バイオポリマー詳細情報の把握によるMBR膜ファウリング発生機構の解明

MBRは下水処理の高度化を実現する技術であるが、膜ファウリングの制御が課題である。申請者はこれまでに下水処理場に設置したパイロットスケールMBRを連続運転し、MBR活性汚泥のファウリングポテンシャル（膜ファウリングの起こりやすさ）はバイオポリマーの槽内濃度と相関が強いことを見出している。本研究ではMBR槽内からバイオポリマーのみを選択的に回収・精製し、バイオポリマーのどのような質変化がファウリングポテンシャルを変動させているのかを明らかにすることを目指している。本年度は実都市下水を処理するパイロットスケールMBRから性質が異なるバイオポリマーを回収・精製することに成功した。液体クロマトグラフィー-有機炭素測定（LC-OCD）を用いた精製バイオポリマーの分子量分析とMBRにおける膜ファウリング発生状況から、低分子バイオポリマーの存在比が高くなることで不可逆的ファウリングが深刻化する可能性を見出した。水晶振動子マイクロバランス法（QCM）により精製バイオポリマーと膜材質（PVDF）との親和性を評価したところ、親和性の高さとMBRにおける膜ファウリング発生速度の序列が一致していた。精製バイオポリマーのアミノ酸組成には変化が認められず、バイオポリマーを構成するタンパク質が変化しなかったことが示唆された。精製バイオポリマーの単糖組成には明確な差異が認められ、とくに細菌の細胞壁由来の多糖類が重要である可能性が示唆された。

MBRは下水処理の高度化を実現する技術であるが、膜ファウリングの制御が課題である。申請者はこれまでに下水処理場に設置したパイロットスケールMBRを連続運転し、MBR活性汚泥のファウリングポテンシャル（膜ファウリングの起こりやすさ）はバイオポリマーの槽内濃度と相関が強いことを見出している。本研究ではMBR槽内からバイオポリマーのみを選択的に回収・精製し、バイオポリマーのどのような質変化がファウリングポテンシャルを変動させているのかを明らかにすることを目指している。本年度は実都市下水を処理するパイロットスケールMBRから性質が異なるバイオポリマーを回収・精製することに成功した。液体クロマトグラフィー-有機炭素測定（LC-OCD）を用いた精製バイオポリマーの分子量分析とMBRにおける膜ファウリング発生状況から、低分子バイオポリマーの存在比が高くなることで不可逆的ファウリングが深刻化する可能性を見出した。水晶振動子マイクロバランス法（QCM）により精製バイオポリマーと膜材質（PVDF）との親和性を評価したところ、親和性の高さとMBRにおける膜ファウリング発生速度の序列が一致していた。精製バイオポリマーのアミノ酸組成には変化が認められず、バイオポリマーを構成するタンパク質が変化しなかったことが示唆された。精製バイオポリマーの単糖組成には明確な差異が認められ、とくに細菌の細胞壁由来の多糖類が重要である可能性が示唆された。