2019 Fiscal Year Annual Research Report
一槽型MBRによる亜硝酸化ーAnammoxー従属栄養脱窒法の確立と実廃水への適用
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18H01573
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
川越 保徳 熊本大学, くまもと水循環・減災研究教育センター, 教授 (00291211)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
惣田 訓 立命館大学, 理工学部, 教授 (30322176)
濱 武英 熊本大学, くまもと水循環・減災研究教育センター, 准教授 (30512008)
伊藤 紘晃 熊本大学, くまもと水循環・減災研究教育センター, 助教 (80637182)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | アナモックス / 部分亜硝酸化 / MBR / 脱窒 / SNAD |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請研究では，一槽型の膜分離生物反応槽（MBR）による亜硝酸化-Anammox法に，共存有機物を電子供与体とする従属栄養脱窒を付与することで硝酸塩を処理する「一槽型MBRによる亜硝酸化-Anammox-従属栄養脱窒法（SNAD/MBR）」を確立することを目的としている。昨年度は，SNAD/MBRの構築に先立ち反応槽の窒素負荷を上げるべく，流入水中のアンモニウム塩（NH4+）濃度の上昇と水理学的滞留時間（HRT）の短縮を検討したが，攪拌装置の故障などのトラブルに見舞われアナモックス細菌や部分亜硝酸化を担うアンモニア酸化細菌の増加が思うように進まなかった。
そこで本年度は，これまでのMBR（旧MBR）に加えて新規のMBR（新MBR）を用意し，新旧のMBRを同時に並列に運転して実験を進めることとした。これにより，新旧のMBRが順調に運転できれば，条件の異なる実験を同時に行うことができる。また，新規のMBRではpHや温度，溶存酸素（DO）濃度などの運転条件の設定をより正確かつ容易に行えるものを準備して実験を行った。結果，今年度は，旧MBRでのトラブルもなく，窒素負荷速度（NLR）を0.5 kg/m3・dに設定して，窒素除去率（NRE）を80%以上で概ね安定して運転することが確認できたため，有機物の添加による窒素除去能，およびMBR内の細菌叢への影響を調べた。現時点では，グルコースを有機物のモデル物質として添加して実験を行っており，現時点では，培地（流入水）中のグルコース濃度 300 mg/Lまでは窒素除去能の大きな低下は見られないこと，一方で，MBRの全細菌に対するAnammox細菌の割合の若干の低下傾向が認められている。また，新MBRについては，リアクタの立ち上げに着手し，現在，MBR槽内バイオマスの増殖と窒素除去能の上昇，安定化を図っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
上述のように，昨年度は研究室で維持しているMBRの窒素負荷を上げるべく流入水中のアンモニウム塩（NH4+）濃度の上昇とHRT（水理学的滞留時間）の短縮を検討し，たが，トラブルに見舞われたため，NLRを十分に上げられなかったことから，本年度はこれまでのMBR（旧MBR）に加えて，MBR内の溶存酸素濃度（DO），温度，pHを槽内で局所的な偏りが生じないような新しいMBR（新MBR）を設計，作成し，旧MBRと同時並行で運転，実験を行った。
旧MBRについては，培地中NH4+濃度を16 mM，水理学的滞留時間（HRT）を16時間，窒素負荷速度（NLR）0.32 kg/m3・dで運転を開始し，その後段階的にNH4+濃度を上げるとともにHRTを下げ，NLRを0.52 kg/m3・dにて窒素除去率が80%以上で安定したことを確認した後グルコースの添加を開始し，有機物の存在による窒素除去能およびMBR内の細菌叢に与える影響を調べた。現在までのところ，培地中グルコース濃度 300 mg/Lでは，窒素除去能の大きな低下は認められていないものの，処理水中のNH4+濃度の若干の上昇傾向が認められている。また，次世代シーケンサーによる細菌叢解析の結果，グルコースの添加によってMBR内の全細菌に対するAnammox細菌の割合に若干の減少傾向が示唆されるような結果が得られている。新MBRについては，リアクタを立ち上げ，現在，MBR槽内バイオマスの増殖と窒素除去能の上昇，安定化を図っているところである。
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| Strategy for Future Research Activity |
旧MBRでは，引き続き添加グルコース濃度と窒素除去能および細菌叢への影響を明らかにするとともに，MBRの窒素除去能への部分亜硝酸化-Anammox反応と従属栄養細菌等による脱窒の寄与（貢献）に関する知見を得て，動力学的解析を進めたい。また，グルコース以外の有機物，特に有機酸（低級脂肪酸）やアルコールなど，他の有機化合物添加による影響を明らかにする予定である。また，現在のところ，窒素除去速度（NRR）は0.5 kg/m3・dであることから，有機物添加状況にて1.0 kg/m3・dレベルでのNRRを達成し，実排水（下水，或いは嫌気性硝化汚泥脱離液など）への適用を検討する。
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