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。

在这个财政年度，我们进一步研究了数据，这些数据强烈建议氨挥发的贡献（以前被认为是主要因素）在降低单基质微生物燃料电池中氨浓度的机制中非常小。去年的结果表明，先前研究中的大多数氨浓度降低，这些氨浓度被支持作为氨挥发的基础，是由于电化学氧化而不是氨挥发引起的。换句话说，支持单碱微生物燃料电池中氨挥发的数据不足，因此很难确定氨挥发是否实际上发生。因此，在财政年度也进行了进一步的验证，首先进行了实验，以确保在没有发生电化学氧化的条件下增加电极附近的pH值。结果，观察到氨浓度的降低，并发现氨挥发可能发生在单碱微生物燃料电池中。此时的降低率约为先前研究中先前估计的三分之一。但是，由于在实验中获得常规估计值的电流量是当前实验的十分之一，因此据估计，pH值没有增加太多，并且不太可能发生氨挥发，即使在很大程度上是估计的，也被认为是传统常规估计的三分之一。接下来，在密封的容器中操作一个单罐微生物燃料电池，以处理废水并测量气相中氨气的浓度，并确认了少量产生的氨气。此外，通过使电路打开，电流流动和电极附近的pH在本地不会上升，也就是说，氨挥发不会发生。结果，观察到氨浓度的降低，这表明微生物反应（如硝化和反硝化）的贡献。