(57)【要約】【課題】有機性廃棄物の分解速度を速くすることにより効率的にメタン発酵速度を上昇させ、メタン発酵槽をコンパクト化することができ、小規模施設における使用に適したメタン発酵方法を提供すること。【解決手段】  耐熱性放線菌と耐熱性細菌とを担持してなる多孔質担体を有機性廃棄物に添加してメタン発酵させるメタン発酵方法であって、前記多孔質担体が、木炭、活性炭、石炭、コークス、活性コークス、泥炭、バームキュライト、パーライト、ベントナイト、発泡性ウレタンのうちの一種以上であり、発酵温度を５５〜８０℃に維持しながら少なくとも５日間発酵させることによって前記耐熱放線菌と前記耐熱性細菌とを担持してなることを特徴とするメタン発酵方法とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱性放線菌と耐熱性細菌とを担持してなる多孔質担体を有機性廃棄物に添加してメタン発酵させるメタン発酵方法であって、
前記多孔質担体が、木炭、活性炭、石炭、コークス、活性コークス、泥炭、バームキュライト、パーライト、ベントナイト、発泡性ウレタンのうちの一種以上であり、発酵温度を５５〜８０℃に維持しながら少なくとも５日間発酵させることによって前記耐熱放線菌と前記耐熱性細菌とを担持してなることを特徴とするメタン発酵方法。
【請求項２】
前記有機性廃棄物が、単分子水によりスラリー化されていることを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱性放線菌と耐熱性細菌とを担持してなる多孔質担体を添加することを特徴とするメタン発酵方法に関するものであって、特にエアレーションによって発酵温度を５５〜８０℃に維持しながら少なくとも５日間発酵させることによって耐熱性放線菌と耐熱性細菌とを担持させた多孔質担体を添加することを特徴とするメタン発酵方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
観光を主体とする地域においては、豊かな自然環境を維持しながら、滞在する観光客に利便性を提供することが求められている。
しかし、観光客の利便性を提供するため下水設備等を敷設すると、豊かな自然環境の維持が困難となり、一方、自然環境維持のため下水設備等がない場合は、観光客から排出される生ごみ等の処理が問題となる。
そこで、このような施設においては、生ごみや糞尿などの有機性廃棄物を利用したエネルギー循環を目指し、利便性を向上させる試みがなされてきた。
【０００３】
有機性廃棄物等を利用したエネルギー循環方法については、有機性廃棄物をメタン発酵させて発生したメタンガスを燃料として回収する方法などが知られている。このメタン発酵は、有機性廃棄物をメタンガスと水とに分解して大幅に減量することができるため自然環境を維持することができ、メタンガスをエネルギーとして回収できるため、メリットとしては大きい。
しかしながら、従来のメタン発酵方法では、有機物分解速度、メタン発酵速度が十分に高くないという問題点があり、ある程度大きなメタン発酵槽を用意する必要があった。分解速度が速くなれば、メタン発酵槽をコンパクト化することができ、経済性、エネルギー収支等の改善が実現でき、小規模施設、例えば山の家、小規模牧場及び簡易宿泊施設などに使用可能なメタン発酵方法とすることができる。
そこで、メタン発酵速度を速くするため、色々なメタン発酵方法が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、多孔質セラミック顆粒に貫通孔を設け、貫通孔にひもを通して数珠状に固定し、メタン発酵槽内の微生物濃度を高く保持することができ、高い処理能力を安定して維持することができる微生物固定化担体、及び嫌気性処理装置について記載されている。
しかしながら当該方法は、装置が複雑で施工が難しく、槽内にある多孔質セラミック担体の容積が少ないため有機物分解効率がそれほど上昇せず、メタン発酵速度がそれほど上昇しないという問題がある。
【０００５】
特許文献２には、微生物が自己凝集したグラニュールを用い、微生物濃度を高めることにより、有機性廃棄物を効率よく処理し、メタンガスを回収することについて記載されている。
しかしながら、この方法は固形分をあまり分解できないので、もっぱら懸濁固形分の少ない有機性廃水の処理に利用されており、固形分を有する有機性廃棄物や廃水のメタン発酵を効率的に行うことができない。
【０００６】
上記のような有機性廃棄物のメタン発酵方法は、メタン発酵速度を十分に上げることができず、メタン発酵の効率を上昇させる方法ではなかった。即ち、小規模施設、例えば山の家、小規模牧場及び簡易宿泊施設などには、従来のメタン発酵効率では十分にエネルギーを利用することができる程度にメタンガスを得ることができなかった。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−３８６８６号公報
【特許文献２】特開平１１−３１９７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、有機性廃棄物の分解速度を速くすることにより効率的にメタン発酵速度を上昇させ、メタン発酵槽をコンパクト化することができ、小規模施設、例えば山の家、小規模牧場及び簡易宿泊施設などにも使用可能な効率の高いメタン発酵方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、有機性廃棄物をメタン発酵させるメタン発酵において、５５℃〜８０℃の温度域で生育する耐熱性放線菌と耐熱性細菌とが担持されてなる多孔質担体を添加することにより、メタン発酵の発酵効率が顕著に向上することを見出し、本発明に至った。
【００１０】
請求項１に係る発明は、耐熱性放線菌と耐熱性細菌とを担持してなる多孔質担体をメタン菌が含有された有機性廃棄物に添加してメタン発酵させるメタン発酵方法であって、前記多孔質担体が、木炭、活性炭、石炭、コークス、活性コークス、泥炭、バームキュライト、パーライト、ベントナイト、発泡性ウレタンのうちの一種以上であり、発酵温度を５５〜８０℃に維持しながら少なくとも５日間発酵させることによって前記耐熱性放線菌と前記耐熱性細菌とを担持してなることを特徴とするメタン発酵方法に関する。
【００１１】
請求項２に係る発明は、前記有機性廃棄物が、単分子水によりスラリー化されていることを特徴とする請求項１に記載のメタン発酵方法に関する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、有機性廃棄物をメタン発酵させるメタン発酵において、耐熱性放線菌と耐熱性細菌とが担持されてなる多孔質担体を添加してメタン発酵を行うことから、従来のメタン発酵よりメタン発酵速度に優れ、メタン発酵槽をコンパクト化することができ、小規模施設等に使用可能なメタン発酵方法とすることができる。多孔質担体が、木炭、活性炭、石炭、コークス、活性コークス、泥炭、バームキュライト、パーライト、ベントナイト、発泡性ウレタンから選ばれるうちのいずれか一種以上であることから、より効率的に耐熱性放線菌と耐熱性細菌とを担持させることができるため、メタン発酵効率を上昇させることができる。発酵温度を５５〜８０℃に維持しながら少なくとも５日間発酵させることによって耐熱性放線菌と耐熱性細菌とを多孔質担体に担持したことから、効率的に耐熱性放線菌と耐熱性細菌とを多孔質担体に担持させることができるため、耐熱性放線菌と耐熱性細菌以外のその他の雑菌が担持される割合を低減させることができる。
【００１３】
請求項２に係る発明によれば、有機性廃棄物が単分子水によってスラリー化されていることから、水の活性が高まり、効率よくメタン発酵を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係るメタン発酵方法は、家庭、飲食店、宿泊施設等の施設から廃棄される生ごみや糞尿等の有機性廃棄物を利用して効率的にメタン発酵を行い、メタンガスを回収してエネルギーとして利用する。従って、本発明に係るメタン発酵方法は、山の家、小規模な牧場、簡易宿泊施設などの有機性廃棄物が排出される小規模施設等に好適に使用される。
【００１５】
本発明に係るメタン発酵方法においては、有機性廃棄物と、耐熱性放線菌及び耐熱性細菌と、多孔質担体とが用いられる。
【００１６】
有機性廃棄物は、特に限定されず、例えば、家庭、飲食店、宿泊施設等の施設から通常廃棄される生ゴミや糞尿等が挙げられる。家畜の糞尿を使用する場合は、えさに薬剤、特に抗生物質が含まれていないことを要する。菌類が死滅するからである。
【００１７】
耐熱性放線菌とは、放線菌であって、この発明においては特に高温５５〜８０℃で生育できる耐熱性放線菌でラセン状菌等をいい、例えば、サーモアクチノミセス（Thermoactinomyces）属、サーモモノスポラ（Thermomonospora）属、アクチノビフィダ（Actinobifida）属、サーモポリスポラ（Thermopolyspora）属等の耐熱性放線菌をいう。その中でも特にサーモアクチノミセス（Thermoactinomyces）属、サーモモノスポラ（Thermomonospora）属の一種以上を使用することが好ましい。
耐熱性細菌とは、５５℃〜８０℃の高温で生育できる細菌のことをいい、枯草菌（Bacillus subtilis）等である。
【００１８】
本発明で用いられる耐熱性放線菌と耐熱性細菌は、５５〜８０℃の温度域で、好ましくは６０〜７５℃の温度域で生育する耐熱性放線菌と耐熱性細菌であることが好ましい。生育温度が５５℃未満であると糸状菌等の雑菌が増殖するため、８０℃を超えると耐熱性放線菌の活動が衰え、増殖が止まるため、いずれの場合も好ましくない。
本発明において、多孔質担体に担持させる菌類を耐熱性放線菌と耐熱性細菌とを選択した理由は、これらの菌類が有機性廃棄物の分解能力に特に優れ、メタン発酵速度が増し、メタン菌のみによるメタン発酵と比べてメタンガスがより発生するという実験的知得によるものである。
【００１９】
多孔質担体は、無機質、有機質、合成樹脂等の発泡体であって、本発明において好ましく用いられる多孔質担体は、木炭、活性炭、石炭、コークス、活性コークス、泥炭、バームキュライト、パーライト、ベントナイト、発泡性ウレタンから選ばれるいずれか一種であり、さらに好ましくは木炭、ヤシガラ活性炭、石炭のいずれか一種であり、特に好ましいのは木炭である。この理由は、これらの多孔質担体は水と空気を保持することが可能であるので、好気的な耐熱性放線菌と耐熱性細菌の培養に優れるからである。
【００２０】
本発明に用いられる多孔質担体の粒度は、特に限定はされないが、３〜３０メッシュのものを使用するのが好ましく、特に４〜８メッシュのものを使用するのが好ましい。３メッシュ未満だと通気性が良すぎ発酵温度が上昇せず、３０メッシュを超えると好気的でなくなるため、いずれの場合も好ましくない。
【００２１】
本発明に用いられる多孔質担体のｐＨは、７．５〜９．５であることが好ましく、８．０〜９．０であることがより好ましい。耐熱性放線菌と耐熱性細菌の生育に適したｐＨ域であり、耐熱性放線菌と耐熱性細菌以外の菌類の生育を防止でき、多孔質担体中の耐熱性放線菌と耐熱性細菌を一定量に維持することができるからである。  
【００２２】
次に、耐熱性放線菌と耐熱性細菌とを多孔質担体に担持させる方法について説明する。
多孔質担体６０〜７５重量部に対して有機性廃棄物を２５〜４０重量部用いて混練する。多孔質担体の量が６０重量部未満の場合は、有機物の未分解率が多くなり好ましくなく、７５重量部を超えて使用する場合には、好適な発酵温度を得ることができず、好ましくない。また、有機性廃棄物が２５重量部未満の場合は、有機性廃棄物の量が少なすぎるため多孔質担体に耐熱性放線菌と耐熱性細菌を十分に担持させることができず、４０重量部を超える場合は、耐熱性放線菌、及び耐熱性細菌と多孔質担体との配合バランスがくずれ、有機性廃棄物の未分解率が多くなり好ましくない。
【００２３】
前記混練物の系内温度を１５℃以上にし、外気温と遮断した後、好気的高温発酵によって、耐熱性放線菌と耐熱性細菌とを多孔質担体に担持させる。発酵物系の温度を５５℃〜８０℃、好ましくは菌類の選抜性に優れるため６０〜７０℃で５日間以上、通常はエアレーションにより１０日間は維持させる。発酵時の温度が５５℃未満であると耐熱性放線菌と耐熱性細菌以外のその他の雑菌が増殖するため、８０℃を超えると耐熱性放線菌と耐熱性細菌の増殖が抑制されるため、耐熱性放線菌と耐熱性細菌を効率よく増殖させることができず、いずれの場合も好ましくない。
【００２４】
多孔質担体に担持される菌量は、特に限定はされないが多孔質担体に対して５〜２０重量％が好ましい。５重量％未満であると菌量が少ないため十分に発酵させることができず、２０重量％を超えると多孔質担体に担持させにくいため、何れも好ましくない。  
【００２５】
次に、上述のようにして耐熱性放線菌と耐熱性細菌とを担持させた多孔質担体をメタン菌が含有された有機性廃棄物に加えることを特徴とするメタン発酵方法について説明する。
【００２６】
メタン発酵をさせるために用いる有機性廃棄物は、粉砕機や攪拌機等を用いてスラリー化した後に、メタン発酵槽に投入されることが好ましい。スラリー化する際の水の添加量は特に限定されないが、添加後の有機性廃棄物の含水率が５０〜６０％になるように添加するのが好ましい。
【００２７】
スラリー化に使用される水は、特に限定されないが、活性が高まりメタン発酵の効率に優れるから、クラスターの小さい水（以下、単分子水という）を使用することが好ましい。一般に自然界に存在するほとんどの水は、クラスターと呼ばれる集団を形成している。クラスターとは水分子同士が互いに水素結合をすることによって形成される集団のことをいう。自然界に存在する水は約１３〜２３個の水分子の「クラスター」を形成している。この水が磁場を垂直に流れるとプラスの電荷を持つ水素とマイナスの電荷を持つ酸素が互いに反対方向に引っ張られたり、クラスター同士の衝突などによりクラスターが細分化される。本発明において使用する単分子水は、約１〜１０個の水分子の「クラスター」である。単分子水は、大きなクラスターが分解されて小さくなることにより活性が高まる。本発明においては、単分子水を使用することで、メタン発酵効率に優れる。
【００２８】
スラリー化された有機性廃棄物をメタン発酵槽に投入した後、場合によっては水田の土や汚泥を加え、耐熱性放線菌と耐熱性細菌とが担持された多孔質担体をメタン発酵槽に添加する。
メタン発酵を行う温度は特に限定されないが、通常は菌類が最も活動しやすい３７℃とするのが好ましい。メタン発酵は嫌気性発酵であるため、外気を遮断して発酵を行う。
【００２９】
本発明に係る発酵槽に、前記有機性廃棄物と前記多孔質担体の他に、あらかじめ有機性廃棄物と水田の土や汚泥と混合するなどしてメタン発酵を進行させた廃棄物（以下、種廃棄物という）をさらに用いることが好ましい。種廃棄物を用いると、メタン発酵効率をさらに向上させることができる。
種廃棄物の作成方法については、特に限定はされないが、有機性廃棄物８０ｇに対して水田の
土８０ｇを混合し、２０日間メタン発酵を進行させたものを用いることが好ましい。
種廃棄物の含有量については、特に限定されないが、前記有機性廃棄物に対して２０〜６０重量％添加することが好ましい。
【００３０】
本発明にかかる方法において、メタン菌は有機性廃棄物に含有されているものを利用してもよく、また、上述した水田の土、汚泥等に含まれるものを使用してもよい。
【００３１】
メタン発酵によって得られたメタンガスは、小規模施設、例えば山の家、小規模牧場及び簡易宿泊施設などに好適に利用される。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例を示すことにより、本発明を明確に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されない。
【００３３】
（耐熱性放線菌と耐熱性細菌の多孔質担体への担持）
多孔質担体として８メッシュの木炭を使用し、木炭６５重量部、豚の糞尿３５重量部をできるだけ均一になるように混練した。その後混練物をエアレーションしながら耐熱性放線菌と耐熱性細菌とを木炭に担持させ、発酵系内の温度を測定した。結果を図１に示す。
【００３４】
図１の通り、測定開始後３日目には５５℃を超えており、最高温度は５日目の７４．６℃、１４日目まで５５℃以上であることから、発酵温度は、５５℃〜８０℃で１０日間は持続されていることを示しており、その後１５日目以降も５０〜６０℃の温度を維持している。
【００３５】
（メタン発酵の比較実験１）
表１の組成に従って、
実施例１：糞尿３０ｇ、水道水４５０ｍｌ、多孔質担体３．０ｇ、
実施例２：糞尿３０ｇ、単分子水４５０ｍｌ、多孔質担体３．０ｇ、
比較例１：糞尿３０ｇ、水道水４５０ｍｌ、
比較例２：糞尿３０ｇ、単分子水４５０ｍｌ、
を容器に調製した。尚、糞尿としては豚の糞尿（糞と尿の比率は、糞：尿＝１：１）を用いた。本試験に用いた菌類を担持してなる多孔質担体（以下、単に多孔質担体という場合がある）は、生育温度６０〜７５℃の耐熱性放線菌と耐熱性細菌とを８メッシュの木炭に担持したものを用いた。
各容器の糞尿液をマグネティックスターラによる攪拌後、各容器を水平にして３７℃の恒温槽内で振とうし、メタン発酵を進行させた。メタン発酵中、発生ガス量、メタンガス濃度、硫化水素濃度を２４日間、２〜３日に１回測定した。発生ガス積算量、メタンガス発生積算量については測定結果を表２に、硫化水素濃度については図２に示す。尚、発生ガス量は１００mlの注射器、メタンガス濃度はTCD付ガスクロマトグラフで測定を行い、硫化水素濃度は検知管を用いてそれぞれ測定した。
【００３６】
【表１】
2009045560.tif 000002
【００３７】
【表２】
2009045560.tif 000003
【００３８】
表２に示されている通り、比較例１、比較例２と比較しても、実施例１、実施例２の発生ガス積算量、メタンガス発生積算量共に大きく、有機性廃棄物に耐熱性放線菌、及び耐熱性細菌とが担持された多孔質担体を加えてメタン発酵を行うことが有効であることを示している。更に、実施例１よりも実施例２の方が発生ガス積算量、メタンガス発生積算量が多いことから、多孔質担体と単分子水の組み合わせが、メタン発酵に有効であることを示している。
【００３９】
図２は、メタン発酵比較実験１における硫化水素濃度のグラフである。硫化水素の発生は、発生量としては多くはないが、悪臭の原因物質であり、また、毒性によりメタン発酵の阻害となるものである。実施例１、実施例２共に、比較例１、比較例２の１／２〜１／１０と低い値となっている。硫化水素の発生は、多孔質担体の添加によって抑制されていることを示している。
【００４０】
（メタン発酵の比較実験２）
表３の組成に従って、
実施例３：糞尿８０ｇ、種廃棄物２０ｇ、水道水６００ｍｌ、多孔質担体３．０ｇ、
比較例３：糞尿８０ｇ、種廃棄物２０ｇ、水道水６００ｍｌ、
を容器に調整した。表３で使用される種廃棄物は、糞尿８０ｇに水田の土８０ｇを加えてメタン発酵を２０日間進行させたものである。本試験で用いた菌類を担持してなる多孔質担体、糞尿については、上記メタン発酵の比較実験１と同様である。
各容器の糞尿液をマグネティックスターラによる攪拌後、各容器を水平にして３７℃の恒温槽内で振とうし、メタン発酵を進行させた。メタン発酵中、発生ガス量、メタンガス濃度、硫化水素濃度を２４日間、２〜３日に１回測定した。測定方法は上記比較実験１と同様である。発生ガス積算量、メタンガス発生積算量については測定結果を表４に、メタンガス濃度については図３に、硫化水素濃度については図４に示す。
また、種廃棄物の添加効果について比較するため、実施例１と実施例３の、糞尿１ｇ当たりのメタンガス発生量の積算グラフについて図５に示す。
【００４１】
【表３】
2009045560.tif 000004
【００４２】
【表４】
2009045560.tif 000005
【００４３】
表４に示されている通り、比較例３と比較しても、実施例３の発生ガス積算量、メタンガス発生量共に大きく、有機性廃棄物に耐熱性放線菌、及び耐熱性細菌とが担持された多孔質担体を加えてメタン発酵を行うことが有効であることを示している。
【００４４】
図３は、メタン発酵の比較実験２におけるメタンガス濃度のグラフである。経過日数１０日までは実施例３、比較例３共にメタンガス濃度に関してほとんど差はないが、１０日目から２０日目にかけて実施例３は比較例３よりも高い値となっている。実施例３は比較例３よりも５日早く７０％に達している。従って、多孔質担体は、メタンガス濃度を上げる速度が速いことを示している。
【００４５】
図４は、メタン発酵の比較実験２における硫化水素濃度のグラフである。図２と同様、実施例３は比較例３よりも低い値となっている。硫化水素の発生は、菌類を担持した多孔質担体の添加によって抑制されていることを示している。
【００４６】
図５は、種廃棄物なしでの実施例１と、種廃棄物が含有された実施例３の、糞尿１ｇ当たりのメタンガス発生量の積算グラフである。実施例１は、１３日経過するまでメタンガスの発生は比較的緩やかであるが、種廃棄物が含有されている実施例３は、１０日過ぎからメタンガスの発生量が増加している。また、測定開始後２４日目のメタンガス発生積算量は、実施例３は実施例１の倍近くの発生量となっている。従って、種廃棄物の添加は、メタンガス発生量の増加速度を速め、メタンガス発生量をさらに増加させる効果を有することを示している。
【００４７】
以上より、実施例１〜３の何れも比較例１〜３に比してメタンガス発生量が増加している。
即ち、５５〜８０℃の温度域で生育する耐熱性放線菌と耐熱性細菌とを担持してなる多孔質担体を用いてメタン発酵を行うことによりメタンガス発生量が増加するから、より効率の高いメタン発酵方法とすることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明のメタン発酵方法は、家庭、飲食店、宿泊施設等の小規模施設から通常廃棄される生ゴミや糞尿等の有機性廃棄物のメタン発酵処理に好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】耐熱性放線菌と耐熱性細菌とを多孔質担体へ担持する際の発酵温度を測定したグラフである。
【図２】メタン発酵比較実験１における硫化水素濃度のグラフである。
【図３】メタン発酵比較実験２におけるメタンガス濃度のグラフである。
【図４】メタン発酵比較実験２における硫化水素濃度のグラフである。
【図５】種廃棄物なしでの実施例１と、種廃棄物が含有された実施例３の、糞尿１ｇ当たりのメタンガス発生量の積算グラフである。
【図１】
2009045560.tif 000006
【図２】
2009045560.tif 000007
【図３】
2009045560.tif 000008
【図４】
2009045560.tif 000009
【図５】
2009045560.tif 000010