環境浄化に役立つ微生物

環境科学調査センター 環境科学室 朝日 教智

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本日の内容

＊土壌・地下水汚染

＊バイオレメディエーション

＊浄化微生物

環境（土壌・地下水）汚染物質を

分解する浄化微生物を探す

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土壌・地下水汚染

3

土壌・地下水汚染の特徴

◎ 残留性・蓄積性 浄化対策が不可欠

◎ 顕在化しにくい 接触する機会が少ない

◎ 土壌＝土地 私有財の概念が強い

2002年 土壌汚染対策法

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土壌汚染対策法で定められた特定有害物質

ＶＯＣ（揮発性有機化合物） 重金属等 農薬等

四塩化炭素 カドミウム及びその化合物 シマジン

1,2-ジクロロエタン 六価クロム化合物 チウラム

1,1-ジクロロエチレン シアン化合物 チオベンカルブ

シス-1,2-ジクロロエチレン 水銀及びその化合物 PCB

1 ,3-ジクロロプロペン セレン及びその化合物 有機りん化合物

ジクロロメタン 鉛及びその化合物

テトラクロロエチレン 砒素及びその化合物

1,1 ,1-トリクロロエタン ふっ素及びその化合物

1,1 ,2-トリクロロエタン ほう素及びその化合物

トリクロロエチレン

ベンゼン

5

VOC（揮発性有機化合物）

常温で容易に揮発する有機化合物

（例） トルエン，ホルムアルデヒド，

トリクロロエチレンなど

土壌汚染対策法では，11物質が対象

クリーニング溶剤，電子部品や

機械類の洗浄剤などに広く利用

1980年代 全国規模で地下水汚染が判明

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ＶＯＣ（揮発性有機化合物）

四塩化炭素

1,2-ジクロロエタン

1,1-ジクロロエチレン

シス-1,2-ジクロロエチレン

1,3-ジクロロプロペン

ジクロロメタン

テトラクロロエチレン

1,1 ,1-トリクロロエタン

1,1 ,2-トリクロロエタン

トリクロロエチレン

ベンゼン

土壌汚染対策法で定められた特定有害物質

塩素原子をもつ有機化合物

（塩化○○○，クロロ○○○…）

揮発性有機塩素化合物

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1,1,1-トリクロロエタン 1,1,2-トリクロロエタン 1,2-ジクロロエタン

ベンゼン

塩素原子

炭素原子

水素原子

ジクロロメタン

四塩化炭素

1,3-ジクロロプロペン

シス体

トランス体

トリクロロエチレン シス-1,2-ジクロロエチレンテトラクロロエチレン1,1-ジクロロエチレン

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（例）ジクロロメタン ＣＨ２Ｃｌ２

水

ジクロロメタン

比重 d＝１．３３

水より重い

炭素原子

Ｃ

塩素原子 Ｃｌ

水素原子

Ｈ

9

土壌・地下水汚染の形態

VOC汚染

油汚染

重金属汚染

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名古屋市の土壌・地下水汚染件数

平成２７年度版

名古屋市環境白書

11

土壌・地下水汚染に対する措置状況

平成２５年９月時点

平成２５年度 土壌環境セミナー資料より

（愛知県環境部・名古屋市環境局）

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従来の物理的処理

汚染物質

帯水層

土壌掘削・回収処理地下水揚水・回収処理

浄化費用が高い

エネルギーを多く消費

移動にともなう汚染拡散

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バイオ（生物） レメディエーション（修復）

◎ 本来汚染地に存在する土着の浄化微生物を利用する方法

◎ 外部で培養した浄化微生物を投入する方法

バイオレメディエーションとは

微生物の分解能力を利用して，

汚染物質を浄化する技術

バイオレメディエーション

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栄養分など栄養分など

外部の

浄化微生物

汚染物質

土着の浄化微生物

バイオレメディエーション

汚染物質増殖

活性化

土着の浄化微生物がいない場合は、

外部で培養した浄化微生物を

投入する方法もあります。

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ＶＯＣ処理技術の比較

土壌掘削 ・ 地下水揚水

土壌ガス吸引など

物理的処理 （従来法） 生物的処理

浄化費用 高

エネルギー 大

高濃度汚染 可

低濃度広範囲汚染 不適

浄化期間 短

回収後処理

バイオレメディエーション

浄化費用 安

エネルギー 小

高濃度汚染 不可

低濃度広範囲汚染 適

浄化期間 長

直接分解

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VOCを分解する浄化微生物

嫌気的環境でＶＯＣを分解し，

バイオレメディエーションに利用できる微生物を探す

掘削した土壌・底質試料

培養を繰り返す

微生物の分離

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さまざまな呼吸

酸素呼吸 酸素 水

硝酸還元

（脱窒） 硝酸イオン 窒素

マンガン還元 4価マンガン 2価マンガン

鉄還元 3価鉄 2価鉄

硫酸還元 硫酸イオン 硫化水素

メタン生成 二酸化炭素 メタン

0

+400

+800

-400

好気性

嫌気性

酸化還元電位 (mV)

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酸素呼吸

有機物

水

生きるために必要なエネルギーを

取り出す過程で酸素を使います

酸素 Ｏ２

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硫酸還元・メタン生成

有機物・水素 硫酸イオン

二酸化炭素

硫化水素

メタン

生きるために必要なエネルギーを取り出す過程で

硫酸イオンや二酸化炭素を使います

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メタン生成

硫酸還元

酸素呼吸

硝酸還元

（脱窒）

マンガン還元

鉄還元 0

+400

+800

-400

好気性

嫌気性

脱塩素呼吸

脱塩素呼吸

有機塩素化合物 脱塩素化物

酸化還元電位 (mV)

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脱塩素呼吸する細菌

有機塩素化合物

生きるために必要なエネルギーを取り出す過程で

有機塩素化合物を使います

脱塩素化

脱塩素化物

有機物・水素

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テトラクロロエチレン ＣＣｌ２ＣＣｌ２

環境基準値 0.01 mg/L

用途 ドライクリーニング溶剤，フロンガス原料

金属脱脂洗浄剤など

生産量 27300トン（平成16年） （参考） 経済産業省経済産業政策局調査統計部編 化学工業統計年報（平成16年）

炭素原子 Ｃ 塩素原子 Ｃｌ

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有害 無害

クロロエチレン類の脱塩素化反応

嫌気性細菌

デハロコッコイデス属 のみ

・ デハロバクター属

・ デスルフィトバクテリウム属

・ クロストリジウム属 など

さまざまな嫌気性細菌

（脱塩素化） （完全脱塩素化）

トリクロロエチレン （主に）

シス-1,2-ジクロロエチレンテトラクロロエチレン エチレン塩化ビニルモノマー

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テトラクロロエチレン分解菌

デスルフィトバクテリウム属細菌 B31e3株

テトラクロロエチレンやトリクロロエチレンを

シスｰ1,2-ジクロロエチレンに脱塩素化

蛍光顕微鏡写真

市内事業場の 土壌中から分離

名古屋大学エコトピア科学研究

所 （現 未来材料・システム研究所） との共同研究による

25

B-3混合培養系によるテトラクロロエチレンの分解

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 10 20 30 40 50 60

クロ

ロエ

チレ

ン類

(mm

ol

/L)

経過時間(時間)

ﾃﾄﾗｸﾛﾛｴﾁﾚﾝ

ﾄﾘｸﾛﾛｴﾁﾚﾝ

ｼｽ-1,2-

ｼﾞｸﾛﾛｴﾁﾚﾝ

160 mg/L

26

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 10 20 30 40 50 60

クロ

ロエ

チレ

ン類

(mm

ol

/L)

経過時間(時間)

ﾃﾄﾗｸﾛﾛｴﾁﾚﾝ

ﾄﾘｸﾛﾛｴﾁﾚﾝ

ｼｽ-1,2-

ｼﾞｸﾛﾛｴﾁﾚﾝ

160 mg/L

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1,2-ジクロロエタン ＣＨ２ＣｌＣＨ２Ｃｌ

環境基準値 0.004 mg/L

用途 樹脂原料，溶剤，フィルム洗浄剤など

生産量 約270万トン（平成26年） （参考） 経済産業省生産動態統計年表 化学工業統計編（平成26年） http://www.meti.go.jp/statistics/tyo/seidou/result/ichiran/08_seidou.html

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1,2-ジクロロエタン分解菌（特許）

ジオバクター属細菌 AY株 （特許第5764880号）

約100mg/Lの1,2-ジクロロエタンを

エチレンに完全脱塩素化

市内河川 底質中から分離

同じくエコトピア

科学研究所との共同研究による

位相差光学顕微鏡写真 電子顕微鏡写真

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ジオバクター属細菌

ジオバクター属 （Geobacter属）

鉄還元細菌の一種。

各地の河川底質や土壌中で

生息する嫌気性細菌。

別名“発電細菌”として注目されている。

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AY株の脱塩素化の利点

一度に２つの塩素原子を除去して 無害なエチレンに直接変換する

1,2-ジクロロエタン（有害） エチレン（無害）

（完全脱塩素化）

分解の途中で有害な物質が できない

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AY株による1,2-ジクロロエタンの分解

etエチレン

1,2-ジクロロエタン

細胞数

経過時間 (日）

0

200

400

1000

800

1200

600

1,2

-ジ

クロ

ロエ

タン

，エ

チレ

ン (μ

mol /L）

0

104

106

102

107

105

108

ＡＹ

株の

細胞

数

(細胞

数/ｍ

L）約100 mg/L

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

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AY株の浄化微生物としての利点

ジオバクター属細菌 AY株

◎ 高濃度の1,2-ジクロロエタンを分解

◎ 分解の途中で有害な物質をつくらない

◎ 病原性微生物に属していない

浄化能力をモデル実験で検証中 現場での実用化を目指しています

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