造粒化汚泥内におけるpH勾配を利用した蛋白質系廃水の高効率メタン発酵の開発

利用颗粒污泥中的 pH 梯度开发蛋白质废水的高效甲烷发酵

• 批准号: 07750640
• 负责人: 松本 明人
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Shinshu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07750640/
• 关键词: pH; 阻害; 遊離の脂肪酸; 遊離のアンモニア; 蛋白質; UASB; 槽内水の循環

実験はグラニュール汚泥をUASBリアクター(有効容積2.51)に充填し、基質にポリペプトンを用い、温度30〜35℃、HRT2.5日の下でおこなった。まず基質濃度を2000、4000、8000mg/lと段階的に増大させ、実験をおこなった。その結果、いずれの基質濃度でもCOD除去率は92〜96%と、良好なメタン生成がおこった。なおその時のpHは7.4から7.6であった。基質濃度変動試験終了後、pH変動試験をおこなった。pH7.6から6.8までは、COD除去率がほぼ96%以上と良好なメタン発酵が起きたが、pH6.1でメタン生成は阻害され、COD除去率は78%まで低下した。その際、プロピオン酸が蓄積し、その濃度は510mg/に達した。その後、pHを6.5まで高めたところ、残存プロピオン酸濃度は130mg/lまで減少し、メタン生成も回復した。一方、実験を通じて測定されたアンモニア性窒素濃度は130〜200mg/lで、阻害が起きる濃度ではなかった。ところで脂肪酸による阻害もアンモニアによる阻害も遊離のかたちになると起こることがわかっている。つまり、脂肪酸の場合、pHが低くなればなるほど、遊離の脂肪酸になる割合が増えメタン発酵には不利になり、アンモニアの場合はpHが高くなればなるほど、遊離のアンモニアの割合が増えメタン発酵が阻害される。このことは分解の際にアンモニア性窒素を放出する蛋白質のメタン発酵では重要であり、アンモニアと脂肪酸による阻害を同時に低くするpHでの運転が必要となる。今回の実験ではアンモニア濃度は低く、阻害が起きるほどではなかったが、遊離のアンモニア濃度を下げ、しかも遊離の脂肪酸による阻害を防ぎ良好なメタン生成を可能にするpHとして6.8が求められた。このほか槽内水を循環することにより生成ガスの汚泥床での蓄積が防げることがわかった。

实验在UASB反应器（有效体积2.51）中填充颗粒污泥，以聚蛋白胨为底物，温度30-35℃，HRT为2.5天。首先，通过将底物浓度逐步增加至2000、4000和8000mg/l来进行实验。结果，在所有底物浓度下，甲烷产量良好，COD 去除率为 92-96%。此时的pH为7.4至7.6。完成底物浓度变化测试后，进行pH变化测试。从pH 7.6到6.8，甲烷发酵发生良好，COD去除率约为96%或更高，但在pH 6.1时，甲烷产生受到抑制，COD去除率降至78%。此时，丙酸积累，其浓度达到510mg/。随后，当pH值升至6.5时，残留丙酸浓度降至130毫克/升，甲烷产量也恢复。另一方面，整个实验中测得的氨氮浓度为130至200毫克/升，这并不是引起抑制的浓度。顺便说一句，众所周知，脂肪酸和氨的抑制作用以游离形式发生。换句话说，就脂肪酸而言，pH越低，游离脂肪酸的比例越高，这对甲烷发酵不利；而pH越高，游离氨的比例越高，这对甲烷发酵不利。甲烷发酵受到抑制。这对于蛋白质的甲烷发酵非常重要，蛋白质在分解时会释放氨氮，需要在同时减少氨和脂肪酸抑制的 pH 值下进行操作。在本实验中，氨浓度较低且不足以引起抑制，但需要 6.8 的 pH 值来降低游离氨浓度，防止游离脂肪酸的抑制，并能够良好地产生甲烷。另外，发现通过使水箱中的水循环，可以防止产生的气体积聚在污泥床上。