メタン菌
硫酸還元菌 水素の場合:ΔG’ = −152 kJ/mol 酢酸の場合:ΔG’ = −47 kJ/mol
メタン生成菌 水素の場合:ΔG’ = −135 kJ/mol 酢酸の場合:ΔG’ = −31 kJ/mol
したがって、効率は鉄細菌が特に優れており、電子受容体として鉄が存在する場合は鉄細菌が優占する。同様に硫酸イオンが存在する場合は硫酸還元菌が優占する。鉄も硫酸イオンも無い環境で、水素が豊富な環境で初めてメタン生成菌が増殖可能となる。ただし、細菌類、原虫とメタン生成菌が共生する場合はこの限りでない。
共生の場合は嫌気条件下における嫌気性細菌の有機酸分解の効率が低いことを考える。例えば低級脂肪酸を嫌気的に分解すると以下の反応式となる。
CH 3 CH 2 CH 2 COO − + 2 H 2 O ⟶ 2 HC 3 COO − + H + + 2 H 2 {\displaystyle {\ce {CH3CH2CH2COO^-\ + 2H2O -> 2HC3COO^-\ + H^+\ + 2H2}}}
この反応の標準自由エネルギー変化は ΔG’ = +48.3 kJ/mol と吸エルゴン反応であり、酢酸や水素の濃度を下げない限りは起こりえない反応である。そこで、メタン生成菌の以下の反応により上記の反応を進行させる。
排水処理:下水処理場などの嫌気性消化槽や、高濃度有機排水の処理など、含水率95%以上で運用される。
廃棄物処理:家畜糞尿などの有機廃棄物をコンポスト化し、ガスも利用する。ドイツで導入例が多く、含水率は90%以上。
乾式処理:都市ゴミ(生ゴミと故紙)を高温発酵させる方式。ベルギーやデンマークで開発され、含水率は70%以上。
メタン生成菌は増殖速度が小さいため、処理水とともに流亡しないよう、菌体保持に工夫をこらした、各種のメタン発酵リアクターが開発されている。
嫌気性固定法 (UAFP:upflow anaerobic filter process)
嫌気性流動床法 (AFBR:anaerobic fluidized bed reactor)
上向流嫌気性汚泥床法 (UASB:upflow anaerobic sludge blanket reactor)