Development of constructed wetlands decarbonizing advanced treatment of sewage and its verification using a pilot-scale system
| Project/Area Number |
23K25058
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| Project/Area Number (Other) |
22H03804 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 64050:Sound material-cycle social systems-related
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
中野 和典 日本大学, 工学部, 教授 (30292519)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
和木 美代子 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 畜産研究部門, 上級研究員 (10355092)
志村 もと子 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 西日本農業研究センター, 上級研究員 (70502920)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
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| Keywords | 人工湿地 / 脱炭素化 / アナモックス細菌 / ライフサイクルアセスメント / 干満流人工湿地 / アナモックス菌 / 下水処理 / 農業集落排水 / 機能性微生物 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、下水処理場に設置したパイロットスケールの人工湿地に機能性ろ材や機能性微生物を活用した最先端技術を適用し、実規模で達成可能な下水処理原単位やカーボンフットプリントを定量化する。その成果により、更新時期を迎えつつある全国5,100ヵ所の農業集落排水施設に人工湿地を導入した場合に達成可能な脱炭素効果と必要面積の試算が可能となるだけでなく、資源循環の改善、下水処理の高度化、汚泥処理の簡易化、維持管理費用の低減化への新たな道筋が切り開かれるため、農業集落排水施設の持続可能な開発目標（SDGs）に貢献することができる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
まず人工湿地への最新技術の導入効果を検証するため、パイロットスケールの人工湿地のろ床を干満流と部分飽和を適用した多層化ろ床へと改変するとともに、機能性ろ材であるゼオライトにろ材を改変する工事を実施した。初年度であるR4年度は、アナモックス細菌などの機能性微生物の外部からの接種以前の下水処理性能や各種特性、下水処理におけるカーボンフットプリントを評価することを目的とした調査研究を実施し、以下の成果を得た。
研究課題(1)干満流の適用とその頻度が下水処理性能に及ぼす効果の検証：パイロットスケールでの干満流適用頻度を6hインターバルとして下水の試験処理を実施した結果より、干満流適用頻度6ｈでは好気処理性能は限界に至らないことが明らかとなった。
研究課題(2)機能性微生物接種以前の人工湿地ろ床の微生物群集の把握：アナモックス細菌を外部から接種しない条件下で、干満流を適用したろ床内の微生物群集を調査したところ、パイロットスケールの人工湿地のB区およびC区の2段および３段目のろ床のすべてより、真正細菌、アンモニア酸化細菌、亜硝酸酸化細菌のDNAが検出されたのに対し、アナモックス菌のDNAは、B区の2段目以外で検出された。しかしアナモックス菌の濃度はいずれも低く、真正細菌の0.1 % 以下であることが明らかとなった。
研究課題(7)人工湿地による下水処理でのカーボンフットプリントの検証：パイロットスケールの人工湿地による下水処理におけるカーボンフットプリントを究明して、水処理と汚泥処理における脱炭素効果を定量化する準備として、ライフサイクルアセスメントの解析対象とする仮想的な人工湿地（標準型人工湿地と定義）のスペックを決定した。次いで解析に必要なインベントリデータとして、建設過程のデータの収集を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画に沿ってパイロットスケールの人工湿地のろ床を干満流と部分飽和を適用した多層化ろ床へと改変するとともに、機能性ろ材であるゼオライトにろ材を改変する工事を実施し、ほぼ計画通りに2022年9月より、干満流と部分飽和を適用した条件での下水の試験処理を開始しており、順調である。研究課題(1)の成果として、干満流適用頻度6ｈでは好気処理性能は限界に至らないことが明らかとなり、引き続きこの条件での下水の試験処理を継続し、下水処理原単位を確定する。研究課題(2)の成果として、アナモックス細菌を外部から接種しない条件下においてもアナモックス菌のDNAは検出されるが、その濃度は僅かであり、真正細菌の0.1 % 以下であることを明らかにすることができた。研究課題(7)の成果として、人工湿地による下水処理におけるカーボンフットプリントを究明する方策として、仮想的な人工湿地（標準型人工湿地と定義）を設定することを決定した。さらに解析に必要なインベントリデータとして、建設過程のデータを得た。以上の調査研究の進捗により、おおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
ここまで計画どおりに進展していることから、特に計画の変更は行わず、当初計画に沿って調査研究を進める。研究課題(1)及び（2）については、中長期的な状況を検証するため、引き続き、機能性微生物添加以前の下水浄化性能と機能性微生物の存在の有無を検証する。研究課題(3)機能性細菌接種以後の人工湿地ろ床の微生物群集の把握については、令和5年度後半にアナモックス細菌を外部から接種し、生残特性を検証する。研究課題(4)機能性細菌の生残特性に及ぼす影響の検証については、ろ材が異なる区画での差異を検証し、機能性微生物の定着に及ぼす影響を確認する。研究課題(5)機能性細菌の接種が下水処理性能に及ぼす効果の検証については、機能性微生物接種以後の下水浄化性能をモニタリングし、接種以前の下水浄化性能との差異より、その効果を検証する。研究課題(6)人工湿地による下水処理における生成汚泥量の定量については、人工湿地ろ床表層における下水汚泥の分解速度を定量する実験を実施し、人工湿地における汚泥減容化率や汚泥蓄積速度を明らかにする。研究課題(7)人工湿地による下水処理でのカーボンフットプリントの検証については、設定した仮想人工湿地（標準型人工湿地と定義）をモデルとしてカーボンフットプリントの算定を試みることを計画している。
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Report
(1 results)
Research Products
(7 results)
