| 研究課題/領域番号 |
19F19745
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
李 玉友 東北大学, 工学研究科, 教授 (30201106)
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| 研究分担者 |
HU YISONG 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
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| 研究期間 (年度) |
2019-11-08 – 2022-03-31
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| キーワード | 下水処理システム / 嫌気性膜分離法 / メタン発酵 / バイオガス / アナッモクス法 / 窒素除去 / MBR |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は省エネルギーと低炭素化に対応する都市排水の革新的処理システムを開発しようとするものである。都市排水に含まれるバイオマスからの効率的メタン生成とアンモニアの低炭素型高度処理を同時に実現するために、嫌気性動態MBR反応槽を用いたメタン生成ユニットと膜促進型一槽式ANAMMOXを用いた窒素処理ユニットを含む新規ハイブリッドシステムを開発する。具体的には(1)要素技術である嫌気性動態MBRによるメタン生成の基本的性能の研究、(2)膜促進型一槽式アナモックスを用いた嫌気性処理ろ液の高度処理、(3) 新規融合プロセスの長期連続実験による性能確認および微生物群集構造解析、(4) システム評価と設計最適化の研究の課題に取り組む。
令和元年度の研究は嫌気性動態MBR法による都市排水の処理性能の評価に焦点を絞り、小型実験装置を組み立て、下水処理場の実排水を用いた連続実験を行い、水質浄化性能、メタン生成および膜分離機能に及ぼす滞留時間の影響を把握した。具体的には、室内嫌気性動態MBR反応装置を室温条件で運転し、水理学的滞留時間（HRT）を24時間から６時間まで変化させて、（１）有機物の分解、（２）バイオガスの生成量と組成、（３）分離膜のろ過能力と洗浄頻度などにおよぼすHRTとCOD容積負荷の影響を検討することで、要素技術である嫌気性動態膜分離メタン生成プロセスの基本的性能を把握した。特に標準活性汚泥法と同等の処理速度が求められるHRT 6，8 hでも長期間安定した処理水質BOD<20mg/L、COD<60mg/Lを達成できた。HRT8 hにおける汚泥生成量は標準活性汚泥法の 1/2-1/5 以下である 0.12 gVSS/gCODrem であり、嫌気性 MBRは汚泥生成量の削減が期待できる下水処理方式であることが示された。
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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
本研究の目的は省エネルギーと低炭素化に対応する都市排水の革新的処理システムを開発しようとするものである。都市排水に含まれるバイオマスからの効率的メタン生成とアンモニアの低炭素型高度処理を同時に実現するために、嫌気性動態MBR反応槽を用いたメタン生成ユニットと膜促進型一槽式ANAMMOXを用いた窒素処理ユニットを含む新規ハイブリッドシステムを開発するが、令和元年度では、嫌気性ユニットに焦点を絞って連続実験を通して、ユニットのスターアップと安定運転に成功しているので、当初計画した目標はおよそ達成できた。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでおおむね計画通りの成果が得られたので、令和２年度以降は次のように取り組む予定である。
（１）膜促進型一槽式アナモックスを用いた嫌気性膜処理ろ液の高度処理： 嫌気性動態MBRメタン発酵のろ液に含まれるアンモニア窒素を除去するための膜促進型一槽式アナモックスを研究する。室温条件で低濃度アンモニア排水に対する処理性能を検討する。この実験を通してスタートアップ時間やグラニュールの形成状況と窒素代謝活性を把握する。
（２）新規融合プロセスの長期連続実験による性能確認： 嫌気性動態MBR反応槽を用いたメタ ン生成ユニットと膜促進型一槽式アナモックスを用いた窒素除去ユニットを融合した新規システムを構築して、両ユニットのそれぞれの最適条件で長期連続実験と行い、処理水質を把握するとともに、各ユニットにおける微生物群集構造や反応活性を明らかにする
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