| Project/Area Number |
22K18043
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 64020:Environmental load reduction and remediation-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
竹内 悠 京都大学, 工学研究科, 助教 (70835272)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 膜処理 / 光触媒 / 微量化学物質 / 下水再利用 / ウイルス / UV-LED |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は、紫外発光ダイオード（UV-LED）と光触媒膜を組み合わせた促進
酸化処理における、ウイルスと微量化学物質の分解除去特性の解明である。本処理は低環境負荷・低コストな促進酸化処理として期待されるが、反応系が最適化されていないうえ、下水中ウイルスや微量化学物質の分解除去特性が明らかにされていない。本研究では、ウイルスや微量化学物質の分解除去率に寄与する因子（UV波長・UV照射強度・光触媒密度・接触時間）を特定し、これらの因子の除去率への影響を定量的に評価することで、処理プロセスの設計指針と運転制御手法を確立する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
光触媒膜処理の微量化学物質の除去特性を明らかにするため、光分解性およびラジカル分解性の異なる11物質を対象に、異なる運転条件下における除去率を評価した。酸化チタンを用いた光触媒膜処理では、tris(2-chloroethyl) phosphate（TCEP）を除くすべての物質で除去率は72%以上を示し、ラジカル分解により光分解されない物質も効率的に分解除去できることが明らかとなった。
下水中にはラジカルを消費する様々な夾雑物質が含まれるため、純水の場合に比べて微量化学物質の除去率が低下すると予想された。そこで、水中の夾雑物質が除去率に与える影響を評価するため、純水、水道水、下水二次処理水を実験原水として使用し、除去率を比較した。水道水および下水二次処理水では除去率は大きく低下し、光分解性の低い物質は下水二次処理水中ではほとんど除去されなかった。除去率が大きく低下した主な要因は、夾雑物質によるラジカル消費であると考えられ、scavenging capacityを推定した結果、本実験での主なラジカルスカベンジャーは水中の溶存有機物と亜硝酸イオンであり、続いて炭酸水素イオンであると推定された。
下水二次処理水中の微量化学物質の分解効率を向上させるため、異なるUV照射条件下での除去率を評価した。波長365 nm、照射強度100.08 mW/cm2条件下では、TCEPを除くすべての物質で78%以上の除去率が得られた。これにより、下水二次処理水などの夾雑物質を多く含む水では、高強度のUV光を照射することで水中の微量化学物質を分解することができ、現在のところエネルギー効率の高い365 nmのUV-LEDの照射が効果的であると言える。また同条件下では膜ファウリングが抑制され、照射強度の増加に伴うラジカル生成量の増加が、微量化学物質の除去とファウリングの抑制に効果的であったと考えられる。
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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
本年度は光触媒膜処理での微量化学物質の分解特性を明らかにするため、光触媒を担持したセラミックMF膜とUV照射装置を用いた実験を行った。処理の操作因子として、1) UV照射波長、2) UV照射強度、3) 光触媒密度、4) 膜の透過流束、5) 原水水質（pH・水温）を設定し、純水や下水二次処理水などの異なる原水を用いて微量化学物質を添加した実験系での除去率を測定した。光触媒膜での対象物質の分解効果は、UVによる光分解効果と、光触媒表面に生成するラジカルによる酸化分解効果によると考えられたため、両者の効果をそれぞれ明らかにした。また、光触媒膜の下水再生処理への適用性を評価するため、従来の分離膜と光触媒膜の組み合わせを検討し、処理水の水質を評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
微量化学物質に加え、薬剤耐性遺伝子の光触媒膜での除去特性を明らかにする。光触媒膜処理での薬剤耐性遺伝子の分解特性を明らかにするため、光触媒を担持したセラミックMF膜とUV照射装置を用いた実験を行い。処理の操作因子として、1) UV照射波長、2) UV照射強度、3) 膜の透過流束、4) 原水水質（pH・水温）を設定し、純水や下水二次処理水などの異なる原水を用いて薬剤耐性遺伝子の除去率を測定する。また、水質の異なる複数の下水処理水を用いて光触媒膜処理を行い、微量化学物質と薬剤耐性遺伝子の除去率をそれぞれ測定する。純水系と処理水系で得られる除去率を比較し、差異が生じる場合は、下水処理水の水質評価によりその要因（有機物濃度・吸光度・濁度）を推定する。実験に供する下水処理水は複数の下水処理場から採取する。
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