カーボンニュートラルおよび水域生態系サービスの持続的保全に資する排水処理デジタルツインの開発
人口減少社会を背景に、排水処理における熟練技術者の減少が深刻化しています。一方、2050年カーボンニュートラルの達成や、処理水の放流先における生態系サービスの持続的享受に向けて、さらなる省エネ・創エネの推進や、処理水に栄養塩類を適切な濃度で残存させる運転制御など、高度な排水処理管理が求められています。本研究では、国際標準の排水処理シミュレータ（IWA Activated Sludge Model）にAI技術（機械学習）を並列化させたHybrid ODE（Ordinary Differential Equation）モデルの開発を行っています。Hybrid ODEは新しい概念であり、さまざまな分野で応用研究が進められつつあります。モデル計算の再現性と解釈性の両立が課題とされていますが、私たちはこれを解決する新しいモデル構造を提案しています。将来的には、時々刻々と変動する流入水の質・量に応じて、リアルタイムで省エネ運転や処理水の栄養塩類制御を支援する排水処理デジタルツインへと高度化させる予定です。
〈最近の研究成果〉
- 細島悠介, Guang-yao Zhao, 藤田昌史 (2025) 循環式硝化脱窒法に設置したアンモニアセンサーを活用した硝化細菌濃度のリアルタイム推定, 土木学会論文集, 81 (17), 25-25004. doi: 10.2208/jscejj.25-25004.
- Zhao G, Furumai H, Fujita M (2025) Parallel hybrid ordinary differential equation for modeling biological phosphorus removal modified for enhanced predictive performance and physical interpretability, Journal of Environmental Management 380, 124932. doi: 10.1016/j.jenvman.2025.124932.
- Zhao G, Furumai H, Fujita M (2024) Supporting data–enhanced hybrid ordinary differential equation model for phosphate dynamics in municipal wastewater treatment, Bioresource Technology 409, 131217. doi: 10.1016/j.biortech.2024.131217.
- Zhao G, Suzuki S, Deng J, Fujita M (2022) Machine learning estimation of biodegradable organic matter concentrations in municipal wastewater, Journal of Environmental Management 323, 116191. doi: 10.1016/j.jenvman.2022.116191.
