2021 Fiscal Year Annual Research Report
Recovery of phosphorus from natural water bodies using iron-oxidizing bacteria and woody biomass
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20H03117
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Shimane University |
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Principal Investigator |
武田 育郎 島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 教授 (60227022)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
深田 耕太郎 島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 助教 (40633178)
佐藤 裕和 島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 助教 (90609364)
吉岡 有美 島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 助教 (40753885)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | リン回収 / 鉄バクテリア / 木質バイオマス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
島根県東部に位置する，簸川平野の水田地域にある圃場整備された水田排水路の一部において，申請者が提案している木質担体と鉄バクテリアを用いた自然水域からのリン回収方法の改良と汎用化について，鉄バクテリアの生息するpH-Eh環境についての環境要素水文データや水域の還元状態に着目して調査した。鉄バクテリアに関する古典的な理解では，pHが6.5～7.5程度の中性付近において生息可能なEhは-0.3～0.5Vとされているが，今回の調査からはこれよりも還元的なEhは-0.7～0.2Vの範囲にあることが分かった。また，pHの変動範囲については，地下水の嫌気状態の進行によって4.5前後にまで低下することもありうることが分かった。また，モデル水域の水文特性は，近隣の農業水利の影響を強く受けていることから，水田の灌漑期間と非灌漑期に分けて調査すると，特にPO4-P（リン酸態リン）濃度においては統計的な有意差が認められた。また，これまで測定項目である可給態リン酸と強酸で溶解する成分としてのTP との関係をべた。その結果， Bray-2 Pの 0.215 mg/gに対してTPは 0.580 mg/gであり2020年度よりも多くなった。鉄バクテリアの生成する酸化鉄はレアアースを濃集することも報告されていることから，試験水域におけるリンの濃集について調べたところ，リンについては，水中に比べて約2,600～9,000倍（平均では約6,400倍）に濃集されていることがわかった。ただし，こうした結果のバラツキには，鉄バクテリアの生成する酸化鉄の化学形態（フェリハイドライト，ヘマタイト，ゲータイトなど）や吸着メカニズムの複雑さが関与していると考えられた。また，試験水域にはこの地域の最も大きい河川である斐伊川の水が水田用水として供給されており，斐伊川の水質にも結果が影響されている可能性が考えられてた。
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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
鉄バクテリア集積物を用いたリン回収の条件をpＨとEhから整理するための基礎的な情報を得られた。試験水域の水質に与える周辺の大河川の影響を把握することができた。さらにリン回収におよぼす鉄の化学形態は必ずしも単純ではなく，いくつかの化学形態の相互作用に依存する可能性が示唆された。
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| Strategy for Future Research Activity |
リンの回収量には水文条件の変化による水田用水の供給源である斐伊川の水質も影響していることがわかってきたため，斐伊川の水質の影響をリン以外についても調べる。加えて浸漬試験を行って自然水域から鉄とリンを回収した木質担体について，これを再び自然水域に浸漬した時，さらなるリンの回収能力があることがわかっているが，これには酸化鉄の形態が回収後の脱水過程において変化することが考えられるため，メカニズムの解明のための材料集めを行う。
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