Biogas production from haophytes using modified anaerobic digester

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19F19370
• Research Institution: The University of Kitakyushu
• Principal Investigator: 安井 英斉 北九州市立大学, 国際環境工学部, 教授 (70515329)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): AMEN TAREQ 北九州市立大学, 国際環境工学部, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2019-11-08 – 2022-03-31
• Keywords: メタン発酵 / 耐塩性 / 植物バイオマス

Outline of Annual Research Achievements

有効容積5Lのジャーファメンタを用いて、塩類蓄積植物の組成を模擬した原料（牧草バイオマス+塩化ナトリウム (30 g/L), 牧草バイオマス+硫酸ナトリウム (30 g/L)）を連続的に投入したメタン発酵の実験をおこなった。リアクタの水理学的滞留時間と微生物滞留
時間を同一に設定した一過式の運転では、滞留時間 15日の条件で原料の牧草におけるCOD成分のほぼ60%がメタンに分解するようであった。未分解のバイオマス残渣は主にリグニンであり、ヘミセルロース・セルロースの一部も汚泥に残存していた。ヘミセルロース・セルロースの分解が完全でない理由は明確でないが、これら固形物の周囲に存在するリグニン層がセルラーゼの反応を阻害していると考えれば、残存の現象を説明できる。実際、処理水には非生物分解性の溶解性CODが一定濃度で検出されており、これは非生物分解性有機物であるリグニンがリアクタ内で微細化し、見かけの溶解性成分として検出されたものと考えられる。現在、これらセルロース・ヘミセルロース・リグニンをIWA-Anaerobic Digestion Model No.1に追加し、成分の分解挙動（生物分解性・非生物分解性、反応速度等）のコンピュータシミュレーションを実施している。また、硫酸ナトリウムを添加して系では、硫酸塩還元反応も起きているため、IWA-Anaerobic Digestion Model No.1にプロピオン酸資化性硫酸塩還元細菌、水素資化性硫酸塩還元細菌、酢酸資化性硫酸塩還元細菌も加え、メタン生成古細菌との基質を巡る競合も机上解析する予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

実験データの取得はほぼ完了し、物質収支に基づくコンピュータ解析に作業の中心を移動している。しかしながら、セルロース・ヘミセルロース・リグニンの濃度は、重量法による計量であるため、分析誤差がかなり目立つようである。この誤差の影響を適切に取り扱うことがコンピュータ解析におけるキーになると考えている。

Strategy for Future Research Activity

物質収支と微生物相に基づく定常状態のコンピュータシミュレーションによって、リアクタの反応時間や投入の植物バイオマス濃度・組成等を変えた条件とメタン生成の関係を整理する。