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バイオフィルム内のN2O生成・消費機構の解明と排出削減が可能な排水処理技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17H01893
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 環境技術・環境負荷低減
研究機関東京農工大学

研究代表者

寺田 昭彦  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30434327)

研究分担者 藤原 拓  高知大学, 教育研究部自然科学系農学部門, 教授 (10314981)
堀 知行  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (20509533)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2019年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2018年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2017年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
キーワード亜酸化窒素 / 亜酸化窒素還元細菌 / ガス透過膜 / バイオフィルム / 15Nトレーサー法 / 微生物叢解析 / 硝化 / 脱窒 / 生成機構解明 / N2O還元細菌 / 対抗拡散方式 / 亜酸化窒素消費細菌 / pH / 硫化水素 / 対抗拡散型バイオフィルム / 硝化・脱窒 / 微小電極 / 生成機構 / 排水処理 / 細菌
研究成果の概要

本研究は、中空状ガス透過膜の内側より曝気槽の排気ガスを供給し、外側のバイオフィルムに消費させることにより排気ガス中に含まれる温室効果ガスの亜酸化窒素(N2O)を削減する新しいバイオフィルムプロセスの開発に資するものである。研究成果として、ガス透過膜上に形成されるバイオフィルムが、N2Oを消費する細菌の活性を活かし、N2Oの大幅な削減を達成できることを明らかにした。また、N2Oの排出削減に寄与する有用な種類を選定した。さらに、N2O消費を高活性に行う細菌の温度や酸素に対する耐性評価を行い、N2O削減が十分に行える条件を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

亜酸化窒素(N2O)は第三の温室効果ガスと言われ、排水の高度処理を行っている施設での排出削減が求められている。N2Oは高度処理施設において、排水中に含まれる窒素化合物を窒素ガスに変換する際に副生成物として排出される。本研究は、このN2Oを効率的に削減できる新しい技術を提案している。本研究で得られた成果は、提案した技術の排水処理施設への導入によるN2O排出量削減につなげられる。また、N2Oを効率的に窒素ガスに分解できる細菌群を同定したため、農地などへの適用により、N2O排出の削減が期待される。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 3件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 9件、 招待講演 9件)

  • [国際共同研究] ダルムシュタット工科大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] デンマーク工科大学(デンマーク)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] デンマーク工科大学(デンマーク)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] ダルムシュタット工科大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] デンマーク工科大学(デンマーク)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] ノートルダム大学(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Exploration and enrichment of methane-oxidizing bacteria derived from a rice paddy field emitting highly concentrated methane2020

    • 著者名/発表者名
      Yasuda, S., Toyoda, R., Agrawal, S., Suenaga, T., Riya, S., Hori, T., Lackner, S., Hosomi, M., Terada, A.
    • 雑誌名

      Journal of Bioscience and Bioengineering

      巻: in press 号: 3 ページ: 311-318

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2020.04.006

    • NAID

      40022351710

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Startup, performance, and microbial communities of an anammox reactor inoculated with indigenous sludge for the treatment of high-salinity and mesophilic underground brine2019

    • 著者名/発表者名
      Yokota, N., Mineshima, R., Yamaguchi, H., Hirase, T., Ishikawa, H., Azuma, T., Hosomi, M., Terada, A.
    • 雑誌名

      Clean Technologies and Environmental Policy

      巻: 21 号: 5 ページ: 1001-1011

    • DOI

      10.1007/s10098-019-01688-y

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enrichment, Isolation, and Characterization of High-Affinity N2O-Reducing Bacteria in a Gas-Permeable Membrane Reactor2019

    • 著者名/発表者名
      Suenaga, T., Hori, T., Riya, S., Hosomi, M., Smets, Barth F., Terada, A.
    • 雑誌名

      Environmental Science & Technology

      巻: 53 号: 20 ページ: 12101-12112

    • DOI

      10.1021/acs.est.9b02237

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Determining uncertainties in PICRUSt analysis - An easy approach for autotrophic nitrogen removal2019

    • 著者名/発表者名
      Agrawal, S., Kinh, C. T., Schwartz, T., Hosomi, M., Terada, A., Lackner, S.
    • 雑誌名

      Biochemical Engineering Journal

      巻: 152 ページ: 107328-107328

    • DOI

      10.1016/j.bej.2019.107328

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Immobilization of Azospira sp. strain I13 by gel entrapment for mitigation of N 2 O from biological wastewater treatment plants: Biokinetic characterization and modeling2018

    • 著者名/発表者名
      Suenaga Toshikazu、Aoyagi Ryo、Sakamoto Nozomi、Riya Shohei、Ohashi Hidenori、Hosomi Masaaki、Tokuyama Hideaki、Terada Akihiko
    • 雑誌名

      Journal of Bioscience and Bioengineering

      巻: 印刷中 号: 2 ページ: 213-219

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2018.02.014

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Draft genome sequence of Azospira sp. strain I13, a nitrous oxide-reducing bacterium harboring clade II type nosZ2018

    • 著者名/発表者名
      Toshikazu Suenaga、Tomo Aoyagi、Masaaki Hosomi、Tomoyuki Hori、Akihiko Terada
    • 雑誌名

      Genome Announcements

      巻: Accepted

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Identification of hotspots for NO and N 2 O production and consumption in counter- and co-diffusion biofilms for simultaneous nitrification and denitrification2017

    • 著者名/発表者名
      Kinh Co Thi、Riya Shohei、Hosomi Masaaki、Terada Akihiko
    • 雑誌名

      Bioresource Technology

      巻: 245 ページ: 318-324

    • DOI

      10.1016/j.biortech.2017.08.051

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 15Nトレーサー法を用いた脱窒細菌のN2O還元ポテンシャルの評価2020

    • 著者名/発表者名
      大場康平、末永俊和、利谷翔平、寺田昭彦
    • 学会等名
      第54回日本水環境学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] A membrane-aerated biofilm reactor for cost-effective nitrogen removal with low greenhouse gas emissions: Insights from macro and micro scale observations2019

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Terada
    • 学会等名
      The 5th EnvironmentAsia International Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ガス透過膜を用いたバイオフィルムリアクターの省エネ化・高機能化に向けた現状と課題2019

    • 著者名/発表者名
      寺田昭彦
    • 学会等名
      第36回ニューメンブレンテクノロジーシンポジウム2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Activity, abundance, and identification of N2O-reducing bacteria present in Anammox biomass - Combination of 15N tracer and molecular analyses2019

    • 著者名/発表者名
      Suenaga, T., Ota, T., Hori, T., Riya, S., Hosomi, M., Chandran, K., Lackner, S., Smets, B.F., Terada, A.
    • 学会等名
      The 8th IWA Microbial Ecology and Water Engineering Specialist Conference (MEWE2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Counter-current substrate diffusion biofilms for nitrogen removal from wastewaters2019

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Terada
    • 学会等名
      The 2nd International Conference on Non-point Source Pollution Control and Aquatic Ecosystem Protection (NPAE-2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A Membrane-aerated Biofilm Reactor for Effective Nitrogen Removal from Wastewaters: Opportunities and Challenges2019

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Terada
    • 学会等名
      IEEC & BWR 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 下水汚泥処理工程における亜酸化窒素排出メカニズムの検討2019

    • 著者名/発表者名
      藤川真理子,野村洋平,末永俊和,寺田昭彦,藤原 拓
    • 学会等名
      第53回日本水環境学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] アナモックス汚泥に棲息するN2O還元細菌のポテンシャル評価2019

    • 著者名/発表者名
      太田琢,末永俊和,細見正明,寺田昭彦
    • 学会等名
      第53回日本水環境学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 排水中の微量元素が部分硝化法におけるN2O生成に及ぼす影響2019

    • 著者名/発表者名
      大野哲,末永俊和,細見正明,寺田昭彦
    • 学会等名
      第53回日本水環境学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 工学システムの進展から見る窒素マネジメントの現状と課題2018

    • 著者名/発表者名
      寺田昭彦
    • 学会等名
      第70回日本生物工学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 対抗拡散型バイオフィルムによる水処理技術:窒素除去の観点から見た利点と課題2018

    • 著者名/発表者名
      寺田昭彦
    • 学会等名
      化学工学会第50回秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] A membrane-aerated biofilm reactor for efficient single-stage nitrogen removal and mitigation of nitrous oxide emission: Proof-of-concept from biofilm depth profile analysis2018

    • 著者名/発表者名
      Terada, A., Kinh, C.T., Suenaga, T., Hori, T., Riya, S., Hosomi, M.
    • 学会等名
      IWA Water Reuse 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] バイオフィルムに関する最新の研究動向:形成抑制から利用技術まで2017

    • 著者名/発表者名
      寺田昭彦
    • 学会等名
      第20回日本水環境学会シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Nitrous oxide emission from cost-effective nitrogen removal systems: Mechanisms and mitigation strategies2017

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Terada
    • 学会等名
      2017 International Conference on Environmental Pollution Control
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Counter-current substrate diffusion biofilm as an innovative strategy for effective nitrogen removal from wastewaters: Principles, performances and in situ biofilm analyses2017

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Terada
    • 学会等名
      The 8th China-Japan Symposium on Chemical Engineering
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Effect of nitrate and hydrogen sulfide on N2O emission in sewage sludge treatment system2017

    • 著者名/発表者名
      Qian Yang、Sijing Jia、Shaolan Ding、Taku Fujiwara
    • 学会等名
      The 10th CESE Conference International Conference in Challenges in Environmental Science & Engineering
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Membrane-aerated biofilm reactors for nitrogen removal and mitigation of nitrous oxide emission from wastewater streams2017

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Terada
    • 学会等名
      EnvironmentAsia 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-05-20  

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