(57)【要約】【目的】メタン発酵の滞留時間が長くプラント規模が大きい、有害微生物やウイルスが処理液へ混入する、発酵槽の積極的嫌気度調整方法が未存在という問題を解決する。また諸バイオマスに関して、メタン発酵の諸条件を実験により探索する事を容易にする。【構成】メタン発酵槽を６５℃に超高温化し効率を上げ槽を超小型化すると共に、超高温化により有害微生物やウイルスを死滅させる。またバイオマスをメタン菌に最適な状況に前処理する為に、前処理槽やメタン発酵槽内にバイオマスを有効に分解するタンパク質分解菌等を予め添加する。メタン発酵は様々な因子に依存しており、その条件探索には予備実験を繰り返すことが必要であるが、特に実験装置の密閉性と撹拌の両立を実現した安価高性能の小型実験装置を開発し、メタン発酵の様々な条件の探索を低コストに可能せしめる。更に、嫌気というメタン菌の生育条件の維持管理に適宜酸素を消費する還元鉄等の還元剤を添加し制御する。【選択図】図１
2007275855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生ゴミや焼酎蒸留残渣などの含水バイオマスのメタン発酵処理を高温化（６５℃）することによる高効率化、高速化の実現。処理プラントの超小型化及び処理能力の上昇。
【請求項２】
バイオマス前処理にタンパク質分解菌等を利用したメタン発酵処理システムの高効率化、高速化の実現。
【請求項３】
メタン発酵用の小型実験装置。
【請求項４】
請求項４において攪拌用回転軸部分からのガス漏れ防止のための工夫。
【請求項５】
還元鉄（２価鉄）や鉄微粒子等を用いたメタン発酵前処理槽及びメタン発酵槽の嫌気条件の調節。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】この発明は、バイオマスのメタン発酵処理の高温化と高効率化、更に発酵前処理槽及び発酵槽の超小型化と処理能力の上昇化に関している。
【背景技術】
【０００２】生ゴミに代表される有機性廃棄物（バイオマス）のメタン発酵処理に関しては、常温や３５℃更には５５℃の発酵システムがある。メタン発酵に関しては、コンポスト化や乾燥などに比べて、（１）含水（とりわけ溶液状態等の大量の水に含まれた）バイオマスの処理が可能であること、（２）回収物がメタンガスという気体のために原料との分離回収が容易であること、等の利点がある。【０００３】しかし、前処理槽及び発酵槽での原料の滞留時間が長く、それぞれのプラントのサイズが大きいという欠点がある。【０００４】更に有害微生物やウイルスが前処理や発酵中に増殖し、発酵残渣に混入すると言う問題がある。【０００５】また、メタン発酵の様々な条件探索のためには、小型な実験装置が必要である。しかし、この目的に特化した装置が市販されていない。【０００６】前処理槽及びメタン発酵槽を攪拌する際に外部からの攪拌軸と槽との隙間が生じ密閉性を保つことが困難で、ガス漏れ防止・嫌気度の維持が難しい。【０００７】前処理槽及びメタン発酵槽内の嫌気性菌増殖のための槽内の嫌気度の積極的な調節方法が見当たらない。
【発明の解決しようとする課題】
【０００８】バイオマスのメタン発酵においては、前処理槽及び発酵槽での原料の滞留時間の長さと、それぞれのプラントサイズの大きさに欠点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】メタン発酵では、前処理槽及び発酵槽での原料の滞留時間の長さと、それぞれのプラントサイズの大きさ故に普及の欠点がある。更に、有害微生物やウイルス等が前処理槽や発酵槽内で増殖し、処理残渣に混入する場合がある。
【００１０】そこで前処理槽及びメタン発酵槽の超高温化により微生物の生育と代謝を上昇させることでそれぞれの槽の超小型化と処理能力を上昇させる。超高温化することで、有害微生物やウイルス等を死滅させることができる。
【００１１】メタン発酵においては、供給される有機物（バイオマス）のメタン菌の生育とメタンガス発生のための化学物質としての適性と効率（いわゆる代謝）が問題となる。この問題を解決するために、バイオマスを前処理するいわゆる２槽（あるいは２段階）式のメタン発酵システムが開発されている。この際、処理すべきバイオマス成分と前処理槽の処理微生物との適合性が低いために効率の低下を来す場合がある。
【００１２】そこで、材料とするバイオマス組成を有効に分解する微生物をあらかじめ添加、供給することで前処理を有効に行うと共に、メタン菌による利用や分解の効率の上昇やメタン発生を促進する。
【００１３】また、メタン発酵の様々な条件探索には、小型な実験装置が必要であるが、この目的に特化した装置が市販されていない。
【００１４】そこで、メタン発酵の条件とガス発生との相関などを低コストに解析できる安価で小型の装置を開発する。
【００１５】小型実験装置の仕様として、温度調節、密閉性、撹拌は３大要素であるが、撹拌機による撹拌と嫌気性（密閉性）の維持は相反する事項である。内部を攪拌し発酵槽内を均質化しガスの発生をモニターする際に、攪拌棒のシーリング部分からのガス漏れが発生しやすい。
【００１６】そこで攪拌棒及びシーリング部分をガス発生（液）面下に至る筒状構造で覆うことによりシーリング部分からのガス漏れを極微量にとどめ、ガスと密閉性の損失を防止する。
【００１７】バイオマスのメタン発酵処理においては、前処理槽およびメタン発酵槽の微生物は、嫌気性菌が主に重要である。従って、槽内の嫌気条件の維持管理が大切である。
【００１８】そこで槽内の嫌気条件調節のために適宜酸素を消費する物質を添加することは有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】この発明の実施の形態を図面を参照して実施例を説明する。図１は、請求項１に記載した高温（５０℃〜６７℃）において、バイオマスをメタン発酵させた際のバイオマス分解量の指標としてのＣＯＤｃｒ分解量、ガス発生量、及びガス中のメタン濃度のデータである。この図から分かるように５０℃に比べ、６７℃においては、バイオマスの時間あたりの処理量及びメタン発生量は、約４倍に増加している。発生したガス中のメタン濃度は、１０％程度上昇していることもこの昇温効果の有効性を示している。胞子を形成しない多くの有害微生物やウイルスは、６５℃付近では十分に死滅することが予想される。【００２０】図２は、ゆで卵白身を有機性廃棄物（バイオマス）のモデルとしてタンパク質分解菌により常温（約２２℃）で前処理を行った試料をメタン発酵させた場合の、未処理物（コントロール）との、ガス発生量の比較である。図から分かるようにメタンガスの発生は、当初は未処理がやや優るがその後は処理した方が上昇し、最終的にはガス発生量は、１．５倍に達している。図には示していないが、ガス中のメタン濃度も上記［００１９］のように上昇傾向にある。この様なタンパク質分解菌による前処理の効果は、豚肉等あらゆるタンパク質含有物に共通して同様な結果を得ている。この様な微生物処理は一槽式のメタン発酵システムにおいても適用可能である。【００２１】図３は、メタン発酵の条件解析を様々な条件で小規模迅速に行うために開発した実験用（５Ｌ）発酵槽である。槽内の温度をホットスターラーと温度センサー更に攪拌機により調節しつつ、発生したガスをガスバックに回収することができる。原料投入口から連続的に投入することができ、増量した内容物や測定のための内容液を回収することも可能である。【００２２】攪拌機からの攪拌棒は回転するために回転部分からのガスの漏れ出しを防ぐ（シール）ことの難しさがある。この点に関しては、図に示したような内容物液面下に及ぶ構造によって解決される。即ち上蓋から液面下に至る完全に密閉された筒状構造化された部分に対して回転棒はシール部で接触回転する。このシール部からは極微量のガスの漏れは予想される。しかし、液面に接した上記筒状構造の面積は反応層表面積と比べて微小であるために発生した全体のガスの測定回収及び嫌気度への影響は僅かである。この様な構造は、他の装置におけるガス漏れの防止にも可能である。【００２３】図４は、還元鉄を添加することによる水中の酸化還元電位の低下（嫌気度の上昇）を表している。嫌気性菌を培養する際に適宜還元鉄の添加により嫌気条件の調節に用いることができる。この方法には、他の還元剤を用いることも可能である。
【発明の効果】
【００２４】メタン発酵槽及び前処理槽の温度を超高温化（６５℃）することで、メタン発酵及び前処理の速度を格段に（約４倍）上昇させることができ、発酵槽は大幅に小型化（約１／４）する。更に、前処理槽（及びまたは発酵槽）にタンパク質分解菌等を添加することで、原料の分解を促進させ、メタン発酵によるメタンガスの収量を格段に（約４倍）上昇させることはメタン発酵システム設置に際し公衆衛生上の重要な改善である。槽内を超高温化する事で、胞子を形成しない多くの有害微生物やウイルスを死滅させる事が出来る。メタン発酵小型試験装置により実験条件を様々に変えることで最適な条件等の探索を短時間に低コストで行うことができる。内容物液面下に及ぶ筒状構造付加することによって、発生したメタンガスの回収・測定の際の攪拌棒部分からのガス損失と嫌気度の維持ができる。メタン発酵槽（及びまたは前処理槽）中の嫌気条件を還元鉄等の還元剤の添加により調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】高温（５０℃〜６７℃）において、バイオマスをメタン発酵させた際の、バイオマスの分解量の指標としてのＣＯＤｃｒ分解量、ガス発生量、及びガス中のメタン濃度である。
【図２】ゆで卵白身を有機性廃棄物（バイオマス）のモデルとしてタンパク質分解菌処理を常温（約２２℃）で行った場合と処理しない場合（コントロール）とのガス発生量の比較である。
【図３】メタン発酵の様々な条件検討のための小型実験装置。本体は発酵槽及び上蓋から成り、温度調節のためにホットスターラーの上に設置する。槽内の温度を測定する温度センサーを介して、槽内温度を一定に保つことができる。その際、攪拌機により槽内の内容物や温度を均一化させる。原料投入及び試料取り出し口を設置されており連続的な試験が可能である。発生したガスは、ガスバックに回収されその体積や成分の分析に供される。攪拌機からの攪拌棒と槽との隙間からのガスの漏れを最小限に防ぐために図に示したように攪拌棒を覆う筒状構造が槽内液面下に達する構造となっている。
【図４】嫌気条件調節のモデルとして、蒸留水（１００ｍｌ）に還元剤としての還元鉄を添加した場合の水中の酸化還元電位の変化を示している。
【符号の説明】
【００２６】１：攪拌機
２：攪拌棒シール部
３：原料投入口
４：ガスバック
５：試料取り出し口
６：発酵槽
７：ホットスターラー
８：温度センサー
９：上蓋
【図１】
2007275855.tif 000003
【図２】
2007275855.tif 000004
【図３】
2007275855.tif 000005
【図４】
2007275855.tif 000006