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硫黄酸化・硝化槽―微細藻類槽による新規低環境負荷型バイオガス脱硫および消化液処理

研究課題

研究課題/領域番号 19J15095
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分64050:循環型社会システム関連
研究機関創価大学

研究代表者

関根 睦実  創価大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2020年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2019年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード同時硫黄酸化ー硝化 / 微細藻類生産 / 無希釈消化液 / メタン発酵消化液 / バイオガス精製 / 硫化水素除去 / 硫黄酸化 / 硝化 / 溶存酸素濃度 / 部分硝化 / 有害金属除去 / 無機態窒素 / 微細藻類 / メタン発酵
研究開始時の研究の概要

有機性廃水・廃棄物のメタン発酵処理において、生成バイオガスおよび排水(消化液)の後段処理の肥大化が問題となっている。そこで、本研究では、バイオガス中の硫化水素と消化液中のアンモニアを好気性細菌群集を用いて1槽で酸化除去し、かつ排液中に残存する硝酸やリン酸、微量金属等を用いて微細藻類を培養する新規の『硫黄酸化・硝化槽-微細藻類槽 2槽式システム』の確立を目指す。これにより、従来法と比較して低コスト・低環境負荷で①バイオガス中の硫化水素除去(脱硫)、②消化液に残存する栄養塩(窒素・リン等)の除去、および③有価物である微細藻類の生産の達成が期待される。

研究実績の概要

有機性廃棄物のメタン発酵処理の後段処理技術として、生成バイオガスの脱硫および排液(消化液)の栄養塩除去を低環境負荷で行える「硫黄酸化・硝化細菌―微細藻類 2槽式プロセス」を研究開発した。本年度は、細菌槽について、模擬バイオガス(H2S 0.5%)の脱硫および消化液の硝化の単一槽処理を検討した(研究1)。その後、後段に二重円筒型微細藻類生産槽を設け2槽を同時に連続運転した(研究2)。
研究1:完全混合型膜反応槽を外付けO2供給塔と併用した。100 mg/L/dの硫化物負荷速度下で、供給H2Sは全量がSO42-に酸化され、排ガス中のH2Sは検出限界以下を維持した。消化液中のNH4+はほぼ全量がNO3-に硝化され、バイオガスおよび消化液の同時脱硫・硝化処理を達成した。脱硫ガスへのO2混入量は平均0.4%となり、爆発限界酸素濃度13%、および天然ガスグリッドへのバイオガス導入に対する主な基準酸素濃度0.5%を下回り、脱硫ガスの利活用に向けて安全性が確認できた。
研究2:細菌槽で処理したメタン発酵消化液は、微量金属を補填したのちに無希釈で微細藻類槽へ供給し、光連続照射、5日の水理学的滞留時間(HRT)で、Chlorella sorokiniana NIES-2173を半連続培養した。その結果、100%の脱硫-硝化能、乾燥重量で9.8 g/m2/dの微細藻類生産性、および23%の消化液中の窒素除去能が得られた。屋外の1日12時間の明期条件では、微細藻類生産槽のHRTを40日に延長することで排水基準値以下までの窒素除去が見込まれ、提案プロセスの高い実現可能性が示された。提案プロセスの建設・運転費用を見積もった結果、生産微細藻類と精製したバイオガスの販売による収益によって従来プロセス(バイオガスを生物脱硫; 消化液を硝化・脱窒処理)よりも高い純利益が推定された。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Simultaneous biological nitrification and desulfurization treatment of ammonium and sulfide-rich wastewater: Effectiveness of a sequential batch operation2020

    • 著者名/発表者名
      Sekine Mutsumi、Akizuki Shinichi、Kishi Masatoshi、Kurosawa Norio、Toda Tatsuki
    • 雑誌名

      Chemosphere

      巻: 244 ページ: 125381-125381

    • DOI

      10.1016/j.chemosphere.2019.125381

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Microalgae cultivation using undiluted anaerobic digestate by introducing aerobic nitrification?desulfurization treatment2020

    • 著者名/発表者名
      Sekine Mutsumi、Yoshida Akari、Akizuki Shinichi、Kishi Masatoshi、Toda Tatsuki
    • 雑誌名

      Water Science and Technology

      巻: - 号: 6 ページ: 1070-1080

    • DOI

      10.2166/wst.2020.153

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] メタン発酵バイオガスと消化液の同時脱硫・硝化処理に向けた膜分離反応槽の適用2021

    • 著者名/発表者名
      関根睦実、岸正敏、戸田龍樹
    • 学会等名
      第55回日本水環境学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Microalgae mass cultivation using undiluted digestate treated with biogas by simultaneous desulfurization-nitrification2021

    • 著者名/発表者名
      Mutsumi Sekine, Masatoshi Kishi, Tatsuki Toda
    • 学会等名
      International Conference on Algal Biomass, Biofuels and Bioproducts (AlgalBBB 2021)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Microalgae cultivation using nitrified anaerobic digestate without dilution2019

    • 著者名/発表者名
      Sekine Mutsumi、Akizuki Shinichi、Kishi Masatoshi、Toda Tatsuki
    • 学会等名
      The IWA Conference on Algal Technologies and Stabilization Ponds for Wastewater Treatment and Resource Recovery (IWAlgae2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 硝化・硫黄酸化同時処理後のメタン発酵消化液による微細藻類増殖特性2019

    • 著者名/発表者名
      関根睦実、秋月真一、岸正敏、戸田龍樹
    • 学会等名
      第30回廃棄物資源循環学会研究発表会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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