廃棄汚泥由来バイオ炭の多機能性を活用した高度嫌気性消化技術の開発

利用废污泥生物炭的多功能性开发先进厌氧消化技术

基本信息

批准号：
22KF0134
负责人：
藤井学
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Tokyo Institute 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

项目摘要

本研究では、廃棄汚泥から合成した多機能性バイオ炭を活用し、嫌気性消化技術の高度化に取り組んでいる。研究二年度では、前年度に合成した鉄含有バイオ炭の存在下で過硫酸塩による汚泥酸化処理試験と嫌気性処理性能評価を継続するとともに、嫌気性プロセスにおける潜在的な性能評価指標となりうる溶存有機物に着目し、高分解能質量分析を用いた溶存有機物解析を行った。特に機械学習や分子組成間の質量差に着目したPMDネットワーク解析を開発しすることで、嫌気性消化系における溶存有機物の反応や変換に関する情報の抽出を試みた。全体的な溶存有機物の動態として、過硫酸塩処理をした汚泥からヘテロ原子（酸素や窒素、硫黄など）を比較的多く含む芳香族性の高い有機物の溶出が見られ、このような有機分子の溶出が嫌気性条件下での揮発性脂肪酸の生成に関与していることが示唆された。機械学習により、以上のヘテロ原子の存在に加え炭素原子の酸化状態（NOSC）が溶存有機物の反応性に重要な因子であることが示された。また、分子組成間の質量差に着目したPMDネットワーク解析から、揮発性脂肪酸の生成が高かった系において、高度に接続された複雑な分子ネットワークが形成されていたことから、嫌気性微生物を介した多種多様な溶存有機物の変換過程が高性能システムの維持に必要であることが示唆された。さらに、ネットワークトポロジー解析から、窒素や硫黄を含む有機物がネットワークのハブとして機能していたことから、システイン様化合物などが嫌気性プロセスでの潜在的な性能評価因子・指標になる可能性が示唆された。以上に加え、電子顕微鏡やBET法により、鉄含有バイオ炭の物性（表面性状、細孔分析など）を調べた。また、過硫酸塩の残留が後段のプロセスに影響を及ぼす可能性に関して、他の種類のバイオ炭（Fe3O4担持バイオ炭やCaO2担持バイオ炭など）の作成にも着手した。

在这项研究中，我们致力于利用废污泥合成的多功能生物炭来提高厌氧消化技术的复杂性。在第二年的研究中，我们将继续使用过硫酸盐进行污泥氧化处理试验，并在前一年合成的含铁生物炭的存在下进行厌氧处理性能评估。以有机物为中心，我们使用高浓度分析了溶解性有机物。 -分辨率质谱。特别是，通过开发专注于分子成分之间质量差异的机器学习和 PMD 网络分析，我们试图提取有关厌氧消化系统中溶解有机物的反应和转化的信息。对于溶解性有机物的整体动态，观察到过硫酸盐处理污泥中含有较多杂原子（氧、氮、硫等）的高芳香族有机物的洗脱情况，认为洗脱率是参与厌氧条件下挥发性脂肪酸的产生。机器学习表明，除了上述杂原子的存在外，碳原子的氧化态（NOSC）是溶解有机物反应性的重要因素。此外，重点关注分子组成之间的质量差异的 PMD 网络分析表明，在高挥发性脂肪酸产生的系统中形成了高度连接和复杂的分子网络，这表明需要多种溶解有机物转化过程。保持高性能系统。此外，网络拓扑分析表明，含氮和硫的有机物质起到网络枢纽的作用，这表明类半胱氨酸化合物可能作为厌氧过程的潜在性能评估因素和指标。除上述之外，还使用电子显微镜和BET方法研究了含铁生物炭的物理性质（表面纹理、孔隙分析等）。我们还开始制造其他类型的生物炭（例如 Fe3O4 支撑的生物炭和 CaO2 支撑的生物炭），以解决残留过硫酸盐可能影响后续工艺的可能性。

项目成果

期刊论文数量（2）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Comprehensive understanding of DOM reactivity in anaerobic fermentation of persulfate-pretreated sewage sludge via FT-ICR mass spectrometry and reactomics analysis

通过 FT-ICR 质谱和反应组学分析全面了解过硫酸盐预处理污泥厌氧发酵中的 DOM 反应性

DOI：
10.1016/j.watres.2022.119488
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
12.8
作者：
Liu Jibao;Wang Chenlu;Hao Zhineng;Kondo Gen;Fujii Manabu;Fu Qing;Wei Yuansong
通讯作者：
Wei Yuansong

Network Analysis for Detecting Microbial Interactions and Keystone Species in Engineered Biological Systems

用于检测工程生物系统中微生物相互作用和关键物种的网络分析