成果報告書詳細
管理番号20120000000607
タイトル*平成22年度中間年報 最先端PG(Mega-ton Water System) 資源生産型革新的下水統合膜処理システム 「資源回収型多機能膜処理システム(BMBR)の機能解析と最適システム設計」 (H22~H24)
公開日2012/9/22
報告書年度2010 - 2010
委託先名国立大学法人北海道大学
プロジェクト番号P09025
部署名環境部
和文要約和文要約等以下本編抜粋:
1. 研究開発の内容及び成果等
(1)曝気量低減を可能とする新規局所曝気装置の開発
浸漬型MBRにおいては、曝気にかかるコストが運転コストの中で最も大きな割合を占めている。本研究室で開発した仕切り板挿入型MBR(baffled MBR; BMBR)も浸漬型MBRの一種であることから、曝気風量の削減は重要な課題である。本研究室では、浸漬型MBRの膜面近傍に気泡を保持することができる局所曝気装置を新規に開発した。今年度は、通常の曝気装置(有孔管を使用)と新規局所曝気装置を装着した膜モジュールを同一のパイロットスケールMBR活性汚泥懸濁液中に浸漬させ、並行してろ過を行うことによって、曝気装置形状の変更に伴う曝気風量削減効果について検討を行った。また、同時に膜透過水流束を変化させ(0.6及び0.8 m3/m2day)、膜透過水流束の際に起因する単位膜透過水量当たりに必要な曝気風量の差異についても検討を行った。
いずれの膜透過水流束で運転した場合においても、曝気風量を十分高く(3000 L/h)設定した場合においては、曝気装置形状の差異に起因する膜ファウリング進行速度の差異はほとんど認められなかった。一方で、曝気風量を低下させていった場合、有孔管を用いた通常の曝気装置を装着した膜モジュールにおいては膜ファウリング進行速度が明らかに上昇していたのに対し、新規に開発した局所曝気装置を装着した膜モジュールにおいては膜ファウリング進行速度の上昇は非常に軽微なものであった。局所曝気装置を使用することによって曝気風量を削減できることが明らかである。また、膜透過水流束を変化させて運転した膜モジュールにおける膜ファウリング進行速度を比較すると、膜透過水流束を0.8 m3/m2dayに設定して運転した膜モジュールにおいては曝気風量を2000 L/hまで低下させた際に、膜ファウリング進行速度が上昇し始めたのに対し、膜透過水流束を0.6 m3/m2dayに設定して運転した膜モジュールにおいては曝気風量を1000 L/hまで低下させても膜ファウリング進行速度の明確な上昇は認められなかった。膜透過水流束を低く設定することによって、単位処理水量当たりに必要な曝気風量が低下したことが明らかである。これらの実験結果は2011年10月に開催される6th IWA Specialist Conference on Membrane Technology for Water and Wastewater Treatmentにおいて発表する予定である。
英文要約In a submerged membrane bioreactor (MBR), an anoxic condition which is required for promote denitrification cannot be created due to intensive aeration for mitigating the formation of cake layer on membrane surface. To address this problem, we inserted baffles into the reaction chamber. Preliminary experiments demonstrated that the proposed baffled membrane bioreactor (BMBR) worked well, and it was suggested that there is still room for operating a BMBR with higher loading rates. For achieving an operation with higher loading rates, problems associated with membrane fouling needs to be addressed. An understanding of the fouling mechanisms, including characteristics of foulant is indispensable for controlling membrane fouling in MBRs. In this study, therefore, we conducted structural analyses of polysaccharides and proteins that caused membrane fouling in MBRs.Current Status/Progress:We have already succeeded to analyze N-terminal amino acid sequences of proteins that caused membrane fouling in MBRs. At present, however, the numbers of protein that can be analyzed were small, and consequently, it was quite difficult for us to identify the analyzed proteins on the basis of gene databases. In the present study, therefore, we applied two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis (2D-PAGE) for expanding the number of proteins that can be subjected to N-terminal amino acid sequencing analysis. For polysaccharides, we previously reported that fouling potentials of polysaccharide fractions contained in a mixed liquor suspension of MBRs can be evaluated with affinity chromatography with lectin (proteins that can capture specific polysaccharides). In order to elucidate which types of polysaccharides caused severe membrane fouling in an MBR, we conducted on the structural analysis of the polysaccharides that were captured by lectin in the present study.Results and Discussions:The application of 2D-PAGE resulted in drastic increase in separation performance compared with the method used in our previous study (SDS-PAGE). As a result, the number of proteins that can be subjected to subsequent N-terminal amino acid sequencing analysis also increased. In this analysis, we can analyze the amino acid sequences of 17 proteins, and among them, we can identify two proteins on the genetic data bases. As far as we know, this is the first success for identifying the proteins that caused membrane fouling in a real MBR. In regard with the investigation on polysaccharides, we conducted structural analyses of polysaccharides with higher fouling potentials (evaluated with the combination of lectin affinity chromatography and a batch filtration test). We performed partial hydrolysis of polysaccharides eluted from lectin columns with weak acid. And segments resulted from the partial hydrolyses were subjected to MALDI Tof-MS. On the basis of the results of MALDI Tof-MS analyses, we found several segments that were only found in the hydrolyte of polysaccharides with high fouling potentials. We also succeeded to estimate the structures of several segments. These results must be very useful for the structural investigation of the polysaccharides.
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