2019 Fiscal Year Annual Research Report
嫌気性微生物を用いた創エネルギー・低炭素型下水処理システムの開発
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19H01160
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
李 玉友 東北大学, 工学研究科, 教授 (30201106)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北條 俊昌 東北工業大学, 工学部, 准教授 (10708598)
安井 英斉 北九州市立大学, 国際環境工学部, 教授 (70515329)
増田 周平 秋田工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (70552157)
矢口 淳一 八戸工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (80342450)
久保田 健吾 東北大学, 工学研究科, 准教授 (80455807)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 下水処理システム / 嫌気性膜分離法 / メタン発酵 / バイオガス / アナッモクス法 / 窒素除去 / MBR / 省エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現状の下水処理システムは好気性活性汚泥法を使っているため、曝気のために多くの電力エネルギーを消費するだけでなく、汚泥生成量が多い、窒素除去ができないなどの問題があり、低炭素への対応が必要となっている。本研究は下水処理における技術革新として嫌気性膜分離法と担体添加型一槽式アナモックス(Anammox)法の融合を工夫し実証することで、水質確保とエネルギー回収の両立を実現できる創エネルギー・低炭素型下水処理システムの確立を目指す。前段の嫌気性膜分離法では嫌気性メタン生成微生物群を分離膜によって高濃度に保持することで、下水中の有機物を効率よくメタンに分解してバイオガスとして回収できるとともに、余剰汚泥の大幅な削減、良好な水質も確保できる。また後段の機能性単体を用いた一槽式アナモックスにより窒素除去も可能な高度処理の機能を実現する。
令和元年度では、宮城県仙塩浄化センターに、ラボスケールの嫌気性MBRと機能性担体添加型一槽式Anammox反応槽について水温条件を変化させた連続実験を行い、次の成果が得られた。
1.コア技術嫌気性MBRの最適化： ラボスケール反応槽の運転により、実下水の処理性能、ガス生成率、膜のろ過効果など嫌気性MBRのパフォーマンスを把握した。具体的にはHRTを12, 8, 6, 4時間に変化させてHRTの影響を把握したとともに、また温度を25, 20℃のように段階的に変化させて温度の影響を明らかにした。その結果、温度20℃の条件ではHRT6時間で良好な処理効果が得られた。また、嫌気性MBRの長期安定運転のフラックス（FLUX）が0.3m/dを確認した。
2．コア技術一槽式Anammox法の最適化：本研究では中空型担体にアナモックス細菌を多く増殖させることに成功し、アナモックス微生物共生系による窒素処理効果を把握したとともに、微生物の群集構造も把握した。
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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
本研究は下水処理における技術革新として嫌気性膜分離法と担体添加型一槽式アナモックス(Anammox)法の融合を工夫し実証することで、水質確保とエネルギー回収の両立を実現できる創エネルギー・低炭素型下水処理システムの確立を目指す。令和元年度では、嫌気性ユニットと一槽式アナモックスユニットに焦点を絞って連続実験を通して、各ユニットの処理性能を把握した。当初計画した目標はおよそ達成できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでおおむね計画通りの成果が得られたので、令和２年度以降は次のように取り組む予定である。
前年度のラボスケールの研究により確立した両コア技術である嫌気性MBRと担体添加型一槽式Anammoxの最適化条件に基づき、基礎データを提示するとともに、パイロット試験のためのプラント設計、試作および実証課題の抽出を行う。前半期ではパイロット装置設計と設置を中心に進め、2020年度の下半期ではパイロットの稼働と菌体培養を開始する。３ヶ月ぐらいでパイロットのスタートアップを完了して季節変動に対する実証試験を始める。一方、ラボスケール実験が半年ぐらい継続し、嫌気性MBRやアンモニア酸化細菌とアナモックス細菌の共生系形成に及ぼす水温の影響を検討する。詳しくは以下の項目に取り組む。
（１）微生物群集構造の解析と制御メカニズムの研究
（２）下水水温による影響の把握
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Research Products
(10 results)
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[Journal Article] Anaerobic membrane bioreactor towards biowaste biorefinery and chemical energy harvest: Recent progress, membrane fouling and future perspectives2019
Author(s)
Guangyin Zhen, Yang Pan, Xueqin Lu, Yu-You Li, Zhongyi Zhang, Chengxin Niu, Gopalakrishnan Kumar, Takuro Kobayashi, Youcai Zhao, Kaiqin Xu
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Journal Title
Renewable and Sustainable Energy Reviews
Volume: 115
Pages: 109392
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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