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

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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。