| 研究課題/領域番号 |
19H00776
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分22:土木工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
岡部 聡 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10253816)
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| 研究分担者 |
北島 正章 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (30777967)
佐藤 久 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80326636)
押木 守 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (90540865)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
45,110千円 (直接経費: 34,700千円、間接経費: 10,410千円)
2022年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
2021年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円)
2020年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
2019年度: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円)
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| キーワード | 嫌気性アンモニア酸化(Anammox)プロセス / 部分硝化 / バイオ燃料電池 / 生物電解セル / 電位制御 / 省エネ型高効率窒素除去プロセス / 嫌気性アンモニア酸化 / 電気化学的制御 / バイオ燃料電池(MFC) / 生物電解セル(MEC) / 都市下水処理 / 生物電解セル（MEC） / Nitrosomonas europaea / NH2OH酸化 / 生物電気化学的アンモニア酸化 / 一槽式生物電解セル（MEC） / アンモニア酸化 / バイオ燃料電池（MFC) / 下水処理 / 部分硝化反応 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
嫌気性アンモニア酸化(Anammox)プロセスの都市下水処理への適用を促進するためには、前段の部分硝化(NH4+をNO2-まで酸化する)プロセスの安定化・高効率化が重要となる。そこで本研究では、前段に有機物除去を担うバイオ燃料電池(MFC)を設け、MFCで発生する電圧を用いて後段の生物電解セル(MEC)のアノード電極電位を制御することで、アンモニア酸化細菌(AOB)がアノード電極を電子受容体としてNH4+をNO2-まで酸化し、Anammox細菌が生成されたNO2-とNH4+を窒素ガス(N2)へ変換する、新規MFC駆動型部分硝化(PN)-Anammox 生物電解セル(MEC)システムを開発する。
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| 研究成果の概要 |
嫌気性アンモニア酸化(Anammox)プロセスの鍵は、前段の部分硝化(NH4+をNO2-まで酸化する)プロセスの安定化・高効率化である。本研究では、前段にBOD除去を担うバイオ燃料電池(MFC)を設け、MFCで発生する電圧を用いて生物電解セル（MEC）のアノード電極電位を制御することで、アンモニア酸化細菌(AOB)がアノード電極を電子受容体としてNH4+をNO2-まで酸化し、Anammox細菌が生成されたNO2-とNH4+を窒素ガス(N2)へ変換する、MFCを補助電源とする新規部分硝化(PN)-Anammox 生物電解セル(MEC)システムの開発を行った。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
低炭素循環型社会構築のためには、汚泥発生量及び曝気量の削減を図り、下水処理システムのさらなる高効率化・省エネルギー化が求められている。本部分硝化(PN)-Anammox 生物電解セル(MEC)システムは、酸素曝気及び外部からの電子供与体の供給を必要としないため、従来の硝化-脱窒プロセスと比べて、曝気動力の削減（最大62%）、外部炭素源の添加が不要、余剰汚泥発生量の削減（最大70％）、地球温暖化ガス（N2OおよびNO）発生量の削減が大幅に可能であり、環境にやさしい新規省エネ型高効率窒素除去プロセスとして期待できる。
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