メタン細菌の自己造粒化機能を利用した高速廃水処理プロセスの開発

本研究で開発した嫌気性排水処理プロセスは、付着担体を用いずに、嫌気性細菌群自身のアグリゲーション機能、自己固定化作用を利用して、粒径0.5〜2mmのペレット状増殖体を形成させて高濃度・高活性の生物を反応器内に保持して、その結果従来法(浮遊増殖法)の数十倍の高容積負荷・高率処理を達成しようとする新世代型高速メタン発酵バイオリアクターである。本研究では、(1)低濃度排水(下水)の無加温メタン発酵系における硫酸還元菌の生態学的役割、(2)各種エネルギー源を異にして形成されたグラニュール汚泥のメタン生成活性、(3)脂質含有廃液のパイロットプラント実験、の3つのテーマで検討した。得られた知見は以下の通りである。実験I系:(1)流入CODcr500mg/l、HRT4.7時間、25℃、COD負荷3.0kg/m^3・日の連続実験の結果、COD除去率83〜81%を達成した。また、流入(gSO_4ーS/100gCODcr)比が2、10、40の連続実験系で除去CODに対するメタン生成、硫酸還元反応の寄与率(%)は、それぞれ95:5、72:28、47:53であった。(2)硫酸還元菌はH_2消費者として、水素資化性メタン菌と基質競合作用で優位であり、プロピオン酸分解酢酸生成菌と共生関係にあった。また、硫酸還元菌による酢酸摂取競合作用は小さかった。実験II系:(1)グラニュール汚泥は、植種消化汚泥よりもメタン生成活性で7〜23倍、補酵素F_<420>含量で1.4〜30倍増加した。(2)グラニュール形成による基質拡散抵抗によるみかけのメタン生成活性の低下は認められず、むしろ分散浮遊状態よりも効率的な菌種間水素伝達作用が認められた。実験III系:(1)高級脂肪酸吸着による阻害効果は、酢酸資化性メタン菌>水素資化性メタン菌>酸生成菌の順であった。(2)個別の高級脂肪酸塩の吸着阻害効果は、C_<18:1>(オレイン酸)>C_<12>(ラウリン酸)>C_<14>(ミリスチン酸)>C_<16>(パルミチン酸)>C_<18>(ステアリン酸)の順であった。

本研究で開発した嫌気性排水処理プロセスは、付着担体を用いずに、嫌気性細菌群自身のアグリゲーション機能、自己固定化作用を利用して、粒径0.5〜2mmのペレット状増殖体を形成させて高濃度・高活性の生物を反応器内に保持して、その結果従来法(浮遊増殖法)の数十倍の高容積負荷・高率処理を達成しようとする新世代型高速メタン発酵バイオリアクターである。本研究では、(1)低濃度排水(下水)の無加温メタン発酵系における硫酸還元菌の生態学的役割、(2)各種エネルギー源を異にして形成されたグラニュール汚泥のメタン生成活性、(3)脂質含有廃液のパイロットプラント実験、の3つのテーマで検討した。得られた知見は以下の通りである。実験I系:(1)流入CODcr500mg/l、HRT4.7時間、25℃、COD負荷3.0kg/m^3・日の連続実験の結果、COD除去率83〜81%を達成した。また、流入(gSO_4ーS/100gCODcr)比が2、10、40の連続実験系で除去CODに対するメタン生成、硫酸還元反応の寄与率(%)は、それぞれ95:5、72:28、47:53であった。(2)硫酸還元菌はH_2消費者として、水素資化性メタン菌と基質競合作用で優位であり、プロピオン酸分解酢酸生成菌と共生関係にあった。また、硫酸還元菌による酢酸摂取競合作用は小さかった。実験II系:(1)グラニュール汚泥は、植種消化汚泥よりもメタン生成活性で7〜23倍、補酵素F_<420>含量で1.4〜30倍増加した。(2)グラニュール形成による基質拡散抵抗によるみかけのメタン生成活性の低下は認められず、むしろ分散浮遊状態よりも効率的な菌種間水素伝達作用が認められた。実験III系:(1)高級脂肪酸吸着による阻害効果は、酢酸資化性メタン菌>水素資化性メタン菌>酸生成菌の順であった。(2)個別の高級脂肪酸塩の吸着阻害効果は、C_<18:1>(オレイン酸)>C_<12>(ラウリン酸)>C_<14>(ミリスチン酸)>C_<16>(パルミチン酸)>C_<18>(ステアリン酸)の順であった。