畜産系排水の高度処理をめざしたメンブレンエアレーション型浄化システムの開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12555219
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 常田 聡 早稲田大学, 理工学部, 助教授 (30281645)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 久保田 昇 旭化成ケミカルズ(株), 機能膜技術開発部, 主任研究員 ; 平田 彰 早稲田大学, 理工学部, 教授 (00063610)
• Keywords: 畜産排水 / 排水処理 / 生物膜 / 硝化細菌 / 脱窒細菌 / 生物学的窒素除去 / 中空糸膜 / メンブレンエアレーション

Research Abstract

微生物機能を利用して排水中からアンモニアを除去する場合,好気槽での硝化反応とつづく嫌気槽での脱窒反応が必要である。われわれは,メンブレンエアレーション型バイオフィルムリアクタ(MABR)を用いて単一槽でのアンモニア除去プロセスの開発を行っている。中空糸膜表面に細菌層(生物膜)を付着させることにより,硝化細菌にダイレクトに酸素を供給でき,酸素利用効率100%を達成できる。また,生物膜内の局所酸素濃度を制御でき,硝化細菌と脱窒細菌の棲み分けによって逐次的に反応を起こすことが可能となる。本年度はMABRを用いて高濃度に窒素成分を含む畜産系排水からの有機物・窒素同時除去試験を行った。まず,放射線グラフト重合法にて表面修飾を行ったポリエチレン製精密ろ過用中空糸膜を供試素材としてリアクタ体積0.2Lのカラム型MABRを作成した。そこへ全有機炭素濃度(TOC)4500g/m3,全窒素濃度(T-N)4000g/m3の排水を水理学的滞留時間15日で半回分的に供給した。このときの供給空気圧は20kPa,線流速は5cm/sに設定した。約1年間にわたる長期運転を行った結果,有機物については,平均除去率96%,除去速度0.29kg-C/m3/dayを達成した。窒素については,平均除去率83%,除去速度0.22kg-N/m3/dayを達成した。中空糸膜表面積当たりの窒素除去速度は4.48kg-N/m2/dayに達していたことから,生物膜内にて硝化・脱窒反応が逐次的に起こり,窒素除去が高効率に行われていることを確認した。また,反応場である生物膜内の解析を微小電極およびFluorescence in situ hybridization (FISH)法を用いて行い,窒素除去経路の考察を行った結果,主に亜硝酸を経由する硝化・脱窒反応が起きていることが示された。

Research Products

• [Publications] A.Terada, K.Hibiya, J.Nagai, S.Tsuneda, A.Hirata: "Nitrogen Removal Characteristics and Biofilm Analysis of a Membrane-Aerated Biofilm Reactor"Journal of Bioscience and Bioengineering. 95(2). 170-178 (2003)
• [Publications] A.Terada, T.Yamamoto, K.Hibiya, S.Tsuneda, A.Hirata: "Enhancement of Biofilm Formation onto Hollow-Fiber Membranes and Its Application to Membrane-Aerated Biofilm Reactor"Proceeding of IWA Specialist Conference on Biofilm Systems. 73-78 (2003)
• [Publications] 寺田昭彦, 日比谷和明, 常田聡, 平田彰: "中空糸メンブレンを用いた新しい水処理技術"水処理技術. 44(4). 153-164 (2003)