JPH09108700A - エタノールを基質としたメタン発酵方法 - Google Patents
エタノールを基質としたメタン発酵方法Info
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- JPH09108700A JPH09108700A JP7266555A JP26655595A JPH09108700A JP H09108700 A JPH09108700 A JP H09108700A JP 7266555 A JP7266555 A JP 7266555A JP 26655595 A JP26655595 A JP 26655595A JP H09108700 A JPH09108700 A JP H09108700A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 通常の発酵条件ではメタン発酵が進行しにく
いエタノールを基質として採用し、有機物のメタン発酵
を行うことを目的とする。 【構成】 基本培地に汚泥消化槽から採取した汚泥と種
汚泥としての消化汚泥を加え、これに基質としてエタノ
ールを添加し、更に重炭酸ナトリウムを添加しｐＨを調
整してから適宜の温度条件下でメタンを発生させるよう
にしたエタノールを基質としたメタン発酵方法を提供す
る。上記ｐＨ条件は５.８〜６.５に調整する。又、エタ
ノールのメタン発酵を行うことによって非電離ＶＦＡ
（揮発性有機酸）に対する耐性を高め、且つメタン生成
活性を有する酢酸資化性メタン生成菌を集積培養するｐ
Ｈ条件として、ｐＨ５.０近辺の低ｐＨ条件に調整す
る。
いエタノールを基質として採用し、有機物のメタン発酵
を行うことを目的とする。 【構成】 基本培地に汚泥消化槽から採取した汚泥と種
汚泥としての消化汚泥を加え、これに基質としてエタノ
ールを添加し、更に重炭酸ナトリウムを添加しｐＨを調
整してから適宜の温度条件下でメタンを発生させるよう
にしたエタノールを基質としたメタン発酵方法を提供す
る。上記ｐＨ条件は５.８〜６.５に調整する。又、エタ
ノールのメタン発酵を行うことによって非電離ＶＦＡ
（揮発性有機酸）に対する耐性を高め、且つメタン生成
活性を有する酢酸資化性メタン生成菌を集積培養するｐ
Ｈ条件として、ｐＨ５.０近辺の低ｐＨ条件に調整す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は低級アルコールの一
種であるエタノール（エチルアルコール）を基質とした
メタン発酵方法に関するものである。
種であるエタノール（エチルアルコール）を基質とした
メタン発酵方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】低級アルコールの一種であるエタノール
がメタン発酵の基質となることが知られている。参考文
献１（地域循環産業研究会編，廃棄物のメタン発酵，Ｐ
２８，サイエンチスト社発行，１９８０年）によれば、
以下の反応式に基づいてメタン化されるものと記載され
ている。 ２ＣＨ3ＣＨ2ＯＨ＋ＣＯ2 → ２ＣＨ3ＣＯＯＨ＋４Ｈ2Ｏ・・・・・・・（１） ＣＨ3ＣＯＯＨ → ＣＨ4＋ＣＯ2・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２） 一方、参考文献２（メタン発酵に関与する微生物の生態
について−総説−２：遠藤銀郎，Ｐ１，インフィルコ時
報第９２号，１９８５年）によれば前記（１）（２）式
とは異なる次のような反応機構が記載されている。 ２ＣＨ3ＣＨ2ＯＨ＋２Ｈ2Ｏ → ２ＣＨ3ＣＯＯＨ＋４Ｈ2・・・・・・・（３） ４Ｈ2＋ＣＯ2 → ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４） エタノールからメタンを生成するためには、これら２つ
の反応機構のどちらの場合でもＣＯ2が必要である。
又、エタノールはメタノールと構造が類似しているが、
メタノールのように直接メタンに変換されることはな
く、酢酸資化性メタン生成菌と水素資化性メタン生成菌
がメタン生成に関与している。しかしながらエタノール
からのメタン生成の反応機構、ｐＨ依存性、最適な発酵
条件については研究例が少なく、現在研究段階にあると
言える。
がメタン発酵の基質となることが知られている。参考文
献１（地域循環産業研究会編，廃棄物のメタン発酵，Ｐ
２８，サイエンチスト社発行，１９８０年）によれば、
以下の反応式に基づいてメタン化されるものと記載され
ている。 ２ＣＨ3ＣＨ2ＯＨ＋ＣＯ2 → ２ＣＨ3ＣＯＯＨ＋４Ｈ2Ｏ・・・・・・・（１） ＣＨ3ＣＯＯＨ → ＣＨ4＋ＣＯ2・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２） 一方、参考文献２（メタン発酵に関与する微生物の生態
について−総説−２：遠藤銀郎，Ｐ１，インフィルコ時
報第９２号，１９８５年）によれば前記（１）（２）式
とは異なる次のような反応機構が記載されている。 ２ＣＨ3ＣＨ2ＯＨ＋２Ｈ2Ｏ → ２ＣＨ3ＣＯＯＨ＋４Ｈ2・・・・・・・（３） ４Ｈ2＋ＣＯ2 → ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４） エタノールからメタンを生成するためには、これら２つ
の反応機構のどちらの場合でもＣＯ2が必要である。
又、エタノールはメタノールと構造が類似しているが、
メタノールのように直接メタンに変換されることはな
く、酢酸資化性メタン生成菌と水素資化性メタン生成菌
がメタン生成に関与している。しかしながらエタノール
からのメタン生成の反応機構、ｐＨ依存性、最適な発酵
条件については研究例が少なく、現在研究段階にあると
言える。
【０００３】一般にメタン発酵にはｐＨ依存性があり、
通常は中性以外の条件では発酵速度が著しく低下する。
他方でメタン発酵の対象となる有機性廃水は多様であっ
て、酸発酵が起きているために低ｐＨのものも存在す
る。このような場合に中性条件下でメタン発酵を行うた
めには、基質の投入量を制限したり或いはアルカリ剤を
添加して中和する操作が必要になる。従って広いｐＨ条
件、特に低ｐＨ条件下でもメタン生成菌の活性を持続す
ることができればメタン発酵の実用性が高くなるととも
にコストの面で有利になるものと考えられる。
通常は中性以外の条件では発酵速度が著しく低下する。
他方でメタン発酵の対象となる有機性廃水は多様であっ
て、酸発酵が起きているために低ｐＨのものも存在す
る。このような場合に中性条件下でメタン発酵を行うた
めには、基質の投入量を制限したり或いはアルカリ剤を
添加して中和する操作が必要になる。従って広いｐＨ条
件、特に低ｐＨ条件下でもメタン生成菌の活性を持続す
ることができればメタン発酵の実用性が高くなるととも
にコストの面で有利になるものと考えられる。
【０００４】文献の報告によれば、メタノールからの直
接メタン変換の最適ｐＨは５.５〜６.０であるとされて
いるが、この場合はメタン発酵としては例外的に最適ｐ
Ｈが低くなっている。通常の有機物を対象としたメタン
発酵においては、ｐＨを６.４〜７.２の範囲に保つ必要
があり、この範囲から外れるとメタン生成菌の活性低下
とか成長速度が低下することが知られている。
接メタン変換の最適ｐＨは５.５〜６.０であるとされて
いるが、この場合はメタン発酵としては例外的に最適ｐ
Ｈが低くなっている。通常の有機物を対象としたメタン
発酵においては、ｐＨを６.４〜７.２の範囲に保つ必要
があり、この範囲から外れるとメタン生成菌の活性低下
とか成長速度が低下することが知られている。
【０００５】特に低ｐＨ条件下では中間生成物として生
成する揮発性有機酸（以下ＶＦＡと呼称する）が非電離
ＶＦＡとして存在する比率が高くなり、この非電離ＶＦ
Ａの濃度上昇に伴ってメタン生成菌が阻害されて正常な
メタン発酵が進行しなくなるという不都合が生じること
が多い。
成する揮発性有機酸（以下ＶＦＡと呼称する）が非電離
ＶＦＡとして存在する比率が高くなり、この非電離ＶＦ
Ａの濃度上昇に伴ってメタン生成菌が阻害されて正常な
メタン発酵が進行しなくなるという不都合が生じること
が多い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前記したようにエタノ
ールはＶＦＡを経由してメタン化されることから、低ｐ
Ｈ条件下においてエタノールのメタン発酵を行うために
は、低ｐＨ条件でも比較的活性が高く、非電離ＶＦＡに
よる阻害を受けにくいメタン生成菌の濃度を高くする必
要がある。メタン生成菌の１種であり、メタノールを直
接メタン化できることが知られているMethanosartina b
arkeriは酢酸及び水素をも資化することができる。
ールはＶＦＡを経由してメタン化されることから、低ｐ
Ｈ条件下においてエタノールのメタン発酵を行うために
は、低ｐＨ条件でも比較的活性が高く、非電離ＶＦＡに
よる阻害を受けにくいメタン生成菌の濃度を高くする必
要がある。メタン生成菌の１種であり、メタノールを直
接メタン化できることが知られているMethanosartina b
arkeriは酢酸及び水素をも資化することができる。
【０００７】文献３（メタン発酵について：田中一裕，
水，発行年不祥）によれば、メタン生成菌の最適ｐＨは
７.０である。しかし他方ではメタノールの直接メタン
化の最適ｐＨは前記したように５.５〜６.０であると言
われており、同じ菌でも基質の種類によって最適ｐＨが
変化する可能性がある。
水，発行年不祥）によれば、メタン生成菌の最適ｐＨは
７.０である。しかし他方ではメタノールの直接メタン
化の最適ｐＨは前記したように５.５〜６.０であると言
われており、同じ菌でも基質の種類によって最適ｐＨが
変化する可能性がある。
【０００８】上記メタン生成菌が優占的に増殖するよう
な条件で培養すれば、比較的低ｐＨ条件下で耐性が高い
メタン生成菌の濃度が上昇することが期待される。更に
エタノールからの酢酸生成あるいは水素からのメタン生
成に必要なＣＯ2を補充すれば、比較的低ｐＨ条件下に
おけるエタノールのメタン発酵が可能になるものと思わ
れる。
な条件で培養すれば、比較的低ｐＨ条件下で耐性が高い
メタン生成菌の濃度が上昇することが期待される。更に
エタノールからの酢酸生成あるいは水素からのメタン生
成に必要なＣＯ2を補充すれば、比較的低ｐＨ条件下に
おけるエタノールのメタン発酵が可能になるものと思わ
れる。
【０００９】本発明は上記したようなメタン発酵に関す
る技術的背景を考慮して、通常の発酵条件ではメタン発
酵が進行しにくいものとされている低級アルコールであ
るエタノールを基質として採用し、有機物のメタン発酵
を行うことを主眼としている。
る技術的背景を考慮して、通常の発酵条件ではメタン発
酵が進行しにくいものとされている低級アルコールであ
るエタノールを基質として採用し、有機物のメタン発酵
を行うことを主眼としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、先ず請求項１により、基本培地に汚泥消
化槽から採取した汚泥と種汚泥としての消化汚泥を加
え、これに基質としてエタノールを添加し、更に重炭酸
ナトリウムを添加しｐＨを調整してから適宜の温度条件
下でメタンを発生させるようにしたエタノールを基質と
したメタン発酵方法を提供する。上記ｐＨ条件は５.８
〜６.５に調整するのがよい。
成するために、先ず請求項１により、基本培地に汚泥消
化槽から採取した汚泥と種汚泥としての消化汚泥を加
え、これに基質としてエタノールを添加し、更に重炭酸
ナトリウムを添加しｐＨを調整してから適宜の温度条件
下でメタンを発生させるようにしたエタノールを基質と
したメタン発酵方法を提供する。上記ｐＨ条件は５.８
〜６.５に調整するのがよい。
【００１１】請求項３として、エタノールのメタン発酵
を行うことによって非電離ＶＦＡ（揮発性有機酸）に対
する耐性を高めるとともに、メタン生成活性を有する酢
酸資化性メタン生成菌を集積培養するｐＨ条件として、
ｐＨ５.０近辺の低ｐＨ条件に調整する。
を行うことによって非電離ＶＦＡ（揮発性有機酸）に対
する耐性を高めるとともに、メタン生成活性を有する酢
酸資化性メタン生成菌を集積培養するｐＨ条件として、
ｐＨ５.０近辺の低ｐＨ条件に調整する。
【００１２】かかる請求項１記載のメタン発酵方法によ
れば、基質としてエタノールを添加し、更に重炭酸ナト
リウムを添加してｐＨを調整することにより、エタノー
ルを基質としたメタン発酵においてｐＨ５.８程度の低
ｐＨ条件でも正常なメタン発酵を進行させることが可能
となり、重炭酸ナトリウムを添加することによって水素
と炭酸ガスからのメタン生成が促進されるとともに、エ
タノールからのＶＦＡ生成を促進する作用が得られる。
れば、基質としてエタノールを添加し、更に重炭酸ナト
リウムを添加してｐＨを調整することにより、エタノー
ルを基質としたメタン発酵においてｐＨ５.８程度の低
ｐＨ条件でも正常なメタン発酵を進行させることが可能
となり、重炭酸ナトリウムを添加することによって水素
と炭酸ガスからのメタン生成が促進されるとともに、エ
タノールからのＶＦＡ生成を促進する作用が得られる。
【００１３】又、メタノールを基質としてｐＨ５.０で
馴養した培養液を種汚泥として、エタノールを基質とし
てｐＨが５.８，６.５という比較的低ｐＨ条件下におい
てメタン発酵を行うことにより、非電離ＶＦＡに対する
耐性が高い酢酸資化性メタン生成菌を集積培養すること
ができる。
馴養した培養液を種汚泥として、エタノールを基質とし
てｐＨが５.８，６.５という比較的低ｐＨ条件下におい
てメタン発酵を行うことにより、非電離ＶＦＡに対する
耐性が高い酢酸資化性メタン生成菌を集積培養すること
ができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下本発明にかかるエタノールを
基質としたメタン発酵方法の具体的な実施例を説明す
る。このメタン発酵プロセスの最適条件を選択すること
を目的として、以下に説明する実験を行った。
基質としたメタン発酵方法の具体的な実施例を説明す
る。このメタン発酵プロセスの最適条件を選択すること
を目的として、以下に説明する実験を行った。
【００１５】図１は本実施例にかかるエタノールを基質
としたメタン発酵に用いた実験装置の概要図であり、１
はプラスチック等で構成された水槽であって、この水槽
１内には投げ込みヒータ２が配備されている。尚、水槽
１の容積は２０リットルとした。上記水槽１の両端にま
たがって２本の支持棒４，４が設置され、この支持棒
４，４に一端部が連結された紐５，５の他端部が容積１
リットルの細口ビン３，３に連結されており、合計６本
の細口ビン３，３が水槽１内に浸漬されている。７は洗
気ビン、８はガスホルダであり、このガスホルダ８には
ガスの上下動を測定するスケール９が配備されている。
としたメタン発酵に用いた実験装置の概要図であり、１
はプラスチック等で構成された水槽であって、この水槽
１内には投げ込みヒータ２が配備されている。尚、水槽
１の容積は２０リットルとした。上記水槽１の両端にま
たがって２本の支持棒４，４が設置され、この支持棒
４，４に一端部が連結された紐５，５の他端部が容積１
リットルの細口ビン３，３に連結されており、合計６本
の細口ビン３，３が水槽１内に浸漬されている。７は洗
気ビン、８はガスホルダであり、このガスホルダ８には
ガスの上下動を測定するスケール９が配備されている。
【００１６】かかる装置によれば、細口ビン３，３は水
槽１中の水に浮いており、投げ込みヒータ２によって水
槽１内を後述する温度条件に保ちながら細口ビン３，３
内に汚泥と基質及び培地を入れてインペラーによって撹
拌することにより、各細口ビン３，３が揺動してガスが
発生する。
槽１中の水に浮いており、投げ込みヒータ２によって水
槽１内を後述する温度条件に保ちながら細口ビン３，３
内に汚泥と基質及び培地を入れてインペラーによって撹
拌することにより、各細口ビン３，３が揺動してガスが
発生する。
【００１７】発生したガスは、各細口ビン３，３の上部
のガス出口からガス導管６，６を通過して１Ｎ−ＮａＯ
Ｈを満たした洗気ビン７を通り、ＣＯ2が除去されたガ
スがガス導管１０を通過してガスホルダ８に貯留され
る。そしてガスホルダ８の内蓋の上下動をスケール９で
読み取り、メタンガス発生量を算出する。
のガス出口からガス導管６，６を通過して１Ｎ−ＮａＯ
Ｈを満たした洗気ビン７を通り、ＣＯ2が除去されたガ
スがガス導管１０を通過してガスホルダ８に貯留され
る。そしてガスホルダ８の内蓋の上下動をスケール９で
読み取り、メタンガス発生量を算出する。
【００１８】培地としては表１に示す組成を有する基本
培地を用いた。
培地を用いた。
【００１９】
【表１】
【００２０】そして下水の遠心濃縮生汚泥を基質とした
嫌気性消化を行っている汚泥を汚泥消化槽から採取し、
室温下で保存してある消化汚泥を種汚泥として、この種
汚泥の２５０ｍｌと基本培地５００ｍｌを上記細口ビン
３，３に入れ、１Ｎ，ＨＣｌ又は１Ｎ，ＮａＯＨを用い
てｐＨを５.０に調整した後、既定容量のメタノールを
添加して培養を行った。水槽１内の温度は３０℃に設定
した。
嫌気性消化を行っている汚泥を汚泥消化槽から採取し、
室温下で保存してある消化汚泥を種汚泥として、この種
汚泥の２５０ｍｌと基本培地５００ｍｌを上記細口ビン
３，３に入れ、１Ｎ，ＨＣｌ又は１Ｎ，ＮａＯＨを用い
てｐＨを５.０に調整した後、既定容量のメタノールを
添加して培養を行った。水槽１内の温度は３０℃に設定
した。
【００２１】次にこのメタノール馴養液０.７５リット
ルに対して既定容量のエタノールを添加して、調整ｐＨ
の相違と重炭酸ナトリウムＮａＨＣＯ3添加の有無から
設定した条件でメタン発酵を行った。メタン発酵条件と
しては、ｐＨ依存性を調べるため、調整ｐＨを７.３，
６.５，５.８としてＮａＨＣＯ3の添加量が０（無添
加）の場合と、調整ｐＨを７.３，６.５，５.８，５.０
でＮａＨＣＯ3の添加量を５（ｇ／ｌ）とした場合に設
定した。尚、ｐＨ調整は１〜２日に１回の頻度で実施し
た。メタノール累積投入量は１０（ｍｌ／ｌ）とした。
ルに対して既定容量のエタノールを添加して、調整ｐＨ
の相違と重炭酸ナトリウムＮａＨＣＯ3添加の有無から
設定した条件でメタン発酵を行った。メタン発酵条件と
しては、ｐＨ依存性を調べるため、調整ｐＨを７.３，
６.５，５.８としてＮａＨＣＯ3の添加量が０（無添
加）の場合と、調整ｐＨを７.３，６.５，５.８，５.０
でＮａＨＣＯ3の添加量を５（ｇ／ｌ）とした場合に設
定した。尚、ｐＨ調整は１〜２日に１回の頻度で実施し
た。メタノール累積投入量は１０（ｍｌ／ｌ）とした。
【００２２】図２，図３はエタノールを基質としたメタ
ン発酵ｐＨ依存性実験における累積メタン発生量（ｌ）
と累積エタノール添加量（ｍｌ）の経日変化を示す。図
２はＮａＨＣＯ3無添加の例、図３はＮａＨＣＯ3を添加
した例である。図２の場合には、２１日間の累積メタン
発生量が３リットル以上になったのはｐＨを６.５に調
整した場合だけであった。これに対してＮａＨＣＯ3を
５（ｇ／ｌ）添加した図３の場合には、調整ｐＨが６.
５と５.８において２１日間の累積メタン発生量が３リ
ットル以上になったことが確認された。
ン発酵ｐＨ依存性実験における累積メタン発生量（ｌ）
と累積エタノール添加量（ｍｌ）の経日変化を示す。図
２はＮａＨＣＯ3無添加の例、図３はＮａＨＣＯ3を添加
した例である。図２の場合には、２１日間の累積メタン
発生量が３リットル以上になったのはｐＨを６.５に調
整した場合だけであった。これに対してＮａＨＣＯ3を
５（ｇ／ｌ）添加した図３の場合には、調整ｐＨが６.
５と５.８において２１日間の累積メタン発生量が３リ
ットル以上になったことが確認された。
【００２３】図４はエタノールのメタン発酵ｐＨ依存性
試験における最高ＣＯＤ換算メタン発生速度と調整ｐＨ
との関係を示すグラフであり、ＮａＨＣＯ3が無添加の
場合には最高ＣＯＤ換算メタン発生速度はｐＨ６.５に
おいて２.０（ｇＣＯＤ／ｌ・日）となって極大値を示
し、ｐＨ５.８においては０.８（ｇＣＯＤ／ｌ・日）に
低下した。これに対してＮａＨＣＯ3を５（ｇ／ｌ）添
加した場合には、最高ＣＯＤ換算メタン発生速度はｐＨ
５.８において１.９５（ｇＣＯＤ／ｌ・日）となって極
大値を示し、ｐＨ５.０においては０.２（ｇＣＯＤ／ｌ
・日）に低下したが、ｐＨ５.８〜７.３において１.８
〜１.９５（ｇＣＯＤ／ｌ・日）の範囲にあった・従っ
てＮａＨＣＯ3を添加した方が無添加の場合よりも広い
ｐＨ範囲においてメタン発生速度が安定していることが
理解される。
試験における最高ＣＯＤ換算メタン発生速度と調整ｐＨ
との関係を示すグラフであり、ＮａＨＣＯ3が無添加の
場合には最高ＣＯＤ換算メタン発生速度はｐＨ６.５に
おいて２.０（ｇＣＯＤ／ｌ・日）となって極大値を示
し、ｐＨ５.８においては０.８（ｇＣＯＤ／ｌ・日）に
低下した。これに対してＮａＨＣＯ3を５（ｇ／ｌ）添
加した場合には、最高ＣＯＤ換算メタン発生速度はｐＨ
５.８において１.９５（ｇＣＯＤ／ｌ・日）となって極
大値を示し、ｐＨ５.０においては０.２（ｇＣＯＤ／ｌ
・日）に低下したが、ｐＨ５.８〜７.３において１.８
〜１.９５（ｇＣＯＤ／ｌ・日）の範囲にあった・従っ
てＮａＨＣＯ3を添加した方が無添加の場合よりも広い
ｐＨ範囲においてメタン発生速度が安定していることが
理解される。
【００２４】図５はエタノールのメタン発酵における調
整ｐＨと、メタンのＣＯＤ構成比，ＶＦＡの構成比，そ
の他（未反応物など）の構成比の関係を経過日数及びＮ
ａＨＣＯ3添加の有無をパラメータとして示したグラフ
である。ＮａＨＣＯ3が無添加の場合にはｐＨ６.５とｐ
Ｈ７.３においてＶＦＡの構成比が３２％以下であった
が、ｐＨ５.８では５０％以上になり、ｐＨ低下により
ＶＦＡが蓄積する傾向が見られた。これに対してＮａＨ
ＣＯ3を５（ｇ／ｌ）添加した場合には、ｐＨが５.０〜
７.３においてＶＦＡ構成比は３７％以下であった。
又、ｐＨ５.０ではその他物質の構成比が７０％以上と
なり、エタノールからのＶＦＡ生成が妨げられたものと
思われる。
整ｐＨと、メタンのＣＯＤ構成比，ＶＦＡの構成比，そ
の他（未反応物など）の構成比の関係を経過日数及びＮ
ａＨＣＯ3添加の有無をパラメータとして示したグラフ
である。ＮａＨＣＯ3が無添加の場合にはｐＨ６.５とｐ
Ｈ７.３においてＶＦＡの構成比が３２％以下であった
が、ｐＨ５.８では５０％以上になり、ｐＨ低下により
ＶＦＡが蓄積する傾向が見られた。これに対してＮａＨ
ＣＯ3を５（ｇ／ｌ）添加した場合には、ｐＨが５.０〜
７.３においてＶＦＡ構成比は３７％以下であった。
又、ｐＨ５.０ではその他物質の構成比が７０％以上と
なり、エタノールからのＶＦＡ生成が妨げられたものと
思われる。
【００２５】以上の結果から、エタノールのメタン発酵
においてＮａＨＣＯ3無添加の場合には、ｐＨ６.５では
正常なメタン発酵が進行したが、ｐＨ５.８ではＶＦＡ
が蓄積してメタン生成が進行しない。又、ＮａＨＣＯ3
を５（ｇ／ｌ）添加した場合には、ｐＨ５.８〜７.３に
おいて正常なメタン発酵が進行した。しかしｐＨ５.０
ではメタン発生速度が低下して、エタノールからのＶＦ
Ａ生成もあまり進行しなかった。
においてＮａＨＣＯ3無添加の場合には、ｐＨ６.５では
正常なメタン発酵が進行したが、ｐＨ５.８ではＶＦＡ
が蓄積してメタン生成が進行しない。又、ＮａＨＣＯ3
を５（ｇ／ｌ）添加した場合には、ｐＨ５.８〜７.３に
おいて正常なメタン発酵が進行した。しかしｐＨ５.０
ではメタン発生速度が低下して、エタノールからのＶＦ
Ａ生成もあまり進行しなかった。
【００２６】次にエタノールのメタン発酵においては、
エタノールは必ずＶＦＡを経由して酢酸資化性メタン生
成菌及び水素資化性メタン生成菌によりメタン化され
る。特に低ｐＨ条件下では非電離ＶＦＡ／総ＶＦＡの比
率が高くなるため、総ＶＦＡ濃度が同じでもｐＨが低く
なるほど非電離ＶＦＡ濃度が高くなり、メタン生成菌に
対する阻害作用が強くなることが考慮される。
エタノールは必ずＶＦＡを経由して酢酸資化性メタン生
成菌及び水素資化性メタン生成菌によりメタン化され
る。特に低ｐＨ条件下では非電離ＶＦＡ／総ＶＦＡの比
率が高くなるため、総ＶＦＡ濃度が同じでもｐＨが低く
なるほど非電離ＶＦＡ濃度が高くなり、メタン生成菌に
対する阻害作用が強くなることが考慮される。
【００２７】従ってエタノールの低ｐＨ条件下でのメタ
ン発酵を継続して行うことにより、逆にメタン生成菌の
非電離ＶＦＡに対する耐性が高くなってゆくことが期待
される。
ン発酵を継続して行うことにより、逆にメタン生成菌の
非電離ＶＦＡに対する耐性が高くなってゆくことが期待
される。
【００２８】これを確かめるためにメタノールを基質と
してｐＨ５.０で馴養した培養液１容と基本培地２容を
混合し、これに既定量のエタノールを添加して、ｐＨ
５.８及びｐＨ６.５で２１日間培養した。その後これら
の培養液からそれぞれ０.７５リットル（合計で１.５リ
ットル）採取して混合し、基本培地３リットルを添加し
て０.７５リットルずつ細口瓶に分取し、これに既定量
の酢酸ナトリウムを添加してｐＨを調整してからインキ
ュベーションを行い、メタン発生速度とＶＦＡを測定し
た。
してｐＨ５.０で馴養した培養液１容と基本培地２容を
混合し、これに既定量のエタノールを添加して、ｐＨ
５.８及びｐＨ６.５で２１日間培養した。その後これら
の培養液からそれぞれ０.７５リットル（合計で１.５リ
ットル）採取して混合し、基本培地３リットルを添加し
て０.７５リットルずつ細口瓶に分取し、これに既定量
の酢酸ナトリウムを添加してｐＨを調整してからインキ
ュベーションを行い、メタン発生速度とＶＦＡを測定し
た。
【００２９】図６は酢酸ナトリウムを基質としたメタン
発酵ｐＨ依存性試験における累積基質添加量（ｇ）と累
積メタン発生量（ｌ）の経日変化を示している。１５日
間の累積メタン発生量はｐＨ５.８の場合が最高であ
り、以下ｐＨが６.５，５.０，７.３，４.２の順となっ
た。
発酵ｐＨ依存性試験における累積基質添加量（ｇ）と累
積メタン発生量（ｌ）の経日変化を示している。１５日
間の累積メタン発生量はｐＨ５.８の場合が最高であ
り、以下ｐＨが６.５，５.０，７.３，４.２の順となっ
た。
【００３０】表２は酢酸ナトリウムを基質としたメタン
発酵における平均メタン発生速度と平均ＶＦＡ減少速度
及びこれらのｐＨ６.５における平均速度を１００とし
た場合の相対速度を示している。
発酵における平均メタン発生速度と平均ＶＦＡ減少速度
及びこれらのｐＨ６.５における平均速度を１００とし
た場合の相対速度を示している。
【００３１】
【表２】
【００３２】表２によれば、メタン発生速度，ＶＦＡ減
少速度ともにｐＨ５.８が最高であり、二番目がｐＨ６.
５、以下ｐＨ７.３、ｐＨ５.０であり、ｐＨ４.２が最
低となった。
少速度ともにｐＨ５.８が最高であり、二番目がｐＨ６.
５、以下ｐＨ７.３、ｐＨ５.０であり、ｐＨ４.２が最
低となった。
【００３３】通常のメタン発酵の最適ｐＨが６.４〜７.
２の範囲であることを考慮すると、最適ｐＨ範囲が０.
６から０.８程度低ｐＨ域に移行している。更に通常の
メタン発酵ではほとんど活性がないｐＨ５.０において
も酢酸からメタンが生成することが確認された。
２の範囲であることを考慮すると、最適ｐＨ範囲が０.
６から０.８程度低ｐＨ域に移行している。更に通常の
メタン発酵ではほとんど活性がないｐＨ５.０において
も酢酸からメタンが生成することが確認された。
【００３４】表３は酢酸ナトリウムを基質としたメタン
発酵の各調整ｐＨにおけるＶＦＡ，非電離ＶＦＡ，ＣＯ
Ｄ換算の累積メタン発生量／累積基質添加量，ＣＯＤ換
算メタン発生速度を示している。
発酵の各調整ｐＨにおけるＶＦＡ，非電離ＶＦＡ，ＣＯ
Ｄ換算の累積メタン発生量／累積基質添加量，ＣＯＤ換
算メタン発生速度を示している。
【００３５】
【表３】
【００３６】実際にはｐＨ５.８における非電離ＶＦＡ
は１２〜２３０（ｍｇ／ｌ）、ｐＨ５.０では２７８〜
１０７４（ｍｇ／ｌ）の範囲にあった。一般的には非電
離ＶＦＡが１０（ｍｇ／ｌ）以上になると生成菌が阻害
されるといわれているが、本実施例では１０（ｍｇ／
ｌ）よりも２０〜１００倍も高い非電離ＶＦＡ濃度にお
いてもメタン生成がみられることから、非電離ＶＦＡに
対する耐性があるメタン生成菌が集積したものと考えら
れる。
は１２〜２３０（ｍｇ／ｌ）、ｐＨ５.０では２７８〜
１０７４（ｍｇ／ｌ）の範囲にあった。一般的には非電
離ＶＦＡが１０（ｍｇ／ｌ）以上になると生成菌が阻害
されるといわれているが、本実施例では１０（ｍｇ／
ｌ）よりも２０〜１００倍も高い非電離ＶＦＡ濃度にお
いてもメタン生成がみられることから、非電離ＶＦＡに
対する耐性があるメタン生成菌が集積したものと考えら
れる。
【００３７】即ち、メタノールを基質として低ｐＨ条件
で馴養を行い、これを種汚泥としてエタノールを基質と
した比較的低ｐＨ条件下でメタン発酵を行うことによ
り、非電離ＶＦＡに対する耐性が高められたものと考え
ることができる。
で馴養を行い、これを種汚泥としてエタノールを基質と
した比較的低ｐＨ条件下でメタン発酵を行うことによ
り、非電離ＶＦＡに対する耐性が高められたものと考え
ることができる。
【００３８】以上の実験結果から次のような結論が得ら
れた。
れた。
【００３９】（１）メタノールを基質としたｐＨ５.０
で馴養した培養液を種汚泥とし、ＮａＨＣＯ3を添加す
ることにより、エタノールを基質としたメタン発酵にお
いてｐＨ５.８程度の比較的低ｐＨ条件でも正常なメタ
ン発酵を進行させることができる。
で馴養した培養液を種汚泥とし、ＮａＨＣＯ3を添加す
ることにより、エタノールを基質としたメタン発酵にお
いてｐＨ５.８程度の比較的低ｐＨ条件でも正常なメタ
ン発酵を進行させることができる。
【００４０】（２）重炭酸ナトリウムＮａＨＣＯ3を添
加することによって水素と炭酸ガスからのメタン生成が
促進されるとともに、エタノールからのＶＦＡ生成を促
進する作用がある。
加することによって水素と炭酸ガスからのメタン生成が
促進されるとともに、エタノールからのＶＦＡ生成を促
進する作用がある。
【００４１】（３）メタノールを基質としてｐＨ５.０
で馴養した培養液を種汚泥として、エタノールを基質と
してｐＨが５.８，６.５という比較的低ｐＨ条件下にお
いてメタン発酵を行うことにより、非電離ＶＦＡに対す
る耐性が高い酢酸資化性メタン生成菌を集積培養するこ
とができる。
で馴養した培養液を種汚泥として、エタノールを基質と
してｐＨが５.８，６.５という比較的低ｐＨ条件下にお
いてメタン発酵を行うことにより、非電離ＶＦＡに対す
る耐性が高い酢酸資化性メタン生成菌を集積培養するこ
とができる。
【００４２】（４）酢酸ナトリウムを基質にした場合、
ｐＨ５.０，非電離酢酸濃度２７８〜１０７４（ｍｇ／
ｌ）でもメタン活性が高められる。
ｐＨ５.０，非電離酢酸濃度２７８〜１０７４（ｍｇ／
ｌ）でもメタン活性が高められる。
【００４３】尚、本実施例にかかるメタン生成菌の培養
実験に用いた培地は重金属を含まないので、重金属を除
去するための廃液処理は不要であり、単に中和するだけ
で生活排水として都市下水に流すことができる。
実験に用いた培地は重金属を含まないので、重金属を除
去するための廃液処理は不要であり、単に中和するだけ
で生活排水として都市下水に流すことができる。
【００４４】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かるエタノールを基質としたメタン発酵方法によれば、
基本培地に汚泥消化槽から採取した汚泥と種汚泥として
の消化汚泥を加え、これに基質としてエタノールを添加
し、更に重炭酸ナトリウムを添加しｐＨを５.８〜６.５
に調整してから適宜の温度条件下でメタンを発生させる
ことにより、特にｐＨ５.８という低ｐＨ条件でも正常
なメタン発酵を進行させることが可能となり、重炭酸ナ
トリウムを添加することによって水素と炭酸ガスからの
メタン生成が促進されてエタノールからのＶＦＡ生成を
促進するという効果が得られる。
かるエタノールを基質としたメタン発酵方法によれば、
基本培地に汚泥消化槽から採取した汚泥と種汚泥として
の消化汚泥を加え、これに基質としてエタノールを添加
し、更に重炭酸ナトリウムを添加しｐＨを５.８〜６.５
に調整してから適宜の温度条件下でメタンを発生させる
ことにより、特にｐＨ５.８という低ｐＨ条件でも正常
なメタン発酵を進行させることが可能となり、重炭酸ナ
トリウムを添加することによって水素と炭酸ガスからの
メタン生成が促進されてエタノールからのＶＦＡ生成を
促進するという効果が得られる。
【００４５】更にメタノールを基質として馴養した培養
液を種汚泥として、エタノールを基質としてｐＨが５.
８，６.５という低ｐＨ条件下においてメタン発酵を行
うことにより、非電離ＶＦＡに対する耐性が高い酢酸資
化性メタン生成菌を集積培養することができる。
液を種汚泥として、エタノールを基質としてｐＨが５.
８，６.５という低ｐＨ条件下においてメタン発酵を行
うことにより、非電離ＶＦＡに対する耐性が高い酢酸資
化性メタン生成菌を集積培養することができる。
【００４６】従って通常の発酵条件ではメタン発酵が進
行しにくいものとされているエタノールを基質として採
用して有機物のメタン発酵を行うことが可能となり、特
に廃水に対してメタン生成に最適なｐＨの範囲よりも低
いｐＨでも対処可能であるため、メタン発酵処理技術の
実用化をはかることができる。
行しにくいものとされているエタノールを基質として採
用して有機物のメタン発酵を行うことが可能となり、特
に廃水に対してメタン生成に最適なｐＨの範囲よりも低
いｐＨでも対処可能であるため、メタン発酵処理技術の
実用化をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例にかかるエタノールを基質としたメタ
ン発酵に用いた実験装置の概要図。
ン発酵に用いた実験装置の概要図。
【図２】エタノールを基質としたメタン発酵実験におけ
る重炭酸ナトリウム無添加時の累積メタン発生量と累積
エタノール添加量の経日変化を示すグラフ。
る重炭酸ナトリウム無添加時の累積メタン発生量と累積
エタノール添加量の経日変化を示すグラフ。
【図３】エタノールを基質としたメタン発酵実験におけ
る重炭酸ナトリウム添加時の累積メタン発生量と累積エ
タノール添加量の経日変化を示すグラフ。
る重炭酸ナトリウム添加時の累積メタン発生量と累積エ
タノール添加量の経日変化を示すグラフ。
【図４】エタノールのメタン発酵における最高ＣＯＤ換
算メタン発生速度と調整ｐＨとの関係を示すグラフ。
算メタン発生速度と調整ｐＨとの関係を示すグラフ。
【図５】エタノールのメタン発酵における調整ｐＨと、
メタンのＣＯＤ構成比，ＶＦＡの構成比，その他の構成
比と経過日数の関係を示すグラフ。
メタンのＣＯＤ構成比，ＶＦＡの構成比，その他の構成
比と経過日数の関係を示すグラフ。
【図６】酢酸ナトリウムを基質としたメタン発酵におけ
る累積基質添加量と累積メタン発生量の経日変化を示す
グラフ。
る累積基質添加量と累積メタン発生量の経日変化を示す
グラフ。
１…水槽 ２…投げ込みヒータ ３…細口ビン ４…支持棒 ５…紐 ６，１０…ガス導管 ７…洗気ビン ８…ガスホルダ ９…スケール
Claims (3)
- 【請求項１】 基本培地に汚泥消化槽から採取した汚泥
と種汚泥としての消化汚泥を加え、これに基質としてエ
タノールを添加し、更に重炭酸ナトリウムを添加してｐ
Ｈを調整してから適宜の温度条件下でメタンを発生させ
ることを特徴とするエタノールを基質としたメタン発酵
方法。 - 【請求項２】 基本培地に汚泥消化槽から採取した汚泥
と種汚泥としての消化汚泥を加え、これに基質としてエ
タノールと適量の重炭酸ナトリウムを添加してｐＨ５.
８〜６.５に調整し、適宜の温度条件下でメタンを発生
させることを特徴とするエタノールを基質としたメタン
発酵方法。 - 【請求項３】 前記エタノールのメタン発酵を行うこと
によって非電離ＶＦＡ（揮発性有機酸）に対する耐性を
高めるとともに、メタン生成活性を有する酢酸資化性メ
タン生成菌を集積培養するｐＨ条件として、ｐＨ５.０
近辺の低ｐＨ条件に調整することを特徴とする請求項
１，２記載のエタノールを基質としたメタン発酵方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7266555A JPH09108700A (ja) | 1995-10-16 | 1995-10-16 | エタノールを基質としたメタン発酵方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7266555A JPH09108700A (ja) | 1995-10-16 | 1995-10-16 | エタノールを基質としたメタン発酵方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09108700A true JPH09108700A (ja) | 1997-04-28 |
Family
ID=17432474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7266555A Pending JPH09108700A (ja) | 1995-10-16 | 1995-10-16 | エタノールを基質としたメタン発酵方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09108700A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013059731A (ja) * | 2011-09-14 | 2013-04-04 | Swing Corp | パルプ工場廃水の嫌気性処理方法及び装置 |
-
1995
- 1995-10-16 JP JP7266555A patent/JPH09108700A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013059731A (ja) * | 2011-09-14 | 2013-04-04 | Swing Corp | パルプ工場廃水の嫌気性処理方法及び装置 |
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