(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
嫌気性の基質ガスから有価物を発酵生成する嫌気性微生物を培養する培養装置であって、
前記嫌気性微生物を培養液中で培養する培養槽と、
前記培養槽に接続され、基質ガス源からの前記基質ガスを前記培養槽内の培養液に供給する基質ガス供給路と、
前記培養後の培養液を濾過する濾過手段と、
前記培養液の濾液又は前記培養後の培養液を後処理する後処理部と、
前記培養前の新規の培養液、前記後処理後の培養液、及び前記濾液のうち何れか１つ又は２以上の混合液を逆流洗浄液として、該逆流洗浄液を前記濾過手段に濾過時とは逆方向に流して、前記濾過手段を逆流洗浄する逆流洗浄手段と、
前記逆流洗浄後の前記逆流洗浄液を前記培養液として前記培養槽へ導入する導入手段と、
所定間隔置きに第１流通モードと第２流通モードとを交互に切り替えるモード切替手段と、
を備え、前記濾過手段が、前記第１流通モードのとき、前記培養後の培養液を濾過する第１濾過器と、前記第２流通モードのとき、前記培養後の培養液を濾過する第２濾過器とを含み、前記逆流洗浄手段が、前記第１流通モードのときは前記第２濾過器を逆流洗浄し、前記第２流通モードのときは前記第１濾過器を逆流洗浄し、
前記モード切替手段と前記逆流洗浄手段と前記導入手段とによって、前記第１、第２濾過器と前記培養槽と前記後処理部とが、前記第１流通モードにおいては、前記培養液及び前記逆流洗浄液となる液の流れ方向の上流側から前記第２濾過器、前記培養槽、前記第１濾過器、前記後処理部の順に接続され、かつ前記第２濾過器では前記液が濾過時とは逆方向に流れ、かつ前記第１濾過器では前記液が濾過時の方向に流れるように接続され、前記第２流通モードにおいては、前記流れ方向の上流側から前記第１濾過器、前記培養槽、前記第２濾過器、前記後処理部の順に接続され、かつ前記第１濾過器では前記液が濾過時とは逆方向に流れ、かつ前記第２濾過器では前記液が濾過時の方向に流れるように接続され、
前記所定間隔が、前記嫌気性微生物の前記濾過手段における活性維持時間より短いことを特徴とする培養装置。
【請求項２】
嫌気性の基質ガスから有価物を発酵生成する嫌気性微生物を培養する培養装置であって、
前記嫌気性微生物を培養液中で培養する培養槽と、
前記培養槽に接続され、基質ガス源からの前記基質ガスを前記培養槽内の培養液に供給する基質ガス供給路と、
前記培養後の培養液を濾過する濾過手段と、
前記培養液の濾液又は前記培養後の培養液を後処理る後処理部と、
前記培養前の新規の培養液、前記後処理後の培養液、及び前記濾液のうち何れか１つ又は２以上の混合液を逆流洗浄液として、該逆流洗浄液を前記濾過手段に濾過時とは逆方向に流して、前記濾過手段を逆流洗浄する逆流洗浄手段と、
前記逆流洗浄後の前記逆流洗浄液を前記培養液として前記培養槽へ導入する導入手段と、
所定間隔置きに第１流通モードと第２流通モードと第３流通モードとを順次循環的に切り替えるモード切替手段と、薬液洗浄手段と、を備え、
前記濾過手段が、前記第１流通モードのとき、前記培養後の培養液を濾過する第１濾過器と、前記第２流通モードのとき、前記培養後の培養液を濾過する第２濾過器と、前記第３流通モードのとき、前記培養後の培養液を濾過する第３濾過器とを含み、前記逆流洗浄手段が、前記第１流通モードのときは前記第２、第３濾過器の一方を逆流洗浄し、前記第２流通モードのときは前記第１、第３濾過器の一方を逆流洗浄し、前記第３流通モードのときは前記第１、第２濾過器の一方を逆流洗浄し、
前記モード切替手段と前記逆流洗浄手段と前記導入手段とによって、前記第１、第２、第３濾過器と前記培養槽と前記後処理部とが、前記第１流通モードにおいては、前記培養液及び前記逆流洗浄液となる液の流れ方向の上流側から前記第２、第３濾過器の一方、前記培養槽、前記第１濾過器、前記後処理部の順に接続され、かつ前記第２、第３濾過器の一方では前記液が濾過時とは逆方向に流れ、かつ前記第１濾過器では前記液が濾過時の方向に流れるように接続され、前記第２流通モードにおいては、前記流れ方向の上流側から前記第３、第１濾過器の一方、前記培養槽、前記第２濾過器、前記後処理部の順に接続され、かつ前記第３、第１濾過器の一方では前記液が濾過時とは逆方向に流れ、かつ前記第２濾過器では前記液が濾過時の方向に流れるように接続され、前記第３流通モードにおいては、前記流れ方向の上流側から前記第１、第２濾過器の一方、前記培養槽、前記第３濾過器、前記後処理部の順に接続され、かつ前記第１、第２濾過器の一方では前記液が濾過時とは逆方向に流れ、かつ前記第３濾過器では前記液が濾過時の方向に流れるように接続され、
前記薬液洗浄手段が、前記第１流通モードのときは前記第２、第３濾過器の他方を薬液によって洗浄し、前記第２流通モードのときは前記第１、第３濾過器の他方を薬液によって洗浄し、前記第３流通モードのときは前記第１、第２濾過器のうち他方を薬液によって洗浄し、
前記所定間隔が、前記嫌気性微生物の前記濾過手段における活性維持時間より短いことを特徴とする培養装置。
【請求項３】
前記濾過手段が、前記培養後の培養液を透過させ、かつ前記嫌気性微生物の透過を阻止する濾過膜を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の培養装置。
【請求項４】
前記濾過手段が、前記培養後の培養液を透過させ、かつ前記嫌気性微生物を捕捉する濾過用砂状物質を有し、前記モード切替手段が、前記捕捉された前記嫌気性微生物の活性維持時間より短い間隔でモード切替を行なうことを特徴とする請求項１又は２に記載の培養装置。
【請求項５】
前記培養槽と前記後処理部との間に配置された後段培養槽と、
前記後段培養槽で前記嫌気性微生物を培養した後の培養液を濾過する後段濾過手段と、
を更に備え、前記濾過手段からの前記濾液が、前記後段濾過手段の逆流洗浄液となったうえで前記後段培養槽に導入され、
前記後段培養槽からの培養液、及び前記後段濾過手段からの濾液の何れか１つ又はこれらの混合液が、前記後処理部へ送られて後処理されることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の培養装置。
【請求項６】
嫌気性の基質ガスから有価物を発酵生成する嫌気性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嫌気性微生物を培養する培養工程と、
基質ガス源からの前記基質ガスを前記培養槽内の培養液に供給する工程と、
前記培養後の培養液を濾過手段によって濾過する濾過工程と、
前記培養液の濾液又は前記培養後の培養液を後処理部によって後処理する後処理工程と、
前記培養前の新規の培養液、前記後処理後の培養液、及び前記濾液のうち何れか１つ又は２以上の混合液を前記逆流洗浄液として、該逆流洗浄液を前記濾過手段に前記濾過工程とは逆方向に流して、前記濾過手段を逆流洗浄する逆流洗浄工程と、
前記逆流洗浄後の前記逆流洗浄液を前記培養液として前記培養槽へ導入する導入工程と、
所定間隔置きに第１流通モードと第２流通モードとを交互に切り替える工程と、を備え、
前記第１流通モードにおいては、前記培養液及び前記逆流洗浄液となる液を前記濾過手段の第２濾過器、前記培養槽、前記濾過手段の第１濾過器、前記後処理部の順に流して、前記第２濾過器の逆流洗浄工程と前記培養工程と前記第１濾過器における濾過工程と前記後処理工程を行い、
前記第２流通モードにおいては、前記培養液及び前記逆流洗浄液となる液を前記第１濾過器、前記培養槽、前記第２濾過器、前記後処理部の順に流して、前記第１濾過器の逆流洗浄工程と前記培養工程と前記第２濾過器における濾過工程と前記後処理工程を行ない、
前記所定間隔が、前記嫌気性微生物の前記濾過手段における活性維持時間より短いことを特徴とする培養方法。
【請求項７】
嫌気性の基質ガスから有価物を発酵生成する嫌気性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嫌気性微生物を培養する培養工程と、
基質ガス源からの前記基質ガスを前記培養槽内の培養液に供給する工程と、
前記培養後の培養液を濾過手段によって濾過する濾過工程と、
前記培養液の濾液又は前記培養後の培養液を後処理部によって後処理する後処理工程と、
前記培養前の新規の培養液、前記後処理後の培養液、及び前記濾液のうち何れか１つ又は２以上の混合液を前記逆流洗浄液として、該逆流洗浄液を前記濾過手段に前記濾過工程とは逆方向に流して、前記濾過手段を逆流洗浄する逆流洗浄工程と、
前記逆流洗浄後の前記逆流洗浄液を前記培養液として前記培養槽へ導入する導入工程と、
所定間隔置きに第１流通モードと第２流通モードと第３流通モードとを順次循環的に切り替える工程とを備え、
前記第１流通モードにおいては、前記培養液及び前記逆流洗浄液となる液を前記濾過手段の第２、第３濾過器の一方、前記培養槽、前記濾過手段の第１濾過器、前記後処理部の順に流して、前記第２、第３濾過器の一方の逆流洗浄工程と前記培養工程と前記第１濾過器における濾過工程と前記後処理工程を同時に行なうとともに前記第２、第３濾過器の他方を薬液によって洗浄し、
前記第２流通モードにおいては、前記逆流洗浄液を前記第３、第１濾過器の一方、前記培養槽、前記第２濾過器、前記後処理部の順に流して、前記第３、第１濾過器の一方の逆流洗浄工程と前記培養工程と前記第２濾過器における濾過工程と前記後処理工程を同時に行なうとともに前記第３、第１濾過器の他方を薬液によって洗浄し、
前記第３流通モードにおいては、前記逆流洗浄液を前記第１、第２濾過器の一方、前記培養槽、前記第３濾過器、前記後処理部の順に流して、前記第１、第２濾過器の一方の逆流洗浄工程と前記培養工程と前記第３濾過器における濾過工程と前記後処理工程を同時に行なうとともに前記第１、第２濾過器の他方を薬液によって洗浄し、
前記所定間隔が、前記嫌気性微生物の前記濾過手段における活性維持時間より短いことを特徴とする培養方法。
【請求項８】
直列に連なる複数段の培養槽の培養液中で前記嫌気性微生物を培養し、
各段の培養槽に対応する濾過手段によって、前記対応する培養槽からの培養液を濾過し、
最終段を除く各段の濾過手段からの濾液を、次段の濾過手段の逆流洗浄液としたうえで次段の培養槽へ導入し、
最終段の培養槽からの培養液、及び最終段の濾過手段からの濾液の何れか１つ又はこれらの混合液を、前記後処理部に送って後処理することを特徴とする請求項６又は７に記載の培養方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有価物を生成する微生物を培養する培養装置及び培養方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１では、培養槽内の培養液中で嫌気性の微生物を培養している。この微生物の発酵によってアセテート等の有価物が生成される。この培養液の一部を培養槽から流出させて、濾過手段のフィルターで濾過する。フィルターを透過した濾液は、微生物等の固体成分（浮遊物質：suspended solids）を殆ど含まない。この濾液が、次工程（次段の培養槽）へ送られる。一方、フィルターを透過しなかった浮遊物質を含む非透過液は、培養槽に戻される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国公開公報ＵＳ２０１３／００６５２８２
【特許文献２】特開２００７−２４５０４９（［０００２］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上掲特許文献１では、浮遊物質を含む培養液を濾過手段のフィルターによって連続的に濾過しているために、運転を続けるにしたがってフィルターが目詰まりしていき、透過率（フィルターに単位圧力差を与えた場合の単位時間、単位面積当たりの水の透過量）が低下する。そのため、定期的あるいは透過状況に応じて、フィルターを洗浄したり交換したりする必要がある。洗浄方法として、下水処理のように、濾液の一部（たとえば１０％程度）を逆流させることによって、フィルターを逆流洗浄することが考えられる（特許文献２参照）。しかし、逆流量が小さいと、洗浄効果が不十分である。一方、特許文献２に記載の通り、逆流量を大きくすると、濾液の回収率ないしは実質透過総量が低下し、ひいては有価物の利用効率が低下するおそれがある。そこで、逆流洗浄の実施周期を長くすると、次の逆流洗浄までの間、透過率が低下し過ぎる。そのため、フィルターの面積を大きくする（たとえば透過液１ｍ３当たり２〜４ｍ２）ことで対応せざるを得なかった。このために、フィルターに要するコストが上昇していた。
本発明は、上記事情に鑑み、有価物の利用効率を確保しながら濾過手段の透過率を回復可能とし、かつ濾過手段に要するコストを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明装置は、有価物を発酵生成する微生物を培養する培養装置であって、
前記微生物を培養液中で培養する培養槽と、
前記培養後の培養液を濾過する濾過手段と、
前記培養液の濾液又は前記培養後の培養液を後処理（有価物の抽出、利用等）する後処理部と、
逆流洗浄液を前記濾過手段に濾過時とは逆方向に流して、前記濾過手段を逆流洗浄する逆流洗浄手段と、
前記逆流洗浄後の前記逆流洗浄液を前記培養液として前記培養槽へ導入する導入手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００６】
この培養装置によれば、培養槽に導入されるべき培養液が、培養槽への導入前に、濾過手段の逆流洗浄液として用いられる。したがって、逆流洗浄液の流量を、培養液の培養槽への導入流量と同等にできる。よって、濾過手段を十分に逆流洗浄することができる。また、実質透過総量ひいては有価物の利用効率を確保しながら、逆流洗浄の周期を短くでき、濾過手段の透過率が少し下がった段階で、逆流洗浄を行うことができる。これによって、濾過手段の透過率を充分に回復させることができる。したがって、濾過手段を大型化する必要がない。また、培養液を逆流洗浄液として用いることで、逆流洗浄専用の液を別途用意する必要がない。よって、濾過手段に要するコストを低減できる。
【０００７】
前記逆流洗浄液が、前記培養前の新規の培養液、前記後処理後の培養液、及び前記濾液のうち何れか１つ又は２以上の混合液であることが好ましい。
これによって、微生物等の浮遊物質を殆ど含まない液を、逆流洗浄液として用いることができる。
【０００８】
前記培養装置が、第１流通モードと第２流通モードとを選択的に切り替えるモード切替手段を、更に備えていることが好ましい。
前記濾過手段が、
前記第１流通モードのとき、前記培養後の培養液を濾過する第１濾過器と、
前記第２流通モードのとき、前記培養後の培養液を濾過する第２濾過器と、
を含むことが好ましい。
前記逆流洗浄手段が、前記第１流通モードのときは前記第２濾過器を逆流洗浄し、前記第２流通モードのときは前記第１濾過器を逆流洗浄することが好ましい。
これによって、第１、第２濾過器の一方で濾過中に他方を逆流洗浄できる。したがって、培養後の培養液の濾過、及び濾液の後処理（有価物の抽出、利用等）を連続的に実施しながら、これと併行して、濾過手段の逆流洗浄を行なうことができ、濾過手段の濾過能力を維持できる。
【０００９】
前記培養装置が、第１流通モードと第２流通モードと第３流通モードとを選択的に切り替えるモード切替手段と、薬液洗浄手段とを更に備えていることが好ましい。
前記濾過手段が、
前記第１流通モードのとき、前記培養後の培養液を濾過する第１濾過器と、
前記第２流通モードのとき、前記培養後の培養液を濾過する第２濾過器と、
前記第３流通モードのとき、前記培養後の培養液を濾過する第３濾過器と、
を含むことが好ましい。
前記逆流洗浄手段が、前記第１流通モードのときは前記第２、第３濾過器の一方を逆流洗浄し、前記第２流通モードのときは前記第１、第３濾過器の一方を逆流洗浄し、前記第３流通モードのときは前記第１、第２濾過器の一方を逆流洗浄し、
前記薬液洗浄手段が、前記第１流通モードのときは前記第２、第３濾過器の他方を薬液によって洗浄し、前記第２流通モードのときは前記第１、第３濾過器の他方を薬液によって洗浄し、前記第３流通モードのときは前記第１、第２濾過器のうち他方を薬液によって洗浄することが好ましい。
これによって、第１〜第３濾過器の１つで濾過中に別の１つを逆流洗浄でき、更に残る１つを薬液洗浄できる。したがって、培養後の培養液の濾過、及び濾液の後処理（有価物の抽出、利用等）を連続的に実施しながら、これと併行して、濾過手段の逆流洗浄及び薬液洗浄を行なうことができ、濾過手段の濾過能力を十分に維持できる。
【００１０】
前記モード切替手段が、前記微生物の活性維持時間より短い間隔でモード切替を行なうことが好ましい。これによって、濾過器に捕捉された微生物の活性が落ちる前に、該微生物を逆流洗浄液と共に培養槽に戻すことができる。したがって、微生物の利用効率を高めることができる。
【００１１】
前記濾過手段が、前記培養後の培養液を透過させ、かつ前記微生物の透過を阻止する濾過膜（フィルター）を有していることが好ましい。
これによって、培養液を確実に濾過できる。前記濾過膜としては、中空糸や平膜等を用いることができる。
【００１２】
前記濾過手段が、前記培養後の培養液を透過させ、かつ前記微生物を捕捉する濾過用砂状物質を有していてもよい。この場合、前記モード切替手段が、前記捕捉された前記微生物の活性維持時間より短い間隔でモード切替を行なうことが好ましい。
これによって、濾過用砂状物質に捕捉された微生物の活性が落ちる前に、該微生物を逆流洗浄液と共に培養槽に戻すことができる。したがって、微生物の利用効率を高めることができる。
【００１３】
前記培養槽と前記後処理部との間に配置された後段培養槽と、
前記後段培養槽で前記微生物を培養した後の培養液を濾過する後段濾過手段と、
を更に備えていてもよい。この場合、前記濾過手段からの前記濾液が、前記後段濾過手段の逆流洗浄液となったうえで前記後段培養槽に導入され、
前記後段培養槽からの培養液、及び前記後段濾過手段からの濾液の何れか１つ又はこれらの混合液が、前記後処理部へ送られて後処理されることが好ましい。
これによって、微生物を前段の培養槽から後段の培養槽に順送りすることで、活性状態の微生物が培養装置の系内に留まって有価物の発酵生成を行なうようにでき、微生物の活性期間と、微生物の培養装置内における滞留期間とをできるだけ一致させることができる。これによって、微生物の利用効率を高めることができる。
【００１４】
本発明方法は、有価物を発酵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する培養工程と、
前記培養後の培養液を濾過手段によって濾過する濾過工程と、
前記培養液の濾液又は前記培養後の培養液を後処理（有価物の抽出、利用等）する後処理工程と、
逆流洗浄液を前記濾過手段に前記濾過工程とは逆方向に流して、前記濾過手段を逆流洗浄する逆流洗浄工程と、
前記逆流洗浄後の前記逆流洗浄液を前記培養液として前記培養槽へ導入する導入工程と、
を備えたことを特徴とする。
本発明方法によれば、培養槽へ導入されるべき培養液を、培養槽への導入前に濾過手段の逆流洗浄に用いることで、実質透過総量ひいては有価物の利用効率を確保しながら、逆流洗浄液の流量を大きくでき、逆流洗浄の実施周期を短くできる。これによって、濾過手段の透過率が少し下がった段階で逆流洗浄を行うことで、透過率を十分に回復できる。よって、濾過手段を大型にしなくても済む。また、逆流洗浄専用の液を別途用意する必要がない。この結果、濾過手段に要するコストを低減できる。
【００１５】
前記逆流洗浄液として、前記培養前の新規の培養液、前記後処理後の培養液、及び前記濾液のうち何れか１つ又は２以上の混合液を用いることが好ましい。
これによって、微生物等の浮遊物質を殆ど含まない液を、逆流洗浄液として用いることができる。
【００１６】
複数の流通モードを選択的に切り替え、
流通モードに応じて、前記濾過手段に含まれる複数の濾過器のうち、前記濾過工程を行う濾過器と、前記逆流洗浄工程を行う濾過器とを選択することが好ましい。
これによって、複数の濾過器の一部で濾過中に他の濾過器を逆流洗浄できる。したがって、培養後の培養液の濾過、及び濾液の後処理（有価物の抽出、利用等）を連続的に実施しながら、これと併行して、濾過手段の逆流洗浄を行なうことができ、濾過手段の濾過能力を維持できる。
【００１７】
３つ以上の流通モードを選択的に切り替え、
流通モードに応じて、前記濾過手段に含まれる３つ以上の濾過器のうち、前記濾過工程を行う濾過器と、前記逆流洗浄工程を行う濾過器と、薬液によって洗浄する濾過器とを選択することが好ましい。
これによって、３つ以上の濾過器の一部で濾過中に別の濾過器を逆流洗浄でき、更に別の濾過器を薬液洗浄できる。したがって、培養後の培養液の濾過、及び濾液の後処理（有価物の抽出、利用等）を連続的に実施しながら、これと併行して、濾過手段の逆流洗浄及び薬液洗浄を行なうことができ、濾過手段の濾過能力を十分に維持できる。
【００１８】
前記モード切替を、前記微生物の活性維持時間より短い間隔で行なうことが好ましい。これによって、濾過器に捕捉された微生物の活性が落ちる前に、該微生物を逆流洗浄液と共に培養槽に戻すことができる。したがって、微生物の利用効率を高めることができる。
【００１９】
直列に連なる複数段の培養槽の培養液中で前記微生物を培養し、
各段の培養槽に対応する濾過手段によって、前記対応する培養槽からの培養液を濾過し、
最終段を除く各段の濾過手段からの濾液を、次段の濾過手段の逆流洗浄液としたうえで次段の培養槽へ導入し、
最終段の培養槽からの培養液、及び最終段の濾過手段からの濾液の何れか１つ又はこれらの混合液を、前記後処理部に送って後処理してもよい。
これによって、微生物を複数段の培養槽にわたって順送りすることで、活性状態の微生物が培養装置の系内に留まって有価物の発酵生成を行なうようにでき、微生物の活性期間と、微生物の培養装置内における滞留期間とをできるだけ一致させることができる。これによって、微生物の利用効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、有価物の利用効率を確保しながら濾過手段の透過率を回復させることができ、かつ濾過手段を大型にしなくても済み、濾過手段に要するコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る培養装置を、第１流通モードで示す回路構成図である。
【図２】図２は、上記第１実施形態に係る培養装置を、第２流通モードで示す回路構成図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態に係る培養装置を、第１流通モードで示す回路構成図である。
【図４】図４は、上記第２実施形態に係る培養装置を、第２流通モードで示す回路構成図である。
【図５】図５は、本発明の第３実施形態に係る培養装置を、第１流通モードで示す回路構成図である。
【図６】図６は、上記第３実施形態に係る培養装置を、第２流通モードで示す回路構成図である。
【図７】図７は、上記第３実施形態に係る培養装置を、第３流通モードで示す回路構成図である。
【図８】図８は、本発明の第４実施形態に係る培養装置を、第１流通モードで示す回路構成図である。
【図９】図９は、上記第４実施形態に係る培養装置を、第２流通モードで示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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及び図２は、本発明の第１実施形態を示したものである。
本発明では、培養装置１によって嫌気性の微生物９を培養している。嫌気性微生物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。嫌気性微生物９は、その発酵作用によってエタノール等の有価物を生成する。この有価物を抽出したり反応させたりして種々の利用に供する。
【００２３】
図１及び図２に示すように、培養装置１は、新規培養液供給源２と、培養槽１０と、濾過手段２０と、後処理部３０と、流通ライン５０と、コントローラ５を備えている。新規培養液供給源２には、新規培養液９０が蓄えられている。新規培養液９０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溶解されている。新規培養液９０には嫌気性微生物９が含まれていない。この新規培養液９０が培養槽１０に導入されるとともに嫌気性微生物９の混入により槽内培養液９１となる。この槽内培養液９１の一部（培養後培養液９２）が濾過手段２０で濾過される。濾液９３が、蒸留等の後処理を行う後処理部３０に送られ、エタノール（有価物）が抽出される。培養槽１０と濾過手段２０と後処理部３０とが、流通ライン５０によって接続されている。
【００２４】
コントローラ５は、培養装置１全体の動作を統括する。このコントローラ５によって、培養装置１のモードが切り替えられる。コントローラ５は、モード切替手段を構成している。モードとして、図１に示す第１流通モードと、図２に示す第２流通モードとがある。モードに応じて、流通ライン５０による接続態様が異なる。
【００２５】
なお、実際の流通ライン５０においては、２つのモードの互いに対応するライン（例えば図１の送出路５１と図２の送出路５１どうし）等は、共通の配管から分岐したり、合流して共通の配管となったりしており、バルブによって開通ラインが切り替えられる。図面では、理解の容易化のために、モードごとの開通ラインのみを模式的に図示してある。
【００２６】
培養装置１の各要素１０，２０，３０を詳述する。
培養槽１０には、槽内培養液９１が蓄えられている。槽内培養液９１中で嫌気性微生物９が培養されている。
培養槽１０の中間部には、含固形分液後処理部４が接続されている。
【００２７】
基質ガス源６０からの基質ガス供給路６１が、培養槽１０の底部に接続されている。培養槽１０の頂部からガス排出路６２が引き出されている。基質ガスは、嫌気性であり、その成分としては、例えば一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）等が挙げられる。詳細な図示は省略するが、基質ガス源６０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、培養装置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６０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、ＣＯ、Ｈ２、ＣＯ２等を含む嫌気性の基質ガスが生成される。
【００２８】
濾過手段２０は、第１、第２の２つ（複数）の濾過器２１，２２を含む。第１濾過器２１は、１又は複数の濾過膜２９（フィルター）を有している。濾過膜２９は、培養後培養液９２の液成分（上記栄養成分や発酵生成成分を含む）を透過させる一方、培養後培養液９２中の嫌気性微生物９等の固体成分の透過を阻止する。濾過膜２９は、中空糸にて構成されているが、これに限られず、平面状膜にて構成されていてもよい。濾過膜２９によって、第１濾過器２１の内部が、透過室２７と、非透過室２８とに仕切られている。非透過室２８の上流端に導入ポート２４が設けられている。非透過室２８の下流端に非透過液送出ポート２６が設けられている。透過室２７には濾液送出ポート２５が接続されている。
【００２９】
第２濾過器２２は、第１濾過器２１と同様の構造になっている。
【００３０】
後処理部３０は、抽出部３１と、水処理部３２（ＷＷＴ；Waste Water Treatment Plant）を含む。抽出部３１は、蒸留塔にて構成されている。抽出部３１の中間高さに導入ポート３１ｃが配置されている。抽出部３１の頂部ポート３１ｄから有価物送出路３３が延びている。抽出部３１の底部ポート３１ｅと、水処理部３２の導入ポート３２ｃとが、接続路３５によって接続されている。水処理部３２は、有機物除去部等を含む。水処理部３２の排出ポート３２ｄから排出路３６が引き出されている。図示は省略するが、排出路３６上には、リボイラー、コンデンサー等の設備が設けられている。更に、排出路３６上に脱水部等を設けてもよい。
【００３１】
図１及び図２に示すように、流通ライン５０は、槽送出路５１と、槽還流路５２と、濾液送出路５３と、逆流洗浄路５８と、槽導入路５９を含む。
図１に示すように、第１流通モードにおいては、槽送出路５１によって、培養槽１０の流出ポート１４と、第１濾過器２１の導入ポート２４とが接続されている。かつ、槽還流路５２によって、第１濾過器２１の非透過液送出ポート２６と、培養槽１０の還流ポート１２とが接続されている。更に、濾液送出路５３によって、第１濾過器２１の濾液送出ポート２５と、抽出部３１の導入ポート３１ｃとが接続されている。
なお、槽送出路５１の上流端は、培養槽１０の槽内培養液９１の内部に位置しており、そこから流出ポート１４を経由して培養槽１０の外部へ引き出されている。
【００３２】
また、新規培養液供給源２からの原液供給路５５と、抽出部３１の底部ポート３１ｅからの残液流出路５６と、水処理部３２の流出ポート３２ｅからの処理済残液流出路５７とが、互いに合流して、逆流洗浄路５８（逆流洗浄手段）となっている。第１流通モードにおいては、逆流洗浄路５８が、第２濾過器２２の濾液送出ポート２５に接続されている。かつ、槽導入路５９（導入手段）によって、第２濾過器２２の導入ポート２４と、培養槽１０の導入ポート１３とが接続されている。
なお、槽導入路５９の下流端は、導入ポート１３よりも延び、培養槽１０の槽内培養液９１の内部に挿し入れられている。
【００３３】
なお、排出ポート３２ｄと流出ポート３２ｅは、共通のポートになっていてもよい。この共通ポートから共通送出路が延び、この共通送出路から排出路３６と処理済残液流出路５７とが分岐されていてもよい。
【００３４】
図２に示すように、第２流通モードにおいては、槽送出路５１によって、培養槽１０の流出ポート１４と、第２濾過器２２の導入ポート２４とが接続されている。かつ、槽還流路５２によって、第２濾過器２２の非透過液送出ポート２６と、培養槽１０の還流ポート１２とが接続されている。また、濾液送出路５３によって、第２濾過器２２の濾液送出ポート２５と、抽出部３１の導入ポート３１ｃとが接続されている。さらに、逆流洗浄路５８が、第１濾過器２１の濾液送出ポート２５に接続されている。かつ、槽導入路５９によって、第１濾過器２１の導入ポート２４と、培養槽１０の導入ポート１３とが接続されている。
【００３５】
なお、培養槽１０の還流ポート１２と導入ポート１３とは、共通のポートになっていてもよい。槽還流路５２と槽導入路５９とが、互いに合流して上記共通のポートに接続されていてもよい。
【００３６】
上記の培養装置１による微生物の培養方法を説明する。
＜モード切替＞
コントローラ５は、培養装置１のモードを所定の間隔置きに第１流通モードと第２流通モードとの間で切り替える。
＜第１流通モード＞
ここで、第１流通モードに切り替えられたものとする。これによって、図１に示すように、培養槽１０と、第１濾過器２１とが、槽送出路５１及び槽還流路５２によって接続され、かつ、第１濾過器２１と、抽出部３１とが、濾液送出路５３によって接続される。また、逆流洗浄路５８が、第２濾過器２２の濾液送出ポート２５に接続され、かつ第２濾過器２２の導入ポート２４と、培養槽１０とが、槽導入路５９によって接続される。
【００３７】
＜培養工程＞
培養槽１０においては、槽内培養液９１中で嫌気性微生物９を培養する。
また、基質ガス源６０からの基質ガス（ＣＯ，Ｈ２，ＣＯ２）を槽内培養液９１に供給する。
槽内培養液９１中の嫌気性微生物９は、基質ガスからエタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）等の有価物を発酵生成する。このとき、エタノールの他、酢酸、ブタンジオール等も合成される。これら生成物質は、槽内培養液９１中に混合される。
培養槽１０を通過したガスは、ガス排出路６２から排出される。この排出ガスには、未使用の基質ガス成分（ＣＯ，Ｈ２，ＣＯ２）の他、発酵により生成されたＣＯ２等も含まれる。
【００３８】
＜濾過工程＞
槽内培養液９１の一部が、培養後培養液９２として、培養槽１０の流出ポート１４から一定流量で流出される。培養後培養液９２は、エタノール、酢酸、ブタンジオール等の発酵生成成分や、ビタミンやリン酸等の栄養分を含有し、かつ嫌気性微生物９等の固体成分（浮遊物質ＳＳ）が分散されている。この培養後培養液９２が、槽送出路５１を経て、第１濾過器２１の非透過室２８に導入される。培養後培養液９２の液成分は、第１濾過器２１の濾過膜２９を透過して透過室２７へ移ることができる。一方、培養後培養液９２中の嫌気性微生物９等の浮遊物質ＳＳは、濾過膜２９を透過するのが阻止される。これによって、第１濾過器２１において、培養後培養液９２を、濾液９３と非透過液９４とに分離できる。濾液９３は、上記栄養分や発酵生成成分を含み、かつ嫌気性微生物９等の浮遊物質ＳＳを殆ど又はまったく含まない。非透過液９４は、嫌気性微生物９等の浮遊物質ＳＳが濃縮されている。この非透過液９４が、槽還流路５２を経て、培養槽１０に戻される。
【００３９】
＜固形分処理工程＞
培養槽１０の槽内培養液９１の一部（含固形分液９９）は、含固形分液後処理部４へ排出される。この含固形分液９９中の固形分が後処理されて一定レートで排出される。含固形分液９９の流量は、培養槽１０に戻される非透過液９４の流量よりも小さい。含固形分液９９における固形分を除去後の液成分は、培養槽１０に戻してもよく、固形分と共に系外へ排出してもよい。
【００４０】
上記の濾過工程に伴って、第１濾過器２１の濾過膜２９に浮遊物質が付着する。そのため、濾過膜２９が次第に目詰まりし、透過性能が漸次低下していく。
【００４１】
＜後処理工程＞
濾液９３は、濾液送出路５３を経て、抽出部３１に導入される。そして、抽出部３１において、濾液９３からエタノールが抽出される。エタノールは、有価物送出路３３へ送出され、精製工程等を経て種々の利用に供される。
【００４２】
抽出部３１における抽出残液９６の一部は、残液流出路５６へ送出される。
また、抽出残液９６の残部は、接続路３５を経て、水処理部３２に導入される。この水処理部３２において、抽出残液９６中の酢酸やブタンジオール等が除去される。また、抽出残液９６に微生物９の屍骸、その他の浮遊物質ＳＳが含まれていた場合には、これも水処理部３２において分解等されて除去される。除去処理後の抽出残液９６すなわち処理済抽出残液９７の一部は、処理済残液流出路５７へ送出される。また、処理済抽出残液９７の残部は、排出路３６から系外に排出される。
【００４３】
なお、有価物送出路３３からの抽出流量、及び排出路３６からの排出流量、並びに含固形分液後処理部４からの排液流量の和と、新規培養液供給源２からの新規培養液９０の供給流量とは、互いにバランスするように調節される。これによって、培養装置１の各部における流量を常時一定に維持できる。
【００４４】
＜逆流洗浄工程＞
残液流出路５６からの抽出残液９６と、処理済残液流出路５７からの処理済抽出残液９７と、新規培養液供給源２からの新規培養液９０とが互いに合流して、逆流洗浄液９８となる。したがって、逆流洗浄液９８は、新規培養液９０と、抽出残液９６と、処理済抽出残液９７の混合液である。逆流洗浄液９８には、嫌気性微生物９等の浮遊物質ＳＳが殆ど又はまったく含まれていない。この逆流洗浄液９８が、逆流洗浄路５８から第２濾過器２２の濾液送出ポート２５に導入され、第２濾過器２２を逆流する。つまり、逆流洗浄液９８は、培養後培養液９２の濾過時とは逆方向に流れる。詳しくは、逆流洗浄液９８は、第２濾過器２２の透過室２７から濾過膜２９を透過して非透過室２８に流入し、導入ポート２４から出される。この逆流洗浄液９８の流れによって、第２濾過器２２の濾過膜２９を洗浄できる。すなわち、濾過膜２９に嫌気性微生物９等の固体成分が付着していたときは、これを濾過膜２９から解離させて逆流洗浄液９８の流れに乗せて第２濾過器２２から送出することができる。これによって、第２濾過器２２の透過率を回復させることができる。
【００４５】
＜導入工程＞
逆流洗浄後の逆流洗浄液９８には、第２濾過器２２の濾過膜２９から解離した嫌気性微生物９が含まれている。この逆流洗浄液９８が、槽導入路５９を経て、培養槽１０へ導入される。この逆流洗浄液９８が、培養槽１０の槽内培養液９１となる。言い換えると、培養槽１０へ導入されるべき槽内培養液９１が、培養槽１０への導入前に第２濾過器２２の逆流洗浄に用いられる。
槽内培養液９１の導入流量（ひいては逆流洗浄液９８の流量）は、上記濾過工程における濾液９３の送出流量とほぼ等しい。これによって、培養槽１０の槽内培養液９１の量を一定に維持できる。
【００４６】
＜第２流通モード＞
コントローラ５は、第１流通モードの実行期間が満了したときは、第２流通モードに切り替える。つまり、図２に示すように、培養槽１０と、第２濾過器２２とを、槽送出路５１及び槽還流路５２を介して接続する。また、第２濾過器２２と、抽出部３１とを、濾液送出路５３を介して接続する。さらに、逆流洗浄路５８を、第１濾過器２１の濾液送出ポート２５に接続し、かつ第１濾過器２１の導入ポート２４と、培養槽１０とを、槽導入路５９にて接続する。
【００４７】
第２流通モードでは、培養槽１０からの培養後培養液９２が、槽送出路５１を経て、第２濾過器２２に導入される。そして、第２濾過器２２において、培養後培養液９２が、濾液９３と、非透過液９４とに分離される。これに伴って、第２濾過器２２の濾過膜２９に浮遊物質が付着し、該濾過膜２９の透過性能が漸次低下していく。濾液９３は、後処理部３０に送られて、エタノール抽出等の後処理に付され、かつ非透過液９４は、槽還流路５２を経て、培養槽１０に戻される点は、第１流通モードと同様である。
【００４８】
また、抽出残液９６，９７（後処理後の培養液）と新規培養液９０の混合液からなる逆流洗浄液９８が、逆流洗浄路５８を経て、第１濾過器２１の濾液送出ポート２５に導入され、第１濾過器２１内を逆流する。すなわち、逆流洗浄液９８は、第１流通モードにおける濾過時とは逆方向に第１濾過器２１内を流れる。この逆流洗浄液９８によって、第１濾過器２１の濾過膜２９を洗浄して透過率を回復させることができる。
【００４９】
その後、逆流洗浄液９８は、第１濾過器２１の導入ポート２４から出て、槽導入路５９を経て、培養槽１０へ送られる。この逆流洗浄液９８が、培養槽１０の槽内培養液９１となる。
コントローラ５は、第２流通モードの実行期間が満了したときは、第１流通モードに切り替える。
【００５０】
培養装置１によれば、培養槽１０に導入されるべき培養液９１が、培養槽１０への導入前に、濾過手段２０の逆流洗浄液９８として用いられる。したがって、逆流洗浄液９８の流量を、培養液９１の培養槽１０への導入流量と同程度の大きさにでき、更には濾液９３の透過流量と同程度の大きさにできる。よって、濾過手段２０を十分に逆流洗浄することができる。濾液９３を抽出部３１への導入前に逆流させるわけではないから、逆流洗浄液９８の流量を大きくしたり、逆流洗浄の周期を短くしたりしても、濾過手段２０での実質透過総量が低下することはなく、抽出部３１でのエタノール（有価物）の抽出効率（利用効率）が低下することはない。
【００５１】
言い換えると、実質透過総量ひいてはエタノール（有価物）の抽出効率を確保しながら、逆流洗浄液９８の流量を大きくでき、かつ逆流洗浄の周期を短くできる。これによって、濾過手段２０の透過率が少し下がったら、すぐに逆流洗浄を行うことができる。つまり、第１流通モードにおいて、第１濾過器２１の透過率が少し下がった時点で、第２流通モードに切り替えて、第１濾過器２１を逆流洗浄することで、第１濾過器２１の透過率を回復できる。また、第２流通モードにおいて、第２濾過器２２の透過率が少し下がった時点で、第１流通モードに切り替えて、第２濾過器２２を逆流洗浄することで、第２濾過器２２の透過率を回復できる。したがって、各濾過器２１，２２の濾過膜２９を大面積にする必要がない。また、培養液９１を逆流洗浄液９８として用いることで、逆流洗浄専用の液を別途用意する必要がない。よって、濾過手段２０に要するコストを低減できる。
【００５２】
複数の濾過器２１，２２を備えることで、一方の濾過器２１又は２２で濾過中に他方の濾過器２２又は２１を逆流洗浄できる。したがって、培養後培養液９２の濾過、及び濾液９３からのエタノール抽出を連続的に実施しながら、これと併行して、濾過器２１，２２の逆流洗浄を行なうことができる。
第１流通モードと第２流通モードとの間のモード切替は、嫌気性微生物９の活性維持時間より短い間隔で行なうことが好ましい。これによって、第１流通モードにおいて、第１濾過器２１の濾過膜２９に捕捉された嫌気性微生物９の活性が落ちる前（死滅する前）に、第２流通モードに切り替えて、上記嫌気性微生物９を活きているうちに逆流洗浄液９８と共に培養槽１０に戻すことができる。また、第２流通モードにおいて、第２濾過器２２の濾過膜２９に捕捉された嫌気性微生物９の活性が落ちる前に、第１流通モードに切り替えて、上記嫌気性微生物９を活きているうちに逆流洗浄液９８と共に培養槽１０に戻すことができる。これによって、嫌気性微生物９の利用効率を高めることができる。
【００５３】
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簡略化する。
［第２実施形態］
図３及び図４は、本発明の第２実施形態を示したものである。第２実施形態の培養装置１Ｂでは、濾過手段として、砂濾過手段４０が用いられている。砂濾過手段４０は、第１濾過器４１と、第２濾過器４２を含む。第１濾過器４１は、容器状になっており、その内部に濾過用砂状物質４９が収容されている。濾過用砂状物質４９は、培養後培養液９２の液成分を透過させ、かつ培養後培養液９２中の嫌気性微生物９等の浮遊物質（固体成分）を捕捉する。第１濾過器４１の上端部には導入ポート４４が設けられている。第１濾過器４１の底部には濾液送出ポート４５が設けられている。第１濾過器４１には、非透過液送出ポート２６が設けられておらず、培養装置１Ｂには、槽還流路５２が設けられていない。
【００５４】
第２濾過器４２は、第１濾過器４１と同様の構造になっている。
【００５５】
図３に示すように、第１流通モードにおいては、槽送出路５１によって、培養槽１０の流出ポート１４と、第１濾過器４１の導入ポート４４とが接続されている。かつ濾液送出路５３によって、第１濾過器４１の濾液送出ポート４５と、抽出部３１の導入ポート３１ｃとが接続されている。また、逆流洗浄路５８が、第２濾過器４２の濾液送出ポート４５に接続されている。さらに、槽導入路５９によって、第２濾過器４２の導入ポート４４と、培養槽１０の導入ポート１３とが接続されている。
【００５６】
図４に示すように、第２流通モードにおいては、槽送出路５１によって、培養槽１０の流出ポート１４と、第２濾過器４２の導入ポート４４とが接続されている。かつ濾液送出路５３によって、第２濾過器４２の濾液送出ポート４５と、抽出部３１の導入ポート３１ｃとが接続されている。また、逆流洗浄路５８が、第１濾過器４１の濾液送出ポート４５に接続されている。さらに、槽導入路５９によって、第１濾過器４１の導入ポート４４と、培養槽１０の導入ポート１３とが接続されている。
【００５７】
第２実施形態の培養装置１Ｂは、次のように動作する。
＜第１流通モード＞
図３に示すように、第１流通モードでは、培養槽１０からの培養後培養液９２は、第１濾過器４１の上端の導入ポート４４から第１濾過器４１内に導入され、第１濾過器４１の濾過用砂状物質４９内を下降する。この培養後培養液９２の嫌気性微生物９等の浮遊物質が、第１濾過器４１の濾過用砂状物質４９によって捕捉（トラップ）される。これによって、培養後培養液９２の液成分が、濾液９３となって、第１濾過器４１の底部の送出ポート４５から抽出部３１に送られ、抽出部３１においてエタノールが抽出される。そして、抽出残液９６，９７と、新規培養液供給源２からの新規培養液９０とが、逆流洗浄液９８となる。この逆流洗浄液９８が、第２濾過器４２の底部の送出ポート４５から第２濾過器４２に導入されて、第２濾過器４２の濾過用砂状物質４内を逆流（上昇）する。これによって、第２濾過器４２の濾過用砂状物質４９を逆流洗浄でき、第２濾過器４２の濾過性能を回復させることができる。第２濾過器４２を通過後の逆流洗浄液９８は、第２濾過器４２の上端の導入ポート４４から出され、槽導入路５９を経て培養槽１０に導入されて槽内培養液９１となる。
【００５８】
＜第２流通モード＞
図４に示すように、第２流通モードでは、培養槽１０からの培養後培養液９２は、第２濾過器４２の上端の導入ポート４４から第２濾過器４２内に導入され、第２濾過器４２の濾過用砂状物質４９内を下降する。この培養後培養液９２の嫌気性微生物９等の浮遊物質が、第２濾過器４２の濾過用砂状物質４９によって捕捉（トラップ）される。これによって、培養後培養液９２の液成分が、濾液９３となって、第２濾過器４２の底部の送出ポート４５から抽出部３１に送られ、エタノール抽出が行われる。そして、抽出残液９６，９７と、新規培養液供給源２からの新規培養液９０とが、逆流洗浄液９８となり、第１濾過器４１の濾過用砂状物質４内を逆流（上昇）する。これによって、第１濾過器４１の濾過用砂状物質４９を逆流洗浄でき、第１濾過器４１の濾過性能を回復させることができる。第１濾過器４１を通過後の逆流洗浄液９８は、第１濾過器４１の上端の導入ポート４４から出され、槽導入路５９を経て培養槽１０に導入されて槽内培養液９１となる。
【００５９】
＜モード切替＞
コントローラ５は、各第１濾過器４１，４２の濾過用砂状物質４９に捕捉された嫌気性微生物９の活性維持時間より短い間隔（周期）でモード切替を行なう。
つまり、上述したように、第１流通モードにおいては、培養後培養液９２中の嫌気性微生物９が第１濾過器４１の濾過用砂状物質４９に捕捉される。この嫌気性微生物９の活性が落ちる前（死滅する前）に、第１流通モードから第２流通モードに切り替える。これによって、第１濾過器４１内に逆流洗浄液９８を逆流させて、この逆流洗浄液９８の流れに第１濾過器４１の嫌気性微生物９を乗せることにより、嫌気性微生物９を活きているうちに培養槽１０に戻すことができる。
【００６０】
第２流通モードにおいては、培養後培養液９２中の嫌気性微生物９が第２濾過器４２の濾過用砂状物質４９に捕捉される。この嫌気性微生物９の活性が落ちる前（死滅する前）に、第２流通モードから第１流通モードに切り替える。これによって、第２濾過器４２内に逆流洗浄液９８を逆流させて、この逆流洗浄液９８の流れに第２濾過器４２の嫌気性微生物９を乗せることにより、嫌気性微生物９を活きているうちに培養槽１０に戻すことができる。
これによって、嫌気性微生物９の利用効率を高めることができる。
【００６１】
［第３実施形態］
図５〜図７は、本発明の第３実施形態を示したものである。第３実施形態の培養装置１Ｃは、３つの流通モードを有している。また、濾過手段２０は、第１〜第３の３つの濾過器２１，２２，２３を含む。
【００６２】
図５に示すように、第１流通モードにおいては、槽送出路５１によって、培養槽１０の流出ポート１４と、第１濾過器２１の導入ポート２４とが接続されている。かつ、槽還流路５２によって、第１濾過器２１の非透過液送出ポート２６と、培養槽１０の還流ポート１２とが接続されている。また、濾液送出路５３によって、第１濾過器２１の濾液送出ポート２５と、抽出部３１の導入ポート３１ｃとが接続されている。さらに、逆流洗浄路５８が、第２濾過器２２の濾液送出ポート２５に接続されている。かつ、槽導入路５９によって、第２濾過器２２の導入ポート２４と、培養槽１０の導入ポート１３とが接続されている。
【００６３】
さらに、培養装置１Ｃは、薬液洗浄手段７０を備えている。薬液洗浄手段７０の薬液供給源７１から薬液供給路７２が延びている。第１流通モードにおいては、薬液供給路７２が、第３濾過器２３の濾液送出ポート２５に接続されている。また、薬液排出路７３が、第３濾過器２３の導入ポート２４から引き出されている。なお、薬液供給路７２が導入ポート２４に接続され、かつ濾液送出ポート２５から薬液排出路７３が延びていてもよい。
薬液供給源７１には薬液７９が蓄えられている。薬液７９としては、苛性ソーダ、硫酸、酸素液等が挙げられる。
【００６４】
図６に示すように、第２流通モードにおいては、槽送出路５１によって、培養槽１０の流出ポート１４と、第２濾過器２２の導入ポート２４とが接続されている。かつ、槽還流路５２によって、第２濾過器２２の非透過液送出ポート２６と、培養槽１０の還流ポート１２とが接続されている。また、濾液送出路５３によって、第２濾過器２２の濾液送出ポート２５と、抽出部３１の導入ポート３１ｃとが接続されている。さらに、逆流洗浄路５８が、第３濾過器２３の濾液送出ポート２５に接続されている。かつ、槽導入路５９によって、第３濾過器２３の導入ポート２４と、培養槽１０の導入ポート１３とが接続されている。さらに、薬液供給路７２が、第１濾過器２１の濾液送出ポート２５に接続され、第１濾過器２１の導入ポート２４に薬液排出路７３が接続されている。
【００６５】
図７に示すように、第３流通モードにおいては、槽送出路５１によって、培養槽１０の流出ポート１４と、第３濾過器２３の導入ポート２４とが接続されている。かつ、槽還流路５２によって、第３濾過器２３の非透過液送出ポート２６と、培養槽１０の還流ポート１２とが接続されている。また、濾液送出路５３によって、第３濾過器２３の濾液送出ポート２５と、抽出部３１の導入ポート３１ｃとが接続されている。また、逆流洗浄路５８が、第１濾過器２１の濾液送出ポート２５に接続されている。かつ、槽導入路５９によって、第１濾過器２１の導入ポート２４と、培養槽１０の導入ポート１３とが接続されている。さらに、薬液供給路７２が、第２濾過器２２の濾液送出ポート２５に接続され、第２濾過器２２の導入ポート２４に薬液排出路７３が接続されている。
【００６６】
第３実施形態の培養装置１Ｃは、次のように動作する。
コントローラ５は、第１〜第３流通モードを所定の時間間隔（周期）で切り替える。
＜第１流通モード＞
図５に示すように、第１流通モードでは、第１実施形態の第１流通モード（図１）と同様に、培養槽１０からの培養後培養液９２が第１濾過器２１に導入されて、第１濾過器２１において濾過されることで、濾液９３と非透過液９４とに分離される。濾液９３は、抽出部３１に送られてエタノールが抽出され、非透過液９４は、培養槽１０に戻される。また、抽出残液９６，９７と新規培養液９０とを混合した逆流洗浄液９８が、第２濾過器２２に導入されて、第２濾過器２２内を逆流する。これによって、第２濾過器２２を逆流洗浄でき、第２濾過器２２の濾過膜２９の透過率を回復させることができる。この逆流洗浄液９８が、その後、培養槽１０に導入されることによって、槽内培養液９１となる。
【００６７】
加えて、培養装置１Ｃの第１流通モードでは、薬液供給源７１からの薬液７９が、薬液供給路７２を経て、第３濾過器２３に導入される。これによって、第３濾過器２３を薬液洗浄でき、第３濾過器２３の濾過膜２９の透過率を回復させることができる。洗浄後の薬液７９は、薬液排出路７３から排出される。
【００６８】
＜第２流通モード＞
図６に示すように、第２流通モードでは、培養槽１０からの培養後培養液９２が第２濾過器２２に導入されて、第２濾過器２２において濾過される。濾液９３は、抽出部３１に送られてエタノールが抽出され、非透過液９４は、培養槽１０に戻される点は、第１流通モードと同様である。また、抽出残液９６，９７と新規培養液９０とを混合した逆流洗浄液９８が、第３濾過器２３に導入されて、第３濾過器２３内を逆流する。これによって、第３濾過器２３を逆流洗浄でき、第３濾過器２３の濾過膜２９の透過率を回復させることができる。その後、逆流洗浄液９８が、培養槽１０に導入されて槽内培養液９１となる点は、第１流通モードと同様である。
【００６９】
加えて、培養装置１Ｃの第２流通モードでは、薬液供給源７１からの薬液７９が、薬液供給路７２を経て、第１濾過器２１に導入される。これによって、第１濾過器２１を薬液洗浄でき、第１濾過器２１の濾過膜２９の透過率を回復させることができる。
【００７０】
＜第３流通モード＞
図７に示すように、第３流通モードでは、培養槽１０からの培養後培養液９２が第３濾過器２３に導入されて、第３濾過器２３において濾過される。濾液９３は、抽出部３１に送られてエタノールが抽出され、非透過液９４は、培養槽１０に戻される点は、第１、第２流通モードと同様である。また、抽出残液９６，９７と新規培養液９０とを混合した逆流洗浄液９８が、第１濾過器２１に導入されて、第１濾過器２１内を逆流する。これによって、第１濾過器２１を逆流洗浄でき、第１濾過器２１の濾過膜２９の透過率を回復させることができる。その後、逆流洗浄液９８が、培養槽１０に導入されて槽内培養液９１となる点は、第１、第２流通モードと同様である。
【００７１】
加えて、培養装置１Ｃの第３流通モードでは、薬液供給源７１からの薬液７９が、薬液供給路７２を経て、第２濾過器２２に導入される。これによって、第２濾過器２２を薬液洗浄でき、第２濾過器２２の濾過膜２９の透過率を回復させることができる。
【００７２】
このように、第３実施形態の培養装置１Ｃによれば、３つの濾過器２１，２２，２３の何れか１つにおいて培養後培養液９２を濾過しながら、残り２つの濾過器の一方を逆流洗浄液９８で逆流洗浄するとともに、他方を薬液７９にて洗浄することができる。これによって、濾過器２１〜２３の濾過性能を十分に回復させたうえで濾過工程を実行することができ、培養後培養液９２の濾過効率を十分に高めることができる。
【００７３】
［第４実施形態］
図８及び図９は、本発明の第４実施形態を示したものである。第４実施形態の培養装置１Ｄは、２段（複数段）の培養槽１０，１０を備えている。各段の培養槽１０に対応する濾過手段２０が接続されている。各段の濾過手段２０は、第１濾過器２１と、第２濾過器２２を含む。以下、前後の段の構成要素を互いに区別するときは、前段（図８及び図９において下側）の構成要素には符号に「Ｘ」を付し、後段（図８及び図９において上側）の構成要素には符号に「Ｙ」を付す。
【００７４】
前段の培養槽１０Ｘと後段の培養槽１０Ｙとは、槽接続路８２によって直列に、かつモードに依らず常時接続されている。また、前段（第１段）の培養槽１０Ｘは、濾過手段２０Ｘを介して新規培養液供給源２と接続されている。後段（最終段）の培養槽１０Ｙは、後処理送出路８３によって後処理部３０と直接的に、かつモードに依らず常時接続されている。したがって、後段の培養槽１０Ｙは、前段の培養槽１０Ｘと後処理部３０との間に介在するように配置されている。さらに、前段の濾過手段２０Ｘと後段の濾過手段２０Ｙとが、濾過器接続路８８によって接続されている。
【００７５】
詳しくは、図８に示すように、第１流通モードにおいては、原液供給路５５によって、新規培養液供給源２と、前段の第２濾過器２２Ｘの濾液送出ポート２５とが接続され、槽導入路５９Ｘによって、第２濾過器２２Ｘの導入ポート２４と、前段の培養槽１０Ｘとが接続されている。また、槽送出路５１Ｘによって、培養槽１０Ｘと、第１濾過器２１Ｘの導入ポート２４とが接続され、槽還流路５２Ｘによって、第１濾過器２１Ｘの非透過液送出ポート２６と培養槽１０Ｘとが接続されている。
【００７６】
また、図８に示すように、濾過器接続路８８によって、前段の第１濾過器２１Ｘの濾液送出ポート２５と、後段の第２濾過器２２Ｙの濾液送出ポート２５とが接続されている。かつ、槽導入路５９Ｙによって、第２濾過器２２Ｙの導入ポート２４と、培養槽１０Ｙとが接続されている。さらに、槽送出路５１Ｙによって、培養槽１０Ｙと、第１濾過器２１Ｙの導入ポート２４とが接続され、槽還流路５２Ｙによって、第１濾過器２１Ｙの非透過液送出ポート２６と、培養槽１０Ｙとが接続されている。さらに、濾液送出路５３Ｙによって、第１濾過器２１Ｙの濾液送出ポート２５と、抽出部３１とが接続されている。
【００７７】
図９に示すように、第２流通モードにおいては、原液供給路５５によって、新規培養液供給源２と、前段の第１濾過器２１Ｘの濾液送出ポート２５とが接続され、槽導入路５９Ｘによって、第１濾過器２１Ｘの導入ポート２４と、前段の培養槽１０Ｘとが接続されている。また、槽送出路５１Ｘによって、培養槽１０Ｘと、第２濾過器２２Ｘの導入ポート２４とが接続され、槽還流路５２Ｘによって、第２濾過器２２Ｘの非透過液送出ポート２６と培養槽１０Ｘとが接続されている。
【００７８】
また、図９に示すように、濾過器接続路８８によって、前段の第２濾過器２２Ｘの濾液送出ポート２５と、後段の第１濾過器２１Ｙの濾液送出ポート２５とが接続されている。かつ、槽導入路５９Ｙによって、第１濾過器２１Ｙの導入ポート２４と、培養槽１０Ｙとが接続されている。さらに、槽送出路５１Ｙによって、培養槽１０Ｙと、第２濾過器２２Ｙの導入ポート２４とが接続され、槽還流路５２Ｙによって、第２濾過器２２Ｙの非透過液送出ポート２６と、培養槽１０Ｙとが接続されている。さらに、濾液送出路５３Ｙによって、第２濾過器２２Ｙの濾液送出ポート２５と、抽出部３１とが接続されている。
【００７９】
図８及び図９に示すように、基質ガス源６０からの基質ガス供給路６１は、培養槽１０，１０のうち、前段の培養槽１０Ｘだけに接続されている。また、含固形分液後処理部４は、培養槽１０，１０のうち、後段の培養槽１０Ｙだけに接続されている。
【００８０】
第４実施形態の培養装置１Ｄは、次のように動作する。
コントローラ５は、所定の時間間隔でモードを切り替える。
＜第１流通モード＞
図８に示すように、第１流通モードでは、新規培養液供給源２からの新規培養液９０が、原液供給路５５から第２濾過器２２Ｘの濾液送出ポート２５に導入され、第２濾過器２２Ｘ内を逆流する。これによって、第２濾過器２２Ｘを逆流洗浄でき、第２濾過器２２Ｘのフィルター機能を回復させることができる。第２濾過器２２Ｘの逆流洗浄液９８Ｘは、新規培養液９０だけで構成されている。原液供給路５５が、逆流洗浄路５８（逆流洗浄手段）となっている。第２濾過器２２Ｘから出た逆流洗浄液９８Ｘは、培養槽１０Ｘに導入され、槽内培養液９１Ｘとなる。この槽内培養液９１Ｘ中で嫌気性微生物９が発酵することで、エタノール等の有価物が生成される。
【００８１】
槽内培養液９１Ｘのうち一定流量が、培養後培養液９２Ｘとして培養槽１０Ｘから流出される。この培養後培養液９２Ｘの一部は、槽接続路８２によって後段（次段）の培養槽１０Ｙへ直送され、培養槽１０Ｙの槽内培養液９１Ｙとなる。培養後培養液９２Ｘの残部は、第１濾過器２１Ｘに送られ、第１濾過器２１Ｘにおいて濾過される。第１濾過器２１Ｘからの非透過液９４Ｘは、培養槽１０Ｘに戻される。第１濾過器２１Ｘからの濾液９３Ｘは、濾過器接続路８８（逆流洗浄手段）を経て、後段の第２濾過器２２Ｙに送られ、この第２濾過器２２Ｙを逆流する。これによって、第２濾過器２２Ｙを逆流洗浄でき、第２濾過器２２Ｙのフィルター機能を回復させることができる。第２濾過器２２Ｙの逆流洗浄液９８Ｙは、濾液９３Ｘだけで構成されている。第２濾過器２２Ｙから出た逆流洗浄液９８Ｙ（濾液９３Ｘ）は、培養槽１０Ｙに導入され、槽内培養液９１Ｙとなる。この培養槽１０Ｙの槽内培養液９１Ｙ中で嫌気性微生物９が発酵することで、エタノール等の有価物が生成される。
【００８２】
槽内培養液９１Ｙのうち一定流量が、培養後培養液９２Ｙとして流出される。この培養後培養液９２Ｙの一部は、後処理送出路８３によって抽出部３１へ直送される。培養後培養液９２Ｙの残部は、第１濾過器２１Ｙに送られ、第１濾過器２１Ｙにおいて濾過される。第１濾過器２１Ｙからの非透過液９４Ｙは、培養槽１０Ｙに戻される。第１濾過器２１Ｙからの濾液９３Ｙは、抽出部３１へ送られる。
【００８３】
したがって、抽出部３１には、濾液９３Ｙと培養後培養液９２Ｙとが導入され、エタノールが抽出される。つまり、濾過手段２０を経ていない培養液９２Ｙからもエタノールを抽出できる。抽出残液９６は、すべて水処理部３２へ送られて排水処理され、その後、排出される。
培養装置１Ｄにおいては、抽出残液９６が、濾過手段２０へ戻されることはない。したがって、残液流出路５６，５７（図１参照）は設けられていない。
【００８４】
＜第２流通モード＞
図９に示すように、第２流通モードでは、新規培養液供給源２からの新規培養液９０が、原液供給路５５（逆流洗浄手段）から第１濾過器２１Ｘの濾液送出ポート２５に導入され、第１濾過器２１Ｘを逆流する。これによって、第１濾過器２１Ｘを逆流洗浄でき、第１濾過器２１Ｘのフィルター機能を回復させることができる。第１濾過器２１Ｘの逆流洗浄液９８Ｘは、新規培養液９０だけで構成されている。その後、逆流洗浄液９８Ｘ（新規培養液９０）は、培養槽１０Ｘに導入され、槽内培養液９１Ｘとなる。この槽内培養液９１Ｘ中で嫌気性微生物９が発酵することで、エタノール等の有価物が生成される。
【００８５】
第１流通モードと同様に、槽内培養液９１Ｘのうち一定流量が、培養後培養液９２Ｘとして培養槽１０Ｘから流出される。この培養後培養液９２Ｘの一部は、槽接続路８２によって後段（次段）の培養槽１０Ｙへ直送され、培養槽１０Ｙの槽内培養液９１Ｙとなる。培養後培養液９２Ｘの残部は、第２濾過器２２Ｘに送られ、第２濾過器２２Ｘにおいて濾過される。第２濾過器２２Ｘからの非透過液９４Ｘは、培養槽１０Ｘに戻される。第２濾過器２２Ｘからの濾液９３Ｘは、濾過器接続路８８（逆流洗浄手段）を経て、後段の第１濾過器２１Ｙに送られ、第１濾過器２１Ｙを逆流する。これによって、第１濾過器２１Ｙを逆流洗浄でき、第１濾過器２１Ｙのフィルター機能を回復させることができる。第１濾過器２１Ｙの逆流洗浄液９８Ｙは、濾液９３Ｘだけで構成されている。第１濾過器２１Ｙから出た逆流洗浄液９８Ｙ（濾液９３Ｘ）は、培養槽１０Ｙに導入され、槽内培養液９１Ｙとなる。この培養槽１０Ｙの槽内培養液９１中で嫌気性微生物９が発酵することで、エタノール等の有価物が生成される。
【００８６】
さらに、槽内培養液９１Ｙのうち一定流量が、培養後培養液９２Ｙとして流出される。この培養後培養液９２Ｙの一部は、後処理送出路８３によって抽出部３１へ直送される。培養後培養液９２Ｙの残部は、第２濾過器２２Ｙに送られ、第２濾過器２２Ｙにおいて濾過される。第２濾過器２２Ｙからの非透過液９４Ｙは、培養槽１０Ｙに戻される。第２濾過器２２Ｙからの濾液９３Ｙは、抽出部３１へ送られる。これによって、抽出部３１に濾液９３Ｙと培養後培養液９２Ｙとが導入されてエタノールが抽出される点、抽出残液９６の全部が水処理部３２へ送られて排水処理される点等は、第１流通モードと同様である。
【００８７】
培養装置１Ｄによれば、嫌気性微生物９を各段の培養槽１０と濾過手段２０との間で循環させるだけでなく、複数段の培養槽１０，１０にわたって嫌気性微生物９を順送りすることができる。これによって、嫌気性微生物９が、活性である期間中、培養装置１Ｄの系外に排出されることなく、培養装置１Ｄの系内に留まってエタノール（有価物）の発酵生成を行なうようにできる。要するに、嫌気性微生物９の活性期間（寿命）と、嫌気性微生物９が培養装置１Ｄ内に滞留している期間とをできるだけ一致させることができる。これによって、嫌気性微生物９の利用効率を高めることができる。
【００８８】
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、濾過手段２０，４０が、１つの濾過器だけで構成されていてもよい。培養後培養液９２を上記１つの濾過器で濾過する濾過モードと、上記１つの濾過器を逆流洗浄液９８で逆流洗浄する逆流洗浄モードとを、ある時間周期で切り替えて実行してもよい。
逆流洗浄液９８が、新規培養液９０だけで構成されていてもよく、抽出残液９６，９７だけで構成されていてもよく、培養後培養液９２だけで構成されていてもよい。また、逆流洗浄液９８が、濾液９３を含んでいてもよい。培養後培養液９２を後処理部３０へ供給してもよい。
複数の実施形態の独自構成を互いに組み合わせてもよい。例えば、第３実施形態（図５〜図７）の濾過手段として、第２実施形態（図３、図４）の砂濾過手段４０を適用してもよい。第４実施形態（図８、図９）の濾過手段として、第２実施形態（図３、図４）の砂濾過手段４０を適用してもよい。
第１実施形態（図１、図２）の変形例として、濾過手段２０が、３つ以上の濾過器を含んでいてもよい。３つ以上の流通モードを選択的に切り替えるようにしてもよい。流通モードに応じて、３つ以上の濾過器のうち、濾過工程を行う濾過器と、逆流洗浄工程を行う濾過器とを選択してもよい。
第３実施形態（図５〜図７）において、第１流通モードでは、第１濾過器２１で培養後培養液９２を濾過しながら、第３濾過器２３を逆流洗浄液９８で逆流洗浄するとともに、第２濾過器２２を薬液７９にて洗浄してもよい。また、第２流通モードでは、第２濾過器２２で培養後培養液９２を濾過しながら、第１濾過器２１を逆流洗浄液９８で逆流洗浄するとともに、第３濾過器２３を薬液７９にて洗浄してもよい。第３流通モードでは、第３濾過器２３で培養後培養液９２を濾過しながら、第２濾過器２２を逆流洗浄液９８で逆流洗浄するとともに、第１濾過器２１を薬液７９にて洗浄してもよい。
第３実施形態（図５〜図７）の変形例として、濾過手段２０が、４つ以上の濾過器を含んでいてもよい。４つ以上の流通モードを選択的に切り替えるようにしてもよい。流通モードに応じて、４つ以上の濾過器のうち、濾過工程を行う濾過器と、逆流洗浄工程を行う濾過器と、薬液洗浄工程を行なう濾過器とを選択してもよい。
第４実施形態（図８、図９）の各段の濾過手段２０Ｘ，２０Ｙが、第３実施形態（図５〜図７）と同様に、３つの濾過器２１〜２３又は４つ以上の濾過器を含んでいてもよく、流通モードに応じて、濾過工程を行う濾過器と、逆流洗浄工程を行う濾過器と、薬液洗浄工程を行なう濾過器とを選択してもよい。
第４実施形態（図８、図９）の変形例として、三段以上の培養槽１０を直列に連ねてもよい。そして、各段の培養槽１０に対応する濾過手段２０によって、対応する培養槽１０からの培養後培養液９２を濾過し、最終段を除く各段の濾過手段２０からの濾液９３を、次段の濾過手段２０の逆流洗浄液９８としたうえで次段の培養槽１０へ導入してもよい。また、最終段の培養槽１０からの培養後培養液９２、及び最終段の濾過手段２０からの濾液９３の何れか１つ又はこれらの混合液を、後処理部３０に送って後処理（エタノールの抽出等）してもよい。
後処理部３０が、有価物と他の成分とを反応させる反応部を含んでいてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
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】
【００９０】
１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ    培養装置
５        コントローラ（モード切替手段）
９        嫌気性微生物（微生物）
１０      培養槽
１０Ｙ    後段培養槽（最終段の培養槽）
２０      濾過手段
２０Ｙ    後段濾過手段
２１      第１濾過器
２２      第２濾過器
２３      第３濾過器
２９      濾過膜
３０      後処理部
３１      抽出部
３２      水処理部
４０      砂濾過手段（濾過手段）
４１      第１濾過器
４２      第２濾過器
４９      濾過用砂状物質
５０      流通ライン
５８      逆流洗浄路（逆流洗浄手段）
５９      槽導入路（導入手段）
６０      基質ガス源
７０      薬液洗浄手段
７９      薬液
８８      濾過器接続路（逆流洗浄手段）
９０      新規培養液
９１      槽内培養液
９２      培養後培養液
９３      濾液
９６      抽出残液（後処理後の培養液）
９７      処理済抽出残液（後処理後の培養液）
９８      逆流洗浄液
【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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