報告書番号

V06017

タイトル（和文）

環境対策技術への適用を目指した複合微生物系の利用（その１）-微生物の組み合わせによる安価な電子供与体を利用したセレン酸還元-

タイトル（英文）

Utilization of Complex Microbial Community in Environmental Countermeasure Technology (Part 1) -Selenate Reduction with an Inexpensive Electron Donor by using a Bacterial Community-

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

微生物同士が互いに助け合う複合微生物系を作ることで、自発的、効率的にセレンのような環境負荷物質の除去を実現できる可能性がある。石炭火力発電所の脱硫排水中に含まれるセレンは、水溶性の６価のセレン酸と４価の亜セレン酸の形態で存在しており、その処理に関して、化学的処理法では多量の薬品を必要とし汚泥の発生量も多いなど課題がある。一方、生物学的手法により、水溶性セレンを不溶性の元素状セレンまで還元できることが知られているが、その際には高価な薬品を必要とする。そのため、実際の排水処理プロセスを考える上では、アルコール等の安価な電子供与体を用いて、水溶性セレンの還元を行うことが望ましいが、これまでにそのような微生物に関する報告は無い。本研究では、安価なエタノールを利用して排水中の水溶性セレンを還元する微生物を取得し、その特性を明らかにして、微生物を組み合わせることで水溶性セレンの不溶化による新たな除去法の提示を試みた。汚泥や排水などから微生物の探索を行った結果、水溶性セレンを還元可能な4C-C株を新規に単離することができ、形態学的及び生理学的な特性と16S rDNA塩基配列から、Pseudomonas sp.であると判断された。本菌株はエタノールを利用して亜セレン酸を経てセレン酸を元素状セレンまで還元可能であった。しかし、亜セレン酸から元素状セレンまでの還元能力は低かった。そのため、亜セレン酸を元素状セレンまで還元する過程を補うため、亜セレン酸を還元可能な微生物を探したところ、既存のParacoccus denitrificans JCM-6892株が、エタノールを利用して亜セレン酸を不溶性の元素状セレンまで還元可能なことを新たに見いだした。そこで、Pseudomonas sp. 4C-C株とParacoccus denitrificans JCM-6892株を組み合わせて、懸濁状態においてエタノールを利用して人工排水中の水溶性セレンの還元を検討した。その結果、一時的に亜セレン酸の蓄積が見られたものの全てのセレン酸を不溶性の元素状セレンまで還元できることが示された。さらに、前述の２種類の微生物を高分子ゲル内に固定化した不織布を用いて、人工排水中の水溶性セレンの還元を検討した。その結果、固定化状態においても、エタノールを利用してセレン酸を元素状セレンまで還元できることが明らかとなった。固定化した場合には、不溶性の元素状セレンは全て不織布上に集積し、溶液中には沈殿が生じなかったため、元素状セレンの回収プロセスを簡易化できる可能性が示された。今後は、本手法での低濃度での有効性を検討すると共に、亜セレン酸を不溶性セレンにする過程に関して改善を図る。さらに、組み合わせた微生物を安定して維持し、その能力を十分に発揮できる環境場の保持技術の構築を目指す。

概要 （英文）

Complex microbial communities have considerable potential for the efficient removal of environmental pollutants. Desulfurized wastewater in coal-fired thermal power stations contains selenium oxyanions in the form of selenate and selenite. Selenite can be removed by chemical treatment, but selenate is difficult to remove. On the other hand, both selenate and selenite can be reduced to insoluble elemental selenium by biological reduction of selenium oxyanions. In this process, however, expensive chemicals are inevitably required for the bacterial reduction of selenium oxyanions in most cases. Although the reduction of selenium oxyanions with an inexpensive electron donor is desirable for practical application, there have been no reports of bacteria that are capable of this reduction. In this report, we aimed to identify bacteria that were capable of reducing selenium oxyanions in wastewater by using inexpensive ethanol as an electron donor; we then investigated the reductive characteristics of the isolated bacteria with regard to selenium oxyanions and demonstrated a novel method for the removal of the selenium oxyanions by using a bacterial community with ethanol as the electron donor.
We isolated a new strain termed 4C-C that was capable of reducing selenium oxyanions from the sludge in a wastewater treatment facility. This strain was identified as a Pseudomonas sp. from its 16S rDNA sequence and from its morphological and physiological characteristics. It was capable of reducing selenate to elemental selenium via selenite formation by using ethanol as an electron donor; however, its potential to reduce selenite was lesser than its ability to reduce selenate. We found that Paracoccus denitrificans JCM-6892 could reduce selenite to elemental selenium by using ethanol. We investigated the combination of Pseudomonas sp. strain 4C-C and P. denitrificans JCM-6892 cells in suspension for the reduction of selenate to elemental selenium by using ethanol. This bacterial community enabled the reduction of selenate to insoluble elemental selenium via selenite formation by using ethanol. To simplify the recovery of insoluble elemental selenium, cells from both the bacterial strains were immobilized together in a polymeric gel and examined using ethanol. The immobilized bacterial community could also reduce the selenate to insoluble elemental selenium via selenite formation. The immobilized cells in the polymeric gel were pigmented bright red, and there was no red elemental selenium in the wastewater. This indicated that the reduced elemental selenium was completely captured in the polymeric gel. In future studies, we will investigate the stable maintenance of the bacterial community.

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