汚水はどのようにして好気性顆粒沈殿物を培養するか

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好気性粒状汚泥は、廃水の生物処理における新しい技術です。現在広く用いられている活性汚泥法における活性汚泥フロックと比べると、好気性粒状汚泥の利点は、一定の条件下で活性汚泥フロックが粒状に成長し、水中での沈降速度が活性汚泥フロックよりもはるかに速いことです。そのため、好気性粒状汚泥を利用して廃水を処理すると、曝気槽内の生物濃度を高めることができ、沈殿時間も短縮できます。一般的な活性汚泥法では、曝気槽内の活性汚泥濃度は約3000 mg・L⁻¹で、沈殿時間は30分から2時間程度です。一方、好気性粒状汚泥技術を用いると、曝気槽内の汚泥濃度は10000～14000 mg・L⁻¹にも達し、沈殿時間はわずか1～3分で済みます。高濃度廃水や分解しにくい廃水の処理に用いられる嫌気性粒状汚泥と比べると、好気性粒状汚泥の培養期間は1週間から1ヶ月程度であり、嫌気性粒状汚泥の6ヶ月という立ち上げ期間よりもはるかに短いのです。したがって、好気性粒状汚泥技術は、現代の廃水生物処理技術に画期的な進歩をもたらす可能性があります。

しかし、好気性粒状汚泥の形成過程やメカニズム、さまざまな環境要因が好気性粒状汚泥に与える影響、また粒状汚泥内の微生物に関する研究はまだ始まったばかりであり、十分な研究が行われていません。さらに、好気性粒状汚泥に関する研究の多くは実験室規模で行われており、比較的高濃度の有機物を含む人工的な溶液（例えばグルコースなど）が基質として用いられています。低濃度の有機物を含む都市生活廃水を使って好気性粒状汚泥を培養する例は少ないのです。一方、都市生活廃水にはさまざまな汚染物質が含まれており、COD値は通常200 mg・L⁻¹未満です。現在、この種の廃水の処理には従来の活性汚泥法が用いられていますが、この方法では広い面積が必要で建設コストも高く、余剰汚泥の量も多く、運転コストも高くなります。また、汚泥膨張が起こりやすいという問題もあります。

本研究では、パイロットスケールの実験装置を作製し、実際の都市廃水を用いて好気性粒状汚泥を培養します。そして、共焦点レーザー走査顕微鏡やX線回折などの現代的な分析手法を用いて、培養された粒状汚泥の特性を調査し、好気性粒状汚泥技術の実用化の基礎を築くことを目指します