嫌気性生物ろ床における
排水からの窒素除去機構
水環境工学研究室4年
喜成悠希子
背景
閉鎖性水域における富栄養化
湖沼や内海で栄養塩類濃度が上昇
↓
赤潮や青潮の発生、水質の悪化など
青潮
対策
流入段階での
栄養塩類除去
赤潮
窒素除去プロセス
硝化・脱窒プロセス
アンモニア
酸化菌
亜硝酸
酸化菌
NO2
NH4
O2
脱窒
細菌
NO3
N2
NO3
有機物
O2
硝化
脱窒
Anammoxプロセス
NH4+
Anammox細菌
アンモニア酸化細菌
O2
N2
NO2-
嫌気無酸素好気生物ろ過装置の運転
マ
イ
ク
ロ
バ
ブ
ル
発
生
装
置
鉄製
リール
処理水
嫌気槽で
・硫酸塩濃度の減少
好気槽
・有機物濃度の減少
鉄槽
・アンモニア性窒素の減少
無酸素槽
嫌気槽
流入水
(最初沈殿地越流水)
炭素繊維
新たな窒素除去
プロセスの可能性
目的
嫌気条件下における窒素除去機構を明らかにする

嫌気性ろ床装置の運転による窒素除去確認

回分実験による窒素除去機構の検討

微生物群集解析による反応関与微生物の探索
連続実験
採水ポイント
流出水
P
炭素繊維
流入水
(最初沈殿池越流水)
Run 2
2h
Run 3
4h
Run 1
3-6h
グラニュール:微生物の塊
Run 1→窒素除去の確認
Run 2,3→滞留時間およびグラニュールの影響の検討
水質分析結果
TOC
流入水
流出水
Run 1
水温
30
60
TN30
25
50
25
40
20
30
15
20
10
10
5
0
0
60
TN濃度(mg/l)
TOC濃度(mg/l)
80
20
40
15
10
20
5
0
0
0
100
200
300
400
経過日数(day)
500
600
流入水
0
100
200
流出水
水温
300
400
経過日数(day)
500
600
Run 2,3
TOC
流入水
Run2流出水
Run3流出水
水温(℃)
60
TN
流入水
25
Run2流出水
Run3流出水
水温(℃)
40
25
40
15
10
20
0
0
10
20
30
40
50
経過日数(day)
60
70
80
90
TN濃度(mg/l)
TOC濃度(mg/l)
20
20
30
15
20
10
5
10
0
0
5
0
0
10
20
30
40
50
経過日数(day)
60
70
80
90
水質分析結果
DOC
50
流入水
流出水
Run 1
水温
0
540
550
560
570
経過日数(day)
580
20
15
10
10
5
0
25
20
10
10
5
0
540
590
0
550
560
570
経過日数(day)
580
590
Run 2,3
DOC
流入水
Run2流出水
Run3流出水
60
5
0
0
10
20
30
40
50
経過日数(day)
60
70
80
90
DN濃度(mg/l)
DOC濃度(mg/l)
10
20
Run2流出水
Run3流出水
水温(℃)
40
20
15
DN
流入水
水温(℃)
25
40
30
30
15
20
DN
水温
DN濃度(mg/l)
DOC濃度(mg/l)
20
30
流出水
40
25
40
0
流入水
30
25
20
30
15
20
10
10
5
0
0
0
10
20
30
40
50
経過日数(day)
60
70
80
90
水質分析結果
2SO
40 4
流入水
流出水
Run 1
20
20
15
10
10
5
0
TN濃度(mg/l)
30
50
25
40
20
30
15
20
10
10
5
0
0
0
0
SO42-
100
200
300
400
経過日数(day)
500
600
0
流入水
Run2流出水
Run3流出水
200
20
15
10
10
5
0
0
30
40
50
経過日数(day)
60
300
400
経過日数(day)
500
600
70
80
90
Run2流出水
Run3流出水
水温(℃)
40
20
20
水温
TN
流入水
25
10
流出水
水温(℃)
30
0
100
Run 2,3
TN濃度(mg/l)
硫酸塩濃度(mg/l)
TN30
流入水
30
25
硫酸塩濃度(mg/l)
60
水温
25
20
30
15
20
10
10
5
0
0
0
10
20
30
40
50
経過日数(day)
60
70
80
90
窒素,有機物,硫酸塩還元の除去速度の関係
Run1
Run2
Run1
Run3
Run2
Run1
Run3
12
10
6
4
2
TOC除去速度(mg/l・h)
8
8
6
4
2
0
0
0
10
20
TOC除去速度(mg/l・h)
30
Run2
Run3
25
10
TN除去速度(mg/l・h)
TN除去速度(mg/l・h)
12
0
2
4
6
硫酸塩還元速度(mg/l・h)
8
20
15
10
5
0
0
2
4
6
硫酸塩還元速度(mg/l・h)
8
回分実験
嫌気性ろ床内の微生物を用いて回分実験
様々な基質や条件を試したが、
明確な結果を得られず
基質条件
基質
No. 実下水
+
モリブデン NH4 NO2- SO42- 酢酸
1
○
2
○
○
3
○
○
4
○
○
5
○
○
○
6
○
○
回分実験の様子
微生物群集解析
装置内の生物膜からDNA抽出
硫酸塩還元反応(異化型硫酸還元)
SO42-
dsr遺伝子をターゲットとした
Nested PCR-DGGE法
ATP
PPi
ATPスルフリラーゼ
2 e-
H2S
切り出し6 e
APS
APS
還元酵素
AMP
2-
SO3
亜硫酸還元酵素(dsr)
ゲルの切り出し
Nested PCR-DGGE法
PCR 1回目
シークエンス
相同性検索
PCR 2回目
dsr ABの内側
の塩基配列
dsr ABをコードした
約1.9kbpのDNA断片の増幅
dsr Bをコードした
約350bpのDNA断片の増幅
電気泳動
微生物群集解析結果
マ
ー
カ
ー
炭
素
繊
維
1
グ
ラ
ニ
ュ
ー
ル
2
4
炭素繊維とグラニュールでは硫酸
塩還元細菌の優占種が異なる
3
Band
Closest relative
% Identity
1
2
3
4
Desulfobulbus elongatus
Desulfomicrobium sp
Desulfovibrio burkinensis
Desulfomicrobium sp
62
61.5
63
62.3
まとめ

連続実験




嫌気性ろ床装置では炭素繊維に付着した生物膜によって
窒素除去が進行している
窒素除去は季節や水温、滞留時間に関係なく進行してい
る
有機物除去速度、窒素除去速度、硫酸塩還元速度の間
には関連性がある
微生物群集解析

炭素繊維とグラニュールでは硫酸塩還元菌の菌叢が異
なっていた
ご清聴ありがとうございました
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嫌気性生物ろ床における排水からの窒素除去機構