充填・排水型垂直流構造湿地における窒素除去率の向上：曝気モードと炭素源に対する微生物の応答

Enhanced nitrogen removal in filled-and-drained vertical flow constructed wetlands: microbial responses to aeration mode and carbon source.

• Xiaoshuang Lai
• Yuqiang Zhao
• Fuxia Pan
• Baoshan Yang
• Hui Wang
• Shuzhi Wang
• Yingrui Yuan

抄録

充填・排水型垂直流構造湿地において、窒素（N）と有機物の除去率を向上させることを目的として、間欠的な曝気と炭素源を用いた。その結果、COD(74.16%)、NH-N(93.56%)、TN(86.88%)、NO-N(79.65%)の除去率は、VFCW1(炭素源を用いた曝気)が最も優れていることがわかった。また、Illumina MiSeq300ハイスループットシーケンシングにより、炭素源曝気システムは微生物群集の多様性と豊かさを増加させることが示された。硝化機能遺伝子（nxrA, amoA）、脱窒機能遺伝子（nirS, nirK, nosZ）、アナモックス機能遺伝子（anammox 16S rRNA）のコピー数は、それぞれのシステムに異なる曝気モードと追加の炭素源を適用した場合に様々な変化を示した。また、DO濃度と炭素源の増加は、それぞれ微生物の硝化機能遺伝子と脱窒機能遺伝子の絶対量の増加を促進することがわかった。以上の結果から、炭素源と間欠曝気の組み合わせは、これらの系における汚染物質処理性能を向上させるために有効であることが示された。

For the purpose of enhancing the removal rate of nitrogen (N) and organic matters, intermittent aeration and carbon source were used in filled-and-drained vertical flow constructed wetlands (VFCWs). The results showed that the best removal of COD (74.16%), NH-N (93.56%), TN (86.88%), and NO-N (79.65%) was achieved in VFCW1 (aerated with carbon source system). Illumina MiSeq300 high-throughput sequencing showed that carbon source aerated system increases the diversity and richness of the microbial community. The copy numbers of nitrification functional genes (nxrA, amoA), denitrification functional genes (nirS, nirK, nosZ), and anammox functional gene (anammox 16S rRNA) displayed various changes when applied different aeration modes and additional carbon source to each system. An increase of the DO concentration and carbon source facilitated the absolute abundance of microbial nitrification and denitrification functional genes, respectively. All in all, these results demonstrate that carbon source combined with intermittent aeration is valid to improve the pollutant treatment performance in these systems.