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腐植物質とは？

自然浄化法リアクターシステム^®に用いるペレットには、腐植物質という有機物が多く含まれて います。腐植物質は土壌や湖沼の堆積物などに多く存在する不定形の有機物で、生涯を終えた動植物や微生物を構成する有機物が、分解や縮合反応などをすることで生成すると考えられています^[5]。腐植物質には金属をキレートする作用、抗酸化活性を持つことなどが、古く から知られていました。

腐植物質は電子伝達物質として機能する

1996年にマサチューセッツ大学のラブリーらのグループは、鉄還元菌として知られる細菌が、 腐植物質を電子受容体に利用して呼吸（エネルギー生産）を行っていることを発見、イギリス の科学雑誌ネイチャーで発表^[6]、その後、同様のメカニズムで棲息する細菌（腐植還元菌、 Humic-reducing microorganisms）が、自然界に多く存在することが分かりました^{[7, 8]}。 自然浄化法リアクターシステム^® の特徴は、この腐植物質を介して微生物が活性化する作用 によって発現すると考えられます。

腐植物質を介して電子の移動が活発化し、酸化還元反応を促進する

腐植還元菌は、無酸素の環境でエネルギー を獲るため、腐植物質に電子を渡します。腐植物質に渡った電子は、直接的に金属 （鉄、マンガンなど）に渡ったり、他の微生物 に渡ったりします。腐植物質が、いわば電子 メディエーターとして機能し、様々な酸化還元 反応が起こると考えられています。 腐植物質を介することで毒性のある物質や 汚染物質が分解されることが知られています^[9]。

なぜ自然浄化法は悪臭を抑制できるのか？

自然浄化法リアクターシステム^®を見学され、最も驚かれるのは悪臭の少なさです。これは、以下のメカニズムで発現すると考えられます。

①嫌気環境では嫌気性菌がエネルギーを得るために発酵を行い、乳酸やエタノール、そして悪臭の原因となる酢酸やプロピオン酸などの 低級脂肪酸が発酵産物として生成します。
②腐植還元菌は発酵産物を電子供与体、腐植物質を電子受容体として嫌気呼吸を行いエネルギーを得ます。
③発酵産物が減少すると硫酸還元菌は、電子供与体がなくなるため硫黄化合物を還元できなくなり、硫化水素の発生が抑えらます。 硫酸イオンの還元よりも、腐植物質の還元が優先するのは、酸化還元電位の違いによるものと考えられます^[10]。

• 引用文献
• [5] 石渡良志, 現世堆積物有機物の地球化学的研究, 地球化学, 2010, 44, 31-41.
• [6] Lovley, D.R.; Coates, J.D.; Blunt-Harris, E.L.; Phillips, E.J.P.; Woodward, J.C. Humic substances as electron acceptors for microbial respiration. Nature 1996, 382, 445-448.
• [7] Coates, J.D.; Cole, K.A.; Chakraborty, R.; O'Connor, S.M.; Achenbach, L.A. Diversity and ubiquity of bacteria capable
• [8] Xi, B.D.; Zhao, X.Y.; He, X.S.; Huang, C.H.; Tan, W.B.; Gao, R.T.; Zhang, H.; Li, D. Successions and diversity of humic reducing microorganisms and their association with physical-chemical parameters during composting. Bioresour. Technol. 2016, 219, 204-211.
• [9] Lipczynska-Kochany, E.. Humic substances, their microbial interactions and effects on biological transformations of organic pollutants in water and soil: a review. Chemosphere 2018, 202, 420-437
• [10] Klüpfel, L.; Piepenbrock, A.; Kappler, A.; Sander, M. Humic substances as fully regenerable electron acceptors in recurrently anoxic environments. Nature Geosci. 2014, 7, 195-200.

自然浄化法　解説動画（理論編）　

自然浄化法に関する理論を解説した動画です。