耐塩性嫌気性細菌と好塩性植物を利用した塩害土壌の生物学的修復システム

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25630225
• 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): 寺嶋 光春 北九州市立大学, 国際環境工学部, 講師 (60706969) ; 加藤 尊秋 北九州市立大学, 国際環境工学部, 准教授 (20293079)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: メタン発酵プロセス / 植物バイオマス / 好塩植物 / 生物分解 / 数学モデル / 硫酸還元 / 酸生成 / 加水分解

Outline of Annual Research Achievements

実験室規模の中温メタン発酵リアクタを用いて、乾燥粉末牧草(乾燥したPanicum coloratumを約150ミクロンに粉砕した試料)にナトリウム塩を添加した模擬植物バイオマス(70g-Na/kg-湿重)の連続実験をおこなった。実験においては、ナトリウム塩としてNaClを用いた系列とNa2SO4とNaHCO3を混合した系列の2種類をそれぞれ検討し、以下の知見が得られた。
1) NaClをナトリウム塩に用いた系列では植物バイオマスCODのおよそ65%がメタンに転換した。一方の硫酸塩を含む系列ではメタン転換率はこれよりもやや低くなり、54%の値になった。この差は、植物バイオマスCODの一部が硫酸塩還元反応で硫化物に転換したためであった。
2) 国際水協会(IWA)のタスクグループが開発した嫌気性消化モデル(ADM1)を改変して、これらの生物分解反応を計算できる数学モデルを開発した。これによれば、リアクタに残存する溶解性COD成分の多くは非生物分解性のリグニンに由来するものであり、槽負荷の値によって植物バイオマスが加水分解した溶解性生物分解成分（炭水化物）も出現することが示された。
3) 下水汚泥のような典型的な有機性廃棄物と動力学パラメータを比較したところ、試料とした塩類含有植物バイオマス組成では、固形物の微細化・加水分解と酸生成の2種類の反応が特に遅いようであった。高塩類濃度の条件でメタン発酵よりも酸生成反応が阻害されやすいことは、既往の文献にもほとんど報告されていないため、今後のプロセス開発の上で重要な知見になると考えられる。

Research Products

• [Presentation] A Kinetic Model for the Anaerobic Fermentation of Salt-accumulating Plants Including Sulfate Reduction (2014)
  • Author(s): Matsui,S., Terashima,M., Yasui,H., Toderich,K., Akinshina,N.
  • Organizer: The 2nd International Conference on Arid Land Studies (CAL2) on Food Security and Innovations in Arid and Semiarid Agro-ecosystems
  • Place of Presentation: Samarkand, Uzbekistan
  • Year and Date: 2014-09-13 – 2014-09-13