低栄養細菌－マンガン酸化細菌培養系による有機物無添加の坑廃水処理技術の開拓

利用低营养菌和锰氧化菌培养系统开发无有机物矿山废水处理技术

基本信息

批准号：
21H03636
负责人：
宮田直幸
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Akita Prefectural University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

集積培養系から分離した5株の内、R1-5（Methylibium属）とR1-7（Methyloversatilis属）は以前に行ったマンガンスラッジの細菌叢解析で優占種と位置付けられていた。これらの2株のほか、R1-3（Williamsia属）及びR1-9（Rhodococcus属）は、有機性基質濃度が異なる3種類の培地で同等の比増殖速度を示した。これら4株は有機性基質無添加培地で増殖速度が大きく、活発な菌体増殖が見られたことから、貧栄養環境に適応した低栄養細菌であると判断された。さらにR1-5、R1-7、R1-9の炭酸固定能力を調べた結果、有機性基質無添加培地で増殖した菌体の総有機炭素の3.5～6.0%は炭酸固定によるものと推察され、増殖時に一定の無機炭素を固定していることが明らかになった。しかし、菌体の炭素の大部分（94%以上）は12Cであり、主要な炭素源は培地に極微量含まれる有機物であると結論付けた。有機物の乏しい坑廃水中で低栄養細菌が増殖することで、菌体成分や分泌物が生産され、マンガン酸化細菌に有機物が供給されると推察された。さらに集積培養系のメタゲノム解析を行い、RuBisCOによる炭酸固定の進行を示唆する結果が得られた。マンガン酸化集積培養系を用いたバイオリアクターを構築し、連続式及び回分式でマンガン含有坑廃水の処理を検討した。その結果、同じマンガン負荷条件において、回分式で運転した方が安定かつ高い除去率で処理が可能であることが明らかになった。リアクター内のATP量を比較した結果、回分式の方がATP量は多く、微生物活性もしくはバイオマス量が大きくなることで処理効率が上昇する可能性が示された。また、リアクター内で生成したマンガン酸化物は粉末Ｘ線結晶回折解析によりバーネス鉱様であることが明らかになった。

在之前的锰污泥微生物群分析中，从富集培养系统中分离出的 5 株菌株中，R1-5（甲基菌属）和 R1-7（甲基过生菌属）被定位为优势菌种。除了这两种菌株外，R1-3（威廉氏菌属）和 R1-9（红球菌属）在具有不同有机底物浓度的三种类型的培养基中也显示出相当的比生长率。由于这4株菌株在无有机底物的培养基中生长速率高且菌体生长活跃，因此判断它们是适应贫营养环境的营养不良菌。此外，根据R1-5、R1-7和R1-9的碳酸固定能力的研究结果，估计在无有机基质的培养基中生长的细菌细胞中的总有机碳的3.5至6.0%这是由于碳酸固定，表明在增殖过程中一定量的无机碳被固定。但菌体内的碳大部分（94%以上）为12C，推测主要碳源是培养基中微量含有的有机物。据推测，有机质贫乏的矿井废水中低营养级细菌增殖，产生细菌成分和分泌物，为锰氧化细菌提供有机质。此外，对富集培养系统进行了宏基因组分析，获得了表明RuBisCO固碳进展的结果。构建了采用锰氧化富集培养系统的生物反应器，并采用连续法和间歇法研究了含锰矿山废水的处理。结果表明，在相同的锰负载条件下，间歇操作可以实现更稳定和更高的去除率。比较反应器中ATP量的结果发现，间歇法中ATP量较高，表明可以通过增加微生物活性或生物量来提高处理效率。此外，粉末X射线晶体衍射分析表明，反应器中产生的锰氧化物是水钠锰矿状的。

项目成果

期刊论文数量（11）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

有機性基質無添加条件で集積したマンガン酸化培養系とマンガン酸化に関与する細菌群の特徴

不添加有机底物条件下锰氧化培养体系及积累的参与锰氧化的菌群特征

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
宮田直幸;簾内君仁;渡邊美穂;岡野邦宏;藤林恵;佐藤由也;淵田茂司;所千晴
通讯作者：
所千晴

マンガン含有坑廃水の生物処理における低栄養細菌の有機物供給者としての役割

低营养细菌作为有机物供应者在含锰矿井废水生物处理中的作用

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Biswas Foni B.;Das Sandip;Nishimura Tatsuya;Endo Masaru;Fukuda Mayu;Morita Futo;Mashio Asami S.;Taniguchi Tsuyoshi;Maeda Katsuhiro;Hasegawa Hiroshi;國光春花，菅原巧太朗，渡邊美穂，岡野邦宏，宮田直幸
通讯作者：
國光春花，菅原巧太朗，渡邊美穂，岡野邦宏，宮田直幸

有機物無添加のマンガン含有坑廃水処理実証プラントにおける微生物機能の解明

阐明无有机添加剂处理含锰矿山废水示范工厂中的微生物功能