研究テーマ:
下水処理場における炭素・窒素・リン回収型水浄化プロセス
A wastewater treatment process that recovers carbon, nitrogen and phosphorus at sewage plants
下水処理は世界の電力消費の約 1% を占めるとされ、曝気に多くのエネルギーを使い、窒素を除く過程では N₂O も発生します。Bloomo を大型化し、曝気の削減、CO₂ の取り込み、窒素・リンの回収、N₂O の抑制という 4 つの層で、浄化にかかるコストの一部を資源回収に置き換えることをめざします。下水への適用は、現在、研究・小規模検証の段階です。
背景・製品・展望
背景
下水処理は世界の電力消費の約 1%を占めるとされます。活性汚泥法では曝気が消費エネルギーの 50–60% を占め、窒素を除く過程では GWP 273 の N₂O が発生します。
製品
Bloomo for Sewage は、既存の下水処理プロセスへの組み込みを想定して開発しています。光合成による酸素の供給、CO₂ の取り込み、NH₄⁺ のアミノ酸への同化を組み合わせ、窒素・リンとも 90% を超える除去率を目標にしています（目標値・未検証）。
展望
まず国内の下水道管理者・維持管理事業者との共同研究から始め、放流水質基準を守ることを前提に、既存の処理を補う技術として評価します。CO₂ の取り込みを環境価値として示す方法も、あわせて検討します。
ユーザーと製品
USER
自治体・インフラ企業
- 下水処理の高エネルギー消費
- N₂O・CH₄ 排出の定量化・抑制要請
- 窒素・リン資源の回収
- 老朽プラント更新期における低炭素化
PRODUCT
Bloomo for Sewage
既存プラントへの組み込みを想定した藻類統合プロセス（研究段階）
- 光合成による曝気エネルギーの一部代替
- 排ガスの CO₂ の取り込み
- NH₄⁺ のアミノ酸への同化による窒素の回収
- バイオ炭の投入による N₂O 抑制（検討中）
コア技術・特長
曝気エネルギー削減
光合成による酸素で、好気性細菌への O₂ 供給の一部を置き換える（撹拌・収穫を含めた正味のエネルギー収支は実証で評価）
CO₂ の取り込み
工場排ガスの CO₂ を培養に使う。バイオマス 1 t あたり約 1.83 t CO₂ は理論上の取り込み量で、正味の削減量ではない
N・P 資源回収
NH₄⁺ をアミノ酸・タンパク質として同化。PBR+MPBR で 90% を超える除去を報告した研究がある
N₂O 抑制
バイオ炭の投入で微生物の脱窒からの N₂O 排出が減ったという研究がある（当社では検討中）
下水処理を「浄化コスト」から「資源回収」へ
下水処理は公衆衛生を支える不可欠なインフラですが、世界の電力消費の約 1% を占めるとされます[1]。活性汚泥法では曝気が消費エネルギーの 50–60% を占め[2]、窒素を除く過程では N₂O（GWP 273）が発生します[3][4]。ここでは、Bloomo を大型化して、浄化にかかるコストの一部を資源回収に置き換えるプロセスの構想を示します（研究段階）。
PROBLEM従来下水処理の構造的課題
高エネルギー消費と CO₂ 排出
活性汚泥プロセスの電力消費の 50–60% は曝気に使われる。世界の下水処理部門は電力消費の約 1% を占め、2030 年までに 20% 増えると見込まれている。
参考: [2][5]
N₂O 排出
硝化・脱窒反応が不完全だと N₂O が副生する。N₂O は 100 年 GWP 273 の極めて強力な温室効果ガスで、排出係数は施設によって大きく異なる。
参考: [3][4][6]
窒素・リン資源の回収
硝化・脱窒では、窒素の多くが N₂ として大気に放出される。リンは汚泥の資源化の取り組みが進んでいる。藻類による回収は、既存の汚泥の資源化を補う選択肢として検討している。
参考: [7]
SOLUTIONBloomo による 4 つの層の構想
曝気エネルギーの削減
光合成でできる酸素で、好気性細菌への酸素供給の一部を置き換える。藻類と活性汚泥を一緒に培養する系で、窒素・リン・COD の除去が報告されている。ただし光合成の酸素は昼だけで、撹拌・収穫を含めた正味のエネルギー収支は実証で評価する。
参考: [8]
CO₂ の取り込み
微細藻類は光合成で CO₂ をバイオマスに取り込む。炭素含量を乾燥重量の 50% と仮定すると、バイオマス 1 t あたり約 1.83 t CO₂ が理論上の取り込み量になる（総量であり、正味の削減量ではない）。排ガスから高い濃度の CO₂ を供給でき、NOx・SOx を含む排ガスを使う研究もあるが、その影響も含めて評価が必要である。
参考: [9]
窒素・リン資源の回収
藻類が NH₄⁺ をアミノ酸・タンパク質として同化する。PBR と膜分離（MPBR）などを組み合わせ、窒素・リンで 90% を超える除去を報告した研究がある。窒素の多くをバイオマスとして回収することをめざすが、藻類自身が出す N₂O やアンモニアの揮散も含めた窒素の収支は、実証で確かめる。下水由来のバイオマスは飼料には使わず、肥料・バイオ炭などへの利用を想定している（重金属・病原体などの分析と、関係法令への適合が前提）。
参考: [10][11][14]
回収バイオマスの有効利用へN₂O 排出の抑制
バイオ炭を加えた人工湿地で N₂O の排出が減ったという報告がある。Bloomo で回収したバイオマスからバイオ炭をつくり、処理系に戻す使い方を検討している（効果は未検証）。
参考: [12][13]
System architecture comparison
BENCHMARK性能指標（目標値・検証中）
| 指標 | 従来プロセス | Bloomo 統合（目標） |
|---|---|---|
| 窒素除去率 | 処理方式により異なる | > 90%（目標） |
| リン除去率 | 処理方式により異なる | > 90%（目標） |
| 曝気エネルギー寄与 | 全体の 50–60% | 一部を光合成で代替（正味は実証で評価） |
| N₂O 排出係数 | 1.01% kg N₂O-N/kg TN（中央値） | 抑制をめざす（藻類由来の N₂O も含めて評価） |
※ Bloomo 統合の欄は目標値で、まだ検証していません（出典は、目標の根拠とした研究例です）。下水への適用は研究・小規模検証の段階で、大規模な実装の実績はありません。
BUSINESS提供の形（構想）
Bloomo for Sewage は、インフラ企業・自治体との協業とライセンスでの提供を想定しています。具体的な条件は、共同研究の中でご相談します。
- ▸ Algal Bloom Capture 技術パッケージ（種ライブラリ、培養プロトコル、AI 制御ノウハウ）
- ▸ Bloomo Cloud Service（遠隔モニタリング・最適化）
- ▸ パートナー企業（インフラ企業、自治体）との協業モデル
ROADMAP開発ロードマップ
- 1.養殖向けでの実証: 養殖業者・種苗生産施設向けの Bloomo で、装置と培養制御の性能を確かめる
- 2.排水・下水での検証（現在）: 下水への適用は研究・小規模検証の段階。実排水での実証を経て、実運用の水準をめざす
- 3.実装と提供: ライセンスやサービスとしての提供、国内の放流水質基準への適合の確認、環境価値の算定方法の検討
References
- Maktabifard M., et al. Achieving energy neutrality in wastewater treatment plants. Rev. Environ. Sci. Bio/Technol., 2018, 17, 655–689. DOI →
- Pathways to a net-zero-carbon water sector through energy-extracting wastewater technologies. npj Clean Water, 2022, 5, 49. DOI →
- Kampschreur M.J., Temmink H., Kleerebezem R., Jetten M.S.M., van Loosdrecht M.C.M. Nitrous oxide emission during wastewater treatment. Water Research, 2009, 43(17), 4093–4103. DOI →
- Stylianou M., et al. Factors Affecting N₂O Emissions from Activated Sludge WWTP — A Review. Resources, 2023, 12(10), 114. DOI →
- Mizuta K., Shimada M. Benchmarking energy consumption in municipal WWTPs in Japan. Water Science and Technology, 2010, 62(10), 2256–2262. DOI →
- Song C., et al. Oversimplification and misestimation of nitrous oxide emissions from WWTPs. Nature Sustainability, 2024, 7, 1348–1358. DOI →
- Mayer B.K., et al. Total Value of Phosphorus Recovery. Environ. Sci. Technol., 2016, 50(13), 6606–6620. DOI →
- Abdelfattah A., et al. Microalgae-based wastewater treatment: Mechanisms, challenges, recent advances, and future prospects. Environmental Science and Ecotechnology, 2022, 13, 100205. DOI →
- Cheah W.Y., Show P.L., Chang J.-S., Ling T.C., Juan J.C. Biosequestration of atmospheric CO₂ and flue gas-containing CO₂ by microalgae. Bioresource Technology, 2015, 184, 190–201. DOI →
- Goh P.S., et al. Microalgae-Enabled Wastewater Remediation and Nutrient Recovery through Membrane Photobioreactors: Recent Achievements and Future Perspective. Membranes, 2022, 12(11), 1094. DOI →
- Bezerra S.S., Fontana L., Arantes C.C., de Jesus T.A. Phosphorus removal from wastewater by microalgal cultivation in photobioreactors: a systematic literature review and multivariate analysis. Environ. Monit. Assess., 2025, 197(11), 1182. DOI →
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