(57)【要約】【課題】効率的かつ安定したエネルギー回収を実現した廃棄物の処理方法を提供する。【解決手段】本発明の廃棄物中のバイオマスを原料として有用物を得る廃棄物処理方法は、（１）重量物と、軽量物とに分離する分別工程と、（２）軽量物から得られたスラリーから非離解性の塊状異物を分離することで紙パルプを回収する工程と、（３）紙パルプの全量または一部と重量物の一部をエタノール発酵原料として発酵させてエタノール含有溶液を得るエタノール発酵工程と、（４）エタノール含有溶液を蒸留してエタノールを得る蒸留工程とを含み、（３）工程の前に、（３）工程に投入されるべき紙パルプおよび重量物を分配する分配工程をさらに含み、分配工程において、重量物および紙パルプの割合を、紙パルプ／前記重量物の乾燥重量比率に基づいて調整し、または、エタノール発酵原料の固形分濃度を調整する。【選択図】図１
2017006891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物中のバイオマスを原料として有用物を得る廃棄物処理方法であって、
（１）機械を用いた重量による分別により、厨芥成分および有湿性のセルロース成分を少なくとも含む重量物と、他のバイオマス成分を含む軽量物とに分離する分別工程と、
（２）前記軽量物に加水し、該軽量物に含まれるセルロース成分の離解を行い、得られたスラリーから非離解性の塊状異物を分離することで紙パルプを回収する工程と、
（３）前記工程（２）で得られた紙パルプの全量または一部と前記工程（１）で得られた重量物の一部をエタノール発酵原料として発酵させてエタノール含有溶液を得るエタノール発酵工程と、
（４）前記エタノール含有溶液を蒸留してエタノールを得る蒸留工程と
を含み、
前記（３）工程の前に、前記（３）工程に投入されるべき前記紙パルプおよび重量物を分配する分配工程をさらに含み、該分配工程において、前記（３）工程に導入されるべき重量物および紙パルプの割合を、前記紙パルプ／前記重量物の乾燥重量比率に基づいて調整し、または、エタノール発酵原料の固形分濃度を調整することを特徴とする廃棄物処理方法。
【請求項２】
前記（４）工程により生じた蒸留残渣と、前記（３）工程に投入されなかった残りのバイオマスとをメタン発酵させてバイオガスを製造する工程をさらに有する、請求項１に記載の廃棄物処理方法。
【請求項３】
前記分配工程は、（２）工程で得られた前記紙パルプの全量が前記（３）工程に投入され、（１）工程で得られた重量物のうちの一部が前記（３）工程に投入されるように調整する、請求項１または２に記載の廃棄物処理方法。
【請求項４】
前記（３）工程において、半回分式同時糖化発酵でエタノールを製造する、
請求項１に記載の廃棄物処理方法。
【請求項５】
前記分配工程において、紙パルプ／重量物が、乾燥重量比で１．８〜３５．０の範囲になるように各量が調整される、請求項１〜４のいずれか１つに記載の廃棄物処理方法。
【請求項６】
前記分配工程において、エタノール発酵原料の固形分濃度を、１８．０〜２３．３％に調整する、請求項１〜５のいずれか１つに記載の廃棄物処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物中のバイオマスを回収し、一部をエタノール原料として用いて有用物を得る廃棄物処理方法に関し、また、本発明は、このように回収したバイオマスの一部からエタノールを製造するとともに、発生するエタノール蒸留残渣および残りのバイオマスをメタン発酵によりバイオガスを製造するという、廃棄物中のバイオマスを原料として有用物を得る廃棄物処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石資源の枯渇といったエネルギー問題とともに、地球温暖化といった環境問題により、環境にやさしい新しいエネルギーの創出が世界的に望まれている。その中でもバイオマスからのカーボンニュートラルなエネルギーの創出はサスティナブルであり、特に、高度に社会的な生活のためには廃棄物系バイオマスの利活用が求められる。
【０００３】
日本国内では、焼却処分されている約３４００万ｔの一般廃棄物のうち、半分以上が厨芥類や紙類といったバイオマスである。また、３Ｒ（Reduce（リデュース）、Reuse（リユース）、Recycle（リサイクル））の推進とともにプラスチック類などの高カロリーな廃棄物組成比率が減少傾向である一方で、厨芥類の比率が増加傾向にあり、焼却に適さない湿ったごみの比率が増えている。
【０００４】
雑多なバイオマスを利用するときによく用いられる方法の１つとしてメタン発酵が挙げられる。これはバイオマスを嫌気条件下で発酵させることで、メタンを含むバイオガスが生成し、原燃料に用いることができる。また、一般廃棄物に含まれている紙類は、混合収集されてしまうと汚れやにおいの付着により、再生紙にリサイクルすることができないが、脱リグニンされたセルロースであり、バイオマスとしては良質な原料であるともいえる。
【０００５】
また、一般廃棄物に含まれる紙類のエタノール原料への利用方法として、特許文献１および２に示したように廃棄物から紙類を回収してエタノール原料とする方法が検討されている。
【０００６】
さらに、産業廃棄物である食品廃棄物からエタノールを製造し、蒸留残渣をメタン発酵し、二段階での廃棄物の燃料化の検討も行われている（非特許文献１）。
【０００７】
ここで、各原燃料の特徴を挙げると、エタノールは液体燃料であり、気体に比べて取り扱いが容易であり、自動車やボイラーの燃料とする場合は既存の施設を一部流用することが可能である。また、物質として化成品原料として用いることができ、現在、エタノール由来のポリエチレンや酢酸エチルなどが市場に存在する。エタノールはバイオマス中の紙由来のセルロースの糖化産物もしくは厨芥由来の繊維分に含まれるセルロースや穀類由来のデンプンの糖化産物から酵母などのエタノール発酵微生物により数日以内に生産される。
【０００８】
バイオガスは直接燃料として発電に用いるなど、精製、熱量の調整などを経て天然ガス自動車燃料や導管注入といった用途に用いることができる。また、プラスチックといった合成有機物は原料として分解できないが、バイオマス由来の有機物を原料として用いることができ、反応時間は１５〜３０日と言われている。
【０００９】
本発明者らは、廃棄物、特に一般廃棄物からバイオマスを回収し、エタノールを製造する原料として用いるとともに、得られた蒸留残渣中に含まれる残存有機物質をメタン発酵によりバイオガスに変換、回収するという二段階燃料化について検討を行い、より多くのエネルギーを回収するとともに、廃棄物由来原燃料の価値を高めることを目指してきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１５９９５３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４６４２１号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Koike Y、An MZ、Tang YQ、Syo T、Osaka N、Morimura S、Kida K著、「Production of fuel ethanol and methane from garbage by high-efficiency two-stage fermentation process.」、J Biosci Bioeng、２００９年、１０８巻、第６号、ｐ．５０８−１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
背景でも述べたとおり、本発明者らは、廃棄物由来バイオマスからの燃料化において、回収したバイオマスを用いてエタノールを製造するとともに、エタノールの回収後に残る蒸留残渣を原料としたメタン発酵を行い、バイオガスを製造することで、より多くのエネルギーを回収することを目指していた。
【００１３】
エタノール製造時のバイオマス原料は、まず一般廃棄物を機械分別により、厨芥類と湿った紙類といったバイオマスで主に構成される重量物と、主にプラスチック類、ビニール類および乾いた紙類で構成される軽量物とに分離し、得られた軽量物に加水し、紙の離解を行い、プラスチック類、ビニール類などの離解しない塊状の異物を分離することで紙パルプを得、得られた紙パルプの全量と、初めの機械分別で得られた重量物とをすべて用いることとしていた。
【００１４】
例えば、特許文献２では、ごみ焼却施設にエタノール製造プロセスを付帯させて、重量ごみを焼却処理していたが、重量ごみは含水率が高いため、焼却処理を行うと、ごみ焼却施設の燃焼状態が安定しないという問題があった。
【００１５】
本発明は、こうした問題を解決するためになされたものであり、効率的かつ安定したエネルギー回収を実現した廃棄物の処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明者らが鋭意検討した結果、下記発明を完成するに至った。
【００１７】
すなわち、本発明は、廃棄物中のバイオマスを原料として有用物を得る廃棄物処理方法であって、
（１）機械を用いた重量による分別により、厨芥成分および有湿性のセルロース成分を少なくとも含む重量物と、他のバイオマス成分を含む軽量物とに分離する分別工程と、
（２）前記軽量物に加水し、該軽量物に含まれるセルロース成分の離解を行い、得られたスラリーから非離解性の塊状異物を分離することで紙パルプを回収する工程と、
（３）前記工程（２）で得られた紙パルプの全量または一部と前記工程（１）で得られた重量物の一部をエタノール発酵原料として発酵させてエタノール含有溶液を得るエタノール発酵工程と、
（４）前記エタノール含有溶液を蒸留してエタノールを得る蒸留工程と
を含み、
前記（３）工程の前に、前記（３）工程に投入されるべき前記紙パルプおよび重量物を分配する分配工程をさらに含み、該分配工程において、前記（３）工程に導入されるべき重量物および紙パルプの割合を、前記紙パルプ／前記重量物の乾燥重量比率に基づいて調整し、または、エタノール発酵原料の固形分濃度を調整することを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、前記（４）工程により生じた蒸留残渣と、前記（３）工程に投入されなかった残りのバイオマスとをメタン発酵させてバイオガスを製造する工程をさらに有する。
【００１９】
好ましくは、前記分配工程は、（２）工程で得られた前記紙パルプの全量が前記（３）工程に投入され、（１）工程で得られた重量物のうちの一部が前記（３）工程に投入されるように調整する。
【００２０】
好ましくは、前記（３）工程において、半回分式同時糖化発酵でエタノールを製造する。
【００２１】
好ましくは、前記分配工程において、紙パルプ／重量物が、乾燥重量比で１．８〜３５．０の範囲になるように各量が調整される。
【００２２】
好ましくは、前記分配工程において、エタノール発酵原料の固形分濃度を、１８．０〜２３．３％に調整する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の廃棄物処理方法によれば、エタノール発酵工程に導入される成分の割合が適切に調整されるので、単位原料あたりに生成するエタノール量が増え、それに伴いエタノール製造時のランニングコストを低減することが出来る。
【００２４】
また、重量物の混合比率が低下することにより、反応時の固形分濃度が低下し、撹拌に要する設備要求の低下によるイニシャルコスト低減と、撹拌動力に要するランニングコストを低減することが出来る。
【００２５】
含水率や組成にばらつきが多い重量物に比べて、比較的均一な紙パルプの混合比率が多くなることで、再現性の高い、安定的な反応が実現でき、残ったバイオマス成分はバイオガス化により燃料化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明を実施するための形態を説明する処理フロー図である。
【図２】半回分式糖化発酵によるエタノール発酵工程について説明する図である。
【図３】実施例１における各原料を用いたラボスケールでの同時糖化発酵反応（以下ＳＳＦ反応という）の結果を示すグラフである。
【図４】実施例２において（７）〜（９）および（１）の原料条件で、実施例１と同じ条件で同時糖化発酵反応を実施した結果を示すグラフである。
【図５】使用酵素量当たりに生成するエタノール量比を示すグラフである。
【図６】実施例３において、蒸留残渣を用いたメタン発酵におけるバイオガス発生量を示すグラフである。
【図７】実施例４において、重量物を用いたメタン発酵におけるバイオガス発生量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明による廃棄物中のバイオマスを原料として有用物を得る廃棄物処理方法について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本発明を実施するための形態を説明する処理フロー図である。
【００２９】
［廃棄物］
本発明は、具体的には、廃棄物を処理して有用物である、エタノールとメタンを主成分とするバイオガスとを効率的に回収することを目的とするものである。したがって、この観点から、本発明における廃棄物は、これらの原料となるセルロース成分（紙類）、厨芥成分等を含んでいれば特にその由来を限定するものではない。
【００３０】
より具体的には、廃棄物として、古紙、ペーパースラッジ、食品廃棄物、など事業系および家庭系を含む一般廃棄物、産業廃棄物が挙げられる。また、紙類を多く含む原料と、厨芥類を多く含む原料を別々に入手してもよい。なお、廃棄物は、地域、季節、気候（晴／雨）によって変動することも想定されておくべきである。
【００３１】
［有用物］
本発明において、有用物は、上記の廃棄物中に含まれるセルロース成分（紙類）、厨芥成分等を原料として発酵により得られるものであり、具体的には糖化およびエタノール発酵により得られるエタノール、およびメタン発酵により得られるメタンを含むバイオガスを意味する。しかしながら、廃棄物中に含まれるバイオマスを原料として得られるものであれば、上記に限定することなく他のものであってもよい。
【００３２】
［機械を用いた重量による分別（機械分別）］
最初に、廃棄物に対して重量による分別を行う。ここでの分別の工程では、機械を用いて重量による分別を行うことが便宜であるので、以下、機械を用いた重量による分別（以下、簡単に機械分別という）について説明する。
【００３３】
機械分別は、廃棄物から厨芥成分および有湿性の紙類（セルロース成分）を重量物として取り出すことを目的として行われる。この機械分別は、混合収集された廃棄物であれば基本的に実施され、本分別により、廃棄物中の厨芥成分と有湿性の紙類とが重量物として、これら以外のバイオマス成分であるプラスチック類、ビニール類および湿った状態にない紙類等が軽量物として分別される。
【００３４】
本機械分別としては、機械的に比重を利用して分別する方法が挙げられるが、上記の重量による分別が実施され得るのであれば、特にこれに限定されるものではない。例えば、機械的に風力で選別する場合は、比重の重い重量物に比べて、軽い軽量物は遠くに飛ぶことが考えられる。
【００３５】
また、廃棄物の形態が袋状で存在するなどである場合に、破袋等を目的とした破砕処理工程をその前段に行うことができる。
【００３６】
また、廃棄物から厨芥成分および有湿性の紙類（セルロース成分）を重量物として取り出すことを目的としていることから、大きな塊、シート、紐といった径が大きいものを排除するために、スクリーンといったサイズ除去をその後段に設けることができる。
【００３７】
＜軽量物の処理＞
［離解工程］
機械分別で得た軽量物において、紙成分はラミネート加工や背のりなどの接着部、プラスチックなどと接合といった紙以外の成分を含む。軽量物に、パルパーにて水を加え、混合することで紙成分のみをパルプスラリー状に離解し、それ以外の離解しない成分（プラスチックなど）を除く工程を実施する。紙のリサイクルで実施されるパルピング処理と同様の工程であるが、リサイクル時ほど異物の除去を厳密に行う必要はない。得られた紙パルプスラリーは脱水を行い、紙パルプとして回収する。そして、計量機能を持ったコンベアやロードセルなどを利用して重量を計測することができる。ここで、紙パルプは、サンプリングが行われ、乾燥重量、固形分濃度、含水率などの計測を行うことが好ましい。
【００３８】
計測後、紙パルプは紙パルプ分配部により全量または一部が後の工程のエタノール製造のための反応槽に移送される。紙パルプは、スラリーから脱水して調整する際に均一な状態で得ることができることから、紙パルプの含水率は３５％±１０％の設定値として用いることが出来る。混合に用いる軽量物は計量機能を持ったコンベアやロードセル等で計量機器により計測され得る。
【００３９】
なお、軽量物は、別のラインで得られる紙類を含む画分、前述の原料で述べた紙類を多く含む原料を別途加えても良い。
【００４０】
除去されたプラスチックなどは、エタノール発酵設備に付帯された、ごみ焼却施設で焼却処理を行うことが好ましい。
【００４１】
＜重量物の処理＞
［重量物分配部における分配工程］
機械分別で得られた重量物は、厨芥類と湿った紙類を主成分から構成される。重量物は、計量機能を持ったコンベアやロードセルなどを利用して重量を計測することが好ましい。ここで、重量物は、サンプリングが行われ、乾燥重量、固形分濃度などの計測を行うことが好ましい。そして計測後、重量物は、紙パルプ分配部により全量または一部が後の工程のエタノール製造の為にそのための反応槽に移送される。
【００４２】
重量物は、エタノール発酵の酵母の栄養素として必要であるが、重量物には酵母菌に対してなんらかの阻害要因があり、エタノール発酵の原料に重量物が多すぎると投入する酵母菌を増やさなければならないと言う問題があった。
【００４３】
従って本発明では、エタノール発酵のために投入されるべき重量物の割合について、前記紙パルプ／前記重量物の乾燥重量比率または固形分濃度から調整することとし、重量物の一部をエタノール製造の為の反応槽に移送することとする。反応槽に移送されなかった他方の重量物はメタン発酵の為の反応槽に移送されるか、次のバッチ処理のために貯留される。
【００４４】
なお、重量物の含水率は日常業務で計測することが好ましい。混合に用いる重量物は計量機能を持ったコンベアやロードセル等で計量機器により計測され得る。
【００４５】
［エタノール発酵工程］
紙パルプと重量物をエタノール発酵原料として発酵させてエタノール含有溶液を得る。反応時の固形分濃度が高いほど高いエタノール濃度の発酵液が得られ、蒸留に要するエネルギーと時間が低下する。したがって、高濃度で反応を実施することができる同時糖化発酵反応であることが望ましい。糖化に用いるセルラーゼやアミラーゼといった酵素や、発酵に用いる酵母などは特に限定されず、セルロースやアミロースの加水分解や、糖のエタノール発酵ができればよい。
【００４６】
エタノール発酵工程では、給水により、紙パルプ／重量物の乾燥重量比率または固形分濃度が望ましい値になるように調整されても良い。ここで、給水用の水は離解工程の排水を用いることが好ましい。離解工程の排水には０．５重量％程度の紙パルプが含まれているが、前記紙パルプ／前記重量物の乾燥重量比率に影響を及ぼす値ではない。
【００４７】
［半回分式同時糖化発酵によるエタノール発酵工程］
エタノール発酵工程は、同時糖化発酵により製造することができるが、半回分式同時糖化発酵によるエタノール発酵工程であっても良い。
【００４８】
図２により、半回分式糖化発酵によるエタノール発酵工程について説明する。
【００４９】
１回目のＳＳＦ反応のために、反応槽には、原料が投入され、次いで、酵素および酵母が投入される。ＳＳＦ反応を行った後に得られた発酵醪（エタノール含有溶液）の一部（半分程度）については、エタノールを回収するための蒸留に回される。反応液の残りの部分については、２回目のＳＳＦ反応を行うために酵素および酵母を含んだ状態でそのまま同反応槽に残され、蒸留に回された分を補充するために新規な原料が新たに投入され、さらに酵素および酵母も補充投入し、２回目のＳＳＦ反応を行う。
【００５０】
同様の操作が、３回目以降のＳＳＦ反応について行われる。
【００５１】
［エタノール発酵工程の調整方法］
一実施形態では、エタノール発酵工程において、紙パルプ／重量物が、乾燥重量比で１．８から３５．０であるように調整する。
【００５２】
そのために、サンプリングにより計測された紙パルプ及び重量物から乾燥重量比を計算して、全量または一部の各原料をとり、反応槽にて混合する操作を行う。
【００５３】
また、別の実施形態では、エタノール発酵工程において、エタノール発酵原料の固形分濃度が、１８．０％から３０．７％になるように調整する。
【００５４】
そのために、サンプリングにより計測された紙パルプ及び重量物から固形分量を計算して、全量または一部の各原料をとり、反応槽にて混合する操作を行う。固形分濃度を調整するために混合した各原料の固形分量から必要な調整水を加水する。
【００５５】
［蒸留工程］
エタノール発酵で得られた発酵醪を蒸留する。蒸留を行った後に残る蒸留残渣は、次の工程であるメタン発酵工程へ移送される。ここで、蒸留のためのエネルギーは、エタノール発酵設備に付帯された、ごみ焼却施設のボイラー蒸気の熱、焼却廃熱などを用いて前記発酵醪を蒸留することが好ましい。
【００５６】
重量物については、エタノール発酵工程に投入される紙パルプの重量を基準にして、前記紙パルプ／前記重量物の乾燥重量比率または固形分濃度から求められる重量物の一部がエタノール製造の為の反応槽に移送される。他方の重量物はメタン発酵の為の反応槽に移送されるか、次のバッチ処理のために貯留される。
【００５７】
［メタン発酵］
メタン発酵は、重量物および蒸留残渣について処理することができればどのような方式で実施してもよいが、原料の由来により異物がある程度含まれることが予想されるため、乾式メタン発酵であることが好ましい。
【００５８】
また、発酵温度域で分類すると、３５℃付近で反応を行う中温発酵と、５５℃付近で反応を行う高温発酵とがあるが、これらのうちのどちらで発酵させるかについては、高温発酵の方が反応速度を大きくすることができるためより好ましいが、厨芥類の組成比率が高いことによりアンモニア阻害に対する影響が大きいといった場合などには中温発酵で実施することも考えられる。
【００５９】
以下に、実施例により本発明を具体的に説明する。
【００６０】
（実施例１：重量物混合時の影響調査）
実際に自治体で発生した一般廃棄物について、これを機械分別して重量物と軽量物とに分別し、軽量物についてはさらに離解工程を経て紙パルプを得た。得られた重量物と紙パルプとを発生比率で混合した混合原料を用いて同時糖化発酵反応を行い、エタノールを生成させた。
【００６１】
加水分解用酵素としてノボザイムズ社製のセルラーゼを用い、発酵用微生物としてサッカロマイセスセルビシエを用いた。
【００６２】
重量物混合による影響を比較するため、重量物と紙パルプの混合比率を種々変更した各種の混合原料を作製した。
【００６３】
表１に、（１）〜（６）のそれぞれについて混合原料中の濃度について示す。なお、（１）〜（３）は、各種の一般廃棄物の発生比率で混合したものであり、比較例としての意義を有する。これに対して、（４）〜（６）は、（１）〜（３）で用いた原料をそれぞれ紙パルプ１５％、重量物５％の固形分濃度となるように混合し、これをエタノール同時糖化発酵反応の原料として用いた。したがって、（４）〜（６）は、本発明の方法に合致した例である。
【００６４】
この混合比率は、（１）〜（３）の各原料中の糖潜在量と同等である。（１）〜（６）の各反応のために使用した酵素量および酵母量は、全て一定量を添加することで実施した。反応温度は、全ての例について３８℃とした。
【００６５】
【表１】
2017006891.tif 000003
【００６６】
（１）〜（６）の各原料を用いたラボスケールでの同時糖化発酵反応（以下ＳＳＦ反応という）の結果を図３に示す。
【００６７】
反応開始後７２時間目の結果をみると、（１）〜（３）では、エタノール濃度が４％程度であった。重量物の混合比率を低くした（４）〜（６）では、糖の潜在量が（１）〜（３）のそれぞれと同程度であり、酵素と酵母の使用量も同じであるにも関わらず、明らかにエタノール生成速度が速いために５％以上の結果が得られ、反応がほぼ終了していた。
【００６８】
時間をかければ近い値になるかもしれないが、反応時間が長くなると、反応槽当りに処理できる原料量が少なくなるため、同じ糖潜在量であれば発生比率で重量物を混合するよりも混合比率を低下させる方が同じランニングコストで多くのエタノールが生成することが示された。
【００６９】
（実施例２：重量物混合比率の検討）
実施例１により、重量物の混合比率が高い場合に、エタノール転換量の低下および反応速度低下が見られることを確認することができた。そこで、原料として（１）に用いたものと同じものを用いて、紙パルプと重量物の混合比率の違いによるエタノール生成量との関係を調べた。
【００７０】
下記の表２に、（１）と同じ原料種で、より若干多くした糖潜在量で標準化した原料の混合比率を示す。
【００７１】
【表２】
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【００７２】
（７）〜（１０）の原料条件で、（１）と同じ条件で同時糖化発酵反応を実施した結果を図４に示す。
【００７３】
図４から明らかなように、反応開始７２時間目ではどの混合比率においてもエタノール濃度が５％に到達した。また、厳密にエタノール生成量の比較を行うために、反応開始後７２時間目の試験結果を用い、使用した酵素量あたりの生成エタノール量を算出し、比較例１を基準として表した比率を図５に示す。
【００７４】
いずれも重量物を高濃度で混合した（１）に比べてエタノール量比は高い比率であり、重量物の混合比率が低下するほど比率が高くなった。
【００７５】
実施例１および２の結果より、混合原料の紙パルプ／重量物の割合は、乾燥重量比で１．８〜３５．０の範囲が好ましく、より好ましくは３．０〜１０．０であると考えられた。
【００７６】
また、同様に混合された原料の固形分濃度は、１８．０〜３０．７％が好ましく、より好ましくは１８．７〜２３．３％であると考えられた。
【００７７】
なお、処理しきれなくなった重量物は、後段で蒸留残渣の処理を行うメタン発酵の基質とすることで、エネルギーの回収を図ることができる。
【００７８】
（実施例３：蒸留残渣のメタン発酵）
エタノール発酵醪中には未反応残渣や、エタノールに変換されにくい有機物が残存しており、蒸留残渣を原料としてバイオガスを製造することが可能と考えられる。これを以下の実施例にて確かめた。
【００７９】
２Ｌのセパラブルフラスコを用い、処理温度５３℃で嫌気性処理を行った。発酵に使用した種汚泥は、本発明者らが長期間馴養した汚泥を用いた。
【００８０】
原料は実施例１および２で発生したエタノール発酵醪の蒸留残渣を用いた。固形分濃度は滞留時間が２０−２５日となるように２０−２５％に調製して使用した。種汚泥を低負荷で馴養を行った後、Volatile Total Solids（以下、ＶＴＳ負荷）４．０ｇ／ｋｇ／日から徐々に負荷を増やして処理を行った。１日もしくは２日に１回、セパラブルフラスコの上部から蒸留残渣を投入し、発酵液の重量が１ｋｇになるように適宜余剰汚泥を引抜いた。
【００８１】
各負荷は１週間から２週間程度でバイオガス発生量が安定したら負荷を上げることを繰り返し、ＶＴＳ負荷１０．０ｇ．ｋｇ／日まで実施した。各負荷におけるバイオガス発生量の平均値の結果を図６に示す。
【００８２】
図６に示すように、負荷を上昇させるに従い、バイオガス発生量は直線的に増加した。また、負荷あたりのバイオガス発生量は、負荷の増加に伴い若干低下の傾向が見られるものの、ほぼ一定量で推移した。このように、蒸留残渣のみで安定的にバイオガスが発生することを確認した。
【００８３】
（実施例４：重量物のメタン発酵）
実施例３にて蒸留残渣からのバイオガス発生を確認できた。一方、実施例１および２の結果から重量物の一部をエタノール発酵原料として用いるため、残りの重量物は残存する。これを上記蒸留残渣とともにバイオガス原料とすることが考えられたため、本実施例では実施例１および２で用いた重量物のメタン発酵を行った。
【００８４】
２Ｌのセパラブルフラスコを用い、処理温度５３℃で嫌気性処理を行った。発酵に使用した種汚泥は、本発明者らが長期間馴養した汚泥を用いた。種汚泥を低負荷で馴養を行った後、ＶＴＳ負荷５．５ｇ／ｋｇ／日から徐々に負荷を増やして処理を行った。１日もしくは２日に１回、セパラブルフラスコの上部から重量物を投入し、発酵液の重量が１ｋｇになるように適宜余剰汚泥を引抜いた。各負荷は１週間から２週間程度でバイオガス発生量が安定したら負荷を上げることを繰り返し、ＶＴＳ負荷１０．４ｇ．ｋｇ／日まで実施した。原料は、滞留時間が２０−２５日となるように固形分濃度２０−３０％に調製して使用した。
【００８５】
各負荷におけるバイオガス発生量の結果を図７に示す。その結果、負荷を上昇させるに従い、バイオガス発生量は増加したが、負荷あたりのバイオガス発生量では、負荷の増加に伴い明らかに発生量の低下傾向が見られた。蒸留残渣に比べて重量物は原料として均一でないため、１ｋｇというスケールでは誤差が大きいことが原因の１つと考えられる。いずれにしても重量物のみを原料として安定的にバイオガスが発生することを確認した。実施例３および４の結果より、蒸留残渣と重量物のそれぞれのみを原料としたメタン発酵を確認できたため、どのような混合比率においても嫌気処理が可能であることが示された。
【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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