| 研究課題/領域番号 |
23K26232
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| 補助金の研究課題番号 |
23H01538 (2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分22060:土木環境システム関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
大下 和徹 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90346081)
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| 研究分担者 |
福谷 哲 京都大学, 複合原子力科学研究所, 准教授 (00332734)
西村 文武 京都大学, 工学研究科, 教授 (60283636)
中久保 豊彦 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (70648766)
高岡 昌輝 京都大学, 工学研究科, 教授 (80252485)
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| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)
2025年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2024年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
2023年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
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| キーワード | 化石炭素 / 下水処理施設 / バイオマス / 下水汚泥 / 界面活性剤 / マイクロプラスチック / 生物炭素 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究課題では、下水処理施設における下水や汚泥に含まれる化石炭素の由来物質、およ
び除去、排出挙動を明らかにする。具体的には、①複数の下水処理施設全体の化石炭素バランスを実調査により求める。②化石炭素の由来となる候補物質を同定し、実験室レベルでの好気/嫌気性生物処理実験による分解・分配特性を明らかにする。①と②を組み合わせ、下水処理施設全体での数理モデルを構築することで、化石由来炭素と生物由来炭素との除去・排出挙動の違いを学術的に体系化する。
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| 研究実績の概要 |
1) 全国28カ所の下水処理場より得られた脱水汚泥中の化石炭素の分析結果を解析し、その濃度分布は二峰性を示し、中央値5.58%Cと16.5%Cに分かれ、この原因は嫌気性消化が影響していることが明らかとなった。また化石炭素は汚泥中のCaやP、Mgとも弱い正の相関があった。
2) 化石炭素の由来候補物質として、アルキルベンゼンスルホン酸塩(LAS)、アルコールエトキシレート(AE)、2つの界面活性剤について全国34か所の下水処理場より得られた脱水汚泥中の濃度を分析し、その中央値が、C10～C14のLASについて、271μg/g-dry、AEについて1.01μg/g-dryであることを明らかにした。
3) 標準物質および放射性ラベルトレーサーを用いた化石炭素の生物分解実験については、実験装置の構築を行うなど実験準備を継続した。
4) 下水処理・汚泥処理系の化石炭素挙動を対象とした統合数理モデル構築については、2024年度は、1)、2)の結果を用いて、モデルをほぼ構築した。
5) 化石炭素CO2の温室効果ガス(GHG)としての排出量を考慮した下水処理施設全体のLCCO2解析については、PRTR物質のうち、洗浄剤・化粧品等に該当する5物質（AE, LAS, AES, AS, AO）、届出外・非点源（家庭、非対象業種）からの下水処理場への流入量を対象として、化石炭素由来CO2排出量を推計した結果、生物分解による化石CO2排出量は199 [kt-CO2/year]、汚泥含有化石炭素からのCO2排出量は、それぞれ58 [kt-CO2/year]（化学物質）、15 [kt-CO2/year]（プラスチック粒子）と推計され、年間排出量の総計は273 kt-CO2となった。この値は全国の下水道部門からの非エネルギー起源温室効果ガス排出量の約10%に相当する。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
3: やや遅れている
理由
1) 下水処理施設における化石炭素の挙動調査: 生物処理系の調査が残っているが、それ以外の調査を終えており、概ね順調に進展している。
2) 化石炭素の由来解析：マイクロプラスチック(MPs)に加えて界面活性剤のLAS、AEの調査を終えており、概ね順調に進展している。
3) 標準物質および放射性ラベルトレーサーを用いた化石炭素の生物分解実験：実験装置の準備を終えているが、条件設定を検討中であり、やや遅れている。
4) 下水処理・汚泥処理系の化石炭素挙動を対象とした統合数理モデル構築：一部のパラメーター設定を終えており、概ね順調に進展している。
5) 化石炭素CO2の温室効果ガスとしての排出量を考慮した下水処理施設全体のLCCO2解析：1～2年目で得られた結果より、排出量の概算は終えており。概ね順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
1) 下水処理施設における化石炭素の挙動調査：生物処理廻りでの化石炭素の挙動調査を、曝気槽上部ガス中の化石炭素分析も含めて進める。新たにサンプリングした34ヵ所の下水汚泥中の化石炭素レベルも明らかにする。
2) 化石炭素の由来解析：これまでの結果と1)の結果を対応させ由来仮説の検証を行う。
3) 標準物質および放射性ラベルトレーサーを用いた化石炭素の生物分解実験：やや遅れているため、実験条件の決定や、放射性ラベルトレーサ実験も含めて鋭意進める。
4) 下水処理・汚泥処理系の化石炭素挙動を対象とした統合数理モデル構築：モデルはほぼ完成しているが、1)~3)の結果を更新し、モデルの精緻化を進める。
5) 化石炭素CO2の温室効果ガスとしての排出量を考慮した下水処理施設全体のLCCO2解析：種々の結果を用いて引き続き精緻化を行う。
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