好気性粒状反応器

好気性粒状反応器（AGR）または好気性粒状汚泥（AGS）は、通常直径約0.5〜3mmの微生物群で、単一の汚泥システムで炭素、窒素、リン、その他の汚染物質を除去します。また、廃水処理にも使用できます。好気性粒状汚泥は、バクテリア、原生動物、真菌で構成されており、酸素が入り込み、有機汚染物質を生物学的に酸化します。AGSは、下水および/または産業廃棄物処理のための廃水処理プロセスの一種です。^[2] AGRは、下水処理のより良い方法を研究していた英国のエンジニア、エドワード・アーダーンとWTロケットによって最初に発見されました。マンチェスター大学にいたギルバート・ファウラー博士という名前の別の科学者は、藻類でコーティングされたボトル内の下水の曝気に基づく実験に取り組んでいました。最終的に、3人の科学者全員が協力してAGR / AGSを発見することができました。^[2]

従来の活性汚泥法や好気性粒状リアクターのほとんどでは、微生物はフロック状に増殖します。フロックとは、粘液や菌糸によってまとまった微生物の塊と定義され、好気性分解や粒子の捕捉に役立ちます (Wilen ら)。^[3]活性汚泥は、物理的に独立した 2 つのタンクで構成されています。1 つのタンクは、生物学的反応が起こる曝気用に特別に設計されています。2 つ目のタンクまたは「沈殿タンク」は、処理された水が凝集から分離される場所です。バイオマスは凝集性汚泥の形をしており、細胞外ポリマー物質で構成されているため、これが最も重要な部分です。従来の AGS システムには、曝気タンクと沈殿タンクのバイオマスが低い傾向があるため、いくつかの欠点があります。^[3]

細胞外高分子物質（EPS）マトリックスは、微生物を凝集させるため、好気性顆粒システムの非常に重要な部分です。EPSはAGSに構造的安定性をもたらし、微生物の凝集を促進します。多くの研究者は、AGSの安定性を判断するために、蛍光体と共焦点レーザー走査顕微鏡を使用して微生物細胞を観察しています。^[4]

好気性顆粒は実際の廃水処理で効果的に使用されており、比較的新しい技術です。1990年代に好気性連続バッチリアクターを使用して廃水中に生成された微生物群集の混合物から始まりました。^[5]好気性顆粒は、微生物フロックのためAGSとは異なります。好気性顆粒は、凝集剤がなくても効果を発揮します。したがって、バイオマスの削減により、顆粒はコスト効率が高く、より有利になります。好気性顆粒は、曝気タンクと沈殿タンクの2つのタンクを使用する代わりに、同じリアクターを両方の処理に使用できます。1つのリアクターを使用することで、スペースを節約し、多くの時間と費用がかかる2番目のタンクを構築する時間を短縮できます。AGRから好気性顆粒に切り替えると、廃水処理プラントを作成するための土地容量が75％節約されます。^[5]

バイオマス濃度が高いと、硝化菌、脱窒菌、リン蓄積生物、脱窒リン蓄積生物などの微生物が家庭廃水を効果的に処理することができます。炭素源は、揮発性脂肪酸の利用可能性により、生物学的リン除去にとって極めて重要であり、最終的にリン蓄積生物の組成を形成します。^[6]最近の研究では、炭素源としてグルコースを追加すると、微生物群集の多様性が低下する可能性があることが明らかになりました。グルコースは、酢酸ナトリウムとは対照的に、アンモニア酸化細菌よりも亜硝酸酸化細菌の蓄積に有利でした。この研究は、酢酸ナトリウムとグルコースによる混合炭素源が、同時硝化、脱窒、リン除去システム内で微生物群集の構成を調整する戦略として機能する可能性があることを示唆しました。^[6]

好気性造粒は、250～2500 mg L-1 という高濃度のフェノールを効果的に生分解する能力があります。これは、好気性リアクターの最も高い生分解性の 1 つです。好気性顆粒が生分解できるもう 1 つの汚染物質は、4-クロロアニリンです。^[5]これらの化合物を除去する効果により、これは廃水処理業界に大きな影響を与える可能性があります。染料と疎水性化合物も、好気性グラジュエーションで汚染物質を除去するために使用できます。重金属も、好気性造粒によって産業廃水から除去/吸収できます。^[5]

汚泥の100%が顆粒状である場合はまだ発見されていません。好気性顆粒汚泥のほとんどは50%で、残りの成分は濃厚な微生物です。全体的に、廃水処理技術は新しいものであり、廃水処理の使用において従来の活性汚泥プロセスを置き換えることは困難です。^[7]活性汚泥を好気性顆粒に変換することは非常に困難であり、助成金による多くの研究が必要になります。したがって、廃水処理に最適なメカニズムを策定するために好気性造粒研究を構成する必要があります。^[7]

活性汚泥をベースとする下水処理場 (STP) は、主に大型沈殿槽を必要とするため、広い表面積を占めることが多い。コンパクトな STP を構築するには、バイオマスをキャリア材上のバイオフィルムとして、またはキャリアなしで急速に沈殿する好気性顆粒汚泥として増殖させる。最近の研究では、不連続供給システムの利点が示されており、このシステムでは好気性条件下で安定した顆粒汚泥を増殖させることができる。

化学的酸素要求量と窒素およびリンの除去を同時に行うことができ、不連続供給システムに簡単に統合できます。顆粒の沈降能力が高いため、従来の沈降機を使用する必要はありません。そのため、設備を非常にコンパクトに構築でき、従来の活性汚泥システムの表面積のわずか 20% しか必要としません。

• 小さなフットプリント
• 実証済みの強化栄養素除去（ENR）
• 最大50パーセントのエネルギー節約
• 優れた沈下性
• 化学添加物なし
• pH、毒性ショック、負荷、流れの変動に耐性がある
• 完全自動制御による簡単な操作^[1]

• 廃水処理技術一覧
• 好気性顆粒化
• 膜バイオリアクター
• 廃棄物管理

• Nancharaiah, YV, Kiran Kumar Reddy, G. (2018). 好気性顆粒スラッジ技術: 造粒のメカニズムとバイオテクノロジーへの応用。バイオリソーステクノロジー、247、1128–1143。doi :10.1016/ j.biortech.2017.09.131
• Wilén, BM, Jin, B., & Lant, P. (2003). 活性汚泥の凝集と細胞外高分子物質の組成との関係。水科学と技術：国際水質汚染研究協会誌、47 (12), 95–103。
• He, Q., Song, Q., Zhang, S., Zhang, W., & Wang, H. (2018). 混合炭素源を用いた好気性粒状連続バッチリアクターにおける同時硝化、脱窒、リン除去：リアクターの性能、細胞外高分子物質、微生物遷移。化学工学ジャーナル、331、841–849。doi：10.1016/ j.cej.2017.09.060
• Zhang, Q., Hu, J., & Lee, D.-J. ( 2016). 好気性粒状プロセス：現在の研究動向。バイオリソーステクノロジー、210、74–80。doi：10.1016/ j.biortech.2016.01.098
• Nancharaiah, YV, Kiran Kumar Reddy, G. (2018). 好気性顆粒スラッジ技術: 造粒のメカニズムとバイオテクノロジーへの応用。バイオリソーステクノロジー、247、1128–1143。doi :10.1016/ j.biortech.2017.09.131
• Gao, Dawen; Liu, Lin; Liang, Hong ; Wu, Wei-Min (2011 年 6 月 1 日)。「好気性顆粒状汚泥: 特徴、造粒のメカニズム、廃水処理への応用」(PDF)。Critical Reviews in Biotechnology。31 ( 2): 137–152。doi :10.3109/07388551.2010.497961。PMID 20919817。S2CID 6503481。2012年12月 11 日に閲覧。
• de Kreuk MK、McSwain BS、Bathe S.、Tay STL、Schwarzenbeck、Wilderer PA (2005)。「ディスカッションの結果」。Ede。好気性粒状スラッジ。水と環境管理シリーズ。IWA 出版。ミュンヘン、pp. 165–169。

• 好気性粒状汚泥処理