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嫌気性膜分離リアクターによる排水からのバイオエネルギー回収と汚泥低減(平成 26年度)
Bio-energy recovery and sludge reduction from wastewater by anaerobic membrane separation reactor

予算区分
CD 文科-科研費
研究課題コード
1415CD005
開始/終了年度
2014~2015年
キーワード(日本語)
電気化学,バイオエネルギー,排水
キーワード(英語)
electrochemistry, Bio-energy, wastewater

研究概要

 活性汚泥法は、好気性微生物による有機物分解作用を工学的に制御した廃水処理技術であり、都市下水処理に広く利用されている。しかし、余剰汚泥の発生量は多く、重大な環境問題を引きこす可能性があるので、水産業界から新しい廃水処理技術の開発が強く求められているテーマである。本研究では、汚泥生成量が少なくバイオメタンを回収できる新しい下水処理システムを構築するために、嫌気性古細菌、分離膜および余剰汚泥の可溶化を組み合わせて、連続実験によりその性能を研究することである。具体的には次の研究項目に取り組む予定:
(1)低温嫌気性膜分離法による下水処理の可能性検討:上記施設の持つ機能を生かし、実下水を用いて、各種条件に温度管理された浸漬型嫌気性膜分離反応槽と低温メタン発酵微生物(古細菌)を組み合わせて連続実験を行い、異なる温度と負荷条件における処理性能を把握して、処理水質およびバイオメタンの回収の観点から総合検討を行う。
(2)促進酸化法による余剰汚泥の可溶化:バイオメタン回収の最大化を目指すために、これまでの研究で確立した酸化技術を利用して余剰汚泥の可溶化を行い、その可溶化液を嫌気性膜分離反応槽に返送して有機物分解率の向上を図る。
(3)低温嫌気性膜分離法における膜ファウリング制御技術の確立:低温嫌気性処理条件では、膜ファウリング制御は重要である。本研究は膜濾過のダイナミック解析およびナノ粒子材料の導入により膜ファウリングを抑制するとともに、洗浄方法と融合して、新しい制御技術を確立する。
(4)システム評価と応用シナリオの研究:物質収支、エネルギー収支の観点だけでなく、温室効果ガス発生抑制の観点も含めて新規システムを評価して、新興国で普及させるためのシナリオとその環境保全インパクトを明らかにする。

研究の性格

  • 主たるもの:基礎科学研究
  • 従たるもの:技術開発・評価

全体計画

平成26年度研究要素技術の研究に焦点を絞り、次の研究項目に取り組む予定:
(1) 低温嫌気性膜分離法による下水処理の可能性検討
 AnMBR実験装置をくみたて、実下水を用いて、各種条件に温度管理されたAnMBRと低温メタン発酵微生物(古細菌)を組み合わせて連続実験を行い、温度、基質濃度、HRT、SRT、OLRおよびpHなどの制御因子による影響を明らかにするとともに、その最適な設計仕様と運転条件を確立する。
(2) 促進酸化法による余剰汚泥の可溶化
 バイオメタン回収の最大化を目指すために、汚泥の効率的な前処理技術を開発する必要がある。これまでの研究で確立した電気分解、アルカル及びFe(II)/S2O82−酸化などの前処理技術を応用して余剰汚泥の細胞内物質の放出及び可溶化を強化する。その可溶化液を嫌気性反応器へ投入して汚泥の減量化とバイオメタン回収の向上を図る。なお、汚泥の可溶化のための最適前処理条件を決定するために、汚泥崩壊度(DDSCOD)、細胞外高分子物質(EPS)、炭水化物、タンパク質、生分解性(BOD5/CODCr)、病原体の除去と汚泥の脱水性能についても同時に評価を行う。
平成27年度は融合システムの構築とに焦点を絞り、次の研究項目に取り組む予定
(1)低温嫌気性膜分離法における膜ファウリング制御技術の確立
AnMBR装置において低温嫌気性処理条件では、膜ファウリング制御は重要である。膜ファウリング制御技術を開発するため、まず膜濾過のダイナミック解析およびナノ粒子材料の導入により膜ファウリングを抑制するとともに、洗浄方法と融合して、新しい制御技術を確立する。また、膜材料の改良や洗浄方法との融合を独自の視点から検討し、設計条件を明らかにする。
(2)AnMBRの嫌気性プロセス微生物の群集構造の動態解析
低温メタン発酵微生物群集の変化を明らかにする。FISH法及び16SrRNA遺伝子に基づくシステム解析を行い、各種条件における異なる機能グループの微生物の動態を把握するとともに、処理性能と微生物群集動態との関係を明らかにする。
(3)システム評価と応用シナリオの研究
安定性、物質収支、汚泥生成量の削減、エネルギー収支などの観点だけでなく、温室効果ガス発生抑制の観点も含めて新規システムを評価して、新興国で普及させるためのシナリオとその環境保全インパクトを明らかにする。

今年度の研究概要

平成26年度研究要素技術の研究に焦点を絞り、次の研究項目に取り組む予定:
(1) 低温嫌気性膜分離法による下水処理の可能性検討
 AnMBR実験装置をくみたて、実下水を用いて、各種条件に温度管理されたAnMBRと低温メタン発酵微生物(古細菌)を組み合わせて連続実験を行い、温度、基質濃度、HRT、SRT、OLRおよびpHなどの制御因子による影響を明らかにするとともに、その最適な設計仕様と運転条件を確立する。
(2) 促進酸化法による余剰汚泥の可溶化
 バイオメタン回収の最大化を目指すために、汚泥の効率的な前処理技術を開発する必要がある。これまでの研究で確立した電気分解、アルカル及びFe(II)/S2O82−酸化などの前処理技術を応用して余剰汚泥の細胞内物質の放出及び可溶化を強化する。その可溶化液を嫌気性反応器へ投入して汚泥の減量化とバイオメタン回収の向上を図る。なお、汚泥の可溶化のための最適前処理条件を決定するために、汚泥崩壊度(DDSCOD)、細胞外高分子物質(EPS)、炭水化物、タンパク質、生分解性(BOD5/CODCr)、病原体の除去と汚泥の脱水性能についても同時に評価を行う。

関連する研究課題
  • 0 : 資源循環・廃棄物研究分野における研究課題

課題代表者

徐 開欽

  • 資源循環・廃棄物研究センター
    国際廃棄物管理技術研究室
  • 主席研究員
  • 工学博士
  • 土木工学,地学,生物工学
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担当者