硝化促進型中空糸バイオリアクターによる排水中のアンモニア除去

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650824
• Research Institution: Kitakyushu National College of Technology
• Principal Investigator: 畑中 千秋 北九州工業高等専門学校, 物質化学工学科, 教授 (80180884)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 後藤 宗治 北九州工業高等専門学校, 物質化学工学科, 講師 (40259966) ; 井手 俊輔 北九州工業高等専門学校, 総合科学科, 教授 (10041550)
• Keywords: 環境安全工学 / 排水処理 / 富栄養化 / アンモニア除去 / 硝化 / 中空糸型バイオリアクター / ポリスルフォン

Research Abstract

中空糸型バイオリアクターの最適化検討を中心に実験を行った結果、硝化リアクターにおいて、硝化速度(r[mg-N/L・h])はアンモニア濃度(C[mg-N/L])に依存し、r=17.8C^<0・56>に近似されるこを明らかにした。硝化バクテリアは同時にBODをも酸化するが排水中のBODが30ppm以上になるとBOD酸化細菌が優勢となり、硝化が著しく抑制されることが明らかとなった。
続いて、硝化速度に及ぼす空気供給量について検討したところ、硝化速度は中空糸内部および外部からの空気供給量に大きく影響されるが、特に内部空気圧に大きく依存しており、中空糸内部からの拡散による酸素の移動によって表面の固定化菌体の増殖が促進されることが明らかとなった。この場合、内部空気圧が1.5atm以上で硝化速度はほぼ飽和に達した。中空糸表面の電顕による観察の結果、固定化菌体はほぼ200〜300μmの薄膜となっていることがわかった。1.5年間に亘る連続運転の結果、アンモニア窒素濃度が20ppmの場合、硝化速度は約120mg-N/L・hの一定値を示し、安定運転が可能であった。中空糸型バイオリアクターでは酸素移動における容量係数(KLa)が大きいことがわかっており、これに加えて中空糸内部と外部との空気の差圧を大きくとることが可能であり、酸素の拡散速度を他のバイオリアクターの10倍以上に高める可能性が示された。更に、菌体薄膜であるため物質移動の抵抗が極めて小さく、これらの相乗効果によって硝化の効率を他のリアクターの50倍以上に高め得ることが示された。
一方、脱窒についての最適化検討の結果、有機炭素源としてメタノール、エタノール、エタノールアミン等が使用可能なことが示された。この場合、脱窒速度(r[mg-N/L・h])の濃度依存性はr=24.8C^<0・47>に近似されることがわかった。

Research Products

• [Publications] Chiaki Hatanaka: "Nitrogen Removal by Hollow Fiber Biofilm Reactor"Proceedings of the 4th Kyushu/Taipei International Chemical Engineering Conference. 114-116
• [Publications] 畑中千秋: "低温プラズマ技術による高分子中空糸表面の改質と微生物の固定化"平成9〜11年度科学研究費補助金成果報告書. 1-14 (2000)
• [Publications] 後藤宗治: "リパーゼ固定化N-ポリイソプロピルアクリルアミドゲルを用いたヒマシ油の加水分解によるリシノール酸の選択的生産"化学工学論文集. 26. 402-405 (2000)
• [Publications] 畑中千秋: "高性能バイオリアクターの開発"バイオインダストリー. 16・9. 40-50 (1999)
• [Publications] 畑中千秋: "中空糸型バイオリアクターによる排水中の窒素除去"北九州工業高等専門学校 研究報告. 34. 109-114 (2001)
• [Publications] 畑中千秋: "中空糸型バイオリアクターによる排水処理プロセスの開発"北九州工業高等専門学校 研究報告. 33. 113-117 (2000)