2013 Fiscal Year Annual Research Report
有機性廃棄物からの窒素回収及びアンモニア阻害を抑制可能な乾式メタン発酵法の実現
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25281046
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
張 振亜 筑波大学, 生命環境系, 教授 (20272156)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
楊 英男 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (50561007)
清水 和哉 東洋大学, 生命科学部, 講師 (10581613)
雷 中方 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (30634505)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 廃棄物処理 / 廃棄物の再資源化 / 環境浄化 / バイオエネルギー |
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| Research Abstract |
アンモニア吸着能力高い材料の作成と特性解析、有機酸、金属イオンのアンモニア吸着の影響について研究を行った。アンモニア吸着材料の開発を重点に置き、斑状安山岩と粘性の赤沼土を原料として、カルシウム塩沈着処理・焼結法を用い、Ca修飾した新規アンモニア吸着剤を開発し、その材料作成の最適条件を確立した。廃ガラスなど結合剤として、増孔剤として火山灰、澱粉などを用いて、それらの配合及び焼結温度を変化させ、作成したセラミックスは高いアンモニア吸着特性が得られた。20‐80 nm細孔構造を8割以上も持つ材料を生成した。アンモニア単独存在下及び実際のアンモニア発酵の場合の有機物中に含まれる揮発性有機脂肪酸（酢酸、プロピオン酸）、金属イオン（Fe、Mgなど）が同時に存在する場合それぞれにおけるアンモニア吸着特性を解析した。また、有機性廃棄物アンモニア発酵条件最適化について実験を行った。畜産糞尿のような高窒素含有有機性廃棄物からのアンモニア発酵の最適条件検討を回分式と連続式でそれぞれ実施した。各条件の評価項目として、アンモニア生成濃度及び速度、有機酸濃度、微生物相とした。回分式と連続式の結果より、固定化担体方式及びメンブレンバイオリアクター方式、それぞれについて6つの因子を確定し、アンモニア発酵槽の設計の基本データが得られた。
上記で作成した吸着材料を添加した固定床リアクターのメタン生産量の増加が確認された。高アンモニア濃度（3770 ppm）のメタン発酵の場合、10 g/l吸着剤の添加量は最適であった。循環リアクターとコントロールに比べた結果、安定した高いメタン濃度に至る時間が12日速かったことが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画では、25年度は主にアンモニアを回収できる吸着剤の開発を重点を入れたが、実際の進捗状況は、合成した材料の作成の実験の同時に、合成した吸着剤を用いて、高窒素濃度の豚糞を基質としてメタン発酵を行い、コントロールと比べ、アンモニア阻害を克服したリアクタのメタン生産速度は3倍以上高い結果が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２５年度に得られた結果を基にして、下記の２つを行う。
①脱アンモニア残さの乾式メタン発酵バイオガス化
メタン発酵法においてメタン生成はアンモニアによって阻害されることが知られている。本申請で開発する方法によってアンモニアを除去し利用することで、メタン発酵法のアンモニア阻害リスクを著しく低減を図る。
②吸着した材料の肥料としての可能性の検討及び再生と硫酸アンモニウムの生産の最適条件の決定
本研究開発は25年度から26年度前半まで実施する。開発したアンモニア吸着セラミックスあるいは市販ゼオライトという異なる材料に対して、塩酸、硫酸、硝酸、あるいは高有機物負荷メタン発酵処理過程に発生した有機酸（酢酸など）を用いてアンモニアを吸着材料から脱離し、再生する最適条件を決定する。
今年方策としては、コスト安いかつ効率高いアンモニア吸着回収方法の研究開発を推進するために、バイオマスを材料として、水熱処理や炭化処理などにより吸着材料の作成などを試みる。メタン発酵及びアンモニア発酵については、乾式発酵を主として、セミ乾式（発酵材料水分８５－９０％）の実験研究も視野にいれ、高効率バイオガス生産方法の研究を推進する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度使用額18448円は、予定のサンプルを大学機器分析センターにて分析の際に、機械の故障があったため（ＩＣＰ－Ｍａｓｓ）、次年度に分析することになりました。
使用計画は、12のサンプルのＩＣＰマースの分析を、4月中に分析する予定である。予定分析料金とサンプル前処理消耗品費用の金額は18448円である。
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