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分野グループ・研究チーム(エネルギー)

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[エネルギー] 寺田チーム

水処理における新規窒素マネジメントシステム

代表者について

寺田 昭彦  

所属研究機関 工学研究院 
部門 応用化学部門
役職 教授
URL http://kenkyu-web.tuat.ac.jp/Profiles/30/0002944/profile.html

外国人研究者について

Barth F. Smets

所属研究機関 デンマーク工科大学(デンマーク)
部門 Department of Environmental Engineering
役職 教授
URL http://metlab.rt.env.dtu.dk

Kartik Chandran

所属研究機関 コロンビア大学 (米国)
部門 Department of Earth and Environmental Engineering
役職 教授
URL http://www.columbia.edu/~kc2288

Susanne Lackner 

所属研究機関 ダルムシュタット工科大学(ドイツ)
部門 Faculty of Civil and Environmental Engineering
役職 教授
URL http://www.iwar.tu-darmstadt.de/abwasserwirtschaft/fachgebiet_abwasserwirtschaft/mitarbeiter_8/Lackner.de.jsp

Shan-Li Wang

所属研究機関 台湾大学(台湾)
部門 Department of Agricultural Chemistry
役職 教授
URL https://www.ac.ntu.edu.tw/en/members/Full_Time/Shan-Li-WANG-59575456

Sukhwan Yoon

所属研究機関 韓国科学技術院 (KAIST) (韓国)
部門 Department of Civil and Environmental Engineering
役職 准教授
URL https://www.eml.kaist.ac.kr/professor

研究者一覧

橋本 洋平(農学研究院・准教授)、利谷 翔平(工学研究院・准教授)、末永 俊和(グローバルイノベーション研究院・特任助教)

研究概要

21世紀において逼迫する水資源の確保のため、水・排水の再利用・資源化・エネルギー回収が強く求められている。昨今、人類の生活・産業活動により生じる排水は、資源水・富栄養水と呼ばれるようになり、排水は処理すべき対象から、資源・エネルギー回収の対象になっている。水処理分野における汚濁物除去技術の開発から、水資源回収技術の開発へのパラダイムシフトを迎えている昨今、水資源から効率的にエネルギー・資源回収を可能にするイノベーションが必要不可欠である。本研究チームでは、水中に存在する栄養塩で、水環境汚染の顕著な問題である窒素化合物を含んだ排水からの処理技術の革新と、エネルギー・資源回収を行える技術の開発を行う。また、この技術開発を達成するキーとなる新奇微生物の探索・獲得・ポテンシャル評価を行う。これにより、省エネ・エネルギー/資源回収をコンセプトとした新規窒素マネジメントシステムを構築する。

研究目的

排水中の窒素化合物は様々な形態を有し、異なる微生物群の機能により窒素ガスに無害化される。これらの窒素化合物の除去のために、微生物が高密度に保持されたバイオリアクター内に酸素や有機物が多量に供給され、多大なエネルギーを投資して無害化している。本研究では、これらのエネルギー投資型の排水処理を転換し、窒素化合物を最大限に利用するための要素技術の確立を目指す。具体的には、窒素化合物の高速除去と温室効果ガスである亜酸化窒素(N2O)の排出削減を達成する省エネ技術の確立、新奇微生物探索・機能解明・利用技術の確立による窒素化合物からのタンパク質の製造、窒素除去にて副次的に発生するN2Oのエネルギーとしての利用技術の開発、を行う。

研究計画

1. 部分硝化-Anammoxにおける省エネ型窒素除去技術の高度化
省エネ・低コスト型窒素化合物除去技術である部分硝化−Anammoxプロセスにおける窒素除去効率とN2Oの生成効率、そしてそれらの窒素動態に関与する細菌群を網羅的に定性・定量化し、省エネ・温室効果ガス排出削減を同時に達成する条件を見出す。
2. 新規N2O同化藻類の探索と藻類を利用したシステムの検証
N2O同化という新規な生理機構を有する藻類の探索として、N2Oを供給する集積培養装置を用いた集積培養と、その集積バイオマスからの単離を試みる。
3. N2Oの高効率回収:N2Oをエネルギーとして捉える
これまでN2Oは削減の対象となっていたが、CH4との反応によりエネルギーを回収することが可能となる。触媒として機能する金属イオンの探索を行い、N2Oを高収率な回収技術を確立する。
4. NH4+とCH4からタンパク質を回収する
排水処理の余剰汚泥の消化により発生するCH4と、脱離液として排出される高濃度NH4+を利用することにより、タンパク質を高密度に細胞内に蓄積させる細菌の探索を行う。

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