微生物燃料電池における窒素動態の解明とそれを利用した低環境負荷型窒素除去法の開発

阐明微生物燃料电池中的氮动态并开发一种低环境影响的脱氮方法

基本信息

批准号：
15J04909
负责人：
本山亜友里
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Gifu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

当該年度は、一槽型微生物燃料電池におけるアンモニア濃度減少のメカニズムについて、これまで主要因と考えられていたアンモニア揮散の寄与はごくわずかであることを強く示唆するデータの検証をさらに進めた。昨年度の成果より、アンモニア揮散の根拠として支持されている先行研究におけるアンモニア濃度減少の大部分が、アンモニア揮散ではなく電気化学的酸化によるものだったことがわかった。すなわち、一槽型微生物燃料電池でアンモニア揮散が起きていることを裏付けるデータとしては不十分であり、本当にアンモニア揮散が起きているのか、起きていないのかが分からなくなった。そこで当該年度においてもさらなる検証を進め、まず、電気化学的酸化が起こらない条件下で電極近傍のpHが高くなるようにして実験を行った。その結果、アンモニア濃度の減少が観察され、一槽型微生物燃料電池においてアンモニア揮散が起こりうることが明らかとなった。このときの減少速度は、先行研究における従来の推定の3分の1程度であった。ただし、従来の推定値が得られた実験における電流量は、今回の実験の10分の1だったことから、pHはこれほどまで上昇しておらずアンモニア揮散が生じにくい条件であったと推測され、大きく見積もっても従来の推定の3分の1程度と考えられる。次に、密閉容器内で一槽型微生物燃料電池を運転して廃水を処理し気相中のアンモニアガス濃度の測定を試み、僅かながらアンモニアガスの発生を確認した。また、開回路にすることで電流は流れず電極近傍のpHが局所的に上昇しない、すなわちアンモニア揮散が起こらないようにして実験を行った。その結果、アンモニア濃度の減少が観察されたことから、硝化脱窒等による微生物反応による寄与が示唆された。

在本财年，我们进一步验证了以下数据，这些数据强烈表明，以前被认为是主要因素的氨挥发对单容器微生物燃料电池氨浓度降低机制的贡献可以忽略不计。去年的结果显示，之前研究中氨浓度的下降大部分是由于电化学氧化而不是氨挥发，这被作为氨挥发的证据。换句话说，没有足够的数据支持单槽微生物燃料电池中发生氨挥发，并且不再清楚氨挥发是否确实发生。因此，我们在本财年进行了进一步的验证，首先在不发生电化学氧化、提高电极附近pH值的条件下进行了实验。结果，观察到氨浓度下降，并且清楚地表明单槽微生物燃料电池中可能发生氨挥发。此时的下降幅度约为之前研究中估计的三分之一。然而，由于产生常规估计值的实验中的电流量是当前实验的十分之一，因此假设pH值没有上升到这种程度，并且条件是不太可能发生氨挥发，据认为大约是传统估计的三分之一。接下来，在密封容器中运行一槽微生物燃料电池来处理废水，并测量气相中氨气的浓度，并确认产生了少量氨气。另外，该实验是通过使电路开路来进行的，使得没有电流流动，并且电极附近的pH不会局部升高，即不发生氨挥发。结果，观察到氨浓度下降，这表明硝化和反硝化等微生物反应的贡献。