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Creation of high functional soil aggregates for wastewater treatment imitated by soil structure modification abilities of soil animals

Research Project

Project/Area Number 21K05874
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 41050:Environmental agriculture-related
Research InstitutionShimane University

Principal Investigator

佐藤 邦明  島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 准教授 (60533289)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
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: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords土壌団粒 / 土壌式水質浄化 / 生物模倣技術 / 水質浄化 / 土壌構造 / 土壌動物
Outline of Research at the Start

本研究では耐水性の水質浄化用土壌団粒を作成し,土壌への汚水の接触を極限にまで高めようと考えた。自然界における土壌団粒の形成には土壌動物の働きが大きく関与する。大型土壌動物の多い森林では高い生産力が維持され,この生産力の高さは循環能が高いことも意味すると考えられた。そのため土壌動物の作る土壌構造は高い環境浄化能を有する可能性がある。そこで本研究では,土壌動物の土壌構造改変能を模倣してサイズや形状の異なる人工土壌団粒を作成し,その水質浄化能の評価を試みる。

Outline of Annual Research Achievements

土壌を利用した水質浄化法で最も重要なことは浄化の核心部である土壌団粒へ,いかに有効に汚水を接触浸透させるかであると示してきた。そこで,耐水性の水質浄化用土壌団粒を作成し,土壌への汚水の接触を極限にまで高めようと考えた。自然界における土壌団粒の形成には土壌動物の働きが大きく関与し,土壌食性の大型土壌動物は糞の排出,巣や坑道の作成によって土壌構造を改変している。温帯広葉樹林や熱帯雨林では大型土壌動物が多く, これらの森林での高い生産力を土壌動物が維持しているとの指摘がある。この生産力の高さは循環能が高いことも意味すると考えられ,土壌動物の作る土壌構造は高い環境浄化能を有する可能性がある。そこで本研究では,土壌動物の土壌構造改変能を模倣してサイズや形状の異なる人工土壌団粒を作成し,その水質浄化能の評価を試みる。そして,土壌の持つ水質浄化機能を極限にまで引き出す土壌団粒構造の確立を目指す。
令和5年度では,土壌動物の土壌構造改変能を模倣した土壌団粒として,令和4年度より開始したヤスデ糞の形状を模倣した窪み状団粒による水質浄化試験を継続して行った。そして,浄化試験後の窪み状団粒を対象にアンモニア及び硝酸吸着量の測定,Biologによる炭素源資化能の評価,16SrRNAのV4領域を対象としたアンプリコンシーケンス解析を行った。また,ミミズの坑道や糞塔形状を模倣した筒状団粒について,3Dプリンタにより鋳型を作成し,高さの異なる2種類の団粒を作成した。穴のない団粒も比較対象として作成し水質浄化試験を開始した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

土壌動物の土壌構造改変能を模倣した土壌団粒の創製を目指し,粒状,窪み状,筒状団粒を作成した。
粒状団粒については,赤黄色土と黒ぼく土をベースとしてゼオライトを配合し,押出造粒後に整粒を行い,それぞれ4サイズ作成して水質浄化性能の評価を行った。有機物除去に関して2~4 mmの最も小さいサイズの団粒で高い処理性能を示す傾向にあった。粒径の小さな土壌団粒ではカラムの充填密度が高く,接触効率が高くなる為,処理が進みやすかったと考えられた。リン除去について,黒ボク土は赤黄色土に比べ浄化能力が高い結果となった。また,粒径が小さいものほど除去率が高かった。また,黒ボク土の方で硝化が進行しやすい傾向にあった。特に,黒ボク土の2~4 mmでは,硝酸態窒素の値が他のカラムよりも高かった。粒径の小さい団粒ではアンモニアが吸着されやすく,硝化が進行しやすい環境だったと考えられた。浄化後資材を対象としたアンプリコンシーケンス解析からは,赤黄色土と黒ボク土で微生物群集構造に違いが見られ,赤黄色土では粒径によって優占する微生物種が異なった。
窪み状団粒について,高さの異なる2種類の窪み状団粒を作成し,窪みの無い団粒も比較対象として水質浄化試験を行った。高さの低い団粒において,有機物除去,硝化,リン除去性能が高く,これらの性能は窪みによってさらに向上した。一方で,高さの低い窪み団粒では,試験後半でリン除去の低下や窒素除去の向上が見られた。これは窪み構造によって有機物が蓄積しやすく嫌気的になったためと推察された。カラム上部の微生物群集は類似した資化特性を示し,下部へ進むにつれて団粒構造によって異なる資化特性を示すようになった。
令和5年度には,高さの異なる2種類の筒状団粒を作成し,穴の無い団粒も比較対象として水質浄化試験を開始した。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度に作製し水質浄化試験を開始した筒状団粒について,令和6年度も引き続き浄化試験を継続し,有機物・窒素・リン除去性能について評価を行う。そして,原水負荷の違いによる処理性能への影響評価も実施する。
浄化試験終了後に人工団粒の浄化メカニズムを評価するため,浄化後資材を対象に理化学性の分析や微生物性の評価を行う。これらの結果と水質浄化能との関係から人工団粒のサイズや形状について評価し,土壌の水質浄化機能を極限にまで引き出す土壌団粒構造の確立を目指す。

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (3 results)

All 2022 2021 Other

All Presentation (2 results) Remarks (1 results)

  • [Presentation] 脱窒機能を向上させた人工土壌団粒による水質浄化2022

    • Author(s)
      佐藤邦明,山本真也,一ノ瀬沙也夏
    • Organizer
      第57回日本水環境学会年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 硝化機能を強化した水質浄化用土壌団粒の創製2021

    • Author(s)
      佐藤邦明,永見謙介,増永二之
    • Organizer
      日本土壌肥料学会2021年度北海道大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Remarks] 土壌圏生態工学研究室

    • URL

      http://www.ipc.shimane-u.ac.jp/ecotech-soil/index.html

    • Related Report
      2023 Research-status Report 2022 Research-status Report 2021 Research-status Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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