2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of eco-biotechnology to predominately enrich useful microbes for sustainable environment
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17H01300
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
大橋 晶良 広島大学, 工学研究科, 教授 (70169035)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金田一 智規 広島大学, 工学研究科, 助教 (10379901)
青井 議輝 広島大学, 先端物質科学研究科, 准教授 (40386636)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | エコバイオテクノロジー / 環境技術 / 排水処理 / 資源回収 / 温室効果ガス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は(1)染色排水・廃棄物処分地浸出水などの難分解性排水処理，(2)排水等からの資源（リン，生分解性プラスチックの原料となるポリヒドロキシアルカノエート（PHA））回収，(3)温室効果ガスの分解による放散防止に関する６つの新規環境技術開発を目標としており，1年目は3つの開発技術に対して次の研究成果を得た。
(i)染色排水，廃棄物処分地浸出水の処理：マンガン酸化細菌は難分解性の固形性有機物を利用して増殖できることを発見し，染料などの脱色・分解の可能性を明らかにしている。そこで，1年目はDHSバイオリアクターによる染色排水の連続処理実験を実施した。この研究において，嫌気性環境下でも染料が分解されることを発見した。
(ii)生分解性プラスチック原料PHAの生成・回収：下水処理場から生分解性プラスチック原料PHAを生産することが可能である。これまでの研究から簡単に嫌気・好気環境を作り，PHAを蓄積する細菌を高濃度に集積して容易にPHAを回収できるアイデアを持ち， PHA蓄積細菌群を集積できた実験データを得ている。下水からのPHA回収を実用化するには，汚泥内のPHA含有率を高める課題が残されている。そこで，至適な嫌気・好気時間を求める連続処理実験を実施した。人工下水においてPHA含有量約25％のPHA蓄積細菌群の集積運転条件を明らかにした。
(iii)極低濃度メタンガスの分解：メタンを酸化する多様なメタン酸化細菌の中には大気中のメタン（1.9ppm）を利用できるものがいるのではと考えられており，世界の研究者が探索を行っているが，まだ発見されていない。そこで，低濃度メタンで増殖するメタン酸化細菌の探索を行い，酸性下の条件で，メタン濃度5ppmでも増殖するメタン酸化細菌の生存を確認した。
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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
(i)染色排水，廃棄物処分地浸出水の処理： DHSバイオリアクターによる人工染色排水の連続処理実験を予定通りに実施し，処理性能を評価した。その結果，あるアゾ染料の脱色が可能であることが分かった。しかし，分子構造の違うアゾ染料は，好気性条件下では分解性能はほとんど見られなかった。一方，このアゾ染料は嫌気性条件下において脱色されることが分かった。今後，連続処理実験を継続し，最大処理性能を評価する予定である。
(ii)生分解性プラスチック原料PHAの生成・回収：生分解性プラスチック原料PHA含有量約25％の汚泥を人工下水から生成できることを実証した。ただし，運転条件の嫌気・好気時間を種々変えて行ったが， PHA含有量を飛躍的に向上できる条件は見つかっていない。今後は，実下水を用いて，PHA回収が可能であるかを調査する必要がある。
(iii)極低濃度メタンガスの分解：DHSリアクターを用いて，pH3という強酸性下の条件で，メタン濃度10ppm を5ppmまで消費し増殖するメタン酸化細菌の生存を再確認した。その後，リアクター内の汚泥からこの新規のメタン酸化細菌の分離・培養を試みたが，まだ分離までには至っていない。そこで，次年度も継続して分離・培養を試みる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は4つの開発技術に対して次のことを実施する。
(i)難分解性排水処理：嫌気条件下で染色排水の連続処理実験を実施し，性能を評価する。
(ⅱ)海水・汽水からのリン回収：DHSリアクターを用い，嫌気と好気を繰り返すことでポリリン酸蓄積細菌（PAO）を集積して下水からリン酸を濃縮回収する方法を考案している。また，干潟底質から好塩性（耐塩性）のPAOの存在を発見し，集積培養に成功している。このことは，海水および汽水からもリンを資源として回収できることを示唆している。しかし実用化には，好塩性PAOを高濃度に保持する必要があり，集積培養された細菌の系統的な情報が有用である。そこで，分子生物学的手法により優占化するポリリン酸蓄積細菌を同定する。
(ⅲ)極低濃度メタンガスの分解：メタン濃度5ppmでも増殖するメタン酸化細菌の分離・培養を継続して実施する。
(ⅳ)亜酸化窒素ガスの分解：我々は亜酸化窒素ガスを硝酸性窒素に酸化する細菌の培養を試みていた。その結果，亜酸化窒素が分解できることを明らかにしている。しかし，分解生成物は硝酸性窒素でなく，驚いたことに無害の窒素ガスになっていた。処理としては非常に好都合であるが，分解の機構は不明である。そこで，仮説を立て実証のための分解実験を行う。
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