微細藻類-細菌バイオフィルムによる下水の微小マイクロプラスチック除去（令和 7年度）

Removal of small microplastics in sewage by microalgae-bacteria biofilm

下水処理場は一次マイクロプラスチックの環境中への主要な流出経路である。下水処理過程で流入マイクロプラスチックの大半が除去されるものの、数百マイクロメートルを下回るような微小なマイクロプラスチックは残存しやすい。そこで本研究では、微小マイクロプラスチックを効果的に除去可能な“微細藻類—細菌バイオフィルムリアクター”の研究開発を行う。微細藻類は、自身が生成する細胞外高分子物質によって微小マイクロプラスチックを吸着することが報告されている。これまでフラスコ規模で調査されてきた微細藻類によるマイクロプラスチック除去性能をスケールアップして試験し、実用性の高い処理プロセスの提案を目指す。

• 主たるもの：応用科学研究
• 従たるもの：基礎科学研究

はじめに、研究1として、播種試料の違い（微細藻類の種類や、細菌との混合の有無）や、マイクロプラスチックの材質・サイズといった性状の違いが、生成される細胞外高分子物質の組成やマイクロプラスチック除去率に与える影響をフラスコ試験によって評価する。本課題では、市販のマイクロプラスチックビーズを処理対象物質として使用する予定であるが、試験に先立ち、顕微鏡観察や分光光度計といった分析機器によるビーズの定量方法を検討する。マイクロプラスチックの材質は、ポリメタクリル酸メチル・ポリスチレン・ポリエステルを候補とする。使用する微細藻類種は、増殖が速く環境適用能力の高いChlorella属、Scenedesmus属、Chlamydomonas属を候補とするが、環境中微細藻類の使用も併せて検討する。細胞外高分子物質については、pH、溶存/弱結合/強結合-EPS量、ならびに多糖類/タンパク質成分含量などの項目を測定する計画である。これにより、優れたマイクロプラスチック除去効果が得られる条件とマイクロプラスチック除去に寄与する細胞外高分子物質の性状を明らかにすることを目指す。
続いて、研究2として、バイオフィルムリアクターによるマイクロプラスチック混入下水の連続処理をベンチスケールで試験する。研究1によって明らかとなるマイクロプラスチック除去に適した微細藻類や細菌を播種試料に用いる。リアクターは、構造が単純で一般的な藻類芝生スクラバを設計・製作する。マイクロプラスチックを混入させた下水を連続的に処理することで、除去プロセスの安定性を評価する。また、下水の供給流速、すなわち下水処理速度を段階的に上げることで、マイクロプラスチックの除去に十分な処理時間を明らかにする。試験中は、微細藻類および細菌の増殖速度や組成の変化をモニタリングする。

研究1として、播種試料の違い（微細藻類の種類や、細菌との混合の有無）や、マイクロプラスチックの材質・サイズといった性状の違いが、生成される細胞外高分子物質の組成やマイクロプラスチック除去率に与える影響をフラスコ試験によって評価する。本課題では、市販のマイクロプラスチックビーズを処理対象物質として使用する予定であるが、試験に先立ち、顕微鏡観察や分光光度計といった分析機器によるビーズの定量方法を検討する。マイクロプラスチックの材質は、ポリメタクリル酸メチル・ポリスチレン・ポリエステルを候補とする。使用する微細藻類種は、増殖が速く環境適用能力の高いChlorella属、Scenedesmus属、Chlamydomonas属を候補とするが、環境中微細藻類の使用も併せて検討する。細胞外高分子物質については、pH、溶存/弱結合/強結合-EPS量、ならびに多糖類/タンパク質成分含量などの項目を測定する計画である。これにより、優れたマイクロプラスチック除去効果が得られる条件とマイクロプラスチック除去に寄与する細胞外高分子物質の性状を明らかにすることを目指す。