微生物発酵材料を生成する方法及び装置
【課題】都市下水汚泥の減量又はバイオ燃料の生成を実現する微生物発酵有機物の生成方法及び装置を提供する。
【解決手段】微生物発酵有機物の生成方法であって、有機物及びセルロース系材料の少なくとも一部を、ジェットポンプ１，１０１において超音速衝撃領域を形成し、有機物及びセルロース系材料の少なくとも一方を供給して破砕又は液化すること、ジェットポンプのチューブを囲む環状リングチャンバに高圧蒸気を加え、蒸気を前記チューブ内に導いて、有機物及びセルロース系材料の少なくとも一方を前記チューブ内に吸引し、超音速衝撃領域を形成してこれを破砕又は液化すること、の少なくとも１つを含む生成方法。また、微生物発酵有機物を生成する装置であって、該微生物発酵有機物は下水汚泥及びセルロース系材料の少なくとも一方であり、ジェットポンプを含んで構成される装置。
【解決手段】微生物発酵有機物の生成方法であって、有機物及びセルロース系材料の少なくとも一部を、ジェットポンプ１，１０１において超音速衝撃領域を形成し、有機物及びセルロース系材料の少なくとも一方を供給して破砕又は液化すること、ジェットポンプのチューブを囲む環状リングチャンバに高圧蒸気を加え、蒸気を前記チューブ内に導いて、有機物及びセルロース系材料の少なくとも一方を前記チューブ内に吸引し、超音速衝撃領域を形成してこれを破砕又は液化すること、の少なくとも１つを含む生成方法。また、微生物発酵有機物を生成する装置であって、該微生物発酵有機物は下水汚泥及びセルロース系材料の少なくとも一方であり、ジェットポンプを含んで構成される装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市下水汚泥を減量するために該下水汚泥によるもの及びバイオ燃料を生成するためにセルロース系材料によるものの少なくとも一方による微生物発酵材料を生成する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微生物発酵は、例えば、都市下水の好気性及び嫌気性消化等の多くの工程において、並びにセルロース系材料からのバイオ燃料の製造において、用いられている。
【０００３】
発酵工程の効率は、凝集塊（aggregate）又は固形物の存在に起因する微生物の有機物への到達能に影響される。
【０００４】
下水の嫌気性消化では、汚泥が消化槽の底に生じる。この汚泥は、除去、乾燥及び処分を必要とし、これには大きなコストがかかる。ＷＯ０１／１６０３７Ａ１には、ホモジナイザーを用いて汚泥を機械により破砕（disruption）する方法が開示されている。この工程の概略図を図１に示す。尚、ＷＯ０１／１６０３７Ａ１の全開示は、参照により本開示に含まれるものとする。このホモジナイザーにより、汚泥はより小さな凝集塊に破砕され、そして嫌気性消化槽に返送され、細菌による消化が引き続き行われる。これにより、メタンガスが生成され、また、除去対象汚泥の最終的な体積が減少する。
【０００５】
機械式ホモジナイザーを稼動させるために必要とされる電力について、この処理はエネルギーを大量に消費するが、純エネルギーバランスは、汚泥を最小ファクターである１．５で予め濃縮し、ホモジナイザーを通過する物質の体積を減少させることにより得ることができる。メタンを電気に変換することで得られるエネルギーにより、ホモジナイザーの消費電力を相殺することができる。
【０００６】
ＷＯ００／０７９４６Ａ１（ＥＰ１１０２４２６Ａ１、出願人はＰａｒａｄｉｇｍ社）には、下水処理について、嫌気性消化槽の前段において、上流の好気性消化槽の汚泥をホモジナイズするために機械式ホモジナイザーを使用することが開示されている。ここでは、超高圧のホモジナイズ圧力が必要とされ、また、汚泥を溶解して破砕工程を補助するために水酸化ナトリウムを添加する必要がある。この工程の概略図を図２に示す。尚、ＷＯ００／０７９４６Ａ１の全開示は、参照により本開示に含まれるものとする。
【０００７】
上記両工程では、エネルギー消費が大きい他、下水中の砂及び他の研磨材によって急激に起こるホモジナイザーバルブの破損が問題となっている。したがって、ホモジナイザーバルブを頻繁にまたコストをかけてメンテナンスを行ったり取り替えたりする必要が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＷＯ０１／１６０３７Ａ１
【特許文献２】ＷＯ００／０７９４６Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、都市下水汚泥を減量するために該下水汚泥によるもの及びバイオ燃料を生成するためにセルロース系材料によるものの少なくとも一方による微生物発酵材料を生成する方法及び装置であって、改善された効率を提供する微生物発酵用装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の上記目的は、有機物及びセルロース系材料の少なくとも一部を、ジェットポンプを用いて破砕又は液化すること、ジェットポンプにおいて超音速衝撃領域を形成し、有機物及びセルロース系材料の少なくとも一方を供給してこれを破砕又は液化すること、ジェットポンプのチューブを囲む環状リングチャンバに高圧蒸気を加え、前記蒸気をジェットポンプのチューブ内に導いて、有機物及びセルロース系材料の少なくとも一方をチューブ内に吸引し、超音速衝撃領域を形成して有機物及びセルロース系材料の少なくとも一方を破砕又は液化すること、により実現される。本発明の好ましい態様は、従属項に開示されている。
【００１１】
本発明の一態様によれば、微生物発酵有機物の生成方法であって、該微生物発酵有機物は、都市下水汚泥を減量するために該下水汚泥によるもの及びバイオ燃料を生成するためにセルロース系材料によるものの少なくとも一方であり、前記有機物及び前記セルロース系材料の少なくとも一部を、ジェットポンプを用いて破砕又は液化すること、前記ジェットポンプにおいて超音速衝撃領域を形成し、前記有機物及び前記セルロース系材料の少なくとも一方を供給してこれを破砕又は液化すること、ジェットポンプのチューブを囲む環状リングチャンバに高圧蒸気を加え、前記蒸気を前記ジェットポンプの前記チューブ内に導いて、前記有機物及び前記セルロース系材料の少なくとも一方を前記チューブ内に吸引し、超音速衝撃領域を形成して前記有機物及び前記セルロース系材料の少なくとも一方を破砕又は液化すること、の少なくとも１つを含んで構成される生成方法を提供する。
【００１２】
本発明によれば、都市下水汚泥は、ジェットポンプを通って好気性又は嫌気性消化槽に返送されてもよい。
【００１３】
本発明によれば、有機物は、セルロース系材料を含んで構成されてもよく、また、セルロース系材料の液化は該セルロース系材料の発酵前に行ってもよい。
【００１４】
本発明によれば、ジェットポンプは、プレカット又は粉砕したセルロース系材料の水中スラリーの液化に用いられてもよい。
【００１５】
本発明によれば、水酸化ナトリウム等の化学物質を、破砕又は液化工程を助けるために添加してもよく、好ましくは該破砕若しくは液化工程の前又は該破砕若しくは液化工程の間に添加する。
【００１６】
本発明によれば、酸を添加して、破砕又は液化の間の酸加水分解を可能にしてもよい。
【００１７】
本発明によれば、酸を液化後に添加して加水分解を可能にしてもよい。
【００１８】
本発明によれば、酵素を添加してセルロースを加水分解してもよい。
【００１９】
本発明によれば、安価で既に利用可能なソースとなっているセルロース系材料を用いてもよく、これには例えば、刈り取った草（cut grass）、小麦の茎、サトウキビ廃棄物及びサトウダイコン廃棄物等が挙げられる。
【００２０】
本発明によれば、例えば、加熱装置及び自動車の内燃機関の少なくとも一方に使用されるバイオ燃料を生成してもよい。
【００２１】
本発明によれば、微生物発酵有機物を生成する装置であって、該微生物発酵有機物は、都市下水汚泥を減量するために該下水汚泥によるもの及びバイオ燃料を生成するためにセルロース系材料によるものの少なくとも一方であり、ジェットポンプ、とりわけ蒸気ジェットポンプ、を含んで構成され、該蒸気ジェットポンプは好ましくは蒸気が導入される環状リングチャンバを備える装置を提供する。
【００２２】
本発明によれば、ジェットポンプは、チューブと、チューブの壁部に設けられた環状リングチャンバと、環状リングチャンバをチューブの内部空間に接続するノズルと、を含んで構成されてもよく、該環状リングチャンバにはパイプが接続され、該パイプを介して高圧蒸気が前記環状リングチャンバに導入されて、チューブ内に有機物を含む液体が吸引されると、チューブ内のノズルの出口の後ろにおいて、チューブ内に含まれる物質中に超音速衝撃波が発生し、前記超音速衝撃波は、好ましくはチューブの断面全体におよぶ。
【００２３】
本発明によれば、ジェットポンプは、粉砕されたセルロース系材料の液化及び下水汚泥の減量の少なくとも一方に適応するよう構成されてもよい。
【００２４】
本発明によれば、本装置は、本発明の方法を実行するように構成されてもよく、該装置は、好ましくは、スクリーン手段、好気性消化手段、嫌気性消化手段及び発酵手段の少なくとも１つを含んで構成されてもよい。
【００２５】
本発明によれば、１つ以上のジェットポンプを用いて構成されてもよく、複数のジェットポンプを直列接続で使用してもよい。
【発明の効果】
【００２６】
セルロース系材料からのバイオ燃料の生成では、液化によりその後の酸又は酵素による加水分解に関してセルロースの到達性が大きく改善されることとなり、さらに、アルコールに変換されうる発酵可能な糖がより多く放出されるようになる可能性がある。
【００２７】
ＥＰ１５４９８５６Ｂ１及びＷＯ２００６／０１０９４９Ａ１に詳述されるようなジェットポンプを使用することで、好気性及び嫌気性の両都市下水汚泥の機械式ホモジナイズの代替となり、資本金及び運転費を削減し、機械の破損を最小限にして破砕装置のメンテナンス間の稼動時間を延ばすことができるという利点を有する。尚、ＥＰ１５４９８５６Ｂ１及びＷＯ２００６／０１０９４９Ａ１の全記載は、参照により本開示に含まれる。
【００２８】
砂糖及び小麦からのバイオ燃料の生成については、資料が十分に存在する。しかし、食用作物をバイオ燃料に転換することで、食料価格の上昇と食料不足が生じてしまう。したがって、他の発酵性物質源を見つける必要があり、これには廃棄物が考えられる。この廃棄物としては、液化及び加水分解されると発酵可能な糖源となるセルロース系材料が挙げられる。また、液化の機械的手段は高価であり、装置についてもエネルギーの利用やメンテナンスのために費用がかかる。
【００２９】
商業的に成功するためには、セルロース系材料からエタノールを製造するためのコストが、油のそれより小さくなければならない。したがって、例えば、刈り取った草、小麦の茎、サトウキビ廃棄物又はサトウダイコン廃棄物など、安価で既に利用可能なソースとなっているセルロース系材料を使用することができることが有利となる。
【００３０】
ＥＰ１５４９８５６Ｂ１及びＷＯ２００６／０１０９４９Ａ１に詳述されているようなジェットポンプを、刈り取った草及び他の産物（例えば、小麦の茎、サトウキビ廃棄物及びサトウダイコン廃棄物）などの水中のセルロース産物の液化に、同様に採用することができる。実際に、どのセルロース産物を用いてもよい。得られた液体は、その後酵素により又は化学的に加水分解されて、発酵可能な糖になる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ＷＯ０１／１６０３７Ａ１に開示されているような装置又は方法の概略図である。
【図２】ＷＯ００／０７９４６Ａ１に開示されているような装置又は方法の概略図である。
【図３】本発明の第１実施形態による装置又は方法の概略図である。
【図４】本発明の第２実施形態による装置又は方法の概略図である。
【図５】本発明で用いられ、本発明による装置に含まれるジェットポンプの概略断面図である。
【図６】本発明で用いられ、本発明による装置に含まれる他のジェットポンプの概略断面図である。
【図７】本発明の好ましい第３実施形態による装置又は方法の概略図である。
【図８】本発明の第４実施形態による装置又は方法の概略図である。
【図９】本発明の第５実施形態による装置又は方法の概略図である。
【図１０】本発明の第６実施形態による装置又は方法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の方法で用いられ、本発明による装置に含まれるジェットポンプは、例えば、ＥＰ１５４９８５６Ｂ１及びＷＯ２００６／０１９４９Ａ１に詳細が記載された、極めて特殊なタイプのジェットポンプである。この種のジェットポンプについては、その概略断面図を図５及び図６に示し、これらの図５及び図６を基に説明する。
【００３３】
図３は、下水の嫌気性消化用に用いられる方法及び装置の概略図である。消化槽の底に生じる汚泥の機械破砕は、図５及び図６に示すような蒸気ジェットポンプで行われる。
【００３４】
ここではまず、下水をスクリーン手段２０１に導く。その後、この液体は好気性消化手段に送られ、浄化された処理水及び汚泥として排出される。スクリーン手段２０１で得られた１次汚泥及び好気性消化手段２０２の汚泥は、嫌気性消化手段２０３に送られる。嫌気性消化手段２０３から排出された汚泥の一部は、ジェットポンプ１、１０１に送られる。ここで破砕又は液化された汚泥は、嫌気性消化手段２０３のインレットへ再度送られる。一方、嫌気性消化手段の余剰アウトプットは、通常の方法で圧縮乾燥される。上述した従来技術により知られるホモジナイザーに代わるジェットポンプ１、１０１を用いることで、磨耗やコストが劇的に減少するという利点が生じる。
【００３５】
或いは、嫌気性消化手段に送られるすべての汚泥が蒸気ジェットポンプ１、１０１を通過するように、ジェットポンプ１、１０１を、嫌気性消化手段２０３のインレットの前段に更に設けてもよいし、その前段にのみ設けてもよい。或いは又はこれに加えて、好気性消化手段２０２又はスクリーン手段２０１に送られるすべての物質が蒸気ジェットポンプ１、１０１を通過するように、図５及び図６に示した蒸気ジェットポンプ１、１０１を、好気性消化手段２０２及びスクリーン手段２０１の少なくとも一方の前段に設けてもよい。
【００３６】
また、ジェットポンプ１、１０１は、嫌気性消化手段に導入される前の好気性汚泥の処理に用いることもできる。
【００３７】
本発明では、ジェットポンプ１、１０１を、好気性消化手段及び嫌気性消化手段の少なくとも一方において汚泥を循環させるために用いてもよい。
【００３８】
本発明によれば、ジェットポンプ１、１０１を、機械ホモジナイズと組み合わせて用いてもよく、ここでは、ジェットポンプ１、１０１をホモジナイザーの前段に配置し、砂や砂利を含む汚泥によりホモジナイザーが破損しないよう、ホモジナイザーを保護するように構成してもよい。本発明によれば、１次汚泥のみを処理することもできる。また、汚泥をその後ジェットポンプ１、１０１により更に処理することとしてもよいことも明らかである。
【００３９】
図４は、本発明の他の実施形態による、下水の嫌気性消化用に用いられる方法及び装置の概略図である。尚、図３に示した構成要素と同一のものには、同一の符号を付している。以下、図３の実施形態との相違点のみ説明し、それ以外については図３の実施形態の記載を参照する。ここでは、嫌気性消化手段２０３のアウトプットは蒸気ジェットポンプに送らず、好気性消化手段２０２の汚泥アウトプットの一部を蒸気ジェットポンプ１、１０１に送る。蒸気ジェットポンプによる処理の前に、例えばＮａＯＨの添加により汚泥のｐＨを上げてもよい。その後、破砕又は液化された汚泥を、嫌気性消化手段２０３に送る。
【００４０】
図５及び図６に示す蒸気ジェットポンプ１、１０１は、セルロース系材料の液化がセルロース系材料の発酵の前に起こるように接続される。
【００４１】
図５は、このようなジェットポンプの概略断面図を示している。ジェットポンプ１は、チューブインレット３及びチューブアウトレット４を有するチューブ２を含んで構成される。チューブ２の壁部には、環状リングチャンバ６が設けられており、これにはパイプ５が接続されている。また、この環状リングチャンバ６は、ノズル７によってチューブ２の内部空間と接続されている。
【００４２】
動作時には、蒸気が高圧で押されてパイプ５に入り、環状リングチャンバ６内に分散する。環状リングチャンバ６から、蒸気がノズル７を通ってチューブ２へ導かれ、これにより有機物を含む液体をチューブ２へ吸引する。蒸気を液体に凝縮することで、有機物又はセルロース系材料はチューブに吸引される。蒸気が凝縮するとその体積は減少し、チューブ内の圧力が低下して、物質がチューブ内に吸引される。
【００４３】
チューブ内においてノズル７の出口に隣接する領域は、ミキシングチャンバとして機能する。
【００４４】
動作時には、高圧蒸気がパイプ５に向かい、これにより液体が、チューブインレット３を介して中空のチューブ２内に吸引される。このとき、速度は代表的には８〜１０ｍ／ｓである。ミキシングチャンバ８では、液体は蒸気と混合され、蒸気の凝縮と蒸気排出ノズル７の高運動量により超音速衝撃波９が生じる。ノズル７の出口では、蒸気及び水滴の混合物が約８００ｍ／ｓの超音速となる。チューブアウトレット８において、速度は再び約８〜１０ｍ／ｓに低下する。
【００４５】
尚、図５及び図６に示されるミキシングチャンバ８及び超音速衝撃波９は、チューブ内のどこで混合及び衝撃波が起こるかを示しているに過ぎない。したがって、液体と蒸気との混合及び超音波衝撃波の発生を生じさせるために、チューブ内に様々な手段を挿入する必要はない。これらの効果は、チューブに吸引された液体に蒸気を導く環状リングチャンバ６及びノズル７により得られる。
【００４６】
有機物質を含む高速の水滴により、有機物質の物理的な破砕又は液化が起こる。汚泥塊の一部は物理的に浸軟（mascerate）し、細菌がより到達しやすいより小さな塊となることにより、本発明の嫌気性消化工程の効率が高められる。本発明の方法及び装置により、処理を必要とする消化汚泥がより少なくなる。
【００４７】
本発明によれば、ノズル７は、環状リング、又は環状リングチャンバの延長上若しくはチューブの周に沿って分布する複数のパイプとすることもできる。複数のパイプを含んで構成されるノズルを有する本発明の一実施形態によれば、この複数のパイプを、チューブ内に渦を発生させうる角度をつけて配置してもよい。
【００４８】
図６は、図５に示すジェットポンプ１と大部分が対応するジェットポンプ１０１の他の実施形態を示している。尚、同様の構成要素には１００を加えた数の符号を付した。以下、他の構成要素及び特徴について説明する。図５のジェットポンプ１と対応する特徴及び構成要素については、図５に示されるジェットポンプ１の記載を参照する。
【００４９】
環状リングチャンバ１０６及びノズル１０６の形状は、超音速衝撃領域１０９を形成するように最適化されている。添加剤又は添加物をチューブ１０２内に供給するパイプ又はノズル１１１、１１３を有する環状リングチャンバ１１０、１１２が設けられている。環状リングチャンバ１１０、１１２は、複合多糖の加水分解に用いられる酸や酵素などの添加物質を供給する連結部（図示せず）をそれぞれ有している。
【００５０】
図７〜図１０は、図３及び図４に示される実施形態と大部分が対応する本発明の他の実施形態を示している。同一の符号は、同様の又は同一の構成要素を示すために用いている。以下、相違点についてのみ説明する。図７〜図１０の実施形態では、嫌気性消化手段２０３から排出される物質を濾過するフィルター手段２０４が設けられている。
【００５１】
図７の実施形態によれば、図５及び図６で示されるような２つのジェットポンプ１、１０１が設けられている。
【００５２】
ジェットポンプＡは、汚泥が排出される好気性消化手段２０２のアウトレットと嫌気性消化手段２０３との間に設けられる。スクリーンフィルター手段２０１からの一次汚泥は、ジェットポンプＡをバイパスして、嫌気性消化手段２０３のインレットに直接送られる。或いは、スクリーンフィルター手段の一次汚泥は、ジェットポンプＡ、又は他のジェットポンプ（図示せず）を通過してもよい。
【００５３】
ジェットポンプＢは、嫌気性消化手段から排出される嫌気性汚泥を処理し嫌気性消化手段のインレットへ再び送るように配置接続される。
【００５４】
図８は、図７の実施形態におけるジェットポンプＢを省いた本発明の一実施形態を示している。
【００５５】
図９は、図７の実施形態におけるジェットポンプＡを省いた本発明の一実施形態を示している。
【００５６】
図１０は、嫌気性消化手段に入る前にスクリーンフィルター手段２０１の一次汚泥を処理するために、スクリーンフィルター手段２０１のアウトレット及び嫌気性消化手段２０３のインレットの間に、図５及び図６に示したようなジェットポンプ１、１０１を設けた一実施形態を示している。
【００５７】
本発明によれば、図７〜図１０で示されるような位置に配置されるジェットポンプの使用を含む複数の実施形態が、単独又はとりうる組み合わせにおいて、想定される。例えば、ジェットポンプを３つ用いる場合、図８、図９及び図１０に示した位置に配置することが可能である。
【００５８】
本発明によれば、従来の方法や装置に用いられるようなホモジナイザーに加えて好ましくは前段に又はより好ましくはその代わりに、超音速衝撃波を発生して有機物質又は汚泥を破砕又は液化するジェットポンプが用いられる。
【００５９】
従って、上記のようなジェットポンプ及び他の用途について従来技術において知られるジェットポンプであって、参照により本開示に含まれるジェットポンプが、ホモジナイザーの代わりに用いられる。或いは、ジェットポンプを、ホモジナイザーの前段における処理で用いてもよい。
【００６０】
現在、世界のバイオ燃料の大部分は、砂糖やトウモロコシ等の原材料から製造されている。しかしながら、このような農産物の使用により食料の価格が高騰している。このような理由から、イネ科草本、サトウダイコン廃棄物、トウモロコシの茎等の二次植物産物からバイオ燃料を経済的に製造することが注目されている。
【００６１】
廃棄物は細かくする必要があり、また好ましくは、構成要素であるセルロースが溶解するよう完全に浸軟させる必要がある。セルロースが溶解すると、このセルロースを加水分解して炭化水素に変換し、その後酵母又は細菌を用いて発酵してこの炭化水素をエタノールやブタノールに変換する必要がある。その後、生成した希アルコール蒸気を蒸発させ、モレキュラーシーブを用いた最終的な乾燥の前に蒸留する。
【００６２】
例えば図５又は図６に概略的に示した蒸気ジェットポンプの使用により、例えば細断装置を用いた機械破砕の後にセルロースを急速に溶解する低コスト手段が提供される。蒸気ジェットポンプはまた、加熱効果を通して、そしてポンプに供給される前の酸添加により、セルロースの加水分解に寄与することができる。
【００６３】
バイオ燃料を製造する公知の方法の概要は、米国エネルギー省ホームページの「Energy Efficiency and renewable Energy, BIOMASS PROGRAM」（http://www1.eere.energy.gov/biomass/abcs_biofuels.html）に開示されている。尚、すべての開示は、参照により本開示に含まれるものとする。
【００６４】
最初に、複合多糖を加水分解によって単糖に変換する。酸及び酵素を用いて加水分解を触媒する。次に、糖に加えた酵母や細菌による発酵で糖をエタノールに変換する。これにより、糖からエタノール及び酸化炭素を生成する。
【００６５】
本発明の方法及び装置によれば、多糖類を含有するバイオマスは超音波衝撃波を発生させるジェットポンプで処理される。これによりバイオマスは液化され、また、多糖類はその少なくとも一部分が加水分解されてもよい。
【００６６】
したがって、本発明は更に、セルロース系材料の微生物発酵の方法及び装置に関し、ここでは、プレカット又は粉砕したセルロース系材料を液化するジェットポンプを用いる。
【符号の説明】
【００６７】
１ ジェットポンプ
２ チューブ
３ チューブインレット
４ チューブアウトレット
５ パイプ
６ 環状リングチャンバ
７ ノズル
８ ミキシングチャンバ
９ 圧縮衝撃波
１０１ ジェットポンプ
１０２ チューブ
１０３ チューブインレット
１０４ チューブアウトレット
１０５ パイプ
１０６ 環状リングチャンバ
１０７ ノズル
１０８ ミキシングチャンバ
１０９ 圧縮衝撃波
１１０ 環状リングチャンバ
１１１ ノズル
１１２ 環状リングチャンバ
１１３ パイプ
２０１ スクリーン手段
２０２ 好気性消化手段
２０３ 嫌気性消化手段
２０４ フィルター手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市下水汚泥を減量するために該下水汚泥によるもの及びバイオ燃料を生成するためにセルロース系材料によるものの少なくとも一方による微生物発酵材料を生成する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微生物発酵は、例えば、都市下水の好気性及び嫌気性消化等の多くの工程において、並びにセルロース系材料からのバイオ燃料の製造において、用いられている。
【０００３】
発酵工程の効率は、凝集塊（aggregate）又は固形物の存在に起因する微生物の有機物への到達能に影響される。
【０００４】
下水の嫌気性消化では、汚泥が消化槽の底に生じる。この汚泥は、除去、乾燥及び処分を必要とし、これには大きなコストがかかる。ＷＯ０１／１６０３７Ａ１には、ホモジナイザーを用いて汚泥を機械により破砕（disruption）する方法が開示されている。この工程の概略図を図１に示す。尚、ＷＯ０１／１６０３７Ａ１の全開示は、参照により本開示に含まれるものとする。このホモジナイザーにより、汚泥はより小さな凝集塊に破砕され、そして嫌気性消化槽に返送され、細菌による消化が引き続き行われる。これにより、メタンガスが生成され、また、除去対象汚泥の最終的な体積が減少する。
【０００５】
機械式ホモジナイザーを稼動させるために必要とされる電力について、この処理はエネルギーを大量に消費するが、純エネルギーバランスは、汚泥を最小ファクターである１．５で予め濃縮し、ホモジナイザーを通過する物質の体積を減少させることにより得ることができる。メタンを電気に変換することで得られるエネルギーにより、ホモジナイザーの消費電力を相殺することができる。
【０００６】
ＷＯ００／０７９４６Ａ１（ＥＰ１１０２４２６Ａ１、出願人はＰａｒａｄｉｇｍ社）には、下水処理について、嫌気性消化槽の前段において、上流の好気性消化槽の汚泥をホモジナイズするために機械式ホモジナイザーを使用することが開示されている。ここでは、超高圧のホモジナイズ圧力が必要とされ、また、汚泥を溶解して破砕工程を補助するために水酸化ナトリウムを添加する必要がある。この工程の概略図を図２に示す。尚、ＷＯ００／０７９４６Ａ１の全開示は、参照により本開示に含まれるものとする。
【０００７】
上記両工程では、エネルギー消費が大きい他、下水中の砂及び他の研磨材によって急激に起こるホモジナイザーバルブの破損が問題となっている。したがって、ホモジナイザーバルブを頻繁にまたコストをかけてメンテナンスを行ったり取り替えたりする必要が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＷＯ０１／１６０３７Ａ１
【特許文献２】ＷＯ００／０７９４６Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、都市下水汚泥を減量するために該下水汚泥によるもの及びバイオ燃料を生成するためにセルロース系材料によるものの少なくとも一方による微生物発酵材料を生成する方法及び装置であって、改善された効率を提供する微生物発酵用装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の上記目的は、有機物及びセルロース系材料の少なくとも一部を、ジェットポンプを用いて破砕又は液化すること、ジェットポンプにおいて超音速衝撃領域を形成し、有機物及びセルロース系材料の少なくとも一方を供給してこれを破砕又は液化すること、ジェットポンプのチューブを囲む環状リングチャンバに高圧蒸気を加え、前記蒸気をジェットポンプのチューブ内に導いて、有機物及びセルロース系材料の少なくとも一方をチューブ内に吸引し、超音速衝撃領域を形成して有機物及びセルロース系材料の少なくとも一方を破砕又は液化すること、により実現される。本発明の好ましい態様は、従属項に開示されている。
【００１１】
本発明の一態様によれば、微生物発酵有機物の生成方法であって、該微生物発酵有機物は、都市下水汚泥を減量するために該下水汚泥によるもの及びバイオ燃料を生成するためにセルロース系材料によるものの少なくとも一方であり、前記有機物及び前記セルロース系材料の少なくとも一部を、ジェットポンプを用いて破砕又は液化すること、前記ジェットポンプにおいて超音速衝撃領域を形成し、前記有機物及び前記セルロース系材料の少なくとも一方を供給してこれを破砕又は液化すること、ジェットポンプのチューブを囲む環状リングチャンバに高圧蒸気を加え、前記蒸気を前記ジェットポンプの前記チューブ内に導いて、前記有機物及び前記セルロース系材料の少なくとも一方を前記チューブ内に吸引し、超音速衝撃領域を形成して前記有機物及び前記セルロース系材料の少なくとも一方を破砕又は液化すること、の少なくとも１つを含んで構成される生成方法を提供する。
【００１２】
本発明によれば、都市下水汚泥は、ジェットポンプを通って好気性又は嫌気性消化槽に返送されてもよい。
【００１３】
本発明によれば、有機物は、セルロース系材料を含んで構成されてもよく、また、セルロース系材料の液化は該セルロース系材料の発酵前に行ってもよい。
【００１４】
本発明によれば、ジェットポンプは、プレカット又は粉砕したセルロース系材料の水中スラリーの液化に用いられてもよい。
【００１５】
本発明によれば、水酸化ナトリウム等の化学物質を、破砕又は液化工程を助けるために添加してもよく、好ましくは該破砕若しくは液化工程の前又は該破砕若しくは液化工程の間に添加する。
【００１６】
本発明によれば、酸を添加して、破砕又は液化の間の酸加水分解を可能にしてもよい。
【００１７】
本発明によれば、酸を液化後に添加して加水分解を可能にしてもよい。
【００１８】
本発明によれば、酵素を添加してセルロースを加水分解してもよい。
【００１９】
本発明によれば、安価で既に利用可能なソースとなっているセルロース系材料を用いてもよく、これには例えば、刈り取った草（cut grass）、小麦の茎、サトウキビ廃棄物及びサトウダイコン廃棄物等が挙げられる。
【００２０】
本発明によれば、例えば、加熱装置及び自動車の内燃機関の少なくとも一方に使用されるバイオ燃料を生成してもよい。
【００２１】
本発明によれば、微生物発酵有機物を生成する装置であって、該微生物発酵有機物は、都市下水汚泥を減量するために該下水汚泥によるもの及びバイオ燃料を生成するためにセルロース系材料によるものの少なくとも一方であり、ジェットポンプ、とりわけ蒸気ジェットポンプ、を含んで構成され、該蒸気ジェットポンプは好ましくは蒸気が導入される環状リングチャンバを備える装置を提供する。
【００２２】
本発明によれば、ジェットポンプは、チューブと、チューブの壁部に設けられた環状リングチャンバと、環状リングチャンバをチューブの内部空間に接続するノズルと、を含んで構成されてもよく、該環状リングチャンバにはパイプが接続され、該パイプを介して高圧蒸気が前記環状リングチャンバに導入されて、チューブ内に有機物を含む液体が吸引されると、チューブ内のノズルの出口の後ろにおいて、チューブ内に含まれる物質中に超音速衝撃波が発生し、前記超音速衝撃波は、好ましくはチューブの断面全体におよぶ。
【００２３】
本発明によれば、ジェットポンプは、粉砕されたセルロース系材料の液化及び下水汚泥の減量の少なくとも一方に適応するよう構成されてもよい。
【００２４】
本発明によれば、本装置は、本発明の方法を実行するように構成されてもよく、該装置は、好ましくは、スクリーン手段、好気性消化手段、嫌気性消化手段及び発酵手段の少なくとも１つを含んで構成されてもよい。
【００２５】
本発明によれば、１つ以上のジェットポンプを用いて構成されてもよく、複数のジェットポンプを直列接続で使用してもよい。
【発明の効果】
【００２６】
セルロース系材料からのバイオ燃料の生成では、液化によりその後の酸又は酵素による加水分解に関してセルロースの到達性が大きく改善されることとなり、さらに、アルコールに変換されうる発酵可能な糖がより多く放出されるようになる可能性がある。
【００２７】
ＥＰ１５４９８５６Ｂ１及びＷＯ２００６／０１０９４９Ａ１に詳述されるようなジェットポンプを使用することで、好気性及び嫌気性の両都市下水汚泥の機械式ホモジナイズの代替となり、資本金及び運転費を削減し、機械の破損を最小限にして破砕装置のメンテナンス間の稼動時間を延ばすことができるという利点を有する。尚、ＥＰ１５４９８５６Ｂ１及びＷＯ２００６／０１０９４９Ａ１の全記載は、参照により本開示に含まれる。
【００２８】
砂糖及び小麦からのバイオ燃料の生成については、資料が十分に存在する。しかし、食用作物をバイオ燃料に転換することで、食料価格の上昇と食料不足が生じてしまう。したがって、他の発酵性物質源を見つける必要があり、これには廃棄物が考えられる。この廃棄物としては、液化及び加水分解されると発酵可能な糖源となるセルロース系材料が挙げられる。また、液化の機械的手段は高価であり、装置についてもエネルギーの利用やメンテナンスのために費用がかかる。
【００２９】
商業的に成功するためには、セルロース系材料からエタノールを製造するためのコストが、油のそれより小さくなければならない。したがって、例えば、刈り取った草、小麦の茎、サトウキビ廃棄物又はサトウダイコン廃棄物など、安価で既に利用可能なソースとなっているセルロース系材料を使用することができることが有利となる。
【００３０】
ＥＰ１５４９８５６Ｂ１及びＷＯ２００６／０１０９４９Ａ１に詳述されているようなジェットポンプを、刈り取った草及び他の産物（例えば、小麦の茎、サトウキビ廃棄物及びサトウダイコン廃棄物）などの水中のセルロース産物の液化に、同様に採用することができる。実際に、どのセルロース産物を用いてもよい。得られた液体は、その後酵素により又は化学的に加水分解されて、発酵可能な糖になる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ＷＯ０１／１６０３７Ａ１に開示されているような装置又は方法の概略図である。
【図２】ＷＯ００／０７９４６Ａ１に開示されているような装置又は方法の概略図である。
【図３】本発明の第１実施形態による装置又は方法の概略図である。
【図４】本発明の第２実施形態による装置又は方法の概略図である。
【図５】本発明で用いられ、本発明による装置に含まれるジェットポンプの概略断面図である。
【図６】本発明で用いられ、本発明による装置に含まれる他のジェットポンプの概略断面図である。
【図７】本発明の好ましい第３実施形態による装置又は方法の概略図である。
【図８】本発明の第４実施形態による装置又は方法の概略図である。
【図９】本発明の第５実施形態による装置又は方法の概略図である。
【図１０】本発明の第６実施形態による装置又は方法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の方法で用いられ、本発明による装置に含まれるジェットポンプは、例えば、ＥＰ１５４９８５６Ｂ１及びＷＯ２００６／０１９４９Ａ１に詳細が記載された、極めて特殊なタイプのジェットポンプである。この種のジェットポンプについては、その概略断面図を図５及び図６に示し、これらの図５及び図６を基に説明する。
【００３３】
図３は、下水の嫌気性消化用に用いられる方法及び装置の概略図である。消化槽の底に生じる汚泥の機械破砕は、図５及び図６に示すような蒸気ジェットポンプで行われる。
【００３４】
ここではまず、下水をスクリーン手段２０１に導く。その後、この液体は好気性消化手段に送られ、浄化された処理水及び汚泥として排出される。スクリーン手段２０１で得られた１次汚泥及び好気性消化手段２０２の汚泥は、嫌気性消化手段２０３に送られる。嫌気性消化手段２０３から排出された汚泥の一部は、ジェットポンプ１、１０１に送られる。ここで破砕又は液化された汚泥は、嫌気性消化手段２０３のインレットへ再度送られる。一方、嫌気性消化手段の余剰アウトプットは、通常の方法で圧縮乾燥される。上述した従来技術により知られるホモジナイザーに代わるジェットポンプ１、１０１を用いることで、磨耗やコストが劇的に減少するという利点が生じる。
【００３５】
或いは、嫌気性消化手段に送られるすべての汚泥が蒸気ジェットポンプ１、１０１を通過するように、ジェットポンプ１、１０１を、嫌気性消化手段２０３のインレットの前段に更に設けてもよいし、その前段にのみ設けてもよい。或いは又はこれに加えて、好気性消化手段２０２又はスクリーン手段２０１に送られるすべての物質が蒸気ジェットポンプ１、１０１を通過するように、図５及び図６に示した蒸気ジェットポンプ１、１０１を、好気性消化手段２０２及びスクリーン手段２０１の少なくとも一方の前段に設けてもよい。
【００３６】
また、ジェットポンプ１、１０１は、嫌気性消化手段に導入される前の好気性汚泥の処理に用いることもできる。
【００３７】
本発明では、ジェットポンプ１、１０１を、好気性消化手段及び嫌気性消化手段の少なくとも一方において汚泥を循環させるために用いてもよい。
【００３８】
本発明によれば、ジェットポンプ１、１０１を、機械ホモジナイズと組み合わせて用いてもよく、ここでは、ジェットポンプ１、１０１をホモジナイザーの前段に配置し、砂や砂利を含む汚泥によりホモジナイザーが破損しないよう、ホモジナイザーを保護するように構成してもよい。本発明によれば、１次汚泥のみを処理することもできる。また、汚泥をその後ジェットポンプ１、１０１により更に処理することとしてもよいことも明らかである。
【００３９】
図４は、本発明の他の実施形態による、下水の嫌気性消化用に用いられる方法及び装置の概略図である。尚、図３に示した構成要素と同一のものには、同一の符号を付している。以下、図３の実施形態との相違点のみ説明し、それ以外については図３の実施形態の記載を参照する。ここでは、嫌気性消化手段２０３のアウトプットは蒸気ジェットポンプに送らず、好気性消化手段２０２の汚泥アウトプットの一部を蒸気ジェットポンプ１、１０１に送る。蒸気ジェットポンプによる処理の前に、例えばＮａＯＨの添加により汚泥のｐＨを上げてもよい。その後、破砕又は液化された汚泥を、嫌気性消化手段２０３に送る。
【００４０】
図５及び図６に示す蒸気ジェットポンプ１、１０１は、セルロース系材料の液化がセルロース系材料の発酵の前に起こるように接続される。
【００４１】
図５は、このようなジェットポンプの概略断面図を示している。ジェットポンプ１は、チューブインレット３及びチューブアウトレット４を有するチューブ２を含んで構成される。チューブ２の壁部には、環状リングチャンバ６が設けられており、これにはパイプ５が接続されている。また、この環状リングチャンバ６は、ノズル７によってチューブ２の内部空間と接続されている。
【００４２】
動作時には、蒸気が高圧で押されてパイプ５に入り、環状リングチャンバ６内に分散する。環状リングチャンバ６から、蒸気がノズル７を通ってチューブ２へ導かれ、これにより有機物を含む液体をチューブ２へ吸引する。蒸気を液体に凝縮することで、有機物又はセルロース系材料はチューブに吸引される。蒸気が凝縮するとその体積は減少し、チューブ内の圧力が低下して、物質がチューブ内に吸引される。
【００４３】
チューブ内においてノズル７の出口に隣接する領域は、ミキシングチャンバとして機能する。
【００４４】
動作時には、高圧蒸気がパイプ５に向かい、これにより液体が、チューブインレット３を介して中空のチューブ２内に吸引される。このとき、速度は代表的には８〜１０ｍ／ｓである。ミキシングチャンバ８では、液体は蒸気と混合され、蒸気の凝縮と蒸気排出ノズル７の高運動量により超音速衝撃波９が生じる。ノズル７の出口では、蒸気及び水滴の混合物が約８００ｍ／ｓの超音速となる。チューブアウトレット８において、速度は再び約８〜１０ｍ／ｓに低下する。
【００４５】
尚、図５及び図６に示されるミキシングチャンバ８及び超音速衝撃波９は、チューブ内のどこで混合及び衝撃波が起こるかを示しているに過ぎない。したがって、液体と蒸気との混合及び超音波衝撃波の発生を生じさせるために、チューブ内に様々な手段を挿入する必要はない。これらの効果は、チューブに吸引された液体に蒸気を導く環状リングチャンバ６及びノズル７により得られる。
【００４６】
有機物質を含む高速の水滴により、有機物質の物理的な破砕又は液化が起こる。汚泥塊の一部は物理的に浸軟（mascerate）し、細菌がより到達しやすいより小さな塊となることにより、本発明の嫌気性消化工程の効率が高められる。本発明の方法及び装置により、処理を必要とする消化汚泥がより少なくなる。
【００４７】
本発明によれば、ノズル７は、環状リング、又は環状リングチャンバの延長上若しくはチューブの周に沿って分布する複数のパイプとすることもできる。複数のパイプを含んで構成されるノズルを有する本発明の一実施形態によれば、この複数のパイプを、チューブ内に渦を発生させうる角度をつけて配置してもよい。
【００４８】
図６は、図５に示すジェットポンプ１と大部分が対応するジェットポンプ１０１の他の実施形態を示している。尚、同様の構成要素には１００を加えた数の符号を付した。以下、他の構成要素及び特徴について説明する。図５のジェットポンプ１と対応する特徴及び構成要素については、図５に示されるジェットポンプ１の記載を参照する。
【００４９】
環状リングチャンバ１０６及びノズル１０６の形状は、超音速衝撃領域１０９を形成するように最適化されている。添加剤又は添加物をチューブ１０２内に供給するパイプ又はノズル１１１、１１３を有する環状リングチャンバ１１０、１１２が設けられている。環状リングチャンバ１１０、１１２は、複合多糖の加水分解に用いられる酸や酵素などの添加物質を供給する連結部（図示せず）をそれぞれ有している。
【００５０】
図７〜図１０は、図３及び図４に示される実施形態と大部分が対応する本発明の他の実施形態を示している。同一の符号は、同様の又は同一の構成要素を示すために用いている。以下、相違点についてのみ説明する。図７〜図１０の実施形態では、嫌気性消化手段２０３から排出される物質を濾過するフィルター手段２０４が設けられている。
【００５１】
図７の実施形態によれば、図５及び図６で示されるような２つのジェットポンプ１、１０１が設けられている。
【００５２】
ジェットポンプＡは、汚泥が排出される好気性消化手段２０２のアウトレットと嫌気性消化手段２０３との間に設けられる。スクリーンフィルター手段２０１からの一次汚泥は、ジェットポンプＡをバイパスして、嫌気性消化手段２０３のインレットに直接送られる。或いは、スクリーンフィルター手段の一次汚泥は、ジェットポンプＡ、又は他のジェットポンプ（図示せず）を通過してもよい。
【００５３】
ジェットポンプＢは、嫌気性消化手段から排出される嫌気性汚泥を処理し嫌気性消化手段のインレットへ再び送るように配置接続される。
【００５４】
図８は、図７の実施形態におけるジェットポンプＢを省いた本発明の一実施形態を示している。
【００５５】
図９は、図７の実施形態におけるジェットポンプＡを省いた本発明の一実施形態を示している。
【００５６】
図１０は、嫌気性消化手段に入る前にスクリーンフィルター手段２０１の一次汚泥を処理するために、スクリーンフィルター手段２０１のアウトレット及び嫌気性消化手段２０３のインレットの間に、図５及び図６に示したようなジェットポンプ１、１０１を設けた一実施形態を示している。
【００５７】
本発明によれば、図７〜図１０で示されるような位置に配置されるジェットポンプの使用を含む複数の実施形態が、単独又はとりうる組み合わせにおいて、想定される。例えば、ジェットポンプを３つ用いる場合、図８、図９及び図１０に示した位置に配置することが可能である。
【００５８】
本発明によれば、従来の方法や装置に用いられるようなホモジナイザーに加えて好ましくは前段に又はより好ましくはその代わりに、超音速衝撃波を発生して有機物質又は汚泥を破砕又は液化するジェットポンプが用いられる。
【００５９】
従って、上記のようなジェットポンプ及び他の用途について従来技術において知られるジェットポンプであって、参照により本開示に含まれるジェットポンプが、ホモジナイザーの代わりに用いられる。或いは、ジェットポンプを、ホモジナイザーの前段における処理で用いてもよい。
【００６０】
現在、世界のバイオ燃料の大部分は、砂糖やトウモロコシ等の原材料から製造されている。しかしながら、このような農産物の使用により食料の価格が高騰している。このような理由から、イネ科草本、サトウダイコン廃棄物、トウモロコシの茎等の二次植物産物からバイオ燃料を経済的に製造することが注目されている。
【００６１】
廃棄物は細かくする必要があり、また好ましくは、構成要素であるセルロースが溶解するよう完全に浸軟させる必要がある。セルロースが溶解すると、このセルロースを加水分解して炭化水素に変換し、その後酵母又は細菌を用いて発酵してこの炭化水素をエタノールやブタノールに変換する必要がある。その後、生成した希アルコール蒸気を蒸発させ、モレキュラーシーブを用いた最終的な乾燥の前に蒸留する。
【００６２】
例えば図５又は図６に概略的に示した蒸気ジェットポンプの使用により、例えば細断装置を用いた機械破砕の後にセルロースを急速に溶解する低コスト手段が提供される。蒸気ジェットポンプはまた、加熱効果を通して、そしてポンプに供給される前の酸添加により、セルロースの加水分解に寄与することができる。
【００６３】
バイオ燃料を製造する公知の方法の概要は、米国エネルギー省ホームページの「Energy Efficiency and renewable Energy, BIOMASS PROGRAM」（http://www1.eere.energy.gov/biomass/abcs_biofuels.html）に開示されている。尚、すべての開示は、参照により本開示に含まれるものとする。
【００６４】
最初に、複合多糖を加水分解によって単糖に変換する。酸及び酵素を用いて加水分解を触媒する。次に、糖に加えた酵母や細菌による発酵で糖をエタノールに変換する。これにより、糖からエタノール及び酸化炭素を生成する。
【００６５】
本発明の方法及び装置によれば、多糖類を含有するバイオマスは超音波衝撃波を発生させるジェットポンプで処理される。これによりバイオマスは液化され、また、多糖類はその少なくとも一部分が加水分解されてもよい。
【００６６】
したがって、本発明は更に、セルロース系材料の微生物発酵の方法及び装置に関し、ここでは、プレカット又は粉砕したセルロース系材料を液化するジェットポンプを用いる。
【符号の説明】
【００６７】
１ ジェットポンプ
２ チューブ
３ チューブインレット
４ チューブアウトレット
５ パイプ
６ 環状リングチャンバ
７ ノズル
８ ミキシングチャンバ
９ 圧縮衝撃波
１０１ ジェットポンプ
１０２ チューブ
１０３ チューブインレット
１０４ チューブアウトレット
１０５ パイプ
１０６ 環状リングチャンバ
１０７ ノズル
１０８ ミキシングチャンバ
１０９ 圧縮衝撃波
１１０ 環状リングチャンバ
１１１ ノズル
１１２ 環状リングチャンバ
１１３ パイプ
２０１ スクリーン手段
２０２ 好気性消化手段
２０３ 嫌気性消化手段
２０４ フィルター手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物発酵有機物の生成方法であって、
該微生物発酵有機物は、都市下水汚泥を減量するために該下水汚泥によるもの及びバイオ燃料を生成するためにセルロース系材料によるものの少なくとも一方であり、
前記有機物及び前記セルロース系材料の少なくとも一部を、ジェットポンプを用いて破砕又は液化すること、
前記ジェットポンプにおいて超音速衝撃領域を形成し、前記有機物及び前記セルロース系材料の少なくとも一方を供給してこれを破砕又は液化すること、
ジェットポンプのチューブを囲む環状リングチャンバに高圧蒸気を加え、前記蒸気を前記ジェットポンプの前記チューブ内に導いて、前記有機物及び前記セルロース系材料の少なくとも一方を前記チューブ内に吸引し、超音速衝撃領域を形成して前記有機物及び前記セルロース系材料の少なくとも一方を破砕又は液化すること、
を含んで構成される生成方法。
【請求項２】
前記都市下水汚泥は、前記ジェットポンプを通って好気性又は嫌気性発酵槽に返送される、請求項１に記載の生成方法。
【請求項３】
前記有機物は、セルロース系材料を含んで構成され、
前記セルロース系材料の液化は該セルロース系材料の発酵前に行われる、
請求項１に記載の生成方法。
【請求項４】
前記ジェットポンプは、プレカット又は粉砕したセルロース系材料の水中スラリーの液化に用いられる、請求項１〜３のいずれか一つに記載の生成方法。
【請求項５】
前記破砕又は液化する工程の補助として、好ましくは該破砕又は液化工程の前又はその間に、化学物質を添加し、該化学物質は水酸化ナトリウムである、請求項１〜４のいずれか一つに記載の生成方法。
【請求項６】
酸を添加して、前記破砕又は液化の間に酸加水分解を可能にする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の生成方法。
【請求項７】
酸を前記液化後に添加して加水分解を可能にする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の生成方法。
【請求項８】
酵素を添加して前記セルロースを加水分解する、請求項１〜７のいずれか一つに記載の生成方法。
【請求項９】
安価及び既に利用可能なソースとなっているセルロース系材料を使用し、該セルロース系材料には、刈り取った草、小麦の茎、サトウキビ廃棄物及びサトウダイコン廃棄物の少なくとも１つが含まれる、請求項１〜８のいずれか一つに記載の生成方法。
【請求項１０】
加熱装置及び自動車の内燃機関の少なくとも一方に使用されるバイオ燃料を生成する、請求項１〜９のいずれか一つに記載の生成方法。
【請求項１１】
微生物発酵有機物を生成する装置であって、
該微生物発酵有機物は、都市下水汚泥を減量するために該下水汚泥によるもの及びバイオ燃料を生成するためにセルロース系材料によるものの少なくとも一方であり、
ジェットポンプを含んで構成される装置。
【請求項１２】
前記ジェットポンプは、
チューブと、
前記チューブの壁部に設けられた環状リングチャンバと、
前記環状リングチャンバを前記チューブの内部空間に接続するノズルと、
を含んで構成され、
前記環状リングチャンバにはパイプが接続され、該パイプを介して高圧蒸気が前記環状リングチャンバに導入されて、前記チューブ内に有機物を含む液体が吸引されると前記チューブの前記ノズルの出口の後ろにおいて前記チューブ内に含まれる物質中に超音速衝撃波が発生し、
前記超音速衝撃波は、好ましくは、前記チューブの断面の全体に及ぶ、
請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記ジェットポンプは、粉砕されたセルロース系材料の液化及び下水汚泥の減量の少なくとも一方に適応するよう構成される、請求項１１又は１２に記載の装置。
【請求項１４】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の方法を実行するよう構成され、
前記装置は、好ましくは、スクリーン手段、好気性消化手段、嫌気性消化手段及び発酵手段の少なくとも１つを含んで構成される、
請求項１１〜１３のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１５】
１つ以上の前記ジェットポンプが用いて構成され、
前記ジェットポンプは、好ましくは直列接続で使用される、
請求項１〜１４のいずれか１つに記載の生成方法又は装置。
【請求項１】
微生物発酵有機物の生成方法であって、
該微生物発酵有機物は、都市下水汚泥を減量するために該下水汚泥によるもの及びバイオ燃料を生成するためにセルロース系材料によるものの少なくとも一方であり、
前記有機物及び前記セルロース系材料の少なくとも一部を、ジェットポンプを用いて破砕又は液化すること、
前記ジェットポンプにおいて超音速衝撃領域を形成し、前記有機物及び前記セルロース系材料の少なくとも一方を供給してこれを破砕又は液化すること、
ジェットポンプのチューブを囲む環状リングチャンバに高圧蒸気を加え、前記蒸気を前記ジェットポンプの前記チューブ内に導いて、前記有機物及び前記セルロース系材料の少なくとも一方を前記チューブ内に吸引し、超音速衝撃領域を形成して前記有機物及び前記セルロース系材料の少なくとも一方を破砕又は液化すること、
を含んで構成される生成方法。
【請求項２】
前記都市下水汚泥は、前記ジェットポンプを通って好気性又は嫌気性発酵槽に返送される、請求項１に記載の生成方法。
【請求項３】
前記有機物は、セルロース系材料を含んで構成され、
前記セルロース系材料の液化は該セルロース系材料の発酵前に行われる、
請求項１に記載の生成方法。
【請求項４】
前記ジェットポンプは、プレカット又は粉砕したセルロース系材料の水中スラリーの液化に用いられる、請求項１〜３のいずれか一つに記載の生成方法。
【請求項５】
前記破砕又は液化する工程の補助として、好ましくは該破砕又は液化工程の前又はその間に、化学物質を添加し、該化学物質は水酸化ナトリウムである、請求項１〜４のいずれか一つに記載の生成方法。
【請求項６】
酸を添加して、前記破砕又は液化の間に酸加水分解を可能にする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の生成方法。
【請求項７】
酸を前記液化後に添加して加水分解を可能にする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の生成方法。
【請求項８】
酵素を添加して前記セルロースを加水分解する、請求項１〜７のいずれか一つに記載の生成方法。
【請求項９】
安価及び既に利用可能なソースとなっているセルロース系材料を使用し、該セルロース系材料には、刈り取った草、小麦の茎、サトウキビ廃棄物及びサトウダイコン廃棄物の少なくとも１つが含まれる、請求項１〜８のいずれか一つに記載の生成方法。
【請求項１０】
加熱装置及び自動車の内燃機関の少なくとも一方に使用されるバイオ燃料を生成する、請求項１〜９のいずれか一つに記載の生成方法。
【請求項１１】
微生物発酵有機物を生成する装置であって、
該微生物発酵有機物は、都市下水汚泥を減量するために該下水汚泥によるもの及びバイオ燃料を生成するためにセルロース系材料によるものの少なくとも一方であり、
ジェットポンプを含んで構成される装置。
【請求項１２】
前記ジェットポンプは、
チューブと、
前記チューブの壁部に設けられた環状リングチャンバと、
前記環状リングチャンバを前記チューブの内部空間に接続するノズルと、
を含んで構成され、
前記環状リングチャンバにはパイプが接続され、該パイプを介して高圧蒸気が前記環状リングチャンバに導入されて、前記チューブ内に有機物を含む液体が吸引されると前記チューブの前記ノズルの出口の後ろにおいて前記チューブ内に含まれる物質中に超音速衝撃波が発生し、
前記超音速衝撃波は、好ましくは、前記チューブの断面の全体に及ぶ、
請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記ジェットポンプは、粉砕されたセルロース系材料の液化及び下水汚泥の減量の少なくとも一方に適応するよう構成される、請求項１１又は１２に記載の装置。
【請求項１４】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の方法を実行するよう構成され、
前記装置は、好ましくは、スクリーン手段、好気性消化手段、嫌気性消化手段及び発酵手段の少なくとも１つを含んで構成される、
請求項１１〜１３のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１５】
１つ以上の前記ジェットポンプが用いて構成され、
前記ジェットポンプは、好ましくは直列接続で使用される、
請求項１〜１４のいずれか１つに記載の生成方法又は装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−１８３９３６（Ｐ２００９−１８３９３６Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００８−２９３４６１（Ｐ２００８−２９３４６１）
【出願日】平成２０年１１月１７日（２００８．１１．１７）
【出願人】（５０８３４１９７９）エーピーブイ システムズ リミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９３４６１（Ｐ２００８−２９３４６１）
【出願日】平成２０年１１月１７日（２００８．１１．１７）
【出願人】（５０８３４１９７９）エーピーブイ システムズ リミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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