本格的な生物学的フィルターを用いたヒト糞便汚泥消化物からの栄養分除去

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Chemosphere.2020 May;257:127219. S0045-6535(20)31412-0. doi: 10.1016/j.chemosphere.2020.127219.Epub 2020-05-28.

本格的な生物学的フィルターを用いたヒト糞便汚泥消化物からの栄養分除去

Nutrient removal from human fecal sludge digestate in full-scale biological filters.

Aaron A Forbis-Stokes
Graham H Miller
Armel Segretain
Felahasina Rabarison
Tojoniaina Andriambololona
Marc A Deshusses

PMID: 32512331 DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.127219.

抄録

安全な衛生環境が整備されていない国では、最小限に希釈された糞尿の嫌気性消化をベースとした家庭用衛生システムの可能性があるため、消化物管理の簡便な方法が大いに求められている。ここでは、嫌気性消化器排水から窒素とリンを除去するための本格的な3段式フィルターがマダガスカルで実施された。これには、粉砕した木炭を用いたトリクリングフィルター（好気性硝化用）、竹チップを用いた水中嫌気性フィルター（脱窒用）、鉄くずを用いた水中フィルター（リン除去用）が含まれていた。ろ過材はすべて地元で調達したものを使用した。3つの並列レプリケートシステムを2つの連続した8週間のフェーズで、合計16週間の連続運転を行った。流入飼料の窒素の多くはNH-Nではなく有機窒素として流入してきたため、予想通りではなかったが、フィルターは全流入窒素の38～49％を除去した。フィルターは、固形物（73～82％の濁度除去）、化学的酸素要求量（67～75％の除去）、リン（31～50％の除去）を除去するとともに、高い窒素変換率を達成しました。全体的に、この実規模研究で得られた反応率は、これまでに実施された実験室規模のスケールダウンしたシステムの研究とほぼ一致しており、実世界のシナリオでの適用を支持するものであった。この研究に基づいて、単純な排水フィルターは、小規模およびオンサイトの糞尿汚泥処理システムの栄養塩除去をサポートすることができる。

There is a great need for simple methods for digestate management for potential household sanitation systems based on anaerobic digestion of minimally diluted fecal waste in countries that lack safe sanitation. Herein, a full-scale three-stage filter for nitrogen and phosphorus removal from anaerobic digester effluent was implemented in Madagascar. It included a trickling filter with crushed charcoal (for aerobic nitrification), a submerged anaerobic filter with bamboo chips (for denitrification), and a submerged filter with scrap iron (for phosphorus removal). All filter materials were sourced locally. Three parallel replicate systems were operated in two sequential 8-week phases for a total of 16 continuous weeks. Though the influent feed was not as expected, with much of nitrogen in the feed coming in as organic N and not as NH-N, the filters still removed 38-49% of total incoming nitrogen. The filters achieved high rates of nitrogen transformation along with removing solids (73-82% turbidity removal), chemical oxygen demand (67-75% removal), and phosphorus (31-50% removal). Overall, the reaction rates from this full-scale study were in line with previous lab-scale investigations with scaled-down systems, supporting their application in real-world scenarios. Based on this study, simple effluent filters can support nutrient removal for small-scale and onsite fecal sludge treatment systems.