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2016 年度 実績報告書

紫外発光ダイオードによる水中微生物の制御

研究課題

研究課題/領域番号 26289181
研究機関東京大学

研究代表者

小熊 久美子  東京大学, 先端科学技術研究センター, 准教授 (00361527)

研究分担者 春日 郁朗  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20431794)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2018-03-31
キーワード水処理 / 紫外線 / 消毒 / 発光ダイオード / LED / 生物膜
研究実績の概要

本研究は、給水栓における浄水の安全性を担保する技術として、紫外線発光ダイオード(UV-LED)の利用を提案するものである。UV-LEDは、小規模なシステムに有利な小型無水銀光源である。そこで、給水の直前で使用の都度に水を処理するPoint-of-Use型の浄水装置や、集落規模の飲料水供給施設など、いわゆる個別分散型水システムへのUV-LED適用を想定して研究を展開した。
H28年度は、蛇口取り付け型の装置を意識して浄水膜とUV-LEDの併用に着目し、膜の前にUV-LEDを設置して後段の膜ファウリングを抑制する可能性について実験的に検討した。はじめに、UV-LED照射前後の水道水中の従属栄養細菌をゲノムシーケンシングに供し、群集構造を理解した。種によって紫外線耐性に著しい差があり、特にメチロバクテリウムは紫外線耐性が高いことを理解した。そこで、水道水由来のメチロバクテリウムを単離・集積培養し、UV-LEDによる不活化特性を明らかにした。
また、日和見感染症の原因菌として知られ生物膜を形成しやすい緑膿菌に着目した。緑膿菌純粋株を水道水に添加し、UV-LEDを照射して照射後7日間にわたる増殖状況を調べるとともに、UV-LED照射ありと照射なしの試料を精密膜ろ過装置に供給し、膜間差圧の変化を追跡した。その結果、UV-LED照射後少なくとも2日間は緑膿菌の増殖を抑制できることが判明した。さらに、事前にUV-LEDを照射すると、照射しない場合に比べて後段のろ過膜が目詰まりしやすくなることが判明し、膜ろ過とUV-LEDの併用では適用順が重要と判明した。なお、この知見は、事前の紫外線照射で膜閉塞を抑制できたとする既往研究とは逆の結果であり、今後はメカニズムの現象論的理解が求められる。

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

当初計画をほぼ完了し、相応の研究成果を得ている。なお、研究期間を延長したのは進捗が遅れたためではなく、当初計画どおりに実施した病原微生物(アデノウイルス、レジオネラ属菌など)の実験結果について、社会的インパクトを考慮して慎重に再現性を検証すべきと判断したためである。

今後の研究の推進方策

H28年度に実施した病原微生物を含む各種微生物の不活化特性について、再現性を検証する。また、UV-LED照射後にろ過膜が目詰まりしやすくなる現象について、分子生物学的手法などを取り入れながらメカニズムの解明を目指す。
装置設計の観点では、メチロバクテリウムなど紫外線消毒に耐性の高い種の不活化特性を評価し、将来のUV-LED浄水装置の設計に資する基礎的知見を整理する。また、発光ピーク波長の異なるUV-LED素子を複数試験し、費用対効果の観点も取り入れながら、水処理への応用に適した素子の要件を論じる。
最後に、期間全体の研究成果を総括し、UV-LEDを利用した浄水装置の有効性を論じる。実用化へ向けた課題を整理し、将来の研究展開や社会実装に資する知見を集積する。成果の社会発信に注力し、学術分野への発信(学会発表、学術誌での論文発表など)に加え、協力企業とのプレス発表、ホームページでの研究成果紹介など、学術界以外からもアクセスしやすい媒体を通じて情報を発信する。

次年度使用額が生じた理由

当初計画どおり、水系感染症の原因となる病原微生物の複数種を対象とした不活化実験を平成28年度に実施したが、知見の社会的影響の大きさを鑑み、慎重に再現性を確認するために期間延長を求めた。

次年度使用額の使用計画

微生物実験に習熟した博士研究員の6ヶ月分の人件費および実験消耗品費として使用する。

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 2件、 招待講演 4件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] ブリティッシュコロンビア大学/モントリオール工科大学/ダルハウジー大学(カナダ)

    • 国名
      カナダ
    • 外国機関名
      ブリティッシュコロンビア大学/モントリオール工科大学/ダルハウジー大学
  • [国際共同研究] 国立土木大学/水資源大学(ベトナム)

    • 国名
      ベトナム
    • 外国機関名
      国立土木大学/水資源大学
  • [国際共同研究] コロラド大学/ミシガン工科大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      コロラド大学/ミシガン工科大学
  • [雑誌論文] 紫外発光ダイオード(UV-LED)の水処理光源としての魅力2017

    • 著者名/発表者名
      小熊 久美子
    • 雑誌名

      用水と廃水

      巻: Vol.59, No.4 ページ: 177-281

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 水中の懸濁粒子が紫外線消毒効率に及ぼす影響2017

    • 著者名/発表者名
      小熊久美子、小塩美香、Jenyuk Lohwacharin, 滝沢智
    • 雑誌名

      水環境学会誌

      巻: Vol.40, No.2 ページ: 59-65

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of Hydroxyl Radicals and Inactivation Mechanisms of Bacteriophage MS2 in Response to a Simultaneous Application of UV and Chlorine2017

    • 著者名/発表者名
      Surapong Rattanakul and Kumiko Oguma
    • 雑誌名

      Environmental Science and Technology

      巻: 51 (1) ページ: 455-462

    • DOI

      10.1021/acs.est.6b03394

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Application of UV Light Emitting Diodes to Adenovirus in Water2016

    • 著者名/発表者名
      Kumiko Oguma; Surapong Rattanakul; and James R. Bolton
    • 雑誌名

      Journal of Environmental Engineering, ASCE

      巻: Volume 142, Issue 3 ページ: 04015082

    • DOI

      10.1061/(ASCE)EE.1943-7870.0001061.

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 紫外発光ダイオードを利用した水処理技術の研究動向と課題2016

    • 著者名/発表者名
      小熊久美子、金澤かおり
    • 雑誌名

      第19回日本水環境学会シンポジウム講演集

      巻: なし ページ: 241-242

  • [雑誌論文] UV Disinfection Induces a VBNC State in Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa2016

    • 著者名/発表者名
      Ernest R. Blatchley III, Kumiko Oguma and Regina Sommer Comment
    • 雑誌名

      IUVA News

      巻: Fall ページ: 12-16

    • 国際共著
  • [学会発表] ジャカルタの水道における高比率の水道水不使用顧客(zero-customers)発生への要因2017

    • 著者名/発表者名
      グナワンパトリシア、滝沢智、橋本崇史、小熊久美子
    • 学会等名
      第51回日本水環境学会年会
    • 発表場所
      熊本 熊本大学
    • 年月日
      2017-03-15 – 2017-03-17
  • [学会発表] 紫外発光ダイオード(UV-LED)による大腸菌の不活化波長が光回復に及ぼす影響2017

    • 著者名/発表者名
      細井山豊、小熊久美子、 滝沢智
    • 学会等名
      第51回日本水環境学会年会
    • 発表場所
      熊本 熊本大学
    • 年月日
      2017-03-15 – 2017-03-17
  • [学会発表] 紫外発光ダイオード(UV-LED)の照射が水道水中の従属栄養細菌および緑膿菌に及ぼす影響2017

    • 著者名/発表者名
      金澤かおり、小熊久美子、橋本崇史、滝沢智
    • 学会等名
      第51回日本水環境学会年会
    • 発表場所
      熊本 熊本大学
    • 年月日
      2017-03-15 – 2017-03-17
  • [学会発表] Application of UV-LEDs for Water Disinfection: Effects of Wavelengths on Surrogate and Pathogenic Microorganisms2017

    • 著者名/発表者名
      Surapong Rattanakul and Kumiko Oguma
    • 学会等名
      第51回日本水環境学会年会
    • 発表場所
      熊本 熊本大学
    • 年月日
      2017-03-15 – 2017-03-17
  • [学会発表] Water Quality Deterioration in Drinking Water Supply Systems in Hanoi2016

    • 著者名/発表者名
      Kumiko Oguma
    • 学会等名
      The 12th International Symposium on Southeast Asian Water Environment (SEAWE12)
    • 発表場所
      Hanoi, Vietnam
    • 年月日
      2016-11-28 – 2016-11-30
    • 国際学会
  • [学会発表] 水の消毒技術としての紫外線処理2016

    • 著者名/発表者名
      小熊久美子
    • 学会等名
      市民環境学校『水道技術講座』
    • 発表場所
      東京 全水道会館
    • 年月日
      2016-11-18
    • 招待講演
  • [学会発表] 紫外発光ダイオードを用いた水処理2016

    • 著者名/発表者名
      小熊久美子
    • 学会等名
      スマートエンジニアリングTOKYO
    • 発表場所
      東京 東京ビックサイト
    • 年月日
      2016-10-26 – 2016-10-28
    • 招待講演
  • [学会発表] 深紫外発光ダイオードによる水処理2016

    • 著者名/発表者名
      小熊久美子
    • 学会等名
      JLEDsセミナー
    • 発表場所
      東京 東洋海事ビル
    • 年月日
      2016-10-21
    • 招待講演
  • [学会発表] 紫外発光ダイオードを利用した水処理技術の研究動向と課題2016

    • 著者名/発表者名
      小熊久美子, 金澤かおり
    • 学会等名
      第19回日本水環境学会シンポジウム
    • 発表場所
      秋田 秋田大学
    • 年月日
      2016-09-14
  • [学会発表] UV-LED as a potential solution for water treatment2016

    • 著者名/発表者名
      Kumiko Oguma
    • 学会等名
      International Ultraviolet Association Symposium
    • 発表場所
      Tokyo, University of Tokyo
    • 年月日
      2016-04-22
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 対話する「未来論」02 研究開発への努力と希望は重なり合う

    • URL

      http://30th.rcast.u-tokyo.ac.jp/future/future02.html

  • [備考] BS-TBS「夢の鍵」過去の放送 #13ノーベル賞受賞者の次の一手

    • URL

      http://www.bs-tbs.co.jp/news/yumenokagi/episode/?mid=yumenokagi

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公開日: 2018-01-16   更新日: 2022-02-16  

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