JP5700620B2 - Method for controlling the methanogenic activity of hydrogen-utilizing methane bacteria - Google Patents

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Description

本発明は、水素資化性メタン菌のメタン生成活性を制御する方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、水素(H)と二酸化炭素(CO)からメタン(CH)を生成する微生物である水素資化性メタン菌のメタン生成活性を制御するのに好適な方法に関する。 The present invention relates to a method for controlling the methanogenic activity of hydrogen-utilizing methane bacteria. More specifically, the present invention is suitable for controlling the methanogenic activity of a hydrogen-assimilating methane bacterium that is a microorganism that produces methane (CH 4 ) from hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ). Regarding the method.

近年、資源循環型社会の構築に向けて、生物の機能を活用した高効率な物質変換技術が脚光を浴び始めており、各種研究が進められつつある。このような代表的な技術として、生ゴミ等の有機性廃棄物をメタン発酵処理する技術が知られている。メタン発酵処理とは、有機性廃棄物を発酵液に投入し、嫌気性条件下で発酵処理して有機性廃棄物をメタンガスを含むバイオガスに変換する方法である。メタン発酵処理は、有機性廃棄物を大幅に減容できることから、近年の埋め立て処分地の逼迫の問題を解決することができ、しかもメタンガスをエネルギーとして回収できる極めて有益性の高い技術である。   In recent years, high-efficiency material conversion technology utilizing the functions of living organisms has begun to attract attention for the construction of a resource recycling society, and various studies are being promoted. As such a representative technique, a technique for methane fermentation treatment of organic waste such as garbage is known. The methane fermentation treatment is a method in which organic waste is put into a fermentation broth and fermented under anaerobic conditions to convert the organic waste into biogas containing methane gas. Since methane fermentation treatment can significantly reduce the volume of organic waste, it can solve the recent problem of tightness in landfill sites, and is a highly useful technology that can recover methane gas as energy.

ところで、メタン発酵処理に用いられる発酵液には、メタン生成を担うメタン細菌として、水素資化性メタン菌が含まれていることが知られている。水素資化性メタン菌は、水素(H)と二酸化炭素(CO)からメタン(CH)を生成する過程でエネルギーを獲得して生育する呼吸様式を持つメタン細菌であり、メタン発酵過程の最終段階で最終生成物たるメタンを生成する重要な役割を担っている。 By the way, it is known that the fermented liquid used for methane fermentation treatment contains hydrogen-utilizing methane bacteria as methane bacteria responsible for methane production. A hydrogen-utilizing methane bacterium is a methane bacterium that has a respiration mode that grows by acquiring energy in the process of generating methane (CH 4 ) from hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ), and the methane fermentation process. It plays an important role in producing methane as the final product in the final stage.

また、水素資化性メタン菌は、水素(H)と二酸化炭素(CO)からメタン(CH)を生成することができる機能を利用して、地球温暖化ガスである二酸化炭素をメタンガスというエネルギー資源に変換するために利用することもできる。例えば、特許文献1では、排気中の二酸化炭素を水またはアルカリ溶液に溶解し、得られた二酸化炭素溶液中の溶存酸素を低濃度化した後、これを基質として水素資化性メタン発酵を行うことにより、排気中の二酸化炭素を回収して削減するとともに、これを燃料源として有益なメタンに変換することによって、地球環境を保護しながらエネルギー資源として有効なメタンを回収するようにしている。 In addition, the hydrogen-assimilating methane bacterium uses a function capable of generating methane (CH 4 ) from hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) to convert carbon dioxide, which is a global warming gas, into methane gas. It can also be used to convert energy resources. For example, in Patent Document 1, carbon dioxide in exhaust gas is dissolved in water or an alkaline solution, and dissolved oxygen in the obtained carbon dioxide solution is reduced in concentration, and then hydrogen-assimilating methane fermentation is performed using this as a substrate. As a result, carbon dioxide in exhaust gas is recovered and reduced, and this is converted into methane useful as a fuel source, thereby recovering methane effective as an energy resource while protecting the global environment.

このように、水素資化性メタン菌は極めて優れた機能を持ち、産業上極めて有用な微生物であると考えられている。   As described above, hydrogen-utilizing methane bacteria have extremely excellent functions and are considered to be extremely useful microorganisms in the industry.

特開2004−321857号公報JP 2004-321857 A

水素資化性メタン菌によるメタン生成を効率よく実施するためには、水素資化性メタン菌を効率よく生育する手法と、水素資化性メタン菌自体のメタン生成活性を高める手法を確立することが重要となる。しかしながら、現在に至るまで、これらの手法は確立されるには至っていない。   To efficiently implement methane production by hydrogen-utilizing methane bacteria, establish a method for efficiently growing hydrogen-utilizing methane bacteria and a method for enhancing the methane-producing activity of hydrogen-utilizing methane bacteria themselves. Is important. However, until now, these techniques have not been established.

即ち、水素資化性メタン菌を生育させるためには、培養液にシステインや硫化ナトリウムといった還元剤を添加する等といった化学的調整によって、酸化還元電位を低く調整する必要があるが、このような方法では、水素資化性メタン菌の生育速度を十分に速くはできず、水素資化性メタン菌を効率よく生育できるとは言い難かった。   That is, in order to grow hydrogen-utilizing methane bacteria, it is necessary to adjust the redox potential to a low level by chemical adjustment such as adding a reducing agent such as cysteine or sodium sulfide to the culture solution. In the method, the growth rate of hydrogen-utilizing methane bacteria could not be made sufficiently fast, and it was difficult to say that hydrogen-utilizing methane bacteria could grow efficiently.

また、水素資化性メタン菌自体のメタン生成活性を高める手法については、現在に至るまで、全く明らかにされていない。   Moreover, until now, no method has been disclosed for increasing the methane production activity of hydrogen-utilizing methane bacteria.

ところで、水素資化性メタン菌が生成するメタンガスは、二酸化炭素の20倍程度の地球温暖化効果のあるガスとして知られている。水素資化性メタン菌は、地球上に広く生息しており、例えば僻地においては、メタンガスをエネルギー資源として回収してもメタンガスの輸送コストがかかるので、むしろメタンガスを回収せずに温暖化ガスとしてのメタンガスの発生を抑えたいという要請もある。また、将来的にメタンガスの供給量が過剰となった場合にも、メタンガスを回収せずに温暖化ガスとしてのメタンガスの発生を抑える要請が生じ得ることも考えられる。このような観点から、水素資化性メタン菌のメタン生成活性を高める手法のみならず、水素資化性メタン菌のメタン生成活性を低下させる手法をも確立しておく必要がある。   By the way, methane gas produced by hydrogen-assimilating methane bacteria is known as a gas having a global warming effect about 20 times that of carbon dioxide. Hydrogen-utilizing methane bacteria are widely inhabited on the earth. For example, in remote areas, even if methane gas is recovered as an energy resource, there is a cost for transporting methane gas. There is also a request to suppress the generation of methane gas. In addition, when the supply amount of methane gas becomes excessive in the future, it may be possible to request to suppress the generation of methane gas as a warming gas without collecting the methane gas. From such a viewpoint, it is necessary to establish not only a method for increasing the methane producing activity of hydrogen-utilizing methane bacteria but also a method for reducing the methane producing activity of hydrogen-utilizing methane bacteria.

そこで、本発明は、水素資化性メタン菌自体のメタン生成活性を高めることができ、水素資化性メタン菌の生育も促進させることのできる手法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a technique that can enhance the methane producing activity of the hydrogen-assimilating methane bacterium itself and can promote the growth of the hydrogen-assimilating methane bacterium.

また、本発明は、水素資化性メタン菌自体のメタン生成活性を低下させることができる手法を提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide a technique that can reduce the methane production activity of the hydrogen-assimilating methane bacterium itself.

かかる課題を解決するため、本願発明者は、水素資化性メタン菌を定常期の生育段階の菌体密度で含む培養液について種々検討を行った。即ち、水素資化性メタン菌を定常期の生育段階の菌体密度で含む場合には、これ以上の菌体密度の増加は起こり得ないことから、この状況でメタン生成活性の向上効果、低下効果が確認されれば、この効果は、水素資化性メタン菌自体のメタン生成活性の向上ないしは低下によって奏される効果であると言える。その結果、培養液に電極を接触させて、この電極に電位を印加することにより培養液の酸化還元電位をある範囲に制御することによって、水素資化性メタン菌1個体当たりのメタン生成活性を高めたり低下させたりする制御が可能であることを知見した。 In order to solve such a problem, the present inventor has made various studies on a culture solution containing hydrogen-utilizing methane bacteria at a cell density at a stationary stage growth stage. That is, when hydrogen-utilizing methane bacteria are included at the cell density at the stationary stage, no further increase in cell density can occur. If the effect is confirmed, this effect can be said to be an effect exhibited by the improvement or reduction of the methane production activity of the hydrogen-assimilating methane bacterium itself. As a result, the methane production activity per individual hydrogen-utilizing methane bacterium is controlled by bringing the electrode into contact with the culture solution and controlling the oxidation-reduction potential of the culture solution within a certain range by applying a potential to this electrode. It was found that control to increase or decrease is possible.

さらに、本願発明者は鋭意検討を行い、水素資化性メタン菌を対数増殖期前の生育段階の菌体密度で含む培養液に電極を接触させて、この電極に電位を印加することにより培養液の酸化還元電位を水素資化性メタン菌1個体当たりのメタン生成活性を高めることのできる電位に制御することで、水素資化性メタン菌の生育を促進できることも知見した。 Further, the inventors of the present application have conducted intensive studies and brought the electrode into contact with a culture solution containing hydrogen-utilizing methane bacteria at the cell density at the growth stage before the logarithmic growth phase, and cultivated by applying a potential to the electrode. It was also found that the growth of hydrogen-utilizing methane bacteria can be promoted by controlling the redox potential of the liquid to a potential that can increase the methane production activity per individual hydrogen-assimilating methane bacterium.

本願発明者は、これらの知見に基づき、内在するあるいは添加される化学成分によって環境中に形成され得る水素資化性メタン菌が生育可能な酸化還元電位を基準電位として、水素資化性メタン菌を含む環境に電極を接触させ、電極に電位を印加して環境の酸化還元電位を銀・塩化銀電極電位基準で−0.8Vを含んで−0.8Vよりもマイナス側に大きくなるように制御することで、水素資化性メタン菌1個体当たりのメタン生成活性を基準電位における水素資化性メタン菌1個体当たりのメタン生成活性よりも高めることができ、電極に電位を印加して環境の酸化還元電位を基準電位よりもプラス側に大きくなるように制御することで、水素資化性メタン菌1個体当たりのメタン生成活性を基準電位における水素資化性メタン菌1個体当たりのメタン生成活性よりも低下させることができることが導かれることを知見するに至り、本願発明を完成するに至った。 Based on these findings, the inventor of the present application uses, as a reference potential, a redox potential at which a hydrogen-assimilating methane bacterium that can be formed in the environment by an inherent or added chemical component can be grown. The electrode is brought into contact with an environment containing, and an electric potential is applied to the electrode so that the environmental oxidation-reduction potential is larger than -0.8 V including -0.8 V on the silver / silver chloride electrode potential reference. By controlling, the methane production activity per individual hydrogen-assimilating methane bacterium can be made higher than the methane production activity per individual hydrogen-assimilable methane bacterium at the reference potential. by controlling the redox potential of such increases on the positive side than the reference potential, hydrogen-utilizing methane bacteria per individual methanogenic active hydrogen-utilizing methane bacteria 1 at reference potential individuals skilled Than Ri methanogenic activity led to the finding that derived that can be reduced, thereby completing the present invention.

即ち、本発明の水素資化性メタン菌のメタン生成活性制御方法は、内在するあるいは添加される化学成分によって環境中に形成され得る水素資化性メタン菌が生育可能な酸化還元電位を基準電位とし、水素資化性メタン菌を含む環境に電極を接触させ、電極に電位を印加して環境の酸化還元電位を銀・塩化銀電極電位基準で−0.8Vを含んで−0.8Vよりもマイナス側に大きくなるように制御することで、水素資化性メタン菌1個体当たりのメタン生成活性を基準電位における水素資化性メタン菌1個体当たりのメタン生成活性よりも高めるようにしている。尚、環境の酸化還元電位は銀・塩化銀電極電位基準で−0.8Vとすることが好ましい。また、電極を接触させる環境が基準電位を有していることが好ましい。 That is, the method for controlling the methanogenic activity of the hydrogen-utilizing methane bacterium of the present invention is based on the oxidation-reduction potential at which the hydrogen-assimilating methane bacterium that can be formed in the environment by the inherent or added chemical components can grow. The electrode is brought into contact with an environment containing hydrogen-utilizing methane bacteria, and an electric potential is applied to the electrode so that the environmental redox potential is -0.8 V including -0.8 V on the basis of the silver / silver chloride electrode potential. Is controlled to be larger on the negative side, so that the methane production activity per individual hydrogen-utilizing methane bacterium is higher than the methane production activity per individual hydrogen-utilizing methane bacterium at the reference potential. . The environmental redox potential is preferably -0.8 V based on the silver / silver chloride electrode potential. Moreover, it is preferable that the environment which contacts an electrode has reference electric potential.

次に、本発明の水素資化性メタン菌のメタン生成活性制御方法は、内在するあるいは添加される化学成分によって環境中に形成され得る水素資化性メタン菌が生育可能な酸化還元電位を基準電位とし、水素資化性メタン菌を含むと共に基準電位を有する環境に電極を接触させ、電極に電位を印加して環境の酸化還元電位を基準電位よりもプラス側に大きくなるように制御することで、水素資化性メタン菌1個体当たりのメタン生成活性を基準電位における水素資化性メタン菌1個体当たりのメタン生成活性よりも低下させるようにしている。尚、この場合の環境の酸化還元電位は、具体的には銀・塩化銀電極電位基準で−0.2Vを含んで−0.2Vよりもプラス側に大きな電位とすることが好ましい。 Next, the method for controlling the methanogenic activity of the hydrogen-assimilating methane bacterium of the present invention is based on the oxidation-reduction potential at which the hydrogen-assimilating methane bacterium that can be formed in the environment by chemical components that are inherent or added can grow. The potential is controlled so that the electrode is brought into contact with an environment containing a hydrogen-utilizing methane bacterium and having a reference potential, and the potential is applied to the electrode so that the oxidation-reduction potential of the environment becomes larger on the plus side than the reference potential. Thus, the methane producing activity per individual hydrogen-utilizing methane bacterium is made lower than the methane producing activity per individual hydrogen-utilizing methane bacterium at the reference potential. In this case, it is preferable that the oxidation-reduction potential of the environment in this case is specifically set to a potential greater than -0.2V including -0.2V on the basis of the silver / silver chloride electrode potential.

ここで、本発明の水素資化性メタン菌のメタン生成活性制御方法においては、水素資化性メタン菌が定常期の生育段階に相当する菌体密度で環境に含まれていることが好ましい。   Here, in the method for controlling the methane production activity of the hydrogen-assimilating methane bacterium of the present invention, it is preferable that the hydrogen-assimilating methane bacterium is contained in the environment at a cell density corresponding to a stationary stage growth stage.

本発明によれば、水素資化性メタン菌1個体当たりのメタン生成活性を基準電位における水素資化性メタン菌1個体当たりのメタン生成活性よりも高める制御を行うことができるので、環境中に存在している水素資化性メタン菌群のそれぞれの菌体のメタン生成活性を高めて、環境全体としてのメタン生成活性を大きく向上させることが可能となる。また、環境中に存在している水素資化性メタン菌の菌体密度が、定常期の生育段階における菌体密度よりも小さい場合には、その生育速度を基準電位における生育速度よりも促進することも可能となる。 According to the present invention, since the methane production activity per individual hydrogen-utilizing methane bacterium can be controlled to be higher than the methane production activity per individual hydrogen-utilizing methane bacterium at the reference potential, It becomes possible to enhance the methane production activity of the entire environment by increasing the methane production activity of each cell of the existing hydrogen-utilizing methane bacteria group. In addition, when the cell density of hydrogen-utilizing methane bacteria present in the environment is smaller than the cell density at the stationary stage growth stage, the growth rate is accelerated over the growth rate at the reference potential. It is also possible.

また、本発明によれば、水素資化性メタン菌1個体当たりのメタン生成活性を基準電位における水素資化性メタン菌1個体当たりのメタン生成活性よりも低下させる制御を行うことができるので、環境中に存在している水素資化性メタン菌群のそれぞれの菌体のメタン生成活性を低下させて、環境全体としてのメタン生成活性を大きく低下させることが可能となる。 Further, according to the present invention, since the methane production activity per individual hydrogen-utilizing methane bacterium can be controlled to be lower than the methane production activity per individual hydrogen-utilizing methane bacterium at the reference potential, It becomes possible to reduce the methanogenic activity of each cell of the hydrogen-assimilating methanogen group present in the environment, and greatly reduce the methanogenic activity of the entire environment.

実施例1における各種設定電位でのメタン生成量の経時変化を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change of the methane production amount in the various setting electric potential in Example 1. FIG. 実施例2における各種設定電位での培養液の菌数を示す図である。It is a figure which shows the number of microbes of the culture solution in the various setting electric potential in Example 2. FIG. 実施例2における各種設定電位でのメタン生成量を示す図である。It is a figure which shows the amount of methane production | generation in the various setting potential in Example 2. FIG. 実施例において使用した実験装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the experimental apparatus used in the Example. 第一の実施形態Aにかかる活性制御装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the activation control apparatus concerning 1st embodiment A. 第一の実施形態Bにかかる活性制御装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the activation control apparatus concerning 1st Embodiment B. 第一の実施形態Cにかかる活性制御装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the activation control apparatus concerning 1st Embodiment C. 第一の実施形態Dにかかる活性制御装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the activation control apparatus concerning 1st Embodiment D. 第二の実施形態にかかる活性制御装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the activation control apparatus concerning 2nd embodiment. 活性制御装置の他の形態の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the other form of an active control apparatus.

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の水素資化性メタン菌のメタン生成活性制御方法は、内在するあるいは添加される化学成分によって環境中に形成され得る水素資化性メタン菌が生育可能な酸化還元電位を基準電位とし、水素資化性メタン菌を含む環境に電極を接触させ、電極に電位を印加して環境の酸化還元電位を銀・塩化銀電極電位基準で−0.8Vを含んで−0.8Vよりもマイナス側に大きくなるように制御することで、水素資化性メタン菌のメタン生成活性を基準電位における水素資化性メタン菌のメタン生成活性よりも高めるようにしている。   The method for controlling the methane production activity of the hydrogen-assimilating methane bacterium according to the present invention uses, as a reference potential, a redox potential at which the hydrogen-assimilating methane bacterium that can be formed in the environment by an inherent or added chemical component can grow. An electrode is brought into contact with an environment containing hydrogen-utilizing methane bacteria, and an electric potential is applied to the electrode to reduce the environmental redox potential to -0.8 V including -0.8 V on the basis of the silver / silver chloride electrode potential. By controlling so that it may become large in the side, the methanogenic activity of the hydrogen-assimilating methane bacterium is made higher than that of the hydrogen-assimilating methane bacterium at the reference potential.

また、本発明の水素資化性メタン菌のメタン生成活性制御方法は、内在するあるいは添加される化学成分によって環境中に形成され得る水素資化性メタン菌が生育可能な酸化還元電位を基準電位とし、水素資化性メタン菌を含むと共に基準電位を有する環境に電極を接触させ、電極に電位を印加して環境の酸化還元電位を基準電位よりもプラス側に大きくなるように制御することで、水素資化性メタン菌のメタン生成活性を基準電位における水素資化性メタン菌のメタン生成活性よりも低下させるようにしている。   In addition, the method for controlling the methanogenic activity of the hydrogen-utilizing methane bacterium of the present invention uses the oxidation-reduction potential at which the hydrogen-assimilating methane bacterium that can be formed in the environment by the inherent or added chemical components can grow as a reference potential. The electrode is brought into contact with an environment containing a hydrogen-utilizing methane bacterium and having a reference potential, and the potential is applied to the electrode to control the environmental redox potential to be larger than the reference potential. The methane producing activity of the hydrogen assimilating methane bacterium is made lower than the methane producing activity of the hydrogen assimilating methane bacterium at the reference potential.

つまり、本発明では、内在するあるいは添加される化学成分によって環境中に形成され得る水素資化性メタン菌が生育可能な酸化還元電位を基準電位とし、水素資化性メタン菌を含む環境に接触させた電極によって、環境の酸化還元電位を銀・塩化銀電極電位基準で−0.8Vを含んで−0.8Vよりもマイナス側に大きくなるように制御することで、水素資化性メタン菌のメタン生成活性を基準電位における水素資化性メタン菌のメタン生成活性よりも高め、水素資化性メタン菌を含む環境の酸化還元電位を基準電位よりもプラス側に大きな電位に電気的に制御することで、水素資化性メタン菌のメタン生成活性を基準電位における水素資化性メタン菌のメタン生成活性よりも低めるようにしている。   That is, in the present invention, the oxidation-reduction potential at which a hydrogen-assimilating methane bacterium that can be formed in the environment by an inherent or added chemical component can be used as a reference potential, and is in contact with the environment containing the hydrogen-assimilating methane bacterium. By controlling the oxidation-reduction potential of the environment so that it includes -0.8 V and becomes larger than -0.8 V on the basis of the silver / silver chloride electrode potential, the hydrogen-assimilating methane bacteria The methanogenic activity of the hydrogen-utilizing methane bacterium at the reference potential is higher than that of the hydrogen-utilizing methane bacterium, and the oxidation-reduction potential of the environment containing the hydrogen-assimilating methane bacterium is electrically controlled to a larger potential on the plus side than the reference potential. By doing so, the methane producing activity of the hydrogen assimilating methane bacterium is made lower than the methane producing activity of the hydrogen assimilating methane bacterium at the reference potential.

このように、水素資化性メタン菌の菌体自体のメタン生成活性を高めたり低下させたりする制御ができることを報告した例は今までになく、本出願において初めて明らかにされたことである。尚、メタン生成活性とは、水素(H)と二酸化炭素(CO)からメタン(CH)を生成する能力を意味しており、メタン生成活性が高まれば水素(H)と二酸化炭素(CO)からメタン(CH)を生成する速度が向上し、メタン生成活性が低下すれば水素(H)と二酸化炭素(CO)からメタン(CH)を生成する速度が低下する。 Thus, the example which reported that control which raises or reduces the methane production activity of the cell body of hydrogen-utilizing methane bacterium itself can be made, and it has been clarified for the first time in this application. The methane generation activity means the ability to generate methane (CH 4 ) from hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ). If the methane generation activity increases, hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2) increases the speed of generating methane (CH 4) from the rate of generating methane (CH 4) from when decreased methanogenic activity and hydrogen (H 2) carbon dioxide (CO 2) is reduced .

以下、本発明の方法の詳細について、具体的に説明する。   Hereinafter, details of the method of the present invention will be specifically described.

本発明における「基準電位」とは、内在するあるいは添加される化学成分によって環境中に形成され得る水素資化性メタン菌が生育可能な酸化還元電位である。水素資化性メタン菌は嫌気呼吸を行う微生物であることから、低酸化還元電位環境、例えばΔE’=−0.33Vよりもマイナス側に大きな酸化還元電位環境でなければ生育しないと言われている。自然界において水素資化性メタン菌が生育している環境においては、環境中に内在する化学成分によって、水素資化性メタン菌が生育可能な低い酸化還元電位が形成されている。また、水素資化性メタン菌を含むメタン発酵液についても、水素資化性メタン菌が生育可能な低い酸化還元電位が形成されている。水素資化性メタン菌が生育し得ない環境(培養液等の培地を含む)で水素資化性メタン菌を生育させる際には、内在する化学成分のコントロールや化学成分の添加によって、水素資化性メタン菌を生育可能な酸化還元電位に制御する。例えば、水素のバブリング、窒素等の不活性ガスのバブリング、システインや硫化ナトリウム等の還元剤の添加によって、水素資化性メタン菌を生育可能な酸化還元電位に制御することができる。 The “reference potential” in the present invention is an oxidation-reduction potential at which hydrogen-utilizing methane bacteria that can be formed in the environment by chemical components that are inherent or added can grow. Since hydrogen-utilizing methane bacteria are microorganisms that perform anaerobic respiration, it is said that they do not grow unless they are in a low redox potential environment, for example, a redox potential environment that is larger than ΔE ′ 0 = −0.33 V on the minus side. ing. In an environment where hydrogen-utilizing methane bacteria are growing in nature, a low oxidation-reduction potential at which hydrogen-utilizing methane bacteria can grow is formed by chemical components inherent in the environment. In addition, a low redox potential at which the hydrogen-assimilating methane bacterium can grow is also formed in the methane fermentation broth containing the hydrogen-assimilating methane bacterium. When hydrogen-utilizing methane bacteria are grown in an environment in which hydrogen-utilizing methane bacteria cannot grow (including culture media, etc.), the hydrogen It is controlled to the redox potential that allows methanogenic methane bacteria to grow. For example, it is possible to control the oxidation-reduction potential at which hydrogen-utilizing methane bacteria can grow by adding bubbling of hydrogen, bubbling of an inert gas such as nitrogen, or addition of a reducing agent such as cysteine or sodium sulfide.

つまり、内在するあるいは添加される化学成分によって環境中に形成され得る水素資化性メタン菌が生育可能な酸化還元電位とは、環境に内在している化学成分によって既に水素資化性メタン菌が生育可能な酸化還元電位に制御されている環境の酸化還元電位、環境に内在している化学成分だけでは水素資化性メタン菌が生育し得ず化学成分の添加によって水素資化性メタン菌が生育可能な酸化還元電位に制御されている環境の酸化還元電位を意味している。   In other words, the oxidation-reduction potential at which a hydrogen-assimilating methane bacterium that can be formed in the environment by chemical components that are inherent or added is the potential of the hydrogen-assimilating methane bacterium already growing by chemical components that are inherent in the environment. The oxidation-reduction potential of an environment controlled to a viable oxidation-reduction potential, hydrogen-assimilating methane bacteria cannot grow only with chemical components that are inherent in the environment. It means the oxidation-reduction potential of the environment controlled to a viable oxidation-reduction potential.

本発明では、内在するあるいは添加される化学成分によって環境中に形成され得る水素資化性メタン菌が生育可能な酸化還元電位を基準電位とし、基準電位における水素資化性メタン菌のメタン生成活性を基準として、水素資化性メタン菌を含む環境の酸化還元電位を電気的に制御することにより、水素資化性メタン菌のメタン生成活性を高めたり、低めたりする制御を行う。   In the present invention, the oxidation-reduction potential at which a hydrogen-assimilating methane bacterium that can be formed in the environment by an inherent or added chemical component can be grown as a reference potential, and the methane producing activity of the hydrogen-assimilating methane bacterium at the reference potential Based on the above, by controlling the redox potential of the environment containing hydrogen-utilizing methane bacteria electrically, the methane production activity of the hydrogen-utilizing methane bacteria is controlled to be increased or decreased.

メタン生成活性を高める場合の本発明の方法においては、水素資化性メタン菌を含む環境の酸化還元電位は限定されない。即ち、水素資化性メタン菌が生育し得ない酸化還元電位を有する環境であっても、本発明の方法により、メタン生成活性を高めることができ、さらにはその生育を促進することができる。   In the method of the present invention for enhancing the methane production activity, the oxidation-reduction potential of the environment containing hydrogen-utilizing methane bacteria is not limited. That is, even in an environment having an oxidation-reduction potential at which hydrogen-utilizing methane bacteria cannot grow, the method of the present invention can increase methane production activity and further promote its growth.

メタン生成活性を低下させる場合の本発明の方法においては、水素資化性メタン菌を含む環境の酸化還元電位は、水素資化性メタン菌が生育可能な酸化還元電位に限定される。即ち、水素資化性メタン菌が生育し得ない酸化還元電位を有する環境においては、水素資化性メタン菌が生息し得ないので、メタン生成活性を低下させる場合の本発明の方法を適用する意義は無い。しかしながら、水素資化性メタン菌が生育可能な酸化還元電位を有する環境においては、本発明の方法により、容易に水素資化性メタン菌のメタン生成活性を低下させることができる。   In the method of the present invention for reducing the methane production activity, the oxidation-reduction potential of the environment containing hydrogen-utilizing methane bacteria is limited to the oxidation-reduction potential at which hydrogen-utilizing methane bacteria can grow. That is, in an environment having a redox potential where hydrogen-utilizing methane bacteria cannot grow, hydrogen-utilizing methane bacteria cannot live, so the method of the present invention in the case of reducing methane production activity is applied. There is no significance. However, in an environment having an oxidation-reduction potential at which hydrogen-utilizing methane bacteria can grow, the methane producing activity of hydrogen-utilizing methane bacteria can be easily reduced by the method of the present invention.

尚、本発明における「環境」とは、水素資化性メタン菌が生息しているまたは生息し得る土壌や地下水、汚泥、メタン発酵液は勿論のこと、培養液等の培地等も含まれる。尚、「環境」は、水分を多く含むものとすることが好適である。この場合、電極による環境の酸化還元電位の制御性を向上させ易くなり、本発明の効果が得られ易くなる。また、環境には、必要に応じて水素資化性メタン菌の栄養源等の添加剤を添加するようにしてもよい。   The “environment” in the present invention includes not only soil, groundwater, sludge, methane fermentation broth, but also a culture medium such as a culture solution in which hydrogen-utilizing methane bacteria live or can live. The “environment” preferably contains a lot of moisture. In this case, it becomes easy to improve the controllability of the environmental oxidation-reduction potential by the electrode, and the effect of the present invention can be easily obtained. Moreover, you may make it add additives, such as a nutrient source of hydrogen utilization methane bacteria, to an environment as needed.

本発明の方法を適用し得る水素資化性メタン菌は、特に限定されるものではなく、水素(H)と二酸化炭素(CO)からメタン(CH)を生成する呼吸様式を持つあらゆる水素資化性メタン菌に対して適用可能である。例えば、Methanothermobacter thermautotrophicusが挙げられるがこれに限定されるものではない。尚、水素資化性メタン菌がメタンを生成するためには、水素(H)と二酸化炭素(CO)が必要であることから、環境中にこれらのガスが存在しない場合、または不足している場合には、適宜供給する必要がある。尚、水素(H)と二酸化炭素(CO)の供給割合は、モル比で4:1程度とすることが好適である。 The hydrogen-assimilating methane bacterium to which the method of the present invention can be applied is not particularly limited, and has any breathing mode that generates methane (CH 4 ) from hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ). Applicable to hydrogen-utilizing methane bacteria. For example, but not limited to Methanothermobacter thermautotrophicus. In addition, since hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) are necessary for hydrogen-utilizing methane bacteria to produce methane, these gases are not present in the environment or are insufficient. If it is, it is necessary to supply appropriately. Note that the supply ratio of hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) is preferably about 4: 1 in terms of molar ratio.

メタン生成活性を高める場合の本発明の方法においては、電極に電位を印加して環境の酸化還元電位を銀・塩化銀電極電位基準で−0.8Vを含んで−0.8Vよりもマイナス側に大きくなるように制御することで、水素資化性メタン菌のメタン生成活性を基準電位における水素資化性メタン菌のメタン生成活性よりも高めるようにしている。ここで、電極の電位をマイナス側に大きくし過ぎると、水の電気分解が激しく生じて目的外の反応に投入した電気エネルギーが消費されてしまう。また、−0.8Vでも十分なメタン生成活性の向上効果が得られる。したがって、環境の酸化還元電位は、−0.8V〜−1.4Vとすることがより好適であり、−0.8Vとするのがさらに好適である。   In the method of the present invention for enhancing the methane production activity, an electric potential is applied to the electrode, and the environmental redox potential is -0.8 V including -0.8 V on the basis of the silver / silver chloride electrode potential, and is more negative than -0.8 V. Therefore, the methane producing activity of the hydrogen assimilating methane bacterium is made higher than the methane producing activity of the hydrogen assimilating methane bacterium at the reference potential. Here, if the potential of the electrode is excessively increased to the negative side, water is electrolyzed vigorously and electric energy input to an unintended reaction is consumed. Moreover, sufficient improvement effect of methane production activity can be obtained even at −0.8V. Therefore, the oxidation-reduction potential of the environment is more preferably −0.8 V to −1.4 V, and further preferably −0.8 V.

メタン生成活性を低下させる場合の本発明の方法においては、電極に電位を印加して環境の酸化還元電位を基準電位よりもプラス側に大きくなるように制御することで、水素資化性メタン菌のメタン生成活性を基準電位における水素資化性メタン菌のメタン生成活性よりも高めるようにしている。環境の酸化還元電位は、具体的には銀・塩化銀電極電位基準で−0.45Vよりもプラス側に大きな電位((環境の酸化還元電位)>−0.45V)とすればよいが、−0.2Vを含んでプラス側に大きな電位とするのが好適である。但し、電極の電位をプラス側に大きくし過ぎると、投入した電気エネルギーが無駄となるので、−0.2V〜+0.2Vとすることがより好適である。   In the method of the present invention in the case of reducing the methane production activity, the hydrogen-assimilating methane bacterium is controlled by applying a potential to the electrode and controlling the oxidation-reduction potential of the environment to be larger on the plus side than the reference potential. The methanogenic activity of methane is higher than the methanogenic activity of hydrogen-utilizing methane bacteria at the reference potential. Specifically, the environmental oxidation-reduction potential may be set to a larger potential ((environmental oxidation-reduction potential)> − 0.45 V) than −0.45 V on the basis of the silver / silver chloride electrode potential. It is preferable to set a large potential on the plus side including -0.2V. However, if the potential of the electrode is increased too much on the plus side, the input electric energy is wasted, and it is more preferable to set the voltage to -0.2V to + 0.2V.

メタン生成活性を高める場合の本発明の方法によれば、環境中の水素資化性メタン菌の生育速度を基準電位における生育速度よりも高めて、より効率よく水素資化性メタン菌を増殖させて、メタン生成に供することができる。しかも、水素資化性メタン菌のメタン生成活性を基準電位における水素資化性メタン菌のメタン生成活性よりも高めることができ、その効果は、水素資化性メタン菌が定常期の生育段階に相当する菌体密度で環境中に含まれていても得られる。したがって、水素資化性メタン菌が極めて高密度に含まれている環境中においても、水素資化性メタン菌のメタン生成活性を高めて、環境全体としてのメタン生成能を極めて優れたものとすることができる。   According to the method of the present invention for enhancing the methane production activity, the growth rate of hydrogen-utilizing methane bacteria in the environment is increased more than the growth rate at the reference potential, so that the hydrogen-utilizing methane bacteria can be more efficiently propagated. And can be used for methane production. Moreover, the methanogenic activity of the hydrogen-assimilating methane bacterium can be made higher than the methanogenic activity of the hydrogen-assimilating methane bacterium at the reference potential. Even if it is contained in the environment at a corresponding cell density, it can be obtained. Therefore, even in an environment where hydrogen-utilizing methane bacteria are contained at an extremely high density, the methane-producing activity of the hydrogen-assimilating methane bacteria is increased and the methane-producing ability of the environment as a whole is extremely excellent. be able to.

また、メタン生成活性を低下させる場合の本発明の方法によれば、水素資化性メタン菌のメタン生成活性を基準電位における水素資化性メタン菌のメタン生成活性よりも低下させることができ、その効果は、水素資化性メタン菌が定常期の生育段階に相当する菌体密度で環境中に含まれていても得られる。したがって、水素資化性メタン菌が定常期の生育段階に相当する菌体密度で含まれている環境に対して本発明を適用することで、水素資化性メタン菌のメタン生成活性を低下させて、環境全体としてのメタン生成能を大幅に低下させ、場合によっては水素資化性メタン菌を死滅させることもできる。この方法を利用することで、温暖化ガスとしてのメタンガスの発生を抑えたいという要請に応えることが可能となる。例えば、水系環境に電極を接触させて本発明の方法を実施すれば、水素資化性メタン菌のメタン生成活性を低下させて、環境全体としてのメタン生成能を大幅に低下させることができるし、水系環境でない環境であっても、酸化還元電位を制御可能な程度に水を含ませてから電極を接触させて本発明の方法を実施すれば、水素資化性メタン菌のメタン生成活性を低下させて、環境全体としてのメタン生成能を大幅に低下させ得る。   Further, according to the method of the present invention in the case of reducing the methane producing activity, the methane producing activity of the hydrogen assimilating methane bacterium can be lowered than the methane producing activity of the hydrogen assimilating methane bacterium at the reference potential, The effect can be obtained even when hydrogen-utilizing methane bacteria are contained in the environment at a cell density corresponding to the stationary stage growth stage. Therefore, by applying the present invention to an environment in which hydrogen-utilizing methane bacteria are contained at a cell density corresponding to the growth stage in the stationary phase, the methane producing activity of the hydrogen-utilizing methane bacteria is reduced. Thus, the methane production capacity of the environment as a whole can be greatly reduced, and in some cases, hydrogen-utilizing methane bacteria can be killed. By using this method, it becomes possible to meet the demand for suppressing the generation of methane gas as a warming gas. For example, if the method of the present invention is carried out by bringing an electrode into contact with an aqueous environment, the methane production activity of the hydrogen-assimilating methane bacterium can be reduced, and the methane production capacity of the entire environment can be greatly reduced. Even in an environment that is not an aqueous environment, if the method of the present invention is carried out by bringing the electrode into contact with water to such an extent that the oxidation-reduction potential can be controlled, the methanogenic activity of the hydrogen-assimilating methane bacterium can be increased. This can significantly reduce the overall methane production capacity of the environment.

以下に、メタン生成活性を高める場合の本発明の方法の実施形態の一例について、環境を培養液とした場合の第一の実施形態を図5〜図8に基づいて説明し、第二の実施形態を図9に基づいて説明する。   Below, about an example of embodiment of the method of this invention in the case of improving methane production activity, 1st embodiment at the time of using environment as a culture solution is described based on FIGS. A form is demonstrated based on FIG.

<第一の実施形態>
第一の実施形態にかかる本発明の方法は、作用電極と対電極と参照電極とを定電位設定装置に結線し、培養液と電解液とをイオン交換膜を介して接触させ、培養液に作用電極と参照電極を接触させ、電解液に対電極を接触させ、作用電極の電位を3電極方式で制御することにより、培養液の酸化還元電位を基準電位よりもマイナス側に大きくなるように制御するようにしている。
<First embodiment>
In the method of the present invention according to the first embodiment, the working electrode, the counter electrode, and the reference electrode are connected to a constant potential setting device, the culture solution and the electrolyte solution are brought into contact with each other through an ion exchange membrane, and the culture solution is contacted. By bringing the working electrode and the reference electrode into contact, bringing the counter electrode into contact with the electrolytic solution, and controlling the potential of the working electrode in a three-electrode system, the oxidation-reduction potential of the culture solution is increased to the minus side of the reference potential. I try to control it.

第一の実施形態にかかる本発明の方法は、例えば図5〜図8に示す活性制御装置1により実施される。即ち、図5〜図8に示す活性制御装置1は、イオン交換膜6によって仕切られた二つの槽のうちの一方の槽を活性制御槽7とし、他方の槽を対電極槽8とし、活性制御槽7には水素資化性メタン菌を含む培養液4が収容されると共に作用電極9と参照電極11が浸され、対電極槽8には電解液4aが収容されると共に対電極10が浸され、作用電極9と対電極10は定電位設定装置12に結線され、作用電極9の電位を3電極方式で制御することにより、培養液4の酸化還元電位を基準電位よりもマイナス側に大きくなるように制御するようにしている。   The method of the present invention according to the first embodiment is performed by, for example, the activity control apparatus 1 shown in FIGS. That is, in the activity control apparatus 1 shown in FIGS. 5 to 8, one of the two tanks partitioned by the ion exchange membrane 6 is an activity control tank 7, and the other tank is a counter electrode tank 8. The control tank 7 contains the culture solution 4 containing hydrogen-utilizing methane bacteria, and the working electrode 9 and the reference electrode 11 are immersed therein. The counter electrode tank 8 contains the electrolyte solution 4a and the counter electrode 10 The working electrode 9 and the counter electrode 10 are immersed in the constant potential setting device 12 and the potential of the working electrode 9 is controlled by a three-electrode system so that the oxidation-reduction potential of the culture solution 4 is set to a minus side with respect to the reference potential. Control is performed so as to increase.

このように、3電極方式で作用電極9の電位を制御することで、作用電極9の電位を厳密に設定電位に制御することができる。詳細には、定電位設定装置(ポテンシオスタット)12により、作用電極9と参照電極11との間の電位差を測定し、この電位差が設定電位に達するように作用電極9と対電極10との間に電流を流し、基準となる参照電極11には一切電流が流れないようにしている。尚、3電極方式による電位制御については、例えば、電気化学測定法(上)、技報動出版株式会社、第1版15刷、2004年6月発行の6〜9ページにその詳細が記載されている。但し、作用電極9と対電極10の極間電圧のみで作用電極9の電位を制御できる場合には、3電極方式とせずともよい。   In this way, by controlling the potential of the working electrode 9 by the three-electrode method, the potential of the working electrode 9 can be strictly controlled to the set potential. Specifically, a potential difference between the working electrode 9 and the reference electrode 11 is measured by a constant potential setting device (potentiostat) 12, and the working electrode 9 and the counter electrode 10 are adjusted so that the potential difference reaches the set potential. A current is passed between them so that no current flows through the reference electrode 11 serving as a reference. The details of the potential control by the three-electrode method are described in, for example, pages 6 to 9 of Electrochemical Measurement Method (above), Technical Bulletin Publishing Co., Ltd., 1st edition 15 printing, published in June 2004. ing. However, when the potential of the working electrode 9 can be controlled only by the voltage between the working electrode 9 and the counter electrode 10, the three-electrode system may not be used.

また、図5〜図8に示す活性制御装置1では、活性制御槽7内の培養液4の液面よりも上部の空間(ヘッドスペース)に滞留するメタンガスを含むバイオガスを活性制御槽7の外(活性制御装置1の外)へ導くガス排出管15aを備え、このガス排出管15aをバルブ15bにより開閉可能としたガス回収手段15により、活性制御槽7内のバイオガスを回収するようにしている。但し、バイオガスの回収方法は、この方法には限定されない。例えば、ガス回収手段15を備えることなく、活性制御槽7の上部に開口部を設けて合成ゴム等(例えばシリコーンゴム)の弾性材料でこの開口部を塞ぎ、開口部を塞ぐ弾性材料に注射器の注射針を刺してヘッドスペースからバイオガスを回収するようにしてもよい。合成ゴム等の弾性材料は、注射針を引き抜くと孔が塞がる。したがって、バイオガスの回収を行わないときには、注射針を引き抜いておいても、活性制御槽7からバイオガスが漏れ出すことがない。   Moreover, in the activity control apparatus 1 shown in FIGS. 5-8, the biogas containing the methane gas which retains in the space (head space) higher than the liquid level of the culture solution 4 in the activity control tank 7 of the activity control tank 7 is shown. A gas exhaust pipe 15a that leads to the outside (outside of the activity control device 1) is provided, and the biogas in the activity control tank 7 is recovered by the gas recovery means 15 that can be opened and closed by a valve 15b. ing. However, the biogas recovery method is not limited to this method. For example, without providing the gas recovery means 15, an opening is provided in the upper part of the activation control tank 7, and this opening is closed with an elastic material such as synthetic rubber (for example, silicone rubber). You may make it collect | recover biogas from a head space by inserting an injection needle. The elastic material such as synthetic rubber closes the hole when the injection needle is pulled out. Therefore, when the biogas is not collected, the biogas does not leak from the activity control tank 7 even if the injection needle is pulled out.

さらに、図5〜図8に示す活性制御装置1では、活性制御槽7内の培養液4の液面よりも下部に、活性制御槽7内の培養液4を活性制御槽7の外に導く培養液排出管16aを備え、この培養液排出管16aをバルブ16bにより開閉可能とした培養液採取手段16により、活性制御槽7内から培養液4を採取するようにしている。但し、培養液4の採取方法は、この方法に限定されるものではない。例えば、培養液採取手段16を備えることなく、活性制御槽7に開口部を設けて合成ゴム等の弾性材料で塞ぎ、注射器の注射針を刺して培養液4を採取するようにしてもよい。または両端が開口された管の一端の注射器に接続し、他端を培養液4に浸けて、管を介して培養液4を採取するようにしてもよい。これらの場合にも、活性制御槽7からバイオガスが漏れ出すことはない。   Furthermore, in the activity control apparatus 1 shown in FIGS. 5 to 8, the culture solution 4 in the activity control tank 7 is guided out of the activity control tank 7 below the liquid level of the culture solution 4 in the activity control tank 7. The culture medium 4 is collected from the inside of the activity control tank 7 by a culture medium collecting means 16 provided with a culture medium discharge pipe 16a and opening and closing the culture medium discharge pipe 16a by a valve 16b. However, the method for collecting the culture solution 4 is not limited to this method. For example, without providing the culture solution collecting means 16, an opening may be provided in the activity control tank 7, closed with an elastic material such as synthetic rubber, and the culture solution 4 may be collected by inserting a syringe needle. Alternatively, it may be connected to a syringe at one end of a tube having both ends opened, and the other end is immersed in the culture solution 4 to collect the culture solution 4 through the tube. Also in these cases, biogas does not leak from the activity control tank 7.

また、ガス回収手段15や培養液採取手段16とは別に、培養液4に物質を添加・供給する手段を設けるようにしてもよい。具体的には、活性制御槽7の外部から培養液4に物質を添加・供給することのできる開閉可能な物質導入管を備えるようにしてもよい。この場合には、培養液4に栄養源、中和剤等の物質を必要に応じて添加することができる。また、環境を嫌気性に維持するためにガスを供給することもできるし、水素資化性メタン菌に必要な二酸化炭素と水素を供給することもできる。但し、培養液4に物質を添加・供給する手段は必ずしも備える必要はなく、ガス回収手段15や培養液採取手段16を培養液4に物質を添加・供給する手段として併用するようにしてもよい。また、上記のように注射器の注射針を弾性材料に差し込んで培養液4に物質を添加・供給するようにしてもよい。   In addition to the gas recovery means 15 and the culture medium collection means 16, means for adding and supplying substances to the culture medium 4 may be provided. Specifically, an openable / closable substance introduction tube that can add and supply substances to the culture solution 4 from the outside of the activity control tank 7 may be provided. In this case, substances such as nutrients and neutralizing agents can be added to the culture solution 4 as necessary. Moreover, in order to maintain an anaerobic environment, gas can also be supplied and the carbon dioxide and hydrogen which are required for hydrogen utilization methane bacterium can also be supplied. However, the means for adding and supplying the substance to the culture solution 4 is not necessarily provided, and the gas recovery means 15 and the culture solution collecting means 16 may be used together as means for adding and supplying the substance to the culture solution 4. . Further, as described above, the injection needle of the syringe may be inserted into the elastic material, and the substance may be added to and supplied to the culture solution 4.

以下、図5に示す活性制御装置を用いた場合を第一の実施形態Aとして説明し、図6に示す活性制御装置を用いた場合を第一の実施形態Bとして説明し、図7に示す活性制御装置を用いた場合を第一の実施形態Cとして説明し、図8に示す活性制御装置を用いた場合を第一の実施形態Dとして説明する。   Hereinafter, the case where the activation control device shown in FIG. 5 is used will be described as a first embodiment A, and the case where the activation control device shown in FIG. 6 is used will be described as a first embodiment B, which is shown in FIG. A case where the activation control device is used will be described as a first embodiment C, and a case where the activation control device shown in FIG. 8 is used will be described as a first embodiment D.

(第一の実施形態A)
図5に示す活性制御装置1は、密閉構造の容器20を活性制御槽7とし、容器20に収容可能な密閉構造の小容器21を対電極槽8とし、小容器21は少なくとも一部にイオン交換膜6を備えると共にガス(対電極10から発生するガス)を容器20の外に排出するガス排出管22を備えるものとしている。尚、図5に示す活性制御装置1では、対電極10と定電位設定装置12を結線する配線は、ガス排出管22の中を通過させているが、必ずしもこの構成には限定されず、配線をガス排出管22を通さずに定電位設定装置12と結線するようにしてもよい。
(First embodiment A)
In the activity control apparatus 1 shown in FIG. 5, a sealed container 20 is used as an activity control tank 7, a sealed container 21 that can be accommodated in the container 20 is used as a counter electrode tank 8, and the small container 21 is at least partially ionized. In addition to the exchange membrane 6, a gas discharge pipe 22 that discharges gas (gas generated from the counter electrode 10) out of the container 20 is provided. In the activation control device 1 shown in FIG. 5, the wiring connecting the counter electrode 10 and the constant potential setting device 12 passes through the gas exhaust pipe 22, but is not necessarily limited to this configuration. May be connected to the constant potential setting device 12 without passing through the gas discharge pipe 22.

したがって、図5に示す活性制御装置1によれば、活性制御槽7からバイオガスが漏洩することがない。また、対電極槽8から発生するガスが活性制御槽7に漏れ出すことがないので、バイオガスに対電極槽8から発生したガスが混入してバイオガスのメタン濃度を低下させたり、対電極槽8から発生したガスが培養液4に溶け込んで水素資化性メタン菌の生育や機能に悪影響を及ぼすこともない。さらに、活性制御槽7を密閉構造としているので、活性制御槽7を嫌気環境に制御し易い利点もある。また、対電極槽8から発生するガスを所望の位置から排出させることができるので、これを回収し、場合によっては再利用することが可能となる。   Therefore, according to the activity control device 1 shown in FIG. 5, biogas does not leak from the activity control tank 7. In addition, since the gas generated from the counter electrode tank 8 does not leak into the activation control tank 7, the gas generated from the counter electrode tank 8 is mixed into the biogas to reduce the methane concentration of the biogas, The gas generated from the tank 8 does not dissolve in the culture solution 4 and does not adversely affect the growth and function of the hydrogen-utilizing methane bacteria. Furthermore, since the activation control tank 7 has a sealed structure, there is an advantage that the activation control tank 7 can be easily controlled in an anaerobic environment. Further, since the gas generated from the counter electrode tank 8 can be discharged from a desired position, it can be recovered and reused in some cases.

また、容器20に小容器21を収容することで、容器20に収容されている培養液4に小容器21が浸され、小容器21の少なくとも一部に備えられているイオン交換膜6は培養液4と接触する。換言すれば、培養液4はイオン交換膜6を介して電解液4aと接触する。   Further, by accommodating the small container 21 in the container 20, the small container 21 is immersed in the culture solution 4 accommodated in the container 20, and the ion exchange membrane 6 provided in at least a part of the small container 21 is cultured. Contact with liquid 4. In other words, the culture solution 4 comes into contact with the electrolyte solution 4 a through the ion exchange membrane 6.

活性制御槽7としての密閉構造の容器20は、対電極槽8としての密閉構造の小容器21を収容可能な大きさの容器であり、形状は特に限定されない。容器の材質としては、例えば、ガラス、プラスチック、絶縁処理を施した金属、コンクリート等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。また、ガス不透過性の膜材をヒートシール等により袋状に形成した容器を活性制御槽7として用いるようにしてもよい。   The sealed container 20 as the activity control tank 7 is a container having a size capable of accommodating the small container 21 with the sealed structure as the counter electrode tank 8, and the shape is not particularly limited. Examples of the material of the container include, but are not limited to, glass, plastic, an insulating metal, concrete, and the like. Further, a container in which a gas-impermeable film material is formed into a bag shape by heat sealing or the like may be used as the activity control tank 7.

対電極槽8としての密閉構造の小容器21は、活性制御槽7としての容器20に収容可能な大きさの容器であり、少なくとも一部にイオン交換膜6を備えるものとしている。ここで、小容器21はその全体をイオン交換膜6で形成した袋状の容器としてもよいが、袋状の容器の片面だけをイオン交換膜6で構成したり、一つの面のさらに一部分をイオン交換膜6のみで構成するようにしてもよい。部分的にイオン交換膜6を用いる場合には、その他の部分は容器20と同様の上記材質で構成してもよいし、イオン交換膜6以外の膜材、例えばガス不透過性の膜材により構成し、小容器21からのガス(対電極槽8から発生するガス)が容器20の内部に漏洩しないようにしてもよい。   The small container 21 having a sealed structure as the counter electrode tank 8 is a container of a size that can be accommodated in the container 20 as the activity control tank 7, and includes the ion exchange membrane 6 at least in part. Here, the small container 21 may be a bag-like container formed entirely by the ion-exchange membrane 6, but only one side of the bag-like container may be constituted by the ion-exchange membrane 6, or a part of one surface may be further formed. You may make it comprise only the ion exchange membrane 6. FIG. When the ion exchange membrane 6 is partially used, other portions may be made of the same material as that of the container 20, or may be made of a membrane material other than the ion exchange membrane 6, such as a gas-impermeable membrane material. It may be configured so that gas from the small container 21 (gas generated from the counter electrode tank 8) does not leak into the container 20.

対電極槽8に収容される電解液4aは、例えば、ナトリウムイオンやカリウムイオン等を含むものとすればよい。尚、通常、培養液4にもナトリウムイオンやカリウムイオン等が含まれていることから、電解液4aとして培養液4を用いることも可能である。   The electrolyte solution 4a accommodated in the counter electrode tank 8 may include, for example, sodium ions or potassium ions. Since the culture solution 4 usually contains sodium ions, potassium ions, etc., the culture solution 4 can also be used as the electrolyte solution 4a.

作用電極9及び対電極10としては、例えば炭素板等の導電性材料を適宜使用することができる。対電極10では、作用電極9における酸化還元反応に対して電子の授受を補完する反応が進行する。   As the working electrode 9 and the counter electrode 10, for example, a conductive material such as a carbon plate can be used as appropriate. In the counter electrode 10, a reaction that complements the exchange of electrons with respect to the oxidation-reduction reaction in the working electrode 9 proceeds.

活性制御槽7の温度(培養液4の温度)は、活性制御対象となる水素資化性メタン菌の生育に好適な温度に適宜制御する。例えば、Methanothermobacter thermautotrophicusのような好熱性の水素資化性メタン菌を活性制御対象とする場合には、40℃〜70℃とすることが好適であり、50℃〜60℃とすることがより好適であり、55℃とすることがさらに好適である。   The temperature of the activity control tank 7 (the temperature of the culture solution 4) is appropriately controlled to a temperature suitable for the growth of the hydrogen-assimilating methane bacteria that are the targets for activity control. For example, when a thermophilic hydrogen-assimilating methane bacterium such as Methanothermobacter thermautotrophicus is the target of activity control, it is preferably 40 ° C to 70 ° C, more preferably 50 ° C to 60 ° C. It is more preferable that the temperature is 55 ° C.

本発明では、作用電極9の電位を制御することにより、培養液4の酸化還元電位を銀・塩化銀電極電位基準で−0.8Vを含んでマイナス側に大きな値に制御する。尚、培養液4の酸化還元電位は、−0.8V〜−1.4Vに制御するのが好適であり、−0.8Vに制御するのがより好適である。   In the present invention, by controlling the potential of the working electrode 9, the oxidation-reduction potential of the culture solution 4 is controlled to a large negative value including −0.8 V on the basis of the silver / silver chloride electrode potential. In addition, it is preferable to control the oxidation-reduction potential of the culture solution 4 to −0.8 V to −1.4 V, and it is more preferable to control to −0.8 V.

ここで、酸化還元物質3を培養液4に添加することで、培養液4の電位の制御性を高めて、培養液4の酸化還元電位を作用電極9の電位に近づけるあるいは一致させることができる。そして、イオン交換膜6を備えることで、培養液4に含まれている酸化還元物質3の電解液4aへの透過を防ぐことができる。例えば、イオン交換膜6として、一価の陽イオンのみを透過する膜であるナフィオン膜(デュポン製)を用いることで、酸化還元物質3が鉄イオンである場合に、二価の鉄イオンや三価の鉄イオンはイオン交換膜6を透過しないことから、酸化還元物質を電解液4aに透過させることなく、培養液4中に留まらせることができる。したがって、作用電極9の電位を制御すると、それに応じて培養液4中の酸化還元物質3の酸化体と還元体の濃度比が変化し、作用電極9の電位による培養液4の電位の追随性が向上する。   Here, by adding the redox substance 3 to the culture solution 4, the controllability of the potential of the culture solution 4 can be improved, and the oxidation-reduction potential of the culture solution 4 can be brought close to or coincident with the potential of the working electrode 9. . And by providing the ion exchange membrane 6, permeation | transmission to the electrolyte solution 4a of the oxidation-reduction substance 3 contained in the culture solution 4 can be prevented. For example, by using a Nafion membrane (manufactured by DuPont) that is a membrane that transmits only monovalent cations as the ion exchange membrane 6, when the redox material 3 is iron ions, divalent iron ions or three Since the valent iron ions do not permeate the ion exchange membrane 6, they can remain in the culture solution 4 without allowing the redox material to permeate the electrolyte solution 4a. Therefore, when the potential of the working electrode 9 is controlled, the concentration ratio of the oxidized form and reduced form of the redox substance 3 in the culture solution 4 changes accordingly, and the followability of the potential of the culture solution 4 by the potential of the working electrode 9 is changed. Will improve.

酸化還元物質3としては、培養液4に浸されている作用電極9と可逆的に酸化還元反応を生じ得る物質であり、且つ水素資化性メタン菌に対して毒性を呈しない物質を用いることができる。例えば、上記のように、土壌成分として一般的な鉄イオンが挙げられる。ここで、鉄イオンを培養液4中で安定に存在させるためには、鉄イオンをキレート剤に配位させて培養液4中に添加することが好ましい。キレート剤としては、鉄イオンを配位しうるものであれば任意のキレート剤を用いることができるが、例えばジエチレントリアミンペンタ酢酸(DTPA)、エチレンジアミンテトラ酢酸(EDTA)、テトラエチレントリアミン(TET)、エチレンジアミン(EDA)、ジエチレントリアミン(DETA)、クエン酸、シュウ酸、クラウンエーテル、ニトリロテトラ酢酸、エデト酸二ナトリウム、エデト酸ナトリウム、エデト酸三ナトリウム、ペニシラミン、ペンテテートカルシウム三ナトリウム、ペンテト酸、スクシメルおよびエデト酸トリエンチンを挙げることができる。また、鉄イオン以外にも、フェロシアン化カリウム、アントラキノンジスルホン酸ナトリウムなどのキノン化合物、メチルビオロゲンを用いることができる。これらの物質も酸化還元反応により、酸化体と還元体に可逆的に変化する。特に、キノン化合物は土壌成分の一つとして知られている物質であり、好ましい。つまり、土壌そのものを培養液4に添加することで、土壌に含まれている酸化還元物質3により培養液4の酸化還元電位が制御できる場合がある。但し、酸化還元物質3は上記した物質に限定されるものではない。   As the redox substance 3, a substance that can reversibly undergo a redox reaction with the working electrode 9 immersed in the culture solution 4 and that does not exhibit toxicity to hydrogen-utilizing methane bacteria is used. Can do. For example, a general iron ion is mentioned as a soil component as mentioned above. Here, in order to allow iron ions to stably exist in the culture solution 4, it is preferable that iron ions are coordinated with the chelating agent and added to the culture solution 4. As the chelating agent, any chelating agent capable of coordinating iron ions can be used. For example, diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), tetraethylenetriamine (TET), ethylenediamine (EDA), diethylenetriamine (DETA), citric acid, oxalic acid, crown ether, nitrilotetraacetic acid, disodium edetate, sodium edetate, trisodium edetate, penicillamine, trisodium pentetate calcium, pentetate, succil and edet Mention may be made of acid trientine. In addition to iron ions, quinone compounds such as potassium ferrocyanide and sodium anthraquinone disulfonate, and methyl viologen can be used. These substances also reversibly change into an oxidized form and a reduced form by an oxidation-reduction reaction. In particular, a quinone compound is a substance known as one of the soil components and is preferable. That is, by adding the soil itself to the culture solution 4, the oxidation-reduction potential of the culture solution 4 may be controlled by the oxidation-reduction substance 3 contained in the soil. However, the oxidation-reduction substance 3 is not limited to the above-described substances.

また、イオン交換膜6を設けることで、培養液4に含まれる水素資化性メタン菌を活性制御槽7に留まらせることができる。したがって、イオン交換膜6を設けることによって、酸化還元電位が制御された好適な環境である培養液4に水素資化性メタン菌を留まらせて、本発明の効果をより得やすいものとすることができる。   Further, by providing the ion exchange membrane 6, the hydrogen-assimilating methane bacteria contained in the culture solution 4 can remain in the activity control tank 7. Therefore, by providing the ion exchange membrane 6, it is possible to make the hydrogen-assimilating methane bacteria stay in the culture solution 4, which is a suitable environment in which the oxidation-reduction potential is controlled, and to easily obtain the effects of the present invention. Can do.

尚、酸化還元物質3を添加せずとも培養液4の電位を制御できる場合があるので、酸化還元物質3は必ずしも添加せずともよい。また、イオン交換膜6を設けなくても、培養液4の電位を制御できる場合があるので、イオン交換膜6は必ずしも設けなくともよい。   In some cases, the potential of the culture solution 4 can be controlled without adding the oxidation-reduction substance 3, so that the oxidation-reduction substance 3 does not necessarily have to be added. Further, since the potential of the culture solution 4 may be controlled without providing the ion exchange membrane 6, the ion exchange membrane 6 is not necessarily provided.

(第一の実施形態B) (First embodiment B)

図6に示す活性制御装置1は、上方が開放されている容器23をイオン交換膜6で仕切ることにより開放された二つの槽が形成され、活性制御槽7としての一方の槽の上方開放部がガス不透過膜またはガス不透過部材24により塞がれているものとしている。つまり、図6に示す活性制御装置1は、対電極槽8から発生するガスを活性制御槽7に漏れ出さないようにする構成以外は、図5と同一の構成としている。したがって、図5に示す活性制御装置を用いた場合と同様の効果が得られる。   In the activity control apparatus 1 shown in FIG. 6, two tanks opened by partitioning a container 23 whose upper side is opened by an ion exchange membrane 6 are formed, and an upper open part of one tank as the activity control tank 7 Is closed by a gas-impermeable film or a gas-impermeable member 24. That is, the activation control device 1 shown in FIG. 6 has the same configuration as that in FIG. 5 except that the gas generated from the counter electrode vessel 8 is not leaked to the activation control vessel 7. Therefore, the same effect as that obtained when the activation control device shown in FIG. 5 is used can be obtained.

ガス不透過膜またはガス不透過部材24としては、各種分野で一般に用いられているものを適宜用いることができる。例えば、ガス不透過部材としては、ガラス、プラスチック、絶縁処理を施した金属、コンクリート等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。また、ガス不透過膜としては、例えばイオン交換膜6を用いることができるがこれに限定されるものではない。   As the gas impermeable film or the gas impermeable member 24, those generally used in various fields can be appropriately used. For example, examples of the gas impermeable member include, but are not limited to, glass, plastic, an insulating metal, concrete, and the like. Further, as the gas impermeable membrane, for example, an ion exchange membrane 6 can be used, but is not limited thereto.

尚、対電極槽8については、開放したままでもよいが、活性制御槽7と同様に密閉構造とし、対電極槽8において発生するガスを対電極槽8の外に排出するガス排出管を備えるようにしてもよい。この場合には、対電極槽8から発生するガスを所望の位置から排出させることができるので、これを回収し、場合によっては再利用することが可能となる。   The counter electrode tank 8 may be left open, but has a sealed structure like the activation control tank 7 and includes a gas discharge pipe for discharging the gas generated in the counter electrode tank 8 to the outside of the counter electrode tank 8. You may do it. In this case, since the gas generated from the counter electrode tank 8 can be discharged from a desired position, it can be recovered and reused in some cases.

(第一の実施形態C)
図7に示す活性制御装置1は、収容される液体の液面よりも下部に開口部を備える二つの容器25aと25bがイオン交換膜6を介して開口部で連結されてU字型の容器25が形成され、一方の容器25aを密閉構造として活性制御槽7とし、他方の容器25bを開放して対電極槽8としている。この場合、培養液4と電解液4aがイオン交換膜6を介して接触すると共に、活性制御槽7の培養液4の液面よりも上部の空間と対電極槽8の電解液4aの液面よりも上部の空間とが容器25自体のU字型構造によって隔てて配置される。そして、一方の容器25aが密閉構造とされていることから、対電極槽8から発生するガスが活性制御槽7に侵入するのを防ぎながら、活性制御槽7から発生するバイオガスが活性制御槽7から漏洩するのを防ぐことができる。したがって、図5に示す活性制御装置を用いた場合と同様の効果が得られる。
(First embodiment C)
The activation control device 1 shown in FIG. 7 is a U-shaped container in which two containers 25a and 25b each having an opening below the liquid level of the liquid to be accommodated are connected to each other through the ion exchange membrane 6. 25, one container 25a is used as an active control tank 7 with a sealed structure, and the other container 25b is opened as a counter electrode tank 8. In this case, the culture solution 4 and the electrolytic solution 4a are in contact with each other through the ion exchange membrane 6, and the space above the liquid level of the culture solution 4 in the activity control tank 7 and the liquid level of the electrolytic solution 4a in the counter electrode tank 8 are used. The upper space is further separated by the U-shaped structure of the container 25 itself. And since one container 25a is made into the airtight structure, the biogas generated from the activity control tank 7 is the activity control tank while preventing the gas generated from the counter electrode tank 8 from entering the activity control tank 7. 7 can be prevented from leaking. Therefore, the same effect as that obtained when the activation control device shown in FIG. 5 is used can be obtained.

尚、図7に示す活性制御置1における他方の容器25bの開放とは、例えば他方の容器25bの端部を完全に開放した場合は勿論のこと、一方の容器25aと同様に密閉構造としつつ、対電極槽8において発生するガスを対電極槽8の外に排出するガス排出管を備える場合も含むことを意味している。ガス排出管を備える場合には、対電極槽8から発生するガスを所望の位置から排出させることができるので、これを回収して再利用し易くなる。   Note that the opening of the other container 25b in the activation control device 1 shown in FIG. 7 means that, for example, when the end of the other container 25b is completely opened, a sealed structure is formed as in the case of the one container 25a. It also means that a gas discharge pipe for discharging the gas generated in the counter electrode tank 8 to the outside of the counter electrode tank 8 is included. When the gas discharge pipe is provided, the gas generated from the counter electrode tank 8 can be discharged from a desired position, so that it can be easily recovered and reused.

(第一の実施形態D)
図8に示す活性制御装置1は、収容される液体の液面よりも下部に開口部を備える二つの容器26aと26bがイオン交換膜6を介して開口部で連結されてH字型の容器26が形成され、一方の容器26aを密閉構造として活性制御槽7とし、他方の容器26bを開放して対電極槽8としている。この場合にも、培養液4と電解液4aがイオン交換膜6を介して接触すると共に、活性制御槽7の培養液4の液面よりも上部の空間と対電極槽8の電解液4aの液面よりも上部の空間とが容器26自体のH字型構造によって隔てて配置される。そして、H字型容器26の一方の容器26aが密閉構造とされていることから、活性制御槽7は密閉構造となる。したがって、対電極槽8から発生するガスが活性制御槽7に侵入するのを防ぎながら、活性制御槽7から発生するバイオガスが活性制御槽7から漏洩するのを防ぐことができる。したがって、図5に示す活性制御装置を用いた場合と同様の効果が得られる。
(First embodiment D)
The active control device 1 shown in FIG. 8 has an H-shaped container in which two containers 26a and 26b each having an opening below the liquid level of the liquid to be accommodated are connected to each other through the opening through the ion exchange membrane 6. 26, one container 26a is used as an active control tank 7 with a sealed structure, and the other container 26b is opened as a counter electrode tank 8. Also in this case, the culture solution 4 and the electrolyte solution 4a are in contact with each other through the ion exchange membrane 6, and the space above the liquid level of the culture solution 4 in the activity control tank 7 and the electrolyte solution 4a in the counter electrode tank 8 are also in contact. The space above the liquid level is separated by the H-shaped structure of the container 26 itself. And since one container 26a of the H-shaped container 26 is made into the sealed structure, the activity control tank 7 becomes a sealed structure. Therefore, it is possible to prevent the biogas generated from the activation control tank 7 from leaking from the activation control tank 7 while preventing the gas generated from the counter electrode tank 8 from entering the activation control tank 7. Therefore, the same effect as that obtained when the activation control device shown in FIG. 5 is used can be obtained.

尚、本実施形態における他方の容器26bの開放とは、容器26を完全に開放した場合は勿論のこと、一方の容器26aと同様に密閉構造としつつ、対電極槽8において発生するガスを対電極槽8の外に排出するガス排出管を備える場合も含むことを意味している。ガス排出管を備える場合には、対電極槽8から発生するガスを所望の位置から排出させることができるので、これを回収して再利用し易くなる。   In the present embodiment, the opening of the other container 26b is not limited to the case where the container 26 is completely opened. This also includes the case where a gas discharge pipe for discharging outside the electrode tank 8 is provided. When the gas discharge pipe is provided, the gas generated from the counter electrode tank 8 can be discharged from a desired position, so that it can be easily recovered and reused.

<第二の実施形態>
第二の実施形態にかかる本発明の方法は、作用電極と対電極と参照電極とを定電位設定装置に結線し、培養液と対電極とをイオン交換膜を介して接触させ、培養液に作用電極と参照電極を接触させ、作用電極の電位を3電極方式で制御することにより、培養液の酸化還元電位を基準電位よりもマイナス側に大きくなるように制御するようにしている。つまり、第一の実施形態における方法とは、電解液を用いることなく対電極を直接イオン交換膜に接触させている点のみが異なっている。
<Second Embodiment>
In the method of the present invention according to the second embodiment, the working electrode, the counter electrode, and the reference electrode are connected to a constant potential setting device, the culture solution and the counter electrode are brought into contact with each other through an ion exchange membrane, and the culture solution is contacted. The working electrode and the reference electrode are brought into contact with each other, and the potential of the working electrode is controlled by a three-electrode system, whereby the oxidation-reduction potential of the culture solution is controlled to be larger than the reference potential on the negative side. That is, the method according to the first embodiment is different from the method according to the first embodiment only in that the counter electrode is brought into direct contact with the ion exchange membrane without using an electrolytic solution.

しかしながら、第一の実施形態のように電解液4aを用いずとも、作用電極9と対電極10との間でイオン交換膜6を介してイオン電流は流れ得る。また、培養液4中の水素資化性メタン菌を対電極10側に移動(拡散)させることなく、活性制御槽7に留める効果も得られる。さらには、培養液4中の酸化還元物質3を対電極10側に透過させない効果も得られる。したがって、第二の実施形態にかかる方法によれば、第一の実施形態と同様の電位制御条件で、同様の効果を得ることが可能である。   However, an ionic current can flow between the working electrode 9 and the counter electrode 10 via the ion exchange membrane 6 without using the electrolytic solution 4a as in the first embodiment. Further, the effect of retaining the hydrogen-assimilating methane bacteria in the culture solution 4 in the activity control tank 7 without moving (diffusing) to the counter electrode 10 side is also obtained. Furthermore, the effect of not allowing the redox material 3 in the culture solution 4 to permeate the counter electrode 10 side is also obtained. Therefore, according to the method according to the second embodiment, the same effect can be obtained under the same potential control conditions as in the first embodiment.

第二の実施形態にかかる本発明の方法は、例えば図9に示す活性制御装置により実施される。図9に示す活性制御装置1は、イオン交換膜6を少なくとも一部に備える密閉構造の容器5内に作用電極9と参照電極11が配置され、容器5の外側に対電極10が配置され、容器5に培養液4が収容されると共に作用電極9と参照電極11が培養液4に浸され、容器4のイオン交換膜6は容器5に培養液4が収容されたときに少なくともその一部がイオン交換膜6と接触しうる位置に備えられ、イオン交換膜6の培養液4の接触面とは反対側の面の少なくとも一部に対電極10が接触して配置されているものとしている。図9に示す活性制御装置1では、容器5の培養液4の液面よりも下部に開口部5aが設けられ、開口部5aがイオン交換膜6で塞がれ、容器5の外側のイオン交換膜6の表面の少なくとも一部に対電極10が接触して配置されているものとしている。つまり、図9に示す活性制御装置1では、容器5全体が活性制御槽7として機能することとなる。   The method of the present invention according to the second embodiment is implemented by, for example, an activation control device shown in FIG. In the activity control apparatus 1 shown in FIG. 9, the working electrode 9 and the reference electrode 11 are disposed in a sealed container 5 having at least a part of the ion exchange membrane 6, and the counter electrode 10 is disposed outside the container 5. The culture solution 4 is accommodated in the container 5, the working electrode 9 and the reference electrode 11 are immersed in the culture solution 4, and the ion exchange membrane 6 of the container 4 is at least a part when the culture solution 4 is accommodated in the container 5. Is provided at a position where it can come into contact with the ion exchange membrane 6, and the counter electrode 10 is arranged in contact with at least a part of the surface of the ion exchange membrane 6 opposite to the contact surface of the culture solution 4. . In the activity control apparatus 1 shown in FIG. 9, an opening 5 a is provided below the liquid level of the culture solution 4 in the container 5, the opening 5 a is closed by the ion exchange membrane 6, and ion exchange outside the container 5 is performed. It is assumed that the counter electrode 10 is disposed in contact with at least a part of the surface of the film 6. That is, in the activation control device 1 shown in FIG. 9, the entire container 5 functions as the activation control tank 7.

したがって、図9に示す活性制御装置1によれば、容器5からバイオガスが漏洩することがない。また、対電極10から発生するガスが容器5内に漏れ出すことがないので、バイオガスに対電極10から発生したガスが混入してバイオガスのメタン濃度を低下させたり、対電極10から発生したガスが培養液4に溶け込んで水素資化性メタン菌の生育や機能に悪影響を及ぼすこともない。さらに、容器5を密閉構造としているので、容器5内を嫌気環境に制御し易い利点もある。   Therefore, according to the activity control apparatus 1 shown in FIG. 9, biogas does not leak from the container 5. Further, since the gas generated from the counter electrode 10 does not leak into the container 5, the gas generated from the counter electrode 10 is mixed into the biogas to reduce the methane concentration of the biogas, or from the counter electrode 10. The dissolved gas does not dissolve in the culture solution 4 and does not adversely affect the growth and function of the hydrogen-utilizing methane bacteria. Furthermore, since the container 5 has a sealed structure, there is an advantage that the inside of the container 5 can be easily controlled in an anaerobic environment.

尚、図9に示す活性制御装置1では、第一の実施形態と同様に、ガス回収手段15、培養液採取手段16を備えるようにしているが、上記の通り、ガス回収方法、培養液採取方法は、これらの手段を利用したものには限定されない。また、第一の実施形態と同様、培養液4に物質を添加・供給する手段を設けるようにしてもよい。   In addition, although the activity control apparatus 1 shown in FIG. 9 includes the gas recovery means 15 and the culture medium collection means 16 as in the first embodiment, as described above, the gas recovery method and the culture medium collection are performed. The method is not limited to those using these means. Further, as in the first embodiment, a means for adding and supplying a substance to the culture solution 4 may be provided.

以下、図9に示す活性制御装置1の詳細について説明する。但し、以下に説明する以外の構成については、第一の実施形態と実質的に同一であり、説明は省略する。   Details of the activation control device 1 shown in FIG. 9 will be described below. However, configurations other than those described below are substantially the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

容器5は、イオン交換膜6を少なくとも一部に備える密閉構造としている。容器5の材質としては、例えば、ガラス、プラスチック、絶縁処理を施した金属、コンクリート等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。尚、図9では、密閉構造の容器5の培養液4の液面よりも下部に設けられた開口部5aをイオン交換膜6により塞ぐようにしているが、容器5の形態や構造は特に限定されない。例えば容器5全体をイオン交換膜6で形成した袋状の容器としてもよいし、袋状の容器の片面だけをイオン交換膜6で構成してもよいし、一つの面のさらに一部分をイオン交換膜6のみで構成するようにしてもよい。部分的にイオン交換膜6を用いる場合には、その他の部分はガラス等の上記材質で構成してもよいし、イオン交換膜6以外の膜材、例えば培養液4と培養液4中の成分(水素資化性メタン菌を含む)の双方を透過させることがない膜材により構成してもよい。要は、容器5に収容される培養液4が容器5の少なくとも一部を構成するイオン交換膜6と接触しうる構造の容器とすればよい。   The container 5 has a sealed structure including at least a part of the ion exchange membrane 6. Examples of the material of the container 5 include, but are not limited to, glass, plastic, metal subjected to insulation treatment, concrete, and the like. In FIG. 9, the opening 5a provided below the liquid level of the culture solution 4 in the sealed container 5 is closed by the ion exchange membrane 6. However, the form and structure of the container 5 are particularly limited. Not. For example, the entire container 5 may be a bag-shaped container formed of the ion-exchange membrane 6, or only one surface of the bag-shaped container may be formed of the ion-exchange membrane 6, or a part of one surface may be ion-exchanged. You may make it comprise only with the film | membrane 6. FIG. When the ion exchange membrane 6 is partially used, the other portions may be made of the above-mentioned material such as glass, or other membrane materials other than the ion exchange membrane 6, such as the culture solution 4 and the components in the culture solution 4. You may comprise by the film | membrane material which does not permeate | transmit both (a hydrogen-utilizing methane bacterium is included). In short, the culture solution 4 accommodated in the container 5 may be a container having a structure that can come into contact with the ion exchange membrane 6 constituting at least a part of the container 5.

対電極10は、イオン交換膜6の培養液4との接触面とは反対側の面の少なくとも一部に接触させるようにしている。本実施形態において、対電極10は板状の炭素電極としているが、対電極10の形状と材質はこれに限定されるものではなく、要は、イオン交換膜6との接触が可能な形状であり、且つ作用電極9における酸化還元反応に対して電子の授受を補完する反応を進行させることが可能な材質とすればよい。また、本実施形態では、対電極10の面積をイオン交換膜6の面積よりも大きなものとしてイオン交換膜6全体を対電極10で完全に覆うようにし、イオン交換膜6と対電極10とを接触させるようにしているが、イオン交換膜6の培養液4との接触面とは反対側の面の少なくとも一部に対電極10を接触させれば、イオン交換膜6を介して培養液4から対電極10にイオンが伝達するので、必ずしもイオン交換膜6全体を対電極10で完全に覆うようにしてイオン交換膜6と対電極10とを接触させずともよい。但し、イオン交換膜6全体を対電極10で完全に覆うことで、対電極10をイオン交換膜6の保護材としても機能させることができると共に、培養液4からのイオンの伝達面が増大する結果として、培養液4の電位制御性を高めることができる利点があり、好適である。イオン交換膜6全体を対電極10で完全に覆う方法としては、例えば、容器5の開口部5aの周囲に接着剤を塗布して対電極10を接着することにより、開口部5aを塞ぐイオン交換膜6全体と対電極10とを接触させるようにしてもよいし、容器5の開口部5aの周囲に接着剤を塗布して対電極10の表面の少なくとも一部に塗布形成されたイオン交換膜6を接着することにより、開口部5aをイオン交換膜6で塞ぎつつ、開口部5aを塞ぐイオン交換膜6全体と対電極10とを接触させるようにしてもよい。イオン交換膜6を塗布形成するための薬剤としては、例えばナフィオン分散液が挙げられるが、これに限定されるものではない。また、対電極10の表面にナフィオン分散液を塗布し、ナフィオン分散液が乾燥する前にイオン交換膜6を貼り付けるようにしてもよい。この場合には、イオン交換膜6の対電極10の表面への接着性と接触性とを十分なものとすることができる。   The counter electrode 10 is brought into contact with at least a part of the surface opposite to the contact surface of the ion exchange membrane 6 with the culture solution 4. In the present embodiment, the counter electrode 10 is a plate-like carbon electrode, but the shape and material of the counter electrode 10 are not limited to this, and the shape is that the contact with the ion exchange membrane 6 is essential. And a material capable of proceeding with a reaction that complements the exchange of electrons with respect to the redox reaction at the working electrode 9. In the present embodiment, the counter electrode 10 has a larger area than the ion exchange membrane 6 so that the entire ion exchange membrane 6 is completely covered with the counter electrode 10, and the ion exchange membrane 6 and the counter electrode 10 are covered. If the counter electrode 10 is brought into contact with at least a part of the surface opposite to the contact surface of the ion exchange membrane 6 with the culture solution 4, the culture solution 4 is passed through the ion exchange membrane 6. Therefore, it is not always necessary to bring the ion exchange membrane 6 and the counter electrode 10 into contact with each other so that the entire ion exchange membrane 6 is completely covered with the counter electrode 10. However, by completely covering the entire ion exchange membrane 6 with the counter electrode 10, the counter electrode 10 can function as a protective material for the ion exchange membrane 6, and the ion transmission surface from the culture solution 4 increases. As a result, there is an advantage that the potential controllability of the culture solution 4 can be improved, which is preferable. As a method of completely covering the entire ion exchange membrane 6 with the counter electrode 10, for example, ion exchange is performed by closing the opening 5 a by applying an adhesive around the opening 5 a of the container 5 and bonding the counter electrode 10. The entire membrane 6 and the counter electrode 10 may be brought into contact with each other, or an ion exchange membrane formed by applying an adhesive around the opening 5a of the container 5 and applying it to at least a part of the surface of the counter electrode 10 By bonding 6, the counter electrode 10 may be brought into contact with the entire ion exchange membrane 6 that closes the opening 5 a while closing the opening 5 a with the ion exchange membrane 6. Examples of the agent for coating and forming the ion exchange membrane 6 include a Nafion dispersion, but are not limited thereto. Alternatively, a Nafion dispersion may be applied to the surface of the counter electrode 10 and the ion exchange membrane 6 may be attached before the Nafion dispersion is dried. In this case, the adhesion and contact properties of the ion exchange membrane 6 to the surface of the counter electrode 10 can be made sufficient.

ここで、対電極10は多孔質体とすることが好適である。この場合には、イオン交換膜6と対電極10との接触面で発生したガスを接触面とは反対側の面に通過させやすくなる。尚、対電極10を多孔質体とし、ナフィオン分散液を用いてイオン交換膜6を貼り付けることで、ナフィオン分散液の多孔質体の孔への侵入によりイオン交換膜6と対電極10との接触面積を増大させて電気化学反応をより進行させやすくすることができ、好適である。   Here, the counter electrode 10 is preferably a porous body. In this case, the gas generated at the contact surface between the ion exchange membrane 6 and the counter electrode 10 can easily pass through the surface opposite to the contact surface. In addition, the counter electrode 10 is made a porous body, and the ion exchange membrane 6 is attached using a Nafion dispersion liquid, whereby the ion exchange membrane 6 and the counter electrode 10 are separated by the penetration of the Nafion dispersion liquid into the pores of the porous body. The contact area can be increased to facilitate the progress of the electrochemical reaction, which is preferable.

上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。   The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、上述の第一の実施形態及び第二の実施形態では、メタン生成活性を高める場合の本発明の方法について図5〜図9に基づいて説明したが、上述の実施形態がメタン生成活性を低下させる場合の本発明の方法にも適用できることは言うまでもない。   For example, in the first embodiment and the second embodiment described above, the method of the present invention in the case of increasing the methane generation activity has been described based on FIGS. 5 to 9, but the above embodiment has the methane generation activity. Needless to say, the present invention is applicable to the method of the present invention in the case of lowering.

また、本発明を実施するための活性制御装置は、例えば図10に示すように、培養液4と電解質4aをイオン交換膜6ではなく、イオンや水素資化性メタン菌を一切透過させることのない不透過部材40で隔て、あるいは活性制御槽7と対電極槽8を別の容器で形成し、塩橋41(寒天等にKCl等の飽和電解質溶液を入れたもの)を介して培養液4と電解質4aを接触(液絡)させるようにしてもよい。この場合にも、培養液4中の水素資化性メタン菌の対電極槽8への移動を防ぐことができ、しかも、塩橋41によってイオン電流の流れが許容される。また、培養液4に含まれる酸化還元物質3についても対電極槽8に透過しないので、培養液4の電位の制御性も確保される。   In addition, the activity control apparatus for carrying out the present invention, for example, as shown in FIG. 10, allows the culture solution 4 and the electrolyte 4a to permeate ions and hydrogen-utilizing methane bacteria, not the ion exchange membrane 6. The culture solution 4 is separated by a non-impermeable member 40, or the activity control tank 7 and the counter electrode tank 8 are formed in separate containers, and a salt bridge 41 (agar or the like containing a saturated electrolyte solution such as KCl). And electrolyte 4a may be brought into contact (liquid junction). Also in this case, the movement of the hydrogen-assimilating methane bacteria in the culture solution 4 to the counter electrode tank 8 can be prevented, and the salt bridge 41 allows the flow of ion current. Further, since the redox substance 3 contained in the culture solution 4 does not permeate the counter electrode tank 8, the controllability of the potential of the culture solution 4 is also ensured.

以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はこれら実施例に限られるものではない。
<実験装置及び実験方法>
図4に示す実験装置を用いて実験を行った。250mL容のガラスバイアル瓶(Duran製)を培養容器5とし、培養液4の液面より下部に開口部を3つ設けた。1つめの開口部5bには参照電極11(東亜DDK製、HS−205C、銀・塩化銀電極)を差し込んで参照電極11と培養液4とを接触させた。2つめの開口部5cは培養液4を採取するために設け、蓋の開閉により培養液4を採取可能とした。3つめの開口部5aはイオン交換膜6を介して対電極10で塞いだ。対電極10にはポーラス板状の炭素電極を用いた。イオン交換膜6にはナフィオン膜N117(デュポン製)を用い、対電極10の下半分に20%ナフィオン分散液DE2021(デュポン製)を塗布してイオン交換膜6を貼り付けて用いた。作用電極9として板状の炭素電極を培養液4に浸した。そして、作用電極9と対電極10と参照電極11とを3電極式の電位制御装置(ポテンシオスタット、東方技研、PS-08)12に結線して、作用電極9の電位を厳密に制御可能とした。尚、培養液4は培養容器5の8分目程度まで入れ、液面上部にヘッドスペースを確保した。培養容器5には蓋18をし、蓋18の上面18aに弾性材料であるシリコーンゴムを備えて、注射器の注射針を差し込んで培養容器5内のヘッドスペースからガス状物質を回収可能とし、且つ注射針の差し込みにより生じた孔が注射針を抜いた際に塞がるようにした。
Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
<Experimental apparatus and experimental method>
Experiments were performed using the experimental apparatus shown in FIG. A 250 mL glass vial (manufactured by Duran) was used as the culture container 5, and three openings were provided below the liquid level of the culture solution 4. The reference electrode 11 (manufactured by Toa DDK, HS-205C, silver / silver chloride electrode) was inserted into the first opening 5b, and the reference electrode 11 and the culture solution 4 were brought into contact with each other. The second opening 5c is provided to collect the culture solution 4, and the culture solution 4 can be collected by opening and closing the lid. The third opening 5 a was closed with the counter electrode 10 through the ion exchange membrane 6. The counter electrode 10 was a porous plate-like carbon electrode. As the ion exchange membrane 6, a Nafion membrane N117 (manufactured by DuPont) was used, and a 20% Nafion dispersion DE2021 (manufactured by DuPont) was applied to the lower half of the counter electrode 10, and the ion exchange membrane 6 was attached thereto. A plate-like carbon electrode was immersed in the culture solution 4 as the working electrode 9. Then, the working electrode 9, the counter electrode 10, and the reference electrode 11 are connected to a three-electrode type potential control device (potentiostat, Toho Giken, PS-08) 12, and the potential of the working electrode 9 can be strictly controlled. It was. In addition, the culture solution 4 was put into the culture vessel 5 until about the eighth minute, and a head space was secured above the liquid level. The culture container 5 is provided with a lid 18, and an upper surface 18 a of the lid 18 is provided with a silicone rubber that is an elastic material. The syringe needle of the syringe can be inserted to collect a gaseous substance from the head space in the culture container 5, and The hole produced by inserting the injection needle was closed when the injection needle was removed.

培養液4の組成は、以下の通りとした。
[培養液の組成(/L)]
・KHPO 0.3g
・(NHSO 1.5g
・NaCl 0.6g
・MgSO・7HO 0.12g
・CaCl・2HO 0.08g
・FeSO・7HO 4mg
・KHPO 0.15g
・NaCO 4.0g
・微量ビタミン 10ml
・微量元素溶液 10ml
The composition of the culture solution 4 was as follows.
[Composition of culture solution (/ L)]
・ KH 2 PO 4 0.3 g
・ (NH 4 ) 2 SO 4 1.5 g
・ NaCl 0.6g
· MgSO 4 · 7H 2 O 0.12g
・ CaCl 2 · 2H 2 O 0.08 g
・ FeSO 4・ 7H 2 O 4mg
・ K 2 HPO 4 0.15g
・ Na 2 CO 3 4.0 g
・ Trace vitamin 10ml
・ Trace element solution 10ml

培養液4の微量元素溶液の組成は、以下の通りとした。
[微量元素溶液の組成(/L)]
・Na-EDTA 0.64g
・MgSO・7HO 6.2g
・MnSO・4HO 0.55g
・NaCl 1.0g
・FeSO・7HO 0.1g
・CoCl・6HO 0.17g
・ZnSO・7HO 0.18g
・CuSO 0.05g
・KAl(SO・12HO 0.018g
・HBO 0.01g
・NaMoO・2HO 0.011g
NiCl・6HO 0.025g
The composition of the trace element solution of the culture solution 4 was as follows.
[Composition of trace element solution (/ L)]
・ Na 2 -EDTA 0.64g
· MgSO 4 · 7H 2 O 6.2g
・ MnSO 4 / 4H 2 O 0.55 g
・ NaCl 1.0g
· FeSO 4 · 7H 2 O 0.1g
・ CoCl 2 · 6H 2 O 0.17 g
・ ZnSO 4 · 7H 2 O 0.18 g
・ CuSO 4 0.05g
・ KAl (SO 4 ) 2 · 12H 2 O 0.018 g
・ H 3 BO 3 0.01 g
・ Na 2 MoO 4 .2H 2 O 0.011 g
NiCl 2 · 6H 2 O 0.025g

培養液4の微量ビタミンの組成は、以下の通りとした。
[微量ビタミンの組成(/L)]
・ビオチン 2.0mg
・葉酸 2.0mg
・ピリドキシン−HCl 10.0mg
・チアミン−HCl 5.0mg
・リボフラビン 5.0mg
・ニコチン酸 5.0mg
・パントテン酸カルシウム 5.0mg
・ビタミンB12 0.1mg
・p−アミノ安息香酸 5.0mg
・リポ酸 5.0mg
The composition of trace vitamins in the culture solution 4 was as follows.
[Minor vitamin composition (/ L)]
・ Biotin 2.0mg
・ Folic acid 2.0mg
・ Pyridoxine-HCl 10.0mg
・ Thiamine-HCl 5.0mg
・ Riboflavin 5.0mg
・ Nicotinic acid 5.0mg
・ Calcium pantothenate 5.0mg
・ Vitamin B 12 0.1mg
・ P-aminobenzoic acid 5.0mg
・ Lipoic acid 5.0mg

実験中の培養温度(培養液温度)は55℃とし、培養液4は攪拌子19で攪拌し続けた。また、培養液4には、AQDS(アントラキノン−2,6−ジスルホン酸)を0.5mMとなるように添加した。また、上部のシリコーンゴム栓に注射針を1本刺し、別の注射針を培養液採取口5Cのゴム栓部分に挿入し、そこからからH/CO=80/20(体積比)の混合ガスを通気することで培養液および培養液上部の気相を混合ガスで置換した。培養液4のpHは7.2とした。 The culture temperature (culture solution temperature) during the experiment was 55 ° C., and the culture solution 4 was continuously stirred by the stirring bar 19. Moreover, AQDS (anthraquinone-2,6-disulfonic acid) was added to the culture solution 4 so that it might become 0.5 mM. In addition, one injection needle is inserted into the upper silicone rubber stopper, and another injection needle is inserted into the rubber stopper portion of the culture medium sampling port 5C, from which H 2 / CO 2 = 80/20 (volume ratio). By aeration of the mixed gas, the culture solution and the gas phase above the culture solution were replaced with the mixed gas. The pH of the culture solution 4 was 7.2.

水素資化性メタン菌として、Methanothermobacter thermautotrophicus DSM1053を用いて実験を行った。   Experiments were conducted using Methanothermobacter thermautotrophicus DSM1053 as a hydrogen-assimilating methane bacterium.

<分析方法>
1.化学分析
培養容器5から排出されるバイオガス生成量を水上置換法により測定し、熱伝導率検出器(GC390B、GLサイエンス製)と活性炭充填カラム(GLサイエンス製)を備えたガスクロマトグラフィーによりバイオガスの組成を分析して、メタンガス生成量を算出した。
<Analysis method>
1. Chemical analysis The amount of biogas produced from the culture vessel 5 is measured by the water displacement method, and biogas is produced by gas chromatography equipped with a thermal conductivity detector (GC390B, manufactured by GL Science) and an activated carbon packed column (manufactured by GL Science). The amount of methane gas produced was calculated by analyzing the gas composition.

2.生物学的分析
培養液4中の菌体密度を顕微鏡Nikon ECLIPSE E400(ニコン製)、バクテリアカウンター血球計算板(サンリードガラス製)により測定した。
2. Biological analysis The cell density in the culture solution 4 was measured with a microscope Nikon ECLIPSE E400 (Nikon) and a bacterial counter hemocytometer (Sunlead glass).

(実施例1)
培養液4に水素資化性メタン菌を初期菌体密度が6.0×10cells/mLとなるように添加して実験を行った。尚、この初期菌体密度は、通常の培養法での定常期の菌体密度に相当し、以下のいずれの実験条件においても菌体密度の増加が見られないことが確認されている。
Example 1
Experiments were performed by adding hydrogen-assimilating methane bacteria to the culture solution 4 so that the initial cell density was 6.0 × 10 7 cells / mL. In addition, this initial cell density corresponds to the cell density in the stationary phase in a normal culture method, and it has been confirmed that no increase in cell density is observed under any of the following experimental conditions.

作用電極9の設定電位を参照電極11(銀・塩化銀電極)に対して+0.2V、−0.2V、−0.5V、−0.8Vに制御することにより、培養液4の酸化還元電位をそれぞれ+0.2V、−0.2V、−0.5V、−0.8Vに電気的に制御した条件での培養試験を実施した。   By controlling the set potential of the working electrode 9 to +0.2 V, -0.2 V, -0.5 V, and -0.8 V with respect to the reference electrode 11 (silver / silver chloride electrode), the redox of the culture solution 4 Culture tests were performed under conditions where the potentials were electrically controlled to +0.2 V, -0.2 V, -0.5 V, and -0.8 V, respectively.

また、比較試験として、通電を行なわずに培養液4にL−システイン・HCl・HO、NaS・9HOをそれぞれ終濃度0.5g/Lになるように添加して、培養液4の酸化還元電位を化学的に−0.45Vに調整した条件での培養試験を実施した。この条件は、添加される化学成分によって環境中に形成され得る水素資化性メタン菌が生育可能な酸化還元電位、即ち基準電位に該当する条件である。 As a comparative test, L-cysteine · HCl · H 2 O and Na 2 S · 9H 2 O were added to the culture solution 4 so as to have final concentrations of 0.5 g / L, respectively, without energization. A culture test was conducted under the condition that the oxidation-reduction potential of Solution 4 was chemically adjusted to -0.45V. This condition is a condition corresponding to a redox potential at which a hydrogen-assimilating methane bacterium capable of being formed in the environment by an added chemical component can grow, that is, a reference potential.

各種条件での培養試験におけるメタン生成量の経時変化を測定した結果を図1に示す。−0.5Vでは比較試験との差が殆ど見られなかったが、−0.8Vでは比較試験と比べて顕著にメタン生成量が増加する傾向が見られ、近似直線の傾きから計算したメタン生成速度は比較試験よりも1.7倍向上していることが明らかとなった。これに対し、+0.2V及び−0.2Vでは比較試験と比べて顕著にメタン生成量が減少する傾向が見られた。   FIG. 1 shows the results of measuring changes over time in the amount of methane produced in culture tests under various conditions. At −0.5V, there was almost no difference from the comparative test, but at −0.8V, there was a tendency for the amount of methane production to increase significantly compared to the comparative test, and methane production calculated from the slope of the approximate line. The speed was found to be 1.7 times better than the comparative test. On the other hand, at +0.2 V and -0.2 V, a tendency that the amount of methane produced was significantly reduced as compared with the comparative test was observed.

ここで、実施例1では、いずれの実験条件においても菌体密度の増加が見られないことが確認されていることから、メタン生成量の増減は、水素資化性メタン菌1個体のメタン生成活性の増減によってもたらされたものであると推定された。   Here, in Example 1, since it was confirmed that no increase in the cell density was observed under any of the experimental conditions, the increase or decrease in the amount of methane produced was due to the methane production of one hydrogen-utilizing methane bacterium. It was presumed to have been caused by the increase or decrease in activity.

つまり、実施例1における培養試験結果から、水素資化性メタン菌の菌体自体のメタン生成活性を、培養液4の酸化還元電位の電気的な制御によってコントロールできることが明らかとなった。   That is, from the results of the culture test in Example 1, it became clear that the methane production activity of the hydrogen-utilizing methane bacterium itself can be controlled by electrical control of the oxidation-reduction potential of the culture solution 4.

また、実施例1における培養試験結果から、培養液4の酸化還元電位を−0.8Vよりもマイナス側に大きな値に制御することで、−0.8Vに制御した場合と近似した効果が得られるものと推定された。さらに、+0.2V及び−0.2Vでは比較試験と比べて顕著にメタン生成量が減少する傾向が見られたことから、培養液4の酸化還元電位を基準電位よりもプラス側に大きな値に制御すれば、メタン生成活性を低下させることができ、−0.2Vよりもプラス側に大きな値に制御すれば、メタン生成活性を確実に低下させることができ、−0.2V〜+0.2Vに制御すれば、メタン生成活性をより確実に低下させることができるものと推定された。   Further, from the results of the culture test in Example 1, by controlling the oxidation-reduction potential of the culture solution 4 to a larger value on the minus side than -0.8V, an effect approximated to the case of controlling to -0.8V is obtained. It was estimated that Furthermore, since there was a tendency for the amount of methane produced to decrease significantly at +0.2 V and −0.2 V compared to the comparative test, the oxidation-reduction potential of the culture solution 4 was set to a larger value on the plus side than the reference potential. If controlled, the methane production activity can be reduced, and if controlled to a larger value on the plus side than -0.2 V, the methane production activity can be reliably reduced, and from -0.2 V to +0.2 V It was estimated that the methanogenic activity could be more reliably reduced by controlling to.

(実施例2)
培養液4に水素資化性メタン菌を初期菌体密度が1.5×10cells/mLとなるように添加して実験を行い、水素資化性メタン菌の生育に対する酸化還元電位の電気的な制御による影響について検討した。
(Example 2)
Experiments were conducted by adding hydrogen-utilizing methane bacteria to the culture solution 4 so that the initial cell density was 1.5 × 10 6 cells / mL, and the electric potential of redox potential for the growth of hydrogen-utilizing methane bacteria. The effects of dynamic control were examined.

作用電極9の設定電位を参照電極11(銀・塩化銀電極)に対して+0.4V、−0.1V、−0.4V、−0.8Vに制御することにより、培養液4の酸化還元電位をそれぞれ+0.4V、−0.1V、−0.4V、−0.8Vに電気的に制御した条件での培養試験を実施した。   By controlling the set potential of the working electrode 9 to +0.4 V, −0.1 V, −0.4 V, and −0.8 V with respect to the reference electrode 11 (silver / silver chloride electrode), the redox of the culture solution 4 Culture tests were performed under conditions where the potentials were electrically controlled to + 0.4V, -0.1V, -0.4V, and -0.8V, respectively.

また、実施例1と同様の条件で比較試験を実施した。   A comparative test was performed under the same conditions as in Example 1.

各種条件で一週間培養を行った後の培養液4の菌体密度を図2に示す。尚、図2における縦軸の数値は、比較試験における菌体密度を1とした場合の相対値である。−0.8Vでは比較試験と比べて顕著に菌体密度が増加することが明らかとなった。   The cell density of the culture solution 4 after culturing for one week under various conditions is shown in FIG. In addition, the numerical value of the vertical axis | shaft in FIG. 2 is a relative value when the microbial cell density in a comparative test is set to 1. It was revealed that the cell density significantly increased at −0.8 V as compared with the comparative test.

次に、各種条件で一週間培養を行った際のメタン生成量を図3に示す。尚、図3における縦軸の数値は、比較試験におけるメタン生成量を1とした場合の相対値である。また、図3におけるメタン生成量は、菌体当たりのメタン生成量に換算した値である。−0.8Vでは比較試験と比べて顕著にメタン生成量が増加することが明らかとなった。   Next, FIG. 3 shows the amount of methane produced when culturing for one week under various conditions. In addition, the numerical value of the vertical axis | shaft in FIG. 3 is a relative value when the methane production amount in a comparative test is set to 1. Moreover, the methane production amount in FIG. 3 is the value converted into the methane production amount per microbial cell. It was revealed that the amount of methane produced significantly increased at −0.8 V compared with the comparative test.

ここで、実施例1では、−0.8Vとすることで水素資化性メタン菌の菌体自体のメタン生成活性を向上できることが明らかになったことから、実施例2において得られた結果は、−0.8Vとすることで水素資化性メタン菌の菌体自体のメタン生成活性(呼吸活性)が向上した結果として、生育が促進されたものと推定された。   Here, in Example 1, it became clear that the methanogenic activity of the hydrogen-utilizing methane bacterium itself can be improved by setting it to -0.8 V. Therefore, the result obtained in Example 2 is It was estimated that the growth was promoted as a result of improving the methanogenic activity (respiratory activity) of the cells of hydrogen-utilizing methane bacteria per se at −0.8 V.

4 培養液(環境)
9 電極(作用電極)
4 Culture solution (environment)
9 Electrode (working electrode)

Claims (6)

内在するあるいは添加される化学成分によって環境中に形成され得る水素資化性メタン菌が生育可能な酸化還元電位を基準電位とし、
前記水素資化性メタン菌を含む環境に電極を接触させ、前記電極に電位を印加して前記環境の酸化還元電位を銀・塩化銀電極電位基準で−0.8Vを含んで−0.8Vよりもマイナス側に大きくなるように制御し、前記水素資化性メタン菌1個体当たりのメタン生成活性を前記基準電位における前記水素資化性メタン菌1個体当たりのメタン生成活性よりも高めることを特徴とする水素資化性メタン菌のメタン生成活性制御方法。
The reference potential is the oxidation-reduction potential at which hydrogen-utilizing methane bacteria that can be formed in the environment by chemical components that are inherent or added can grow.
An electrode is brought into contact with the environment containing the hydrogen-assimilating methane bacterium, a potential is applied to the electrode, and the oxidation-reduction potential of the environment is -0.8 V including -0.8 V based on the silver / silver chloride electrode potential. And controlling the methane production activity per individual hydrogen-utilizing methane bacterium to be higher than the methane production activity per individual hydrogen-utilizing methane bacterium at the reference potential. A method for controlling methane production activity of hydrogen-utilizing methane bacteria.
前記電極を接触させる前記環境が前記基準電位を有している請求項1に記載の水素資化性メタン菌のメタン生成活性制御方法。 The method for controlling methane production activity of a hydrogen-assimilating methane bacterium according to claim 1, wherein the environment in contact with the electrode has the reference potential. 内在するあるいは添加される化学成分によって環境中に形成され得る水素資化性メタン菌が生育可能な酸化還元電位を基準電位とし、
前記水素資化性メタン菌を含むと共に前記基準電位を有する環境に電極を接触させ、前記電極に電位を印加して前記環境の酸化還元電位を前記基準電位よりもプラス側に大きくなるように制御し、前記水素資化性メタン菌1個体当たりのメタン生成活性を前記基準電位における前記水素資化性メタン菌1個体当たりのメタン生成活性よりも低下させることを特徴とする水素資化性メタン菌のメタン生成活性制御方法。
The reference potential is the oxidation-reduction potential at which hydrogen-utilizing methane bacteria that can be formed in the environment by chemical components that are inherent or added can grow.
An electrode is brought into contact with an environment containing the hydrogen-utilizing methane bacterium and having the reference potential, and a potential is applied to the electrode so that the oxidation-reduction potential of the environment is increased to a plus side with respect to the reference potential. and a hydrogen-utilizing methane bacteria, characterized in that to lower than the hydrogen-assimilating methanogens 1 wherein the methanogenic activity per individual in the reference potential hydrogen-utilizing methanogens 1 per individual methanogenic activity Method for controlling methane production activity.
前記水素資化性メタン菌が定常期の生育段階に相当する菌体密度で前記環境に含まれている請求項1または3に記載の水素資化性メタン菌のメタン生成活性制御方法。 The method for controlling methane production activity of hydrogen-utilizing methane bacteria according to claim 1 or 3, wherein the hydrogen-assimilating methane bacteria are contained in the environment at a cell density corresponding to a growth stage in a stationary phase. 前記電極により制御される前記環境の酸化還元電位が銀・塩化銀電極電位基準で−0.8Vである請求項1に記載の水素資化性メタン菌のメタン生成活性制御方法。 The method for controlling methane production activity of hydrogen-assimilating methane bacteria according to claim 1, wherein the oxidation-reduction potential of the environment controlled by the electrode is -0.8 V on the basis of the silver / silver chloride electrode potential. 前記電極により制御される前記環境の酸化還元電位が銀・塩化銀電極電位基準で−0.2Vを含んで−0.2Vよりもプラス側に大きな電位である請求項3に記載の水素資化性メタン菌のメタン生成活性制御方法。 4. The hydrogen assimilation according to claim 3, wherein the oxidation-reduction potential of the environment controlled by the electrode is a potential greater than −0.2 V including −0.2 V on the basis of the silver / silver chloride electrode potential. Method for controlling the methanogenic activity of marine methane bacteria.
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