Japan-U.S. joint development of online water quality management method to realize highly reliable potable water reuse

Research Project

Project/Area Number	22KK0061
Research Category	Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 22:Civil engineering and related fields
Research Institution	Nagasaki University
Principal Investigator	藤岡貴浩長崎大学, 工学研究科, 教授 (20759691)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	児玉谷仁鹿児島大学, 理工学域理学系, 准教授 (30434468) 竹内悠京都大学, 工学研究科, 助教 (70835272)
Project Period (FY)	2022-10-07 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥20,150,000 (Direct Cost: ¥15,500,000、Indirect Cost: ¥4,650,000) Fiscal Year 2024: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000) Fiscal Year 2023: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000) Fiscal Year 2022: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
Keywords	オンライン計測 / 再生水 / 飲用再利用 / 膜分離 / 消毒副生成物
Outline of Research at the Start	本研究では、下水処理水を水道用水に再利用する飲用再利用の安全性を現状よりも大幅に高めるため、下水処理中の発がん性を有する消毒副生成物（ニトロソジメチルアミン、臭素酸）を常時モニタリングし、検出濃度に応じて水再生システムを制御する次世代型の水質管理手法を構築する。本国際研究成果を通して、国内外の水道における水質管理のパラダイムシフト（手分析検査⇒オンライン監視）への寄与が期待される。
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は、水再生システム内の消毒副生成物（ニトロソジメチルアミンと臭素酸）のオンライン監視を実現し、検出濃度に応じて水再生システムを制御する次世代型の水質管理手法を構築することである。臭素酸に係る2023年度の成果としては、オンライン臭素酸計とその付帯設備であるナノろ過膜ベースの前処理装置をテキサス州のサンマーカス下水処理場に設置し、三次処理後の下水にオゾン処理を行った下水処理水中の臭素酸イオン濃度を連続的にモニタリングしたことである。オゾン注入率を大幅に変更して臭素酸の生成量を変更した結果、オンライン分析装置と手分析の濃度の上下変動は追従することが分かり、オンライン臭素酸系の有用性を明らかにした。加えて、NDMAに係る2023年度の成果としては、米国にNDMA装置を設置してトレーニングを続けたこと、より長時間運転が可能になるようにセミミクロカラム(内径2.1mm)の分析カラムを採用し、それに合わせて流路等の最適化を行い、これまでと比べ必要となる溶離液流量を1/5にしたことである。この結果、5倍の連続運転が可能となった。一方で、試料注入量を1/10にする必要があり、感度測定感度を上昇させるため、光化学反応器や化学発光検出反応の最適化を進めている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason テキサス州立大学およびサンマーカス下水処理場にNDMA分析装置および臭素酸計を設置することができ、実際に下水処理水を用いた連続監視試験が実施できたため。
Strategy for Future Research Activity	オゾン処理工程前後のNDMA濃度の変動性をオンライン計測で追跡すると共に、流入原水中の前駆体物質の評価を行うことで、消毒副生成物の濃度変動性の原因を明らかにする。