2018 Fiscal Year Annual Research Report
硫黄サイクルを基幹とした高度水資源循環システムの構築
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16H02371
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
山口 隆司 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (10280447)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
幡本 将史 長岡技術科学大学, 産学融合トップランナー養成センター, 特任准教授 (20524185)
押木 守 長岡工業高等専門学校, 環境都市工学科, 准教授 (90540865)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 下水処理 / 嫌気性処理法 / 高度処理 / 硫酸塩還元 / 硫黄酸化 / 微生物解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
省エネ・自立性の観点から嫌気処理法を主体とした水処理技術の開発が行われている。本研究では、これまで培ったオリジナルの硫黄サイクル微生物制御技術を基盤とし、有機物等の分解に関わるエレクトロンタワー基盤微生物群を活性化して、有機物分解、脱硫、炭素固定およびメタン生産を高めることで、処理水の向上と、低温でも稼働可能な自立型の水質循環システムの構築を行うことを目的としている。具体的には、嫌気的硫黄酸化反応の発現条件を明らかにするために、複数の嫌気的上昇流汚泥床型のラボスケールリアクターを１年以上長期連続運転し、保持微生物生態が定常状態に達する状態を得た。それらのリアクターの保持微生物に対して、嫌気的硫黄酸化の発現が良く起きる条件などを、リアクター連続運転における供給基質と反応槽内水質、およびリアクターのプロファイル水質から検討を行った。その結果、基質種、有機物濃度、ORP条件について嫌気的硫黄酸化反応が良く発現する条件を明らかにできた。また、実下水を流入させた嫌気的排水処理システムの反応槽保持微生物の生態評価として、バクテリア，古細菌以外の関与についても明らかにするため、大型微生物である原生動物にも注目し、次世代シーケンサーなどについて開発を進めた。この結果、嫌気的条件下でも生息する主な原生動物の検出が可能となった。また、嫌気的硫黄酸化反応が進行する条件の下水処理嫌気性汚泥床においても原生動物はよく観察されることが明らかにできた。くわえて、実下水を処理する嫌気性廃水処理リアクターのウイルスと細菌の定量方法についても次世代シーケンサーを用いて解析を試みた。さらに、「嫌気 的硫黄酸化反応」がおきることを確認しているリアクターを対象に、有機物除去に対する嫌気的硫黄酸化反応の寄与度を評価したところ全有機物除去に対して３割程度の有機物分解ポテンシャルを有していることを見出した。
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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
低濃度有機性排水を処理する上向流嫌気性生物リアクター下部で 硫酸塩の 還元 により 発生 した硫化物がリアクター上部で再び硫 酸 塩 へ酸化さ れる 「嫌気 的硫黄酸化反応」がおきることを確認しているリアクターを対象に、有機物除去に対する嫌気的硫黄酸化反応の寄与度を評価したところ、下水程度の低濃度の全有機物除去に対して３割程度の有機物分解ポテンシャルを有していることを見出した。また、嫌気的硫黄酸化が進行するリアクターを対象に硫黄酸化・還元に関わる機能遺伝子の発現について、APSをAMPと亜硫酸塩に還元するAdenosine phosphosulfate (APS) reductase (Apr; EC 1.8.99.2)に着目して解析をすすめた。APSはいくつかの無酸素光栄養性および通性嫌気性硫黄酸化細菌に相同タンパク質が存在していることから, 逆方向への作用が示唆されている。 本研究ではaprA遺伝子を標的遺伝子とし、嫌気的硫黄酸化反応進行時における硫黄関連機能遺伝子の解析を行った。その結果, 反応進行時が確認されたリアクターの下部から上部にかけてDesulfobulbus sp. DSM 2033 (OTU 55)が優占していることが確認された。Desulfobulbus属細菌のなかには亜硫酸塩を硫酸塩と硫化物に不均化する細菌がいることが報告されている。そのため, Desulfobulbus sp. DSM 2033が硫黄の嫌気的酸化に関与している可能性が示唆できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
低濃度有機性排水を処理する上向流嫌気性生物リアクター下部で 硫酸塩の 還元 により 発生 した硫化物がリアクター上部で再び硫 酸 塩 へ酸化さ れる 「嫌気 的硫黄酸化反応」がおきることを確認しているリアクターに関して、流入基質（下水、有機酸類）を絞って、有機物除去に対する嫌気的硫黄酸化反応の寄与度を評価し、有機物除去に対しする嫌気的硫黄酸化反応制御による分解技術を確立する。また、嫌気的硫黄酸化が進行するリアクターを対象に硫黄酸化・還元に関わる機能遺伝子の発現の解析をすすめるともに、硫黄酸化反応の微生物の集積を進める。
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[Journal Article] Defining microbial community composition and seasonal variation in a sewage treatment plant in India using a down-flow hanging sponge reactor2018
Author(s)
Naoki Nomoto, Naoki Nomoto, Masashi Hatamoto, Yuga Hirakata, Muntjeer Ali, Komal Jayaswal, Akinori Iguchi, Tsutomu Okubo, Masanobu Takahashi, Kengo Kubota, Tadashi Tagawa, Shigeki Uemura, Takashi Yamaguchi, Hideki Harada
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Journal Title
Applied Microbiology and Biotechnology
Volume: 102
Pages: 4381-4392
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Characteristics of DO, organic matter, and ammonium profile for practical-scale DHS reactor under various organic load and temperature conditions2018
Author(s)
Nomoto Naoki, Ali Muntjeer, Jayaswal Komal, Iguchi Akinori, Hatamoto Masashi, Okubo Tsutomu, Takahashi Masanobu, Kubota Kengo, Tagawa Tadashi, Uemura Shigeki, Yamaguchi Takashi, Harada Hideki
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Journal Title
ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY
Volume: 39
Pages: 907-916
DOI
Peer Reviewed
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