JP5068277B2 - Purification simulation method for bioremediation - Google Patents
Purification simulation method for bioremediation Download PDFInfo
- Publication number
- JP5068277B2 JP5068277B2 JP2009062515A JP2009062515A JP5068277B2 JP 5068277 B2 JP5068277 B2 JP 5068277B2 JP 2009062515 A JP2009062515 A JP 2009062515A JP 2009062515 A JP2009062515 A JP 2009062515A JP 5068277 B2 JP5068277 B2 JP 5068277B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oil
- soil
- bacteria
- equation
- growth
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
本発明は、汚染土壌が、バイオレメディエーションによって浄化される状況をシミュレーションするための浄化シミュレーション方法に関する。 The present invention relates to a purification simulation method for simulating a situation in which contaminated soil is purified by bioremediation.
石油系炭化水素による汚染土壌の浄化方法として、微生物機能（油を分解する機能）を利用したバイオレメディエーションが知られている。バイオレメディエーションは他の物理・化学的方法と比較して環境負荷（環境への影響）を抑制できる利点がある。 Bioremediation using a microbial function (function of decomposing oil) is known as a purification method of contaminated soil with petroleum hydrocarbons. Bioremediation has the advantage of being able to suppress environmental impacts (impact on the environment) compared to other physical and chemical methods.
バイオレメディエーションは、汚染土壌を採取して別の場所に移動させて浄化を行う方法と、汚染の現場で実施する方法（原位置バイオレメディエーション）とに大別される（下記特許文献１参照）。原位置バイオレメディエーションでは、工期が長期にわたる（１年以上要する場合もある）ことや、高い分解活性の維持には適切な追加処理が重要であることが知られている。 Bioremediation is broadly classified into a method for collecting contaminated soil and moving it to another place for purification, and a method for performing on-site contamination (in-situ bioremediation) (see Patent Document 1 below). In-situ bioremediation is known to have a long construction period (may take more than one year) and appropriate additional treatment is important for maintaining high degradation activity.
上記したように、原位置バイオレメディエーションでは、工期が長期にわたることや、高い分解活性の維持には適切な追加処理が重要であることから、浄化速度を予測することができれば非常に有効である。 As described above, in-situ bioremediation is very effective if the purification rate can be predicted because the construction period is long and appropriate additional treatment is important for maintaining high degradation activity.
本発明者は、石油分解菌数と油分分解率との関係を解析し、石油分解菌の最適投与条件や油分分解効率を向上させるための追加処理についての検討を試みた。しかし、適切な浄化シミュレーションモデルおよびそれに基づくシミュレーション方法を確立することはできていなかった。 The present inventor analyzed the relationship between the number of petroleum-degrading bacteria and the rate of oil decomposition, and tried to study the optimum treatment conditions for the oil-degrading bacteria and additional treatment for improving the oil decomposition efficiency. However, an appropriate purification simulation model and a simulation method based thereon have not been established.
また、本発明者は、原位置バイオレメディエーションに関しては、環境微生物および投与した微生物の挙動解析に基づいて工程管理や追加処理を行うことで、浄化工程の効率を向上させることを試みた。しかし、汚染濃度および微生物挙動の予測ができないために、追加処理を施工するタイミングが遅くなり、結果として工程が長くなっていた。 In addition, regarding the in-situ bioremediation, the present inventor attempted to improve the efficiency of the purification process by performing process management and additional processing based on behavioral analysis of environmental microorganisms and administered microorganisms. However, since the contamination concentration and the microbial behavior cannot be predicted, the timing for performing the additional treatment is delayed, resulting in a long process.
従って、本発明は、汚染土壌がバイオレメディエーションによって浄化される状況、特に浄化速度を予測することができる浄化シミュレーション方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a purification simulation method capable of predicting a situation where contaminated soil is purified by bioremediation, particularly a purification rate.
本発明の目的は、以下の手段によって達成される。 The object of the present invention is achieved by the following means.
即ち、本発明に係る第１の浄化シミュレーション方法は、
汚染土壌に含まれる油および該油の濃度を特定する第１ステップ（Ｓ１）と、
前記汚染土壌に投与する微生物および栄養塩を指定する第２ステップ（Ｓ２）と、
特定された前記油、指定された前記微生物および栄養塩の組に対応する前記微生物の、増殖速度および収率係数を決定する第３ステップ（Ｓ３）と、
投与する前記微生物の量、前記油の濃度、および予測時刻を指定する第４ステップ（Ｓ５）と、
投与する前記微生物の量、前記油の濃度、前記増殖速度および前記収率係数を、前記微生物の増殖に関する第１方程式および前記油の減少に関する第２方程式に適用し、前記第１方程式および前記第２方程式を数値計算によって解き、前記予測時刻における前記微生物の量を計算する第５ステップ（Ｓ６、Ｓ７）とを含み、
前記第１方程式が、
で表され、前記第２方程式が、
で表され、
前記微生物の量Ｍi［cells/kg-soil］が、ｉで特定される石油分解菌の数または土壌バクテリアの数であり、
前記増殖速度μi j［day-1］が、ｉで特定される石油分解菌または土壌バクテリアがｊで特定される油を分解して増殖する速度を表す指標であり、
死滅定数λi［day-1］が、ｉで特定される石油分解菌または土壌バクテリアが死滅する確率を表す指標であり、
前記油の濃度Ｃs j［mg/kg-soil］が、ｊで特定される各油の濃度であり、
前記収率係数Ｙi j［cells/mg］が、ｉで特定される石油分解菌または土壌バクテリアによる、ｊで特定される油から土壌バクテリアバイオマスへの変換率を表す指標であることを特徴としている。
That is, the first purification simulation method according to the present invention includes:
A first step (S1) for identifying the oil contained in the contaminated soil and the concentration of the oil;
A second step (S2) for designating microorganisms and nutrients to be administered to the contaminated soil;
The oil that has been identified, the microorganism corresponding to the specified set of the microorganisms and nutrients, a third step of determining the growth rate and yield coefficient (S3),
A fourth step (S5) for specifying the amount of the microorganism to be administered, the concentration of the oil, and the predicted time;
The amount of the microorganism to be administered, the concentration of the oil, pre-Symbol growth rate and the yield coefficients, applied to the second equation related decrease in the first equation and the oil related growth of the microorganisms, the first equation and the Solving the second equation by numerical calculation and calculating the amount of the microorganism at the predicted time (S6, S7),
The first equation is
And the second equation is
Represented by
The amount of the microorganism M i [cells / kg-soil] is the number of petroleum degrading bacteria or the number of soil bacteria specified by i,
The growth rate μ i j [day −1 ] is an index representing the rate at which petroleum degrading bacteria or soil bacteria specified by i decompose and grow the oil specified by j,
The death constant λ i [day −1 ] is an index representing the probability that the oil-degrading bacteria or soil bacteria specified by i will die,
The oil concentration C s j [mg / kg-soil] is the concentration of each oil specified by j,
The yield coefficient Y i j [cells / mg] is, as characterized by from oil degrading bacteria or soil bacteria identified by i, an index of the oil specified by j representing the conversion to soil bacteria biomass Yes.
また、本発明に係る第２の浄化シミュレーション方法は、上記の第１の浄化シミュレーション方法において、
前記第５ステップが、
前記第１方程式および前記第２方程式に加えて土壌バクテリアの増殖に関する第３方程式を用い、
前記微生物を投与する前の土壌バクテリアの量、投与する前記微生物の量、前記油の濃度、前記増殖定数、前記増殖速度および前記収率係数を、前記第１〜第３方程式に適用し、前記第１〜第３方程式を数値計算によって解き、前記予測時刻における前記微生物の量および前記土壌バクテリアの量を計算するステップであり、
前記第３方程式が、前記第１方程式と同じ数式で表されることを特徴としている。
Further, the second purification simulation method according to the present invention is the above-described first purification simulation method,
The fifth step includes
In addition to the first equation and the second equation, a third equation for the growth of soil bacteria is used,
Applying the amount of soil bacteria before administering the microorganism, the amount of the microorganism to be administered, the concentration of the oil, the growth constant, the growth rate and the yield factor to the first to third equations, solve first to third equations by numerical calculation, Ri step der calculating the amount and the amount of the soil bacteria of the microorganisms in the predicted time,
The third equation is represented by the same formula as the first equation is characterized in Rukoto.
また、本発明に係る第３の浄化シミュレーション方法は、上記の第１の浄化シミュレーション方法において、
前記第３ステップが、特定された前記油、指定された前記微生物および栄養塩の組に対応する前記微生物の増殖定数を決定することをさらに含み、
前記増殖速度μi jを、
Further, a third purification simulation method according to the present invention is the above-described first purification simulation method,
The third step further comprises determining a growth constant of the microorganism corresponding to the identified oil, the specified microorganism and nutrient set;
Said growth rate μ i j ,
として、前記第１および第３方程式が、 The first and third equations are
で表され、前記第２方程式が、 And the second equation is
で表され、前記増殖定数κ i j ［day -1 mg/kg-soil -1 ］が、ｉで特定される石油分解菌または土壌バクテリアがｊで特定される油を分解して増殖する程度を表す指標であることを特徴としている。 The growth constant κ i j [day −1 mg / kg-soil −1 ] is determined by the degree to which the oil-degrading bacteria or soil bacteria specified by i decompose and grow the oil specified by j. It is characterized in index der Rukoto representing.
本発明によれば、微生物や栄養塩の最適投入量や投入時期を正確に決定することができる。また、浄化処理の工期を正確に予想することが可能となり、工程管理やコスト試算に有用である。 According to the present invention, it is possible to accurately determine the optimal input amount and input time of microorganisms and nutrient salts. In addition, it is possible to accurately predict the purification work period, which is useful for process management and cost estimation.
以下、本発明に係る実施の形態を、添付した図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る浄化シミュレーション方法を示すフローチャートである。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a flowchart showing a purification simulation method according to an embodiment of the present invention.
以下において、本浄化シミュレーション方法は、主としてコンピュータを用いて実施されることとする。コンピュータが行う処理は、実際には、コンピュータが備える演算処理手段（以下、ＣＰＵと記す）が行う。ＣＰＵは、コンピュータが備えるメモリをワーク領域として使用して、演算などの処理を行う。ＣＰＵが処理を行う前提条件は、コンピュータが備える操作手段（コンピュータ用キーボード、マウスなど）が、外部から人によって操作されて、データとして入力される。入力されたデータは、メモリの所定領域に一時記憶され、演算処理に使用される。入力されたデータや演算処理の結果は、コンピュータが備える記録部（ハードディスクなど）に適宜記録される。 In the following, it is assumed that the present purification simulation method is mainly performed using a computer. The processing performed by the computer is actually performed by arithmetic processing means (hereinafter referred to as CPU) included in the computer. The CPU performs processing such as computation using a memory included in the computer as a work area. The precondition for the processing performed by the CPU is input as data by operating the operating means (computer keyboard, mouse, etc.) provided in the computer from the outside by a person. The input data is temporarily stored in a predetermined area of the memory and used for arithmetic processing. The input data and the result of the arithmetic processing are appropriately recorded in a recording unit (hard disk or the like) provided in the computer.
なお、微生物の「属」（分類上の属性）を示す名称は斜体で表記されるが、本明細書では、斜体で表記せず通常の書体で表記する。 In addition, although the name which shows the "genus" (attribute on classification) of microorganisms is written in italics, in this specification, it does not write in italics and it writes in normal font.
ステップＳ１において、浄化対象とする汚染土壌を分析し、土壌を汚染している油の種類および各油の濃度の情報を得る。得られた情報は、コンピュータに入力され、記録部に記録される。ここで、油は、石油分解菌で分解可能な油である。例えば、エンジンオイルのベースオイル（基油）である場合、実施例として後述する表１４に示した基質の中から特定される。汚染土壌に複数種類の油が含まれている場合には、それらが全て特定される。 In step S1, the contaminated soil to be purified is analyzed, and information on the type of oil contaminating the soil and the concentration of each oil is obtained. The obtained information is input to a computer and recorded in a recording unit. Here, the oil is oil that can be decomposed by petroleum-degrading bacteria. For example, in the case of base oil (base oil) of engine oil, it is specified from among the substrates shown in Table 14 described later as an example. If the contaminated soil contains multiple types of oil, they are all identified.
ステップＳ２において、コンピュータが、投与する石油分解菌および栄養塩の指定を受け付けて、記録部に記録する。ここで、指定される石油分解菌は、ステップＳ１で特定された各油を分解可能な菌である。投与する石油分解菌および栄養塩は、それぞれ１種類に限定されず、複数種類であってもよい。なお、石油分解菌が油を分解する能力は、油に応じて異なる。 In step S2, the computer accepts designation of petroleum-degrading bacteria and nutrients to be administered and records them in the recording unit. Here, the designated petroleum-degrading bacteria are bacteria capable of degrading each oil specified in step S1. Petroleum-decomposing bacteria and nutrient salts to be administered are not limited to one type each, and may be a plurality of types. Note that the ability of petroleum-degrading bacteria to degrade oil varies depending on the oil.
ステップＳ３において、コンピュータが、ステップＳ１で特定された油Ｏ、ステップＳ２で指定された石油分解菌Ｆおよび栄養塩Ｍswの組｛Ｏ，Ｆ，Ｍsw｝毎に、増殖定数、増殖速度および収率係数を、記録部から読み出す。記録部には、石油分解菌ｉ、油ｊ、栄養塩ｋに対応させて、増殖定数κijk、増殖速度μijk、収率係数Ｙijkが記録されている（ｉ、ｊ、ｋはそれぞれ、石油分解菌、油、栄養塩を区別するためのものである）。記録部への記録形式は、例えば｛ｉ，ｊ，ｋ，κijk，μijk，Ｙijk｝を一組とするテーブルである。 In step S3, the computer sets a growth constant, a growth rate, and a yield for each set {O, F, Msw} of the oil O specified in step S1, the petroleum degrading bacteria F and the nutrient Msw specified in step S2. The coefficient is read from the recording unit. In the recording unit, the growth constant κ ijk , the growth rate μ ijk , and the yield coefficient Y ijk are recorded corresponding to the petroleum degrading bacteria i, oil j, and nutrient salt k (i, j, k are respectively To distinguish between oil-degrading bacteria, oil and nutrients). The recording format in the recording unit is, for example, a table having a set of {i, j, k, κ ijk , μ ijk , Y ijk }.
ここでは、増殖定数κ、増殖速度μ、収率係数Ｙは、石油分解菌、油、栄養塩の種類に依存し、それらの投与量には依存しないと仮定した。栄養塩の中に石油と競合するような物質が含まれている場合には、増殖定数κ、増殖速度μ、収率係数Ｙの値が変わる可能性がある。例えば、微生物は石油を炭素源として資化するが、４倍濃縮改変ＳＷ培地中にも炭素成分（ポリペプトン、乾燥酵母エキス）が含まれているので、投入する栄養塩の量が変われば増殖定数κ、増殖速度μ、収率係数Ｙの値に影響すると考えられる。しかし、本発明者はこれまでの研究により、油分分解に最適な栄養塩の投入濃度を決定しているので、栄養塩については問題ない。即ち、これまでの研究で決定した栄養塩の量を採用し、その量に対して、実験的に増殖定数κ、増殖速度μ、収率係数Ｙを決定すればよい。 Here, it was assumed that the growth constant κ, the growth rate μ, and the yield coefficient Y depend on the types of petroleum-degrading bacteria, oil, and nutrient salts, and do not depend on their doses. If the nutrient salt contains a substance that competes with petroleum, the values of the growth constant κ, the growth rate μ, and the yield coefficient Y may change. For example, microorganisms assimilate petroleum as a carbon source, but because the carbon component (polypeptone, dry yeast extract) is also contained in the 4- fold concentrated modified SW medium, the growth constant will change if the amount of nutrients to be input changes. This is considered to affect the values of κ, growth rate μ, and yield coefficient Y. However, since the present inventor has determined the optimum concentration of the nutrient salt for oil decomposition by the previous research, there is no problem with the nutrient salt. That is, the amount of the nutrient salt determined in the previous research is adopted, and the growth constant κ, the growth rate μ, and the yield coefficient Y may be experimentally determined for the amount.
また、石油分解菌の量と、増殖定数κ、増殖速度μ、収率係数Ｙの値との関係に関しては、石油分解菌が著しく過剰に存在するような土壌状態でなければ、基本的に増殖定数κ、増殖速度μ、収率係数Ｙは基質の種類に依存し、石油分解菌の量には依存しない。石油分解菌が著しく過剰に存在する土壌状態では、石油分解菌が限られた基質（油）を取り合うことになり、石油分解菌の死滅量が増殖量を上回ってしまう。そのため、基質（油）の消費量と石油分解菌の増殖量の関係が分からなくなり、正確な増殖定数κ、増殖速度μ、収率係数Ｙの値を算出できない可能性がある。 In addition, regarding the relationship between the amount of petroleum degrading bacteria and the values of growth constant κ, growth rate μ, and yield coefficient Y, basically, if the soil is not in a state where there is a significant excess of petroleum degrading bacteria, it basically grows. The constant κ, the growth rate μ, and the yield coefficient Y depend on the type of substrate and do not depend on the amount of petroleum degrading bacteria. In a soil state where petroleum-decomposing bacteria are extremely excessive, the petroleum-decomposing bacteria share a limited substrate (oil), and the killing amount of the petroleum-decomposing bacteria exceeds the growth amount. For this reason, the relationship between the consumption amount of the substrate (oil) and the growth amount of the petroleum degrading bacteria cannot be understood, and accurate values of the growth constant κ, the growth rate μ, and the yield coefficient Y may not be calculated.
ステップＳ４において、ステップＳ３で読み出した増殖定数κijk、増殖速度μijk、収率係数Ｙijkを用いて、分解式を作成する。ここで、分解式のうち、微生物（土壌バクテリア、石油分解菌）が石油を分解して増殖することを表す式として次の式１を用い、油が微生物によって分解されて減少すること（基質濃度の低下）を表す式として次の式２を用いる。なお、本明細書において、「微生物」とは、投与される石油分解菌、土壌バクテリア、または、これらの両方を意味する。従って、例えば「微生物の数」とは、石油分解菌の数、土壌バクテリアの数、または、石油分解菌の数および土壌バクテリアの数（加算された値ではない）を意味する。 In step S4, a decomposition equation is created using the growth constant κ ijk , the growth rate μ ijk , and the yield coefficient Y ijk read out in step S3. Here, among the degradation formulas, the following formula 1 is used as a formula representing that microorganisms (soil bacteria, petroleum degrading bacteria) decompose and grow petroleum, and the oil is degraded and reduced by the microorganisms (substrate concentration) The following formula 2 is used as a formula representing the decrease in In the present specification, “microorganism” means petroleum-degrading bacteria, soil bacteria, or both administered. Thus, for example, “the number of microorganisms” means the number of petroleum degrading bacteria, the number of soil bacteria, or the number of petroleum degrading bacteria and the number of soil bacteria (not an added value).
ここで、Ｍは時刻ｔにおける微生物（土壌バクテリア、石油分解菌）の数、Ｃsは時刻ｔにおける油の濃度、κは増殖定数（石油分解菌が油を分解して増殖する程度を表す）、Ｙは収率係数（油分１mgから土壌バクテリアバイオマス（土壌微生物菌体）への変換率）、λは微生物の死滅定数である。ここで、式１、式２において、石油分解菌の増殖速度μは式３で表せると仮定している。 Here, M is the number of microorganisms (soil bacteria, petroleum-decomposing bacteria) at time t, C s is the oil concentration at time t, and κ is the growth constant (representing the extent to which petroleum-degrading bacteria decompose oil to grow) , Y is a yield coefficient (conversion rate from 1 mg of oil to soil bacterial biomass (soil microbial cells)), and λ is a death constant of microorganisms. Here, in Formula 1 and Formula 2, it is assumed that the growth rate μ of petroleum degrading bacteria can be expressed by Formula 3.
式１は、微生物の数だけ作成され、式２は、ステップＳ１で特定された油の数だけ作成される。通常、土壌バクテリアおよび１種類の石油分解菌を対象とするので、２つの式１が作成される。複数種類の石油分解菌を投与する場合には、各石油分解菌に関して式１が作成される。 Formula 1 is created for the number of microorganisms, and Formula 2 is created for the number of oils identified in step S1. Usually, soil bacterium and one kind of petroleum degrading bacteria are targeted, so two formulas 1 are created. When administering multiple types of petroleum degrading bacteria, Formula 1 is created for each petroleum degrading bacteria.
例えば、土壌バクテリア、１種類の石油分解菌、３種類の基質（油）を対象とする場合、次のような式４〜８が作成される。 For example, when targeting soil bacteria, one type of petroleum degrading bacteria, and three types of substrates (oil), the following equations 4 to 8 are created.
式４は土壌バクテリアに関する式、式５は石油分解菌に関する式、式６〜８は各油に関する式である。ここで、各変数の意味は次の通りである。
Ｍ1：土壌バクテリアの数
Ｍ2：石油分解菌の数
Ｃs 1：第１の油の濃度
Ｃs 2：第２の油の濃度
Ｃs 3：第３の油の濃度
λ1：土壌バクテリアの死滅定数
λ2：石油分解菌の死滅定数
κ1 1：土壌バクテリアの第１の油に対する増殖定数
κ1 2：土壌バクテリアの第２の油に対する増殖定数
κ1 3：土壌バクテリアの第３の油に対する増殖定数
κ2 1：石油分解菌の第１の油に対する増殖定数
κ2 2：石油分解菌の第２の油に対する増殖定数
κ2 3：石油分解菌の第３の油に対する増殖定数
Ｙ1 1：土壌バクテリアの第１の油に対する収率定数
Ｙ1 2：土壌バクテリアの第２の油に対する収率定数
Ｙ1 3：土壌バクテリアの第３の油に対する収率定数
Ｙ2 1：石油分解菌の第１の油に対する収率定数
Ｙ2 2：石油分解菌の第２の油に対する収率定数
Ｙ2 3：石油分解菌の第３の油に対する収率定数
石油分解菌は、例えばGordoniaであり、第１〜第３の油は、例えばn-Decane、n-Hexylcyclohexane、n-Hexylbenzeneである。
Formula 4 is a formula related to soil bacteria, Formula 5 is a formula related to petroleum decomposing bacteria, and Formulas 6 to 8 are formulas related to each oil. Here, the meaning of each variable is as follows.
M 1 : Number of soil bacteria M 2 : Number of petroleum degrading bacteria C s 1 : Concentration of first oil C s 2 : Concentration of second oil C s 3 : Concentration of third oil λ 1 : Soil bacteria Kill constant λ 2 : kill constant of oil-degrading bacteria κ 1 1 : growth constant κ 1 2 for soil bacteria first oil: growth constant κ 1 3 for soil bacteria second oil: third soil bacteria Growth constant κ 2 1 for oil: Growth constant κ 2 2 for the first oil of petroleum-degrading bacteria: Growth constant κ 2 3 for the second oil of petroleum-degrading bacteria: Growth constant Y for the third oil of petroleum-degrading bacteria 1 1 : Yield constant of soil bacteria for the first oil Y 1 2 : Yield constant of soil bacteria for the second oil Y 1 3 : Yield constant of soil bacteria for the third oil Y 2 1 : Petrolysis Yield constant Y 2 2 for fungus first oil: Yield constant Y 2 3 for oil-degrading fungus second oil: Yield Constant for Petroleum Decomposing Bacteria to Third Oil The petroleum decomposing bacterium is, for example, Gordonia, and the first to third oils are, for example, n-Decane, n-Hexylcyclohexane, and n-Hexylbenzene.
より一般的には、式１、式２は、それぞれ次の式９、式１０のように表される。 More generally, Formula 1 and Formula 2 are expressed as the following Formula 9 and Formula 10, respectively.
ここで、ｉは、各石油分解菌（複数の場合もある）および土壌バクテリアを区別する（即ち特定する）添え字であり、ｊは各油を区別する（即ち特定する）添え字である。Σi、Σjはそれぞれｉ、ｊについて総和を計算することを意味する。 Here, i is a subscript that distinguishes (that is, identifies) each petroleum-degrading bacterium (several cases) and soil bacteria, and j is a subscript that distinguishes (that is, identifies) each oil. Σ i and Σ j mean that the sum is calculated for i and j, respectively.
ステップＳ５において、コンピュータは、数値計算の初期条件の指定を受け付ける。初期条件は、初期（即ち投与前）の土壌バクテリア数、石油分解菌の投与量、各油の濃度、および、微生物の数を計算すべき予測時刻ｔである。ここで予測時刻ｔは１つ以上指定される。初期条件は、操作部から指定されても、ステップＳ１、Ｓ２などで記録部に記録されたものを記録部から読み出してもよい。 In step S5, the computer accepts designation of initial conditions for numerical calculation. The initial conditions are the initial (that is, before administration) number of soil bacteria, the dose of petroleum degrading bacteria, the concentration of each oil, and the predicted time t at which the number of microorganisms should be calculated. Here, one or more predicted times t are designated. The initial condition may be designated from the operation unit, or the one recorded in the recording unit in steps S1, S2, etc. may be read from the recording unit.
ステップＳ６において、コンピュータは、ステップＳ５で設定された予測時刻ｔを１つ設定する。 In step S6, the computer sets one predicted time t set in step S5.
ステップＳ７において、ステップＳ４で作成された式１および式２を、ステップＳ５で指定された数値計算の初期条件を用いて解き、ステップＳ６で指定された予測時刻ｔにおける微生物の数を求める。式１および式２を解くには、公知の数値解析方法を使用すればよい。種々の数値解析方法が公知であるので、ここでは説明を省略する。 In step S7, Equations 1 and 2 created in Step S4 are solved using the initial conditions for numerical calculation designated in Step S5, and the number of microorganisms at the predicted time t designated in Step S6 is obtained. In order to solve Equation 1 and Equation 2, a known numerical analysis method may be used. Since various numerical analysis methods are known, the description thereof is omitted here.
ステップＳ８において、ステップＳ５で指定された予測時刻ｔのうち、まだ計算対象とされていない予測時刻ｔがあるか否かを判断し、残っていればステップＳ６に戻り、既に計算対象とされた予測時刻ｔと重複しないように、新に予測時刻ｔを設定し、ステップＳ７を実行する。この繰り返し処理は、ステップＳ５で複数の時刻ｔが指定された場合に必要な処理であり、ステップＳ５で予測時刻ｔが１つだけしか指定されなかった場合には、行われない。 In step S8, it is determined whether or not there is a prediction time t that is not yet calculated among the prediction times t specified in step S5. If there is a remaining time, the process returns to step S6, and has already been set as a calculation target. The predicted time t is newly set so as not to overlap with the predicted time t, and step S7 is executed. This repetitive process is a process necessary when a plurality of times t are specified in step S5, and is not performed when only one predicted time t is specified in step S5.
ステップＳ９において、ステップＳ７で得られた微生物（土壌バクテリア、石油分解菌）の数Ｍを、予測時刻ｔと対応させて記録部に記録する。 In step S9, the number M of microorganisms (soil bacteria, petroleum degrading bacteria) obtained in step S7 is recorded in the recording unit in association with the predicted time t.
以上の処理によって、複数種類の油（基質）で汚染された土壌に、指定された石油分解菌および栄養塩を投与する場合の、微生物の数の時間的変化を得ることができる。微生物の数の増加は汚染土壌の浄化が進んだ（油が分解された）ことを意味し、微生物の数の増加速度は浄化速度に対応する。従って、本発明のシミュレーションによって、石油分解菌が死滅し、その数が減少すると予測される時刻に、石油分解菌を再度投入すれば浄化により有効であると言える。 By the above treatment, it is possible to obtain a temporal change in the number of microorganisms when the designated petroleum-decomposing bacteria and nutrient salts are administered to soil contaminated with a plurality of types of oils (substrates). An increase in the number of microorganisms means that the contaminated soil has been purified (oil has been decomposed), and the rate of increase in the number of microorganisms corresponds to the purification rate. Therefore, it can be said that purification is more effective if the oil-decomposing bacteria are reintroduced at the time when the oil-decomposing bacteria are killed and the number thereof is predicted to decrease by the simulation of the present invention.
上記のように本発明の特徴は、石油分解菌が油を分解する性能は、油の種類（基質）毎に異なる点に着目し、石油分解菌、栄養塩および油の組毎に、増殖定数、増殖速度および収率係数を設定して、上記の分解式（式１、式２）を解く点にある。よって、予め、石油分解菌、栄養塩および油の組毎に、増殖定数、増殖速度および収率係数を精度よく決定し、データベース化しておくことが望ましい。増殖定数、増殖速度および収率係数は、例えば、実施例として後述するように、上記の分解式（式１、式２）を用いて実験的に決定することができる。 As described above, the feature of the present invention is that the ability of oil-degrading bacteria to decompose oil is different for each type of oil (substrate), and the growth constant for each set of oil-degrading bacteria, nutrient salts and oils. The growth rate and the yield coefficient are set, and the above decomposition equations (Equation 1 and Equation 2) are solved. Therefore, it is desirable to accurately determine the growth constant, growth rate and yield factor for each set of petroleum-degrading bacteria, nutrient salts and oil in advance and create a database. The growth constant, the growth rate, and the yield coefficient can be experimentally determined using the above-described decomposition formulas (Formula 1 and Formula 2), as described later in Examples.
なお、投与する予定の石油分解菌に関する既存のデータ（増殖定数、増殖速度および収率係数）が無くても、模擬的に汚染土壌（土壌を油で汚染した状態）を作製して実験することによって、投与予定の石油分解菌に関する、油毎の増殖定数、増殖速度および収率係数を求めることができる。例えば、実験室で１種類の油（特定の１種類の基質）を用いて作製した汚染土壌に、石油分解菌および栄養塩をそれぞれ所定量投与する。その後、石油分解菌の数、土壌バクテリアの数を、時間経過に応じて測定する。得られた測定値（石油分解菌の数、土壌バクテリアの数）を再現できるように、パラメータフィッティングによって増殖定数、増殖速度および収率係数を決定する。そして、汚染土壌の作製に使用する油の種類（基質）を変更して、実験およびパラメータフィッティングを繰り返し、増殖定数、増殖速度および収率係数を決定する。得られた増殖定数、増殖速度および収率係数を用いて、実際の汚染土壌に含まれる各油の初期の量（石油分解菌を投与する前の量）を初期値として与えて、シミュレーションを行えばよい。 In addition, even if there is no existing data (growth constant, growth rate and yield factor) on the oil-degrading bacteria to be administered, it is necessary to create a simulated soil (soil contaminated with oil) and conduct an experiment. Thus, the growth constant, growth rate and yield factor for each oil relating to the petroleum-degrading bacterium to be administered can be determined. For example, petroleum-decomposing bacteria and nutrient salts are respectively administered in predetermined amounts to contaminated soil prepared using one type of oil (one specific type of substrate) in the laboratory. Thereafter, the number of petroleum degrading bacteria and the number of soil bacteria are measured over time. The growth constant, growth rate, and yield factor are determined by parameter fitting so that the obtained measured values (number of petroleum degrading bacteria, number of soil bacteria) can be reproduced. Then, the type of oil (substrate) used for producing the contaminated soil is changed, and the experiment and parameter fitting are repeated to determine the growth constant, the growth rate, and the yield coefficient. Using the obtained growth constant, growth rate, and yield factor, the initial amount of each oil contained in the actual contaminated soil (the amount before administration of petroleum degrading bacteria) was given as an initial value, and a simulation was performed. Just do it.
以上、本発明の特定の実施の形態について説明したが、上記の説明は、本発明が上記した実施の形態に限定されることを意図したものではない。上記の実施の形態は種々変更、拡張されて実施されることができ、それらも本発明の技術的範囲に含まれる。 While specific embodiments of the present invention have been described above, the above description is not intended to limit the present invention to the above-described embodiments. The above embodiments can be implemented with various modifications and expansions, and these are also included in the technical scope of the present invention.
例えば、図１に示したフローチャートにおいて、各処理の順序を変更することも、一部の処理を削除することも、新たな処理を追加することも可能である。 For example, in the flowchart shown in FIG. 1, the order of each process can be changed, a part of the processes can be deleted, or a new process can be added.
また、上記では、増殖速度μを式３で表す場合を説明したが、増殖速度μを表す式は式３に限定されない。例えば、次の式１１（Monod式）、式１２（Teissier式）などを使用してもよい。 In the above description, the case where the growth rate μ is expressed by Expression 3 has been described. However, the expression indicating the growth rate μ is not limited to Expression 3. For example, the following equation 11 (Monod equation), equation 12 (Teissier equation), or the like may be used.
ここで、Ｃsは基質濃度、μMaxは最大比増殖速度定数、κは増殖定数、Ｋsは飽和定数である。 Here, C s is the substrate concentration, μ Max is the maximum specific growth rate constant, κ is the growth constant, and K s is the saturation constant.
これらの式で、増殖速度μを表す場合、式９及び式１０は、次の式１３及び式１４のように表される。 In these equations, when the growth rate μ is expressed, the equations 9 and 10 are expressed as the following equations 13 and 14.
ここで、ｉ、ｊ、Σi、Σjの意味は、式９及び式１０に関して上記した意味と同じである。 Here, the meanings of i, j, Σ i , and Σ j are the same as those described above with respect to Equation 9 and Equation 10.
また、汚染原因である油の分類方法は、上記に限定されない。投入予定の石油分解菌が、異なる増殖定数、増殖速度および収率係数を有するように、汚染原因である油を分類すればよい。 Moreover, the classification method of the oil which is a cause of contamination is not limited to the above. What is necessary is just to classify the oil which is a cause of contamination so that the petroleum decomposing bacteria to be input have different growth constants, growth rates and yield factors.
また、増殖定数、増殖速度および収率係数は、石油分解菌、栄養塩および油にのみ依存するとの前提が成り立たず、投与される石油分解菌の量、投与される栄養塩の量にも依存する場合も在り得る。従って、より正確な予測を行うには、これらをも考慮して、石油分解菌、栄養塩、油、投与する石油分解菌の量、および、投与する栄養塩の量の組毎に、増殖定数、増殖速度および収率係数を記録したデータベースを作成しておくことが望ましい。そして、データベースから、石油分解菌、栄養塩、油、投与する石油分解菌の量、および投与する栄養塩の量の組に対応する増殖定数、増殖速度および収率係数を読み出して、数値計算に適用することが望ましい。データベースに、投与する石油分解菌の量および投与する栄養塩の量に対応する増殖定数、増殖速度および収率係数が無かった場合、投与する石油分解菌の量および投与する栄養塩の量に近い値に対応する増殖定数、増殖速度および収率係数を数値解析に使用すればよい。また、投与する石油分解菌の量、および投与する栄養塩の量に近い値に対応する複数組の増殖定数、増殖速度および収率係数から、数値解析に使用する増殖定数、増殖速度および収率係数を、例えば補間によって決定してもよい。 Also, the growth constant, growth rate, and yield factor do not assume that they depend only on petroleum-degrading bacteria, nutrients, and oils, and depend on the amount of petroleum-degrading bacteria administered and the amount of nutrients administered. There may be cases. Therefore, in order to make a more accurate prediction, taking these into account, the growth constant for each set of petroleum-degrading bacteria, nutrients, oil, the amount of petroleum-degrading bacteria to be administered, and the amount of nutrients to be administered It is desirable to create a database in which growth rates and yield factors are recorded. Then, from the database, read the growth constant, growth rate, and yield factor corresponding to the set of petroleum-degrading bacteria, nutrient salts, oil, the amount of petroleum-degrading bacteria to be administered, and the amount of nutrients to be administered. It is desirable to apply. If the database does not have a growth constant, growth rate and yield factor corresponding to the amount of petroleum degrading bacteria administered and the amount of nutrients administered, it is close to the amount of petroleum degrading bacteria administered and the amount of nutrients administered. The growth constant, growth rate and yield factor corresponding to the values may be used for numerical analysis. In addition, the growth constant, growth rate, and yield used in the numerical analysis are calculated from multiple sets of growth constants, growth rates, and yield factors corresponding to the amount of petroleum-degrading bacteria to be administered and the amount of nutrients to be administered. The coefficient may be determined by interpolation, for example.
以下に、実施例を示し、本発明の特徴をより明確にする。 Hereinafter, examples will be shown to clarify the features of the present invention.
まず、比較実験として、本発明を適用せずに、増殖定数、増殖速度および収率係数を求め、それらの値を用いて土壌バクテリア数、油分濃度を求めた。即ち、模擬汚染土壌（ベースオイル）の浄化モデルを想定し、自動車用エンジンオイルのベースオイルで作製した模擬汚染土壌のバイオレメディエーションのデータに基づいて、石油分解菌の増殖速度や油分の浄化速度を推定した。そして、これらの推定値を用いて石油汚染土壌バイオレメディエーションの浄化速度をシミュレーションした。 First, as a comparative experiment, without applying the present invention, a growth constant, a growth rate, and a yield coefficient were obtained, and using these values, the number of soil bacteria and the oil concentration were obtained. That is, assuming the purification model of simulated contaminated soil (base oil), the growth rate of oil-degrading bacteria and the purification rate of oil were estimated based on the bioremediation data of simulated contaminated soil produced with the base oil of engine oil for automobiles. . And the purification rate of oil-contaminated soil bioremediation was simulated using these estimated values.
具体的な実験条件は、次の（１）〜（６）に示す通りである。
（１）実験スケール
５００ｍｌ容量のガラス製サンプル瓶に土壌１００ｇを投入
（２）摸擬汚染土壌の作製
真砂土とシルトとを、真砂土：シルト＝３：１の比率で混合した土壌を使用
（３）処理条件
投与菌株：Rhodococcus sp. NDKK6株（以下、Rhod.とも記す）
菌体投与量：１０5〜１０9cells/g-soil
栄養成分（栄養塩）：４倍濃縮改変ＳＷ（以下、４×ＭＳＷとも記す）培地
培養条件：遮光し、室温で静置培養
（４）モニタリング
解析日：培養開始から０、３、７、および１４日目
解析項目：油分濃度（抽出溶媒としてH-997を使用した赤外吸光法を使用）、土壌バクテリア数（環境DNA（eDNA）解析法を使用）、Rhodococcus属石油分解菌数（Real-time PCR法を使用）
（５）水分調節
適宜滅菌水を添加し、含水率を１６〜１８％の範囲で一定に調節した。
（６）実験系列
次の表１に示す通り。
Specific experimental conditions are as shown in the following (1) to (6).
(1) Experimental scale 100 g of soil was put into a 500 ml glass sample bottle (2) Preparation of pseudo-contaminated soil Soil mixed with sand sand and silt in a ratio of sand sand: silt = 3: 1 was used ( 3) Treatment conditions Strain: Rhodococcus sp. NDKK6 strain (hereinafter also referred to as Rhod.)
Bacterial dose: 10 5 to 10 9 cells / g-soil
Nutrient component (nutrient salt): 4-fold concentrated modified SW (hereinafter also referred to as 4 × MSW) medium Culture conditions: light-shielded, stationary culture at room temperature (4) Monitoring Date of analysis: 0, 3, 7, and Day 14 Analysis items: Oil concentration (using infrared absorption method using H-997 as extraction solvent), soil bacteria count (using environmental DNA (eDNA) analysis method), Rhodococcus genus oil-degrading bacteria count (Real- (Use time PCR method)
(5) Moisture control Sterile water was added as appropriate, and the water content was adjusted to a constant value in the range of 16 to 18%.
(6) Experimental sequence As shown in Table 1 below.
系列No.１は水のみを加えた系であり、系列No.２は４×ＭＳＷ培地を加えたバイオスティミュレーションの系であり、系列No.３〜７は４×ＭＳＷ培地と共にRhodococcus sp. NDKK6株を加えたバイオオーグメンテーションの系である。なお、系列毎に２つのサンプルを作製して実験した。従って、以下に示す実験値は２回の実験の平均値である。 Series No. 1 is a system to which only water is added, Series No. 2 is a biostimulation system to which 4 × MSW medium is added, and Series Nos. 3 to 7 are Rhodococcus sp. Bio augmentation system with NDKK6 strain added. Note that two samples were produced for each series and experimented. Therefore, the experimental value shown below is an average value of two experiments.
これらの系に関する実験結果として得られた油分濃度、油分分解率、土壌バクテリア数、および石油分解菌数の経時変化を次の表２〜５および図２に示す。図２において、系列No.１〜７の値を、黒正方形、黒丸、米印、白正方形、三角形、菱形、白丸で表す。 The following Tables 2 to 5 and FIG. 2 show the changes over time in the oil concentration, the oil decomposition rate, the number of soil bacteria, and the number of petroleum degrading bacteria obtained as experimental results for these systems. In FIG. 2, the values of series Nos. 1 to 7 are represented by black squares, black circles, rice marks, white squares, triangles, rhombuses, and white circles.
表中、「−」は検出しなかったことを意味する。 In the table, “-” means not detected.
以上のデータに基づいて、石油分解菌の増殖速度や油分の分解速度を推定した。時間（Time）、時間の変化量（ｄｔ）、基質濃度（Ｃs）、基質濃度の変化量（ｄＣs）、土壌バクテリア数（Ｍ）、土壌バクテリア数の変化量（ｄＭ）、石油分解菌数（ＭRhod）、石油分解菌数の変化量（ｄＭRhod）を系列毎に算出した。その結果を、次の表６〜１２に示す。 Based on the above data, the growth rate of oil-degrading bacteria and the decomposition rate of oil were estimated. Time (Time), Time change (dt), Substrate concentration (C s ), Substrate concentration change (dC s ), Soil bacteria count (M), Soil bacteria count change (dM), Petrolytic bacteria The number (M Rhod ) and the amount of change in the number of petroleum degrading bacteria (dM Rhod ) were calculated for each series. The results are shown in the following Tables 6-12.
以上の表６〜１２に示したデータセットを１次分解式の基本式（上記の式１、式２）に代入し、実測値との差が最小となるようにパラメータフィッティングを行い、土壌バクテリアの増殖定数κ、増殖速度μ、および収率係数Ｙを算出した。結果を表１３に示す。 Substituting the data sets shown in Tables 6 to 12 into the basic equations of the primary decomposition equation (Equations 1 and 2 above), parameter fitting was performed so that the difference from the actual measurement value was minimized, and soil bacteria The growth constant κ, growth rate μ, and yield coefficient Y were calculated. The results are shown in Table 13.
また、real-time PCR法により定量した石油分解菌数に基づいて、Rhodococcus sp. NDKK6の増殖定数κRhod、増殖速度μRhod、および収率係数ＹRhodについても求めた。結果は表１３の右側３列に示されている。なお、NDKK6株の死滅速度を測定しなかったので、ここでは、土壌バクテリアおよび石油分解菌の死滅定数λはいずれも０．０２５day-1（即ち１日あたり２．５％が死滅する）と仮定した。 The growth constant κ Rhod , growth rate μ Rhod , and yield coefficient Y Rhod of Rhodococcus sp. NDKK6 were also determined based on the number of petroleum degrading bacteria quantified by real-time PCR. The results are shown in the right three columns of Table 13. Since the NDKK6 strain mortality rate was not measured, it was assumed here that the mortality constant λ of soil bacteria and petroleum-degrading bacteria was both 0.025 day −1 (ie, 2.5% per day were killed). did.
上記で得られたκ、μ、およびＹを、上記の式１及び式２に代入し、石油汚染土壌の浄化シミュレーションを行った。投与する石油分解菌をRhodococcus sp. NDKK6株と仮定した場合のシミュレーション結果を図３に示す。図３において、油分濃度を正方形で、土壌バクテリア数を菱形で表す。なお、初期の汚染濃度は５，０００mg/kg-soilとした。また、石油系炭化水素による実汚染土壌では多くが５．０×１０8cells/g-soil以下であるという知見が得られていることから、初期の土壌バクテリア数は５．０×１０8cells/g-soilと仮定して計算した。 The above-obtained κ, μ, and Y were substituted into the above formulas 1 and 2, and a purification simulation of petroleum-contaminated soil was performed. FIG. 3 shows the simulation results when assuming that the oil-degrading bacterium to be administered is Rhodococcus sp. NDKK6 strain. In FIG. 3, the oil concentration is represented by a square, and the number of soil bacteria is represented by a diamond. The initial contamination concentration was 5,000 mg / kg-soil. In addition, it has been found that many soils contaminated with petroleum hydrocarbons are 5.0 × 10 8 cells / g-soil or less, so the initial soil bacteria count is 5.0 × 10 8 cells. Calculated assuming / g-soil.
図３から、本モデルでは、比較的短期間で浄化率が１００％（油分濃度が０）に達してしまうことが分かる。実際には、ベースオイル中にRhodococcus sp. NDKK6では分解が難しい成分が含まれていることから、油分濃度は０にはならない。このことから、本モデルでは浄化速度を適切に評価できない（浄化速度を過大評価している）ことが分かった。 FIG. 3 shows that in this model, the purification rate reaches 100% (oil concentration is 0) in a relatively short period of time. Actually, since the base oil contains components that are difficult to decompose with Rhodococcus sp. NDKK6, the oil concentration does not become zero. From this, it was found that the purification rate cannot be properly evaluated in this model (the purification rate is overestimated).
次に、上記した実施例１の結果を改善するために、本発明を適用せずに、浄化可能な炭化水素成分の割合（石油分解菌が分解可能な炭化水素成分の割合）を考慮して浄化率を求めた。具体的には、上記の実施例１で使用した自動車用エンジンオイルのベースオイルをイアトロスキャンで成分分析し、得られた結果（飽和分＝５９．４％）を使用して、実施例１と同様に再度シミュレーションを行った。即ち、Rhodococcus sp. NDKK6は全油の５９．４％を分解できると仮定した。図４は、得られた結果をグラフ化したものである。図４において、油分濃度を正方形で、土壌バクテリア数を菱形で表す。図４から分かるように、油分濃度は０にはならず、実測データ（表２及び表４に示す）をある程度再現できており、シミュレーションの精度が向上したことが分かる。しかし、原位置バイオレメディエーションに実際に適用するには、さらにシミュレーションの精度を向上させることが望ましい。 Next, in order to improve the results of Example 1 described above, the proportion of hydrocarbon components that can be purified (the proportion of hydrocarbon components that can be decomposed by petroleum-degrading bacteria) is considered without applying the present invention. The purification rate was determined. Specifically, component analysis of the base oil of the engine oil for automobiles used in the above Example 1 was performed by Iatroscan, and the obtained result (saturated content = 59.4%) was used. Similarly, the simulation was performed again. That is, it was assumed that Rhodococcus sp. NDKK6 can decompose 59.4% of the total oil. FIG. 4 is a graph of the results obtained. In FIG. 4, the oil concentration is represented by a square, and the number of soil bacteria is represented by a diamond. As can be seen from FIG. 4, the oil concentration does not become 0, and the actual measurement data (shown in Tables 2 and 4) can be reproduced to some extent, which shows that the accuracy of the simulation has been improved. However, for practical application to in-situ bioremediation, it is desirable to further improve the accuracy of simulation.
そこで、本発明を適応した実験を行った。即ち、汚染土壌中に含まれる炭化水素の成分と含有量を分析した結果を用いて、浄化予測を行うことを想定した。本実施例３では、単一の炭化水素を基質として、各成分に対する石油分解菌の分解活性を解析した。 Therefore, an experiment adapted to the present invention was conducted. That is, it was assumed that the purification prediction was performed using the result of analyzing the components and content of hydrocarbons contained in the contaminated soil. In Example 3, the decomposition activity of petroleum decomposing bacteria with respect to each component was analyzed using a single hydrocarbon as a substrate.
具体的な実験条件は、次の（１）〜（６）に示す通りである。
（１）実験スケール
５００m容量のガラス製サンプル瓶に土壌１００gを投入
（２）摸擬汚染土壌の作製
５号珪砂に市販の炭化水素を０．５０g添加（油分濃度＝５，０００mg/kg-soil）し、滅菌した土壌を使用
（３）処理条件
投与菌株：Gordonia sp. NDKY76A（以下、Gor.とも記す）
投与菌体量：９．７×１０7cfu/g-soil
栄養成分（栄養塩）：４×ＭＳＷ培地
培養条件：遮光し、室温で静置培養
（４）モニタリング
解析日：０、３、７、１４、２１、および２８日目
解析項目：油分濃度（クロロホルム・メタノール抽出してＧＣ（ガスクロマトグラフィー）分析した）、土壌バクテリア数（環境DNA（eDNA）解析法を使用）、Gordonia属石油分解菌数（Real-time PCR法を使用）
（５）水分調節
適宜滅菌水を添加し、含水率を一定（４％）に調節した（珪砂は保水力が非常に弱いため低い値に調節した）。
（６）実験系列
対象とした基質を、表１４に示す通り。
Specific experimental conditions are as shown in the following (1) to (6).
(1) Experimental scale 100 g of soil is put into a 500 m glass sample bottle (2) Preparation of pseudo-contaminated soil 0.50 g of commercially available hydrocarbon is added to No. 5 silica sand (oil concentration = 5,000 mg / kg-soil) ) And using sterilized soil (3) Treatment conditions Strain: Gordonia sp. NDKY76A (hereinafter also referred to as Gor.)
Administration of bacterial cells: 9.7 × 10 7 cfu / g-soil
Nutritional component (nutrient salt): 4 × MSW medium Culture condition: light-shielded, stationary culture at room temperature (4) Monitoring Analysis day: 0, 3, 7, 14, 21, and 28 Analysis item: Oil concentration (chloroform -Methanol extraction and GC (gas chromatography) analysis), soil bacteria count (using environmental DNA (eDNA) analysis method), Gordonia genus oil-degrading bacteria count (using real-time PCR method)
(5) Moisture adjustment Sterile water was added as appropriate to adjust the moisture content to a constant value (4%) (silica sand was adjusted to a low value because its water retention capacity was very weak).
(6) Experimental series Table 14 shows the target substrates.
なお、系列No.１の実験は、死滅定数λを算出するために行った。珪砂には石油分解菌の生育基質となる栄養分がほとんどないので、系列No.１のような条件では増殖せずにすぐに死滅するので、その減少量から死滅定数λを決定した。 The experiment of series No. 1 was conducted in order to calculate the death constant λ. Since nutrients as a growth substrate of petroleum-degrading bacteria to the silica sand little, because the system under the sequence No.1 die immediately without proliferation was determined killing constants λ from its decrease.
※1 c−アルカンおよび芳香族の炭素数は「環の炭素数 ＋ 側鎖の炭素数」で示す。
※2 ＧＣ分析の条件はInjector：250℃、Oven：75℃、1分→6℃／分→300℃、20分、Detector：300℃（FID）、試料注入量：1μl、キャリアガス：He（40ml／分）である。石油中には多種の炭化水素成分が含まれているため、一定の温度条件で分析すると多成分をうまく分離できず、定量性が低下する。そこで、分離用カラムとの親和性に加えて、沸点によっても（カラム内での）保持時間に差が出るように、カラムが設置されているオーブンの温度を徐々に高めていく条件に設定した。上記のOvenに関する表記は、７５℃で１分間保持して土壌から油分を抽出する溶媒を除去した後、６℃／分で温度を上げていき、最終的に３００℃まで到達させ、３００℃で２０分間保持したことを意味する。これは、カラム内に高沸点成分が残留し難くするため処理であり、上記の分析条件で７５〜２５０℃の炭化水素成分を分析・定量することができた。）
汚染土壌中に残存している炭化水素をクロロホルム・メタノール（３：１）混合溶液を用いて抽出し、ＧＣ分析した。微生物数を表１５に示し、得られたクロマトグラムのピーク面積から算出した分解率を図５に示す。なお、実験初期に油分分解が顕著に進んでいることから、初期の増殖量を用いて比増殖速度を算出することにしたので、表１５には、算出に使用した０〜３日目の実験値のみを示し、その後の実験値は省略している。
* 1 The number of carbon atoms in c-alkanes and aromatics is indicated by “the number of carbon atoms in the ring + the number of carbon atoms in the side chain”.
* 2 GC analysis conditions are: Injector: 250 ° C, Oven: 75 ° C, 1 minute → 6 ° C / minute → 300 ° C, 20 minutes, Detector: 300 ° C (FID), Sample injection volume: 1 µl, Carrier gas: He ( 40 ml / min). Since petroleum contains a variety of hydrocarbon components, when analyzed under a certain temperature condition, the multi-components cannot be separated well, and the quantitativeness is lowered. Therefore, in addition to the affinity with the separation column, the temperature of the oven in which the column is installed was set to gradually increase so that the retention time (within the column) varies depending on the boiling point. . The above Oven notation is held at 75 ° C. for 1 minute, after removing the solvent for extracting oil from the soil, the temperature is increased at 6 ° C./min, finally reaching 300 ° C., and at 300 ° C. It means holding for 20 minutes. This is a treatment to make it difficult for high boiling point components to remain in the column, and hydrocarbon components at 75 to 250 ° C. could be analyzed and quantified under the above analysis conditions. )
Hydrocarbons remaining in the contaminated soil were extracted using a chloroform / methanol (3: 1) mixed solution and subjected to GC analysis. The number of microorganisms is shown in Table 15, and the degradation rate calculated from the peak area of the obtained chromatogram is shown in FIG. In addition, since oil decomposition has progressed remarkably at the beginning of the experiment, it was decided to calculate the specific growth rate using the initial growth amount, so Table 15 shows the experiments on the 0th to 3rd days used for the calculation. Only the values are shown, and subsequent experimental values are omitted.
表１５の結果より、シミュレーションモデルに必要なパラメータとして、Gordoniasp. NDKY76Aの増殖定数κGor、増殖速度μGor、および収率係数ＹGorを算出した。即ち、実験を再現できるように、パラメータフィッティングによって、それらの値を求めた。その結果を表１６に示す。 From the results shown in Table 15, the growth constant κ Gor , growth rate μ Gor , and yield coefficient Y Gor of Gordoniasp. NDKY76A were calculated as parameters necessary for the simulation model. That is, those values were obtained by parameter fitting so that the experiment could be reproduced. The results are shown in Table 16.
Rhodococcus sp. NDKK6などの別の石油分解菌について、また、別の基質を含む油について、同様に実験を行うことによって、増殖定数、増殖速度、および収率係数を算出することができる。 By performing the same experiment for another petroleum-degrading bacterium such as Rhodococcus sp. NDKK6 and for an oil containing another substrate, the growth constant, growth rate, and yield factor can be calculated.
従って、これらの値をデータベースとして記録しておけば、汚染土壌を分析し、汚染原因である油に含まれる炭化水素成分の構成比を調べ、使用する石油分解菌および検出された炭化水素成分の組毎に増殖定数、増殖速度、および収率係数をデータベースから読み出して、シミュレーションすることができる。そして、石油分解菌を投与した後の所定の時刻における油分解率および分解速度を推定することができる。 Therefore, if these values are recorded as a database, the contaminated soil is analyzed, the composition ratio of the hydrocarbon components contained in the oil that is the cause of the contamination is examined, and the petroleum decomposing bacteria to be used and the detected hydrocarbon components are analyzed. For each set, the growth constant, growth rate, and yield factor can be read from the database and simulated. Then, it is possible to estimate the oil decomposition rate and decomposition rate at a predetermined time after administration of the petroleum degrading bacteria.
なお、表１６の値は限定的な実験から得られた結果であり、必ずしもこれらの値が適切で無い場合もあり得る。従って、種々の実験を繰り返して同様に得られた値から決定することが望ましい。 Note that the values in Table 16 are results obtained from limited experiments, and these values may not always be appropriate. Therefore, it is desirable to determine from values obtained in the same way by repeating various experiments.
また、同じ石油分解菌および同じ基質に関して、別の要因を考慮し、その要因にも対応させて増殖定数、増殖速度、および収率係数を記録しておいてもよい。その場合、実際の汚染現場、汚染土壌に応じて、より適切なシミュレーションを行うことができる。考慮すべき要因（増殖定数、増殖速度、収率係数に影響する要因）には、例えば、土壌中の含水率、ｐＨ、溶存酸素濃度などの土壌特性が挙げられる。 In addition, regarding the same petroleum-degrading bacterium and the same substrate, another factor may be considered, and the growth constant, the growth rate, and the yield coefficient may be recorded corresponding to the factor. In that case, a more appropriate simulation can be performed according to the actual contamination site and contaminated soil. Factors to be considered (factors affecting growth constant, growth rate, yield coefficient) include, for example, soil properties such as moisture content in soil, pH, and dissolved oxygen concentration.
Claims (3)
前記汚染土壌に投与する微生物および栄養塩を指定する第２ステップと、
特定された前記油、指定された前記微生物および栄養塩の組に対応する前記微生物の増殖速度および収率係数を決定する第３ステップと、
投与する前記微生物の量、前記油の濃度、および予測時刻を指定する第４ステップと、
投与する前記微生物の量、前記油の濃度、前記増殖速度および前記収率係数を、前記微生物の増殖に関する第１方程式および前記油の減少に関する第２方程式に適用し、前記第１方程式および前記第２方程式を数値計算によって解き、前記予測時刻における前記微生物の量を計算する第５ステップとを含み、
前記第１方程式が、
で表され、前記第２方程式が、
で表され、
前記微生物の量Ｍi［cells/kg-soil］が、ｉで特定される石油分解菌の数または土壌バクテリアの数であり、
前記増殖速度μi j［day-1］が、ｉで特定される石油分解菌または土壌バクテリアがｊで特定される油を分解して増殖する速度を表す指標であり、
死滅定数λi［day-1］が、ｉで特定される石油分解菌または土壌バクテリアが死滅する確率を表す指標であり、
前記油の濃度Ｃs j［mg/kg-soil］が、ｊで特定される各油の濃度であり、
前記収率係数Ｙi j［cells/mg］が、ｉで特定される石油分解菌または土壌バクテリアによる、ｊで特定される油から土壌バクテリアバイオマスへの変換率を表す指標であることを特徴とする汚染土壌の浄化シミュレーション方法。 A first step of identifying the oil contained in the contaminated soil and the concentration of the oil;
A second step of designating microorganisms and nutrients to be administered to the contaminated soil;
The oil that has been identified, a third step of determining the multiplication殖速degree and yield coefficient of the microbes that corresponds to the specified set of the microorganisms and nutrients,
A fourth step of specifying the amount of the microorganism to be administered, the concentration of the oil, and the predicted time;
The amount of the microorganism to be administered, the concentration of the oil, pre-Symbol growth rate and the yield coefficients, applied to the second equation related decrease in the first equation and the oil related growth of the microorganisms, the first equation and the Solving the second equation by numerical calculation, and calculating the amount of the microorganism at the predicted time,
The first equation is
And the second equation is
Represented by
The amount of the microorganism M i [cells / kg-soil] is the number of petroleum degrading bacteria or the number of soil bacteria specified by i,
The growth rate μ i j [day −1 ] is an index representing the rate at which petroleum degrading bacteria or soil bacteria specified by i decompose and grow the oil specified by j,
The death constant λ i [day −1 ] is an index representing the probability that the oil-degrading bacteria or soil bacteria specified by i will die,
The oil concentration C s j [mg / kg-soil] is the concentration of each oil specified by j,
The yield coefficient Y i j [cells / mg] is a feature in that by petroleum degrading bacteria or soil bacteria identified by i, an index of the oil specified by j representing the conversion to soil bacteria biomass To clean up contaminated soil.
前記第１方程式および前記第２方程式に加えて土壌バクテリアの増殖に関する第３方程式を用い、
前記微生物を投与する前の土壌バクテリアの量、投与する前記微生物の量、前記油の濃度、前記増殖定数、前記増殖速度および前記収率係数を、前記第１〜第３方程式に適用し、前記第１〜第３方程式を数値計算によって解き、前記予測時刻における前記微生物の量および前記土壌バクテリアの量を計算するステップであり、
前記第３方程式が、前記第１方程式と同じ
で表されることを特徴とする請求項１に記載の汚染土壌の浄化シミュレーション方法。 The fifth step includes
In addition to the first equation and the second equation, a third equation for the growth of soil bacteria is used,
Applying the amount of soil bacteria before administering the microorganism, the amount of the microorganism to be administered, the concentration of the oil, the growth constant, the growth rate and the yield factor to the first to third equations, Solving the first to third equations by numerical calculation to calculate the amount of the microorganism and the amount of soil bacteria at the predicted time;
The third equation is the same as the first equation
The purification simulation method for contaminated soil according to claim 1, wherein:
前記増殖速度μi jを、
として、前記第１および第３方程式が、
で表され、前記第２方程式が、
で表され、
前記増殖定数κ i j ［day -1 mg/kg-soil -1 ］が、ｉで特定される石油分解菌または土壌バクテリアがｊで特定される油を分解して増殖する程度を表す指標であることを特徴とする請求項２に記載の汚染土壌の浄化シミュレーション方法。 The third step further comprises determining a growth constant of the microorganism corresponding to the identified oil, the specified microorganism and nutrient set;
Said growth rate μ i j ,
The first and third equations are
And the second equation is
In expressed,
The growth constant κ i j [day −1 mg / kg-soil −1 ] is an index representing the degree to which the oil degrading bacteria or soil bacteria specified by i decompose and grow the oil specified by j. The purification simulation method for contaminated soil according to claim 2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009062515A JP5068277B2 (en) | 2009-03-16 | 2009-03-16 | Purification simulation method for bioremediation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009062515A JP5068277B2 (en) | 2009-03-16 | 2009-03-16 | Purification simulation method for bioremediation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010214274A JP2010214274A (en) | 2010-09-30 |
| JP5068277B2 true JP5068277B2 (en) | 2012-11-07 |
Family
ID=42973701
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009062515A Expired - Fee Related JP5068277B2 (en) | 2009-03-16 | 2009-03-16 | Purification simulation method for bioremediation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5068277B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6071373B2 (en) * | 2012-09-21 | 2017-02-01 | 学校法人立命館 | New oil-degrading bacteria detection system from the environment |
| GB2574127B (en) * | 2018-05-23 | 2023-09-13 | Stockley Environmental Ltd | Engineered soil |
| CN115114867B (en) * | 2022-07-11 | 2023-07-11 | 中国水利水电科学研究院 | Emergent aquatic plant biomass prediction method |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4664477B2 (en) * | 2000-09-25 | 2011-04-06 | 高砂熱学工業株式会社 | Prediction / evaluation method and purification device for purification reaction using microorganisms |
| JP2002119951A (en) * | 2000-10-13 | 2002-04-23 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | System for managing cleaning of soil and groundwater and method for managing cleaning thereof |
| JP2004180583A (en) * | 2002-12-03 | 2004-07-02 | Sumikon Serutekku Kk | Method for preconfirmation and evaluation of cyanide-contaminated soil and method for in-situ restoration using the result |
| JP2006116509A (en) * | 2004-10-25 | 2006-05-11 | Ohbayashi Corp | Method for estimating progress of purification at contaminated region beforehand, method for determining optimum place to arrange water pumping and water pouring wells, and method for estimating period required to purify contaminated region |
| JP2006214782A (en) * | 2005-02-02 | 2006-08-17 | Ebara Corp | Method for evaluating and testing adaptability of pollution purification |
| JP4836552B2 (en) * | 2005-11-15 | 2011-12-14 | 学校法人立命館 | Microorganism and purification method for efficiently purifying actual contaminated soil |
-
2009
- 2009-03-16 JP JP2009062515A patent/JP5068277B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2010214274A (en) | 2010-09-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Guo et al. | Gene-informed decomposition model predicts lower soil carbon loss due to persistent microbial adaptation to warming | |
| Bickel et al. | Soil bacterial diversity mediated by microscale aqueous-phase processes across biomes | |
| Zhao et al. | Microbial mediation of biogeochemical cycles revealed by simulation of global changes with soil transplant and cropping | |
| Chen et al. | Mangrove succession enriches the sediment microbial community in South China | |
| Huber et al. | Isolated communities of Epsilonproteobacteria in hydrothermal vent fluids of the Mariana Arc seamounts | |
| Andreote et al. | Assessing the diversity of bacterial communities associated with plants | |
| Long et al. | Microbial metagenomics reveals climate-relevant subsurface biogeochemical processes | |
| Tóth et al. | Extreme effects of drought on composition of the soil bacterial community and decomposition of plant tissue | |
| Zhang et al. | Vertical diversity and association pattern of total, abundant and rare microbial communities in deep‐sea sediments | |
| Lee et al. | Both species sorting and neutral processes drive assembly of bacterial communities in aquatic microcosms | |
| Høj et al. | Archaeal communities in High Arctic wetlands at Spitsbergen, Norway (78 N) as characterized by 16S rRNA gene fingerprinting | |
| Mazziotta et al. | Scaling functional traits to ecosystem processes: Towards a mechanistic understanding in peat mosses | |
| Liu et al. | Simultaneous measurement of bacterial abundance and composition in response to biochar in soybean field soil using 16S rRNA gene sequencing | |
| Raes et al. | Metabolic pathways inferred from a bacterial marker gene illuminate ecological changes across South Pacific frontal boundaries | |
| Lipus et al. | Microbial communities in Bakken region produced water | |
| Angermeyer et al. | Decoupled distance–decay patterns between dsr A and 16 S r RNA genes among salt marsh sulfate‐reducing bacteria | |
| Hariharan et al. | Functional predictions of microbial communities in soil as affected by long‐term tillage practices | |
| Ceciliason et al. | Microbial neoformation of volatiles: implications for the estimation of post-mortem interval in decomposed human remains in an indoor setting | |
| JP5068277B2 (en) | Purification simulation method for bioremediation | |
| Cho et al. | Linking bacterial diversity and geochemistry of uranium-contaminated groundwater | |
| Wu et al. | Terminal restriction fragment length polymorphism analysis of soil bacterial communities under different vegetation types in subtropical area | |
| Chen et al. | Precipitation increases the abundance of fungal plant pathogens in Eucalyptus phyllosphere | |
| Grieves et al. | Preen gland microbiota of songbirds differ across populations but not sexes | |
| Vasseur et al. | A seasonal alternation of coherent and compensatory dynamics occurs in phytoplankton | |
| Purcell et al. | Quantitative stable isotope probing with H218O to measure taxon‐specific microbial growth |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20101217 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20101217 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20111014 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120305 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120410 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120607 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120626 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120706 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120724 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120814 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150824 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5068277 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |