嫌気性プロセスとは何か？
発酵
「嫌気性」とは酸素を使わないプロセスを指します。酸素がない状態で有機物が分解されると発酵が起こります。嫌気性微生物はリン、窒素などの栄養素を利用して原形質を形成し、酸素を利用する細菌とは異なり、有機窒素を酸やアンモニアに変換します。また、炭素はメタンガスとして放出され、一部は二酸化炭素として拡散します。
有機物の分解
沼地では嫌気性発酵により大量のメタンが生成されます。有機物が腐敗すると硫化水素やメルカプタンなど硫黄を含む化合物が発生し、嫌な臭いが出ます。嫌気性プロセスで分解された有機物は最終的に腐植土（humus）になります。
腐植土
腐植土は園芸や農業に重要な資材です。嫌気性分解では僅かな酸化が起こりますが、資材としての機能を損なうことはありません。有機物はエネルギーが豊富で、嫌気性分解でも熱が発生しますが、好気性分解ほど高温にならず、病原菌を死滅させるほどの温度には達しません。ただし、環境が病原菌にとって不適切であり、競合する微生物がいるため、自然に減少します。
水分
嫌気性堆肥化は高い水分環境で起こりやすく、水分が酸素の侵入を阻むバリアとなります。嫌な臭いが出ることがありますが、材料を水に浸すことでガスが溶解し、大気中への放出が遅くなるため、臭いが軽減されます。
嫌気性消化
嫌気性消化は主に4つの段階で進行します。
- 加水分解：水が有機物の化学結合を切断し、単純な有機分子に分解します。
- 発酵（酸生成）：バクテリア、酵素、カビ、酵母が炭水化物を分解し、酸を生成します。
- 酢酸生成：酢酸生成菌が発酵産物を酢酸に変換します。
- メタン生成：メタン生成菌が酢酸、氢、二酸化炭素を分解し、メタンと二酸化炭素を産生します。メタン生成菌は水素濃度を低く保つことで、酢酸生成菌の働きを助けます。
応用例
嫌気性消化は下水処理や腐植土の生成に重要な役割を果たします。このプロセスにより、汚水中の有機汚染物質は二酸化炭素、メタン、少量のバイオ固形物に変換されます。また、生成したメタンは燃料として利用できます。分解過程で酸が生成されpHが低下するため、メタン生成を安定させるには重炭酸ナトリウム（炭酸水素ナトリウム）を添加してアルカリ性を保ちます。