造粒化汚泥内におけるpH勾配を利用した蛋白質系廃水の高効率メタン発酵の開発

• 研究課題/領域番号: 07750640
• 研究種目: 奨励研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 土木環境システム
• 研究機関: 信州大学
• 研究代表者: 松本 明人 信州大学, 工学部, 助手 (30252068)
• 研究期間 (年度): 1995
• 研究課題ステータス: 完了 (1995年度)
• 配分額: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 1995年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: pH / 阻害 / 遊離の脂肪酸 / 遊離のアンモニア / 蛋白質 / UASB / 槽内水の循環

研究概要

実験はグラニュール汚泥をUASBリアクター(有効容積2.51)に充填し、基質にポリペプトンを用い、温度30〜35℃、HRT2.5日の下でおこなった。まず基質濃度を2000、4000、8000mg/lと段階的に増大させ、実験をおこなった。その結果、いずれの基質濃度でもCOD除去率は92〜96%と、良好なメタン生成がおこった。なおその時のpHは7.4から7.6であった。
基質濃度変動試験終了後、pH変動試験をおこなった。pH7.6から6.8までは、COD除去率がほぼ96%以上と良好なメタン発酵が起きたが、pH6.1でメタン生成は阻害され、COD除去率は78%まで低下した。その際、プロピオン酸が蓄積し、その濃度は510mg/に達した。その後、pHを6.5まで高めたところ、残存プロピオン酸濃度は130mg/lまで減少し、メタン生成も回復した。一方、実験を通じて測定されたアンモニア性窒素濃度は130〜200mg/lで、阻害が起きる濃度ではなかった。
ところで脂肪酸による阻害もアンモニアによる阻害も遊離のかたちになると起こることがわかっている。つまり、脂肪酸の場合、pHが低くなればなるほど、遊離の脂肪酸になる割合が増えメタン発酵には不利になり、アンモニアの場合はpHが高くなればなるほど、遊離のアンモニアの割合が増えメタン発酵が阻害される。このことは分解の際にアンモニア性窒素を放出する蛋白質のメタン発酵では重要であり、アンモニアと脂肪酸による阻害を同時に低くするpHでの運転が必要となる。今回の実験ではアンモニア濃度は低く、阻害が起きるほどではなかったが、遊離のアンモニア濃度を下げ、しかも遊離の脂肪酸による阻害を防ぎ良好なメタン生成を可能にするpHとして6.8が求められた。
このほか槽内水を循環することにより生成ガスの汚泥床での蓄積が防げることがわかった。