2021 Fiscal Year Research-status Report
医薬品の環境リスクを考慮した集排汚泥と食品廃棄物の混合メタン発酵システムの開発
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20K06305
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| Research Institution | National Agriculture and Food Research Organization |
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Principal Investigator |
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)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
治多 伸介 愛媛大学, 農学研究科, 教授 (60218659)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 農業集落排水施設 / 汚泥 / 作物残渣 / C/N比 / 医薬品 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、集排汚泥と多様な食品廃棄物の混合発酵試験を行い、安定的な発酵が可能な混合条件を明らかにする。さらに、温度、pH等が大きく変動するメタン発酵、消化液の殺菌・貯留過程における医薬品の分解特性を把握する。それにより、医薬品の環境リスクを低減し、エネルギー効率向上と効率的な消化液の肥料利用の実現が可能な集排汚泥と食品廃棄物の混合メタン発酵システムを開発することを目的とする。
令和3年度は、集排汚泥（濃縮汚泥、含水率98%）とC/N比が生ゴミよりも高いコーヒーかす、サツマイモ（VSが生ゴミと同等になるように水分調整）を重量比1:1で混合した原料を用いて、メタン発酵試験を行った。その際、尿素添加によりC/N比を調整した試験区と添加しない試験区を設定した。発酵温度は37℃、滞留時間は50日から開始し、その後、段階的に短縮して最終的に20日とした。試験期間中、pH、ガス発生量、アンモニア態窒素濃度の測定を行った。一方、貯留（20℃3ヶ月）、殺菌（55℃8時間、70℃1時間）処理後の消化液について、医薬品濃度を測定した。
その結果、尿素無添加の場合、コーヒーかすは滞留時間25日、サツマイモは同20日において、pH、ガス発生量の減少などの発酵不良状態に陥った。その時の、アンモニア態窒素濃度はそれぞれ150、250mg/Lであり、発酵不良が発生するアンモニア態窒素の濃度帯を把握できた。また、尿素を添加した場合には発酵不良が起こらず、尿素の添加が発酵安定に有効であることが示された。さらに、尿素の添加は消化液のアンモニア態窒素濃度を上昇させるため、高C/N比原料消化液の効率的な肥料利用のためにも有効であることが示された。一方、消化液の殺菌・貯留過程における医薬品の分解特性については、特に貯留過程で医薬品の分解が進むことが明らかとなった。
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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
C/N比が高い食品廃棄物と集排汚泥の混合発酵で発酵不良が生じることを複数の食品廃棄物で確認でき、その時の発酵液のアンモニア態窒素の濃度帯を示せたこと、それに対して、尿素を添加することで発酵状態を改善できることが確認できたこと、また、消化液の貯留・殺菌過程における医薬品の分解特性を把握できたことから、研究はおおむね順調に進展している、と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
集排汚泥（濃縮汚泥、含水率98%）と食品廃棄物の混合メタン発酵において、発酵不良に陥る条件、消化液の肥料成分濃度が確保される条件等を整理する。その条件と各食品廃棄物等の成分（VS、C/N比、ADF、窒素等）を解析し、多様な原料に対応可能な混合メタン発酵の設計手法としてとりまとめる。
また、医薬品リスクに関しては、前年度までに得られた結果を、汚泥の乾燥過程、コンポスト過程での医薬品分解データなどと比較するとともに、各医薬品の分解特性を明確化することで、メタン発酵システムの医薬品リスクを評価する。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額は、試料分析をまとめて行うなど、研究費を効率的に使用して発生した残額である。次年度において、分析する項目や頻度を当初より増やし、その分析のための消耗品購入に使用する予定である。
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