Developent of a MFC driven anammox MEC system for self-sustaining wastewater treatment

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H00776
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 22:Civil engineering and related fields
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Okabe Satoshi 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10253816)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 北島 正章 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (30777967) ; 佐藤 久 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80326636) ; 押木 守 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (90540865)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 嫌気性アンモニア酸化(Anammox)プロセス / 部分硝化 / バイオ燃料電池 / 生物電解セル / 電位制御 / 省エネ型高効率窒素除去プロセス

Outline of Final Research Achievements

The key to the anaerobic ammonia oxidation (Anammox) process is the stabilization and efficiency of the partial nitrification (oxidation of NH4+ to NO2-) process in the first stage. In this study, a microbial fuel cell (MFC), which is responsible for BOD removal, is installed in the first stage, and the voltage generated by the MFC is used to control the anode electrode potential of a microbial electrolysis cell (MEC), so that ammonia oxidizing bacteria (AOB) can oxidize NH4+ to NO2- with the anode electrode as an electron acceptor and anammox bacteria converst the produced NO2- and remaining NH4+ to nitrogen gas (N2) using the anode electrode as an electron acceptor. A novel partial nitrification (PN)-Anammox bioelectrolysis cell (MEC) system was developed using MFC as an auxiliary power source.

Free Research Field

環境工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

低炭素循環型社会構築のためには、汚泥発生量及び曝気量の削減を図り、下水処理システムのさらなる高効率化・省エネルギー化が求められている。本部分硝化(PN)-Anammox 生物電解セル(MEC)システムは、酸素曝気及び外部からの電子供与体の供給を必要としないため、従来の硝化-脱窒プロセスと比べて、曝気動力の削減（最大62%）、外部炭素源の添加が不要、余剰汚泥発生量の削減（最大70％）、地球温暖化ガス（N2OおよびNO）発生量の削減が大幅に可能であり、環境にやさしい新規省エネ型高効率窒素除去プロセスとして期待できる。