| 研究課題/領域番号 |
19K04664
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| 研究機関 | 信州大学 |
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研究代表者 |
松本 明人 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (30252068)
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| 研究分担者 |
上野 豊 信州大学, 学術研究院農学系, 准教授 (00542911)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | メタン発酵 / 緩速撹拌 / セルロース / 最適pH / 固形物滞留時間 / セルロース容積負荷 / メタン転換率 / 菌叢解析 |
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| 研究実績の概要 |
セルロース系バイオマスを高効率にメタンへ変換するために反芻動物の反芻胃をヒントに、槽内を緩速撹拌（撹拌子回転速度：10 rpm）することによりセルロース（ろ紙粉末）とセルロース分解菌を反応槽底部に沈降させ、両者を長時間接触させる状態にした。そしてその状態でpHなどを変動させ、最適運転条件を求め、さらにその最適運転条件でセルロース容積負荷を変動させ、処理限界を求めた。
令和４年度には発酵の最適pHと判断したpH 6.6で、水理学的滞留時間を8日、5日、3.2日と変化させ、セルロース容積負荷を1.3 kg/(m3・d)、2.0 kg/(m3・d)、3.1 kg/(m3・d)と増大させたところ、いずれの容積負荷でもメタン転換率は73 %～74 %と良好であったが、反応槽下層のセルロース除去率がセルロース容積負荷3.1 kg /(m3・d) で19 %と大きく低下し、処理限界に達していると考えられた。
pHの影響に関してはpH 6.6でメタン転換率は74 %と最も高く、pH 7.1では55 %、pH 6.0では43 %と低下した。そして、pH6.0では反応槽下層のセルロース除去率は5 %と大幅に低下し、処理限界と考えられた。
固形物滞留時間に関しては制御が困難であり、安定したデータは得られなかったが、滞留時間が8日から10日程度でメタン生成やセルロース除去が良好になり、14日以上で低下する傾向があった。
回分式バイアル試験より、セルロースでの遅滞時間は約3.0日と各種可溶性炭水化物で得られた0.5日以下より大きいが、メタン生成ポテンシャルに関してはほぼ同じ値であった。
菌叢に関しては、Spirochaetes、Firmicutes、Bacteroidetesがよく見られ、その割合はpH、固形物滞留時間、そして水理学的滞留時間（セルロース容積負荷）の影響をうけることがわかった。
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