Anammox汚泥の大量調製法の開発とその菌相解析に関する研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12480165
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 古川 憲治 熊本大学, 工学部, 教授 (60029296)
• 研究分担者: 藤井 隆夫 崇城大学, 工学部, 教授 (80165331) ; 森村 茂 熊本大学, 大学院・自然科学研究科, 助教授 (20230146) ; 松永 勝彦 北海道大学, 大学院水産科学研究科, 教授 (90001619) ; 杉野 浩幸 崇城大学, 工学部, 講師 (90258434)
• キーワード: Anammox / 嫌気性アンモニア酸化 / 亜硝酸イオン / 不織布 / PVAゲルビーズ / Zoogloea ramigera / カラムリアクタ / 菌相解析

研究概要

容量2.0Lの菊花状の不織布を充填したカラムリアクタを約1年間連続運転し、Anammox汚泥をリアクタ全体で増殖させた。このリアクタの内容物を容量15Lの不織布を充填したカラムリアクタに移植し、連続処理法にて窒素負荷量を徐々に高めていく方法でスケールアップを試みた。その結果、運転開始当初のT-N容積除去速度を0.06g-T-N/L/dから100日後に0.5g-T-N/L/dにまで迅速に高めることができ、Anammox汚泥の大量調整法に道筋をつけることができた。
前年度の研究で、Anammox汚泥の付着固定化担体として有効性を確認したPVAゲルビーズを400mL充填した容量2.5Lのカラムリアクタを上向流にて滞留時間12時間で連続運転した。当初流入するNH_4-N、NO_2-N濃度を25mg/Lと低く設定したが、運転開始後100日間は明白なAnammox活性を認めることができなかった。100日後に、活発にAnammox反応が起こっている15Lの不織布を充填したカラムリアクタからの流出水にNH_4-N、NO_2-Nを補填した流入水に切換えたところ、急速にAnammox反応が立ち上がり、運転開始200日後にはT-N容積除去速度が0.8g-T-N/L/dにまで高まった。当初、白色のPVAゲルビーズがAnammox細菌に特有の赤褐色に変色し、PVAゲルビーズの優れた汚泥保持能力を再確認できた。
研究室で馴養していた脱窒活性汚泥から長期間Anammox条件下で馴養して集積したAnammox汚泥は、これまでに全く報告のないAnammox細菌(KSU-1株と命名した)とZoogloea ramigeraから主として構成されていることを昨年明らかにしている。今年度、定量的PCR法でKSU-1株とZoogloea ramigeraのAnammox汚泥中での存在割合を求めたところ、KSU-1株が72.8%、Zoogloea ramigeraが6.05%の存在割合であった。また、FISH法でKSU-1株を赤く、Zoogloea ramigeraを緑色で染色した後、共焦点レ-ザー顕微鏡にてAnammox汚泥を観察したところ、穎粒状で生育するAnammox菌の表層をZoogloea ramigeraが被覆しているという新しい事実を発見した。Zoogloea ramigeraがAnammox菌の生育の阻害要因となるDOや有機物を消費することで、絶対嫌気性の自栄養性細菌であるAnammox細菌を保護するという重要な役割を果たしていることが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] 古川憲治: "嫌気性アンモニア酸化(Anammpox)を活用する窒素除去"化学工学. 66・6. 326-328 (2002)
• [文献書誌] K.Furukawa, R.D.Joseph, U.Imajo, K.Nakamura, H.Ishida: "Anaerobic Oxidation of Ammonium Confirmed in Continuous Flow Treatment Using a No-woven Biomass Carrier"Japanese Journal of Water Treatment Biology. 38・2. 87-94 (2002)
• [文献書誌] T.Fujii, H.Sugini, R.D.Joseph, K Furukawa: "Characterization of Microbial Community in an Anaerobic Ammonium-Oxidizing Biofilm Cultured on a Nonwoven Biomass Carrier"Journal of Bioscience and Bioengineering. 94・5. 412-418 (2002)
• [文献書誌] J.D.Rouse, N.Yoshida, H.Hatanaka, U.Imaio, K.Furukaw: "Continuous treatment studies of anaerobic oxidation of ammonium using a nonwoven biomass carrier"Japanese Journal of Water Treatment Biology. 39(printed). (2003)
• [文献書誌] K.Furukawa, Joseph, D.Rouse, N.Yoshida, H.Hatanaka: "Mass cultivation of Anaerobic ammonium-oxidizing sludge using a novel non-woven bimass carrier"Journal of Chemical Industry and Engineering (China). 53. 64-65 (2002)