Moreover, it is preferable to use a substance that is not directly involved in the metabolism of nitrogen-metabolizing microorganisms. For example, the chelating agents diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), tetraethylenetriamine (TET), ethylenediamine (EDA), diethylenetriamine (DETA), citric acid, oxalic acid, crown ether, nitrilotetraacetic acid, Edetate disodium, edetate sodium, edetate trisodium, penicillamine, pentetate calcium trisodium, pentetate, succimer and edetate trientine, preferably iron ions coordinated to EDTA, potassium ferrocyanide, sodium anthraquinone disulfonate, etc. Quinone compounds, viologen derivatives such as methyl viologen, and the like can be used, but are not limited thereto.

尚、キノン化合物は土壌成分の一つとして知られている物質であることから、土壌試料や汚泥試料を添加することで、酸化還元物質3を培養液4に存在させることができる場合がある。つまり、土壌試料や汚泥試料に酸化還元物質3が十分に含まれている場合があり、このような場合には、別途酸化還元物質3を培養液4に添加する必要は無くなる。   In addition, since the quinone compound is a substance known as one of the soil components, the redox material 3 may be allowed to be present in the culture solution 4 by adding a soil sample or a sludge sample. That is, the redox material 3 may be sufficiently contained in the soil sample or the sludge sample. In such a case, it is not necessary to add the redox material 3 to the culture solution 4 separately.

尚、酸化還元物質3の培養液4への添加量は、好適には0.1〜100mM、より好適には1〜10mM、さらに好適には数mMである。酸化還元物質3の添加量が少なすぎると培養液4の酸化還元電位を制御し難くなる場合がある。また、多すぎると培養液4に溶解しなかったり、微生物の生育に悪影響を及ぼす場合もある。   The amount of the redox substance 3 added to the culture solution 4 is preferably 0.1 to 100 mM, more preferably 1 to 10 mM, and even more preferably several mM. If the amount of the redox substance 3 added is too small, it may be difficult to control the redox potential of the culture solution 4. Moreover, when too much, it may not melt | dissolve in the culture solution 4, or it may have a bad influence on the growth of microorganisms.

本発明においては、電極9の電位を制御することにより酸化還元物質3の酸化体と還元体の比を制御し、培養液4の電位(酸化還元電位)を制御するようにしている。培養液4の酸化還元電位は、数式1のネルンストの式により表される。
[数式1] E=E+RT/nF×ln(Cox/Cred
In the present invention, the ratio of the oxidant and reductant of the redox substance 3 is controlled by controlling the potential of the electrode 9, and the potential of the culture solution 4 (redox potential) is controlled. The oxidation-reduction potential of the culture solution 4 is expressed by the Nernst equation of Equation 1.
[Formula 1] E = E 0 + RT / nF × ln (C ox / C red )

数式1において、Eは培養液4の酸化還元電位、Eは酸化還元物質3の標準酸化還元電位、Rは気体定数、Tは絶対温度、nは反応電子数、Fはファラデー定数、Coxは酸化還元物質3の酸化体の濃度、Credは酸化還元物質3の還元体の濃度である。つまり、培養液4に含まれる酸化還元物質3の酸化体の濃度と還元体の濃度の比を電極9の電位を制御して一定に制御することにより、培養液4自体の酸化還元電位を制御することができる。 In Equation 1, E is the redox potential of the culture solution 4, E 0 is the standard redox potential of the redox substance 3, R is the gas constant, T is the absolute temperature, n is the number of reaction electrons, F is the Faraday constant, C ox Is the concentration of the oxidized form of the redox substance 3, and C red is the concentration of the reduced form of the redox substance 3. That is, the oxidation-reduction potential of the culture solution 4 itself is controlled by controlling the potential of the electrode 9 to be constant by controlling the ratio of the oxidant concentration of the redox substance 3 contained in the culture solution 4 and the concentration of the reduced product. can do.

電極9には、酸化還元物質3を可逆的に酸化還元させることが可能な材質のものが適宜用いられる。具体的には、炭素板やグラッシーカーボン等の炭素電極、白金電極等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。   The electrode 9 is appropriately made of a material capable of reversibly oxidizing / reducing the redox material 3. Specifically, a carbon electrode such as a carbon plate or glassy carbon, a platinum electrode, or the like can be used, but is not limited thereto.

電極9に与える電位(培養液4の酸化還元電位)は、以下の手順により決定される。即ち、培養液4に亜硝酸イオンを溶解させ、電極9に電位を与えることなく培養試験を行い、亜硝酸イオンの低減速度を決定する。亜硝酸イオンの低減速度は培養過程にて亜硝酸イオンの経時変化を測定することで決定することができる。そして、電極9に各種電位を印加して同様の培養試験を行い、亜硝酸イオンの低減速度を決定する。亜硝酸イオンの低減速度が電極9に電位を与えずに培養試験を行った場合よりも向上していれば、その電位が窒素代謝微生物2を活性化させることのできる電位に該当する。そして、亜硝酸イオンの低減速度が向上した結果として窒素ガスの生成速度が向上している場合には、その電位は、窒素代謝微生物2のうち亜硝酸還元微生物2aを活性化させることのできる電位に該当する。また、亜硝酸イオンの低減速度が向上した結果として硝酸イオンの生成速度が向上している場合には、その電位は、窒素代謝微生物2のうち亜硝酸酸化微生物2bを活性化させることのできる電位に該当する。   The potential applied to the electrode 9 (the oxidation-reduction potential of the culture solution 4) is determined by the following procedure. That is, nitrite ions are dissolved in the culture solution 4 and a culture test is performed without applying an electric potential to the electrode 9 to determine the reduction rate of nitrite ions. The rate of nitrite ion reduction can be determined by measuring the time course of nitrite ions during the culture process. Then, various potentials are applied to the electrode 9 and a similar culture test is performed to determine the reduction rate of nitrite ions. If the reduction rate of nitrite ions is improved as compared with the case where the culture test is performed without applying a potential to the electrode 9, the potential corresponds to a potential that can activate the nitrogen-metabolizing microorganism 2. And when the generation rate of nitrogen gas is improving as a result of the improvement of the reduction | decrease rate of nitrite ion, the electric potential is the electric potential which can activate the nitrite reduction microorganisms 2a among the nitrogen metabolism microorganisms 2. It corresponds to. Moreover, when the production | generation rate of nitrate ion is improving as a result of improving the reduction | decrease rate of nitrite ion, the electric potential is the electric potential which can activate the nitrite oxidation microorganisms 2b among the nitrogen metabolism microorganisms 2. It corresponds to.

本願発明者等の実験によると、窒素代謝微生物2のうち亜硝酸還元微生物2aを活性化させ始めることのできる電位は、銀・塩化銀電極電位基準で−0.6V〜+0.2V未満に存在し、−0.6Vとすれば、窒素代謝微生物2のうち亜硝酸還元微生物2aを確実に活性化できることが確認されている。また、−0.6Vで亜硝酸還元微生物2aを活性化できることが確認されたことから、電極9から培養液4に電子を与えやすい電位とすることで、亜硝酸還元微生物2aを活性化できるものと考えられる。したがって、電極9の電位を、銀・塩化銀電極電位基準で−0.6Vを含んで−0.6Vよりもマイナス側に大きな電位とすることが好適であるが、電位をマイナス側に大きくし過ぎると水の電気分解が生じて培養液4のpHに変動が生じ、亜硝酸還元微生物2の生育を阻害する虞があるので、−0.6V〜−1.0Vとすることがより好適である。   According to the experiments by the present inventors, the potential at which nitrite-reducing microorganisms 2a among nitrogen-metabolizing microorganisms 2 can be activated is present at -0.6V to less than + 0.2V based on the silver / silver chloride electrode potential reference. And if it is set to -0.6V, it is confirmed that the nitrite reduction microorganisms 2a among the nitrogen metabolism microorganisms 2 can be activated reliably. In addition, since it was confirmed that the nitrite-reducing microorganism 2a can be activated at -0.6V, the nitrite-reducing microorganism 2a can be activated by setting the potential at which the electrode 9 can easily give electrons to the culture solution 4. it is conceivable that. Therefore, it is preferable that the potential of the electrode 9 is set to a larger potential on the negative side than -0.6 V including -0.6 V on the basis of the silver / silver chloride electrode potential. If it is too high, the electrolysis of water will occur and the pH of the culture solution 4 will fluctuate, which may inhibit the growth of the nitrite-reducing microorganism 2, so that it is more preferably -0.6V to -1.0V. is there.

また、本願発明者等の実験によると、窒素代謝微生物2のうち亜硝酸酸化微生物2bを活性化させ始めることのできる電位は、銀・塩化銀電極電位基準で+0.2V超〜+0.6Vに存在し、+0.6Vとすれば、窒素代謝微生物2のうち亜硝酸酸化微生物2bを確実に活性化できることが確認されている。また、+0.6Vで亜硝酸酸化微生物2bを活性化できることが確認されたことから、電極9により培養液4から電子を引き抜きやすい電位とすることで、酸化還元微生物2aを活性化できるものと考えられる。したがって、電極9の電位を、銀・塩化銀電極電位基準で+0.6Vを含んで+0.6Vよりもプラス側に大きな電位とすることが好適であるが、電位をプラス側に大きくし過ぎると水の電気分解が生じて培養液4のpHに変動が生じ、亜硝酸酸化微生物2の生育を阻害する虞があるので、+0.6V〜+1.0Vとすることがより好適である。ここで、+0.7Vよりもプラス側に大きな電位とすると、亜硝酸イオンが電気的に酸化されて減少するので、亜硝酸イオンが不足し易くなる。したがって、亜硝酸酸化微生物2bを増殖させる際には、+0.6V〜+0.7Vとすることが好適である。但し、亜硝酸酸化微生物2bが培養液4中に十分に高濃度に存在している場合には、+0.7Vよりもプラス側に大きな電位ととして、亜硝酸酸化微生物2bによる酸化と電気的な酸化とを併用し、亜硝酸イオンを低減してもよい。   Further, according to the experiments by the inventors of the present application, the potential at which the nitrite oxidizing microorganism 2b among the nitrogen-metabolizing microorganisms 2 can be activated is from +0.2 V to +0.6 V on the basis of the silver / silver chloride electrode potential. It is confirmed that, if it is present and +0.6 V, the nitrite oxidizing microorganism 2b among the nitrogen metabolizing microorganisms 2 can be reliably activated. Further, since it was confirmed that the nitrite oxidizing microorganism 2b can be activated at +0.6 V, it is considered that the redox microorganism 2a can be activated by setting the potential at which the electrodes 9 can easily extract electrons from the culture solution 4. It is done. Therefore, it is preferable that the potential of the electrode 9 is set to a potential larger on the plus side than +0.6 V including +0.6 V on the basis of the silver / silver chloride electrode potential, but if the potential is increased too much on the plus side. Since electrolysis of water occurs and the pH of the culture solution 4 fluctuates and there is a risk of inhibiting the growth of the nitrite oxidizing microorganism 2, it is more preferably + 0.6V to + 1.0V. Here, if the potential is larger than +0.7 V on the plus side, nitrite ions are electrically oxidized and decreased, so that nitrite ions are likely to be insufficient. Therefore, when growing the nitrite oxidizing microorganism 2b, it is preferable to set it to + 0.6V to + 0.7V. However, when the nitrite-oxidizing microorganism 2b is present in the culture solution 4 at a sufficiently high concentration, the potential of the nitrite-oxidizing microorganism 2b is larger than that of + 0.7V, and the oxidation by the nitrite-oxidizing microorganism 2b is electrically performed. Nitrite ions may be reduced in combination with oxidation.

したがって、本発明の窒素代謝微生物の活性化方法によると、例えば土壌試料や汚泥試料のように、窒素代謝微生物2として亜硝酸還元微生物2aと亜硝酸酸化微生物2bが混在し得る微生物試料を用いた場合においても、亜硝酸還元微生物2aと亜硝酸酸化微生物2bのいずれか一方を選択的に活性化させることができる。   Therefore, according to the method for activating a nitrogen-metabolizing microorganism of the present invention, a microbial sample capable of mixing nitrite-reducing microorganisms 2a and nitrite-oxidizing microorganisms 2b is used as the nitrogen-metabolizing microorganism 2, such as a soil sample or a sludge sample. Even in this case, either the nitrite-reducing microorganism 2a or the nitrite-oxidizing microorganism 2b can be selectively activated.

尚、本発明の窒素代謝微生物の活性化方法においては、培養液4に亜硝酸イオンを添加しながら窒素代謝微生物2の活性化を図るようにしてもよいが、培養液4中の窒素代謝微生物2の菌体密度が十分に高く、増殖させる必要が無い場合には、亜硝酸イオンを添加せずに電位だけを印加して窒素代謝微生物2を活性化するようにしてもよい。例えば、窒素代謝微生物2の菌体密度が高濃度に維持された培養液4に電位を印加して窒素代謝微生物2を活性化させておき、亜硝酸イオン含有廃液などの亜硝酸イオン含有液を培養液4に投入して亜硝酸イオン含有液の亜硝酸イオン濃度を効率よく低減するようにしてもよい。   In the method for activating a nitrogen-metabolizing microorganism of the present invention, the nitrogen-metabolizing microorganism 2 may be activated while adding nitrite ions to the culture solution 4. If the cell density of 2 is sufficiently high and it is not necessary to grow it, the nitrogen-metabolizing microorganism 2 may be activated by applying only a potential without adding nitrite ions. For example, a potential is applied to the culture solution 4 in which the cell density of the nitrogen-metabolizing microorganism 2 is maintained at a high concentration to activate the nitrogen-metabolizing microorganism 2, and a nitrite ion-containing solution such as a nitrite ion-containing waste solution is used. The nitrite ion concentration in the nitrite ion-containing solution may be efficiently reduced by introducing it into the culture solution 4.

尚、本発明の窒素代謝微生物の活性化方法においては、電極9(作用電極9)の電位を制御するためには、電極9と対をなす電極10(対電極10)が必要となる。ここで、酸化還元物質3が対電極10に接触すると培養液4の酸化還元電位の制御性が低下することから、酸化還元物質3が対電極10に接触するのを抑制して培養液4の電位を制御し易いものとするために、作用電極9と対電極10の間にイオン交換膜6を設けることが好ましい。   In the method for activating a nitrogen-metabolizing microorganism of the present invention, an electrode 10 (counter electrode 10) that forms a pair with the electrode 9 is required to control the potential of the electrode 9 (working electrode 9). Here, when the redox substance 3 comes into contact with the counter electrode 10, the controllability of the redox potential of the culture solution 4 is lowered. In order to easily control the potential, it is preferable to provide the ion exchange membrane 6 between the working electrode 9 and the counter electrode 10.

以降の説明では、作用電極9と対電極10の間にイオン交換膜6を設けた場合の本発明の窒素代謝微生物の活性化方法と共に、この方法を利用した亜硝酸イオン含有液処理用のバイオリアクタの構成について、第一の実施形態を図2〜5に基づいて説明し、第二の実施形態を図6に基づいて説明する。   In the following description, together with the method for activating the nitrogen-metabolizing microorganism of the present invention when the ion exchange membrane 6 is provided between the working electrode 9 and the counter electrode 10, biotechnology for treating nitrite ion-containing liquid using this method is used. Regarding the configuration of the reactor, the first embodiment will be described based on FIGS. 2 to 5, and the second embodiment will be described based on FIG. 6.

<第一の実施形態>
第一の実施形態にかかる窒素代謝微生物の活性化方法は、亜硝酸還元能を有する亜硝酸還元微生物2a及び亜硝酸酸化能を有する亜硝酸酸化微生物2bの少なくともいずれか一方の窒素代謝微生物2と有機物5と酸化還元物質3とを含む培養液4に作用電極9を浸し、培養液4に亜硝酸イオンを溶解させたときの亜硝酸イオンの低減速度が作用電極9へ電位を印加していない場合よりも向上する電位を作用電極9に印加しながら窒素代謝微生物2を培養するようにしている。本実施形態では、培養液4にイオン交換膜6を介して電解液4aを接触させ、作用電極9と対をなす電極10(対電極10)を電解液4aに浸すようにしている。
<First embodiment>
The method for activating a nitrogen-metabolizing microorganism according to the first embodiment includes at least one of the nitrogen-metabolizing microorganism 2 of at least one of a nitrite-reducing microorganism 2a having a nitrite-reducing ability and a nitrite-oxidizing microorganism 2b having a nitrite-oxidizing ability. When the working electrode 9 is immersed in the culture solution 4 containing the organic substance 5 and the redox substance 3, and the nitrite ions are dissolved in the culture solution 4, the potential for reducing the nitrite ions does not apply a potential to the working electrode 9. Nitrogen-metabolizing microorganisms 2 are cultured while applying a potential that improves more than the case to the working electrode 9. In the present embodiment, the electrolyte solution 4a is brought into contact with the culture solution 4 via the ion exchange membrane 6, and the electrode 10 (counter electrode 10) paired with the working electrode 9 is immersed in the electrolyte solution 4a.

第一の実施形態にかかる窒素代謝微生物の活性化方法を利用したバイオリアクタの構成を図2〜5に例示する。図2〜5に示すバイオリアクタ1は、イオン交換膜6によって仕切られた二つの槽のうちの一方の槽を培養槽7とし、他方の槽を対電極槽8とし、培養槽7には培養液4が収容されると共に作用電極9と参照電極11が浸され、対電極槽8には電解液4aが収容されると共に対電極10が浸され、作用電極9と対電極10と参照電極11は定電位設定装置12に結線されている。そして、培養液4に亜硝酸還元能を有する亜硝酸還元微生物2a及び亜硝酸酸化能を有する亜硝酸酸化微生物2bの少なくともいずれか一方の窒素代謝微生物2と酸化還元物質3と有機物5とが含まれ、培養液4に亜硝酸イオンを溶解させたときの亜硝酸イオンの低減速度が作用電極9に電位を印加しない場合よりも向上する電位が作用電極9に印加されながら窒素代謝微生物が培養されるものとしている。   The configuration of a bioreactor using the method for activating a nitrogen-metabolizing microorganism according to the first embodiment is illustrated in FIGS. The bioreactor 1 shown in FIGS. 2 to 5 has one of two tanks partitioned by an ion exchange membrane 6 as a culture tank 7 and the other tank as a counter electrode tank 8. While the liquid 4 is accommodated, the working electrode 9 and the reference electrode 11 are immersed, and the counter electrode tank 8 is accommodated with the electrolytic solution 4a and the counter electrode 10 is immersed, and the working electrode 9, the counter electrode 10, and the reference electrode 11 are immersed. Is connected to the constant potential setting device 12. The culture solution 4 contains at least one of the nitrogen-metabolizing microorganism 2, the redox substance 3, and the organic substance 5 of the nitrite-reducing microorganism 2 a having nitrite-reducing ability and the nitrite-oxidizing microorganism 2 b having nitrite-oxidizing ability. Thus, the nitrogen-metabolizing microorganisms are cultured while the potential at which the reduction rate of nitrite ions when the nitrite ions are dissolved in the culture solution 4 is higher than when no potential is applied to the working electrode 9 is applied to the working electrode 9. It is supposed to be.

このように、3電極方式で作用電極9の電位を制御することで、作用電極9の電位を厳密に設定電位に制御することができ、培養液4の電位(酸化還元電位)を所望の値に厳密に制御することができる。詳細には、定電位設定装置(ポテンシオスタット)12により、作用電極9と参照電極11との間の電位差を測定し、この電位差が設定電位に達するように作用電極9と対電極10との間に電流を流し、基準となる参照電極11には一切電流が流れないようにしている。尚、3電極方式による電位制御については、例えば、電気化学測定法(上)、技報動出版株式会社、第1版15刷、2004年6月発行の6〜9ページにその詳細が記載されている。但し、作用電極9と対電極10の極間電圧のみで作用電極9の電位を制御できる場合には、3電極方式とせずともよい。   Thus, by controlling the potential of the working electrode 9 by the three-electrode method, the potential of the working electrode 9 can be strictly controlled to the set potential, and the potential of the culture solution 4 (oxidation-reduction potential) can be set to a desired value. Can be strictly controlled. Specifically, a potential difference between the working electrode 9 and the reference electrode 11 is measured by a constant potential setting device (potentiostat) 12, and the working electrode 9 and the counter electrode 10 are adjusted so that the potential difference reaches the set potential. A current is passed between them so that no current flows through the reference electrode 11 serving as a reference. The details of the potential control by the three-electrode method are described in, for example, pages 6 to 9 of Electrochemical Measurement Method (above), Technical Bulletin Publishing Co., Ltd., 1st edition 15 printing, published in June 2004. ing. However, when the potential of the working electrode 9 can be controlled only by the voltage between the working electrode 9 and the counter electrode 10, the three-electrode system may not be used.

また、イオン交換膜6は、培養液4に含まれる酸化還元物質3のみならず、窒素代謝微生物2や有機物5を対電極槽8に透過させることなく、培養液4中に留まらせ、且つ培養液4に含まれるイオンまたは電解液4aに含まれるイオンを透過させてイオン電流を生じさせ、作用電極9において生じる酸化還元反応を補完する反応を対電極10で生じさせるものである。これにより、培養液4において酸化還元物質3の酸化体と還元体の比が安定に保持されて、長期に亘って培養液4の電位を制御し易くなる。イオン交換膜6としては、酸化還元物質3(酸化体と還元体)を透過させることのないものを適宜選択して用いる。   Further, the ion exchange membrane 6 allows not only the redox substance 3 contained in the culture solution 4 but also the nitrogen-metabolizing microorganisms 2 and the organic matter 5 to remain in the culture solution 4 without permeating the counter electrode tank 8, and for culturing. Ions contained in the liquid 4 or ions contained in the electrolytic solution 4 a are permeated to generate an ionic current, and a reaction that complements the oxidation-reduction reaction occurring in the working electrode 9 is generated in the counter electrode 10. Thereby, the ratio of the oxidant and reductant of the redox substance 3 is stably maintained in the culture solution 4, and the potential of the culture solution 4 can be easily controlled over a long period of time. As the ion exchange membrane 6, a material that does not allow the redox material 3 (oxidant and reductant) to pass through is appropriately selected and used.

ここで、図2〜図5に示すバイオリアクタ1では、培養槽7を密閉構造としている。したがって、培養液4の嫌気性雰囲気を制御し易い。即ち、培養槽7を密閉構造とすることで、遊離酸素の進入が起こらないので、培養を開始する前に培養槽7の遊離酸素を実質的に無くせば、培養期間中は嫌気状態を維持し続けて、窒素代謝微生物2の機能を良好に機能させることができる。   Here, in the bioreactor 1 shown in FIGS. 2 to 5, the culture tank 7 has a sealed structure. Therefore, it is easy to control the anaerobic atmosphere of the culture solution 4. That is, since the culture tank 7 has a sealed structure, free oxygen does not enter, so if the free oxygen in the culture tank 7 is substantially eliminated before the culture is started, the anaerobic state is maintained during the culture period. Subsequently, the function of the nitrogen-metabolizing microorganism 2 can be made to function well.

また、図2〜図5に示すバイオリアクタ1では、培養槽7に、亜硝酸イオン含有液を導入する被処理液導入部18を備え、培養槽7の培養液4に亜硝酸イオン含有液を導入するようにしている。但し、亜硝酸イオン含有液を培養槽7に導入する方法は、この方法に限定されるものではない。   Moreover, in the bioreactor 1 shown in FIGS. 2-5, the to-be-processed liquid introduction part 18 which introduce | transduces a nitrite ion containing liquid is provided in the culture tank 7, and the nitrite ion containing liquid is added to the culture liquid 4 of the culture tank 7. FIG. I am trying to introduce it. However, the method of introducing the nitrite ion-containing liquid into the culture tank 7 is not limited to this method.

さらに、図2〜図5に示すバイオリアクタ1では、培養槽7内の培養液4の液面よりも下部に、培養槽7内の処理液(亜硝酸イオン含有液の亜硝酸イオン濃度が低減された液)を培養液4と共に外に導く処理液排出管16aを備え、この処理液排出管16aをバルブ16bにより開閉可能とした処理液排出手段16により、培養槽7内から処理液を培養液4と共に排出するようにしている。但し、処理液の排出方法は、この方法に限定されるものではない。   Furthermore, in the bioreactor 1 shown in FIGS. 2 to 5, the treatment liquid in the culture tank 7 (the nitrite ion concentration of the nitrite ion-containing liquid is reduced below the liquid level of the culture liquid 4 in the culture tank 7. A treatment liquid discharge pipe 16a that guides the treated liquid) together with the culture liquid 4, and the treatment liquid is cultured from the inside of the culture tank 7 by the treatment liquid discharge means 16 that can be opened and closed by a valve 16b. The liquid 4 is discharged together. However, the method for discharging the treatment liquid is not limited to this method.

ここで、本発明のバイオリアクタにおいて、培養液4に窒素代謝微生物2を担持し得る担体を入れることが好適である。この場合、担体に窒素代謝微生物2を担持させて、この担体を培養液4に留めるようにして処理液と培養液4を排出することで、活性化された窒素代謝微生物2を培養槽7の外に排出させることなく、長期に亘ってその機能を活用することができる。また、処理液排出手段16から排出される前に処理液と培養液4とが通過する位置に、担体を処理液及び培養液4から分離する濾過膜または濾過装置を備えるようにして、処理液排出手段16から排出される処理液と培養液4から担体が濾過分離されるようにすることが好適である。尚、担体としては、窒素代謝微生物2を担持し得ると共に吸水し易い素材、例えばスポンジ等を用いることができるが、これに限定されるものではない。例えば、予め窒素代謝微生物2を光硬化性樹脂などのゲル等で固定化する包括固定化法により、微生物を担持させた担体を作製し、これを培養液4に投入するようにしてもよい。   Here, in the bioreactor of the present invention, it is preferable to put a carrier capable of supporting the nitrogen-metabolizing microorganism 2 in the culture solution 4. In this case, the nitrogen-metabolizing microorganisms 2 are supported on the carrier, and the treatment liquid and the culture solution 4 are discharged so as to keep the carrier in the culture solution 4, whereby the activated nitrogen-metabolizing microorganisms 2 are stored in the culture tank 7. The function can be utilized for a long time without discharging to the outside. In addition, a filtration membrane or a filtration device for separating the carrier from the treatment solution and the culture solution 4 is provided at a position where the treatment solution and the culture solution 4 pass before being discharged from the treatment solution discharge means 16. It is preferable that the carrier is separated from the treatment liquid discharged from the discharge means 16 and the culture liquid 4 by filtration. As the carrier, a material that can carry the nitrogen-metabolizing microorganism 2 and easily absorbs water, such as a sponge, can be used, but is not limited thereto. For example, a carrier carrying microorganisms may be prepared in advance by a entrapping immobilization method in which the nitrogen-metabolizing microorganisms 2 are immobilized in advance using a gel such as a photocurable resin, and this may be introduced into the culture solution 4.

また、図2〜図5に示すバイオリアクタ1では、培養槽7を密閉構造とし、培養槽7の培養液4の液面よりも上部の空間(ヘッドスペース)に滞留する窒素ガスを培養槽7の外へ導く窒素ガス排出管15aを備え、この窒素ガス排出管15aをバルブ15bにより開閉可能とした窒素ガス排出手段15を有している。このガス回収手段15により、ヘッドスペースに滞留し得る窒素ガスを排出するようにしている。但し、亜硝酸酸化微生物2bを活性化させる場合には、窒素ガスは発生しないので、この場合には窒素ガス排出手段15は設けずともよい。また、窒素ガス排出管15aのみでヘッドスペースに滞留する窒素ガスを培養槽7の外へ導くようにしてもよい。   Moreover, in the bioreactor 1 shown in FIGS. 2-5, the culture tank 7 is made into the airtight structure, and the nitrogen gas which retains in the space (head space) above the liquid level of the culture solution 4 of the culture tank 7 is culture tank 7 A nitrogen gas discharge pipe 15a led to the outside, and a nitrogen gas discharge means 15 capable of opening and closing the nitrogen gas discharge pipe 15a by a valve 15b. The gas recovery means 15 discharges nitrogen gas that can stay in the head space. However, when the nitrite oxidizing microorganism 2b is activated, no nitrogen gas is generated. In this case, the nitrogen gas discharging means 15 may not be provided. Further, the nitrogen gas staying in the head space may be guided out of the culture tank 7 only by the nitrogen gas discharge pipe 15a.

尚、被処理液導入部18とは別に、培養液4に物質を添加・供給する手段を設けるようにしてもよい。具体的には、培養槽7の外部から培養液4に物質を添加・供給することのできる開閉可能な物質導入管を備えるようにしてもよい。この場合には、培養液4に栄養源、中和剤、物質生産に必要な物質等を必要に応じて添加することができる。勿論、微生物2をこの導入管から供給することもできるし、酸化還元物質3や有機物5を導入することもできる。また、嫌気条件とするためのガス(窒素ガス等)を供給することもできる。但し、培養液4に物質を添加・供給する手段は必ずしも備える必要はなく、被処理液導入部18を培養液4に物質を添加・供給する手段として併用するようにしてもよい。また、被処理液に添加・供給した物質を混合して培養槽7に供給するようにしてもよい。また、電解液4aに物質を添加・供給する手段を設けるようにしてもよい。   A means for adding and supplying a substance to the culture solution 4 may be provided separately from the treatment liquid introduction unit 18. Specifically, an openable and closable substance introduction tube that can add and supply substances to the culture solution 4 from the outside of the culture tank 7 may be provided. In this case, nutrient sources, neutralizing agents, substances necessary for substance production, and the like can be added to the culture solution 4 as necessary. Of course, the microorganism 2 can be supplied from the introduction tube, and the redox material 3 and the organic matter 5 can be introduced. Moreover, gas (nitrogen gas etc.) for making it anaerobic conditions can also be supplied. However, the means for adding and supplying the substance to the culture solution 4 does not necessarily have to be provided, and the treatment liquid introducing unit 18 may be used together as a means for adding and supplying the substance to the culture solution 4. In addition, substances added and supplied to the liquid to be treated may be mixed and supplied to the culture tank 7. Further, a means for adding and supplying a substance to the electrolytic solution 4a may be provided.

また、図2〜図5に示すバイオリアクタ1では、対電極槽8を密閉構造とし、対電極槽8の電解液4aの液面よりも上部の空間(ヘッドスペース)に滞留するガスを対電極槽8の外へ導くガス排出管17aを備え、このガス排出管17aをバルブ17bにより開閉可能としたガス放出手段17により、対電極10から発生したガスを培養槽7に漏洩させることなく放出するようにしている。但し、対電極槽8におけるガス発生量が少ない場合には、ガス放出手段17を設けずともよい。また、バルブ17bを省略して、ガス排出管17aから常時ガスが放出される構成としても勿論よい。また、対電極槽8を密閉構造とすることは必須条件ではなく、培養槽7の密閉性を阻害しない範囲で開放構造としても構わない。   Moreover, in the bioreactor 1 shown in FIGS. 2-5, the counter electrode tank 8 is made into a sealed structure, and the gas which stays in the space (head space) above the liquid level of the electrolyte solution 4a of the counter electrode tank 8 is counter electrode. A gas discharge pipe 17a that leads to the outside of the tank 8 is provided, and the gas discharge means 17 that can be opened and closed by a valve 17b releases the gas generated from the counter electrode 10 without leaking to the culture tank 7. I am doing so. However, when the amount of gas generated in the counter electrode tank 8 is small, the gas discharge means 17 may not be provided. Of course, the valve 17b may be omitted and gas may be constantly discharged from the gas discharge pipe 17a. Moreover, it is not essential that the counter electrode tank 8 has a sealed structure, and an open structure may be used as long as the sealing property of the culture tank 7 is not impaired.

以下、図2に示すバイオリアクタを用いた場合を第一の実施形態Aとして説明し、図3に示すバイオリアクタを用いた場合を第一の実施形態Bとして説明し、図4に示すバイオリアクタを用いた場合を第一の実施形態Cとして説明し、図5に示すバイオリアクタを用いた場合を第一の実施形態Dとして説明する。   Hereinafter, the case of using the bioreactor shown in FIG. 2 will be described as a first embodiment A, the case of using the bioreactor shown in FIG. 3 will be described as a first embodiment B, and the bioreactor shown in FIG. The case of using the bioreactor will be described as a first embodiment C, and the case of using the bioreactor shown in FIG.

(第一の実施形態A)
図2に示すバイオリアクタ1は、密閉構造の容器20を培養槽7とし、容器20に収容可能な密閉構造の小容器21を対電極槽8とし、小容器21は少なくとも一部にイオン交換膜6を備え、培養槽7には被処理液導入部18、処理液排出手段16及び窒素ガス排出手段15を備えるものとしている。
(First embodiment A)
In the bioreactor 1 shown in FIG. 2, a sealed container 20 is used as a culture tank 7, and a sealed small container 21 that can be accommodated in the container 20 is used as a counter electrode tank 8. The small container 21 is at least partly an ion exchange membrane. 6 and the culture tank 7 is provided with a treatment liquid introducing section 18, a treatment liquid discharge means 16 and a nitrogen gas discharge means 15.

容器20に小容器21を収容することで、容器20に収容されている培養液4に小容器21が浸され、小容器21の少なくとも一部に備えられているイオン交換膜6は培養液4と接触する。換言すれば、培養液4はイオン交換膜6を介して電解液4aと接触する。   By accommodating the small container 21 in the container 20, the small container 21 is immersed in the culture solution 4 accommodated in the container 20, and the ion exchange membrane 6 provided in at least a part of the small container 21 is the culture solution 4. Contact with. In other words, the culture solution 4 comes into contact with the electrolyte solution 4 a through the ion exchange membrane 6.

培養槽7としての密閉構造の容器20は、対電極槽8としての密閉構造の小容器21を収容可能な大きさの容器であり、形状は特に限定されない。容器の材質としては、例えば、ガラス、プラスチック、絶縁処理を施した金属、コンクリート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、ガス不透過性の膜材をヒートシール等により袋状に形成した容器を培養槽7として用いるようにしてもよい。   The sealed container 20 as the culture tank 7 is a container having a size capable of accommodating the small container 21 with the sealed structure as the counter electrode tank 8, and the shape is not particularly limited. Examples of the material of the container include, but are not limited to, glass, plastic, an insulating metal, concrete, and the like. Moreover, you may make it use the container which formed the gas impermeable membrane material in the bag shape by the heat seal etc. as the culture tank 7. FIG.

対電極槽8としての密閉構造の小容器21は、培養槽7としての容器20に収容可能な大きさの容器であり、少なくとも一部にイオン交換膜6を備えるものとしている。ここで、小容器21はその全体をイオン交換膜6で形成した袋状の容器としてもよいが、袋状の容器の片面だけをイオン交換膜6で構成したり、一つの面のさらに一部分をイオン交換膜6のみで構成するようにしてもよい。部分的にイオン交換膜6を用いる場合には、その他の部分は容器20と同様の上記材質で構成してもよいし、イオン交換膜6以外の膜材、例えばガス不透過性の膜材により構成し、小容器21で発生するガスが容器20の内部に漏洩しないようにしてもよい。   The small container 21 having a sealed structure as the counter electrode tank 8 is a container of a size that can be accommodated in the container 20 as the culture tank 7, and includes the ion exchange membrane 6 at least partially. Here, the small container 21 may be a bag-like container formed entirely by the ion-exchange membrane 6, but only one side of the bag-like container may be constituted by the ion-exchange membrane 6, or a part of one surface may be further formed. You may make it comprise only the ion exchange membrane 6. FIG. When the ion exchange membrane 6 is partially used, other portions may be made of the same material as that of the container 20, or may be made of a membrane material other than the ion exchange membrane 6, such as a gas-impermeable membrane material. The gas generated in the small container 21 may be configured not to leak into the container 20.

対電極10としては、作用電極9における酸化還元反応に対して電子の授受を補完する反応が生じ得る材質の電極、例えば炭素電極等を用いることができるが、これに限定されるものではない。   As the counter electrode 10, an electrode made of a material capable of generating a reaction that complements the exchange of electrons with respect to the oxidation-reduction reaction in the working electrode 9, such as a carbon electrode, can be used, but is not limited thereto.

図2に示すバイオリアクタ1によれば、活性化された窒素代謝微生物2を含む培養液4中で亜硝酸イオン含有液を処理することができるので、亜硝酸イオン含有液の亜硝酸イオン濃度を効率よく低減することができる。   According to the bioreactor 1 shown in FIG. 2, since the nitrite ion-containing liquid can be treated in the culture liquid 4 containing the activated nitrogen-metabolizing microorganisms 2, the nitrite ion concentration of the nitrite ion-containing liquid is set. It can be reduced efficiently.

(第一の実施形態B)
図3に示すバイオリアクタ1は、上方が開放されている容器23をイオン交換膜6で仕切ることにより開放された二つの槽が形成され、培養槽7としての一方の槽の上方開放部がガス不透過膜またはガス不透過部材24により塞がれているものとしている。同様に、対電極槽8としての他方の槽の上方開放部もガス不透過膜またはガス不透過性部材24により塞がれているものとしている。培養槽7には被処理液導入部18、処理液排出手段16及び窒素ガス排出手段15を備えるものとしている。尚、図3に示すバイオリアクタ1においては、容器23の密閉性が確保されていれば、培養槽7のヘッドスペースと対電極槽8のヘッドスペースとを完全に仕切る必要はない。
(First embodiment B)
In the bioreactor 1 shown in FIG. 3, two tanks opened by partitioning a container 23 whose upper side is opened by an ion exchange membrane 6 are formed, and the upper open part of one tank as the culture tank 7 is a gas. It is assumed that it is blocked by an impermeable film or a gas impermeable member 24. Similarly, the upper open portion of the other tank as the counter electrode tank 8 is also closed by the gas impermeable film or the gas impermeable member 24. The culture tank 7 is provided with a treatment liquid introducing portion 18, a treatment liquid discharge means 16 and a nitrogen gas discharge means 15. In the bioreactor 1 shown in FIG. 3, it is not necessary to completely partition the head space of the culture tank 7 and the head space of the counter electrode tank 8 as long as the container 23 is sealed.

ガス不透過膜またはガス不透過部材24としては、各種分野で一般に用いられているものを適宜用いることができる。例えば、ガス不透過部材としては、ガラス、プラスチック、絶縁処理を施した金属、コンクリート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、ガス不透過膜としては、例えばイオン交換膜6を用いることができるがこれに限定されるものではない。   As the gas impermeable film or the gas impermeable member 24, those generally used in various fields can be appropriately used. For example, examples of the gas impermeable member include, but are not limited to, glass, plastic, an insulating metal, concrete, and the like. Further, as the gas impermeable membrane, for example, an ion exchange membrane 6 can be used, but is not limited thereto.

図3に示すバイオリアクタ1によれば、図2に示すバイオリアクタ1と同様、活性化された窒素代謝微生物2を含む培養液4中で亜硝酸イオン含有液を処理することができるので、亜硝酸イオン含有液の亜硝酸イオン濃度を効率よく低減することができる。   According to the bioreactor 1 shown in FIG. 3, the nitrite ion-containing solution can be treated in the culture solution 4 containing the activated nitrogen-metabolizing microorganisms 2, as in the bioreactor 1 shown in FIG. The nitrite ion concentration of the nitrate ion-containing liquid can be efficiently reduced.

(第一の実施形態C)
図4に示すバイオリアクタ1は、収容される液体の液面よりも下部に開口部を備える二つの容器25aと25bがイオン交換膜6を介して開口部で連結されてU字型の容器25が形成され、一方の容器25aを密閉構造として培養槽7とし、他方の容器25bも密閉して対電極槽8としている。この場合、培養液4と電解液4aがイオン交換膜6を介して接触すると共に、培養槽7の培養液4の液面よりも上部の空間と対電極槽8の電解液4aの液面よりも上部の空間とが容器25自体のU字型構造によって隔てて配置される。図4に示すバイオリアクタ1によれば、図2に示すバイオリアクタ1と同様、活性化された窒素代謝微生物2を含む培養液4中で亜硝酸イオン含有液を処理することができるので、亜硝酸イオン含有液の亜硝酸イオン濃度を効率よく低減することができる。
(First embodiment C)
In the bioreactor 1 shown in FIG. 4, two containers 25a and 25b each having an opening below the liquid level of the liquid to be accommodated are connected to each other through the ion exchange membrane 6 through the opening to form a U-shaped container 25. The one container 25a is used as a culture tank 7 with a sealed structure, and the other container 25b is also used as a counter electrode tank 8. In this case, the culture solution 4 and the electrolyte solution 4a are in contact with each other through the ion exchange membrane 6, and the space above the liquid level of the culture solution 4 in the culture tank 7 and the liquid level of the electrolyte solution 4a in the counter electrode tank 8 are used. Also, the upper space is spaced apart by the U-shaped structure of the container 25 itself. According to the bioreactor 1 shown in FIG. 4, the nitrite ion-containing solution can be treated in the culture solution 4 containing the activated nitrogen-metabolizing microorganisms 2, as in the bioreactor 1 shown in FIG. The nitrite ion concentration of the nitrate ion-containing liquid can be efficiently reduced.

(第一の実施形態D)
図5に示すバイオリアクタ1は、収容される液体の液面よりも下部に開口部を備える二つの容器26aと26bがイオン交換膜6を介して開口部で連結されてH字型の容器26が形成され、一方の容器26aを密閉構造として培養槽7とし、他方の容器26bも密閉して対電極槽8としている。この場合にも、培養液4と電解液4aがイオン交換膜6を介して接触すると共に、培養槽7の培養液4の液面よりも上部の空間と対電極槽8の電解液4aの液面よりも上部の空間とが容器26自体のH字型構造によって隔てて配置される。図5に示すバイオリアクタ1によれば、図2に示すバイオリアクタ1と同様、活性化された窒素代謝微生物2を含む培養液4中で亜硝酸イオン含有液を処理することができるので、亜硝酸イオン含有液の亜硝酸イオン濃度を効率よく低減することができる。
(First embodiment D)
In the bioreactor 1 shown in FIG. 5, two containers 26a and 26b each having an opening below the liquid level of the liquid to be accommodated are connected through the ion exchange membrane 6 at the opening to connect the H-shaped container 26. The one container 26a is used as a culture tank 7 with a sealed structure, and the other container 26b is also used as a counter electrode tank 8. Also in this case, the culture solution 4 and the electrolyte solution 4a are in contact with each other through the ion exchange membrane 6, and the space above the liquid level of the culture solution 4 in the culture vessel 7 and the solution of the electrolyte solution 4a in the counter electrode vessel 8 are also shown. The space above the surface is separated by the H-shaped structure of the container 26 itself. According to the bioreactor 1 shown in FIG. 5, since the nitrite ion-containing solution can be treated in the culture solution 4 containing the activated nitrogen-metabolizing microorganisms 2, as in the bioreactor 1 shown in FIG. The nitrite ion concentration of the nitrate ion-containing liquid can be efficiently reduced.

<第二の実施形態>
第二の実施形態にかかる窒素代謝微生物の活性化方法は、亜硝酸還元能を有する亜硝酸還元微生物2a及び亜硝酸酸化能を有する亜硝酸酸化微生物2bの少なくともいずれか一方の窒素代謝微生物2と有機物5と酸化還元物質3とを含む培養液4に作用電極9を浸し、培養液4に亜硝酸イオンを溶解させたときの亜硝酸イオンの低減速度が作用電極9へ電位を印加していない場合よりも向上する電位を作用電極9に印加しながら窒素代謝微生物2を培養するようにしている。本実施形態では、培養液4にイオン交換膜6を介して対電極9を接触させるようにしている。つまり、第一の実施形態における窒素代謝微生物の活性化方法とは、電解液4aを用いることなく対電極10を直接イオン交換膜6に接触させている点が異なっている。しかしながら、第一の実施形態のように電解液4aを用いずとも、作用電極9と対電極10との間でイオン交換膜6を介してイオン電流は流れるので、第二の実施形態にかかる窒素代謝微生物の活性化方法によれば、第一の実施形態と同様に作用電極9の電位を制御して、同様の効果を得ることが可能である。
<Second Embodiment>
The method for activating a nitrogen-metabolizing microorganism according to the second embodiment includes at least one of the nitrogen-metabolizing microorganism 2 of at least one of the nitrite-reducing microorganism 2a having a nitrite-reducing ability and the nitrite-oxidizing microorganism 2b having a nitrite-oxidizing ability. When the working electrode 9 is immersed in the culture solution 4 containing the organic substance 5 and the redox substance 3, and the nitrite ions are dissolved in the culture solution 4, the potential for reducing the nitrite ions does not apply a potential to the working electrode 9. Nitrogen-metabolizing microorganisms 2 are cultured while applying a potential that improves more than the case to the working electrode 9. In this embodiment, the counter electrode 9 is brought into contact with the culture solution 4 via the ion exchange membrane 6. That is, the method for activating the nitrogen-metabolizing microorganism in the first embodiment is different in that the counter electrode 10 is brought into direct contact with the ion exchange membrane 6 without using the electrolytic solution 4a. However, since the ionic current flows through the ion exchange membrane 6 between the working electrode 9 and the counter electrode 10 without using the electrolytic solution 4a as in the first embodiment, the nitrogen according to the second embodiment. According to the method for activating metabolic microorganisms, it is possible to obtain the same effect by controlling the potential of the working electrode 9 as in the first embodiment.

第二の実施形態にかかる窒素代謝微生物の活性化方法を利用したバイオリアクタの構成を図6に例示する。図6に示すバイオリアクタ1は、イオン交換膜6を少なくとも一部に備える密閉構造の容器50内に作用電極9と参照電極11が配置され、容器50の外側に対電極10が配置され、容器50に培養液4が収容されると共に作用電極9と参照電極11が培養液4に浸され、容器50のイオン交換膜6は容器50に培養液4が収容されたときに少なくともその一部がイオン交換膜6と接触しうる位置に備えられ、イオン交換膜6の培養液4の接触面とは反対側の面の少なくとも一部に対電極10が接触して配置されているものとしている。図6に示すバイオリアクタ1では、容器50の培養液4の液面よりも下部に開口部50aが設けられ、開口部50aがイオン交換膜6で塞がれ、容器50の外側のイオン交換膜6の表面の少なくとも一部に対電極10が接触して配置されているものとしている。つまり、図6に示すバイオリアクタ1では、容器50全体が培養槽7として機能することとなる。   A configuration of a bioreactor using the method for activating a nitrogen-metabolizing microorganism according to the second embodiment is illustrated in FIG. In the bioreactor 1 shown in FIG. 6, the working electrode 9 and the reference electrode 11 are arranged in a sealed container 50 having at least a part of the ion exchange membrane 6, and the counter electrode 10 is arranged outside the container 50. 50, the culture solution 4 is accommodated, and the working electrode 9 and the reference electrode 11 are immersed in the culture solution 4. At least a part of the ion exchange membrane 6 of the container 50 is contained when the culture solution 4 is accommodated in the container 50. It is assumed that the counter electrode 10 is arranged in contact with at least a part of the surface of the ion exchange membrane 6 opposite to the contact surface of the culture solution 4 provided at a position where it can come into contact with the ion exchange membrane 6. In the bioreactor 1 shown in FIG. 6, an opening 50 a is provided below the liquid level of the culture solution 4 in the container 50, the opening 50 a is closed with the ion exchange membrane 6, and the ion exchange membrane outside the container 50. It is assumed that the counter electrode 10 is disposed in contact with at least a part of the surface of 6. That is, in the bioreactor 1 shown in FIG. 6, the entire container 50 functions as the culture tank 7.

したがって、図6に示すバイオリアクタ1によれば、容器50を密閉構造としているので、第一の実施形態と同様、培養槽7の嫌気性雰囲気を制御し易い。   Therefore, according to the bioreactor 1 shown in FIG. 6, since the container 50 has a sealed structure, it is easy to control the anaerobic atmosphere of the culture tank 7 as in the first embodiment.

尚、図6に示すバイオリアクタ1においては、第一の実施形態と同様に、被処理液導入部18、処理液排出手段16及び窒素ガス排出手段15を備えるようにしているが、上記の通り、被処理液導入方法、処理液排出方法、窒素ガス排出方法はこれらの手段を利用したものには限定されない。また、第一の実施形態と同様に、培養液4に窒素代謝微生物2を担持し得る担体を入れるようにしてもよいし、処理液排出手段16から排出される前に処理液と培養液4とが通過する位置に、担体を処理液及び培養液4から分離する濾過膜または濾過装置を備えるようにして、処理液排出手段16から排出される処理液と培養液4から担体が濾過分離されるようにしてもよい。さらに、第一の実施形態と同様、培養液4に物質を添加・供給する手段を設けるようにしてもよい。   In addition, in the bioreactor 1 shown in FIG. 6, the treatment liquid introduction part 18, the treatment liquid discharge means 16 and the nitrogen gas discharge means 15 are provided as in the first embodiment. The treatment liquid introduction method, the treatment liquid discharge method, and the nitrogen gas discharge method are not limited to those using these means. Similarly to the first embodiment, a carrier capable of supporting the nitrogen-metabolizing microorganisms 2 may be placed in the culture solution 4, or the treatment solution and the culture solution 4 may be discharged before being discharged from the treatment solution discharge means 16. Is provided with a filtration membrane or a filtration device that separates the carrier from the treatment liquid and the culture liquid 4, and the carrier is filtered and separated from the treatment liquid discharged from the treatment liquid discharge means 16 and the culture liquid 4. You may make it do. Furthermore, as in the first embodiment, means for adding and supplying substances to the culture solution 4 may be provided.

以下、図6に示すバイオリアクタ1の詳細について説明する。但し、以下に説明する以外の構成については、第一の実施形態と実質的に同一であり、説明は省略する。   Hereinafter, the details of the bioreactor 1 shown in FIG. 6 will be described. However, configurations other than those described below are substantially the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

容器50は、イオン交換膜6を少なくとも一部に備える密閉構造としている。容器50の材質としては、例えば、ガラス、プラスチック、絶縁処理を施した金属、コンクリート等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。尚、図6では、密閉構造の容器50の培養液4の液面よりも下部に設けられた開口部50aをイオン交換膜6により塞ぐようにしているが、容器50の形態や構造は特に限定されない。例えば容器50全体をイオン交換膜6で形成した袋状の容器としてもよいし、袋状の容器の片面だけをイオン交換膜6で構成してもよいし、一つの面のさらに一部分をイオン交換膜6のみで構成するようにしてもよい。部分的にイオン交換膜6を用いる場合には、その他の部分はガラス等の上記材質で構成してもよいし、イオン交換膜6以外の膜材、例えば培養液4と培養液4中の成分の双方を透過させることがない膜材により構成してもよい。要は、容器50に収容される培養液4が容器50の少なくとも一部を構成するイオン交換膜6と接触しうる構造の容器とすればよい。   The container 50 has a sealed structure including at least a part of the ion exchange membrane 6. Examples of the material of the container 50 include, but are not limited to, glass, plastic, metal subjected to insulation treatment, concrete, and the like. In FIG. 6, the opening 50 a provided below the liquid level of the culture solution 4 in the sealed container 50 is closed by the ion exchange membrane 6, but the form and structure of the container 50 are particularly limited. Not. For example, the entire container 50 may be a bag-shaped container formed of the ion exchange membrane 6, or only one surface of the bag-shaped container may be formed of the ion-exchange membrane 6, or a part of one surface may be ion-exchanged. You may make it comprise only with the film | membrane 6. FIG. When the ion exchange membrane 6 is partially used, the other portions may be made of the above-mentioned material such as glass, or other membrane materials other than the ion exchange membrane 6, such as the culture solution 4 and the components in the culture solution 4. You may comprise by the film | membrane material which does not permeate | transmit both. In short, the culture solution 4 contained in the container 50 may be a container having a structure that can come into contact with the ion exchange membrane 6 constituting at least a part of the container 50.

対電極10は、イオン交換膜6の培養液4との接触面とは反対側の面の少なくとも一部に接触させるようにしている。本実施形態において、対電極10は板状の炭素電極としているが、対電極10の形状と材質はこれに限定されるものではなく、要は、イオン交換膜6との接触が可能な形状であり、且つ作用電極9における酸化還元反応に対して電子の授受を補完する反応を進行させることが可能な材質の電極とすればよい。また、本実施形態では、対電極10の面積をイオン交換膜6の面積よりも大きなものとしてイオン交換膜6全体を対電極10で完全に覆うようにし、イオン交換膜6と対電極10とを接触させるようにしているが、イオン交換膜6の培養液4との接触面とは反対側の面の少なくとも一部に対電極10を接触させればよく、必ずしもイオン交換膜6全体を対電極10で完全に覆うようにしてイオン交換膜6と対電極10とを接触させずともよい。但し、イオン交換膜6全体を対電極10で完全に覆うことで、対電極10をイオン交換膜6の保護材としても機能させることができると共に、培養液4からのイオンの伝達面が増大する結果として、培養液4の電位制御性を高めることができる利点があり、好適である。イオン交換膜6全体を対電極10で完全に覆う方法としては、例えば、容器50の開口部50aの周囲に接着剤を塗布して対電極10を接着することにより、開口部50aを塞ぐイオン交換膜6全体と対電極10とを接触させるようにしてもよいし、容器50の開口部50aの周囲に接着剤を塗布して対電極10の表面の少なくとも一部に塗布形成されたイオン交換膜6を接着することにより、開口部50aをイオン交換膜6で塞ぎつつ、開口部50aを塞ぐイオン交換膜6全体と対電極10とを接触させるようにしてもよい。イオン交換膜6を塗布形成するための薬剤としては、例えばナフィオン分散液が挙げられるが、これに限定されるものではない。また、対電極10の表面にナフィオン分散液を塗布し、ナフィオン分散液が乾燥する前にイオン交換膜6を貼り付けるようにしてもよい。この場合には、イオン交換膜6の対電極10の表面への接着性と接触性とを十分なものとすることができる。   The counter electrode 10 is brought into contact with at least a part of the surface opposite to the contact surface of the ion exchange membrane 6 with the culture solution 4. In the present embodiment, the counter electrode 10 is a plate-like carbon electrode, but the shape and material of the counter electrode 10 are not limited to this, and the shape is that the contact with the ion exchange membrane 6 is essential. The electrode may be made of a material that can advance a reaction that complements the exchange of electrons with respect to the oxidation-reduction reaction in the working electrode 9. In the present embodiment, the counter electrode 10 has a larger area than the ion exchange membrane 6 so that the entire ion exchange membrane 6 is completely covered with the counter electrode 10, and the ion exchange membrane 6 and the counter electrode 10 are covered. The counter electrode 10 may be brought into contact with at least a part of the surface opposite to the contact surface of the ion exchange membrane 6 with the culture solution 4, and the entire ion exchange membrane 6 is not necessarily in contact with the counter electrode. The ion exchange membrane 6 and the counter electrode 10 do not have to be in contact with each other so as to be completely covered with 10. However, by completely covering the entire ion exchange membrane 6 with the counter electrode 10, the counter electrode 10 can function as a protective material for the ion exchange membrane 6, and the ion transmission surface from the culture solution 4 increases. As a result, there is an advantage that the potential controllability of the culture solution 4 can be improved, which is preferable. As a method of completely covering the entire ion exchange membrane 6 with the counter electrode 10, for example, an ion exchange is applied to block the opening 50 a by applying an adhesive around the opening 50 a of the container 50 and bonding the counter electrode 10. The entire membrane 6 and the counter electrode 10 may be brought into contact with each other, or an ion exchange membrane formed by applying an adhesive around the opening 50a of the container 50 and applying it to at least a part of the surface of the counter electrode 10 6 may be adhered, while the opening 50a is closed with the ion exchange membrane 6, and the entire ion exchange membrane 6 closing the opening 50a and the counter electrode 10 may be brought into contact with each other. Examples of the agent for coating and forming the ion exchange membrane 6 include a Nafion dispersion, but are not limited thereto. Alternatively, a Nafion dispersion may be applied to the surface of the counter electrode 10 and the ion exchange membrane 6 may be attached before the Nafion dispersion is dried. In this case, the adhesion and contact properties of the ion exchange membrane 6 to the surface of the counter electrode 10 can be made sufficient.

ここで、対電極10は多孔質体とすることが好適である。この場合には、イオン交換膜6と対電極10との接触面で発生したガスを接触面とは反対側の面に通過させやすくなる。尚、対電極10を多孔質体とし、ナフィオン分散液を用いてイオン交換膜6を貼り付けることで、ナフィオン分散液の多孔質体の孔への侵入によりイオン交換膜6と対電極10との接触面積を増大させて電気化学反応をより進行させやすくすることができ、好適である。   Here, the counter electrode 10 is preferably a porous body. In this case, the gas generated at the contact surface between the ion exchange membrane 6 and the counter electrode 10 can easily pass through the surface opposite to the contact surface. In addition, the counter electrode 10 is made a porous body, and the ion exchange membrane 6 is attached using a Nafion dispersion liquid, whereby the ion exchange membrane 6 and the counter electrode 10 are separated by the penetration of the Nafion dispersion liquid into the pores of the porous body. The contact area can be increased to facilitate the progress of the electrochemical reaction, which is preferable.

上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。   The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、図7に示すように、培養液4と電解質4aをイオン交換膜6ではなく、イオンや微生物を一切透過させることのない不透過部材40で隔て、あるいは培養槽7と対電極槽8を別の容器で形成し、塩橋41(寒天等にKCl等の飽和電解質溶液を入れたもの)を介して培養液4と電解質4aを接触(液絡)させるようにしてもよい。この場合にも、塩橋41によってイオン電流の流れが許容されると共に、酸化還元物質3の対電極槽8への透過を防ぐことができるので、上述の実施形態と同様の効果が得られる。   For example, as shown in FIG. 7, the culture solution 4 and the electrolyte 4a are separated not by the ion exchange membrane 6 but by the impervious member 40 that does not allow any permeation of ions or microorganisms, or the culture vessel 7 and the counter electrode vessel 8 are separated. It may be formed in a separate container, and the culture solution 4 and the electrolyte 4a may be brought into contact (liquid junction) via the salt bridge 41 (agar or the like containing a saturated electrolyte solution such as KCl). Also in this case, the flow of ion current is allowed by the salt bridge 41 and the permeation of the redox material 3 to the counter electrode tank 8 can be prevented, so that the same effect as in the above embodiment can be obtained.

また、本発明の窒素代謝微生物の活性化方法により活性化された亜硝酸還元微生物2aを含む培養液4中で亜硝酸イオン含有液を処理する場合、亜硝酸イオン含有液には、硝酸イオンが含まれていてもよい。この場合には、亜硝酸還元微生物2aにより、亜硝酸イオンと硝酸イオンの双方を効率よく窒素ガスに還元することができる。また、亜硝酸イオン含有液には、窒素代謝微生物2の炭素源となる有機物5が含まれていてもよい。この場合、亜硝酸イオン含有液に含まれる有機物5を窒素代謝微生物2が炭素源として利用して分解しながら、亜硝酸イオンの還元または酸化を行うことができ、亜硝酸イオン含有液に含まれる亜硝酸イオン濃度の低減と同時にTOC濃度の低減を図ることもできる。   When the nitrite ion-containing solution is treated in the culture solution 4 containing the nitrite-reducing microorganism 2a activated by the method for activating the nitrogen-metabolizing microorganism of the present invention, nitrate ions are contained in the nitrite ion-containing solution. It may be included. In this case, the nitrite reducing microorganism 2a can efficiently reduce both nitrite ions and nitrate ions to nitrogen gas. In addition, the nitrite ion-containing liquid may contain an organic substance 5 that is a carbon source of the nitrogen-metabolizing microorganism 2. In this case, the organic substance 5 contained in the nitrite ion-containing liquid can be reduced or oxidized while being decomposed by the nitrogen-metabolizing microorganism 2 as a carbon source, and is contained in the nitrite ion-containing liquid. The TOC concentration can be reduced simultaneously with the reduction of the nitrite ion concentration.

また、本発明の窒素代謝微生物の活性化方法により活性化された亜硝酸還元微生物2aまたは亜硝酸酸化微生物2bを利用して、亜硝酸生成微生物により生成される亜硝酸イオンを酸化または還元してその濃度を低減することで、亜硝酸生成微生物が自ら生成した亜硝酸イオンの毒性によってその生育が阻害されることがなく、亜硝酸生成微生物を良好に培養することが可能となる。例えば、硝酸イオンを最終電子受容体として硝酸呼吸を行うことにより亜硝酸イオンを生成する硝酸呼吸能を有する微生物は自然界に広く存在している。具体的には、例えば、アルカリゲネス(Alcaligenes)属、アグロバクテリウム(Agrobacterium)属、アクアスピリラム(Aquaspirillum)属、アゾスピリラム(Azospirillum)属、バチルス(Bacillus)属、ブラストバクター(Blastobacter)属、ブラディリゾビウム(Bradyrhizobium)属、ブランハメラ(Branhamella)属、クロモバクテリウム(Chromobacterium)属、サイトファーガ(Cytophaga)属、エンテロバクター(Enterobacter)属、エシェリキア(Escherichia)属、フラボバクテリウム(Flavobacterium)属、フレキシバクター(Flexibacter)属、ハロバクテリウム(Halobacterium)属、ヒポミクロビウム(Hyphomicrobium)属、キンゲラ(Kingella)属、クレブシエラ(Klebsiella)属、リソバクター(Lysobacter)属、ネイセイリア(Neisseiria)属、パラコッカス(Paracoccus)属、プロピオニバクテリウム(Propionibacterium)属、シュードモナス(Pseudomonas)属、リゾビウム(Rhizobium)属、ウォリネラ(Wolinella)属、ロドシュードモナス(Rhodopseudomonas)属、チオバチルス(Thiobacillus)属、ニトロソモナス(Nitrosomonas)属、チオミクロスピラ(Thiomicrospira)属、チオスフェラ(Thiosphera)属等が挙げられる。ここで、大腸菌(Escherichia coli)、ブラディリゾビウム ジャポニカム(Bradyrhyzobium japonicum)、クレブシエラ プネウモニア(Klebsiella pneumonia)、エンテロバクター エアロゲネス(Enterobacter aerogenes)、チオバチルス チオパラス(Thiobacillus thioparus)、リゾバクター アンチビオティカム(Lysobacter antibioticum)等は、硝酸呼吸能を有する微生物の中でも特に、硝酸呼吸により培養液に亜硝酸イオンが蓄積されやすい微生物であり、亜硝酸イオンの生物毒性によって、生育が阻害されやすく、培養し難い。しかしながら、本発明の窒素代謝微生物の活性化方法により活性化された亜硝酸還元微生物2aまたは亜硝酸酸化微生物2bを利用してこれらの微生物により生成される亜硝酸イオンを酸化または還元してその濃度を低減することで、これらの微生物が自ら生成した亜硝酸イオンの毒性によってその生育が阻害されることがなく、従来は培養が難しかったこれらの微生物を良好に培養(集積培養)することが可能となる。   In addition, the nitrite-reducing microorganism 2a or the nitrite-oxidizing microorganism 2b activated by the method for activating a nitrogen-metabolizing microorganism of the present invention is used to oxidize or reduce nitrite ions produced by a nitrite-producing microorganism. By reducing the concentration, the growth of the nitrite-producing microorganism can be favorably cultured without being inhibited by the toxicity of the nitrite ions produced by the nitrite-producing microorganism itself. For example, microorganisms having nitrate respiration ability that generate nitrite ions by performing nitrate respiration using nitrate ions as the final electron acceptors are widely present in nature. Specifically, for example, the genus Alcaligenes, the genus Agrobacterium, the genus Aquaspirillum, the genus Azospirillum, the genus Bacillus, the genus Blastobacter, the Bradyrizo Genus Bradyrhizobium, genus Branhamella, genus Chromobacterium, genus Cytophaga, genus Enterobacter, genus Escherichia, genus Flavobacterium, Flexibacter genus, Halobacterium genus, Hyphomicrobium genus, Kingella genus, Klebsiella genus, Lysobacter genus, Neisseiria genus, Paracoccus genus Propionibacterium Propionibacterium, Pseudomonas, Rhizobium, Wolinella, Rhodopseudomonas, Thiobacillus, Nitrosomonas, Thiospira Genus, Thiosphera genus and the like. Where Escherichia coli, Bradyrhyzobium japonicum, Klebsiella pneumonia, Enterobacter aerogenes, Thiobacillus thioparum ys, and Thiobacillus thioparum ys ) Etc. are microorganisms having nitrate respiration ability, in particular, microorganisms in which nitrite ions are likely to be accumulated in the culture solution due to nitrate respiration. Growth is likely to be hindered due to the biotoxicity of nitrite ions and difficult to culture. However, the nitrite-reducing microorganisms 2a or the nitrite-oxidizing microorganisms 2b activated by the method for activating the nitrogen-metabolizing microorganisms of the present invention are used to oxidize or reduce nitrite ions produced by these microorganisms and to reduce their concentrations. These microorganisms can be well cultivated (accumulated culture) without the growth being hindered by the toxicity of nitrite ions produced by these microorganisms. It becomes.

特に、本発明の窒素代謝微生物の活性化方法により亜硝酸酸化微生物2bを活性化させた場合には、この微生物の機能により、亜硝酸イオンを硝酸イオンに酸化することができるので、この硝酸イオンを上記硝酸呼吸能を有する微生物に供給して硝酸呼吸を行わせ、硝酸呼吸により生じた亜硝酸イオンを亜硝酸酸化微生物2bに供給して亜硝酸イオンを硝酸イオンに酸化させるといった、いわば硝酸イオンと亜硝酸イオンの循環経路を確立することができる。したがって、亜硝酸酸化微生物2bと共に硝酸呼吸能を有する微生物を効率よく培養することができる。本発明の窒素代謝微生物の活性化方法により亜硝酸還元微生物2aを活性化させた場合には、上記循環経路は確立されないものの、硝酸イオンを定期的に又は随意に培養液に供給することで、硝酸呼吸能を有する微生物に硝酸呼吸を行わせて、亜硝酸還元微生物2aと共に培養することができる。   In particular, when the nitrite oxidizing microorganism 2b is activated by the method for activating a nitrogen-metabolizing microorganism of the present invention, nitrite ions can be oxidized into nitrate ions by the function of the microorganisms. Nitrate ions are supplied to the above microorganisms having nitrate respiration ability, nitrate respiration is performed, nitrite ions generated by nitrate respiration are supplied to the nitrite oxidizing microorganism 2b, and nitrite ions are oxidized to nitrate ions. And the circulation route of nitrite ion can be established. Therefore, a microorganism having nitrate respiration ability can be efficiently cultured together with the nitrite oxidizing microorganism 2b. When the nitrite-reducing microorganism 2a is activated by the method for activating the nitrogen-metabolizing microorganism of the present invention, although the above-mentioned circulation path is not established, nitrate ions are periodically or optionally supplied to the culture solution, Nitrogen respiration can be performed by a microorganism having nitrate respiration ability and cultured with the nitrite-reducing microorganism 2a.

また、亜硝酸生成微生物は、単独で硝酸イオンを亜硝酸イオン経由で窒素に変換する菌(脱窒菌)としてもよい。即ち、本発明の窒素代謝微生物の活性化方法により活性化された亜硝酸還元微生物2aまたは亜硝酸酸化微生物2bを利用して、単独で硝酸イオンを亜硝酸イオン経由で窒素に変換する菌(脱窒菌)により硝酸イオンが還元されて生成される亜硝酸イオンを還元または酸化してその濃度を低減することで、脱窒菌が自ら生成した亜硝酸イオンの毒性によってその生育が阻害されることがなく、脱窒菌を良好に培養することが可能となる。したがって、従来は培養が難しかった一部の脱窒菌を良好に培養(集積培養)することが可能となる。また、培養液4に単独で硝酸イオンを亜硝酸イオン経由で窒素に変換する菌(脱窒菌)と亜硝酸還元微生物2aを含ませ、本発明の窒素代謝微生物の活性化方法により活性化された亜硝酸還元微生物2aを利用して亜硝酸還元反応を促進させることで、脱窒菌の生育を良好なものとして、さらには従来は培養が難しかった一部の脱窒菌を良好に培養し得ることによって、脱窒プロセス全体を促進し得るので、脱窒反応を利用した硝酸イオン及び亜硝酸イオンを含む廃水等の水処理プロセスの効率化を図ることも可能となる。   Further, the nitrite-producing microorganism may be a bacterium (denitrifying bacterium) that converts nitrate ions into nitrogen via nitrite ions alone. That is, by using the nitrite-reducing microorganism 2a or the nitrite-oxidizing microorganism 2b activated by the method for activating the nitrogen-metabolizing microorganism of the present invention, a bacterium that converts nitrate ions to nitrogen via nitrite ions alone (deoxidation). By reducing or oxidizing the nitrite ions produced by the reduction of nitrate ions by nitrifying bacteria, the concentration of the nitrite ions is reduced, so that the growth of the nitrite ions is not hindered by the toxicity of the nitrite ions produced by the denitrifying bacteria. It becomes possible to culture the denitrifying bacteria well. Therefore, it is possible to satisfactorily culture (accumulate culture) some of the denitrifying bacteria that were conventionally difficult to culture. In addition, the culture solution 4 contains bacteria (denitrifying bacteria) that convert nitrate ions to nitrogen via nitrite ions and nitrite-reducing microorganisms 2a, and was activated by the method for activating nitrogen-metabolizing microorganisms of the present invention. By promoting the nitrite reduction reaction using the nitrite-reducing microorganism 2a, the growth of the denitrifying bacteria can be improved, and further, some of the denitrifying bacteria that have conventionally been difficult to culture can be successfully cultured. Since the entire denitrification process can be promoted, it is possible to improve the efficiency of a water treatment process such as waste water containing nitrate ions and nitrite ions using the denitrification reaction.

以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はこれら実施例に限られるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

尚、本実施例における電位は、全て銀・塩化銀電極電位を基準とするものである。   The potentials in this example are all based on the silver / silver chloride electrode potential.

<実験装置>
図8に示す電気培養装置1により実験を行った。培養槽7としての容器20は250mL容のガラスバイアル瓶(Duran製)とした。培養液4は200mL収容した。容器20には蓋30をした。蓋30の上面30aにはシリコーンゴム栓を設けて、配線や電極、管と通した際の密閉性を確保した。
<Experimental equipment>
Experiments were performed using the electroculture apparatus 1 shown in FIG. The container 20 as the culture tank 7 was a 250 mL glass vial (manufactured by Duran). 200 mL of culture solution 4 was stored. The container 20 has a lid 30. A silicone rubber stopper was provided on the upper surface 30a of the lid 30 to ensure hermeticity when it was passed through wiring, electrodes, and tubes.

対電極槽8としての小容器21は、イオン交換膜6を成型して袋状(以下、袋21と呼ぶ)とした。実験で用いた小容器21の形態を図9に示す。具体的には、陽イオン交換膜(デュポン製、ナフィオンK)をヒートシーラーで熱圧着により加工して上部が開口した袋状の容器21とし、袋21の内部には電解液4aを収容すると共に対電極10を収容して電解液4aに浸した。そして、対電極10と電位制御装置12を結線するための配線31をガス排出管22に通した。ガス排出管22は両端が開口されており、一端を小容器21の内部に、他端を容器20の外側に配置するようにして、小容器21内で発生するガスが容器20の外側に排出されるようにした。袋状の小容器21の上部の開口部は、シリコン接着剤32で塞いだ。   The small container 21 as the counter electrode tank 8 was formed into a bag shape (hereinafter referred to as a bag 21) by molding the ion exchange membrane 6. The form of the small container 21 used in the experiment is shown in FIG. Specifically, a cation exchange membrane (manufactured by DuPont, Nafion K) is processed by thermocompression bonding with a heat sealer to form a bag-like container 21 having an upper opening, and the bag 21 contains the electrolyte 4a. The counter electrode 10 was accommodated and immersed in the electrolyte solution 4a. Then, a wiring 31 for connecting the counter electrode 10 and the potential control device 12 was passed through the gas exhaust pipe 22. Both ends of the gas discharge pipe 22 are open, and one end is disposed inside the small container 21 and the other end is disposed outside the container 20, so that gas generated in the small container 21 is discharged outside the container 20. It was made to be. The opening at the top of the bag-like small container 21 was closed with a silicon adhesive 32.

小容器21と作用電極9とを培養液4に浸漬し、小容器21のガス排出管22と作用電極9の配線は蓋30に設けたシリコーンゴム栓に通して容器20の外側に引き出した。参照電極11(RE-1B, ビー・エー・エス株式会社)は容器20の外側からシリコーンゴム栓に通して差し込むことにより培養液4と接触させた。処理液排出管16は容器20の外側からシリコーンゴム栓に通して差し込むことによりその一端を培養液4と接触させた。作用電極9と対電極10と参照電極11とを3電極式の電位制御装置(ポテンシオスタット)12に結線して、培養液4の電位を厳密に制御可能とした。処理液排出管16の他端は注射器と接続して培養液4を採取可能とした。   The small container 21 and the working electrode 9 were immersed in the culture solution 4, and the gas discharge pipe 22 of the small container 21 and the wiring of the working electrode 9 were drawn out of the container 20 through a silicone rubber stopper provided on the lid 30. The reference electrode 11 (RE-1B, BSS Co., Ltd.) was brought into contact with the culture solution 4 by being inserted from the outside of the container 20 through a silicone rubber stopper. The treatment liquid discharge pipe 16 was inserted from the outside of the container 20 through a silicone rubber stopper so that one end thereof was brought into contact with the culture liquid 4. The working electrode 9, the counter electrode 10, and the reference electrode 11 were connected to a three-electrode potential controller (potentiostat) 12 so that the potential of the culture solution 4 could be strictly controlled. The other end of the treatment liquid discharge pipe 16 was connected to a syringe so that the culture solution 4 could be collected.

<培養液>
培養槽7には、以下の組成の培養液を収容した。尚、以下の組成のうち、KHCOとプロピオン酸が微生物2の炭素源として機能する。
[培養液組成]
・KHCO :500ppm
・KHPO :27ppm
・MgSO・7HO :300ppm
・CaCl・2HO :180ppm
・プロピオン酸 :1mM
・微量元素(Zn、Co、Mn、Cu、Mo、Ni、Se、B、Fe) :1mL
<Culture solution>
The culture tank 7 contained a culture solution having the following composition. In the following composition, KHCO 3 and propionic acid function as a carbon source of the microorganism 2.
[Culture solution composition]
・ KHCO 3 : 500ppm
・ KH 2 PO 4 : 27 ppm
・ MgSO 4 · 7H 2 O: 300 ppm
・ CaCl 2 · 2H 2 O: 180 ppm
・ Propionic acid: 1 mM
Trace elements (Zn, Co, Mn, Cu, Mo, Ni, Se, B, Fe): 1 mL

<電解液>
後述する酸化還元物質3(アントラキノン2,6−ジスルホン酸:AQDS)を含まないことを除いて培養液4と同一成分とした。
<Electrolyte>
It was set as the same component as the culture solution 4 except not containing the redox substance 3 (anthraquinone 2, 6- disulfonic acid: AQDS) mentioned later.

(実施例1)
アンモニウムイオンの酸化還元特性について検討した。
Example 1
The redox properties of ammonium ions were investigated.

培養液4にアンモニウムイオンとしてNHClを10mM添加し、作用電極9を炭素電極(BAS社製)とし、対電極10を白金棒電極(自作)として、上記実験装置を用いてサイクリックボルタンメトリーにより酸化還元特性を測定した(掃引速度100mV/s)。結果を図10に示す。図10に示される結果から、アンモニウムイオンは、−1.5V〜+1.5Vの範囲では酸化還元されないことが明らかとなった。 By adding 10 mM NH 4 Cl as ammonium ion to the culture solution 4, using the working electrode 9 as a carbon electrode (manufactured by BAS) and the counter electrode 10 as a platinum rod electrode (manufactured), cyclic voltammetry using the above experimental apparatus Redox characteristics were measured (sweep speed 100 mV / s). The results are shown in FIG. From the results shown in FIG. 10, it was clarified that ammonium ions are not oxidized and reduced in the range of −1.5V to + 1.5V.

(実施例2)
亜硝酸イオンの酸化還元特性について検討した。
(Example 2)
The redox characteristics of nitrite ion were investigated.

培養液4に亜硝酸イオンとしてKNOを10mM添加し、作用電極9を炭素電極(BAS社製)とし、対電極10を白金棒電極(自作)として、上記実験装置を用いてサイクリックボルタンメトリーにより酸化還元特性を測定した(掃引速度100mV/s)。結果を図11に示す。図11に示される結果から、亜硝酸イオンは、+0.7V以上で酸化されるが、−1.5V〜+0.7V未満の範囲では酸化還元されないことが明らかとなった。 By adding 10 mM of KNO 2 as nitrite ion to the culture solution 4, using the working electrode 9 as a carbon electrode (manufactured by BAS) and the counter electrode 10 as a platinum rod electrode (self-made), cyclic voltammetry using the above experimental apparatus Redox characteristics were measured (sweep speed 100 mV / s). The results are shown in FIG. From the results shown in FIG. 11, it became clear that nitrite ions are oxidized at +0.7 V or higher, but are not oxidized and reduced in the range of −1.5 V to less than +0.7 V.

(実施例3)
培養液4に、微生物2として(九十九里、2009年04月18日)から採取した水田土壌を 2g、酸化還元物質3としてアントラキノン2,6−ジスルホン酸(AQDS)を2mM添加した。作用電極9と対電極10は炭素電極とした。また、培養液4にはスポンジ(東和産業株式会社製、商品名:ピカるちゃんキューブ)を200mLの培養液4に対して10mm×10mm×15mmに切ったスポンジ16個を添加して、試験期間中の培養液4の抜き取りの際の微生物2の流出や減少を抑制した。
(Example 3)
2 g of paddy field soil collected from the microorganism 2 (Kukyukuri, April 18, 2009) and 2 mM of anthraquinone 2,6-disulfonic acid (AQDS) as the redox substance 3 were added to the culture solution 4. The working electrode 9 and the counter electrode 10 were carbon electrodes. In addition, 16 sponges made by cutting sponge (made by Towa Sangyo Co., Ltd., trade name: Pikaru-chan cube) into 200 mL culture solution 4 in 10 mm x 10 mm x 15 mm were added to culture solution 4 for the test period. The outflow and decrease of the microorganisms 2 during the withdrawal of the culture medium 4 inside were suppressed.

培養液4には、亜硝酸イオン源としてKNOを50ppm添加し、アンモニウムイオン源として(NHSOを50ppm添加した。また、試験期間中には、定期的にKNO、(NHSO、炭素源であるKHCOとプロピオン酸、微量元素を添加するようにした。KHCO、プロピオン酸、微量元素は定期的に初期値と同一量を添加した(18日、40日、60日)。アンモニウムイオンは5日後に約100ppmに設定した後は添加しなかった。亜硝酸イオンは約5日ごとにサンプリングおよび測定を行い、低下が見られたら添加する方針で運転を行い、段階的にKNO2負荷を上昇させた。具体的には、5日目:50ppm, 5日目〜20日目:17.5ppm, 21日目〜32日目35ppm、33日目〜48日目:70ppm、49日目以降210ppmとし、56日目のみは525ppmとして大幅に負荷を上昇させた。 To the culture solution 4, 50 ppm of KNO 2 was added as a nitrite ion source, and 50 ppm of (NH 4 ) 2 SO 4 was added as an ammonium ion source. During the test period, KNO 2 , (NH 4 ) 2 SO 4 , KHCO 3 as a carbon source, propionic acid, and trace elements were added periodically. KHCO 3 , propionic acid, and trace elements were periodically added in the same amounts as the initial values (18 days, 40 days, 60 days). Ammonium ions were not added after setting to about 100 ppm after 5 days. Nitrite ions were sampled and measured approximately every 5 days, and when a decrease was observed, operation was performed with the policy of adding them, and the KNO 2 load was increased stepwise. Specifically, Day 5: 50 ppm, Day 5 to Day 20: 17.5 ppm, Day 21 to Day 32 35 ppm, Day 33 to Day 48: 70 ppm, Day 49 and after 210 ppm, 56 days Only the eyes increased the load significantly at 525 ppm.

蓋30に備えられたシリコーンゴム栓に注射針を2本刺し、一方の注射針からNガスを1時間通気することにより、培養液4の液面上部のヘッドスペースをNガスで置換した。培養液4は攪拌子34で攪拌させ、37℃で培養試験を実施した。 Two injection needles were inserted into the silicone rubber stopper provided in the lid 30 and N 2 gas was aerated for one hour from one of the injection needles to replace the head space above the liquid level of the culture solution 4 with N 2 gas. . The culture solution 4 was stirred with a stirrer 34 and a culture test was performed at 37 ° C.

培養試験の条件は以下の通りとした。
・通電無し(73mV)
・+0.2V
・+0.6V
・−0.6V
The conditions for the culture test were as follows.
・ No power supply (73 mV)
・ + 0.2V
・ + 0.6V
-0.6V

試験期間中の培養液のアンモニウムイオン濃度、亜硝酸イオン濃度、硝酸イオン濃度はイオンクロマトグラフィー(製品名:ICS-1500、メーカー:DIONEX)、TOC濃度はTOCアナライザー(型番TNC-6000、装置名Automatic TOC analyzer, メーカー:Toray)にて測定した。   The ammonium ion concentration, nitrite ion concentration, and nitrate ion concentration of the culture solution during the test period are ion chromatography (product name: ICS-1500, manufacturer: DIONEX), TOC concentration is TOC analyzer (model number TNC-6000, device name Automatic) TOC analyzer, manufacturer: Toray).

通電無しにおける試験結果を図12に示し、+0.2Vにおける試験結果を図13に示し、+0.6Vにおける試験結果を図14に示し、−0.6Vにおける試験結果を図15に示す。尚、図12〜図15中、◆がアンモニウムイオン濃度、×がTOC濃度、■が硝酸イオン濃度、▲が亜硝酸イオン濃度を表している。   FIG. 12 shows the test results without energization, FIG. 13 shows the test results at +0.2 V, FIG. 14 shows the test results at +0.6 V, and FIG. 15 shows the test results at -0.6 V. In FIGS. 12 to 15, ♦ represents the ammonium ion concentration, x represents the TOC concentration, ■ represents the nitrate ion concentration, and ▲ represents the nitrite ion concentration.

通電無しの条件及び+0.2Vの場合には、添加した亜硝酸イオンの量に応じて亜硝酸イオンの濃度が増加するのみであった。これに対し、+0.6Vでは亜硝酸イオン濃度の減少に対応して、硝酸イオン濃度が増加する傾向が見られた。また、−0.6Vでは亜硝酸イオン濃度の減少に対応して、培養液4からの顕著な泡発生がみられた。これらの結果から、+0.6Vでは培養液4中の亜硝酸酸化細菌が活性化して亜硝酸イオンが硝酸イオンに酸化され、−0.6Vでは亜硝酸還元細菌が活性化して亜硝酸イオンが窒素ガスに還元されていることが考えられた。   In the case of no energization and +0.2 V, the concentration of nitrite ions only increased according to the amount of nitrite ions added. On the other hand, at +0.6 V, there was a tendency for the nitrate ion concentration to increase corresponding to the decrease in the nitrite ion concentration. In addition, at -0.6 V, significant bubble generation from the culture solution 4 was observed corresponding to the decrease in the nitrite ion concentration. From these results, at +0.6 V, nitrite oxidizing bacteria in the culture solution 4 are activated and nitrite ions are oxidized to nitrate ions, and at −0.6 V, nitrite reducing bacteria are activated and nitrite ions are converted to nitrogen. It was thought that it was reduced to gas.

(実施例4)
培養液中の菌数、亜硝酸還元反応を担う遺伝子であるnirK及びnirSについて、遺伝子学的に解析を実施した。
Example 4
Genetic analysis was performed on the number of bacteria in the culture solution and irK and irS, which are genes responsible for the nitrite reduction reaction.

<培養液からのDNA抽出>
試験終了後に培養液4を50mL採取し、遠心分離して菌体を回収した。そして回収した菌体からPowerMicrobial Maxi DNA isolation kit (MO BIO)を用いてゲノムDNAの抽出を行い、最終的に2mlの精製DNAを得た。また、参照データとして、試験開始前の培養液4を50mL採取して、上記と同様、ゲノムDNAの抽出を行った。
<DNA extraction from culture medium>
After completion of the test, 50 mL of the culture solution 4 was collected and centrifuged to collect the cells. Then, genomic DNA was extracted from the collected cells using Power Microbial Maxi DNA isolation kit (MO BIO), and finally 2 ml of purified DNA was obtained. As reference data, 50 mL of the culture solution 4 before the start of the test was collected, and genomic DNA was extracted as described above.

<微生物の定量>
培養液中に含まれる亜硝酸還元(脱窒プロセス)に関わる微生物の定量を行うために、Light Cycler ST300(Roche)を用いてリアルタイムPCRを行った。
<Quantification of microorganisms>
Real-time PCR was performed using Light Cycler ST300 (Roche) in order to quantify microorganisms involved in nitrite reduction (denitrification process) contained in the culture solution.

まず、培養液に含まれる全菌量を測定するために、LightCycler TaqMan Master(Roche)を用い、Taq−Man probe法により16Sr DNAを定量した。   First, in order to measure the total amount of bacteria contained in the culture solution, 16Sr DNA was quantified by the Taq-Man probe method using a LightCycler TaqMan Master (Roche).

亜硝酸還元反応を担う遺伝子であるnirK、nirS遺伝子は、Light Cycler Fast start DNA Master SYBR Green I (Roche)を用いSYBR Green法により定量した。   NirK and irS genes that are genes responsible for the nitrite reduction reaction were quantified by the SYBR Green method using Light Cycler Fast start DNA Master SYBR Green I (Roche).

定量はSecond derivative maximum法によりCp値(Crossing point、蛍光強度増加曲線の二次導関数が最大に達した点)を算出し、全菌数については検量線と照らし合わせて絶対定量を行い、nirK、nirSについては通電せずに培養を行った場合を1とした相対定量を行った。   For quantification, the Cp value (Crossing point, the point at which the second derivative of the fluorescence intensity increase curve reaches the maximum) is calculated by the second derivative maximum method, and the total number of bacteria is absolute quantified by comparing with the calibration curve. The relative quantification was performed with respect to nirS, assuming that the culture was performed without energization.

検量線はリアルタイムPCRに用いたプライマーで増幅した大腸菌JM109株の16Sr RNA遺伝子をクローニングしたプラスミド(pT7Blue)を標準物質として10倍希釈の希釈系列をサンプルとしてリアルタイムPCRを行うことにより作成した。   A calibration curve was prepared by performing real-time PCR using a 10-diluted dilution series as a sample with a plasmid (pT7Blue) obtained by cloning the 16S rRNA gene of E. coli JM109 strain amplified with the primers used for real-time PCR as a standard substance.

各実験に用いたプライマー及びプローブ、PCR条件は以下の通りとした。   Primers, probes, and PCR conditions used in each experiment were as follows.

(1)全菌
プライマー及びプローブは以下の通りとした。
・Uni340F:CCTACGGGRBGCASCAG(配列番号1)
・Uni806R:GGACTACNNGGGTATCTAAT(配列番号2)
・Uni516F (TaqMan probe):TGYCAGCMGCCGCGGTAAHACVNRS(配列番号3)
(5'6-FAM、3'TAMRA)
PCR条件は、以下の通りとし、(ii)〜(iv)を40サイクル実施した。
・(i)95℃10分→(ii)95℃10秒→(iii)50℃45秒→(iv)72℃1秒
(1) Whole bacteria Primers and probes were as follows.
・ Uni340F: CCTACGGGRBGCASCAG (SEQ ID NO: 1)
・ Uni806R: GGACTACNNGGGTATCTAAT (SEQ ID NO: 2)
・ Uni516F (TaqMan probe): TGYCAGCMGCCGCGGTAAHACVNRS (SEQ ID NO: 3)
(5'6-FAM, 3'TAMRA)
PCR conditions were as follows, and (ii) to (iv) were performed 40 cycles.
・ (I) 95 ° C. for 10 minutes → (ii) 95 ° C. for 10 seconds → (iii) 50 ° C. for 45 seconds → (iv) 72 ° C. for 1 second

(2)nirK遺伝子
プライマーは以下の通りとした。
・nirK876 : ATYGGCGGVAYGGCGA(配列番号4)
・nirK1040 : GCCTCGATCAGRTTRTGGTT(配列番号5)
PCR条件は、以下の通りとし、(ii)〜(iv)を32サイクル実施した。
・(i)95℃10分→(ii)95℃10秒→(iii)60℃30秒→(iv)72℃30秒
(2) NirK gene Primers were as follows.
NirK876: ATYGGCGGVAYGGCGA (SEQ ID NO: 4)
NirK1040: GCCTCGATCAGRTTRTGGTT (SEQ ID NO: 5)
PCR conditions were as follows, and (ii) to (iv) were performed 32 cycles.
(I) 95 ° C. for 10 minutes → (ii) 95 ° C. for 10 seconds → (iii) 60 ° C. for 30 seconds → (iv) 72 ° C. for 30 seconds

(3)nirS遺伝子
プライマーは以下の通りとした。
・nirSCd3aF : AACGYSAAGGARACSGG(配列番号6)
・nirSR3cd : GASTTCGGRTGSGTCTTSAYGAA(配列番号7)
PCR条件は、以下の通りとし、(ii)〜(iii)を40サイクル実施した。
・(i)95℃10分→(ii)95℃10秒→(iii)65℃20秒
(3) NirS gene Primers were as follows.
NirSCd3aF: AACGYSAAGGARACSGG (SEQ ID NO: 6)
NirSR3cd: GASTTCGGRTGSGTCTTSAYGAA (SEQ ID NO: 7)
PCR conditions were as follows, and (ii) to (iii) were performed 40 cycles.
・ (I) 95 ° C. for 10 minutes → (ii) 95 ° C. for 10 seconds → (iii) 65 ° C. for 20 seconds

全菌の定量結果を図16に示し、nirK遺伝子の定量結果を図17に示し、nirS遺伝子の定量結果を図18に示す。   The quantification result of all the bacteria is shown in FIG. 16, the quantification result of the nirK gene is shown in FIG. 17, and the quantification result of the mirS gene is shown in FIG.

図16に示される結果から、通電した全ての場合において、通電無しの場合と比較して菌数が増大することが明らかとなり、特に−0.6Vにおいて菌数の増大が顕著であった。   From the results shown in FIG. 16, it was revealed that the number of bacteria increased in all energized cases compared to the case without energization, and the increase in the number of bacteria was particularly remarkable at −0.6V.

また、図17及び図18に示される結果から、電した全ての場合において、通電無しの場合と比較してnirK及びnirSの増加が見られ、特に−0.6Vにおいてその傾向が顕著であった。   Further, from the results shown in FIG. 17 and FIG. 18, in all cases where electricity was applied, an increase in mirK and mirS was observed compared to the case where no electricity was supplied, and the tendency was particularly remarkable at −0.6V. .

(実施例5)
試験終了後の培養液の微生物叢解析を実施した。
(Example 5)
Microbial flora analysis of the culture broth after the test was completed.

PCRにより16S rRNA遺伝子のV3領域(約200bp)を増幅した。PCRはEx-taq polymerase (Takara bio, Japan)及び以下のEscherichia coli由来16S rRNA 遺伝子 (EMBL/GenBank/DDBJ accession number X80721) の配列を元に作成した以下のプライマーを用いて行った。
・forward primer 5’-CCTACGGGAGGCAGCAG-3’
(Escherichia coli 由来16S rRNA 遺伝子における341番目に相当、配列番号8)
・reverse primer 5’-ATTACCGCGGCTGCTGG-3’
(Escherichia coli 由来16S rRNA 遺伝子における517番目に相当、配列番号9)
The V3 region (about 200 bp) of the 16S rRNA gene was amplified by PCR. PCR was performed using Ex-taq polymerase (Takara bio, Japan) and the following primers prepared based on the following Escherichia coli-derived 16S rRNA gene (EMBL / GenBank / DDBJ accession number X80721).
・ Forward primer 5'-CCTACGGGAGGCAGCAG-3 '
(Equivalent to position 341 in the 16S rRNA gene from Escherichia coli, SEQ ID NO: 8)
・ Reverse primer 5'-ATTACCGCGGCTGCTGG-3 '
(Corresponds to position 517 in the 16S rRNA gene from Escherichia coli, SEQ ID NO: 9)

PCRにより増幅した約200bp の16S rDNAの部分DNA断片をアガロース電気泳動により分離、精製した。精製DNA断片はpT7Blue -T vector (Novagen) に挿入し、JM109の形質転換を行った。得られた形質転換体をランダムに約50個取得し、16S rRNA遺伝子クローンの塩基配列解析を行った。塩基配列解析はABI PRISM BigDye terminator v3.0 cycle sequencing kitとABI PRISM 310 Genetic Analyzer (Applied Biosystems) を使用し、dideoxy nucleotide chain termination法により決定した。得られた16S rRNA遺伝子の塩基配列について国際塩基配列データベース (GeneBank/EMBL/DDBJ) からDNA塩基配列データベースに対する相同性検索を行い、類縁微生物の推定を行った。   A partial DNA fragment of about 200 bp 16S rDNA amplified by PCR was separated and purified by agarose electrophoresis. The purified DNA fragment was inserted into pT7Blue-T vector (Novagen), and JM109 was transformed. About 50 obtained transformants were randomly obtained, and the base sequence analysis of 16S rRNA gene clone was performed. The nucleotide sequence analysis was determined by the dideoxy nucleotide chain termination method using ABI PRISM BigDye terminator v3.0 cycle sequencing kit and ABI PRISM 310 Genetic Analyzer (Applied Biosystems). Homology search of the obtained 16S rRNA gene base sequence from the international base sequence database (GeneBank / EMBL / DDBJ) with respect to the DNA base sequence database was performed to estimate related microorganisms.

解析結果を図19に示す。植菌試料から検出された微生物種は37種と非常に雑多であったにも関わらず、通電しながら培養を行うことで、ある種の微生物が優占化する傾向が見られた。具体的には、−0.6Vにおいては、シュードモナス(Pseudomonas)属、アリシクリフィルス(Alicycliphilus)属及びティシエレラ(Tissierella)属の微生物が優占化している傾向が見られ、これらの微生物の優占化によって亜硝酸イオンを窒素ガスに還元する速度が促進されたものと考えられた。また、+0.6Vでは、シュードモナス(Pseudomonas)属、ブルクホルデリア(Burkholderia)属及びシュードキサントモナス(Pseudoxanthomonas)属の微生物が優占化している傾向が見られた。ここで、シュードモナス(Pseudomonas)属及びシュードキサントモナス(Pseudoxanthomonas)属の微生物は、硝酸還元能及び亜硝酸還元能を有することが知られており、ブルクホルデリア(Burkholderia)属の微生物は亜硝酸酸化能を有することが知られていることから、+0.6Vによる亜硝酸酸化反応の促進は、+0.6Vにおいては、シュードモナス(Pseudomonas)属及びシュードキサントモナス(Pseudoxanthomonas)属の微生物の生育は促進されるものの硝酸還元及び亜硝酸還元活性は弱く、ブルクホルデリア(Burkholderia)属の微生物の生育が促進されて亜硝酸酸化活性が向上し、全体として亜硝酸酸化反応が促進されたものと考えられる。   The analysis result is shown in FIG. Despite the fact that the microbial species detected from the inoculated samples were very diverse as 37 types, there was a tendency for certain types of microorganisms to dominate by culturing while energizing. Specifically, at −0.6 V, microorganisms belonging to the genus Pseudomonas, Alicycliphilus and Tissierella tend to be dominant, and the dominant of these microorganisms is observed. It was considered that the rate of reducing nitrite ions to nitrogen gas was promoted by the conversion. At +0.6 V, microorganisms belonging to the genus Pseudomonas, Burkholderia and Pseudoxanthomonas tended to dominate. Here, microorganisms of the genus Pseudomonas and Pseudoxanthomonas are known to have nitrate reducing ability and nitrite reducing ability, and microorganisms of the genus Burkholderia are capable of oxidizing nitrite. Since it is known that the nitrite oxidation reaction is accelerated by + 0.6V, the growth of microorganisms of the genus Pseudomonas and Pseudoxanthomonas is promoted at + 0.6V. Nitrate reduction and nitrite reduction activities are weak, and it is considered that growth of microorganisms belonging to the genus Burkholderia was promoted to improve nitrite oxidation activity, and the nitrite oxidation reaction was promoted as a whole.

以上の結果から、本発明の窒素代謝微生物の活性化方法により、亜硝酸還元能を有する微生物または亜硝酸酸化能を有する微生物を選択的に増殖させて培養液中に優占化させて存在させることができ、これにより培養液の亜硝酸イオン処理能力(還元または酸化能力)を大きく向上できることが明らかとなった。   From the above results, according to the method for activating a nitrogen-metabolizing microorganism of the present invention, a microorganism having nitrite reduction ability or a microorganism having nitrite oxidation ability is selectively grown and predominated in the culture solution. Thus, it has been clarified that the nitrite ion treatment ability (reduction or oxidation ability) of the culture solution can be greatly improved.

本発明の窒素代謝微生物の活性化方法を利用することで、土壌サンプル等のように雑多な微生物を含む試料から、亜硝酸還元微生物または亜硝酸酸化微生物を選択的に増殖させて、集積的に培養を行うことができる。したがって、通常の培養方法では増殖させにくい微生物を増殖させやすいものとして、新たな機能性微生物の探索に資する。即ち、本発明は、自然界に存在する膨大な微生物資源から新規なあるいは従来よりも優れた機能を有する微生物の探索に貢献し得るものである。   By utilizing the method for activating nitrogen-metabolizing microorganisms of the present invention, nitrite-reducing microorganisms or nitrite-oxidizing microorganisms can be selectively grown from samples containing various microorganisms such as soil samples, and accumulated. Culture can be performed. Therefore, it contributes to the search for a new functional microorganism as a microorganism that is difficult to grow by a normal culture method. That is, the present invention can contribute to the search for microorganisms having a new or superior function from the conventional microbial resources that exist in nature.

1 バイオリアクタ
2 窒素代謝微生物
2a 亜硝酸還元微生物
2b 亜硝酸酸化微生物
3 酸化還元物質
4 培養液
4a 電解液
5 有機物
6 イオン交換膜
7 培養槽
8 対電極槽
9 作用電極
10 対電極
12 定電位設定装置
15 窒素ガス排出手段
16 処理液排出手段
18 被処理液導入部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bioreactor 2 Nitrogen metabolism microorganism 2a Nitrite reduction microorganism 2b Nitrite oxidation microorganism 3 Redox substance 4 Culture solution 4a Electrolyte solution 5 Organic substance 6 Ion exchange membrane 7 Culture tank 8 Counter electrode tank 9 Working electrode 10 Counter electrode 12 Constant potential setting Device 15 Nitrogen gas discharge means 16 Process liquid discharge means 18 Liquid to be processed introduction section

Claims (7)

亜硝酸還元能を有する亜硝酸還元微生物及び亜硝酸酸化能を有する亜硝酸酸化微生物の少なくともいずれか一方の窒素代謝微生物と前記窒素代謝微生物の炭素源となる有機物と酸化還元物質とを含む培養液に電極を浸し、前記培養液に亜硝酸イオンを溶解させたときの亜硝酸イオンの低減速度が前記電極へ電位を印加していない場合よりも向上する電位を前記電極に印加しながら前記窒素代謝微生物を培養することにより活性化された前記窒素代謝微生物を含む前記培養液中に亜硝酸イオンを生成する亜硝酸生成微生物を添加し、前記亜硝酸生成微生物により生成された亜硝酸イオンを活性化された前記窒素代謝微生物に還元または酸化させて低減し、亜硝酸イオンの毒性による生育阻害を回避しながら前記亜硝酸生成微生物を培養することを特徴とする亜硝酸生成微生物の培養方法。 A culture solution containing a nitrogen-metabolizing microorganism of at least one of a nitrite-reducing microorganism having a nitrite-reducing ability and a nitrite-oxidizing microorganism having a nitrite-oxidizing ability, an organic substance that is a carbon source of the nitrogen-metabolizing microorganism, and a redox substance The nitrogen metabolism is applied while applying a potential to the electrode so that the reduction rate of nitrite ion when the electrode is immersed in the culture solution and the nitrite ion is dissolved in the culture medium is higher than when no potential is applied to the electrode. A nitrite-producing microorganism that produces nitrite ions is added to the culture solution containing the nitrogen-metabolizing microorganisms activated by culturing microorganisms, and the nitrite ions produced by the nitrite-producing microorganisms are activated. Reducing or oxidizing the generated nitrogen-metabolizing microorganism, and culturing the nitrite-producing microorganism while avoiding growth inhibition due to toxicity of nitrite ions The method of culturing nitrite-producing microorganisms, characterized. 前記培養液にイオン交換膜を介して電解液を接触させ、前記電極と対をなす電極を前記電解液に浸漬する請求項1に記載の亜硝酸生成微生物の培養方法The method for cultivating a nitrite-producing microorganism according to claim 1, wherein an electrolyte solution is brought into contact with the culture solution via an ion exchange membrane, and an electrode paired with the electrode is immersed in the electrolyte solution. 前記培養液にイオン交換膜を介して前記電極と対をなす電極を接触させる請求項1に記載の亜硝酸生成微生物の培養方法The method for culturing a nitrous acid-producing microorganism according to claim 1, wherein an electrode paired with the electrode is brought into contact with the culture solution via an ion exchange membrane. 前記電極に印加する電位を、亜硝酸イオンの低減速度が向上する結果として窒素ガスの生成速度が向上する電位とすることにより、前記亜硝酸還元微生物を活性化する請求項1〜3のいずれか1つに記載の亜硝酸生成微生物の培養方法4. The nitrite-reducing microorganism is activated by setting the potential applied to the electrode to a potential at which the generation rate of nitrogen gas is improved as a result of an increase in the reduction rate of nitrite ions. The culture | cultivation method of the nitrite production microorganisms as described in one. 前記電位を、銀・塩化銀電極電位基準で−0.6Vを含んで−0.6Vよりもマイナス側に大きな電位とする請求項4に記載の亜硝酸生成微生物の培養方法The method for cultivating a nitrite-producing microorganism according to claim 4, wherein the potential is set to a potential that is larger than -0.6V and including -0.6V on a silver / silver chloride electrode potential basis. 前記電極に印加する電位を、亜硝酸イオンの低減速度が向上する結果として硝酸イオン生成速度が向上する電位とすることにより、前記亜硝酸酸化微生物を活性化する請求項1〜3のいずれか1つに記載の亜硝酸生成微生物の培養方法The nitrite-oxidizing microorganism is activated by setting the potential applied to the electrode to a potential at which a nitrate ion generation rate is improved as a result of an improvement in a reduction rate of nitrite ions. A method for culturing a nitrite-producing microorganism as described in 1. above. 前記電位を、銀・塩化銀電極電位基準で+0.6Vを含んで+0.6Vよりもプラス側に大きな電位とする請求項6に記載の亜硝酸生成微生物の培養方法The method for culturing a nitrite-producing microorganism according to claim 6, wherein the potential is set to a potential that is larger on the positive side than + 0.6V including + 0.6V on the basis of the silver / silver chloride electrode potential.
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