ニュース

Mar 30, 2024

青果廃水からのリンの回収・利用

Scientific Reports volume 12、記事番号: 617 (2022) この記事を引用 2305 アクセス数 3 引用数 13 Altmetric Metrics の詳細 水域へのリンの過剰排出が鍵

Scientific Reports volume 12、記事番号: 617 (2022) この記事を引用

2305 アクセス

3 引用

13 オルトメトリック

メトリクスの詳細

水域へのリンの過剰な排出は、富栄養化を引き起こす主な要因です。 青果廃水には多量のリンが含まれており、直接水域に放流される可能性があり、都市下水道管網に大きな負担を与えています。 そこで、凝集法を利用してリンを除去し、廃水中のリンを沈殿物として回収し、その沈殿物を熱分解することでリン酸除去に効率的な吸着剤として利用しました。 熱分解温度300℃、400℃、500℃における吸着剤（XT-300、XT-400、XT-500）の実際のリン含有排水と模擬リン含有排水中のリン酸塩の吸着効果を比較することにより、異なる吸着剤用量 (4 g/L、7 g/L、10 g/L) で廃水を測定したところ、XT-300 が最高の吸着性能を示し、リン酸塩の吸着は吸熱的であり、ラングミュア等温線とエロヴィチの動力学。 pH、共存する陰イオン、XT-300 の構造の影響により、リン酸塩の除去が静電引力や細孔の充填に関連していることが明らかになりましたが、それが表面析出に関連しているかどうかは判断できませんでした。 この研究は、果物や野菜の廃水中のリンを回収して利用する方法と方法を提供し、合成吸着剤が効率的なリン吸着剤であることを証明しました。 長期的には、農業システムにおける植物の成長を促進するために、リンを吸着した後の吸着剤を使用することを試みることができます。

水域内の高濃度のリンは、水生生態系と環境の質に重大な脅威をもたらす可能性があります。 高濃度のリンを含む廃水は自然環境に排出される可能性があり、依然として世界中で深刻な環境問題となっています。 高濃度のリン酸塩は、水域内の生物、特に藻類の成長を刺激し、水生生態系の質を悪化させる可能性があります1、2、3。 また、水生動植物、そして人間の幸福にも悪影響を及ぼします4、5、6。 リン酸塩は一時的に沈殿に変換され、その後再び水中に放出されるため、リン酸塩の自然回収効率は非常に低い7。 したがって、リンの除去と回収のための効率的な技術を探索することが不可欠です。 廃水からリンを回収するには、ストルバイト結晶化法 8、膜ハイブリッドシステム 9、藻類ベースの生物吸着法 10、カルシウム沈殿物 11 など、多くの技術が使用されてきました。その中で、化学的リン除去では、リンの沈殿により大量の汚泥が生成され、新たな汚染を引き起こす12。 リンを除去するための生物学的方法は操作パラメータの影響を受けやすく、効率は不安定です 13,14。 さらに、生物処理には廃棄物活性汚泥処理やその他の前処理装置が必要となるため、廃水処理コストが増加します。 吸着法は低コストかつ高効率です。 したがって、水からリン酸塩を除去するために広く使用されています15。 バイオリテンション システムは、広く使用されている吸着リン除去システムです。 リン除去効率は非常にばらつきがあり、不安定です。 これは主に、生物学的保持システムのフィルター媒体に吸着されたリンの容量が小さく、安定性が低いためであり、その結果、リンの浸出効果が高くなります。 したがって、生物学的保持システムの新しい濾材によってリンの除去を強化することができ、高効率で低コストのリン除去材料の適用にも大きな注目が集まっています。

カーボン系材料は熱分解黒色カーボンの一種です。 その生産には、炭素隔離、地球温暖化の緩和、土壌品質の改善、汚染物質の除去など、多くの環境上の利点があります16、17、18。 近年、その産地の広さから炭素系材料が注目を集めています。 農業廃棄物 19,20、林業廃棄物 21、下水汚泥などのさまざまなバイオマスを熱分解の原料として使用して、低コストの利点を持つ吸着剤を調製できます 22,23,24。 果物や野菜の廃棄物の水分含有量は通常 90% 以上であり、揮発性固形分は全固形分 (VS/TS) の 80% 以上を占めます。 そのうち、セルロース、リグニン、糖類、ヘミセルロースがそれぞれ約 9.0%、5.0%、75.0% を占めます 25,26。 果物や野菜の廃棄物の従来の処理方法には、焼却、埋め立て、好気性堆肥化、および嫌気性消化が含まれますが、これらの方法は水分含有量が高いため、処理効果が低い27、28、29、30、31、32、33。 さらに、一部の地域では、果物や野菜の廃棄物を粉砕および脱水して固形分の水分含有量を減らし、その後固形物を堆肥化および消化して、製造中に水分含有量の高い廃棄物の急速な加水分解によって引き起こされる酸阻害現象を軽減します。直接消化30,34。 廃液は都市下水管網に直接排出され、下水とともに下水処理場に流入します。 都市下水道では管路閉塞を起こしやすい青果排水の処理が設計条件に含まれていないため、十分な普及が図れなかった。 第二に、果物や野菜の廃水は都市の下水収集システムに入った後、都市の下水処理場に集中されます。 高炭素、高窒素、高リンであるため、下水処理場の運転負荷が増大します。 凝固によりリンの大部分を除去することができ、その大部分が沈殿物に集められ、その沈殿物をリンを回収するための吸着剤として調製することができる。