Development of a stable anaerobic treatment process for organic wastewater using extracellular electron transfer

2024 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22K05926
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 加来 伸夫 山形大学, 農学部, 教授 (80359570)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 細胞外電子伝達 / 廃水処理 / 嫌気発酵 / メタン生成 / 微生物燃料電池

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、VFAが蓄積しやすい「難処理廃水」を対象に、VFA分解で生じる還元力を、導電性の固形物を通して遠方の微生物に受け渡す「電気共生」や還元力を電極で受け取って電力として除去する「微生物燃料電池（MFC）」を利用して、発酵プロセスの崩壊を防ぐ技術の開発を目指す。
令和5年度は、都市下水嫌気消化汚泥を微生物源として立ち上げたメタン発酵槽と2槽式微生物燃料電池(MFC)を使って、メタン発酵槽とMFCの酢酸の蓄積に対する耐性を比較し、MFCの方が耐性があることを示した。
令和6年度は、揮発性脂肪酸分解とメタン生成の安定化を目指して、プロピオン酸、ペプトン、イーストエキスを含む合成廃水を用いて電気共生系の確立を目指した。その結果、電気共生系を確立できる可能性が示された。
令和7年度は、微生物燃料電池の負極と正極で電気共生系の確立するための条件検討を行った。まず、合成廃水にアスファルト掘削跡地堆積物、牛舎廃水汚泥、都市下水嫌気消化槽汚泥を微生物源として、2槽式MFCを利用した電気共生系の確立を試みた。MFCの負極槽に酢酸、プロピオン酸およびメタン生成阻害剤である2-ブロモエタンスルホン酸を添加した合成廃水、正極槽に有機物を含まない無機培地を入れて、両方に微生物源を接種して嫌気的に保温した。その結果、いずれの微生物源を接種したMFCにおいても、正極でメタンが生成され、負極で酢酸やプロピオン酸の分解が進行した。これは、負極において酢酸やプロピオン酸の分解で得られた還元力が正極に移動してメタン生成により消費されたことを示しているものと考えられた。メタン生成量は牛舎廃水汚泥を接種したMFCで特に多く、微生物源によって電気共生系を確立する効率が異なることが分かった。