2015 Fiscal Year Research-status Report
無曝気で有機物・窒素除去と発電が可能な微生物燃料電池型廃水処理法の開発
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26420528
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
渡邉 智秀 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (60251120)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 廃水処理 / 微生物燃料電池 / 硝化脱窒 / エアカソード / バイオリアクター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．昨年度に引き続き、ハイブリッドカソード型MFCへ適用するためのエアカソードについて、初期酸素透過フラックスおよび硝化細菌生物膜の事前形成状態の影響を実験的に検討した。エアカソード表面への硝化細菌生物膜の事前形成が十分でなくても無生物状態でなければ、その後の運転で発達して硝化能が向上することおよび酸素透過フラックスに応じて硝化速度が大きくなることがわかった。また、有機成分が共存する条件下においても、運転の継続に伴い硝化速度は低下するもの、約1年経過後でも硝化能は維持されており、有機物の共存が限定的となるハイブリッド型MFCにおいて長期に安定した硝化の継続可能性が示唆された。さらに、長期な酸素透過能の低下に伴う硝化性能の低下を避ける可能性を見出した。一方、昨年度の実施結果を受け、脱窒バイオカソードの電極材としてフェルト状カーボンを利用する試みとして集電体となる棒状導電体を薄く覆うようにフェルト材を設置して脱窒細菌の植種と馴致を行った。電気化学的測定から硝酸イオン還元能は有していると判断されるものの、脱窒速度は小さく、電極材や構造を含めて再考の必要性が示唆された。
２．予め硝化細菌生物膜を形成させたエアカソードとフェルト状カーボンを用いて予め馴致した脱窒バイオカソードで構成されるハイブリッドカソードを用いて試作したMFCの回分予備実験において、硝化は進行するもののTN減少速度は想定に比べてかなり小さく、上述したように脱窒バイオカソードに依存していると考えられ、その改善の必要性が示唆された。なお、装置性能を評価するための基礎データとして、本系の反応に関わる形態別窒素等について、アノード槽とカソード槽を隔てるプロトン交換膜の透過性を回分透過試験により把握した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
昨年度の実施内容と結果を踏まえて、性能を上げるべく脱窒バイオカソードの作製に工夫をしたうえで馴致等の準備を行ったものの、結果的に十分な脱窒活性が得られていない起因し、また、その原因の把握に加え、カソード材料や電極構造の変更ならびに装置構成の見直し等に時間を要していることもあり、本年度に計画していた試作装置の運転によるデータ収集が当初の予定に比べて遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度までの実施結果を勘案し、次年度に実施の項目の選択と集中を図り、単位面積当たりの活性を高めることは重要であるもののそれだけに固執せず、有効に作用する表面積の増大を念頭においてカソード材料や電極構造の変更ならびに装置構成を見直し、初年度の実施結果からその利用可能性が示唆された充填層型電極を組み入れた装置の試作・運転に注力する。その一方で、フェルト状カーボンの改善に加えて、代替の電極材の探索も並行する。これらを通じて、まず、根本となる提案プロセスの実証と基本特性の把握を最優先に取り組むこととする。その進捗状況を踏まえ、本系の性能向上のための改善や原因の究明等が必要な場合には、これらを優先し、概ね順調に進展することになった場合には、モジュール化への展開を改めて検討することとする。
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| Causes of Carryover |
上述した理由により、試作装置を用いた実験等に当初計画に比べて遅れが生じることとなったため、当初、本年度に予定していた装置の継続的な運転操作ならびに各種分析や微生物群集等の把握のために必要なる消耗品や機器類の経費を次年度に回すこととした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
新たな装置の試作等に目途が立ちつつあり、次年度において実験装置の作製ならびに継続的な運転や各種測定・分析へ使用することを予定している。
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