Development of ozone-added activated sludge system for reduction of biorisk caused by antibiotic resistance microorganisms
| Project/Area Number |
21H01464
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 22060:Environmental systems for civil engineering-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
西村 文武 京都大学, 工学研究科, 教授 (60283636)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中田 典秀 神奈川大学, 化学生命学部, 准教授 (00391615)
井原 賢 高知大学, 教育研究部自然科学系農学部門, 准教授 (70450202)
竹内 悠 京都大学, 工学研究科, 助教 (70835272)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
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| Keywords | 薬剤耐性菌 / 薬剤耐性遺伝子 / メタン発酵 / オゾン処理 / オゾン添加活性汚泥システム / オゾン添加活性汚泥法 / 薬剤耐性微生物 / バイオリスク / 抗生物質 / オゾン |
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| Outline of Research at the Start |
従来より廃水処理システム安定化や汚泥減容、バイオガス発生促進効果等の利点があるオゾン添加活性汚泥法を、その利点を活かしつつ同時に残存抗菌薬除去・薬剤耐性菌(ARB)および耐性遺伝子(ARG)の低減にも活用する、新規発想のバイオリスク低減型畜産廃棄物(家畜糞尿・廃水)プロセスとして活用することとし、その機序を明らかにするとともに、鍵となる設計操作因子の探索とその適切な範囲を示すことを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
抗生物質の多用により、結果としてそれらが水系に放出されると、選択圧や水平伝播などの要因により、薬剤耐性菌 (Antibiotic Resistant Bacteria, ARB)や薬剤耐性遺伝子 (Antibiotic Resistance Genes, ARGs)の出現を誘発し、ヒトや生態系に対して脅威を示すことになる。現在の下水処理施設では、処理過程でARBおよびARGsの大部分を除去できるが、一部のARGsが生物学的処理段階で活性汚泥に移行し、後続の嫌気消化段階で効果的に除去されず、さらにはその濃度が増加することもある。一方で、オゾンは強力な酸化力を有し二次処理水中の病原体の除去や汚泥減容にも効果的であることが証明されている。本研究では、オゾンを生物学的排水処理システムに組み入れることで、嫌気性処理によるメタン発生向上と、薬剤耐性バイオリスク削減の双方を達成可能な、オゾン添加活性汚泥システムの開発を目指したものである。実験を中心に検討を行い、以下の成果を得ている。
1) 50から70 mgO3/gTSのオゾン消費量で、大腸菌(非選択性と薬剤耐性双方)は全て定量限界以下まで不活化できる。一方で、ARGsの対数除去率を1以上にするには、オゾン消費量を少なくとも50から70 mgO3/gTS以上にする必要があり、対数除去率を1.5から2に増やすためには、オゾン消費量を95 mgO3/gTS以上にする必要がある。
2) 単独の嫌気性消化処理では、大腸菌を定量限界以下まで減少させることができず(2を超えない) 、嫌気性消化汚泥を直接施肥する場合のバイオリスクの懸念があるが、オゾン前処理により薬剤耐性遺伝子を削減でき、オゾン消費量が14±1 mgO3/gTS以上の消費でsul1およびsul2の除去率を向上できるを明らかにした。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(11 results)
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[Presentation] Removal characteristics of antibiotics, antibiotic resistant bacteria (ARB) and antibiotic resistance genes (ARGs) in secondary effluent by Ozone-cathode microbial fuel cell(O-MFC)2023
Author(s)
Fenglong Fan, Mingdong Chang, Jia Miao, Haruaka Takeuchi, Dongbeom Im, Fumitake Nishimura, Xian Cao, Osamu Nishimura
Organizer
第57回 日本水環境学会年会講演集, p.74, 2023.03.
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