(57)【要約】  有機物からＨ２、メタン、ＶＦＡおよびアルコールを製造する方法において、Ｈ２、ＣＯ２、ＶＦＡ、およびアルコールを製造するために完全混合型バイオリアクターに有機物と微生物を導入するステップと；Ｈ２およびＣＯ２を回収するステップと；微生物、ＶＦＡ、およびアルコールを含む第１の流出液を回収するステップと；微生物を含む第１のバイオマスと、ＶＦＡ、アルコールおよび微生物を含む第２の流出液とに分離するために重力沈降槽に第１の流出液を導入するステップと；微生物を含む第２のバイオマスと、ＶＦＡおよびアルコールを含む第３の流出液とに分離するために分離モジュールに第２の流出液を導入するステップと；第３の流出液の少なくとも一部を回収するステップと；第１のバイオマス、第２のバイオマス、またはその両方の少なくとも一部を回収することにより回収されたバイオマスを提供し、ＣＨ４およびＣＯ２を製造するために、バイオメタン生成装置に回収されたバイオマスを導入するステップと；を含む方法。【選択図】図２
2016532441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物から水素、メタン、揮発性脂肪酸、およびアルコールを製造する方法において：
前記有機物を、Ｈ２、ＣＯ２、揮発性脂肪酸、およびアルコールを含む生成物に分解するために、完全混合型バイオリアクターに有機物と微生物を導入するステップと；
前記完全混合型バイオリアクターから前記Ｈ２の少なくとも一部と前記ＣＯ２の少なくとも一部を回収するステップと；
前記完全混合型バイオリアクターから、前記微生物、前記揮発性脂肪酸、および前記アルコールの少なくとも一部を含む第１の流出液の少なくとも一部を回収するステップと；
前記第１の流出液の少なくとも一部を、前記微生物の少なくとも一部を含む第１のバイオマスと、前記揮発性脂肪酸、前記アルコール、および前記微生物の少なくとも一部を含む第２の流出液とに分離するために、重力沈降槽に前記第１の流出液の少なくとも一部を導入するステップと；
前記第２の流出液の少なくとも一部を、前記微生物の少なくとも一部を含む第２のバイオマスと、前記揮発性脂肪酸と前記アルコールの少なくとも一部を含む第３の流出液とに分離するために、分離モジュールに前記第２の流出液の少なくとも一部を導入するステップと；
前記第３の流出液の少なくとも一部を回収するステップと；
前記第１のバイオマス、前記第２のバイオマス、またはその両方の少なくとも一部を回収することにより回収されたバイオマスを提供し、ＣＨ４およびＣＯ２を製造するために、バイオメタン生成装置に前記回収されたバイオマスを導入するステップと；
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記第１のバイオマスの少なくとも一部を前記完全混合型バイオリアクターに供し、前記完全混合型バイオリアクター内の微生物の濃度を予め選択された値に維持するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記完全混合型バイオリアクター、前記バイオメタン生成装置、またはその両方のｐＨを調整するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、前記ｐＨを調整するステップが、ｐＨ調整化合物を前記完全混合型バイオリアクター、前記バイオメタン生成装置、またはその両方に加えるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載の方法において、前記完全混合型バイオリアクターのｐＨが３〜６．８の範囲内に維持されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記完全混合型バイオリアクター、前記バイオメタン生成装置、またはその両方の温度を制御するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、前記完全混合型バイオリアクターの温度が約２５℃〜約３７℃の温度範囲に維持されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法において、前記バイオメタン生成装置の温度が約２５℃〜約３７℃の温度範囲に維持されることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記微生物が、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）種、例えば、Ｃ．ブチリカム（Ｃ．ｂｕｔｙｒｉｃｕｍ）、Ｃ．ベイジェリンキ（Ｃ．ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉ）、Ｃ．アセトブチリカム（Ｃ．ａｃｅｔｏｂｕｔｙｒｉｃｕｍ）およびＣ．バイファーメンタンツ（Ｃ．ｂｉｆｅｒｍｅｎｔａｎｔｓ）、エンテロバクター（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ）種、例えば、エンテロバクター・アエロゲネス（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ａｅｒｏｇｅｎｅｓ）、バシラス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）種、例えば、メガテリウム（ｍｅｇａｔｅｒｉｕｍ）、チューリンゲンシス（ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ）、ならびにＲ．スフェロイデス（Ｒ．ｓｐｈａｅｒｏｉｄｅｓ）からなる群から選択される種の１つ以上を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載の方法において、前記完全混合型バイオリアクターが、単一連続槽型反応器、多段連続槽型反応器、上向流嫌気性汚泥床反応器、膨張グラニュール汚泥床反応器、下向流嫌気性粒状媒体反応器、上向流嫌気性粒状媒体反応器、嫌気性バッフル付槽型反応器、嫌気性移動ブランケット反応器、および嫌気性流動床バイオリアクターからなる群から選択される反応器であることを特徴とする方法。
【請求項１１】
有機物から水素、メタン、揮発性脂肪酸、およびアルコールを製造するシステムにおいて：
微生物と前記有機物とを受け入れて分解し、Ｈ２、ＣＯ２、揮発性脂肪酸およびアルコールを含む生成物と、前記微生物、前記揮発性脂肪酸、および前記アルコールの少なくとも一部を含む第１の流出液とにする完全混合型バイオリアクターと；
前記第１の流出液を受け入れて、前記第１の流出液を、前記微生物の少なくとも一部を含む沈降した第１のバイオマスと、前記揮発性脂肪酸、前記アルコール、および前記微生物の少なくとも一部を含む第２の流出液とに分離するための、前記完全混合型バイオリアクターと流体連通する重力沈降槽と；
を備えるバイオメタン生成装置と；
前記第２の流出液の少なくとも一部を、前記微生物の少なくとも一部を含む第２のバイオマスと、前記揮発性脂肪酸および前記アルコールの少なくとも一部を含む第３の流出液とに分離するための分離モジュールと；
ＣＨ４およびＣＯ２を製造するために、前記第１のバイオマス、前記第２のバイオマス、またはその両方の少なくとも一部を受け入れるように前記重力沈降槽、前記分離モジュール、またはその両方と流体連通するバイオメタン生成装置と；
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記完全混合型バイオリアクター内の微生物の濃度を予め選択された値に維持するために、前記第１のバイオマスを前記重力沈降槽から前記完全混合型バイオリアクターに供給する手段をさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記重力沈降槽からの前記第１のバイオマスを処分する手段をさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記バイオメタン生成装置内の微生物の濃度を予め選択された値に維持するために、前記第１のバイオマスを前記重力沈降槽から前記バイオメタン生成装置に供給する手段をさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１１に記載のシステムにおいて、ｐＨを調整する化学物質を前記完全混合型バイオリアクター、前記バイオメタン生成装置、またはその両方に定量供給するディスペンサーをさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記完全混合型バイオリアクター、前記バイオメタン生成装置、またはその両方の温度を制御する温度制御装置をさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記重力沈降槽および前記バイオメタン生成装置と流体連通する貯蔵槽をさらに備え、前記貯蔵槽が、前記バイオメタン生成装置に入る液体の負荷量を調整するために前記重力沈降槽の下流且つ前記バイオメタン生成装置の上流にあることを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のシステムにおいて、前記貯蔵槽が分離モジュールの下流にあることを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１７に記載のシステムにおいて、ｐＨを調整する化学物質を前記完全混合型バイオリアクター、前記バイオメタン生成装置、および前記貯蔵槽の少なくとも１つに定量供給するディスペンサーをさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項２０】
請求項１７に記載のシステムにおいて、前記完全混合型バイオリアクター、前記バイオメタン生成装置、および前記貯蔵槽の少なくとも１つの温度を制御する温度制御装置をさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項２１】
請求項１１乃至２０の何れか１項に記載のシステムにおいて、前記完全混合型バイオリアクターが、単一連続槽型反応器、多段連続槽型反応器、上向流嫌気性汚泥床反応器、膨張グラニュール汚泥床反応器、下向流嫌気性粒状媒体反応器、上向流嫌気性粒状媒体反応器、嫌気性バッフル付槽型反応器、嫌気性移動ブランケット反応器、および嫌気性流動床バイオリアクターからなる群から選択される反応器であることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１３年７月２６日に出願された米国特許出願第６１／８５８，７０８号明細書の優先権を主張し、その内容全体が参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本開示は、水素、メタン、揮発性脂肪酸、およびアルコールの製造に関する。より詳細には、本開示は、水素、メタン、揮発性脂肪酸、およびアルコールを製造するための微生物を用いた有機物の処理に関する。
【背景技術】
【０００３】
エネルギー需要の急上昇や環境汚染の問題は、産業廃棄物を処理する様々な生物学的プロセスによって対処される。暗発酵によるバイオ水素製造は産業廃棄物の処理と水素の製造を行う既知のプロセスの１つである。
【０００４】
微生物は、光合成または好ましくは発酵により水素を生成することができる（Ｍａｔｓｕｎａｇａ，Ｔ．，Ｈａｔａｎｏ，Ｔ．，Ｙａｍａｄａ，Ａ．，Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，Ｍ．，（２０００）Ｍｉｃｒｏａｅｒｏｂｉｃ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｂｙ  ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ｂａｃｔｅｒｉａ  ｉｎ  ａ  ｄｏｕｂｌｅ  ｐｈａｓｅ  ｐｈｏｔｏｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂｉｏｅｎｇ．６８（６），６４７−６５１）。有機汚染物質は、２つの別個の段階、即ち、酸生成およびメタン生成でメタンに嫌気的に変換される。酸生成により水素が副産物として生成し、それはこのプロセスの第２段階で多くのメタン菌により電子供与体として使用される（Ｆａｎｇ，Ｈ．Ｈ．Ｐ．ａｎｄ  Ｌｉｕ，Ｈ．（２００２）Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｐＨ  ｏｎ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  ｇｌｕｃｏｓｅ  ｂｙ  ａ  ｍｉｘｅｄ  ｃｕｌｔｕｒｅ．Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ８２，８７−９３）。第１段階から水素を回収するために、２つの段階を分離することが適している。第２段階は、主に揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）を含む、残りの酸生成産物の処理にさらに使用される。
【０００５】
連続槽型反応器（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ  ｓｔｉｒｒｅｄ  ｔａｎｋ  ｒｅａｃｔｏｒ）（ＣＳＴＲ）は、連続的な水素製造に最も広く使用されているシステムであった（Ｌｉ，Ｃ．，Ｆａｎｇ，Ｈ．Ｈ．Ｐ．，（２００７）Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｖｅ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ  ａｎｄ  ｓｏｌｉｄ  ｗａｓｔｅｓ  ｂｙ  ｍｉｘｅｄ  ｃｕｌｔｕｒｅｓ．Ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｒｅｖｉｅｗｓ  ｉｎ  Ｅｎｖ．Ｓｃｉ．ａｎｄＴｅｃｈ．，３７，１−３９）。ＣＳＴＲではバイオマス固形物滞留時間（ＳＲＴ）は水理学的滞留時間（ＨＲＴ）と同じになるため、混合液中のその濃度は、高い水素生成速度に最適な１〜１２時間の推奨ＨＲＴの影響を非常に受ける（Ｌｉ  ａｎｄ  Ｆａｎｇ，２００７）。混合培養の最大比増殖速度（μｍａｘ）０．３３３ｈ−１は、ＳＲＴｍｉｎ  ３．０ｈに相当する（Ｈｏｒｉｕｃｈｉ  Ｊ．Ｉ．，Ｓｈｉｍｉｚｕ  Ｔ．，Ｔａｄａ  Ｋ．，Ｋａｎｎｏ  Ｔ．，Ｋｏｂａｙａｓｈｉ  Ｍ．，（２００２）Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｏｒｇａｎｉｃ  ａｃｉｄｓ  ｉｎ  ａｎａｅｒｏｂｉｃ  ａｃｉｄ  ｒｅａｃｔｏｒ  ｂｙ  ｐＨ  ｃｏｎｔｒｏｌ．Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌ  ８２，２０９−１３）。
【０００６】
しかし、希釈率が高いと、細胞流失が非常に多くなり、システムの故障も起こるため、反応器内のバイオマス含有率が著しく低下する（Ｗｕ，Ｓ．Ｙ．，Ｈｕｎｇ，Ｃ．Ｈ．，Ｌｉｎ，Ｃ．Ｙ．，Ｌｉｎ，Ｐ．Ｊ．，Ｌｅｅ，Ｋ．Ｓ．，Ｌｉｎ，Ｃ．Ｎ．，Ｃｈａｎｇ，Ｆ．Ｙ．Ａｎｄ  Ｃｈａｎｇ，Ｊ．Ｓ．（２００８）ＨＲＴ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｂａｃｔｅｒｉａｌ  ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｏｆ  ｍｉｘｅｄ  ａｎａｅｒｏｂｉｃ  ｍｉｃｒｏｆｌｏｒａ  ｉｎ  ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ，ｇｒａｎｕｌａｒ  ａｎｄ  ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ  ｓｌｕｄｇｅ  ｓｙｓｔｅｍｓ  ｕｓｉｎｇ  ｇｌｕｃｏｓｅ  ａｓ  ｔｈｅ  ｃａｒｂｏｎ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ．Ｉｎｔ．Ｊ．Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  ３３，１５４２−１５４９）。アセトン−ブタノール−エタノール（ＡＢＥ）発酵では、バイオ水素に使用されるのと同じ細菌群が利用されるため、このプロセスでもバイオマス流失が起こる。従って、ＡＢＥ発酵におけるバイオマス流失を解決するために、文献中の研究およびフルスケールの用途の大部分では回分反応器または流加培養反応器を使用してきた。
【０００７】
水素バイオリアクターでのＨＲＴからのＳＲＴの切り離しは、合成プラスチック媒体および処理済嫌気性グラニュール汚泥（Ｄａｓ，Ｄ．，Ｋｈａｎｎａ，Ｎ．，Ｖｅｚｉｒｏｇｌｕ，Ｔ．Ｎ．，（２００８）Ｒｅｃｅｎｔ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ  ｉｎ  ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ．Ｃｈｅｍ  Ｉｎｄ．ａｎｄ  Ｃｈｅｍ．．Ｅｎｇ．１４（２），５７−６７）、活性炭、発泡粘土（ｅｘｐａｎｄｅｄ  ｃｌａｙ）およびヘチマスポンジ（Ｃｈａｎｇ，Ｊ．Ｓ．，Ｌｅｅ，Ｋ．Ｓ．，ａｎｄ  Ｌｉｎ，Ｐ．Ｊ．，（２００２）Ｂｉｏｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ｆｉｘｅｄ−ｂｅｄ  ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒｓ．Ｉｎｔ．Ｊ．Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  ２７（１１／１２），１１６７−１１７４）、ガラスビーズ（Ｚｈａｎｇ，Ｈ．，Ｍａｒｙ，Ａ．Ｂ．，Ｂｒｕｃｅ，Ｅ．Ｌ．，（２００６）Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｂｙ  ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ  ｉｎ  ａｎ  ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ  ｆｌｏｗ  ｒｅａｃｔｏｒ．Ｗａｔｅｒ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ４０，７２８−７３４）、および膜（Ｖａｌｌｅｒｏ，Ｍ．Ｖ．Ｇ．，Ｌｅｔｔｉｎｇａ，Ｇ．，ａｎｄ  Ｌｅｎｓ，Ｐ．Ｎ．Ｌ．，（２００５）Ｈｉｇｈ  ｒａｔｅ  ｓｕｌｆａｔｅ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ａ  ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ  ａｎａｅｒｏｂｉｃ  ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ（ＳＡＭＢａＲ）ａｔ  ｈｉｇｈ  ｓａｌｉｎｉｔｙ．Ｊ．Ｍｅｍｂｒ．Ｓｃｉ．２５３（１／２），２１７−２３２）を含む幾つかの媒体上でバイオフィルムを用いることにより達成された。担体媒体上でのメタン菌バイオフィルムの発生に関する問題は、持続的な水素製造に重要なプロセス安定性に悪影響を及ぼす。さらに、膜は体積水素収率に関して多くの利点がなく、このような還元環境での汚損も起こり易い。
【０００８】
国際公開第２０１０／０８５８９３号パンフレットで提供されるバイオ水素生成装置（ｂｉｏｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｏｒ）システムは、持続的な生物学的水素製造に関する２つの制限、即ち、メタン産生培地による微生物水素産生培地の汚染、および水素製造装置の低い細菌収率に対処しようとするものである。そのシステムでは、汚泥によりＳＲＴをＨＲＴから切り離すために水素反応器の後に重力沈降槽を使用する。開示されたシステムは、生物学的水素製造用のＣＳＴＲ、続いて、ＣＳＴＲの下流に位置する重力沈降槽を備え、それらの組み合わせがバイオ水素生成装置を形成する。水素反応器内のバイオマス濃度は、重力沈降槽の底部からのバイオマス再循環および／または重力沈降槽の底流からのバイオマス引抜により所望の範囲に保たれる。この従来技術のバイオ水素生成装置では、糖および炭水化物系廃棄物からの水素収率が１．６から３．２ｍｏｌ・Ｈ２／ｍｏｌ・グルコースに増加すると共に、ＶＦＡ、主に酢酸が残部の可溶性代謝産物として生成すると記載されている。それは従来のシステムより改善されているが、このバイオ水素生成装置は暗発酵プロセスに一般的な制限、即ち、発酵最終産物の蓄積による水素生成の阻害を依然として受けている。酢酸と酪酸の生成および蓄積により、水素収率の低下および１９ｍＭ開始ソルベント生成の総非解離型酸濃度が生じる。異なるクロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）株では異なる最終産物比が得られ、従ってそれらの水素生成能に影響を及ぼす。酪酸生成をなくし、酢酸生成が増加すると、グルコースからの水素収率が高くなるであろう。酢酸の生成により水素収率がグルコース１モル当たり水素４ｍｏｌに増加するが、これは、そのプロセスが既存の水素製造方法の経済的に実行可能な代替となるのにまだ十分ではない。
【０００９】
別のバイオ水素製造プロセスは、電気水素生成プロセスである。電気発生プロセスでは、発電菌（ｅｘｏｅｌｅｃｔｒｏｇｅｎｉｃ  ｂａｃｔｅｒｉａ）は、電子を体外に（細胞外に）固体支持体（即ち、炭素電極）に放出することができ、微生物燃料電池（ＭＦＣ）と称される反応器内で電気を発生させることが可能となる。負極で細菌によって起こる酸化反応は、細菌により放出される電子および陽子と酸素とから正極で水を生成することにより維持される。回路に小さい電位を印加しなければならず、正極で酸素を使用しないこと以外、電気水素生成プロセスは類似している。従って、微生物電解セル（ＭＥＣ）と称される反応器内の陰極で水素ガスが発生する。このプロセスは細菌電解セル（ＢＥＣ）および生物電気化学補助微生物反応器（ＢＥＡＭＲ）とも称されてきた：Ｌｉｕ，Ｈ．，Ｇｒｏｔ，Ｓ．，Ｌｏｇａｎ，Ｂ．Ｅ．，（２００５）Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ  ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｍｉｃｒｏｂｉａｌ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｆｒｏｍ  ａｃｅｔａｔｅ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，３９，４３１７−４３２０；Ｒｏｚｅｎｄａｌ，Ｒ．Ａ．，Ｂｕｉｓｍａｎ，Ｃ．Ｊ．Ｎ．，Ｂｉｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ．国際公開第２００５／００５９８１号パンフレット；およびＲｏｚｅｎｄａｌ，Ｒ．Ａ．，Ｈａｍｅｌｅｒｓ，Ｈ．Ｖ．Ｍ．，Ｅｕｖｅｒｉｎｋ，Ｇ．Ｊ．Ｗ．，Ｍｅｔｚ，Ｓ．Ｊ．；Ｂｕｉｓｍａｎ，Ｃ．Ｊ．Ｎ．（２００６），Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ  ａｎｄ  ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ  ｏｆ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｂｉｏｃａｔａｌｙｚｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ．Ｉｎｔ．Ｊ．Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｅｎｅｒｇｙ，３１，１６３２−１６４０。ＢＥＡＭＲプロセスは、水素が正極槽から陽イオン交換膜（ＣＥＭ）を通って負極槽に拡散するため、水素の減少に関してＭＦＣとは異なる。さらに、ＢＥＡＭＲプロセスでは、酸素が正極槽から負極槽に拡散するため、細菌の好気的増殖によって生じる基質の減少の可能性がない。電気水素生成プロセスは、上流の暗発酵プロセスと連結し（即ち、２つのプロセス段階は完全に分離している）、それに依存している。分離した電気水素生成プロセスの利点は、Ｌｉｕ  ｅｔ  ａｌ．（２００５）、Ｒｏｚｅｎｄａｌ  ＆  Ｂｕｉｓｍａｎ（２００５）、およびＲｏｚｅｎｄａｌ  ｅｔ  ａｌ．（２００６）で評価された。
【００１０】
ＡＢＥ発酵に関する回分法の制限は文献で知られている。文献で広く報告されている暗発酵反応器に関する問題には、微生物叢の変化、代謝の変化、バイオマス流失、システム故障の頻発、持続性、低い水素収率、メタン菌の増殖および水素ではなくメタンが生成することが含まれる。前述の全ての問題のため、研究者らはＭＥＣ法および後述する他の解決法に切り替えた。
【００１１】
クロストリジウム・アセトブチリカム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）ＸＹ１６の回分培養でのアセトン／ブタノール／エタノール（ＡＢＥ）製造プロセスに対するｐＨ制御の影響が調られべた（Ｔｉｎｇ  Ｇｕｏ，Ｔ．，Ｓｕｎ，Ｂ．，Ｊｉａｎｇ，Ｍ．，Ｗｕ，Ｈ．，Ｄｕ，Ｔ．，Ｔａｎｇ，Ｙａｎ．，Ｗｅｉ，Ｐ．，Ｏｕｙａｎｇ，Ｐ．，（２０１２）Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｂｕｔａｎｏｌ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｒｅｄｕｃｉｎｇ  ｐｏｗｅｒ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｔｗｏ−ｓｔａｇｅ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ｐＨ  ｓｔｒａｔｅｇｙ  ｉｎ  ｂａｔｃｈ  ｃｕｌｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ  ＸＹ１６．Ｗｏｒｌｄ  Ｊ  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ  ２８，２５５１−２５５８）。異なるｐＨ値での回分発酵で観測された酸生成速度およびソルベント生成速度に基づいて、乾燥細胞重量０．５ｇ／Ｌが達成された後、ｐＨが５．５から４．９に変化する２段階制御ｐＨ法が開発された。この方法を適用することにより、ＡＢＥ濃度の増加およびＮＡＤＨ／ＮＡＤ＋比の増加が観測された。
【００１２】
第１段階で生成したソルベントの液液抽出と一体化された２段階ケモスタットシステムが、連続アセトン−ブタノール−エタノール（ＡＢＥ）発酵の最適化に適用された（Ｂａｎｋａｒ，Ｓ．Ｂ．，Ｓｕｒｖａｓｅ，Ｓ．Ａ．，Ｓｉｎｇｈａｌ，Ｒ．Ｓ．，Ｇｒａｎｓｔｒｏｅｍ，Ｔ．（２０１２）Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｔｗｏ  ｓｔａｇｅ  ａｃｅｔｏｎｅ−ｂｕｔａｎｏｌ−ｅｔｈａｎｏｌ  ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｓｏｌｖｅｎｔ  ｒｅｍｏｖａｌ  ｕｓｉｎｇ  Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ  Ｂ  ５３１３．Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  １０６，１１０−１１６）。ブタノールによる最小限の最終産物阻害およびその後の高いグルコース資化およびソルベント生成がクロストリジウム・アセトブチリカム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）Ｂ５３１３の連続培養で観測された。連続的２段階ＡＢＥ発酵中、サトウキビバガスを両方の段階の細胞保持材として使用され、オレイルアルコールとデカノールとの混合物を用いた液液抽出が行われた。１段階ケモスタットと比較してアセトン、ブタノール、およびエタノールの生成が高いことが観測された。１段階ケモスタットと比較してグルコース資化が高いことも観測された。
【００１３】
前ソビエト連邦による断続流（ｃｏｎｔｉｎｕａｌ  ｆｌｏｗ）システムの開発は、Ｚｖｅｒｌｏｖ，Ｖ．Ｖ．，Ｂｅｒｅｚｉｎａ，Ｏ．，Ｖｅｌｉｋｏｄｖｏｒｓｋａｙａ，Ｖ．Ａ．，ａｎｄ  Ｓｃｈｗａｒｚ，Ｗ．Ｈ．（２００６）Ｂａｃｔｅｒｉａｌ  ａｃｅｔｏｎｅ  ａｎｄ  ｂｕｔａｎｏｌ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｂｙ  ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｓｏｖｉｅｔ  Ｕｎｉｏｎ：ｕｓｅ  ｏｆ  ｈｙｄｒｏｌｙｚｅｄ  ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ  ｗａｓｔｅ  ｆｏｒ  ｂｉｏｒｅｆｉｎｅｒｙ．Ａｐｐｌ  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ  ７１：５８７−５９７に概説されている。バイオマスからのＡＢ発酵の２つの主要な改善、即ち、（１）回分方式より利点が大きい断続流プロセス、および（２）ヘミセルロースを加水分解することによる農業廃棄物の使用（これにより製造原料の量が拡大された）がソビエト連邦により開発された。全現場製造（ｏｖｅｒａｌｌ  ｓｉｔｅ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）を増加するために、並列の一連の直列接続反応器が使用された。これにより真に連続的な基質製造および真に連続的な蒸留が可能となったが、この回分プロセスは「断続」発酵（「連続」発酵に対する）と称することができる。Ｈ２、ＣＯ２、アセトン、ブタノール、エタノール、およびビタミンＢ１２が、農業廃棄物（例えば、トウモロコシの穂軸、ヒマワリの種等）を糖蜜および小麦粉またはライ麦粉と組み合わせてＡＢ発酵することにより製造された。
【００１４】
従って、これらの問題の少なくとも幾つかに対処する、改善されたプロセスが求められている。
【発明の概要】
【００１５】
本開示の目的は、有機物から水素、メタン、揮発性脂肪酸、またはアルコールを製造する従来の方法およびシステムの少なくとも１つの欠点をなくすまたは軽減することである。
【００１６】
本明細書で開示する方法は、有機物をアセトン−ブタノール−エタノール（ＡＢＥ）発酵するための連続撹拌反応器（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ  ｓｔｉｒｒｅｄ  ｒｅａｃｔｏｒ）（ＣＳＴＲ）を含むバイオ水素生成装置を備えるシステムにより実施することができる。ＡＢＥ発酵により、例えば、アセトン、ブタノール、エタノール、酢酸、酪酸、水素ガス、および／または二酸化炭素を含む生成物が得られる。水素ガスおよび二酸化炭素がＣＳＴＲから回収される。重力沈降槽はＣＳＴＲの下流にある。ＣＳＴＲ反応器内のバイオマス濃度は、重力沈降槽の底部からのバイオマス再循環および／または重力沈降槽の底流からのバイオマス引抜により所望の範囲に保たれる。分離プロセスは、回収されるアセトン、ブタノール、エタノール、酢酸、酪酸等からバイオマスをさらに分離するために使用される。バイオマスは、メタンガスを製造するためにバイオメタン生成装置（ｂｉｏｍｅｔｈａｎａｔｏｒ）に供される。
【００１７】
好ましい実施形態では、有機物から水素、メタン、揮発性脂肪酸、およびアルコールを製造する本方法は、
有機物を、Ｈ２、ＣＯ２、揮発性脂肪酸、およびアルコールを含む生成物に分解するために、完全混合型バイオリアクターに有機物と微生物を導入するステップと；
完全混合型バイオリアクターからＨ２の少なくとも一部とＣＯ２の少なくとも一部を回収するステップと；
完全混合型バイオリアクターから、微生物、揮発性脂肪酸、およびアルコールの少なくとも一部を含む第１の流出液の少なくとも一部を回収するステップと；
第１の流出液の少なくとも一部を、微生物の少なくとも一部を含む第１のバイオマスと、揮発性脂肪酸、アルコール、および微生物の少なくとも一部を含む第２の流出液とに分離するために、重力沈降槽に第１の流出液の少なくとも一部を導入するステップと；
第２の流出液の少なくとも一部を、微生物の少なくとも一部を含む第２のバイオマスと、揮発性脂肪酸とアルコールの少なくとも一部を含む第３の流出液とに分離するために、分離モジュールに第２の流出液の少なくとも一部を導入するステップと；
第３の流出液の少なくとも一部を回収するステップと；
第１のバイオマス、第２のバイオマス、またはその両方の少なくとも一部を回収することにより回収されたバイオマスを提供し、ＣＨ４およびＣＯ２を製造するために、バイオメタン生成装置に回収されたバイオマスを導入するステップと；
を含む。
【００１８】
好ましくは、本方法は、第１のバイオマスの少なくとも一部を完全混合型バイオリアクターに供し、完全混合型バイオリアクター内の微生物の濃度を予め選択された値に維持する別のステップを含む。また本方法は好ましくは、完全混合型バイオリアクター、バイオメタン生成装置、またはその両方のｐＨを、好ましくはｐＨ調整化合物を完全混合型バイオリアクター、バイオメタン生成装置、またはその両方に加えることにより制御するステップも含む。完全混合型バイオリアクターのｐＨは、好ましくは３〜６．８の範囲内に維持される。本方法はまた、完全混合型バイオリアクター、バイオメタン生成装置、またはその両方の温度を制御するステップも含んでもよい。完全混合型バイオリアクターとバイオメタン生成装置の温度は、好ましくは約２００℃〜約７００℃、好ましくは約２５℃〜約３７℃の温度範囲に維持される。
【００１９】
本発明に有用な微生物としては、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）種、例えば、Ｃ．ブチリカム（Ｃ．ｂｕｔｙｒｉｃｕｍ）、Ｃ．ベイジェリンキ（Ｃ．ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉ）、Ｃ．アセトブチリカム（Ｃ．ａｃｅｔｏｂｕｔｙｒｉｃｕｍ）およびＣ．バイファーメンタンツ（Ｃ．ｂｉｆｅｒｍｅｎｔａｎｔｓ）、エンテロバクター（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ）種、例えば、エンテロバクター・アエロゲネス（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ａｅｒｏｇｅｎｅｓ）、バシラス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）種、例えば、Ｂ．メガテリウム（Ｂ．ｍｅｇａｔｅｒｉｕｍ）、Ｂ．チューリンゲンシス（Ｂ．ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ）、ならびにＲ．スフェロイデス（Ｒ．ｓｐｈａｅｒｏｉｄｅｓ）からなる群から選択される種の１つ以上が挙げられる。
【００２０】
好ましくは、完全混合型バイオリアクターは、単一連続槽型反応器、多段連続槽型反応器、上向流嫌気性汚泥床反応器（ｕｐ−ｆｌｏｗ  ａｎａｅｒｏｂｉｃ  ｓｌｕｄｇｅ  ｂｌａｎｋｅｔ  ｒｅａｃｔｏｒ）、膨張グラニュール汚泥床反応器（ｅｘｐａｎｄｅｄ  ｂｅｄ  ｇｒａｎｕｌａｒ  ｓｌｕｄｇｅ  ｂｌａｎｋｅｔ  ｒｅａｃｔｏｒ）、下向流嫌気性粒状媒体反応器（ｄｏｗｎ−ｆｌｏｗ  ａｎａｅｒｏｂｉｃ  ｇｒａｎｕｌａｒ  ｍｅｄｉａ  ｒｅａｃｔｏｒ）、上向流嫌気性粒状媒体反応器（ｕｐ−ｆｌｏｗ  ａｎａｅｒｏｂｉｃ  ｇｒａｎｕｌａｒ  ｍｅｄｉａ  ｒｅａｃｔｏｒ）、嫌気性バッフル付槽型反応器（ａｎａｅｒｏｂｉｃ  ｂａｆｆｌｅｄ  ｔａｎｋ  ｒｅａｃｔｏｒ）、嫌気性移動ブランケット反応器（ａｎａｅｒｏｂｉｃ  ｍｉｇｒａｔｉｎｇ  ｂｌａｎｋｅｔ  ｒｅａｃｔｏｒ）、および嫌気性流動床バイオリアクターからなる群から選択される反応器である。
【００２１】
別の好ましい実施形態では、有機物から水素、メタン、揮発性脂肪酸、およびアルコールを製造する本システムは、
微生物と有機物とを受け入れて分解し、Ｈ２、ＣＯ２、揮発性脂肪酸およびアルコールを含む生成物と、微生物、揮発性脂肪酸、およびアルコールの少なくとも一部を含む第１の流出液とにする完全混合型バイオリアクターと；
第１の流出液を受け入れて、第１の流出液を、微生物の少なくとも一部を含む沈降した第１のバイオマスと、揮発性脂肪酸、アルコール、および微生物の少なくとも一部を含む第２の流出液とに分離するための、完全混合型バイオリアクターと流体連通する重力沈降槽と；
を備えるバイオメタン生成装置と；
第２の流出液の少なくとも一部を、微生物の少なくとも一部を含む第２のバイオマスと、揮発性脂肪酸とアルコールの少なくとも一部を含む第３の流出液とに分離する分離モジュールと；
ＣＨ４およびＣＯ２を製造するために、第１のバイオマス、第２のバイオマス、またはその両方の少なくとも一部を受け入れるように重力沈降槽、分離モジュール、またはその両方と流体連通するバイオメタン生成装置と；
を備える。
【００２２】
本システムは、完全混合型バイオリアクター内の微生物の濃度を予め選択された値に維持するために、第１のバイオマスを重力沈降槽から完全混合型バイオリアクターに供給する手段をさらに備えてもよい。好ましくは、本システムはまた、重力沈降槽からの第１のバイオマスを処分する手段も含む。本システムはまた、バイオメタン生成装置内の微生物の濃度を予め選択された値に維持するために、第１のバイオマスを重力沈降槽からバイオメタン生成装置に供給する手段も備えてもよい。好ましくは、本システムは、ｐＨを調整する化学物質を完全混合型バイオリアクター、バイオメタン生成装置、またはその両方に定量供給するディスペンサーを含む。本システムは、好ましくは、重力沈降槽およびバイオメタン生成装置と流体連通する貯蔵槽をさらに備え、貯蔵槽は、バイオメタン生成装置に入る液体の負荷量を調整するために重力沈降槽の下流且つバイオメタン生成装置の上流にある。最も好ましくは、貯蔵槽は分離モジュールの下流にある。
【００２３】
本システムはまた、ｐＨを調整する化学物質を完全混合型バイオリアクター、バイオメタン生成装置、および貯蔵槽の少なくとも１つに定量供給するディスペンサーも備えてもよい。
【００２４】
さらに、本システムは、好ましくは、完全混合型バイオリアクター、バイオメタン生成装置、および貯蔵槽の少なくとも１つの温度を制御する温度制御装置も含む。
【００２５】
完全混合型バイオリアクターは、好ましくは、単一連続槽型反応器、多段連続槽型反応器、上向流嫌気性汚泥床反応器、膨張グラニュール汚泥床反応器、下向流嫌気性粒状媒体反応器、上向流嫌気性粒状媒体反応器、嫌気性バッフル付槽型反応器、嫌気性移動ブランケット反応器、および嫌気性流動床バイオリアクターからなる群から選択される反応器である。
【００２６】
本開示の他の態様および特徴は、添付の図と共に以下の特定の実施形態の説明を考察すれば、当業者に明らかとなるであろう。
【００２７】
添付の図を参照して本開示の実施形態を説明するが、それは例として記載するに過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、有機バイオマスから水素ガス、二酸化炭素、メタン、揮発性脂肪酸、アルコール、およびメタンを製造するプロセスの流れ図である。
【図２】図２は、図１の方法を採用するシステムの略図である。
【図３】図３は、異なるＯＬＲでのＡＢＥ濃度の経日変化を示すグラフである。
【図４】図４は、異なるＯＬＲでの平均ＡＢＥ濃度を示すグラフである。
【図５】図５は、異なるＯＬＲでのＡＢＥ生成速度の経日変化を示すグラフである。
【図６】図６は、異なるＯＬＲでの平均ＡＢＥ生成速度を示すグラフである。
【図７】図７は、異なるＯＬＲでのＡＢＥ収率の経日変化を示すグラフである。
【図８】図８は、異なるＯＬＲでの平均ＡＢＥ収率を示すグラフである。
【図９】図９は、異なるＯＬＲでの平均流出液グルコースを示すグラフである。
【図１０】図１０は、異なるＯＬＲでのＶＦＡ濃度の経日変化を示すグラフである。
【図１１】図１１は、異なるＯＬＲでの平均ＶＦＡを示すグラフである。
【図１２】図１２は、異なるＯＬＲでの流出液ＴＣＯＤ濃度およびＳＣＯＤ濃度の経日変化を示すグラフである。
【図１３】図１３は、異なるＯＬＲでの流出液ＴＳＳ濃度およびＶＳＳ濃度の経日変化を示すグラフである。
【図１４】図１４は、異なるＯＬＲでの反応器ＴＣＯＤ濃度およびＳＣＯＤ濃度の経日変化を示すグラフである。
【図１５】図１５は、異なるＯＬＲでの反応器ＴＳＳ濃度およびＶＳＳ濃度の経日変化を示すグラフである。
【図１６】図１６は、異なるＯＬＲでのリサイクルＴＣＯＤ濃度およびＳＣＯＤ濃度の経日変化を示すグラフである。
【図１７】図１７は、異なるＯＬＲでのリサイクルＴＳＳ濃度およびＶＳＳ濃度の経日変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
一般に、本開示は、有機物から水素ガス、メタン、二酸化炭素、アセトン、エタノール、ブタノール、酢酸、プロピオン酸、および酪酸を含む化学物質を製造するための方法および一体化されたシステムを提供する。ＣＳＴＲの後、下流の重力沈降槽がシステムに一体化されている。本方法は、アセトン−ブタノール−エタノール（ＡＢＥ）発酵とメタン生成の適用を含み、第２段階の嫌気性消化プロセスが一体化されている。本方法および本システムの実施形態を本明細書で開示する。しかし、開示される実施形態は例示に過ぎず、本方法および本システムは多くの様々な形態および代替の形態で具体化することができる。
【００３０】
本明細書で使用する場合、「約」および「おおよそ」という用語は、寸法、濃度、温度、または他の物理的もしくは化学的性質および特性の範囲に関して使用される。これらの用語の使用は、性質および特性の範囲の上限および下限に存在し得る僅かなばらつきを包含するものとする。
【００３１】
本明細書で使用する場合、「完全混合型バイオリアクター」という用語は、懸濁液および増殖培地、（例えば、有機炭素、窒素含有化合物、リン含有化合物、および微量ミネラル溶液等の栄養分を含む増殖培地）中の微生物に使用される、容器の内容物を撹拌する機構（例えば、水流（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ）撹拌、機械的撹拌等により）を含む容器を意味する。連続撹拌反応器（ＣＳＴＲ）は、完全混合型バイオリアクターの一例である。
【００３２】
本明細書で使用する場合、「バイオメタン生成装置」という用語は、有機物をメタンと二酸化炭素とに嫌気的に変換するために使用される容器を意味する。バイオメタン生成装置としては、例えば、単一または多段ＣＳＴＲ、反応器に加えられる流体がグラニュール汚泥の嫌気性圧縮床を上向きに流通する上向流嫌気性汚泥床反応器、反応器に加えられる流体がグラニュール汚泥の嫌気性膨張床を上向きに流通する膨張グラニュール汚泥床反応器、下向流または上向流嫌気性粒状媒体反応器、嫌気性バッフル付槽型反応器、嫌気性移動ブランケット反応器、嫌気性流動床バイオリアクター等が挙げられる。
【００３３】
本明細書で使用する場合、「微生物」という用語は、有機物を嫌気性（微好気性ではない）条件下で発酵させて、水素またはメタン、二酸化炭素、および種々の有機酸およびアルコールを生成することができる微生物を意味する。この用語に入る微生物種としては、例えば、様々なクロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）種、例えば、Ｃ．ブチリカム（Ｃ．ｂｕｔｙｒｉｃｕｍ）、Ｃ．ベイジェリンキ（Ｃ．ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉ）、Ｃ．アセトブチリカム（Ｃ．ａｃｅｔｏｂｕｔｙｒｉｃｕｍ）およびＣ．バイファーメンタンツ（Ｃ．ｂｉｆｅｒｍｅｎｔａｎｔｓ）、エンテロバクター（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ）種、例えば、エンテロバクター・アエロゲネス（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ａｅｒｏｇｅｎｅｓ）、バシラス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）種、例えば、メガテリウム（ｍｅｇａｔｅｒｉｕｍ）、チューリンゲンシス（ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ）、ならびに他の嫌気性細菌（例えば、ロドバクター・スフェロイデス（Ｒｈｏｄｏｂａｃｔｅｒ  ｓｐｈａｅｒｏｉｄｅｓ））の１つまたは組み合わせを挙げることができる。
【００３４】
本明細書で使用する場合、「有機物」という用語は、分子構造中に炭素および水素を有する物質、例えば、アルコール、ケトン、アルデヒド、脂肪酸、エステル、カルボン酸、エーテル、炭水化物、タンパク質、脂質、多糖類、単糖類、セルロース、核酸等を指す。有機物は、例えば、廃棄物（例えば、産業廃棄物流）、有機流体流、バイオマス中等に存在し得る。
【００３５】
プロセス
図１は、有機バイオマスから水素ガス、二酸化炭素、メタン、揮発性脂肪酸、およびアルコールを製造するプロセス２００の流れ図である。プロセス２００は、バイオ水素生成（ｂｉｏｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ）ステップ２１０、水素ガス回収ステップ２２０、第１の流出液回収ステップ２３０、第１の流出液分離ステップ２４０、第２の流出液分離ステップ２５０、第３の流出液回収ステップ２６０、バイオメタン生成（ｂｉｏｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎ）ステップ２７０、およびメタン回収ステップ２８０を含む。ステップ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０は、ステップ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０の一部または全部を同時に且つ連続的に行い、ステップ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０を順次行う回分法とは対照的な連続的方法で行うことができる。
【００３６】
バイオ水素生成ステップ２１０では、有機物を、Ｈ２、ＣＯ２、揮発性脂肪酸、およびアルコールを含む生成物に分解するために、有機物と微生物を完全混合型バイオリアクター（例えば、図２の完全混合型バイオリアクター２２）に供する。水素ガス回収ステップ２２０では、Ｈ２の少なくとも一部とＣＯ２の少なくとも一部を完全混合型バイオリアクターから回収する。第１の流出液回収ステップ２３０では、微生物、揮発性脂肪酸、およびアルコールの少なくとも一部を含む第１の流出液の少なくとも一部を完全混合型バイオリアクターから回収する。
【００３７】
第１の流出液分離ステップ２４０では、第１の流出液の少なくとも一部を、微生物の少なくとも一部を含む第１のバイオマスと、揮発性脂肪酸、アルコール、および微生物の少なくとも一部を含む第２の流出液とに分離するために、重力沈降槽（例えば、図２の重力沈降槽２４）に第１の流出液の少なくとも一部を供給する。他の分離装置、例えば、膜分離装置も知られているが、それらは資本集約的であり、運転がずっと困難である。第２の流出液分離ステップ２５０では、第２の流出液の少なくとも一部を微生物の少なくとも一部を含む第２のバイオマスと、揮発性脂肪酸とアルコールの少なくとも一部を含む第３の流出液とに分離するために、分離モジュール（例えば、図２の分離モジュール３０）に第２の流出液の少なくとも一部を供給する。第３の流出液の少なくとも一部は、第３の流出液回収ステップ２６０で回収される。
【００３８】
バイオメタン生成ステップ２７０では、第１のバイオマス、第２のバイオマス、またはその両方の少なくとも一部を回収し、ＣＨ４およびＣＯ２を製造するためにバイオメタン生成装置（例えば、図２のバイオメタン生成装置４０）に供する。ＣＨ４およびＣＯ２の少なくとも一部はメタン回収ステップ２８０で回収される。
【００３９】
第１の流出液分離ステップ２４０は、第１のバイオマスの少なくとも一部を完全混合型バイオリアクターに再循環させ、完全混合型バイオリアクター内の微生物の濃度を予め選択された値に維持するステップを含んでもよい。
【００４０】
第２の流出液分離ステップ２５０は、種々の分離プロセス、例えば、膜ソルベント分離の適用を含んでもよい。
【００４１】
バイオ水素生成ステップ２１０中に、完全混合型バイオリアクター内のｐＨ範囲を制御してもよい。例えば、所望の最終産物に応じて、ｐＨ範囲を３〜６．８の範囲内に保ってもよい。
【００４２】
バイオメタン生成ステップ２７０中に、バイオメタン生成装置内のｐＨ範囲を制御してもよい。バイオ水素生成ステップ２１０中に、完全混合型バイオリアクター内の温度を制御してもよい。例えば、温度を約２５℃〜約３７℃の範囲内に保ってもよい。
【００４３】
バイオメタン生成ステップ２７０中に、バイオメタン生成装置内の温度を制御してもよい。例えば、温度を約２５℃〜約３７℃の範囲内に保ってもよい。
【００４４】
本願のシステムに適用するのに有用な微生物としては、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）種、例えば、Ｃ．ブチリカム（Ｃ．ｂｕｔｙｒｉｃｕｍ）、Ｃ．ベイジェリンキ（Ｃ．ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉ）、Ｃ．アセトブチリカム（Ｃ．ａｃｅｔｏｂｕｔｙｒｉｃｕｍ）およびＣ．バイファーメンタンツ（Ｃ．ｂｉｆｅｒｍｅｎｔａｎｔｓ）、エンテロバクター（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ）種、例えば、エンテロバクター・アエロゲネス（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ａｅｒｏｇｅｎｅｓ）、バシラス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）種、例えば、Ｂ．メガテリウム（Ｂ．ｍｅｇａｔｅｒｉｕｍ）、Ｂ．チューリンゲンシス（Ｂ．ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ）、ならびにＲ．スフェロイデス（Ｒ．ｓｐｈａｅｒｏｉｄｅｓ）が挙げられる。
【００４５】
システム
図２は、有機物から水素ガス、二酸化炭素、メタン、揮発性脂肪酸、およびアルコールを製造するシステム１０の略図である。システム１０により製造される他の生成物としては、アセトン、エタノール、ブタノール、酢酸、プロピオン酸、および酪酸を挙げることができる。システム１０は、バイオ水素生成装置２０、分離モジュール３０、およびバイオメタン生成装置４０を含む。
【００４６】
バイオ水素生成装置２０は、有機物１００を完全混合型バイオリアクター２２に受け入れるための入口を有する完全混合型バイオリアクター２２を含む。微生物を完全混合型バイオリアクター２２に加えて有機物１００を分解し、Ｈ２およびＣＯ２  １０２と、第１の流出液１０４とにする。第１の流出液１０４は、例えば、微生物、揮発性脂肪酸（例えば、酢酸、プロピオン酸、酪酸等）、アルコール（例えば、エタノール、ブタノール等）、アセトン等を含み得る。
【００４７】
バイオ水素生成装置２０は、完全混合型バイオリアクター２２から第１の流出液１０４を受け入れるために、完全混合型バイオリアクター２２の下流にあり、完全混合型バイオリアクター２２と流体連通する重力沈降槽２４をさらに含む。重力沈降槽２４では、第１の流出液１０４は沈降して、第１のバイオマス１０６と第２の流出液１０８とになる。第２の流出液１０８は、例えば、微生物、揮発性脂肪酸（例えば、酢酸、プロピオン酸、酪酸等）、アルコール（例えば、エタノール、ブタノール等）、アセトン等を含み得る。
【００４８】
バイオ水素生成装置の導管２６は、重力沈降槽２４から第１のバイオマス１０６を完全混合型バイオリアクター２２に再循環させるために、重力沈降槽２４の底部から完全混合型バイオリアクター２２への流体連通を提供する。重力沈降槽２４の底部からの排出管２７は、第１のバイオマス１０６を排出し、処分するための導管である。第１のバイオメタン生成装置の導管２８は、重力沈降槽２４から第１のバイオマス１０６をバイオメタン生成装置４０に循環させるために、重力沈降槽の底部からバイオメタン生成装置４０への流体連通を提供する。弁２９により、バイオ水素生成装置の導管２６、排出管２７、および第１のバイオメタン生成装置の導管２８の１つ以上の流通を選択することが可能となる。
【００４９】
分離モジュール３０は、第２の流出液１０８を受け入れるために、重力沈降槽２４と流体連通している。分離モジュール３０では、分離プロセスの適用により、第２の流出液１０８を第２のバイオマス１１０と第３の流出液１１２とに分離することができる。第３の流出液１１２は、例えば、揮発性脂肪酸（例えば、酢酸、プロピオン酸、酪酸等）、アルコール（例えば、エタノール、ブタノール等）、アセトン等を含み得る。第２のバイオメタン生成装置の導管３２は、分離モジュール３０から第２のバイオマス１１０をバイオメタン生成装置４０に循環させるために、分離モジュール３０からバイオメタン生成装置４０への流体連通を提供する。
【００５０】
バイオメタン生成装置４０は、重力沈降槽２４、分離モジュール３０、またはその両方の下流にあり、それと流体連通する。バイオメタン生成装置４０は、バイオ水素生成装置２０、分離モジュール３０、またはその両方からバイオマスを受け入れて分解し、ＣＨ４およびＣＯ２  １１４と、残部の有機物および微生物を含有する液体廃棄物１１６とにすることができる。
【００５１】
バイオメタン生成装置４０は、第１のバイオメタン生成装置容器４２、第２のバイオメタン生成装置容器４４、またはその両方を含んでもよい。第１のバイオメタン生成装置容器４２は、重力沈降槽２４から第１のバイオマス１０６を受け入れるために、第１のバイオメタン生成装置の導管２８と流体連通している。第２のバイオメタン生成装置容器４４は、分離モジュール３０から第２のバイオマス１１０を受け入れるために、第２のバイオメタン生成装置の導管３２と流体連通している。
【００５２】
システム１０は、重力沈降槽２４およびバイオメタン生成装置４０と流体連通する貯蔵槽（図示せず）を含んでもよい。貯蔵槽は、バイオメタン生成装置４０に入る液体の負荷量を調整するために、重力沈降槽の下流２４且つバイオメタン生成装置４０の上流にある。システム１０は、貯蔵槽内の液体のアルカリ度とｐＨを調整する化学物質を貯蔵槽に定量供給するディスペンサー（図示せず）を含んでもよい。
【００５３】
システム１０は、完全混合型バイオリアクター２２内、バイオメタン生成装置４０内、またはその両方の温度を制御する温度制御装置（図示せず）を含んでもよい。完全混合型バイオリアクター２２およびバイオメタン生成装置４０の両方の内容物の温度が維持される典型的な温度範囲は、約２５℃〜約３７℃である。
【００５４】
システム１０は、栄養分とｐＨ調整化合物を完全混合型バイオリアクターに定量供給するディスペンサー（図示せず）を含んでもよい。栄養分としては、例えば、窒素含有化合物、リン含有化合物、鉄、マンガン、マグネシウム、カルシウム、コバルト、亜鉛、ニッケル、銅等を含む微量金属を挙げることができる。ｐＨ調整化合物としては、例えば、ソーダ灰、重炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、硝酸、塩酸等を挙げることができる。
【００５５】
運転
システム１０を使用して、プロセス２００の一実施形態を実施することができる。有機物１００は完全混合型バイオリアクター２２に入り、水素生成微生物により微生物学的に分解され、Ｈ２およびＣＯ２  １０２を含む生成物と、第１の流出液１０４が得られる。Ｈ２およびＣＯ２  １０２は完全混合型バイオリアクター２２から放出され、回収される。第１の流出液１０４は重力沈降槽２４に流動する。
【００５６】
重力沈降槽２４では、微生物の少なくとも一部は重力沈降槽２４の底部に沈降し、第１のバイオマス１０６および第２の流出液１０８が得られる。第１のバイオマス１０６を完全混合型バイオリアクター２２に再循環させる、バイオメタン生成装置４０に供する、処分する、またはこれらの組み合わせを行うことができる。第２の流出液１０８は分離モジュール３０に流入する。
【００５７】
分離モジュール３０では、第２の流出液の少なくとも一部１０８は沈降して、第２のバイオマス１１０と第３の流出液１１２とになる。第３の流出液１１２は、分離モジュール３０から放出され、回収される。第２のバイオマス１１０をバイオメタン生成装置４０に供することができる。第２のバイオマス１１０を完全混合型バイオリアクターに供することも可能であるが、重力沈降槽２４からのリサイクル流の存在下で行う必要はない。
【００５８】
第１のバイオマス１０６は、第１のバイオメタン生成装置の導管２８を通して第１のバイオメタン生成装置容器４２に供される。第２のバイオマス１１０は、第２のバイオメタン生成装置の導管３４を通して第２のバイオメタン生成装置容器４４に供される。バイオメタン生成装置４０では、第１のバイオマス１０６、第２のバイオマス１１０、またはその両方を微生物学的に分解すると、ＣＨ４およびＣＯ２  １１４が生成する。ＣＨ４およびＣＯ２  １１４は、バイオメタン生成装置４０から放出され、回収される。液体廃棄物１１６は、バイオメタン生成装置４０から排出される、バイオメタン生成装置４０に再循環される、またはその両方が行われる。
【００５９】
本明細書に記載の本発明をさらによく理解できるように、以下の実施例を記載する。これらの実施例は例示の目的で記載するに過ぎないことを理解されたい。従って、それらは決して本発明の範囲を限定するものではない。
【実施例】
【００６０】
原料および方法
システム設定および運転
システムは、ＡＢＥ製造用のＣＳＴＲ（有効容積２Ｌ）、続いて、ＳＲＴをＨＲＴから切り離すための、無蓋重力沈降槽（容積８Ｌ）、即ち大気に開放している重力沈降槽を備えた。３回の実験の運転条件の詳細を表１に記載する。ＡＢＥ生成細菌を濃縮し、メタン生成微生物を阻害するために、汚泥を７０℃で３０分間処理した。
2016532441.tif 000003
【００６１】
運転条件および培地組成
３つの有機物負荷量（ＯＬＲ）の運転条件を表１に示す。Ｓｔ  Ｍａｒｙｓ  Ｗａｓｔｅ  Ｗａｔｅｒ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  Ｐｌａｎｔ（ＷＷＴＰ），ＯＮ、カナダの嫌気性消化装置から回収し、種汚泥として使用した、予熱嫌気性消化汚泥を接種することによりシステムを開始した。汚泥は、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）菌と他の細菌種との混合物を含有する。使用する前に種汚泥を７０℃で３０分間加熱し；接種期間は、ＯＬＲ−１の運転条件を用いて約２週間であった。システムに汚泥１．５リットルを植種し、表１に示す異なる濃度のグルコースを含有する供給原料を用いて連続方式で開始した。供給培地組成を表２に示す。
2016532441.tif 000004
【００６２】
＊ＯＬＲ（１）では栄養培地１ｍＬを基質各１Ｌに添加し、ＯＬＲ（２）および（３）では２ｍＬを使用した。
【００６３】
運転中ずっとクラリファイヤーからの汚泥引抜はなく、表１に示すＳＲＴの値は平均を示す。毎日午前中に、ＫＯＨを用いて反応器内のｐＨをｐＨ５．５±０．２に調整した後、制御を行わずに自然に低下させた（酸およびＡＢＥの生成による）。各サイクル（２４時間）の終わりにｐＨを監視すると、それは約３．５〜４．２であった。この報告で報告した平均ｐＨは、２４時間サイクルの中頃のｐＨである。
【００６４】
分析方法
ＡＢＥ濃度は、溢流注入口、キャピラリーカラム（ＤＢ−ＶＲＸ  ３０ｍ×内径０．３２ｍｍ、膜厚１．８ｕｍ）、ＰＩＤ（光イオン化検出器、１１．７ｅＶ）およびＶａｒｉａｎ  Ｇｅｎｅｓｉｓヘッドスペースオートサンプラーを備えるＨｅｗｌｅｔｔ  Ｐａｃｋａｒｄ  ５８９０ガスクロマトグラフを用いて分析した。これらの化合物の検出限界は１〜１０ｍｇ／Ｌの範囲であることが判明している。ヘリウムガスをキャリアガスとして使用した（３．５ｍｌ／分）。カラムの初期温度は４０℃であり、１０℃／分の速度で１００℃に昇温させた後、最終温度１００℃で１分間一定に保った。注入器温度および検出器温度は、それぞれ１５０℃および６５℃であった。分析するために、試料をガラスバイアルに回収し、ｔｅｇｒａｂｏｎｄテフロンセプタムで蓋をし、分析するまで４℃の冷蔵庫に保存する。ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）−ＰＩＤ分析の前に、バイアルの蓋を取り、クリンプトップシールを備える２２ｍＬオートサンプラーバイアルに試料１４．５ｍＬを移した。次いで、試料をオートサンプラーカルーセルに入れる。
【００６５】
酢酸、プロピオン酸、ｎ−酪酸、ｎ−吉草酸、イソ酪酸、およびイソ吉草酸を含む揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）を、Ｎｕｋｏｌ溶融シリカキャピラリーカラムおよび水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）を備えるガスクロマトグラフィー（モデル：Ｈｅｗｌｅｔｔ  Ｐａｃｋａｒｄ  ＨＰ  ５８９０  Ｓｅｒｉｅｓ  ＩＩ）を用いて定量した。ヘリウムガスをキャリアガスとして使用した。カラムの初期温度は１１０℃であり、８℃／分の速度で１９５℃に昇温させた後、１９５℃の最終温度で９分間一定に保った。注入器温度および検出器温度は、それぞれ２２０℃および２８０℃であった。ＧＣ−ＦＩＤ分析の前に、１Ｎリン酸を用いて液体試料をｐＨ２に酸性化した後、０．２μｍメンブレンフィルター（ＤＩＳＭＩＣ−２５  ＨＰ、東洋濾紙株式会社、日本）を用いて濾過した。
【００６６】
ｐＨメーター（モデル４２０Ａ、Ｏｒｉｏｎ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｉｎｃ．、米国）でｐＨ値を測定した。全化学的酸素要求量および溶解性化学的酸素要求量（ＴＣＯＤおよびＳＣＯＤ）濃度は、Ｈａｃｈ  ＣＯＤ分析キット（試薬２０〜１，５００ｍｇ／Ｌ  ＣＯＤ範囲、Ｈａｃｈ  Ｃｏｍｐａｎｙ，米国）でＨａｃｈ法に準拠して分析した。可溶性試料を回収するために、液体試料を０．４５μｍメンブレン（ＲＫ−０２９１５−１４、Ｃｏｌｅ−Ｐａｒｍｅｒ、米国）で濾過した。全浮遊物質（ＴＳＳ）濃度および揮発性浮遊物質（ＶＳＳ）濃度は、標準的方法（ＡＰＨＡ，１９９８）に準拠して測定した。グルコースは、アントロン−硫酸法（Ｄｕｂｏｉｓ  ｅｔ  ａｌ．，１９５６）で分析した。
【００６７】
結果
図３は、それぞれ１０、３０、および６０ｇ／Ｌのグルコース濃度に対応する、２１、６４、および１２８ｇ・ＣＯＤ／Ｌ・反応器．ｄの３つのＯＬＲでのＡＢＥ濃度の経日変化を示す。システムが定常状態（定常状態には開始後約３〜５日を要した）に達した後、各ＯＬＲについてシステムを約３０日間運転した。図３に示すように、システムは、実験期間中、１０％未満の低い変動係数に反映される安定なＡＢＥ製造を示した。個々の成分の濃度は、ＯＬＲの上昇に伴って増加した。ＯＬＲ−２ではブタノール濃度３．６ｇ／Ｌが主成分となり、それに対してアセトン１ｇ／Ｌおよびエタノール２．４ｇ／Ｌであった。ＯＬＲ−３での個々の成分の平均濃度は、アセトン４．６ｇ／Ｌ、ブタノール４．６ｇ／Ｌ、およびエタノール５．４ｇ／Ｌであった。さらに、総ＡＢＥ濃度は、ＯＬＲの上昇に伴って増加し、それぞれ２１、６４、および１２８ｇ・ＣＯＤ／Ｌ・反応器．ｄのＯＬＲでは、２．３、７．０、および１４．６ｇ・ＡＢＥ／Ｌの平均ＡＢＥ濃度が達成されたが、図４を参照されたい。
【００６８】
図５は、３つのＯＬＲでのＡＢＥ生成速度の経日変化を示す。図に示すように、異なるＯＬＲで安定な生成速度が観測された。ＯＬＲ１〜３ではそれぞれ、０．４、１．４、および２．８ｇ・ＡＢＥ／Ｌ・反応器．ｈの平均ＡＢＥ生成速度が達成されたが、図６を参照されたい。ＯＬＲ−３では、３．２ｇ・ＡＢＥ／Ｌ・反応器．ｈの最高ＡＢＥ生成速度が観測され、これは、以前報告された、報告された生成速度よりずっと高かった。発酵槽内のバイオマス濃度は、システムの安定性および生成速度に影響を及ぼす重要なパラメータである。表３に示すように、ＯＬＲ１〜３で達成された反応器内の平均バイオマス濃度はそれぞれ４．９、８．３、および１０ｇ／Ｌであった。
2016532441.tif 000005
【００６９】
表中のデータは、８つの試料の平均およびＳＴＤである。
【００７０】
３つのＯＬＲでのＡＢＥ収率の経日変化を図７に示す。図に示すように、３つのＯＬＲで安定な一定したＡＢＥ収率が観測された。平均ＡＢＥ収率、０．２３、０．２６、および０．２９ｇ・ＡＢＥ／ｇ・変換されたグルコース（図８）。
【００７１】
図９は、３つのＯＬＲ１〜３での流出液中のグルコース濃度を示し、その平均グルコース濃度０．３、３．３、および９．１ｇ／Ｌは、それぞれ９７％、８９％、および８５％の変換効率に対応した。３つのＯＬＲ１〜３でそれぞれ、８、２６．８、および５２．３ｇ／Ｌの流出液ＳＣＯＤが観測された（表４）。
2016532441.tif 000006
【００７２】
表中のデータは、８つの試料の平均およびＳＴＤである。
【００７３】
表５に示すように、流出液中のＴＶＦＡ濃度は、３つのＯＬＲ１〜３でそれぞれ２．２、４．７、および５．５ｇ・ＣＯＤ／Ｌであった。流出液中の主ＶＦＡ成分は、酢酸、プロピオン酸、および酪酸であった。
2016532441.tif 000007
【００７４】
表中のデータは、８つの試料の平均およびＳＴＤである。
【００７５】
ＯＬＲ−１では、酢酸が主成分であった。ＯＬＲ２および３では、酪酸が主な酸であった。流出液中のＴＶＦＡは流出液ＳＣＯＤの１１〜２８％であった。図１０は、異なるＯＬＲでのＶＦＡ濃度の経日変化を示す。図１１は、異なるＯＬＲでの平均ＶＦＡを示す。表４および５に示すように、ＡＢＥとＶＦＡの合計は、３つのＯＬＲ１〜３でそれぞれ流出液ＳＣＯＤの９１％、７９％、および７４％であった。
【００７６】
図１２は、異なるＯＬＲでの流出液ＴＣＯＤ濃度およびＳＣＯＤ濃度の経日変化を示す。
【００７７】
図１３は、異なるＯＬＲでの流出液ＴＳＳ濃度およびＶＳＳ濃度の経日変化を示す。
【００７８】
図１４は、異なるＯＬＲでの反応器ＴＣＯＤ濃度およびＳＣＯＤ濃度の経日変化を示す。
【００７９】
図１５は、異なるＯＬＲでの反応器ＴＳＳ濃度およびＶＳＳ濃度の経日変化を示す。
【００８０】
図１６は、異なるＯＬＲでのリサイクルＴＣＯＤ濃度およびＳＣＯＤ濃度の経日変化を示す。
【００８１】
図１７は、異なるＯＬＲでのリサイクルＴＳＳ濃度およびＶＳＳ濃度の経日変化を示す。
【００８２】
表６に示すように、ＯＬＲ−１では３０ｇ／Ｌのリサイクルライン内バイオマス濃度（即ち、沈降バイオマス）が達成され、この濃度はＯＬＲ２および３では３７ｇ／Ｌに上昇した。
2016532441.tif 000008
【００８３】
表中のデータは、８つの試料の平均およびＳＴＤである。
【００８４】
バイオマスの沈降性を評価するために、ゾーン沈降速度（ＺＳＶ）と汚泥容積指標（ＳＶＩ）の両方を分析した。表６に示すように、ＺＳＶは１６０〜１９８ｍ／ｄの範囲、ＳＶＩは８０〜１３０ｍＬ／ｇの範囲であった。１００ｍＬ／ｇのＳＶＩおよび１００ｍ／ｄのＺＳＶは沈降性の良い活性汚泥に典型的なものであると考えられるため、ＡＢＥ製造装置の沈降性は活性汚泥より優れていると考えられる。さらに、ＯＬＲ１〜３ではそれぞれ、１．１６、１．６６、および２．０４ｇ／Ｌの低い流出液ＶＳＳ濃度が観測され、ＡＢＥ製造装置の沈降性が良いことを示す。
【００８５】
表７中のデータは、試験した３つのＯＬＲでのＣＯＤ物質収支を示し、それらの３つのＯＬＲでＣＯＤ収支％が高いことを示す。
2016532441.tif 000009
【００８６】
結論
本明細書で示すように、２１、６４、および１２８ｇ・ＣＯＤ／Ｌ反応器．ｄのＯＬＲではそれぞれ、２．３、７、および１４．６ｇ／Ｌのアセトン−ブタノール−エタノール（ＡＢＥ）濃度が達成された。
【００８７】
１２８ｇ・ＣＯＤ／Ｌ反応器．ｄのＯＬＲでは、０．２９全ｇ・ＡＢＥ／ｇ・グルコースのＡＢＥ収率が達成された。
【００８８】
ＡＢＥ生成速度は、２１ｇ・ＣＯＤ／Ｌ反応器．ｄのＯＬＲでの０．４ｇ・ＡＢＥ／Ｌ反応器．ｈから、それぞれ６４および１２８ｇ・ＣＯＤ／Ｌ反応器．ｄのＯＬＲでの１．４および２．８ｇ・ＡＢＥ／Ｌ反応器．ｈに上昇した。
【００８９】
全ての相で酢酸、プロピオン酸、および酪酸が検出され、２１、６４、および１２８ｇ・ＣＯＤ／Ｌ反応器．ｄのＯＬＲではそれぞれ、２．２、４．７、および５．５ｇ・ＣＯＤ／Ｌの流出液中総揮発性脂肪酸（ＴＶＦＡ）が観測された。
【００９０】
流出液中のグルコース濃度は、２１ｇ・ＣＯＤ／Ｌ反応器．ｄのＯＬＲでは０．５ｇ／Ｌ未満であり、６４および１２８ｇ・ＣＯＤ／Ｌ反応器．ｄのＯＬＲではそれぞれ約３．０および９．０ｇ／に増加した。
【００９１】
１．２〜２ｇ／Ｌの低い流出液ＶＳＳ、１６０〜１９８ｍＬ／ｄのＺＳＶ、および８０〜１３０ｍＬ／ｇのＳＶＩにより、ＡＢＥ発酵槽の優れた沈降性が実証された。
【００９２】
本明細書に引用される参考文献は全て参照により本明細書に援用される。
【００９３】
前述の説明では、実施形態が十分理解されるように説明の目的で多くの詳細を記載している。しかし、これらの特定の詳細は必要ではないことが当業者に明らかになるであろう。
【００９４】
前述の実施形態は、例として記載しているに過ぎない。当業者は、添付の特許請求の範囲によってのみ定義される範囲から逸脱することなく、特定の実施形態に変更、修正、および変形を行うことができる。
【００９５】
参考文献
ＡＰＨＡ，１９９８．Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｗａｔｅｒ  ａｎｄ  Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ，２０ｔｈ  ｅｄ．，Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｐｕｂｌｉｃ  Ｈｅａｌｔｈ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ  ＤＣ，ＵＳＡ．
Ｂｒｕａｎｔ，Ｇ．，Ｌｅｖｅｓｑｕｅ，Ｍ．Ｊ．，Ｐｅｔｅｒ，Ｃ．，Ｇｕｉｏｔ，Ｓ．Ｒ．，＆  Ｍａｓｓｏｎ，Ｌ．（２０１０）．Ｇｅｎｏｍｉｃ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｃａｒｂｏｎ  ｍｏｎｏｘｉｄｅ  ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｂｕｔａｎｏｌ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｃａｒｂｏｘｉｄｉｖｏｒａｎｓ  ｓｔｒａｉｎ  Ｐ７Ｔ．ＰｌｏＳ  ｏｎｅ，５（９），ｅ１３０３３．
Ｄｕ，Ｊ．，ＭｃＧｒａｗ，Ａ．，Ｌｏｒｅｎｚ，Ｎ．，Ｂｅｉｔｌｅ，Ｒ．Ｒ．，Ｃｌａｕｓｅｎ，Ｅ．Ｃ．，＆  Ｈｅｓｔｅｋｉｎ，Ｊ．Ａ．（２０１２）．Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｙｒｏｂｕｔｙｒｉｃｕｍ  ｗｉｔｈ  Ｐａｒｔｉａｌ  Ｃｅｌｌ  Ｒｅｃｙｃｌｅ  ａｓ  ａ  Ｌｏｎｇ−Ｔｅｒｍ  Ｓｔｒａｔｅｇｙ  ｆｏｒ  Ｂｕｔｙｒｉｃ  Ａｃｉｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｅｎｅｒｇｉｅｓ，５（８），２８３５−２８４８．
Ｄｕｂｏｉｓ，Ｍ．，Ｇｉｌｌｅｓ，Ｋ．Ａ．，Ｈａｍｉｌｔｏｎ，Ｊ．Ｋ．，Ｒｅｂｅｒｓ，Ｐ．Ａ．，Ｓｍｉｔｈ，Ｆ．（１９５６）．Ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｉｃ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｕｇａｒｓ  ａｎｄ  ｒｅｌａｔｅｄ  ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ，Ａｎａｌ  Ｃｈｅｍ  ２８，３５０−３５６．
Ｅｚｅｊｉ，Ｔ．Ｃ．，Ｑｕｒｅｓｈｉ，Ｎ．，＆  Ｂｌａｓｃｈｅｋ，Ｈ．Ｐ．（２０１３）．Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｂｉｏｆｕｅｌ（ａｃｅｔｏｎｅ−ｂｕｔａｎｏｌ−ｅｔｈａｎｏｌ）ｉｎ  ａ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ：ｉｍｐａｃｔ  ｏｆ  ｂｌｅｅｄ  ａｎｄ  ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  ｐｒｏｄｕｃｔ  ｒｅｍｏｖａｌ．Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ  ａｎｄ  ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ  ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，３６（１），１０９−１１６．
Ｅｚｅｊｉ，Ｔ．Ｃ．，Ｑｕｒｅｓｈｉ，Ｎ．，＆  Ｂｌａｓｃｈｅｋ，Ｈ．Ｐ．（２０１３）．Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｂｉｏｆｕｅｌ（ａｃｅｔｏｎｅ−ｂｕｔａｎｏｌ−ｅｔｈａｎｏｌ）ｉｎ  ａ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ：ｉｍｐａｃｔ  ｏｆ  ｂｌｅｅｄ  ａｎｄ  ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  ｐｒｏｄｕｃｔ  ｒｅｍｏｖａｌ．Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ  ａｎｄ  ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ  ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，３６（１），１０９−１１６．
Ｅｚｅｊｉ，Ｔ．，Ｑｕｒｅｓｈｉ，Ｎ．，＆  Ｂｌａｓｃｈｅｋ，Ｈ．Ｐ．（２００７）．Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｃｅｔｏｎｅ−ｂｕｔａｎｏｌ−ｅｔｈａｎｏｌ（ＡＢＥ）ｉｎ  ａ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｆｌｏｗ  ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ  ｕｓｉｎｇ  ｄｅｇｅｒｍｅｄ  ｃｏｒｎ  ａｎｄ  Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉ．Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，４２（１），３４−３９．
Ｇｈｅｓｈｌａｇｈｉ，Ｒ．Ｅ．Ｚ．Ａ．，Ｓｃｈａｒｅｒ，Ｊ．Ｍ．，Ｍｏｏ−Ｙｏｕｎｇ，Ｍ．，＆  Ｃｈｏｕ，Ｃ．Ｐ．（２００９）．Ｍｅｔａｂｏｌｉｃ  ｐａｔｈｗａｙｓ  ｏｆ  ｃｌｏｓｔｒｉｄｉａ  ｆｏｒ  ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ｂｕｔａｎｏｌ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｄｖａｎｃｅｓ，２７（６），７６４−７８１．
Ｇｒｅｅｎ，Ｅ．Ｍ．（２０１１）．Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｖｅ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｂｕｔａｎｏｌ−ｔｈｅ  ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ．Ｃｕｒｒｅｎｔ  ｏｐｉｎｉｏｎ  ｉｎ  ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２２（３），３３７−３４３．
Ｈｕａｎｇ，Ｗ．Ｄ．，＆  Ｚｈａｎｇ，Ｙ．Ｈ．Ｐ．（２０１１）．Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｂｉｏｆｕｅｌｓ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  ｓｕｇａｒ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｔｈｒｅｅ  ｃｒｉｔｅｒｉａ：Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ，ｂｉｏｅｎｅｒｇｅｔｉｃｓ，ａｎｄ  ｐｒｏｄｕｃｔ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ．Ｅｎｅｒｇｙ＆  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，４（３），７８４−７９２．
Ｊｉａｎｇ，Ｍ．，Ｃｈｅｎ，Ｊ．Ｎ．，Ｈｅ，Ａ．Ｙ．，Ｗｕ，Ｈ．，Ｋｏｎｇ，Ｘ．Ｐ．，Ｌｉｕ，Ｊ．Ｌ．，Ｃｈｅｎ，Ｐ．（２０１４）．Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ａｃｅｔｏｎｅ／ｂｕｔａｎｏｌ／ｅｔｈａｎｏｌ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉ  ＩＢ４  ｕｓｉｎｇ  ｐＨ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｓｔｒａｔｅｇｙ．Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｉｎ  ｐｒｅｓｓ（ｈｔｔｐ：／／ｄｘ．ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１０１６／ｊ．ｐｒｏｃｂｉｏ．２０１４．０４．０１７）．
Ｊｉｎ，Ｃ．，Ｙａｏ，Ｍ．，Ｌｉｕ，Ｈ．，Ｌｅｅ，Ｃ．Ｆ．Ｆ．，＆  Ｊｉ，Ｊ．（２０１１）．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｎ−ｂｕｔａｎｏｌ  ａｓ  ａ  ｂｉｏｆｕｅｌ．Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｒｅｖｉｅｗｓ，１５（８），４０８０−４１０６．
Ｌｉｎｇｇａｎｇ，Ｓ．，Ｐｈａｎｇ，Ｌ．Ｙ．，Ｗａｓｏｈ，Ｈ．，＆  Ａｂｄ−Ａｚｉｚ，Ｓ．（２０１３）．Ａｃｅｔｏｎｅ−ｂｕｔａｎｏｌ−ｅｔｈａｎｏｌ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ  ＡＴＣＣ  ８２４  ｕｓｉｎｇ  ｓａｇｏ  ｐｉｔｈ  ｒｅｓｉｄｕｅｓ  ｈｙｄｒｏｌｙｓａｔｅ．ＢｉｏＥｎｅｒｇｙ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，６（１），３２１−３２８
Ｌｉｕ，Ｚ．，Ｙｉｎｇ，Ｙ．，Ｌｉ，Ｆ．，Ｍａ，Ｃ．，＆  Ｘｕ，Ｐ．（２０１０）．Ｂｕｔａｎｏｌ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉ  ＡＴＣＣ  ５５０２５  ｆｒｏｍ  ｗｈｅａｔ  ｂｒａｎ．Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ  ＆  ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，３７（５），４９５−５０１．
Ｎｉ，Ｙ．，Ｘｉａ，Ｚ．，Ｗａｎｇ，Ｙ．，＆  Ｓｕｎ，Ｚ．（２０１３）．Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｂｕｔａｎｏｌ  ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  ｉｎｅｘｐｅｎｓｉｖｅ  ｓｕｇａｒ−ｂａｓｅｄ  ｆｅｅｄｓｔｏｃｋｓ  ｂｙ＜ｉ＞Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｓａｃｃｈａｒｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ＜／ｉ＞ＤＳＭ  １３８６４．Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１２９，６８０−６８５．
Ｐａｐｏｕｔｓａｋｉｓ，Ｅ．Ｔ．（２００８）．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ｓｏｌｖｅｎｔｏｇｅｎｉｃ  ｃｌｏｓｔｒｉｄｉａ．Ｃｕｒｒｅｎｔ  ｏｐｉｎｉｏｎ  ｉｎ  ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９（５），４２０−４２９．
Ｐａｒｅｋｈ，Ｍ．，Ｆｏｒｍａｎｅｋ，Ｊ．，＆  Ｂｌａｓｃｈｅｋ，Ｈ．Ｐ．（１９９９）．Ｐｉｌｏｔ−ｓｃａｌｅ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｂｕｔａｎｏｌ  ｂｙ  Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉ  ＢＡ１０１  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｌｏｗ−ｃｏｓｔ  ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｍｅｄｉｕｍ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｃｏｒｎ  ｓｔｅｅｐ  ｗａｔｅｒ．Ａｐｐｌｉｅｄ  ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，５１（２），１５２−１５７．
Ｑｕｒｅｓｈｉ，Ｎ．，Ｂｏｗｍａｎ，Ｍ．Ｊ．，Ｓａｈａ，Ｂ．Ｃ．，Ｈｅｃｔｏｒ，Ｒ．，Ｂｅｒｈｏｗ，Ｍ．Ａ．，＆  Ｃｏｔｔａ，Ｍ．Ａ．（２０１２）．Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ  ｓｕｇａｒ  ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ  ｐｒｏｄｕｃｔｓ（ｆｕｒｆｕｒａｌ  ａｎｄ  ｈｙｄｒｏｘｙｍｅｔｈｙｌ  ｆｕｒｆｕｒａｌ）ｏｎ  ａｃｅｔｏｎｅ−ｂｕｔａｎｏｌ−ｅｔｈａｎｏｌ（ＡＢＥ）ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉ  Ｐ２６０．Ｆｏｏｄ  ａｎｄ  Ｂｉｏｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，９０（３），５３３−５４０．
Ｑｕｒｅｓｈｉ，Ｎ．，Ｅｚｅｊｉ，Ｔ．Ｃ．，Ｅｂｅｎｅｒ，Ｊ．，Ｄｉｅｎ，Ｂ．Ｓ．，Ｃｏｔｔａ，Ｍ．Ａ．，＆  Ｂｌａｓｃｈｅｋ，Ｈ．Ｐ．（２００８）．Ｂｕｔａｎｏｌ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｂｙ＜ｉ＞Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉ＜／ｉ＞．Ｐａｒｔ  Ｉ：Ｕｓｅ  ｏｆ  ａｃｉｄ  ａｎｄ  ｅｎｚｙｍｅ  ｈｙｄｒｏｌｙｚｅｄ  ｃｏｒｎ  ｆｉｂｅｒ．Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，９９（１３），５９１５−５９２２．
Ｑｕｒｅｓｈｉ，Ｎ．，Ｓａｈａ，Ｂ．Ｃ．，Ｈｅｃｔｏｒ，Ｒ．Ｅ．，Ｄｉｅｎ，Ｂ．，Ｈｕｇｈｅｓ，Ｓ．，Ｌｉｕ，Ｓ．，．．．＆  Ｃｏｔｔａ，Ｍ．Ａ．（２０１０）．Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｂｕｔａｎｏｌ（ａ  ｂｉｏｆｕｅｌ）ｆｒｏｍ  ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ  ｒｅｓｉｄｕｅｓ：Ｐａｒｔ  ＩＩ−Ｕｓｅ  ｏｆ  ｃｏｒｎ  ｓｔｏｖｅｒ  ａｎｄ  ｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓ  ｈｙｄｒｏｌｙｓａｔｅｓ．Ｂｉｏｍａｓｓ  ａｎｄ  ｂｉｏｅｎｅｒｇｙ，３４（４），５６６−５７１．
Ｓｕｒｖａｓｅ，Ｓ．Ａ．，ｖａｎ  Ｈｅｉｎｉｎｇｅｎ，Ａ．，＆  Ｇｒａｎｓｔｒｏｍ，Ｔ．（２０１２）．Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｂｉｏ−ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｏｆ  ｓｕｇａｒ  ｍｉｘｔｕｒｅ  ｔｏ  ａｃｅｔｏｎｅ−ｂｕｔａｎｏｌ−ｅｔｈａｎｏｌ  ｂｙ  ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ  Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ  ＤＳＭ  ７９２．Ａｐｐｌｉｅｄ  ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，９３（６），２３０９−２３１６．
Ｔｈａｎｇ，Ｖ．Ｈ．，Ｋａｎｄａ，Ｋ．，＆  Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，Ｇ．（２０１０）．Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｃｅｔｏｎｅ−ｂｕｔａｎｏｌ−ｅｔｈａｎｏｌ（ＡＢＥ）ｉｎ  ｄｉｒｅｃｔ  ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃａｓｓａｖａ  ｂｙ  Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｓａｃｃｈａｒｏｐｅｒｂｕｔｙｌａｃｅｔｏｎｉｃｕｍ  Ｎ１−４．Ａｐｐｌｉｅｄ  ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１６１（１−８），１５７−１７０．
Ｖａｎ  Ｈｅｃｋｅ，Ｗ．，Ｖａｎｄｅｚａｎｄｅ，Ｐ．，Ｃｌａｅｓ，Ｓ．，Ｖａｎｇｅｅｌ，Ｓ．，Ｂｅｃｋｅｒｓ，Ｈ．，Ｄｉｅｌｓ，Ｌ．，＆  Ｄｅ  Ｗｅｖｅｒ，Ｈ．（２０１２）．Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｌｏｎｇ−ｔｅｒｍ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｔｏ  ｐｅｒｖａｐｏｒａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ＰＤＭＳ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅｓ．Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１１１，３６８−３７７．
Ｗｅｂｂ，Ｌ．Ｊ．（１９８５）．Ａｎ  ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ  ｉｎｔｏ  ｔｈｅ  ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ  ｏｆ  ｓｅｗａｇｅ  ｆｕｎｇｕｓ  ｉｎ  ｒｉｖｅｒｓ  ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ｐａｐｅｒｍｉｌｌ  ｅｆｆｌｕｅｎｔｓ−ＩＩ．Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｍｉｌｌ  ｅｆｆｌｕｅｎｔｓ．Ｗａｔｅｒ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９（８），９５５−９５９．
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年5月26日(2015.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物のアセトン−ブタノール−エタノール（ＡＢＥ）発酵方法において、
アセトン、ブタノール、エタノール（ＡＢＥ）、揮発性脂肪酸、Ｈ２およびＣＯ２を製造するために完全混合型バイオリアクター内で前記有機物のＡＢＥ発酵を行うステップと；
前記完全混合型バイオリアクターから前記Ｈ２の少なくとも一部と前記ＣＯ２の少なくとも一部を回収するステップと；
前記完全混合型バイオリアクター内のバイオマス濃度を維持するステップと；
前記ＡＢＥ発酵ステップの流出液から抽出されたバイオマスからバイオメタン生成装置内でメタンを製造するステップであって；
前記ＡＢＥ発酵ステップが、有機物を、アセトン、ブタノール、エタノール（ＡＢＥ）、揮発性脂肪酸、Ｈ２およびＣＯ２を含む生成物に分解するために、有機物とＡＢＥ生成微生物を完全混合型バイオリアクターに導入し、前記完全混合型バイオリアクターのｐＨを制御して、ｐＨを３．５〜５．５に維持するステップを含み；
前記バイオマス濃度を維持するステップが、前記完全混合型バイオリアクターから、前記微生物、前記揮発性脂肪酸、および前記ＡＢＥの少なくとも一部を含む第１の流出液を回収するステップを含むステップと；
前記第１の流出液の少なくとも一部を、前記微生物の少なくとも一部を含む第１のバイオマスと、前記揮発性脂肪酸、前記ＡＢＥ、および前記微生物の少なくとも一部を含む第２の流出液とに分離するために、重力沈降槽に前記第１の流出液を導入するステップと；
前記完全混合型バイオリアクター内の微生物の濃度を予め選択された値に維持するために、前記第１のバイオマスの少なくとも一部を前記完全混合型バイオリアクターに再循環させるステップであって；
前記メタンを製造するステップが、前記第２の流出液の少なくとも一部を、前記微生物の少なくとも一部を含む第２のバイオマスと、前記揮発性脂肪酸および前記ＡＢＥの少なくとも一部を含む第３の流出液とに分離するために、分離モジュールに前記第２の流出液の少なくとも一部を導入するステップを含むステップと；
前記第３の流出液から前記揮発性脂肪酸およびＡＢＥを回収するステップと；
前記第１のバイオマス、前記第２のバイオマス、またはその両方の少なくとも一部を回収することにより回収されたバイオマスを提供し、ＣＨ４およびＣＯ２を製造するために、前記バイオメタン生成装置に前記回収されたバイオマスを導入するステップと；
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記バイオメタン生成装置のｐＨを調整するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、前記ｐＨを調整するステップが、ｐＨ調整化合物を前記完全混合型バイオリアクター、前記バイオメタン生成装置、またはその両方に加えるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記完全混合型バイオリアクター、前記バイオメタン生成装置、またはその両方の温度を制御するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、前記完全混合型バイオリアクターの温度が約２５℃〜約３７℃の温度範囲に維持されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法において、前記バイオメタン生成装置の温度が約２５℃〜約３７℃の温度範囲に維持されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法において、前記微生物が、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）種、例えば、Ｃ．ブチリカム（Ｃ．ｂｕｔｙｒｉｃｕｍ）、Ｃ．ベイジェリンキ（Ｃ．ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉ）、Ｃ．アセトブチリカム（Ｃ．ａｃｅｔｏｂｕｔｙｒｉｃｕｍ）およびＣ．バイファーメンタンツ（Ｃ．ｂｉｆｅｒｍｅｎｔａｎｔｓ）、エンテロバクター（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ）種、例えば、エンテロバクター・アエロゲネス（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ａｅｒｏｇｅｎｅｓ）、バシラス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）種、例えば、メガテリウム（ｍｅｇａｔｅｒｉｕｍ）、チューリンゲンシス（ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ）、ならびにＲ．スフェロイデス（Ｒ．ｓｐｈａｅｒｏｉｄｅｓ）からなる群から選択される種の１つ以上を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の方法において、前記完全混合型バイオリアクターが、単一連続槽型反応器、多段連続槽型反応器、上向流嫌気性汚泥床反応器、膨張グラニュール汚泥床反応器、下向流嫌気性粒状媒体反応器、上向流嫌気性粒状媒体反応器、嫌気性バッフル付槽型反応器、嫌気性移動ブランケット反応器、および嫌気性流動床バイオリアクターからなる群から選択される反応器であることを特徴とする方法。
【請求項９】
有機物から水素、メタン、揮発性脂肪酸、およびアルコールを製造するシステムにおいて：
微生物、前記有機物、およびｐＨ調整化合物を受け入れて、ＡＢＥ発酵の運転を行い、前記有機物を、アセトン、ブタノール、エタノール（ＡＢＥ）、揮発性脂肪酸、Ｈ２およびＣＯ２を含む生成物に分解し、前記微生物、前記揮発性脂肪酸、およびＡＢＥの少なくとも一部を含む第１の流出液を発生させる完全混合型バイオリアクターと；
前記第１の流出液を受け入れて、前記第１の流出液を、前記微生物の少なくとも一部を含む沈降した第１のバイオマスと、前記揮発性脂肪酸、前記ＡＢＥ、および前記微生物の少なくとも一部を含む第２の流出液とに分離するための、前記完全混合型バイオリアクターと流体連通する重力沈降槽と；
を備えるＡＢＥ発酵反応器と；
前記完全混合型バイオリアクター内の微生物の濃度を予め選択された値に維持するために、前記第１のバイオマスを前記重力沈降槽から前記完全混合型バイオリアクターに供給する手段と；
前記第２の流出液の少なくとも一部を、前記微生物の少なくとも一部を含む第２のバイオマスと、前記揮発性脂肪酸および前記ＡＢＥの少なくとも一部を含む第３の流出液とに分離する分離モジュールと；
ＣＨ４とＣＯ２を製造するために、前記第１のバイオマス、前記第２のバイオマス、またはその両方の少なくとも一部を受け入れるように前記重力沈降槽、前記分離モジュール、またはその両方と流体連通するバイオメタン生成装置と；
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムにおいて、前記重力沈降槽からの前記第１のバイオマスを処分する手段をさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項９に記載のシステムにおいて、前記バイオメタン生成装置内の微生物の濃度を予め選択された値に維持するために、前記第１のバイオマスを前記重力沈降槽から前記バイオメタン生成装置に供給する手段をさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項９に記載のシステムにおいて、ｐＨを調整する化学物質を前記完全混合型バイオリアクター、前記バイオメタン生成装置、またはその両方に定量供給するディスペンサーをさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項９に記載のシステムにおいて、前記完全混合型バイオリアクター、前記バイオメタン生成装置、またはその両方の温度を制御する温度制御装置をさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項９に記載のシステムにおいて、前記重力沈降槽および前記バイオメタン生成装置と流体連通する貯蔵槽をさらに備え、前記貯蔵槽が、前記バイオメタン生成装置に入る液体の負荷量を調整するために前記重力沈降槽の下流且つ前記バイオメタン生成装置の上流にあることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のシステムにおいて、前記貯蔵槽が分離モジュールの下流にあることを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項１４に記載のシステムにおいて、ｐＨを調整する化学物質を前記完全混合型バイオリアクター、前記バイオメタン生成装置、および前記貯蔵槽の少なくとも１つに定量供給するディスペンサーをさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１４に記載のシステムにおいて、前記完全混合型バイオリアクター、前記バイオメタン生成装置、および前記貯蔵槽の少なくとも１つの温度を制御する温度制御装置をさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項９乃至１７の何れか１項に記載のシステムにおいて、前記完全混合型バイオリアクターが、単一連続槽型反応器、多段連続槽型反応器、上向流嫌気性汚泥床反応器、膨張グラニュール汚泥床反応器、下向流嫌気性粒状媒体反応器、上向流嫌気性粒状媒体反応器、嫌気性バッフル付槽型反応器、嫌気性移動ブランケット反応器、および嫌気性流動床バイオリアクターからなる群から選択される反応器であることを特徴とするシステム。
【国際調査報告】
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