| 研究課題/領域番号 |
17H01300
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
大橋 晶良 広島大学, 工学研究科, 教授 (70169035)
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| 研究分担者 |
金田一 智規 広島大学, 工学研究科, 助教 (10379901)
青井 議輝 広島大学, 統合生命科学研究科(先), 准教授 (40386636)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | エコバイオテクノロジー / 環境技術 / 排水処理 / 資源回収 / 温室効果ガス |
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| 研究実績の概要 |
本研究は(1)染色排水・廃棄物処分地浸出水などの難分離性排水処理，（2）排水等からの資源（リン，生分解性プラスチックの原料となるポリヒドロキシアルカノエート（PHA））回収，（3）温室効果ガスの分解による放散防止に関する6つの新規環境技術を対象としており，3年目は4つの開発技術に対して次の研究成果を得た。
（i）難分解性排水処理：マンガン酸化細菌は難分解性の固形性有機物を利用して増殖できることを発見し，染料などの脱色・分解の可能性が示された。嫌気性条件下で染色排水の連続処理実験を実施し，高速の脱色性能があることが明らかになったが，アゾ基の開裂によるものであった。そこで本年度は嫌気と好気性条件下を繰り返すことで完全分解が可能であるかを調べた。
(ii)生分解性プラスチック原料PHAの生成・回収：下水処理場からPHAを生産することができる。そこで，より至適な嫌気・好気時間を探る検討を行った。さらに，PHAはメタン酸化細菌のあるグループでも生成することが知られており，そのグループの培養とPHAを蓄積する条件を調べた。
（iii）極低濃度メタンガスの分解：メタンを酸化する多様なメタン酸化細菌の中には大気中のメタン（1.9ppm）を利用できるものがいるのではと考えられているが，まだ発見されていない。そこでpH3という強酸性下の条件で，メタン濃度5ppmでも増殖するメタン酸化細菌の分離・培養を試みた。
（iv）海水・汽水からのリン回収：DHSリアクターを用い，嫌気と好気を繰り返すことでポリリン酸蓄積細菌（PAO）を集積して下水からリン酸を濃縮回収する方法を考案している。また，干潟底質から塩性（耐塩性）のPAOの存在を発見し，集積培養に成功している。海水と汽水に生息できるPAOの種は異なっていることを把握しており，塩濃度とPAOの系統的関係を検討した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
（i）難分解性排水処理：DHSバイオリアクターによる嫌気と好気性条件下を繰り返すアゾ染料連続処理実験を実施した。嫌気条件下では有機物濃度の指標であるCODは僅かに低下するのみであり，完全分解はされなかった。しかし，後段に好気条件で処理することで，CODの分解が進むことが分かった。また，マンガン酸化物を保持させたリアクターでは，マンガンの酸化あるいは還元が起こり，保持していないリアクターよりも処理性能が高い結果を得た。
(ii)生分解性プラスチック原料PHAの生成・回収：PHA回収リアクターを浄化センターに設置して，嫌気・好気時間を変えてPHA蓄積細菌を集積する至適な条件を探ったが，どの条件でもPHA含有量を高めることはできなかった。一方，pH5の条件でタイプIIのメタン酸化細菌が培養でき，窒素源のない液で培養を１日行うとPHAを蓄積することが分かった。
（iii）極低濃度メタンガスの分解：DHSバイオリアクターに濃度10ppmのメタンガスを供給して，pH3の強酸性下で増殖する新規のメタン酸化細菌の集積培養実験を継続して行った。リアクターから汚泥を採取して，微生物解析を行った。しかし，既知のプライマーではメタン酸化細菌を検出することができず，新規の菌であることが明らかになった。今後は，この新規メタン酸化細菌を検出するプライマーの開発も必要である。
（iv）海水・汽水からのリン回収：DHSリアクターを用い，淡水あるいは海水による嫌気と好気を繰り返す連続リン除去実験を実施し，ポリリン酸蓄積細菌（PAO）の集積培養を行った。海水と汽水に生息できるPAOだけでなく，淡水と塩濃度の高い環境でも増殖できるPAOの生存を明らかにした。分子生物学的方法により，これらは系統学的に異なるクレードであることが分かった。
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| 今後の研究の推進方策 |
2020年度は4つの開発技術に対して次のことを実施する。
（i）難分解性排水処理：マンガン酸化細菌は染料などの脱色・分解の可能性を明らかにしている。昨年度はDHSバイオリアクターによる嫌気と好気性条件下を繰り返すことでアゾ染料が段階的に分解されることが連続処理実験により明らかになった。本年度はアントラキノン染料に対しても完全分解が可能であるかを調べる。
(ii)生分解性プラスチック原料PHAの生成・回収：下水処理場で生成されるメタン・バイオガスを用いて，メタン酸化細菌によりPHA生産できることを明らかにした。本年度は，DHSリアクターを用いた新規プロセスにおける至適な運転方法を検討する。
（iii）極低濃度メタンガスの分解：メタンを酸化する多様なメタン酸化細菌の中には大気中のメタン（1.9ppm）を利用できるものがいるのではと考えられていたが，昨年度，その存在が報告された。この新規のメタン酸化細菌は中性pHで至適である。一方，本研究で探索しているメタン酸化細菌はpH3という強酸性下の条件で生存できる。これまで，メタン濃度5ppmでも増殖するメタン酸化細菌の生存を確認し，かなりの集積ができたが，まだ分離までには至っていない。そこで，次年も継続して分離・培養を行う。
(ⅳ)亜酸化窒素ガスの分解：好気性環境下で亜酸化窒素ガスを硝酸性窒素に酸化する細菌の培養を試み，亜酸化窒素が分解できることを明らかにしている。しかし，分解生成物は硝酸性窒素でなく，驚いたことに無害の窒素ガスになっていた。また，シアン化イオンが存在すると，アンモニアは硝酸性窒素への反応は阻害され，窒素ガスに転換される現象を発見した。この現象は先ず亜酸化窒素ガスに転換され，次に窒素ガスに転換される反応と考えられる。そこで，この仮説を実験より検証する。
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