Tohoku University博士（工学）要約のみthesi

DU, RUNDA

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Tohoku University Repository (TOUR) / 東北大学機関リポジトリ

論文内容要約 エネルギー危機に直面している現在、さまざまなシナリオでの資源とエネルギーの回収技術を開発することが重要である。下水には大量のエネルギーポテンシャルが含まれているため、下水処理の資源化の課題に注目されている。嫌気性MBRは、メタン発酵と膜分離技術を組み合わせ、低コスト、低エネルギー消費、環境への負荷低減と効率的なエネルギー回収などのメリットにより、カーボンニュートラルの下水処理プロセスである。しかし、嫌気性MBRを用いて下水処理への実用には、いくつかの問題がある。特に、低温はメタン生成効率の低下と、高フラックスまたは低温条件で膜ファウリングの悪化である。この研究は、嫌気性MBRのバイオガスと余剰汚泥を注目し、それらの既存の後続処理の中に、有機物の除去と膜ファウリングの軽減を同時に向上させる方法を検討する。本論文は以下の通り、６章から構成されている。 第１章「緒論」では、この研究の背景と目的、意義を解説し、論文の構成を紹介した。 第２章「既往研究」では、嫌気性MBR が膜材料と膜の位置に基づくの分類について紹介し、嫌気性MBRを用いて実下水処理に関する先行研究をまとめた。有機物除去、メタン回収、およびそれに影響を与える要因が含まれている。また、膜ファウリングのメカニズムに関するの結論をまとめ、機能性材料の添加による膜ファウリングの制御方法を比較し、そこから本研究の内容を導き出した。 第３章では、嫌気性MBRを用いて実下水を処理する際にアルカリ度の不足というあまり報告されていない問題に対処した。スタットアップの時に、pH が持続的に下がった。原因として、液体にバイオガス中の CO₂の溶解によっ生成された酸度と、反応槽のアルカリ度をバランスさせられないと判定された。したがって、CO₂を除去することにより CO₂の分圧を低減させることで、反応槽の pH の安定制御、バイオガスのアップグレード、および温室効果ガス排出削減を実現した。この研究は、低アルカリ度の実下水を処理する嫌気性プロセスに貴重な経験提供した。 第４章では、余剰汚泥のリサイクルに注目した。生物炭は、その導電性により微生物の種間電子伝導を促進し、メタン生成率を増加させられる。さらに、可溶性有機物の吸着で膜ファウリングも軽減できる。この研究では、下水処理の余剰汚泥を原料として生物炭を作って、10g/Lの濃度で嫌気性MBRに添加した。コントロール           どぅ るんだ 氏 名          杜 潤 達 研究科，専攻の名称 東北大学大学院工学研究科（博士課程）土木工学専攻 学 位 論 文 題 目          Upgrading of Purification Performance and Membrane Fouling Mitigation of AnMBR in Treating Real Sewage (実下水処理における嫌気性 MBR の浄化パフォーマンスと膜ファウリング制御の効率化) 論 文 審 査 委 員          主査 東北大学教授 李 玉友 東北大学教授 西村 修              東北大学准教授 坂巻 隆史                                反応槽と比べて、生物炭が∆TMPの上昇に対する軽減効果は、高Flux条件下で非常に顕著である。生物炭が膜ファウリングを軽減させる主なメカニズムは、可溶性有機物質の吸着にあり、膜表面近くのケーキ層の形成傾向を弱め、∆TMPを低下させる結果となった。このような下水処理廃棄物から下水処理プロセスまでの内部循環は、資源の浪費を抑えて、カーボンニュートラルにも寄与する。 第５章では、、第３章と第４章のデータに基づいて、エネルギー収支と温室効果ガス排出の視点からシステム評価を行った。計算によると、嫌気性MBRのエネルギー正味は従来の活性汚泥処理法よりはるかに低いことが分かった。さらに、溶解メタンの回収と利用、バイオガスのコジェネレーション、生物炭の強化などの条件下では、システムはエネルギーの自給を達成できた。温室効果ガス排出の分析により、生物炭の強化を受けて、システムにおける生成されたエネルギーが炭素排出量を完全に中和でき、全体としてゼロ排出を達成できることが明らかになった。 第６章では、本研究を通して得られた結果をまとめて、下水処理における嫌気性MBR技術の問題点に対していくつの解決策を提案して、将来の応用と研究について展望した。 以上のように、本論文は嫌気性MBRを用いて実下水処理の連続実験を行い、バイオガスのアップグレーディングと余剰汚泥のリサイクルによって、プロセスの安定化、パフォーマンスの向上、膜ファウリングの軽減を実現し、さらにそれらのカーボンニュートラルへ具体的な貢献に関する重要な知見が得られた。その成果はカーボンニュートラル下水処理技術の実用化に貢献でき、環境工学の発展に寄与するところは少なくない。 

実下水処理における嫌気性MBRの浄化パフォーマンスと膜ファウリング制御の効率化

https://tohoku.repo.nii.ac.jp/record/2001841/files/240326-DU-6309-0.pdf

実下水処理における嫌気性MBRの浄化パフォーマンスと膜ファウリング制御の効率化

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