(57)【要約】【課題】水素発酵菌で有機物を分解して水素発生させる水素発酵方法において、前記有機物中に生息して前記水素発酵菌の増殖を阻害する雑菌をコストを抑えた手段により殺菌することを目的とする。【解決手段】  水素発酵菌で有機物を分解して水素を発生させる水素発生方法において、前記水素発酵菌は前記有機物中に生息すると共に酸化剤に対して耐性を持つ芽胞形成能を有し、前記有機物中に生息して前記水素発酵菌の増殖を阻害する雑菌を酸化剤で殺菌する第１処理と、殺菌後の有機物を前記水素発酵菌により水素発酵する第２処理と、を特徴とする水素発生方法。  雑菌を殺菌する酸化剤を添加する酸化剤添加装置と、有機物と前記酸化剤添加装置から添加された前記酸化剤を混合して前記有機物中の雑菌を殺菌する殺菌槽と、殺菌後の前記有機物を水素発酵菌で分解して水素を発生させる水素発酵槽と、を備えたことを特徴とする水素発生装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素発酵菌で有機物を分解して水素を発生させる水素発生方法において、前記水素発酵菌は前記有機物中に生息すると共に酸化剤に対して耐性を持つ芽胞形成能を有し、前記有機物中に生息して前記水素発酵菌の増殖を阻害する雑菌を酸化剤で殺菌する第１処理と、殺菌後の有機物を前記水素発酵菌により水素発酵する第２処理と、を特徴とする水素発生方法。
【請求項２】
殺菌用に添加された前記酸化剤を中和して水素発生させることを特徴とする請求項１に記載の水素発生方法。
【請求項３】
前記酸化剤は次亜塩素酸であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水素発生方法。
【請求項４】
前記次亜塩素酸の濃度が10ppm以上200ppm以下であることを特徴とする請求項３に記載の水素発生方法。
【請求項５】
前記酸化剤は二酸化塩素であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水素発生方法。
【請求項６】
前記ニ酸化塩素の濃度が1ppm以上5ppm以下であることを特徴とする請求項５に記載の水素発生方法。
【請求項７】
雑菌を殺菌する酸化剤を添加する酸化剤添加装置と、有機物と前記酸化剤添加装置から添加された前記酸化剤を混合して前記有機物中の雑菌を殺菌する殺菌槽と、殺菌後の前記有機物を水素発酵菌で分解して水素を発生させる水素発酵槽と、を備えたことを特徴とする水素発生装置。
【請求項８】
前記酸化剤を中和する中和剤添加装置を備えたことを特徴とする請求項７記載の水素発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性廃棄物から水素を発生させる水素発生方法及び水素発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、廃棄物年間排出量の削減、CO2排出量の削減などの背景から、有機性廃棄物から高エネルギーである水素を回収する技術が注目されている。水素発酵技術は、短時間に水素を回収できるが、外部から雑菌が混入すると水素発酵菌の増殖が弱まり、水素発生量が低下、あるいは停止するという問題がある。そのため連続処理を行うには、予め、水素発酵菌が優先的に水素発酵槽内で培養できるための前処理を行う必要がある。従来の前処理方法としては、前記水素発酵槽の前段に、水素発酵を阻害する雑菌を殺菌することを目的とした加熱処理（例えば、特許文献１参照）や加熱・超音波・アルカリ・酸処理（例えば、特許文献２参照）などを行うことが提案されている。また一部の水素発酵菌は、外部環境の悪化に対して、芽胞と呼ばれる極めて耐久性の高い細胞構造を形成する性質があり、芽胞形成能のない雑菌と比較して高い耐酸性を有することが知られている。
【特許文献１】特開２００５−２２４７７２号公報
【特許文献２】特開２００５−３２４１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記特許文献１における加熱処理では加熱処理装置が、前記特許文献２における加熱・超音波・アルカリ・酸処理では加熱処理、超音波装置等がそれぞれ必要で、初期投資やランニングコストが高くなる問題が生じる。
【０００４】
本発明の目的は、従来の課題を解決するためになされたものであり、コストを抑えた水素発酵方法及び水素発酵装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の水素発生方法は、水素発酵菌で有機物を分解して水素を発生させる水素発生方法において、前記水素発酵菌は前記有機物中に生息すると共に酸化剤に対して耐性を持つ芽胞形成能を有し、前記有機物中に生息して前記水素発酵菌の増殖を阻害する雑菌を酸化剤で殺菌する第１処理と、殺菌後の有機物を前記水素発酵菌により水素発酵する第２処理と、を特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明の水素発生方法は、殺菌用に添加された前記酸化剤を中和して水素発生させることを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明の水素発生方法は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記酸化剤は次亜塩素酸であることを特徴とする。
【０００８】
請求項４の発明の水素発生方法は、請求項３に記載の発明において、前記次亜塩素酸の濃度が10ppm以上200ppm以下であることを特徴とする。
【０００９】
請求項５の発明の水素発生方法は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記酸化剤は二酸化塩素であることを特徴とする。
【００１０】
請求項６の発明の水素発生方法は、請求項５に記載の発明において、前記二酸化塩素の濃度が1ppm以上5ppm以下であることを特徴とする。
【００１１】
請求項７の発明の水素発生装置は、雑菌を殺菌する酸化剤を添加する酸化剤添加装置と、有機物と前記酸化剤添加装置から添加された前記酸化剤を混合して前記有機物中の雑菌を殺菌する殺菌槽と、殺菌後の前記有機物を水素発酵菌で分解して水素を発生させる水素発酵槽と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項８の発明の水素発生装置は、請求項７に記載の発明において、前記酸化剤を中和する中和剤添加装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、安価な酸化剤の添加で水素発酵菌の増殖を阻害する雑菌の殺菌が可能であるため、コストを抑えた水素発酵方法と水素発酵装置の提供が
可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明を適用した第１の実施例における水素発生装置の概略構成図を示している。本実施例における水素発生装置で処理する有機性排水は、生ごみ等の食品廃棄物の固形分を含み、芽胞形成能を持つ水素発酵菌と雑菌が生息している。水素発生装置1は、酸化剤添加装置２と、前記有機性排水と前記酸化剤添加装置２から添加された酸化剤を混合して前記有機性排水に生息する雑菌のみを殺菌して芽胞形成能を持つ水素発酵菌を生かす殺菌槽３と、該殺菌槽３で処理された前記有機性排水を前記水素発酵菌で水素発酵させる水素発酵槽４と、該水素発酵槽４を水素発酵に好適な温度に加熱するヒーター５と、前記水素発酵槽４からの排出される排水中の窒素化合物やリンなどを除去する排水処理装置６と、から構成される。
【００１６】
前記酸化剤添加装置２から添加される前記酸化剤として、次亜塩素酸、二酸化塩素、過酢酸、４級アンモニア塩、ヨウ素などが可能であり、本実施例では、次亜塩素酸を使用するものとする。
【００１７】
次に前記水素発生装置１の動作について説明する。前記有機性排水が前記殺菌槽３に入ると前記酸化剤添加装置２から前記殺菌槽３へ次亜塩素酸が供給される。殺菌槽３では、前記次亜塩素酸により前記有機性排水中の雑菌のみが殺菌されて芽胞形成能を持つ前記水素発酵菌のみ生かされる。ここで前記酸化剤添加装置から添加される次亜塩素酸濃度と水素ガス発生量の関係を図２に示す。次亜塩素酸濃度が0ppm時は殺菌効果がないため、雑菌により水素発酵菌の増殖が弱まり、水素ガスの発生が極度に低下している。次亜塩素酸濃度が10〜200ppm時は、雑菌が殺菌されて芽胞形成能を持つ水素発酵菌が生かされており、10ppm時に最も高い水素ガス発生が実験で得られている。次亜塩素酸濃度が280ppmの時は、次亜塩素酸の高い殺菌作用のため、芽胞形成能を持つ水素発酵菌さえも殺菌されるために水素ガスは発生しない。以上の結果から、前記酸化剤添加装置から添加する前記次亜塩素酸の濃度は10〜200ppmであり、さらには10ppmとするのが望ましい。
【００１８】
前記水素発酵槽４には前記殺菌槽３から排出された前記有機性排水が供給されると共に前記ヒーター５により加熱され、前記有機性排水中の前記水素発酵菌により有機物が分解され水素ガスが発生する。尚、前記水素発酵槽４は嫌気培養槽であり、芽胞形成能がある前記水素発酵菌としてクロストリジウム属（Clostridium）に属する菌が培養されている。例えば水素発酵は、前記クロストリジウム属（Clostridium）に属する菌が有機性被処理液中の有機物を分解し、水素とメタン発酵の原料となる有機酸やアルコールが生成される。この場合の分解対象となる有機物をグルコース（Ｃ６Ｈ１２Ｏ６）とすると、グルコースは水素発酵菌の作用により、反応式（１）に示す化学反応式に基づいて主として酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）と二酸化炭素（ＣＯ２）と水素（Ｈ２）に分解される。
【００１９】
Ｃ６Ｈ１２Ｏ６  ＋  ２Ｈ２Ｏ  →  ＣＨ３ＣＯＯＨ  ＋  ＣＯ２  ＋  ４Ｈ２  ↑  ・・・（１）
前記水素発酵槽４の温度は前記ヒーター５により図示しない温度制御装置を使用して、水素発酵に好適な温度である＋２５〜５０℃、好ましくは３７℃に調節されている。
【００２０】
尚、水素発酵槽から発生した水素ガスは、図示しない所定のボンベ、水素吸蔵合金などに収容されるか、又は水素導入菅により搬送され、例えば燃料電池の燃料として用いられることになる。
【００２１】
前記水素発酵槽４からの排水は、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素、アンモニア性窒素又は有機性窒素等の窒素化合物やリン等が含まれており、河川や湖沼への排出による川や湖等の富栄養化が危惧されることが周知であるため、前記排水処理装置６に供給されて電解処理または生物処理により、窒素化合物、リン等が除去されてから外部環境へ排出される。
【実施例２】
【００２２】
図３は本発明の第２の実施例における水素発生装置の概略構成図を示している。本実施例における水素発生装置７は、酸化剤添加装置２と共に中和剤添加装置８を備えており、この前記中和剤添加装置８から中和剤が殺菌槽３へ供給される。これにより、前記殺菌槽中の有機性排水が中和されて中性となることで、水素発酵菌が活動しやすくなり、水素ガスの発生量も増加する。前記中和剤としてチオ硫酸塩、亜硫酸塩、硫化水素、アスコルビン酸塩などがある。例えばチオ硫酸ナトリウムを使用した場合、前記酸化剤添加装置２から添加された次亜塩素酸と同濃度のチオ硫酸ナトリウムを前記中和剤添加装置８から前記前処理槽３へ添加することで中和可能である。
【実施例３】
【００２３】
上記実施例１及び実施例２において、酸化剤添加装置２の酸化剤としては次亜塩素酸を用いたが、本実施例では二酸化塩素を使用した場合を示す。ここで前記酸化剤添加装置から添加される二酸化塩素濃度と水素ガス発生量の関係を図４に示す。以上の結果から、前記酸化剤添加装置から添加する前記二酸化塩素の濃度は1〜5ppmであり、さらには1ppmとするのが望ましい。尚、酸化剤として二酸化塩素を用いた場合でも中和剤としては、次亜塩素酸の場合と同じで良い。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施例の水素発生装置の概略構成図
【図２】次亜塩素酸の添加量と水素ガス発生量の相関図
【図３】第２実施例としての水素発生装置の概略構成図
【図４】二酸化塩素の添加量と水素ガス発生量の相関図
【符号の説明】
【００２５】
１、７  水素発生装置
２  酸化剤添加装置
３  殺菌槽
４  水素発酵槽
５  ヒーター
６  排水処理装置
８  中和剤添加装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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