| 研究課題/領域番号 |
20K19964
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
青柳 智 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, 研究員 (10812761)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 安定同位体追跡 / 嫌気廃水処理システム / Stable Isotope Probing / 高精度処理性能予測 / 微生物動態制御 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は代表者が近年開発した、微生物の機能同定法「高感度SIP」に基づいた動態解析を、近年めざましい発展をみせている「ビッグデータ」解析と融合することで、廃水処理プロセスの高精度な処理性能予測・微生物動態制御という長年の課題に対する科学的基盤の構築を目指すものである。本研究最大の目的・目標は、ビッグデータで構築される「相関解析に基づくネットワーク解析」に加え、「高感度SIP」で、廃水処理プロセスの鍵微生物の同定・その動態解析を駆使した「機能ベースのネットワーク解析」を融合させることで、廃水処理プロセスの微生物動態制御に向けた精度の高い処理性能予測モデル・高感度SIP版を構築することである。
〔課題1〕負荷変動型メタン発酵バイオリアクターでの環境微生物ビッグデータ取得において、今年度はグルコースを主とした人工廃水で連続的に嫌気リアクターシステムの運転を行い、モデルとなるメタン発酵プロセスの構築を実施した。10Lスケールの嫌気廃水処理システムを立ち上げ、安定な運転を半年以上に渡って継続し、この期間を通したバイオガス発生量、有機酸蓄積濃度などの各種化学パラメータの取得および大規模微生物群集構造の解析を実施している。
〔課題2〕高感度SIPによるメタン発酵プロセスの安定化・高効率化を担う有機酸分解微生物群の同定については、課題1の運転結果の化学パラメータおよび汚泥試料を用いるため、今年度は多元的データ解析の準備を進めた。具体的には微生物ネットワーク解析および有機無機化学パラメータと微生物群集構造の相関解析のための必要なOS選定、ソフトウエア選定、データ形式、化学物質データベースの抽出を行うとともに、各種化学パラメータの分析方法の最適化を実施した。
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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
〔課題1〕都市下水の嫌気汚泥を種として、10Lのメタン発酵バイオリアクターを立ち上げた。運転開始から数週間はバイオガスの発生が不安定な状況が観察されたが、その後安定し、半年以上の運転を達成している。この連続運転は継続しており、人為的に処理不安定化を誘引する間欠運転を実施する準備が整った。
〔課題2〕本課題で用いるデータおよび試料は課題1の運転結果の化学パラメータおよび汚泥試料を用いるため、課題1が順調に進捗しているため恙無い研究遂行ができている。多元的データ解析の準備（OS選定、ソフトウエア選定、データ形式、化学物質データベースの抽出、各種化学パラメータの分析方法の最適化）により、迅速に課題遂行ができる準備が整っている。
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| 今後の研究の推進方策 |
〔課題1〕10Lのメタン発酵バイオリアクターは全体で1年以上のリアクター運転を実施する。これは、実際の廃水処理に近い長期間の運転の実施により、未知微生物群の生理・性質の解析・考察に足るデータを取得するためである。全運転期間を通して取得した、大規模な化学パラメータデータおよび生物群集構造データセットの取得を実施する。
〔課題2〕課題1のリアクターから取得した汚泥を用いてプロセスの律速段階である有機物の高効率処理を担う微生物群を高感度SIPで大規模に同定する。また多元的データ解析に必要な計算用PCの構築を進めるとともに、溶液系の13C有機酸分別の分析方法の最適化を実施する予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初の予定よりもバイオリアクター装置の立ち上げに時間を要したため、多元的データ解析に必要な計算用パソコンの選定を進めるのが遅くなり、計算用パソコンの導入ができなかったために、予定の使用額よりも使用額が少なくなった。次年度に計算用パソコンを導入するとともに、日々のバイオリアクター装置のメンテナンス作業のために数ヶ月程度でも補助員を雇用し、加速的に研究を進めることを計画している。
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