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嫌気的硫黄酸化と電子伝達を活性化した生物学的水処理技術の構築

Research Project

Project/Area Number 20H00641
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 64:Environmental conservation measure and related fields
Research InstitutionNagaoka University of Technology

Principal Investigator

山口 隆司  長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (10280447)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 幡本 将史  長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (20524185)
押木 守  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (90540865)
渡利 高大  長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (90800540)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥45,240,000 (Direct Cost: ¥34,800,000、Indirect Cost: ¥10,440,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
Fiscal Year 2021: ¥18,980,000 (Direct Cost: ¥14,600,000、Indirect Cost: ¥4,380,000)
Fiscal Year 2020: ¥16,120,000 (Direct Cost: ¥12,400,000、Indirect Cost: ¥3,720,000)
Keywords水環境工学 / 硫黄 / 微生物 / 都市下水処理 / 硫黄微生物 / 嫌気性処理 / 好気性処理 / 電子伝達
Outline of Research at the Start

本研究の目的は、嫌気的硫黄酸化反応と、電子伝達促進微生物固定化技術とを、水処理において新たな電子伝達活性化制御の基盤とし、低温下水にも適用可能な次世代水資源循環システムを構築することにある。独自に発見した嫌気的硫黄酸化反応は、ユニークな硫黄動態で、脱硫、炭素固定およびメタンエネルギー生成が同機に起きる反応であり、硫化物除去による水質向上と低温での活性維持に貢献する。また、電子伝達促進微生物固定化技術に関しては、独自開発のメタン生成速度をワンオーダー高める新規伝導性ゲル担体に着目し、その高効率の電子伝達の機構を解明・促進することで高い生物活性を発揮する技術を開発する。

Outline of Annual Research Achievements

開発する水処理システムは、システム前段装置として途上国で普及している上昇流嫌気性汚泥床(UASB)、後段装置として申請者らが開発を進めてきた下降流懸架式スポンジ型好気性反応槽(DHS)を組み合わせた構成である。システムの有機物(BOD)分解者としては、メタン生成古細菌、脱窒素細菌、BOD酸化菌に加えて、硫黄酸化還元サイクルの微生物も積極的に活用することとしている。システム前段UASBは、下水を押出流れで供給する形式とし、内部に直接異種間電子伝達促進ゲル担体を投入する。後段DHSは,スポンジ担体利用散水型装置であり、BOD酸化と硝化を図る。硫黄サイクル微生物によるBOD除去は、特に、低温時に有用となる。本システムを通年連続運転し、黄サイクル微生物によるBOD除去および直接異種間電子伝達促進ゲル担体の制御方法を確立していくものである。特に、保持微生物の評価のための研究として下記を進めた。
◎ 嫌気的硫黄酸化について高活性な微生物を培養するため連続式培養装置運転。
◎ 嫌気的硫黄酸化の発現汚泥を対象に次世代シーケンサーを用いた網羅的解析。
◎ 可視化に成功した嫌気的硫黄酸化微生物の候補は、シングルセルゲノム解析により遺伝子レベルでの機能解明を行ための準備。
当該年度は、未知な事象である「嫌気的硫黄酸化」に関する電子伝達に関わる反応メカニズムの解明と、低温条件下での嫌気的硫黄酸化還元の制御に関する知見収集が大幅に進む実績を得た。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

未知な事象である「嫌気的硫黄酸化」に関する反応メカニズムの解明と、制御に関する知見収集が大幅に進む実績を得たため。

Strategy for Future Research Activity

今後の研究の推進では、独自技術である低温に適した硫黄サイクル微生物機能活性化技術を深化させ、低水温条件を含む温帯から冷帯までの都市下水処理を可能にするようにする。特に、次の研究項目を推進する。
・未知な事象である「嫌気的硫黄酸化」に関する反応メカニズムの解明と、制御に関する知見を深めていく。
・連続式リアクターでの集積ができたので、安定同位体標識基質を用いた微生物ラベル・トレーサー実験(Stable isotope probing 法)を行う。
・嫌気的硫黄酸化微生物の純粋培養の試みと環境中での生息域調査をすすめる。

Report

(2 results)
  • 2020 Comments on the Screening Results   Annual Research Report

Research Products

(8 results)

All 2021 2020 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Food selectivity of anaerobic protists and direct evidence for methane production2020

    • Author(s)
      Yuga Hirakata, Masashi Hatamoto, Mamoru Oshiki, Takahiro Watari, Nobuo Araki, Takashi Yamaguch
    • Journal Title

      Environmental Technology & Innovation

      Volume: 0 Pages: 0-0

    • DOI

      10.1016/j.eti.2020.100861

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evaluation of a combined anaerobic baffled reactor?downflow hanging sponge biosystem for treatment of synthetic dyeing wastewater2020

    • Author(s)
      Nguyen Thu Huong、Watari Takahiro、Hatamoto Masashi、Sutani Dausike、Setiadi Tjandra、Yamaguchi Takashi
    • Journal Title

      Environmental Technology & Innovation

      Volume: 19 Pages: 100913-100913

    • DOI

      10.1016/j.eti.2020.100913

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Enhancing anaerobic syntrophic propionate degradation using modified polyvinyl alcohol gel beads2020

    • Author(s)
      Sitthi Sitthakarn、Hatamoto Masashi、Watari Takahiro、Yamaguchi Takashi
    • Journal Title

      Heliyon

      Volume: 6

    • DOI

      10.1016/j.heliyon.2020.e05665

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 低温 UASB リアクターにおける中間代謝物の動態調査2021

    • Author(s)
      野間拓也,幡本将史,渡利高広,山口隆司
    • Organizer
      第55回日本水環境学会年会(2020年度)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 低温環境における UASB リアクターの処理性能の評価2021

    • Author(s)
      桑原大輝,山口隆司,幡本将史,渡利高大
    • Organizer
      第55回日本水環境学会年会(2020年度)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 低温・低有機性排水を処理するUASBリアクター内の硫黄・炭素動態2020

    • Author(s)
      野間 拓也、幡本 将史、渡利 高大、山口 隆司、荒木 信夫、川上 周司、青木 仁孝
    • Organizer
      令和2年度土木学会全国大会第75回年次学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 低温環境における糖蜜廃水の嫌気的処理の評価2020

    • Author(s)
      桑原大輝,山口隆司,幡本将史,渡利高大
    • Organizer
      第38回 土木学会関東支部新潟会研究調査発表会(2020)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 長岡技術科学大学研究者総覧

    • URL

      https://souran.nagaokaut.ac.jp/view?l=ja&u=107

    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2022-07-01  

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