Revealing the promoting factor of direct interspecies electron transfer by conductive materials in anaerobic digestion

揭示厌氧消化中导电材料直接种间电子转移的促进因素

• 批准号: 19J14783
• 负责人: 小寺 敏光
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Soka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J14783/
• 关键词: メタン発酵; 有機性排水処理; 導電性担体; 異種微生物間直接電子伝達; 効率化; メタン生成菌; Geobactor

メタン発酵では、しばしば酸生成菌とメタン生成菌間での電子伝達を行うH2が蓄積することで揮発性脂肪酸の分解が停止し、プロセスが不安定化することが知られている。近年、微生物間の電子伝達を導電性の線毛や担体を介して直接行う直接電子伝達によるメタン発酵の効率化が注目されている。直接電子伝達を促すためには電子を細胞外に伝達可能なGeobactor等の酸生成菌を優占する必要がある。これまで、活性炭やバイオ炭、グラファイトなどの導電性担体をメタン発酵槽に添加することで馴養を行いプロセスの効率化が行われてきたが、担体の性状とメタン発酵との関係性は明らかでない。効率的にメタン発酵プロセスを安定化するためには、担体が直接電子伝達を促す支配因子を明らかにする必要がある。そこで本研究は、導電性担体の添加濃度、粒子径、種類がメタン生成に与える影響を明らかにすることを目的とした。異なる担体を添加した実験1では、メタン発酵の効率化には比表面積が高く、微生物が付着しやすい多孔質を持つことが重要であると明らかとなった。活性炭の添加濃度および粒子径を変えた実験2では、槽内に添加した担体の表面積がメタン発酵の効率化において重要であることが明らかとなった。粒子径を統一した条件下で異なる担体を添加した実験3では、メタン生成速度などの向上が見られなかった。この要因として、比表面積が小さい担体であり、かつ担体の添加量が少なかったため、異種間直接電子伝達にかかわる微生物が順養されなかったと考えられた。これらのことから、導電性担体の添加濃度の増加や粒子径の微細化により添加表面積を増加させること、また微生物が付着しやすい細孔構造を持つことが、導電性担体によるメタン発酵の効率化において重要であることが明らかとなった。今後の課題として微生物群衆構造の解明および微生物順養条件（基質の種類、基質濃度など）の検討が挙げられる。

The decomposition of volatile fatty acids is stopped by the accumulation of H2 in the electron transport among the acid-producing bacteria and the acid-producing bacteria In recent years, the electron transfer between microorganisms and the conductivity of the wire and carrier have attracted much attention. Direct electron transfer is necessary for the extracellular transfer of electrons to acid producing bacteria such as Geobactor. The relationship between the properties of activated carbon, activated carbon, and conductive supports in fermentation tanks and the efficiency of domestication is clear. The stability of the electron transport system depends on the electron transport system. This study focuses on the effects of additive concentration, particle size and type of conductive support on the formation and development of conductive particles. In fact, the addition of different supports is important for the efficiency of fermentation, such as the high specific surface area and the porous nature of microorganisms. The concentration of activated carbon is too small to change the particle diameter. The surface area of the support added in the tank is too small to change the efficiency of the fermentation. Under the condition of uniform particle diameter, different carriers are added to each other, and the generation speed of particles is increased. The main reason for this is that the specific surface area is small, the amount of added support is small, and the direct electron transfer between heterogeneous microorganisms is easy to grow. The increase in the concentration of the conductive support, the increase in the particle size, the increase in the surface area, the maintenance of the pore structure, and the increase in the efficiency of the conductive support. The future problems include the understanding of microbial mass structure and the study of microbial growth conditions (substrate type, substrate concentration).

项目成果

導電性担体によるメタン発酵・脱窒素統合プロセスの効率化

使用导电载体提高集成甲烷发酵和反硝化过程的效率

• 发表时间: 2020
• 作者: Keisuke Tomita;Yoko Yashiroda;Yasuhiro Matsuo;Jeff S Piotrowski;Sheena C Li;Reika Okamoto;Mami Yoshimura;Hiromi Kimura;Yumi Kawamura;Makoto Kawamukai;Charles Boone;Minoru Yoshida;Hideaki Nojiri;Kazunori Okada;小寺敏光
• 通讯作者: 小寺敏光