The Effect of silica for Microorganism in activated sludge and Sulfate reducing
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21K04327
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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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 | Gunma National College of Technology |
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Principal Investigator |
宮里 直樹 群馬工業高等専門学校, 環境都市工学科, 准教授 (00435413)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松浦 哲久 金沢大学, 地球社会基盤学系, 准教授 (90771585)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 硫酸塩還元 / 無機溶存物質 / Bacillus属細菌 / 相互作用 / シリカ / 活性汚泥 |
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| Outline of Research at the Start |
硫酸塩還元微生物の働き（硫化水素生成）がシリカ（ケイ酸）によって，どのように抑制されるのか解明することを目的とする．そのため、シリカ添加の人工排水で活性汚泥を馴養し，回分試験による硫酸塩濃度変化や硫化水素の発生状況，および次世代シークエンサーによる微生物叢の解析を行う．また，硫化水素の発生抑制に影響を及ぼすと考えられる活性汚泥中の微生物に由来する抗生物質を高速液体クロマトグラフィーにより検出する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
1．研究目的・実施内容：本研究では，ケイ酸を添加した人工下水を用いて馴養した活性汚泥、およびケイ酸を主体とした資材を添加して処理を行うし尿処理施設の活性汚泥（連続処理装置の代替として実施）の菌数計測，微生物叢解析を行うとともに，嫌気条件の回分試験により，硫酸塩濃度の減少速度を比較した．
2．実験方法：ペプトンを有機源とした基質に，オルトケイ酸ナトリウム添加基質を用いた条件(Run1)と基質のみのControl(Run2)条件の2系列で活性汚泥をバッチ方式により馴養した．Bacillus属細菌数を寒天培地によるコロニー培養により，硫酸塩還元細菌数をMPN法により計測した．活性汚泥を採取し，容量50mlのシリンジによる嫌気回分試験(硫酸塩還元活性試験とした)を行った．また汚泥から DNAをキットで抽出し，16S rRNA遺伝子を対象とするMiSeq解析を実施した．なお連続式の処理装置の代替として，ケイ酸を主体とした資材を利用するし尿処理施設についても，室内実験と同様の実験を行った．
3．実験結果と考察，今後の課題：Siの有無に関わらず39日程度の運転期間後におけるBacillus属細菌のコロニー数は10^5個/gMLSS程度であり，大きな差は確認されなかった．硫酸塩還元菌数は10^5～10^8程度であったが，ケイ酸添加による差は確認されなかった．Run2において，硫酸塩濃度の減少が確認された．Run1では，濃度減少がすぐには起こらなかったが，24h後までにやや減少した．ケイ酸添加基質の基質条件では，どちらとも硫酸塩濃度の減少は確認されなかった．ケイ酸により硫酸塩還元反応が抑制されたと考えられる．ケイ酸資材を投入しているし尿処理施設汚泥では，Anaerolineaceaek科の割合が高く，微生物叢に違いが確認された．馴養した活性汚泥では，Anaerolineaceae科などの存在割合の大きく，種汚泥から微生物叢は変化していることが確認できたが，Run1とRun2に大きな違いは確認できなかった．
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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
令和4年度の本研究課題では，前橋市のRし尿処理施設の活性汚泥（以下R系汚泥）を使用し，容量500mlのPET製容器を用いた馴養試験を行った．なお，実験計画の再考の際において，前年度の結果と比較することも重要であると考えられたため，再度バッチ式により実験を行った．初期汚泥濃度を同様のMLSS=2,000mg/Lとした．ペプトンを主とした基質に，オルトケイ酸ナトリウムをケイ素源として添加(Si=100mg/L)し，20℃の恒温槽内にて馴養した．
今回においても，馴養装置の設定や基質排出用ポンプの不具合による中断などもあったが，2系列×2回の馴養試験を行い，ケイ酸添加の有無による硫酸塩還元活性に対する違いを確認することができた．また，微生物菌叢解析(Miseq解析)までを実施し，菌叢を比較・考察することができたことから，おおむね予定通りに実施できたと考えている．しかし，馴養汚泥中のBacillus属細菌数のコロニー数，硫酸塩還元細菌のMPN数に明確な差を確認できなかった．またMiseq解析の結果からも，微生物叢に大きな違いを確認することができなかったため，どのような原因により硫酸塩還元活性に差が出るのか，より考察が必要である．
また今年度，実際にケイ酸資材を添加しているし尿処理施設活性汚泥についての微生物叢解析もおこなうことができた．ケイ酸資材添加を行っていないM施設汚泥では，Nocardiaceae科の存在割合が高く，ケイ酸資材を定期的に投入しているA施設汚泥では，Anaerolineaceaek科の割合が高かった．微生物叢に違いが確認されたが，この違いがどのように硫化水素発生抑制（硫酸塩還元活性の抑制）に関わるのかは，さらなる考察が必要な状況である．
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| Strategy for Future Research Activity |
1．活性汚泥馴養試験の継続：令和4年度に実施できていない連続式の馴養装置による馴致を行う．用いる人工下水（ケイ酸ナトリウムを添加したもの）の組成は変更せず，基質変更による影響がない条件で実施する．運転条件による違いなどを確認する．その後、馴養した活性汚泥中に存在する硫酸塩還元微生物やBacillus属細菌等について，その変化を確認する．馴養した活性汚泥による嫌気条件の回分試験を実施し、硫酸塩濃度の減少速度（硫酸塩還元活性）を回分試験により確認する．また発生する硫化水素の濃度を北川式検知管により簡易型に計測する．硫酸塩還元細菌の菌数やBacillus属のコロニー数と比較し、ケイ酸などの無機物質添加による硫化水素の発生状況を調べる．なお，連続室内実験装置により馴養された活性汚泥より定期的に試料からDNAを抽出し、金沢大学（共同研究者）にて次世代シーケンサー（Miseq解析）による活性汚泥中の微生物叢解析を実施する．
2．硫酸塩還元活性抑制の原因解明：最終年度に，硫酸塩還元活性を抑制する原因として仮説を立てている，抗生物質(iturin A)の検出を試みる．Bacillus属細菌には，他の微生物を死滅または活動を抑制すると考えられる抗生物質(iturin A)を分泌することが知られている．活性汚泥から抽出するBacillus属細菌より抗生物質が検出されるかを，高速液体クロマトグラフィーを用いて試みる．
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Report
(2 results)
Research Products
(7 results)
