水素・メタン発酵消化液中のイオン浮選によるリン回収

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25620144
• Research Institution: Nihon University
• Principal Investigator: 佐藤 公俊 日本大学, 工学部, 講師 (90215773)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: リン酸 / メタン発酵 / イオン浮選

Outline of Annual Research Achievements

容量の異なる２つの中温（35℃）発酵式バイオガス発酵装置から得られた消化液を用いてリンの分析を行った。食品加工残渣を原料とし炭素量1gあたり1152 mLのメタンを発生し終えた消化液について測定を行った。装置上部から採取した試料は99.4％が水分で0.6％が固体の微細残渣であった。孔径0.45μmメンブランフィルターでろ過前後の消化液について測定した結果、ろ過前が全りん量（P2O5換算）で98 mg/Lであるのにろ過後では88 mg/Lとなっており、0.6％の固形残渣中に全体の約10％のりんが含まれていることがわかった。消化液の溶存リンは、オルトリンとして存在し、亜リン酸、次亜リン酸イオンは検出できなかった。FE-SEMで固形残渣中のリンについて観察したところ、10 μm前後の微細な棒状固体に存在していた。元素分析の結果、CaとPを含みCa/P比は1.70であった。このことから消化液中に不溶性のリン酸カルシウム形態でリンは存在することがわかった。
測定した消化液は、ICP-AESおよびICP-MSを用いて元素分析した結果、有害な金属イオン等はなかったが、いずれも電気伝導度値が1.15 S/mと高いことから頻度の多い液肥や直接の水耕栽培は作物の成長阻害をひきおこす可能性が高いことがわかった。以上を日本分析化学会第74回分析化学討論会にて発表した。
消化液中の微細固体のリン酸カルシウムを回収するため最大容量300 mLの浮選装置を組んだ。消化液100 mLを充填しポンプにて空気を4000 mL/minで底部より送気し、気泡分離を試みた。その結果、消化液だけでは条件を変えても泡沫層が発生しないことから分離できなかった。界面活性剤の添加が必要であり、界面活性剤の添加で分離は可能となった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

平成26年度はイオン浮選法の最適条件を見出す予定であったが、浮選装置を一台組むだけで時間を費やしてしまった。原因はいろいろあるが、気泡を発生に使用する素焼き板が同じ素焼き板でもポンプの圧力等により気泡が発生しなかったためである。今回、浮選装置ができたことから、今後は装置の高さや仕込み液量等を変えた装置を作ることができると考えている。
試料液の液組成などを陰イオンクロマトグラフィーで行っていたが、結果が出るのに時間を要した。測定時間の短縮化を考え、導電率やｐHと同時に４種類のイオンを短時間に測定できるイオンメーターを導入したので時間短縮が期待できると考えている。

Strategy for Future Research Activity

当初の予定では浮選法には消化液に粘性があること、残渣を利用したり消化液の濃度を薄めることで、界面活性剤が必要ないと考えていたが、やはり界面活性剤が必要であった。当初の予定から変更し環境に負荷が少ない界面活性剤の添加についても検討する予定である。
現在、主にメタン発酵装置から得られた消化液について行っているが、水素発酵は試料を手に入れるのが困難である。またメタン発酵の初期段階では水素発酵も行っていることから、メタン発酵のみを今後も対象として進める予定である。
そのため、平成27年度の研究については、試料溶液にメタン発酵消化液を用いること、浮選法に界面活性剤も添加すること以外は大きな変更はないものと考えている。

Causes of Carryover

当初予定していた水環境学会年会の学会発表が、実験の計画が遅れ発表等に間に合わなかったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

前年度の分も含めて、今年度は学会発表等で使用する予定である。