MBRを用いた下水処理におけるリポ多糖の挙動に着目した膜目詰まり制御手法の開発

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膜分離活性汚泥法（MBR）を用いた下水処理における膜ファウリングの発生において、親水性高分子有機物（バイオポリマー）とグラム陰性菌外膜の主成分であるリポ多糖（LPS）の強い関与が示唆されている。MBR槽内バイオポリマーならびにLPSの特性および挙動を明らかにすることができれば、効果的な膜ファウリング制御技術の開発に直結する知見を得られる可能性がある。本研究では実都市下水を処理するパイロットスケールMBRを長期間連続運転し、MBR槽内バイオポリマーならびにLPSと膜ファウリング発生状況の関係を継続的に追跡した。MBR槽内からバイオポリマーを精製回収し、バイオポリマーの物理化学特性を分析した。赤外スペクトル分析および走査型電子顕微鏡を用いた分析により、バイオポリマーがMBR膜面上に粘着性のゲル層を形成することを実証した。連続運転期間中の低水温期には、膜表面の物理洗浄では解消できない不可逆的ファウリングが深刻化した。低水温期にバイオポリマー中LPSの存在比が大きくなっていたことが、不可逆的ファウリングの進行に寄与したと推察された。MBR槽内水温がバイオポリマーの物理化学特性に及ぼす影響を調査するため、人工下水を処理するベンチスケールMBR2台を槽内水温制御条件下で連続運転した。低水温で運転したMBRにおいて、深刻な膜ファウリングが発生した。低水温MBRの槽内バイオポリマーは、高水温MBRの槽内バイオポリマーと比較して膜ファウリング発生ポテンシャルが極めて大きいことが明らかになった。バイオポリマーの単糖組成およびアミノ酸組成を詳細に分析した結果、低水温MBRに特徴的な多糖類の重要性が示唆された。