循環型社会の構築が求められている現在、水処理系においても省・創エネが求められてきています。そこで、本研究チームでは、従来は廃棄物としてみなされてきた余剰汚泥を触媒として、下水中の有機物を資源価値の高い物質へと作り変えるシステムの確立を目指しています。汚泥中の「微生物の集積」、「細胞内貯蔵物質の蓄積」、「蓄積された物質の抽出」という資源生産に関わるフロー全体の効率の向上を目的とした研究を行っています。

余剰汚泥をバイオ触媒として用いた、グルコースからのPHA生産手法の最適化
下水処理場における資源・エネルギー生産の促進は、持続可能な下水処理の実現に向けて重要な課題です。そこで我々の研究グループでは、下水処理過程で大量に発生し、現状では大部分が有効利用されていない余剰汚泥をバイオ触媒として用い、産業排水中の溶存性有機物をバイオプラスチック原料であるポリヒドロキシアルカン酸(PHA)として回収することを構想しました。 本研究では、有機性排水中の主要成分の一つである糖類を基質として利用することを目的とし、代表的な糖類であるグルコースから、より高効率にPHAを生産することが可能な手法の確立に取り組んでます。

研究者：佐藤

下水汚泥を原料及びバイオ触媒として利用した PHA 生産システムの開発
活性汚泥法による処理の過程で大量に発生する下水汚泥の有効利用は未だ低レベルにとどまっています。我々のグループでは、下水汚泥の新たな有効利用の方策として、余剰汚泥をバイオ触媒として利用し、生分解性プラスチックとして利用できるポリヒドロキシアルカン酸（PHA）を生産することを構想しています。さらに、下水汚泥の酸発酵により得られる酸発酵液はPHA生産の原料として利用することが可能です。本研究は、下水汚泥の酸発酵液を原料、余剰汚泥をバイオ触媒としたPHA生産システムの確立を目的としており、原料組成のPHA生産への影響の評価やリアクター運転方法の最適化を進めています。

研究者：平井

多様な嫌気性消化プロセスの微生物群集構造と阻害因子への耐性に関する比較調査
活性汚泥法では処理過程において大量の下水汚泥が発生し、その処理に莫大なエネルギーを消費します。嫌気性消化は、廃棄物中の有機物を嫌気微生物の働きを利用してメタン生成を行うことから、バイオマス資源としての下水汚泥を利用するエネルギー回収技術の一つです。しかし、余剰汚泥の低分解性に伴うメタン生成量の低下が課題であることから、低分解性を解消し、従来よりも高効率・高収率なメタン生成が可能になる前処理技術が求められています。他の生きた細菌を捕食しその細胞成分を栄養源として増殖する捕食性細菌は、余剰汚泥の脱水性向上及び減容化に寄与することが明らかになっており、生物学的前処理技術としての利用が注目されています。嫌気性消化では、細胞外高分子物質(EPS)やフロックの形成がメタン生成の速度低下の要因となりますが、捕食性細菌を導入することでEPS及び微生物細胞の分解に伴う汚泥の可溶化を促進することにより、メタン生成能が量・速度の両面で向上すると推測されています。 嫌気性消化の前処理段階で捕食性細菌を導入する事例はないことから、本研究では、捕食性細菌導入によるメタン生成能を最大化する培養条件の検討及びメタン生成能の量・速度への影響を各要因から評価することを目的としてます。

研究者：舩澤

高濃度NH4-N耐性嫌気性消化微生物群集の集積における嫌気性膜分離法の有効性の検討
嫌気性消化は、微生物の働きによって有機性廃棄物からエネルギー源であるメタンを生成できる技術です。しかし、一部の物質は嫌気性消化を担う微生物の活性を阻害することが知られており、中でも代表的な阻害物質として高濃度のアンモニア性窒素(NH4-N)が挙げられます。高濃度NH4-N条件下でも安定した嫌気性消化を行うため、本研究では高濃度NH4-Nに耐性を有する微生物群集の活用に着目しました。一方この耐性微生物群集の集積にあたって、従来法ではメタン生成量が徐々に低下するという問題点が報告されていました。そこで新たな耐性微生物群集の集積法として、微生物群集を槽内部に保持したうえで流入水の供給と処理水の排出を行うことができる、嫌気性膜分離法を用いて集積を試みました。本研究では、嫌気性膜分離法を用いて高濃度NH4-N耐性微生物群集を集積し、従来法との比較からその有効性を検討することを目的としています。

研究者：北島

下水二次処理方式と捕食性細菌の群集構造、生理・生態機能との関係の解明
捕食性細菌は他の細菌を溶解して細胞内部の成分を栄養源として利用する細菌であり、その選択的な捕食特性から下水処理においては、余剰汚泥の減容化やバルキング防止等への活用が期待されています。この実用化には、多くの捕食性細菌の生理・生態機能についての知見が求められますが、捕食性細菌については単離した特定の細菌に関する研究が多く、下水汚泥のような混合系における多様性や環境との関係性については不明点が多く存在します。これの明確化には、微生物叢の異なる汚泥中の捕食性細菌の動態を調べ、それぞれの特徴を理解することや、比較を行うことが有効です。汚泥の微生物叢は排水の組成や汚泥滞留時間などの種々の条件によって異なりますが、本研究では活性汚泥法の種類による微生物叢の差に着目して解析を行い、さらに汚泥からの単離を行うなどして、捕食性細菌の生理・生態機能を明らかにすることを目的としています。

研究者：牧村

Exploration the establishment of electromethanogenesis system with various inoculum sources
Renewable energy such as wind and solar power are rapidly and widely developed as an alternative and carbon neutral. However, it suffers from fluctuation due to seasonal unpredictability and variation of supply and demand thus facing serious challenge for resilient storage. The fluctuation of renewable energy resources requires produced electricity to be stored and match supply and demand which is important to maintain the stability of the electricity grid. Power-to-gas technology as a promising solution to convert electrical into storable chemical energy such as methane and process benefits of long-term energy storage, established distribution systems, and electrical grid stability. A remarkable energy conversion of electromethanogenensis (EM) as power to methane technology indulging methanogenic biofilms to accelerate CO 2 reduction and methane production. The EM system recognized as an environmental-friendly and cost-effective to tackling the obstacle of renewable electricity surplus storage and convert the CO 2 to easily storable CH 4 . The biofilm formation is critical for establishing the EM system which affected by numerous factors mentioned as inoculum type, acclimation procedures, organic source, applied voltage, and electrode materials. This research aims to investigate the EM start-up process with various inoculum sources along with different electrolyte composition and applied voltage to obtain optimum operation condition. The EM performance will be further investigated according to methane generation, bioelectrochemical parameter, organic removal, biofilm formation, and dynamic microbial changes observation.

研究者：Lucy