(57)【要約】【課題】セルロース分解槽の立ち上げ時間の短縮化を可能にするセルロース系有機性廃棄物処理システムおよびセルロース系有機性廃棄物処理方法を提供することである。【解決手段】実施形態のセルロース系有機性廃棄物処理システムは、セルロース分解槽と、メタン発酵槽と、微生物添加手段とを持つ。セルロース分解槽は、セルロース系有機性廃棄物を分解して、低分子化したセルロース系有機性廃棄物を得る。メタン発酵槽は、前記低分子化したセルロース系有機性廃棄物をメタン発酵させる。微生物添加手段は、前記セルロース分解槽の立ち上げ時に、セルロース分解能をもつ嫌気性微生物を前記セルロース分解槽に添加する。【選択図】図１
2018144002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロース系有機性廃棄物を分解して、低分子化したセルロース系有機性廃棄物を得るセルロース分解槽と、
前記低分子化したセルロース系有機性廃棄物をメタン発酵させるメタン発酵槽と、
前記セルロース分解槽の立ち上げ時に、セルロース分解能をもつ嫌気性微生物を前記セルロース分解槽に添加する微生物添加手段と、
を備えたセルロース系有機性廃棄物処理システム。
【請求項２】
前記微生物添加手段が、セルロース分解能をもつ嫌気性微生物として、Clostridium属の嫌気性微生物を添加する手段である、請求項１に記載のセルロース系有機性廃棄物処理システム。
【請求項３】
前記微生物添加手段が、セルロース分解能をもつ嫌気性微生物として、Clostridium cellulovoransを添加する手段である、請求項１または請求項２に記載のセルロース系有機性廃棄物処理システム。
【請求項４】
前記微生物添加手段が、前記セルロース分解槽における分解速度が定常状態から低下した場合に、セルロース分解能をもつ嫌気性微生物を前記セルロース分解槽に添加する手段である、請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のセルロース系有機性廃棄物処理システム。
【請求項５】
前記セルロース分解槽を２０〜４０℃の範囲に保持する加熱手段が更に備えられている、請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のセルロース系有機性廃棄物処理システム。
【請求項６】
前記セルロース分解槽におけるｐＨを５〜８の範囲に保持するｐＨ制御手段が更に備えられている、請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載のセルロース系有機性廃棄物処理システム。
【請求項７】
セルロース分解槽においてセルロース系有機性廃棄物を分解して低分子化したセルロース系有機性廃棄物とし、次いで、メタン発酵槽において前記低分子化したセルロース系有機性廃棄物をメタン発酵させるセルロース系有機性廃棄物処理方法であって、
前記セルロース分解槽の立ち上げ時に、セルロース分解能をもつ嫌気性微生物を前記セルロース分解槽に添加する、セルロース系有機性廃棄物処理方法。
【請求項８】
前記セルロース分解能をもつ嫌気性微生物が、Clostridium属の嫌気性微生物である、請求項７に記載のセルロース系有機性廃棄物処理方法。
【請求項９】
前記セルロース分解能をもつ嫌気性微生物が、Clostridium cellulovoransである、請求項７または請求項８に記載のセルロース系有機性廃棄物処理方法。
【請求項１０】
前記セルロース分解槽における分解速度が定常状態から低下した場合に、前記セルロース分解能をもつ嫌気性微生物を前記セルロース分解槽に添加する、請求項７乃至請求項９の何れか一項に記載のセルロース系有機性廃棄物処理方法。
【請求項１１】
前記セルロース分解槽を２０〜４０℃の範囲に保持する、請求項７乃至請求項１０の何れか一項に記載のセルロース系有機性廃棄物処理方法。
【請求項１２】
前記セルロース分解槽におけるｐＨを５〜８の範囲に保持する、請求項７乃至請求項１１の何れか一項に記載のセルロース系有機性廃棄物処理方法。
【請求項１３】
前記セルロース系有機性廃棄物は、紙類を含む廃棄物である、請求項７乃至請求項１２のいずれか一項に記載のセルロース系有機性廃棄物処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、セルロース系有機性廃棄物処理システムおよびセルロース系有機性廃棄物処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化ガス排出削減・循環型社会形成という観点から、再生可能エネルギー資源であるセルロース系有機性廃棄物から効率よくエネルギーを取り出す技術が求められている。一般的な有機性廃棄物を微生物によりバイオガス化するシステムでは、主として、嫌気性微生物による嫌気性消化が行われる。しかし、セルロース系有機性廃棄物は、嫌気性微生物にとって比較的分解性が低いセルロース系高分子有機物を含んでいるため、まず、セルロース分解槽にて、セルロース分解能を有する微生物によってセルロース系高分子有機物を分解（低分子化）させ、次いで、低分子化された分解物をメタン発酵槽にて嫌気性微生物により消化処理することで、バイオガスが生成される。このように、セルロース系有機性廃棄物を処理するための処理システムでは、セルロース分解槽とメタン発酵槽とを用いた二段階の処理が行われている。従って、セルロース系有機性廃棄物処理システムでは、セルロース分解槽とメタン発酵槽の両方を安定的に維持する必要がある。また、セルロース系有機性廃棄物処理システムを立ち上げる際には、セルロース分解槽とメタン発酵槽の両方を同時に立ち上げる必要がある。
【０００３】
従来、セルロース分解槽及びメタン発酵槽を立ち上げるためには、既に定常的に操業されている別の槽から種菌となる消化汚泥等を導入していた。しかしながら、従来の消化汚泥等を用いた場合、特にセルロース分解槽については、立ち上げてから定常状態に至るまでには、比較的長い時間を要しており、立ち上げ時間の短縮化に検討の余地があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５１２１１１１号公報
【特許文献２】特許第４８４４９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、セルロース分解槽の立ち上げ時間の短縮化を可能にするセルロース系有機性廃棄物処理システムおよびセルロース系有機性廃棄物処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態のセルロース系有機性廃棄物処理システムは、セルロース分解槽と、メタン発酵槽と、微生物添加手段とを持つ。
セルロース分解槽は、セルロース系有機性廃棄物を分解して、低分子化したセルロース系有機性廃棄物を得る。
メタン発酵槽は、前記低分子化したセルロース系有機性廃棄物をメタン発酵させる。
微生物添加手段は、前記セルロース分解槽の立ち上げ時に、セルロース分解能をもつ嫌気性微生物を前記セルロース分解槽に添加する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態のセルロース系有機性廃棄物処理システムを示す模式図。
【図２】実施形態のセルロース系有機性廃棄物処理システムの変形例を示す模式図。
【図３】実施形態のセルロース系有機性廃棄物処理システムの別の変形例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態のセルロース系有機性廃棄物処理システムおよびセルロース系有機性廃棄物処理方法を、図面を参照して説明する。
【０００９】
図１に、実施形態のセルロース系有機性廃棄物処理システムの一例を示す。図１に示すセルロース系有機性廃棄物処理システム１００は、セルロース系有機性廃棄物を貯留する廃棄物貯留槽１と、廃棄物貯留槽１中のセルロース系有機性廃棄物を含む処理液を送り出す第１ポンプ２と、主としてセルロース系有機性廃棄物を分解して低分子化したセルロース系有機性廃棄物を得るセルロース分解槽３と、セルロース分解槽３において生成した低分子化したセルロース系有機性廃棄物をメタン発酵させるメタン発酵槽６と、セルロース分解槽３において生成した、低分子化したセルロース系有機性廃棄物を含む処理液を、セルロース分解槽３からメタン発酵槽６に送る第２ポンプ５と、メタン発酵槽６においてメタン発酵された後の分解物を含む処理液の一部をセルロース分解槽３に返送する第３ポンプ８と、メタン発酵槽６においてメタン発酵された後の分解物を含む処理液の残部を系外に排出する第４ポンプ９と、を備えている。
【００１０】
また、図１に示すセルロース系有機性廃棄物処理システム１００には、セルロース分解槽３内の処理液のｐＨを５〜８の範囲に保持するｐＨ制御手段４が備えられている。ｐＨ制御手段４は、セルロース分解槽３内の処理液のｐＨを計測するｐＨ計４ａと、セルロース分解槽３にアルカリ剤を供給するアルカリ剤供給手段４ｂと、制御装置１０とから構成されている。ｐＨ計４ａの計測結果は制御装置１０に送られ、その計測結果に基づき、アルカリ剤供給手段４ｂによってセルロース分解槽３内の処理液のｐＨを５〜８に制御できるようになっている。アルカリ剤供給手段４ｂは、例えば、アルカリ剤を貯留するアルカリ剤タンクと、制御装置１０からの制御信号を受けてアルカリ剤タンクを開閉する制御弁とからなるものを例示できる。
【００１１】
更に、図１に示すセルロース系有機性廃棄物処理システム１００には、セルロース分解槽３内の処理液の温度を２０〜４０℃に保持する加熱手段７が備えられている。加熱手段７としては例えば、セルロース分解槽３の外表面に設置された加熱ヒータ７ａを例示できる。
【００１２】
また、図１に示すセルロース系有機性廃棄物処理システム１００には、セルロース分解能をもつ嫌気性微生物をセルロース分解槽３に添加するための微生物添加手段１１が備えられている。微生物添加手段１１は、セルロース分解能をもつ嫌気性微生物を貯留する微生物貯留槽１１ａと、微生物貯留槽１１ａとセルロース分解槽３とを結ぶ流路１１ｆに備えられた制御弁１１ｂと、セルロース分解槽３及びメタン発酵槽６において生成したバイオガスの生成量を計測する流量計１１ｃと、前述の制御装置１０とから構成されている。
【００１３】
微生物添加手段１１は、セルロース分解槽３の立ち上げ時、または、セルロース分解槽３における分解速度が定常状態から低下した場合に、セルロース分解能をもつ嫌気性微生物をセルロース分解槽３に添加する。後者の場合は、セルロース分解槽３中の処理液のｐＨ値、またはバイオガスの発生量に基づいて、セルロース分解槽３の分解速度が定常状態から低下したことを制御装置１０が判断する。
【００１４】
すなわち、制御装置１０には、ｐＨ計４ａ及び流量計１１ｃの計測データが入力される図示略の入力部と、ｐＨ計４ａまたは流量計１１ｃの計測データに基づきセルロース分解能をもつ嫌気性微生物をセルロース分解槽３に添加するか否かを判断する図示略の判断部と、判断部の判断結果に基づき制御弁に制御信号を出力する図示略の出力部とが備えられている。また、判断部は、セルロース分解槽３の立ち上げ時に、嫌気性微生物をセルロース分解槽３に添加すると判断するようにも構成されている。このような制御装置１０は、中央演算装置を有するコンピュータからなり、入力部、判断部及び出力部は中央演算装置の機能として実現される。
【００１５】
流量計１１ｃは、排気流路１２に設けられている。排気流路１２は、バイオガスを系外に排出するものであって、セルロース分解槽３及びメタン発酵槽６からそれぞれ延長された一次流路１２ａ、１２ｂと、一次流路同士が合流した二次流路１２ｃとからなる。そして、二次流路１２ｃの途中に、バイオガスの生成量を把握するための流量計１１ｃが備えられている。流量計１１ｃは、計測結果を制御装置１０に出力できるようになっている。
【００１６】
制御弁１１ｂは、制御装置１０からの制御信号に基づき、微生物貯留槽１１ａとセルロース分解槽３とを結ぶ流路１１ｆを開閉する弁である。制御弁１１ｂが開くと、微生物貯留槽１１ａに貯留されているセルロース分解能をもつ嫌気性微生物がセルロース分解槽３に供給される。
【００１７】
次に、セルロース系有機性廃棄物処理方法を説明する。本実施形態のセルロース系有機性廃棄物処理方法は、セルロース分解槽３においてセルロース系有機性廃棄物を分解して低分子化したセルロース系有機性廃棄物とし、次いで、メタン発酵槽６において低分子化したセルロース系有機性廃棄物をメタン発酵させる方法において、セルロース分解槽３の立ち上げ時に、セルロース分解能をもつ嫌気性微生物をセルロース分解槽３に添加する。これにより、立ち上げに要する時間を大幅に短縮する。
【００１８】
ここで、セルロース分解槽３の立ち上げ時とは、セルロース分解槽３を停止状態から定常状態に到達させる際の停止状態にある時点を言う。セルロース分解槽３の停止状態とは、セルロース分解槽３にセルロース系有機性廃棄物及び嫌気性微生物が収容されていない状態、または、セルロース分解槽３からバイオガスがほとんど発生していない状態をいう。後者の具体例としては、例えば、定常状態のセルロース分解槽３に対するセルロース系有機性廃棄物の供給量が低下若しくは供給が停止し、これによりセルロース系有機性廃棄物の分解速度が低下し、バイオガスがほとんど発生しない状態を例示できる。
一方、セルロース分解槽３の定常状態とは、セルロース系有機性廃棄物の分解が進んで低級脂肪酸とバイオガスとが生成し、所定量のバイオガスを一定時間にわたって生成し続ける状態を言う。
【００１９】
また、本実施形態のセルロース系有機性廃棄物処理方法では、セルロース分解槽３の立ち上げ時に限らず、セルロース分解槽３が定常状態から低下した場合にも、セルロース分解能をもつ嫌気性微生物をセルロース分解槽３に添加してもよい。
【００２０】
セルロース分解槽３における分解速度が定常状態から低下した場合とは、セルロース系有機性廃棄物の分解反応が進行しているものの、バイオガスの発生量が定常状態よりも少ない状態をいう。より具体的には、定常状態のセルロース分解槽３において何らかの理由で分解反応の速度が低下した場合、例えば、分解生成物の増加により嫌気性微生物の活性が低下して分解速度が低下する場合を例示できる。分解生成物が低級脂肪酸の場合は、セルロース分解槽３中の処理液のｐＨが低下するので、ｐＨの挙動を把握することでセルロース分解槽３が定常状態から低下したと判断できる。また、セルロース系有機性廃棄物の分解速度が低下すると、バイオガスが発生するものの、定常状態に比べて発生量が少なくなるので、バイオガスの発生量の変化を把握することによっても、セルロース分解槽３が定常状態から低下したと判断できる。
【００２１】
本実施形態のセルロース系有機性廃棄物処理方法は、上述した場合に、上記の微生物添加手段１１によってセルロース分解能をもつ嫌気性微生物をセルロース分解槽３に添加することで、セルロース系有機性廃棄物処理システム１００の立ち上げに要する時間または定常状態に復帰させる所要時間を大幅に短縮する。
【００２２】
セルロース分解槽３に添加する嫌気性微生物は、セルロースを分解できる能力を持てば良く、特に限定しない。例としてClostridium thermocellum、Trichoderma reesei、Bacteroides cellulosolvens、Bacillus subtilis、Ruminococcus albus等が挙げられる。
【００２３】
より好ましくは、Clostridium属（クロストリジム属）の嫌気性微生物を添加するとよい。クロストリジム属の微生物は土中に存在する微生物で、そのうち高いセルロース分解能力を持つ種がある。代表的な例としてClostridium thermocellum、Clostridium cellulovoransがある。これらの微生物は数十種類のセルラーゼを生産することが可能で、非常に高いセルロース分解能力を有する。また絶対嫌気性のため、本実施形態のシステムで増殖することが可能であり、継続的にセルロース系有機性廃棄物の分解に寄与する。
【００２４】
さらに好ましくは、Clostridium cellulovoransを添加するとよい。Clostridium cellulovoransをセルロース分解槽３に投入することにより、セルロース系有機性廃棄物を素早く分解できる。Clostridium cellulovoransは中温環境（３７℃前後）で最も活性が高く、同属であるClostridium thermocellumのように５５℃で活性になる微生物と比較すると、加温によるエネルギー消費が少ない。また、発明者らが実施したＯＡ紙を被分解物とした試験では、Clostridium cellulovoransを用いた場合、紙の可溶化率がClostridium thermocellumを用いた場合より5％高くなる結果が得られていることから、Clostridium cellulovoransは本実施形態のシステムにおいて、より適したセルロース分解菌といえる。
【００２５】
これらの微生物は、例えば培養液中に含まれており、このような液が微生物貯留槽に貯留されている。微生物を含む液としては、例えば、１ｍｌあたり１×１０７個以上の微生物を含むものが好ましい。微生物を含む液には上記列挙した微生物以外の微生物を含んでいてもよく、含んでいなくてもよい。
【００２６】
以下、セルロース分解槽３の立ち上げ時に微生物添加手段１１によって嫌気性微生物を添加する場合について説明する。セルロース分解槽３を立ち上げる際には、廃棄物貯留槽１から第１ポンプ２を経由してセルロース分解槽３にセルロース系有機性廃棄物を含む処理液を供給する。また、制御装置１０から発した制御信号によって制御弁１１ｂを操作し、微生物貯留槽１１ａに貯留されていた嫌気性微生物を含む液を、セルロース分解槽３に添加する。その後、制御装置１０の指令に基づきｐＨ制御手段４及び加熱手段７によりセルロース分解槽３における処理液のｐＨおよび温度を嫌気性微生物の増殖に最適な範囲に設定し、嫌気性微生物を増殖させる。
【００２７】
処理液のｐＨは、ｐＨ制御手段４によって５〜８の範囲に制御することが好ましい。処理液のｐＨが５未満になると、多くの微生物に活性阻害が起きるため、ｐＨ値を5以上となるようコントロールすることが望ましい。コントロール方法として、アルカリ溶液を投入することが一般的であるが、ｐＨが8超の環境においても微生物に活性障害が起きるため、ｐＨ値を5〜8の間に制御するとよい。
【００２８】
また、処理液の温度は、加熱手段７によって２０〜４０℃に保持することが好ましい。処理液の温度が２０℃未満または４０℃超になると、多くの微生物に活性阻害が起きるため、２０〜４０℃に保持するとよい。特に、微生物のうちのClostridium cellulovoransは、中温環境（２０〜４０℃、特に３７℃前後）で最も活性が高くなり、増殖が進むことから、２０〜４０℃に保持することが好適である。
【００２９】
セルロース分解槽３の立ち上げ時に微生物添加手段１１によって嫌気性微生物を添加することで、セルロース分解槽３の立ち上げまでの所要時間が短縮される。
【００３０】
セルロース分解槽３の立ち上げが完了したら、システム全体を定常状態に維持する。定常状態では、処理対象のセルロース系有機性廃棄物を含む処理液を、廃棄物貯留槽１から第１ポンプ２によってセルロース分解槽３に間欠または連続して供給する。
【００３１】
セルロース分解槽３は、セルロース分解酵素などを利用してセルロースを分解する嫌気性微生物が増殖された状態で保持されており、セルロース等高分子有機物の低分子化を行って、低級脂肪酸に分解する。また、セルロース分解槽３中にメタン生成を行う微生物が混在している場合は、一部の有機物のメタンや二酸化炭素への転換が行われる場合もある。セルロース等を低分子化した有機物を含む処理液の一部は、第２ポンプ５によってメタン発酵槽６へ送られる。
【００３２】
処理液中の低分子化させたセルロース系有機性廃棄物は、メタン発酵槽６内に保持されているメタン生成菌等により分解され、メタンや二酸化炭素を含むバイオガスに転換される。メタン発酵槽６で低分子化された有機物が分解除去された処理液は、必要に応じて一部を残渣として系外に排出され、一部は必要に応じ第３ポンプ８でセルロース分解槽３に返送される。
【００３３】
次に、セルロース分解槽３における分解速度が定常状態から低下した際に、嫌気性微生物を添加する場合について説明する。セルロース系有機性廃棄物処理システム１００では、セルロース分解槽３の処理液のｐＨと、セルロース分解槽３において発生するバイオガスの発生量を常時計測し、計測値を制御装置１０に出力している。処理液のｐＨはｐＨ計４ａにより計測される。また、バイオガスの発生量は、セルロース分解槽３及びメタン発酵槽６におけるバイオガス発生量の合算値として、流量計１１ｃによって計測される。そして、それぞれの計測値が制御装置１０に送られる。制御装置１０には予め、ｐＨまたはガス発生量の閾値が記憶されており、ｐＨまたはガス発生量の計測値が閾値を下回った場合は、セルロース分解槽３における分解速度が定常状態から低下したと判断し、制御装置１０から制御弁１１ｂに対して制御信号が送られる。制御信号によって制御弁１１ｂを操作し、微生物貯留槽１１ａに貯留されていた嫌気性微生物を含む液をセルロース分解槽３に添加する。セルロース分解槽３における処理液のｐＨおよび温度は上述した最適な範囲に維持して、添加した嫌気性微生物を増殖させる。
【００３４】
セルロース分解槽３における分解速度が定常状態から低下した際に、微生物添加手段１１によって嫌気性微生物を添加することで、セルロース分解槽３を回復させる所要時間が短縮化される。
【００３５】
なお、本実施形態において処理対象となるセルロース系有機性廃棄物は、植物由来の廃棄物や紙類を例示できる。
植物由来の廃棄物としては、刈草、廃木材、茶かす、木質廃材、大型藻類、農作物残渣（トウモロコシ、稲わら、バガス、葉物野菜類などの作物類）などを例示できる。
紙類としては、シュレッダーで粉砕したＯＡ紙、紙コップ、硫酸紙、豆乳パック、カーボン紙、感熱紙、アイロンプリント紙、新聞紙、チラシ、段ボール、トイレットペーパー、ビニールコーティングカタログ紙、洗剤箱等、ほぼすべての紙関連廃棄物を例示できる。
【００３６】
紙類には、紙の材質や混入物が原因で再生困難の物が多くある、例えばプラスチック入りカタログ紙、シールなどがある。また、小量混入するだけで再生工程に重大なトラブルを起こす紙ごみとして、例えばアイロンプリント紙、感熱紙などがある。本実施形態のセルロース系有機性廃棄物処理システム１００によれば、通常の紙類、また再生困難や再生工程に影響する紙類の処理が可能である。具体的に豆乳パック、硫酸紙、シール（プラスチック入り）、紙コップ、感熱紙、カーボン紙、ビニールコーティングカタログ紙、洗剤箱、チラシ、段ボール、シュレッダーで粉砕したＯＡ紙、アイロンプリント紙にClostridium cellulovoransを含む液を添加した結果、紙類の紙成分が可溶化された結果が得られている。可溶化された紙成分が低級脂肪酸に変換され、後段のメタン発酵槽６でバイオガスに変化される。紙以外のプラスチック、金属成分は微生物に分解されないため、最終的に残渣としてメタン発酵槽６から排出させることができる。このように、本実施形態では、通常は処理が困難な紙類であっても問題なく処理できる。
【００３７】
本実施形態のセルロース系有機性廃棄物処理システム１００によれば、セルロース分解槽３の立ち上げ時にセルロース分解能をもつ嫌気性微生物をセルロース分解槽３に添加する微生物添加手段１１が備えられているので、セルロース系有機性廃棄物の分解に好適な嫌気性微生物をセルロース分解槽３の立ち上げ時に早期に増殖させて、セルロース分解槽３の立ち上げから定常状態に至るまでの所要時間を大幅に短縮できる。
【００３８】
また、微生物添加手段１１が、Clostridium属の嫌気性微生物を添加する手段である場合は、高いセルロース分解能力を持つ種であるClostridium属の嫌気性微生物を添加することができ、この種の微生物は数十種類のセルラーゼを生産することが可能なので、セルロース分解槽３におけるセルロース分解能力を高めることができ、また、絶対嫌気性であるため本実施形態のシステムにおいて容易に増殖させることができる。
【００３９】
更に、微生物添加手段１１を、Clostridium cellulovoransを添加する手段とした場合は、このClostridium cellulovoransは中温環境（３７℃前後）で活性が高いことから、従来のClostridium thermocellumのように５５℃で活性になる微生物と比較して、加温によるエネルギー消費が少なくすることができる。また、Clostridium cellulovoransはClostridium属の中でも高いセルロース分解能を有するため、より効率的にセルロース系有機性廃棄物を分解可能なシステムを構築できる。
【００４０】
また、本実施形態のセルロース系有機性廃棄物処理システム１００によれば、微生物添加手段１１が、セルロース分解槽３におけるセルロースの分解速度が定常状態から低下した場合に、セルロース分解能をもつ嫌気性微生物を前記セルロース分解槽３に添加する手段であるので、セルロース分解槽３の処理能力の回復時間を短縮化することができ、セルロース系有機性廃棄物の処理効率に優れたシステムを構築できる。
【００４１】
更に、セルロース分解槽３を２０〜４０℃の範囲に保持する加熱手段７が更に備えられているので、セルロース分解槽３において添加した嫌気性微生物を早期に増殖させるとともに、微生物にとって良好な生育環境を維持することができる。
更にまた、セルロース分解槽３におけるｐＨを５〜８の範囲に保持するｐＨ制御手段４が更に備えられているので、セルロース分解槽３において添加した嫌気性微生物を早期に増殖させるとともに、微生物にとって良好な生育環境を維持することができる。
【００４２】
次に、本実施形態のセルロース系有機性廃棄物処理方法によれば、セルロース分解槽３においてセルロース系有機性廃棄物を分解して低分子化したセルロース系有機性廃棄物とし、次いで、メタン発酵槽６において前記低分子化したセルロース系有機性廃棄物をメタン発酵させる方法において、セルロース分解槽３の立ち上げ時に、セルロース分解能をもつ嫌気性微生物をセルロース分解槽３に添加するので、セルロース系有機性廃棄物の分解に好適な嫌気性微生物をセルロース分解槽３の立ち上げ時に早期に増殖させて、セルロース分解槽３の立ち上げから定常状態に至るまでの所要時間を大幅に短縮できる。
【００４３】
また、セルロース分解能をもつ嫌気性微生物がClostridium属の嫌気性微生物である場合は、高いセルロース分解能力を持つ種であるClostridium属の嫌気性微生物を添加することができ、この種の微生物は数十種類のセルラーゼを生産することが可能なので、セルロース分解槽３におけるセルロース分解能力を高めることができ、また、この微生物は絶対嫌気性であるため本実施形態のシステムにおいて容易に増殖させることができる。
【００４４】
更に、セルロース分解能をもつ嫌気性微生物がClostridium cellulovoransである場合は、このClostridium cellulovoransは中温環境（３７℃前後）で活性が高いことから、従来のClostridium thermocellumのように５５℃で活性になる微生物と比較して、加温によるエネルギー消費が少なくすることができる。また、Clostridium cellulovoransはClostridium属の中でも高いセルロース分解能を有するため、より効率的にセルロース系有機性廃棄物を分解できる。
【００４５】
また、本実施形態のセルロース系有機性廃棄物処理方法によれば、セルロース分解槽３におけるセルロースの分解速度が定常状態から低下した場合に、セルロース分解能をもつ嫌気性微生物をセルロース分解槽３に添加するので、セルロース分解槽３の処理能力の回復時間を短縮化することができ、セルロース系有機性廃棄物の処理効率を高めることができる。
【００４６】
更に、セルロース分解槽３を２０〜４０℃の範囲に保持するので、セルロース分解槽３において添加した嫌気性微生物を早期に増殖させるとともに、微生物にとって良好な生育環境を維持することができる。
また、セルロース分解槽３におけるｐＨを５〜８の範囲に保持するので、セルロース分解槽３において添加した嫌気性微生物を早期に増殖させるとともに、微生物にとって良好な生育環境を維持することができる。
【００４７】
更に、セルロース系有機性廃棄物が紙類を含む廃棄物であるところ、廃棄物中に含まれる紙成分のみを処理できるので、再生可能エネルギー資源であるセルロース系有機性廃棄物から効率よくエネルギーを取り出すことができる。
【００４８】
上記実施形態では、図１に示すセルロース系有機性廃棄物処理システム１００を例示したが、本実施形態はこれに限らず、図２や図３に示すセルロース系有機性廃棄物処理システムであってもよい。以下の説明では、図１に示すセルロース系有機性廃棄物処理システム１００との相違点を中心に説明する。
【００４９】
図２に示すセルロース系有機性廃棄物処理システム２００では、排気流路１２の一次流路１２ａ、１２ｂにそれぞれ、流量計１１ｄ、１１ｅが取り付けられている。流量計１１ｄ、１１ｅはいずれも、微生物添加手段に含まれている。この点において、図２に示すセルロース系有機性廃棄物処理システム２００は、二次流路１２ｃに流量計１１ｃを取り付けたセルロース系有機性廃棄物処理システム１００と異なっている。
図１では、セルロース分解槽３及びメタン発酵槽６から発生するバイオガスの合計量を流量計１１ｃで計測しているのに対して、図２の例ではセルロース分解槽３及びメタン発酵槽６からそれぞれ発生するバイオガスの量を、流量計１１ｄ、１１ｅによって個別に計測できるので、セルロース分解槽３の運転状況をより正確に把握することができる。これにより、セルロース分解槽３におけるセルロースの分解速度が定常状態から低下したことをより正確に把握することができ、セルロース分解槽３の分解速度の低下をより素早く回復させることができるようになる。
【００５０】
また、図３に示すセルロース系有機性廃棄物処理システム３００には、セルロース系有機性廃棄物に栄養塩を添加する栄養塩添加手段１２が備えられている。この点において、図３に示すセルロース系有機性廃棄物処理システム３００は、栄養塩添加手段が備えられていないセルロース系有機性廃棄物処理システム１００と異なっている。
栄養塩添加手段１３は、例えば、栄養塩を貯留する栄養塩タンクと、制御装置１０からの制御信号を受けて栄養塩タンクを開閉する制御弁とからなるものを例示できる。栄養塩としては、微生物の栄養となる窒素、リン等を含む栄養塩が例示できる。図３に示す栄養塩添加手段１３は、第１ポンプ２とセルロース分解槽３との間の流路に栄養塩を添加する構成になっているが、これに限らず、セルロース分解槽３に直接栄養塩を添加する構成でもよい。
【００５１】
セルロース系有機性廃棄物処理システムを長期運転するに従って、微生物の栄養不足により、微生物の活性が低下する場合がある。このような微生物の活性低下を回避するために、本実施形態では常時または必要に応じて、セルロース分解槽３に栄養塩を添加することで、微生物の活性の低下を抑制できる。
【実施例】
【００５２】
（実施例１及び比較例１）
図１に示すセルロース系有機性廃棄物処理システム１００において、停止状態から定常状態に至るまでの所要日数を計測した。停止状態は、セルロース分解槽３にセルロース系有機性廃棄物や嫌気性微生物が収容されていない状態とした。また、セルロース分解槽及びメタン発酵槽からバイオガスが所定の量で発生し続けている状態に至ったときに、定常状態にあるとした。
【００５３】
比較例１では、セルロース分解槽の温度を５５℃に設定し、セルロース分解槽に嫌気性微生物を添加した。比較例１で添加した嫌気性微生物は、５５℃前後で運転していた別のセルロース分解槽の消化汚泥に含まれる嫌気性微生物とし、消化汚泥のままセルロース分解槽に添加した。
一方、実施例１では、セルロース分解槽の温度を３７℃に設定し、セルロース分解槽に嫌気性微生物を添加した。実施例１で添加した嫌気性微生物はClostridium cellulovoransとし、１ｍｌあたり１×１０７個以上のClostridium cellulovoransを含む液をセルロース分解槽に添加した。
嫌気性微生物の添加から定常状態に至るまでの日数を計測したところ、表１に示すように、比較例１が４〜１５日程度を要したのに対して、実施例１では１日で定常状態になった。
【００５４】
【表１】
2018144002.tif 000003
【００５５】
（実施例２）
図１に示すセルロース系有機性廃棄物処理システム１００において、セルロース分解速度が低下した状態のセルロース分解槽に、１ｍｌあたり１×１０７個以上のClostridium cellulovoransを含む液を添加して、運転を継続した。その結果、セルロース分解槽の処理性能が著しく向上した。
より具体的には、セルロース分解槽内の全菌数を調べたところ、Clostridium cellulovoransを含む液を添加してから一週間後の全菌数は、添加前の１０倍になった。一方、添加したClostridium cellulovoransの菌数は、増加後の全菌数の０．１％程度であった。Clostridium cellulovoransの添加により、セルロース分解槽内のセルロースの分解が進み、セルロース分解槽内全体の微生物の餌となる有機物が増えたことで、全菌数が増え、セルロース分解槽内全体の活性が高まるような好循環が起こった。Clostridium cellulovorans添加後、前記セルロース分解槽の活性低下が起きることなく、良好な処理性能が継続した。
【００５６】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、セルロース分解槽３の立ち上げ時に、セルロース分解能をもつ嫌気性微生物をセルロース分解槽３に添加する微生物添加手段を持つことにより、セルロース分解槽３の立ち上げ時間の短縮化することができる。
【００５７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５８】
３…セルロース分解槽、４…ｐＨ制御手段、６…メタン発酵槽、７…加熱手段、１１…微生物添加手段、１００、２００、３００…セルロース系有機性廃棄物処理システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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