JP2976306B2 - 水素分圧低下によるメタン発酵促進方法 - Google Patents
水素分圧低下によるメタン発酵促進方法Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
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- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、有価エネルギー物質を効率よく回収するこ
とができる、水素分圧低下によるメタン発酵促進方法に
関する。
とができる、水素分圧低下によるメタン発酵促進方法に
関する。
〈従来の技術〉 メタン発酵運転時に、炭素化合物の分解に伴って水素
ガスが発生するが、炭素化合物負荷が大きい場合や、反
応時間が短い場合、この水素が発酵槽内に蓄積すること
により、槽内の水素分圧が上昇し、炭素化合物の分解反
応を阻害する結果、プロピオン酸以上の炭素数を持つ炭
素化合物が蓄積し、最終的にメタンを生成する物質であ
る酢酸やギ酸まで分解が行われず、メタン生成反応が停
止する事例が多くある。
ガスが発生するが、炭素化合物負荷が大きい場合や、反
応時間が短い場合、この水素が発酵槽内に蓄積すること
により、槽内の水素分圧が上昇し、炭素化合物の分解反
応を阻害する結果、プロピオン酸以上の炭素数を持つ炭
素化合物が蓄積し、最終的にメタンを生成する物質であ
る酢酸やギ酸まで分解が行われず、メタン生成反応が停
止する事例が多くある。
〈本発明が解決しようとする課題〉 本発明の課題は、メタン発酵運転時におけるメタン生
成反応の停止または低下を防止し、これを速やかに解消
することができる、水素分圧低下によるメタン発酵促進
方法を提供することにある。
成反応の停止または低下を防止し、これを速やかに解消
することができる、水素分圧低下によるメタン発酵促進
方法を提供することにある。
〈課題を解決するための手段〉 本発明者らは、前記の課題を達成すべく鋭意検討を重
ね、水素分圧低下方法として、水素資化能力を持つ水素
（ギ酸）資化性メタン菌に注目し、その基質であるギ酸
をコントロール（添加）することによって、水素分圧を
下げメタン生成を行うことを目的に、水素資化性メタン
菌の基質特異性について検討した。
ね、水素分圧低下方法として、水素資化能力を持つ水素
（ギ酸）資化性メタン菌に注目し、その基質であるギ酸
をコントロール（添加）することによって、水素分圧を
下げメタン生成を行うことを目的に、水素資化性メタン
菌の基質特異性について検討した。
すなわち、水素資化性メタン菌の一種であるMethanob
acterium formicium（Fo）とMethanobrevibacter arbo
riphilus（Ar）の純粋培養菌を使用して、基質としてCO
2−H2とギ酸のどちらをより優先的に消費するかを検討
するために、それぞれの基質における菌の増殖（倍加時
間）を比較し、その結果を表−１、２に示した。
acterium formicium（Fo）とMethanobrevibacter arbo
riphilus（Ar）の純粋培養菌を使用して、基質としてCO
2−H2とギ酸のどちらをより優先的に消費するかを検討
するために、それぞれの基質における菌の増殖（倍加時
間）を比較し、その結果を表−１、２に示した。
両方の菌ともCO2−H2基質における増殖が遅く、ギ酸
をより優先的に消費することが明らかになった。
をより優先的に消費することが明らかになった。
本発明のメタン発酵促進方法は、上記の知見に基づい
てなされたものであって、メタン発酵槽内の水素分圧上
昇時に、ギ酸濃度を制御することにより、発酵槽内の水
素資化性メタン菌の活性を高め、槽内水素分圧を低下せ
しめることを特徴とする。
てなされたものであって、メタン発酵槽内の水素分圧上
昇時に、ギ酸濃度を制御することにより、発酵槽内の水
素資化性メタン菌の活性を高め、槽内水素分圧を低下せ
しめることを特徴とする。
本発明において、メタン発酵はいわゆる上向流式嫌気
処理方法（UASB）に従って行うのが好ましい。
処理方法（UASB）に従って行うのが好ましい。
UASB方とは、原水をリアクター底部より上向流で供給
する間にグラニュール（微生物相互による集塊）を形成
した高濃度微生物群によって原水中の有機物をメタン発
酵により分解し、浄化処理する方式である。
する間にグラニュール（微生物相互による集塊）を形成
した高濃度微生物群によって原水中の有機物をメタン発
酵により分解し、浄化処理する方式である。
本発明によるメタン発酵において用いる種汚泥は、表
−１、２に示した水素資化性メタン菌の純粋培養菌のほ
か、都市下水処理場などで得られる通常の中温消化汚泥
も好適に使用することができる。
−１、２に示した水素資化性メタン菌の純粋培養菌のほ
か、都市下水処理場などで得られる通常の中温消化汚泥
も好適に使用することができる。
この場合の原水濃度は、TOC換算で800〜1000mg/の
範囲が適している。
範囲が適している。
その際のTOC汚泥負荷は、1.5〜2.0g−TOC/g−VSS・da
yとするのが好ましい。
yとするのが好ましい。
原水の処理条件は、UASB法の通常の条件に従って、温
度35±２℃,pH7.2〜8.0,リアクター滞留時間（HRT）10
〜15時間である。
度35±２℃,pH7.2〜8.0,リアクター滞留時間（HRT）10
〜15時間である。
処理性能の良否の判別は、原水と処理水の有機性炭素
濃度（TOC）および生成ガス組成の分析によって行う
が、同時に液体クロマトグラフィー（UV）などにより原
水および処理水のプロピオン酸濃度を測定して行う。
濃度（TOC）および生成ガス組成の分析によって行う
が、同時に液体クロマトグラフィー（UV）などにより原
水および処理水のプロピオン酸濃度を測定して行う。
ギ酸の添加は、処理水中のプロピオン酸濃度の上昇傾
向が見られたときに行うが、通常200〜300mg/に達し
たときに行うのが好ましい。
向が見られたときに行うが、通常200〜300mg/に達し
たときに行うのが好ましい。
ギ酸の添加量は、リアクター内消化液のギ酸濃度が３
〜7g−HCOOH/g−VSSとなるように調整する。
〜7g−HCOOH/g−VSSとなるように調整する。
添加は通常３日間連続的に行う。
このギ酸添加により、処理能力は速やかに回復し、TO
C除去率は80〜90％に復帰し、プロピオン酸濃度は80〜1
00mg/程度に低下する。
C除去率は80〜90％に復帰し、プロピオン酸濃度は80〜1
00mg/程度に低下する。
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
〈実施例〉 第１図は本実施例で用いたUASB処理装置の概要を示
す。
す。
１は原水タンク、２は消化槽2Aと沈殿槽2Bとからなる
リアクターである。
リアクターである。
リアクター２は、有効容量13で周囲が温水循環ジャ
ケット３により保温され、35±２℃に保温されている。
ケット３により保温され、35±２℃に保温されている。
４は温水タンクである。
原水は、酸（5W/V％）およびアルカリ（10W/V％NaO
H）を用いたpHコントローラ５によりpH7.2〜8.0に調整
される。
H）を用いたpHコントローラ５によりpH7.2〜8.0に調整
される。
リアクター塔頂からの生成ガスは、水封されガスメー
タ６によりその生成量を測定した。
タ６によりその生成量を測定した。
原水は、Ａ社社員食堂より排出された厨芥（生ごみ）
をディスポーザで粉砕後、さらにホモジナイザで微粉砕
したものを使用した。
をディスポーザで粉砕後、さらにホモジナイザで微粉砕
したものを使用した。
水量調整は当初は行わず、連続通水30日目以降は、10
0gの厨芥量に対して10の水量になるように調整した。
0gの厨芥量に対して10の水量になるように調整した。
種汚泥は、都市下水処理場の中温消化汚泥を用い、こ
れを約１ヶ月間1500mg/のスキムミルクで馴養したも
のを用いた。
れを約１ヶ月間1500mg/のスキムミルクで馴養したも
のを用いた。
分析に関しては、TOCは全有機炭素分析計、低級脂肪
酸はガスクロマトグラフィーFID、または、液体クロマ
トグラフィー（UV）、生成ガス組成はガスクロマトグラ
フィーTCD、アンモニア性窒素はイオンクロマトグラフ
ィー、生成ガス量は湿式ガスメータで、各々測定した。
酸はガスクロマトグラフィーFID、または、液体クロマ
トグラフィー（UV）、生成ガス組成はガスクロマトグラ
フィーTCD、アンモニア性窒素はイオンクロマトグラフ
ィー、生成ガス量は湿式ガスメータで、各々測定した。
第２図に連続処理における実験結果の一部を示した。
図から明らかなように、90日目にプロピオン酸濃度が
急激に上り、それと相対するようにTOC除去率が低下し
た。
急激に上り、それと相対するようにTOC除去率が低下し
た。
TOC除去率は有機炭素の分解状況を反映しており、除
去率が下がったということは水素分圧の上昇を間接的に
表わしている。
去率が下がったということは水素分圧の上昇を間接的に
表わしている。
そこで、ギ酸を投入し運転を続けると、102日目には
元の良好な状態に戻りメタン発酵を再開した。
元の良好な状態に戻りメタン発酵を再開した。
以上のことは、系内の水素分圧の上昇に伴って、プロ
ピオン酸（それ以上の有機酸）が蓄積し、酢酸やギ酸が
存在していない状態において、ギ酸を添加すれば、雑多
のメタン菌の中の水素資化性メタン菌が活性化して増殖
し、さらに多量に含まれている補酵素F420（電子運搬
体）と共に、水素を資化して分圧が下がることを示して
いる。
ピオン酸（それ以上の有機酸）が蓄積し、酢酸やギ酸が
存在していない状態において、ギ酸を添加すれば、雑多
のメタン菌の中の水素資化性メタン菌が活性化して増殖
し、さらに多量に含まれている補酵素F420（電子運搬
体）と共に、水素を資化して分圧が下がることを示して
いる。
その結果、化学反応のエネルギー論から知られるよう
に、プロピオン酸は分解され酢酸やギ酸となり、それぞ
れ酢酸資化性メタン菌、水素資化性メタン菌がそれを基
質として利用し、メタンの生成反応を促進する。
に、プロピオン酸は分解され酢酸やギ酸となり、それぞ
れ酢酸資化性メタン菌、水素資化性メタン菌がそれを基
質として利用し、メタンの生成反応を促進する。
すなわち、メタン発酵槽での水素分圧を下げるには、
ギ酸濃度のコントロールが重要となる。
ギ酸濃度のコントロールが重要となる。
この際、添加ギ酸量は、第３図より、３〜7g−HCOOH/
g−VSS程度にすることが望ましい。
g−VSS程度にすることが望ましい。
〈本発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、メタン発酵運
転時および汚水の浄化に際し、リアクター内の水素分圧
上昇、プロピオン酸濃度の増加などによりグラニュール
の処理性能が低下してもギ酸の添加によりこれを速やか
に回復させることができる。
転時および汚水の浄化に際し、リアクター内の水素分圧
上昇、プロピオン酸濃度の増加などによりグラニュール
の処理性能が低下してもギ酸の添加によりこれを速やか
に回復させることができる。
この効果は、生ごみのディスポーザ排水を含む汚水の
浄化処理の場合にも同様に得られるから、従来消却ある
いは埋め立てに頼っていた生ごみの処理を通常の都市下
水処理場で行うことが可能となる。
浄化処理の場合にも同様に得られるから、従来消却ある
いは埋め立てに頼っていた生ごみの処理を通常の都市下
水処理場で行うことが可能となる。
第１図は本発明の実施例で用いたUASB処理装置の概略を
示す説明図、 第２図は本発明の実施例で得られた汚水の連続処理結果
を示すグラフ、 第３図は本発明の実施例で得られたギ酸添加量とギ酸消
費速度の関係を示すグラフである。 １……原水タンク、２……リアクター、３……温水循環
ジャケット、４……温水タンク。
示す説明図、 第２図は本発明の実施例で得られた汚水の連続処理結果
を示すグラフ、 第３図は本発明の実施例で得られたギ酸添加量とギ酸消
費速度の関係を示すグラフである。 １……原水タンク、２……リアクター、３……温水循環
ジャケット、４……温水タンク。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 祐二 東京都新宿区西新宿１丁目25番１号 大 成建設株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−4500（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−154597（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−162098（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−228600（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−12400（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C02F 11/00 - 11/20 C02F 3/28 C12P 5/02
Claims (2)
- 【請求項１】メタン発酵槽内の水素分圧上昇時に、ギ酸
濃度を制御することにより、発酵槽内の水素資化性メタ
ン菌の活性を高め、槽内水素分圧を低下せしめることを
特徴とするメタン発酵促進方法。 - 【請求項２】ギ酸濃度が３〜７（ｇ−HCOOH/g−VSS）と
なるようにギ酸を添加して実施する請求項（１）のメタ
ン発酵促進方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4563990A JP2976306B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 水素分圧低下によるメタン発酵促進方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4563990A JP2976306B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 水素分圧低下によるメタン発酵促進方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03250000A JPH03250000A (ja) | 1991-11-07 |
| JP2976306B2 true JP2976306B2 (ja) | 1999-11-10 |
Family
ID=12724938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4563990A Expired - Fee Related JP2976306B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 水素分圧低下によるメタン発酵促進方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2976306B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004061455A1 (de) * | 2004-12-17 | 2006-07-06 | Endress + Hauser Gmbh | Verfahren zur Steuerung einer Fermentation eines Substrats und entsprechende Vorrichtung |
| DE102007029102A1 (de) * | 2007-06-21 | 2008-12-24 | Tilco Biochemie Gmbh | Präparat zur Optimierung der Methangas-Bildung in Biogasanlgen |
-
1990
- 1990-02-28 JP JP4563990A patent/JP2976306B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH03250000A (ja) | 1991-11-07 |
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