太陽光を利用したアンモニア阻害抑制のための新規メタン発酵システムの開発

开发新型甲烷发酵系统，利用阳光抑制氨抑制

• 批准号: 17J00358
• 负责人: 張 楠
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J00358/
• 关键词: 光メタン発酵; アンモニア阻害; 光量子; 太陽光; 光照射時間; 光強度

研究3年目である本年度は、前年度の結果をもとにして太陽光を利用した高アンモニア態窒素含有の有機性廃棄物の嫌気性発酵システムを開発された。そのため、以下の3点を軸として研究を進めてきた。(1)最適な光量子を用いた高アンモニア態窒素を含有する培地を基質とした光メタン発酵の長期運転効果を確認するために連続発酵を行った。水理学的滞留時間と有機負荷率の変化にも関わらず、最適な光量子条件を用いた発酵プロセスでは、最高のメタン生成量が得られ、暗条件に比べ2.7倍も高かった。連続運転を実施することによって、アンモニア阻害抑制条件で最適な光量子範囲を用いたメタン発酵の促進効果が確認でき、実用化の可能性が示唆された。(2) 実の太陽光を利用できる発酵プロセスを開発するため、太陽光と同じ波長範囲の人工太陽光を光源とした阻害軽減への効果を検討した。その結果、UVカット人工太陽光灯で照射した場合、白熱灯を光源とした光メタン発酵に比べ、メタン生産量に有意の差が生じなかった。将来太陽光はメタン発酵の照射光源として利用でき、嫌気性発酵におけるアンモニア阻害の抑制できることによって畜産廃棄物の資源循環と環境浄化の実現が可能になる。(3)トータルシステムを構築するための全体システムに対しての総合評価を行った。その結果により、太陽光照射を光源として照射することで、省エネルギー型光メタン発酵システムのアンモニア阻害の抑制効果とともに経済効果も期待できる。以上の結果より、適切な光量子範囲を用いることで、太陽光を利用した高アンモニア態窒素含有の高効率な省エネルギー型メタン発酵システムの構築が可能になった。また、太陽光を利用したメタン発酵において、畜産廃棄物有効処理、環境負荷の軽減、エネルギー回収率向上等効果を認められ、循環型社会形成上に革新技術として活用できることが期待される。

今年是该研究的第三年，他们根据前一年的结果，开发了一种利用阳光对氨氮含量高的有机废物进行厌氧发酵的系统。为此，我们围绕以下三点进行了研究。 (1)进行连续发酵，以确认使用最佳光子以含有高氨氮的培养基为底物的光甲烷发酵的长期运行效果。尽管水力停留时间和有机负荷率发生变化，但使用最佳光子条件的发酵过程产生了最高的甲烷产量，比黑暗条件下高出2.7倍。通过连续运行，我们能够确认在氨抑制和抑制条件下使用最佳光子范围促进甲烷发酵的效果，提示了实际应用的可能性。 (2)为了开发可以利用真实太阳光的发酵工艺，我们研究了使用与太阳光相同波长范围的人造太阳光作为光源来减少抑制的效果。结果，与使用白炽灯作为光源的光甲烷发酵相比，用紫外线截止人造日光灯照射时的甲烷产量没有显着差异。未来，可以利用太阳光作为甲烷发酵的照射光源，通过抑制厌氧发酵中的氨抑制，使畜禽粪便资源化和环境净化成为可能。 (3)对整个系统进行综合评价，构建总体系统。结果表明，利用太阳光作为光源，可望在节能型光甲烷发酵系统中起到抑制氨抑制的效果，并带来经济效益。由以上结果可知，通过使用合适的光子范围，构建利用太阳光且氨氮含量高的高效、节能的甲烷发酵系统成为可能。此外，利用阳光进行甲烷发酵已被证明可以有效处理牲畜粪便、减少环境影响、提高能源回收率，有望作为一项创新技术来创建循环型社会。

项目成果

Superior disinfection effect of Escherichia coli by hydrothermal synthesized TiO2-based composite photocatalyst under LED irradiation: Influence of environmental factors and disinfection mechanism

• DOI: 10.1016/j.envpol.2019.01.082
• 发表时间: 2019-04-01
• 期刊: ENVIRONMENTAL POLLUTION
• 影响因子: 8.9
• 作者: Liu, Na;Zhu, Qi;Yang, Yingnan
• 通讯作者: Yang, Yingnan

Improved Biomethane Conversion from Nitrogen-rich Waste by Optimizing Illumination Condition of Anaerobic Bioreacto

通过优化厌氧生物反应器的光照条件提高富氮废物的生物甲烷转化率

• 发表时间: 2019
• 作者: Zhu;Y.;Zheng;H.;Zhang;N.;Yang;Y. N.
• 通讯作者: Y. N.

Enhancement of Methane Production in Ammonium-Rich Anaerobic Digestion by Advanced Fixed-Bed Bioreactor

先进固定床生物反应器提高富铵厌氧消化甲烷产量

• 发表时间: 2018
• 作者: Zheng;H. Y.;Zhang;N.;Zhao;C. Y.;Yang;Y. N.
• 通讯作者: Y. N.

Identify of fixed-bed bioreactor on higher bio-hydrogen production with optimal bedding material and initial substrate concentration

确定具有最佳床层材料和初始底物浓度的固定床生物反应器可提高生物氢产量

• 发表时间: 2017
• 作者: Zhao;C. Y.;Zhang;N.;Mishma;S. S.;Yang;Y. N.
• 通讯作者: Y. N.

Improvement of biohydrogen production by optimization of pretreatment method and substrate to inoculum ratio from microalgal biomass and digested sludge

• DOI: 10.1016/j.renene.2018.05.022
• 发表时间: 2018-11
• 期刊: Renewable Energy
• 影响因子: 8.7
• 作者: M. S. Stanislaus;N. Zhang;Yue Yuan;Hanying Zheng;Chenyu Zhao;Xiaohong Hu;Qi Zhu;Yingnan Yang