Development of a novel dyeing wastewater treatment system based on elucidation of symbiotic relationships between anaerobic microorganisms

基于阐明厌氧微生物之间的共生关系开发新型印染废水处理系统

基本信息

批准号：
22KJ1451
负责人：
NGUYEN THU HUONG
金额：
$ 1.09万
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：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1451/
关键词：
染色排水微生物間共生関係嫌気性排水処理システム

项目摘要

本研究の目的は、微生物共生関係と染料脱色プロセスの解明を基点とし、新規バイオ担体を活用した染色廃水処理技術を開発することである。本研究は、(1)染料分解における酸化鉄（Fe3O4）の影響を微生物間共生関係を形成することで解明し、(2) Fe3O4を活用した新規バイオ担体を開発しリアクターへを運用するステップで実施する。また第２段階で、（2.1）新規バイオ担体の作製と耐久性試験、（2.2）バイオ担体の挙動と処理性能の評価、及びバイオ担体上の微生物の共生関係について調査し、（2.3）最終的にUASBリアクターへのバイオ担体の適用を試みる。本年度は、上記段階における(1)及び (2.1)を実施した。申請者はまず導電性物質であるFe3O4をバッチリアクターに添加することでアゾ染色排水の処理速度の向上に成功し、処理性能及び最適な添加濃度（10g-L-1）を決定した。その後、その実験成果を嫌気性バッフルリアクターへ適用し、170日間連続運転を行い染色排水処理性能を評価した。Fe3O4を添加することで、CODと色度の除去性能はそれぞれ42%と45%から89%と75%へと顕著に向上した。また、メタン、総溶解鉄、微生物群集構造解析の分析結果から、Fe3O4を添加することで、クロストリジウムとメタン菌が優先化及び共生関係を構築し、その染色排水の分解経路にいて重要な役割を担っていることを示唆した。さらに、微生物の共生関係を形成する触媒Fe3O4と、材料の多孔性を高めるデンプンを組み合わせ、新規のバイオ担体の開発に着手した。Fe3O4とデンプンの濃度を調節し、直径3～4mmのゲルビーズを作製した。成分濃度を変えた染色排水処理性能を評価した。その結果、酸化鉄5％とデンプン0.5％を混合したPVA-ゲルビーズが最適であることを見出した。

本研究的目的是在阐明微生物共生关系和染料脱色过程的基础上，开发一种使用新型生物载体的印染废水处理技术。本研究的目的是 (1) 通过在微生物之间形成共生关系来阐明氧化铁 (Fe3O4) 对染料分解的影响，以及 (2) 开发一种利用 Fe3O4 的新型生物载体并将其用于反应器中。在第二阶段，我们进行了（2.1）新型生物载体的制备和耐久性测试，（2.2）生物载体行为和加工性能的评估，以及微生物在生物载体上的共生关系的调查，以及（2.3）最终我们将尝试应用生物载体至UASB反应器。今年，我们实施了上述步骤中的步骤（1）和（2.1）。申请人首先通过在间歇式反应器中添加导电物质Fe3O4，成功提高了偶氮印染废水的处理速度，并确定了处理性能和最佳添加浓度（10g-L-1）。之后，将实验结果应用于厌氧折流板反应器，连续运行170天，评价印染废水处理性能。添加Fe3O4后，COD和色度的去除性能分别从42%和45%显着提高到89%和75%。另外，从甲烷、总溶解铁分析结果以及微生物群落结构分析发现，通过添加Fe3O4，梭菌与产甲烷菌建立了优先共生关系，在印染废水的分解途径中发挥着重要作用。他建议由他负责。此外，他们开始开发一种新型生物载体，将与微生物形成共生关系的催化剂 Fe3O4 和增加材料孔隙率的淀粉相结合。通过调节Fe3O4和淀粉的浓度制备直径为3至4mm的凝胶珠。我们评估了不同成分浓度下的印染废水处理性能。结果，他们发现含有 5% 氧化铁和 0.5% 淀粉的 PVA 凝胶珠是最佳的。