Development of a stable anaerobic treatment process for organic wastewater using extracellular electron transfer

利用细胞外电子转移开发稳定的有机废水厌氧处理工艺

• 批准号: 22K05926
• 负责人: 加来 伸夫
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Yamagata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05926/
• 关键词: 細胞外電子伝達; 廃水処理; 嫌気発酵; メタン生成; 微生物燃料電池

近年、有機性廃棄物（バイオマス）を微生物の機能を利用して分解浄化しながら、エネルギーとして利用可能なメタンを回収できる嫌気発酵が改めて注目されている。嫌気発酵では、バイオマス分解の中間産物として酢酸をはじめとする揮発性脂肪酸（volatile fatty acids, VFA）が生成される。VFAの分解反応は吸エルゴン反応であり、VFA分解細菌とメタン生成古細菌の間の栄養共生（異種生物間での直接的な還元力の授受）に依存しなければ進行しない。易分解性有機物を高濃度で含むバイオマスの嫌気発酵処理では、栄養共生による分解能力を超えてVFAが生成されるため、pHが低下して発酵プロセスが崩壊してしまう。この問題は、嫌気発酵をより幅広い有機性廃棄物の処理に適用していく際の最大の障害となっている。本研究では、VFAが蓄積しやすい「難処理廃水」を対象に、VFA分解で生じる還元力を、導電性の固形物を通して遠方の微生物に受け渡す「電気共生」や還元力を電極で受け取って電力として除去する「微生物燃料電池」を利用して、発酵プロセスの崩壊を防ぐ技術の開発を目指す。都市下水嫌気消化汚泥を微生物源として立ち上げたメタン発酵槽と2槽式微生物燃料電池（MFC）にエチレングリコールを添加して保温した。メタン発酵槽とMFCにおいてエチレングリコール分解の中間産物として蓄積する酢酸の濃度やメタン生成量などを比較することで、細胞外電子伝達の嫌気分解安定性への寄与について検証した。メタン発酵槽において、エチレングリコール添加濃度0.1%（v/v）ではメタン生成が進行したが、0.2%では不安定化しやすく、0.3%では酢酸が蓄積してpHが低下したことでメタン生成が完全に阻害された。一方、MFCでは0.5%以上でも酢酸分解が進行してメタンが生成され、細胞外電子伝達がメタン生成を安定化することが分かった。

In recent years, organic wastes have been utilized by microorganisms for decomposition and transformation, and the utilization of organic wastes has been possible for recovery and transformation. Volatile fatty acids (VFA) are produced as intermediates in the decomposition of fatty acids. VFA decomposition reaction is dependent on VFA decomposition bacteria and VFA generation archaea. High concentrations of readily decomposable organic matter, high pH, low pH, high metabolic rate, low metabolic rate, high metabolic rate, low metabolic rate, low metabolic rate This problem is the greatest obstacle to the treatment of organic wastes in the world. This study aims to develop technologies for preventing the breakdown of VFA, such as microbial fuel cells, in which VFA is accumulated, regenerated, conductive and solid substances are transmitted, and remote microorganisms are subjected to VFA decomposition. Municipal sewage sludge digestion microbial source and treatment tank and 2-tank microbial fuel cell (MFC) The intermediate products of decomposition, accumulation and concentration of acetic acid produced in the fermentation tank and MFC are compared with those produced in the extracellular electron transfer and the stability of decomposition. The concentration of 0.1%(v/v) added to the fermentation tank caused the formation of acid to proceed, 0.2% to destabilize and 0.3% to completely inhibit the formation of acid. On the one hand, MFC is more than 0.5% of the acid decomposition process, and the extracellular electron transfer process is stable.