2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of one-stage nitrogen removal and phosphorus recovery process
| Project/Area Number |
20J21404
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
XUE YI 東北大学, 環境科学研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
|
| Keywords | anammox / biomineralization / phosphorus recovery / granulation / HAP |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
カーボンニュートラルを実現するために、低炭素・脱窒素における新技術の開発やその工学的応用は下水処理分野の研究トレンドとなっている。嫌気性アンモニア酸化は、無酸素条件下において、アンモニア性窒素を電子供与体とし、亜硝酸性窒素を電子受容体として用いることにより、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を同時除去し窒素を生成する工法である。従来の硝化脱窒素法に比べて、嫌気性アンモニア酸化という新しい工法は曝気コストの削減、汚泥産出量の減少や有機炭素源の需要低下に有効的のため、今後の下水処理における生物学的な窒素除去の重要な方向性となっている。これまでに14編のSCI論文を発表しており、そのうち筆頭著者としてWater Research (IF=11.236) に2論文、Bioresource Technology (IF=9.642) に1論文、およびその他の環境分野の権威あるジャーナルに発表された。Google Scholarでの引用数は合計282であり、単一の引用数が最も多いのは97回である。中国のジャーナルに2本の論文を掲載した。現在、まだ3本の記事が進行中である。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
リン回収メカニズムに関する研究
リン回収におけるバイオミネラリゼーションの役割と機構を理解するためであった。対照実験を通じて、（1）結晶種としてのHAPコアへの化学的結晶化。 (2) Ca2+と結合した細胞外ポリマーによる制御されたバイオミネラリゼーション。 (3) 嫌気性アンモニアの酸化反応により発生するアルカリ性によるpHの上昇。しかしながら、HAPの微細構造の成長プロセスと造粒サイクルのメカニズムはまだ検討されていなかった。
粒子リサイクルメカニズムに関する研究
商業規模での適用のプロセスを実現するために、持続可能な粒状スラッジの倍増理論が探求された。小さなサイズの粒子の成長に伴い、anammoxイオフィルムやHAP核が同時に膨張し、大きな粒子の形成につながることが検討された。大きな粒子は、2つのステップを経て、新しい小さな粒子を再生した。第一段階は、親核から胚性HAP結晶を不均質成長により分離することであり、第二段階は、生分解とせん断力によってバイオフィルムを分離することであった。大きな粒子を生成し続けた。
スラッジの浮遊メカニズムに関する研究
このプロセスのリン濃度が5mg/ L未満に低下すると、スラッジの浮遊が発生した。浮遊のメカニズムは、粒子内に放出不可能な気泡に包まれた粘性の細胞外ポリマーを高濃度に含有するためであった。本論文では、安定した操作を行うために、リン酸塩を適切に供給する制御方法を提案した。以上によって、今年度の進捗状況は当初の実験計画に比べて予想より早く、多くの成果が得られた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
人工知能の廃水処理への応用
新型コロナが流行っている間に、新しい生活パターン、新しい研究アイデア、新しい研究コンセプトが絶えず生まれた。将来を見据えたオンライン管理、オンライン制御、ビッグデータ分析、機械学習など。これらは、廃水処理における人工知能やインテリジェントシステムの応用をさらに拡大するものである。オンラインデータ監視により、データはディープラーニングシステムに送信され、機械は自ら学習、分析し、実用的な問題を解決していく。
|
