メタン菌
メタン生成菌をはじめ、複数の原核生物が共生することによって真核生物になり、やがて人類へと進化したという説がある。特にメタン生成菌を真核生物本体の起源とする説を水素仮説という。
淡水堆積物は発酵性真正細菌の働きが活発であり、硫酸イオンに乏しい。そのため、有機物はほとんど二酸化炭素、ギ酸、酢酸にまで分解される。また有機酸を電子供与体として水素も発生するので、メタン生成菌の生育の場としては理想的である。特に、淡水中では酢酸の量が多く、淡水で発生するメタン生成の60%は酢酸、40%は水素、二酸化炭素経由である。
多くのメタン生成菌が湖沼や嫌気消化槽から分離されているものの、潜在的なメタン発生源となっているとされる水田から分離された種は多くなく、Methanobacterium spp.や Methanoculleus spp. などが知られるだけである。これは、水田土壌が農閑期に乾燥状態に置かれるため、偏性嫌気性のメタン生成菌の中では特に酸素耐性が高い種が優勢になり、分離される率が高いからだという説もある。しかし最近では、RICEクラスターと言われる難培養性の水田由来のメタン生成菌が多く分離されている。
主にメタンガスを得るバイオリアクターとしての応用が盛んで、エネルギー獲得型廃水処理に用いられている。メタン生成経路は必然的に嫌気性生物処理となり、活性汚泥法など好気性生物処理と比較すると、次のような特徴を持つ。
炭素がメタンガスとなるため、余剰汚泥発生率が低い。また、消化汚泥は安定化され腐敗しにくい。
曝気装置が不要。ただし、攪拌装置としてガス撹拌ブロワを利用する場合がある。
燃料として利用可能な、バイオガスが得られ(利用には、硫化水素やシロキサンを除去する必要がある)
滞留時間が長く、極端な還元状態に保たれるため、ほとんどの病原体が死滅する
活性汚泥法でよく問題となる、バルキングが発生しない(別原因による発泡現象が固液分離を妨げることがある)
硫化水素により、有害な重金属イオンが難溶性の硫化物となって固定・分離される
メタン生成経路の反応速度が遅いため、滞留時間が長くなり、処理装置の容積が大きくなる
窒素からアンモニアが生じ、pHが高いと毒性を示すほか、難溶性のMAP結晶が装置内に蓄積する
反応維持に必要な有機物濃度が高く、低濃度まで浄化できない。仕上げ工程として好気処理が必要。
メタン生成菌の活性が低下すると、揮発性脂肪酸が大量に残留するため、悪臭が発生する