国立先进产业技术综合研究所 [会长：石村和彦]（以下简称“AIST”）环境创造研究部 [研究主任：绪方厚] 首席研究员佐藤雄也，首席研究员堀智之，羽部博 研究小组组长是 IAI 株式会社 [代表董事：石田彻]（以下简称“AIST”） 「IAI」）三轮所长照彦、静冈大学赤地拓澄研究员【院长石井清】静冈县立工业技术研究所二俣博之教授【所长望月和夫】（以下简称“静冈工业大学”）室伏启太 沼津产业技术支援中心高级研究员【大川胜正所长】（以下简称“IAI”）作为“沼津工业大学”）Keiji Takagi 与主要研究人员合作，我们开发了一种以富含蛋白质的食品加工废水为原料的产品。水培
近年来代替化肥有机肥正在引起社会关注，但用于水培的有机肥却几乎没有开发出来。这可以被植物使用硝酸盐氮营养素使用化学方法以外的方法难以生产。从减少环境影响的角度出发，IAI一直在以食品加工废水为原料，利用微生物生产硝态氮有机液肥。然而，目前尚不清楚液体肥料生产设备内部运行着什么样的微生物，也没有建立稳定的维护方法。因此，我们与产业技术研究院、静冈大学、静冈工业大学、沼津工业大学合作，致力于阐明生产设备中的重要微生物并优化操作条件。结果，Comammmox 真菌的独特微生物可以有效地产生硝态氮，并且还发现该微生物在装置内稳定维持。通过这项研究开发的液体肥料是一种利用废料制成的有价值的产品，是一项有助于解决环境问题的举措。
这一发展的详细信息可以在荷兰学术期刊“水资源研究''。
利用 Comammox 细菌从食品加工废水中高效生产液体肥料
当前，环境问题备受关注，尤其是废弃物对自然环境的负面影响受到密切关注。创建可持续社会的重要因素之一是开发有效地再利用废物并将其转化为有用材料的技术。在此背景下，IAI一直致力于开发以海鲜加工废水为原料的有机液体肥料生产技术。
近年来，水培作为一种新的农业方法受到关注，但几乎没有开发出用于水培的有机液肥。许多植物以氮的形式吸收硝酸根离子，因此含有硝态氮的液体肥料非常适合水培栽培。然而，JAS（日本农业标准）不允许使用化学方法生产肥料，并且使用其他方法很难生产硝态氮。另一方面，硝酸根离子从氨基酸转化为氨（氨化), 氨到硝酸根离子 (硝化)是通过微生物的作用在两步转化反应中获得的（图1，底部）。海鲜加工厂的食品加工废水中含有丰富的氨基酸来源蛋白质（图1左上），因此IAI以这种废水为原料，制造了利用微生物的液体肥料制造装置。该设备由两个反应容器组成，氨化反应和硝化反应在不同的反应层中进行。这是因为不同类型的微生物负责每个反应，通过调整每个反应的必要条件可以有效地生产液体肥料（图 1，底部）。然而，设备中的微生物有数千种以上，尚不清楚其中哪些是重要微生物，也不清楚如何稳定地维持负责液体肥料生产反应的重要微生物。
AIST 是下一代测序仪细菌菌群分析我们已经建立了这项技术，并为废水处理厂、自然环境等开发了各种技术细菌菌群已被阐明。这导致了水处理厂中重要微生物的鉴定以及土壤环境中有害物质分解机制的阐明。因此，AIST和IAI与静冈大学、静冈工业大学和沼津工业大学合作，旨在利用AIST的微生物分析技术识别液体肥料生产设备中的重要微生物，并利用该信息优化操作条件，使设备更加稳定和高效。
此项发展得到了静冈县“先进企业发展项目推进项目（2016-2018 年）”的支持。
图1：利用食品加工废水制造液体肥料的工艺
IAI液体肥料生产设备在长期运行（总计一年以上）时，能够持续稳定地生产高浓度液体肥料（每天超过100L，硝态氮浓度=约250mg-N/L）。当我们在开始运行后70天内对装置内部的菌群进行分析时，我们发现装置的两个反应池中形成了不同的菌群（图1的中上部）。
许多微生物可以进行氨化反应，但只有有限数量的微生物可以进行硝化反应，这是液体肥料制造过程中的关键反应。因此，我们对反应池B中负责硝化反应的重要微生物进行了详细分析。图2左下所示的PCoA图（显示微生物组成变化的图）显示了细菌菌群的相似性。点之间的距离越近，微生物组成（类型和丰度的比率）越相似。设备运行70天期间，液相微生物组成发生了明显变化。然而，反应池内部有一个供微生物附着的支架。运营商（图2，上中），定植在载体上的菌群在很长一段时间内没有发生太大变化，表明有用的微生物被载体稳定地维持着。请注意，硝化反应分为两个阶段，通常涉及将氨转化为亚硝酸盐。氨氧化细菌”并将亚硝酸盐转化为硝酸盐“亚硝酸盐氧化细菌''（图 2 的右上角）。然而，微生物分析的结果并没有发现这些传统的硝化微生物，而是发现了一种最近发现的独特微生物，称为Comammox（完全氨氧化的缩写），它可以同时独立进行两步硝化反应，并且是主要微生物（图2，左上，下中）。
另外，在反应槽中，其大部分存在于载体中而不是存在于液相中，并且附着在载体上生物膜内（图 2 的中下部）。此外，为了明确与Comammox细菌共存的微生物，我们进行了微生物相互作用分析，结果发现对氧敏感的厌氧微生物共存（图2右）。尽管Comammox细菌需要氧气才能生长，但人们认为它们更喜欢低氧浓度的环境，并且已经清楚，调节氧气浓度是维持Comammox细菌的重要因素。
已发现，使用一种Comammox细菌的硝化反应比使用两种微生物的传统硝化反应更有效，氮损失更少。另外，如果只管理一种菌种，则更容易维护和管理设备，因此在处理Comammox细菌时有很大的优势。另一方面，Comammox细菌的培养很困难，而且自发现以来已经过去了几年，因此几乎没有在工业上使用。然而，通过这一开发，我们能够稳定地使用已知很重要但尚未投入实际使用的Comammox细菌的技术，并且能够将其应用于从废物中生产有价值的东西。
图2：Comammox细菌附着在载体上并稳定维持
此外，AIST、IAI、静冈大学、静冈工业大学和沼津工业大学已确认，他们可以将液体肥料制造设备扩大到实用规模（约七倍大），并使用制造的液体肥料稳定地水培西红柿。
将来，我们将分析使用新开发的技术生产的液体肥料的特性。此外，IAI还计划将液体肥料生产设备和水耕栽培装置商业化。