2023 Fiscal Year Annual Research Report

海水・淡水Anammox混合培養系の部分亜硝酸化-Anammox-脱窒法への展開

Research Project

Project/Area Number	22H01628
Allocation Type	Single-year Grants
Research Institution	Kumamoto University
Principal Investigator	川越保徳熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (00291211)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	井上大介大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (70448091) 惣田訓立命館大学, 理工学部, 教授 (30322176) 伊藤紘晃熊本大学, くまもと水循環・減災研究教育センター, 助教 (80637182)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2027-03-31
Keywords	Anammox / 部分亜硝酸化 / 海水性Anammox細菌 / 淡水性Anammox細菌
Outline of Annual Research Achievements	本研究は淡水性細菌群と海水性細菌群の混合培養系による部分亜硝酸化-Anammox（Partial nitritation/Anammox：PN/A）の構築とその窒素除去能および特性の解明を主目的とする。初年度の昨年度は，本申請研究において新たに考案した懸濁態-生物膜混在型反応槽（Hybrid Bio-Reactor：HBR）を用いてこれまで世界的に知見の乏しい海水性Anammox細菌バイオマスによるPN/Aプロセス（海水性PN/A）の構築に成功し,研究成果を日本水環境学会等で発表した。 2年目となる本年度は，昨年度，構築に成功した海水性Anammox細菌バイオマスによるPN/Aプロセス（海水性PN/A）の窒素除去能力の向上と安定化を検討するとともに，HBRによる淡水性Anammox細菌バイオマスを用いたPN/A（淡水性PN/A）の構築を検討した。海水性PN/Aの微生物叢解析の結果より反応槽内には海水性Anammox細菌と推定されるCandidatus Scalindua属細菌に加え，アンモニア酸化細菌と推定されるNitrosomonadaceae科細菌が検出されるなどの知見を得た他，240 mg-N/Lのアンモニア態窒素を含む流入水にて60%以上の窒素除去率（NRE）を達成した。淡水性PN/Aについては，HBRにて240 mg-N/Lのアンモニアを基質として窒素容量負荷0.67 kg-N/L・dの条件下で70％以上の窒素除去率を達成したことから，細菌叢解析を実施して知見が得られ次第，関連学会等での発表を予定している。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 初年度の昨年度においては，本申請研究において新たに考案した懸濁態-生物膜混在型反応槽（Hybrid Bio-Reactor：HBR）を用いてこれまで世界的に知見の乏しい海水性Anammox細菌バイオマスによるPN/Aプロセス（海水性PN/A）の構築に成功し，120 mg-N/Lのアンモニア塩のみを基質とする流入水について80%以上の窒素除去率（NRE）を達成，これらの研究成果を日本水環境学会等で発表した。2年目となる本年度は，海水性PN/Aプロセスの窒素除去能力の向上と安定化を検討するとともに，HBRによる淡水性Anammox細菌バイオマスを用いたPN/A（淡水性PN/A）の構築を検討した。海水性PN/Aの微生物叢解析の結果では，反応槽内には海水性Anammox細菌と推定されるCandidatus Scalindua属細菌に加え，アンモニア酸化細菌と推定されるNitrosomonadaceae科細菌が検出されるなどの知見が得られた。また，窒素除去能の向上を目指して240 mg-N/Lのアンモニア態窒素を含む流入水にて約10時間の水理学的滞留時間（HRT）を設定し，約0.58 kg-N/L・dの窒素容量負荷（NLR）の条件下で60%以上のNREを達成したもののその後約2週間でNREの急激な低下が認められため，回復を急ぐとともにNRE低下要因の解明に取り組んでいる。淡水性PN/Aについては，HBRにて240 mg-N/Lのアンモニアを基質として窒素容量負荷0.67 kg-N/L・dの条件下で70％以上の窒素除去率を達成したことから，細菌叢解析を実施中である。
Strategy for Future Research Activity	今年度までに，海水性PN/Aおよび淡水性PN/Aの構築に成功したことから，本研究3年目となる本年度は，淡水性細菌群と海水性細菌群の混合培養系によるPN/Aプロセス（混合系PN/A）の立ち上げに挑む。方法としては，これまでと同様HBRのコンセプトを継承する新型リアクターを用いる。主な変更点は底部からの不活性バイオマスや無機成分など沈殿物の排除が容易であること，不織布の新旧交換が容易であること，材質がガラスではなくアクリルであることである。また，混合系PN/Aの立ち上げにあたっては，海水性と淡水性Anammox細菌培養物の混合物を植種源とすることに加え，淡水系PN/Aと海水性PN/Aリアクター内培養物の混合物を用いた方法を検討する予定である。