Novel anaerobic digestion for simultaneous methane production and ammonia removal

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K20474
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 64020:Environmental load reduction and remediation-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Koyama Mitsuhiko 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 助教 (50794038)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: メタン発酵 / アンモニア低減 / 発酵阻害 / 微生物叢

Outline of Final Research Achievements

In anaerobic digestion of food waste and manure, ammonia accumulates in the digester and inhibits microorganisms. In this study, a novel anaerobic digestion process was developed to remove ammonia in the digester "without inhibiting methanogenic microorganisms". Stripping of CO2-free biogas removed the dissolved CO2 and create a high pH environment, resulted in ammonia volatilization. Immediately after the stripping, the digester pH is quickly lowered by re-dissolving the removed CO2. This process was shown to reduce ammonia in the digester and maintain the methanogenic activity of the microorganisms by shortening the duration of the high pH environment that inhibits anaerobic digestion microorganisms.

Free Research Field

環境生物工学、微生物工学、廃棄物処理工学、バイオインフォマティクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、メタン発酵槽内に短時間の高pH環境を作り出すことにより発酵阻害物を除去する世界で初めての研究となる。本研究により、アンモニアをメタン発酵槽内で高効率除去可能になり、有機態窒素を豊富に含む原料を安定してメタン発酵できるようになる。高温メタン発酵は従来の中温発酵と比べて原料分解速度が約2倍速いが、アンモニアの蓄積速度も速いためにプロセスが不安定化しやすく、これまで実用化が進んでこなかった。本研究により、高温メタン発酵の実用性が大きく向上し、有機性廃棄物のメタン発酵処理を格段に高速化できることが期待される。