報告書番号

V07015

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２）-水溶性セレンの処理速度向上を目指した新たな微生物の組み合わせの提案-

タイトル（英文）

Utilization of Complex Microbial Community in Environmental Countermeasure Technology(Part 2)Proposal of a Bacterial Combination Aimed at Improving the Removal Rate of Selenium Oxyanions in Wastewater

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

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、その除去に関して、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セレンとして沈殿処理できることが知られている。当所では、これまで、セレン酸還元菌と亜セレン酸還元菌の併用による安価なエタノールを利用した水溶性セレンの新たな除去法を示した。その際には一時的に亜セレン酸の蓄積が見られ、亜セレン酸から不溶性セレンまで処理する過程が律速であった。そのため、亜セレン酸から不溶性セレンまでの処理過程を改善する必要がある。本研究では、亜セレン酸還元菌に代えて、安価なエタノールを利用して取得した硫酸還元菌を用い、生成する硫化水素を利用することで亜セレン酸を不溶性セレンとして処理する過程の改善を図ることを目的とした。まず最初に、汚泥から微生物の探索を行った結果、硫酸を還元可能なHT-1株を新規に単離することができた。形態学的及び生理学的な特性と16S rDNA塩基配列から、Desulfovibrio sp.と同定された。本菌株はエタノールを微生物のエネルギー源として、排水中の硫酸を還元し硫化水素を生成可能であった。次に、取得したDesulfovibrio sp. HT-1株を用いて、まず、エタノールを利用して亜セレン酸を含む人工排水の処理を検討した。その結果、排水中の硫酸を還元した際に生成する硫化水素を利用することで、不溶性セレンとして亜セレン酸を処理可能なことが示された。次に、前報で取得したPseudomonas sp. 4C-C株1)とHT-1株を併用して、懸濁状態においてエタノールを利用して人工排水中のセレン酸の処理を検討した。その結果、亜セレン酸の蓄積は見られず、全てのセレン酸を不溶性セレンとして処理できることが示された。前報の手法と比較して、水溶性セレンの処理速度は5.6倍となり、亜セレン酸を不溶性セレンとして処理する過程の改善が図られた。さらに、不溶性セレンの回収プロセスを簡易化するために、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、人工排水中のセレン酸の処理を検討した。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不溶性セレンとして処理でき、亜セレン酸を不溶性セレンとして処理する過程が改善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、不溶性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、併用した微生物の安定維持に関して実験室規模で検討する。

概要 （英文）

Wastewater that is desulferized in coal-fired thermal power stations contains selenium oxyanions in the form of selenate and selenite. Selenite can be removed by chemical treatment, but removal of selenate is difficult. On the other hand, both selenate and selenite can be reduced to insoluble elemental selenium by biological reduction of selenium oxyanions. In the previous report, a novel method for the removal of selenium oxyanions was demonstrated by using a bacterial community, with ethanol as the electron donor. In this method, however, selenite reduced from selenate was accumulated temporarily because the potential of the bacteria to reduce selenite was lesser than its ability to reduce selenate. The conversion of selenite to insoluble selenium was a rate-limiting step for the removal of selenium oxyanions like selenate and selenite. Therefore, improvement of the process involving conversion of selenite to insoluble selenium is necessary for practical application. The objectives of this research were (1) to identify bacteria that were capable of reducing sulfate in wastewater by using inexpensive ethanol as an electron donor, (2) to investigate the reductive characteristics of the isolated bacteria, and (3) to improve the conversion of selenite to insoluble selenium by using hydrogen sulfide produced from sulfate by the isolated sulfate-reducing bacteria, with ethanol as the electron donor.
A new strain termed HT-1 that was capable of reducing sulfate was isolated from the sludge in a wastewater treatment facility. This strain was identified as a Desulfovibrio sp. based on its 16S rDNA sequence and its morphological and physiological characteristics. It was capable of reducing sulfate to hydrogen sulfide by using ethanol as the electron donor. The removal of selenite from artificial wastewater was investigated using the isolated Desulfovibrio sp. strain HT-1, with ethanol as the electron donor. We found that selenite was removed from wastewater by using hydrogen sulfide produced from sulfate. Then, the combination of Pseudomonas sp. strain 4C-C and Desulfovibrio sp. strain HT-1 cells in suspension was used for the removal of selenate by converting it to insoluble selenium, with ethanol as electron donor. This bacterial community used ethanol to enable the removal of selenate by converting it to insoluble selenium without selenite accumulation. The removal rate of selenium oxyanions increased to 5.6 times that obtained in the previous bacterial combination. These results showed that the process of the conversion of selenite to insoluble selenium was improved using hydrogen sulfide, which was produced from sulfate by Desulfovibrio sp. strain HT-1 cells. To simplify the recovery of insoluble selenium, cells from both the bacterial strains were immobilized together in a polymeric gel, and ethanol was used to examine them. The immobilized bacterial community could also remove selenate by converting it to insoluble selenium. The immobilized cells in the polymeric gel were pigmented pink, and no pink insoluble selenium was present in the wastewater. This indicated that the insoluble selenium was completely captured in the polymeric gel. In future studies, stable maintenance of the bacterial community will be investigated.

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