(57)【要約】  【課題】  メタンの生成効率を向上させる。  【解決手段】  クロストリジウム属の微生物を入れた第１タンク２と、その第１タンク２内に有機廃棄物を投入する第１投入口６と、第１タンク２内の有機廃棄物の温度を調節する第１温度調節器５およびｐＨを調整する第１のｐＨ調整器２２の内の少なくともいずれか一方と、第１タンク２内の有機廃棄物を攪拌する第１攪拌機７と、水素および二酸化炭素を排気する第１排気口１５とを備える第１反応槽１ａと、メタン発酵用の微生物およびメタン合成用の微生物を入れた第２タンク３と、その第２タンク３内に有機廃棄物を投入する第２投入口１１と、第２タンク３内の有機廃棄物の温度を調節する第２温度調節器１０およびｐＨを調整する第２のｐＨ調整器２３の内の少なくともいずれか一方と、第１排気口１５から第２タンク３の所定深さまで伸びる連結管１７と、第２タンク３内の有機廃棄物を攪拌する第２攪拌機１２と、第２タンク３からメタンを排気する第２排気口１８とを備える第２反応槽１ｂとを備えるメタン生成装置とする。【選択図】  図１
2005073519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素発酵用の微生物を利用して有機廃棄物の分解反応を起こし、当該分解反応により生成した水素および二酸化炭素を、メタン発酵用の微生物を利用した別の有機廃棄物の分解反応時に供給してメタンを生成するメタン生成装置において、
水素発酵用の微生物であるクロストリジウム属の微生物を入れた第１タンクと、その第１タンク内に有機廃棄物を投入する第１投入口と、上記第１タンク内の有機廃棄物の温度を調節する第１温度調節器およびｐＨを調整する第１のｐＨ調整器の内の少なくともいずれか一方と、上記第１タンク内に投入された有機廃棄物を攪拌する第１攪拌機と、上記第１タンクから水素および二酸化炭素を排気する第１排気口とを備える第１反応槽と、
メタン発酵用の微生物およびメタン合成用の微生物を入れた第２タンクと、その第２タンク内に有機廃棄物を投入する第２投入口と、上記第２タンク内の有機廃棄物の温度を調節する第２温度調節器およびｐＨを調整する第２のｐＨ調整器の内の少なくともいずれか一方と、上記第１タンクと上記第２タンクとを連結する管であって、上記第１排気口から上記第２タンクの所定深さまで伸びる連結管と、上記第２タンク内に投入された有機廃棄物を攪拌する第２攪拌機と、上記第２タンクからメタンを排気する第２排気口とを備える第２反応槽と、
を備えることを特徴とするメタン生成装置。
【請求項２】
前記第１タンク内にて攪拌処理された後の残さを前記第１タンクから前記第２タンクに送るための送液管を、前記第１タンクと前記第２タンクとの間にバルブを介して備えたことを特徴とする請求項１記載のメタン生成装置。
【請求項３】
前記送液管の途中に、前記第１タンクから前記第２タンクに残さを送る送液ポンプを備えたことを特徴とする請求項２記載のメタン生成装置。
【請求項４】
水素発酵用の微生物を利用して有機廃棄物の分解反応を起こし、当該分解反応により生成した水素および二酸化炭素を、メタン発酵用の微生物を利用した別の有機廃棄物の分解反応時に供給してメタンを生成するメタン生成装置において、
水素発酵用の微生物であるクロストリジウム属の微生物を入れた第１反応槽と、メタン発酵用の微生物およびメタン合成用の微生物を入れた第２反応槽とを隔壁で隔てたタンクと、
上記第１反応槽内に有機廃棄物を投入する第１投入口と、
上記第２反応槽内に有機廃棄物を投入する第２投入口と、
上記第１反応槽内の有機廃棄物の温度を調節する第１温度調節器および上記第１反応槽内の有機廃棄物のｐＨを調整する第１のｐＨ調整器の内の少なくともいずれか一方と、
上記第２反応槽内の有機廃棄物の温度を調節する第２温度調節器および上記第２反応槽内の有機廃棄物のｐＨを調整する第２のｐＨ調整器の内の少なくともいずれか一方と、
上記隔壁に攪拌棒を貫通させて上記第１反応槽および上記第２反応槽内の有機廃棄物を攪拌する攪拌機と、
上記第１反応槽から水素および二酸化炭素を排気する第１排気口と、
上記第１反応槽と上記第２反応槽とを連結する管であって、上記第１排気口から上記第２反応槽の所定深さまで伸びる連結管と、
上記第２反応槽からメタンを排気する排気口と、
を備えることを特徴とするメタン生成装置。
【請求項５】
前記第１反応槽内にて攪拌処理された後の残さを前記第１反応槽から前記第２反応槽に送るための送液管を、前記第１反応槽と前記第２反応槽との間にバルブを介して備えたことを特徴とする請求項４記載のメタン生成装置。
【請求項６】
前記送液管の途中に、前記第１反応槽から前記第２反応槽に残さを送る送液ポンプを備えたことを特徴とする請求項５記載のメタン生成装置。
【請求項７】
前記クロストリジウム属の微生物は、クロストリジウム バイジェリンキーＡＭ２１Ｂ株であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載のメタン生成装置。
【請求項８】
クロストリジウム属の微生物を入れた第１タンク内に有機廃棄物を投入する工程と、
上記第１タンクとは別の、メタン発酵用の微生物およびメタン合成用の微生物を入れた第２タンク内に有機廃棄物を投入する工程と、
上記第１タンク内の有機廃棄物の温度およびｐＨの少なくともいずれか一方を調節しながら、上記第１タンク内に投入された有機廃棄物を攪拌する工程と、
上記第２タンク内の有機廃棄物の温度およびｐＨの少なくともいずれか一方を調節しながら、上記第２タンク内に投入された有機廃棄物を攪拌する工程と、
当該攪拌中に有機廃棄物の発酵の結果生成される水素および二酸化炭素を、上記第２タンク内の有機廃棄物中に送る工程と、
上記第２タンク内の反応の結果得られたメタンを上記第２タンクから排気する工程とを有することを特徴とするメタン生成方法。
【請求項９】
前記第１タンク内の有機廃棄物の発酵処理中または発酵処理後の残さを、前記第２タンク内の有機廃棄物の発酵処理前または発酵処理中に送る工程をさらに有することを特徴とする請求項８記載のメタン生成方法。
【請求項１０】
前記クロストリジウム属の微生物は、クロストリジウム バイジェリンキーＡＭ２１Ｂ株であることを特徴とする請求項８または９記載のメタン生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物を利用して有機廃棄物を分解してメタンを生成させるメタン生成装置およびメタン生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、環境汚染の少ないクリーンな燃料の代表格である水素、および二酸化炭素の発生量が少ない低公害燃料の代表格であるメタンが脚光を浴びている。水素あるいはメタンを生成する方法としては、化石燃料からの製造、炭化水素系の化学物質からの製造等の他、有機廃棄物を微生物により分解して製造する方法も提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−０６６５１９号（要約書および図１）
【特許文献２】特開２００３−１３５０８９号（要約書および図１）
【０００４】
特許文献１に開示される生ゴミバイオガス化装置は、メタンを生成する装置であり、加水分解菌および高温メタン菌の存在下の高温発酵槽において生ごみを加水分解し、その加水分解された有機物をメタン化してメタンを得る工程と、高温発酵槽からの有機物を中温メタン菌の存在下の中温メタン化槽においてメタン化してメタンを得る工程とを実行している。
【０００５】
一方、特許文献２に開示される装置および方法は、水素とメタンを生成する装置であり、水素生成菌の存在化で水素と二酸化炭素を得て、その残さをメタン発酵させてメタンを得る装置および方法である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述の従来の技術には、次のような問題が有る。
【０００７】
まず、特許文献１に開示される技術の場合、高温発酵後、その発酵によって残った有機物（残さ）を中温発酵させることによってメタンの生成効率を向上させるものであるが、残さしか利用していないので、メタンの生成効率は十分なものではない。
【０００８】
同様に、特許文献２に開示される技術の場合においても、水素発酵後の残さを利用してメタンを生成しているだけであるため、メタンの生成効率は十分ではない。
【０００９】
本発明は、上述の課題を解決すべくなされた発明であり、メタンの生成効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成すべくなされたものであり、水素発酵用の微生物を利用して有機廃棄物の分解反応を起こし、当該分解反応により生成した水素および二酸化炭素を、メタン発酵用の微生物を利用した別の有機廃棄物の分解反応時に供給してメタンを生成するメタン生成装置において、水素発酵用の微生物であるクロストリジウム属の微生物を入れた第１タンクと、その第１タンク内に有機廃棄物を投入する第１投入口と、第１タンク内の有機廃棄物の温度を調節する第１温度調節器およびｐＨを調整する第１のｐＨ調整器の内の少なくともいずれか一方と、第１タンク内に投入された有機廃棄物を攪拌する第１攪拌機と、第１タンクから水素および二酸化炭素を排気する第１排気口とを備える第１反応槽と、メタン発酵用の微生物およびメタン合成用の微生物を入れた第２タンクと、その第２タンク内に有機廃棄物を投入する第２投入口と、第２タンク内の有機廃棄物の温度を調節する第２温度調節器およびｐＨを調整する第２のｐＨ調整器の内の少なくともいずれか一方と、第１タンクと第２タンクとを連結する管であって、第１排気口から第２タンクの所定深さまで伸びる連結管と、第２タンク内に投入された有機廃棄物を攪拌する第２攪拌機と、第２タンクからメタンを排気する第２排気口とを備える第２反応槽とを備えるメタン生成装置としている。
【００１１】
また、別の本発明は、さらに、第１タンク内にて攪拌処理された後の残さを第１タンクから第２タンクに送るための送液管を、第１タンクと第２タンクとの間にバルブを介して備えたメタン生成装置としている。
【００１２】
また、別の本発明は、さらに、送液管の途中に、第１タンクから第２タンクに残さを送る送液ポンプを備えたメタン生成装置としている。
【００１３】
また、別の本発明は、水素発酵用の微生物を利用して有機廃棄物の分解反応を起こし、当該分解反応により生成した水素および二酸化炭素を、メタン発酵用の微生物を利用した別の有機廃棄物の分解反応時に供給してメタンを生成するメタン生成装置において、水素発酵用の微生物であるクロストリジウム属の微生物を入れた第１反応槽と、メタン発酵用の微生物およびメタン合成用の微生物を入れた第２反応槽とを隔壁で隔てたタンクと、第１反応槽内に有機廃棄物を投入する第１投入口と、第２反応槽内に有機廃棄物を投入する第２投入口と、第１反応槽内の有機廃棄物の温度を調節する第１温度調節器および第１反応槽内の有機廃棄物のｐＨを調整する第１のｐＨ調整器の内の少なくともいずれか一方と、第２反応槽内の有機廃棄物の温度を調節する第２温度調節器および第２反応槽内の有機廃棄物のｐＨを調整する第２のｐＨ調整器の内の少なくともいずれか一方と、隔壁に攪拌棒を貫通させて第１反応槽および第２反応槽内の有機廃棄物を攪拌する攪拌機と、第１反応槽から水素および二酸化炭素を排気する第１排気口と、第１反応槽と第２反応槽とを連結する管であって、第１排気口から第２反応槽の所定深さまで伸びる連結管と、第２反応槽からメタンを排気する排気口とを備えるメタン生成装置としている。
【００１４】
また、別の本発明は、さらに、第１反応槽内にて攪拌処理された後の残さを第１反応槽から第２反応槽に送るための送液管を、第１反応槽と第２反応槽との間にバルブを介して備えたメタン生成装置としている。
【００１５】
また、別の本発明は、さらに、送液管の途中に、第１反応槽から第２反応槽に残さを送る送液ポンプを備えたメタン生成装置としている。
【００１６】
また、別の本発明は、クロストリジウム属の微生物として、クロストリジウム バイジェリンキーＡＭ２１Ｂ株を使用したメタン生成装置としている。
【００１７】
また、別の本発明は、クロストリジウム属の微生物を入れた第１タンク内に有機廃棄物を投入する工程と、第１タンクとは別の、メタン発酵用の微生物およびメタン合成用の微生物を入れた第２タンク内に有機廃棄物を投入する工程と、第１タンク内の有機廃棄物の温度およびｐＨの少なくともいずれか一方を調節しながら、第１タンク内に投入された有機廃棄物を攪拌する工程と、第２タンク内の有機廃棄物の温度およびｐＨの少なくともいずれか一方を調節しながら、第２タンク内に投入された有機廃棄物を攪拌する工程と、当該攪拌中に有機廃棄物の発酵の結果生成される水素および二酸化炭素を、第２タンク内の有機廃棄物中に送る工程と、第２タンク内の反応の結果得られたメタンを第２タンクから排気する工程とを有するメタン生成方法としている。
【００１８】
また、別の本発明は、第１タンク内の有機廃棄物の発酵処理中または発酵処理後の残さを、第２タンク内の有機廃棄物の発酵処理前または発酵処理中に送る工程をさらに有するメタン生成方法としている。
【００１９】
また、別の本発明は、クロストリジウム属の微生物として、クロストリジウム バイジェリンキーＡＭ２１Ｂ株を使用するメタン生成方法としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係るメタン生成装置およびメタン生成方法の各実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
まず、本発明のメタン生成装置およびメタン生成方法の第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態におけるメタン生成装置の概略図である。
【００２２】
本発明のメタン生成装置１は、水素発酵用の微生物を利用して有機廃棄物の分解反応を起こし、当該分解反応により生成した水素および二酸化炭素を、メタン発酵用の微生物を利用した別の有機廃棄物の分解反応時に供給してメタンを生成する装置である。
【００２３】
このメタン生成装置１は、水素発酵を行う第１反応槽１ａと、メタン生成を行う第２反応槽１ｂと、第２反応槽１ｂで生成したメタンの脱硫処理を行う脱硫装置４とから、主に構成されている。第１反応槽１ａの主要構成部材である第１タンク２には、水素発酵用の微生物の一例であるクロストリジウム属の微生物が入れられている。また、第２反応槽１ｂの主要構成部材である第２タンク３には、メタン発酵用の微生物の一例であるメタノサルシナ属の微生物およびメタン合成用の微生物の一例であるメタノバクテリウム属の微生物が入れられている。
【００２４】
第１タンク２内のクロストリジウム属の微生物としては、例えば、クロストリジウム バイジェリンキー（Clostridium beijerinkii）AM21B株（文献；Journal of Fermentation and Bioengineering 73:244-245,1992）、クロストリジウム  sp（Clostridium sp.）No.2株（文献；Canadian Journal of Microbiology 40:228-233,1994）、あるいはクロストリジウム  sp（Clostridium sp.）X53株（文献；Journal of Fermentation and Bioengineering 81:178-180,1996）等を利用できる。これらの内、クロストリジウム バイジェリンキー（Clostridium beijerinkii）AM21B株は、有機廃棄物の水素発酵には最も適しており、水素の発生効率をより向上させることができる。ただし、クロストリジウム属の微生物は、これには限定されず、その他の菌株でも良い。
【００２５】
第１反応槽１ａは、第１タンク２の他に、有機廃棄物の温度を調節する第１温度調節器５と、外部から生ゴミ等の有機廃棄物を投入する第１投入口６と、第１タンク２内の有機廃棄物を攪拌する第１攪拌機７と、第１タンク２の底部から第１タンク２内の内容物を排出する排液管８と、排液管８の先に備えたバルブ９とを備えている。
【００２６】
第１タンク２は、円筒形状を呈しており、その側面上方には第１投入口６が取り付けられている。第１温度調節器５は、不図示の温度コントローラと電気的に接続されており、温度コントローラの操作によって、第１タンク２内の有機廃棄物の温度を調節できる機器である。第１タンク２内の有機廃棄物の温度は、３４〜４０℃の範囲で保持され、好ましくは３７℃プラスマイナス１℃に保持される。なお、図１では、第１温度調節器５は、第１タンク２の外部から、第１タンク２内の有機廃棄物の温度を調節する機器として示されているが、第１タンク２の内部に挿入される機器でも良い。また、タンク形状は円筒に限定されない。
【００２７】
また、第１攪拌機７は、第１タンク２の外部上方に固定されたモータと、そのモータから第１タンク２の内部へと伸びた攪拌棒７ａと、当該攪拌棒７ａに付けられた複数の攪拌羽根７ｂとから構成されている。なお、外部に固定しているモータは、内部に固定しても良いし、必ずしも上方に固定されるものに限定されない。
【００２８】
第２タンク３は、有機廃棄物の温度を調節する第２温度調節器１０と、外部から生ゴミ等の有機廃棄物を投入する第２投入口１１と、第２タンク３内の有機廃棄物を攪拌する第２攪拌機１２と、第２タンク３の底部から第２タンク３内の内容物を排出する送液管１３と、送液管１３の先に備えたバルブ１４とを備えている。
【００２９】
第２タンク３は、円筒形状を呈しており、その上面には第２投入口１１が取り付けられている。第２温度調節器１０は、不図示の温度コントローラと電気的に接続されており、温度コントローラの操作によって、第２タンク３内の有機廃棄物の温度を調節できる機器である。第２タンク３内の有機廃棄物の温度は、３４〜４０℃の範囲で保持され、好ましくは３７℃プラスマイナス１℃に保持される。なお、第２温度調節器１０は、先に述べた第１温度調節器５と同様、第２タンク３の内部に挿入される機器でも良い。
【００３０】
また、第２攪拌機１２は、第２タンク３の外部側方に固定されたモータと、そのモータから第２タンク３の内部へと横方向に伸びた攪拌棒１２ａと、当該攪拌棒１２ａに付けられた複数の攪拌羽根１２ｂとから構成されている。ただし、第２攪拌機１２は、第１攪拌機７と同様に、縦方向に伸びる攪拌棒を有するものでも良い。
【００３１】
第１タンク２と第２タンク３とは、連結管１７によって連結されている。連結管１７は、第１タンク２の上部に設けられた第１排気口１５から、第２タンク３の上部を貫通してその底部近傍まで伸びるパイプである。第１タンク２内で攪拌された有機廃棄物の水素発酵によって発生した水素および二酸化炭素は、第１排気口１５から連結管１７を通って、第２タンク３内の有機廃棄物中にバブリングされる。連結管１７の先端１７ａは、第２タンク３の底部近傍、この実施の形態では、底部から１０ｃｍ上方の位置にある。ただし、先端１７ａの位置は、底部から１０ｃｍの高さに限定されるものではなく、第２タンク３内の有機廃棄物中でのバブリングを可能とし、第２タンク３内におけるメタン生成に関連する反応の反応効率等を考慮して適宜決定される。
【００３２】
第２タンク３内のメタノサルシナ属の微生物（メタン菌群の一つ）によるメタン生成プロセスは、次の通りである。
【００３３】
ＣＨ３ＣＯＯＨ（酢酸）→ＣＨ４（メタン）＋ＣＯ２（二酸化炭素）
【００３４】
また、第２タンク３内のメタノバクテリウム属の微生物（メタン菌群の一つ）によるメタン生成プロセスは、次の通りである。
【００３５】
４Ｈ２（水素）＋ＣＯ２（二酸化炭素）→ＣＨ４（メタン）＋Ｈ２Ｏ（水）
【００３６】
上記のプロセスから明らかなように、本発明のメタン生成装置１は、メタノバクテリウム属の微生物による有機廃棄物のメタン発酵プロセスに加え、メタノバクテリウム属の微生物により水素と二酸化炭素からメタンを合成するプロセス（メタン合成プロセス）を実行するので、メタンの生成効率が高くなる。後者のプロセス（メタン合成プロセス）の出発原料となる水素は、第１タンク２から送られる排ガスに含まれている。また、後者のプロセス（メタン合成プロセス）のもう一方の出発原料となる二酸化炭素には、第１タンク２から送られる排ガスに含まれるものと、メタン発酵プロセスによって生成されるものとが含まれている。
【００３７】
第２タンク３の上部には、第２排気口１８が設けられている。第２排気口１８と脱硫装置１９の入口１９とは、配管２０によって連結されている。第２排気口１８から排気されるメタンを主とする排ガスは、配管２０を通って脱硫装置４にて脱硫処理される。脱硫処理後のメタンは、脱硫装置４の出口に連結された配管２１を通って、メタン生成装置１の外部へと送られる。
【００３８】
また、第１タンク２の上部および第２タンク３の上部から、それぞれ第１のｐＨ調整器２２および第２のｐＨ調整器２３が挿入されている。以後、第１のｐＨ調整器２２および第２のｐＨ調整器２３を総称して、「ｐＨ調整器２２，２３」という。これらのｐＨ調整器２２，２３は、ｐＨの測定と共に、ｐＨを調整可能な機器である。ｐＨの調整は、ｐＨ調整器２２，２３に接続されている酸およびアルカリの各溶液（図示省略）からの酸またはアルカリの各溶液の供給によって行われている。したがって、第１タンク２内または第２タンク３内における各反応は、温度のみ、ｐＨのみ、あるいは温度とｐＨの３種類の調整によって制御可能となっている。この実施の形態では、ｐＨの最適な範囲は、６から７の範囲であるが、用いる菌等の他の条件によって種々変わり得る。
【００３９】
図２は、本発明の第１の実施の形態のメタン生成装置１を用いたメタン生成方法の流れを示すフローチャートである。
【００４０】
まず、第１タンク２内に水素発酵用の微生物であるクロストリジウム バイジェリンキーＡＭ２１Ｂ株が投入される（ステップＳ１０１）。また、第２タンク３内にメタン発酵用の微生物であるメタノサルシナ属の微生物およびメタン合成用の微生物であるメタノバクテリウム属の微生物が投入される（ステップＳ１０２）。次に、第１タンク２内に生ゴミ等の有機廃棄物が投入される（ステップＳ１０３）。また、第２タンク３内に生ゴミ等の有機廃棄物が投入される（ステップＳ１０４）。
【００４１】
次に、第１温度調節器５および第１のｐＨ調整器２２の内少なくともいずれか一方により最適な条件に保持された状態にて第１攪拌機７による攪拌が実行される（ステップＳ１０５）。次に、第２温度調節器１０および第２のｐＨ調整器２３の内少なくともいずれか一方により最適な条件に保持された状態にて第２攪拌機１２による攪拌が実行される（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０５の実行により、第１タンク２内では、有機廃棄物の水素発酵が行われる。この結果、水素発酵第１タンク２内にて水素と二酸化炭素とが生成され、第２タンク３内の有機廃棄物中にてバブリングが開始する（ステップＳ１０７）。
【００４２】
一方、第２タンク３内では、有機廃棄物のメタン発酵が開始すると共に、第１タンク２から送られてきた水素と二酸化炭素によってメタン合成が開始する。両プロセスにより生成したメタンは、配管２０を通って、脱硫装置４内で脱硫される（ステップＳ１０８）。かかる工程を経て、有機廃棄物からのメタン生成方法のフローが終了する。
【００４３】
（第２の実施の形態）
次に、本発明のメタン生成装置およびメタン生成方法の第２の実施の形態について説明する。図３は、本発明の第２の実施の形態におけるメタン生成装置の概略図である。
【００４４】
図３に示す第２の実施の形態におけるメタン生成装置１は、構成上、先に説明した第１の実施の形態におけるメタン生成装置１と多くの共通部分を有する。当該共通部分については、第１の実施の形態におけるメタン生成装置１と同じ符号を付け、その機能の説明を省略する。
【００４５】
第２の実施の形態におけるメタン生成装置１は、第１タンク２を第２タンク３の上方に配置させ、送液管８を第２タンク３の上方の吸液口２２に接続した構成を有している。このため、バルブ９を開状態とすると、第１タンク２内の内容物を、第２タンク３の内部に入れることができる。また、第１排気口１５は、第１タンク２の側面上方に設けられており、連結管１７は、第１タンク２の側面と第２タンク３の上面とを連結している。
【００４６】
第２の実施の形態におけるメタン生成装置１が第１の実施の形態におけるメタン生成装置１と異なる点は、第１タンク２内の水素発酵により生成した水素及び二酸化炭素のみならず、第１タンク２内の残さをも第２タンク内３のメタン生成のプロセスに利用している点である。
【００４７】
図４は、本発明の第２の実施の形態のメタン生成装置１を用いたメタン生成方法の流れを示すフローチャートである。
【００４８】
図４と図２とを比較すると明らかなように、本発明の第２の実施の形態のメタン生成装置１を用いたメタン生成方法は、ステップＳ１０７の後に、第１タンク２の廃液を第２タンク３に送る工程（ステップＳ１０７１）が追加されている点を除き、本発明の第１の実施の形態のメタン生成装置１を用いたメタン生成方法と共通する工程を有している。これによって、第１タンク２にて反応しきれなかった有機廃棄物からのメタンの生成も可能となり、メタンの生成効率がより向上する。
【００４９】
（第３の実施の形態）
次に、本発明のメタン生成装置の第３の実施の形態について説明する。図５は、本発明の第３の実施の形態におけるメタン生成装置の概略図である。
【００５０】
このメタン生成装置１は、上述の２つの実施の形態におけるメタン生成装置１と同様、水素発酵用の微生物を利用して有機廃棄物の分解反応を起こし、当該分解反応により生成した水素および二酸化炭素を、メタン発酵用の微生物を利用した別の有機廃棄物の分解反応時に供給してメタンを生成する装置である。
【００５１】
このメタン生成装置１は、クロストリジウム属の微生物を入れた第１反応槽３０と、メタン発酵用の微生物の一例であるメタノサルシナ属の微生物およびメタン合成用の微生物の一例であるメタノバクテリウム属の微生物を入れた第２反応槽３１とを隔壁３２で隔てたタンク３３と、第２反応槽３１にて生成されたメタンの脱硫処理を行う脱硫装置３４とから、主に構成されている。
【００５２】
タンク３３には、第１反応槽３０内の有機廃棄物の温度を調節する第１温度調節器と、第２反応槽３１内の有機廃棄物の温度を調節する第２温度調節器とを兼ねる温度調節器３５が備えられている。温度調節器３５は、第１反応槽３０および第２反応槽３１内の有機廃棄物を、個別に３４〜４０℃の範囲、好ましくは３７℃プラスマイナス１℃で保持することができる。ただし、温度調節器３５は、第１反応槽３０および第２反応槽３１を一体的に温度調節する機器でも良い。
【００５３】
第１反応槽３０および第２反応槽３１は、それぞれ、その中に有機廃棄物を投入する第１投入口３６および第２投入口３７を備えている。各反応槽３０，３１に投入された有機廃棄物は、隔壁３２によって互いに混ざり合わない状態におかれている。
【００５４】
タンク３３には、攪拌機３８が設けられている。攪拌機３８のモータは、第２反応槽３１の外部側面に固定されている。また、そのモータから伸びる攪拌棒３８ａは、第２反応槽３１の外部側面および隔壁３２を貫通している。隔壁３２と攪拌棒３８ａとの隙間には、パッキン等の防水材が取り付けられている。攪拌棒３８ａに付けられた攪拌羽根の内、モータから遠い側の攪拌羽根３８ｂは、第１反応槽３０内に存在する。また、モータに近い側の攪拌羽根３８ｃは、第２反応槽３１内に存在する。このため、攪拌機３８の電源を入れると、第１反応槽３０内の有機廃棄物および第２反応槽３１内の有機廃棄物の両方を、互いに混じり合わない状態にて攪拌できる。また、第２反応槽３１の底部には、第２反応槽３１内の内容物を排出する送液管３９と、その送液管３９の先に備えたバルブ４０とを備えている。
【００５５】
第１反応槽３０の上部には、水素発酵時に生成される水素および二酸化炭素を排気するための第１排気口４１が設けられている。また、第２反応槽３１の上部には、吸気口４２が設けられている。第１排気口４１と吸気口４２とは、連結管４３によって連結されており、その連結管４３は、吸気口４２を貫通して第２反応槽３１の所定深さまで伸びている。したがって、第１反応槽３０内で生成した水素と二酸化炭素は、第１排気口４１から連結管４３を通って、第２反応槽３１の底部近傍から排気される。第２反応槽３１内に有機廃棄物が投入されている状態では、水素と二酸化炭素は、連結管４３の先端４３ａから気泡となって、第２反応槽３１内の有機廃棄物をバブリングする。
【００５６】
連結管４３の先端４３ａは、第２反応槽３１の底部近傍、この実施の形態では、底部から１０ｃｍ上方の位置にある。ただし、先端４３ａの位置は、底部から１０ｃｍの高さに限定されるものではなく、第２反応槽３１内の有機廃棄物中でのバブリングを可能とし、第２反応槽３１内におけるメタン生成に関連する反応の反応効率等を考慮して適宜決定される。
【００５７】
また、第１反応槽３０の上部および第２反応槽３１には、それぞれ、開口部４４および開口部４５が設けられている。開口部４４と開口部４５とは、連結管４６によって連結されており、その連結管４６は、開口部４４を貫通して第１反応槽３０の所定深さまで伸びている。また、連結管４６の途中には、送液ポンプ４７が配設されている。したがって、送液ポンプ４７の電源を入れると、第１反応槽３０内の液状および固形の内容物（残さ）は、連結管４６を通って、第２反応槽３１へと供給される。
【００５８】
連結管４６の先端４６ａは、第１反応槽３０の底部近傍、この実施の形態では、底部から１５ｃｍ上方の位置にある。ただし、先端４６ａの位置は、底部から１５ｃｍの高さに限定されるものではなく、第１反応槽３０内の残さの量等を考慮して適宜決定される。
【００５９】
また、第２反応槽３１の上部には、その内部の反応によって生成したメタンを排気する第２排気口４８が設けられている。第２排気口４８と、脱硫装置３４上部の入口４９とは配管５０で連結されている。また、脱硫装置３４の出口側には、メタン生成装置１の外部に伸びる配管５１が接続されている。このため、メタンは、第２反応槽３１から配管５０を通って脱硫装置３４にて脱硫処理を施された後、配管５１を通って、メタン生成装置１の外へと排気される。
【００６０】
なお、第１反応槽３０には、クロストリジウム属の微生物、好ましくはクロストリジウム バイジェリンキー（Clostridium beijerinkii）AM21B株が投入されている。また、第２反応槽３１には、メタノサルシナ属の微生物およびメタノバクテリウム属の微生物が投入されている。したがって、第１の実施の形態におけるメタン生成装置１と同様に、第１反応槽３０にて有機廃棄物の水素発酵が行われ、第２反応槽３１にて有機廃棄物のメタン発酵と水素および二酸化炭素によるメタン合成とが行われる。メタン生成プロセスについては、第１の実施の形態にて説明したプロセスと共通するので、その説明を省略する。
【００６１】
また、第１反応槽３０の上部および第２反応槽３１の上部から、それぞれ第１のｐＨ調整器２２および第２のｐＨ調整器２３が挿入されている。以後、第１のｐＨ調整器２２および第２のｐＨ調整器２３を総称して、「ｐＨ調整器２２，２３」という。これらのｐＨ調整器２２，２３は、ｐＨの測定と共に、ｐＨを調整可能な機器である。ｐＨの調整は、ｐＨ調整器２２，２３に接続されている酸およびアルカリの各溶液（図示省略）からの酸またはアルカリの各溶液の供給によって行われている。したがって、第１反応槽３０内または第２反応槽３１内における各反応は、温度のみ、ｐＨのみ、あるいは温度とｐＨの３種類の調整によって制御可能となっている。この実施の形態では、ｐＨの最適な範囲は、６から７の範囲であるが、用いる菌等の他の条件によって種々変わり得る。
【００６２】
このように、本発明の第３の実施の形態におけるメタン生成装置１は、第２の実施の形態におけるメタン生成装置１と同様、水素発酵により生成した水素および二酸化炭素のみならず、第１反応槽３０内の有機廃棄物の残さをも第２反応槽３１のメタン生成のプロセスに利用している。このため、第１反応槽３０にて反応しきれなかった有機廃棄物からのメタンの生成も可能となり、メタンの生成効率がより向上する。
【００６３】
さらに、本発明の第３の実施の形態におけるメタン生成装置１は、第２の実施の形態におけるメタン生成装置１と異なり、１つの攪拌機３８によって２つの反応槽３０，３１内の有機廃棄物の攪拌を可能としている。したがって、メタン生成装置１の運転上、制御要因が減少し、制御しやすくなる。さらに、運転コストも安価になる。加えて、温度調節器３５も１つであるため、制御要因が減少し、制御しやすくなると共に運転コストも安価になる。
【００６４】
本発明の第３の実施の形態におけるメタン生成装置１を用いたメタン生成方法は、図４に示すフローチャートとほとんど同じ流れで行われるが、当該フローチャート中のステップＳ１０５およびステップＳ１０６を「攪拌機による攪拌」という１つのステップに置き換える点が、図４に示すフローチャートと異なる。
【００６５】
以上、本発明を実施をするための３種類の最良の形態について説明したが、本発明のメタン生成装置およびメタン生成方法は、上述の実施の形態に限定されず、種々変形を施した形態にて実施可能である。
【００６６】
上述の第１の実施の形態および第２の実施の形態におけるメタン生成装置１は、第１温度調節器５と、第２温度調節器１０とを備えているが、第３の実施の形態におけるメタン生成装置１のように、１つの温度調節器３５を備えていても良い。また、第２の実施の形態におけるメタン生成装置１の送液管８の途中に、第１タンク２から第２タンク３に残さを送る送液ポンプを備えても良い。また、第１温度調節器５および第２温度調節器１０に替えて、第１のｐＨ調整器２２および第２のｐＨ調整器２３を備えても良い。さらに、温度調節器５，１０の内のいずれか１つに替えて、ｐＨ調整器２２，２３を採用しても良い。
【００６７】
上述の第３の実施の形態におけるメタン生成装置１の送液管４６に、送液ポンプ４７と別個にバルブを備えても良い。また、第３の実施の形態におけるメタン生成装置１のタンク３３の構造を、第１反応槽３０と第２反応槽３１とが縦方向に積載された構造としても良い。その場合、第１反応槽３０の残さは、重力によって第２反応槽３１へと供給できるので、バルブさえあれば、必ずしも送液ポンプ４７は必要ない。また、連結管１７または連結管４３を経由して送られる水素および二酸化炭素は、有機廃棄物中へのバブリングという方式ではなく、シャワー状に流れる有機廃棄物中に接触する方式で供給されても良い。
【００６８】
また、図２あるいは図４に示すステップＳ１０１〜ステップＳ１０７は、必ずしもこの順番で行われる必要はない。特に、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０６は、どういう順番で行われても良い。例えば、ステップＳ１０１がステップＳ１０２の後に行われても良い。また、ステップＳ１０１およびステップＳ１０２が、ステップＳ１０４の後、あるいはステップＳ１０６の後に行われても良い。本発明のメタン生成方法は、第２タンク３中のメタン発酵の際に、水素と二酸化炭素とを第２タンク３に供給し、第２タンク３内のメタノバクテリウム属の微生物によるメタン合成を行わせる点に特徴を有しているからである。また、図４に示すステップＳ１０７１は、ステップＳ１０７より前の工程でも良い。第１タンク２内の残さを利用する工程を含む限り、水素と二酸化炭素の第２タンク３への供給との前後関係は問わないからである。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明のメタン生成装置およびメタン生成方法は、生ゴミをはじめとする有機廃棄物から、有益なエネルギーとなるメタンを生成する装置および方法であり、家庭用の生ゴミ処理装置とメタンガス貯蔵装置とを組み合わせた小型の装置、あるいはゴミ処理施設とメタンガス供給施設とを組み合わせた大型の装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるメタン生成装置の概略図である。
【図２】図１に示すのメタン生成装置を用いたメタン生成方法の流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施の形態におけるメタン生成装置の概略図である。
【図４】図３に示すのメタン生成装置を用いたメタン生成方法の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の第３の実施の形態におけるメタン生成装置の概略図である。
【符号の説明】
【００７１】
１    メタン生成装置
１ａ  第１反応槽
１ｂ  第２反応槽
２    第１タンク
３    第２タンク
５    第１温度調節器
６    第１投入口
７    第１攪拌機
８    送液管
９    バルブ
１０    第２温度調節器
１１    第２投入口
１２    第２攪拌機
１５    第１排気口
１７    連結管
１８    第２排気口
２２    第１のｐＨ調整器
２３    第２のｐＨ調整器
３０    第１反応槽
３１    第２反応槽
３２    隔壁
３３    タンク
３５    第１温度調節器、第２温度調節器（温度調節器）
３６    第１投入口
３７    第２投入口
３８    攪拌機
３８ａ  攪拌棒
４１    第１排気口
４３    連結管
４７    送液ポンプ
４８    排気口
【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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