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2019 Fiscal Year Annual Research Report

余剰汚泥を触媒とした下水処理場における化成品製造ポテンシャルの検討

Research Project

Project/Area Number 18H01570
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

池 道彦  大阪大学, 工学研究科, 教授 (40222856)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 井上 大介  大阪大学, 工学研究科, 准教授 (70448091)
黒田 真史  大阪大学, 工学研究科, 助教 (20511786)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Keywords下水処理場 / 余剰汚泥 / 産業排水 / 化成品生産 / バイオマス循環拠点化
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、下水処理場において、余剰汚泥をバイオ触媒として用い、産業排水等の地域バイオマスを原料として紙上価値の高い化成品を製造できるプロセスを確立し、バイオマス資源循環拠点としてのポテンシャルを飛躍的に高めることを構想しており、その実現の核となる技術として、余剰汚泥を用い、多様な有機物から、化成品として利用可能な細胞内貯蔵物質や細胞外ポリマーを高効率に生産するプロセスを実験的に検討することを目的としている。
2019年度には、初年度に引き続き、課題1『余剰汚泥の化成品生産ポテンシャルの評価及び効率的生産条件の検討』の検討を進めるとともに、課題2『排水・廃棄物を基質に用いた化成品生産技術の確立』にも取り組んだ。
課題1においては、酢酸を基質として用い、余剰汚泥中のポリヒドロキシアルカン酸(PHA)蓄積微生物を数日間で優占化させる馴致・集積条件の最適化を試みた。その結果、最適条件で2日間の馴致培養を行うことにより、その後の窒素・リン制限下でのフェドバッチ培養において、細胞重量あたり約70%までPHAを蓄積できるPHA生産微生物集積系を構築することができた。
また、課題2においては、PHAを対象化成品(細胞内貯蔵物質)とし、余剰汚泥からのPHA抽出・精製技術に関する検討を進めた。純菌で用いられている既存手法を整理し、汎用されている溶媒抽出法、細胞可溶化法、細胞破砕法の中から2-3種を選定し、余剰汚泥中に蓄積したPHAの抽出・精製への有効性を検証した。その結果から、溶媒抽出法ではクロロホルム抽出、細胞可溶化法ではNaOH溶解、細胞破砕法では超音波破砕が有望手法であることを明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

これまで月レベルの長期間が必要であったPHA生産微生物の優占化・活性化をわずか2日程度まで短縮できる手法を確立することができ、目標の一端を達成することができた。さらに、余剰汚泥からのPHA抽出・精製方法についても、当初予定の通りに遂行し、成果を上げることができた。以上のことから、おおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

現在のところ、研究目的に向けて問題なく進展しており、研究計画について特段の変更等は必要ないことから、当初計画の通りに研究を推進していく。それとともに、研究成果の積極的な公表も進めていく予定である。

  • Research Products

    (12 results)

All 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Rapid enrichment of polyhydroxyalkanoate-accumulating bacteria by the aerobic dynamic discharge process: Enrichment effectiveness, polyhydroxyalkanoate accumulation ability, and bacterial community characteristics in comparison with the aerobic dynamic feeding process2019

    • Author(s)
      Inoue Daisuke、Fukuyama Atsushi、Ren Yu、Ike Michihiko
    • Journal Title

      Bioresource Technology Reports

      Volume: 7 Pages: 100276~100276

    • DOI

      10.1016/j.biteb.2019.100276

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Potential of waste activated sludge to accumulate polyhydroxyalkanoates and glycogen using industrial wastewater/liquid wastes as substrates2019

    • Author(s)
      Ike Michihiko、Okada Yukihiro、Narui Takaaki、Sakai Kosuke、Kuroda Masashi、Soda Satoshi、Inoue Daisuke
    • Journal Title

      Water Science and Technology

      Volume: 80 Pages: 2373~2380

    • DOI

      10.2166/wst.2020.059

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 余剰汚泥に蓄積したポリヒドロキシアルカン酸の高効率回収法の確立2020

    • Author(s)
      三和康平、井上大介、池道彦
    • Organizer
      第54回日本水環境学会年会
  • [Presentation] 余剰汚泥からのポリヒドロキシアルカン酸蓄積微生物の迅速集積技術の確立2020

    • Author(s)
      任羽、福山篤史、井上大介、池道彦
    • Organizer
      第54回日本水環境学会年会
  • [Presentation] 油糧微生物のバイオオイル生産特性に関する検討2019

    • Author(s)
      三和康平、黒田真史、井上大介、池道彦
    • Organizer
      第19回環境技術学会
  • [Presentation] 余剰汚泥からのポリヒドロキシアルカン酸の迅速集積法の検討2019

    • Author(s)
      井上大介、福山篤史、任羽、池道彦
    • Organizer
      第56回下水道研究発表会
  • [Presentation] Potential of waste activated sludge to accumulate polyhydroxyalkanoates and glycogen using industrial wastewater/liquid wastes as substrates2019

    • Author(s)
      Michihiko Ike, Yukihiro Okada, Takaaki Narui, Kosuke Sakai, Masashi Kuroda, Satoshi Soda, Daisuke Inoue
    • Organizer
      10th IWA International Symposium on Waste management Problems in Agro-Industries
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Rapid enrichment of polyhydroxyalkanoates-accumulating bacteria from activated sludge by aerobic dynamic discharge process2019

    • Author(s)
      Atsushi Fukuyama, Yu Ren, Daisuke Inoue, Michihiko Ike
    • Organizer
      Water and Environment Technology Conference 2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Optimization of operational conditions of aerobic dynamic discharge process for rapid enrichment of polyhydroxyalkanoates-accumulating bacteria from activated sludge2019

    • Author(s)
      Atsushi Fukuyama, Yu Ren, Daisuke Inoue, Michihiko Ike
    • Organizer
      the 12th Joint Workshop on Advanced Engineering Technology for Environment and Energy
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 余剰汚泥を活用した下排水からのバイオプラスチック生産への挑戦2019

    • Author(s)
      井上大介
    • Organizer
      日本生物工学会北日本支部2019札幌シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] 余剰汚泥からのPHA蓄積微生物の迅速集積法の確立~下水処理で発生する廃棄物の高付加価値資源への転換への挑戦~2019

    • Author(s)
      井上大介
    • Organizer
      日本水処理生物学会第56回大会 排水・環境水研究集会
    • Invited
  • [Presentation] Accumulation of intracellular storage compounds by waste activated sludge as value-added products: for turning wastewater treatment plants to biorefinery plants2019

    • Author(s)
      Michihiko Ike, Daisuke Inoue
    • Organizer
      IEEC & BWR2019
    • Invited

URL: 

Published: 2021-12-27  

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