実規模ロックウール生物脱臭装置内の脱窒菌群集の特徴

要約

水循環を行っていない実規模ロックウール生物脱臭装置では装置下層に硝酸が蓄積しているが、脱窒菌群集は装置上層と下層で異なる。脱臭装置中の脱窒菌の脱窒ポテンシャルや硝酸還元における電子供与体利用性は、活性汚泥中のものとは異なる。

• キーワード:ロックウール生物脱臭装置、脱窒菌群集、脱窒活性、堆肥排気
• 担当:畜産研究部門・畜産環境研究領域・大気環境ユニット
• 代表連絡先:電話029-838-8673
• 分類:研究成果情報

背景・ねらい

生物脱臭装置内でのアンモニアの処理では、装置内にアンモニウム態窒素と亜硝酸態あるいは硝酸態窒素が蓄積することが問題となっている。脱臭素材の交換あるいは窒素排水処理が必要となるが、このような管理は畜産農家の大きな負担となる。装置の窒素除去能を強化する上で、現状の装置の窒素除去ポテンシャル、および堆肥ガス中に含まれる粉じん等の電子供与体となりうる成分の影響を把握する必要があるが、実規模装置を対象とした解析は行われていない。そこで、堆積型の堆肥排気を処理する実規模のロックウール生物脱臭装置を対象に、現状の装置の脱窒ポテンシャルおよび脱窒菌群集の特徴を明らかにする。

成果の内容・特徴

• 水循環を行っていない実規模のロックウール脱臭装置(図1)では、下層に硝酸が蓄積している(表)。地点aは堆肥化初期のガスを含む入気1と2、bは入気2と3、cは堆肥化後期のガスを含む入気3と4それぞれの中間に位置しているが、入気1から4にかけて、一酸化二窒素濃度に濃度勾配が生じている(表)。なお、装置に流入するアンモニア濃度の平均は23ppmv(1.0～145.0)、ガス接触時間は100～200s、散水量は約0.4m³/日である。
• 脱窒菌の遺伝子(亜硝酸還元酵素をコードする遺伝子nirSとnirKおよび一酸化二窒素還元酵素をコードする遺伝子nosZ)をターゲットとしたPCR-DGGE(変成剤濃度勾配電気泳動)法により、nir遺伝子では上層と下層で、nos遺伝子では地点間でバンドパターンが異なる(図2)。これらの違いは、各々の酵素遺伝子を保有する脱窒菌群集が異なることを示しており、装置内の硝酸および一酸化二窒素濃度の違いを反映したものと考えられる。
• ロックウール脱臭素材の脱窒ポテンシャルを、脱窒活性に関する研究が多く行われている畜舎排水を処理する活性汚泥と比較すると、電子供与体無添加の場合、ロックウール脱臭素材で0.38μmol/g乾物/hで、活性汚泥のわずか8.6%である。また、活性汚泥では見られない一酸化二窒素の発生が確認される。硝酸還元に与える電子供与体の影響を見ると、ロックウール脱臭素材では嫌気培養1日では易分解性有機物(堆肥抽出物)の利用性が高いが、活性汚泥では酢酸の利用性が高く、電子供与体の利用性に違いがある(図3)。ロックウール脱臭素材から得られた酵素遺伝子の配列はAlcaligenaceae、Phyllobacteriaceae、Bradyrhizobiaceae科に属する脱窒菌および土壌、活性汚泥、淡水環境などの環境サンプルから得られた配列との相同性が高い(データ非表示)。

成果の活用面・留意点

• 既存の生物脱臭装置内は通気性が確保され好気的な環境であるが、電子供与体が存在すると脱窒が起きる可能性が示され、生物脱臭装置における窒素除去能を上げるための新技術開発に役立つ。
• 本知見がロックウール脱臭素材以外に適用されるかは別途確認する必要がある。

具体的データ



その他

• 予算区分:交付金
• 研究期間:2013～2017年度
• 研究担当者:安田知子、和木美代子、福本泰之、鈴木一好、花島大、黒田和孝
• 発表論文等:Yasuda T. et al. (2017) Appl. Microbiol. Biotechnol. 101(17):6779-6792