2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of Resource Recovery and Environmental Clean-up System By Highly Active Iron-Oxidizing Bacteria
| Project/Area Number |
18K11696
|
|---|
| Research Institution | Okayama University |
|---|
Principal Investigator |
竹内 文章 岡山大学, 教育学研究科, 非常勤研究員 (90294446)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石川 彰彦 岡山大学, 教育学研究科, 教授 (10263617)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 鉄酸化細菌 / 高活性株 / 環境浄化 / 資源回収 / 生化学的解析 / 電気培養 / シュベルトマナイト / 固定化利用 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
数多くの鉄酸化細菌の単離株の中から銅等の重金属のリーチング，水銀気化活性の高い株を得ている。これらの菌株は，重金属が溶出しやすい酸性条件下で生育するためにバイオリーチング，バイオボラタリゼーション技術として利用できる。銅リーチング高活性株は，現場に生息する微生物を活用する方法に比べ，さらに高効率化が可能となる。水銀耐性株は，土壌あるいは廃水中の水銀を生物濃縮するのではなく，金属水銀として気化する著しく強い活性を示し，従来の高いエネルギーを使用する大型の高温加熱処理を必要としない。本研究の成果は，銅等の資源枯渇のための低品位鉱山からの資源回収技術，水俣条約等にも関連し水銀汚染された土壌・地下水等の浄化技術として期待されている。鉄酸化細菌は，増殖が遅いために，長年開発を進めてきた独自の電気培養法を用いて高濃度培養が可能となり，有能酵素の生化学的メカニズムの解明が進んできた。さらに，高活性株の高濃度連続培養や特殊担体を用いた固定化微生物の活用によって，高効率化及び装置のコンパクト化も可能となる。特に鉄酸化細菌を活用した水銀の回収技術に関する実用化例は，国内外では寡聞にしてなく，一連の高活性株を活用した研究について，省エネルギー的・経済的な重金属回収技術としての実用化を推進できる。
一方，総合的な鉄酸化細菌を用いた環境負荷低減型資源回収及び環境浄化システムを構築するうえで，処理後に発生する副産物の利用，処理後の土壌管理における菌体の残留性やpH管理等を含む検討が必要である。ここでは，鉄酸化細菌を利用した処理において生成される水酸化鉄硫酸塩（土壌汚染対策法の基準を満たし，農業資材としての利用も認められている）のシュベルトマナイト（Schwertmannite）に注目して，陰イオン吸着，金属イオン吸着，脱臭等の機能，土壌改良，水質浄化，芸術・工芸品の着色材等の利用方法を検討した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究で使用する鉄酸化細菌 A. ferrooxidansは，増殖が遅いために，電気培養装置の改良を重ね，高濃度培養が可能となり，重要な酵素精製及び生化学的な解析が進み，現在は実用化の検討を進めている。
高度な銅リーチング活性，すなわち銅鉱石等に対して銅の溶出が著しく高い A. ferrooxidans D3-2 株は，バクテリアリーチングに活用できる。また，水銀耐性で，無機及び有機水銀から金属水銀として還元気化する高い活性を持つ A. ferrooxidans MON-1 株及びさらにその誘導株A. ferrooxidans FT 株は，水銀を含有する廃液，地下水，土壌の環境浄化に活用できることを確認した。これらの高度活性株と鉄酸化細菌の標準株の A. ferrooxidans ATCC 23270 株の電気培養で得られた洗浄細胞，精製酵素Cytochrome c oxidase 等を用いて，鉄酸化酵素系等に係わる鉄酸化活性，リーチング活性，金属水銀（Hg0）気化活性等の諸性質について比較し，高度活性株は，環境浄化及び資源回収に係わる活性が高いこと等の生化学的諸性質が分かってきた。共同研究を行っている企業の研究所において，MON-1 株を用いた水銀汚染土壌浄化の実用化試験では，水銀汚染土壌から金属水銀として常温にいて短時間で効率良く気化回収できることについて紹介した。
さらに，本研究の総合的なシステム化に関連して，含有物組成の観点から農業資材としても利用が認められている柵原旧鉱山において生成される水酸化鉄硫酸塩のシュベルトマナイトについて，様々な物質の吸着能力，脱臭能力等について試験を行っている。また，粒状化等による機能材料としての加工方法について検討を行った。また，多機能を有する様々な資材，芸術・工芸品等の着色剤として具体的な利用方法について試験を行った。
|
| Strategy for Future Research Activity |
得られている高活性鉄酸化細菌について，さらに高耐性化・高活性化および活性保持することによって環境負荷低減型資源回収・環境浄化への実用化が課題となる。特に高度水銀耐性株である A. ferrooxidans MON-1 株及びさらに誘導株 A. ferrooxidans FT 株は，水銀を含有する廃液，地下水，土壌中の水銀を金属水銀として気化活性が著しく高いこと等のこれまで得られている基本的データーを解析し，今後はこれらの菌株による気化水銀を安全に吸着トラップする装置及び電気培養装置と微生物固定化装置を組み合わせた総合システムについて検討を行う。
本菌は，酸性条件下で成育しやすい菌であるが，これまでの基礎実験では，中性及びアルカリ性の水銀汚染土壌においても，電気培養液及びその固定化微生物の使用によって気化活性を得られている。これは，菌体を取り巻く様々な微環境（pH，温度，無機栄養塩等）の影響が考えられるために，固定化微生物法による効率化，阻害の抑制効果，活性の持続性，流動層あるいは固定層としての装置化，鉱山あるいは，土壌，廃水等での好ましい活用条件を調べる。低温時に使用できる誘導株については，育種しており，さらに，中性及びアルカリ性の領域における効率化，土壌等で処理後の管理方法の検討が必要である。また，本株を実際技術として活用するうえでの土壌への残留性の試験等を実施して「微生物によるバイオレメディエーション利用指針」に基づく浄化事業計画を策定する。
抗廃水処理施設において，鉄酸化細菌を用いた処理によって生成される水酸化鉄硫酸塩のシュベルトマナイトについて，砒素，リン酸，フッ素等を収着除去，アンモニアの吸着機能試験を実施するとともに，その資材を機能材料としての調整方法及び様々な利用方法を引き続き検討する。
|
| Causes of Carryover |
一昨年度から所属等の研究環境が変わったこと及び令和２年度はコロナ過において，現場での調査及び試験の実施が困難であっが，本研究の課題は，概ね進捗しており，これまで得られた成果のデーター解析に趣をおき，実用化検討に関しては，共同研究を行っている企業の研究所等において計画してきた。
さらに本研究で得られた成果の運用に関して，微生物利用の総合的な観点から，微生物の土壌への残留性の検討及び新たな微生物処理に伴う副産物の利用に関する研究を開始したために，準備等で進捗が遅れた事項があったが，次年度はこれらの事項を進展させる。
|
Research Products
(3 results)
