省エネルギー型生物学的窒素除去システムの安定性・環境配慮性向上に向けた基盤研究

排水の生物学的窒素除去の第一ステップを担う硝化工程は、アンモニアを硝酸に変換する反応であり、2つの逐次反応に大別される。前段のアンモニアを亜硝酸に変換するアンモニア酸化細菌(AOB)は、低酸素濃度において二酸化窒素、四酸化二窒素を酸素の代わりに利用してアンモニアを酸化することが可能であり、酸素供給のためのコストを大幅に削減できる可能性が示唆されている。しかしながら、この過程において温室効果ポテンシャルの高い亜酸化窒素(N_2O)の放出が懸念される。本年度の研究では、これらの検討項目を検証できる4系のバイオリアクターを設計した。pH,溶存酸素(DO)濃度をオンラインでモニターし、それぞれのリアクターには異なる酸素分圧のガス(酸素分圧1%,2%,4%,21%)を供給し、人工排水の処理試験を行った。COD濃度650mg/L,アンモニア濃度15mg-N/Lの人工排水を水理学的滞留時間3日、汚泥滞留時間3日で連続的に各リアクターに流入させたところ、供給したガスの酸素分圧に関わらずCOD除去率は70%以上であった。一方で、アンモニアの除去率はガスの酸素分圧が2%以下のものに関しては50-60%に低下した。この期間の放出されるガス態のN_2Oはほとんど検出されなかった。今後連続運転を再開することにより、COD・窒素化合物除去性能の長期安定性を追跡し、N_2O放出能、バイオリアクター内の微生物生態構造解析と合わせて、省エネルギー型窒素除去プロセスの開発に向けた総合的な評価を行う予定である。

排水の生物学的窒素除去の第一ステップを担う硝化工程は、アンモニアを硝酸に変換する反応であり、2つの逐次反応に大別される。前段のアンモニアを亜硝酸に変換するアンモニア酸化細菌(AOB)は、低酸素濃度において二酸化窒素、四酸化二窒素を酸素の代わりに利用してアンモニアを酸化することが可能であり、酸素供給のためのコストを大幅に削減できる可能性が示唆されている。しかしながら、この過程において温室効果ポテンシャルの高い亜酸化窒素(N_2O)の放出が懸念される。本年度の研究では、これらの検討項目を検証できる4系のバイオリアクターを設計した。pH,溶存酸素(DO)濃度をオンラインでモニターし、それぞれのリアクターには異なる酸素分圧のガス(酸素分圧1%,2%,4%,21%)を供給し、人工排水の処理試験を行った。COD濃度650mg/L,アンモニア濃度15mg-N/Lの人工排水を水理学的滞留時間3日、汚泥滞留時間3日で連続的に各リアクターに流入させたところ、供給したガスの酸素分圧に関わらずCOD除去率は70%以上であった。一方で、アンモニアの除去率はガスの酸素分圧が2%以下のものに関しては50-60%に低下した。この期間の放出されるガス態のN_2Oはほとんど検出されなかった。今後連続運転を再開することにより、COD・窒素化合物除去性能の長期安定性を追跡し、N_2O放出能、バイオリアクター内の微生物生態構造解析と合わせて、省エネルギー型窒素除去プロセスの開発に向けた総合的な評価を行う予定である。