嫌気的メタン酸化脱窒とアナモックス複合反応を利用した新規窒素除去システムの開発

厌氧甲烷氧化反硝化与厌氧氨氧化联合反应新型脱氮系统的开发

基本信息

批准号：
20J15423
负责人：
TRAN PHUONG THAO
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

DAMOアーキアは硝酸還元により発生する亜硝酸を生成し、DAMO細菌とアナモックス細菌はメタンとアンモニアを使って亜硝酸を除去するため、研究はDAMO/アナモックス複合反応を利用して効率的な硝酸とアンモニアの除去を目指す。我々は、中空糸膜を保持する上向流リアクターを用いることで、同様の条件で運転した散水ろ床法に比べて2~3倍程度の脱窒性能を達成した一方で、硝酸除去率は向上せず、アンモニアはわずかに増加する傾向にあることを明らかにした。そこで、DAMOとアナモックス反応を複合した高効率な窒素化合物除去プロセスを確立するために、中空糸膜リアクターを用いて様々な条件で運転し、高い除去性能を示す運転パラメータを検討した。結果として、適切な植種源と亜硝酸塩の添加が最も窒素除去効率を向上するパラメータであった。硝酸還元により生成した亜硝酸塩は流出液中には検出されなかったため、亜硝酸濃度をめぐる微生物の競合が、アナモックス細菌のアンモニウム除去を制限したと考えられる。そこで、アナモックス細菌を誘導するために、アナモックス反応の化学量論式の比率となるように、流出液中の生成アンモニウムを基準にして算出した亜硝酸塩を流入液に添加した。濃縮汚泥を植種したリアクターは、硝酸塩を添加した水田土壌を植種したリアクターと同様の性能を示したが、亜硝酸塩を添加するとわずか50日後に2倍の硝酸除去効率を示した。微生物分析から、アナモックス細菌は亜硝酸制限下では抑制されていたが、亜硝酸添加により2.1%から10.6%まで増加した。また、DAMO細菌の相対量は9%から41%に大きく増加した。これらの結果は、効果的なバイオリアクターには独立栄養窒素除去群集においてアナモックス細菌が重要であり、アナモックス細菌の存在は、亜硝酸とアンモニウムを除去するだけでなく、硝酸除去微生物の成長を相乗的に促進することが示唆された。

DAMO古菌产生亚硝酸盐，亚硝酸盐是通过硝酸盐还原生成的，而DAMO和厌氧氨氧化细菌利用甲烷和氨来去除亚硝酸盐，因此研究利用DAMO/厌氧氨氧化复合反应来高效产生硝酸盐和氨来消除。通过使用带有中空纤维膜的上流式反应器，我们实现了比类似条件下运行的滴滤法高约2至3倍的反硝化性能，而硝酸去除率却没有改善，氨氮呈小幅上升趋势。因此，为了建立结合DAMO和厌氧氨氧化反应的高效氮化合物去除工艺，我们在各种条件下运行中空纤维膜反应器，并检查显示高去除性能的操作参数。因此，适当的接种源和亚硝酸盐的添加是最能提高脱氮效率的参数。废水中没有检测到硝酸盐还原产生的亚硝酸盐，这表明微生物对亚硝酸盐浓度的竞争限制了厌氧氨氧化细菌对铵的去除。因此，为了诱导厌氧氨氧化细菌，将根据废水中产生的铵计算出的亚硝酸盐添加到进水中，以达到厌氧氨氧化反应的化学计量比。接种增稠污泥的反应器与接种添加硝酸盐的稻田土的反应器表现相似，但添加亚硝酸盐仅50天后，硝酸盐去除效率就高了一倍。微生物分析表明，在亚硝酸盐限制下，厌氧氨氧化菌受到抑制，但添加亚硝酸盐后，厌氧氨氧化菌从 2.1% 增加到 10.6%。此外，DAMO细菌的相对丰度从9%显着增加到41%。这些结果表明，厌氧氨氧化细菌在自养氮清除群落中对于有效的生物反应器非常重要，并且厌氧氨氧化细菌的存在不仅可以去除亚硝酸盐和铵，而且可以协同促进硝酸盐清除微生物的生长。可以得到晋升。