2020 Fiscal Year Annual Research Report
Regional resource and energy circulation by lactate fermentation and photosynthetic bacteria
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20H04386
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
日高 平 京都大学, 工学研究科, 講師 (30346093)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
戸苅 丈仁 公立鳥取環境大学, 環境学部, 准教授 (60803830)
中村 真人 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, 上級研究員 (60414463)
山岡 賢 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, 教授 (70373222)
吉田 弦 神戸大学, 農学研究科, 助教 (60729789)
佐野 修司 摂南大学, 農学部, 准教授 (00443523)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | メタン発酵 / バイオマス / 浄化槽汚泥 / 模擬生ごみ / 光照射培養 / 栽培試験 / バイオガス / 下水汚泥 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
浄化槽汚泥について、引抜き頻度が性状に及ぼす影響を調査した。引抜き間隔が、通常の年1回に対して、1～3ヶ月の場合の汚泥を採取したところ、有機物（VS）/固形物（TS）比は0.94程度であり、通常の場合より高かった。メタン発酵実験を行ったところ、バイオガス発生率は標準的な下水の混合汚泥と同程度の0.4～0.5 NL/gVS-addedに達した。反応速度の解析では、初期段階で生ごみに近い挙動を示した。
模擬生ごみの貯蔵実験および貯蔵した生ごみの嫌気性消化実験を行った。非滅菌模擬生ごみに対して乳酸菌の植種を行わない場合は、酢酸、酪酸などの有機酸に加えて、バイオガスの発生が確認され、乳酸発酵が安定しなかった。嫌気性消化実験では、それに応じてバイオガス発生率が2割程度まで低下する場合があった。事前に模擬生ごみ由来の乳酸菌を培養して、貯蔵実験開始時に植種した場合、貯蔵温度13～30℃および貯蔵期間1～4週間で、乳酸発酵を安定させることができた。嫌気性消化実験では、それに応じてバイオガス発生率を8割程度以上維持することができた。生ごみ貯蔵時に起こる乳酸発酵により、有機物の分解が抑制され、バイオガス生成ポテンシャルの低下が抑制されることが示された。
光合成微生物の培養実験として、Rhodospirillum属近縁種が優占している集積培養液を植種して、下水汚泥試料との混合培養を試み、肥料価値をコマツナ栽培試験で評価した。嫌気性消化脱水分離液に、最初のみ集積培養液を添加して光照射培養を継続した場合、集積培養液を添加しない場合と比較して、栽培試験では、新鮮重量、葉緑素含量およびカロテノイド含有量で有意に高い値が得られた。一方嫌気性消化汚泥に対して同様の比較を行ったところ、有意な差は見られなかった。嫌気性消化脱水分離液への光照射培養による肥料価値の向上の可能性が考えられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
予定通り、浄化槽汚泥の引抜き頻度が汚泥性状やバイオガス発生率に及ぼす影響が整理され、模擬生ごみを用いた貯蔵実験で乳酸発酵が安定しバイオガス発生率を確保できることが示され、下水汚泥試料での光照射培養で肥料効果の向上が観察された。これらより、提案システムの実現可能性が示され、おおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
乳酸発酵による浄化槽汚泥および生ごみ収集の一体化を目的として、生活排水処理汚泥からのエネルギー回収の視点で汚泥性状調査を行う。下水道、農業集落排水処理汚泥、浄化槽などの生活排水処理汚泥について、性状の分析やメタン発酵の室内実験によるバイオガス発生率の測定を行う。異なる処理技術間で比較することで、汚泥性状とエネルギー回収効率の関係の一般化を試みる。生ごみの乳酸発酵による浄化槽内貯留および前処理手法の開発として、引き続き模擬生ごみの貯留実験および貯蔵した後の模擬生ごみのメタン発酵実験を実験室規模の反応器を用いて行い、乳酸発酵条件を適切に維持することで、生ごみの腐敗を極力防止しエネルギー価値を保存する管理手法を提示する。浄化槽汚泥の混入を想定した連続実験を数ヶ月間行うことで、生活排水由来の微生物が乳酸発酵特性に及ぼす影響を調査する。
光合成微生物によるメタン発酵汚泥の肥料価値向上に向けて、肥料高品質化技術の開発を試みる。集積培養液を用いて、人工培地や実際のメタン発酵汚泥との混合条件下での培養実験を、人工気象器内で行う。光合成微生物の増殖状況を把握する方法として、カロテノイドや遺伝子解析の適用性を調査する。肥料の評価および管理手法の検討として、培養した光合成微生物含有汚泥を対象に、栽培試験により肥料性能を確認する。またメタン発酵施設の現地調査を行い、その処理状況に加えて、消化汚泥の肥料利用現場での課題を抽出しながら、その促進に向けた手法を検討する。
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