米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）生物过程研究部微生物生态工程研究组黑田恭平研究员、成宏隆研究组组长及其同事发现，在制造过程中会排放出高纯度对苯二甲酸（以下简称“PTA”）和对苯二甲酸二甲酯（以下简称“DMT”），用于塑料瓶等的聚对苯二甲酸乙二醇酯（以下简称“PET”）的原料。高浓度有机废水我们成功实现了批处理，并提出了一种基于微生物基因组信息的新处理机制。
在本研究中，我们采用厌氧生物废水处理方法，对目前分别处理的两种PET原料生产废水——PTA生产废水和DMT生产废水进行净化，同时产生甲烷气体。上流式厌氧污泥床（以下简称“UASB”）反应器已证明可以批量加工。另外，鸟枪法宏基因组分析估计UASB反应器中负责分解废水中芳香族化合物的微生物的代谢功能，并分解废水中的各种化学物质厌氧共生菌的进化和多样性。这项研究的结果将有助于改善PET生产废水处理的实用技术和对微生物功能的学术理解。该成果发表在国际学术期刊``水研究'' 5月10日以网络版发布。
厌氧生物废水处理法同时处理PET瓶原料制造过程中产生的两类废水的背景及研究成果
PET 是广泛用于塑料瓶的塑料之一。 PET产量逐年增加，预计未来PET生产将持续在全球范围内进行。 PET以石油衍生的PTA或DMT为主要原料制造，但制造过程会产生高浓度的有机废水。这些废水通常采用厌氧生物废水处理方法进行处理，以产生甲烷并回收能源。目前，PTA和DMT是在不同的工厂中生产的，生产过程中产生的废水处理工艺也分别安装和运行，但单独处理PTA生产废水时，芳香族化合物不易被微生物分解。为此，为了使废水处理后达到排放标准，延长处理时间或为废水处理系统设计足够的安装空间，导致安装和运行成本过高。在此背景下，需要开发技术来提高PTA生产废水的处理效率。在本研究中，我们提出了通过将主要含有芳香族化合物的PTA生产废水与主要含有甲醇和甲酸的DMT生产废水混合来激活作为分解芳香族化合物关键的微生物的净化能力的想法，并针对建立PET原料生产废水的综合处理系统进行了研究和开发。
AIST、内阁办公室生物策略2030 年的目标生物经济为了为社会的实现做出贡献，我们的目标是在社会上实施“以循环型社会为目标的生物资源利用技术”，该技术结合了材料开发、高功能性、制造、分解评价和废水处理等一系列研究。在废水处理的研究中，我们将难分解的有机废水处理的效率和降低成本定位为社会问题，并关注作为生物废水处理的主要参与者的微生物，旨在发现有助于有机废水处理技术进步的微生物功能。作为这项工作的一部分，我们的特别目标是利用微生物基因组信息推进废水处理技术，并通过阐明微生物与新代谢途径之间的相互作用来开发各种有机废水处理技术。
我们研究了一种有效的批量处理 PTA 和 DMT 生产废水的方法，这些废水在塑料瓶等使用的 PET 的生产过程中会产生对环境影响较大的有机废水，并利用微生物基因组分析推导出了处理机理。
这项研究得到了日本学术振兴会科学研究补助金 (B)（一般）（JP18H01576、JP21H01471）的部分支持。
在本研究中，我们设计了一种在UASB反应器中采用厌氧生物废水处理方法集中处理PTA生产废水和DMT生产废水的技术，并证明DMT生产废水中的甲醇和甲酸成分促进了PTA废水的净化。首先，我们在实验室规模的UASB反应器中进行了518天的长期连续处理实验，逐渐提高有机物的浓度。我们明确了废水中有机物的浓度以及能够稳定分解90%以上有机物的处理条件（图1左）。本研究中有机物分解率是之前报道的PTA生产废水处理反应器的12至44倍（图1右）。此外，通过添加甲酸，可以使用甲酸和氢气产甲烷古细菌，并且反应器中降解芳香族化合物的厌氧共生细菌的丰度增加。这些结果表明，通过将DMT生产废水中所含的成分添加到PTA生产废水中，可以激活厌氧共生细菌与产甲烷古菌之间的相互作用，这对于UASB反应器中芳香族化合物的分解至关重要，从而获得高处理效率。从而实现了PTA生产废水和DMT生产废水合并废水的高效批量处理。
图1 连续废水处理的实验结果。
左：518 天内有机物浓度的变化。右：本研究与以往报道的废水有机物去除率比较。
通过鸟枪法宏基因组分析来阐明这些复杂废水的处理机制，我们估计了降解 UASB 反应器废水中高浓度芳香族化合物（对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸等）的微生物群。其中，尤其是 Syntroporhabdus (聚合杆菌属)属密切相关的微生物具有降解邻苯二甲酸的新代谢途径（图2）。
图2 通过鸟枪法宏基因组分析估计邻苯二甲酸降解途径
在这项研究中，我们通过集中处理 PTA 生产废水和 DMT 生产废水，取得了超越现有 PTA 生产废水处理效率的废水处理系统的成果。未来，不仅使用石油衍生原料，而且使用废塑料和生物原料的PET制造工艺技术将得到普及，社会有望建设新业态的工厂，例如在同一工厂内生产PTA和DMT。因此，像本研究那样，开发在单一工艺中同时处理不同工艺排放的不同性质废水的技术的需求预计未来将会增加。此外，新提出的邻苯二甲酸降解途径是了解厌氧共生细菌降解合成化学品能力的重要发现。
未来，我们不仅会考虑对PTA生产废水和DMT生产废水进行集中处理，还会考虑对PET生产过程中排放的其他PET生产废水进行集中处理，旨在从微生物角度扩大不同性质废水集中处理技术的应用范围。此外，除了本研究新提出的邻苯二甲酸外，我们还将利用微生物基因组信息分析来分析其他降解途径尚不清楚的芳香族化合物。我们将根据这些微生物信息设计新的处理工艺，旨在创建一种环保的废水处理工艺，能够有效分解未来石化工艺排放废水中的难降解化合物，为创建生物经济社会做出贡献。
已出版的杂志：水资源研究
论文标题：中温上流式厌氧污泥床反应器高效共处理纯化对苯二甲酸酯和对苯二甲酸二甲酯生产废水及与芳香族化合物降解相关的微生物生态
作者：Kyohei Kuroda*、Takashi Narihiro*、Futaba Shinshima、Mio Yoshida、Haruka Yamaguchi、Hazuki Kurashita、Nozomi Nakahara、Masaru K Nobu、Taro QP野口、山内正仁、山田正芳
*两位作者都是本研究的共同通讯作者