JP2003181456A - メディエータを用いた生物電気化学的廃水処理方法 - Google Patents

メディエータを用いた生物電気化学的廃水処理方法

Info

Publication number
JP2003181456A
JP2003181456A JP2001388653A JP2001388653A JP2003181456A JP 2003181456 A JP2003181456 A JP 2003181456A JP 2001388653 A JP2001388653 A JP 2001388653A JP 2001388653 A JP2001388653 A JP 2001388653A JP 2003181456 A JP2003181456 A JP 2003181456A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cathode
nitric acid
mediator
anode
acid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001388653A
Other languages
English (en)
Inventor
Tatsuo Yagishita
立夫 柳下
Tomoko Ogi
知子 小木
Shigeki Sawayama
茂樹 澤山
Kenichiro Tsukahara
建一郎 塚原
Rinako Miyano
理那子 宮埜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority to JP2001388653A priority Critical patent/JP2003181456A/ja
Publication of JP2003181456A publication Critical patent/JP2003181456A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y02W10/12

Landscapes

  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高効率な生物電気化学的な脱窒反応を行う方
法を提供する。 【解決手段】 硝酸、亜硝酸を含む廃水に、酸化還元が
可能な人工的化学物質(メディエータ)及び脱窒菌を加
え、電気化学的に還元したメディエータの還元力を用い
て脱窒反応を行い、硝酸、亜硝酸を還元処理する生物電
気化学的廃水処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、廃水等に含まれる
硝酸、亜硝酸を還元処理する方法及び装置に関する。よ
り詳しくは、化学工場や廃棄物処分場等から出される排
水中に含まれる硝酸、亜硝酸を、人工的な化学物質(メ
ディエータ)を用いて生物電気化学的に還元処理する生
物電気化学的廃水処方法及びその装置に関する。処理対
象としては、化学工場や廃棄物・廃水処理場等から出さ
れる硝酸、亜硝酸を含んだ排水一般である。
【0002】
【従来技術及びその問題点】従来、排水中の硝酸、亜硝
酸の処理には、脱窒菌に過剰(当量の3倍以上)のメタ
ノールや酢酸等を添加して行っている。しかしながらこ
の処理法では、反応で使われなかった大量のメタノール
が残留し、脱窒反応の後段にメタノールの処理を必要と
した。
【0003】特願平07−323169において、メタ
ノールを必要としない、生物電気化学的な脱窒反応方法
が公開されており、学術論文(Sakakibara Y, Araki K,
Tanaka T, Watanabe T, Kuroda M: 1994. Denitrifica
tion and neutralization with an electrochemical an
d biological reactor. Wat. Sci. Tech. 30; 151-155
等)も公表されている。これらの方法では、水の電気分
解を行って生産した水素を脱窒菌に供給して脱窒反応を
行う。しかしながら水素は水への溶解度が低いため、こ
れらの方法では電極で発生した水素を効率よく利用する
ため、電極上に微生物の固定化を行わなくてはならな
い。そのため反応は電極近傍でのみ行われ、脱窒処理量
や脱窒処理速度が電極面積で制限され、また装置も複雑
化していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来法の問題点を解決することを目的とするものであ
り、前記のような従来法とは異なり、適当なメディエー
タを用いて、電気化学的に脱窒菌による脱窒反応を効率
よく行わせることをその課題としている。
【0005】なお、本明細書で言う「メディエータ」と
は、生物の基質や生物反応には直接関与しない人工的な
化学物質であり、かつ、酸化反応および還元反応を行う
ことができる化学物質をいう。本発明において用いられ
る代表的なメディエータとしては、メチルビオロゲンや
1,4-ベンゾキノン、2-ヒドロキシ-1,4-ベンゾキノン等
がある。
【0006】また、本明細書で言う「脱窒菌」とは、脱
窒反応を行うことができる微生物又は微生物群で、代表
的なバクテリアとしてPseucomonas denitrificans等が
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、電極と細胞内の反応間での電子の運搬を可
能とする人工的なメディエータを用いることを特徴とす
る硝酸、亜硝酸の脱窒処理方法を提供する。
【0008】メディエータは溶液中に溶解しており、電
極と生物内の反応への電子の運搬を繰り返し行うことが
できる。したがって、長期間安定なメディエータを用い
ることにより、メディエータが系外に流出しない限り、
運転途中で新たにメディエータを添加する必要はない。
【0009】本法では、溶解したメディエータと溶液中
に懸濁した脱窒菌との均一な反応になり、高速度で硝
酸、亜硝酸を除去することができる。なお、メディエー
タは単独または脱窒菌とともに電極上に固定化すること
もできる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明に関わる生物電気化学的廃
水処方法及びその装置の実施の形態を実施例に基づいて
図面を参照して説明する。
【0011】本発明は、人工的なメディエータを用い
て、生物電気化学的に脱窒反応を行わせ、硝酸、亜硝酸
を処理する方法である。
【0012】本発明の生物電気化学的廃水処方法及びそ
の装置において、対象となる排水は、主に化学工場等や
廃棄物処理場の硝酸、亜硝酸を含んだ廃水である。本発
明の実施の形態とまとめると以下のとおりである。 (1) 硝酸、亜硝酸を含む廃水に、酸化還元が可能な
人工的化学物質(メディエータ)及び脱窒菌を加え、電
気化学的に還元したメディエータの還元力を用いて脱窒
反応を行い、硝酸、亜硝酸を還元処理する生物電気化学
的廃水処理方法。 (2) 隔膜により隔離された陰極槽に、硝酸、亜硝酸
を含む廃水とメディエータと脱窒菌を含む陰極溶液を入
れ、陽極槽に陽極溶液を入れ、陰極と陽極に電流を流す
ことにより、硝酸、亜硝酸を還元処理する上記1に記載
した生物電気化学的廃水処理方法。(3) 脱窒菌を陰
極上に固定化して用いる上記2又に記載した生物電気化
学的廃水処理方法。 (4) 隔膜により隔離された陰極槽および陽極槽から
なり、脱窒菌、メディエータともに懸濁させて陰極槽に
分散させ、陰極と陽極に電流を流すことにより、硝酸、
亜硝酸を還元処理する生物電気化学的廃水処理装置。 (5) 隔膜により隔離された陰極槽および陽極槽から
なり、脱窒菌を陰極上に固定化し、陰極と陽極に電流を
流すことにより、硝酸、亜硝酸を還元処理する生物電気
化学的廃水処理装置。
【0013】(実施例)図1は、本発明に関わる生物電
気化学的廃水処方法及びその装置の実施例を説明するた
めの図である。図1において、1はポテンショスタット
等の電源、2は陰極、3は陽極、4は脱窒菌、5はメデ
ィエータ、6は陰極溶液、7は陽極溶液、8は隔膜をそ
れぞれ示す。
【0014】硝酸、亜硝酸を含んだ陰極溶液6と陽極溶
液7はイオン交換膜等の隔膜8により分離されており、
陰極溶液6に脱窒菌4とメディエータ5が懸濁、溶解し
ている。
【0015】陽極3は白金、炭素等任意の電極で構わな
いが、陰極2はメディエータと反応性の良い電極を選択
すべきである。
【0016】陰極溶液6内は、空気などを供給しないよ
うにして嫌気状態に保ち、用いた脱窒菌4の生育に適し
た温度、一般的には30℃〜40℃内に保ち、ポテンシ
ョスタット1により十分にメディエータ5を還元できる
電位を陰極2に印可して、硝酸、亜硝酸を還元処理す
る。
【0017】(作用)図1に従って、本発明に関わる処
理装置の作用及び処理方法を説明する。硝酸、亜硝酸を
含んだ陰極溶液6を電気化学セルに供給する。
【0018】ポテンショスタット1によって、陰極2で
還元されたメディエータ5が脱窒菌4へ還元力を供給す
る。脱窒菌4はこの還元力を用いて、硝酸、亜硝酸を還
元処理する。
【0019】脱窒菌内で酸化されたメディエータは、細
胞外に出て、電極で再度還元されることによりさらなる
反応を進ませる。
【0020】次に、本発明を実施例によりさらに詳細に
説明する。陰極溶液槽、陽極溶液槽ともに15 mlの容積
を持った電気化学セル中に、陰極溶液として60 ppm-Nの
硝酸イオンまたは亜硝酸イオン、120ppmの酢酸または0.
5mMの2-hydroxy-1,4-naphthoquinone(HNQ)、そしてPs
eudomonas denitrificans(4×1010 cells)を50 mMの
リン酸緩衝液に懸濁・溶解した10 mlの溶液を満たし、
陽極溶液として同様のリン酸緩衝液10 mlを供給した。
陰極として炭素繊維電極、陽極として白金電極を用い
た。電気化学セルを30℃に一定になった恒温槽に入れ、
窒素ガスを用いて陰極溶液を脱気しながら、Ag/AgCl参
照電極に対して-0.7 Vの電位を陰極に印可した。陰極溶
液中の硝酸、亜硝酸の濃度をHPLCを用いて測定した。
【0021】硝酸、亜硝酸の濃度の経時変化を表1に示
す。硝酸、亜硝酸ともにHNQによる還元力供与では酢酸
添加の場合と同等もしくはより早く減少した。
【0022】 表1 時間(h) 120ppm酢酸 0.5mM HNQ 硝酸(ppm-N) 亜硝酸(ppm-N) 硝酸(ppm-N) 亜硝酸(ppm-N) 0 60.0 60.0 60.0 60.0 2 54.7 23.6 50.4 27.7 4 38.5 14.8 33.2 7.8 6 23.0 4.9 26.7 0 8 14.6 0 12.7 0
【0023】以上、本発明に関わる生物電気化学的脱窒
処理方法の実施の形態を、実施例に基づいて説明した
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない
ことは言うまでもない。
【0024】実施例ではバッチ式を示したが、浸透膜等
を用いた連続式脱窒処理を行うことができる。
【0025】実施例では脱窒菌、メディエータともに溶
液中に懸濁、溶解させたが、例えばポリイオン複合膜等
で脱窒菌またはメディエータ、もしくはその両方を電極
上に固定化することができる。
【0026】
【本発明の効果】本発明によれば、脱窒反応の還元力と
して有機物の添加を必要とせず、溶液中で均一反応を行
うことができ、簡略なシステムと高い反応性を特徴とす
る生物電気化学的脱窒処理方法となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に関わる生物電気化学的脱窒処理方法を
実施するための装置の1例を示す図。
【符号の説明】
1 ポテンショスタット等の電源 2 陰極 3 陽極 4 脱窒菌 5 メディエータ 6 陰極溶液 7 陽極溶液 8 隔膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C02F 3/34 C02F 1/46 101A (72)発明者 塚原 建一郎 茨城県つくば市東1−1−1 独立行政法 人産業技術総合研究所つくばセンター内 (72)発明者 宮埜 理那子 茨城県つくば市東1−1−1 独立行政法 人産業技術総合研究所つくばセンター内 Fターム(参考) 4D040 AA04 AA34 AA61 BB91 4D061 DA08 DB19 DC15 EA02 EB01 EB02 EB13 EB29 EB30 EB39 ED20 GC14 GC20

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】硝酸、亜硝酸を含む廃水に、酸化還元が可
    能な人工的化学物質(メディエータ)及び脱窒菌を加
    え、電気化学的に還元したメディエータの還元力を用い
    て脱窒反応を行い、硝酸、亜硝酸を還元処理する生物電
    気化学的廃水処理方法。
  2. 【請求項2】隔膜により隔離された陰極槽に、硝酸、亜
    硝酸を含む廃水とメディエータと脱窒菌を含む陰極溶液
    を入れ、陽極槽に陽極溶液を入れ、陰極と陽極に電流を
    流すことにより、硝酸、亜硝酸を還元処理する請求項1
    に記載した生物電気化学的廃水処理方法。
  3. 【請求項3】脱窒菌を陰極上に固定化して用いる請求項
    2に記載した生物電気化学的廃水処理方法。
  4. 【請求項4】隔膜により隔離された陰極槽および陽極槽
    からなり、脱窒菌、メディエータともに懸濁させて陰極
    槽に分散させ、陰極と陽極に電流を流すことにより、硝
    酸、亜硝酸を還元処理する生物電気化学的廃水処理装
    置。
  5. 【請求項5】隔膜により隔離された陰極槽および陽極槽
    からなり、脱窒菌を陰極上に固定化し、陰極と陽極に電
    流を流すことにより、硝酸、亜硝酸を還元処理する生物
    電気化学的廃水処理装置。
JP2001388653A 2001-12-21 2001-12-21 メディエータを用いた生物電気化学的廃水処理方法 Pending JP2003181456A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001388653A JP2003181456A (ja) 2001-12-21 2001-12-21 メディエータを用いた生物電気化学的廃水処理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001388653A JP2003181456A (ja) 2001-12-21 2001-12-21 メディエータを用いた生物電気化学的廃水処理方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003181456A true JP2003181456A (ja) 2003-07-02

Family

ID=27597090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001388653A Pending JP2003181456A (ja) 2001-12-21 2001-12-21 メディエータを用いた生物電気化学的廃水処理方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003181456A (ja)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6852226B2 (en) * 2002-09-10 2005-02-08 Sanyo Electric Co., Ltd. Waste treatment system for treatment of organic waste and digested liquid thereof
JP2006159112A (ja) * 2004-12-08 2006-06-22 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 微生物担持電池兼電解装置及びこれを用いた電解方法
KR100974928B1 (ko) 2008-03-31 2010-08-09 명지대학교 산학협력단 하이브리드형 하·폐수 고도처리 장치
JP2012050381A (ja) * 2010-09-01 2012-03-15 Central Res Inst Of Electric Power Ind 窒素代謝微生物の活性化方法及びバイオリアクタ
JP2015524353A (ja) * 2012-08-08 2015-08-24 カンブリアン イノベーション インク.Cambrian Innovation Inc. 選択的透過バリアを利用する生物処理システム
CN103979731B (zh) * 2014-04-24 2015-10-21 浙江工商大学 一种利用污染物自组装电化学系统降解苯胺废水的方法
JP2015221051A (ja) * 2015-08-31 2015-12-10 一般財団法人電力中央研究所 窒素代謝微生物の活性化方法及びバイオリアクタ
CN110002578A (zh) * 2019-04-24 2019-07-12 北京工业大学 一种利用生物电化学系统强化污水脱氮并同步产生电能的方法
WO2023241695A1 (zh) * 2022-06-17 2023-12-21 天津正达科技有限责任公司 一种生物电化学一体化除氮反应器

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6852226B2 (en) * 2002-09-10 2005-02-08 Sanyo Electric Co., Ltd. Waste treatment system for treatment of organic waste and digested liquid thereof
JP2006159112A (ja) * 2004-12-08 2006-06-22 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 微生物担持電池兼電解装置及びこれを用いた電解方法
KR100974928B1 (ko) 2008-03-31 2010-08-09 명지대학교 산학협력단 하이브리드형 하·폐수 고도처리 장치
JP2012050381A (ja) * 2010-09-01 2012-03-15 Central Res Inst Of Electric Power Ind 窒素代謝微生物の活性化方法及びバイオリアクタ
JP2015524353A (ja) * 2012-08-08 2015-08-24 カンブリアン イノベーション インク.Cambrian Innovation Inc. 選択的透過バリアを利用する生物処理システム
CN103979731B (zh) * 2014-04-24 2015-10-21 浙江工商大学 一种利用污染物自组装电化学系统降解苯胺废水的方法
JP2015221051A (ja) * 2015-08-31 2015-12-10 一般財団法人電力中央研究所 窒素代謝微生物の活性化方法及びバイオリアクタ
CN110002578A (zh) * 2019-04-24 2019-07-12 北京工业大学 一种利用生物电化学系统强化污水脱氮并同步产生电能的方法
CN110002578B (zh) * 2019-04-24 2021-10-15 北京工业大学 一种利用生物电化学系统强化污水脱氮并同步产生电能的方法
WO2023241695A1 (zh) * 2022-06-17 2023-12-21 天津正达科技有限责任公司 一种生物电化学一体化除氮反应器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Park et al. Nitrate reduction using an electrode as direct electron donor in a biofilm-electrode reactor
JP5127200B2 (ja) アンモニア性窒素を含有する廃水の処理装置
Yang et al. Effect of air-exposed biocathode on the performance of a Thauera-dominated membraneless single-chamber microbial fuel cell (SCMFC)
CN110002578B (zh) 一种利用生物电化学系统强化污水脱氮并同步产生电能的方法
JP5101855B2 (ja) バイオリアクタ
Cheng et al. Evaluation of a continuous flow microbial fuel cell for treating synthetic swine wastewater containing antibiotics
EP2925679A1 (en) Bioelectrochemical water treatment and apparatus
JP6327718B2 (ja) 微生物電解セル
Qiao et al. Reinforced nitrite supplement by cathode nitrate reduction with a bio-electrochemical system coupled anammox reactor
Zhang et al. Electrochemical effect on denitrification in different microenvironments around anodes and cathodes
CN103861463A (zh) 一种电化学辅助的源分离尿液生物脱氮的方法
Lee et al. Nitrogen removal and electrochemical characteristics depending on separators of two-chamber microbial fuel cells
JP2003181456A (ja) メディエータを用いた生物電気化学的廃水処理方法
JP3432691B2 (ja) 微生物電極を用いる水処理装置及び方法
Lagum Integrated electro-anammox process for nitrogen removal from wastewater
Watanabe et al. Simultaneous nitrification and denitrification in a single reactor using bio-electrochemical process
Zhang et al. Self-powered denitration of landfill leachate through ammonia/nitrate coupled redox fuel cell reactor
Zhang et al. Electro-chemically improved bio-degradation of municipal sewage
Cao et al. Trickling filter in a biocathode microbial fuel cell for efficient wastewater treatment and energy production
WO2007000942A1 (ja) 含アンモニア廃水の処理方法
JP2002361282A (ja) 有機性排水の処理方法及び処理装置
JP2002346566A (ja) 水処理装置および水処理方法
JP7218648B2 (ja) 微生物発電方法及び装置
JP3044472B2 (ja) 好気性微生物の連続培養制御方法
JP7247713B2 (ja) 有機性排水の生物処理装置

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040922

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050705

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20051101