Control of phosphorus release using microbial fuel cell in small-scale wastewater treatment plants for phosphorus removal

小型污水处理厂除磷中利用微生物燃料电池控制磷释放

基本信息

批准号：
21K12301
负责人：
見島伊織
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Center for Environmental Science in Saitama
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2022年度は、鉄電解リン除去装置を組み込んだ浄化槽への微生物燃料電池適用の可能性を把握することを目的として、浄化槽汚泥に対して微生物燃料電池（MFC）を適用し、その発電性能や、水質や汚泥性状に与える影響を評価した。前年度から引き続き運転している浄化槽を模した無酸素槽、好気槽からなる排水処理リアクターを運転した。本リアクターの無酸素槽から蓄積した汚泥を採取し、MFCの実験装置に充填し、その上部には直上水としてリアクターの処理水を充填した。アノードおよびカソードにはカーボフェルトを使用し、アノードを装置下部、カソードを装置上部にそれぞれ設置した。外部抵抗と接続することでMFCを構築し運転を行った（MFC系）。比較として同型の装置を別にもう1台作製し、電気接続を行わない開回路系として同時に運転を行なった（対照系）。MFCの適用の有無による汚泥内のFe成分の形態変化を評価することを目的として実験終了後の汚泥に対してXAFS測定を行なった。直上水のMFC系のリン濃度は、実験開始90日目までは対照系の7割程度に留まっており、汚泥に含まれるリンの溶出が抑制された可能性が示唆された。一方で90日目以降はMFC系で増加傾向が見られた。XAFSはMFC系、対照系共に7120eV付近に吸収端が確認されたが、MFC系では対照系に比べやや高エネルギー側にシフトしており、MFC系では汚泥内のFeがより酸化的な形態へと変化している可能性が示唆された。標準物質のスペクトルと比較したところMFC系はFeOOHに似たスペクトル形状であった。このように、浄化槽汚泥にMFCを適用した場合の影響について実験的に検討し、成果を得た。

2022年，我们将把微生物燃料电池（MFC）应用于化粪池污泥，了解将微生物燃料电池应用于装有铁电解除磷设备的化粪池的可能性，并研究其发电性能对水质和污泥性质的影响被评价。我们运营了一个废水处理反应器，由一个缺氧池和一个好氧池组成，模仿去年以来一直在运行的化粪池。收集该反应器缺氧池积存的污泥，填入MFC实验装置中，反应器处理后的水直接注入其上方。阳极和阴极均采用碳毡，阳极置于装置底部，阴极置于装置顶部。通过将 MFC 连接到外部电阻器（MFC 系统）来构建和操作 MFC。为了进行比较，制造了另一个相同类型的装置，并作为没有电气连接的开路系统（控制系统）同时运行。实验后对污泥进行 XAFS 测量，以评估污泥中 Fe 成分的形态变化，具体取决于是否应用 MFC。直到实验第90天，MFC系统中直接上覆水中的磷浓度一直保持在控制系统的70%左右，这表明污泥中磷的洗脱可能已被抑制。另一方面，在第90天之后，MFC系列观察到增加的趋势。对于 XAFS，MFC 系统和控制系统均确认了约 7120 eV 的吸收边，但与控制系统相比，MFC 系统稍微移至较高能量侧，并且在 MFC 系统中，污泥中的 Fe 变为有人认为这种情况可能正在改变。与标准物质的光谱相比，MFC体系具有与FeOOH相似的光谱形状。这样，我们通过实验研究了MFC应用于化粪池污泥的效果，并得到了结果。