2022 Fiscal Year Research-status Report
Control of phosphorus release using microbial fuel cell in small-scale wastewater treatment plants for phosphorus removal
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21K12301
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| Research Institution | Center for Environmental Science in Saitama |
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Principal Investigator |
見島 伊織 埼玉県環境科学国際センター, 水環境担当, 専門研究員 (00411231)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邉 智秀 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (60251120)
窪田 恵一 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (50707510)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 排水処理 / 浄化槽 / 栄養塩除去 / 電気化学処理 / 堆積物微生物燃料電池 / 放射光解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度は、鉄電解リン除去装置を組み込んだ浄化槽への微生物燃料電池適用の可能性を把握することを目的として、浄化槽汚泥に対して微生物燃料電池（MFC）を適用し、その発電性能や、水質や汚泥性状に与える影響を評価した。
前年度から引き続き運転している浄化槽を模した無酸素槽、好気槽からなる排水処理リアクターを運転した。本リアクターの無酸素槽から蓄積した汚泥を採取し、MFCの実験装置に充填し、その上部には直上水としてリアクターの処理水を充填した。アノードおよびカソードにはカーボフェルトを使用し、アノードを装置下部、カソードを装置上部にそれぞれ設置した。外部抵抗と接続することでMFCを構築し運転を行った（MFC系）。比較として同型の装置を別にもう1台作製し、電気接続を行わない開回路系として同時に運転を行なった（対照系）。MFCの適用の有無による汚泥内のFe成分の形態変化を評価することを目的として実験終了後の汚泥に対してXAFS測定を行なった。直上水のMFC系のリン濃度は、実験開始90日目までは対照系の7割程度に留まっており、汚泥に含まれるリンの溶出が抑制された可能性が示唆された。一方で90日目以降はMFC系で増加傾向が見られた。XAFSはMFC系、対照系共に7120eV付近に吸収端が確認されたが、MFC系では対照系に比べやや高エネルギー側にシフトしており、MFC系では汚泥内のFeがより酸化的な形態へと変化している可能性が示唆された。標準物質のスペクトルと比較したところMFC系はFeOOHに似たスペクトル形状であった。このように、浄化槽汚泥にMFCを適用した場合の影響について実験的に検討し、成果を得た。
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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
2022年度は、引き続き排水処理リアクターを室内で運転できており、その汚泥試料を用いてMFCを適用し、その発電性能や、水質や汚泥性状に与える影響を評価できた。XAFS測定については、試料調整を試行錯誤しながらではあるものの、KEK物質構造科学研究所フォトンファクトリー（つくば市）にて順調に分析できている。また、次年度以降のMFCリアクター試験に向け、装置設計などの検討を進めている。これらのことから、研究全体としてはおおむね順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
実際の浄化槽のリン除去運転に近い条件でMFCリアクターを作成する。連続試験を行いながらリン濃度や汚泥の改質効果を調べることで、リン除去運転に対するMFCの効果を明らかにする。別途、リアクター試料のXAFS測定を行い、Feの化学形態の変化量や汚泥改質の量論的関係を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
（理由）本年度はコロナ禍の影響で研究打ち合わせ、成果発表の旅費予算が執行できず、それに起因する次年度使用額が生じた。
（使用計画）連続式の室内実験の維持やMFCのリアクター作成のための消耗品費、また、成果発表のための英文校閲費などに充当する予定である。
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