余剰汚泥を触媒とした下水処理場における化成品製造ポテンシャルの検討

• Project/Area Number: 18H01570
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 22060:Environmental systems for civil engineering-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 池 道彦 大阪大学, 工学研究科, 教授 (40222856)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井上 大介 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (70448091) ; 黒田 真史 大阪大学, 工学研究科, 助教 (20511786)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000); Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2020: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2019: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2018: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
• Keywords: 下水処理場 / 余剰汚泥 / 産業排水 / 化成品生産 / バイオマス循環拠点化

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、下水処理場において、余剰汚泥をバイオ触媒として用い、産業排水等の地域バイオマスを原料として市場価値の高い化成品を製造できるプロセスを確立し、バイオマス資源拠点としてのポテンシャルを飛躍的に高めることを構想しており、その実現の核となる技術として、余剰汚泥を用い、多様な有機物から、化成品として利用可能な細胞内貯蔵物質や細胞外ポリマーを高効率に精算するプロセスを実験的に検討することを目的としている。
今年度は、課題２『排水・廃棄物を基質に用いた化成品生産技術の確立』と課題３『フィージビリティスタディ』に取り組んだ。
課題２においては、糖類の代表としてグルコースを基質に用いたPHA蓄積微生物の優占化（集積）技術について検討し、Aerobic dynamic discharge法を基本とし、栄養源の投入方法を工夫することにより、有能なPHA蓄積微生物群を短期間で集積できることが明らかにした。また、複合微生物群集からのPHA回収法について、前年度に選定した手法の処理条件を最適化し、クロロホルム抽出が回収率・純度・回収されるPHAの物性の点から最も有望な方法であることを明らかとした。また、課題３として、酢酸を基質としたPHA生産を想定して、主にPHA回収における環境負荷の試算を試みた。その結果、選定したPHA回収法を用いたPHA生産プロセスの環境負荷は、純菌を用いた実規模／パイロットスケールのPHA生産と同等以下となることが推定され、排水・廃棄物を原料とするプロセスではさらに低環境負荷でのPHA生産が可能であると推察された。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Optimization of aerobic dynamic discharge process for very rapid enrichment of polyhydroxyalkanoates-accumulating bacteria from activated sludge (2021)
  • Author(s): Daisuke Inoue, Atsushi Fukuyama, Yu Ren, Michihiko Ike
  • Journal Title: Bioresource Technology Volume: 336 Pages: 125314-125314
  • DOI: 10.1016/j.biortech.2021.125314
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rapid enrichment of polyhydroxyalkanoate-accumulating bacteria by the aerobic dynamic discharge process: Enrichment effectiveness, polyhydroxyalkanoate accumulation ability, and bacterial community characteristics in comparison with the aerobic dynamic feeding process (2019)
  • Author(s): Inoue Daisuke、Fukuyama Atsushi、Ren Yu、Ike Michihiko
  • Journal Title: Bioresource Technology Reports Volume: 7 Pages: 100276-100276
  • DOI: 10.1016/j.biteb.2019.100276
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Potential of waste activated sludge to accumulate polyhydroxyalkanoates and glycogen using industrial wastewater/liquid wastes as substrates (2019)
  • Author(s): Ike Michihiko、Okada Yukihiro、Narui Takaaki、Sakai Kosuke、Kuroda Masashi、Soda Satoshi、Inoue Daisuke
  • Journal Title: Water Science and Technology Volume: 80 Pages: 2373-2380
  • DOI: 10.2166/wst.2020.059
  • Peer Reviewed
• [Presentation] グルコースを基質とした余剰汚泥からのポリヒドロキシアルカン酸蓄積微生物の迅速集積法の確立 (2022)
  • Author(s): 辻柾哉、任羽、井上大介、池道彦
  • Organizer: 第56回日本水環境学会年会
• [Presentation] Substrate versatility for polyhydroxyalkanoates production by acetate-grown mixed microbial culture derived from activated sludge (2021)
  • Author(s): Yu Ren, Daisuke Inoue, Michihiko Ike
  • Organizer: Water and Environment Technology Conference 2021 (WET2021)-online
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Enrichment of Polyhydroxyalkanoates-accumulating bacteria from activated sludge using glucose as substrate (2021)
  • Author(s): Masaya Tsuji, Yu Ren, Daisuke Inoue, Michihiko Ike
  • Organizer: The 13th Joint Workshop on Advanced Engineering Technology for Environment and Energy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 余剰汚泥に蓄積したポリヒドロキシアルカン酸の高効率回収法の検討 (2021)
  • Author(s): 井上大介、三和康平、池道彦
  • Organizer: 第58回下水道研究発表会
• [Presentation] 余剰汚泥に蓄積したポリヒドロキシアルカン酸の高効率回収法の確立 (2021)
  • Author(s): 三和康平, 井上大介, 池道彦
  • Organizer: 第55回日本水環境学会年会
• [Presentation] Optimization of operational variables for aerobic dynamic discharge process to efficiently enrich polyhydroxyalkanoate-accumulating bacteria in activated sludge (2020)
  • Author(s): Daisuke Inoue, Atsushi Fukuyama, Yu Ren, Michihiko Ike
  • Organizer: Sustainable Waste Management Conference 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 余剰汚泥に蓄積したポリヒドロキシアルカン酸の高収率・高純度な回収法の検討 (2020)
  • Author(s): 井上大介, 三和康平, 池道彦
  • Organizer: 第57回環境工学研究フォーラム
• [Presentation] 余剰汚泥に蓄積したポリヒドロキシアルカン酸の高効率回収法の確立 (2020)
  • Author(s): 三和康平、井上大介、池道彦
  • Organizer: 第54回日本水環境学会年会
• [Presentation] 余剰汚泥からのポリヒドロキシアルカン酸蓄積微生物の迅速集積技術の確立 (2020)
  • Author(s): 任羽、福山篤史、井上大介、池道彦
  • Organizer: 第54回日本水環境学会年会
• [Presentation] 油糧微生物のバイオオイル生産特性に関する検討 (2019)
  • Author(s): 三和康平、黒田真史、井上大介、池道彦
  • Organizer: 第19回環境技術学会
• [Presentation] 余剰汚泥からのポリヒドロキシアルカン酸の迅速集積法の検討 (2019)
  • Author(s): 井上大介、福山篤史、任羽、池道彦
  • Organizer: 第56回下水道研究発表会
• [Presentation] Potential of waste activated sludge to accumulate polyhydroxyalkanoates and glycogen using industrial wastewater/liquid wastes as substrates (2019)
  • Author(s): Michihiko Ike, Yukihiro Okada, Takaaki Narui, Kosuke Sakai, Masashi Kuroda, Satoshi Soda, Daisuke Inoue
  • Organizer: 10th IWA International Symposium on Waste management Problems in Agro-Industries
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Rapid enrichment of polyhydroxyalkanoates-accumulating bacteria from activated sludge by aerobic dynamic discharge process (2019)
  • Author(s): Atsushi Fukuyama, Yu Ren, Daisuke Inoue, Michihiko Ike
  • Organizer: Water and Environment Technology Conference 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optimization of operational conditions of aerobic dynamic discharge process for rapid enrichment of polyhydroxyalkanoates-accumulating bacteria from activated sludge (2019)
  • Author(s): Atsushi Fukuyama, Yu Ren, Daisuke Inoue, Michihiko Ike
  • Organizer: the 12th Joint Workshop on Advanced Engineering Technology for Environment and Energy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 余剰汚泥を活用した下排水からのバイオプラスチック生産への挑戦 (2019)
  • Author(s): 井上大介
  • Organizer: 日本生物工学会北日本支部2019札幌シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 余剰汚泥からのPHA蓄積微生物の迅速集積法の確立～下水処理で発生する廃棄物の高付加価値資源への転換への挑戦～ (2019)
  • Author(s): 井上大介
  • Organizer: 日本水処理生物学会第56回大会 排水・環境水研究集会
  • Invited
• [Presentation] Accumulation of intracellular storage compounds by waste activated sludge as value-added products: for turning wastewater treatment plants to biorefinery plants (2019)
  • Author(s): Michihiko Ike, Daisuke Inoue
  • Organizer: IEEC & BWR2019
  • Invited
• [Presentation] 余剰汚泥中のポリヒドロキシアルカン酸蓄積微生物の迅速集積に関する基礎的検討 (2019)
  • Author(s): 井上大介、福山篤史、池道彦
  • Organizer: 第53回日本水環境学会年会
• [Presentation] Potential of PHA and glycogen accumulation from industrial wastewater in waste activated sludge (2018)
  • Author(s): Daisuke Inoue, Takaaki Narui, Yukihiro Okada, Kazunori Yokoe, Masashi Kuroda, Satoshi Soda, Michihiko Ike
  • Organizer: Grand Renewable Energy 2018
  • Int'l Joint Research