アンモニア発酵槽、可燃性ガス製造装置およびそれらの運転方法
【課題】アンモニア発酵槽で処理した発酵資材に含まれるアンモニアの濃度を所定の値以下に抑制する装置および方法を低コストで提供する。
【解決手段】代表例として、独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センターに、受領番号ＮＩＴＥ ＡＰ−３９０として寄託されたテピジミクロビウムｓｐ ストレインＨＵＴ８１１８（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１８）もしくは受領番号ＮＩＴＥ ＡＰ−３９１として寄託されたテピジミクロビウムｓｐ ストレインＨＵＴ８１１９（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１９）と命名したバクテリアのいずれかまたは両方を混入させた発酵資材をアンモニア発酵槽に投入して所定の温度を保つ。
【解決手段】代表例として、独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センターに、受領番号ＮＩＴＥ ＡＰ−３９０として寄託されたテピジミクロビウムｓｐ ストレインＨＵＴ８１１８（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１８）もしくは受領番号ＮＩＴＥ ＡＰ−３９１として寄託されたテピジミクロビウムｓｐ ストレインＨＵＴ８１１９（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１９）と命名したバクテリアのいずれかまたは両方を混入させた発酵資材をアンモニア発酵槽に投入して所定の温度を保つ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物による反応を利用したアンモニア発酵槽、可燃性ガス製造装置およびそれらの運転方法に関するものであり、アンモニア発酵槽および可燃性ガス製造装置を含むシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスエンジン、ガスタービンなどの内燃機関の多くは、天然ガス、ＬＰＧまたは石油類を燃料として使用している。しかし、近年、化石燃料の高騰、各国のエネルギー戦略、省エネルギーおよび二酸化炭素排出削減などの問題から、下水汚泥、畜糞、食物性廃棄物、草木類または他の有機物の発酵などにより製造されるガスの利用が増加している。
【０００３】
有機物を微生物で発酵させる技術は、古来日本が得意とする分野である。発酵資材から発生するガスは、微生物を活性化させるとは限らず、例えば、アンモニアなどはメタンガスを作り出す、いわゆるメタン菌を死滅させる性質を持っている。
【０００４】
一方、アンモニアの発生量は発酵資材中に存在する窒素分の量に左右される。すなわち、発酵資材中に存在する窒素分は微生物の作用で分解され、アンモニア態窒素であるアンモニウムイオンに変化する。このアンモニウムイオンは硝酸菌等の微生物の作用により亜硝酸イオンや硝酸イオンに変化し、これらのイオンは、一酸化窒素、亜酸化窒素を経て、最終的に窒素ガスとなって放出される。この過程で発生するアンモニアがメタン発酵をつかさどる微生物に悪影響を及ぼす。
【０００５】
特許文献１には、有機性廃棄物を嫌気性発酵により処理する方法で、有機性廃棄物を可溶化し、アンモニアおよび水素を生成させる第一発酵工程と、発生した水素およびアンモニアがメタン発酵を阻害しないように、これらを除去する工程と、メタン発酵処理する第二発酵工程を含むことを特徴とする有機性廃棄物の処理方法が開示されている。特許文献１においては、発酵資材中からアンモニアを除去する工程において、消石灰などのアルカリ性資材を大量に投入するとともに加熱して、アンモニアをガスとして放出させることが記載されている。すなわち、上記の方法はアルカリ性資材を添加し続ける必要がある。
【０００６】
特許文献２には、有機廃棄物を発酵させてメタンガスを生成し、メタンガスから熱エネルギーおよび電気エネルギーを得るためのエネルギー変換装置を具備し、該エネルギー変換装置で得られたエネルギーを活用するメタン発酵処理システムが開示されている。
【０００７】
また、非特許文献１には、アンモニア発酵槽、脱アンモニア槽および乾式メタン発酵槽を含む、脱水汚泥の乾式メタン発酵プロセスが開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２０５０１７号公報
【特許文献２】特開２００６−１５０１５９号公報
【非特許文献１】生物工学 第８５巻 第４号 ｐｐ．１７１〜１７３（２００７年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１および非特許文献１に示したように、従来、発酵資材である有機性廃棄物をアンモニア発酵槽で処理した後には、脱アンモニア処理を行うことが必要であった。
【００１０】
しかし、特許文献１記載の脱アンモニア処理は、アルカリ性資材の添加という労力およびランニングコストの面から実用化の障害となる。また、非特許文献１記載の方法では、脱アンモニア槽を別個に設ける必要があり、運転コストの上昇が懸念される。
【００１１】
本発明の目的は、アンモニア発酵槽で処理した発酵資材に含まれるアンモニアの濃度を所定の値以下に抑制する装置および方法を低コストで提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センターに、受領番号ＮＩＴＥ ＡＰ−３９０として寄託されたテピジミクロビウムｓｐ ストレインＨＵＴ８１１８（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１８）もしくは受領番号ＮＩＴＥ ＡＰ−３９１として寄託されたテピジミクロビウムｓｐ ストレインＨＵＴ８１１９（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１９）と命名したバクテリアのいずれかまたは両方、あるいは前記バクテリアのいずれかまたは両方に加えて、テピジミクロビウム フェリフィラム（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｆｅｒｒｉｐｈｉｌｕｍ）、クロストリジウム ウルツネンセ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｕｌｔｕｎｅｎｓｅ）、ペプトストレプトコッカセ バクテリウム１９ｇｌｙ（Ｐｅｐｔｏｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃａｃｅａｅ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ １９ｇｌｙ）、クロストリジウムｓｐ ＰＯ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｓｐ． ＰＯ）、スポロアンアエロバクター アセチゲネスＬｕｐ３３（Ｓｐｏｒａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ａｃｅｔｉｇｅｎｅｓ Ｌｕｐ３３）およびアセトアンアエロバクターｓｐ（Ａｃｅｔａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ．）のうち少なくとも一種のバクテリアを含み、前記一種または複数種のバクテリアを混入させた発酵資材と、該発酵資材を投入するためのアンモニア発酵槽とを含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、上記アンモニア発酵槽を用いた可燃性ガス製造装置およびそれらの運転方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、有機性窒素分を多く含む発酵資材を発酵させて可燃性ガスを得る場合のアンモニアによるメタン菌阻害を防止することができ、メタン発酵を安定させて効率よくメタンガスを発生させることができる。
【００１５】
また、本発明によれば、発生したアンモニア等の臭気成分は燃焼装置で燃焼するため、悪臭の排出も防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の目的は、アンモニア発酵を効率よく行わせる特定のバクテリアを利用するとともに、そのバクテリアが最もよく活動する条件を特定したことによって達成される。
【００１７】
そして、本発明は、アンモニア発酵槽内の発酵資材の保温に発酵資材自体の反応熱を極力利用せず、外部の熱を利用する温度制御手段で発酵資材を所定の温度に維持することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、アンモニア発酵槽に薬品を追加しないことを特徴とする。今回発見した好適なバクテリアは、本発明の重要な構成要素である。
【００１９】
バイオマスと呼ばれる有機物は、代表的なものとして、畜糞、食品残渣、農産物、草木などが挙げられる。これらの有機物は、所定の条件下で加水分解処理が行われ、酪酸などの酸を生成する。この酸にメタン菌が作用すると、メタンガスが発生する。
【００２０】
しかし、この過程は、比較的長時間を要し、バイオマスに含まれる窒素分から有害なアンモニアを発生する。このアンモニアは発酵槽内のメタン菌を死滅させる作用があり、メタンガスの生成を妨げる。
【００２１】
そこで、従来、可燃性ガス発酵槽（ここでは、メタン発酵槽を代表例とする）でのアンモニアの発生量を少なくするために、発酵槽に投入される有機物に含まれる窒素分の量をメタン発酵槽に投入される前に少なくすることが試みられている。現状では、主な手段として窒素分を含まない発酵資材を混合して窒素分濃度を見かけ上低減して発酵槽に投入する、または多量の希釈水により見かけ上の窒素分濃度を低下させている。
【００２２】
しかし、これらの方法は、いずれも処理すべき発酵資材の投入量を減らすことになり、目標とする可燃性の発生ガス量を得ることができないという大きな欠点がある。さらに、希釈水を使った窒素分濃度の調整では、可燃性ガス発酵槽から排出される残渣中の消化液を増やすことになり、消化液の処理量が増え、手段費用、運転費用ともに大幅に高くなる。
【００２３】
希釈水を使わないメタン発酵方式（以下、乾式メタン発酵方式と呼ぶ）は、希釈水を使うメタン発酵方式（以下、湿式メタン発酵方式と呼ぶ）と異なり、発酵槽内のアンモニア濃度を調整するための希釈水を使わない。
【００２４】
したがって、乾式メタン発酵槽だけのシステムでは、発酵資材から発生するアンモニアによるメタン菌阻害を防止するための技術的対応が必要となる。特に、窒素分を多く含む食品残渣や畜糞では、この課題の解決が急務である。
【００２５】
本発明は、嫌気性メタン発酵槽の上流側に嫌気性アンモニア発酵槽を設け、発酵資材中に含まれる窒素分をアンモニアの形で除去、すなわち脱窒を行い、その後の乾式メタン発酵槽内で発生するアンモニアを少なくする、脱窒乾式メタン二段発酵システムである。本システムにより、発酵槽内のｐＨを最適化し、アンモニアによるメタン菌阻害を防止することが可能となった。
【００２６】
本発明は、下水汚泥、畜糞、食物性廃棄物、草木類または他の有機物の発酵を効率よく行い、ガス発生量を安定させるために、アンモニア発酵槽と可燃性ガス発酵槽とを連結した可燃性ガス製造装置に関するものである。
【００２７】
可燃性ガス発酵槽の上流にはアンモニア発酵槽が設けてあり、嫌気性発酵を行わせる。アンモニア発酵槽において、有機物中に含まれる窒素分は蛋白質あるいは尿酸の形で含まれることが多く、これらは酵素によって加水分解され、アンモニアになりやすい特長がある。アンモニアはメタン発酵に必要なメタン菌を阻害することが知られており、発酵資材中のアンモニア濃度が低いほど安定してメタンガスを発生する。
【００２８】
メタン発酵に用いる発酵資材中のアンモニア濃度がメタン発生量にどの程度影響するかは目安となるデータがある。これによると、発酵資材中のアンモニア濃度が３５００ｍｇ／ｋｇ以下にすることがメタン発酵に好適である。
【００２９】
そこで、本発明では、発酵資材中の窒素分をアンモニア態として除去し、次の可燃性ガス発酵槽内においてアンモニア濃度が３５００ｍｇ／ｋｇ以下、すなわち０．３５％以下になるようにアンモニア発酵槽における滞留時間を制御する。
【００３０】
また、本発明では、アンモニア発酵に好適なバクテリアの特定を行った。その結果、二種が好適であることが判明した。そこで、これら二種のバクテリアについてそれぞれ、テピジミクロビウムｓｐ ストレインＨＵＴ８１１８（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１８）およびテピジミクロビウムｓｐ ストレインＨＵＴ８１１９（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１９）と命名した。そして、これら二種のバクテリアを独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センターに寄託し、それぞれ、受領番号ＮＩＴＥ ＡＰ−３９０、ＮＩＴＥ ＡＰ−３９１を受けた。これらは鶏糞および消化汚泥由来のバクテリアである。
【００３１】
本発明によるアンモニア発酵に好適なバクテリアは上記の二種に限定されるわけでなく、上記二種のバクテリアと近縁のテピジミクロビウム フェリフィラム（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｆｅｒｒｉｐｈｉｌｕｍ）、クロストリジウム ウルツネンセ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｕｌｔｕｎｅｎｓｅ）、ペプトストレプトコッカセ バクテリウム１９ｇｌｙ（Ｐｅｐｔｏｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃａｃｅａｅ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ １９ｇｌｙ）、クロストリジウムｓｐ ＰＯ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｓｐ． ＰＯ）、スポロアンアエロバクター アセチゲネスＬｕｐ３３（Ｓｐｏｒａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ａｃｅｔｉｇｅｎｅｓ Ｌｕｐ３３）およびアセトアンアエロバクターｓｐ（Ａｃｅｔａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ．）も有効である。これらのバクテリアも鶏糞および消化汚泥の中に生息していることが多い。
【実施例１】
【００３２】
図１に本発明によるアンモニア発酵槽の概略構成図を示す。
【００３３】
アンモニア発酵槽１２０の内部は、鉛直方向に複数の段に分けてある。そして、アンモニア発酵槽１２０は、その下部において発酵資材１０２、１１６を混合してアンモニア発酵槽１２０外に搬送する攪拌搬送手段１０９と、攪拌された発酵資材１０２をアンモニア発酵槽１２０上段に搬送する搬送手段１１０、１１９、１１２と、各段に収容された発酵資材１０２、１１６を均等に堆積させるためのローラー１１４、１０５と、発生したアンモニアガスをアンモニア発酵槽１２０外に排出する排気口１１１とを具備している。
【００３４】
発酵資材は、各段に１０２、１１６のように滞留するようになっている。一定時間発酵した段階で、各段の発酵資材１０２、１１６は、矢印１１８に示すように下部１０８に落下させて集められ、攪拌搬送手段１０９で攪拌・混合された後、搬送手段１１０、１１９、１１２を介して再びアンモニア発酵槽１２０の導入口１０１まで持ち上げられる。導入口１０１に持ち上げられた発酵資材は再び各段に分配される。
【００３５】
更に発酵が進んだ段階で、発酵資材１０２、１１６は、再び下部１０８に集められ、混合搬送されてアンモニア発酵槽１２０最上部に再度持ち上げられる。このような過程を繰り返し行うことで、発酵資材１０２、１１６、１０８中の窒素分は、均等にアンモニアに変化して、排気口１１１からアンモニア発酵槽１２０外に排出される。
【００３６】
アンモニア発酵槽１２０で窒素分を減少させた発酵資材１０２、１１６、１０８は、次の発酵段階であるメタン発酵槽に移送される。なお、各段の発酵資材１０２、１１６を下部１０８に集める際は、各段の床面１０３、１１５、１０６、１１７が１０４、１０７に示すように、下方に開いて発酵資材１０２、１１６を自由落下させる。当然、この自由落下過程でも混合が行われることになる。発酵資材１０８は再びアンモニア発酵槽１２０最上部に持ち上げられて、導入口１０１を介してアンモニア発酵槽１２０内に投入される。なお、発酵資材１０２、１１６を一様な厚みにするためにローラー１１４、１０５で平らにすることができる。
【００３７】
ここで、発酵資材を自由落下させる手段を自由落下手段と呼び、攪拌搬送手段１０９および搬送手段１１０、１１９、１１２を機械的攪拌手段と呼ぶことにする。これらが発酵資材の混合手段を構成する。
【００３８】
一般に、好気性発酵においては、アンモニア発酵と同時に発酵資材中の有機物も反応してしまう。有機物が反応することは、アンモニア発酵の後に行われるメタン発酵において発生する可燃性ガス量を減らすことになり、メタン発酵による可燃性ガスの製造という目的に合致しない。
【００３９】
そこで、本発明では嫌気性発酵を行わせ、主にアンモニア発酵だけを行うため、嫌気性アンモニア発酵に好適な微生物の探索を行い、図４の系統樹に示すバクテリアを特定した。
【００４０】
すなわち、テピジミクロビウム フェリフィラムｓｐ．９１（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｆｅｒｒｉｐｈｉｌｕｍ ｓｐ．９１）の１６Ｓ ｒＤＮＡ 塩基配列との比較を行い、培養温度６５℃の場合に９３％の相同性が得、培養温度５５℃の場合に９２％の相同性を得る、アンモニア発酵に好適な二種のバクテリアである。以下、このバクテリアのうち、前者をｏｕｒ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ ２（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１８）、後者をｏｕｒ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ １（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１９）と呼ぶ。そして、これら二種のバクテリアを独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センターに寄託し、それぞれ、受領番号ＮＩＴＥ ＡＰ−３９０、ＮＩＴＥ ＡＰ−３９１を受けた。上記センターの受領日はともに、２００７年８月３日である。
【００４１】
このほか、アンモニア発酵槽１２０は、例えば、テピジミクロビウム フェリフィラム（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｆｅｒｒｉｐｈｉｌｕｍ）、クロストリジウム ウルツネンセ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｕｌｔｕｎｅｎｓｅ）、ペプトストレプトコッカセ バクテリウム（Ｐｅｐｔｏｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃａｃｅａｅ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ １９ｇｌｙ）、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｓｐ． ＰＯ）、スポロアンアエロバクター アセチゲネス（Ｓｐｏｒａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ａｃｅｔｉｇｅｎｅｓ Ｌｕｐ３３）およびアセトアンアエロバクター（Ａｃｅｔａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ．）等を含んでもよい。
【００４２】
図５-1、図５-2、図５-3および図５-4にｏｕｒ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ １（発酵温度５５℃）およびｏｕｒ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ ２（発酵温度６５℃）によるアンモニア発酵試験の結果を示す。
【００４３】
図５-1は、発酵温度とアンモニア発酵槽内のｐＨの変化を示したものである。横軸に日数、縦軸にｐＨ（水素イオン濃度）をとって示してある。
【００４４】
アンモニア発酵に適した発酵槽内ｐＨはアルカリ領域であり、ｐＨ８からｐＨ８．５が望ましい。この観点から結果を見ると、発酵温度を５５℃および６５℃に制御した場合は、ほぼこの領域を満足するが、発酵温度を７５℃以上にした場合、７日目以降、ｐＨが下がって中性に近づいてくる。
【００４５】
したがって、発酵温度は５５℃および６５℃を含む温度が望ましく、アンモニア発酵槽内の発酵資材の滞留時間は６日以内である望ましいことわかる。また、アンモニア発酵槽内のｐＨは７．５以上であることが望ましい。
【００４６】
本発明では、基本的には、脱アンモニア槽を用いず、アルカリ性資材などの薬剤を連続的に使用する必要がないため、労力およびランニングコストの面から非常に有利である。ただし、アンモニア発酵槽内のｐＨが突発的に７．５未満に低下してしまった場合、アルカリ性資材をアンモニア発酵槽内に投入して適切なｐＨに高めることは有効である。
【００４７】
図５-2は、鶏糞を発酵資材として本発明のバクテリアを使った場合の発酵試験の結果を示したものである。横軸に日数、縦軸に鶏糞１ｇ当たりの全ガス発生量をとって示してある。
【００４８】
発酵温度５５℃および６５℃において発酵時間とともに発生ガス量は増加しているのがわかる。この図中には示していないが、発酵温度７５℃および８５℃の場合、ほとんどガスが発生しないことがわかった。
【００４９】
図５-3および図５-4には、鶏糞を発酵資材として本発明のバクテリアを使った場合の発酵試験におけるＣＯ２およびＨ２の発生量の変化を示している。横軸に日数、縦軸に鶏糞１ｇ当たりのガス発生量をとって示してある。
【００５０】
本図において、発酵温度５５℃および６５℃で顕著なガス発生を確認できた。すなわち、発酵温度は、５５℃および６５℃を含み、かつ７５℃より低い温度が望ましいことがわかった。
【００５１】
図６には、鶏糞を発酵資材として本発明のバクテリアを用いた場合において、嫌気性発酵条件および好気性発酵条件の下でアンモニア発生試験を行った結果を示す。発酵温度は５５℃に設定した。（ａ）、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ、アンモニア生成量、ｐＨおよび含水率の変化を示したものである。（ａ）のグラフの縦軸は、湿潤状態の鶏糞１ｋｇ当たりのアンモニア生成量である。また、（ａ）、（ｂ）および（ｃ）すべてにおいて、横軸は培養時間である。
【００５２】
本発明は、メタン発酵におけるアンモニアによるメタン菌阻害を防止できる程度にアンモニア発酵で前処理を行い、アンモニアを除去することを目的としている。また、発酵資材の処理速度および有機物のメタン化の観点から、アンモニア発酵では、可能な限り短い時間に多量のアンモニアを発生させることが望ましい。
【００５３】
本図から、好気性発酵条件に比べて嫌気性発酵条件の方が、アンモニア生成量を長時間にわたって高く維持することができることがわかる。これは嫌気性発酵の方がアンモニア除去に関して有利であることを示している。
【００５４】
一方、ｐＨに関しては、発酵時間が長い場合、嫌気性発酵の方が、アルカリ性領域から中性領域に移行する傾向がある。メタン発酵では、発酵資材が中性であることが望ましく、本図に示した結果は望ましいものである。
【００５５】
また、含水率に関しては、どちらの発酵条件においても発酵時間４日（９６時間）程度では初期状態と変化しないことがわかる。
【００５６】
これらの結果から、アンモニア発酵には嫌気性発酵が好適であり、４日程度が望ましいことがわかる。
【実施例２】
【００５７】
図２は本発明による実施例２を示す可燃性ガス製造システムの概略構成図である。本図は、発生する可燃性ガスを燃焼装置の燃料に用いた例である。ここでは、代表的な可燃性ガスとしてメタンが発生する、いわゆるメタン発酵槽を例に挙げているが、メタン発酵に限ったものではない。ここで発生するメタンガスは、炭酸ガスなど、発酵過程で微生物が排出する不燃性ガスを含んでいる。
【００５８】
本システムは、発酵資材１が最初に投入されるアンモニア発酵槽２と、発酵資材１をアンモニア発酵槽２で窒素分を除去した後に投入されるメタン発酵槽４と、アンモニア発酵槽２およびメタン発酵槽４の内部の発酵資材１を加温するための加温手段５と、メタン発酵後にメタン発酵槽４内から排出される発酵残渣６を消化液８と固形分９とに分離する固液分離機７と、消化液８を浄化するための消化液浄化手段１０と、固形分９を乾燥する固形分乾燥手段１２と、乾燥後の固形分を炭化する炭化炉１３と、炭化過程で発生する乾留ガスを燃焼する燃焼装置１５と、燃焼ガスの持つ熱を回収する熱回収ボイラー１６と、メタン発酵ガスを貯蔵するメタンガス貯蔵タンク１７とを含む。
【００５９】
そして、発生したメタンガスの利用手段として、燃焼装置１８および排熱回収装置１９を有し、排気塔２０から排気を放出する。
【００６０】
アンモニア発酵槽２およびメタン発酵槽４は、発酵資材１の温度を制御する温度制御手段を有する。ここで、温度制御手段は、発酵資材１を加温するための加温手段５を含む。
【００６１】
なお、燃焼装置１５および１８は、広義のエネルギー変換装置であり、ここで発生する熱エネルギーを、アンモニア発酵槽２およびメタン発酵槽４の温度制御手段の熱源として利用することもできる。
【００６２】
アンモニア発酵槽２の上部には排気口３が設けてあり、発生したアンモニアガスを排出するようになっている。排気口３を燃焼装置１５または１８に接続し、燃焼装置１５または１８にアンモニアガスを導入して焼却・分解してもよい。これにより、悪臭の発生を防止することができる。
【００６３】
また、アンモニア発酵槽２で発生するアンモニアガスを水素源として回収し、水素エネルギーシステムのエネルギー源としてもよい。
【００６４】
なお、発酵資材１によっては、発生するメタン発酵ガス内に有害な物質が含まれ、装置を損傷する恐れがある。その場合は、発生したメタン発酵ガスを精製して有害な物質を取り除く手段を備える場合もある。
【００６５】
７は固液分離機である。１０は消化液浄化手段であり、回流水槽となっている。ここで、回分式の活性汚泥曝気処理を行う。消化液浄化手段１０は、メタン発酵処理後の消化液８を低コスト、かつ簡便な操作で浄化することを目指したもので、一つの消化液浄化手段１０に二台の曝気手段５１を備え、一日単位の消化液をバッチ式で処理するものである。消化液浄化手段１０は消化液８の残渣を除去する砂濾床１１、排水を希釈する希釈槽（図示せず）を付設してもよい。
【００６６】
従来の汚水浄化槽は、構成の複雑さから、イニシャルコスト、ランニングコストともに高額であったが、本システムでは、あらかじめアンモニア発酵槽２において発酵資材１中の窒素分を除去し、メタン発酵槽４内から排出される発酵残渣６を、消化液８と固形分９とを分離するため、消化液８の浄化は容易であり、１つの消化液浄化手段１０で浄化を可能としている。
【００６７】
乾式メタン発酵槽４から排出された発酵残渣６を固液分離した後の固形分９の含水率は５０〜６０％程度となる。固形分乾燥手段１２では、含水率の高い固形分９を３００℃以上の雰囲気で乾燥し、その後の炭化を容易にする。固形分９から発生する水蒸気５５は固形分乾燥手段１２の外部に放出する。また、固形分９から発生する粉塵はサイクロン５６で回収する。
【００６８】
本システムの場合、発酵残渣６の固液分離による固形分９の含水率以上に低くする必要がなく、固液分離機７に要求される投入エネルギーも少なくて済む。ここで回収したエネルギーは、乾式メタン発酵槽４内の発酵資材の加温に使用される。
【００６９】
炭化炉１３は内部自己加熱式である。炭化炉１３の内部は、６００〜９００℃雰囲気であり、固形分９を固形分乾燥手段１２で乾燥した後に炭化するものである。ここで発生する乾留ガス（ＣＯ、Ｈ２Ｏ、ＣＨ４等）および炭化物５２は、この乾留ガスは、燃焼装置１５で燃焼する。このとき発生する熱を熱交換器１６で回収し、加温手段５の熱源としている。加温手段５の熱は、アンモニア発酵槽２およびメタン発酵槽４の加熱に使うことができる。炭化炉１３で発生する乾留ガスの一部５３は、固形分乾燥手段１２に還流され、熱源として利用される。
【００７０】
以上のように、炭化炉１３および燃焼装置１５では、発酵残渣６由来の固形分９からもエネルギーを回収し、かつ固形分９の容積を２０〜３０％以下に減容することができる。
【００７１】
灰分１４は、本システムから発生する最終物であるが、融雪材などの有価物に利用可能であり、非常に取扱いやすいものである。
【００７２】
熱交換器１６熱回収された排気５４は、排気塔２０から排出される。
【００７３】
メタン発酵槽４から排出される発酵残渣６は消化液８と固形分９とに分離され、消化液８は消化液浄化手段１０において回分式活性汚泥曝気方式により浄化される。
【００７４】
消化液８が生物処理に向いているかどうかは、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）または全有機炭素量（ＴＯＣ）で判断されるが、ＢＯＤの濃度が高い場合、生物処理に向いていると判断される。
【００７５】
本システムにおいては、アンモニア発酵槽２で窒素分を除去するため、水質汚濁防止法に基づく排水放流の基準を生物処理によりほぼ達成できる。凝集材の使用が必要となるのは例外的な場合である。
【００７６】
本発明のアンモニア発酵槽２を用いて窒素分を取り除くことにより、従来技術において非常に多額となっていた水処理費用を少なくすることができる。
【００７７】
バイオマスメタン発酵に限らず、エネルギー品質レベルの低い物質を高品質のエネルギーに変換した場合、変換された単位エネルギーあたりの価格が高くなる傾向がある。このため、バイオマスである発酵資材１から可能な限りのエネルギーを回収するシステムを構築することが望まれる。本システムは、発酵残渣６由来の固形分９からエネルギーを回収するとともに減容を行うことができるものである。
【００７８】
発酵資材１としては、窒素分が多く含まれる食品残渣および畜糞でもよく、特に、畜糞のうち、従来、発酵が難しいとされている鶏糞に対しても、本発明は非常に有効である。
【００７９】
本システムの技術的特徴は、発酵資材１中に含まれる窒素分の多少にかかわらず、様々な有機物を効率よく分解し、安定して可燃性ガスを生成することができる。
【００８０】
メタン発酵槽４から取り出される発酵残渣６は、消化液８と固形分９とに分離される。消化液８は、消化液浄化手段１０の回分式活性汚泥曝気槽を用いて生物処理した後、水質汚濁防止法に定める基準を満足するようにして放流する。固形分９は、炭化炉１３を用いて更にエネルギーの回収および減容を行い、残った炭化物は融雪材等の有価物として利用することができる。
【００８１】
図２に示す本実施例においては、アンモニア発酵槽２は嫌気性発酵槽であり、縦型である。本図において、アンモニア発酵槽２は上段、中段および下段の三段に分けてある。発酵資材１は所定の時間間隔で各段に落下させて混合する。アンモニア発酵槽２内の発酵資材１は、外部熱源、例えば乾留ガス燃焼装置１５から得られる熱によって加温され、発酵温度を一定に制御している。
【００８２】
アンモニア発酵槽２内に発酵資材１を４日間滞留させて発酵資材１中の窒素分のうち７０〜８０％をアンモニアに変化させて脱窒する。アンモニア発酵に関わる微生物群の解析を行うともに、アンモニア発酵を効率よく行うためのアンモニア発酵槽２の構造検討を行った。その結果、発酵資材１の滞留時間が４日の場合に、アンモニア生成率８５％、カーボン類減少率１５％を達成することができた。
【００８３】
この条件でメタン発酵を行った結果、発酵資材トン当たり８０〜１００ｍ３のメタン発酵ガスを得ることができた。アンモニア発酵槽２におけるアンモニア除去の結果、後段のメタン発酵槽４内のアンモニア濃度は０．３５％以下で、アンモニアによるメタン菌阻害を防止することができた。
【００８４】
メタン発酵槽４は嫌気性乾式である。メタン発酵槽４にはパドル式攪拌機が内蔵されている。常時、発酵資材１の一部をメタン発酵槽４から加温手段５に移送して、熱交換を行い、メタン発酵槽４内部の温度を一定に制御している。
【００８５】
所定の時間間隔でメタン発酵槽４内の発酵資材１の分析を行い、メタン発酵槽４内の発酵資材１が望ましい条件、すなわちｐＨ８前後およびアンモニア濃度３５００ｍｇ／ｋｇ以下になるように、発酵資材１の投入割合、投入量を制御して効率よくメタンガスを発生させた。これにより、エネルギー変換効率が、メタン発酵槽４への投入エンタルピーを基準として７５％以上という非常に高い変換効率を実現した。
【００８６】
ここで、エネルギー変換効率は、発酵資材１の持つ全エンタルピーに対する、メタン発酵で得られる可燃性ガスのエンタルピーおよび残渣を乾留して得られるエンタルピーの和である。
【００８７】
以下、本発明の嫌気性アンモニア発酵槽について述べる。
【００８８】
図２において、発酵資材１が嫌気性のアンモニア発酵槽２に送り込まれ、数日間をアンモニア発酵槽２内に滞留させる。この間、アンモニア発酵に最適な温度環境にするために、加温手段５などから供給される熱によって発酵資材１を所定温度に加温し、アンモニア発酵を促進する。
【００８９】
発酵資材１をアンモニア発酵槽２からメタン発酵槽４または外部に移送する手段を発酵資材移送手段と呼ぶ。
【００９０】
本発明によるシステムは、希釈水を使った湿式発酵システムと異なり、消化液８の排出量が大幅に少なく、この後に備える消化液浄化手段１０の容量も大幅に小さくなり、経済効果が非常に大きいとともに、商用化の場合の運用も単純で普及しやすいと考える。
【実施例３】
【００９１】
図３に本発明による実施例３の可燃性ガス製造システムを示す。符号の多くは、図２と同様である。図２と異なる点は、メタン発酵槽４から発生するメタンガスをガスエンジン２１の燃料として使う点である。この場合、ガスエンジン２１による機械的エネルギーを得ることができる。そして、その機械的エネルギーを利用して発電を行い、電気エネルギー２５を得ることができる。また、メタンガスの燃焼による熱エネルギー２４も得ることができる。以上のように、メタンガスから機械的エネルギー、電気エネルギーおよび熱エネルギーを得る装置をエネルギー変換装置と呼ぶ。
【００９２】
このエネルギー変換装置で発生する電気エネルギーまたは熱エネルギーを、アンモニア発酵槽２およびメタン発酵槽４の温度制御手段の熱源として利用することもできる。
【００９３】
また、ガスエンジン２１の排気から熱回収を行う排熱回収装置２２を設置することも可能である。これらの排熱をアンモニア発酵槽２およびメタン発酵槽４の加温に利用することもできる。さらに、ガスエンジン２１の排気は温室２３の加温熱源または二酸化炭素源としても利用できる。
【００９４】
なお、本実施例では、ガスエンジン２１によるエネルギー変換装置を説明したが、ガスエンジン２１の代わりに燃料電池を用いても、同様のエネルギー変換を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明による実施例１を示すアンモニア発酵槽の概略構成図である。
【図２】本発明による実施例２を示す可燃性ガス製造システムの概略構成図である。
【図３】本発明による実施例３を示す可燃性ガス製造システムの概略構成図である。
【図４】本発明のバクテリアの系統樹である。
【図５−１】本発明によるアンモニア発酵槽におけるｐＨの測定結果を示すグラフである。
【図５−２】本発明によるアンモニア発酵槽において発生する全ガス量の測定結果を示すグラフである。
【図５−３】本発明によるアンモニア発酵槽において発生する二酸化炭素量の測定結果を示すグラフである。
【図５−４】本発明によるアンモニア発酵槽において発生する水素量の測定結果を示すグラフである。
【図６】鶏糞の発酵によるアンモニア発生試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９６】
１…発酵資材、２…アンモニア発酵槽、３…排気口、４…メタン発酵槽、５…加温手段、６…発酵残渣、７…固液分離機、８…消化液、９…固形分、１０…消化液浄化手段、１１…砂濾床、１２…固形分乾燥手段、１３…炭化炉、１４…灰分、１５…燃焼装置、１６…熱交換器、１７…メタンガス貯蔵タンク。
【配列表フリーテキスト】
【００９７】
配列番号１：テピジミクロビウム（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１８）菌株の１６Ｓ ｒＤＮＡの塩基配列（１４５７ｂｐ）：
ＧＡＣＧＡＡＣＧＣＴＧＧＣＧＧＣＧＴＧＣＣＴＡＡＣＡＣＡＴＧＣＡＡＧＴＣＧＡＧＣＧＡＧＧＧＡＴＴＴＡＴＧＡＣＧＧＡＴＴＣＣＴＴＣＧＧＧＡＴＧＡＡＧＡＣＡＴＡＡＡＴＣＡＣＣＴＡＧＣＧＧＣＧＧＡＣＧＧＧＴＧＡＧＴＡＡＣＧＣＧＴＧＡＧＧＡＡＣＣＴＡＣＣＴＣＣＴＡＣＡＡＧＧＧＧＡＴＡＧＣＣＴＣＧＧＧＡＡＡＣＴＧＧＧＡＴＴＡＡＴＡＣＣＣＴＡＴＧＡＣＡＣＴＴＡＡＧＧＡＴＣＧＣＡＴＧＡＴＣＴＴＴＡＧＧＴＴＡＡＡＧＣＧＡＴＡＴＡＧＣＧＧＴＡＧＧＡＧＡＴＧＧＣＣＴＣＧＣＧＴＣＣＣＡＴＴＡＧＣＴＡＧＴＴＧＧＴＧＡＧＧＴＡＡＣＧＧＣＴＴＡＣＣＡＡＧＧＣＧＡＣＧＡＴＧＧＧＴＡＧＣＣＧＧＣＣＴＧＡＧＡＧＧＧＴＧＡＡＣＧＧＣＣＡＣＡＣＴＧＧＡＡＣＴＧＡＧＡＣＡＣＧＧＴＣＣＡＧＡＣＴＣＣＴＡＣＧＧＧＡＧＧＣＡＧＣＡＧＴＧＧＧＧＡＡＴＡＴＴＧＣＡＣＡＡＴＧＧＧＣＧＡＡＡＧＣＣＴＧＡＴＧＣＡＧＣＧＡＣＧＣＣＧＣＧＴＧＡＧＣＧＡＡＧＡＡＧＧＣＣＴＴＣＧＧＧＴＣＧＴＡＡＡＧＣＴＣＴＧＴＣＣＴＡＴＧＧＧＡＣＧＡＴＡＡＴＧＡＣＧＧＴＡＣＣＡＴＡＧＧＡＧＧＡＡＧＣＣＣＣＧＧＣＴＡＡＣＴＡＣＧＴＧＣＣＡＧＣＡＧＣＣＧＣＧＧＴＡＡＴＡＣＧＴＡＧＧＧＧＧＣＧＡＧＣＧＴＴＧＴＣＣＧＧＡＡＴＴＡＣＴＧＧＧＣＧＴＡＡＡＧＧＧＴＡＣＧＣＡＧＧＣＧＧＣＴＡＧＧＴＡＡＧＴＣＡＧＡＴＧＴＧＡＡＡＴＣＣＡＴＧＧＧＣＴＣＡＡＣＣＣＡＴＧＴＡＡＧＣＡＴＴＴＧＡＡＡＣＴＧＣＴＴＡＧＣＴＴＧＡＧＴＴＡＡＧＧＡＧＡＧＧＡＡＡＧＴＧＧＡＡＴＴＣＣＴＧＧＴＧＴＡＧＣＧＧＴＧＡＡＡＴＧＣＧＴＡＧＡＴＡＴＣＡＧＧＡＧＧＡＡＴＡＣＣＡＧＴＧＧＣＧＡＡＧＧＣＧＡＣＴＴＴＣＴＧＧＣＣＴＴＡＡＡＣＴＧＡＣＧＣＴＧＡＧＧＴＡＣＧＡＡＡＧＣＧＴＧＧＧＧＡＧＣＡＡＡＣＡＧＧＡＴＴＡＧＡＴＡＣＣＣＴＧＧＴＡＧＴＣＣＡＣＧＣＣＧＴＡＡＡＣＧＡＴＧＡＧＴＧＣＴＡＧＧＴＧＴＣＧＧＧＧＧＴＴＴＡＡＣＣＴＴＣＧＧＴＧＣＣＧＣＡＧＴＴＡＡＣＡＣＡＴＴＡＡＧＣＡＣＴＣＣＧＣＣＴＧＧＧＧＡＧＴＡＣＧＴＴＣＧＣＡＡＧＡＡＴＧＡＡＡＣＴＣＡＡＡＧＧＡＡＴＴＧＡＣＧＧＧＧＡＣＣＣＧＣＡＣＡＡＧＣＡＧＣＧＧＡＧＣＡＴＧＴＧＧＴＴＴＡＡＴＴＣＧＡＴＧＣＡＡＣＧＣＧＡＡＧＡＡＣＣＴＴＡＣＣＡＧＧＧＣＴＴＧＡＣＡＣＣＣＣＴＣＴＧＣＣＧＧＧＡＣＴＡＧＡＧＡＴＡＧＴＣＣＴＴＴＣＣＣＴＴＣＧＧＧＧＡＣＧＧＡＧＧＡＧＡＣＡＧＧＴＧＧＴＧＣＡＴＧＧＴＴＧＴＣＧＴＣＡＧＣＴＣＧＴＧＴＣＧＴＧＡＧＡＴＧＴＴＧＧＧＴＴＡＡＧＴＣＣＣＧＣＡＡＣＧＡＧＣＧＣＡＡＣＣＣＴＴＧＣＣＴＴＴＡＧＴＴＧＣＣＡＧＣＡＣＴＴＴＡＧＧＴＧＧＧＣＡＣＴＣＴＡＧＡＧＧＧＡＣＴＧＣＣＧＡＴＧＡＣＡＡＡＴＣＧＧＡＧＧＡＡＧＧＴＧＧＧＧＡＴＧＡＣＧＴＣＧＡＡＴＣＧＴＣＡＴＧＣＣＣＴＴＴＡＴＧＴＣＣＴＧＧＧＣＴＡＣＡＣＡＣＧＴＧＣＴＡＣＡＡＴＧＧＴＣＧＧＴＡＣＡＡＣＧＧＧＴＡＧＣＡＡＧＣＧＡＧＣＧＡＴＣＧＴＧＡＧＣＣＡＡＴＣＣＣＴＡＡＡＡＧＣＣＧＡＴＣＴＣＡＧＴＴＣＧＧＡＴＴＧＣＡＧＧＣＴＧＣＡＡＣＴＣＧＣＣＴＧＣＡＴＧＡＡＧＴＣＧＧＡＧＴＴＧＣＴＡＧＴＡＡＴＣＧＣＧＧＡＴＣＡＧＣＡＴＧＣＣＧＣＧＧＴＧＡＡＴＧＣＧＴＴＣＣＣＧＧＧＴＣＴＴＧＴＡＣＡＣＡＣＣＧＣＣＣＧＴＣＡＣＡＣＣＡＴＧＧＧＡＧＴＴＡＧＣＡＡＴＡＣＣＣＧＡＡＧＣＣＡＧＴＧＡＧＣＴＡＡＣＣＴＴＡＡＡＧＧＧＧＧＣＡＧＣＴＧＴＣＧＡＡＧＧＴＡＧＧＧＣＴＡＡＴＧＡＣＴＧＧＧＧＴＧ
配列番号２：テピジミクロビウム（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１９）菌株の１６Ｓ ｒＤＮＡの塩基配列（１４６０ｂｐ）：
ＧＡＣＧＡＡＣＧＣＴＧＧＣＧＧＣＧＴＧＣＣＴＡＡＣＡＣＡＴＧＣＡＡＧＴＣＧＡＧＣＧＡＡＧＴＧＣＴＴＴＡＡＧＴＧＧＡＡＴＣＣＴＴＣＧＧＧＡＧＧＡＡＡＣＴＴＧＡＡＧＣＧＣＴＴＡＧＣＧＧＣＧＧＡＣＧＧＧＴＧＡＧＴＡＡＴＡＣＧＴＧＡＧＧＡＡＣＣＴＡＣＣＴＴＣＣＡＣＡＡＧＧＧＧＡＴＡＧＣＣＴＣＧＧＧＡＡＡＣＣＧＧＧＡＴＴＡＡＴＡＣＣＣＴＡＴＧＡＣＡＣＣＴＡＡＧＡＧＴＣＧＣＡＴＧＡＴＡＣＣＴＡＧＧＴＴＡＡＡＧＣＧＡＡＴＴＡＧＣＧＧＴＧＧＧＡＧＡＴＧＧＣＣＴＣＡＣＧＴＣＣＣＡＴＴＡＧＣＴＡＧＴＴＧＧＴＧＡＧＧＴＡＡＣＧＧＣＴＣＡＣＣＡＡＧＧＣＧＡＣＧＡＴＧＧＧＴＡＧＣＣＧＧＣＣＴＧＡＧＡＧＧＧＴＧＡＣＣＧＧＣＣＡＣＡＣＴＧＧＧＡＣＴＧＡＧＡＣＡＣＧＧＣＣＣＡＧＡＣＴＣＣＴＡＣＧＧＧＡＧＧＣＡＧＣＡＧＴＧＧＧＧＡＡＴＡＴＴＧＣＡＣＡＡＴＧＧＧＣＧＡＡＡＧＣＣＴＧＡＴＧＣＡＧＣＧＡＣＧＣＣＧＣＧＴＧＡＧＣＧＡＡＧＡＡＧＧＣＣＴＴＣＧＧＧＴＣＧＴＡＡＡＧＣＴＣＴＧＴＣＣＴＡＴＧＧＧＡＡＧＡＴＡＡＴＧＡＣＧＧＴＡＣＣＡＴＡＧＧＡＧＧＡＡＧＣＣＣＣＧＧＣＴＡＡＣＴＡＣＧＴＧＣＣＡＧＣＡＧＣＣＧＣＧＧＴＡＡＴＡＣＧＴＡＧＧＧＧＧＣＧＡＧＣＧＴＴＧＴＣＣＧＧＡＡＴＧＡＣＴＧＧＧＣＧＴＡＡＡＧＧＧＴＡＣＧＴＡＧＧＣＧＧＣＴＧＡＧＴＡＡＧＴＣＡＧＡＴＧＴＧＡＡＡＧＴＣＴＡＧＧＧＣＴＣＡＡＣＣＣＴＡＧＴＧＡＧＣＡＴＴＴＧＡＡＡＣＴＧＣＴＴＡＧＣＴＴＧＡＧＴＣＧＡＧＧＡＧＡＧＧＡＡＧＧＴＧＧＡＡＴＴＣＣＴＧＧＴＧＴＡＧＣＧＧＴＧＡＡＡＴＧＣＧＴＡＧＡＴＡＴＣＡＧＧＡＧＧＡＡＴＡＣＣＡＧＴＧＧＣＧＡＡＧＧＣＧＡＣＣＴＴＣＴＧＧＣＣＴＴＧＧＡＣＴＧＡＣＧＣＴＧＡＧＧＴＡＣＧＡＡＡＧＣＧＴＧＧＧＧＡＧＣＡＡＡＣＡＧＧＡＴＴＡＧＡＴＡＣＣＣＴＧＧＴＡＧＴＣＣＡＣＧＣＣＧＴＡＡＡＣＧＡＴＧＡＧＴＧＣＴＡＧＧＴＧＴＣＧＧＧＧＧＡＧＡＴＡＴＣＣＴＴＣＧＧＴＧＣＣＧＡＡＧＴＴＡＡＣＡＣＡＴＴＡＡＧＣＡＣＴＣＣＧＣＣＴＧＧＧＧＡＧＴＡＣＧＧＴＣＧＣＡＡＧＡＣＴＧＡＡＡＣＴＣＡＡＡＧＧＡＡＴＴＧＡＣＧＧＧＧＡＣＣＣＧＣＡＣＡＡＧＣＡＧＣＧＧＡＧＣＡＴＧＴＧＧＴＴＴＡＡＴＴＣＧＡＴＧＣＡＡＣＧＣＧＡＡＧＡＧＣＣＴＴＡＣＣＡＧＧＧＣＴＴＧＡＣＡＴＣＣＣＴＣＴＧＡＣＣＧＧＴＧＴＡＧＡＧＡＴＡＣＡＣＣＣＴＴＣＴＴＣＣＴＴＣＧＧＧＡＡＧＡＣＡＧＡＧＧＡＧＡＣＡＧＧＴＧＧＴＧＣＡＴＧＧＴＴＧＴＣＧＴＣＡＧＣＴＣＧＴＧＴＣＧＴＧＡＧＡＴＧＴＴＧＧＧＴＴＡＡＧＴＣＣＣＧＣＡＡＣＧＡＧＣＧＣＡＡＣＣＣＴＴＧＣＣＴＣＴＡＧＴＴＧＣＣＡＧＣＡＣＴＴＴＧＧＧＴＧＧＧＣＡＣＴＣＴＡＧＡＧＧＧＡＣＴＧＣＣＧＧＣＡＡＡＡＡＧＴＣＧＧＡＧＧＡＡＧＧＴＧＧＧＧＡＴＧＡＣＧＴＣＡＡＡＴＣＡＴＣＡＴＧＣＣＣＴＴＴＡＴＧＴＣＣＴＧＧＧＣＴＡＣＡＣＡＣＧＴＧＣＴＡＣＡＡＴＧＧＴＣＧＧＴＡＣＡＡＡＧＧＧＣＡＧＣＧＡＣＣＴＡＧＣＧＡＴＡＧＧＡＡＧＣＧＡＡＴＣＣＣＡＡＡＡＡＧＣＣＧＡＴＣＴＣＡＧＴＴＣＧＧＡＴＴＧＣＡＧＧＣＴＧＣＡＡＣＴＣＧＣＣＴＧＣＡＴＧＡＡＧＣＣＧＧＡＧＴＴＧＣＴＡＧＴＡＡＴＣＧＣＧＧＡＴＣＡＧＣＡＴＧＣＣＧＣＧＧＴＧＡＡＴＡＣＧＴＴＣＣＣＧＧＧＴＣＴＴＧＴＡＣＡＣＡＣＣＧＣＣＣＧＴＣＡＣＡＣＣＡＴＧＧＧＡＧＴＣＡＧＣＡＡＴＧＣＣＴＧＡＡＧＣＣＡＧＴＧＡＧＣＴＡＡＣＣＧＴＡＡＧＧＧＧＧＣＡＧＣＴＧＴＣＧＡＡＧＧＣＡＧＧＧＣＴＧＡＴＧＡＣＴＧＧＧＧＴＧ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物による反応を利用したアンモニア発酵槽、可燃性ガス製造装置およびそれらの運転方法に関するものであり、アンモニア発酵槽および可燃性ガス製造装置を含むシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスエンジン、ガスタービンなどの内燃機関の多くは、天然ガス、ＬＰＧまたは石油類を燃料として使用している。しかし、近年、化石燃料の高騰、各国のエネルギー戦略、省エネルギーおよび二酸化炭素排出削減などの問題から、下水汚泥、畜糞、食物性廃棄物、草木類または他の有機物の発酵などにより製造されるガスの利用が増加している。
【０００３】
有機物を微生物で発酵させる技術は、古来日本が得意とする分野である。発酵資材から発生するガスは、微生物を活性化させるとは限らず、例えば、アンモニアなどはメタンガスを作り出す、いわゆるメタン菌を死滅させる性質を持っている。
【０００４】
一方、アンモニアの発生量は発酵資材中に存在する窒素分の量に左右される。すなわち、発酵資材中に存在する窒素分は微生物の作用で分解され、アンモニア態窒素であるアンモニウムイオンに変化する。このアンモニウムイオンは硝酸菌等の微生物の作用により亜硝酸イオンや硝酸イオンに変化し、これらのイオンは、一酸化窒素、亜酸化窒素を経て、最終的に窒素ガスとなって放出される。この過程で発生するアンモニアがメタン発酵をつかさどる微生物に悪影響を及ぼす。
【０００５】
特許文献１には、有機性廃棄物を嫌気性発酵により処理する方法で、有機性廃棄物を可溶化し、アンモニアおよび水素を生成させる第一発酵工程と、発生した水素およびアンモニアがメタン発酵を阻害しないように、これらを除去する工程と、メタン発酵処理する第二発酵工程を含むことを特徴とする有機性廃棄物の処理方法が開示されている。特許文献１においては、発酵資材中からアンモニアを除去する工程において、消石灰などのアルカリ性資材を大量に投入するとともに加熱して、アンモニアをガスとして放出させることが記載されている。すなわち、上記の方法はアルカリ性資材を添加し続ける必要がある。
【０００６】
特許文献２には、有機廃棄物を発酵させてメタンガスを生成し、メタンガスから熱エネルギーおよび電気エネルギーを得るためのエネルギー変換装置を具備し、該エネルギー変換装置で得られたエネルギーを活用するメタン発酵処理システムが開示されている。
【０００７】
また、非特許文献１には、アンモニア発酵槽、脱アンモニア槽および乾式メタン発酵槽を含む、脱水汚泥の乾式メタン発酵プロセスが開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２０５０１７号公報
【特許文献２】特開２００６−１５０１５９号公報
【非特許文献１】生物工学 第８５巻 第４号 ｐｐ．１７１〜１７３（２００７年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１および非特許文献１に示したように、従来、発酵資材である有機性廃棄物をアンモニア発酵槽で処理した後には、脱アンモニア処理を行うことが必要であった。
【００１０】
しかし、特許文献１記載の脱アンモニア処理は、アルカリ性資材の添加という労力およびランニングコストの面から実用化の障害となる。また、非特許文献１記載の方法では、脱アンモニア槽を別個に設ける必要があり、運転コストの上昇が懸念される。
【００１１】
本発明の目的は、アンモニア発酵槽で処理した発酵資材に含まれるアンモニアの濃度を所定の値以下に抑制する装置および方法を低コストで提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センターに、受領番号ＮＩＴＥ ＡＰ−３９０として寄託されたテピジミクロビウムｓｐ ストレインＨＵＴ８１１８（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１８）もしくは受領番号ＮＩＴＥ ＡＰ−３９１として寄託されたテピジミクロビウムｓｐ ストレインＨＵＴ８１１９（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１９）と命名したバクテリアのいずれかまたは両方、あるいは前記バクテリアのいずれかまたは両方に加えて、テピジミクロビウム フェリフィラム（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｆｅｒｒｉｐｈｉｌｕｍ）、クロストリジウム ウルツネンセ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｕｌｔｕｎｅｎｓｅ）、ペプトストレプトコッカセ バクテリウム１９ｇｌｙ（Ｐｅｐｔｏｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃａｃｅａｅ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ １９ｇｌｙ）、クロストリジウムｓｐ ＰＯ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｓｐ． ＰＯ）、スポロアンアエロバクター アセチゲネスＬｕｐ３３（Ｓｐｏｒａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ａｃｅｔｉｇｅｎｅｓ Ｌｕｐ３３）およびアセトアンアエロバクターｓｐ（Ａｃｅｔａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ．）のうち少なくとも一種のバクテリアを含み、前記一種または複数種のバクテリアを混入させた発酵資材と、該発酵資材を投入するためのアンモニア発酵槽とを含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、上記アンモニア発酵槽を用いた可燃性ガス製造装置およびそれらの運転方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、有機性窒素分を多く含む発酵資材を発酵させて可燃性ガスを得る場合のアンモニアによるメタン菌阻害を防止することができ、メタン発酵を安定させて効率よくメタンガスを発生させることができる。
【００１５】
また、本発明によれば、発生したアンモニア等の臭気成分は燃焼装置で燃焼するため、悪臭の排出も防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の目的は、アンモニア発酵を効率よく行わせる特定のバクテリアを利用するとともに、そのバクテリアが最もよく活動する条件を特定したことによって達成される。
【００１７】
そして、本発明は、アンモニア発酵槽内の発酵資材の保温に発酵資材自体の反応熱を極力利用せず、外部の熱を利用する温度制御手段で発酵資材を所定の温度に維持することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、アンモニア発酵槽に薬品を追加しないことを特徴とする。今回発見した好適なバクテリアは、本発明の重要な構成要素である。
【００１９】
バイオマスと呼ばれる有機物は、代表的なものとして、畜糞、食品残渣、農産物、草木などが挙げられる。これらの有機物は、所定の条件下で加水分解処理が行われ、酪酸などの酸を生成する。この酸にメタン菌が作用すると、メタンガスが発生する。
【００２０】
しかし、この過程は、比較的長時間を要し、バイオマスに含まれる窒素分から有害なアンモニアを発生する。このアンモニアは発酵槽内のメタン菌を死滅させる作用があり、メタンガスの生成を妨げる。
【００２１】
そこで、従来、可燃性ガス発酵槽（ここでは、メタン発酵槽を代表例とする）でのアンモニアの発生量を少なくするために、発酵槽に投入される有機物に含まれる窒素分の量をメタン発酵槽に投入される前に少なくすることが試みられている。現状では、主な手段として窒素分を含まない発酵資材を混合して窒素分濃度を見かけ上低減して発酵槽に投入する、または多量の希釈水により見かけ上の窒素分濃度を低下させている。
【００２２】
しかし、これらの方法は、いずれも処理すべき発酵資材の投入量を減らすことになり、目標とする可燃性の発生ガス量を得ることができないという大きな欠点がある。さらに、希釈水を使った窒素分濃度の調整では、可燃性ガス発酵槽から排出される残渣中の消化液を増やすことになり、消化液の処理量が増え、手段費用、運転費用ともに大幅に高くなる。
【００２３】
希釈水を使わないメタン発酵方式（以下、乾式メタン発酵方式と呼ぶ）は、希釈水を使うメタン発酵方式（以下、湿式メタン発酵方式と呼ぶ）と異なり、発酵槽内のアンモニア濃度を調整するための希釈水を使わない。
【００２４】
したがって、乾式メタン発酵槽だけのシステムでは、発酵資材から発生するアンモニアによるメタン菌阻害を防止するための技術的対応が必要となる。特に、窒素分を多く含む食品残渣や畜糞では、この課題の解決が急務である。
【００２５】
本発明は、嫌気性メタン発酵槽の上流側に嫌気性アンモニア発酵槽を設け、発酵資材中に含まれる窒素分をアンモニアの形で除去、すなわち脱窒を行い、その後の乾式メタン発酵槽内で発生するアンモニアを少なくする、脱窒乾式メタン二段発酵システムである。本システムにより、発酵槽内のｐＨを最適化し、アンモニアによるメタン菌阻害を防止することが可能となった。
【００２６】
本発明は、下水汚泥、畜糞、食物性廃棄物、草木類または他の有機物の発酵を効率よく行い、ガス発生量を安定させるために、アンモニア発酵槽と可燃性ガス発酵槽とを連結した可燃性ガス製造装置に関するものである。
【００２７】
可燃性ガス発酵槽の上流にはアンモニア発酵槽が設けてあり、嫌気性発酵を行わせる。アンモニア発酵槽において、有機物中に含まれる窒素分は蛋白質あるいは尿酸の形で含まれることが多く、これらは酵素によって加水分解され、アンモニアになりやすい特長がある。アンモニアはメタン発酵に必要なメタン菌を阻害することが知られており、発酵資材中のアンモニア濃度が低いほど安定してメタンガスを発生する。
【００２８】
メタン発酵に用いる発酵資材中のアンモニア濃度がメタン発生量にどの程度影響するかは目安となるデータがある。これによると、発酵資材中のアンモニア濃度が３５００ｍｇ／ｋｇ以下にすることがメタン発酵に好適である。
【００２９】
そこで、本発明では、発酵資材中の窒素分をアンモニア態として除去し、次の可燃性ガス発酵槽内においてアンモニア濃度が３５００ｍｇ／ｋｇ以下、すなわち０．３５％以下になるようにアンモニア発酵槽における滞留時間を制御する。
【００３０】
また、本発明では、アンモニア発酵に好適なバクテリアの特定を行った。その結果、二種が好適であることが判明した。そこで、これら二種のバクテリアについてそれぞれ、テピジミクロビウムｓｐ ストレインＨＵＴ８１１８（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１８）およびテピジミクロビウムｓｐ ストレインＨＵＴ８１１９（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１９）と命名した。そして、これら二種のバクテリアを独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センターに寄託し、それぞれ、受領番号ＮＩＴＥ ＡＰ−３９０、ＮＩＴＥ ＡＰ−３９１を受けた。これらは鶏糞および消化汚泥由来のバクテリアである。
【００３１】
本発明によるアンモニア発酵に好適なバクテリアは上記の二種に限定されるわけでなく、上記二種のバクテリアと近縁のテピジミクロビウム フェリフィラム（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｆｅｒｒｉｐｈｉｌｕｍ）、クロストリジウム ウルツネンセ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｕｌｔｕｎｅｎｓｅ）、ペプトストレプトコッカセ バクテリウム１９ｇｌｙ（Ｐｅｐｔｏｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃａｃｅａｅ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ １９ｇｌｙ）、クロストリジウムｓｐ ＰＯ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｓｐ． ＰＯ）、スポロアンアエロバクター アセチゲネスＬｕｐ３３（Ｓｐｏｒａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ａｃｅｔｉｇｅｎｅｓ Ｌｕｐ３３）およびアセトアンアエロバクターｓｐ（Ａｃｅｔａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ．）も有効である。これらのバクテリアも鶏糞および消化汚泥の中に生息していることが多い。
【実施例１】
【００３２】
図１に本発明によるアンモニア発酵槽の概略構成図を示す。
【００３３】
アンモニア発酵槽１２０の内部は、鉛直方向に複数の段に分けてある。そして、アンモニア発酵槽１２０は、その下部において発酵資材１０２、１１６を混合してアンモニア発酵槽１２０外に搬送する攪拌搬送手段１０９と、攪拌された発酵資材１０２をアンモニア発酵槽１２０上段に搬送する搬送手段１１０、１１９、１１２と、各段に収容された発酵資材１０２、１１６を均等に堆積させるためのローラー１１４、１０５と、発生したアンモニアガスをアンモニア発酵槽１２０外に排出する排気口１１１とを具備している。
【００３４】
発酵資材は、各段に１０２、１１６のように滞留するようになっている。一定時間発酵した段階で、各段の発酵資材１０２、１１６は、矢印１１８に示すように下部１０８に落下させて集められ、攪拌搬送手段１０９で攪拌・混合された後、搬送手段１１０、１１９、１１２を介して再びアンモニア発酵槽１２０の導入口１０１まで持ち上げられる。導入口１０１に持ち上げられた発酵資材は再び各段に分配される。
【００３５】
更に発酵が進んだ段階で、発酵資材１０２、１１６は、再び下部１０８に集められ、混合搬送されてアンモニア発酵槽１２０最上部に再度持ち上げられる。このような過程を繰り返し行うことで、発酵資材１０２、１１６、１０８中の窒素分は、均等にアンモニアに変化して、排気口１１１からアンモニア発酵槽１２０外に排出される。
【００３６】
アンモニア発酵槽１２０で窒素分を減少させた発酵資材１０２、１１６、１０８は、次の発酵段階であるメタン発酵槽に移送される。なお、各段の発酵資材１０２、１１６を下部１０８に集める際は、各段の床面１０３、１１５、１０６、１１７が１０４、１０７に示すように、下方に開いて発酵資材１０２、１１６を自由落下させる。当然、この自由落下過程でも混合が行われることになる。発酵資材１０８は再びアンモニア発酵槽１２０最上部に持ち上げられて、導入口１０１を介してアンモニア発酵槽１２０内に投入される。なお、発酵資材１０２、１１６を一様な厚みにするためにローラー１１４、１０５で平らにすることができる。
【００３７】
ここで、発酵資材を自由落下させる手段を自由落下手段と呼び、攪拌搬送手段１０９および搬送手段１１０、１１９、１１２を機械的攪拌手段と呼ぶことにする。これらが発酵資材の混合手段を構成する。
【００３８】
一般に、好気性発酵においては、アンモニア発酵と同時に発酵資材中の有機物も反応してしまう。有機物が反応することは、アンモニア発酵の後に行われるメタン発酵において発生する可燃性ガス量を減らすことになり、メタン発酵による可燃性ガスの製造という目的に合致しない。
【００３９】
そこで、本発明では嫌気性発酵を行わせ、主にアンモニア発酵だけを行うため、嫌気性アンモニア発酵に好適な微生物の探索を行い、図４の系統樹に示すバクテリアを特定した。
【００４０】
すなわち、テピジミクロビウム フェリフィラムｓｐ．９１（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｆｅｒｒｉｐｈｉｌｕｍ ｓｐ．９１）の１６Ｓ ｒＤＮＡ 塩基配列との比較を行い、培養温度６５℃の場合に９３％の相同性が得、培養温度５５℃の場合に９２％の相同性を得る、アンモニア発酵に好適な二種のバクテリアである。以下、このバクテリアのうち、前者をｏｕｒ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ ２（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１８）、後者をｏｕｒ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ １（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１９）と呼ぶ。そして、これら二種のバクテリアを独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センターに寄託し、それぞれ、受領番号ＮＩＴＥ ＡＰ−３９０、ＮＩＴＥ ＡＰ−３９１を受けた。上記センターの受領日はともに、２００７年８月３日である。
【００４１】
このほか、アンモニア発酵槽１２０は、例えば、テピジミクロビウム フェリフィラム（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｆｅｒｒｉｐｈｉｌｕｍ）、クロストリジウム ウルツネンセ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｕｌｔｕｎｅｎｓｅ）、ペプトストレプトコッカセ バクテリウム（Ｐｅｐｔｏｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃａｃｅａｅ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ １９ｇｌｙ）、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｓｐ． ＰＯ）、スポロアンアエロバクター アセチゲネス（Ｓｐｏｒａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ａｃｅｔｉｇｅｎｅｓ Ｌｕｐ３３）およびアセトアンアエロバクター（Ａｃｅｔａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ．）等を含んでもよい。
【００４２】
図５-1、図５-2、図５-3および図５-4にｏｕｒ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ １（発酵温度５５℃）およびｏｕｒ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ ２（発酵温度６５℃）によるアンモニア発酵試験の結果を示す。
【００４３】
図５-1は、発酵温度とアンモニア発酵槽内のｐＨの変化を示したものである。横軸に日数、縦軸にｐＨ（水素イオン濃度）をとって示してある。
【００４４】
アンモニア発酵に適した発酵槽内ｐＨはアルカリ領域であり、ｐＨ８からｐＨ８．５が望ましい。この観点から結果を見ると、発酵温度を５５℃および６５℃に制御した場合は、ほぼこの領域を満足するが、発酵温度を７５℃以上にした場合、７日目以降、ｐＨが下がって中性に近づいてくる。
【００４５】
したがって、発酵温度は５５℃および６５℃を含む温度が望ましく、アンモニア発酵槽内の発酵資材の滞留時間は６日以内である望ましいことわかる。また、アンモニア発酵槽内のｐＨは７．５以上であることが望ましい。
【００４６】
本発明では、基本的には、脱アンモニア槽を用いず、アルカリ性資材などの薬剤を連続的に使用する必要がないため、労力およびランニングコストの面から非常に有利である。ただし、アンモニア発酵槽内のｐＨが突発的に７．５未満に低下してしまった場合、アルカリ性資材をアンモニア発酵槽内に投入して適切なｐＨに高めることは有効である。
【００４７】
図５-2は、鶏糞を発酵資材として本発明のバクテリアを使った場合の発酵試験の結果を示したものである。横軸に日数、縦軸に鶏糞１ｇ当たりの全ガス発生量をとって示してある。
【００４８】
発酵温度５５℃および６５℃において発酵時間とともに発生ガス量は増加しているのがわかる。この図中には示していないが、発酵温度７５℃および８５℃の場合、ほとんどガスが発生しないことがわかった。
【００４９】
図５-3および図５-4には、鶏糞を発酵資材として本発明のバクテリアを使った場合の発酵試験におけるＣＯ２およびＨ２の発生量の変化を示している。横軸に日数、縦軸に鶏糞１ｇ当たりのガス発生量をとって示してある。
【００５０】
本図において、発酵温度５５℃および６５℃で顕著なガス発生を確認できた。すなわち、発酵温度は、５５℃および６５℃を含み、かつ７５℃より低い温度が望ましいことがわかった。
【００５１】
図６には、鶏糞を発酵資材として本発明のバクテリアを用いた場合において、嫌気性発酵条件および好気性発酵条件の下でアンモニア発生試験を行った結果を示す。発酵温度は５５℃に設定した。（ａ）、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ、アンモニア生成量、ｐＨおよび含水率の変化を示したものである。（ａ）のグラフの縦軸は、湿潤状態の鶏糞１ｋｇ当たりのアンモニア生成量である。また、（ａ）、（ｂ）および（ｃ）すべてにおいて、横軸は培養時間である。
【００５２】
本発明は、メタン発酵におけるアンモニアによるメタン菌阻害を防止できる程度にアンモニア発酵で前処理を行い、アンモニアを除去することを目的としている。また、発酵資材の処理速度および有機物のメタン化の観点から、アンモニア発酵では、可能な限り短い時間に多量のアンモニアを発生させることが望ましい。
【００５３】
本図から、好気性発酵条件に比べて嫌気性発酵条件の方が、アンモニア生成量を長時間にわたって高く維持することができることがわかる。これは嫌気性発酵の方がアンモニア除去に関して有利であることを示している。
【００５４】
一方、ｐＨに関しては、発酵時間が長い場合、嫌気性発酵の方が、アルカリ性領域から中性領域に移行する傾向がある。メタン発酵では、発酵資材が中性であることが望ましく、本図に示した結果は望ましいものである。
【００５５】
また、含水率に関しては、どちらの発酵条件においても発酵時間４日（９６時間）程度では初期状態と変化しないことがわかる。
【００５６】
これらの結果から、アンモニア発酵には嫌気性発酵が好適であり、４日程度が望ましいことがわかる。
【実施例２】
【００５７】
図２は本発明による実施例２を示す可燃性ガス製造システムの概略構成図である。本図は、発生する可燃性ガスを燃焼装置の燃料に用いた例である。ここでは、代表的な可燃性ガスとしてメタンが発生する、いわゆるメタン発酵槽を例に挙げているが、メタン発酵に限ったものではない。ここで発生するメタンガスは、炭酸ガスなど、発酵過程で微生物が排出する不燃性ガスを含んでいる。
【００５８】
本システムは、発酵資材１が最初に投入されるアンモニア発酵槽２と、発酵資材１をアンモニア発酵槽２で窒素分を除去した後に投入されるメタン発酵槽４と、アンモニア発酵槽２およびメタン発酵槽４の内部の発酵資材１を加温するための加温手段５と、メタン発酵後にメタン発酵槽４内から排出される発酵残渣６を消化液８と固形分９とに分離する固液分離機７と、消化液８を浄化するための消化液浄化手段１０と、固形分９を乾燥する固形分乾燥手段１２と、乾燥後の固形分を炭化する炭化炉１３と、炭化過程で発生する乾留ガスを燃焼する燃焼装置１５と、燃焼ガスの持つ熱を回収する熱回収ボイラー１６と、メタン発酵ガスを貯蔵するメタンガス貯蔵タンク１７とを含む。
【００５９】
そして、発生したメタンガスの利用手段として、燃焼装置１８および排熱回収装置１９を有し、排気塔２０から排気を放出する。
【００６０】
アンモニア発酵槽２およびメタン発酵槽４は、発酵資材１の温度を制御する温度制御手段を有する。ここで、温度制御手段は、発酵資材１を加温するための加温手段５を含む。
【００６１】
なお、燃焼装置１５および１８は、広義のエネルギー変換装置であり、ここで発生する熱エネルギーを、アンモニア発酵槽２およびメタン発酵槽４の温度制御手段の熱源として利用することもできる。
【００６２】
アンモニア発酵槽２の上部には排気口３が設けてあり、発生したアンモニアガスを排出するようになっている。排気口３を燃焼装置１５または１８に接続し、燃焼装置１５または１８にアンモニアガスを導入して焼却・分解してもよい。これにより、悪臭の発生を防止することができる。
【００６３】
また、アンモニア発酵槽２で発生するアンモニアガスを水素源として回収し、水素エネルギーシステムのエネルギー源としてもよい。
【００６４】
なお、発酵資材１によっては、発生するメタン発酵ガス内に有害な物質が含まれ、装置を損傷する恐れがある。その場合は、発生したメタン発酵ガスを精製して有害な物質を取り除く手段を備える場合もある。
【００６５】
７は固液分離機である。１０は消化液浄化手段であり、回流水槽となっている。ここで、回分式の活性汚泥曝気処理を行う。消化液浄化手段１０は、メタン発酵処理後の消化液８を低コスト、かつ簡便な操作で浄化することを目指したもので、一つの消化液浄化手段１０に二台の曝気手段５１を備え、一日単位の消化液をバッチ式で処理するものである。消化液浄化手段１０は消化液８の残渣を除去する砂濾床１１、排水を希釈する希釈槽（図示せず）を付設してもよい。
【００６６】
従来の汚水浄化槽は、構成の複雑さから、イニシャルコスト、ランニングコストともに高額であったが、本システムでは、あらかじめアンモニア発酵槽２において発酵資材１中の窒素分を除去し、メタン発酵槽４内から排出される発酵残渣６を、消化液８と固形分９とを分離するため、消化液８の浄化は容易であり、１つの消化液浄化手段１０で浄化を可能としている。
【００６７】
乾式メタン発酵槽４から排出された発酵残渣６を固液分離した後の固形分９の含水率は５０〜６０％程度となる。固形分乾燥手段１２では、含水率の高い固形分９を３００℃以上の雰囲気で乾燥し、その後の炭化を容易にする。固形分９から発生する水蒸気５５は固形分乾燥手段１２の外部に放出する。また、固形分９から発生する粉塵はサイクロン５６で回収する。
【００６８】
本システムの場合、発酵残渣６の固液分離による固形分９の含水率以上に低くする必要がなく、固液分離機７に要求される投入エネルギーも少なくて済む。ここで回収したエネルギーは、乾式メタン発酵槽４内の発酵資材の加温に使用される。
【００６９】
炭化炉１３は内部自己加熱式である。炭化炉１３の内部は、６００〜９００℃雰囲気であり、固形分９を固形分乾燥手段１２で乾燥した後に炭化するものである。ここで発生する乾留ガス（ＣＯ、Ｈ２Ｏ、ＣＨ４等）および炭化物５２は、この乾留ガスは、燃焼装置１５で燃焼する。このとき発生する熱を熱交換器１６で回収し、加温手段５の熱源としている。加温手段５の熱は、アンモニア発酵槽２およびメタン発酵槽４の加熱に使うことができる。炭化炉１３で発生する乾留ガスの一部５３は、固形分乾燥手段１２に還流され、熱源として利用される。
【００７０】
以上のように、炭化炉１３および燃焼装置１５では、発酵残渣６由来の固形分９からもエネルギーを回収し、かつ固形分９の容積を２０〜３０％以下に減容することができる。
【００７１】
灰分１４は、本システムから発生する最終物であるが、融雪材などの有価物に利用可能であり、非常に取扱いやすいものである。
【００７２】
熱交換器１６熱回収された排気５４は、排気塔２０から排出される。
【００７３】
メタン発酵槽４から排出される発酵残渣６は消化液８と固形分９とに分離され、消化液８は消化液浄化手段１０において回分式活性汚泥曝気方式により浄化される。
【００７４】
消化液８が生物処理に向いているかどうかは、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）または全有機炭素量（ＴＯＣ）で判断されるが、ＢＯＤの濃度が高い場合、生物処理に向いていると判断される。
【００７５】
本システムにおいては、アンモニア発酵槽２で窒素分を除去するため、水質汚濁防止法に基づく排水放流の基準を生物処理によりほぼ達成できる。凝集材の使用が必要となるのは例外的な場合である。
【００７６】
本発明のアンモニア発酵槽２を用いて窒素分を取り除くことにより、従来技術において非常に多額となっていた水処理費用を少なくすることができる。
【００７７】
バイオマスメタン発酵に限らず、エネルギー品質レベルの低い物質を高品質のエネルギーに変換した場合、変換された単位エネルギーあたりの価格が高くなる傾向がある。このため、バイオマスである発酵資材１から可能な限りのエネルギーを回収するシステムを構築することが望まれる。本システムは、発酵残渣６由来の固形分９からエネルギーを回収するとともに減容を行うことができるものである。
【００７８】
発酵資材１としては、窒素分が多く含まれる食品残渣および畜糞でもよく、特に、畜糞のうち、従来、発酵が難しいとされている鶏糞に対しても、本発明は非常に有効である。
【００７９】
本システムの技術的特徴は、発酵資材１中に含まれる窒素分の多少にかかわらず、様々な有機物を効率よく分解し、安定して可燃性ガスを生成することができる。
【００８０】
メタン発酵槽４から取り出される発酵残渣６は、消化液８と固形分９とに分離される。消化液８は、消化液浄化手段１０の回分式活性汚泥曝気槽を用いて生物処理した後、水質汚濁防止法に定める基準を満足するようにして放流する。固形分９は、炭化炉１３を用いて更にエネルギーの回収および減容を行い、残った炭化物は融雪材等の有価物として利用することができる。
【００８１】
図２に示す本実施例においては、アンモニア発酵槽２は嫌気性発酵槽であり、縦型である。本図において、アンモニア発酵槽２は上段、中段および下段の三段に分けてある。発酵資材１は所定の時間間隔で各段に落下させて混合する。アンモニア発酵槽２内の発酵資材１は、外部熱源、例えば乾留ガス燃焼装置１５から得られる熱によって加温され、発酵温度を一定に制御している。
【００８２】
アンモニア発酵槽２内に発酵資材１を４日間滞留させて発酵資材１中の窒素分のうち７０〜８０％をアンモニアに変化させて脱窒する。アンモニア発酵に関わる微生物群の解析を行うともに、アンモニア発酵を効率よく行うためのアンモニア発酵槽２の構造検討を行った。その結果、発酵資材１の滞留時間が４日の場合に、アンモニア生成率８５％、カーボン類減少率１５％を達成することができた。
【００８３】
この条件でメタン発酵を行った結果、発酵資材トン当たり８０〜１００ｍ３のメタン発酵ガスを得ることができた。アンモニア発酵槽２におけるアンモニア除去の結果、後段のメタン発酵槽４内のアンモニア濃度は０．３５％以下で、アンモニアによるメタン菌阻害を防止することができた。
【００８４】
メタン発酵槽４は嫌気性乾式である。メタン発酵槽４にはパドル式攪拌機が内蔵されている。常時、発酵資材１の一部をメタン発酵槽４から加温手段５に移送して、熱交換を行い、メタン発酵槽４内部の温度を一定に制御している。
【００８５】
所定の時間間隔でメタン発酵槽４内の発酵資材１の分析を行い、メタン発酵槽４内の発酵資材１が望ましい条件、すなわちｐＨ８前後およびアンモニア濃度３５００ｍｇ／ｋｇ以下になるように、発酵資材１の投入割合、投入量を制御して効率よくメタンガスを発生させた。これにより、エネルギー変換効率が、メタン発酵槽４への投入エンタルピーを基準として７５％以上という非常に高い変換効率を実現した。
【００８６】
ここで、エネルギー変換効率は、発酵資材１の持つ全エンタルピーに対する、メタン発酵で得られる可燃性ガスのエンタルピーおよび残渣を乾留して得られるエンタルピーの和である。
【００８７】
以下、本発明の嫌気性アンモニア発酵槽について述べる。
【００８８】
図２において、発酵資材１が嫌気性のアンモニア発酵槽２に送り込まれ、数日間をアンモニア発酵槽２内に滞留させる。この間、アンモニア発酵に最適な温度環境にするために、加温手段５などから供給される熱によって発酵資材１を所定温度に加温し、アンモニア発酵を促進する。
【００８９】
発酵資材１をアンモニア発酵槽２からメタン発酵槽４または外部に移送する手段を発酵資材移送手段と呼ぶ。
【００９０】
本発明によるシステムは、希釈水を使った湿式発酵システムと異なり、消化液８の排出量が大幅に少なく、この後に備える消化液浄化手段１０の容量も大幅に小さくなり、経済効果が非常に大きいとともに、商用化の場合の運用も単純で普及しやすいと考える。
【実施例３】
【００９１】
図３に本発明による実施例３の可燃性ガス製造システムを示す。符号の多くは、図２と同様である。図２と異なる点は、メタン発酵槽４から発生するメタンガスをガスエンジン２１の燃料として使う点である。この場合、ガスエンジン２１による機械的エネルギーを得ることができる。そして、その機械的エネルギーを利用して発電を行い、電気エネルギー２５を得ることができる。また、メタンガスの燃焼による熱エネルギー２４も得ることができる。以上のように、メタンガスから機械的エネルギー、電気エネルギーおよび熱エネルギーを得る装置をエネルギー変換装置と呼ぶ。
【００９２】
このエネルギー変換装置で発生する電気エネルギーまたは熱エネルギーを、アンモニア発酵槽２およびメタン発酵槽４の温度制御手段の熱源として利用することもできる。
【００９３】
また、ガスエンジン２１の排気から熱回収を行う排熱回収装置２２を設置することも可能である。これらの排熱をアンモニア発酵槽２およびメタン発酵槽４の加温に利用することもできる。さらに、ガスエンジン２１の排気は温室２３の加温熱源または二酸化炭素源としても利用できる。
【００９４】
なお、本実施例では、ガスエンジン２１によるエネルギー変換装置を説明したが、ガスエンジン２１の代わりに燃料電池を用いても、同様のエネルギー変換を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明による実施例１を示すアンモニア発酵槽の概略構成図である。
【図２】本発明による実施例２を示す可燃性ガス製造システムの概略構成図である。
【図３】本発明による実施例３を示す可燃性ガス製造システムの概略構成図である。
【図４】本発明のバクテリアの系統樹である。
【図５−１】本発明によるアンモニア発酵槽におけるｐＨの測定結果を示すグラフである。
【図５−２】本発明によるアンモニア発酵槽において発生する全ガス量の測定結果を示すグラフである。
【図５−３】本発明によるアンモニア発酵槽において発生する二酸化炭素量の測定結果を示すグラフである。
【図５−４】本発明によるアンモニア発酵槽において発生する水素量の測定結果を示すグラフである。
【図６】鶏糞の発酵によるアンモニア発生試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９６】
１…発酵資材、２…アンモニア発酵槽、３…排気口、４…メタン発酵槽、５…加温手段、６…発酵残渣、７…固液分離機、８…消化液、９…固形分、１０…消化液浄化手段、１１…砂濾床、１２…固形分乾燥手段、１３…炭化炉、１４…灰分、１５…燃焼装置、１６…熱交換器、１７…メタンガス貯蔵タンク。
【配列表フリーテキスト】
【００９７】
配列番号１：テピジミクロビウム（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１８）菌株の１６Ｓ ｒＤＮＡの塩基配列（１４５７ｂｐ）：
ＧＡＣＧＡＡＣＧＣＴＧＧＣＧＧＣＧＴＧＣＣＴＡＡＣＡＣＡＴＧＣＡＡＧＴＣＧＡＧＣＧＡＧＧＧＡＴＴＴＡＴＧＡＣＧＧＡＴＴＣＣＴＴＣＧＧＧＡＴＧＡＡＧＡＣＡＴＡＡＡＴＣＡＣＣＴＡＧＣＧＧＣＧＧＡＣＧＧＧＴＧＡＧＴＡＡＣＧＣＧＴＧＡＧＧＡＡＣＣＴＡＣＣＴＣＣＴＡＣＡＡＧＧＧＧＡＴＡＧＣＣＴＣＧＧＧＡＡＡＣＴＧＧＧＡＴＴＡＡＴＡＣＣＣＴＡＴＧＡＣＡＣＴＴＡＡＧＧＡＴＣＧＣＡＴＧＡＴＣＴＴＴＡＧＧＴＴＡＡＡＧＣＧＡＴＡＴＡＧＣＧＧＴＡＧＧＡＧＡＴＧＧＣＣＴＣＧＣＧＴＣＣＣＡＴＴＡＧＣＴＡＧＴＴＧＧＴＧＡＧＧＴＡＡＣＧＧＣＴＴＡＣＣＡＡＧＧＣＧＡＣＧＡＴＧＧＧＴＡＧＣＣＧＧＣＣＴＧＡＧＡＧＧＧＴＧＡＡＣＧＧＣＣＡＣＡＣＴＧＧＡＡＣＴＧＡＧＡＣＡＣＧＧＴＣＣＡＧＡＣＴＣＣＴＡＣＧＧＧＡＧＧＣＡＧＣＡＧＴＧＧＧＧＡＡＴＡＴＴＧＣＡＣＡＡＴＧＧＧＣＧＡＡＡＧＣＣＴＧＡＴＧＣＡＧＣＧＡＣＧＣＣＧＣＧＴＧＡＧＣＧＡＡＧＡＡＧＧＣＣＴＴＣＧＧＧＴＣＧＴＡＡＡＧＣＴＣＴＧＴＣＣＴＡＴＧＧＧＡＣＧＡＴＡＡＴＧＡＣＧＧＴＡＣＣＡＴＡＧＧＡＧＧＡＡＧＣＣＣＣＧＧＣＴＡＡＣＴＡＣＧＴＧＣＣＡＧＣＡＧＣＣＧＣＧＧＴＡＡＴＡＣＧＴＡＧＧＧＧＧＣＧＡＧＣＧＴＴＧＴＣＣＧＧＡＡＴＴＡＣＴＧＧＧＣＧＴＡＡＡＧＧＧＴＡＣＧＣＡＧＧＣＧＧＣＴＡＧＧＴＡＡＧＴＣＡＧＡＴＧＴＧＡＡＡＴＣＣＡＴＧＧＧＣＴＣＡＡＣＣＣＡＴＧＴＡＡＧＣＡＴＴＴＧＡＡＡＣＴＧＣＴＴＡＧＣＴＴＧＡＧＴＴＡＡＧＧＡＧＡＧＧＡＡＡＧＴＧＧＡＡＴＴＣＣＴＧＧＴＧＴＡＧＣＧＧＴＧＡＡＡＴＧＣＧＴＡＧＡＴＡＴＣＡＧＧＡＧＧＡＡＴＡＣＣＡＧＴＧＧＣＧＡＡＧＧＣＧＡＣＴＴＴＣＴＧＧＣＣＴＴＡＡＡＣＴＧＡＣＧＣＴＧＡＧＧＴＡＣＧＡＡＡＧＣＧＴＧＧＧＧＡＧＣＡＡＡＣＡＧＧＡＴＴＡＧＡＴＡＣＣＣＴＧＧＴＡＧＴＣＣＡＣＧＣＣＧＴＡＡＡＣＧＡＴＧＡＧＴＧＣＴＡＧＧＴＧＴＣＧＧＧＧＧＴＴＴＡＡＣＣＴＴＣＧＧＴＧＣＣＧＣＡＧＴＴＡＡＣＡＣＡＴＴＡＡＧＣＡＣＴＣＣＧＣＣＴＧＧＧＧＡＧＴＡＣＧＴＴＣＧＣＡＡＧＡＡＴＧＡＡＡＣＴＣＡＡＡＧＧＡＡＴＴＧＡＣＧＧＧＧＡＣＣＣＧＣＡＣＡＡＧＣＡＧＣＧＧＡＧＣＡＴＧＴＧＧＴＴＴＡＡＴＴＣＧＡＴＧＣＡＡＣＧＣＧＡＡＧＡＡＣＣＴＴＡＣＣＡＧＧＧＣＴＴＧＡＣＡＣＣＣＣＴＣＴＧＣＣＧＧＧＡＣＴＡＧＡＧＡＴＡＧＴＣＣＴＴＴＣＣＣＴＴＣＧＧＧＧＡＣＧＧＡＧＧＡＧＡＣＡＧＧＴＧＧＴＧＣＡＴＧＧＴＴＧＴＣＧＴＣＡＧＣＴＣＧＴＧＴＣＧＴＧＡＧＡＴＧＴＴＧＧＧＴＴＡＡＧＴＣＣＣＧＣＡＡＣＧＡＧＣＧＣＡＡＣＣＣＴＴＧＣＣＴＴＴＡＧＴＴＧＣＣＡＧＣＡＣＴＴＴＡＧＧＴＧＧＧＣＡＣＴＣＴＡＧＡＧＧＧＡＣＴＧＣＣＧＡＴＧＡＣＡＡＡＴＣＧＧＡＧＧＡＡＧＧＴＧＧＧＧＡＴＧＡＣＧＴＣＧＡＡＴＣＧＴＣＡＴＧＣＣＣＴＴＴＡＴＧＴＣＣＴＧＧＧＣＴＡＣＡＣＡＣＧＴＧＣＴＡＣＡＡＴＧＧＴＣＧＧＴＡＣＡＡＣＧＧＧＴＡＧＣＡＡＧＣＧＡＧＣＧＡＴＣＧＴＧＡＧＣＣＡＡＴＣＣＣＴＡＡＡＡＧＣＣＧＡＴＣＴＣＡＧＴＴＣＧＧＡＴＴＧＣＡＧＧＣＴＧＣＡＡＣＴＣＧＣＣＴＧＣＡＴＧＡＡＧＴＣＧＧＡＧＴＴＧＣＴＡＧＴＡＡＴＣＧＣＧＧＡＴＣＡＧＣＡＴＧＣＣＧＣＧＧＴＧＡＡＴＧＣＧＴＴＣＣＣＧＧＧＴＣＴＴＧＴＡＣＡＣＡＣＣＧＣＣＣＧＴＣＡＣＡＣＣＡＴＧＧＧＡＧＴＴＡＧＣＡＡＴＡＣＣＣＧＡＡＧＣＣＡＧＴＧＡＧＣＴＡＡＣＣＴＴＡＡＡＧＧＧＧＧＣＡＧＣＴＧＴＣＧＡＡＧＧＴＡＧＧＧＣＴＡＡＴＧＡＣＴＧＧＧＧＴＧ
配列番号２：テピジミクロビウム（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１９）菌株の１６Ｓ ｒＤＮＡの塩基配列（１４６０ｂｐ）：
ＧＡＣＧＡＡＣＧＣＴＧＧＣＧＧＣＧＴＧＣＣＴＡＡＣＡＣＡＴＧＣＡＡＧＴＣＧＡＧＣＧＡＡＧＴＧＣＴＴＴＡＡＧＴＧＧＡＡＴＣＣＴＴＣＧＧＧＡＧＧＡＡＡＣＴＴＧＡＡＧＣＧＣＴＴＡＧＣＧＧＣＧＧＡＣＧＧＧＴＧＡＧＴＡＡＴＡＣＧＴＧＡＧＧＡＡＣＣＴＡＣＣＴＴＣＣＡＣＡＡＧＧＧＧＡＴＡＧＣＣＴＣＧＧＧＡＡＡＣＣＧＧＧＡＴＴＡＡＴＡＣＣＣＴＡＴＧＡＣＡＣＣＴＡＡＧＡＧＴＣＧＣＡＴＧＡＴＡＣＣＴＡＧＧＴＴＡＡＡＧＣＧＡＡＴＴＡＧＣＧＧＴＧＧＧＡＧＡＴＧＧＣＣＴＣＡＣＧＴＣＣＣＡＴＴＡＧＣＴＡＧＴＴＧＧＴＧＡＧＧＴＡＡＣＧＧＣＴＣＡＣＣＡＡＧＧＣＧＡＣＧＡＴＧＧＧＴＡＧＣＣＧＧＣＣＴＧＡＧＡＧＧＧＴＧＡＣＣＧＧＣＣＡＣＡＣＴＧＧＧＡＣＴＧＡＧＡＣＡＣＧＧＣＣＣＡＧＡＣＴＣＣＴＡＣＧＧＧＡＧＧＣＡＧＣＡＧＴＧＧＧＧＡＡＴＡＴＴＧＣＡＣＡＡＴＧＧＧＣＧＡＡＡＧＣＣＴＧＡＴＧＣＡＧＣＧＡＣＧＣＣＧＣＧＴＧＡＧＣＧＡＡＧＡＡＧＧＣＣＴＴＣＧＧＧＴＣＧＴＡＡＡＧＣＴＣＴＧＴＣＣＴＡＴＧＧＧＡＡＧＡＴＡＡＴＧＡＣＧＧＴＡＣＣＡＴＡＧＧＡＧＧＡＡＧＣＣＣＣＧＧＣＴＡＡＣＴＡＣＧＴＧＣＣＡＧＣＡＧＣＣＧＣＧＧＴＡＡＴＡＣＧＴＡＧＧＧＧＧＣＧＡＧＣＧＴＴＧＴＣＣＧＧＡＡＴＧＡＣＴＧＧＧＣＧＴＡＡＡＧＧＧＴＡＣＧＴＡＧＧＣＧＧＣＴＧＡＧＴＡＡＧＴＣＡＧＡＴＧＴＧＡＡＡＧＴＣＴＡＧＧＧＣＴＣＡＡＣＣＣＴＡＧＴＧＡＧＣＡＴＴＴＧＡＡＡＣＴＧＣＴＴＡＧＣＴＴＧＡＧＴＣＧＡＧＧＡＧＡＧＧＡＡＧＧＴＧＧＡＡＴＴＣＣＴＧＧＴＧＴＡＧＣＧＧＴＧＡＡＡＴＧＣＧＴＡＧＡＴＡＴＣＡＧＧＡＧＧＡＡＴＡＣＣＡＧＴＧＧＣＧＡＡＧＧＣＧＡＣＣＴＴＣＴＧＧＣＣＴＴＧＧＡＣＴＧＡＣＧＣＴＧＡＧＧＴＡＣＧＡＡＡＧＣＧＴＧＧＧＧＡＧＣＡＡＡＣＡＧＧＡＴＴＡＧＡＴＡＣＣＣＴＧＧＴＡＧＴＣＣＡＣＧＣＣＧＴＡＡＡＣＧＡＴＧＡＧＴＧＣＴＡＧＧＴＧＴＣＧＧＧＧＧＡＧＡＴＡＴＣＣＴＴＣＧＧＴＧＣＣＧＡＡＧＴＴＡＡＣＡＣＡＴＴＡＡＧＣＡＣＴＣＣＧＣＣＴＧＧＧＧＡＧＴＡＣＧＧＴＣＧＣＡＡＧＡＣＴＧＡＡＡＣＴＣＡＡＡＧＧＡＡＴＴＧＡＣＧＧＧＧＡＣＣＣＧＣＡＣＡＡＧＣＡＧＣＧＧＡＧＣＡＴＧＴＧＧＴＴＴＡＡＴＴＣＧＡＴＧＣＡＡＣＧＣＧＡＡＧＡＧＣＣＴＴＡＣＣＡＧＧＧＣＴＴＧＡＣＡＴＣＣＣＴＣＴＧＡＣＣＧＧＴＧＴＡＧＡＧＡＴＡＣＡＣＣＣＴＴＣＴＴＣＣＴＴＣＧＧＧＡＡＧＡＣＡＧＡＧＧＡＧＡＣＡＧＧＴＧＧＴＧＣＡＴＧＧＴＴＧＴＣＧＴＣＡＧＣＴＣＧＴＧＴＣＧＴＧＡＧＡＴＧＴＴＧＧＧＴＴＡＡＧＴＣＣＣＧＣＡＡＣＧＡＧＣＧＣＡＡＣＣＣＴＴＧＣＣＴＣＴＡＧＴＴＧＣＣＡＧＣＡＣＴＴＴＧＧＧＴＧＧＧＣＡＣＴＣＴＡＧＡＧＧＧＡＣＴＧＣＣＧＧＣＡＡＡＡＡＧＴＣＧＧＡＧＧＡＡＧＧＴＧＧＧＧＡＴＧＡＣＧＴＣＡＡＡＴＣＡＴＣＡＴＧＣＣＣＴＴＴＡＴＧＴＣＣＴＧＧＧＣＴＡＣＡＣＡＣＧＴＧＣＴＡＣＡＡＴＧＧＴＣＧＧＴＡＣＡＡＡＧＧＧＣＡＧＣＧＡＣＣＴＡＧＣＧＡＴＡＧＧＡＡＧＣＧＡＡＴＣＣＣＡＡＡＡＡＧＣＣＧＡＴＣＴＣＡＧＴＴＣＧＧＡＴＴＧＣＡＧＧＣＴＧＣＡＡＣＴＣＧＣＣＴＧＣＡＴＧＡＡＧＣＣＧＧＡＧＴＴＧＣＴＡＧＴＡＡＴＣＧＣＧＧＡＴＣＡＧＣＡＴＧＣＣＧＣＧＧＴＧＡＡＴＡＣＧＴＴＣＣＣＧＧＧＴＣＴＴＧＴＡＣＡＣＡＣＣＧＣＣＣＧＴＣＡＣＡＣＣＡＴＧＧＧＡＧＴＣＡＧＣＡＡＴＧＣＣＴＧＡＡＧＣＣＡＧＴＧＡＧＣＴＡＡＣＣＧＴＡＡＧＧＧＧＧＣＡＧＣＴＧＴＣＧＡＡＧＧＣＡＧＧＧＣＴＧＡＴＧＡＣＴＧＧＧＧＴＧ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センターに、受領番号ＮＩＴＥ ＡＰ−３９０として寄託されたテピジミクロビウムｓｐ ストレインＨＵＴ８１１８（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１８）と命名したバクテリア、受領番号ＮＩＴＥ ＡＰ−３９１として寄託されたテピジミクロビウムｓｐ ストレインＨＵＴ８１１９（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１９）と命名したバクテリア、テピジミクロビウム フェリフィラム（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｆｅｒｒｉｐｈｉｌｕｍ）、クロストリジウム ウルツネンセ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｕｌｔｕｎｅｎｓｅ）、ペプトストレプトコッカセ バクテリウム１９ｇｌｙ（Ｐｅｐｔｏｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃａｃｅａｅ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ １９ｇｌｙ）、クロストリジウムｓｐ ＰＯ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｓｐ． ＰＯ）、スポロアンアエロバクター アセチゲネスＬｕｐ３３（Ｓｐｏｒａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ａｃｅｔｉｇｅｎｅｓ Ｌｕｐ３３）およびアセトアンアエロバクターｓｐ（Ａｃｅｔａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ．）のうち少なくとも一種のバクテリアを含み、前記一種または複数種のバクテリアを混入させた発酵資材を投入するための容器と、該発酵資材の温度を制御する温度制御手段とを含むことを特徴とするアンモニア発酵槽。
【請求項２】
前記アンモニア発酵槽が嫌気性発酵槽であることを特徴とする請求項１記載のアンモニア発酵槽。
【請求項３】
前記アンモニア発酵槽から前記発酵資材を外部に移送する発酵資材移送手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載のアンモニア発酵槽。
【請求項４】
前記発酵資材の混合手段が、自由落下手段および機械的攪拌手段を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアンモニア発酵槽。
【請求項５】
前記アンモニア発酵槽で発生する臭気成分を焼却するための燃焼装置を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のアンモニア発酵槽。
【請求項６】
発生するアンモニアを水素源として回収する手段を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアンモニア発酵槽。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のアンモニア発酵槽と、前記アンモニア発酵槽から移送された前記発酵資材を更に発酵させて可燃性ガスを取り出す可燃性ガス発酵槽とを含むことを特徴とする可燃性ガス製造装置。
【請求項８】
前記アンモニア発酵槽と前記可燃性ガス発酵槽とが直結してあることを特徴とする請求項７記載の可燃性ガス製造装置。
【請求項９】
前記可燃性ガスから機械的エネルギー、電気エネルギーまたは熱エネルギーを取り出すエネルギー変換装置を含むことを特徴とする請求項７または８に記載の可燃性ガス製造装置。
【請求項１０】
前記アンモニア発酵槽の温度制御手段が、前記エネルギー変換装置からの電気エネルギーまたは熱エネルギーを利用することを特徴とする請求項９記載の可燃性ガス製造装置。
【請求項１１】
前記アンモニア発酵槽から発生する臭気成分を、前記エネルギー変換装置に導いて除去することを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の可燃性ガス製造装置。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれかに記載の可燃性ガス製造装置と、前記可燃性ガス発酵槽から排出された発酵残渣を消化液と固形分とに分離する固液分離手段とを含むことを特徴とする可燃性ガス製造システム。
【請求項１３】
前記消化液を浄化するための消化液浄化手段を含むことを特徴とする請求項１２記載の可燃性ガス製造システム。
【請求項１４】
前記固形分を乾燥する固形分乾燥手段を含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載の可燃性ガス製造システム。
【請求項１５】
前記固形分乾燥手段により乾燥した前記固形分を炭化する炭化炉と、該炭化炉から発生する乾留ガスを燃焼する燃焼装置とを含むことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の可燃性ガス製造システム。
【請求項１６】
前記可燃性ガス製造装置から得られた前記可燃性ガスを貯蔵する可燃性ガス貯蔵タンクを含むことを特徴とする請求項１２〜１５のいずれかに記載の可燃性ガス製造システム。
【請求項１７】
請求項１〜６のいずれかに記載のアンモニア発酵槽の運転方法であって、前記発酵資材の温度を、常温より高く、かつ７５℃より低く保つことを特徴とするアンモニア発酵槽の運転方法。
【請求項１８】
請求項１〜６のいずれかに記載のアンモニア発酵槽の運転方法であって、前記発酵資材のｐＨが７．５未満になった時には、前記アンモニア発酵槽から前記発酵資材を外部に移送することを特徴とするアンモニア発酵槽の運転方法。
【請求項１９】
請求項１〜６のいずれかに記載のアンモニア発酵槽の運転方法であって、前記アンモニア発酵槽内の前記発酵資材の滞留時間を６日以内としたことを特徴とするアンモニア発酵槽の運転方法。
【請求項２０】
請求項７〜１１のいずれかに記載の可燃性ガス製造装置の運転方法であって、前記アンモニア発酵槽内の発酵資材中のアンモニア濃度が３５００ｍｇ／ｋｇ以下になった時にアンモニア発酵槽内での滞留を終了し、該発酵資材を前記可燃性ガス発酵槽に移送するように制御することを特徴とする可燃性ガス製造装置の運転方法。
【請求項２１】
請求項７〜１１のいずれかに記載の可燃性ガス製造装置の運転方法であって、前記アンモニア発酵槽内の前記発酵資材の滞留時間を６日以内としたことを特徴とする可燃性ガス製造装置の運転方法。
【請求項１】
独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センターに、受領番号ＮＩＴＥ ＡＰ−３９０として寄託されたテピジミクロビウムｓｐ ストレインＨＵＴ８１１８（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１８）と命名したバクテリア、受領番号ＮＩＴＥ ＡＰ−３９１として寄託されたテピジミクロビウムｓｐ ストレインＨＵＴ８１１９（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＨＵＴ８１１９）と命名したバクテリア、テピジミクロビウム フェリフィラム（Ｔｅｐｉｄｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ｆｅｒｒｉｐｈｉｌｕｍ）、クロストリジウム ウルツネンセ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｕｌｔｕｎｅｎｓｅ）、ペプトストレプトコッカセ バクテリウム１９ｇｌｙ（Ｐｅｐｔｏｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃａｃｅａｅ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ １９ｇｌｙ）、クロストリジウムｓｐ ＰＯ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｓｐ． ＰＯ）、スポロアンアエロバクター アセチゲネスＬｕｐ３３（Ｓｐｏｒａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ａｃｅｔｉｇｅｎｅｓ Ｌｕｐ３３）およびアセトアンアエロバクターｓｐ（Ａｃｅｔａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ．）のうち少なくとも一種のバクテリアを含み、前記一種または複数種のバクテリアを混入させた発酵資材を投入するための容器と、該発酵資材の温度を制御する温度制御手段とを含むことを特徴とするアンモニア発酵槽。
【請求項２】
前記アンモニア発酵槽が嫌気性発酵槽であることを特徴とする請求項１記載のアンモニア発酵槽。
【請求項３】
前記アンモニア発酵槽から前記発酵資材を外部に移送する発酵資材移送手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載のアンモニア発酵槽。
【請求項４】
前記発酵資材の混合手段が、自由落下手段および機械的攪拌手段を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアンモニア発酵槽。
【請求項５】
前記アンモニア発酵槽で発生する臭気成分を焼却するための燃焼装置を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のアンモニア発酵槽。
【請求項６】
発生するアンモニアを水素源として回収する手段を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアンモニア発酵槽。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のアンモニア発酵槽と、前記アンモニア発酵槽から移送された前記発酵資材を更に発酵させて可燃性ガスを取り出す可燃性ガス発酵槽とを含むことを特徴とする可燃性ガス製造装置。
【請求項８】
前記アンモニア発酵槽と前記可燃性ガス発酵槽とが直結してあることを特徴とする請求項７記載の可燃性ガス製造装置。
【請求項９】
前記可燃性ガスから機械的エネルギー、電気エネルギーまたは熱エネルギーを取り出すエネルギー変換装置を含むことを特徴とする請求項７または８に記載の可燃性ガス製造装置。
【請求項１０】
前記アンモニア発酵槽の温度制御手段が、前記エネルギー変換装置からの電気エネルギーまたは熱エネルギーを利用することを特徴とする請求項９記載の可燃性ガス製造装置。
【請求項１１】
前記アンモニア発酵槽から発生する臭気成分を、前記エネルギー変換装置に導いて除去することを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の可燃性ガス製造装置。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれかに記載の可燃性ガス製造装置と、前記可燃性ガス発酵槽から排出された発酵残渣を消化液と固形分とに分離する固液分離手段とを含むことを特徴とする可燃性ガス製造システム。
【請求項１３】
前記消化液を浄化するための消化液浄化手段を含むことを特徴とする請求項１２記載の可燃性ガス製造システム。
【請求項１４】
前記固形分を乾燥する固形分乾燥手段を含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載の可燃性ガス製造システム。
【請求項１５】
前記固形分乾燥手段により乾燥した前記固形分を炭化する炭化炉と、該炭化炉から発生する乾留ガスを燃焼する燃焼装置とを含むことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の可燃性ガス製造システム。
【請求項１６】
前記可燃性ガス製造装置から得られた前記可燃性ガスを貯蔵する可燃性ガス貯蔵タンクを含むことを特徴とする請求項１２〜１５のいずれかに記載の可燃性ガス製造システム。
【請求項１７】
請求項１〜６のいずれかに記載のアンモニア発酵槽の運転方法であって、前記発酵資材の温度を、常温より高く、かつ７５℃より低く保つことを特徴とするアンモニア発酵槽の運転方法。
【請求項１８】
請求項１〜６のいずれかに記載のアンモニア発酵槽の運転方法であって、前記発酵資材のｐＨが７．５未満になった時には、前記アンモニア発酵槽から前記発酵資材を外部に移送することを特徴とするアンモニア発酵槽の運転方法。
【請求項１９】
請求項１〜６のいずれかに記載のアンモニア発酵槽の運転方法であって、前記アンモニア発酵槽内の前記発酵資材の滞留時間を６日以内としたことを特徴とするアンモニア発酵槽の運転方法。
【請求項２０】
請求項７〜１１のいずれかに記載の可燃性ガス製造装置の運転方法であって、前記アンモニア発酵槽内の発酵資材中のアンモニア濃度が３５００ｍｇ／ｋｇ以下になった時にアンモニア発酵槽内での滞留を終了し、該発酵資材を前記可燃性ガス発酵槽に移送するように制御することを特徴とする可燃性ガス製造装置の運転方法。
【請求項２１】
請求項７〜１１のいずれかに記載の可燃性ガス製造装置の運転方法であって、前記アンモニア発酵槽内の前記発酵資材の滞留時間を６日以内としたことを特徴とする可燃性ガス製造装置の運転方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５−１】
【図５−２】
【図５−３】
【図５−４】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５−１】
【図５−２】
【図５−３】
【図５−４】
【図６】
【公開番号】特開２００９−５０１７０（Ｐ２００９−５０１７０Ａ）
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１７３０１（Ｐ２００７−２１７３０１）
【出願日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【出願人】（０００２３３０４４）株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス (276)
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【出願人】（０００２３３０４４）株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス (276)
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【Ｆターム（参考）】
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