(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発酵によって基質ガスから有価物を生成するガス資化性微生物を培養する培養方法であって、
培養槽の培養液で前記ガス資化性微生物を培養する工程と、
前記基質ガスを前記培養槽に供給する工程と、
前記ガス資化性微生物を含む前記培養液の一部を排出培養液として前記培養槽から排出する量を調節する工程と、
を備え、前記排出量調節工程において前記基質ガス又はその所定成分の前記培養槽への供給流量が所定値以下になるとき事前に、又は前記所定値以下になったときは、前記培養液を前記培養槽から急速排出することを特徴とする培養方法。
【請求項２】
前記急速排出した量に応じて培養液を前記培養槽に補充することを特徴とする請求項１に記載の培養方法。
【請求項３】
前記排出培養液を、前記ガス資化性微生物が濃縮された濃縮培養液と、前記ガス資化性微生物が希釈された希釈培養液とに分離する工程と、
前記希釈培養液を前記培養槽へ戻す工程と、
前記濃縮培養液を、前記有価物の抽出部若しくは抽出用貯留槽、又は排液処理部を含む後続装置へ送出する工程と、
を更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の培養方法。
【請求項４】
前記分離工程では、前記排出培養液を、フィルター及び濃縮用貯留槽のうち少なくともフィルターが設けられた循環路に沿って循環させることを特徴とする請求項３に記載の培養方法。
【請求項５】
前記培養槽の培養液又は前記排出培養液における前記ガス資化性微生物の濃度を監視する工程と、
前記濃度が所定になるように前記濃縮培養液と前記希釈培養液との分離比を調節する工程と、
を更に含むことを特徴とする請求項３又は４に記載の培養方法。
【請求項６】
前記排出培養液を、前記ガス資化性微生物が濃縮された濃縮培養液と、前記ガス資化性微生物が希釈された希釈培養液とに分離する工程と、
前記希釈培養液を貯留する工程と、
前記急速排出と同時又は相前後して、前記貯留した希釈培養液を前記培養槽に戻す工程と、
を更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の培養方法。
【請求項７】
前記急速排出の後、前記供給流量が前記所定値以上に回復するまでの間、前記分離工程で得た前記希釈培養液を前記培養槽に戻し、かつ前記分離工程で得た前記濃縮培養液を、前記有価物の抽出部若しくは抽出用貯留槽、又は排液処理部を含む後続装置へ送出することを特徴とする請求項６に記載の培養方法。
【請求項８】
前記供給流量が前記所定値以上に回復可能になったとき、前記分離工程で得た前記濃縮培養液を前記培養槽に戻すことを特徴とする請求項６又は７に記載の培養方法。
【請求項９】
貯留中の前記希釈培養液を、前記培養槽の温度よりも高温又は低温にする工程を、更に含むことを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載の培養方法。
【請求項１０】
前記培養槽へ戻す際の前記希釈培養液を、前記急速排出された培養液と熱交換させる工程を、更に含むことを特徴とする請求項９に記載の培養方法。
【請求項１１】
前記培養槽へ戻す際の前記希釈培養液の少なくとも一部によって、前記分離工程用のフィルターを逆洗する工程を、更に含むことを特徴とする請求項６〜１０の何れか１項に記載の培養方法。
【請求項１２】
発酵によって基質ガスから有価物を生成するガス資化性微生物を培養する培養装置であって、
培養液が入れられ、かつ前記ガス資化性微生物を前記培養液中で培養する培養槽と、
前記培養槽に接続され、前記基質ガスを前記培養槽の培養液内に供給するガス供給路と、
前記培養槽内の前記ガス資化性微生物を含む前記培養液の一部を排出培養液として排出する量を調節する排出調節部と、
を備え、前記基質ガス又はその所定成分の前記培養槽への供給流量が所定値以下になるとき事前に、又は前記所定値以下になったときに、前記排出調節部によって、前記培養液を前記培養槽から急速排出されることを特徴とする培養装置。
【請求項１３】
前記急速排出した量に応じて培養液を前記培養槽に補充する急速補充路を備えたことを特徴とする請求項１２に記載の培養装置。
【請求項１４】
前記排出培養液を、前記ガス資化性微生物が濃縮された濃縮培養液と、前記ガス資化性微生物が希釈された希釈培養液とに分離する分離部と、
前記希釈培養液を前記培養槽へ戻す希釈液戻し路と、
前記濃縮培養液を、前記有価物の抽出部若しくは抽出用貯留槽、又は排液処理部を含む後続装置へ送出する濃縮液送出路と
を備えたことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の培養装置。
【請求項１５】
前記分離部が、前記濃縮培養液を循環させる循環路と、前記循環路に設けられたフィルターとを含むことを特徴とする請求項１４に記載の培養装置。
【請求項１６】
前記循環路に濃縮用貯留槽が設けられていることを特徴とする請求項１５に記載の培養装置。
【請求項１７】
前記培養槽の培養液における前記ガス資化性微生物の濃度を測定する微生物濃度測定器と、
前記濃度が所定になるように前記分離部における前記濃縮培養液と前記希釈培養液との分離比を調節する分離比調節部と
を更に備えたことを特徴とする請求項１４〜１６の何れか１項に記載の培養装置。
【請求項１８】
前記排出培養液を、前記ガス資化性微生物が濃縮された濃縮培養液と、前記ガス資化性微生物が希釈された希釈培養液とに分離する分離部と、
前記希釈培養液を貯留する希釈液貯留槽と、を更に備え、
前記急速補充路が、前記希釈液貯留槽から前記培養槽へ延びていることを特徴とする請求項１３に記載の培養装置。
【請求項１９】
前記希釈液貯留槽には、前記希釈培養液を前記培養槽の温度よりも高温又は低温にする液温調整部が設けられていることを特徴とする請求項１８に記載の培養装置。
【請求項２０】
前記急速補充路の前記希釈培養液と前記急速排出された培養液とを熱交換させる熱交換器を、更に備えたことを特徴とする請求項１９に記載の培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物を培養する方法及び装置に関し、特に、発酵によって基質ガスから有価物を生成するガス資化性微生物を培養する培養方法及び培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１によれば、培養槽内の培養液にＣＯ２及びＨ２を含む基質ガスを供給しながらガス資化性微生物を培養している。このガス資化性微生物の発酵活動によってアセテート等の有価物が生成される。この有価物を抽出するために、培養液の一部を培養槽から取り出して、分離器によって濃縮培養液と微生物除去液とに分離する。濃縮培養液は培養槽に戻し、微生物除去液は次工程へ排出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国公開公報ＵＳ２０１３／００６５２８２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者等がこの種のガス資化性微生物の培養を試みたところ、基質ガスやそのガス中の或る成分の供給量が何らかの理由で低下したり供給が停止されたりすることで、培養槽内の生存環境が悪化した場合、微生物のほぼ全個体が一様に衰弱して簡単に死滅してしまうとの問題が生じた。
上掲特許文献１の培養装置は、微生物を培養液より長い時間培養槽に滞在させるとき有効である。しかし、例えば微生物の増殖の程度や基質ガスの供給状況等に応じて安定的な培養のために、一部の微生物を培養槽から排出すべき必要が生じた場合、その一部の微生物を含む培養液ごと排出する必要がある。したがって、微生物を培養液よりも速く系外へ排出することはできない。すなわち、微生物の排出速度は、培養液の排出速度を上回ることができない。微生物の排出速度を上げるには培養液の排出速度を上げる必要がある。そのため、培養液の排出量が多くなるという不都合がある。
本発明は、上記事情に鑑み、ガス資化性微生物を、基質ガスの供給状態の変動に拘わらず、安定的に培養することを第１の課題とする。
また、本発明は、培養槽内の微生物を安定的に培養するとともに、培養槽から微生物の一部を排出すべき必要が生じた場合に培養液の無駄を防止することを第２の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記第１の課題を解決するため、本発明方法は、発酵によって基質ガスから有価物を生成するガス資化性微生物を培養する培養方法であって、
培養槽の培養液で前記ガス資化性微生物を培養する工程と、
前記基質ガスを前記培養槽に供給する工程と、
前記ガス資化性微生物を含む前記培養液の一部を排出培養液として前記培養槽から排出する量（排出量）を調節する工程と、
を備え、前記排出量調節工程において前記基質ガス又はその記所定成分の前記培養槽への供給流量が所定値以下になるとき事前に、又は前記所定値以下になったときは、前記培養液を前記培養槽から急速排出することを特徴とする。
この方法によれば、基質ガス又はその所定成分の供給状態が悪化したときは、培養槽の培養液ひいてはガス資化性微生物を急速排出することによって、培養槽内のガス資化性微生物の個体数を減らすことができる。これによって、培養槽内のガス資化性微生物の各個体あたりの基質ガスの摂取量を確保できる。この結果、培養槽内のガス資化性微生物が死滅するのを回避でき、ガス資化性微生物を安定的に培養することができる。前記培養槽から培養液をある程度排出した後は、排出量を増大前の大きさ付近まで戻すことが好ましい。そして、基質ガス又は前記所定成分の供給状態が回復したときは、ガス資化性微生物による発酵が急速に復活し、増殖も進む。
ここで、「供給流量が所定値以下になる」とは、供給流量が、通常運転モードの例えば３割〜８割程度以下、好ましくは５割程度以下になることを言う。或いは、基質ガス供給装置がｎ台（ｎは２以上の整数）有る場合において、ｍ台（ｍは１以上ｎ以下の整数）の基質ガス供給装置がトラブルやメンテナンスで運転停止等になることで、供給流量が通常運転モードの例えば（ｎ−ｍ）／ｎ倍（基質ガス供給装置ごとの通常運転モードでの供給流量が互いに等しい場合）になることであってもよい。
「基質ガス又は所定成分の供給状態」とは、基質ガスの流量、基質ガスの所定成分の流量、前記所定成分の分圧、基質ガスの圧力、基質ガスの温度等を含む。「所定成分」は、前記基質ガスの成分のうち、前記ガス資化性微生物の生存、発酵、増殖等の生命活動に特に有効な成分であることが好ましい。また、「排出量を調節する」とは、排出している状態でその排出量を増やしたり減らしたりすることだけでなく、排出を停止していた状態から排出を開始すること、排出している状態から排出を停止すること、及び排出している状態でその排出量を変えずに維持することも含む。この明細書において「排出量を増やす」とは、排出している状態でその排出量をより大きくすることだけでなく、排出を停止していた状態から排出を開始することも含む。「排出量」とは、単位時間当たりの排出量（排出流量）でもよく、１回の排出操作における全排出量でもよい。
前記急速排出工程では、前記排出量を一時的に増やすことが好ましい。「前記排出量を一時的に増やす」とは、ある期間における単位時間当たりの排出量（排出流量）をそれ以前よりも大きくし、前記ある期間の経過後、単位時間当たりの排出量（排出流量）を小さくすること、並びに、断続的又は周期的にまとめて排出操作する場合に１又は数回の排出操作時における排出量をそれ以前及びそれ以後の排出操作時における排出量よりも大きくすることを含む。なお、急速排出の開始後、培養終了時まで前記排出量を増大させた値のまま維持してもよい。
【０００６】
前記急速排出した量に応じて培養液を前記培養槽に補充することが好ましい。補充する培養液には前記ガス資化性微生物がまったく又は殆ど含まれていないことが好ましい。これによって、培養槽内の培養液の量を急速排出前と同程度に維持できる。かつ、培養槽内の培養液中のガス資化性微生物濃度を前記急速排出前よりも低くできる。したがって、ガス資化性微生物の各個体あたりの基質ガスの摂取量を確実に確保でき、ガス資化性微生物が死滅するのを十分に回避できる。【０００７】
本発明方法は、前記排出培養液を、前記ガス資化性微生物が濃縮された濃縮培養液と、前記ガス資化性微生物が希釈された希釈培養液とに分離する工程と、
前記希釈培養液を前記培養槽へ戻す工程と、
前記濃縮培養液を、前記有価物の抽出部若しくは抽出用貯留槽、又は排液処理部を含む後続装置へ送出する工程と、
を更に含むことが好ましい。
ここで、「希釈」とは、前記排出培養液中の前記ガス資化性微生物を完全に除去する場合をも含む。「希釈培養液」は、ガス資化性微生物濃度が０の培養液を含む。【０００８】
前記分離工程では、前記排出培養液をフィルター及び濃縮用貯留槽のうち少なくともフィルターが設けられた循環路に沿って循環させることが好ましい。
これによって、フィルターが例えばクロスフロー型フィルターであっても、排出培養液を希釈培養液と濃縮培養液とに効率的に分離でき、高濃度の濃縮培養液を得ることができる。【０００９】
本発明方法は、前記培養槽の培養液又は前記排出培養液における前記ガス資化性微生物の濃度を監視する工程と、
前記濃度が所定になるように前記濃縮培養液と前記希釈培養液との分離比を調節する工程と、
を更に含むことが好ましい。【００１０】
本発明方法は、前記排出培養液を、前記ガス資化性微生物が濃縮された濃縮培養液と、前記ガス資化性微生物が希釈された希釈培養液とに分離する工程と、
前記希釈培養液を貯留する工程と、
前記急速排出と同時又は相前後して、前記貯留した希釈培養液を前記培養槽に戻す工程と、
を更に含むことが好ましい。
これによって、前記貯留しておいた希釈培養液を、急速排出時の培養槽への補充培養液として利用できる。補充によって、培養槽における培養液量を確保できるとともに、培養液の組成を急速排出工程の前とほぼ同じに維持できる。したがって、ガス資化性微生物が培養液の組成変化でダメージを受けるのを防止することができる。【００１１】
前記急速排出の後、前記供給流量が前記所定値以上に回復するまでの間、前記分離工程で得た前記希釈培養液を（好ましくは貯留することなく）前記培養槽に戻し、かつ前記分離工程で得た前記濃縮培養液を（好ましくは前記培養槽へ戻すことなく）前記有価物の抽出部若しくは抽出用貯留槽、又は排液処理部を含む後続装置へ送出することが好ましい。
これによって、培養槽の培養液中のガス資化性微生物を液成分よりも多く培養槽から排出できる。したがって、培養槽内でガス資化性微生物が増殖しても、培養液のガス資化性微生物濃度をガス供給流量に見合った大きさに維持できる。よって、供給流量の不足によって、ガス資化性微生物が死滅するのを確実に回避できる。【００１２】
前記供給流量が前記所定値以上に回復可能になったとき、前記分離工程で得た前記濃縮培養液を（好ましくは後続装置へ送出することなく）前記培養槽に戻すことが好ましい。
これによって、培養槽内のガス資化性微生物濃度を急速に増大させて、前記供給流量が前記所定値以下になる前の大きさまで速やかに戻すことができる。このとき、前記分離工程で得た前記希釈培養液は、貯留することが好ましい。【００１３】
本発明方法は、貯留中の前記希釈培養液を、前記培養槽の温度よりも高温又は低温にする工程を、更に含むことが好ましい。
これによって、貯留中の前記希釈培養液内で菌が繁殖するのを抑制又は防止できる。  【００１４】
本発明方法は、前記培養槽へ戻す際の前記希釈培養液を、前記急速排出された培養液と熱交換させる工程を、更に含むことが好ましい。
これによって、希釈培養液の温度を培養槽の温度に近づけたうえで、希釈培養液を培養槽に補充できる。したがって、培養槽内のガス資化性微生物が液温変化によってダメージを受けるのを防止又は抑制できる。また、排出培養液を熱源とすることで、熱効率を高めることができる。【００１５】
本発明方法は、前記培養槽へ戻す際の前記希釈培養液の少なくとも一部によって、前記分離工程用のフィルターを逆洗する工程を、更に含むことが好ましい。
これによって、フィルターの詰まりを効率的に抑えることができる。【００１６】
前記第１の課題を解決するため、本発明装置は、発酵によって基質ガスから有価物を生成するガス資化性微生物を培養する培養装置であって、
培養液が入れられ、かつ前記ガス資化性微生物を前記培養液中で培養する培養槽と、
前記培養槽に接続され、前記基質ガスを前記培養槽の培養液内に供給するガス供給路と、
前記培養槽内の前記ガス資化性微生物を含む前記培養液の一部を排出培養液として排出する量を調節する排出調節部と、
を備え、前記基質ガス又はその所定成分の前記培養槽への供給流量が所定値以下になるとき事前に、又は前記所定値以下になったときに、前記排出調節部によって、前記培養液を前記培養槽から急速排出されることを特徴とする。
この装置によれば、基質ガスの供給状態が悪化したときは、培養槽から培養液ひいてはガス資化性微生物を急速排出することで、培養槽内のガス資化性微生物の各個体あたりの基質ガスの摂取量を確保できる。したがって、培養槽内のガス資化性微生物が死滅するのを回避でき、ガス資化性微生物を安定的に培養することができる。そして、基質ガスの供給流量が回復したときは、ガス資化性微生物による発酵が急速に復活し、増殖も進む。【００１７】
前記培養装置は、前記急速排出した量に応じて培養液を前記培養槽に補充する急速補充路を備えていることが好ましい。補充する培養液には前記ガス資化性微生物がまったく又は殆ど含まれていないことが好ましい。培養液の原液を補充培養液としてもよい。排出培養液から得た希釈培養液を補充培養液としてもよい。【００１８】
本発明装置は、前記排出培養液を、前記ガス資化性微生物が濃縮された濃縮培養液と、前記ガス資化性微生物が希釈された希釈培養液とに分離する分離部と、
前記希釈培養液を前記培養槽へ戻す希釈液戻し路と、
前記濃縮培養液を、前記有価物の抽出部若しくは抽出用貯留槽、又は排液処理部を含む後続装置へ送出する濃縮液送出路と
を更に備えたことが好ましい。【００１９】
前記分離部が、前記濃縮培養液を循環させる循環路と、前記循環路に設けられたフィルターとを含むことが好ましい。【００２０】
前記循環路に濃縮用貯留槽が設けられていることが好ましい。【００２１】
本発明装置は、前記培養槽の培養液における前記ガス資化性微生物の濃度を測定する微生物濃度測定器と、
前記濃度が所定になるように前記分離部における前記濃縮培養液と前記希釈培養液との分離比を調節する分離比調節部と
を更に備えたことが好ましい。【００２２】
本発明装置は、前記排出培養液を、前記ガス資化性微生物が濃縮された濃縮培養液と、前記ガス資化性微生物が希釈された希釈培養液とに分離する分離部と、
前記希釈培養液を貯留する希釈液貯留槽と、を更に備え、
前記急速補充路が、前記希釈液貯留槽から前記培養槽へ延びていることが好ましい。【００２３】
前記希釈液貯留槽には、前記希釈培養液を前記培養槽の温度よりも高温又は低温にする液温調整部が設けられていることが好ましい。【００２４】
本発明装置は、前記急速補充路の前記希釈培養液と前記急速排出された培養液とを熱交換させる熱交換器を、更に備えていることが好ましい。【００２５】
前記排出培養液から前記有価物を抽出することが好ましい。
これによって、有価物を取得して種々の利用に供することができる。【００２６】
前記排出培養液を貯留槽に貯留液として溜め、前記貯留液から前記有価物を抽出することがより好ましい。
これによって、排出した培養液を一旦、貯留液に溜めておき、抽出部の有価物抽出能力や有価物の需要等に応じて、適宜、抽出を行うことができる。培養液の排出流量が大きくても、培養液が外部へ漏れ出たり、抽出部が能力超過したりするのを回避できる。【００２７】
前記排出培養液のガス資化性微生物濃度を、前記培養槽内における前記一部以外の培養液のガス資化性微生物濃度よりも高くすることが好ましい。
これによって、培養液の液成分の無駄を抑えることができる。また、排出した分だけ培養槽に培養液の原液を補充する場合、その補充量を減らすことができる。そのため、培養槽内における培養液の組成変化を小さくでき、ガス資化性微生物をショック死させるおそれを少なくできる。【００２８】
前記排出部に貯留槽が接続され、前記貯留槽に前記有価物の抽出部が接続されていることが好ましい。
これによって、培養槽から排出させた培養液を貯留槽に溜めることができる。そして、抽出部の有価物抽出能力や有価物の需要等に応じて、適宜、抽出を行うことができる。培養液の排出流量が大きくても、培養液が外部へ漏れ出たり、抽出部が能力超過したりするのを回避できる。【００２９】
前記第２の課題を解決するため、本発明方法は、発酵によって有価物を生成する微生物を培養する培養方法であって、
培養槽の培養液中で前記微生物を培養し、
前記培養液の一部に含まれる前記微生物を濃縮して濃縮培養液を作り、
前記濃縮培養液を、前記有価物の抽出工程又は排液処理工程を含む後続工程に供することを特徴とする。
この方法によれば、例えば定常的又は培養状況（微生物の増殖の程度や基質ガスの供給状況など）に応じて適宜、培養槽から微生物の一部を濃縮培養液として後続工程に供することで、培養槽内の微生物を安定的に培養することができる。しかも、微生物を濃縮して系外へ出すことで、液成分をなるべく系内に留めることができる。つまりは、微生物の排出速度を培養液の排出速度よりも大きくすることができる。これによって、培養液の無駄を防止することができる。そして、後続工程において、濃縮培養液から有価物を抽出したり、排液処理したりすることができる。【００３０】
前記一部の培養液を、前記培養槽から排出させ、
かつ排出させた培養液を、前記濃縮培養液と、前記微生物が希釈された希釈培養液とに分離し、
前記希釈培養液を前記培養槽へ戻し、  前記濃縮培養液を、前記有価物の抽出部若しくは抽出用貯留槽、又は排液処理部を含む後続装置へ送出することが好ましい。
これによって、前記一部の培養液に含まれる微生物を確実に濃縮して濃縮培養液を得ることができる。また、希釈培養液を培養槽へ戻すことによって、培養液の無駄を防止でき、コスト削減できるだけでなく、培養槽内の環境（培養液の組成等）をできるだけ一定に維持することで、微生物をより安定的に培養することができる。【００３１】
前記培養槽の培養液又は前記一部の培養液における前記微生物の濃度を監視し、
前記濃度が所定になるように前記濃縮培養液と前記希釈培養液との分離比を調節することが好ましい。
これによって、培養槽内の微生物が過度に増殖した時などには、より多くの希釈培養液を培養槽に戻して培養槽内の微生物濃度を下げるようにすることで、培養槽内の微生物濃度を所定に維持でき、微生物を一層安定的に培養することができる。【００３２】
前記培養槽からの前記一部の培養液を濃縮用貯留槽に溜め、
前記濃縮用貯留槽の貯留液を取り出して、前記微生物が前記貯留液よりも高濃度に濃縮された高濃縮培養液と、前記微生物が希釈された希釈培養液とに分離し、
前記希釈培養液を前記培養槽へ戻し、
前記高濃縮培養液を前記濃縮用貯留槽へ戻し、
前記濃縮用貯留槽の貯留液の一部を前記後続工程に供することが好ましい。
前記貯留液は、中濃縮培養液となる。すなわち、前記貯留液は、前記一部の培養液と高濃縮培養液とを混ぜたものであるから、培養槽の培養液よりも微生物濃度が高い。この方法によれば、濃縮用貯留槽と分離膜との間を循環する流量を大きくでき、分離膜の詰まりを防止できる。前記高濃縮培養液を前記後続工程に供することにしてもよい。【００３３】
前記微生物が、発酵によって基質ガスから前記有価物を生成するガス資化性微生物であり、
前記基質ガスを前記培養槽に供給して前記培養液に溶け込ませ、
前記基質ガスの前記培養槽への供給流量が所定以下になったとき、前記濃縮培養液を生成して前記後続工程へ供することが好ましい。
これによって、基質ガスの供給流量が減ったときは、培養槽内の微生物の個体数を減らすことで、微生物の各個体あたりの基質ガスの摂取量を確保でき、微生物の死滅を回避できる。【００３４】
前記第２の課題を解決するため、本発明装置は、発酵によって有価物を生成する微生物を培養する培養装置であって、
前記微生物を培養する培養液を入れる培養槽と、
前記培養液の一部に含まれる前記微生物を濃縮して濃縮培養液を得るバイオマス濃縮部と、
前記濃縮培養液を、前記有価物の抽出部若しくは抽出用貯留槽、又は排液処理部を含む後続装置へ送出する濃縮液送出路と
を備えたことを特徴とする。
この装置によれば、例えば定常的又は培養状況に応じて、培養槽から微生物の一部を後続装置へ送出することで、培養槽内の微生物を安定的に培養することができる。しかも、微生物を濃縮したうえで後続装置へ送ることで、液成分をなるべく培養装置に留めることができる。つまりは、微生物の排出速度を培養液の排出速度よりも大きくすることができる。これによって、培養液の無駄を防止することができる。そして、後続装置において、濃縮培養液から有価物を抽出したり、排液処理したりすることができる。【００３５】
前記バイオマス濃縮部が、前記培養槽からの前記一部の培養液を、前記濃縮培養液と、前記微生物が希釈された希釈培養液とに分離する分離膜を有していることが好ましい。更に、前記培養装置が、前記希釈培養液を前記培養槽へ戻す槽戻し路を備えていることが好ましい。
これによって、バイオマス濃縮部において微生物を確実に濃縮できるとともに、培養液の無駄を確実に防止することができ、更には培養槽において微生物をより安定的に培養することができる。【００３６】
前記培養装置が、前記培養槽の培養液における前記微生物の濃度を測定する微生物濃度測定器と、
前記濃度が所定になるように前記バイオマス濃縮部における前記濃縮培養液と前記希釈培養液との分離比を調節する分離比調節部と
を更に備えていることが好ましい。
これによって、培養槽内の微生物が過度に増殖した時などにはこれを抑えることができ、微生物の濃度を所定に維持することができる。したがって、微生物を一層安定的に培養することができる。【００３７】
前記バイオマス濃縮部が、
前記培養槽からの前記一部の培養液が貯留される濃縮用貯留槽と、
前記濃縮用貯留槽から取り出した貯留液を、前記微生物が前記貯留液よりも高濃度に濃縮された高濃縮培養液と、前記微生物が希釈された希釈培養液とに分離する分離膜と、
を備え、前記濃縮用貯留槽から前記濃縮液送出路が延び出ていることが好ましい。
更に、前記培養装置が、前記希釈培養液を前記培養槽へ戻す希釈液戻し路と、前記高濃縮培養液を前記濃縮用貯留槽へ戻す再濃縮用戻し路と
を備えていることが好ましい。
前記濃縮用貯留槽内の貯留液は、中濃縮培養液となる。すなわち、前記濃縮用貯留槽内の貯留液は、前記一部の培養液と高濃縮培養液とを混ぜたものであるから、培養槽の培養液よりも微生物濃度が高い。この装置態様によれば、濃縮用貯留槽と分離膜との間を循環する流量を大きくでき、分離膜の詰まりを抑制又は防止できる。【００３８】
前記微生物が、発酵によって基質ガスから前記有価物を生成するガス資化性微生物であり、
前記基質ガスの供給路が前記培養槽に接続され、
前記基質ガスの前記培養槽への供給流量が所定以下になったとき、前記バイオマス濃縮部による前記濃縮培養液の生成、及び前記後続装置への送出が行われることが好ましい。
これによって、基質ガスの供給流量が減ったときは、培養槽内の微生物の個体数を減らすことで、微生物の各個体あたりの基質ガスの摂取量を確保でき、微生物の死滅を回避できる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、基質ガスの供給状態が悪化したときは、培養槽からのガス資化性微生物の排出量を増やすことで、培養槽内のガス資化性微生物の個体数を減らすことができる。これによって、培養槽内のガス資化性微生物を、基質ガスの供給状態の変動に拘わらず、死滅等しないように安定的に培養することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る培養装置を含む有価物生成システムの概略構成を示す回路図である。
【図２】図２は、本発明の第２実施形態に係る培養装置を含む有価物生成システムの概略構成を示す回路図である。
【図３】図３は、本発明の第３実施形態に係る培養装置を含む有価物生成システムの概略構成を示す回路図である。
【図４】図４は、本発明の第４実施形態に係る培養装置を含む有価物生成システムを、通常運転モードにて示す回路図である。
【図５】図５は、本発明の第４実施形態に係る培養装置を含む有価物生成システムを、急速希釈運転モードにて示す回路図である。
【図６】図６は、本発明の第４実施形態に係る培養装置を含む有価物生成システムを、低バイオマス運転モードにて示す回路図である。
【図７】図７は、本発明の第４実施形態に係る培養装置を含む有価物生成システムを、状態回復運転モードにて示す回路図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明の第５実施形態に係る培養装置を含む有価物生成システムの一部を、通常運転モードにて示す回路図である。図８（ｂ）は、前記第５実施形態に係る培養装置を含む培養システムの一部を、急速希釈運転モードにて示す回路図である。
【図９】図９は、本発明の第６実施形態に係る培養装置を含む有価物生成システムを、急速希釈運転モードにて示す回路図である。
【図１０】図１０は、本発明の第７実施形態に係る培養装置を含む有価物生成システムの概略構成を示す回路図である。
【図１１】図１１は、本発明の第８実施形態に係る培養装置を含む有価物生成システムの概略構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る有価物生成システム１を示したものである。有価物生成システム１は、培養装置１ｘと、後続装置１ｙとを備えている。培養装置１ｘは、培養槽１０と、培養液源１２を含む。後続装置１ｙは、抽出用貯留槽８４（ブリードタンク）と、蒸留塔８０（抽出部）と、排液処理部８とを含む。
【００４２】
培養槽１０内に培養液２が溜められている。この培養液２中でガス資化性微生物９が培養されている。ガス資化性微生物９としては、例えば特許文献１（米国公開公報ＵＳ２０１３／００６５２８２）の他、特開２０１４−０５０４０６号公報、特開２００４−５０４０５８号公報等に開示された嫌気性細菌を用いることができる。ガス資化性微生物９の発酵作用によって基質ガスからエタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）等の有価物が合成される。ガス資化性微生物９の発酵に使われる基質ガス成分（所定成分）は、主に一酸化炭素（ＣＯ）及び水素（Ｈ２）である。有価物としては、エタノールの他、ブタノール、酢酸ないしはアセテート、その他の有機化合物が挙げられる。
【００４３】
培養槽１０内の培養液２は、攪拌機１６によって撹拌されている。したがって、ガス資化性微生物９が培養液２の全域に均一に分散されている。
【００４４】
培養槽１０に培養液源１２が接続されている。培養液源１２には、培養液２の原液２Ｓが蓄えられている。つまり、ガス資化性微生物９が混入される前の培養液２が蓄えられている。培養原液２Ｓの大部分は水（Ｈ２Ｏ）であり、これにビタミンやリン酸等の栄養分が分散又は溶解されている。培養液源１２から原液供給路１４が延び出ている。この原液供給路１４が、培養槽１０の液供給ポート１０ｐに連なっている。原液供給路１４の中途部に送液ポンプ１３が設けられている。
【００４５】
さらに、培養槽１０には基質ガス源３が接続されている。詳細な図示は省略するが、基質ガス源３は、産業廃棄物等を処理する廃棄物処理施設にて構成されている。言い換えると、この実施形態の培養装置１ｘひいては有価物生成システム１は、廃棄物処理システムに組み込まれている。基質ガス源３には溶融炉があり、この溶融炉において、廃棄物が高濃度の酸素ガスによって燃焼されて低分子レベルまで分解される。最終的に、一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）等を含む嫌気性の基質ガスが生成される。基質ガスの生成流量及び組成は、廃棄物の種類や量等に依存し、不安定である。
【００４６】
基質ガス源３からガス供給路３１が延び出ている。このガス供給路３１が、培養槽１０の底部のガス供給ポート１０ｑに連なっている。ガス供給路３１の中途部には、ガス流量計３２やガスセンサ３３が設けられている。ガス流量計３２は、ガス供給路３１を通るガスの流量を計測する。ガスセンサ３３は、ガスクロマトグラフィー等にて構成され、ガス供給路３１を通るガスの組成（成分及び分圧等）を計測する。
【００４７】
培養槽１０の例えば中間部又は底部には、排出ポート１０ｅ（排出部）が設けられている。この排出ポート１０ｅから排出路２２が後続装置１ｙへ延びている。排出路２２の下流端には抽出用貯留槽８４が配置されている。培養槽１０と抽出用貯留槽８４とが、排出路２２を介して接続されている。排出路２２の中途部には送液ポンプ２３が設けられている。好ましくは、送液ポンプ２３は、出力制御可能なインバータポンプにて構成されている。排出路２２の送液ポンプ２３等によって、排出調節部２１が構成されている。さらに、排出路２２に流量制御弁（図示省略）が設けられていてもよい。排出調節部２１が、流量制御弁を含んでいてもよい。排出調節部２１が、送液ポンプ２３及び／又は流量制御弁を制御するコントローラ（制御手段）を含んでいてもよい。
【００４８】
抽出用貯留槽８４には、培養槽１０からの排出培養液２ａが溜められている。
抽出用貯留槽８４から送出路８１が引き出されている。送出路８１には送液ポンプ８５が設けられている。送液ポンプ８５によって逆流が防止される。送出路８１は、蒸留塔８０の中間部に連なっている。蒸留塔８０の上端部から抽出液路８２が延び出ている。蒸留塔８０の底部から排出路８３が延び出ている。排出路８３は、排液処理部８に連なっている。詳細な図示は省略するが、排液処理部８は、排液の嫌気処理部及び好気処理部等を含む。
【００４９】
上記の有価物生成システム１による培養方法ひいては有価物生成方法を説明する。
＜培養工程＞
培養液源１２から培養槽１０に培養原液２Ｓを導入し、培養槽１０の培養液２においてガス資化性微生物９を培養する。攪拌機１６によって培養液２を撹拌することで、ガス資化性微生物９を培養液２の全域に均一に分散させる。
【００５０】
＜基質ガス供給工程＞
また、基質ガス源３において廃棄物から生成した基質ガス（ＣＯ、ＣＯ２，Ｈ２等）を、ガス供給路３１を経て培養槽１０に導入し、培養槽１０の培養液２中に基質ガスを溶け込ませる。上記の撹拌によって、基質ガスが培養液２中に溶解するのを促進できる。
【００５１】
＜発酵工程＞
これによって、培養液２中のガス資化性微生物９が、発酵を行ない、基質ガスからエタノール等の有価物を生成する。発酵によってＣＯ２等の気体成分も生成される。ガス供給路３１から導入されるＣＯ２や、発酵により生成されたＣＯ２、未使用のＣＯ、Ｈ２等の気体成分は、培養槽１０の排気ポート１０ｅから排出される。これら気体成分は、基質ガス源３に戻してもよく、燃焼させ、蒸留などの熱源として利用してもよい。
【００５２】
＜排出工程＞
（１）通常運転モード
送液ポンプ１３，２３を、送液量が互いにバランスするように常時運転する。これによって、培養液源１２から培養原液２Ｓが原液供給路１４を経て培養槽１０に送られるとともに、培養槽１０内の培養液２の一部が、排出培養液２ａとして、排出ポート１０ｅから排出路２２へ排出される。平常運転時は、送液ポンプ１３の送液量（培養原液２Ｓの供給流量）が比較的少なく、したがって送液ポンプ２３の送液量（排出培養液２ａの排出流量）も比較的少ない。送液ポンプ１３，２３の送液量がバランスすることで、培養槽１０の液量が一定に維持される。また、上記排出培養液２ａにはガス資化性微生物９が含まれており、このガス資化性微生物９が培養液２ａと一緒に培養槽１０から排出されることになるが、培養槽１０の培養液２中ではガス資化性微生物９が増殖しているため、培養液２のガス資化性微生物９の濃度は概略一定に維持される。
【００５３】
＜排出量調節工程＞
基質ガス源３からの基質ガス及びその各成分の供給状態は、廃棄物の種類や量等に依存し、不安定になりがちである。つまり、燃やす廃棄物の種類や量などによって基質ガスの供給流量が変化する。また、燃やす廃棄物の種類などで基質ガスの組成（成分及び各成分の分圧等）が変化する。そこで、基質ガスの供給状態を流量計３２やガスセンサ３３によって監視する。そして、基質ガス又はその所定成分（ＣＯ、Ｈ２等）の供給状態に応じて、培養槽１０からの培養液２ａの排出量を調節する。
【００５４】
具体的には、例えば、流量計３２によって基質ガスの供給流量を測定する。また、ガスセンサ３３によって、基質ガス中の所定成分（ＣＯ，Ｈ２等）の分圧を測定する。これらの測定結果から、上記所定成分の培養槽１０への供給流量を求める。この所定成分（ＣＯ，Ｈ２等）の供給流量が所定値を上回っているとき（平常運転時）は、上述した通り、送液ポンプ１３，２３の送液量を少量に維持する。
【００５５】
（２）急速希釈（急速排出）運転モード
一方、所定成分（ＣＯ、Ｈ２等）の供給流量が所定値以下になったとき（基質ガス供給異常時）は、送液ポンプ１３の送液量を増やすとともに、これとバランスがとれるように送液ポンプ２３の送液量も増やす。これによって、通常運転モードの時よりも大量の培養液２ａが、培養槽１０の排出ポート１０ｅから排出路２２へ急速排出される。
或いは、廃棄物処理の状況によって、基質ガス源３からの基質ガス又はその所定成分（ＣＯ、Ｈ２等）の供給流量が未来のある時点で減ることが判明しているときは、その時点の少し前に予め培養槽１０内の培養液２の一部２ａを排出ポート１０ｅから急速排出させておくことにしてもよい。
【００５６】
培養液２ａを前記供給流量の減少に対応する分量だけ急速排出した後は、培養液２ａの排出流量を平常運転時と同程度に戻すことが好ましい。要するに、基質ガス供給異常期間中、培養液２ａを継続して大量排出するのではなく、基質ガス供給異常の発生時又は発生前に予め培養液２ａを一時的に大量排出することが好ましい。
【００５７】
培養液２ａの急速排出によって、この培養液２ａ中のガス資化性微生物９も培養槽１０から急速排出される。したがって、培養槽１０におけるガス資化性微生物９の個体数が減る。これによって、ガス資化性微生物９の各個体あたりの基質ガスの摂取量を確保できる。よって、ガス資化性微生物９の全個体が一様に衰弱するのを防止でき、ひいては死滅するのを回避できる。また、培養液源１２から新たな培養原液２Ｓが原液供給路１４（急速補充路）を経て培養槽１０に補充される。好ましくは、排出した分だけ、培養原液２Ｓが補充される。これによって、ビタミンやミネラル等の栄養分を補充することができ、ガス資化性微生物９の栄養摂取量を十分に確保することができる。この結果、ガス資化性微生物９を安定的に培養できる。そして、基質ガス又はその所定成分（ＣＯ、Ｈ２等）の供給流量が回復したときは、ガス資化性微生物９による発酵が急速に復活し、増殖も進む。
【００５８】
なお、急速排出の開始後、培養終了時まで、培養液２ａの排出量を増大させた値のまま維持してもよい。その場合、培養原液２Ｓの補充量も培養終了時まで増大させた値のまま維持することが好ましい。この環境でガス資化性微生物が増殖することで、ガス資化性微生物の濃度は、急速排出開始前よりも低い値で安定する。
【００５９】
＜貯留工程＞
通常運転モードにおいても急速希釈運転モード（基質ガス供給異常時）においても、排出培養液２ａは、排出路２２を経て、抽出用貯留槽８４に一旦貯留される。排出培養液２ａには、ガス資化性微生物９の生体や屍骸等からなるバイオマスや、培養槽１０での発酵によって生成されたエタノール等の有価物が含まれている。抽出用貯留槽８４の容積を十分に大きくしておくことで、基質ガス供給異常時の培養液２ａの排出流量が大きくても、抽出用貯留槽８４から培養液２ａが溢れないようにすることができる。
【００６０】
＜抽出工程＞
抽出用貯留槽８４の培養液２ａの一部は、送出路８１を経て蒸留塔８０に導入される。そして、蒸留塔８０において蒸留されて、エタノール（有価物）が抽出される。エタノールは、蒸留塔８０の上端部から抽出液路８２へ出され、精製工程等を経て種々の利用に供される。
排出培養液２ａを一旦、抽出用貯留槽８４に溜めておくことで、蒸留塔８０の処理容量やエタノールの需要等に応じて、適宜、抽出を行うことができ、蒸留塔８０が能力超過するのを回避できる。
【００６１】
＜排液処理工程＞
蒸留塔８０の底部には抽出残液２ｄが溜まる。抽出残液２ｄはバイオマスを高濃度に含む。この抽出残液２ｄが、蒸留塔８０の下端部から排出路８３を経て排液処理部８へ送られる。排液処理部８においては抽出残液２ｄが嫌気処理や好気処理されることによって、バイオマスが分解される。或いは、バイオマスを分離して、蒸留塔８０等における燃料（熱源）として利用してもよい。
【００６２】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において、既述の実施形態と重複する内容に関しては、図面に同一符号を付して説明を適宜省略する。
＜第２実施形態＞
図２は、本発明の第２実施形態を示したものである。第２実施形態の有価物生成システム１Ｂは、分離部５０（バイオマス濃縮部）を備えている。分離部５０は、フィルターユニット５９と、濃縮用貯留槽５４と、循環路５８を含む。フィルターユニット５９は、フィルター（分離膜）５１を含む。フィルター５１としては、中空糸が用いられている。フィルター５１によって、フィルターユニット５９の内部が透過室５２と非透過室５３とに仕切られている。
【００６３】
培養槽１０と濃縮用貯留槽５４とが排出路２２によって接続されている。濃縮用貯留槽５４には、培養槽１０からの排出培養液２ａが中濃縮培養液２ｂとして溜められている。濃縮用貯留槽５４と抽出用貯留槽８４とが送出路２８によって接続されている。
【００６４】
循環路５８は、往路５５と、復路５６（再濃縮用戻し路）を含む。濃縮用貯留槽５４とフィルターユニット５９とが、往路５５及び復路５６を介して接続されている。言い換えると、循環路５８に濃縮用貯留槽５４及びフィルターユニット５９が設けられている。往路５５は、濃縮用貯留槽５４内の中濃縮培養液２ｂの内部から引き出されて、フィルターユニット５９の非透過室５３の入口ポートに連なっている。往路５５の中途部には送液ポンプ５７が設けられている。復路５６は、非透過室５３の出口ポートから延び出て、濃縮用貯留槽５４に連なっている。
濃縮用貯留槽５４は、大容積でなくてもよい。往復路５５，５６及び非透過室５３の合計容積がある程度以上有る場合、濃縮用貯留槽５４は無くてもよい（図３参照）。
【００６５】
フィルターユニット５９と培養槽１０とが希釈液戻し路４１を介して接続されている。希釈液戻し路４１は、透過室５２の出口ポートから延びて、培養槽１０の戻りポート１０ｒに連なっている。希釈液戻し路４１には、液戻しポンプ４２が設けられている。濃縮用貯留槽５４を設けることで、液戻しポンプ４２の圧力変動を小さくできる。
【００６６】
有価物生成システム１Ｂにおいては、培養槽１０からの排出培養液２ａが、濃縮用貯留槽５４に培養液２ｂとして一旦貯留される。培養液２ｂは、濃縮用貯留槽５４とフィルターユニット５９との間を循環されることによって、ガス資化性微生物９が濃縮される。詳しくは、送液ポンプ５７の駆動によって、培養液２ｂが、フィルターユニット５９の非透過室５３へ導入される。非透過室５３の液成分はフィルター５１を透過して透過室５２へ移ることができる。これに対し、液中のガス資化性微生物９の生体及び屍骸等のバイオマス、その他の固体成分は、フィルター５１を透過するのが阻止される。したがって、中濃縮培養液２ｂが、透過室５２の希釈培養液２ｃと、非透過室５３の濃縮培養液２ｅとに分離される。希釈培養液２ｃは、培養槽１０の培養液２よりもバイオマス濃度が十分に低く、好ましくはバイオマスが殆ど含まれていない。濃縮培養液２ｅは、培養槽１０の培養液２よりもバイオマスの濃度が高い。すなわち、希釈培養液２ｃは、バイオマスが希釈（完全除去を含む）されたバイオマス希釈液であり、濃縮培養液２ｅは、バイオマスが高濃縮されたバイオマス高濃縮液である。
【００６７】
希釈培養液２ｃは、液戻しポンプ４２の作動によって、希釈液戻し路４１を経て培養槽１０に戻される。この希釈培養液２ｃの戻し流量分だけ、培養原液２Ｓの供給流量を小さくでき、培養液の無駄を抑えることができる。さらに、基質ガス供給異常時には、平常運転時よりも大量の希釈培養液２ｃを培養槽１０に戻すことによって、培養原液２Ｓの供給流量が増えるのを抑制できる。そのため、培養液２の液成分の組成変化が小さく、ガス資化性微生物９をショック死させるおそれを少なくできる。
【００６８】
濃縮用貯留槽５４の容積が大きく、培養液２ｂの槽５４内での滞留時間が長いときは、フィルターユニット５９における希釈培養液２ｃのバイオマス濃度を十分に低くすることが好ましく、殆ど０にすることがより好ましい。これによって、培養液２ｂ中でガス資化性微生物９が死んだとしても、ガス資化性微生物９の屍骸が希釈培養液２ｃと一緒に培養槽１０に混入されるのを防止できる。
【００６９】
なお、培養槽１０内の培養液２の液成分の組成は、培養原液２Ｓの組成と必ずしも一致しておらず、ガス資化性微生物９の生命活動によって消費されたり生産されたりする成分がある。したがって、培養原液２Ｓの供給量が多過ぎると、ガス資化性微生物９が環境の急変でショック死するおそれがある。
【００７０】
濃縮培養液２ｅは、復路５６を経て、濃縮用貯留槽５４に戻される。したがって、濃縮用貯留槽５４内の中濃縮培養液２ｂは、排出培養液２ａと濃縮培養液２ｅ（バイオマス高濃縮液）とが混合されたものであり、培養液２，２ａよりもバイオマス濃度（ガス資化性微生物濃度）が高い。すなわち、中濃縮培養液２ｂは、培養液２，２ａよりもガス資化性微生物９の生体及び屍骸を含むバイオマスが濃縮されている。濃縮用貯留槽５４の中濃縮培養液２ｂの一部が、送出路２８を経て抽出用貯留槽８４に溜められる。そして、抽出用貯留槽８４から蒸留塔８０へ送られてエタノールの抽出に供され、更には、排液処理部８において排液処理工程に供される。
なお、抽出用貯留槽８４には、基質ガス供給異常時に急速排出された培養液２ａを、濃縮用貯留槽５４経由で溜めることができる。
【００７１】
濃縮用貯留槽５４から抽出用貯留槽８４への送出流量Ｕ４は、培養液２ａの排出流量Ｕ０よりも小さくする（Ｕ０＞Ｕ４）。これによって、濃縮用貯留槽５４内の中濃縮培養液２ｂの貯留量を確保できる。また、中濃縮培養液２ｂ中のバイオマス濃度は、培養液２，２ａ中のバイオマス濃度の（Ｕ０／Ｕ４）倍となる。
【００７２】
さらに、ポンプ２３，４２，５７の出力を互いに調節することによって、中濃縮培養液２ｂのフィルターユニット５９への送出流量Ｕ１を、培養液２ａの排出流量Ｕ０よりも大きくし（Ｕ１＞Ｕ０）、好ましくは、Ｕ１＝２×Ｕ０〜１００×Ｕ０程度とする。これによって、非透過室５３内の流れを大きくすることができ、フィルター５１が詰まるのを抑えることができる。なお、濃縮培養液２ｅの流量Ｕ３は、Ｕ３＝Ｕ１−Ｕ２となる。
【００７３】
＜第３実施形態＞
図２の濃縮用貯留槽５４を省いてもよい。循環路５８には、フィルターユニット５９及び濃縮用貯留槽５４のうち少なくともフィルターユニット５９が設けられていればよい。
図３に示すように、第３実施形態の有価物生成システム１Ｃでは、第２実施形態（図２）における濃縮用貯留槽５４が省略され、代わりに合流部５８ｃが設けられている。合流部５８ｃにおいて、排出路２２と復路５６とが直接的に（濃縮用貯留槽５４を介さずに）合流されている。合流部５８ｃから往路５５が延びている。復路５６の中途部から送出路２８が分岐されている。送出路２８は、抽出用貯留槽８４に接続されている。
【００７４】
（１）通常運転モード
培養槽１０からの排出培養液２ａは、排出路２２を経て、合流部５８ｃにおいて、復路５６からの培養液２ｅと混合される。混合後の培養液が、循環路５８を往路５５、フィルターユニット５９、復路５６の順に循環されるとともに、フィルターユニット５９において希釈培養液２ｃと濃縮培養液２ｅとに分離される。希釈培養液２ｃは、希釈液戻し路４１を経て、培養槽１０へ戻される。濃縮培養液２ｅの一部は、送出路２８へ分流して抽出用貯留槽８４に溜められ、更には、蒸留塔８０によるエタノール抽出に供される。濃縮培養液２ｅの残りが、復路５６を経て合流部５８ｃへ向かう。
【００７５】
各流路２２，５５，４１，５６，２８における流量Ｕ0，Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４どうしの関係は、第２実施形態（図２）と同様である。したがって、循環路５８における培養液２ｂ，２ｅの循環流量Ｕ１，Ｕ３は、排出培養液２ａの排出流量Ｕ0よりも十分に大きい（Ｕ１＞Ｕ0、Ｕ３＞Ｕ0）。
【００７６】
（２）急速希釈運転モード
基質ガス（又はその所定成分）の供給流量が異常に減少した時は、培養槽１０からの排出培養液２ａの排出流量を一時的に大きくする。排出培養液２ａは、流路２２、５５、５３、２８を順次経て、又は図示しないバイパス路を経て、抽出用貯留槽８４へ送られる。また、フィルター５１を透過した希釈培養液２ｃと、培養液源１２からの培養原液２Ｓとが、排出培養液２ａの排出分だけ培養槽１０に補充される。これによって、培養槽１０中のガス資化性微生物９の密度を小さくでき、基質ガスの供給流量が減っても、ガス資化性微生物９を安定的に培養できる。
【００７７】
＜第４実施形態＞
図４〜図７は、本発明の第４実施形態を示したものである。
図４に示すように、有価物生成システム１Ｄの培養装置１ｘは、培養槽１０と、培養液源１２と、フィルターユニット５９と、希釈液貯留槽４０を備えている。培養槽１０には、ガス供給路３１を介して、２基（複数）の基質ガス源３Ａ，３Ｂが接続されている。
【００７８】
図４〜図７に示すように、有価物生成システム１Ｄは、基質ガス又はその所定成分（ＣＯ、Ｈ２等）の供給状態に応じた４つの運転モードを有している。運転モードごとにシステム１Ｄの構成要素１０，１２，５９，４０，８４どうしの接続状態が変わる。
なお、実際のシステム１Ｄにおいては、構成要素１０，１２，５９，４０，８４どうしがすべての運転モードに対応可能に配管接続されている。そして、運転モードに応じて、一部の配管をバルブによって開閉したり、送液ポンプをオンオフしたりすることで、回路構成を変更している。ここでは、理解を容易化するために、各運転モードにおいて、開通状態の配管ラインのみを図示してある。バルブ及びポンプの図示は省略する。
【００７９】
（１）通常運転モード
図４に示すように、２つの基質ガス源３Ａ，３Ｂからの基質ガスの供給状態が順調であるときは、通常運転モードを実行する。通常運転モードでは、培養液源１２と培養槽１０とが接続され、かつ培養槽１０とフィルターユニット５９とが接続されている。
非透過室５３の出口ポートは、濃縮液送出路２８を介して抽出用貯留槽８４（ブリードタンク）と接続されるとともに、濃縮液戻し路４４を介して培養槽１０の液供給ポート１０ｐと接続されている。
透過室５２の出口ポートは、希釈液貯留路２４を介して、希釈液貯留槽４０（パーミエイトタンク）と接続されている。
【００８０】
希釈液貯留槽４０の容積は、培養槽１０の容積以上であることが好ましい。そうすることにより、後記急速希釈運転モードにおいて、培養槽１０のガス資化性微生物９を任意の濃度まで希釈することができる。
【００８１】
通常運転モードでは、培養液源１２から一定流量の培養原液２Ｓが培養槽１０に供給され、培養槽１０の培養液２においてガス資化性微生物９が培養されている（培養工程）。
また、培養槽１０から一定流量の排出培養液２ａが排出される（排出工程）。この排出培養液２ａが、フィルターユニット５９において希釈培養液２ｃと濃縮培養液２ｅとに分離される（分離工程）。フィルターユニット５９のフィルター５１は、例えばクロスフロー型のＵＦ（ウルトラフィルトレーション）フィルムで構成されている。
第２、第３実施形態（図２、図３）と同様の循環路５８を設け、この循環路５８にフィルターユニット５９を配置してもよい。
【００８２】
フィルターユニット５９からの希釈培養液２ｃ（濾液）は、ガス資化性微生物９等のバイオマス濃度がほぼ０であることが好ましい。この希釈培養液２ｃが、希釈液貯留路２４を経て、希釈液貯留槽４０に貯留される（希釈液貯留工程）。希釈液貯留槽４０内の希釈培養液２ｃの組成は、培養槽１０の液成分の組成とほぼ一致している。
【００８３】
非透過室５３からの濃縮培養液２ｅの一部分は、濃縮液送出路２８を経て、抽出用貯留槽８４に貯留される。抽出用貯留槽８４の濃縮培養液２ｅが、蒸留塔８０へ送られて、エタノール抽出に供される。
【００８４】
非透過室５３からの濃縮培養液２ｅの残り（好ましくは大部分）は、濃縮液戻し路４４を経て、培養液源１２からの培養原液２Ｓ（フレッシュメディア）と共に培養槽１０に戻される。したがって、トータルとして、培養槽１０の培養液２中のガス資化性微生物９の排出速度が、培養液２の液成分の排出速度より遅くなり、培養液２が高バイオマス密度に保たれる。濃縮培養液２ｅの戻し流量と培養原液２Ｓの供給流量との合計が、排出培養液２ａの排出流量とバランスすることで、培養槽１０内の培養液２の量が一定に維持される。
【００８５】
（２）急速希釈（急速排出）運転モード
ここで、基質ガス源３Ａ，３Ｂのうちの１基（例えば基質ガス源３Ａ）が故障等のトラブルによって基質ガスの生産を停止したものとする。そうすると、基質ガスの供給流量が、通常運転モードの半分になる。逆に言うと、基質ガス源３Ａ，３Ｂが２基（複数）有るために、１基が停止しても、半分のガス供給は確保できる。
基質ガスの供給量が不足すると、培養槽１０内のガス資化性微生物９が死滅したり、少ないガス量でも生存できるように代謝を変えたりする。代謝が変わると、エタノールなどの所望の成分が生産されず、酢酸などの副産物が多く生産される。その後、ガス供給量が回復しても、容易には元の代謝に戻らず、エタノール生産に大きなダメージを与える。
【００８６】
そこで、図５に示すように、急速希釈運転モードを実行する。急速希釈運転モードでは、急速排出路２７（排出調節部）によって、培養槽１０の排出ポート１０ｅと抽出用貯留槽８４とを直接連通させる。また、希釈液貯留槽４０と培養槽１０の供給ポート１０ｐとを急速補充路４３によって連通する。
【００８７】
そして、培養槽１０からの排出培養液２ａの排出量を一時的に増大させる。つまり、培養槽１０から培養液２を急速排出する（急速排出工程）。これによって、培養槽１０内のガス資化性微生物９の個体数を減少させる。好ましくは、基質ガスの供給流量の低下度合に応じて、ガス資化性微生物９の減少度合を決める。ここでは、基質ガスの供給流量が半減しているために、培養液２を半分程度排出し、培養槽１０内のガス資化性微生物９を半減させる。これによって、ガス資化性微生物９の各個体あたりの基質ガスの摂取量を、通常運転モードでの値とほぼ同じに維持できる。この結果、ガス資化性微生物９の全個体が一様に衰弱して死滅するのを回避できる。
培養槽１０から急速排出された排出培養液２ａは、急速排出路２７を経て、抽出用貯留槽８４に送られる。
なお、急速排出路２７は、フィルターユニット５９の非透過室５３を経由していてもよい。
【００８８】
また、排出培養液２ａの急速排出（排出量増大）と併行して、希釈液貯留槽４０の希釈培養液２ｃを、急速補充路４３を経て培養槽１０に戻す（貯留希釈液急速補充工程）。したがって、培養原液２Ｓの供給流量を増やす必要はない。希釈培養液２ｃの急速補充によって、培養槽１０中の培養液２のガス資化性微生物濃度を希釈できる。
希釈培養液２ｃは、培養液２の液成分とほぼ同一組成であるため、培養槽１０に大量供給しても、培養液２の液組成が急変することがない。したがって、ガス資化性微生物９が液組成の急変によってダメージを受けるのを防止できる。希釈培養液２ｃのバイオマス濃度をほぼ０にしておくことによって、培養槽１０にガス資化性微生物９の屍骸等が混入するのを防止できる。
なお、フィルターユニット５９からの希釈培養液２ｃ（濾液）中のバイオマス濃度が０でなくても、希釈液貯留槽４０での貯留期間中にバイオマスが沈殿されることで、希釈培養液２ｃの上澄み液と分離されるようにし、急速希釈運転モードでは前記上澄み液を培養槽１０へ急速補充することにしてもよい。
また、排出培養液２ａのエタノール濃度が薄くなるのを防止できるから、蒸留塔８０での蒸留等の際の負荷が増大するのを防止でき、エタノールの抽出効率を良好に維持できる。さらに、透過室５２からの希釈培養液２ｃを直接培養槽１０に戻す場合（第２実施形態（図２）及び第３実施形態（図３）参照）よりも、短時間で大量の希釈培養液２ｃを培養槽１０に戻すことができる。また、フィルター５１を小型化でき、建設費を抑えることができる。
ちなみに、透過室５２からの希釈培養液２ｃを直接培養槽１０に戻す場合は、排出培養液２ａの大量排出時の急速性（フィルター５１の大量透過）を確保するために、フィルター５１を大型化する必要があり、建設費が増加する。
【００８９】
培養槽１０から排出培養液２ａを大量排出しても、希釈液貯留槽４０の希釈培養液２ｃを培養槽１０に戻すことで、培養槽１０の貯液量を一定に保つことができる。したがって、攪拌機１６（図１〜図３参照）が露出することはない。また、培養槽１０が上下に長く延びるループリアクターによって構成されている場合でも、培養液２の不足による循環不能に陥るのを回避できる。
急速希釈運転モードすなわち排出培養液２ａの急速排出操作及び希釈培養液２ｃの急速補充操作は、数分間〜数十分間で終了することが好ましい。
【００９０】
（３）低バイオマス運転モード
図６に示すように、急速希釈運転モードの終了後、基質ガス源３Ａのトラブルが解消されて、基質ガスの供給流量が所定値以上に回復するまでの間、低バイオマス運転モードを実行する。低バイオマス運転モードでは、透過室５２と希釈液貯留槽４０とを遮断し、かつ希釈液貯留槽４０と培養槽１０とを遮断する。これに代えて、透過室５２の出口ポートと培養槽１０の供給ポート１０ｐとを希釈液戻し路４１にて接続する。また、非透過室５３の出口ポートと入口ポートとを循環路５８によってループ接続する。したがって、急速希釈運転モードにおける有価物生成システム１Ｄは、第３実施形態の有価物生成システム１Ｃと実質的に同じ回路構成になる。
【００９１】
そして、フィルターユニット５９における分離工程で得た希釈培養液２ｃを、希釈液貯留槽４０へ送ることなく直接培養槽１０に戻す。かつ、分離工程で得た濃縮培養液２ｅの一部を、循環路５８によって非透過室５３に戻すとともに、濃縮培養液２ｅの残りを抽出用貯留槽８４ひいては後続装置１ｙへ送出する。したがって、トータルとして、培養液２中のガス資化性微生物９の排出速度が、培養液２の液成分の排出速度より早くなる。これによって、培養槽１０内でガス資化性微生物９が増殖しても、その増殖した分のガス資化性微生物９を培養槽１０から排出することで、培養槽１０内を低バイオマス状態に維持できる。したがって、基質ガスの供給流量が少なくても、ガス資化性微生物９を安定的に培養でき、ガス資化性微生物９が死滅したり代謝が変わったりするのを防止できる。
【００９２】
（４）状態回復運転モード
前記基質ガス源３Ａのトラブルが解消され、基質ガスの供給流量が所定値以上に回復可能になったときは、状態回復運転モードを実行する。
図７に示すように、状態回復運転モードでは、透過室５２と希釈液貯留槽４０とを希釈液貯留路２４によって連通し、かつ非透過室５３と抽出用貯留槽８４とを遮断する。非透過室５３の出口ポートは、濃縮液戻し路４４を介して培養槽１０の液供給ポート１０ｐとだけ連通させる。したがって、フィルターユニット５９における分離工程で得た濃縮培養液２ｅの全量が、濃縮液戻し路４４を経て培養槽１０に戻される。培養液２ｂを培養槽１０から排出した時点からその培養液２ｂを濃縮培養液２ｅにして培養槽１０に戻すまでの時間は、ガス資化性微生物９が基質ガスの無い環境中で死なない時間に設定され、好ましくは１分以内であり、長くても３時間以内である。
また、希釈培養液２ｃの全量が希釈液貯留槽４０に溜められる。
【００９３】
そして、培養槽１０における培養液２の状態（所要成分の濃度）を監視しながら、培養槽１０への基質ガスの供給流量を増やしていく。これによって、培養液２中のガス資化性微生物９が増殖することで、その濃度を急速に増大させることができる。
ガス資化性微生物９の濃度上昇に伴い、基質ガスの供給流量を上げていく。好ましくは、ガス資化性微生物９の濃度と基質ガスの供給流量とを比例させる。また、培養液２の液組成（例えば酢酸濃度）が一定になるように、培養液源１２からの培養原液２Ｓ（フレッシュメディア）の投入量を調節する。そして、ガス資化性微生物９の濃度及び基質ガスの供給流量が所定の大きさになったとき、図４に示すように、非透過室５３と抽出用貯留槽８４とを連通させることで、通常運転モードに切り替える。
【００９４】
＜第５実施形態＞
図８は、本発明の第５実施形態を示したものである。
図８（ａ）に示すように、有価物生成システム１Ｅの希釈液貯留槽４０には、冷却器４６（液温調整部）が設けられている。図８（ｂ）に示すように、同システム１Ｅの急速希釈運転モードにおける急速補充路４３と急速排出路２７との間には、熱交換器４７が設けられている。さらに、熱交換器４７よりも培養槽１０側の急速補充路４３には、加熱器４９が設けられている。
【００９５】
（１）通常運転モード
図８（ａ）に示すように、有価物生成システム１Ｅにおいては、希釈液貯留槽４０に溜めた希釈培養液２ｃを、冷却器４６によって冷却し、培養槽１０の温度よりも低温にする。好ましくは、冷却器４６の設定温度は、細菌等の生物が生存不能な温度、又は代謝や繁殖等の生命活動が不能化若しくは抑制可能な温度であり、かつ希釈培養液２ｃが凍結しない温度とする。ここでは、例えば０℃〜２０℃、好ましくは４℃程度に設定されている。これによって、希釈培養液２ｃ中で腐敗菌等が繁殖するのを抑制又は防止でき、臭気の発生を防止できる。
【００９６】
（２）急速希釈運転モード
図８（ｂ）に示すように、急速希釈運転モードでは、急速補充路４３を通る希釈培養液２ｃと、急速排出路２７を通る排出培養液２ａとを熱交換器４７において熱交換させる。熱交換によって、希釈培養液２ｃを加温して、培養槽１０の温度に近づけることができる。排出培養液２ａを加温源として利用することで、後記加熱器４９の負荷を低減できる。
【００９７】
その後、希釈培養液２ｃを加熱器４９によって更に加温する。これによって、希釈培養液２ｃの温度を培養槽１０の培養液２の温度に十分に近づけることができ、好ましくは培養液２とほぼ同じ温度にすることができる。そのうえで、希釈培養液２ｃを培養槽１０に供給して、培養液２と混合する。これによって、希釈培養液２ｃを多量に供給しても、培養液２の液温変化を十分に小さくできる。したがって、培養槽１０内のガス資化性微生物９が液温変化によってダメージを受けるのを防止できる。
【００９８】
なお、希釈液貯留槽４０の液温調整部として、冷却器４６に代えて、加熱器を用いてもよい。この加熱器によって希釈液貯留槽４０の希釈培養液２ｃを培養槽１０よりも高温に加熱してもよい。加熱の設定温度は、好ましくは５０℃〜１００℃である。５０℃以上に設定することによって、細菌等の生物が生存不能にでき、又は代謝や繁殖等の生命活動を不能化若しくは抑制可能である。また、１００℃未満に設定することによって、希釈培養液２ｃが沸騰したり、希釈培養液２ｃ中の成分が変性したりするのを防止できる。
希釈液貯留槽４０に加熱器を設ける場合には、熱交換器４７と培養槽１０との間の急速補充路４３には、加熱器４９に代えて冷却器を設けることが好ましい。
【００９９】
＜第６実施形態＞
図９は、本発明の第６実施形態を示したものである。この実施形態は急速希釈運転モードの変形例である。
図９に示すように、有価物生成システム１Ｆの急速希釈運転モードにおいては、急速補充路４３から逆洗路４５が分岐されている。逆洗路４５は、フィルターユニット５９を透過室５２、非透過室５３の順に通り、再び急速補充路４３と合流している。逆洗路４５の分岐部と合流部との間の急速補充路４３には、流量制御弁４８が設けられている。
【０１００】
急速希釈運転モードにおいて、希釈液貯留槽４０からの希釈培養液２ｃの一部が、急速補充路４３から逆洗路４５に分流され、フィルターユニット５９を逆流する。これによって、フィルター５１を逆洗でき、フィルター５１の詰まりを低減ないしは除去できる。逆洗後の希釈培養液２ｃは、急速補充路４３を直進した希釈培養液２ｃと合流して、培養槽１０へ導入される。希釈培養液２ｃの一部だけを逆洗に用いることで、希釈培養液２ｃの全体の流量を確保できる。流量制御弁４８によって、逆洗用の流量を調整できる。
なお、希釈培養液２ｃの全部がフィルターユニット５９を逆流するようにしてもよい。急速補充路４３に流量制御弁４８に代えて、開閉弁を設けてもよい。
【０１０１】
＜第７実施形態＞
図１０は、本発明の第７実施形態を示したものである。
有価物生成システム１Ｇは、培養装置１ｘと、後続装置１ｙとを備えている。培養装置１ｘは、培養槽１０と、バイオマス濃縮部５０Ｇ（分離部）とを含む。後続装置１ｙは、蒸留塔８０（抽出部）と、排液処理部８とを含む。
【０１０２】
培養槽１０内に培養液２が溜められている。この培養液２中でガス資化性微生物９が培養されている。微生物９としては、例えば特許文献１（米国公開公報ＵＳ２０１３／００６５２８２）の他、特開２０１４−０５０４０６号公報、特開２００４−５０４０５８号公報等に開示された嫌気性細菌を用いることができる。この微生物９の発酵作用によって基質ガスからエタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）等の有価物が合成される。この微生物９の発酵に使われる基質ガス成分（所定成分）は、主に一酸化炭素（ＣＯ）及び水素（Ｈ２）である。有価物としては、エタノールの他、ブタノール、酢酸ないしはアセテート、その他の有機化合物が挙げられる。
【０１０３】
培養槽１０内の培養液２は、攪拌機１６によって撹拌されている。したがって、ガス資化性微生物９が培養液２の全域に均一に分散されている。
【０１０４】
培養槽１０に培養液源１２が接続されている。培養液源１２には、培養液２の原液２Ｓが蓄えられている。つまり、ガス資化性微生物９が混入される前の培養液２が蓄えられている。培養原液２Ｓの大部分は水（Ｈ２Ｏ）であり、これにビタミンやリン酸等の栄養分が分散又は溶解されている。培養液源１２から原液供給路１４が延び出ている。この原液供給路１４が、培養槽１０の液供給ポート１０ｐに連なっている。
【０１０５】
さらに、培養槽１０には基質ガス源３が接続されている。基質ガス源３からガス供給路３１が延び出ている。このガス供給路３１が、培養槽１０の底部のガス供給ポート１０ｑに連なっている。詳細な図示は省略するが、基質ガス源３は、産業廃棄物等を処理する廃棄物処理施設にて構成されている。言い換えると、この実施形態の培養装置１ｘひいては有価物生成システム１Ｇは、廃棄物処理システムに組み込まれている。基質ガス源３には溶融炉があり、この溶融炉において、廃棄物が高濃度酸素ガスによって燃焼されて低分子レベルまで分解される。最終的に、一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）等を含む嫌気性の基質ガスが生成される。基質ガスの生成流量及び組成は、廃棄物の種類や量等に依存し、不安定である。
【０１０６】
バイオマス濃縮部５０Ｇは、フィルター５１（分離膜）を含む分離器にて構成されている。フィルター５１としては、例えば中空糸膜が用いられている。フィルター５１によって透過室５２と、非透過室５３とが画成されている。
【０１０７】
培養槽１０とバイオマス濃縮部５０Ｇとが、培養液排出路２２及び希釈液戻し路４１を介して接続されている。排出路２２は、培養槽１０の中間部又は底部の排出ポート１０ｅから延び出て、非透過室５３の入口ポートに連なっている。排出路２２には、送液ポンプ２３が設けられている。希釈液戻し路４１は、透過室５２の出口ポートから延び出て、培養槽１０の戻りポート１０ｒに連なっている。希釈液戻し路４１には、液戻しポンプ４２（図１１参照）が設けられていてもよい。
【０１０８】
さらに、非透過室５３の出口ポートから濃縮液送出路２９が後続装置１ｙへ延びている。濃縮液送出路２９が、蒸留塔８０の中間部に連なっている。蒸留塔８０の上端部から抽出液路８２が延び出ている。蒸留塔８０の底部から排出路８３が延び出ている。排出路８３は、排液処理部８に連なっている。詳細な図示は省略するが、排液処理部８は、排液の嫌気処理部及び好気処理部等を含む。
【０１０９】
上記の有価物生成システム１Ｇによる培養方法ひいては有価物生成方法を説明する。
＜培養工程＞
培養槽１０に培養液２を入れ、この培養液２においてガス資化性微生物９を培養する。攪拌機１６によって培養液２を撹拌することで、ガス資化性微生物９を培養液２の全域に均一に分散させる。
【０１１０】
＜基質ガス供給工程＞
また、基質ガス源３において廃棄物から生成した基質ガス（ＣＯ，Ｈ２  ＣＯ２等）を、ガス供給路３１を経て培養槽１０に導入し、培養槽１０の培養液２中に基質ガスを溶け込ませる。上記の撹拌によって、基質ガスが培養液２中に溶解するのを促進できる。
なお、基質ガス源３からの基質ガスの供給流量は必ずしも一定していない。
【０１１１】
＜発酵工程＞
これによって、培養液２中のガス資化性微生物９が、発酵を行ない、基質ガスからエタノール等の有価物を生成する。発酵によってＣＯ２等の気体成分も生成される。ガス供給路３１から導入されるＣＯ２や、発酵により生成されたＣＯ２や、未使用のＣＯ、Ｈ２等の気体成分は、培養槽１０の排気ポート１０ｇから排出される。これら気体成分は、基質ガス源３に戻してもよく、燃焼させて蒸留などの熱源として利用してもよい。
【０１１２】
＜排出工程＞
送液ポンプ２３を駆動することで、培養槽１０内の培養液２の一部２ａ（以下、適宜「排出培養液２ａ」と称す）を排出路２２へ排出させる。この排出培養液２ａを、排出路２２を経てバイオマス濃縮部５０Ｇへ送る。培養液２ａの排出は、連続的に行ってもよく、断続的ないしは間欠的に行ってもよい。定常的に行ってもよく、培養状況に応じて不定期に行ってもよい。基質ガス源３から培養槽１０への基質ガスや該基質ガス中の所定成分（ＣＯ，Ｈ２等）の供給流量を監視し、この供給流量が所定以下になったとき、培養液２ａを排出させることにしてもよい。或いは、培養槽１０におけるガス資化性微生物９の増殖分だけ、培養液２ａを排出させてもよい。詳しくは、培養槽１０内のガス資化性微生物９の濃度を監視し、この濃度が所定以上になったとき、培養液２ａを排出させることにしてもよく、濃度に応じて排出培養液２ａの流量を調節することにしてもよい（図１１参照）。
【０１１３】
＜濃縮工程＞
排出培養液２ａは、排出路２２を経て、バイオマス濃縮部５０Ｇの非透過室５３へ導入される。非透過室５３を通る培養液２ａ中の液成分はフィルター５１を透過して透過室５２へ移ることができる。これに対し、培養液２ａ中のガス資化性微生物９の生体や屍骸等からなるバイオマス、その他の固体成分は、フィルター５１を透過するのが阻止される。したがって、培養液２ａが、透過室５２の希釈培養液２ｃ（透過液）と、非透過室５３の濃縮培養液２ｅ（非透過液）とに分離される。希釈培養液２ｃは、排出培養液２ａひいては培養槽１０の培養液２よりもバイオマス濃度ひいてはガス資化性微生物９の濃度が十分に低く、好ましくはバイオマスが殆ど含まれていない。なお、本システム１Ｇ（図１０）における希釈培養液２ｃのバイオマス濃度は、システム１Ｄ〜１Ｆ（図４〜図９）における希釈培養液２ｃのバイオマス濃度よりも高くてもよい。濃縮培養液２ｅは、排出培養液２ａひいては培養槽１０の培養液２よりもバイオマス濃度ひいてはガス資化性微生物９の濃度が高い。すなわち、希釈培養液２ｃは、ガス資化性微生物９が希釈（除去を含む）され、濃縮培養液２ｅは、ガス資化性微生物９が濃縮されている。
【０１１４】
＜戻し工程＞
希釈培養液２ｃは、希釈液戻し路４１を経て培養槽１０に戻される。
＜補充工程＞
排出培養液２ａの排出流量Ｕ０と希釈培養液２ｃの戻し流量Ｕ２との差分だけ、培養液源１２から培養原液２Ｓを培養槽１０に補充する。この培養原液２Ｓの補充流量は、濃縮培養液２ｅの流量Ｕ４（＝Ｕ０−Ｕ２）と等量になる。これによって、培養槽１０における培養液２の量を一定に維持できる。
【０１１５】
ここで、希釈培養液２ｃ中のバイオマス濃度は殆どゼロであるから、濃縮培養液２ｅにおけるバイオマス濃度は、培養液２，２ａにおけるバイオマス濃度のＵ０／（Ｕ０−Ｕ２）倍となる。したがって、排出培養液２ａの流量Ｕ０と希釈培養液２ｃの流量Ｕ２とを調節することにより、バイオマス濃縮部５０Ｇでの濃縮率を制御できる。
【０１１６】
＜後続送出工程＞
濃縮培養液２ｅは、濃縮液送出路２９によって培養装置１ｘから送出され、後続工程へ供される。詳しくは、濃縮培養液２ｅは、濃縮液送出路２９を経て蒸留塔８０に導入される。
【０１１７】
＜抽出工程＞
蒸留塔８０において、濃縮培養液２ｅが蒸留されて、エタノール（有価物）が抽出される。希釈培養液２ｃの戻し流量Ｕ２をできるだけ大きくし、かつ培養原液２Ｓの供給流量をできだけ小さくすることで、培養液２中のエタノール濃度をできるだけ高くでき、ひいては蒸留塔８０におけるエタノール抽出効率を高めることができる。抽出したエタノールは、蒸留塔８０の上端部から抽出液路８２へ出され、精製工程等を経て種々の利用に供される。
【０１１８】
＜排液処理工程＞
蒸留塔８０の底部には抽出残液２ｄが溜まる。抽出残液２ｄは、ガス資化性微生物９の屍骸等のバイオマスを高濃度に含む。この抽出残液２ｄが、蒸留塔８０の下端部から排出路８３を経て排液処理部８へ送られる。排液処理部８においては抽出残液２ｄが嫌気処理や好気処理されることによって、バイオマスが分解される。或いは、バイオマスを凝集して、有価物抽出等のための燃料（熱源）として利用してもよい。
【０１１９】
有価物生成システム１Ｇによれば、排出培養液２ａに含まれるガス資化性微生物９を濃縮して培養装置１ｘから排出できる。逆に言うと、排出培養液２ａ中の液成分の一部分を、ガス資化性微生物９から分離して、希釈培養液２ｃとして培養槽１０に戻すことができる。したがって、培養液２の系外への排出流量を減らすことができ、培養液２の無駄を抑えることができる。また、培養原液２Ｓの補充流量を減らすことで、コスト削減できるだけでなく、培養槽１０内の環境（培養液２の組成等）をできるだけ一定に維持することができ、ガス資化性微生物９を安定的に培養することができる。
【０１２０】
なお、培養槽１０内の培養液２の液成分の組成は、培養原液２Ｓの組成と必ずしも一致しておらず、ガス資化性微生物９の生命活動によって消費されたり生産されたりする成分がある。したがって、培養原液２Ｓの供給量が多過ぎると、ガス資化性微生物９が環境の急変でショック死するおそれがある。
【０１２１】
また、基質ガス源３における基質ガスの供給流量が低下したり、培養槽１０内のガス資化性微生物９が過度に増殖して高濃度になったりしたときは、送液ポンプ２３の出力を上げて、排出培養液２ａの流量を増大させる。これによって、培養槽１０におけるガス資化性微生物９の個体数を減らすことで、各個体あたりの基質ガスの摂取量を確保したり、各個体あたりの栄養分の摂取量を確保したりすることができる。よって、ガス資化性微生物９のほぼ全個体が一様に衰弱して死滅するのを回避することができる。この結果、ガス資化性微生物９を一層安定的に培養できる。排出培養液２ａの流量を増大させた場合でも、上述したように、当該排出培養液２ａから分離した希釈培養液２ｃを培養槽１０に戻すことで、培養液２の無駄を確実に抑えることができる。
【０１２２】
＜第８実施形態＞
図１１は、本発明の第８実施形態を示したものである。
有価物生成システム１Ｈは、コントローラ６０（分離比調節部）と、バイオマス濃度測定器６１（微生物濃度測定器）とを更に備えている。また、希釈液戻し路４１には、液戻しポンプ４２が設けられている。
【０１２３】
バイオマス濃度測定器６１は、排出路２２に設けられており、排出培養液２ａ中のバイオマス濃度を測定する。ひいては、培養槽１０における培養液２中のガス資化性微生物９の濃度が測定される。バイオマス濃度測定器６１としては、例えば、培養液に光を照射してその吸収率等からバイオマス濃度を測定する光学式濃度測定器を用いることができる。これによって、バイオマス濃度をリアルタイムに測定できる。
なお、バイオマス濃度測定器６１を培養槽１０内に設け、培養槽１０内のガス資化性微生物９の濃度を直接計測してもよい。
【０１２４】
バイオマス濃度測定器６１による測定濃度の情報はコントローラ６０へ送られる。コントローラ６０は、この測定濃度情報に基づいて、培養液２中のガス資化性微生物９の濃度が所定の値になるように、液戻しポンプ４２の出力すなわち希釈培養液２ｃの流量を調節する。これによって、バイオマス濃縮部５０Ｇにおける希釈培養液２ｃと濃縮培養液２ｅの分離比が調節される。更に、コントローラ６０は、送液ポンプ２３の出力を調節することによって、排出培養液２ａの流量を、希釈培養液２ｃの戻り流量及び培養原液２Ｓの供給流量の合計流量とバランスさせる。これによって、培養槽１０内の培養液２の量を所定に維持される。
【０１２５】
具体的には、測定したバイオマス濃度が所定の値を上回ったときは、液戻しポンプ４２の出力を上げる。これによって、バイオマス濃縮部５０Ｇにおいてフィルター５１を透過する液量が増え、ガス資化性微生物９を含まない希釈培養液２ｃの培養槽１０への戻し流量が増大する。すると、培養槽１０内の液量が増加するため、送液ポンプ２３の出力を上げて、培養液２ａの排出流量を増大させる。このため、培養槽１０からのガス資化性微生物９の取り出し量が増える。したがって、培養槽１０におけるガス資化性微生物９の濃度を低下させることがでる。逆に、測定したバイオマス濃度が所定の値を下回ったときは、液戻しポンプ４２の出力を下げる。これによって、バイオマス濃縮部５０Ｇにおいてフィルター５１を透過する液量が減り、希釈培養液２ｃの培養槽１０への戻し流量が減少する。これに併せて、送液ポンプ２３の出力を下げて、培養液２ａの排出流量を減少させる。このため、培養槽１０からのガス資化性微生物９の取り出し量が減る。したがって、培養槽１０におけるガス資化性微生物９の濃度を上昇させることができる。この結果、培養槽１０におけるガス資化性微生物９の濃度を一定に維持することができる。
【０１２６】
また、有価物生成システム１Ｇ（図１０）等と同様に、ガス供給路３１から培養槽１０への基質ガス（ＣＯ，Ｈ２）の供給流量が所定の値を下回ったときは、送液ポンプ２３の出力を上げて、排出培養液２ａの流量を増大させることで、培養槽１０におけるガス資化性微生物９の個体数を減らす。これによって、ガス資化性微生物９の死滅を回避し、ガス資化性微生物９を安定的に培養できる。
【０１２７】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変をなすことができる。
例えば、第１実施形態（図１）等の排出量調節工程において、基質ガス中の所定成分の供給流量に基づくのに代えて、基質ガス全体の供給流量に基づいて培養液２ａの排出量調節を行なうことにしてもよい。すなわち、基質ガス全体の供給流量が所定値を上回っているときは上記平常運転を行い、基質ガスの供給流量が所定値以下になったとき、培養液２ａの排出量を増やしてもよい。この場合、ガス供給路３１には流量計３２があればよく、ガスセンサ３３は省略してもよい。或いは、基質ガス又は所定成分の供給状態として、基質ガスの温度や圧力、所定成分の分圧等に基づいて、培養液２ａの排出量調節を行なうことにしてもよい。
第１実施形態（図１）等において抽出用貯留槽８４を省略してもよい。排出路２２が、貯留槽８４を介さずに蒸留塔８０に連なっていてもよい。さらに、排出路２２が、貯留槽８４及び蒸留塔８０を介さずに排液処理部８に連なっていてもよい。第２実施形態（図２）において、排出路２２が、貯留槽８４を介さずにバイオマス濃縮部５０の非透過室５３の入口ポートに連なり、非透過室５３の出口ポートが、貯留槽８４を介さずに蒸留塔８０に連なっていてもよい。
送出路８１，２９上に、フィルターや遠心分離装置などの固液分離装置を配置し、固体成分が蒸留塔８０に投入されることを防いでもよい。これにより、蒸留塔８０のメンテナンス頻度を下げることができる。
【０１２８】
第７実施形態（図１０）等において、平常運転時は、特許文献１等と同様に、微生物９の濃縮・分離後の濃縮培養液２ｅを培養槽１０に戻し、希釈培養液２ｃを後続装置１ｙの蒸留塔８０へ送って有価物の抽出を行うことにしてもよい。そして、基質ガスの供給流量が低下したり、培養槽１０内のガス資化性微生物９が過度に増殖したりしたような生息環境の悪化時に、システム１Ｇ，１Ｈの通りに、微生物９の濃縮・分離後の希釈培養液２ｃを培養槽１０へ戻し、濃縮培養液２ｅを後続装置１ｙへ送ることにしてもよい。
後続装置１ｙの蒸留塔８０又は排液処理部８を省略してもよい。
希釈培養液２ｃ（微生物希釈/除外液）は、濃縮培養液２ｅよりも微生物濃度が低ければよく、希釈培養液２ｃに、非透過液２よりも低濃度の微生物が含まれていてもよい。
複数の実施形態を互いに組み合わせてもよい。例えば、第１〜第７実施形態（図１〜図１０）において、第８実施形態（図１１）と同様に、コントローラ６０及びバイオマス濃度測定器６１を付加してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
本発明は、例えば産業廃棄物の焼却処理で生じる一酸化炭素からエタノールを合成するエタノール生成システムに適用できる。
【符号の説明】
【０１３０】
１ｘ    培養装置
１ｙ    後続装置
２      培養液
２ａ    排出培養液
３１    ガス供給路
８      排液処理部
９      ガス資化性微生物
１０    培養槽
２１    排出調節部
２ｃ    希釈培養液
２ｅ    濃縮培養液
２８，２９    濃縮液送出路
４０    希釈液貯留槽
４１    希釈液戻し路
４３    急速補充路
４５    逆洗路
４６    冷却器（液温調整部）
４７    熱交換器
５０，５０Ｇ    分離部
５１    フィルター（分離膜）
５２    透過室
５３    非透過室
５４    濃縮用貯留槽
５８    循環路
５９    フィルターユニット
６０    コントローラ（分離比調節部）
６１    バイオマス濃度測定（微生物濃度測定器）
８０    蒸留塔（抽出部）
８４    抽出用貯留槽
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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