成果報告書詳細
管理番号20120000001145
タイトル平成19年度~平成23年度成果報告 微生物機能を活用した環境調和型製造基盤技術開発/微生物群のデザイン化による高効率型環境バイオ処理技術開発/有用微生物群による高効率好気水処理技術の研究開発
公開日2012/12/19
報告書年度2007-2011
委託先名株式会社日立プラントテクノロジー
プロジェクト番号P07024
部署名バイオテクノロジー・医療技術部
和文要約件名:平成19年度~平成23年度成果報告書 微生物機能を活用した環境調和型製造基盤技術開発/微生物群のデザイン化による高効率型環境バイオ処理技術開発/有用微生物群による高効率好気水処理技術の研究開発
活性汚泥法では多様な自然発生した微生物群により好気的に有機物を分解する。好気反応では膨大な曝気動力が必要であり多大なランニングコストを必要とする。そこで本研究では,酸素を消費する微生物フローラ側に視点をおき,酸素をあまり必要としない理想的好気フローラを人為的に構築することにより必要酸素量の低減化を試みた。まず、内生呼吸が低い微生物を環境中から単離することに成功し、その有効性を評価した。次にその内生呼吸低減菌を環境中で維持しコンタミが発生しないように、pHショック法の適用性を評価した。このpHショック法は硝化プロセスにおけるアンモニア酸化細菌(AOB)へはあまり影響を及ぼさず、亜硝酸酸化細菌(NOB)の活性を抑制することができたことから、消化汚泥脱水ろ液を対象排水とし,亜硝酸型硝化処理装置による連続処理運転の立上げを行い、その酸素消費量削減効果を評価した。また,亜硝酸型硝化反応では温室効果ガスの一つである亜酸化窒素(N2O)が排出されやすくなることが懸念されていることから,担体のアルカリ処理によるN2O/NH4転換率の変化と曝気風量の違いによるN2O発生特性を解析し,さらにpHショック法によるAOBの群集構成変化を評価した。
(1)処理対象である消化汚泥脱水ろ液は,Y汚泥資源化センターのものを使用した。採取後,冷蔵保存し連続処理試験へ使用した。
(2)担体引抜アルカリ処理装置を反応槽上部に設置した硝化槽(100L)を実験に用いた。流入NH4-N濃度を1,000mg/Lとした連続処理試験では、亜硝酸生成速度は0.79kg-N/(m3・日)まで上昇し亜硝酸型硝化反応は維持できた。流入NH4-N濃度を200mg/Lまで希釈した試験でも亜硝酸型硝化反応が維持され、80mg/Lまで希釈した試験ではpHショック法を適用すれば亜硝酸型硝化反応が維持できることが明らかとなった。
(3)遊離アンモニア濃度の亜硝酸型硝化へ及ぼす影響を評価した。その結果、NOB菌体量と遊離アンモニア濃度の関係は硝酸生成活性抑制効果には密接な関係があることが示唆された。
(4)GC/MSを用いたガス測定法を開発した。亜硝酸型硝化反応からのN2Oガス発生量を評価するため,ガスクロマトグラフィー質量分析計(GCMS-QP2010Plus)を用い,より高い感度で測定する方法を開発した。特に大気の混入がないようにGC/MSシステムを工夫した。
(5)合成廃水処理試験において、担体のpHショック処理によるN2O/NH4転換率への影響評価を評価した。亜硝酸型硝化ではN2Oの発生抑制が課題とされている。そこで,担体のpHショック処理前後において,除去されたNH4の内N2Oへ転換した割合(N2O/NH4転換率)の変化を解析した。その結果、pHショック処理後の硝化反応でN2O/NH4転換率は低下し,N2O生成に係わる機構がpHショックにより抑制されていることが確認された。
(6)AOBとアーキアの群集構成を解析した。その結果、pHショック処理前後ともNitrosomonas sp.が優占しアーキアが優占化することはなかった。
(7)消化汚泥脱水ろ液を対象とした亜硝酸型硝化においても、担体のpHショック処理によりN2O/NH4転換率が低下することを確認した。
英文要約Title nnual report 2011: Development of high efficiency wastewater treatment technologies by useful microorganisms (FY2007-FY2011) Final Report
The energy and cost expenses for aeration in an activated sludge plant are intensive and tremendous, of which fraction often exceeds a half of total cost expenses of the plant. As it has been long desired to reduce this heavy burden of expenses for aeration, we have isolated several strains with reduced endogenous respiration from activated sludge and gel carriers. In addition, alkaline-shock method was evaluated for the disinfection of contaminated microorganisms on gel carriers immobilized isolates. And we have found that nitrite-oxidizing bacteria (NOB) in sewage sludge can be killed by strong alkaline-shock, but ammonium-oxidizing bacteria (AOB) would survive. To evaluate the nitritation performance, continuous feeding tests were conducted using alkaline-shocked gel carriers.
(1) Dewatering liquid of digested sludge was selected for evaluating the nitritation performance. We chose Y sludge treatment center in Japan, where produces wastewater with the highest concentration of ammonia among plants we have surveyed.(2) Production rate of nitritation is increased up to 0.79 kg-N/(m3・d) at a maximum. (3) It has been confirmed that free-ammonia restrains nitratation activity. However this effect has been found to vary according to the concentrations of nitrite oxidizing bacteria.(4) We developed a simple and rapid method for the simultaneous quantification of a variety of gas species. In this method, the injection port and the sampling port were entirely covered with He stream to prevent the contamination of ambient gases. Concentration of N2O in the sample was precisely and sensitively determined with this method.(5) N2O gas sampled from the headspace of the plant before and after alkaline-shock treatment and analyzed by the developed method described above. After alkaline-shock treatment, N2O/NH4 transformation ratio, which is the ratio of N2O-N concentration in the removed NH4-N concentration, was decreased from that determined before alkaline-shock treatment. N2O/NH4 transformation ratio did not correlate with aeration ratio as far as it changed between 0.4 and 4.0 L/min/L-tank.(6) DNA was extracted from gel carriers carrying nitrifying community taken before and after alkaline-shock treatment. 16S rRNA genes of AOB and Archaea were PCR amplified by β-proteobacterial AOB-specific and Archaea-specific primers, respectively, cloned, and sequenced. Nitrosomonas europaea predominated in AOB community of before and after alkaline-shock treatment. Archaeal community composition analysis is forthcoming. (7) The alkaline-shock treatment is effective to decrease N2O/NH4 transformation ratio in treatments of both the synthetic wastewater and the dewatering liquid of digested sludge from a treatment center.
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