生物活性炭処理を介した給配水システムにおける微生物叢の形成とその制御

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K14861
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 中西 智宏 京都大学, 工学研究科, 助教 (90824293)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 生物活性炭 / 高度浄水処理プロセス / 漏出微生物 / 動物プランクトン

Outline of Annual Research Achievements

我が国の都市部の主要な浄水場では、オゾン処理と生物活性炭(BAC)処理を主要単位操作と する高度浄水処理プロセス(凝集沈殿、急速砂ろ過、オゾン、BAC、塩 素消毒)が採用され ている。これはオゾンによって酸化分解された有機物をBAC層内の微生物代謝によって除去できるため微量汚染物質等の除去には有効だが、 処理過程で必然的に微生物の繁殖を助長しているとも考えられ、微生物の漏出に注意する必要がある。本研究は高度浄水処理プロセスにおける微生物的安定性を向上させることを見据えて、BAC層からの微生物の漏出が水道水中の微生物群集に与える影響を把握することを目的としている。令和2年度はBAC処理水中のワムシや線虫といった動物プランクトンが体内に細菌を保持し、塩素消毒から保護していることが確認された。
そこで、令和３年度は、BAC処理水中の動物プランクトン内部の細菌群集の組成を調べ、浄水や給配水システムでの細菌群と比較した。具体的には、BAC処理水からプランクトンネットでこれら微小動物を捕集したあと、その体内細菌群を抽出し、次世代シーケンサーによって16S rRNA遺伝子領域を網羅的に解読することで菌叢解析をおこなった。同様の分析を浄水場の工程水（オゾン処理水、BAC処理水、浄水）や送水幹線上の水道水に対しても行い、体内細菌と比較した。その結果、特定の細菌グループがBAC処理水中の動物プランクトン内部に局在しており、塩素消毒後にも残存しやすいことが明らかになった。またこれらのグループの一部の細菌種は送水幹線上で一般細菌として検出されることがあったため、改めてBACからの漏出微生物の管理が重要であることが示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の研究計画では、残留塩素の存在下でも「生きている」細菌群集を網羅的に検出するため、生菌のみを選択的に解析する菌叢解析手法を確立予定であった。しかし、本年度の検討結果を踏まえれば、通常の菌叢解析手法でも主要な細菌叢は概ね把握できていると考えられた。そこで計画を変更し、動物プランクトンの体内細菌の分析に集中して研究を進めており、BAC由来細菌群の送配水システムにおける残存が確認できた。したがって、若干の計画変更はあるものの、研究目的に照らして概ね順調に進んでいると判断される。

Strategy for Future Research Activity

最終年度は、BAC由来の生物漏出を軽減できるような浄水処理について検討する予定である。具体的には、BAC処理前段のオゾン処理条件、BAC層の塩素洗浄頻度などに注目し、浄水場での工程水の分析やパイロットスケールでの実験等を組み合わせて、処理条件が漏出微生物の挙動や増殖に与える影響を把握する。