2016 Fiscal Year Research-status Report
水質浄化システムにおける植生とANAMMOX菌等窒素代謝微生物の関係解明
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15K07817
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| Research Institution | National Agriculture and Food Research Organization |
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Principal Investigator |
阿部 薫 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境変動研究センター 物質循環研究領域, 研究領域長 (70355551)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
和木 美代子 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 畜産研究部門 畜産環境研究領域, 上級研究員 (10355092)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 人工湿地 / 植生 / ANAMMOX / 窒素代謝微生物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
嫌気条件下でNH4+とNO2-から窒素ガスを生じるANAMMOX反応は、従来の硝化－脱窒とは異なる新しい窒素除去プロセスで、排水処理分野で研究が進んでいるが、湿地など陸域生態系での研究は緒についたところである。申請者等は、浄化槽放流水が流入する人工湿地においてANAMMOX菌の棲息を明らかにし、植物根圏において亜硝酸を生成する硝化細菌や脱窒菌と密接に関連しながら窒素除去に寄与していると予想された。本研究では、ANAMMOXと他の窒素代謝微生物の関係解明により、植生を導入した水質浄化システムにおけるANAMMOXの利用の可能性を探る。これまで、表面流湿地と浸透流湿地において、ANAMMOX菌は浸透流湿地では下層（-5～-10cm）で高い傾向を認めている。H28年度は、アンモニア酸化古細菌についても湿地土壌中の分布を調査し、アンモニア酸化細菌が両方の湿地において表層で高い傾向であったのに対し、アンモニア酸化古細菌には明瞭な傾向は認められなかった。また、溶質が通過する円筒に土壌を入れて人工湿地に埋設し、植生がある場合と無い場合、湿地を湛水状態と干満流で管理した場合のANAMMOX菌の分布を調査したが、明瞭な傾向は見いだせなかった。一方、非土壌系におけるANAMMOXを巡る窒素動態を明らかにするため、ANAMMOX汚泥添加ゼオライト濾床の実験をスタートした。アナモックス汚泥を添加した区（1-3区）、活性汚泥を添加した（4区）、好気区（1区）、無酸素区（２区）、干満流区（3区・4区）をアンモニアのみを含む畜産廃水の活性汚泥処理水を用いて、約２カ月運転をした結果、窒素除去能は2区が最も高く、次いで、3区が高かった。窒素除去能は、運転初期が最も高く、時間と共に低下したことから、ゼオライトへの吸着による除去が多くを占めると推測されたが、アナモックス汚泥を添加した区では、アナモックス反応による窒素除去も起こったと考えられた。
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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
土壌を用いる人工湿地システムは、表面流と浸透流で土層内や植物根圏の環境が異なると予想されることから、流れ方向を除き同条件のパイロットスケールの人工湿地を作成し、窒素浄化機能の違いを解析するとともに、湿地土壌の深さ別無機態窒素、ANAMMOX 菌やアンモニア酸化細菌、アンモニア酸化古細菌の分布を明らかにした。また、土壌を用いない、水耕や礫耕栽培型浄化システムにおいて、水質や汚泥中のANAMMOX菌の存在を確認した。しかし、高濃度のホットスポットが見いだされなかったことから、非土壌系におけるANAMMOXを巡る窒素動態解明のため、計画を変更し、ゼオライト濾床にANAMMOX汚泥を添加したベンチスケール装置を用いて、ANAMMOX反応による窒素除去が行われていることを見いだしている。今後、ゼオライトによるANAMMOX反応の促進の可能性も期待され、研究は順調に進捗していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
土壌を用いない既存の水質浄化系でそれほど大きなANAMMOX活性が得られなかったことから、非土壌系におけるANAMMOXを巡る窒素動態を明らかにするため、人工湿地型のシステムを考案し、ANAMMOX汚泥添加ゼオライト濾床の実験をスタートしたところ、人工湿地の汚水供給方法（好気（濾床内に水をためない）、無酸素（湛水）、干満流（水位を変動））により窒素浄化効率が異なり、またゼオライトの効果が示唆されたため、来年度は、異なる条件を用いて運転を行い、窒素動態やANAMMOX菌や他の窒素代謝微生物などさらに詳細な調査を進める予定である。
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| Causes of Carryover |
既存の耕・礫耕型水質浄化システムで、ANAMMOX菌のホットスポットが見いだせず、非土壌系でのANAMMOX菌の植物根圏との関係や亜硝酸が脱窒由来か硝化由来かなどのメカニズム解明に関わる実験・観測が充分できなかったため、次年度 使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究の進捗に従い、ゼオライト濾床にANAMMOX汚泥を添加した人工湿地型のシステムで、汚水供給方法により窒素浄化効率の違いや、ゼオライトの効果について、窒素動態やANAMMOX菌や他の窒素代謝微生物などさらに詳細な調査を進めるとともに、スケールアップや植生の導入などより現場に近い条件での検討などを、予算を繰り越し実施予定である。
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Research Products
(2 results)
