Development of membrane fouling control using biofilm predator

使用生物膜捕食者开发膜污染控制

基本信息

批准号：
22KJ1449
负责人：
三輪徹
金额：
$ 1.41万
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-22KJ1449/
关键词：
MBR 膜ファウリング後生動物バイオフィルム有機物負荷変動

项目摘要

膜分離活性汚泥法（MBR）は高い排水処理性能を有しているが、膜上におけるバイオフィルム形成に伴う膜の目詰まり（膜ファウリング）が依然として主要な課題である。本研究はその課題に対し、バイオフィルム捕食能力を有する後生動物を活用した新規膜ファウリング制御技術を開発することを目的とする。本年度は、立体型メッシュ担体を無酸素/酸素MBRに導入し、膜ファウリング緩和に資する後生動物の集積培養系の確立を行った。コントロール系のMBRと比較して、立体型メッシュ担体を設置したリアクター内の活性汚泥は、Nematodes、Oligochaetes、Rotiferなどの後生動物数が優位に増加し、原位置における後生動物の集積培養に成功した。また、立体型メッシュ担体は高濃度の汚泥を保持し、上記後生動物の他、比較的大型のミミズやダニの生息も確認した。膜ファウリング誘発物質である活性汚泥上澄中の全有機物質（TOC)濃度及びタンパク質、全糖物質濃度を調査したところ、運転期間中でこれら物質は有意に減少した。さらに、活性汚泥の濾紙濾過性は約20%向上し、余剰汚泥量も大幅に削減されるなど、活性汚泥の性状は大きく改善された。したがって、立体型メッシュ担体をMBRに設置することで、活性汚泥は膜ファウリングが発生しにくい性状へと変化した。また、バイオフィルムを原位置から採取し、顕微鏡観察を行ったところバイオフィルム中には後生動物（特にNematodes）が存在し、後生動物はバイオフィルムを捕食し生存しているものと考えられた。しかし、膜ファウリングの発生頻度はコントロール系と同程度であり、膜ファウリング緩和にまで至っていない。

尽管膜分离活性污泥（MBR）具有较高的废水处理性能，但由于膜上形成生物膜而导致的膜堵塞（膜污染）仍然是一个主要问题。这项研究的目的是开发一种新的膜污染控制技术，该技术利用具有捕食生物膜能力的后生动物。今年，我们在缺氧/氧气MBR中引入了三维网状载体，建立了后生动物富集培养系统，有助于缓解膜污染。与控制系统MBR相比，配备三维网状载体的反应器中的活性污泥显示线虫、寡毛纲、轮虫等后生动物的数量显着增加，并成功实现了后生动物的原位富集培养。此外，三维网状载体保留了高浓度的污泥，除了上述后生动物外，还证实栖息着较大的蚯蚓和螨虫。当我们调查活性污泥上清液中总有机物（TOC）、蛋白质和总糖物质（这些物质是引起膜污染的物质）的浓度时，我们发现这些物质在运行期间显着下降。此外，活性污泥的性质也得到了很大的改善，活性污泥的纸滤性提高了约20%，剩余污泥量显着减少。因此，通过在MBR中安装三维网状载体，活性污泥的性质发生改变，不易发生膜污染。此外，当从原始位置收集生物膜并在显微镜下观察时，发现生物膜中存在后生动物（特别是线虫），并且后生动物被认为通过以生物膜为食而生存。但膜污染发生的频率与控制系统相当，膜污染并未得到缓解。