廃活性汚泥の嫌気性発酵をNaCl補助加水分解法で強化した。短鎖脂肪酸のバイオ生産性向上とNaCl再利用の実現可能性

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Bioresour. Technol..2020 Sep;312:123303. S0960-8524(20)30575-7. doi: 10.1016/j.biortech.2020.123303.Epub 2020-04-05.

廃活性汚泥の嫌気性発酵をNaCl補助加水分解法で強化した。短鎖脂肪酸のバイオ生産性向上とNaCl再利用の実現可能性

Enhanced anaerobic fermentation of waste activated sludge by NaCl assistant hydrolysis strategy: Improved bio-production of short-chain fatty acids and feasibility of NaCl reuse.

Heliang Pang
Jie Xu
Junguo He
Xinlei Pan
Yingqun Ma
Le Li
Kunyi Li
Zhongsen Yan
Jun Nan

PMID: 32521466 DOI: 10.1016/j.biortech.2020.123303.

抄録

本研究では、廃活性汚泥からの短鎖脂肪酸生産を促進するための経済的な方法を開発した。20g/LのNaCl添加により、浸透圧の作用により細胞外高分子物質（EPS）の崩壊と細胞溶解が誘導され、WASの可溶化が促進され、生分解性有機物の放出が促進された。その結果、SCODは対照群の1462mg/Lに対し、加水分解2日後には4092mg/L(SCOD/TCOD=23.9%)にまで上昇した。4日間の嫌気発酵後、288.2mg COD/g VSSのかなりのSCFAs生産が達成された。SCFAsの60%以上は酢酸とプロピオン酸で構成されていた。発酵液を利用した微生物燃料電池（MFC）でのバイオ電気分解の実現可能性を評価した。その結果、製造されたSCFAsはエネルギー回収とともに消費され、それにより使用されたNaClは再利用可能となり、NaClの消費量とコストの削減、残留NaClの無視できる程度の残留NaClなどの環境的・経済的利益を創出した。

This study developed an economical approach for enhancing short-chain fatty acids (SCFAs) production from waste activated sludge (WAS) by NaCl assistant anaerobic fermentation. With NaCl addition at 20 g/L, sludge disintegration with extracellular polymeric substance (EPS) disruption and cell lysis were induced owing to the attack of osmotic pressure, which facilitated WAS solubilization with release of biodegradable organic matters. The SCOD sharply increased to 4092 mg/L (SCOD/TCOD = 23.9%) after 2-day hydrolysis, against 1462 mg/L in the control. After 4-day anaerobic fermentation, considerable SCFAs production of 288.2 mg COD/g VSS was achievable. More than 60% of the SCFAs was composed of acetic and propionic acids. The feasibility of bio-electrogenesis in microbial fuel cell (MFC) utilizing fermentative liquid was assessed. As such, the produced SCFAs could be consumed with energy recovery, thereby the used NaCl was reusable, which created environmental and economic benefits, e.g. reduced NaCl consumption and cost, negligible residual NaCl.