2021 Fiscal Year Research-status Report

創・省エネ型低温高負荷嫌気性廃水処理プロセスの確立－適用廃水種の拡大を目指して

Research Project

Project/Area Number	20K04763
Research Institution	Kagoshima National College of Technology
Principal Investigator	山田真義鹿児島工業高等専門学校, 都市環境デザイン工学科, 教授 (80469593)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	黒田恭平国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (50783213)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	メタン発酵 / 有機性廃水 / 一槽型CSTR/ABR / UASB-DHSシステム
Outline of Annual Research Achievements	本年度も、Continuously Stirred Tank Reactor（CSTR）とAnaerobic Baffled Reactor（ABR）を組み合わせた有機性廃水処理システムの開発を目的として、中温(37℃)条件下での醤油製造廃水の連続処理実験を行い、処理性能の検討を行った。また、低温（20℃）UASB-常温DHSシステムを用いたでん粉製造廃水の連続処理実験を行い、処理性能の検討を行った。一槽型CSTR/ABRは反応槽液容量が20 L（CSTR部15 L，ABR部5 L）とし、中温(37±2℃)に維持した。槽内の撹拌は機械撹拌方式とした。HRTを3.5日に固定し、供給廃水の濃度を上昇させCOD容積負荷を2kgCOD/m3/日程度まで上昇させCOD除去率80％程度が得られた。その後、HRTを2.3日に短縮し、連続処理実験を実施している。低温UASB-常温DHSシステムはUASB反応器の液容積10Lとし、DHS反応器は44Lの容積に対し、スポンジ充填率が47％になるようにスポンジを充填した。UASB反応器はウォータージャケットにより20℃で管理し、DHS反応器は常温とした。供給廃水の設定COD濃度を5,000mgCOD/Lに上昇させ、OLRを5.04 kgCOD/m3/日の状態で運転を行った。COD除去性能について、供給廃水のCOD濃度が5,282±248mgCOD/Lに対し、UASB反応器処理水のCOD濃度は455±56mgCOD/L、DHS反応器処理水は42±9mgCOD/Lであった。COD除去率についてはUASB反応器における除去率が91±1%，システム全体における除去率が99±1%と全Phaseを通して最も高く、安定した除去を行うことができたCOD容積負荷5kgCOD/m3/日においてシステム全体におけるCOD除去率が99±1%、VFAs除去率が99±1%、SS除去率が90±3%という高い結果を示した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 醤油製造実廃水を対象とした一槽型CSTR/ABRの連続処理実験を行い、連続処理実験データの取得ができている。また、低温UASB-DHS処理システムによるでん粉製造廃水を対象とした連続処理実験を行い、連続処理実験データの取得ができている。でん粉製造廃水を対象とした低温CSTR/ABRによる連続処理実験を開始し、連続処理実験を継続しながら処理の安定性などを調査している。
Strategy for Future Research Activity	昨年度に引き続き提案したUASB-DHSシステムおよび一槽型CSTR・ABR-DHSシステムのスタートアップ時、処理の安定・不安定時、休止時における保持汚泥の16S rRNA/16S rDNA解析を行うことで、保持汚泥中の微生物生態だけでなく、各運転性能が変化した際に生理活性を高く維持している微生物群を特定する。具体的には、連続処理データを基にして、UASB-DHSシステムおよび一槽型CSTR・ABR-DHSシステムの処理性能に変化が現れた際に保持汚泥を採取し、－20℃、－80℃で保存する。保存した汚泥からそれぞれ、RNA、DNAを抽出し、原核生物を対象としたプライマーセットを用いた高速シークエンサーMiSeq (Illumina)による16S rRNA/16S rDNA解析を行う。水質データを照らし合わせ、処理の安定・不安定時などにおいて指標となる微生物群を推定する。メタン生成活性試験により、ガス生成、有機物増減などの物理化学的データを取得する。また、メタン生成活性試験と共に16S rRNA解析を行うことで、メタン生成過程において重要な微生物群を特定する。
Causes of Carryover	令和3年度は新型コロナウィルスの影響で予定していた菌叢解析の一部を実施することができなかった。そのため未使用額は次年度の菌叢解析の物品費に充てることとする。