ストルバイトバイオミネラル化微生物の生化学的特性を理解し、栄養回復におけるその将来性を理解する

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Chemosphere.2020 May;247:125799. S0045-6535(19)33040-1. doi: 10.1016/j.chemosphere.2019.125799.Epub 2020-01-08.

ストルバイトバイオミネラル化微生物の生化学的特性を理解し、栄養回復におけるその将来性を理解する

Understanding the biochemical characteristics of struvite bio-mineralising microorganisms and their future in nutrient recovery.

Yirong Leng
Robert Colston
Ana Soares

PMID: 31951952 DOI: 10.1016/j.chemosphere.2019.125799.

抄録

バイオミネラリゼーションによってストルバイトを生成する能力を有することで知られる微生物（Bacillus pumilus, Brevibacterium antiquum, Myxococcus xanthus, Halobacterium salinarum, Idiomarina loihiensis）の生化学的特性を調査した。5つの微生物はすべて中親水性の温度範囲（22〜34℃）で生育し、ウレアーゼを産生し（I.loihihiensisを除く）、炭素源として牛血清アルブミンを使用していた。I.loihiensisは、OとNOを電子受容体として利用することが可能な多面的な嫌気性生物であることが特徴であった。I.loihihiensisの増殖速度は、pH8.0とNaCl 3.5% w/vで0.15 1/hと推定された。その他の微生物の生育速度は、pH7-7.3、NaCl≦1% w/vで0.14-0.43 1/hであった。すべての微生物は、好気性条件下で、形態学的およびX線粉末回折（XRD）分析によって同定されたように、ストルバイトを産生した。生物学的ストルバイト収量は1.5〜1.7g/Lであり、オルトリン酸塩の除去率は55〜76%、回収率は46〜54%、Mgの除去率は92〜98%、回収率は83〜95%であった。大きな結晶(>300μm)が観察され、コフィンリッド型とロングバー型が生物学的ストルバイト結晶の支配的な形態であった。本研究で得られた微生物の生化学的特性を明らかにすることは、廃棄物の流れからのリン回収を促進するために、反応器やプロセスの設計、運転条件の検討に不可欠である。

The biochemical properties of selected microorganisms (Bacillus pumilus, Brevibacterium antiquum, Myxococcus xanthus, Halobacterium salinarum and Idiomarina loihiensis), known for their ability to produce struvite through biomineralisation, were investigated. All five microorganisms grew at mesophilic temperature ranges (22-34 °C), produced urease (except I. loihiensis) and used bovine serum albumin as a carbon source. I. loihiensis was characterised as a facultative anaerobe able to use O and NO as an electron acceptor. A growth rate of 0.15 1/h was estimated for I. loihiensis at pH 8.0 and NaCl 3.5% w/v. The growth rates for the other microorganisms tested were 0.14-0.43 1/h at pH 7-7.3 and NaCl ≤1% w/v. All the microorganisms produced struvite, as identified by morphological and X-ray Powder Diffraction (XRD) analysis, under aerobic conditions. The biological struvite yield was between 1.5 and 1.7 g/L of media, the ortho-phosphate removal and recovery were 55-76% and 46-54%, respectively, the Mg removal and recovery was 92-98% and 83-95%, respectively. Large crystals (>300 μm) were observed, with coffin-lid and long-bar shapes being the dominant morphology of biological struvite crystals. The characterisation of the biochemical properties of the studied microorganisms is critical for reactor and process design, as well as operational conditions, to promote phosphorus recovery from waste streams.