水素ガス添加脱窒槽内で発生した脱窒と高濃度PHA蓄積現象の要因解明と制御法の確立

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K19990
• Research Institution: University of Yamanashi
• Principal Investigator: 亀井 樹 山梨大学, 大学院総合研究部, 助教 (80792168)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 水素ガス / 脱窒処理 / ポリヒドロキシアルカン酸

Outline of Annual Research Achievements

微生物が作る化合物のポリヒドロキシアルカン酸(PHA)はバイオプラスチック素材や良質なバイオガス基質である。しかし、生産コストに起因する高価な資源価格が利用促進の障壁となっている。本研究は下水処理と同時にPHA生産を達成する技術を開発してこの導入障壁の突破を目指すもので、そのために水素ガス添加脱窒処理装置内で発生した脱窒反応と高濃度PHA蓄積現象についてそのメカニズムを調べる。そして脱窒とPHA蓄積を同時最大化する制御方法や、下水処理への適用可能性を科学的根拠とともに明らかにし、将来的な技術確立に向けた知見や情報の蓄積をめざす。この目的を達成するために、①脱窒とPHA蓄積の関係性と同時最大化の最適条件の探索、②既存処理への適用可能性の検証、③脱窒とPHA蓄積に関連する微生物の特定とPHA蓄積メカニズムの解明、を課題として定め、小型の排水処理装置を用いた模擬排水処理実験の中で実施する。
2020年度は課題①の一部を実施し、脱窒反応に関連する微生物の生育に関する環境条件(水素ガス通気量や通気方法、炭素や窒素濃度など)が、脱窒とPHA蓄積に与える影響を明らかにすることを目指した。その結果、脱窒率と汚泥内PHA含有率に正の相関関係を見出し、脱窒処理の促進によって栄養塩の窒素が枯渇した結果、汚泥内微生物によるPHA蓄積が誘導されていた可能性が示唆された。また、汚泥内にはThauera属やAzoarcus属が常に優占細菌として存在しており、水素ガス利用脱窒反応やPHA蓄積に関与している可能性が見出された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

引き続き研究計画に従い脱窒とPHA蓄積の同時最大化を達成する条件を探索する。リン濃度や水温などの環境因子や、工業的PHA生産方法の制御情報などをヒントに水素ガス添加脱窒処理装置を制御し、脱窒率やPHA蓄積への影響を調べる予定である。

Strategy for Future Research Activity

研究計画に従いPHA蓄積と脱窒反応の同時最大化を達成する条件を探索する。特に今年度明らかにした栄養塩律速条件などを基軸とし、さらに工業的にPHA生産に利用される制御情報なども導入して検討を行う。また、それらの情報をもとに下水処理環境を模した条件でも脱窒とPHA蓄積の達成が可能か検証を行う予定である。

Causes of Carryover

学会参加を延期したため旅費が未使用額として生じた。また、PHA測定をより円滑に進めるために卓上遠心機が必要になり、消耗品の購入額を減額した結果次年度使用額が発生した。このため、未使用額は卓上遠心機の購入に充てることとしたい。