CN1968764A - 生物质处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种，能够有效地对生物质进行发酵处理、且即使不利用植物，也可以回收能源，另外能够使生物质处理后的废液中所含有的有机物浓度降低的新的生物质处理方法；所涉及的生物质处理方法，对生物质进行利用氢生成菌的氢发酵处理，从而回收氢；进而，对氢发酵处理后所产生的发酵液进行利用甲烷菌的沼气发酵处理，从而回收沼气；这种情况下，发酵液中至少含有有机酸。

Description

生物质处理方法
技术领域
本发明涉及的是生物质(biomass)处理。进一步详细说明的话，所涉及的是能够对生物质有效地进行发酵处理、且即使不利用植物也能够回收能源，另外能够使生物质处理后的废液中所含有的有机物浓度降低的、新的生物质处理方法。
背景技术
由从食品生产过程排出巨量的生垃圾(生物质)，而处理相关生垃圾时，所熟知的是使用生垃圾处理机。这种生垃圾处理机具有需氧细菌丛，在该需氧细菌丛中投入生垃圾，从而进行分解处理。
然而，被投入的生垃圾其重量的至少十分之一、或者十分之一以上未能被处理，存在作为未成熟的残留物残留的问题。另外，例如，在将这种未成熟的残留物作为堆肥而利用时，由于不能原封不动地作为堆肥使用，因此必须进一步使其发酵两个月左右。另外，在农户和园艺家之间得不到协作、且没有领取人的状态下，好不容易制成的堆肥也就变得没有用处，成为所谓的第二次产业废物。
另外，作为微生物，例如，通过使用氢生成菌，比现有技术更有效地处理生物质的方法，也是由本发明人提出的(例如，专利文献1)。进而，也提出了通过由作为有机废物的生垃圾(生物质)，使用具有氢生成菌、沼气生成菌及氢生产能的植物，从而有效地生产氢的氢生产方法(专利文献2)。
专利文献1：特开2001-157595号公报(参照摘要、段落号0035～0039)
专利文献2：特开2003-250519号公报(参照摘要、段落号0054～0065)
发明内容
发明所要解决的课题
专利文献1所公开的处理方法，是能够有效地处理生物质，同时，能够回收作为净能的氢的方法，针对实用化的研究开发正广泛地进行。但是，作为回收氢后废液的发酵液(培养液)含有高浓度的作为氢生成菌体和副生成物的乙酸及丁酸等各种有机物。高浓度含有相关有机物的发酵液不能够以未处理状态排入下水道及河川。因此，使用一般的曝气式废水处理法处理该发酵液等，必须采取一些对策。
另外，专利文献2所公开的氢生产方法，将通过利用氢生成菌的氢发酵以及利用沼气发酵菌的沼气发酵等的分解物作为具有氢生成能植物的氢原料，进行供给从而生产氢。因此，除氢生成菌及沼气发酵菌以外，必须利用培育方法(栽培方法)等复杂的植物，很费时间。
另外，近年来，由于环境保护和资源的有效利用(再利用)倍受瞩目，因此，必须更加有效地处理生物质中食品关联废物及/或生活关联废物。另外，迫切要求将对由相关食品关联废物及/或生活关联废物构成的生物质进行微生物处理后所产生的发酵液中的高浓度有机物有效地再利用，同时，净化为能够放心地将发酵液(废液)排入下水道及河川的方法。但是，在现阶段并没有这样的报告等。
因此，该申请发明是根据以上的背景进行的，其目的在于提供一种能够解除现有技术的问题，有效地发酵处理生物质、且即使不利用植物也能够回收能源，另外能够使生物质处理后废液中所含有的有机物浓度降低的新的生物质处理方法。
解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的生物质处理方法利用含有丙酮丁醇梭菌(由Clostridium acetobutylicum重新命名为Clostridium beijerinkii)AM21B菌株、梭菌(Clostridium)sp.No.2菌株、梭菌(Clostridium)sp.X53菌株中的至少一种的氢生成菌，对生物质进行氢发酵处理从而回收氢；进而，对氢发酵处理后所产生的发酵液进行利用甲烷菌的沼气发酵处理来回收沼气，同时，发酵液中至少含有有机酸。
在具有这种构成的情况下，通过使生物质作用于氢生成菌，能够进行发酵处理-即氢发酵处理，并能够通过该氢发酵处理生产氢。特别是，由于利用含有丙酮丁醇梭菌(Clostridium beijerinkii)AM21B菌株、梭菌(Clostridium)sp.No.2菌株、梭菌(Clostridium)sp.X53菌株中的至少一种的氢生成菌进行氢发酵处理，因此，与其他手法、使用其他氢生成菌进行氢发酵处理的情况相比较，能够增加氢生产量。
另外，使用具有和氢生成菌不同的发酵处理能力的甲烷菌，能够使作为氢发酵处理后产生的废液的发酵液进行沼气发酵处理，并能够通过该沼气发酵处理生产沼气。这种情况下，因为使用氢发酵后的发酵液进行沼气发酵，所以，能够使生物质处理后废液中所含有的有机物浓度降低。因此，在沼气发酵后，可以放心地将发酵液(废液)排入下水道及河川。
另外，因为在发酵液中含有有机酸，所以通过相关有机酸的存在，能够有效地进行利用甲烷菌的沼气发酵处理。进而，由于可以不利用具有氢生产能的植物，因此，培育方法(栽培方法)等不会费很多时间，能够进一步削减成本。
另外，其他发明在上述发明的基础上进而，生物质含有食品关联废物及/或生活关联废物。因此，能够谋求资源的有效利用，同时，能够防止食品关联废物及/或生活关联废物作为废品被抛弃，因此能够谋求环境保护。
进而，其他发明在上述发明的基础上进而，通过氢发酵处理被回收的氢，通过压缩处理形成液体状。在具有这种构成的情况下，氢的搬运、储藏变得容易。另外，因为可以只实施压缩处理，因此，在搬运、储藏时，能够降低成本。
另外，其他发明在上述各发明的基础上进而，通过氢发酵处理被回收的氢被碳纳米管吸留。在具有这种构成的情况下，可以利用重量比将非常多的氢通过该碳纳米管吸留。因此，可以储藏比压缩于容器等时更多的氢。另外，因为不进行压缩等，所以也可以防止爆炸的危险。
进而，其他发明在上述发明的基础上进而，通过氢发酵处理被回收的氢，被氢吸留合金吸留。在具有这种构成的情况下，可以利用重量比将较多氢通过该碳纳米管吸留。因此，可以储藏比压缩于容器等时更多的氢。另外，因为不进行压缩等，所以也可以防止爆炸的危险。
另外，其他发明在上述各发明的基础上进而，经过沼气发酵处理被回收的沼气，通过压缩处理形成液体状。在具有这种构成的情况下，氢的搬运、储藏变得容易。另外，因为可以只实施压缩处理，所以在搬运、储藏时，能够降低成本。
进而，其他发明在上述各发明的基础上进而，作为甲烷菌，使用属于甲烷杆菌(Methanobacterium)属、产甲烷球菌(Methanococcus)属、甲烷八叠球菌(Methanosarcina)属、鬃毛甲烷菌(Methanosaeta)属、甲烷嗜盐菌(Methanohalophillus)属的细菌中的至少一种，进行沼气发酵处理。
在具有这种构成的情况下，使用具有优越性质的甲烷菌进行沼气发酵，能够增加沼气生产量。
发明效果
如果采用本发明，能够有效地发酵处理生物质。另外，即使不利用植物，也能够回收能源。进而，能够使生物质处理后废液中所含有的有机物浓度降低。
附图说明
图1是表示本发明第二实施形态涉及的氢生成装置构成的侧剖面图。
图2是表示本发明第二实施形态涉及的氢生成方法的流程图。
图3是表示使用图1的氢生成装置，使有机材料和梭菌属的微生物反应时的反应时间和氢产生量关系的一个例子的示意图。
图4是表示本发明第三实施形态涉及的氢生成装置构成的侧剖面图。
图5是表示本发明第三实施形态涉及的氢生成方法的流程图。
图6是表示本发明第四实施形态涉及的氢/沼气生成装置的侧剖面图。
图7是表示本发明第四实施形态涉及的氢生成方法的流程图。
符号说明
10、30、40…氢生成装置
11…反应容器
12、32…管道状部件
12a、32a…材料投入口
13…微生物供应管道
14、23…调节阀
15…翼片(第一搅拌手段的一部分)
16…电动机(第一搅拌手段的一部分)
17…监视装置(控制手段)
20…微生物前培养槽(微生物前培养手段的一形态)
21…培养液箱(培养液储备手段的一形态)
22…培养液供应管道
24…氢排出管道
31…杀菌机构
33…煮沸部
33a…空间部
35…水投入管道(液体投入手段的一形态)
35a…水投入口
36…加热机构
37…压力调节机构
41…沼气生成机构
43…固液分离槽(固液分离手段的一形态)
44…固体物质最后处理槽(固体物质最后处理手段的一形态)
46…翼片(第二搅拌手段的一部分)
47…电动机(第二搅拌手段的一部分)
49…沼气发酵槽(沼气发酵手段)
50…翼片(第三搅拌手段的一部分)
51…电动机(第三搅拌手段的一部分)
具体实施方式
(第一实施形态)
以下，对本发明第一实施形态涉及的生物质处理方法进行详细说明。但是，该申请发明并不限于以下实施形态。
该申请发明的生物质处理方法，通过使食品关联废物及生活关联废物等的生物质作用于氢生成菌，进行发酵处理-即氢发酵处理(第一步骤)。通过该氢发酵处理生产氢，能够有效地回收该氢，同时，能够有效地分解处理生物质。
进而，紧接着，对作为在氢发酵处理后产生的废液的发酵液，使用具有和氢生成菌不同的发酵处理能力的微生物-即甲烷菌进行沼气发酵处理(第二步骤)。此时，也可以将通过作为第一步骤的氢发酵处理而产生的发酵液，以未进行处理的状态导入到作为下一个发酵处理的第二步骤的沼气发酵处理。当然，也可以为了在该沼气发酵中除去不必要的有机酸等，而进行过滤处理等适当的处理。而且，该申请发明的生物质处理方法能够有效地回收通过这种沼气发酵处理所产生的沼气。
具有这种特征的该申请发明的生物质处理方法，能够有效地发酵、分解处理以动物性废物及植物性废物等为主的生物质、且即使不利用生长(栽培)复杂的、具有氢生产能的植物，也能够回收各种能源(氢及沼气)。这样，因为可以不利用具有氢生产能的植物，所以培育方法(栽培方法)等并不费时间，可以进一步消减成本。进而，也能够使在氢发酵处理后发酵液(废液)中所含有的高浓度有机物的浓度降低。因此，在沼气发酵后，可以放心地将发酵液(废液)排入下水道及河川。
该申请发明的生物质处理方法的生物质，如上所述，从环境保护和资源的有效利用(再利用)等的观点考虑，以含有食品关联废物或生活关联废物、或者至少含有其两者为佳。这样，在食品关联废物及/或生活关联废物包含在生物质中的情况下，能够谋求现状中被白白丢弃资源的有效利用。另外，因为能够防止食品关联废物及/或生活关联废物作为废品被抛弃，所以能够谋求环境保护。
另外，对该食品关联废物、生活关联废物进一步详细举例说明的话，可以举出鸡肉及猪肉、鱼屑等的动物性废物，豆腐渣、麸子、糠、含有添加水搅拌后的材料的废弃的面包和面食类、蔬菜及果实的汁和榨完的渣滓等植物性废物、进而，酱油和烧酒等的榨完的渣滓等。当然，这些废物(生垃圾)无论是由家庭排出程度的量，还是由西餐馆等营业所排出的量，该申请发明的生物质处理方法都能够充分地对应。
另外，因为发酵液中至少含有有机酸，所以利用甲烷菌的沼气发酵处理有效地进行。该有机酸是对作为第二步骤的沼气发酵处理中的沼气发酵有用的有机酸(即，相当于发酵特性)。具体地说，能够举出乙酸、丁酸、磷酸、柠檬酸、丙酮酸、苹果酸、丁二酸、乳酸、甲酸、以及乙酰丙酸等各种有机酸，以这些至少一种以上作为有机酸包含在发酵液中为佳。另外，即使在该发酵液中含有氢生成菌的菌体等，也几乎不会对沼气发酵处理给予障碍，所以可以认为不存在问题。另外，有机酸也可以采用由氢发酵而产生的有机酸，但是，在沼气发酵所必需的量不足的情况下，也可以重新投入有机酸。
通过该申请发明的生物质处理方法所回收的氢，其特征在于，不含有炭、且即使使其燃烧，也不会提炼二氧化碳，所以是对环境温和的能源(净能)，同时，能量转换效率高。特别是，由于使用(燃烧)后其副产物是水，所以与现有技术的石油等化石燃料相比，对环境温和。另外，氢与石油相比具有石油的三倍左右大的燃烧能源。氢生成菌能够有效地生产出在相关环境方面及效率方面优越的氢。另外，由氢发酵处理后产生的发酵液(废液)所生产出来的沼气其利用范围广、可以作为各种装置等的能源进行利用。甲烷菌可以有效地生产该沼气。
另外，被回收的能源、氢及沼气的形态可以是气体、液体或固体。进而，可以适当地将形态加工、改变为作为能源(燃料)容易利用的形态。例如，也可以对作为气体回收的能源(氢气、沼气)实施压缩处理等、从而作为液体状等。这种情况下，搬运、储藏氢及沼气变得容易。另外，因为仅实施压缩处理就可以，所以在搬运、储藏时，可以降低成本。
另外，也可以将氢吸附在碳纳米管而进行储藏。在使用相关碳纳米管的情况下，可以利用重量比将非常多的氢通过该碳纳米管吸留。因此，可以储藏比压缩于容器等时更多的氢。另外，因为不进行压缩等，所以也可以防止爆炸的危险。作为相关碳纳米管，单层碳纳米管(Single-Walled Carbon Nanotubes；SWNT)、石墨纳米纤维(GraphiteNanofibers；GNF)是适合的。而且，这种情况下，可以在低温/加压下吸附氢，也可以在常温/大气压下吸附氢。另外，相关碳纳米管可以将通过后述的沼气发酵生成的沼气作为原料生成。另外，也可以在生成的碳纳米管中添加K、Li等。
进而，也可以通过将氢吸附于氢吸留合金，来进行储藏。在采用相关氢吸留合金的情况下，可以利用重量比将较多的氢通过该碳纳米管吸留。因此，可以储藏比压缩于容器等时更多的氢。另外，因为不进行压缩等，所以也可以防止爆炸的危险。作为相关氢吸留合金，例如有MgH2这样的Mg系合金，FeTiH2这样的Ti系合金，Ti-V-Mn、Ti-V-Cr这样的V系合金等。
进而，该申请发明的生物质处理方法的氢生成菌有例如，丙酮丁醇梭菌(Clostridium beijerinkii)AM21B菌株(参照Journal of Fermentationand Bioengineering 73：244-245，1992)、梭菌(Clostridium)sp.No.2菌株(参照Canadian Journal ofMicrobiology 40：228-233，1994)、梭菌(Clostridium)sp.X53菌株(参照Journal of Fermentation andBioengineering 81：178-180，1996)等由本发明人分离的、属于梭菌属(Clostridium)的氢生成菌。但是，氢生成菌只要有效处理生物质、且生产氢的话，则可以利用各种氢生成菌，并不限定于上述氢生成菌。
在使用相关氢生成菌的情况下，使用在氢生成中具有优越性质的氢生成菌进行氢发酵，与通过其他手法进行氢发酵处理的情况相比较，能够增加氢生产量。
另外，甲烷菌有例如，属于甲烷杆菌(Methanobacterium)属、产甲烷球菌(Methanococcus)属、甲烷八叠球菌(Methanosarcina)属、鬃毛甲烷菌(Methanosaeta)属、甲烷嗜盐菌(Methanohalophillus)属的细菌等。但是，甲烷菌只要能够处理生物质和氢发酵处理后的发酵液、且有效地生产沼气的话，则并不限定于上述甲烷菌，可以利用各种甲烷菌。
在使用相关甲烷菌的情况下，使用在沼气生成中具有优越性质的甲烷菌进行沼气发酵，能够增加沼气生产量。
然后，对具有以上特征的该申请发明，进行进一步详细且具体的说明。当然，该申请发明并不限定于以下的例子。
实施例
I.氢发酵处理
(1)氢生成菌的前培养
将300ml的三角烧瓶中添加了0.1％的葡萄糖的PY培养基100ml和氢生成菌接种，并在37℃的厌氧手套箱(美国宝马公司生产、形式1024)内培养一晚。另外，PY培养基的组成是在1L的水中有10g蛋白胨(peptone)、5g酵母(yeast extract)、500mg L-半光氨酸(cystein)HCl、8mg CaCl、8mg MgSO4、40mg KH2PO4、400mg NaHCO3、以及80mg NaCl，不含有碳源。
(2)氢发酵方法
3000ml的三角烧瓶中，加入含有7.5g氢发生源的淀粉或者葡萄糖的PY培养基1400ml和氢生成菌的前培养菌液100ml，在利用带有气体排出口、pH控制器(东京理科机制、形式FC-10)的插入口、pH调节用NaOH液流入口等的橡胶塞堵上后，放在厌氧手套箱的外面。在37℃的恒温水槽内保温，并用电磁搅拌器进行搅拌。
(3)氢的收集和定量方法
产生的气体(气)，将通过10％NaOH液后除掉二氧化碳、其他NaOH液溶解性气体外的气体利用水上置换法收集在量筒内并进行定量。由通过高速气体色谱法的分析和燃烧试验的爆炸音，确认是氢气。
然后，将在该氢发酵处理中产生的发酵液(废液)使用于接下来的沼气发酵处理。此时，该发酵液(废液)可以是未进行处理的，另外也可以是进行了过滤处理等各种处理的。
II.沼气发酵处理
(1)沼气发酵处理装置
沼气发酵处理采用UASB(upflow anaerobic sludge blanket)法进行。在实验中使用的处理装置为水深930mm、内容量10L的圆筒状，并在底部附属有能够缓慢搅拌的搅拌装置。在该处理装置的底部设有流入口，另外在顶部设有溢流堰，是能够由处理装置顶部取出产生气体的构成。
进行沼气发酵处理的上述发酵液(废液)通过定量泵送入流入口。另外，将从溢流堰流出的液体作为处理水(最后废液)提取。产生气体用气体计量器计量。另外，在沼气发酵处理装置上设有水套，在35℃保温。
(2)实验条件
将生活废水处理设备的回流污泥7.6L投入沼气发酵装置中，用定量泵使氢发酵后的发酵液(废液)从流入口流入，开始沼气发酵处理。发酵液(废液)的流入量设定为0.3L/日或1L/日，使定量泵一日两次、每次运转两小时，间歇地流入。处理开始后，连续处理约五个月时间。这期间，在经过十五天时确认气体产生量大体上稳定，所以，从这个时候起，几乎每天测量气体产生量。另外，从经过三个月的时间起，几乎每隔一周提取处理水(最后废液)进行分析。
(3)分析项目和分析方法
为了判断沼气发酵处理的效果，分别测量氢发酵处理后的发酵液(废液)、和沼气发酵处理后的处理水(最后废液)中的、生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、总有机碳量(TOC)、无机碳(IC)、基耶达氮(kje-N)、全磷(T-P)、蒸发残留物(TS)、烧蚀量(VM)、溶解性物质(DM)、浮游物质(SS)、有机性浮游物质(VSS)、碱度、pH及有机酸。这些测量根据现有技术的下水试验方法进行。COD求得在酸性条件下，通过100℃的过锰酸钾的需氧量。另外，TOC及IC的测量使用TOC计5000A(株式会社岛津制作所)，有机酸的测量使用了气体色谱法GC-14B(株式会社岛津制作所)。
另外，排入河川的基准值是BOD为120mg/L、SS为150mg/L以下，排入下水道的基准值是BOD为600mg/L、SS为600mg/L以下。
实施例一：从生物质(淀粉)回收氢和沼气
(1)淀粉(淀粉)的氢发酵处理
将含有7.5g淀粉的PY培养基1400ml和氢生成菌(丙酮丁醇梭菌(Clostridium beijerinkii)AM21B菌株)的前培养菌液100ml加入3000ml的三角烧瓶中，在37℃的恒温水槽内开始培养。从开始保温经过两小时到三小时的时候起观察到起泡，从七小时到八小时左右产生的气体容积达到了最高。用十数小时的时间气体的产生结束。产生的氢气总计为3750ml。作为氢发酵后培养液的发酵液(废液)以未进行处理的状态注入到沼气发酵槽。
(2)由淀粉发酵液的沼气发酵处理
使氢发酵后的发酵液(废液)流入内容量为10L的圆筒状的UASB法的沼气发酵处理装置，并开始进行处理。流入量设定为0.3L/日，使定量泵一日两次、每次运转两小时，间歇地流入。因此，滞留时间为三十三天。
沼气发酵后的处理水(最后废液)的TOC约为360mg/L、BOD为530mg/L、COD为490mg/L。各自的除去率分别是95％、97％、和90％(参照表1)。沼气的产生量是每天1.54L。可以确认使用该淀粉的氢发酵后发酵液(废液)容易进行厌氧生物分解。
(3)水质特性
分别比较通过上述(1)的氢发酵处理产生的发酵液(废液)的水质特性、和通过(2)的沼气发酵处理产生的处理水(最后废液)的水质特性，在表1中表示。如表1所示，确认了通过对氢发酵处理产生的发酵液(废液)进行沼气发酵处理，如上所述，能够回收氢气及沼气，同时，能够有效地除去TOC及BOD、COD等。因此，由于最后废液低于排入下水道的基准值，所以能够减少处理时间。
[表1]
项目   氢发酵后的废液平均值(mg/L)   沼气发酵后的废液平均值(mg/L) 除去率
  TOCBODCODTSVMDMSSVSSkie-NT-PPH   6,92017,8004,69016,07714,30515,0646445961,8722074.89   3575304903,2021,2483,11390771,5081908.48   95％97％90％80％91％80％86％87％19％8％-
TOC：总有机性碳量、TS：蒸发残留物、VM：烧蚀量、DM：溶解性物质、
SS：浮游物质、VSS：有机浮游物质、kie-N：基耶达氮、T-P：全磷
实施例二：从生物质(葡萄糖)中回收氢和沼气
(1)葡萄糖的氢发酵处理
将PY培养基用离子交换水稀释成5倍的稀释PY培养基、溶解7.5g葡萄糖后的培养液1400ml和氢生成菌(丙酮丁醇梭菌(Clostridiumbeijerinkii)AM21B菌株)的前培养菌液100ml加入3000ml的三角烧瓶中，在37℃的恒温水槽内开始培养。从开始保温起经过两小时左右产生泡，七小时左右产生的气体容积达到最高，十数小时的时间气体的产生结束。产生的氢气总计为5750ml。氢发酵后的发酵液(废液)以未进行处理的状态注入到沼气发酵槽。
(2)由葡萄糖发酵液的沼气发酵处理
氢发酵后的发酵液(废液)的注入量设定为1L/日，使定量泵一日两次、每次运转两小时，间歇地流入。因此，滞留时间为十天。
沼气发酵后的处理水(最后废液)的TOC为48mg/L、BOD为10mg/L、COD为71mg/L。各自的除去率分别是99％、99％以上和98％。沼气的产生量是每天4.85L。可以确认使用稀释PY培养基的氢发酵后的发酵液(废液)容易进行厌氧生物分解。
(3)氢的特性
分别比较通过上述(1)的氢发酵处理产生的发酵液(废液)的水质特性、和通过上述(2)的沼气发酵处理产生的处理水(最后废液)的水质特性，在表2中表示。如表2所示，确认了通过对氢发酵处理产生的发酵液(废液)进行沼气发酵处理，如上所述，能够回收氢气及沼气，同时，能够有效地除去TOC及BOD、COD等。因此，最后废液由于均低于排入河川基准值及排入下水道基准值，所以能够减少最后废液的处理时间。
[表2]
项目   氢发酵后的废液(mg/L)   沼气发酵后的废液(mg/L)   除去率
  TOCBODCODSSpH   4,76312,2744,2641,0554.21   4810711408.2   99％＞99％98％87％-
(第二实施形态)
以下，根据图1至图3对本发明的第二实施形态进行说明。图1是表示使用于本实施形态的氢生成装置10构成的侧剖面图。在该图中，氢生成装置10设有反应容器11。在反应容器11上，设有用于投入氢生成用材料的材料投入口12a。另外，虽未进行图示，但投入材料为固体物质的情况下，在材料投入口12a的部分设有粉碎器。另外，在本实施形态中，向上方开口的材料投入口12a形成于直径大的管道状部件12的顶端。该管道状部件12连接在反应容器11的上端面。有机材料可以从管道状部件12投入到反应容器11内部。
另外，材料投入口12a可以在将材料投入反应容器11内部后，用盖(未图示)堵塞。如果采用这种构成，能够防止各种细菌从外部进入。
另外，在反应容器11的侧面部分上方侧上，连接有如后所述的用于投入氢生成用微生物(在本实施形态中，是梭菌属的微生物；以下，简称为微生物A。)的微生物供应管道13的一端。因为微生物供应管道13的另一端连接在后述的微生物前培养槽20上，所以可以向反应容器11内部提供适量的培养液。而且，在以下的说明中，将微生物A增殖后的培养液作为增殖后培养液进行说明。另外，将在培养液箱21中的培养液、或者微生物A增殖前的微生物前培养槽20中的培养液作为增殖用培养液进行说明。
在该微生物供应管道13的规定位置上设有调节阀14。通过控制该调节阀14的开关及开放量，能够调整/控制从后述的微生物前培养槽20向反应容器11的培养液的供给量及是否进行供给。
另外，也可以采用将调节阀14设置在微生物前培养槽20中和微生物供应管道13的边界部分、及反应容器11和微生物供应管道13的边界部分的构成，而不是采用设置在微生物供应管道13内部的构成。
在反应容器11上，连接有真空泵等吸引手段(未图示)，从而可以将该内部设定为负压。另外，在反应容器11的内部，设置有作为第一搅拌手段的翼片15。翼片15是将投入到反应容器11内部的有机材料进行搅拌，发挥反应促进作用的部件。作为相关翼片15的一个例子，为了能够上下左右均匀搅拌，例如，在由两片叶片组成的翼片15中，将其中一片叶片设置为从中心线向斜上方倾斜，而将另一片叶片设置为从中心线向斜下方倾斜。
但是，只要能够良好地搅拌反应容器11内部，翼片15可以是任意形状。另外，翼片15在本实施形态中由不锈钢制成，但是，也可以采用整体为磁性材料或者陶瓷等的多孔吸附性部件。如果采用这种多孔部件的话，在被放入反应容器11的有机材料中，混合水银等金属和复制用调色剂时，可以不使它们扩散而进行补充。另外，除使用翼片15进行搅拌外，也可以通过例如，摇动反应容器11整体，或者使反应容器11的整体旋转来进行搅拌。
另外，在反应容器11上，设有和上述翼片15直接连接的电动机16，通过该电动机16的驱动进行搅拌。另外，在反应容器11的外部，设有监视在该反应容器11内部的反应情况的监视装置17。通过该监视装置17，监视反应时间和反应进行时的温度及pH，另外经常计算出反应时间。另外，监视装置17使用蜂鸣器或者灯等报警手段，能够对外部传达外部反应结束。
该监视装置17还发挥作为控制手段的机能。即，后述的微生物供应管道13及培养液供应管道22的调节阀14、23连接在上述监视装置17上。然后，通过利用该监视装置17控制调节阀14、23的开放，来控制从后述的培养液箱21向微生物前培养槽20的培养液的供给、以及向反应容器11内部的含有微生物A的培养液的供给。
另外，也可以在监视装置17上另外设置对应于控制手段的控制装置，而不是采用使其兼用作为控制手段的功能的构成。
另外，在微生物供应管道13的另一端侧，连接有作为微生物前培养手段的微生物前培养槽20。该微生物前培养槽20是在增殖用培养液中使微生物A增殖的。另外，该微生物前培养槽20是在微生物A形成增殖后的增殖后培养液中，维持该微生物A生存状态的。因此，在该微生物前培养槽20中，设有温度调节手段(未图示)。通过该温度调节手段的作用，微生物前培养槽20能够保持增殖最适合的温度。
另外，对于增殖最理想的温度为37度左右，但是，和后述的反应容器11内部的反应进行相同，只要在25度到45度的范围内，则能够充分地增殖微生物A。另外，只要能够增殖，也可以是在该范围以外的温度。另外，作为温度调节手段，可以采用电热加热器、加热锅炉等各种手段。
在该微生物前培养槽20上，连接有培养液供应管道22的一端侧。另外，该培养液供应管道22的另一端侧连接在作为培养液储备手段的培养液箱21上。在培养液箱21，储存有适合微生物A培养的增殖用培养液。而且，该培养液箱21在将微生物A从微生物前培养槽20向反应容器11内部提供后，能够向该微生物前培养槽20提供新的增殖用培养液。
另外，在该培养液供应管道22上，也设有调节阀23。而且，通过该调节阀23被监视装置17控制，控制调节阀23的开关、另外在打开时控制为适当的开放量。另外，该调节阀23也可以设置在微生物前培养槽20和培养液供应管道22的边界部分、或者培养液箱21和培养液供应管道22的边界部分。
另外，在反应容器11的上端面上，连接有氢排出管道24的一端。氢排出管道24用于从反应容器11向外部排出比重轻的氢。该氢排出管道24的另一端储存在设置于外部的、未图示的氢吸留合金及储气瓶等的氢储存部(未图示)。通过这种构成，能够使用微生物A从有机材料生成氢，同时，所生成的氢被储存氢储存部内。
以下，根据图2对使用如上所述的氢生成装置10生成氢的方法进行说明。
首先，将有机材料投入到反应容器11的内部(步骤S1；对应于有机材料投入工序)。所投入的有机材料，例如是将土豆等淀粉性材料和圆白菜为代表的青菜类的混合物质、玉米芯为代表的谷物类、扇贝的废物之一的中肠腺、或家畜的内脏等。但是，上述有机材料只是例子，在此之外也可以使用植物性废物等植物性有机材料、或动物性废物等动物性有机材料。
另外，在使淀粉性材料分解的情况下，可以以单体进行反应，但是，如淀粉性材料和青菜类、或扇贝的中肠腺等那样，若将成分不同的异质有机材料进行混合的话，则这些青菜类或扇贝的中肠腺代替酵素达到促进反应的结果。这样，组合不是同种材料的、而是不同种类的异质材料，促进反应上是有利的。
在这里，必须在该投入程序之前，事先在微生物前培养槽20中培养微生物A(步骤S2；微生物前培养工序)。因此，首先在微生物前培养槽20中储备增殖用培养液，并在该增殖用培养液中添加微生物A的菌株。然后，将该微生物前培养槽20设定为规定温度(在25度至45度的范围内，以37度为佳)。另外，保持该温度不变，放置一定时间。作为培养必需的放置时间，只要在十二小时至二十四小时之间，则微生物A充分地增殖，是最理想的。但是，即使是除此之外的放置时间，只要微生物A的增殖能够充分进行，也可以是任意放置时间。
在投入这些有机材料后、或事前、或同时，将作为厌氧菌的梭菌属微生物(微生物A)，以包含于增殖后培养液的状态，由微生物前培养槽20通过微生物供应管道13投入到反应容器11(步骤S3)。该梭菌属微生物(微生物A)有例如，梭菌 丙酮丁醇梭菌(Clostridiumbeijerinkii)AM21B菌株(文献；Journal of Fermentation andBioengineering 73：244-245，1992)、梭菌sp(Clostridium sp.)No.2菌株(文献；Canadian Journal of Microbiology 40：228-233，1994)、或者梭菌sp(Clostridium sp.)X53菌株(文献；Journal of Fermentation andBioengineering 81：178-180，1996)等。但是，梭菌属的微生物(微生物A)并不限于此，还可以适用其他各种菌株。另外，也可以将生成梭菌属以外的氢的微生物(例；第一实施形态的梭菌属以外的微生物)作为微生物A而使用。
然后，经过上述放置时间，微生物A被充分增殖后的增殖后培养液被投入到反应容器11内部(步骤S3；对应于供给实行工序及供给量控制工序)。因此，通过微生物A的有机材料的分解反应开始。
在这里，在将培养液提供到反应容器11内部的情况下，通过利用监视装置17的控制，仅将规定量的增殖后培养液存留在微生物前培养槽20中，而不是将所有的微生物前培养槽20中的增殖后培养液提供到反应容器11中(该部分对应于步骤S3中的供给量控制工序。)。
然后，仅将提供到反应容器11部分的增殖后培养液，重新由培养液箱21提供到微生物前培养槽20(步骤S4；对应于增殖用培养液供给工序)。这样，以将增殖后培养液存留在微生物前培养槽20中的状态，提供增殖用培养液。于是，即使没有将微生物A的菌株重新提供到微生物前培养槽20，也能够在微生物前培养槽20中开始微生物A的培养。
另外，步骤S4的向微生物前培养槽20的增殖用培养液的供给可以在经过规定时间后进行，而不是在将增殖后培养液提供到反应容器11内部之后立刻进行。另外，在上述说明中，在进行了步骤S1后进行步骤S2～S4，但是，也可以在分别实行各步骤S2～S4后实行步骤S1，或者与此同时实行步骤S1。
在这里，只要反应容器11内部的温度在25度至45度的范围内，就可以通过微生物A进行有机材料的分解反应。但是，若考虑微生物A的增殖及氢的产生量的话，以调整到30度至42度为佳。另外，在投入上述梭菌属微生物(微生物A)后，即使通过泵等将反应容器11内部吸引为若干负压也没关系。这种情况下，反应进一步被促进。进而，可以调节反应容器11内部的pH，这种情况下，pH以4.0至8.0为佳。
另外，如图2的流程图所示，以一边将调节反应容器11内部的温度调节为规定温度，一边使电动机16作动使翼片15在反应容器11内部旋转驱动，从而将微生物A和有机材料进行搅拌为佳(步骤S5)。由此，在反应容器11内均匀地进行有机材料的分解反应，即使局部形成生成氢并蓄积的状态，也不会造成部分过饱和状态。即，能够使分解反应对有机材料的整体良好地进行。
通过有机材料分解的反应而生成的氢，从氢排出管道24排出(步骤S6)，并被储存在设置于外部的氢吸留合金及储气瓶等氢储存部中。另外，也可以立即将氢导入燃烧室，作为能量进行燃烧。进而，可以将氢提供到燃料电池，用于发电。
另外，如图2的流程图所示，在分解有机材料、生成氢期间，可以通过监视装置17检测用于生成氢的分解反应是否结束(步骤S7)。这种情况下，有机材料的分解反应处于尚未结束的状态。然后，在分解反应没有结束而继续时(步骤S7的No情况)，返回步骤S5，继续进行混合/搅拌。
另外，在监视装置17判断出分解反应已结束的情况下(步骤S7的Yes情况)，监视装置17检测是否继续进行分解至没有有机材料为止(即、有机材料的分解是否结束)(步骤S8)。然后，在有机材料的分解未结束时(步骤S8的No情况)，则有机材料的分解所必需的微生物A不足。因此，投入微生物A(步骤S9)。然后，在步骤S9的微生物投入后，返回步骤S5，继续进行混合/搅拌。
另外，在步骤S8中，监视装置17判断出有机材料的分解已结束时(Yes的情况)，使有机材料的分解反应结束。即，在监视装置17检测出分解结束时，使翼片15的搅拌动作停止。然后，通过例如蜂鸣器及灯或显示手段告知外部反应结束。
然后，在反应容器11内部的有机材料分解反应结束时(到达图3所示的反应结束点时)，取出在该反应容器11内部的未被分解而残留的有机材料(一次排出物)(步骤S10)。通过以上的步骤，用于生成氢的工序结束。
另外，在继续进行有机材料的分解反应时，同样地重复从上述步骤S1起的顺序。这种情况下，如上所述，设定为在微生物前培养槽20内部存留增殖后培养液的状态。由此，仅通过将增殖用培养液提供到微生物前培养槽20内部，不将微生物A提供到微生物前培养槽20也可以反复多次地培养微生物A。然后，通过将大量含有微生物A状态的增殖后培养液重新供给到反应容器11内部，能够立刻开始新的分解反应。
另外，在上述氢生成方法中，也可以根据需要，将增殖后培养液随时投入到反应容器11内部。另外，也可以将未充分进行增殖状态的、存在于微生物前培养槽20内部的增殖用培养液，根据需要随时投入到反应容器11内部。通过这样地操作，能够进一步促进有机材料的分解反应。
在这里，图3表示关于作为见解得到的反应时间和氢产生量的关系的其中一个例子。图3的横轴为反应时间、纵轴为氢产生量。虽然根据所选择有机物而不同，但是，开始反应起，大约在两～四小时内氢产生量快速增多，大约在五～八小时内氢产生量达到峰值，之后，氢产生量缓慢减少。
根据该关系，通过利用监视装置17检测投入多少量的什么物体，或预先进行设定，能够在预测氢产生量减少到一定基准的反应结束时间(反应结束点)使翼片15自动停止搅拌动作。然后，在到达反应结束点时，判断为氢产生用的有机材料分解反应到达反应结束点。取出在目前存在于反应容器11内部的有机材料，从而使用该有机材料的产生氢用的分解反应结束。
如果采用这种构成的氢生成装置10、及氢生成方法，在微生物前培养槽20中微生物A被充分培养后，培养液被提供到反应容器11。这样，由于在微生物前培养槽20中充分培养微生物A后提供培养液，所以，没必要每次提供该微生物A时将菌株投入到反应容器11。由此，只要购买一次菌株，就可以反复多次使用该菌株。因此，可以节约进行有机材料的分解反应。
特别是，在微生物前培养槽20中，在将增殖后培养液提提供到反应容器11内部时，通过监视装置17控制为，仅将规定的量存留在微生物前培养槽20中。因此，仅通过从培养液箱21将新的增殖用培养液提供到微生物前培养槽20内部，就能够立即开始微生物A的培养。因此，能够反复多次地谋求微生物A的培养。另外，预先准备接下来的有机材料的投入，增殖该微生物A，能够谋求为了新投入进行充分的准备。
另外，通过设置微生物前培养槽20，即使在有机材料分解反应的中途阶段，也可以根据需要，随时将微生物A充分增殖后的增殖后培养液或者大量含有微生物A状态的增殖用培养液提供到反应容器11内部。因此，能够对应有机材料分解反应的进行状况或者环境变化，谋求该有机材料分解反应的最适宜化。由此，能够使每单位时间的氢产生量增加。
另外，监视装置17根据从开始利用微生物A的有机材料的分解反应起的反应时间、和反应进行时的温度、及pH的检测结果，来检测出有机材料的反应结束。因此，监视装置17处于经常掌握有机材料分解反应的进行状况的状态。
然后，在根据该分解反应进行状况的掌握，判断出在反应容器11内部的有机材料分解反应结束时，能够通过例如蜂鸣器、灯这样的报警手段，通知已到新有机材料的投入时间。由此，若在投入新有机材料的同时，根据监视装置17的控制提供增殖后培养液的话，则能够使氢生成用的新有机材料的分解反应立即开始。
另外，在微生物前培养槽20的内部，能够采用温度调节手段，将增殖用培养液或增殖后培养液调节到适于增殖的温度，并能在调节后保持该温度。这样，通过将增殖用培养液或增殖后培养液调节为适当温度，另外保持调节后的状态，微生物A能够在增殖用培养液中更快被增殖。另外，能够在已经进行增殖的增殖后培养液中，保持已进行最适合增殖的微生物A的状态。
另外，通过进行这样的温度调节，能够将对于有机材料的分解最适合状态的增殖后培养液提供到反应容器11。由此，能够使每单位时间的氢产生量增加。
进而，在反应容器11的内部设有翼片15。通过该翼片15在反应容器11内部进行有机材料的搅拌，能够促进该有机材料的分解反应。由此，能够增加每单位时间的氢产生量。
(第三实施形态)
以下，根据图4及图5对本发明的第三实施形态进行说明。另外，在本实施形态中，对于和上述第二实施形态中所述相同的构成，使用同一符号进行说明。
在本实施形态中，在上述第二实施形态所述的氢生成装置10上，附加了杀菌机构31。以下，对附加了该杀菌机构31的氢生成装置30的详细情况进行说明。另外，以下所说明的杀菌机构31由管道状部件32、煮沸部33、水投入管道35、加热机构36、以及压力调节机构构成。但是，由于是杀菌机构31，所以，只要最低限度地具有通过煮沸有机材料进行杀菌处理的煮沸部33就可以。
如图4所示，杀菌机构31设置在上述第二实施形态的管道状部件12的中途部位。在该杀菌机构31上，设有和上述第二实施形态所述相同的材料投入口32a。该材料投入口32a开口形成于管道状部件32的一端(顶端)。
另外，管道状部件32的另一端连接于煮沸部33。煮沸部33具有能够规定量储存投入其内部的有机材料的空间部33a。因此，通过材料投入口32投入的有机材料暂时存在于煮沸部33的空间部33a。
另外，煮沸部33通过连接管34与反应容器11连接。在连接管34的、其煮沸部33侧的开口部分设有未图示的开关盖。通过该开关盖的打开，能够将杀菌处理结束后的有机材料供给到反应容器11侧。另外，以开关盖关闭的状态进行有机材料的投入，能够从后述水投入口35a投入水，并进行该有机材料的煮沸。
在煮沸部33上，连接有作为液体投入手段的水投入管道35的另一端侧。水投入管道35的一端侧成为水投入口35a，能够将足量的水提供到煮沸部33的空间部33a。另外，煮沸部33上设有加热机构36。加热机构36是以有机材料及水提供于空间部33a的状态，加热(煮沸)该有机材料及水的机构。通过相关加热，进行存在于空间部33a的有机材料的杀菌处理。
另外，并非一定要设置水投入管道35(水投入口35a)，也可以通过加热机构36仅加热煮沸部33。另外，也可以提供热水及其他液体或水蒸气等来代替水。
煮沸部33上设有压力调节机构37。该压力调节机构37在通过加热机构36加热空间部时，用于适当保持该空间部的压力。通过设置加热机构36的同时，设置压力调节机构37，能够将空间部内部调节为适合杀菌处理的温度及压力。
以下，利用图5对使用如上所述的氢生成装置30生成氢的方法进行说明。
在本实施形态中，在向反应容器11内部投入有机材料之前，进行该有机材料的杀菌处理(对应于杀菌处理工序)。在进行该杀菌处理时，首先，从材料投入口32a将有机材料投入到煮沸部33的空间部33a(步骤S11)。另外，在投入该有机材料后，从水投入口35向空间部33a投入规定量的水(步骤S12)。由此，在该空间部33a，呈有机材料和水混合的状态。另外，也可以将步骤S12在步骤S11前进行，或者同时进行。
以该状态使加热机构36作动，加热存在于空间部33a的、与水混合状态的有机材料(步骤S13)。这种情况下，以加热机构36加热有机材料至大约80度为佳。但是，只要是能够良好地进行杀菌处理的温度，加热温度并不限于80度左右，例如，也可以为80度或80度以上的温度、或者80度或80度以下的65度左右以上的温度。
另外，如上所述，随着加热至作为最佳温度的80度左右，水蒸发变为蒸气，空间部33a的压力上升。在该压力上升时，使压力调节机构37作动，将该空间部33a的压力调节为适当的压力。作为适当的压力以1.2气压～1.3气压为佳。但是，空间部33a的压力也并不限于1.2气压～1.3气压，例如，也可以为1.2气压～1.3气压或1.2气压～1.3气压以上的压力，或比其低的压力。
将相关温度、及压力条件维持规定时间。作为该规定时间，以五～二十分钟左右为佳。这样，在适当的温度、压力条件下，仅规定时间煮沸存在于空间部33a的有机材料的话，该有机材料含有的杂菌等消灭，等于实施了杀菌处理。
在经过这样的杀菌处理后，通过连接管34向反应容器11内部提供有机材料。另外，该有机材料的供给是对应图2的步骤S1的。
另外，关于在将有机材料提供到反应容器11部之后的处理顺序，和上述第二实施形态所述的顺序(参照图2)相同。即，在本实施形态中将微生物A重新提供于反应容器11时，形成在微生物前培养槽20内部存留增殖后培养液的状态。由此，仅通过将增殖用培养液提供于微生物前培养槽20内部，即使不将微生物A提供于微生物前培养槽20，也能够反复多次地培养微生物A。
接着，将大量含有微生物A状态的增殖后培养液提供于反应容器11内部。由此，有机材料的分解反应开始，从而生成氢。
如果采用这种构成的氢生成装置30，由于在进行杀菌处理后将有机材料提供于反应容器11，因此能够使提供于反应容器11的有机材料成为未附着其他杂菌的状态。以相关状态提供增殖后培养液的情况下，包含在该增殖后培养液的、氢生成用的微生物A(在本实施形态中，是梭菌属的微生物)，能够不受其他细菌影响而有效地对有机材料进行分解。
这样，由于氢生成用的微生物A能够有效地分解有机材料，因此能够使每单位时间的氢产生量增加。另外，通过进行如本实施形态那样的利用煮沸的杀菌处理，煮沸部33的空间部33a也成为进行杀菌处理后的状态。因此，即使将有机材料反复提供于反应容器11的情况下，杂菌也不会在该煮沸部33的空间部33a繁殖、能够保持清洁度。
另外，杀菌机构31具有被投入有机材料的煮沸部33、和加热被投入到该煮沸部33的有机材料的加热机构36。因此，通过投入到煮沸部33的有机材料被加热机构36加热，能够消灭包含在有机材料中的杂菌。即，杂菌一般在加热(煮沸)至80度或80度以上时，呈大致死绝的状态。因此，通过相关构成，能够确实地进行杀菌处理。另外，通过确实地进行杀菌处理，可以使由被投入到反应容器11内部的有机材料所生成的、每单位时间的氢产生量增加。
在此基础上，杀菌机构31还具有用于向煮沸部33投入水的水投入口35a。因此，在进行杀菌处理时，对煮沸部33的内部，在投入有机材料的同时，投入水等液体。若以该状态使加热机构31作动的话，在煮沸部33的内部，加热流动性高的液体。由此，能够均匀地加热有机材料，并能够确实地对有机材料进行杀菌处理。另外，通过确实地对有机材料进行杀菌处理，能够使由被投入到反应容器11内部的有机材料生成的、每单位时间的氢产生量增加。
另外，在本实施形态中作为，采用在第二实施形态中所述的、用于反复提供微生物A的机构(微生物前培养槽20及培养液箱21)的基础上，设有杀菌机构31的构成，但是也可以作为以除掉相关用于反复提供微生物A的机构的状态，设置杀菌机构31的构成。这种情况下，也能够使其发挥如上所述的增加氢生成量、及维持清洁度的作用。
(第四实施形态)
以下，根据图6及图7对本发明的第四实施形态进行说明。另外，本实施形态涉及的是，在上述第三实施形态所述构成的基础上具有沼气生成机构41的氢生成装置40。以下，对和上述第二实施形态及第三实施形态所述相同的构成，使用同一符号进行说明。另外，在本实施形态中，对除沼气生成机构41以外，如后所述，具有用于处理固体排出物的固体物质最后处理槽44的构成进行说明。
如图6所示，在反应容器11的下端侧通过排出管道42，连接有作为固液分离手段的固液分离槽43。固液分离槽43将在反应容器11内分解反应结束后的一次排出物分离成固体排出物和液体排出物。即，若在反应容器11内进行有机材料的分解反应的话，生成氢的同时，也生成水和其他气体(二氧化碳等)。另外，由设置在上述第三实施形态所述的杀菌机构31的水投入口35a投入的水，也存在于反应容器11的内部。
因此，在固体分离槽43中，处于和水(液体)混合状态的、氢生成结束后的一次排出物被分离为固体和液体。另外，作为分离固体和液体的手法，能够使用采用过滤器进行分离等各种手法。
在固液分离槽43上，通过固体物质用管道45连接有作为固体物质最后处理手段的固体物质最后处理槽44。固体物质最后处理槽44将进行了一次排出物的固液分离后的固体排出物分离为水和二氧化碳。相关固体排出物在固体物质最后处理槽44中，使用规定的微生物被分解为水和二氧化碳。
作为所使用的微生物适合的有，如特愿2001-167101号专利申请所公开的，解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)148(受托号；FERM P-18349)、解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)2414(受托号；FERM P-18347)、枯草杆菌(Bacillus subtilis)237(受托号；FERM P-18350)、菌株4.地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)136(受托号；FERM P-18346)、菌株5.地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)2530(受托号；FERM P-18348)。
在使用相关微生物时，能够将固体排出物良好地分解为水和二氧化碳。但是，在固体物质最后处理槽44中所使用的处理用微生物并不限于上述菌株1～5，只要是能够将上述固体排出物良好地分解为水和二氧化碳的话，可以使用任意微生物。另外，在以下说明中，将含有这些菌株1～5的、且分离成水和二氧化碳的微生物作为微生物B进行说明。
固体物质最后处理槽44的内部，设有作为第三搅拌手段的翼片46。通过该翼片46搅拌固体物质最后处理槽44中的固体排出物。由此，能够促进该固体排出物的向水及二氧化碳等的分解反应。另外，在固体物质最后处理槽44上，设有用于使该翼片46旋转驱动的电动机47。
另外，在固液分离槽43上，除固体物质最后处理槽44外，还通过液体用管道48，连接有作为沼气发酵手段的沼气发酵槽49。该沼气发酵槽49从进行了一次排出物的固液分离后的液体排出物生成沼气。为了生成相关沼气，沼气发酵槽49形成预先将甲烷菌投入到其内部的状态。由此，液体排出物通过甲烷菌被分解，从而能够生成沼气。另外，作为甲烷菌，可以使用在上述第一实施形态中所说明的甲烷菌。
在该沼气发酵槽49的内部，设有作为第二搅拌手段的翼片50。翼片50通过设置在该沼气发酵槽49的电动机51被旋转驱动。由此，使用翼片50搅拌沼气发酵槽49内部，能够谋求促进用于沼气发酵的反应。
另外，在沼气发酵槽49的上端部，连接有沼气排出管道52的一端。该沼气排出管道52的另一端连接在未图示的沼气储备部。由此，能够排出在沼气发酵槽49内部生成的沼气。
以下，根据图7对使用如上所述的氢生成装置40生成氢的方法进行说明。
图7所示的流程表示，在反应容器11中，对于由有机材料生成氢后所产生的一次排出物实施用于沼气生成的沼气发酵处理、和分解成水和二氧化碳的最后处理的工序。即、图7所示的流程表示，在上述第二实施形态的步骤S10后所进行的处理工序。
首先，一次排出物通过排出管道42被导入固液分离槽43(步骤S21)。在该固液分离槽43中，例如，通过滤纸器后，将一次排出物分离为固体排出物和液体排出物(步骤S22；对应于固液分离工序)。其中，固体排出物通过固体物质用管道45，被导入到固体物质最后处理槽44(步骤S23)。另外，液体排出物通过液体用管道48，被导入到沼气发酵槽49(步骤S24)。
其中，在固体物质最后处理槽45中，预先提供有微生物B。因此，固体排出物通过微生物B分解为水和二氧化碳(步骤S25；对应于固体物质最后处理工序)。另外，在固体物质最后处理槽45内部的固体排出物通过翼片46的驱动被搅拌。通过该搅拌，促进固体排出物的分解反应。
另外，在固体物质最后处理槽44中进行固体排出物的分解反应的情况下，通过该固体排出物被分解为水和二氧化碳，该固体排出物变得几乎没有，只留下鱼骨等极少一部分。然后，所残留的残渣作为二次排出物被排出(步骤S26)。如上所述，用于固体排出物最后处理的分解反应结束。
另外，沼气发酵槽49中也预先提供有甲烷菌。由此，液体排出物通过甲烷菌被分解，从而能够生成沼气(步骤S27；对应于沼气发酵工序)。另外，在生成沼气时，也搅拌在沼气发酵槽49内部的液体排出物。将以上固体物质最后处理槽44及沼气发酵槽49内部的分解处理进行规定时间，判断各自充分进行了分解反应后，中断该反应。另外，在沼气发酵槽49仍未被分解的残渣也作为二次排出物被排出。如上所述，用于沼气生成的分解反应也结束。
另外，在上述说明中，将各步骤S23～S28按照S23～S28的顺序实行。但是，只要满足在步骤S23后依次实行步骤S25和步骤S26，或者在步骤S24后依次实行步骤S27和步骤S28的条件的话，各步骤S23～S28的实行顺序并没有限制。
如果采用这种构成的氢生成装置40的话，能够使用生成氢时产生的一次排出物，来进行沼气的生成。即，用于氢生成的分解反应结束后的一次排出物通过固液分离槽43，被分离为固体排出物和液体排出物。其中，若使用液体排出物的话，通过在沼气发酵槽49内部的甲烷菌的作用，能够生成沼气。因此，能够使用有机材料进一步有效地生成燃料，并能够谋求有机材料的有效活用。
即，如果采用本实施形态的氢生成装置40的话，不仅能够在反应容器11内部由有机材料生成氢，而且也能够在沼气发酵槽49内部生成沼气。
另外，在固体物质最后处理槽44中，能够良好地将一次排出物分离后的固体排出物几乎完全分解成水和二氧化碳。这样，通过设置固体物质最后处理槽44，能够对被投入的固体排出物，以几乎不产生排出物(垃圾)的理想状态进行处理。
另外，由于氢生成装置40在上述沼气发酵槽49的基础上、还具有固体物质最后处理槽44，因此，能够通过上述菌株1～5的微生物B，将固体排出物分解为水和二氧化碳。然后，通过该分解，几乎不会由该固体物质最后处理槽44产生排出物(垃圾)。因此，本实施形态的氢生成装置40，即使作为生垃圾处理装置也是理想的。
另外，如上所述，将有机材料分解为水和二氧化碳的微生物B能够在固体物质最后处理槽44内部反复利用多次。因此，在处理固体排出物时，不必投入新的微生物B，几乎不花费成本。
进而，在本实施形态中，在固体物质最后处理槽44、及沼气发酵槽49的任何一方，都设有翼片46、50。因此，通过使该搅拌器46、50驱动，能够促进在固体物质最后处理槽44中的固体排出物的分解反应、及在沼气发酵槽49内部的沼气发酵。由此，能够有效地进行固体排出物的最后处理、和沼气发酵。
以上，对本发明的第一～第四的各实施形态进行了说明，但是，本发明在此以外，也可以在各种变形形态下实施。
在上述第一实施形态中，对使用含有食品关联废物及/或生活关联废物的生物质生成氢的方法进行了说明。但是，作为生成氢用的原料，并不限于含有相关食品关联废物及/或生活关联废物的生物质。例如，也可以采用使用废物以外的能源作物的农业系资源、使用能源植树造林的林业系资源、畜产系资源、以及水产系资源等各种生物质，来产生氢。
另外，也可以在上述第一实施形态中设置，如上述第二～第四实施形态所述的第一搅拌手段、控制手段、培养液储备手段、微生物前培养手段、第一搅拌手段、杀菌机构、固液分离手段、第二搅拌手段、固体物质最后处理手段、第三搅拌手段、以及液体投入手段等各种手段。
另外，在上述第二～第四实施形态中，将翼片15设置在反应容器11的内部，但也可以采用省略翼片15的构成。同样地，在第四实施形态中，分别在固体物质最后处理槽44设有翼片46、以及在沼气发酵槽49设有翼片50，而对于翼片46、及翼片50，也可以采用分别省略的构成。
另外，在上述第二～第四实施形态中，反应容器11的分解反应的结束是，根据分解开始起的反应时间、反应进行时的温度、以及pH的检测结果进行检测。但是，分解反应结束的检测并不限于此，也可以通过其他方法进行检测。另外，例如，在将一定量的有机材料投入到反应容器11内部的情况下，也可以经过规定时间后，判断反应结束。
另外，在上述第二～第四实施形态中，对在微生物前培养槽20上设置温度调节手段的情况进行说明，但是例如，在外部气氛保持合适温度时等，也可以采用省略相关温度调节手段的构成。
另外，在上述第二～第四实施形态中，如上述第一实施形态所述那样，也可以使用碳纳米管吸留氢。同样地，在上述第二～第四实施形态中，如上述第一实施形态所述那样，也可以通过压缩处理来储存沼气。
另外，在上述第三及第四实施形态中，将杀菌机构31作为具有煮沸部33、和加热机构36的构成进行了说明，但是，也可以采用通过例如，向有机材料照射微波等手段，来进行该有机材料杀菌处理的构成，而不是上述构成。另外，在上述第三及第四实施形态中，对在杀菌机构31上设有水投入口35的情况进行了说明，但是也可以采用单纯地加热该有机材料的构成，而不是煮沸有机材料。
进而，在上述第四实施形态中，对在上述第三实施形态所述的杀菌机构31的基础上具有沼气生成机构41的构成进行了说明。但是，也可以采用不具有杀菌机构31而具有沼气生成机构41的构成。另外，也可以采用一面具有沼气生成机构41，而另一面省略固体物质最后处理槽44(固体物质最后处理手段)的构成。进而，也可以采用不具有沼气生成机构41，而只具有固体物质最后处理槽44(固体物质最后处理手段)的构成。
另外，在上述第四实施形态中，也可以采用将固体物质最后处理槽4或沼气发酵槽49的内部调节成适于进行分解反应或发酵的压力和温度的构成。
另外，在上述各实施形态中，对作为微生物前培养手段的微生物前培养槽20进行了说明，但是，微生物前培养手段并不限于微生物前培养槽20，只要是以提供增殖用培养液的状态，可以前培养微生物A的部件(例如，微生物前培养箱等)，也可以是任意部件。另外，只要可以储存增殖用培养液(例如，培养液储备槽等)，作为培养液储备手段的培养液箱21也可以为其他任意部件。
工业应用性
本发明的生物质处理方法可以利用于燃料电池等能源领域中。

Claims (7)

1.一种生物质处理方法，其特征在于，利用含有丙酮丁醇梭菌(Clostridium beijerinkii)AM21B菌株、梭菌(Clostridium)sp.No.2菌株、梭菌(Clostridium)sp.X53菌株中的至少一种的氢生成菌，对生物质进行氢发酵处理从而回收氢，进而，对氢发酵处理后所产生的发酵液进行利用甲烷菌的沼气发酵处理来回收沼气，同时，上述发酵液中至少含有有机酸。
2.如权利要求1所述的生物质处理方法，其特征在于，所说的生物质，含有食品关联废物及/或生活关联废物。
3.如权利要求1或2所述的生物质处理方法，其特征在于，通过上述氢发酵处理而回收的所说的氢，通过压缩处理形成液体状。
4.如权利要求1或2所述的生物质处理方法，其特征在于，通过上述氢发酵处理而回收的所说的氢，通过碳纳米管被吸留。
5.如权利要求1或2所述的生物质处理方法，其特征在于，通过上述氢发酵处理而回收的所说的氢，通过氢吸留合金被吸留。
6.如权利要求1～5中任意一项所述的生物质处理方法，其特征在于，通过上述沼气发酵处理而回收的所说的沼气，通过压缩处理形成液体状。
7.如权利要求1～6中任意一项所述的生物质处理方法，其特征在于，作为所说的甲烷菌，使用属于甲烷杆菌(Methanobacterium)属、产甲烷球菌(Methanococcus)属、烷八叠球菌(Methanosarcina)属、鬃毛甲烷菌(Methanosaeta)属、以及甲烷嗜盐菌(Methanohalophillus)属的细菌中的至少一种，来进行上述沼气发酵处理。
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