2023 Fiscal Year Annual Research Report

Recovery of phosphorus from natural water bodies using iron-oxidizing bacteria and woody biomass

Research Project

Project/Area Number	20H03117
Allocation Type	Single-year Grants
Research Institution	Shimane University
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)
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)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2025-03-31
Keywords	鉄バクテリア / リン回収 / 木質バイオマス
Outline of Annual Research Achievements	前年度に引き続き，島根県東部に位置する水田地域にある圃場整備によって地下水の流入の多い水田排水路の一部において，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。また，この地域に流れている水の多くは，宍道湖に流入する最大の河川である斐伊川から取水した農業用水であることから，斐伊川の水質の長期変動についての検討も行った。斐伊川の河川水の水質については，長期にわたる詳細なデータの蓄積が利用可能であったので，流域の土地利用の変化や人口の変化についても考察した。その結果，長期の水質トレンドに関与する大気降下物の影響や季節風によって運ばれる越境汚染物質の影響も無視できないことが分かった。また，リンの吸着と鉄の化学形態を考えるとpHが6.0～6.9程度が条件としては好ましく，また，Ehは-0.5～1Vが好ましいことが新たに分かった。こうした知見と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）の構成割合については十分な情報が得られなかったものの，河川水中から回収した浸漬後の鉄バクテリア集積物の担持した木質担体の吸着試験では攪拌条件を変化させてリン回収の効率についてはいくつかの知見が得られた。すなわち，シーソー型撹拌機を用いた撹拌の設定を20RPMとしても，24時間程度で十分な濃度低下がみられることがわかった。木質担体によって回収したリンは，土壌肥料学の知見より，高リン酸区のなかでも高いレベルに相当していることがわかっているが，市販のリン肥料と比べると少ない含有率である原因に，回収した担体の約95％は木質組織であることの課題について，いくつかの代替材料を試して若干の結果を得た。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初計画していた研究を行い，鉄バクテリアと木質担体を用いたリン回収のための条件設定とその条件を作り出す水文条件に関する有益な知見が得られ，また，酸化還元状態を工夫することで環境中のリンの濃集効率が大きいことが分かったため。
Strategy for Future Research Activity	木質担体によって回収したリンは，土壌肥料学の知見より，高リン酸区のなかでも高いレベルに相当していることがわかったものの市販のリン肥料のリン含有量と比べると少ない原因に，回収した担体の約95％は木質組織であることがあった。これについての代替材料の検討を引き続き継続していく。それとともに，申請者がこれまでに行った浸漬後の鉄バクテリア集積物の担持した木質担体の吸着試験の結果を，流れ場の物理条件とともにpHとEhを軸に整理する。さらに，鉄バクテリアも生育に適する条件（弱酸性でわずかな酸素欠乏）が整えば世界中で観察されるありふれた微生物であるものの，流れの条件によっては剥離と散逸がある事から，これらの要因に関してもこれまでの成果を整理する。