| 研究課題/領域番号 |
16K18176
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| 研究機関 | 呉工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
谷川 大輔 呉工業高等専門学校, 環境都市工学分野, 助教 (40714283)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 嫌気性バッフル反応器 / 亜酸化窒素 / ゴム回収 / 下降流懸垂型スポンジ / 天然ゴム製造工場廃水 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、東南アジア地域の主要産業である天園ゴム産業廃水を対象として、温室効果ガス削減型の廃水処理システムを開発を行うための基礎的研究である。当該廃水処理過程では、二酸化炭素の298倍の温室効果を持つ亜酸化窒素が排出され易い特徴を有しているため、その排出量を削減可能なシステムおよび運転方法の提案が必要となる。そこで、本研究では、優れた固液分離能を有する嫌気性バッフル反応器（Anaerobic Baffled Reactor: ABR）と省エネルギー型好気性処理プロセスである下降流懸垂型（Down-flow Hanging Sponge: DHS）スポンジリアクターを組み合わせたシステム（ABR-DHSシステム）による天然ゴム製造工場廃水の連続処理実験を実施し、亜酸化窒素排出特性の評価を行った。
本研究では、嫌気性処理、好気性処理、および脱窒反応における亜酸化窒素生成量の評価および生成経路の特定をおこなう。初年度は嫌気性部分であるABRの最大有機物負荷を評価すると共に、ABR内における亜酸化窒素生成量の評価、亜酸化窒素生成経路の特定および亜酸化窒素生成に関わる微生物群の解析を実施する。
次年度は、好気性部分であるDHSの運転方法に関して、酸素供給量と亜酸化窒素生成量の関係を調査し、亜酸化窒素生成量が最小となる空気供給量を決定する。また、DHS内での処理水循環が、硝化・脱窒性能および亜酸化窒素生成量に与える影響の評価もおこなう。
最終年度は、DHS処理水をABRへ循環させることで脱窒反応を促進させた際の、亜酸化窒素生成量の評価をおこなう。DHS処理水の循環先のコンパートメントおよび処理水循環比を変化させ、ABRにおける亜酸化窒素生成量が最小となる運転条件を決定する。
最終的な運転条件を決定した後、現地の廃水処理システムとの性能比較を行い、本開発システムの導入効果を評価する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
本年度の実験結果により、ABRにおける最大許容有機物負荷 2.0 kgCOD/(m3.d)の条件において、システム全体のCOD除去率97.6%を達成し、最終処理水のpH、COD、アンモニア態窒素および全窒素の項目においてマレーシアおよびベトナムの排水基準を達成していることが確認された。有機物負荷が3.0 kgCOD/(m3.d)を超過すると、ABR内のpHが著しく低下し、ABRの処理性能が悪化することが確認されたが、最終処理水質の著しい悪化は発生せず、有機物負荷を一時的に低減させて運転することで、ABRの処理性能も2週間程度で回復した。このことから、DHSのポストトリートメントとしての性能の高さと、ABRのショックロード耐性が確認された。また、当初はABRの前半部分で廃水中の残存ゴム分を分離・回収する計画であったが、ゴム分の多くはDHS上部で回収されていた。よって、ABRで有機酸などの易分解性有機物を短い処理時間で分解させ、後段のDHS上部でゴム分を回収する方が効率的であることが示唆された。
本研究で着目している亜酸化窒素に関しては、全運転期間においてABRからの排出は確認されなかった。これは、現地の廃水処理システムは開放型であるのに対し、ABRは閉鎖型であることから高い嫌気度を維持することができ、亜酸化窒素の生成を抑制できていることが示唆された。
ABR保持汚泥の菌叢解析を実施した結果、亜酸化窒素生成に関わるBosea属やMicrovirgula属の存在が確認されたが、その存在比は2%以下であった。また、水素資化性メタン生成古細菌であるMethanobacterium属と有機酸分解に関わるSyntrophobacter属の存在比が高く、これらの微生物が廃水中の有機酸分解およびメタン生成に寄与していることが示唆された。
以上の結果より、本年度の研究計画は概ね達成できている。
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| 今後の研究の推進方策 |
上記の様に、本年度の研究計画は概ね達成されたため、次年度以降も当初の研究計画に沿って研究を実施する。
本年度の研究成果より、廃水中のゴム分がDHSで回収されることが明らかになったが、スポンジ表面にゴムが蓄積した場合、処理性能への悪影響が懸念される。したがって、DHS内のゴム回収頻度の設定や、DHS上部のみゴム回収に適した担体に変更するなどの検討をおこなう。また、DHSから排出される亜酸化窒素およびメタンを測定するため、ガスサンプリングポートの設置などの装置改良を実施する。
ABRに関しては、本年度の実験結果から運転方法をほぼ決定することができたが、保持汚泥のサンプリングが現状では困難な構造にあるため、汚泥用のサンプリングポートの設置や、最終年度の実験で用いるDHS処理水の返送用ラインの設置などを含む装置改良を実施する。また、ABRの出口および中間地点にpHセンサーを設置することで、pHの連続観測を可能とし、ショックロードによるpHの著しい低下などのトラブルに迅速に対応できる状況を構築する。
現状において、有機物除去に関しては、本システムの優れた性能が確認されているが、窒素除去能に関してはまだ不十分な状況である。最終年度に、DHS処理水をABRに循環することでシステム全体の窒素除去能の向上を図る予定であるが、別途、DHSの後段に窒素除去用のDHSを増設し、アナモックス反応を用いた窒素除去を試みる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
物品費に関しては、ECD型ガスクロマトグラフィ関連の物品購入費用が前年度に捻出できたことと、ABR-DHSシステムの製作費用が想定よりも安価となったため、残額が発生した。旅費およびその他に関しては、3月に熊本大学で開催された日本水環境学会年会への参加費および出張旅費として計上してあったが、学内の運用上の都合により、別予算から支出することとなった。人件費・謝金に関しては、当初想定していた微生物解析補助を、研究協力機関である長岡技術科学大学に対応していただいたため、不要となった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
物品費については、今年度の研究結果より、ABR-DHSシステムの装置改良の必要性が出てきたため、その改良費用に充てるものとする。旅費については、平成29年度に計上しているIWA Aspireへの参加費に加えて、札幌で開催される日本水環境学会年会への出張旅費に充てるものとする。人件費・謝金に関しては、追加実験として実施するDHSによるアナモックス反応を用いた窒素除去に関する水質分析補助および微生物解析補助用の謝金に充てるものとする。その他に関しては、IWA Aspireの参加費が当初の想定の2枚程度であったことから、そちらに充てるものとする。
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