遮光ゲル担体を用いた微細藻類-硝化菌共存系による新規窒素除去プロセスの開発

利用遮光凝胶载体的微藻-硝化细菌共存系统开发新的脱氮工艺

• 批准号: 21J14564
• 负责人: 西 健斗
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Soka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J14564/
• 关键词: 微細藻類; 硝化菌; 光阻害; 窒素除去; 硝化反応; 微生物固定化; 省エネルギー; 光阻害緩和; 遮光

曝気を用いない低コストな「微細藻類-硝化菌共存系」を光強度の高い環境下に応用するため、光耐性の弱い硝化菌のみを遮光ゲル担体に固定化し、それを微細藻類-硝化菌共存系に用いた新規窒素除去プロセスの開発を行った。本年度は、異なるバイオマス比による微細藻類-硝化菌共存系の半連続実験を実施した。微細藻類としてChlorella sorokiniana、硝化菌として耐久性を有するポリビニルアルコール・アルギン酸複合（PVA-SA）ゲルで硝化菌を固定化した遮光ゲル担体をバイオマス比（微細藻類：硝化菌）10:0、7:3、5:5、3:7、1:9、0:10の6条件となるように調節し、増殖速度の速い微細藻類を24時間おきに濾過することで任意のバイオマス比となるよう調節した。アンモニア負荷速度は100-500 mg-N/L/dの範囲でPhase 1-3において段階的に増加させ、Phase 4では再度Phase 1の低負荷に戻すことで、高負荷耐性および性能回復について評価を行った。その結果、Phase 1-2ではバイオマス比による影響はほとんど確認されなかったものの、高負荷条件であるPhase 3において、7:3のような微細藻類割合が高いバイオマス比では、高いpH阻害によりアンモニア除去性能が低下した。結果として、Phase 3で最も高いアンモニア除去性能である113 mg-N/L/dを示したバイオマス比は1:9であった。さらに、1:9ではリアクター内の高い光透過性による光合成効率の向上により、2.6 g-dryの最も高いバイオマス回収量を得ることができた。本研究により、微細藻類と硝化菌固定化遮光ゲル担体の簡便な分離方法を用いて、新しいバイオマス比制御可能な微細藻類-硝化菌共存系プロセスを考案し、その高いアンモニア除去性能および微細藻類回収量を示す最適なバイオマス比が1:9であることを明らかにした。

为了将不需要通气的低成本“微藻-硝化细菌共存系统”应用到高光强度的环境中，我们仅将耐光性较弱的硝化细菌固定在遮光凝胶载体上，并将其转移到微藻中。 -硝化细菌。我们开发了一种新的共存系统脱氮工艺。今年，我们利用不同的生物量比例对微藻-硝化细菌共存系统进行了半连续实验。小球藻作为微藻sorokiniana 是一种采用聚乙烯醇-海藻酸盐复合材料 (PVA-SA) 凝胶固定硝化细菌的遮光凝胶载体，该凝胶与硝化细菌一样耐用。 ）将条件调整为6个条件：10:0、7:3、5:5、3:7、1:9、0:10，过滤每24小时快速生长的微藻，将生物量比例调整为。第1-3阶段氨负荷率在100-500 mg-N/L/d范围内逐步增加，然后在第4阶段恢复到第1阶段的低负荷，以评估高负荷耐受性和性能恢复I。做到了。结果，在阶段1-2中，几乎没有确认生物质比的影响，但在高负荷条件的阶段3中，在微藻比率高的生物质比例如7:3下，氨去除由于高pH值抑制作用降低。结果，第3阶段表现出最高氨氮去除性能（113 mg-N/L/d）的生物质比为1:9。此外，在1:9的情况下，由于反应器内部的高透光率而提高了光合效率，可以获得2.6克干物质的最高生物量回收率。通过这项研究，我们设计了一种新的微藻-硝化细菌共存系统工艺，可以利用简单的微藻和硝化细菌固定化遮光凝胶载体的分离方法来控制生物量比例，并实现了较高的氨去除性能和微藻回收率。结果表明，表明生物量的最佳生物量比为1：9。

项目成果

Nitrogen removal from wastewater by an immobilized consortium of microalgae?bacteria in hybrid hydrogels

通过混合水凝胶中固定的微藻细菌菌群从废水中脱氮

• DOI: 10.2166/wst.2023.001
• 发表时间: 2023
• 期刊: Water Science and Technology
• 影响因子: 2.7
• 作者: Moran-Valencia Marien;Nishi Kento;Akizuki Shinichi;Ida Junichi;Cuevas-Rodriguez German;Cervantes-Aviles Pabel
• 通讯作者: Cervantes-Aviles Pabel

Effects of different biomass ratios of light-tolerant microalgae-nitrifying bacteria consortia on ammonia removal

• DOI: 10.1016/j.bej.2023.108872
• 发表时间: 2023-02
• 期刊: Biochemical Engineering Journal
• 影响因子: 3.9
• 作者: Ken-ichiro Nishi;S. Akizuki;T. Toda;T. Matsuyama;J. Ida

Effect of biomass ratio in microalgae-nitrifying bacteria using light-shielding hydrogel

遮光水凝胶对微藻硝化细菌生物量比例的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Kento Nishi;Shinichi Akizuki;Tatsuki Toda;Tatsushi Matsuyama;Junichi Ida
• 通讯作者: Junichi Ida

Optimum biomass ratio in the microalgae-nitrifying bacteria consortia using light-shielding hydrogel for ammonia removal

使用遮光水凝胶去除氨的微藻-硝化细菌群落中的最佳生物量比例

• 发表时间: 2021
• 作者: Kento Nishi;Shinichi Akizuki;Tatsuki Toda;Tatsushi Matsuyama;Junichi Ida
• 通讯作者: Junichi Ida

異なるバイオマス比の微細藻類-硝化菌固定化遮光ゲル共存系を用いた半連続処理実験による窒素除去

不同生物量配比微藻-硝化细菌固定化遮光凝胶共存体系半连续处理脱氮实验

• 发表时间: 2021
• 作者: 西健斗;秋月真一;戸田龍樹;松山達;井田旬一
• 通讯作者: 井田旬一