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 |
Granted (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 | オゾン添加活性汚泥法 / 薬剤耐性微生物 / 薬剤耐性遺伝子 / バイオリスク / 抗生物質 / オゾン / 薬剤耐性菌 |
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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 |
オゾン添加活性汚泥法は、排水処理システムで現在広く用いられている活性汚泥法において、活性汚泥を直接オゾン処理するプロセスを付加する、生物反応と化学的酸化反応のハイブリッドシステムである。このハイブリッドシステムにより、システム全体として発生汚泥の削減や、生物反応システムの安定化を図ることが可能となる。本研究では、このオゾン添加活性汚泥法による、薬剤耐性遺伝子(ARGs)や薬剤耐性菌(ARB)の削減効果を定量的に示すことを目的にしている。
今年度は、オゾン反応の定量化を中心に検討した。具体的にはまた温度、ｐHなどの環境因子の影響について調査した。その結果、10℃から30℃の範囲の温度条件においては、温度影響は大きなものではなく、限定的であることがわかった。またpHの影響については、pHが6～8の間においては、最も酸性条件であるpH6の条件で最も高い溶存オゾン濃度が観測され、ARBとARGsの除去は、pH6の条件下でより効率的に行われることが示された。ARBとARGsを2log減少させるには、各々少なくとも0.5gO3/gTOCと0.9gO3/gTOCの比オゾン消費量が必要であることを明らかにした。
また活性汚泥の直接オゾン添加では、汚泥中のARGs濃度を1.4～2.0 log減少させうること、各対象遺伝子(ampC, tetA, sul1, sul2等)やARBの除去率と、単位汚泥量当たりのオゾン消費量の間には高い相関関係があり、異なるMLSS濃度条件下でも同様のオゾン処理効率が得られることを実験的に明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
オゾン添加活性汚泥法による薬剤耐性遺伝子、薬剤耐性菌の挙動と、環境条件の影響を定量的に示すことができた。今後は、嫌気性消化プロセスをシステム内に組み込んだ場合のエネルギー回収効率とARBやARGsの削減効果を明らかにすること、さらに発展形としてのモデル化が今後の課題となり、最終年度である2023年度に実施する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
嫌気性消化プロセスをシステム内に組み込んだ場合のエネルギー回収効率とARBやARGsの削減効果を明らかにする。ここでも、ラボスケール実験を中心に検討する。実汚泥を採取し、異なる処理プロセス(処理場)からの多様な実汚泥を用いた検討を行う。これらの結果を合せて、オゾン添加活性汚泥法による、高度処理の効果を定量化する。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 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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