アンモニウム濃度低減化によるメタン発酵脱離液の植物生育障害の改善

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要約

メタン発酵脱離液のアンモニウム濃度と発芽インデックスは負の相関があり、曝気処理による脱離液中アンモニウム濃度の低減化によりコマツナ種子に対するメタン発酵脱離液の生育障害は改善される。

キーワード:メタン脱離液、曝気処理、発芽インデックス、アンモニア、家畜ふん尿、ブタ、畜産環境
担当:畜産草地研・畜産環境部・環境浄化研究室
連絡先:電話029-838-8677、電子メールhanadi@affrc.go.jp
区分:畜産草地
分類:科学・参考

背景・ねらい

メタン発酵処理はエネルギーの回収と処理物の浄化を両立することができる技術として近年注目されているが、処理過程における投入物の減容については多くを望めない。年々厳しくなる排水の水質基準を勘案すると、メタン発酵脱離液(メタン発酵消化液を重力沈降させた上清部)は浄化放流するよりも、農地等において肥料資源として利用することが望ましい。そこで家畜ふん尿を主原料としたメタン発酵脱離液の利用性向上、特に生育障害の改善を目的として、コマツナ種子の発芽インデックスを指標とした曝気処理の効果について検討を行う。

成果の内容・特徴

曝気直後から脱離液のpHは上昇し、1日目以降では低曝気区(100ml/min/3L)は8.6～8.9、高曝気区(400ml/min/3L)は8.9～9.2で推移し、14日間の曝気期間を通じて高曝気区の方が高い値で推移する。
低曝気区においては、脱離液中の全窒素およびアンモニウム態窒素は変化しないが、高曝気区では全窒素とアンモニウム態窒素が同時期に、また同様の勾配で低下する(図1)。硝酸・亜硝酸の蓄積は認められず、アンモニウム態窒素の減少量は、全窒素の減少量の99%に相当する。
生育障害の影響が鋭敏に現れる根長によるアッセイを行うため、いずれのサンプルにおいても発芽が認められる脱離液の12倍希釈液を用いて発芽インデックス(GI)を測定すると、図2に示すように高曝気区におけるGIは曝気期間の延長に伴い有意に上昇する。このGIの上昇は液中アンモニウム態窒素の減少と時期を同じくしている。
        GI (%) = (Gt × Lt × 100) / (Gc × Lc)
        Gt: 処理区の平均発芽数,Lt: 処理区の平均根長
        Gc: 対照区の平均発芽数,Lc: 対照区の平均根長
GIと液中アンモニウム態窒素には負の相関が認められる(図3)。
GIが33.1%、52.3%であった高曝気区の経過日数7、11日目(それぞれD7およびD11)のサンプルに同日の低曝気区と同様のアンモニウム濃度になるように人為的にアンモニア水を添加すると、GIは低下し低曝気区と同様の値となる(図4)。
これらから家畜ふん尿を主原料としたメタン発酵脱離液の生育障害物質の主要成分はアンモニウムであること、また曝気処理によるアンモニウム濃度の低下が生育障害の改善に寄与していることが分かる。