2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of novel control technology for wastewater treatment process based on multi-omics data and machine learning
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18H01576
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
成廣 隆 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (20421844)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
延 優 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (40805644)
黒田 恭平 都城工業高等専門学校, その他部局等, 助教 (50783213)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 廃水処理 / 微生物 / メタゲノム / 微生物群集構造 / 活性汚泥 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、90%以上を占める機能未知微生物群の菌叢、機能遺伝子、各種オペレーションデータ等からなる廃水処理データベースを構築して活用することで、廃水処理制御因子を発見することを目指している。今年度も初年度に引き続き、実規模都市下水処理施設の活性汚泥反応槽11基と消化タンク６基から汚泥試料を定期的に採取し、活性汚泥約60個、消化汚泥約30個を凍結保管するとともに運転データを蓄積した。それらの試料の一部において16S rRNA遺伝子に基づく菌叢解析を実施した。解析の対象とした都市下水処理施設では、処理水の放流先である沿岸域における栄養源を確保するための季別運転を実施している。すなわち、4月から9月頃までは通常の硝化促進運転を実施し、沿岸域における窒素源が欠乏する10月頃から3月頃までは曝気量を抑えた硝化抑制運転を実施している。この期間の活性汚泥プロセスの菌叢を解析した結果、季別運転による硝化を抑制している冬季において、バルキング（汚泥沈降性悪化）の原因菌として知られるThiothrix 属細菌がその存在量を増加させていることが明らかとなった。この結果は、曝気量の変化がバルキングを誘引する原因となっていることを示唆している。今後、水質データ等との相関分析を実施するなどして、このプロセスにおける制御因子の発見を目指す。さらに、「逐次モニタリングリアクターによる実証実験」では、石化産業の重要な原料であるPETの製造工程から生じるテレフタル酸含有廃水をモデルとしたラボスケールリアクターを構築し、500日以上の連続処理実験を実施し、流入負荷量3.9-6.1 kg-COD/m3 dayの運転条件において除去率90%以上を達成した。さらに、菌叢解析により、メタン生成菌と協調してテレフタル酸やプロピオン酸を分解する嫌気性栄養共生細菌の存在量と流入負荷量との関係性を明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度の研究計画においては、昨年度に引き続き「活性汚泥・消化汚泥試料の採取とオペレーションデータの収集」および「メタゲノム用サンプルの選定に向けた微生物群集構造解析」を主な実施項目として予定していた。「活性汚泥・消化汚泥試料の採取」においては、活性汚泥反応槽11基と消化タンク６基から、合計で活性汚泥約60個、消化汚泥約30個を採取することができた。また、「メタゲノム用サンプルの選定に向けた微生物群集構造解析」においては、採取した試料の一部を対象とした試験的な微生物群集構造解析の成果から、活性汚泥微生物群集に及ぼす曝気量の影響を明らかにすることができた。さらに、「逐次モニタリングリアクターによる実証実験」では、モデル廃水の効率的な処理を可能とするリアクターの構築と連続運転実験に成功しており、順調に計画が進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度以降は、本課題の重要研究課題である「機械学習による機能未知メタゲノム情報データベースの構築」と「機械学習による「微生物関連制御因子」の特定」の実施に向け、これまでに得られた各種データのデータサイエンス的解析を実施する。また、これまでに採取したサンプルのうち、代表的なものについてショットガンメタゲノムシークエンスを実施し、機能遺伝子に着目した解析に着手する予定である。さらに、引き続き可能な範囲で各種汚泥試料を採取するとともに、微生物群集構造プロファイルの解析を実施する。また、「逐次モニタリングリアクターによる実証実験」において連続処理実験を継続するとともに、オペレーションデータと微生物群集構造データから廃水処理制御因子を見出すことを目指す。
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Research Products
(4 results)
