JPH1066996A - メタン生成方法及びメタン生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 有機物を含んだ廃棄物を有用にメタンとして
回収することができる技術を得るとともに、この回収に
あたって比較的低品位の廃熱を有用に利用することがで
きるメタンの生成方法及び装置を得る。 【解決手段】 第１工程で、超好熱水素細菌により有機
物を二酸化炭素、水素、有機酸に分解生成し、第２工程
で、第１工程で生成される生成物から超好熱メタン細菌
によりメタンを生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集合住宅、病院、
工場、発電所、廃熱を発生する工場、ゴミ焼却設備、ゴ
ミ発電設備といった設備から発生する有機物を含んだ廃
棄物及び廃熱、さらには食品工場等から発生する有機物
を含んだ排水、バイオマス等の草木の利用技術に関し、
さらに詳細には、このような有機物を利用して、メタン
を生成するメタン生成方法及びメタン生成装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】今日、産業廃棄物（特に農作物からの廃
棄物）及び排水の処理にあっては、曝気による汚泥処理
もしくは常温メタン細菌によるメタン醗酵法が採用さ
れ、これらの方法で減量した後、焼却もしくは埋め立
て、海洋廃棄されている。逆に、微生物的な処理により
メタンを生成する方法としては、図５に示すように、高
分子有機物をハイドロリティックバクテリアにより低分
子有機物に分解するとともに、生成された低分子有機物
をアシディファイングバクテリア、さらには酢酸細菌に
より有機酸と水素に分解して（この工程においては、有
機物の一部が脂肪酸を経て分解される）、その後、有機
酸と水素から常温メタン細菌によりメタンを生成する。
この工程は、所謂、常温嫌気性醗酵法と呼ばれ、一般の
浄化槽等で自然に進行している反応に近いものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、後に
も、表１をもとに説明するように、このような工程を経
る手法は、投入される有機物の量に対して回収できるメ
タンの量が少なく、さらにその反応にも時間を要すると
いう問題があった。又、表１の常温メタン醗酵の項に示
すように、炭素の物質収支を見ると、その大半が環境中
に、二酸化炭素、汚泥として廃棄されることとなり、炭
素の物質収支割合が低いものであった。従って、その工
業的な実用化に際しては、改善の余地がある。また、将
来的なエネルギーの枯渇及び温室効果ガスに代表される
地球環境問題の解決策として、比較的温度の低い（例え
ば７０℃以上１１０℃以下）低品位の廃熱、有機物を含
有する廃棄物の有効利用を図る必要があるが、未だ、工
業的に確立されたエネルギーの回収技術はない。本発明
の目的は、有機物を含んだ廃棄物を有用にメタンをして
回収することができる技術を得るとともに、この回収に
あたって比較的低品位の廃熱を有用に利用することがで
きるメタンの生成方法及び装置を得ることにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明によるメタン生成方法の第１の特徴手段は、請
求項１に記載されているように、これが、超好熱水素細
菌により有機物を二酸化炭素、水素、有機酸に分解生成
する第１工程と、前記第１工程で生成される生成物から
超好熱メタン細菌によりメタンを生成する第２工程とを
備えてなることにある。従って、本願の方法において
は、超好熱水素細菌と超好熱メタン細菌のそれぞれの特
性を生かして、比較的高分子の有機物を低分子化すると
ともに、二酸化炭素、水素、有機酸に分解して、さら
に、これらの生成物を出発源として、メタンを生成する
ことができる。本願第１の特徴手段を備えたメタン生成
方法において、請求項２に記載されているように、前記
第２工程において、前記第１工程において分解生成され
る二酸化炭素及び水素から前記超好熱メタン細菌によっ
て前記メタンが生成されることが好ましい。これが、本
願第２の特徴手段である。超好熱メタン細菌は、二酸化
炭素と水素からメタンを生成する能力を有しており、第
１工程で分解・生成される両者を、有用に利用して、メ
タンを第２工程で生成することができる。本願第１の特
徴手段を備えたメタン生成方法において、請求項３に記
載されているように、前記第２工程において、前記第１
工程において分解生成される有機酸から前記超好熱メタ
ン細菌によって前記メタンが生成されることが好まし
い。これが、本願第３の特徴手段である。超好熱メタン
細菌は、蟻酸、酢酸等の有機酸からメタンを生成する能
力を有しており、第１工程で分解・生成される有機酸を
有用に利用して、メタンを第２工程で生成することがで
きる。本願第１〜３のいずれかの特徴手段を備えたメタ
ン生成方法において、請求項４に記載されているよう
に、前記超好熱水素細菌と前記超好熱メタン細菌とが共
に生育可能な共通培養槽内に、前記有機物を投入すると
ともに、前記共通培養槽の温度を、前記超好熱水素細菌
及び前記超好熱メタン細菌が共に生育可能な共通生育温
度に維持して、前記第１工程と第２工程とを、同一培養
槽内で行うことが好ましい。これが、本願第４の特徴手
段である。この方法にあっては、共通培養槽内におい
て、その培養温度を共通生育温度に維持して、超好熱水
素細菌と超好熱メタン細菌との両者の生育を促す。ここ
で、前者は、後者が栄養とする生成物を生成し、これを
原料として後者がメタンを生成することとなる。従っ
て、単一の共通培養槽内に、本願独特の菌を共に供給し
て、高温を利用して他の雑菌の生育を抑えながら、比較
的簡単な設備系で、メタンを得ることができる。

【０００５】本願第１〜３のいずれかの特徴手段を備え
たメタン生成方法において、請求項５に記載されている
ように、前記超好熱水素細菌が生育可能な水素細菌培養
槽と、前記超好熱メタン細菌が生育可能なメタン細菌培
養槽とを備え、前記水素細菌培養槽を前記超好熱水素細
菌が生育するのに好適な水素細菌生育温度に、前記メタ
ン細菌培養槽を前記超好熱メタン細菌が生育するのに好
適なメタン細菌生育温度に、それぞれ別個に維持し、前
記水素細菌培養槽に前記有機物を投入するとともに、前
記水素細菌培養槽において分解生成される前記二酸化炭
素、水素、有機酸を前記メタン細菌培養槽に導いて、前
記メタン細菌培養槽において前記メタンを生成すること
が好ましい。これが、本願第５の特徴手段である。この
方法の場合は、各菌に対して別個に培養槽を設けるとと
もに、この培養槽内に生育されるべき菌に適した温度に
各培養槽の温度を維持し、水素細菌培養槽からの生成物
をメタン細菌培養槽に移動させて、有機物からメタンを
得ることができる。結果、各槽において、菌の培養に最
適な状態を維持することも可能となるとともに、片や、
全体の系に於ける菌の働きによる分解・生成の進行状態
をみながら、装置の運転を進めることも可能となる。

【０００６】本願第１〜５のいずれかの特徴手段を備え
たメタン生成方法において、請求項６に記載されている
ように、前記超好熱水素細菌により分解生成された生成
物のうち、前記超好熱メタン細菌によって消費しきれな
い前記生成物の量に従って、前記超好熱水素細菌の生育
状況を調節することが好ましい。これが、本願第６の特
徴手段である。本願の方法にあっては、基本的には、第
１工程において分解・生成される生成物を第２工程で消
費してメタンの生成をおこなう。しかしながら、前者の
工程が進みすぎ、後者が遅れぎみになると、系が全体と
して良好に安定して働き得ない場合も発生する。従っ
て、この方法にあっては、少なくとも、後者の工程にお
いて消費しきれない生成物の量を見出し、この生成物の
量が多い場合は、前者の工程を抑える、その逆の場合は
進める等の制御操作をおこなう。従って、ネックとなっ
ている後者の工程が消費しえる量に適する生成物量状態
を第１工程において確保して、良好な系の運転状態を維
持することができる。

【０００７】本願第１〜６のいずれかの特徴手段を備え
たメタン生成方法において、請求項７に記載されている
ように、前記超好熱水素細菌と前記超好熱メタン細菌と
の生育に必要な培養温度を維持するエネルギー源とし
て、温度が７０℃以上１１０℃以下の低品位廃熱を使用
することが好ましい。これが、本願第７の特徴手段であ
る。従来、温度が７０℃〜１１０℃程度の温度域にあ
る、所謂、低品位の廃熱は、有効に利用されることな
く、そのほとんどが廃棄されている。しかしながら、本
願の方法にあっては、利用される菌が、このような温度
域で良好に生育するため、有用な菌の培養に利用して、
メタンの生成に役立てることができる。即ち、従来、利
用されることなく廃棄されてきた廃熱を、有用に利用で
きる。

【０００８】本願第１〜７のいずれかの特徴手段を備え
たメタン生成方法において、請求項８に記載されている
ように、前記有機物が、排水内に含まれる有機物である
ことが好ましい。これが、本願第８の特徴手段である。
本願にあっては、比較的高分子の有機物が、その出発原
料とされるのであるが、このような有機物としては、ビ
ール工場における発酵槽洗浄液、発酵残滓、コウボ滓、
酒造工場からの洗米排水、総合排水、食品工場からのコ
ーンスターチ澱粉加工排水等、本願において利用でき、
さらに菌による分解がしやすいように、減量化された状
態で排水内に含まれているものがある。従って、本願の
手法において、有機物として排水内に含まれる有機物
を、そのまま、あるいは、多少の改質をして培養槽に投
入することで、従来、廃棄されてきた有機物を有用に利
用することができる。

【０００９】さらに上記の目的を達成することができ
る、本願のメタン生成装置の第１の特徴構成は、請求項
９に記載されているように、超好熱水素細菌と超好熱メ
タン細菌とが共に生育可能な共通培養槽を備え、前記共
通培養槽の温度を、前記超好熱水素細菌と前記超好熱メ
タン細菌とが共に生育可能な共通生育温度に維持する培
養温度維持機構を備え、前記共通培養槽に有機物を投入
する有機物投入口を設けるとともに、前記共通培養槽に
生成されるメタンを取り出し可能なメタン導出口を備え
て構成されることにある。この装置にあっては、共通培
養槽において、これまで説明してきた両者の菌を培養す
ることで、第１工程、第２工程を同時的に同一槽で進行
させて、投入される有機物からメタンを有効に生成する
ことができる。

【００１０】さらに上記の目的を達成することができ
る、本願のメタン生成装置の第２の特徴構成は、請求項
１０に記載されているように、培養液内に有機物投入口
を介して投入される有機物を、槽内で培養される超好熱
水素細菌が二酸化炭素、水素、有機酸に分解生成する水
素細菌培養槽を備え、前記水素細菌培養槽で生成される
生成物から、槽内で培養される超好熱メタン細菌により
メタンを生成し、且つ生成されたメタンを導出するメタ
ン導出口を備えたメタン細菌培養槽を備え、前記水素細
菌培養槽において分解生成される前記二酸化炭素、水
素、有機酸をメタン細菌培養槽に移動させる生成物移動
機構を備えるとともに、前記水素細菌培養槽を前記超好
熱水素細菌の生育に好適な水素細菌生育温度に、前記メ
タン細菌培養槽を前記超好熱メタン細菌の生育に好適な
メタン細菌生育温度に、それぞれ別個に維持する個別培
養温度維持機構を備えることが好ましい。この装置にあ
っては、別々の培養槽を菌毎に用意して、生成物移動機
構により、水素細菌培養槽において分解生成される前記
二酸化炭素、水素、有機酸をメタン細菌培養槽に移動さ
せることにより、これまで説明してきた両者の菌を別々
に培養することで、第１工程、第２工程を進行させて、
投入される有機物からメタンを有効に生成することがで
きる。

【００１１】本願第１または第２の特徴構成を備えたメ
タン生成装置において、請求項１１に記載されているよ
うに、前記超好熱水素細菌により分解生成された生成物
のうち、前記超好熱メタン細菌によって消費しきれない
前記生成物の量を計測する生成物残量検出機構を備え、
前記生成物残量検出機構の検出値に従って、前記超好熱
水素細菌の生育状況を制御する水素細菌培養速度制御機
構を備えることが、好ましい。これが、本願のメタン生
成装置の第３の特徴構成である。先にも説明したよう
に、第２工程に於ける菌の働きに適合するように、第１
工程を働かせるために、生成物残量検出機構により超好
熱メタン細菌によって消費しきれない前記生成物の量を
計測し、この検出値に従って、水素細菌培養速度制御機
構により超好熱水素細菌の生育状況を制御することによ
り、系全体の運転状態を適性なものに維持することが可
能となる。

【００１２】本願第２または第３の特徴構成を備えたメ
タン生成装置において、請求項１２に記載されているよ
うに、上流側に前記水素細菌培養槽としての水素細菌培
養部を、下流側に前記メタン細菌培養槽としてのメタン
細菌培養部を有し、前記両部間で培養液が流通可能な連
続培養槽を備え、前記両部間が、前記超好熱水素細菌お
よび前記超好熱メタン細菌を透過せず、且つ前記二酸化
炭素、水素、有機酸を透過する分離膜によって仕切られ
て構成され、前記水素細菌培養部から前記メタン細菌培
養部へ前記二酸化炭素、水素、有機酸を移動させる移動
機構を備えることが好ましい。これが、本願のメタン生
成装置の第４の特徴構成である。この装置にあっては、
単一の連続培養槽内を分離膜により分離し、有機物の投
入側を、超好熱水素細菌が生育する水素菌培養部とし、
その下流側を超好熱メタン細菌が生育するメタン細菌培
養部とすることにより、単一連続槽を利用するととも
に、各菌の働きが良好に発揮される状態を実現しなが
ら、メタンの生成をおこなうことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本願のメタン生成方法及び装置１
について、以下図面を参照しながら説明する。本願のメ
タン生成方法は、図１に示すように、二つの工程から成
立している。即ち、その第１工程は、超好熱水素細菌に
より有機物を二酸化炭素、水素、有機酸に分解生成す
る。そして、この第１工程で生成される生成物から超好
熱メタン細菌によりメタンを、第２工程で生成する。こ
こで、第２工程においては、前記第１工程において分解
生成される二酸化炭素及び水素から前記超好熱メタン細
菌によってメタンが生成されるとともに、有機酸からも
超好熱メタン細菌によってメタンが生成される。

【００１４】ここで、超好熱水素細菌とは、ピロコッカ
ス フリオサス、サーモトガ マリティマ等であり、菌
種としては、ピロコッカス、サーモトガ属等のものであ
る。一方、超好熱メタン細菌としては、メタノコッカス
・ジャナスキ、あるいはメタノバクテリウム・ボルフェ
イを例示することができる。菌種としては、メタノサー
マス、メタノコッカス、メタノバクテリウム、メタノト
リクス、メタノピラス属等のものである。さらに、前記
超好熱水素細菌は、概略７０〜１１０℃で生育可能であ
り、９０〜１００℃で好適に生育可能（最も生育速度が
速い）である。一方、超好熱メタン細菌は、概略６０〜
１１０℃で生育可能であり、６０〜８０℃で好適に生育
可能（最も生育速度が速い）である。

【００１５】図１にも示すような工程を経ると、後に説
明する表１に示すように、高分子有機物を含む廃棄物が
有する炭素の概略６５％をメタンに変換することができ
る。またこのような工程を経て得られるメタンは二酸化
炭素と硫化水素を殆ど含まないため、脱硫処理をおこな
う必要がないカロリーの高いガスを得ることができる。

【００１６】上記の工程を経てメタンを生成するメタン
生成装置１について、図２に基づいて説明する。この図
面は、培養液が自由に流通する連続培養槽２内におい
て、有機物投入口３から、有機物を含んだ排水が強制的
に移流投入され、所定の菌により処理（醗酵）が進ん
で、メタンが生成され、生成されたメタンをメタン導出
口４から回収している状態を示している。以下の説明に
あっては、各菌の栄養源となる有機物が、コジェネレー
ション設備５を備えた工場６等からの排水であり、その
熱源が同じく該設備５からの廃熱である例について説明
する。排水の代表例としては、ビール工場における発酵
槽洗浄液、発酵残滓、コウボ滓、酒造工場からの洗米排
水、総合排水、食品工場からのコーンスターチ澱粉加工
排水等を挙げることができる。このような排水には、有
機物として糖質、炭水化物、タンパク質等が含まれてい
る。一方、廃熱源としては、コジェネレーション設備５
からの廃熱、焼却設備からの廃熱等、冷房設備からの廃
熱等を挙げることができる。ここで、コジェネレーショ
ン設備５の場合は、これが、一般に熱電併供給の状態に
あり、しかも熱の供給にあたっては、給湯もしくは蒸気
状態で熱の供給をおこなうものであるため、本願の場合
は、この温水もしくは蒸気を有効に利用できる。

【００１７】図２に示すように、このメタン生成装置１
は、培養液内に有機物投入口３を介して投入される有機
物を、超好熱水素細菌が二酸化炭素、水素、有機酸に分
解生成する水素細菌培養槽７（連続培養槽２内の分離膜
８より下側に位置する水素細菌培養部７０によって構成
される）と、この水素細菌培養槽７で生成される生成物
から、超好熱メタン細菌によりメタンを生成し、且つ生
成されたメタンを導出するメタン導出口４を備えたメタ
ン細菌培養槽９（連続培養槽２内の分離膜８より上側に
位置するメタン細菌培養部９０によって構成される）と
を備えて構成されている。そして、メタン生成装置１に
は、水素細菌培養槽７（水素細菌培養部７０）を超好熱
水素細菌の生育に好適な水素細菌生育温度に、メタン細
菌培養槽９（メタン細菌培養部９０）を超好熱メタン細
菌の生育に好適なメタン細菌生育温度に、それぞれ別個
に維持する個別培養温度維持機構１０が備えられてい
る。即ち、これら各槽７、９に対して、その槽周りに
は、温水循環部１１が設けられており、例えば、図示す
るように、有機物を含有する排水を排出する工場６等に
設備される、コジェネレーション設備５からの低品位廃
熱（温度７０℃以上１００℃以下の廃熱）により、所望
の温度の循環水を得て、夫々の槽７、９を所望の温度に
維持することができる。即ち、この循環系１１ａには、
循環温水の温度を検出する温度検出機構１１ｂと、この
循環系１１ａ内を流れる循環温水の温度を調節するため
に常温の水を混合する循環温水温度調節用常温水混合部
１１ｃとが設けられ、予め設定された、もしくは、後に
説明する機構の循環温水温度制御指令に従って、循環温
水の温度を調節自在に構成されている。ここで、各培養
槽７、９の温度は、先に説明した好適な生育可能温度で
ある。

【００１８】さらに、メタン生成装置１には、この水素
細菌培養槽７において分解生成される二酸化炭素、水
素、有機酸をメタン細菌培養槽９に移動させる生成物移
動機構１２が備えられている。この例の場合、生成物移
動機構１２は、各槽７、９（各部）の鉛直方向の構造位
置関係および、有機物を含む排水を槽内に移流投入する
ポンプＰによって、これが構成されている。分離膜８に
関してさらに詳細に説明すると、これは、連続培養槽２
内の上下方向中央部位に設けられ、超好熱水素細菌およ
び超好熱メタン細菌を透過せず、且つ前記二酸化炭素、
水素、有機酸を透過するものである。このような分離膜
８の一例を挙げると、これは、有機膜の場合、膜材質、
ポリエチレンで、形式、外圧式中空糸型のＭＦ膜であ
り、分画性能、０．２μｍ程度のものである。さらに、
無機膜としては、膜材質、セラミックで、形式、モノリ
ス型のものであり、分画性能、０．１μｍ程度のもので
ある。従って、この構造にあっては、水素細菌培養槽７
内に移流・投入された培養液は、ポンプＰの作用によ
り、メタン細菌培養槽９側へ移流される。この場合、菌
の槽７、９（部）間に渡る移動は発生しない。そして、
水素細菌培養槽７内で生成される生成物もまた、この移
流に従って、メタン細菌培養槽９側へ移流される。

【００１９】このメタン生成装置１には、超好熱水素細
菌により分解生成された生成物のうち、超好熱メタン細
菌によって消費しきれない生成物の量を計測する生成物
残量検出機構１３が備えられ、この生成物残量検出機構
１３の検出値に従って、超好熱水素細菌の生育状況を制
御する水素細菌培養速度制御機構が備えられている。こ
こで、生成物残量検出機構１３とは、具体的には、メタ
ン細菌培養槽９内に於ける水素濃度、二酸化炭素濃度、
及び有機酸濃度を検出する検出機構である。本願のメタ
ン生成装置１にあっては、メタンがメタン導出口４から
定量ずつ取り出されるが、水素菌による分解が進みす
ぎ、メタン菌によるメタン生成が遅れると、メタン細菌
培養槽９内での前記成分の濃度が、正常値より上昇す
る。従って、生成物残量検出機構１３により、前記成分
の濃度が検出される。一方、この検出結果は、正常値と
比較され、濃度が高過ぎる場合は、超好熱水素細菌の生
育を抑える方向に水素細菌培養速度制御手段１４が制御
指令を出す。この水素細菌培養速度制御手段１４の働き
は、具体的には、上記のように、前記成分濃度が正常値
よりも高い場合に、水素細菌培養槽７の培養温度を、そ
の好適な温度域である９０〜１００℃から８０〜９０℃
まで低下させ、その生育を抑える指令を、先に説明した
温水循環系に出し、結果的に、培養温度を制御するもの
である。この場合、槽７の温度の制御をおこなって生育
速度を制御することが可能であるとともに、所定槽７内
に、菌の活動を抑える物質（塩あるいは金属イオン）等
を投入して、制御することもできる。水素細菌培養速度
制御手段１４とこの制御指令を受けて循環温水の温度を
調節する機構により、水素細菌培養速度制御機構が構成
される。

【００２０】従って、このメタン生成装置１にあって
は、そのメタン生成方法として、以下の手法を採ること
となる。即ち、超好熱水素細菌が生育可能な水素細菌培
養槽７と、この超好熱メタン細菌が生育可能なメタン細
菌培養槽７とを備え、水素細菌培養槽７を超好熱水素細
菌が生育するのに好適な水素細菌生育温度に、メタン細
菌培養槽９を超好熱メタン細菌が生育するのに好適なメ
タン細菌生育温度に、それぞれ別個に維持し、水素細菌
培養槽７に有機物を投入するとともに、この水素細菌培
養槽７において分解生成される二酸化炭素、水素、有機
酸を前記メタン細菌培養槽９に導いて、メタン細菌培養
槽９においてメタンを生成する。さらに、必要な場合
は、生成物残量検出機構１３及び水素細菌培養速度制御
機構により、超好熱水素細菌により分解生成された生成
物のうち、超好熱メタン細菌によって消費しきれない生
成物の量に従って、超好熱水素細菌の生育状況が調節さ
れる。

【００２１】本願の方法及び装置１を使用する場合にあ
っては、反応が比較的高温であるため、有機物を含有す
る排水等の廃棄物自体がもつ菌は、育生できない。そし
て、人為的に加える超好熱水素細菌と超好熱メタン細菌
により、効率的にメタンが生産される。超好熱水素細菌
は、二酸化炭素：水素＝１：２の比率で、二酸化炭素と
水素を産出するが、超好熱メタン細菌は、同じく二酸化
炭素：水素＝１：２の比率で、二酸化炭素と水素を消費
し、メタンを産出する。

【００２２】このようなメタン生成装置１を使用する本
願方法について、これを、従来の活性汚泥法、常温メタ
ン醗酵法との比較において、以下、説明する。表１に、
これら３種の方法において、同一量の有機物（１００）
に対するメタンの生成割合（出力のメタンの項に記載）
を示した。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１において、合計の欄に示される二酸化
炭素と汚泥は、実体上、廃棄処理する必要がある物質で
あり、活性汚泥法においてはその全量が、常温メタン醗
酵法においては７０％程度の廃棄が必要とされ、無駄に
なっていることが判る。一方、本願方法にあっては、３
５％程度しか外界に廃棄されることがない。即ち、汚泥
等の排出量が、格段に改善されており、環境に対して非
常に好ましい状況が実現できることが判る。同表中に出
力として表されるメタン回収量にあっては、本願方法
が、最も有利であり、常温メタン醗酵法に対して、その
倍近くのメタンの回収が可能であることを示している。
さらに、これら３種の方法を採った場合に於けるコスト
比較をおこなった。結果を表２に示した。

【００２５】

【表２】

【００２６】この比較は、コーンスターチ澱粉加工排水
を発生する工場で、経費を示している。本願方法が、設
備投資的に非常に有利であることを示している。

【００２７】さらに、これら３種の手法に関して、使用
される菌種、産物、反応速度の関係を表３に示した。

【００２８】

【表３】

【００２９】同表に示すように、本願で使用する超好熱
水素細菌及び超好熱メタン細菌は、増殖速度が２０〜３
０分と早いため、嫌気性細菌より２〜１０倍程度廃棄物
の処理速度が速くなり、実用化の点で好ましい。さら
に、この要因から反応槽が小さくてすみ、固定費が大幅
に削減できる。

【００３０】〔別実施の形態〕本願の別実施の形態につ
いて、以下説明する。 （イ） 上記の実施の形態にあっては、水素細菌培養槽
７としての水素細菌培養部７０と、メタン細菌培養槽９
としてのメタン細菌培養部９０とを、分離膜８で仕切ら
れた連続培養槽２内に備えて構成し、各槽７、９（部）
を別個の温度に維持したが、これは、好適な例であっ
て、生育速度を問題にしなければ、単一の共通培養槽１
５を使用して、両菌を混合状態で生育させても、メタン
の回収は可能である。即ち、超好熱水素細菌と超好熱メ
タン細菌とが共に生育可能な共通培養槽１５内に、有機
物を投入するとともに、共通培養槽１５の温度を、超好
熱水素細菌及び超好熱メタン細菌が共に生育可能な共通
生育温度に維持して、第１工程と第２工程とを、同一培
養槽内で同時的に発生させることもできる。このような
手法を採用する場合は、メタン生成装置３０は、図３に
示されるように、超好熱水素細菌と超好熱メタン細菌と
が共に生育可能な共通培養槽１５を備え、この共通培養
槽１５の温度を、超好熱水素細菌と超好熱メタン細菌と
が共に生育可能な共通生育温度に維持する培養温度維持
機構３１を備え、共通培養槽１５に有機物を投入する有
機物投入口３を設けるとともに、共通培養槽１５に生成
されるメタンを取り出し可能なメタン導出口４を備え
て、構成することとなる。ここで、培養温度維持機構３
１は、先に説明したとほぼ同様の構成とすることとでき
るが、共通培養槽１５の温度は、８０〜９０℃に維持す
ることとなり、先に説明した例と同様に、低品位廃熱を
利用することが好ましい。

【００３１】（ロ） 上記の実施の形態にあっては、水
素細菌培養槽としての水素細菌培養部７０と、メタン細
菌培養槽としてのメタン細菌培養部９０とを、分離膜８
で仕切られた連続培養槽２内に備えて構成し、各槽７、
９（部）を別個の温度に維持したが、これは、好適な例
であって、当然、水素細菌培養槽及びメタン細菌培養槽
を完全な、別個独立の槽として構成することも可能であ
る。この場合、メタン生成にあたっては、図４に示すよ
うに、超好熱水素細菌が生育可能な水素細菌培養槽４１
と、超好熱メタン細菌が生育可能なメタン細菌培養槽４
２とを備え、水素細菌培養槽４１を超好熱水素細菌が生
育するのに好適な水素細菌生育温度に、メタン細菌培養
槽４２を超好熱メタン細菌が生育するのに好適なメタン
細菌生育温度に、それぞれ別個に維持し、水素細菌培養
槽４１に有機物を投入するとともに、この水素細菌培養
槽４１において分解生成される二酸化炭素、水素、有機
酸をメタン細菌培養槽４２に導いて、メタン細菌培養槽
４２においてメタンを生成することとなる。このような
場合に使用できるメタン生成装置４０の構成例を図４に
示した。この装置４０にあっても、培養液内に有機物投
入口３を介して投入される有機物を、槽内で培養される
超好熱水素細菌が二酸化炭素、水素、有機酸に分解生成
する水素細菌培養槽４１と、水素細菌培養槽４１で生成
される生成物から、槽内で培養される超好熱メタン細菌
によりメタンを生成し、且つ生成されたメタンを導出す
るメタン導出口４を備えたメタン細菌培養槽４２とが備
えられ、水素細菌培養槽４１において分解生成される前
記二酸化炭素、水素、有機酸をメタン細菌培養槽４２に
移動させる生成物移動機構４３を備えるとともに、水素
細菌培養槽４１を超好熱水素細菌の生育に好適な水素細
菌生育温度に、メタン細菌培養槽４２を超好熱メタン細
菌の生育に好適なメタン細菌生育温度に、それぞれ別個
に維持する個別培養温度維持機構を備えて、メタン生成
装置４０が構成される。この例の場合は、水平、並列配
置の各槽間において、生成物移動機構４３は、両槽間に
渡って、気体成分及び上澄み液を移流させる移流用溶液
ポンプＰ１で構成される。

【００３２】（ハ） 本願が対象とする有機物として
は、上記のものの他、食物残滓、草木、糞尿等を挙げる
ことができる。これらにも、糖質、炭水化物、タンパク
質が含有されている。又、一般的な廃棄物には有機物と
しての糖質、炭水化物、タンパク室が含まれている。 （ニ） 本願が対象とする培養に使用されるエネルギー
源としては、上記のものの他、一般的な工場廃熱等を挙
げることができる。 （ホ） これまで説明してきた方法及び装置にあって
は、メタンを例えば工場に設備されるコジェネレーショ
ン設備で使用する例について主に説明してきたが、この
ようにメタンを使用する他、他の用途に使用してもよ
い。即ち、メタンの回収方法として有用である。さら
に、上記のようにメタンを有用物として使用できる状態
とするのみならず、単なる廃棄物処理の方法としても、
外界に放出される二酸化炭素、汚泥の発生量が少ないこ
とから、本願手法は有用である。即ち、本願は、超好熱
水素細菌により有機物を二酸化炭素、水素、有機酸に分
解生成する第１工程と、前記第１工程で生成される生成
物から超好熱メタン細菌によりメタンを生成する第２工
程とを備えて、有機物を含む廃棄物を良好に処理するこ
とを提案するものである。 （へ） さらに、図１に示すように、コジェネレーショ
ン設備５等の比較的低品位（比較的低温（１００℃前
後））の廃熱を放出する廃熱源と、有機物を廃棄物とし
て排出する有機物廃棄源とを備えた工場、集合住宅、病
院、発電所、ごみ焼却プラント、ゴミ発電プラント等の
施設に、これまで説明したきたメタン生成装置１、３
０、４０を備え、これらのメタン生成装置１、３０、４
０に対するエネルギー源を施設（廃熱源）からの廃熱と
し、さらに、菌に対する有機物源を施設（有機物廃棄
源）からの廃棄有機物とすると、これまで無駄に廃棄さ
れてきた廃熱、廃棄有機物を有用に利用して、環境良化
に寄与できる好ましい施設を得ることができる。ここ
で、本願にあっては、比較的低品位の廃熱（７０〜１１
０℃程度の廃熱）を利用できることが、非常に重要であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願のメタン生成方法の基本過程を示す図

【図２】本願のメタン生成装置の一例を示す図（連続培
養槽を備えたもの）

【図３】本願のメタン生成装置の別実施の形態を示す図
（共通培養槽使用のもの）

【図４】本願のメタン生成装置の別実施の形態を示す図
（２槽式のもの）

【図５】従来の有機物を含有する廃棄物の微生物処理過
程を示す図

【符号の説明】

１ メタン生成装置 ２ 連続培養槽 ３ 有機物投入口 ４ メタン導出口 ７ 水素細菌培養槽 ８ 分離膜 ９ メタン細菌培養槽 １０ 個別培養温度維持機構 １２ 生成物移動機構 １３ 生成物残量検出機構 １４ 水素細菌培養速度制御手段 １５ 共通培養槽 ３０ メタン生成装置 ３１ 培養温度維持機構 ４０ メタン生成装置 ４３ 生成物移動機構 ７０ 水素細菌培養部 ９０ メタン細菌培養部

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超好熱水素細菌により有機物を二酸化炭
   素、水素、有機酸に分解生成する第１工程と、前記第１
   工程で生成される生成物から超好熱メタン細菌によりメ
   タンを生成する第２工程とを備えたメタン生成方法。
2. 【請求項２】 前記第２工程において、前記第１工程に
   おいて分解生成される二酸化炭素及び水素から前記超好
   熱メタン細菌によって前記メタンが生成される請求項１
   記載のメタン生成方法。
3. 【請求項３】 前記第２工程において、前記第１工程に
   おいて分解生成される有機酸から前記超好熱メタン細菌
   によって前記メタンが生成される請求項１記載のメタン
   生成方法。
4. 【請求項４】 前記超好熱水素細菌と前記超好熱メタン
   細菌とが共に生育可能な共通培養槽内に、前記有機物を
   投入するとともに、前記共通培養槽の温度を、前記超好
   熱水素細菌及び前記超好熱メタン細菌が共に生育可能な
   共通生育温度に維持して、前記第１工程と第２工程と
   を、同一培養槽内で行う請求項１〜３のいずれか１項に
   記載のメタン生成方法。
5. 【請求項５】 前記超好熱水素細菌が生育可能な水素細
   菌培養槽と、前記超好熱メタン細菌が生育可能なメタン
   細菌培養槽とを備え、 前記水素細菌培養槽を前記超好熱水素細菌が生育するの
   に好適な水素細菌生育温度に、前記メタン細菌培養槽を
   前記超好熱メタン細菌が生育するのに好適なメタン細菌
   生育温度に、それぞれ別個に維持し、 前記水素細菌培養槽に前記有機物を投入するとともに、
   前記水素細菌培養槽において分解生成される前記二酸化
   炭素、水素、有機酸を前記メタン細菌培養槽に導いて、
   前記メタン細菌培養槽において前記メタンを生成する請
   求項１〜３のいずれか１項に記載のメタン生成方法。
6. 【請求項６】 前記超好熱水素細菌により分解生成され
   た生成物のうち、前記超好熱メタン細菌によって消費し
   きれない前記生成物の量に従って、前記超好熱水素細菌
   の生育状況を調節する請求項１〜５のいずれか１項に記
   載のメタン生成方法。
7. 【請求項７】 前記超好熱水素細菌と前記超好熱メタン
   細菌との生育に必要な培養温度を維持するエネルギー源
   として、温度が７０℃以上１１０℃以下の低品位廃熱を
   使用する請求項１〜６のいずれか１項に記載のメタン生
   成方法。
8. 【請求項８】 前記有機物が、排水内に含まれる有機物
   である請求項１〜７のいずれか１項に記載のメタン生成
   方法。
9. 【請求項９】 超好熱水素細菌と超好熱メタン細菌とが
   共に生育可能な共通培養槽を備え、前記共通培養槽の温
   度を、前記超好熱水素細菌と前記超好熱メタン細菌とが
   共に生育可能な共通生育温度に維持する培養温度維持機
   構を備え、前記共通培養槽に有機物を投入する有機物投
   入口を設けるとともに、前記共通培養槽に生成されるメ
   タンを取り出し可能なメタン導出口を備えたメタン生成
   装置。
10. 【請求項１０】 培養液内に有機物投入口を介して投入
    される有機物を、槽内で培養される超好熱水素細菌が二
    酸化炭素、水素、有機酸に分解生成する水素細菌培養槽
    を備え、 前記水素細菌培養槽で生成される生成物から、槽内で培
    養される超好熱メタン細菌によりメタンを生成し、且つ
    生成されたメタンを導出するメタン導出口を備えたメタ
    ン細菌培養槽を備え、 前記水素細菌培養槽において分解生成される前記二酸化
    炭素、水素、有機酸をメタン細菌培養槽に移動させる生
    成物移動機構を備えるとともに、 前記水素細菌培養槽を前記超好熱水素細菌の生育に好適
    な水素細菌生育温度に、前記メタン細菌培養槽を前記超
    好熱メタン細菌の生育に好適なメタン細菌生育温度に、
    それぞれ別個に維持する個別培養温度維持機構を備えた
    メタン生成装置。
11. 【請求項１１】 前記超好熱水素細菌により分解生成さ
    れた生成物のうち、前記超好熱メタン細菌によって消費
    しきれない前記生成物の量を計測する生成物残量検出機
    構を備え、前記生成物残量検出機構の検出値に従って、
    前記超好熱水素細菌の生育状況を制御する水素細菌培養
    速度制御機構を備えた請求項９または１０記載のメタン
    生成装置。
12. 【請求項１２】 上流側に前記水素細菌培養槽としての
    水素細菌培養部を、下流側に前記メタン細菌培養槽とし
    てのメタン細菌培養部を有し、且つ前記両部間で培養液
    が流通可能な連続培養槽を備え、 前記両部間が、前記超好熱水素細菌および前記超好熱メ
    タン細菌を透過せず、且つ前記二酸化炭素、水素、有機
    酸を透過する分離膜によって仕切られて構成され、 前記水素細菌培養部から前記メタン細菌培養部へ前記二
    酸化炭素、水素、有機酸を移動させる移動機構を備えた
    請求項１０または１１記載のメタン生成装置。