研究テーマ | Research theme

富栄養化水域の分子生態学とデータサイエンスによる解析,生態工学による水質改善技術,生物学的排水処理技術,水環境工学システムのセンサー技術とIoT

Analysis of eutrophic waters by molecular ecology and data science, biological wastewater treatment technology, water environment engineering by ecological engineering, Practical sensor technology and IoT for water engineering system

研究者 | Researcher

板山 朋聡

Itayama Tomoaki
総合生産科学域 工学研究科
システム科学部門 人間環境科学分野
教 授

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研究概要 | Research summary
  1. real time PCRによる遺伝子定量を基礎とした分子生態学的手法を用い,有毒アオコが発生した湖沼などの富栄養化水域の藻類やプランクトンを含む微生物生態系を研究しています。また,アオコの毒素の分析も実施しています。ベイズ統計等の計算統計学的手法や数値シミュレーションによる解析と組み合わせ,得られたデータの解析方法の研究を開始しております。
  2. 生態工学による湖沼水の水質浄化を研究しています。特に,開発途上国のための炭を用いた有毒アオコの処理システム(バイオフェンス)の開発を実施しています。
  3. 生物学的排水処理として土壌や炭を用いた開発途上国向けの排水手法や,膜分離生物リアクター(MBR)による排水処理を研究しています。また,活性汚泥による抗生物質の処理に関する研究を開始しました。
  4. 水環境工学のためのセンサー技術の応用を研究しています。膜分離リアクターの中空糸膜の振動の加速度センサーによる計測手法を開発しています。また,携帯電話のデジタルカメラをセンサーに用いて,水中クロロフィルの簡易測定手法の開発を行っています。これは,開発途上国や学校の教育教材として有益です。また,インピーダンス測定の水環境工学への応用等の研究を実施しています。

My research topics on de-nuclearization of DPRK and Korean Penisula and establishment of international framework for peace and security of Northeat Asia include the following:

  1. By using a molecular ecological method based on gene quantification by real time PCR, we are studying microbial ecosystems including algae and plankton in eutrophic waters such as lakes and marshes where toxic blue-green algae have occurred. We are also conducting an toxin analysis of blue-green algae in water-bloom. We have begun research on data analysis methods of the obtained data in combination with comutational statistical methods such as Bayesian statistics and analysis by numerical simulation.
  2. I am studying the purification of lake water using ecological engineering. In particular, we are developing a treatment system (Bio-fence) for toxic blue-green algae that uses charcoal for developing countries.
  3. As a biological wastewater treatment, we are studying wastewater treatment methods for developing countries using soil and charcoal and wastewater treatment using a membrane separation bioreactor (MBR). We have also started research on the treatment of antibiotics with activated sludge.
  4. Researching the application of sensor technology for water environment engineering. We are developing a method for measuring the vibration of hollow fiber membranes in a membrane separation reactor using an acceleration sensor. We are also developing a simple measurement method for chlorophyll in water using a mobile phone digital camera as a sensor. This is useful as an educational material for developing countries and schools. We are also conducting research on the application of impedance measurement to water environment engineering.

特色・研究成果・今後の展望

タイ国の水域における有毒藍藻(アオコ)の中でも強毒性のMicrocystisと毒素microcystinの調査を行い,分子生態学とベイズ統計で温暖化による影響を解析しました。その結果,温暖化により水温上昇で藍藻の発生は増加するが,毒性は低下する可能性が示唆されました。また,藍藻毒分解のためのバイオフェンス(図1)を研究しており,ケニアのビクロリア湖に設置して(図2)有毒アオコが効率的に除去できることを実証しました(図3)。また,途上国での排水再生利用のために,土壌と木炭を用いた処理システムを開発し,ケニアのモイ大学と高校に設置して実証試験を実施しました。バイオフェンス等で活用するために,有毒藍藻を捕食分解する原生動物や輪虫などのプランクトンの研究を実施しています。現在は分子生態学で必要なDNA データベース構築の上で重要な,培養なしに単一細胞、単一個体からの遺伝子解析する手法を研究しています。これまで,実際に長崎県内の池から採取した輪虫や原生動物の18SrRNA遺伝子を決定することができました。また,開発途上国で水質浄化を実施する上では水質測定が重要ですが,分析機器が高価なので,その代用に携帯のデジタルカメラと安価な日用品によるクロロフィル測定法を開発しました。


社会実装への展望

小規模分散型の排水処理や浄水システムは,災害に強いなどのメリットもあり,今後の水処理技術として非常に有用ですが,開発途上国向きに研究してきた水質浄化技術や排水処理技術は国内でも低コストの分散処理技術として利用できます。また,分散処理手法の欠点である装置の維持管理においては,水処理,浄化で必要なセンサー技術を開発し,さらにIoT化やAIとの組み合わせで次世代技術として展開することを現在の研究目標としております。