遮光ゲル担体を用いた微細藻類-硝化菌共存系による新規窒素除去プロセスの開発

利用遮光凝胶载体的微藻-硝化细菌共存系统开发新的脱氮工艺

• 批准号: 21J14564
• 负责人: 西 健斗
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Soka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J14564/
• 关键词: 微細藻類; 硝化菌; 光阻害; 窒素除去; 硝化反応; 微生物固定化; 省エネルギー; 光阻害緩和; 遮光

曝気を用いない低コストな「微細藻類-硝化菌共存系」を光強度の高い環境下に応用するため、光耐性の弱い硝化菌のみを遮光ゲル担体に固定化し、それを微細藻類-硝化菌共存系に用いた新規窒素除去プロセスの開発を行った。本年度は、異なるバイオマス比による微細藻類-硝化菌共存系の半連続実験を実施した。微細藻類としてChlorella sorokiniana、硝化菌として耐久性を有するポリビニルアルコール・アルギン酸複合（PVA-SA）ゲルで硝化菌を固定化した遮光ゲル担体をバイオマス比（微細藻類：硝化菌）10:0、7:3、5:5、3:7、1:9、0:10の6条件となるように調節し、増殖速度の速い微細藻類を24時間おきに濾過することで任意のバイオマス比となるよう調節した。アンモニア負荷速度は100-500 mg-N/L/dの範囲でPhase 1-3において段階的に増加させ、Phase 4では再度Phase 1の低負荷に戻すことで、高負荷耐性および性能回復について評価を行った。その結果、Phase 1-2ではバイオマス比による影響はほとんど確認されなかったものの、高負荷条件であるPhase 3において、7:3のような微細藻類割合が高いバイオマス比では、高いpH阻害によりアンモニア除去性能が低下した。結果として、Phase 3で最も高いアンモニア除去性能である113 mg-N/L/dを示したバイオマス比は1:9であった。さらに、1:9ではリアクター内の高い光透過性による光合成効率の向上により、2.6 g-dryの最も高いバイオマス回収量を得ることができた。本研究により、微細藻類と硝化菌固定化遮光ゲル担体の簡便な分離方法を用いて、新しいバイオマス比制御可能な微細藻類-硝化菌共存系プロセスを考案し、その高いアンモニア除去性能および微細藻類回収量を示す最適なバイオマス比が1:9であることを明らかにした。

Low exposure 気 を with い な い コ ス ト な "micro algae - nitrifying bacteria coexistence" を high light intensity の い environment に 応 with す る た め, weak light patience の い nitrifier の み を shading ゲ ル supporter に immobilized し, そ れ を micro algae - nitrifying bacteria coexistence に with い た new rules smothering element to remove プ ロ セ ス の open 発 を line っ た. In this year, the <s:1>, なるバ, なるバ, and ス were more effective than the による coexistence of microalgae and nitrifying bacteria in the <s:1> semi-continuous 続 experiment を. Micro algae と し て Chlorella sorokiniana, nitrifying bacteria と し て durability を have す る ポ リ ビ ニ ル ア ル コ ー ル · ア ル ギ ン acid compound (PVA - SA) ゲ ル で を nitrifying bacteria immobilized し た shading ゲ ル supporter を バ イ オ マ ス ratio (micro algae: 10:0 nitrifying bacteria), therefore, 5:5, 3:7, 1:9, 0:10 の 6 conditions と な る よ う に speed の speed regulating し, raised colonization い micro algae を 24 time お き に filtration す る こ と で arbitrary の バ イ オ マ ス than と な る よ う adjust し た. Speed は ア ン モ ニ ア load 100-500 mg - N/L/d の van 囲 で Phase 1-3 に お い て Duan Jie に raised and さ せ, Phase 4 で は Phase 1 again の low-load に 戻 す こ と で tolerance, high load お よ び performance reply に つ い て review 価 を line っ た. そ の results, Phase 1-2 で は バ イ オ マ ス than に よ る influence は ほ と ん ど confirm さ れ な か っ た も の の, high load conditions で あ る Phase 3 に お い て, and の よ う な cut or micro algae が high い バ イ オ マ ス than で は, high い pH resistance against に よ り ア ン モ ニ ア remove the low performance が し た. Results と し て, high Phase 3 で most も い ア ン モ ニ ア removal performance で あ る 113 mg - N/L/d を shown し た バ イ オ マ ス than は "で あ っ た. さ ら に, 1:9 で は リ ア ク タ ー の い high permeability light に よ る photosynthetic rate of unseen の upward に よ り, 2.6 g - dry の most high も い バ イ オ マ ス back to 収 quantity を る こ と が で き た. This study に よ り, micro algae と nitrifying bacteria immobilized shading ゲ ル supporter の is simple な を separation method using い て, new し い バ イ オ マ ス than suppression may な micro algae - nitrifying bacteria coexistence プ ロ セ ス し を test case, そ の high い ア ン モ ニ ア removal performance お よ び micro algae back 収 を す indicated the optimum amount of な バ イ オ マ ス than が 1:9 で あ る こ と を Ming ら か に Youdaoplaceholder0 た.

项目成果

Nitrogen removal from wastewater by an immobilized consortium of microalgae?bacteria in hybrid hydrogels

通过混合水凝胶中固定的微藻细菌菌群从废水中脱氮

• DOI: 10.2166/wst.2023.001
• 发表时间: 2023
• 期刊: Water Science and Technology
• 影响因子: 2.7
• 作者: Moran-Valencia Marien;Nishi Kento;Akizuki Shinichi;Ida Junichi;Cuevas-Rodriguez German;Cervantes-Aviles Pabel
• 通讯作者: Cervantes-Aviles Pabel

Effects of different biomass ratios of light-tolerant microalgae-nitrifying bacteria consortia on ammonia removal

• DOI: 10.1016/j.bej.2023.108872
• 发表时间: 2023-02
• 期刊: Biochemical Engineering Journal
• 影响因子: 3.9
• 作者: Ken-ichiro Nishi;S. Akizuki;T. Toda;T. Matsuyama;J. Ida

Effect of biomass ratio in microalgae-nitrifying bacteria using light-shielding hydrogel

遮光水凝胶对微藻硝化细菌生物量比例的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Kento Nishi;Shinichi Akizuki;Tatsuki Toda;Tatsushi Matsuyama;Junichi Ida
• 通讯作者: Junichi Ida

Optimum biomass ratio in the microalgae-nitrifying bacteria consortia using light-shielding hydrogel for ammonia removal

使用遮光水凝胶去除氨的微藻-硝化细菌群落中的最佳生物量比例

• 发表时间: 2021
• 作者: Kento Nishi;Shinichi Akizuki;Tatsuki Toda;Tatsushi Matsuyama;Junichi Ida
• 通讯作者: Junichi Ida

異なるバイオマス比の微細藻類-硝化菌固定化遮光ゲル共存系を用いた半連続処理実験による窒素除去

不同生物量配比微藻-硝化细菌固定化遮光凝胶共存体系半连续处理脱氮实验

• 发表时间: 2021
• 作者: 西健斗;秋月真一;戸田龍樹;松山達;井田旬一
• 通讯作者: 井田旬一