豚糞と食品廃棄物の嫌気性共消化における全固形分量の影響。メタン生成経路のシフトについての洞察

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Waste Manag.2020 Jul;114:96-106. S0956-053X(20)30358-5. doi: 10.1016/j.wasman.2020.06.048.Epub 2020-07-10.

豚糞と食品廃棄物の嫌気性共消化における全固形分量の影響。メタン生成経路のシフトについての洞察

Impact of total solids content on anaerobic co-digestion of pig manure and food waste: Insights into shifting of the methanogenic pathway.

Zhongzhong Wang
Yan Jiang
Shun Wang
Yizhen Zhang
Yuansheng Hu
Zhen-Hu Hu
Guangxue Wu
Xinmin Zhan

PMID: 32659692 DOI: 10.1016/j.wasman.2020.06.048.

抄録

乾式嫌気性消化（AD）は、家畜廃棄物や食品廃棄物のような固形分の高い有機性廃棄物の処理において湿式ADに比べて有利であるが、全固形分（TS）が高いとADの性能に影響を与える。本研究では、豚糞(PM)と生ごみ(FW)を、異なる総固形分濃度(R, TS 5%, R, TS 10%, R, TS 15%, R, TS 20%)で共消化した消化器のメタン生成量を評価した。その結果、比メタン収量は、TS含有量が5%から15%に増加しても有意な差はなかったが(278.8-291.7 NmL/g VS)、TS含有量が20%になると減少することがわかった(259.8 NmL/g VS)。全揮発性脂肪酸と日量メタン生成量の2つのピークが高固形消化剤(R-R)で観察されたが、湿潤AD(R)では1つのピークのみが観察された。本研究では、高固形分濃度での2つのピークを持つメタン生成挙動を記述するために、新たなキネティクスモデルを開発した。微生物群集構造の解析から、低固形分濃度系と高固形分濃度系ではメタン生成経路が異なることが明らかになった。乾燥AD(R)系では、アセトクラスティック経路から混成栄養経路及び水素栄養経路へと移行しており、混成栄養経路及び水素栄養経路のメタノゲンが優勢であることが明らかになった。

Dry anaerobic digestion (AD) has advantages over wet AD in treating high-solid organic wastes like livestock and food wastes, but an elevated total solids (TS) content would affect the AD performances. In this study, methane production of digesters co-digesting pig manure (PM) and food waste (FW) at different TS contents (R, TS 5%; R, TS 10%; R, TS 15%; and R, TS 20%) was assessed. The results showed the specific methane yield had no significant difference with the increase of TS contents from 5% to 15% (278.8-291.7 NmL/g VS), while it was reduced at a 20% TS content (259.8 NmL/g VS). Two peaks of total volatile fatty acids and daily methane production were observed in the high-solid digesters (R-R), while only one peak occurred in wet AD (R). A new kinetics model was developed to describe the two-peak methane production behavior at high TS contents. The analysis on the microbial community structure clearly showed the different evolutions of methanogenic pathways in low and high solids content systems. In dry AD (R), there was a general shifting from the acetoclastic pathway, to mixotrophic pathway and hydrogenotrophic pathway, with the dominance of mixotrophic and hydrogenotrophic methanogens.