バイオ燃料電池と電気培養を併用した汚泥処理システムの構築

利用生物燃料电池和电培养构建污泥处理系统

基本信息

批准号：
14J02176
负责人：
石崎創
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

主要な排水処理方式である活性汚泥法は、好気微生物による有機物除去を促すための空気供給および余剰汚泥処理に多大なエネルギー・コストを要している。また、汚泥処理過程で生じる温暖効果ガス排出も重要な課題であり、創エネルギーかつ省エネルギーであり環境問題に配慮した技術の開発が排水処理に求められている。バイオ燃料電池(MFC)は創エネルギーかつ省エネルギーな次世代型水処理技術であるが、既往の処理技術に比べて建設コストが高いこと、嫌気処理であるため処理水質が悪く、処理水質向上のためには更なる後段処理の導入が必要であるなど課題が多い。そこで本研究員は「省エネルギー」、「CO2排出量削減」、「高品位な処理水確保」が可能な汚泥処理システムの構築を研究目的とし、MFCと膜分離活性汚泥法(MBR)の統合効果の検証を行った。本年度の研究成果は大きく2つある。まず、顕著なファウリング進行能力を有する菌株(FCB)の特徴解明を行った。都市下水を処理するMBRより得た菌株をラボスケールクロスフロー引抜き装置内で純粋培養し、ファウリング進行能力を評価することでFCBを特定した。また最大増殖速度などの特性評価を行い、FCBと関連が高い因子の解明を行った。その結果、単離株のファウリング進行能力予見には、株レベル以上の塩基配列同定が必要であることが分かった。また、FCBは含水率の高いコロニーを形成し、親水性有機物、糖を多く含む有機物を分泌する傾向があることを明らかにした。次に、MFCへのMBR導入による膜ファウリング抑制効果の検証のため、外部抵抗値が異なる膜分離型バイオ燃料電池を構築し、膜ファウリング進行能力の評価を比較した。その結果、MFCには膜ファウリング抑制能力があり、発電流量が大きいほど膜ファウリングは抑制され、ファウリング関連物質であるバイオポリマーの生産量が低減することが分かった。

活性污泥法是主要的废水处理方法，需要大量的能源和成本来供应空气以促进好氧微生物去除有机物并处理剩余污泥。此外，污泥处理过程中产生的温室气体排放也是一个重要问题，需要开发创能、节能、环保的废水处理技术。生物燃料电池（MFC）是创造和节约能源的下一代水处理技术，但建设成本高于现有处理技术，而且由于是厌氧工艺，处理后的水水质较差。许多问题，例如需要引入进一步的后处理。因此，本研究的目的是构建一个能够节省能源、减少CO2排放、并确保高质量处理水的污泥处理系统。今年有两项重大研究成果。首先，我们表征了一种细菌菌株（FCB），该菌株具有显着的进展为污垢的能力。 FCB 是通过在实验室规模的错流萃取装置中培养从处理城市污水的 MBR 中获得的细菌菌株并评估其处理污垢的能力来鉴定的。我们还评估了最大增殖率等特征，并明确了与 FCB 高度相关的因素。结果发现，为了预测分离的菌株进行污染的能力，需要以高于该菌株的水平鉴定核苷酸序列。我们还发现FCB倾向于形成含水量高的菌落并分泌亲水性有机物和含有大量糖的有机物。接下来，为了验证MFC中引入MBR的膜污染抑制效果，构建了不同外阻值的膜分离型生物燃料电池，并比较了膜污染进展性能的评价。结果表明，MFC具有抑制膜污染的能力，发电流量越大，膜污染受到的抑制越多，并且与污染相关的物质生物聚合物的产生也减少。