微量汚染物質処理のための膜分離活性汚泥法へのバイオオーグメンテーション

• Project/Area Number: 15J00770
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Environmental engineering and reduction of environmental burden
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 高田 一輝 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000); Fiscal Year 2017: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2016: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: バイオオーグメンテーション / 膜分離活性汚泥法 / 難分解性物質 / アルキルフェノール類 / 微生物群集構造解析 / ファウリング / 難分解性有機物 / 微生物群集構造 / 炭素源資化能

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、膜分離活性汚泥法（MBR, membrane bioreactor）を用いる排水処理装置に対してバイオオーグメンテーションを適用することの実現可能性を検証する。バイオオーグメンテーションとは、汚濁物質を除去するために外部から有用な微生物を導入する手法であり、難分解性物質を含む排水処理のための活性汚泥法においても効果が期待できる。従来の標準活性汚泥法においては、導入菌が処理水と共に流亡してしまうといった問題点が挙げられていたのに対し、MBRでは分離膜によってすべての活性汚泥微生物を処理槽内に留めることができ、より効果的なバイオオーグメンテーションが実現可能だと考えられる。
昨年度までの研究では、難分解性物質4-tert-ブチルフェノール（4-t-BP）が流入する二台のラボスケールMBRのうち、一方に4-t-BPを資化可能なSphingobium fuliginis OMI（OMI株）を導入するバイオオーグメンテーション試験を行い、導入したOMI株が一カ月程度残存し4-t-BPの分解能力も保持されることを明らかにした。本年度は、その成果を国際学会において発表するとともに、査読論文として投稿を行った。一方で、導入したOMI株が一カ月程度で外部に流出し効果を発揮しなくなった原因として、ろ過膜表面にバイオフィルムが形成される「バイオファウリング」という現象が示唆されたことから、本年度には実規模MBRを対象として「バイオファウリング」発生のメカニズムを解明するための微生物群集解析も実施した。その成果は、査読論文として投稿を行い、出版も決定している。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Microbial communities on the submerged membranes in full-scale membrane bioreactors treating municipal wastewater. (2018)
  • Author(s): Takada, K., Hashimoto, K., Soda, S., Ike, M., Makio, T., Nakayama, Y., Miyamoto, H., Yamashita, K., and Hashimoto, T.
  • Journal Title: Journal of Environmental Engineering Volume: 144 Issue: 1 Pages: 04017084-04017084
  • DOI: 10.1061/(asce)ee.1943-7870.0001294
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bioaugmenting a Lab-Scale Membrane Bioreactor with 4-<i>tert</i>-butylphenol-degrading Bacterium, <i>Sphingobium fuliginis</i> OMI (2018)
  • Author(s): Takada, K., Shiba, T., Soda, S., Inoue, D., Miyake, M., Eguchi, M., and Ike, M.
  • Journal Title: Japanese Journal of Water Treatment Biology Volume: 54 Issue: 1 Pages: 1-12
  • DOI: 10.2521/jswtb.54.1
  • NAID: 130006513072
  • ISSN: 0910-6758, 1881-0438
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cake layer bacterial communities during different biofouling stages in full-scale membrane bioreactors. (2018)
  • Author(s): Takada, K., Shiba, T., Yamaguchi, T., Akane, Y., Nakayama, Y., Soda, S., Inoue, D., and Ike, M.
  • Journal Title: Bioresource Technology Volume: 印刷中 Pages: 259-267
  • DOI: 10.1016/j.biortech.2018.03.051
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Draft genome sequence of Sphingobium fuliginis OMI, a bacterium that degrades alkylphenols and bisphenols (2017)
  • Author(s): Kuroda, M., Ogata, Y., Yahara, T., Yokoyama, T., Ishizawa, H., Takada, K., Inoue, D., Sei, K., Ike, M.
  • Journal Title: Genome Announcements Volume: 5 Issue: 47
  • DOI: 10.1128/genomea.01323-17
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Changes in Bacterial Community Structure in a Full-scale Membrane Bioreactor for Municipal Wastewater Treatment (2016)
  • Author(s): Hashimoto, K., Tsutsui, H., Takada, K., Hamada, H., Sakai, K., Inoue, D., Sei, K., Soda, S., Yamashita, K., Tsuji, K., Hashimoto, T., and Ike, M.
  • Journal Title: Journal of Bioscience and Bioengineering Volume: 122 Issue: 1 Pages: 97-104
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2015.12.016
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Microbial community on submerged membranes in a full-scale membrane bioreactor treating municipal wastewater. (2017)
  • Author(s): Takada, K., Shiba, T., Inoue, D., Soda, S., Ike, M., Yamaguchi, T., Akane, Y., and Nakayama, Y.
  • Organizer: The 10th Advanced Engineering Technology for Environment and Energy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Bioaugmentation with Sphingobium fuliginis OMI in a lab-scale membrane bioreactor for 4-tert-butylphenol degradation. (2017)
  • Author(s): Takada, K., Shiba, T., Soda, S., Ike, M., Miyake, M., and Eguchi, M.
  • Organizer: 7th IWA-ASPIRE Conference 2017 & Water Malaysia Exhibition 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Microbial communities on the submerged membranes in full-scale membrane bioreactors treating municipal wastewater (2016)
  • Author(s): Takada, K., Hashimoto, K., Soda, S., Ike, M., Makio, T., Nakayama, Y., Yamashita, K., and Hashimoto, T.
  • Organizer: World Water Congress & Exhibition in Brisbane
  • Place of Presentation: Brisbane, Australia
  • Year and Date: 2016-10-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Microbial Community Analysis for the Biofouling Prevention of Membrane Bioreactors in Advanced Wastewater Treatment (2015)
  • Author(s): Takada, K.
  • Organizer: Honda Y-E-S Forum 2015
  • Place of Presentation: 東京大学弥生講堂（東京都文京区）
  • Year and Date: 2015-11-18
• [Presentation] 実規模膜分離活性汚泥法における膜表面微生物の解析 (2015)
  • Author(s): 高田一輝、志波俊彦、韓成孩、橋本くるみ、惣田訓、池道彦、槇尾隆志、中山能成、宮本博一、山下喬子、橋本敏一
  • Organizer: 日本水処理生物学会第52回大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場（北九州市小倉北区）
  • Year and Date: 2015-11-11
• [Presentation] ラボスケール膜分離活性汚泥法プロセスのスタートアップにおける微生物群集の解析 (2015)
  • Author(s): 志波俊彦、高田一輝、惣田訓、池道彦、三宅將貴、江口正浩
  • Organizer: 日本水処理生物学会第52回大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場（北九州市小倉北区）
  • Year and Date: 2015-11-11