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Elucidation of the mechanism of sudden generation of nitrous oxide based on evaluation of production potential

Research Project

Project/Area Number 21H03637
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 64020:Environmental load reduction and remediation-related
Research InstitutionAkita National College of Technology

Principal Investigator

Masuda Shuhei  秋田工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (70552157)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 北條 俊昌  東北工業大学, 工学部, 准教授 (10708598)
寺田 昭彦  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30434327)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Keywords温室効果ガス / 下水処理 / 亜酸化窒素 / 活性試験 / 現地調査 / カーボンニュートラル / 季節調整法 / 時系列解析 / 低炭素化 / 活性汚泥 / 下水処理場 / 機能遺伝子 / モデル解析
Outline of Research at the Start

水処理プロセスにおいて,強力な温室効果を有する亜酸化窒素(N2O)の排出量削減は,温室効果ガス(GHGs)の削減にあたり極めて重要である。N2Oの重要な発生特性として,その濃度が短時間で数十倍程度まで急上昇する現象(突発的発生)が認められるが,その機構は明らかにされていない。そこで本研究では,N2Oの突発的発生機構を,生成経路,分子生物学的特性,環境条件および運転条件の点から明らかにする。本研究は,N2O生成量を汎用的に評価する工学的プラットフォームの構築,IPCCのGHGs算定ガイドラインの高度化,および水処理プロセスにおける温室効果ガスの排出抑制に大きく貢献することが期待される。

Outline of Final Research Achievements

In this study, we investigated methods for evaluating the N2O generation potential and also investigated methods for suppressing N2O generation in actual sewage treatment plant with the aim of elucidating the N2O generation mechanism. The results revealed that the dominant factors for the sudden generation of N2O were the distribution of dissolved oxygen in the reactor and the supply of organic matter from the inflow sewage. Furthermore, by applying trend analysis to continuous data, we showed that there are medium-term fluctuations in N2O trends on a scale of several weeks, and that these fluctuations depend on changes in precipitation and inflow pattern. It was also revealed that there is a positive correlation between the N2O production potential and the amount of N2O generated in an actual sewage treatment plant.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

亜酸化窒素(N2O)は、強力な温室効果ガスであり、水処理プロセスからの削減が求められている。特に、プロセス中に突如として濃度が急上昇する現象-突発的発生-は、N2Oの生成機構の解明と削減手法の開発のために重要な現象である。本研究では,N2Oの生成機構を明らかにするとともに、実下水処理場においては降水量や流入量の変化に応じた曝気運転の順応的管理を行うことで、N2Oの発生抑制が可能になることが明らかにした。特に,本研究では実処理場におけるN2O発生量を運転方法の創意工夫により削減することに成功しており,その成果は他の処理場にも応用が可能であると考えられ,その社会的意義は大きいと考えられる。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2024 2022 2021

All Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results)

  • [Presentation] 下水処理場の N2O 連続データに対する季節調整法の適用2024

    • Author(s)
      大友 渉平, 葛西 誠, 柴田 悟, 高階 史章, 宮田 直幸, 増田 周平
    • Organizer
      第 58 回日本水環境学会年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 標準活性汚泥法における N2O 生成ポテンシャルと実生成量との関係2024

    • Author(s)
      原田光彩, 大友渉平, 高階史章, 増田周平
    • Organizer
      第15回 廃棄物資源循環学会東北支部 & 第11回 日本水環境学会東北支部 合同研究発表会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 無終端水路反応槽におけるN2O 抑制運転の LCCO2削減効果2024

    • Author(s)
      関桃花, 大友渉平, 柴田悟, 高階史章, 増田周平
    • Organizer
      第15回 廃棄物資源循環学会東北支部 & 第11回 日本水環境学会東北支部 合同研究発表会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 硝化抑制運転型の標準活性汚泥法における亜酸化窒素の長期連続データ解析2024

    • Author(s)
      柴田翔太, 大友渉平, 高階史章, 増田周平
    • Organizer
      第15回 廃棄物資源循環学会東北支部 & 第11回 日本水環境学会東北支部 合同研究発表会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 無終端水路反応槽を有する下水処理場における亜酸化窒素排出抑制運転の実証試験2022

    • Author(s)
      大友 渉平, 柴田 悟, 田村 英輔, 伊東 賢洋, 李 玉友, 高階, 史章, 岡野 邦宏, 宮田 直幸, 増田, 周平
    • Organizer
      第57回日本水環境学会年会 2023年3月15日
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 標準活性汚泥法における亜酸化窒素の発生抑制のための基本的考え方2022

    • Author(s)
      増田 周平
    • Organizer
      第57回日本水環境学会年会 2023年3月15日
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 下水処理場の生物反応槽における亜酸化窒素生成ポテンシャルの空間分布2022

    • Author(s)
      瀬下景, 大友渉平, 金主鉉, 増田周平
    • Organizer
      第14回 廃棄物資源循環学会東北支部 & 第10回 日本水環境学会東北支部 合同研究発表会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 秋田県における下水道関連研究事例~温室効果ガス削減と資源循環~2022

    • Author(s)
      増田周平
    • Organizer
      土木学会環境工学委員会 下水道の持続可能性向上に寄与する先端融合技術に関する調査小委員会 令和4年度「第一回研究交流会議」 招待講演
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 下水処理水に含まれる溶存態温室効果ガスの排出係数に関する考察2022

    • Author(s)
      増田周平, 蛯江美孝, 小野寺崇, 寺田昭彦, 山崎宏史
    • Organizer
      第56回日本水環境学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 水処理プロセスにおける亜酸化窒素濃度の時間変動ー連続モニタリングの比較ー2021

    • Author(s)
      増田周平, 北條俊昌, 大友渉平, 李玉友, 山崎宏史
    • Organizer
      第58回下水道研究発表会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Impact of Influent Load on Dissolved Nitrous Oxide Production in Actual Sewage Treatment Plant2021

    • Author(s)
      Shuhei MASUDA, Makku KUSANAGI, Shohei OTOMO, Kazuya NISHITOBA, Juhyun Kim, Naoyuki MIYATA
    • Organizer
      5th IWA Specialized International Conference ' Ecotechnologies for Wastewater Treatment 2021'
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Contribution to Nitrous Oxide Production in Sewage Treatment Plant: Potential versus Temporary Conditions2021

    • Author(s)
      Makku KUSANAGI, Shuhei MASUDA, Shohei OTOMO, Kazuya NISHITOBA, Juhyun Kim, Naoyuki MIYATA
    • Organizer
      5th IWA Specialized International Conference ' Ecotechnologies for Wastewater Treatment 2021'
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 排水処理プロセスに由来する微量温室効果ガスに関する研究2021

    • Author(s)
      増田周平
    • Organizer
      第51 回ケミカルエンジニアリング交流会 2021年12月10日
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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