土壌中の炭―鉄電池反応が誘導する物理化学生物的作用の解明と汚水処理機能強化

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2021年度の通水試験装置の構造を改善した3装置、(装置A)鉄板（負極）と炭板（正極）設置（電池反応あり：両板の上部を銅線で接続），(装置B) 鉄板と炭板設置（電池反応なし）、(装置C)土壌のみ により、人工汚水(リン酸 0.88、NH&#8324;-N 1.44、NO&#8323;-N 1.13、NO&#8322;-N 0.02 mg/L,負荷1L/day）の処理試験を実施した。週に１度、装置内部と排水口の水を採取し分析した。試験終了後、鉄・炭板の位置および湛水深を考慮して土壌層の上中下部から土壌を採取し微生物叢を解析した。（結果）試験開始当初の炭―鉄板の間の電流と電圧は約0.2mAと0.9Vで、経時的に低下し通水12週後は0.1mAと0.3V前後となった。電池反応による炭素板付近での酸素消費、鉄板付近での還元鉄の酸化にともなう酸素消費により、酸化還元電位は装置AはBよりも100~300mV程度電位が低下したが、湛水ほどの影響（<-200mV）は観察されず。電池反応で鉄板の溶解が（装置B比）79％増加し、装置内部（鉄板下部）および排水口のリン酸濃度はA装置で有意に減少した。窒素動態に関して、装置A内部（炭と鉄板付近）のNH&#8324;-N濃度が汚水中の平均濃度よりも高く、電池反応によるNH&#8324;が生成されていることが示唆された。電池反応による酸化還元電位の低下に伴う脱窒とアンモニアへの還元が同時に生じていることが考えられる。微生物叢の解析の結果、装置AとBを比較すると脱窒菌および亜硝酸をアンモニアに還元する酵素遺伝子（Nrf）を持つ微生物群の遺伝子検出数が装置Aの鉄板付近で減少する傾向にあった。装置Aでは、メタン生成菌と脱窒菌の競合が観察された。電池反応が微生物叢に影響を与えている事は確認されたが、遺伝子検出数の大小で窒素動態の変化は説明できなかった。