信頼性の高い下水飲用再利用を実現するオンライン水質管理手法の日米共同開発

• 研究課題/領域番号: 22KK0061
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分22:土木工学およびその関連分野
• 研究機関: 長崎大学
• 研究代表者: 藤岡 貴浩 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (20759691)
• 研究分担者: 児玉谷 仁 鹿児島大学, 理工学域理学系, 准教授 (30434468) ; 竹内 悠 京都大学, 工学研究科, 助教 (70835272)
• 研究期間 (年度): 2022-10-07 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 20,150千円 (直接経費: 15,500千円、間接経費: 4,650千円); 2024年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2023年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円); 2022年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
• キーワード: オンライン計測 / 再生水 / 飲用再利用 / 膜分離 / 消毒副生成物

研究開始時の研究の概要

本研究では、下水処理水を水道用水に再利用する飲用再利用の安全性を現状よりも大幅に高めるため、下水処理中の発がん性を有する消毒副生成物（ニトロソジメチルアミン、臭素酸）を常時モニタリングし、検出濃度に応じて水再生システムを制御する次世代型の水質管理手法を構築する。本国際研究成果を通して、国内外の水道における水質管理のパラダイムシフト（手分析検査⇒オンライン監視）への寄与が期待される。

研究実績の概要

本研究の目的は、水再生システム内の消毒副生成物（ニトロソジメチルアミンと臭素酸）のオンライン監視を実現し、検出濃度に応じて水再生システムを制御する次世代型の水質管理手法を構築することである。下水の飲用再利用分野において、信頼性の高いオンライン計測を達成するためには、前処理による妨害物質の分離性能を安定して高く維持する必要がある。そこで、２０２２年度では、臭素酸およびニトロソジメチルアミンのオンライン分析に対して妨害物質除去を最大化する前処理条件を明らかにすることを目指した。まず、臭素酸の前処理に対してはナノろ過膜を用いた前処理によって分析妨害物質の除去を行うが、ナノろ過膜による臭素酸除去できるだけ低減すると共に同時に、分析妨害物質の高い除去率を達成する必要があった。そこで、異なるナノろ過膜３種にそれぞれに対し、膜透過流束・水温・塩濃度を変化させて最も分析妨害物質（フミン様物質）除去率が高く、臭素酸除去率の低い最適な前処理条件を明らかにした。次に、ニトロソジメチルアミンの連続測定のためには、カラムに蓄積し連続測定を妨害する疎水性の化学種を除去する必要があった。そこで２０２２年度は、ガードカラムを用いたカラムスイッチング法を利用し、親水性のニトロソジメチルアミンを通過させた後、カラムを切り替えることで、ニトロソジメチルアミンより疎水性の高い物質を分析カラムに導入しない前処理系を確立した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

前処理方法が確立でき、米国における下水中のニトロソジメチルアミンおよび臭素酸のオンライン計測を達成する見込みがたったため。

今後の研究の推進方策

２０２３年度は、２０２２年度に確立した前処理法をを用い、下水処理水などの実試料の連続分析を行う。また、オゾン処理工程前後のNDMAおよび臭素酸濃度の変動性をオンライン計測で追跡すると共に、流入原水中の前駆体物質の評価を行うことで、消毒副生成物の濃度変動性の原因を明らかにする。

研究成果

• [国際共同研究] テキサス州立大学(米国)