バイオガス発生量の減少を抑制する乳酸菌を用いた混合メタン発酵原料の貯留方法の開発

• Project/Area Number: 22K14967
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 41030:Rural environmental engineering and planning-related
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 折立 文子 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農村工学研究部門, 主任研究員 (90535303)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 混合メタン発酵 / 農業集落排水汚泥 / 生ごみ / 乳酸発酵 / 乳酸菌 / 集排汚泥 / 貯留

Outline of Research at the Start

本研究は、農村地域の生ごみと農業集落排水汚泥（以下、集排汚泥）を原料とする混合メタン発酵において、生ごみ由来乳酸菌の乳酸発酵を利用した原料混合槽の管理によるバイオガス発生量減少の抑制手法を開発することを目指す。具体的には、原料混合槽における、集排汚泥と生ごみの共存下での、乳酸発酵との競合反応が生じ得る状態での貯留において、原料混合比率、温度、滞留時間等の条件が生ごみ由来乳酸菌の乳酸発酵による原料腐敗抑制効果に及ぼす影響を室内試験により定量的に把握・整理し、混合メタン発酵の管理に活かす。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、農村地域で発生する生ごみと農業集落排水汚泥（以下、集排汚泥）を原料とする混合メタン発酵において、バイオガス発生量減少の原因となる混合原料の腐敗を、生ごみ由来乳酸菌の乳酸発酵を利用した原料混合槽の管理により抑制する手法を開発することである。
本年度は、まず、集排汚泥と生ごみを混合貯留した際の乳酸発酵阻害とそれに伴う腐敗抑制効果の低減可能性の有無について検証することを目的として、３種類の異なる処理方式の集排施設（回遊式間欠ばっ気方式、オキシデーションディッチ方式、嫌気性ろ床方式）から採取した汚泥を対象に、成分分析と乳酸菌数測定、微生物群集構造の解析（アンプリコンシーケンス解析）を行った。成分に関しては、乳酸菌の基質となるグルコースや過多の場合に発酵阻害となりうるナトリウム等を分析した。生ごみ（農村地域の生ごみおよび模擬生ごみ）についても同様の分析を行い、考察の参考とした。
分析の結果、各集排汚泥の乳酸菌数は生ごみよりも2～3オーダー低かった。グルコースは生ごみで0.70～0.97g/100g検出されたのに対し、いずれの処理方式の集排汚泥でも不検出であった。乳酸菌の基質となるグルコースが集排汚泥中にほとんど存在しないため、集排汚泥中の乳酸菌は生ごみに比べて少なかったと考えられる。ナトリウム濃度はいずれの処理方式の集排汚泥でも生ごみの1/10以下であり、発酵阻害が懸念される濃度よりも十分低かった。微生物群集構造については、各集排汚泥間で微生物種の存在割合に差はあるものの、集排汚泥中の主要な微生物種は類似していた。乳酸発酵との競合反応を引き起こし得るClostridia目の存在割合は数%であった。
以上より、今回対象とした集排汚泥に関しては、生ごみとの混合貯留の際に乳酸発酵阻害を生じ得る明確な要素は確認されなかった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

集排汚泥と生ごみを混合貯留した際の乳酸発酵阻害とそれに伴う腐敗抑制効果の低減を生じ得る要素の有無に関して、３種類の異なる処理方式（回遊式間欠ばっ気方式、オキシデーションディッチ方式、嫌気性ろ床方式）の集排汚泥について確認できた。
また、混合原料貯留中の生ごみ由来乳酸菌による腐敗抑制効果に原料混合比率、温度、滞留時間が及ぼす影響を把握するための貯留試験および回分式メタン発酵試験のための種汚泥作成や試験条件検討等の準備も進められたため、研究はおおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

前年度とは異なる処理方式の集排施設の汚泥を対象に、引き続き、成分分析及び微生物群集構造の解析を行い、生ごみと混合貯留した際の乳酸発酵の阻害とそれに伴う腐敗抑制効果の低減可能性の有無についての検証を進めるとともに、混合原料貯留中の生ごみ由来乳酸菌による腐敗抑制効果に原料混合比率、温度、滞留時間が及ぼす影響を把握するための貯留試験および回分式メタン発酵試験を実施する。