ニルスとAMOを発現する遺伝子組換え細菌Rhodococcus erythropolisと膜ろ過プロセスの組み合わせによる埋立地浸出水処理

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Environ. Pollut..2020 Aug;263(Pt B):114061. S0269-7491(19)36728-4. doi: 10.1016/j.envpol.2020.114061.Epub 2020-01-23.

ニルスとAMOを発現する遺伝子組換え細菌Rhodococcus erythropolisと膜ろ過プロセスの組み合わせによる埋立地浸出水処理

Landfill leachate treatment through the combination of genetically engineered bacteria Rhodococcus erythropolis expressing Nirs and AMO and membrane filtration processes.

Fuliang Bai
Hui Tian
Jun Ma

PMID: 32268229 DOI: 10.1016/j.envpol.2020.114061.

抄録

本研究では、NirsとAMOを発現する遺伝子組換え細菌Rhodococcus erythropolisと膜バイオリアクター(MBR)、ナノろ過(NF)、逆浸透膜(RO)を組み合わせた埋立浸出水の高度処理プロセス(pRho-NA-MNR)を開発した。その結果、pRho-NA-MNRは、活性汚泥(AS-MNR)に比べて、化学的酸素要求量(COD),生物的酸素要求量(BOD),アンモニア性窒素(N-NH),全窒素(TN),全有機炭素(TOC)の除去率が高いことが示された。埋立浸出水処理では、pRho-NAの投与により、N-NHを亜硝酸塩(N-NO)と硝酸塩(N-NO)に変換して硝化を促進し、N-NOを窒素(N)に変換して脱窒を促進し、pH制御を促進し、汚泥活性と排水収量を増加させ、好気性と無酸素を交互に繰り返す条件下での相変化の適応を短縮した。pRho-NAは、活性汚泥中のCyt cd1及びCyt cの発現を増加させることにより、系内の好気性及び嫌気性段階での硝化及び脱窒速度を増加させた。硝化・脱窒による窒素除去量は、Nirs濃度とAMO発現量に正の相関があった。また、pRho-NA処理は、埋立浸出水の膜バイオリアクター、ナノろ過、逆浸透膜プロセスの汚染物質除去効率を向上させることがわかった。以上の結果から、pRho-NA-MNRは粒状汚泥の形成を促進し、窒素や有機化合物の除去率を向上させることが示唆され、埋立浸出水処理システムにおける本プロセスの実施が検討されるべきであることが示唆された。

This study developed a process of genetically engineered bacteria Rhodococcus erythropolis expressing Nirs and AMO combined with membrane bioreactor (MBR), nanofiltration (NF) and reverse osmosis (RO) membrane (pRho-NA-MNR) for advanced treatment of landfill leachate. Results demonstrated that pRho-NA-MNR presented higher removal rate of chemical oxygen demand (COD), biological oxygen demand (BOD), ammonia nitrogen (N-NH), total nitrogen (TN) and total organic carbon (TOC) than activated sludge (AS-MNR) system. Administration of pRho-NA increased nitrification by converting N-NH to nitrite (N-NO) and Nitrate (N-NO), and promoting denitrification by converting N-NO to nitrogen (N) in the landfill leachate treatment, promoted the pH control, increased sludge activity and effluent yield, shortened phase length adaptation under alternating aerobic-anoxic conditions. pRho-NA increased the nitration and denitrifying rate in the aerobic and anaerobic stage in the system by increasing Cyt cd1 and Cyt c expression in the activated sludge. Nitrogen removal by nitrification and denitrification was positively correlated to the concentration of Nirs and AMO expression. Treatment with pRho-NA promoted pollutant removal efficiency of membrane bioreactor, nanofiltration and reverse osmosis membrane processes in landfill leachate. In conclusion, data suggest that pRho-NA-MNR facilitates the formation of granular sludge and enhances comparable removal of nitrogen and organic compounds, indicating the practice of this process should be considered in landfill leachate treatment system.