小野寺 崇

　高性能型の嫌気性排水処理リアクターの開発に取り組んでおります。嫌気性排水処理は、排水処理とエネルギー回収が両立できる魅力的なプロセスです。一方で、好気性処理に比べて阻害物（硫化水素やアンモニアなど）の影響が顕著であることが弱点です。阻害物除去には薬品添加などによってランニングコストがかかります。そこで、嫌気性処理で発生するバイオガスを利用して阻害物の効率的な除去を目指し、内部相分離型リアクター（Internal Phase-Separated Reactor: IPSR）を新たに開発しました。IPSRは、前段（前処理）と後段（メタン生成）が上下に配置され、独自に開発した気体式液体仕切弁で相分離構造とすることで、液相は混合されることなく、後段で発生したバイオガスが前段に無動力で供給される仕組みです。最新の研究成果によって、ラボスケールのリアクター実験によって超高濃度の硫化水素を含む廃水にも適用できることが示されました。

＜主な研究成果等＞
・Onodera T., Takemura Y., Aoki M., Syutsubo K. (2024) Application of an anaerobic reactor for the treatment of sulfide-rich wastewater using biogas for H2S removal, Water Science and Technology 90 (11), 3029-3040.
・Onodera T., Takemura Y., Aoki M., Syutsubo K. (2023) Enhanced sulfide removal by gas stripping in a novel reactor for anaerobic wastewater treatment. Water Science and Technology, 87 (9), 2223–2232.
・Onodera T., Takemura Y., Aoki M., Syutsubo K. (2022) Anaerobic reactor with a phase separator for enhancing sulfide removal from wastewater by gas stripping. Bioresource Technology Reports, 20 (101216)

　活性汚泥では、細菌、原生動物、後生動物などが食物連鎖を形成し、有機物分解、処理水の清澄性向上、余剰汚泥削減に寄与しています。微生物群集の摂餌関係を理解し、食物連鎖の機能を最大限に活かすことは、処理性能の安定化・向上に重要です。δ13Cは食物源の指標、δ15Nは栄養段階の指標となり、捕食者のδ15Nは被食者より約3.4‰上昇します。しかし、活性汚泥の食物網（食物連鎖）の評価は行われておりませんでした。そこで、活性汚泥の食物連鎖を把握するため、炭素・窒素安定同位体比（δ13C・δ15N）を用いた新たな解析方法を提案しました。その結果、汚泥の分解ととともに、δ15Nが増加する傾向がみられました。この結果からδ15Nは活性汚泥の食物連鎖における捕食作用の進行度を示す指標となる可能性が示されました。

＜主な研究成果＞
・Onodera T., Takemura Y., Kubota K., Kato R., Okubo T., Kanaya G., Syutsubo K., Uemura S. (2021) Evaluation of microbial community succession and trophic transfer using microscopic, molecular and stable isotope ratio analysis in a sponge-based sewage treatment system. Biochemical Engineering Journal, 171 (108002)
・Onodera T., Kanaya G., Hatamoto M., Kohzu A., Iguchi A., Takimoto Y., Yamaguchi T., Mizuochi M., Syutsubo K. (2018) Evaluation of trophic transfer in the microbial food web during sludge degradation based on 13C and 15N natural abundance. Water Research, 146, 30-36
・Onodera, T., Kanaya, G., Syutsubo, K., Miyaoka, Y., Hatamoto M., Yamaguchi, T. (2015) Spatial changes in carbon and nitrogen stable isotope ratios of sludge and associated organisms in a biological sewage treatment system. Water Res. 68, 387−393.

　安定同位体の自然存在比は，水環境や生態系における窒素の起源推定や影響評価に広く用いられている。しかし，下水処理プロセスの処理過程における安定同位体比の変化に関する知見は限れている。そこで本研究では，下水処理方式と安定同位体比の変化の関係を明らかにするため，複数の活性汚泥変法における，硝酸イオンの窒素・酸素安定同位体比（δ15N・δ18O）の変化の把握を行った。同時に，下水の固形物および各反応槽内の活性汚泥の炭素・窒素安定同位体比（δ13C・δ15N）を測定した。その結果，流入下水のSSと比較して，保持汚泥のδ15Nが増加すること，硝酸イオンのδ15N・δ18Oもプロセスの処理過程において変化するとともに，処理方式によって異なることが明らかとなった。これらの安定同位体比の変化は，下水処理プロセスにおける生物化学的な処理メカニズムを理解することや，処理の履歴などの情報を得るために有用なツールになりえると考えられます。

＜主な研究成果＞
・Onodera T., Komatsu K., Kohzu A., Kanaya G., Mizuochi M., Syutsubo K. (2021) Differences in the isotopic signature of activated sludge in four types of advanced treatment processes at a municipal wastewater treatment plant. Journal of Environmental Management, 286 (112264)
・Onodera T., Komatsu K., Kohzu A., Kanaya G., Mizuochi M., Syutsubo K. (2021) Evaluation of stable isotope ratios (δ15N and δ18O) of nitrate in advanced sewage treatment processes: isotopic signature in four process types. Science of the Total Environment, 762 (144120)
・Onodera T., Kanaya G., Kohzu A., Syutsubo K. (2020) Distribution in natural abundances of stable isotopes of nitrate and retained sludge in a nitrifying bioreactor: Drastic changes in isotopic signatures. Science of the Total Environment, 705 (134438)

　パームオイルはアブラヤシの果実から採れる植物油であり、世界全体の生産量は2000年から2020年にかけて2222万トンから7588万トンに増加しています。パームオイルの年間生産量は、世界第一位のインドネシアで4476万トン、第二位のマレーシアで1914万トンです。さらに、パームオイル製造工程では油脂などを含む高濃度有機性廃水であるPOME（Palm Oil Mill Effluent）が排出されます。このPOMEは粗パームオイルの2.5倍から3.0倍の量が排出され、工場に隣接するポンド（素掘りの池）で処理されます。しかし、このポンド処理では嫌気的な有機物分解に伴って温室効果ガス（GHGs）であるメタン（CH4）が大量に放出されるため、現状把握や将来予測に加えて今後の対策を講じるために発生量の精緻化が重要です。そこで，マレーシアのボルネオ島にて現地調査を実施し，POMEを処理するポンドにおけるGHG発生量の時空間的な分布を調査した結果，一部のポンドから大量のGHGsが発生していることが明らかとなりました．また、同時に水質変動についても調査を実施し、GHGs発生量との比較を実施しました。その結果、ポンドにおいて自然浄化によって除去された有機物のほとんどがメタンとして排出されていることがわかりました。本研究を通じて、GHGs発生量の精緻化を行うとともに、GHGs削減による気候変動の緩和に向けた知見を得ていきたいと考えております。

＜主な研究成果＞
・小野寺崇，高橋善幸，仁科一哉，平田竜一，Waili Joseph，Kiew Frankie，Wong Guan，Sa’adi Zufaqar，Melling Lulie，パームオイル製造廃水を処理するポンドの有機物濃度と温室効果ガス発生量の変化，土木学会全国大会第79回年次学術講演会，VII-90，2024年9月6日．（学会発表）
・Takahashi Y., Onodera T., Hirata R., Nishina K., Waili J.W., Aeries E.B., Kiew F., Wong G.X., Melling L. (2022) Field Observations of Greenhouse Gas Emissions from Palm Oil Mill Effluent (POME) Treatment Ponds in an Oil Palm Plantations on Tropical Peatlands. AsiaFlux 2022, Book of Abstracts, 130（学会発表）

　我が国における汚水処理人口普及率は、人口規模の少ない市町村で低く、特に中山間地や離島における整備が課題となっています。そこで統計データを用いて離島地域の汚水処理状況を評価するとともに、人口規模の異なる複数の離島を有する長崎県五島市を対象に現地調査を行い、汚水処理状況や課題を把握しております。本研究を通じて、持続可能な汚水管理に向けた知見を得ることで、我が国の離島における豊かで貴重な水環境や自然環境の保全を目指していきたいと考えております。

＜主な研究成果＞
・小野寺崇，岡寺智大，離島における汚水処理の状況と五島市での実態調査，第61回環境工学研究フォーラム，B-15, 19pp, 2024年11月27日．【優秀ポスター発表賞受賞】（学会発表）

　急速な経済成長が続く新興国・開発途上国の都市部では、産業活動の活発化や人口増加に伴い、生活排水や工場排水の量が増加しています。一方で、排水処理施設の整備が間に合わず、水環境の汚染が深刻な問題となっています。早急な対策が必要ですが、開発途上国では、財政的に脆弱であること、都市の拡大により処理施設の用地確保が難しいこと、技術レベルが低いことなど、多くの問題を抱えています。そこで、開発途上国にも適用できるような、安価でコンパクト、運転管理が容易なローテク技術に着目しました。 排水処理では、微生物の力を借りて汚濁物質（主に有機物）を分解しています。最も一般的な処理方法は活性汚泥法であり、先進国などで実績を上げてきた処理法で、水環境の保全に大きな役割を担っています。しかし活性汚泥法では、常に空気を水中に送り込むことで、微生物が快適な環境（酸素濃度）を維持する必要があります。この空気供給には多くのエネルギーを消費します。そこで、ローテク技術として散水ろ床法に着目しました。この方法は、運転管理が容易で、エネルギーの消費量が少なく、余剰汚泥の発生量が少ないことが大きな魅力です。
　本技術では、従来の散水ろ床で用いられる砕石やプラスチック担体ではなく、スポンジ担体を用いることで、高濃度の微生物を保持することが可能です（スポンジ容量1Lあたり15,000~25,000 mgVSS。活性汚泥の約5倍）。これにより、従来の散水ろ床法よりも高い処理性能を発揮し、活性汚泥法に劣らない処理水質を得ることができました。本技術は国内外で実証実験が行われています。

＜主な研究成果＞
・Onodera T., Okubo T., Takayama D., Syutsubo K., Yamaguchi T., Uemura S., Ohashi A., Harada H. (2022) Evaluating the resilience of a full-scale down-flow hanging sponge reactor to shock-loadings. Water Practice & Technology, 17 (1), 223-233
・Onodera T., Takemura Y., Kubota K., Kato R., Okubo T., Kanaya G., Syutsubo K., Uemura S. (2021) Evaluation of microbial community succession and trophic transfer using microscopic, molecular and stable isotope ratio analysis in a sponge-based sewage treatment system. Biochemical Engineering Journal, 171 (108002)
・Onodera T., Okubo T., Uemura S., Yamaguchi T., Ohashi A., Harada H. (2016) Long-term performance evaluation of down-flow hanging sponge reactor regarding nitrification in a full-scale experiment in India. Bioresource Technology, 204, 177-184