Development of an energy self-sufficient hybrid electrochemical membrane bioreactor

本研究では、酸素供給(曝気)を必要とせず固体電極を最終電子受容体として用いるバイオ燃料電池(MFC)を膜分離バイオリアクター(MBR)に導入することにより、下水処理と電気エネルギーの直接回収を行い、得られた電力を利用し電導性膜分離の電位を人為的に制御し、膜ファウリングを抑制しながら膜分離による高度下水処理を同時に達成する、新規MFC搭載型エネルギー自給式ハイブリッド電気化学的膜分離バイオリアクター (He-MBR)を開発する。本年度は、既存のMBR槽内にカセット式空気カソードMFCを複数ユニット挿入したHe-MBRを構築した。アノード電極は、高密度で充填可能なグラファイトカーボンブラシを使用した。カソード電極はステンレス膜(膜口径2 ㎜)を基盤とし、微粉末活性炭(PAC)を添加したポリフッ化ビニリデン(PVDF)を塗布することで作製した。鍵となる導電性分離膜は、ステンレススチールメッシュ (孔径: 0.11 mm, 厚さ:0.06 mm) を基盤とし、ポリエチレングリコール(PEG-600)とDimethyl Sulfoxide (DMSO)を添加したPVDF混合高分子溶液を塗布することにより作製することに成功した。作成した電導性分離膜の物理電気化学的特性（孔径、表面凹凸、など）を評価した。さらに、デッドエンド式膜ろ過実験を行い膜の透過性、ファウりング特性、COD除去率、微生物（大腸菌）の除去率を評価した。

本研究では、酸素供給(曝気)を必要とせず固体電極を最終電子受容体として用いるバイオ燃料電池(MFC)を膜分離バイオリアクター(MBR)に導入することにより、下水処理と電気エネルギーの直接回収を行い、得られた電力を利用し電導性膜分離の電位を人為的に制御し、膜ファウリングを抑制しながら膜分離による高度下水処理を同時に達成する、新規MFC搭載型エネルギー自給式ハイブリッド電気化学的膜分離バイオリアクター (He-MBR)を開発する。本年度は、既存のMBR槽内にカセット式空気カソードMFCを複数ユニット挿入したHe-MBRを構築した。アノード電極は、高密度で充填可能なグラファイトカーボンブラシを使用した。カソード電極はステンレス膜(膜口径2 ㎜)を基盤とし、微粉末活性炭(PAC)を添加したポリフッ化ビニリデン(PVDF)を塗布することで作製した。鍵となる導電性分離膜は、ステンレススチールメッシュ (孔径: 0.11 mm, 厚さ:0.06 mm) を基盤とし、ポリエチレングリコール(PEG-600)とDimethyl Sulfoxide (DMSO)を添加したPVDF混合高分子溶液を塗布することにより作製することに成功した。作成した電導性分離膜の物理電気化学的特性（孔径、表面凹凸、など）を評価した。さらに、デッドエンド式膜ろ過実験を行い膜の透過性、ファウりング特性、COD除去率、微生物（大腸菌）の除去率を評価した。