Development of Effective Removal Technologies for Microplastics and Nanoplastics in Water Systems

• Project/Area Number: 22KF0203
• Project/Area Number (Other): 22F22735 (2022)
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Multi-year Fund (2023); Single-year Grants (2022)
• Section: 外国
• Review Section: Basic Section 22060:Environmental systems for civil engineering-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 田中 周平 京都大学, 地球環境学堂, 准教授 (00378811)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): OLUWOYE IBUKUN 京都大学, 地球環境学堂, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2023-03-08 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000); Fiscal Year 2024: ¥200,000 (Direct Cost: ¥200,000); Fiscal Year 2023: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2022: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: マイクロプラスチック / ナノプラスチック / セラミック膜ろ過 / 布ろ過 / 熱分解GC-MS

Outline of Research at the Start

本研究では水系におけるマイクロプラスチック、ナノプラスチックの効率的除去技術を開発することを主目的とする。具体的には、下水二次処理水中の300 umよりも小さなマイクロプラスチックおよびナノプラスチックを対象とし、セラミック膜ろ過や布ろ過の技術開発を行う。300 umから10 umの粒子についてはLDIRにより粒径の計測および成分の同定を行う。10um未満の粒子については熱分解GC-MSを改良し、有効な前処理方法を組み合わせることで分析を試みる。セラミック膜ろ過や布ろ過における除去率を従来の3次処理での除去率と比較し、設置容積や費用対効果について考察を行う。

Outline of Annual Research Achievements

2022年度は、水中の微細なマイクロプラスチックを除去するラボスケールのシステムを開発した。本システムは、重力による布ろ過を使用しており、高い流量で高い除去効率を得ることができた。具体的な作業としては、膜処理の前後でマイクロプラスチック粒子の特性評価と定量化を行った。また、このラボスケールでの重力駆動膜ろ過システムを下水処理場の最終沈殿池流出水を対象に実施した。その結果、本システムが比較的高い効率で微細なサイズのマイクロプラスチックを安価に除去できることが実証された。この結果は、排水処理施設や道路排水施設などの大規模な点源に存在する微細なマイクロプラスチックを、安価かつ持続的に除去するために高効率の布膜ろ過システムをアップスケールさせるのに役立つものである。本結果を中心に論文化を進めており、2023年5月中旬の科学雑誌への投稿を目指し、現在準備中である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

現在、最初の論文を関連雑誌（Journal of Water Process Engineeringなど）に投稿するための準備を進めている。さらに、大規模で大容量の廃水処理プラントで、膜ろ過システムの性能を調査するためのパイロットスタディを実施するために準備をすすめている。また、小型のマイクロ・ナノプラスチックを除去するための機能性セラミック膜を研究するために、別のシステムを現在組み立てており、当初の計画通り順調に進展していると判断できる。

Strategy for Future Research Activity

布膜ろ過によるマイクロプラスチック除去実験を、実下水処理場内に設置したパイロットスケールの実験施設において実施し、その除去特性を研究する。これにより、大規模な下水処理場におけるリアルタイムでの性能の特徴を把握することが可能となる。その結果を論文として投稿する（論文投稿予定、2023年9月）予定である。また、新たにエアロゲルベースの膜の調製と特性評価を行う。これはラボスケールで実施する予定だが、パイロットスケールでテストする可能性もある（論文投稿予定、2024年3月）。さらに、セラミック膜ろ過システムを用いた試験も上記の計画と並行して実施する予定である。