| 研究課題/領域番号 |
20K06321
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
吉田 弦 神戸大学, 農学研究科, 助教 (60729789)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 嫌気性MBR / 乳牛糞尿 / 液体畜産バイオマス / 消化液改質 / 微細藻類 / 膜分離 |
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| 研究実績の概要 |
エネルギー回収技術であるメタン発酵の酪農での導入の課題となっている、発酵設備の巨大さと消化液利用を解決するために、嫌気性膜分離プロセスを構築する。畜産系バイオマスの中でも堆肥化に不向きな液状の乳牛糞尿を対象に、膜分離型メタン発酵（嫌気性MBR）を適用し、発酵速度の大幅な短縮を目指した。また藻類培養に直接利用できるような高品質な膜ろ過消化液を生成した。これらにより、畜産系バイオマスの新しいマテリアルフロー創出の可能性を評価した。
嫌気性リアクタと外部チューブラー型膜モジュールを組み合わせた嫌気性MBRを試作して実験に供した。酪農における液体畜産バイオマスとして乳牛糞尿の液分を含む酪農廃水を基質として、連続運転を実施した。水理学的滞留時間（HRT）を20日から5日まで短縮して運転を行ったところ、メタン濃度60％前後のバイオガス生成が確認され、COD分解率も90％以上となった。このことから嫌気性MBRにより液体畜産バイオマスのメタン発酵を高速化できる可能性が示された。
また嫌気性MBRより得られた膜ろ過消化液を用いて微細藻類Nannochloropsis oculataを培養し成長特性を評価した。海産藻類用強化培地であるIMK培地での培養と比較して、藻類の成長特性や栄養塩の利用性に大きな差はなく、十分な成長を確認した。このことから膜ろ過消化液を微細藻類の培地として適用できる可能性が示された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
液体畜産バイオマスとしての酪農廃水を基質にして、実験室スケールの試作嫌気性MBRの連続運転を実施した。目標としていた水理学的滞留時間（HRT）5日でのメタン発酵と有機物分解を確認することができた。バッチ試験より得られたバイオガス収率と同等の収率を嫌気性MBRでも示されたことから、膜分離によりメタン発酵の処理時間を短縮できることが示された。
消化液の品質を微細藻類培養により評価した。膜ろ過による改質によりSS成分の除去と栄養塩の透過が可能であった。アンモニアは90％以上が膜ろ過液に溶存したが、リンは一部が固形分に吸着することが明らかになった。得られた膜ろ過消化液を用いて脂質生産性の海産クロレラである微細藻類Nannochloropsis oculataを培養したとこと、市販培地と同等の成長特性が得られた。このことから、膜ろ過消化液は微細藻類培地を代替できることが示され、嫌気性MBRからの直接藻類培養プロセスの可能性が示された。
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| 今後の研究の推進方策 |
引き続き嫌気性MBRの連続運転を実施する。この際、膜の目詰まり（ファウリング）の発生機構を明らかにする必要がある。槽内の固形物濃度や、有機物負荷などの環境因子や運転条件とファウリングの発生の関係を明らかにする。
また、消化液の利用に際しては、膜ろ過による栄養塩類の物質収支を明らかにする。特に藻類の成長に必須のリンが固形分に吸着して、膜を透過しない現象が観察されたため、このリンの溶出方法についても検討を行う。種々の改質技術を物質収支と共に、微細藻類の成長特性により評価する。
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