水の電気分解と小型燃料電池による湖底への酸素供給方法

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燃料電池と水の電気分解を組み合わせることにより,水素(燃料電池への再利用)・酸素ガス(好気性微生物の活性化のため湖底汚泥へ)の有効利用が可能になり,エネルギ効率の高いコンパクトな酸素供給による水質浄化システムを構築することが本研究の目的である.酸素供給装置の試作;ニッケル板を両極電極とした水の電解による酸素発生装置と水中に溶解させる逆U字管を試作し,長時間運転可能にした.湖水を電解液として直接利用するには技術的困難を伴い,現段階では,KOH電解質溶液を閉じた系で使用している.ベンチスケール湖水浄化実験;作成した装置を模擬ダム湖水に満たされた水槽に設置し,適度な酸素供給を行った場合と貧酸素条件を作り出した場合の溶存酸素濃度,COD,プランクトン量(クロロフィルa),底泥中のバクテリア量(ATP),栄養塩濃度(N, P)を測定・比較し,酸素供給のバイオマスへの影響,水質浄化の可能性を検討した.湖底汚泥からのPの溶出が抑制され,植物プランクトン量が減少することを確かめた.水質指標であるCODについてはわずかに減少する傾向があることが分かった.生態モデルの作成;水質に影響を与えるバイオマス量,栄養塩濃度などをパラメータとした生態モデルを作成し,実験データと比較した.このモデルにより酸素濃度の水質に対する影響を定性的に再現することが出来た.このモデルは富栄養化した湖沼にも適応可能である.この酸素供給装置は富栄養化したダム湖などへの応用が期待される.