2015 Fiscal Year Annual Research Report
多層型人工湿地－微生物燃料電池の確立とその水質浄化同時発電特性および機構の解明
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15H04069
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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) |
相澤 朋子 日本大学, 生物資源科学部, 助教 (60398849)
渡部 仁貴 日本大学, 工学部, 教授 (80713338)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 人工湿地 / 微生物燃料電池 / 微生物群集構造 / 排水処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
両端を大気に開放した有孔管をろ床内に敷き詰めた層からなる有孔管層と4層のガラス造粒砂層を組み合わせて作製した人工湿地実験装置に高濃度のアンモニア態窒素を含むメタン発酵消化液を流入させる浄化試験を行った結果、好気的な硝化反応が促進されることを確認することができた。これにより、地下に好気的環境を創出するための普遍的な手法として本手法が十分に有効であることが明らかとなった。この成果を土台として、現在、有孔管層と異なるろ材粒径または異なる有孔管からの距離の組み合わせによる好気的環境と嫌気的環境のバランスの調整を行っている最中である。一方、電気産生微生物の優占性を高めるろ材の選定を行うために、本年度は様々なろ材（鉄鋼スラグ、玄武岩、ゼオライト、川砂、炭、リサイクルガラス）を用いた人工湿地－微生物燃料電池を試作し、発電が安定化した時点より、その廃水中の微生物群集構造の解析を開始した。現在DGGE法を中心に微生物群集を構成する細菌の同定を行っているところである。さらに、玄武岩をろ材とした人工湿地－微生物燃料電池の発電特性として、電極間距離と開回路電圧、インピーダンス、発電特性の関係について検討したところ、電極間距離と出力の関係は通常の燃料電池と同様であるが、開回路電圧の振舞いは電極間距離だけではなく、人工湿地－微生物燃料電池特有の微生物の酸化還元電位の関与が予測される結果が得られた。現在、その詳細な解析を進めている。
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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
研究課題１（地下に好気的環境を創出するための普遍的な手法の確立）に関してはほぼ計画通りに進捗しており、本研究テーマの土台となる任意の地下深さに好気ゾーンを創出する手法を確立することに成功している。研究課題2（ろ材粒径と有孔管からの距離による好気・嫌気的環境創出特性の解明）については、実験装置の製作に手間取ったことによる計画遂行の遅れが生じている状態である。研究課題3（電気産生細菌の選択性に基づく人工湿地－微生物燃料電池に適したろ材（アノード素材）および有孔管素材（カソード素材）の選定）については、異分野（微生物学分野、電気工学分野）の分担者と手を組み、これまで応用事例がない様々なろ材を用いた人工湿地－微生物燃料電池実験装置を製作し、その発電特性とともに電気生産微生物を含む微生物群集構造の解明をするための作業をほぼ計画どおりに着手することができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
進捗が遅れている研究課題2（ろ材粒径と有孔管からの距離による好気・嫌気的環境創出特性の解明）については、研究課題5（好気-嫌気ハイブリッド多層型人工湿地の水質浄化特性の解明）と組み合わせた実験計画とすることで、スピードアップを図る。研究課題3（電気産生細菌の選択性に基づく人工湿地－微生物燃料電池に適したろ材（アノード素材）および有孔管素材（カソード素材）の選定）、研究課題4（好気的多層型人工湿地の水質浄化特性の解明）、研究課題6（好気-嫌気ハイブリッド多層型人工湿地－微生物燃料電池の発電特性の解明）については、当初の計画どおりに推進する予定である。
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