2013 Fiscal Year Research-status Report
カキ殻バイオフィルム利用によるリン回収型浄化処理システムの開発
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25550095
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Prefectural University of Hiroshima |
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Principal Investigator |
増山 悦子 県立広島大学, 人間文化学部, 助教 (10084162)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | リン回収 / バイオフィルム / 排水浄化処理 |
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| Research Abstract |
本研究は，畜産排水に含まれる高濃度のリン回収を主目的とした，バイオフィルム形成カキ殻砕片を濾材にした浄化システムを構築することである。小規模畜産農家において低コストで設置できる排水処理法を考案するだけでなく，問題となっている臭気，色度の低減を図っていく計画である。下記に，本年度実施した研究項目を示す。
1. 畜産現場において家畜排水の水質分析を季節毎に実施した。全リン濃度，全窒素濃度はともに高く季節変動があまり認められず，気温上昇に伴う臭気の発生が現場で大きな問題であった。排水工程の全容を明らかにするために，10カ所で水質分析を行い，カキ殻濾材の配置場所を検討した。
2．カキ殻担体を排水溝に設置して，排水流量の計測ならびに水質検査を行い，設置カキ殻の大きさを検討した。その結果排水する流路に従って，全殻次いで砕片カキ殻を設置する方法が効果的で水質検査値が改良されることが認められた。
3．バイオフィルム菌は3種類の湖沼用浄化菌，活性汚泥用種菌，ポリリン酸分解菌を選定し，カキ殻砕片に吸着させて成熟したバイオフィルム形状を確認した後に，浄化能とリン酸蓄積能を水質検査により求めた。それらの解析の結果，それぞれの菌種には一長一短があることから，バイオフィルム菌の植え付けを混合種で試みることにした。また悪臭防止菌を加える比率についても検討を行っている。
4．PCR-DGGE（微生物群集解析システム）による混合バイオフィルム菌の解析を行った。まず泳動温度（60 ℃）や泳動距離（20 cm）について検討を行い，電気泳動解析手法を確立した。特定の16S rRNA遺伝子バンドの解析から，バイオフィルム菌が成熟するに従い，菌種，菌量に変化がみられた。さらに長期間バイオフィルム形状を保持できる菌種について検討した。
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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
畜産農家の現場において，畜産排水の水質分析は定期的に実施し，高リン濃度の排水を確認している。また，カキ殻を実際に排水路に設置して，浄化効果の検証をしている。排水路に濾材用や浄化用などの目的に応じた，適当な大きさのカキ殻を設置するなど，浄化システムを構築する基盤の確立ができている。
バイオフィルム菌は，湖沼用浄化菌（ＦＭ菌）の浄化能力は少し落ちるがリンの取込に優れていること，活性汚泥種菌の浄化能力は高いが余剰汚泥が多いことやなどから，混合菌を用いたバイオフィルム形成を試みている。リン回収の目的でポリリン酸分解菌をバイオフィルム形成させて，有効性の基礎データを集積している。また悪臭防止菌については，単独のバイオフィルム形成における基礎となるデータは得られたが，混合した場合の効果についてさらに検証が必要であると思われる。バイオフィルム混合菌のPCR-DGGEによる電気泳動パターンから優位種を判別し，より効果的な浄化効率が図られる菌種の組み合わせや割合を検討している。また，ATP量から生菌数を求め，蛍光顕微鏡による観察を基にしてバイオフィルム形成の状態を３段階に分類することができているので，体系化していくことができると思われる。
研究室レベルでの実験と並行して，現場において要望も加味しながら，排水浄化システムへの提案も少しずつしており，最終年度の完成を目指せる見通しがついている。
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| Strategy for Future Research Activity |
畜産排水中に含まれる高濃度のリン酸は，バイオフィルム菌へ取込まれることから,
平成26年度はポリリン酸分解菌により効率良くリン酸を回収できるように，試行錯誤で取り組んでいく計画である。さらに悪臭防止菌の混合が成熟バイオフィルム形成に及ぼす影響を，バイオフィルム形成の分類分けやPCR-DGGE解析に基づいて明らかにしていき，浄化システム構築を目指して，成熟バイオフィルムの形成に必要とされる条件を求める。
当初計画通りに平成26年度は，成熟バイオフィルム形成に伴う高次機能発現の解析を次のように実施する。分泌タンパク質の等電点や分子量を二次元電気泳動により明らかにし，ザイモグラフィーを駆使して分泌タンパク質に含まれる代謝酵素（プロテアーゼならびにフォスファターゼ）の解析を行う。バイオフィルム形成，高次機能に関わるタンパク質は，ウエスタンブロットで転写した膜のタンパク質スポットのＮ末アミノ酸シークエンスから，BLAST検索を行い同定する。成熟バイオフィルム形成時に分泌される多糖類の分析はHPLCにより行う。
最終年度では，総合的考察をはかり，小規模畜産農家が簡単に設置できる安全でかつ低コスト，資源循環型のリン回収兼排水浄化処理システムを提案し，環境への安全性の検討を行い，実用化する計画である｡
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
今年度末に関係する講演会への旅費支出が近距離のため押さえられたことから，助成金が生じた。次年度は，さらに現場での要望を聞きながら浄化システムを構築していきたいので，実地試験の回数を増やす必要があり，そのための諸経費に使用する予定である。
畜産農家の現場へ排水浄化装置機材の搬入経費の他，現地でのアルバイト学生による実験補助回数を増やす計画である。
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