Potassium recovery from wastewater using halophilic archaea

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K12240
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 高橋 正宏 北海道大学, 工学研究院, 特任教授 (80355932)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: カリウム回収 / 好塩古細菌 / ゼオライト / 溶解結晶法

Outline of Annual Research Achievements

好塩古細菌を用いた排水中からのカリウム回収は、ゼオライトによる排水中のカリウム濃縮と塩化ナトリウム溶液による高濃度カリウム溶液の回収、下水汚泥等安価な有機物源を用い高濃度カリウム溶液からの好塩古細菌による生物濃縮、好塩古細菌の菌体焼却灰からの塩化カリウム結晶の回収という3つのプロセスからなる。
ゼオライトによるカリウム濃縮では、実下水処理水を用いたパイロットプラント実験を行い、空搭速度184m/日で、通水したカリウムの40～55％を回収した。12回の連続運転によりカリウム回収率は初回の回収率に比べ72％に低下したが、ゼオライトのカリウム吸着能力は保持されていた。
ゼオライトからのカリウム抽出液を想定した2.7MのNaCl溶液に活性汚泥を浸漬させ、汚泥中の有機物を抽出した。抽出された有機物で好塩古細菌は増殖可能であることを確認し、溶液中カリウムの菌体濃縮率（菌体中のカリウム量/培養液中のカリウム量％）は最大20％であった。（溶液中カリウム800mg/L、38℃でケモスタット連続培養した場合）なお、今回用いた好塩古細菌は、カリウム濃縮能や有機物利用可能範囲が広い菌株であるが、Mgを要求する。海水中には40ｍM程度のMgが含まれており、海水を2.7MNaClに調整することで、安価な培養液を作成することができた。
下水は塩濃度が低いため好塩細菌の生存に不適であるが、芽胞のような耐性のある形で存在することが可能であり、活性汚泥由来の基質を用いると他の好塩細菌のコンタミが確認され、カリウム回収の障害となった。好塩古細菌を優占化し、効率的なカリウム回収を行うためには、好塩古細菌の純菌を別途培養し、連続的にリアクターに投入する手法が有効であった。
菌体焼却灰には、FeやMgが多く含まれるが、いずれも水に溶解せず溶解成分はK+とNa+が中心であった。溶解結晶法でKClを選択的に結晶化できた。