土壌中の炭―鉄電池反応が誘導する物理化学生物的作用の解明と汚水処理機能強化

阐明土壤中木炭-铁电池反应引起的物理化学和生物效应并增强污水处理功能

• 批准号: 21K05875
• 负责人: 増永 二之
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Shimane University
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05875/
• 关键词: 土壌; 電池反応; 汚水処理; 微生物叢; 窒素動態; リン酸; 汚水浄化

2021年度の通水試験装置の構造を改善した3装置、(装置A)鉄板（負極）と炭板（正極）設置（電池反応あり：両板の上部を銅線で接続），(装置B) 鉄板と炭板設置（電池反応なし）、(装置C)土壌のみ により、人工汚水(リン酸 0.88、NH&#8324;-N 1.44、NO&#8323;-N 1.13、NO&#8322;-N 0.02 mg/L,負荷1L/day）の処理試験を実施した。週に１度、装置内部と排水口の水を採取し分析した。試験終了後、鉄・炭板の位置および湛水深を考慮して土壌層の上中下部から土壌を採取し微生物叢を解析した。（結果）試験開始当初の炭―鉄板の間の電流と電圧は約0.2mAと0.9Vで、経時的に低下し通水12週後は0.1mAと0.3V前後となった。電池反応による炭素板付近での酸素消費、鉄板付近での還元鉄の酸化にともなう酸素消費により、酸化還元電位は装置AはBよりも100~300mV程度電位が低下したが、湛水ほどの影響（<-200mV）は観察されず。電池反応で鉄板の溶解が（装置B比）79％増加し、装置内部（鉄板下部）および排水口のリン酸濃度はA装置で有意に減少した。窒素動態に関して、装置A内部（炭と鉄板付近）のNH&#8324;-N濃度が汚水中の平均濃度よりも高く、電池反応によるNH&#8324;が生成されていることが示唆された。電池反応による酸化還元電位の低下に伴う脱窒とアンモニアへの還元が同時に生じていることが考えられる。微生物叢の解析の結果、装置AとBを比較すると脱窒菌および亜硝酸をアンモニアに還元する酵素遺伝子（Nrf）を持つ微生物群の遺伝子検出数が装置Aの鉄板付近で減少する傾向にあった。装置Aでは、メタン生成菌と脱窒菌の競合が観察された。電池反応が微生物叢に影響を与えている事は確認されたが、遺伝子検出数の大小で窒素動態の変化は説明できなかった。

In 2021, the structure of the water supply test device was improved. 3 devices,(device A) iron plate (electrode) and carbon plate (electrode) installation (battery reverse connection: copper wire connection at the upper part of the plate),(device B) iron plate and carbon plate installation (battery reverse connection),(device C) soil temperature, artificial sewage (acid 0.88, NH-N 1.44, NO-N 1.13, NO-N 0.02 mg/L, load 1L/day) were tested. 1 ° C. Water is taken from the drain inside the device. After the test, the position of iron and carbon plate is considered, and the microbial community is analyzed in the upper and lower parts of the soil layer. (Results) At the beginning of the test, the current between carbon and iron plate was about 0.2mA and 0.9V, and the current decreased after 12 weeks of water supply. The acid consumption near the carbon plate and the acid consumption near the iron plate in the battery reaction were observed. The acid consumption and the acid reduction potential of the device A and B were decreased to 100~300mV. The influence of the water temperature (<-200 mV) was observed. The dissolution of the iron plate in the battery reaction (device B ratio) increased by 79%, and the acid concentration in the device interior (lower part of the iron plate) and the drain was intentionally decreased compared with device A. The NH-N concentration in the interior of the device A (carbon and iron plates nearby) is higher than the average concentration in the sewage, and the NH concentration in the battery is higher than the average concentration. The cell's reverse osmosis is accompanied by a decrease in the potential of the acidified cell and a decrease in the potential of the acidified cell. The analysis results of microbiota, device A and device B were compared, and the number of microorganism detection in the microbiota decreased with the increase of nitric acid and nitric acid. Device A is a device that produces bacteria and isolates bacteria. Cell reaction and microbial community impact on the process of identification, gene detection and size of the dynamic changes in the description