複合微生物系の機能を利用した高度水処理技術の体系化とその評価

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08CE2002
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 松尾 友矩 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (80010784)
• 研究分担者: 山本 和夫 東京大学, 環境安全研究センター, 教授 (60143393) ; 花木 啓祐 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (00134015) ; 大垣 眞一郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (20005549) ; 古米 弘明 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40173546) ; 味埜 俊 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (60166098)
• キーワード: 複合微生物系 / 下廃水処理 / 水処理 / 高度処理 / 生物学的栄養塩除去 / 膜分離 / 健康関連微生物 / ポピュレーションダイナミクス

研究概要

本研究は6つのサブテーマを設けて進めている。
1.各研究課題の成果
(1)生物学的栄養塩除去プロセス:生物学的リン除去活性汚泥をクローニング法により解析し、特定の群に属するクローンを多数得た。混合微生物系からポリリン酸蓄積細菌を選択的に回収するために、密度差遠心分離法を導入した。また、活性汚泥から16株のバクテリオファージを得た。分類およびその性質について今後検討を進める。一方、パイロットプラントにおける窒素・リン同時除去プロセスを用いての検討では、雨天に起因する生物学的リン除去の悪化現象と微生物群集構造変化との関係をキノンプロファイルにより解析した結果、特定のキノン種とリン除去性能との関連が示唆された。
(2)地球温暖化ガス排出の抑制:実下水を用いたプラントにおいて間欠式プロセスと循環プロセスの運転を行い窒素除去の進行と亜酸化窒素の発生を比較した。流入水質の変動の方が亜酸化窒素の発生量に影響を与える傾向が見られた。循環プロセスにおける亜酸化窒素発生は硝化反応にて発生するもの、脱窒反応の平常時に発生するもの、突発的に脱窒時に多量に発生するもの、に分けて整理することができた。滞留時間が短いほど、また循環比が高いほど亜酸化窒素の発生量は大きいが、最大でも流入窒素量の0.2%程度であることがわかった。
(3)資源回収型水処理プロセスの開発:実下水を用いた活性汚泥パイロットプラントにおいて、運転条件と活性汚泥の生物分解性プラスチック蓄積能力との関係を検討した。酸素の供給条件よりも、むしろ流入水中の揮発性有機酸の濃度が大きな影響因子出ることがわかった。光合成細菌を用いた排水処理システムでの微生物相と溶存酸素条件の違いについてDGGE法等で検討した。その結果、光合成細菌は嫌気光照射下でのみ優占した。また、ORPの違いにより紅色非硫黄細菌が優占する場合と緑色硫黄細菌が優占する場合があった。
(4)余剰汚泥排出抑制型水処理システム:膜分離活性汚泥法による余剰汚泥発生の抑制については、実下水を用いたパイロットプラントでの複合微生物系の挙動に関する解析を継続している。硝化細菌はクラスターを形成していることが確認され、その全細菌にしめる割合は小さいフロックほど高かった。消化促進活性汚泥プロセスについて、汚泥消化槽運転条件の汚泥減容への影響を定量的に評価することを試みた。高温接触酸化法については、運転条件と処理性能・微生物相との関係を検討し、良好な処理に関与する微生物種について候補を得ることができた。
(5)新しい浄水技術の評価および健康関連微生物の挙動解明:ゲル濾過法により塩素消費物質を取り除いた上で、塩素消毒によるウイルスの不活化機構に関する研究を行なった。昨年度に測定法を確立したポリオウイルスと大腸菌ファージQβの不活化およびRNAの分解性の比較を行なった。また、ウィルスをRNase処理することによりウイルスの外套タンパクの損傷を検出する手法を開発した。共存物質にもよるが、遊離塩素はRNAを分解することがわかった。玉川パイロットプラントにおいて、ナノ濾過浄水装置を低圧で長期にわたり運転することが可能であることを示した。また、二酸化チタン光触媒を用いた高度酸化処理を適用し、河川水中の有機物を低減した。
(6)複合微生物系解析技術の開発:DGGE法の分離を改善するために基礎的な検討を行い、いくつかの知見を得た。FISH法を各種活性汚泥試料に適用し、半定量的な微生物同定定量ツールとして有効であることを示した。DGGE法による活性汚泥の形成過程を追跡し、下水中の微生物が重要な役割を果たすことを示した。活性汚泥においてPHB合成に関与する酵素活性を定量し、馴致過程でのPHB合成関連酵素の活性の変化について検討した。フローサイトメトリーにより、クリプトスポリジウム、大腸菌を定量的かつ特異的に計測する手法を確立した。フローサイトメトリーと超音波処理とを組み合わせ貧栄養状態の付着性細菌を計測する方法について検討した。
2.研究拠点の形成
本年度は、内外の研究者との学術的交流を深め本研究の成果を発表するために、国際シンポジウム(招聘講師7名、参加者計227名、外国人参加者29名)を行った。また、複合微生物系遺伝子データベースの開発について基礎的検討を行った。

研究成果

• [文献書誌] 藤田昌史: "回分式活性汚泥処理におけるリン除去過程のモデル解析-流入下水の有機物組成と攪拌工程に残存する硝酸性窒素の影響-"環境工学研究論文集. 36巻. 155-165 (1999)
• [文献書誌] Absar.A.Kazmi: "FIELD INVESTIGATIONS ON REACTIVE SETTLING IN AN INTERMITTENT AERATION SBR ACTIVATED SLUDGE PROCESS"Water Science and Technology. 41巻1号. 127-134 (1999)
• [文献書誌] 久保利晃: "膜分離活性汚泥の細胞内外成分分析および種々の活性汚泥との比較"環境工学研究論文集. 36巻. 295-302 (1999)
• [文献書誌] 古屋勇治: "回分式活性汚泥法のスタートアップ実験における硝化及び脱リン活性の変化"下水道協会誌. 36巻. 99-111 (1999)
• [文献書誌] Suren Wijeyekoon: "The Application of Cryosectioning and Confocal Scanning Laser Microscopy for the Investigation of Wastewater Biofilm Structures"Annual Report of the Engineering Research Institute,Faculty of Engineering,The University of Tokyo. 58巻. 71-77 (2000)
• [文献書誌] Satoh,H: "PHA Production by Acivated Sludge"International Journal on Biological Macromolecules. 25巻. 105-109 (1999)
• [文献書誌] 高畠寛生: "活性汚泥による生分解性プラスチック生産における原料組成の影響"土木学会論文集. 622/VII-11. 87-94 (1999)
• [文献書誌] 栗栖太: "食用油を添加した高温接触酸化処理における FISH法・キノンプロファイル法・PCR-DGGE法を用いた微生物群集の解析"土木学会論文集. 636/VII-13. 23-33 (1999)
• [文献書誌] 高畠寛生: "実下水処理活性汚泥の生分解性プラスチック生産能力調査"環境工学研究論文集. 36巻. 137-144 (1999)
• [文献書誌] Mino,T.: "Microbial Selection of Polyphosphate-Accumulating bacteria in Activated Sludge Wastewater Treatment Processes for Enhanced Biological Phosphate Removal"Biochemistry(Moscow). 65巻3号. 405-413 (2000)
• [文献書誌] 花田茂久: "都市下水処理場活性汚泥における蓄積基質の挙動"環境工学研究論文集. 36巻. 179-186 (1999)
• [文献書誌] 小沼晋: "アンモニア酸化細菌に対するFISH法の実用性評価"環境工学研究論文集. 36巻. 19-28 (1999)
• [文献書誌] S.Lee: "Oxidative Degradation of TOC and THMFP by Fluidized Bed Photocatalysis Reactor,"J.Environ.Sci.Health. A34(10). 1933-1944 (1999)
• [文献書誌] 中村みやこ: "消毒における水中RNAウイルスの損傷の検出"環境工学研究論文集. 36巻. 187-197 (1999)
• [文献書誌] 松尾友矩: "Advances in Water Treatment Technology Systems in 2000(仮題、出版準備中)"Elsevier(出版準備中). 300