炭化繊維布の投入による直接電子伝達の促進と緩速撹拌によるメタン発酵の効率化

添加碳化纤维布促进电子直接传递，缓慢搅拌提高沼气发酵效率

• 批准号: 22K04375
• 负责人: 松本 明人
• 金额: $ 2.33万
• 依托单位: Shinshu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04375/
• 关键词: メタン発酵; 緩速撹拌; 可溶性でんぷん; 導電性炭化繊維布; セルロース; プロピオン酸; 回分式バイアル試験; 菌叢解析; 炭化繊維布; 異種間直接電子伝達; 廃棄物系バイオマス

本研究では廃棄物系バイオマスのメタン発酵の効率化のため、槽内を緩速撹拌（10 rpm）することで菌体など固形物を反応槽底部に沈降させ、菌体の高濃度化と固形物同士の長時間接触により、発酵の効率化を図る。さらに槽内へ導電性の多孔質炭化繊維布を投入することで、細菌間の直接電子伝達を促進し、より円滑な発酵を目指す。令和4年度は導電性炭化繊維布（直径6 mmの円型に加工）の添加効果の確認と最適添加量を求めるため、回分実験をおこなった。添加量は液相部の重量パーセントで0 %、0.1 %、1 %とし、基質にはプロピオン酸ナトリウム、可溶性でんぷん、ろ紙粉末を用いた。実験の結果、メタン生成ポテンシャルに関してはいずれの基質とも炭化繊維布添加による効果は見られなかったが、一次反応速度定数に関してはプロピオン酸ナトリウムでは0.1 ％添加で14 %、1 ％添加で10 %、可溶性でんぷんでは0.1 ％添加で7 %、1 ％添加で11 %、、ろ紙粉末では0.1 ％添加で28 %、1 ％添加で15 %と添加による速度定数の増大が確認された。なお菌叢は基質の種類や炭化繊維布添加により、変化した。また緩速撹拌条件（撹拌子回転速度:10 rpm）での処理が、溶解性有機物排水処理でも問題ないかを調べるため、可溶性でんぷんを基質に用い、撹拌子回転速度10 rpmおよび完全混合状態になる100 rpmで連続実験をおこなった。運転pHはでんぷんのメタン発酵の至適pHである6.6とした。実験の結果、回転速度10 rpmでのメタン転換率は77 ％、回転速度100 rpmでの転換率は72 ％となり、溶解性有機物排水の処理でも緩速撹拌で完全混合状態と同等な処理性能が得られた。菌叢に関しては、pH 7.1でのメタン発酵では両回転速度ともBacteroidotaが寡占していた（pH 6.6に関しては5年度に解析する）。

在这项研究中，为了提高废物基生物质的甲烷发酵效率，储罐的内部被缓慢搅拌（10 rpm），以解决诸如反应罐底部的细菌，从而增加了细菌的浓度和固体之间的浓度，从而长时间提高了发酵效率。此外，通过将导电多孔的碳化纤维布放入水箱中，促进了细菌之间的直接电子转移，发酵旨在更平滑。在2022年，我们进行了批处理实验，以确认添加导电碳化纤维布的效果（加工成直径为6 mm的圆形形状）并确定最佳添加含量。液相相位重量的添加含量为0％，0.1％和1％，丙酸钠，可溶性淀粉和滤纸粉被用作底物。该实验表明，通过添加碳化纤维布在任何两种底物的甲烷剂潜力中都没有观察到任何影响，但是由于添加了0.1％的丙酸钠，添加了0.1％的1％，添加的1％，添加0.1％的0％，为0.1％添加的1％，为0.1％添加的0％，为0.1％添加的0％和15％的次数为15％，possectate添加了0.1％，pripionate的一级反应速率常数为14％。根据底物的类型和添加碳化纤维布的不同，菌群的变化。此外，为了确定在缓慢的搅拌条件下（搅拌棒的旋转速度：10 rpm的旋转速度）是可溶性有机废水处理的问题，将可溶性淀粉用作底物，并以10 rpm的搅拌杆旋转速度进行连续实验，并进行完全混合的状态。工作pH值为6.6，是淀粉甲烷发酵的最佳pH值。该实验表明，旋转速度的甲烷转化率为10 rpm的速度为77％，旋转速度100 rpm的转化率为72％，即使处理可溶性有机废水，也可以通过缓慢搅拌来实现与完全混合状态的处理性能。关于菌群，杆菌构成了pH 7.1甲烷发酵的两种旋转速度的寡头（pH 6.6将在第五会计年度进行分析）。