単一槽型硝化・脱窒メンブレンバイオリアクタの開発

单槽硝化/反硝化膜生物反应器的研制

• 批准号: 00J05703
• 负责人: 日比谷 和明
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00J05703/
• 关键词: 畜産系排水; 排水処理; 生物膜; 硝化細菌; 脱窒細菌; 生物学的窒素除去; 浄化システム; メンブレンエアレーション

本研究では中空糸メンブレンを酸素供給素材および微生物固定化担体として用いるメンブレンエアレーション法を提案している。この手法を用いることで生物膜内における局所的環境条件を制御でき,硝化菌と脱窒菌を棲み分けさせ,単一槽内で硝化・脱窒反応を同時に行うことが可能となる。今年度は,メンブレンエアレーション型バイオフィルムリアクタ(MABR)を用いて高濃度に窒素成分を含む低C/N比排水からの有機物・窒素同時除去試験を行った。また,反応場である生物膜内の解析を微小電極およびFluorescence in situ hybridization(FISH)法を用いて行い,窒素除去経路の考察を行った。C/N比が極めて低い畜産排水を対象に実験を行った結果,約1年間の運転によりMABR形成した生物膜の厚みは約160μmにも及んだ。溶存酸素(DO)の浸透深さは約300μmであり,嫌気的部位が広くアンモニアなどの基質拡散律速を起こす可能性が懸念されるものの,供給された酸素が全て生物膜内で消費されていることが示唆された。次にFISH法により,メンブレン表層付近に独立栄養細菌であるアンモニア酸化細菌(AOB)が,生物膜の外側に他の細菌(従属栄養細菌)が存在していることを確認した。以上より生物膜内において局所濃度の違いにより微生物間の棲み分けが起こっていることが示唆された。MABRは空気圧により酸素移動速度を制御することが可能であるため,表面積当たりのアンモニア除去速度の値を用いることでアンモニア酸化細菌(AOB)が供給した酸素をどれだけ利用しているかを算出することが可能である。本研究のリアクタにおいてAOBは供給酸素の86%を利用していることが計算により示唆された。残りの14%を亜硝酸酸化細菌が仮に利用したとしてもこのリアクタの窒素除去経路の半分以上は亜硝酸を経由する脱窒であることが化学量論的評価から明らかになった。中空糸メンブレンから生物膜への酸素供給を制御することにより,MABRを低C/N比排水に有効利用できることが期待される。

In this study, we proposed a new method for preparing the immobilized microorganism by using the immobilized microorganism as the raw material. The environmental conditions in the biofilm are controlled by the method, and the nitrification bacteria and degassing bacteria are separated. The nitrification and degassing in a single tank are carried out simultaneously. This year, the chemical composition of high concentration of organic compounds containing low C/N ratio and organic compounds containing low C/N ratio were used to remove the chemical components. Microelectrode and Fluorescence in Situ Hybridization(FISH) method was used to investigate the removal pathway of biotin. C/N ratio is extremely low. The results show that MABR is formed in about one year. The thickness of MABR is about 160μm. The penetration depth of dissolved acid (DO) is about 300μm, and the site of the suspected gas is about 300 μ m. FISH confirmed the existence of independent bacteria near the surface of the biofilm and other bacteria outside the biofilm. The concentration of these chemicals in the biofilm is not consistent with the concentration of microorganisms in the biofilm. MABR can control the speed of acid movement in air pressure, surface area, and acid supply by AOB. In this study, 86% of AOB was used to supply acid. The residual 14% of nitric acid acidifying bacteria are used to remove more than half of the nitric acid from the system. Biofilm acid supply control,MABR, low C/N ratio drainage and utilization

项目成果

K.Hibiya, A.Terada, S.Tsuneda, A.Hirata: "Simultaneous Nitrification and Denitrification by Controlling Vertical and Horizontal Microenvironment in a Membrane-Aerated Biofilm Reactor"Journal of Biotechnology. Vol.100, No.1. 23-32 (2003)

K.Hibiya、A.Terada、S.Tsuneda、A.Hirata：“通过控制膜曝气生物膜反应器中的垂直和水平微环境实现同步硝化和反硝化”生物技术杂志。

寺田昭彦, 日比谷和明, 常田聡, 平田彰: "中空糸メンブレンを用いた新しい水処理技術"水処理技術. (印刷中).

Akihiko Terada、Kazuaki Hibiya、Satoshi Tsuneta、Akira Hirata：“使用中空纤维膜的新型水处理技术”水处理技术（正在出版）。

A.Terada, K.Hibiya, J.Nagai, S.Tsuneda, A.Hirata: "Nitrogen Removal Characteristics and Biofilm Analysis of a Membrane-Aerated Biofilm Reactor Applicable to High-Strength Nitrogenous Wastewater Treatment"Journal of Bioscience and Bioengineering. (印刷中).

A.Terada、K.Hibiya、J.Nagai、S.Tsuneda、A.Hirata：“适用于高强度含氮废水处理的膜曝气生物膜反应器的脱氮特性和生物膜分析”生物科学与生物工程杂志（目前正在印刷中）。