2020 Fiscal Year Research-status Report

Development of a treatment system for mine drainage containing manganese by using constructed wetlands with soil, plants, and microorganisms

Research Project

Project/Area Number	19K22935
Research Institution	Ritsumeikan University
Principal Investigator	惣田訓立命館大学, 理工学部, 教授 (30322176)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	宮田直幸秋田県立大学, 生物資源科学部, 教授 (20285191)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2022-03-31
Keywords	人工湿地 / マンガン / 微生物 / 植物
Outline of Annual Research Achievements	人工湿地による坑廃水からのマンガン除去技術の開発を行った。加えて、マンガン酸化物には他の金属を共沈によって水中から除去する特性もあることから、坑廃水からのマンガンと亜鉛の除去を目的とした。ヨシまたはガマを植栽した植栽系に加え、非植栽系を用いた。上部から1000mLの模擬坑廃水を流入させ、期間ごとに設定した水理学的滞留時間後に処理水を排出し、再び新たな模擬坑廃水1000mLを人工湿地に流入させるシーケンシングバッチ方式で処理実験を行った。水理学的滞留時間は、第Ⅰ期～第Ⅲ期は1週間、第Ⅳ期は2週間、第Ⅴ期～第Ⅵ期は3～4日間に設定した。第Ⅰ期と第Ⅱ期は、非植栽系での除去が良好であったが、pHが８を超えたため、Mnが化学酸化した。植栽系は第Ⅲ～第Ⅴ期を通して安定して高いMnの除去率を保持した。非植栽系では、第Ⅲ期のMn除去率が低下したが、第Ⅳ期、第Ⅴ期では安定して除去でき、植栽の有無が処理水の金属濃度へ影響を与えていることが示唆された。水理学的滞留時間が3～4日間あればMnが十分に処理できるが、水理学的滞留時間を2週間に延長した場合、Mnが再溶出していることが確認された。亜鉛は第Ⅲ期の非植栽系を除いて排水基準を満たす除去ができた。第Ⅵ期はMnを模擬坑廃水から抜いたが、実際はZnが除去された。これは系内の、マンガン酸化物に吸着されたと考えられる。非植栽系では第Ⅲ期と第Ⅳ期にMnとZnの濃度に強い正の相関があり、Mn酸化物に亜鉛が吸着されていることが示唆された。ヨシ植栽系は、第Ⅲ期と第Ⅳ期において弱い相関がみられた。また、非植栽系に比べ、植栽系におけるマンガンと亜鉛の濃度の相関が弱かった要因として、植物が必須元素である亜鉛を根から吸収することや、根圏に局所的に嫌気環境が形成され、不溶性の硫化亜鉛が形成されるなど、複雑な亜鉛の除去機構が存在することが考えられる。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason マンガンだけでなく、亜鉛も除去できており、当初の目的が達成されている。
Strategy for Future Research Activity	共同研究者とマンガン酸化菌の分離に成功している。非植栽系人工湿地からマンガン酸化菌（0205-1-b株）している。また、マンガン酸真化菌をヨシ植栽系人工湿地から2株（0205-3-1株、0205-3-2株）分離しており、ガマ植栽系からは3株（0205-5-1株、0205-5-2株、 0205-5-2株）している。これらのマンガン酸化能力を評価し、人工湿地内での役割について考察する。
Causes of Carryover	コロナ禍の影響により、4～6月までは、研究活動の制限があり、また、学会がオンライン開催となり、旅費がかからなかった。