| 1.課題の分類 北海道 畜産 豚 環境保全 滝川畜試 2.試験課題名 積雪寒冷地における豚ふん尿のメタン発酵による処理利用技術の開発 (家畜ふん尿の好気性及び嫌気性処理・利用技術の開発試験) (低温メタン発酵菌群の分離同定と寒地メタン発酵技術の確立に関する研究) 3.予算区分 道単 共同研究 4.研究期間 平成元年〜5年 5.滝川畜試 研究部 草地飼料作物科 畜産資源開発科 養豚科 6.協力分担 衛生研究所 |
7.目的
家畜ふん尿の嫌気性処理・利用技術として、低温活性の高い優良汚泥を利用した寒冷地型メタン発酵システムを開発するとともにメタン発酵消化液の液肥としての効果を検討する。
8.試験研究方法
1.優良汚泥の発酵特性の評価
2.優良汚泥の大量培養
3.テストプラントでの実証
4.メタン発酵消化液の液肥としての効果
5.メタン発酵消化液のBOD,COD、大腸菌数及ぴ臭気
6.優良メタン発酵菌群の分離同定
9.結果の概要・要約
1）優良汚泥の発酵特性の評価
十勝地方から採取した優良汚泥No.110は、25℃、有機物負荷量7㎏/㎡/日の培養条件下で標準汚泥35℃
培養の89%にあたる1,786L/㎡/日のメタンガス発生量を記録した。なお、標準汚泥は25℃培養では3㎏/㎡/日
の有機物負荷量で発泡し、メタン発酵能力は低下した。
2）優良汚泥の大量培養
No.110汚泥を、200Lの培養槽で培養し、メタンガス発生量を測定した。No.11O汚泥は200Lの大量培養下
でも、有機物負荷量5.O㎏/㎡/日で1253L/㎡/日のガス発生量があった。
3）テストプラントでの実証
厳寒期にNo.110汚泥をテストプラントで培養した。No.110汚泥は4.Okg/㎡/日の有機物負荷量で1,089Lの
メタンガス発生量があり、厳寒期でも発酵槽維持を上回る余剰ガスが得られることを実証した。
4）メタン発酵消化液の液肥としての効果
2種類の汚泥のメタン発酵消化液をアルファルファとオーチャードグラス主体草地に散布し、牧草の生育、
収量を調査した。
早春に消化液を3t/10a散布することにより、N-5㎏水準の施肥区を上回る1番草収量が得られた。
消化液を液肥として散布後、比較的早くに臭気は消失した。
5）メタン発酵消化液のBOD,COD、大腸菌数及び臭気
メタン発酵材料となる豚糞搾汁液と発酵後の消化液について標記項目を測定した。BODはメタン発酵後約半
分に低下した。CODは約63%に低下した。大腸菌数は1/1O以下に低下していた。臭気は、豚糞搾汁液が
硫化水素主体の臭気であるのに対し、消化液はアンモニアの臭気だけが検出された。
6）優良メタン発酵菌群の分離同定
優良汚泥から有機物分解菌およびメタン生成菌を分離同定した。No.110汚泥からはセルロース分解菌
Aspergillus niger SHM-1とメタン生成菌Methanogenium olentangyi SHMF-21が分離同定された。
10.主要成果の具体的数字
表1. 有機物負荷量とメタンガス発生量(l/㎡/日)及び消化液の性状
| 汚泥 No. |
培養 温度 |
有機物 負荷量 (㎏/㎡) |
発生ガス | 消化液の性状 | 備 考 | ||||
| ガス発生量 | メタン濃度％ | メタン発生量 | pH | 固形物含量％ | 有機物含量％ | ||||
| 104 110 標準汚泥 標準汚泥 |
25℃ 〃 〃 35℃ |
1.0 | 620 590 654 613 |
59.4 57.8 59.2 58.7 |
368 341 387 360 |
7.39 7.44 7.87 7.93 |
4.03 8.71 3.80 4.71 |
2.76 3.20 2.69 2.83 |
優良汚泥の 発酵特性 (200L培養槽) |
| 104 110 標準汚泥 標準汚泥 |
25℃ 〃 〃 35℃ |
3.0 | 1350 1192 690 1510 |
59.7 60.0 58.1 61.4 |
806 715 401 927 |
7.68 7.67 7.49 7.88 |
5.42 5.60 5.71 4.49 |
3.79 3.65 4.02発泡 2.95 |
|
| 104 110 標準汚泥 |
25℃ 〃 35℃ |
5.0 | 912 2182 2205 |
62.1 64.1 65.8 |
566 1398 1451 |
7.73 7.69 7.85 |
5.91 6.90 4.85 |
4.14発泡 5.10 3.48 |
|
| 110 標準汚泥 |
25℃ 35℃ |
7.0 | 2857 3110 |
62.5 64.2 |
1786 1997 |
7.77 7.93 |
6.66 5.35 |
4.92発泡 3.58発泡 |
|
| 標準汚泥 〃 |
25℃ 〃 |
1.2 2.4 |
718 1451 |
61.4 61.6 |
441 894 |
7.68 7.81 |
4.73 5.34 |
3.07 3.46発泡 |
大量培養法 (200L培養槽) |
| 110 〃 〃 |
25℃ 〃 〃 |
2.4 3.6 5.0 |
1032 1601 1998 |
58.0 64.2 62.7 |
599 1028 1253 |
7.72 7.80 7.75 |
5.30 5.90 6.50 |
3.90 3.90 4.50 |
|
| 標準汚泥 〃 〃 |
37℃ 25℃ 21℃ |
4.6 2.0 1.8 |
1912 1152 802 |
57.0 60.1 56.4 |
1090 691 452 |
8.07 7.70 7.70 |
7.30 6.80 6.60 |
5.00 4.70 4.50発泡 |
テストプラント での実証 |
| 110 | 25℃ | 4.0 | 1833 | 59.4 | 1089 | 7.42 | 7.10 | 5.56 | |
表2 消化液を散布した草地の乾物収量 (㎏/10a)
| 項目 | 平成5年 | 平 成 6 年 | ||||||||||
| アルファルファ単播 | アルファルファ単播 | オーチャードグラス＋ラジノクローパ | ||||||||||
| 1番草 | 2番草 | 3番草 | 年計 | 1番草 | 2番草 | 3番草 | 年計 | 1番草 | 2番草 | 3番草 | 年計 | |
| 消化液6t/10a | 500a | 235 | 191 | 926ab | 547a | 212 | 270 | 1029 | 377a | 254a | 263a | 894a |
| 〃 3t/10a | 499a | 254 | 182 | 935b | 519a | 186 | 275 | 980 | 309b | 164b | 150b | 623b |
| N5㎏/10a施用1) | 443b | 219 | 185 | 847cd | 455b | 183 | 300 | 938 | 259bc | 141bc | 128b | 528bc |
| 無 施用 | 400c | 236 | 178 | 814d | 456b | 179 | 263 | 897 | 226c | 104c | 146b | 476c |
表3 消化液のBOD・COD・大腸菌及ぴ臭気
| 項目 | BOD(mg/l) | COD(㎎/l) | 大腸菌(個/ml) | 臭気指数 | NH4(ppm) | H2S(ppm) |
| No.110 消化液 | 30,000 | 17,000 | 3,000 | 53.7 | 260< | ND |
| 標準汚泥 〃 | 29,000 | 17,000 | 20,000 | 57.4 | 260< | ND |
| 豚糞搾汁液 | 56,000 | 27,000 | 27,000 | 57.4 | 1< | 6 |
11.成果の活用面と留意事項
1.No.110汚泥は、寒冷地における25℃でのメタン発酵システムに有効である。
2.メタン発酵消化液は、スラリーの施用基準に準じて草地に利用出来る。
12.残された問題とその対応
1.牛糞における効果の確認が必要である。