嫌気性消化におけるテトラサイクリン除去とメタン生成のトレードオフ：粒状活性炭と電気刺激の相反する役割

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides mechanistic insights into the antagonistic effects of GAC and electrical stimulation in anaerobic digestion, informing future hybrid system designs.

🏢実務担当者:Offers practical guidance for wastewater treatment plant operators considering GAC or electrical stimulation to avoid unintended methane suppression.

廃水中のテトラサイクリン（TC）は嫌気性消化中のメタン生成を阻害する。粒状活性炭（GAC）と電気刺激は単独ではTC阻害を緩和することが示されているが、それらの複合効果は依然として不明である。4基の上向流嫌気性スラッジブランケット（UASB）リアクターを5 mg/LのTC条件下で運転し、UASB CON（対照）、UASB GAC（5 g/LのGACを添加）、UASB ELE（0.6 Vの電圧を印加）、UASB GAC/ELE（5 g/LのGACを添加し0.6 Vを印加）と指定した。電圧はUASB ELEおよびUASB GAC/ELEにおいて印加（ステージⅠ）、停止（ステージⅡ）、再開（ステージⅢ）された。ステージIの安定期間中、UASB GACはUASB CONと比較してメタン生成を24.8%向上させた（p < 0.001）一方、UASB ELEはUASB CONと同等のままであった。ステージIにおけるTC除去効率は、UASB GAC（64.0%）> UASB GAC/ELE（57.5%）> UASB CON（34.5%）> UASB ELE（30.1%）の順であった。単独添加のリアクターはいずれもTC除去とメタン生成のトレードオフを示さなかった。対照的に、UASB GAC/ELEはUASB CONと比較してメタン生成を71.0%抑制し（p < 0.001）、持続的なトレードオフ（R² = 0.492、p < 0.001）が見られた。UASB GACでは、GACの吸着が当初は生物学的利用可能なTCを低減し、メタン生成を維持した。一方、UASB ELEはゾーン依存的な群集構造を示した：TC分解属は電極近傍ゾーン（陰極および陽極バイオマスの合計；バルク汚泥の3.4倍）で富化された一方、メタン生成菌は主にバルク汚泥に存在した。しかし、このゾーン依存的パターンはUASB GAC/ELEでは減弱し、TC分解菌の電極対バルク比は2.2に低下した。したがって、GACと電気刺激はTCストレス下において相乗的ではなく拮抗的に作用した。抗生物質含有廃水を処理する嫌気性システムにおけるハイブリッド改変の設計には、機構的な適合性が指針となるべきである。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Tetracycline (TC) in wastewater impairs methanogenesis during anaerobic digestion. Although granular activated carbon (GAC) and electrical stimulation alone have been shown to mitigate TC inhibition, their combined effects remain unclear. Four up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors were operated at 5 mg/L TC, designated UASB CON (control), UASB GAC (5 g/L GAC dosed), UASB ELE (0.6 V voltage applied), and UASB GAC/ELE (5 g/L GAC dosed and 0.6 V applied). Voltage was applied (Stage Ⅰ), terminated (Stage Ⅱ), and resumed (Stage Ⅲ) in UASB ELE and UASB GAC/ELE . During the stable period of Stage I, UASB GAC enhanced methane production by 24.8% relative to UASB CON ( p < 0.001), while UASB ELE remained comparable to UASB CON . TC removal efficiency during Stage I followed the order UASB GAC (64.0%) > UASB GAC/ELE (57.5%) > UASB CON (34.5%) > UASB ELE (30.1%). Neither single-amendment reactor showed a TC removal–methanogenesis trade-off. In contrast, UASB GAC/ELE suppressed methane production by 71.0% relative to UASB CON ( p < 0.001), with a persistent trade-off (R 2 = 0.492, p < 0.001). In UASB GAC , GAC adsorption initially reduced bioavailable TC and sustained methane production. Meanwhile, UASB ELE exhibited a zone-dependent community structure: TC-degrading genera were enriched at the electrode-proximal zone (cathode and anode biomass combined; 3.4 times that of bulk sludge), while methanogens predominantly resided in the bulk sludge. However, this zone-dependent pattern was attenuated in UASB GAC/ELE , where the electrode-to-bulk ratio of TC degraders declined to 2.2. GAC and electrical stimulation thus acted antagonistically rather than synergistically under TC stress. Mechanistic compatibility should guide hybrid amendment design in anaerobic systems treating antibiotic-containing wastewater.

• openalex https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.143153first seen 2026-08-05 04:51:40