2023 Fiscal Year Research-status Report
土壌中の炭―鉄電池反応が誘導する物理化学生物的作用の解明と汚水処理機能強化
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21K05875
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| Research Institution | Shimane University |
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Principal Investigator |
増永 二之 島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 教授 (10325045)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上野 誠 島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 教授 (00403460)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 電池反応 / 水処理 / 窒素動態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度の実験結果（湛水条件と電池反応の相乗作用）を踏まえ、鉄板と炭板（電池反応）あり・なしの２種類の装置に人工汚水を用いた処理試験を行い、湛水と非湛水の２つの条件の差異を比較した。週に一度、装置内部と排水口の水質を分析と、電極の電流、電圧、装置内部の酸化還元電位を測定した。
試験開始時の電流と電圧は湛水条件と非湛水条件で0.1A未満と0.40V程度であり、時間（鉄板の酸化）と共に低下したが両条件で有意な差は認められなかった。NH4-N濃度変化に関して、湛水条件において、装置内部特に炭板付近の濃度が、電池反応なしの装置よりも高く維持され硝化の抑制あるいはアンモニア生成が示唆された。しかし、装置出口では電池反応の有無による有意な差は見られなかった。この結果は、電池反応の影響範囲が限定的で、土壌層全体に対して量的な影響を与えるためには電極の面積の増加の必要性を示している。
NO3-N濃度変化について、装置出口と装置内部のいずれにおいても電池反応の影響による有意な差は見られなかったが、湛水条件の鉄付近ではNO3-N濃度が高くなり、脱窒が抑制された可能性が示唆された。NO2-N濃度は低く維持されも、装置出口および装置内部のいずれにおいても有意な差は見られなかった。
リン酸濃度は、湛水条件の装置内部の鉄付近で浄化能（原水濃度に対する減少率）が増加する傾向が見られた。酸化鉄による嫌気的条件で除去が促進されていることが示唆された。この結果は、土壌層内のリン酸吸着の増減は、電池反応による鉄板からの鉄の溶出（湛水状態で増加）に依存していることを示している。
以上今回の実験条件においては、電池反応は、炭あるいは鉄電極付近の硝化・脱窒の抑制、アンモニア生成を促し、土壌層内（電極付近）での無機体窒素の維持、またリン酸の吸着増加より、土壌の水処理機能よりも養分保持による生産性の強化を示す結果となった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
冬期の環境変化により実験条件が急変し、当初予定していた実験終了時の装置内部の微生物群集構造の分析を行うことができなくなり、実験期間を延長したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究期間を延長して実験を継続中であり、2024年7月までに、実験終了時に装置内部の土壌採取と微生物群集構造の分析と解析を行う。
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| Causes of Carryover |
冬期の環境変化により実験条件が急変し、当初予定していた実験終了時の装置内部の微生物群集構造の分析を行うことができなくなり、実験期間を延長したため。繰越経費は、主に微生物群集構造の分析と解析に用いる。
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