堆積物微生物燃料電池システムにおける酸素濃度制御による迅速な窒素除去：電子の割り当てとその微生物機構の解明

Prompt nitrogen removal by controlling the oxygen concentration in sediment microbial fuel cell systems: the electrons allocation and its microbial mechanism.

• Weiping Sima
• Ruixiang Ma
• Feixian Yin
• Haodong Zou
• Hong Li
• Hainan Ai
• Tao Ai

抄録

堆積物微生物燃料電池システム（SMFC）では、堆積物から窒素を除去できることが証明されているが、硝酸塩と酸素の電子の競合が除去効率に影響を与える重要な要因であり、そのメカニズムは明らかではない。本研究では、有機堆積物燃料をベースにSMFCを構築し、溶存酸素（DO）が窒素変換やカソード微生物群集に及ぼす影響を調べた。その結果、溶存酸素濃度3mg/Lで最高の全窒素除去効率60.55%を達成した。DO濃度が高いと硝酸塩との電子競合により除去効率に影響を与え、一方、DO濃度が低いと硝化が抑制されることが明らかになった。本研究では、DO濃度3mg/Lの場合、コマモナス、ダイアフォロバクター、ブレブンディモナスの3つの優占菌が脱窒に関与していた。DO濃度を調整して窒素を除去するSMFCの設置は、土砂処理のための有望な方法であると考えられる。

It has been proved that the nitrogen can be removed from the sediment in a sediment microbial fuel cell system (SMFCs), but the competition between nitrate and oxygen for electrons would be a key factor that would affect the removal efficiency, and its mechanism is not clear. Based on organic sediment fuel, an SMFC was constructed, and the influence of dissolved oxygen (DO) on nitrogen transformation and cathodic microbial communities was investigated. The results showed that the best total nitrogen removal efficiency of 60.55% was achieved at DO level of 3 mg/L. High DO concentration affected the removal efficiency through the electrons' competition with nitrate, while low DO concentration suppressed the nitrification. Comamonas, Diaphorobacter and Brevundimonas were the three dominant genera responsible for denitrification at DO concentration of 3 mg/L in this study. The establishment of SMFCs for nitrogen removal by regulating DO level would offer a promising method for sediment treatment.