Carbon-metal nanocomposites for enhancement of biofuel production from waste activated sludge

用于提高废弃活性污泥生物燃料生产的碳-金属纳米复合材料

基本信息

批准号：
18F18061
负责人：
藤井学
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

下排水処理における嫌気性消化技術は、廃棄有機物を有用なエネルギー源（水素ガス等）に変換できる嫌気性微生物処理である。廃棄活性汚泥は下排水処理で排出される産業廃棄物であるが、この廃棄有機物を効果的にエネルギー源に変換することができれば、温室効果ガスの排出を抑えることができ、持続可能な社会の構築に向けて重要な一歩となる。従来から、嫌気性消化技術はクリーンな廃棄物処理として注目を浴びているものの、微生物による処理速度が遅いことがボトルネックであった。そこで本研究では、新たにナノ材料（ナノカーボンやナノ金属粒子）に着目し、反応槽にこれらのナノ材料を添加することで、嫌気性消化処理ならびにバイオガス（水素ガス）生産における反応効率化を目指した。具体的には、ナノ材料として酸化金属やナノカーボン、またそれらの混合系を用いた。これらのナノ材料添加系において、反応槽の構成や運転条件、基質組成、必須栄養素・微量栄養素などの培養条件が、嫌気性微生物菌叢や水素ガスの生成に及ぼす影響を検討した。研究初年度からひきつづき、赤鉄鉱、酸化ニッケルなどの種々の金属ナノ粒子を用いて、バッチ培養試験により効率的なバイオガス生産条件を、ナノ粒子の添加量、汚泥の熱処理、基質:バイオマス比等の培養条件を変化させることで、最適化した。また、代謝物質、分解生成有機物、酵素活性、微生物菌叢解析を実施するで、バイオガス生産に有効な水質培養条件ならびに微生物群の詮索、酵素活性評価等を行った。さらに、金属ナノ粒子とナノカーボン材料の混合系に対して試験を実施し、廃棄活性汚泥の処理効率ならびにバイオガス生産の観点から最適化されたナノ材料添加系を明らかにした。

污水处理中的厌氧消化技术是一种厌氧微生物处理方法，可以将废弃有机物转化为有用的能源（如氢气）。废弃活性污泥是污水处理过程中排出的工业废物，但如果能够有效地将这些废弃有机物转化为能源，就可以抑制温室气体排放，为可持续发展社会建设做出贡献。尽管厌氧消化技术传统上作为清洁废物处理方法而备受关注，但微生物的处理速度缓慢一直是瓶颈。因此，在本研究中，我们重点关注新型纳米材料（纳米碳和纳米金属颗粒），并将这些纳米材料添加到反应罐中，以提高我的目标厌氧消化处理和沼气（氢气）生产的反应效率。具体而言，使用金属氧化物、纳米碳及其混合物作为纳米材料。在这些添加纳米材料的系统中，我们研究了培养条件（例如反应器配置、操作条件、基质组成、必需营养素和微量营养素）对厌氧微生物菌群和氢气产生的影响。从第一年的研究开始，我们持续使用赤铁矿、氧化镍等各种金属纳米颗粒，通过批量培养试验确定高效沼气生产条件，包括纳米颗粒的添加量、污泥的热处理、基质与生物质的比例等. 通过改变培养条件进行优化。此外，我们还对代谢物、分解产生的有机物、酶活性和微生物菌群进行了分析，包括有效产生沼气的水培养条件、微生物群的调查和酶活性的评估。此外，还对金属纳米颗粒和纳米碳材料的混合体系进行了试验，明确了从废弃活性污泥处理效率和沼气产量角度优化的纳米材料添加体系。

项目成果

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专利数量（0）

Hydrogen and methane bio-production and microbial community dynamics in a multi-phase anaerobic reactor treating saline industrial wastewater

多相厌氧反应器处理含盐工业废水中的氢气和甲烷生物生产以及微生物群落动态

DOI：
10.1016/j.enconman.2019.02.060
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
10.4
作者：
Ali Manal;Elreedy Ahmed;Ibrahim Mona G.;Fujii Manabu;Tawfik Ahmed
通讯作者：
Tawfik Ahmed

Optimizing key operational parameters affecting the anaerobic treatment of saline industrial wastewater

优化影响含盐工业废水厌氧处理的关键运行参数

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Elreedy Ahmed
通讯作者：
Elreedy Ahmed

Regulating acidogenesis and methanogenesis for the separated bio-generation of hydrogen and methane from saline-to-hypersaline industrial wastewater

调节产酸和产甲烷，从盐水到高盐工业废水中分离生物生产氢气和甲烷

DOI：
10.1016/j.jenvman.2019.109546
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
8.7
作者：
Ali Manal;Elreedy Ahmed;Ibrahim Mona G.;Fujii Manabu;Nakatani Kota;Tawfik Ahmed
通讯作者：
Tawfik Ahmed

Enhanced fermentative hydrogen production from industrial wastewater using mixed culture bacteria incorporated with iron, nickel, and zinc-based nanoparticles

使用与铁、镍和锌基纳米粒子结合的混合培养细菌增强工业废水的发酵产氢