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東洋大学

【2020×東洋大学】2020年の東京湾の課題からサスティナブルな下水処理の未来が見える

2020年7月16日

東洋大学

<NewsLetter Vol.06>
東洋大学は研究成果である「知」で2020へ貢献します

2020年の東京湾の課題から
サスティナブルな下水処理の未来が見える

 本ニュースレターでは、東洋大学が2020年から未来を見据えて、社会に貢献するべく取り組んでいる研究や活動についてお伝えします。
 今回は、生命科学部 応用生物科学科 角野立夫 教授に、東京五輪に向け対策が進められている東京湾の水質改善について聞きました。

【画像: https://kyodonewsprwire.jp/img/202007152057-O1-w34mRqk2
生命科学部 応用生物科学科 角野立夫 教授

Point
1.下水処理の高速化を実現する有用微生物とは
2.水圏浄化という考え方が、未来を変えるかもしれない
3.未来の下水処理場は、エネルギー供給スポットに

下水処理の高速化を実現する有用微生物とは

東京五輪で競技会場となる東京湾の入り江から、基準値を超える汚染物質が検出されたと聞きました。どのような原因が考えられるのでしょうか。
 東京湾の汚染源は、主に東京都内もしくは上流の埼玉、群馬、栃木などの地域からの産業排水や生活排水。なかでも問題になっているのが、糞尿を由来とする窒素やリンによる水質汚染です。とくに雨天時は、東京都の区部の大部分が汚水と雨水をひとつの下水道管で集める「合流式下水道」であるため、雨量が一定以上になると処理しきれない汚水も一緒に放流されてしまいます。そこで東京都では、河川や海に放流される汚濁負荷量を削減するため、降雨初期段階に汚れた下水を貯留する施設の整備や、従来の沈殿処理よりも汚濁物を多く除去できる高速ろ過施設の整備を進めてきました。しかし、汚染の大きな原因となっている窒素とリンについては、未だに完全除去はなかなか難しいようです。五輪に向けては海底に砂を投入するなどの対策が進んでいるようですね。

【画像: https://kyodonewsprwire.jp/img/202007152057-O2-j0pO46eS

角野先生が取り組んでいる有用微生物による水質改善の技術についてお聞かせください。
 私は高速ろ過だけでなく、有用微生物によって下水に含まれる窒素化合物の分解処理を行う研究にも長年取り組んでいます。なかでも、30年ほど前から着目しているのが「硝化菌」の活用です。当初、この硝化菌は低温に弱く、リアクター(反応槽)の中で保持しづらいことがネックでした。そこで私は、1億個の菌をゲルの中に封じ込めて微生物触媒を作る技術を開発し特許を取得。この菌をリアクターに投入して窒素を分解することに成功しました。日本の下水処理場でこの方式を採用していますが、コストダウンを図ることが目下の課題です。
 そこで期待されるのが窒素を高速除去する「アナモクス菌」です。反応速度が従来の硝化菌の30倍という速さで、低温にも強い。さらに注目すべきなのは、水中に酸素を供給する曝気(ばっき=エアレーション)が不要なこと。下水処理場の電気消費量の50%が、曝気によるものであるため、画期的なコストダウンが可能となります。既にアナモクス菌は複数の企業より引き合いがあり、実用化に向けて準備を進めているところ。私の開発したゲルで菌を包むという技術は150件の特許を取得しており、まだまだ多くの可能性を秘めています。ほかにも、オタマジャクシ状のゲルに、アナモクス菌や硝化菌、脱窒菌を埋め込み、温度変化による膨張・縮小によって曝気不要の自走性ゲルを作るなど、多様な研究や実験が進行中です。

水圏浄化という考え方が、未来を変えるかもしれない

東京湾の水質を改善するスピーディーな方法はあるのでしょうか?
 以前、私はある地方の湖で水質改善の実験を行ったことがあります。私の開発したゲルに有用微生物を封じ込めた微生物触媒を湖中に設置し、水中の窒素とリンを除去しようという試みです。このように湖や海、河川などに散らばった汚染物質を回収する方法をノンポイント処理と呼びます。その際は、良い結果が出たのですが、このような水圏の水質改善で難しいのはどこから予算を出すのかということです。国、都道府県、市町村、それとも近隣の企業や組織・団体なのか。営利が明確でないだけに、なかなか事業としては先に進まないのが現状です。ただ、環境汚染・破壊が世界的な問題となり、企業においても個人においても意識が変わってきているのも確かです。近い将来には下水処理場(ポイント処理)だけに頼るのではなくて、自分たちの地域は、地場の微生物を使って環境改善のために活動しようという流れができてくるかもしれません。分散型のノンポイントで汚染物質の分解処理を行うのは、実は非常に理想的な方法です。江戸時代に人の糞尿を肥料として農家に販売していたことにも通じますが、海や河川、湖沼などの水質浄化を行うと同時に、水質浄化の際に発生する物質を利用したリサイクルの可能性も秘めています。「水圏浄化」は、サスティナブルな未来を作るキーワードになるかもしれません。より良い未来を考えるきっかけになるといいですね。

未来の下水処理場は、エネルギー供給スポットに

水質改善もリサイクルも両方できるのは素晴らしいですね。
 下水処理場にしても、例えば発生する水素を利用した水素自動車のための水素スタンドになったり、リサイクルから生まれた何かしらのエネルギーを供給するスポットになるかもしれないと私は考えています。そうなると、下水処理場も分散型にして各地に設置するのがいいですね。小さな処理場を複数設置すれば、台風や大地震発生時のリスクも分散できるというメリットもあります。さらに発展すれば、家庭の単位でも有用微生物を使って、水素を作ってエネルギーとして使用できるようになるかもしれません。そうなれば災害時も地域で助け合うことができます。近い将来にそうなるのも夢ではないと私は考えています。

【画像: https://kyodonewsprwire.jp/img/202007152057-O3-EgXUPaW6
角野教授と学生たち

【画像: https://kyodonewsprwire.jp/img/202007152057-O4-wq034l2p
角野 立夫(すみの たつお)
東洋大学 生命科学部 応用生物科学科 教授/博士(農学)
専門分野:環境学、環境技術・環境材料
研究キーワード:下水、産業廃水の浄化技術、水圏浄化技術、窒素成分の除去技術
著書:微生物学[オーム社]ほか

【本News Letterのバックナンバーはこちらからご覧いただけます。】
https://www.toyo.ac.jp/s/letter2020/

生命科学部 応用生物科学科 角野立夫 教授1
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角野教授と学生たち
生命科学部 応用生物科学科 角野立夫 教授3
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