(57)【要約】【課題】発酵又は同時糖化発酵を行う際、要求される酸素量に対応して溶存酸素量を迅速に増減する。【解決手段】バイオマス用反応装置１０の反応槽１２には、該反応槽１２に対してバイオマス、糖化溶液及び発酵溶液の混合物（スラリーＳＬ）を循環供給するための循環ライン１４が設けられる。この循環ライン１４から分岐した分岐ライン４６には、膜脱気モジュール４２が介装される。また、循環ライン１４には、酸素又は窒素のいずれか一方を選択的に供給可能な気体供給機構４４が設けられる。この場合、膜脱気モジュール４２及び気体供給機構４４によって、スラリーＳＬ中の溶存酸素量を増減することが可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスに対する糖化処理、又は糖化処理後のバイオマスに対する発酵処理のいずれか一方、ないし前記糖化処理及び前記発酵処理を同時に行うための反応槽を具備するバイオマス用反応装置において、
前記反応槽内で、前記バイオマスと糖化溶液又は発酵溶液との混合物を撹拌する撹拌翼と、
前記撹拌翼で撹拌された前記混合物を、前記反応槽から導出して前記反応槽に戻す循環通路と、
前記循環通路に設けられ、該循環通路に導入された混合物中の溶存酸素量を増減するための溶存酸素量増減機構と、
を備えることを特徴とするバイオマス用反応装置。
【請求項２】
請求項１記載の反応装置において、前記溶存酸素量増減機構は、気体を供給する気体供給源と、前記循環通路に接続されて前記気体を導出するノズルとを含む気体供給機構を有することを特徴とするバイオマス用反応装置。
【請求項３】
請求項２記載の反応装置において、前記気体供給機構は、酸素を含む含酸素ガス、又は酸素を含まない不活性ガスのいずれか一方を選択的に供給可能であることを特徴とするバイオマス用反応装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載の反応装置において、前記循環通路が、断面積が小さな小断面積部と、前記小断面積部の下流側に設けられて断面積が大きな大断面積部とを有し、
前記ノズルは、前記大断面積部よりも上流側に設けられていることを特徴とするバイオマス用反応装置。
【請求項５】
請求項２又は３記載の反応装置において、前記循環通路が、断面積が漸次的に縮小する小断面積部と、前記小断面積部の下流側に設けられて断面積が漸次的に拡大する大断面積部とを有し、
前記ノズルは、前記小断面積部と前記大断面積部との間に接続されることを特徴とするバイオマス用反応装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項に記載の反応装置において、前記ノズルの最小径が０．０５〜０．３ｍｍに設定されていることを特徴とするバイオマス用反応装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の反応装置において、前記溶存酸素量増減機構は、前記循環通路に導入された前記混合物から酸素を除去する脱気手段を含むことを特徴とするバイオマス用反応装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の反応装置において、前記撹拌翼が設けられた前記反応槽を複数個具備するとともに、複数個の前記撹拌翼を回転させるための単一の回転駆動源を有し、
個々の前記反応槽からの前記循環通路が合流した合流箇所の下流側に前記溶存酸素量増減機構が設けられ、且つ前記溶存酸素量増減機構の下流側で前記循環通路が分岐して個々の前記反応槽に戻ることを特徴とするバイオマス用反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、糖化処理、発酵処理又は同時糖化発酵処理を行うための反応槽を具備するバイオマス用反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、稲藁等のバイオマスを原料としてエタノールを製造するバイオエタノールの製造技術が開発されている。すなわち、バイオマスには糖化処理が施され、さらに、その後に発酵処理が施される。この場合、糖化反応槽と発酵反応槽を備える反応装置が構築されるが、場合によっては、単一の反応槽にて糖化処理と発酵処理を同時に進行させる同時糖化発酵を行うこともある。
【０００３】
発酵処理又は同時糖化発酵処理を行う際には、反応槽内に対して酸素を適切に供給することが好ましい。酸素を供給する構成としては、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。すなわち、反応槽に設けた循環ラインに酸素供給源を付設し、該酸素供給源から酸素を供給する構成である。
【０００４】
また、特許文献２には、微生物又は細胞を培養するバイオリアクタ装置において、循環ラインを設けて培養液を反応槽に循環供給するに際し、循環ラインの先端をベンチュリ管とすることで、培養液を空気とのジェット流として反応槽に戻すことが記載されている。
【０００５】
さらに、特許文献３には、藻類を培養する培養槽に循環ラインを設けるとともに該循環ラインに二酸化炭素供給源を付設し、培養槽内の二酸化炭素の圧力が所定値となったときに自動排出を行って圧力を可及的に一定値に保つことが提案されている。
【０００６】
以上の公知技術を併せ鑑み、同時糖化発酵を行う反応槽内の酸素供給量を適切に調節するに当たっては、酸素供給源を付設した循環ラインを反応槽に設けるとともに、反応槽内の酸素の圧力が所定値となったときに自動排出を行うことが有効であるようにも考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６４−２３８８６号公報
【特許文献２】特表２００７−５３５９６１号公報
【特許文献３】特開２０１１−１７７０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
例えば、同時糖化発酵においては、酸素量は、反応の初期では高く、中期以降では低いことが好ましい。すなわち、同時糖化発酵を開始してから所定の時間が経過した後は、酸素量を迅速に低減することが好ましい。
【０００９】
この点、特許文献１、２記載の従来技術では、酸素の供給を停止することが可能なのみであり、酸素を迅速に低減することは困難である。また、特許文献３に記載されるように所定の圧力以上となったときに自動排出を行うようにしても、酸素量を保つことは可能であるものの、低減することは困難である。
【００１０】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、要求される酸素量に対応して溶存酸素量を迅速に増減することが可能なバイオマス用反応装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明は、バイオマスに対する糖化処理、又は糖化処理後のバイオマスに対する発酵処理のいずれか一方、ないし前記糖化処理及び前記発酵処理を同時に行うための反応槽を具備するバイオマス用反応装置において、
前記反応槽内で、前記バイオマスと糖化溶液又は発酵溶液との混合物を撹拌する撹拌翼と、
前記撹拌翼で撹拌された前記混合物を、前記反応槽から導出して前記反応槽に戻す循環通路と、
前記循環通路に設けられ、該循環通路に導入された混合物中の溶存酸素量を増減するための溶存酸素量増減機構と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
すなわち、本発明においては、溶存酸素量増減機構の作用下に、溶存酸素量を上昇させるのみならず低減することも可能である。このため、必要酸素量に応じて溶存酸素量を迅速に増減することができる。
【００１３】
溶存酸素量増減機構は、例えば、気体を供給する気体供給源と、循環通路に接続されて気体を導出するノズルとを含む気体供給機構を有する。
【００１４】
この場合、気体供給機構を、酸素を含む含酸素ガス、又は酸素を含まない不活性ガスのいずれか一方を選択的に供給可能に構成することが好ましい。含酸素ガスを供給することで混合物中の溶存酸素量を容易に上昇させることができる一方で、不活性ガスを供給することで混合物中の溶存酸素量を相対的に低減させることができる。これにより、混合物中の溶存酸素量を増減することが容易となる。
【００１５】
循環通路には、断面積が小さな小断面積部と、前記小断面積部の下流側に設けられて断面積が大きな大断面積部とを設けることが好ましい。この構成において、ノズルを前記大断面積部よりも上流側に設けることにより、気体を供給する際、いわゆるエゼクタが構成される。このために混合物の流速が上昇するとともに、供給された気体が混合物に溶解することが容易となる。
【００１６】
循環通路は、断面積が漸次的に縮小する小断面積部と、前記小断面積部の下流側に設けられて断面積が漸次的に拡大する大断面積部とを有するものであってもよい。この場合、ノズルを、前記小断面積部と前記大断面積部との間に接続すればよい。
【００１７】
この構成においても、気体を供給する際にエゼクタが構成される。このため、上記と同様に混合物の流速が上昇するとともに、供給された気体が混合物に溶解することが容易となる。
【００１８】
以上において、ノズルの最小径は０．０５〜０．３ｍｍであることが好ましい。これにより、ノズルから導出される気泡の大多数が、気泡径が０．０５〜０．３ｍｍとなる。この場合、気泡（特に酸素）が混合物に容易に溶解するようになる。なお、気泡径が０．０５ｍｍより小さくなると殺菌作用が営まれる傾向があり、一方、気泡径が０．３ｍｍより大きくなると混合物に対する酸素の溶解度が低くなるので酸素の供給量を多くする必要があるが、気泡径を上記の範囲内に調整することにより、このような不具合を回避することができる。
【００１９】
溶存酸素量増減機構には、循環通路に導入された混合物から酸素を除去する脱気手段を含めるようにしてもよい。この場合、脱気手段によって混合物から酸素を迅速に分離・除去することができる。従って、混合物中の溶存酸素量を一層短時間で増減することが可能となる。
【００２０】
反応装置は、撹拌翼が設けられた反応槽を複数個具備するものとして構築することもできる。この場合、複数個の撹拌翼が、単一の回転駆動源で回転可能なように構成される。また、溶存酸素量増減機構は、個々の反応槽からの循環通路が合流した合流箇所の下流側に設ければよい。さらに、循環通路は、該溶存酸素量増減機構の下流側で分岐させて個々の反応槽に戻せばよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、溶存酸素量増減機構を設けるようにしているので、同時糖化発酵を行っている最中に、溶存酸素量を上昇させること、又は溶存酸素量を低減することが可能である。このため、反応における必要酸素量に応じて溶存酸素量を迅速に増減することができる。
【００２２】
溶存酸素量増減機構は、例えば、酸素を含む含酸素ガス、又は酸素を含まない不活性ガスのいずれか一方を選択的に供給可能な気体供給源によって構成することができる。すなわち、含酸素ガスを供給することで混合物中の溶存酸素量を容易に上昇させることができる一方で、不活性ガスを供給することで混合物中の溶存酸素量を相対的に低減させることができる。
【００２３】
さらに、混合物から酸素を除去する脱気手段を含めて溶存酸素量増減機構を構成すると、混合物からの酸素の分離・除去が一層容易となり、混合物中の溶存酸素量を迅速に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係るバイオマス用反応装置の要部概略縦断面図である。
【図２】前記バイオマス用反応装置の循環ライン（循環通路）の要部を拡大して示した要部拡大縦断面図である。
【図３】同時糖化発酵において、必要酸素量の一例を反応経過時間との関係で示したグラフである。
【図４】撹拌翼の回転数を一定として酸素の供給量を変化させたときの、該供給量と混合物（スラリー）への酸素の溶解速度（最大値）を求めたグラフである。
【図５】酸素の供給量を一定として撹拌翼の回転数を変化させたときの、該供給量と混合物（スラリー）への酸素の溶解速度（最大値）を求めたグラフである。
【図６】酸素の供給量及び撹拌翼の回転数と、混合物（スラリー）への酸素の溶解速度との関係を示すマップ図である。
【図７】反応槽を複数個具備するバイオマス用反応装置の模式構成図である。
【図８】別の実施の形態に係るバイオマス用反応装置の循環ライン（循環通路）の要部を拡大して示した要部拡大縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係るバイオマス用反応装置につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本実施の形態に係るバイオマス用反応装置１０の要部の縦断面を模式的に示した要部概略縦断面図である。このバイオマス用反応装置１０は、反応槽１２と、反応槽１２に設けられた循環ライン１４（循環通路）と、該循環ライン１４に設けられた溶存酸素量増減機構１６とを備える。
【００２７】
本実施の形態において、反応槽１２は、同時糖化発酵を行うための槽である。すなわち、反応槽１２には、稲藁等のバイオマスと、該バイオマスが糖化酵素の作用下に糖化することで生成した糖化溶液と、糖化したバイオマスが発酵することで生成した発酵溶液との混合物（以下、「スラリー」と表記し、その参照符号をＳＬとする）が貯留される。
【００２８】
反応槽１２は、槽本体１８と蓋部材２０からなり、この中の槽本体１８には、主軸２２と羽２４を有する撹拌翼２６が設けられる。該撹拌翼２６は、反応槽１２の外部に設置されたモータ２８（回転駆動源）の作用下に回転し、これによりスラリーＳＬを撹拌混合する。
【００２９】
槽本体１８には、スラリーＳＬのｐＨを測定するためのｐＨセンサ３０、スラリーＳＬ中の溶存酸素量を測定するためのＯ2センサ３２、スラリーＳＬ中の溶存二酸化炭素量を測定するためのＣＯ2センサ３４が設けられる。なお、図示は省略しているが、実際には、槽本体１８の外方から内方に向かって延在する３本のセンサ用ジャケットが設けられ、上記の３本のセンサ３０、３２、３４は、前記センサ用ジャケットに個別に挿入されている。
【００３０】
さらに、槽本体１８には前記循環ライン１４が設けられる。すなわち、循環ライン１４には、槽本体１８の下部から導出されたスラリーＳＬが流通する。勿論、スラリーＳＬは循環ライン１４から反応槽１２に戻され、このために循環供給される。
【００３１】
循環ライン１４には、第１バルブ３６、循環用ポンプ３８及び第２バルブ４０が上流側からこの順序で介装される。第１バルブ３６及び第２バルブ４０が開状態であるとき、循環用ポンプ３８の作用により、反応槽１２内のスラリーＳＬが循環ライン１４に導出されて流通する。
【００３２】
循環ライン１４には、前記溶存酸素量増減機構１６が設けられる。一層詳細には、この場合、溶存酸素量増減機構１６は、脱気手段としての膜脱気モジュール４２と、気体供給機構４４とを含んで構成される。
【００３３】
膜脱気モジュール４２は、第２バルブ４０の上流側で循環ライン１４から分岐した分岐ライン４６に介装され、その上流側及び下流側の各々には、第３バルブ４８及び第４バルブ５０が設けられる。すなわち、膜脱気モジュール４２は、第３バルブ４８と第４バルブ５０で挟まれた位置に配されている。
【００３４】
この膜脱気モジュール４２は、例えば、容器内に、例えば、日東電工社製の「ＴＥＭＩＨ」（４フッ化エチレン樹脂多孔質膜の商品名）等の多孔質膜が収容されて構成され、溶存気体を含んだ液体が流通する際に、溶存気体と液体を分離する役割を果たす。分離された溶存気体は、第５バルブ５２が開状態であるとき、吸引用ポンプ５４によって膜脱気モジュール４２の外部に除去される。従って、分岐ライン４６において、膜脱気モジュール４２の下流側には、溶存気体が除去された液体が流通する。
【００３５】
分岐ライン４６は、第２バルブ４０の下流側で循環ライン１４に合流する。この合流箇所よりも下流側には、エゼクタとして機能することが可能な気体混合室５６が設けられる。気体混合室５６は上流側よりも大容積に設定され、且つ該気体混合室５６の上流側と下流側でスラリーＳＬの流通方向を略９０°折曲する。
【００３６】
気体混合室５６には、気体供給機構４４を構成するノズル５８が進入する。このノズル５８からは、酸素又は窒素のいずれか一方が選択的に吐出される。すなわち、ノズル５８に連なる供給管６０には、管継手６２を介して第１接続管６４及び第２接続管６６が連結される。第１接続管６４は、酸素供給源としての酸素ボンベ６８に接続され、同様に、第２接続管６６は、窒素供給源としての窒素ボンベ７０に接続される。
【００３７】
そして、供給管６０、第１接続管６４及び第２接続管６６には、第６バルブ７２、第７バルブ７４及び流量調整バルブ７６がそれぞれ設けられる。従って、第６バルブ７２及び流量調整バルブ７６を開状態とするとともに第７バルブ７４を閉状態とすることにより、気体混合室５６に酸素が供給される。これに対し、第７バルブ７４及び流量調整バルブ７６を開状態とするとともに第６バルブ７２を閉状態とすれば、気体混合室５６に窒素が供給される。
【００３８】
図２に要部を拡大して示すように、ノズル５８は、その内部が縮径されることで断面積が絞られている。断面積が最小となる部位における内径、すなわち、最小径Ｄ１は、０．０５〜０．３ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００３９】
気体混合室５６の下流側では、循環ライン１４の内部に傾斜角が比較的急峻で且つ短尺な短テーパー部７８が形成され、このために該循環ライン１４の断面積が漸次的に縮小される。短テーパー部７８には等径部８０が連なり、このため、断面積が縮小された部位が所定の長さで延在する。すなわち、小断面積部８２が形成されている。
【００４０】
小断面積部８２の下流側には、傾斜角が比較的緩やかで且つ長尺な長テーパー部８４が設けられている。このため、循環ライン１４の断面積が漸次的に拡大する大断面積部８６が形成される。
【００４１】
すなわち、循環ライン１４において、ノズル５８よりも下流側には、断面積が絞られた後に拡大された、いわゆるディフューザ部が形成されている。
【００４２】
蓋部材２０（図１参照）は、槽本体１８の開口した上端に連結されることで該上端を閉塞する部材であり、複数個の観察窓８８や、排出口８９、投入口９０が設けられる。この中の排出口８９及び投入口９０には、ネジやクランプ等によって着脱可能な閉塞部材が取り付けられる。すなわち、例えば、反応槽１２内に菌やバイオマスを投入したいときには、投入口９０から閉塞部材を取り外してそこから投入することができる。
【００４３】
蓋部材２０には、さらに、槽本体１８内部の圧力を測定するための圧力計９１が設けられる。この圧力計９１により、反応槽１２内の圧力をモニタリングしながら、反応槽１２内で発生したガスや反応槽１２に供給したガスを排出口８９から排出することができる。
【００４４】
本実施の形態では、排出口８９及び投入口９０の双方を設けた例を示しているが、１個の排出・投入兼用口を設け、この排出・投入兼用口を利用して投入及び排出の各操作を行うことも可能である。
【００４５】
本実施の形態に係るバイオマス用反応装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【００４６】
反応槽１２にて同時糖化発酵を行う場合、反応槽１２内に稲藁等のバイオマスと糖化酵素、酵母を収容する。この際には、例えば、投入口９０から閉塞部材を取り外し、バイオマス、糖化酵素及び酵母を槽本体１８に導入した後に閉塞部材を取り付ければよい。
【００４７】
なお、酵母に代替して発酵菌を用いるようにしてもよい。以下、酵母と発酵菌を纏めて「酵母等」と表記する。
【００４８】
ここで、同時糖化発酵を行う最中における必要酸素量は、図３に概略を示すように、反応を開始してからの経過時間によって相違する。すなわち、反応の初期では、酵母等を急激に増殖させるべく好気性雰囲気とする必要がある。換言すれば、スラリーＳＬ中の溶存酸素量が多くなければならない。
【００４９】
反応がある程度進行した中期において、溶存酸素量が多いままであると酵母等が過度に増殖するので、糖化反応によって生成した糖が酵母等の細胞増殖に消費されることになる。すなわち、糖が過剰に消費される。このためにエタノールを効率よく得ることが困難となる。これを回避するべく、中期以降では、スラリーＳＬ中の溶存酸素量を少なくして嫌気性雰囲気とすることが好ましい。嫌気性雰囲気となった中期では、糖が酵母等の作用下に発酵してエタノールに変化する。
【００５０】
溶存酸素量が比較的多いときには、六炭糖が優先的に消費される一方で、五炭糖は消費され難い。そこで、反応の終期では、図３中に実線で示すように溶存酸素量を一層少なくして嫌気性雰囲気としたり、場合によっては、図３中に破線で示すように好気性雰囲気に戻したりすることによって五炭糖を消費し易くすることが好ましい。
【００５１】
以上のことから、反応の初期では溶存酸素量を多くし、中期以降は溶存酸素量を少なくすることが好ましいと判断される。本実施の形態においては、溶存酸素量増減機構１６によってスラリーＳＬ内の溶存酸素量を調節する。この点については、後述する。
【００５２】
反応を進行させるに際し、モータ２８（図１参照）を付勢して撹拌翼２６を回転させる。これによりスラリーＳＬが撹拌混合されるとともに、反応槽１２内に残留した大気がスラリーＳＬに巻き込まれることでスラリーＳＬ中の溶存酸素量が若干上昇する。
【００５３】
また、第１バルブ３６〜第５バルブ５２を閉状態として循環用ポンプ３８を付勢した後、第１バルブ３６及び第２バルブ４０を開状態とする。その結果、反応槽１２内のスラリーＳＬが循環用ポンプ３８によって吸引され、循環ライン１４を流通する。
【００５４】
さらに、第６バルブ７２及び流量調整バルブ７６を開状態とする。これにより、酸素ボンベ６８から第１接続管６４及び供給管６０を介して酸素が流通する。酸素は、ノズル５８から気体混合室５６内に導出され、スラリーＳＬに混合される。すなわち、スラリーＳＬに対して酸素が供給される。この際に第７バルブ７４を閉状態としておくことは勿論である。
【００５５】
ここで、酸素の供給量を過度に多くしても、スラリーＳＬへの酸素の溶解速度が飽和し、このために却ってスラリーＳＬ中の溶存酸素量が小さくなる。従って、酸素の供給量は、スラリーＳＬ中に必要な溶存酸素量と、スラリーＳＬへの酸素の溶解速度に応じて予め設定される。
【００５６】
このためには、先ず、撹拌翼２６の回転数を一定として酸素の供給量を変化させ、該供給量とスラリーＳＬ中の溶存酸素量との関係を求める。この関係から、酸素の供給量と、スラリーＳＬへの酸素の溶解速度（最大値）を求めると、図４に示すグラフが得られる。
【００５７】
次に、酸素の供給量を一定として撹拌翼２６の回転数を変化させ、該回転数とスラリーＳＬ中の溶存酸素量との関係を求める。この関係から、回転数と、スラリーＳＬへの酸素の溶解速度（最大値）を求めると、図５に示すグラフが得られる。
【００５８】
これら図４及び図５に基づき、酸素の供給量、回転数、及びスラリーＳＬへの酸素の溶解速度との間に、図６に示す関係（マップ図）が成立することが分かる。なお、図６の横軸は撹拌翼２６の回転数、縦軸は酸素の供給量であり、マップ図中の円内に示した数値は、スラリーＳＬへの酸素の溶解速度を表す。
【００５９】
この図６から、溶解速度を４０ｍｇ／Ｌ／時としたいときには、例えば、撹拌翼２６の回転数を１５ｒｐｍ、酸素の供給量を１．２Ｌ／分とすればよいことが分かる。流量調整バルブ７６の開度は、以上のようにして求められた供給量で酸素を供給し得る程度に制御される。勿論、供給量は流量に換算され、スラリーＳＬ中の溶存酸素量はＯ2センサ３２によって計測される。
【００６０】
スラリーＳＬが液状であるので、ノズル５８から導出された酸素は、気泡としてスラリーＳＬに混合される。この際、気泡径が過度に小さいと、気泡の表面に電気二重層が生成し、このために気泡が電荷を帯びる。その結果、スラリーＳＬ中の粒子が気泡表面に付着し易くなるので、酸素がスラリーＳＬに溶解することを妨げることになる。加えて、微細な気泡は、内部が高圧であるために破裂し易い。この場合、殺菌作用が営まれて酵母等の数が減少する懸念がある。
【００６１】
気泡径は、ノズル５８の最小径Ｄ１に略対応する大きさとなる。そこで、ノズル５８の最小径Ｄ１を０．０５〜０．３ｍｍの範囲内とすることが好ましい。これにより気泡径を０．０５〜０．３ｍｍに調節することが容易となる。また、気泡が破裂することを回避しながら、酸素をスラリーＳＬに溶解させることができるようになる。気泡径、ひいてはノズル５８の最小径Ｄ１は、０．０５〜０．１ｍｍであることが一層好ましい。最小径Ｄ１は、典型的には０．１ｍｍに設定される。
【００６２】
ここで、気体混合室５６の下流側には、小断面積部８２と大断面積部８６が設けられることでディフューザ部が形成されている（図２参照）。このディフューザ部では、ベンチュリ効果によってスラリーＳＬの流速が上昇する。しかも、気体混合室５６に酸素が供給されているため、この場合、エゼクタとしても機能する。以上のことが相俟ってスラリーＳＬが勢いよく流通するようになるので、循環ライン１４内で目詰まりが生じ難くなる。
【００６３】
また、このようにして流速が上昇することにより、酸素がスラリーＳＬに溶解し易くなるという利点も得られる。
【００６４】
反応の中期では、バイオマスの糖化反応によって生成した糖（特に六炭糖）を発酵させる。このために、スラリーＳＬ中の溶存酸素量を低減し、これにより嫌気性雰囲気を形成する。
【００６５】
嫌気性雰囲気とする第１の方法としては、第１バルブ３６及び第２バルブ４０を閉状態とすることでスラリーＳＬの循環を停止することが挙げられる。この場合、酸素が添加されたスラリーＳＬが反応槽１２に戻ることもない。スラリーＳＬ中の溶存酸素は、酵母等の呼吸等によって消費される。
【００６６】
溶存酸素量をこれよりも迅速に低減させるには、スラリーＳＬの循環供給を継続しつつ、以下の第２の方法、又は第３の方法を実施する。
【００６７】
第２の方法は、スラリーＳＬから酸素を分離して除去するものである。このためには、第２バルブ４０、第６バルブ７２及び流量調整バルブ７６を閉状態とするとともに、第３バルブ４８、第４バルブ５０及び第５バルブ５２を開状態とする。さらに、吸引用ポンプ５４を付勢する。
【００６８】
このような弁操作により、スラリーＳＬが分岐ライン４６を流通するようになる。分岐ライン４６に膜脱気モジュール４２が設けられているため、スラリーＳＬは膜脱気モジュール４２を通過する。
【００６９】
この通過の最中、例えば、多孔質膜によってスラリーＳＬと酸素が分離される。スラリーＳＬは分岐ライン４６を経由して循環ライン１４に戻り、気体混合室５６及びディフューザ部を経て反応槽１２に戻る。第６バルブ７２及び流量調整バルブ７６が閉状態であるために酸素の供給が停止されているので、スラリーＳＬに酸素が添加されることはない。
【００７０】
一方、酸素は吸引用ポンプ５４によって吸引され、系外へ排出される。このようにしてスラリーＳＬから酸素を強制的に分離・除去することにより、スラリーＳＬ中の溶存酸素量を迅速に低減させることができる。
【００７１】
なお、例えば、第２バルブ４０を適切な開度の開状態とし、スラリーＳＬの大部分を分岐ライン４６に流通させるとともに、一部を循環ライン１４に流通させるようにしてもよい。この状況で脱気（酸素除去）を所定時間行った後、第２バルブ４０を全閉状態とすれば、スラリーＳＬ中の溶存酸素量がさらに低減する。これにより一層の嫌気性雰囲気としたり、場合によっては好気性雰囲気に戻したりすることによって、五炭糖が消費され易くなる。
【００７２】
第３の方法は、スラリーＳＬに対して供給する気体を酸素から窒素に変更し、これによりスラリーＳＬ中の溶存酸素量を相対的に低減するものである。このためには、第１バルブ３６及び第２バルブ４０が開状態に保たれた状況から、第６バルブ７２を閉状態とする一方で、第７バルブ７４を開状態とする。これにより、窒素ボンベ７０から第２接続管６６及び供給管６０を介して窒素が流通する。窒素は、上記と同様にノズル５８から気体混合室５６内に導出され、スラリーＳＬに混合される。すなわち、スラリーＳＬに対して窒素が供給される。スラリーＳＬ中の酸素量は、Ｏ2センサ３２によって計測される。
【００７３】
このようにして窒素がスラリーＳＬに添加されることに伴い、スラリーＳＬ中の溶存酸素量が相対的に低下する。これにより、スラリーＳＬ中の溶存酸素量を迅速に低減させることができる。
【００７４】
以上から諒解されるように、気体供給機構４４は、酸素又は窒素のいずれか一方を選択的に供給することが可能である。これにより、スラリーＳＬ中の溶存酸素量を容易に増減することができる。
【００７５】
この場合、流量調整バルブ７６の開度を制御して窒素の供給量（流量）を段階的に変更することにより、溶存酸素量を段階的に低減することができる。すなわち、六炭糖が消費され易い程度の嫌気性から、五炭糖が消費され易くするために一層の嫌気性にする、又は好気性に戻すというように段階的に変化させることが可能である。
【００７６】
第２の方法のみを行う場合、気体供給機構４４は、酸素供給機構のみであってもよい。また、第３の方法のみを行う場合、脱気手段は特に必要としない。すなわち、バイオマス用反応装置１０の構成は、溶存酸素量を低減する際に如何なる手法を実施するかに対応して適宜設定することができる。なお、第２の方法と第３の方法を同時に行うようにしてもよいことは勿論である。
【００７７】
以上の糖化反応及び発酵反応が進行している最中、観察窓８８を通じて反応槽１２の内部を観察することができる。この間、スラリーＳＬのｐＨはｐＨセンサ３０によって計測される。
【００７８】
上記では、反応槽１２が１個であるバイオマス用反応装置１０を例示して説明しているが、図７に簡略的に示すように、複数個の反応槽１２ａ、１２ｂ、１２ｃを具備するようにしてバイオマス用反応装置１００を構成するようにしてもよい。なお、図７では、流量調整バルブ７６以外のバルブや、酸素ボンベ６８、窒素ボンベ７０、蓋部材２０等の図示を省略している。
【００７９】
この構成では、反応槽１２ａ、１２ｂ、１２ｃの各々に設けられた循環ライン１４が合流し、この合流箇所の下流側に循環用ポンプ３８が設けられる。そして、気体混合室５６及びディフューザ部の下流側で循環ライン１４が分岐して反応槽１２ａ、１２ｂ、１２ｃの各々に戻っている。
【００８０】
また、反応槽１２ａ、１２ｂ、１２ｃのそれぞれに設けられた撹拌翼２６は、単一のモータ２８（回転駆動源）によって回転される。すなわち、この場合、反応槽１２ａの撹拌翼２６の主軸２２ａには第１プーリ１０２が外嵌され、反応槽１２ｂの撹拌翼２６の主軸２２ｂには第２プーリ１０４及び第３プーリ１０６が外嵌される。さらに、反応槽１２ｃの撹拌翼２６の主軸２２ｃには第４プーリ１０８が外嵌される。そして、第１プーリ１０２及び第２プーリ１０４には第１ベルト１１０が架け渡され、一方、第３プーリ１０６及び第４プーリ１０８には第２ベルト１１２が架け渡される。
【００８１】
従って、モータ２８の回転軸が回転することに伴って主軸２２ａが回転すると、該主軸２２ａに外嵌された第１プーリ１０２が回転する。この回転による駆動力が第１ベルト１１０を介して第２プーリ１０４に伝達され、結局、主軸２２ｂが回転する。
【００８２】
さらに、主軸２２ｂに外嵌された第３プーリ１０６が回転するとともに、この回転による駆動力が第２ベルト１１２を介して第４プーリ１０８に伝達される。これにより、主軸２２ｃが回転する。
【００８３】
以上の通り、単一のモータ２８によって反応槽１２ａ、１２ｂ、１２ｃの各撹拌翼２６を同時に回転させることができる。また、上記と同様にして、反応槽１２ａ、１２ｂ、１２ｃ内のスラリーＳＬ中の溶存酸素量を増減することができる。すなわち、反応槽１２ａ、１２ｂ、１２ｃにおいて、同時糖化発酵を同時に進行させることが可能となる。
【００８４】
本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００８５】
例えば、窒素に代替して二酸化炭素やアルゴン等を供給するようにしてもよい。また、酸素に代替して圧縮空気を供給するようにしてもよい。要するに、溶存酸素量を上昇させるためのガスは酸素を含むものであればよく、溶存酸素量を低下させるためのガスは不活性ガスであればよい。
【００８６】
また、脱気手段は、膜脱気モジュール４２に特に限定されるものではなく、その他の例としては、加熱によって脱気を行うものや、亜硫酸ナトリウム又はヒドラジン等を添加して酸素を化学的に除去するものが挙げられる。これらはいずれも公知であるので、詳細な説明は省略する。
【００８７】
さらに、バイオマス用反応装置１０、１００は、同時糖化発酵のみならず、糖化処理のみを行う場合にも用いることができる。
【００８８】
そして、気体混合室５６は、図８に示すような構成とすることもできる。この場合、循環ライン１４は、上流側から下流側となるにつれてテーパー状に縮径することで断面積が漸次的に縮小するテーパー状縮径部１２０（小断面積部）と、上流側から下流側となるにつれてテーパー状に拡径することで断面積が漸次的に拡大するテーパー状拡径部１２２（大断面積部）とを有する。そして、テーパー状縮径部１２０とテーパー状拡径部１２２との境界にノズル５８が設けられる。
【００８９】
この構成においても、ノズル５８から酸素（又は二酸化炭素等の不活性ガス）が供給されるときには、テーパー状縮径部１２０及びテーパー状拡径部１２２によってエゼクタとしての機能が営まれる。従って、スラリーＳＬの流速が上昇するとともに、酸素がスラリーＳＬに溶解し易くなる。
【００９０】
なお、気泡径を０．０５〜０．３ｍｍの範囲内とするには、上記と同様にノズル５８の最小径Ｄ１を０．０５〜０．３ｍｍに設定すればよい。又は、ノズル５８が接続された部位（テーパー状縮径部１２０とテーパー状拡径部１２２との境界）の内径Ｄ２を０．０５〜０．３ｍｍに設定するようにしてもよい。
【００９１】
このように内径が小さい場合であっても、循環用ポンプ３８によってスラリーＳＬに圧力が付与されているので、テーパー状縮径部１２０とテーパー状拡径部１２２との境界で目詰まりが生じることが防止される。
【符号の説明】
【００９２】
１０、１００…バイオマス用反応装置    １２、１２ａ〜１２ｃ…反応槽
１４…循環ライン                      １６…溶存酸素量増減機構
２６…撹拌翼                          ２８…モータ
３８…循環用ポンプ                    ４２…膜脱気モジュール
４４…気体供給機構                    ４６…分岐ライン
５６…気体混合室                      ５８…ノズル
６８…酸素ボンベ                      ７０…窒素ボンベ
７６…流量調整バルブ                  ８２…小断面積部
８６…大断面積部                      １０２、１０４、１０６、１０８…プーリ
１１０、１１２…ベルト                １２０…テーパー状縮径部
１２２…テーパー状拡径部              ＳＬ…スラリー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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