この研究は、ブラジルの研究機関の研究論文です。

掲載誌：Environmental Science and Pollution Research

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

なぜ生活排水と微細藻類を組み合わせるのか

微細藻類(水中で光合成をする微小な藻)の培養は、環境に配慮した物質生産の手段として期待されています。しかし著者らによれば、大規模に実施しようとすると大量の淡水と栄養分(とくに窒素とリン)が必要になり、費用の面で壁に突き当たります。一方で生活排水には窒素やリンが多く含まれ、そのまま環境へ出れば富栄養化などの汚染源になります。研究チームは、この「取り除きたい栄養分」を「培養に必要な栄養分」として使えば、排水処理とバイオマス生産を同時に進められると考えました。

論文が指摘する研究上の空白は二つあります。ひとつは、これまでの研究の多くが工場や農業由来の排水を対象としており、生活排水で在来のTetradesmus属(緑藻の一種)を育てた例が比較的少ないこと。もうひとつは、排水にどの程度の前処理を施すかという条件と、培養開始時にどれだけの量の藻を植え込むか(初期植種密度)という条件を組み合わせて、栄養除去・バイオマス生産量・バイオマスの成分にどう影響するかを調べた例がほとんどないことです。なお、その土地の排水から分離した在来株は、地域の気候や排水の性質の変動に適応していると期待される点が利点として挙げられています。

何を、どのように調べたか

研究チームはブラジル南部の下水処理施設の生活排水から緑藻を分離し、形態の観察と18SリボソームRNA遺伝子の配列解析、系統解析によってTetradesmus obliquusと同定しました。参照配列との一致度は99.69%と報告されています。

培養に使ったのは同じ施設の生活排水で、二種類を比べました。ひとつは未処理の生の生活排水(RDW)、もうひとつは網によるろ過と硫酸アルミニウムを用いた凝集沈殿という一次処理を施した排水(TDW)です。それぞれについて、培養液に占める藻の植種割合を10%・20%・30%(体積比)の三段階に設定し、合計六つの条件を14日間培養しました。藻を入れない排水のみの対照区も設けています。培養は5Lのフラスコに4.5Lの排水を入れ、通気しながら21±2℃、白色LEDによる連続照明のもとで行われました。

期間中はアンモニウムとリン酸、pH、電気伝導度、溶存固形物量などを経時的に測定し、鉄・マンガン・ナトリウム・カリウムは開始時と終了時に測定しています。得られたバイオマスについては、タンパク質(ケルダール法)、炭水化物、色素(クロロフィルとカロテノイド)、総脂質と脂肪酸組成、灰分を分析しました。

前処理そのものによる排水の変化も報告されています。一次処理によって濁りの指標である吸光度は0.34から0.07へ下がり、鉄とマンガン(それぞれ0.69 mg/L、0.14 mg/L)は検出限界未満になりました。リン酸は7.22から4.03 mg/L、アンモニウムは92.16から86.08 mg/Lへと減少した一方、電気伝導度と溶存固形物量は増加しています。著者らは、濁りが減って光が届きやすくなる利点と、栄養分や微量元素が減る不利とが両立する「トレードオフ」があると説明しています。

主な報告結果

最も良好な成績が報告されたのは、一次処理した排水に10%の割合で藻を植えた条件(TDW1)でした。この条件でアンモニウムの62.46%、リン酸の98.56%が除去され、同時に比増殖速度(0.16/日)とバイオマス生産性(42.54 mg/L/日)がいずれも最も高い値を示しました。また、一次処理排水で在来株を培養した場合、鉄とマンガンの濃度が有意に減少し、検討した条件下でこれらが効果的に除去されたことが示されたと報告されています。

バイオマスの成分は、使った排水の種類によって傾向が分かれました。未処理排水では炭水化物の蓄積(32.68%)と色素の生産が高くなり、一次処理排水ではタンパク質含量が高く(45.83%)、脂質に占める多価不飽和脂肪酸の割合が72.70〜78.90%と高くなりました。多価不飽和脂肪酸は細胞膜の構造や情報伝達に関わる脂肪酸で、ここでは主にα-リノレン酸とリノール酸が占めていたと報告されています。

著者らはこれらを総合して、排水の処理状態と初期植種密度の組み合わせが培養系に異なる形で作用し、栄養除去の性能とバイオマスの生化学的組成の両方に影響したとまとめています。

この研究が示すこと

この研究は、地域の生活排水から分離した在来のTetradesmus obliquusを使うことで、排水中の栄養分や金属の除去と、タンパク質や多価不飽和脂肪酸に富むバイオマスの生産とを一つの工程で両立させうることを、実際の排水を用いた比較実験で示したものです。

とくに注目されるのは、排水にどこまで前処理を施すか、そして藻をどれだけ植えるかという、いずれも現場で扱いやすい運転条件が、除去性能だけでなく得られるバイオマスの中身まで左右したという点です。同じ藻でも、育てる条件によって炭水化物寄りにも、タンパク質と多価不飽和脂肪酸寄りにもなる。排水処理を「捨てるものを減らす工程」から「使えるものを取り出す工程」へと読み替えるうえで、条件設計が持つ意味の大きさを伝える結果と言えます。

著者：Diego Serrasol do Amaral（Laboratory of Innovation and Solutions in Chemistry, Federal University of Pelotas (UFPel), Capão Do Leão, RS, Brazil）、Leonardo Werner（Laboratory of Innovation and Solutions in Chemistry, Federal University of Pelotas (UFPel), Capão Do Leão, RS, Brazil）、Antônio Duarte Pagano（Laboratory of Structural Genomics, Federal University of Pelotas (UFPel), Capão Do Leão, RS, Brazil）、Amanda Fonseca Leitzke（Laboratory of Innovation and Solutions in Chemistry, Federal University of Pelotas (UFPel), Capão Do Leão, RS, Brazil）、Daisa Hakbart Boneman（Laboratory of Innovation and Solutions in Chemistry, Federal University of Pelotas (UFPel), Capão Do Leão, RS, Brazil）、Diogo La Rosa Novo（Center of Chemical, Pharmaceutical and Food Sciences, Federal University of Pelotas (UFPel), Capão Do Leão, RS, Brazil）、Leandro Silva Nunes（Laboratory of Structural Genomics, Federal University of Pelotas (UFPel), Capão Do Leão, RS, Brazil）、Danielle Tapia Bueno（Laboratory of Innovation and Solutions in Chemistry, Federal University of Pelotas (UFPel), Capão Do Leão, RS, Brazil）、Luciane Varini Laporta（Laboratory of Innovation and Solutions in Chemistry, Federal University of Pelotas (UFPel), Capão Do Leão, RS, Brazil）、Rosane Lopes Crizel（Center of Chemical, Pharmaceutical and Food Sciences, Federal University of Pelotas (UFPel), Capão Do Leão, RS, Brazil）、Alaor Valério Filho（Laboratory of Innovation and Solutions in Chemistry, Federal University of Pelotas (UFPel), Capão Do Leão, RS, Brazil）、Vinícius Farias Campos（Laboratory of Structural Genomics, Federal University of Pelotas (UFPel), Capão Do Leão, RS, Brazil）、Cláudio Martin Pereira de Pereira（Center of Chemical, Pharmaceutical and Food Sciences, Federal University of Pelotas (UFPel), Capão Do Leão, RS, Brazil. [email protected]）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Diego Serrasol do Amaral, Leonardo Werner, Antônio Duarte Pagano, et al. Integration of domestic wastewater and native Tetradesmus obliquus for bioremediation and production of biomass rich in protein and polyunsaturated fatty acids. Environmental Science and Pollution Research 2026-09-09. DOI: 10.1007/s11356-026-38213-w. 原著ライセンス：CC BY.