| 研究課題/領域番号 |
19H00776
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
岡部 聡 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10253816)
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| 研究分担者 |
北島 正章 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (30777967)
佐藤 久 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80326636)
押木 守 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (90540865)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 嫌気性アンモニア酸化 / バイオ燃料電池 / 部分硝化 / 電気化学的制御 |
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| 研究実績の概要 |
低炭素循環型社会構築のためには、汚泥発生量や曝気量の削減を図り、下水処理システムのさらなる高効率化・省エネルギー化が求められる。そのような社会的背景の中、嫌気性アンモニア酸化(Anammox)プロセスは、省エネ型窒素除去プロセスとして工場排水や嫌気性消化脱水ろ液処理などに適用が始まっているが、都市下水処理(メインストリーム)への適用は一向に進んでいない。都市下水メインストリーム処理への適用の鍵は、前段の部分硝化(NH4+をNO2-まで酸化する)プロセスの安定化・高効率化である。
本研究では、前段に有機物除去を担うバイオ燃料電池(MFC)を設け、MFCで発生する電圧を用いてMECアノード電極電位を制御することで、アンモニア酸化細菌(AOB)がアノード電極を電子受容体としてNH4+をNO2-まで酸化し、Anammox細菌が生成されたNO2-とNH4+を窒素ガス(N2)へ変換するMFC駆動型部分硝化(PN)-Anammox 生物電解セル(MEC)システムの構築が可能であることを実証した。実際に都市下水を用いた連続運転を実施した結果、MFC電力によりPN-AnammoxMECシステムのアノードとカソードの電位差を＋0.8V vs. NHEに制御した時、最大NH4＋-N除去速度151 g-NH4+-N m-3 d-1を達成した。このMFCを補助電源とする革新的エネルギー自立式PN-Anammox MEC処理システムは、完全に無曝気、発生汚泥量の削減が可能でありかつ外部エネルギーの投入を必要とせず(必要エネルギーは送液ポンプ駆動動力のみ)、現行のAnammoxプロセスよりも大幅に消費エネルギーを削減できる。また、処理システムおよび運転操作が簡易化でき、未だ適応実績のない都市下水処理のメインストリームへの適用を加速させることが期待できる。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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