JP2002282826A - メタン発酵方法およびその装置 - Google Patents
メタン発酵方法およびその装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 硫酸還元菌の生育状況を迅速にモニタリング
することにより安定なメタン発酵を可能にする方法を提
供すること、並びに上記方法を達成するためのメタン発
酵装置を提供すること。 【解決手段】 有機性廃棄物を嫌気性微生物群により分
解処理するメタン発酵方法において、硫酸還元菌の生育
状況をモニタリングし、前記モニタリング結果を指標と
してメタン発酵の運転制御を行うことを特徴とするメタ
ン発酵方法、並びに、メタン発酵を行うための装置であ
って、有機性廃棄物を分解処理する微生物群を有するメ
タン発酵槽と、前記メタン発酵槽内の硫酸還元菌の生育
状況を測定する生育状況測定手段とを備えたことを特徴
とするメタン発酵装置。
することにより安定なメタン発酵を可能にする方法を提
供すること、並びに上記方法を達成するためのメタン発
酵装置を提供すること。 【解決手段】 有機性廃棄物を嫌気性微生物群により分
解処理するメタン発酵方法において、硫酸還元菌の生育
状況をモニタリングし、前記モニタリング結果を指標と
してメタン発酵の運転制御を行うことを特徴とするメタ
ン発酵方法、並びに、メタン発酵を行うための装置であ
って、有機性廃棄物を分解処理する微生物群を有するメ
タン発酵槽と、前記メタン発酵槽内の硫酸還元菌の生育
状況を測定する生育状況測定手段とを備えたことを特徴
とするメタン発酵装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、生物分解可能な有
機性廃棄物および有機性排水を安定にメタン発酵処理す
るメタン発酵方法、およびそのための装置に関する。
機性廃棄物および有機性排水を安定にメタン発酵処理す
るメタン発酵方法、およびそのための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】有機性廃棄物および有機性排水を嫌気的
に生物処理し、メタンを回収・利用するメタン発酵シス
テムが開発され利用されている。しかし、メタン発酵は
温度変化、負荷変動等の外乱により、ガス発生率が低下
し、時には、ガスが殆ど発生しなくなる酸敗と呼ばれる
状態に陥ることがある。このように、メタン発酵の運転
管理は難しく、処理性能が長期間安定しない欠点があ
る。その原因は、一つには、メタン発酵槽中の汚泥の持
っている処理能力以上の負荷がかかると、メタンに転換
されない中間物質、特に有機酸が蓄積しメタン発酵に悪
影響を及ぼすためと考えられる。
に生物処理し、メタンを回収・利用するメタン発酵シス
テムが開発され利用されている。しかし、メタン発酵は
温度変化、負荷変動等の外乱により、ガス発生率が低下
し、時には、ガスが殆ど発生しなくなる酸敗と呼ばれる
状態に陥ることがある。このように、メタン発酵の運転
管理は難しく、処理性能が長期間安定しない欠点があ
る。その原因は、一つには、メタン発酵槽中の汚泥の持
っている処理能力以上の負荷がかかると、メタンに転換
されない中間物質、特に有機酸が蓄積しメタン発酵に悪
影響を及ぼすためと考えられる。
【０００３】この問題を解決するため、メタン発酵槽内
の有機酸濃度を、滴定やガスクロマトグラフィーをもち
いて算出し、メタン発酵槽の運転の制御に用いる方法が
考案されている。しかし、これらの方法は、複雑で高価
な装置を必要とし、操作が煩雑であるという欠点を有す
る。
の有機酸濃度を、滴定やガスクロマトグラフィーをもち
いて算出し、メタン発酵槽の運転の制御に用いる方法が
考案されている。しかし、これらの方法は、複雑で高価
な装置を必要とし、操作が煩雑であるという欠点を有す
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記事情により、本発
明は、簡便にメタン発酵の不調を検出しメタン発酵を制
御する方法およびそのための装置を提供することを目的
とする。
明は、簡便にメタン発酵の不調を検出しメタン発酵を制
御する方法およびそのための装置を提供することを目的
とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明を為すにあたり、
本発明者らは、以下の点に着目した。メタン発酵は、有
機酸の蓄積により不調に陥るが、有機酸の中でも特にプ
ロピオン酸が大きな割合を占めることが多い。このプロ
ピオン酸の分解菌として、硫酸還元菌が知られており、
主にプロピオン酸を酢酸、二酸化炭素、硫化水素に分解
し、硫化水素を生成するプロピオン酸利用硫酸還元菌が
働いている。このプロピオン酸利用硫酸還元菌の担う反
応で生成する硫化水素は、高濃度になるとメタン発酵の
反応に阻害作用があると考えられる。またこの他にも、
プロピオン酸を、酢酸、二酸化炭素、水素に分解し、硫
化水素を生成しないプロピオン酸発酵型分解菌も存在す
ると考えられている。
本発明者らは、以下の点に着目した。メタン発酵は、有
機酸の蓄積により不調に陥るが、有機酸の中でも特にプ
ロピオン酸が大きな割合を占めることが多い。このプロ
ピオン酸の分解菌として、硫酸還元菌が知られており、
主にプロピオン酸を酢酸、二酸化炭素、硫化水素に分解
し、硫化水素を生成するプロピオン酸利用硫酸還元菌が
働いている。このプロピオン酸利用硫酸還元菌の担う反
応で生成する硫化水素は、高濃度になるとメタン発酵の
反応に阻害作用があると考えられる。またこの他にも、
プロピオン酸を、酢酸、二酸化炭素、水素に分解し、硫
化水素を生成しないプロピオン酸発酵型分解菌も存在す
ると考えられている。
【０００６】そこで、本発明者らは、有機酸の蓄積と硫
酸還元菌の生育状況とのあいだに相関関係がないか検討
した。すなわち、プロピオン酸が過剰に蓄積すると、プ
ロピオン酸の分解時に硫化水素を生成するプロピオン酸
利用硫酸還元菌の活性が高くなるのではないかと考え、
ガス中の硫化水素の濃度をモニターすることで、有機酸
の蓄積を知ることができることを明らかにした。また一
方で、発酵槽内の水素利用において、水素利用メタン生
成菌（例えばMethanobacterium属細菌）とプロピオン酸
利用硫酸還元菌とが競合関係にあることに着目した。こ
の競合関係において水素利用メタン生成菌を活性化し、
メタン発酵槽内の水素利用反応を水素利用メタン生成菌
が優占的に行う条件を整えれば、プロピオン酸利用硫酸
還元菌の担うプロピオン酸分解時に硫化水素を生成する
反応が抑制され、プロピオン酸発酵型分解菌によるプロ
ピオン酸分解反応が優占化すると考えた。このように、
プロピオン酸利用硫酸還元菌の硫化水素生成活性が抑制
されると、硫化水素によるメタン発酵反応への阻害も低
減し、安定に発酵槽の運転ができると考え、水素利用メ
タン生成菌の活性向上に対する微量金属添加の効果を明
らかにした。
酸還元菌の生育状況とのあいだに相関関係がないか検討
した。すなわち、プロピオン酸が過剰に蓄積すると、プ
ロピオン酸の分解時に硫化水素を生成するプロピオン酸
利用硫酸還元菌の活性が高くなるのではないかと考え、
ガス中の硫化水素の濃度をモニターすることで、有機酸
の蓄積を知ることができることを明らかにした。また一
方で、発酵槽内の水素利用において、水素利用メタン生
成菌（例えばMethanobacterium属細菌）とプロピオン酸
利用硫酸還元菌とが競合関係にあることに着目した。こ
の競合関係において水素利用メタン生成菌を活性化し、
メタン発酵槽内の水素利用反応を水素利用メタン生成菌
が優占的に行う条件を整えれば、プロピオン酸利用硫酸
還元菌の担うプロピオン酸分解時に硫化水素を生成する
反応が抑制され、プロピオン酸発酵型分解菌によるプロ
ピオン酸分解反応が優占化すると考えた。このように、
プロピオン酸利用硫酸還元菌の硫化水素生成活性が抑制
されると、硫化水素によるメタン発酵反応への阻害も低
減し、安定に発酵槽の運転ができると考え、水素利用メ
タン生成菌の活性向上に対する微量金属添加の効果を明
らかにした。
【０００７】上記検討結果に基づき、本発明を完成させ
るに至った。すなわち、本発明は、以下の手段を採用す
る。
るに至った。すなわち、本発明は、以下の手段を採用す
る。
【０００８】(１) 有機性廃棄物を嫌気性微生物群によ
り分解処理するメタン発酵方法において、発酵槽内の硫
酸還元菌の生育状況をモニタリングし、前記モニタリン
グ結果を指標としてメタン発酵の運転制御を行うことを
特徴とするメタン発酵方法。
り分解処理するメタン発酵方法において、発酵槽内の硫
酸還元菌の生育状況をモニタリングし、前記モニタリン
グ結果を指標としてメタン発酵の運転制御を行うことを
特徴とするメタン発酵方法。
【０００９】(２) 有機性廃棄物を嫌気性微生物群によ
り分解処理するメタン発酵方法において、発酵槽内の硫
化水素濃度をモニタリングし、前記モニタリング結果を
指標としてメタン発酵の運転制御を行うことを特徴とす
るメタン発酵方法。
り分解処理するメタン発酵方法において、発酵槽内の硫
化水素濃度をモニタリングし、前記モニタリング結果を
指標としてメタン発酵の運転制御を行うことを特徴とす
るメタン発酵方法。
【００１０】(３) 有機性廃棄物を嫌気性微生物群によ
り分解処理するメタン発酵方法において、発酵槽内の硫
酸還元菌の菌数をモニタリングし、前記モニタリング結
果を指標としてメタン発酵の運転制御を行うことを特徴
とするメタン発酵方法。
り分解処理するメタン発酵方法において、発酵槽内の硫
酸還元菌の菌数をモニタリングし、前記モニタリング結
果を指標としてメタン発酵の運転制御を行うことを特徴
とするメタン発酵方法。
【００１１】(４) 有機性廃棄物を分解処理する微生物
群を有するメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽内の硫酸
還元菌の生育状況をモニタリングする生育状況測定手段
とを備えたことを特徴とするメタン発酵装置。
群を有するメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽内の硫酸
還元菌の生育状況をモニタリングする生育状況測定手段
とを備えたことを特徴とするメタン発酵装置。
【００１２】（５） 前記(４)に記載のメタン発酵装置
であって、前記生育状況測定手段が、硫酸還元菌の生育
状況を、産生する硫化水素濃度により検出する手段であ
ることを特徴とするメタン発酵装置。
であって、前記生育状況測定手段が、硫酸還元菌の生育
状況を、産生する硫化水素濃度により検出する手段であ
ることを特徴とするメタン発酵装置。
【００１３】(６) 前記(４)または(５)に記載のメタン
発酵装置であって、前記生育状況測定手段によって制御
され、前記メタン発酵槽に有機性廃棄物を注入するため
の注入手段を更に備えたことを特徴とするメタン発酵装
置。
発酵装置であって、前記生育状況測定手段によって制御
され、前記メタン発酵槽に有機性廃棄物を注入するため
の注入手段を更に備えたことを特徴とするメタン発酵装
置。
【００１４】(７) 前記(４)ないし(６)の何れか１に記
載のメタン発酵装置であって、前記生育状況測定手段に
よって制御され、前記メタン発酵槽に栄養塩を添加する
ための添加手段を更に備えたことを特徴とするメタン発
酵装置。
載のメタン発酵装置であって、前記生育状況測定手段に
よって制御され、前記メタン発酵槽に栄養塩を添加する
ための添加手段を更に備えたことを特徴とするメタン発
酵装置。
【００１５】
【発明の実施の形態】［メタン発酵装置］以下、本発明
の第一の実施の形態に係るメタン発酵装置について図１
を参照して説明する。
の第一の実施の形態に係るメタン発酵装置について図１
を参照して説明する。
【００１６】図１に示すように、本実施の形態のメタン
発酵装置は、有機性廃棄物を分解処理する微生物群を有
するメタン発酵槽１と；前記メタン発酵槽内の硫酸還元
菌の生育状況をモニタリングする生育状況測定手段２
と；前記生育状況測定手段によって制御され、前記メタ
ン発酵槽に有機性廃棄物を注入するための注入手段３
と；前記生育状況測定手段に制御され、前記メタン発酵
槽へ栄養塩を添加する添加手段４とを具備する。
発酵装置は、有機性廃棄物を分解処理する微生物群を有
するメタン発酵槽１と；前記メタン発酵槽内の硫酸還元
菌の生育状況をモニタリングする生育状況測定手段２
と；前記生育状況測定手段によって制御され、前記メタ
ン発酵槽に有機性廃棄物を注入するための注入手段３
と；前記生育状況測定手段に制御され、前記メタン発酵
槽へ栄養塩を添加する添加手段４とを具備する。
【００１７】本発明において処理すべき有機性廃棄物は
特に限定されず、固形状の有機性廃棄物であっても有機
性排水であってもよい。なお、固形状の有機性廃棄物の
場合は、予め適宜粉砕してから分解処理を行うことが望
ましい。
特に限定されず、固形状の有機性廃棄物であっても有機
性排水であってもよい。なお、固形状の有機性廃棄物の
場合は、予め適宜粉砕してから分解処理を行うことが望
ましい。
【００１８】図１においてメタン発酵槽１は、有機性廃
棄物をメタンまで分解処理する多段階の各反応を担う多
種類の微生物群を含有する。微生物群は、高分子有機物
を有機酸に分解する微生物群（酸生成菌群）と、有機酸
からメタンガスを生成する微生物群（メタン生成菌群）
とに大別できる。酸生成菌群によりつくられる有機酸
は、プロピオン酸がかなりの割合を占め、このプロピオ
ン酸を分解する菌として発酵槽内に、プロピオン酸の分
解時に硫化水素を生成するプロピオン酸利用硫酸還元菌
と、プロピオン酸を酢酸、二酸化炭素、水素に分解し、
硫化水素を生成しないプロピオン酸発酵型分解菌の二種
類の細菌が存在する。
棄物をメタンまで分解処理する多段階の各反応を担う多
種類の微生物群を含有する。微生物群は、高分子有機物
を有機酸に分解する微生物群（酸生成菌群）と、有機酸
からメタンガスを生成する微生物群（メタン生成菌群）
とに大別できる。酸生成菌群によりつくられる有機酸
は、プロピオン酸がかなりの割合を占め、このプロピオ
ン酸を分解する菌として発酵槽内に、プロピオン酸の分
解時に硫化水素を生成するプロピオン酸利用硫酸還元菌
と、プロピオン酸を酢酸、二酸化炭素、水素に分解し、
硫化水素を生成しないプロピオン酸発酵型分解菌の二種
類の細菌が存在する。
【００１９】上述のとおり、メタン発酵槽１の反応系
は、有機酸を生成する反応系と、生成された有機酸を分
解する反応系との二つの活性度のバランスを保つことに
より安定に維持される。特に、有機酸の蓄積による酸敗
状態に陥ることを防ぐことにより安定に維持される。本
発明は、この有機酸の蓄積とプロピオン酸利用硫酸還元
菌の活性との間に相関関係を見出し、また、プロピオン
酸利用硫酸還元菌の活性あるいは生育状況が、発酵槽内
の状況をモニタリングする指標となることを見出したも
のである。よって、プロピオン酸利用硫酸還元菌の活性
あるいは生育状況に見合った負荷をかけることにより、
メタン発酵槽を制御することが可能となる。
は、有機酸を生成する反応系と、生成された有機酸を分
解する反応系との二つの活性度のバランスを保つことに
より安定に維持される。特に、有機酸の蓄積による酸敗
状態に陥ることを防ぐことにより安定に維持される。本
発明は、この有機酸の蓄積とプロピオン酸利用硫酸還元
菌の活性との間に相関関係を見出し、また、プロピオン
酸利用硫酸還元菌の活性あるいは生育状況が、発酵槽内
の状況をモニタリングする指標となることを見出したも
のである。よって、プロピオン酸利用硫酸還元菌の活性
あるいは生育状況に見合った負荷をかけることにより、
メタン発酵槽を制御することが可能となる。
【００２０】そのための生育状況測定手段２は、メタン
発酵槽内の硫酸還元菌の生育状況をモニタリングするも
のである。すなわち手段２は、発酵槽内の有機酸の蓄積
と相関関係のある、硫酸還元菌の生育状況をモニタリン
グできるものであれば限定されない。例えば、生育状況
測定手段２は、プロピオン酸利用硫酸還元菌が生育に伴
って産生する、発生ガスあるいは発酵槽内の硫化水素の
濃度を測定する手段であってもよいし、プロピオン酸利
用硫酸還元菌の菌数あるいは硫酸還元菌全体の菌数を測
定する手段であってもよい。
発酵槽内の硫酸還元菌の生育状況をモニタリングするも
のである。すなわち手段２は、発酵槽内の有機酸の蓄積
と相関関係のある、硫酸還元菌の生育状況をモニタリン
グできるものであれば限定されない。例えば、生育状況
測定手段２は、プロピオン酸利用硫酸還元菌が生育に伴
って産生する、発生ガスあるいは発酵槽内の硫化水素の
濃度を測定する手段であってもよいし、プロピオン酸利
用硫酸還元菌の菌数あるいは硫酸還元菌全体の菌数を測
定する手段であってもよい。
【００２１】このように、本発明は、プロピオン酸分解
には硫酸還元菌が重要なこと、およびプロピオン酸利用
硫酸還元菌が生育に伴い硫化水素を放出する特性を有す
ることに着目したものであるから、硫化水素の濃度を測
定することにより有機酸の蓄積を知ることも可能である
し、プロピオン酸利用硫酸還元菌の菌数あるいは硫酸還
元菌全体の菌数を測定することにより有機酸の蓄積を知
ることも可能である。
には硫酸還元菌が重要なこと、およびプロピオン酸利用
硫酸還元菌が生育に伴い硫化水素を放出する特性を有す
ることに着目したものであるから、硫化水素の濃度を測
定することにより有機酸の蓄積を知ることも可能である
し、プロピオン酸利用硫酸還元菌の菌数あるいは硫酸還
元菌全体の菌数を測定することにより有機酸の蓄積を知
ることも可能である。
【００２２】具体的に、槽内の気相中の硫化水素濃度を
測定する手段は、公知の測定手段を使用することができ
る。例えば、発酵槽内の気相部に設置された臭気センサ
ーで測定することができる。また、ガス検知管を用いる
こともできるし、ガスクロマトグラフィーを用いて測定
することもできる。
測定する手段は、公知の測定手段を使用することができ
る。例えば、発酵槽内の気相部に設置された臭気センサ
ーで測定することができる。また、ガス検知管を用いる
こともできるし、ガスクロマトグラフィーを用いて測定
することもできる。
【００２３】あるいは、硫酸還元菌の菌数を指標として
有機酸の蓄積を知る場合、生育状況測定手段２は、メタ
ン発酵槽の反応系を一部抜き取り、公知の菌数測定法を
用いて硫酸還元菌の菌数を計測する手段である。例え
ば、リボ核酸から菌数をカウントするＦＩＳＨ法（fluo
rescence in situ hybridization）などにより菌数を測
定することができる。ＦＩＳＨ法は、計測したい硫酸還
元菌に特異的なプローブを設計し、このプローブを検出
可能な標識でラベルし、この標識プローブを硫酸還元菌
にハイブリダイズさせることにより行う。あるいは、硫
酸還元菌に特異的な配列一組を一対のプライマーとして
用いたＰＣＲ法により、菌数を測定することもできる。
有機酸の蓄積を知る場合、生育状況測定手段２は、メタ
ン発酵槽の反応系を一部抜き取り、公知の菌数測定法を
用いて硫酸還元菌の菌数を計測する手段である。例え
ば、リボ核酸から菌数をカウントするＦＩＳＨ法（fluo
rescence in situ hybridization）などにより菌数を測
定することができる。ＦＩＳＨ法は、計測したい硫酸還
元菌に特異的なプローブを設計し、このプローブを検出
可能な標識でラベルし、この標識プローブを硫酸還元菌
にハイブリダイズさせることにより行う。あるいは、硫
酸還元菌に特異的な配列一組を一対のプライマーとして
用いたＰＣＲ法により、菌数を測定することもできる。
【００２４】特異的な配列の設計は、Genbank等のデー
タベースから、菌数を測定したい硫酸還元菌の16S rRNA
をコードするDNA領域と、検出を望まない混在する菌の1
6S rRNAをコードするDNA領域とを入手し、公知の配列解
析プログラムを用いて、検出したい菌の特異的配列を探
索することにより行うことができる。
タベースから、菌数を測定したい硫酸還元菌の16S rRNA
をコードするDNA領域と、検出を望まない混在する菌の1
6S rRNAをコードするDNA領域とを入手し、公知の配列解
析プログラムを用いて、検出したい菌の特異的配列を探
索することにより行うことができる。
【００２５】例えば、メタン発酵汚泥から硫酸還元菌全
体の菌数を測定する場合には、特異的な配列としてAASC
CTGACGCAGCIACG（配列番号１）、AGTTAGCCGGTGCTTCCT
（配列番号２）を使用することができる。なお、配列番
号１において、SはCとGの混合であり、CとGの混合比
は、極端に偏った比率でなければ特に限定されないが、
通常１：１を用いる。Iはイノシンを表す。また、プロ
ピオン酸利用硫酸還元菌の菌数のみを測定する場合に
は、特異的な配列として、TCTGTCAAGAGGAAAGAAGTG（配
列番号３）、GAATTCCACTTTCCCCTCTG（配列番号４）を使
用することができる。
体の菌数を測定する場合には、特異的な配列としてAASC
CTGACGCAGCIACG（配列番号１）、AGTTAGCCGGTGCTTCCT
（配列番号２）を使用することができる。なお、配列番
号１において、SはCとGの混合であり、CとGの混合比
は、極端に偏った比率でなければ特に限定されないが、
通常１：１を用いる。Iはイノシンを表す。また、プロ
ピオン酸利用硫酸還元菌の菌数のみを測定する場合に
は、特異的な配列として、TCTGTCAAGAGGAAAGAAGTG（配
列番号３）、GAATTCCACTTTCCCCTCTG（配列番号４）を使
用することができる。
【００２６】なお、本発明において硫酸還元菌の菌数を
測定する手法が、特異的な配列を利用したＦＩＳＨ法お
よびＰＣＲ法に限定されないことはいうまでもない。
測定する手法が、特異的な配列を利用したＦＩＳＨ法お
よびＰＣＲ法に限定されないことはいうまでもない。
【００２７】次に、前記メタン発酵槽１に有機性廃棄物
を注入するための注入手段について説明する。注入手段
３は、原料流入ライン５を通って発酵槽内に廃棄物を投
入するものであり、前記生育状況測定手段２によって制
御されている。
を注入するための注入手段について説明する。注入手段
３は、原料流入ライン５を通って発酵槽内に廃棄物を投
入するものであり、前記生育状況測定手段２によって制
御されている。
【００２８】生育状況測定手段２により測定された、メ
タン発酵槽内のプロピオン酸利用硫酸還元菌の生育状況
（例えば硫化水素濃度、菌数など）を示す測定値が、予
め設定しておいた上限値αより高い場合、注入手段３に
よる有機性廃棄物の負荷を制限するか停止する。ここで
上限値αは、メタン発酵槽内に有機酸が蓄積し、負荷を
制限もしくは停止することが望ましい場合の、プロピオ
ン酸利用硫酸還元菌の生育状況を示す値として設定され
る。例えば、生育状況を表す値として硫化水素濃度を指
標とする場合、この上限値は、例えば500 ppmである。
逆に、メタン発酵槽内のプロピオン酸利用硫酸還元菌の
生育状況を示す測定値が、予め設定しておいた下限値β
より低い場合、注入手段３により有機性廃棄物の負荷量
を増やしてもよい。ここで下限値βは、メタン発酵槽内
に有機酸の蓄積が少なく、負荷を増やしても発酵槽の運
転は安定であると判断される場合の、プロピオン酸利用
硫酸還元菌の生育状況を表す値として設定される。例え
ば、生育状況を表す値として硫化水素濃度を指標とする
場合、この下限値は、例えば50 ppmである。
タン発酵槽内のプロピオン酸利用硫酸還元菌の生育状況
（例えば硫化水素濃度、菌数など）を示す測定値が、予
め設定しておいた上限値αより高い場合、注入手段３に
よる有機性廃棄物の負荷を制限するか停止する。ここで
上限値αは、メタン発酵槽内に有機酸が蓄積し、負荷を
制限もしくは停止することが望ましい場合の、プロピオ
ン酸利用硫酸還元菌の生育状況を示す値として設定され
る。例えば、生育状況を表す値として硫化水素濃度を指
標とする場合、この上限値は、例えば500 ppmである。
逆に、メタン発酵槽内のプロピオン酸利用硫酸還元菌の
生育状況を示す測定値が、予め設定しておいた下限値β
より低い場合、注入手段３により有機性廃棄物の負荷量
を増やしてもよい。ここで下限値βは、メタン発酵槽内
に有機酸の蓄積が少なく、負荷を増やしても発酵槽の運
転は安定であると判断される場合の、プロピオン酸利用
硫酸還元菌の生育状況を表す値として設定される。例え
ば、生育状況を表す値として硫化水素濃度を指標とする
場合、この下限値は、例えば50 ppmである。
【００２９】なお、注入手段３は、生育状況測定手段２
により直接制御されていてもよいし、注入手段３の制御
を行うために別途備えられた制御手段により制御されて
いてもよい。この制御手段は、生育状況測定手段２から
の測定データの信号を受けて注入手段３に制御信号を送
るものである。図１中、制御方向は点線矢印により示さ
れる。
により直接制御されていてもよいし、注入手段３の制御
を行うために別途備えられた制御手段により制御されて
いてもよい。この制御手段は、生育状況測定手段２から
の測定データの信号を受けて注入手段３に制御信号を送
るものである。図１中、制御方向は点線矢印により示さ
れる。
【００３０】また、前記メタン発酵槽１へ栄養塩を添加
する添加手段４は、前記生育状況測定手段２に制御され
ている。
する添加手段４は、前記生育状況測定手段２に制御され
ている。
【００３１】メタン発酵槽内のプロピオン酸利用硫酸還
元菌の生育状況を示す測定値が、予め設定しておいた上
限値α（上述の説明参照）より高い場合、発酵槽内に有
機酸が蓄積していることが示唆されるため、栄養塩とし
て微量金属を添加しメタン発酵が不調になるのを防止す
る。逆に、メタン発酵槽内のプロピオン酸利用硫酸還元
菌の生育状況を示す値が、予め設定しておいた下限値β
（上述の説明参照）より低い場合、発酵槽内に有機酸は
蓄積していないと考えられるため、添加手段４により微
量金属を添加する必要はない。
元菌の生育状況を示す測定値が、予め設定しておいた上
限値α（上述の説明参照）より高い場合、発酵槽内に有
機酸が蓄積していることが示唆されるため、栄養塩とし
て微量金属を添加しメタン発酵が不調になるのを防止す
る。逆に、メタン発酵槽内のプロピオン酸利用硫酸還元
菌の生育状況を示す値が、予め設定しておいた下限値β
（上述の説明参照）より低い場合、発酵槽内に有機酸は
蓄積していないと考えられるため、添加手段４により微
量金属を添加する必要はない。
【００３２】本発明において微量金属とは、水素利用メ
タン生成菌の活性を向上させるのに有効なものとして周
知なものを意図しており、本発明において好ましくは、
鉄、ニッケル、コバルトからなる群より選択される少な
くとも一の金属塩を使用する。本発明において金属塩と
は、金属と塩の形態をとるものであれば特に限定されな
い。金属塩の添加は、一日あたり好ましくは、鉄0.1〜5
00 mg/L、ニッケル0.01〜50 mg/L、コバルト0.01〜50 m
g/Lである。微量金属は、メタン発酵槽に直接添加する
ことが好ましい。また、その際、一度に大量に投与する
のではなく連続的に投与することが好ましい。
タン生成菌の活性を向上させるのに有効なものとして周
知なものを意図しており、本発明において好ましくは、
鉄、ニッケル、コバルトからなる群より選択される少な
くとも一の金属塩を使用する。本発明において金属塩と
は、金属と塩の形態をとるものであれば特に限定されな
い。金属塩の添加は、一日あたり好ましくは、鉄0.1〜5
00 mg/L、ニッケル0.01〜50 mg/L、コバルト0.01〜50 m
g/Lである。微量金属は、メタン発酵槽に直接添加する
ことが好ましい。また、その際、一度に大量に投与する
のではなく連続的に投与することが好ましい。
【００３３】なお、添加手段４は、生育状況測定手段２
により直接制御されていてもよいし、添加手段４の制御
を行うために別途備えられた制御手段により制御されて
いてもよい。
により直接制御されていてもよいし、添加手段４の制御
を行うために別途備えられた制御手段により制御されて
いてもよい。
【００３４】また、図１には記載されていないが、発生
したメタンは常法により回収するため、適切なメタン回
収手段を有している。メタン発酵処理された発酵処理物
は、原料引き抜きライン６により排出され、その後再利
用してもよい。
したメタンは常法により回収するため、適切なメタン回
収手段を有している。メタン発酵処理された発酵処理物
は、原料引き抜きライン６により排出され、その後再利
用してもよい。
【００３５】以上、本発明のメタン発酵装置によれば、
メタン発酵が行われている間、生育状況測定手段２によ
り硫酸還元菌の生育状況をモニタリングし、このモニタ
リングの結果に基づいて、注入手段３により投入される
有機性廃棄物の量を制御し、添加手段４により添加され
る栄養塩の量を制御し、これにより安定なメタン発酵が
可能となる。
メタン発酵が行われている間、生育状況測定手段２によ
り硫酸還元菌の生育状況をモニタリングし、このモニタ
リングの結果に基づいて、注入手段３により投入される
有機性廃棄物の量を制御し、添加手段４により添加され
る栄養塩の量を制御し、これにより安定なメタン発酵が
可能となる。
【００３６】なお、本実施の形態のメタン発酵装置の動
作について詳しくは、以下のメタン発酵方法の説明も参
照されたい。
作について詳しくは、以下のメタン発酵方法の説明も参
照されたい。
【００３７】［メタン発酵方法］以下、本発明のメタン
発酵方法について説明する。本発明のメタン発酵方法
は、上述のメタン発酵装置を使用して行うものであるた
め、装置の説明も適宜参照することができる。
発酵方法について説明する。本発明のメタン発酵方法
は、上述のメタン発酵装置を使用して行うものであるた
め、装置の説明も適宜参照することができる。
【００３８】１．硫酸還元菌の生育状況のモニタリング 本発明のメタン発酵方法は、硫酸還元菌の生育状況をモ
ニタリングし、前記モニタリング結果を指標としてメタ
ン発酵の運転制御を行うことを特徴とする。
ニタリングし、前記モニタリング結果を指標としてメタ
ン発酵の運転制御を行うことを特徴とする。
【００３９】本発明においてメタン発酵は、中温発酵
（45℃以下）、高温発酵（45℃以上）の何れであっても
よい。
（45℃以下）、高温発酵（45℃以上）の何れであっても
よい。
【００４０】本発明において硫酸還元菌の生育状況のモ
ニタリングは、上述のとおり、硫酸還元菌により産生さ
れる槽内の硫化水素濃度を測定することにより行っても
よいし、硫酸還元菌の菌数を測定することにより行って
もよい。モニタリングは、好ましくは数時間〜数日間隔
により行う。
ニタリングは、上述のとおり、硫酸還元菌により産生さ
れる槽内の硫化水素濃度を測定することにより行っても
よいし、硫酸還元菌の菌数を測定することにより行って
もよい。モニタリングは、好ましくは数時間〜数日間隔
により行う。
【００４１】具体的に、硫化水素濃度の測定は、上述の
とおり、発酵槽内の気相部に設置した臭気センサーで行
うことができる。また菌数の測定は、上述のとおり、発
酵槽内の汚泥を一部抜き取って、ＦＩＳＨ法やＰＣＲ法
により行うことができる。
とおり、発酵槽内の気相部に設置した臭気センサーで行
うことができる。また菌数の測定は、上述のとおり、発
酵槽内の汚泥を一部抜き取って、ＦＩＳＨ法やＰＣＲ法
により行うことができる。
【００４２】なお、本方法における硫酸還元菌の生育状
況の測定についての詳細は、上記装置における生育状況
測定手段の説明も参照されたい。
況の測定についての詳細は、上記装置における生育状況
測定手段の説明も参照されたい。
【００４３】２．メタン発酵の運転制御 硫酸還元菌の生育状況をモニタリングし、その結果を指
標としたメタン発酵の運転制御は、有機性廃棄物の投入
負荷の制御および／または微量金属の添加の制御により
行う。投入負荷の制御もしくは微量金属の添加の制御の
みを単独で行ってもよいが、好ましくは両方の制御を併
せて行う。
標としたメタン発酵の運転制御は、有機性廃棄物の投入
負荷の制御および／または微量金属の添加の制御により
行う。投入負荷の制御もしくは微量金属の添加の制御の
みを単独で行ってもよいが、好ましくは両方の制御を併
せて行う。
【００４４】具体的に、メタン発酵槽への有機性廃棄物
の投入負荷は以下のように制御する。
の投入負荷は以下のように制御する。
【００４５】ある一定条件で運転しているメタン発酵リ
アクターにおいて、硫酸還元菌の生育状況の変化（例え
ば、発生ガス中硫化水素の濃度の変化、硫酸還元菌の菌
数の変化）は、発酵槽内の有機酸の蓄積と相関関係があ
ることがわかっており、硫酸還元菌の生育状況を計測す
ることで、発酵槽の状態変化をモニタリングすることが
できる。したがって、生育状況を示す測定値（硫化水素
濃度等の測定値）に上限値α（上述の説明参照）を設
け、実際の測定値がその閾値を越えた場合、メタン発酵
槽への被処理物質（もしくは被処理溶液）の投入を停
止、あるいは制限する等の処置を行う。あるいは、下限
値β（上述の説明参照）を設け、実際の測定値がその閾
値にも満たない場合、メタン発酵槽への被処理物質（も
しくは被処理溶液）の投入を行ってもよい。本発明にお
いて、被処理物質の投入量もしくは投入の制限量は、当
業者なら適宜設定することができる。一例を挙げれば、
上限値αを超えたら投入量を1/2とし、その後、下限値
βを下回った時点で、投入量を通常に戻す制御を行うこ
とができる。
アクターにおいて、硫酸還元菌の生育状況の変化（例え
ば、発生ガス中硫化水素の濃度の変化、硫酸還元菌の菌
数の変化）は、発酵槽内の有機酸の蓄積と相関関係があ
ることがわかっており、硫酸還元菌の生育状況を計測す
ることで、発酵槽の状態変化をモニタリングすることが
できる。したがって、生育状況を示す測定値（硫化水素
濃度等の測定値）に上限値α（上述の説明参照）を設
け、実際の測定値がその閾値を越えた場合、メタン発酵
槽への被処理物質（もしくは被処理溶液）の投入を停
止、あるいは制限する等の処置を行う。あるいは、下限
値β（上述の説明参照）を設け、実際の測定値がその閾
値にも満たない場合、メタン発酵槽への被処理物質（も
しくは被処理溶液）の投入を行ってもよい。本発明にお
いて、被処理物質の投入量もしくは投入の制限量は、当
業者なら適宜設定することができる。一例を挙げれば、
上限値αを超えたら投入量を1/2とし、その後、下限値
βを下回った時点で、投入量を通常に戻す制御を行うこ
とができる。
【００４６】同様にして、金属塩の添加を制御すること
ができ、生育状況を示す実際の測定値が上限値α（上述
の説明参照）を越えた場合には、金属塩の添加を行い、
生育状況を示す実際の測定値が下限値β（上述の説明参
照）に満たない場合には、金属塩を添加する必要はな
い。なおこの制御を、オンラインで行うことにより安定
なメタン発酵を行うことができる。
ができ、生育状況を示す実際の測定値が上限値α（上述
の説明参照）を越えた場合には、金属塩の添加を行い、
生育状況を示す実際の測定値が下限値β（上述の説明参
照）に満たない場合には、金属塩を添加する必要はな
い。なおこの制御を、オンラインで行うことにより安定
なメタン発酵を行うことができる。
【００４７】
【実施例】以下、実施例により、本発明をさらに詳細に
説明する。
説明する。
【００４８】［実施例１］厨芥ごみ模擬物質を調製し、
滞留３０日、ＣＯＤ負荷5 ｇ/L程度の負荷で、メタン発
酵リアクターを運転した。そのときの発生ガス中の硫化
水素濃度を図２に、メタン発酵槽内の有機酸の推移を図
３に、プロピオン酸濃度と硫化水素濃度との相関関係を
図４に示す。ガス中硫化水素の濃度は、有機酸の濃度、
特にプロピオン酸の濃度と非常に高い相関関係があるこ
とがわかる。この結果、硫化水素の濃度を計測すること
で、有機酸の蓄積状態をモニタリングできることが明ら
かになった。
滞留３０日、ＣＯＤ負荷5 ｇ/L程度の負荷で、メタン発
酵リアクターを運転した。そのときの発生ガス中の硫化
水素濃度を図２に、メタン発酵槽内の有機酸の推移を図
３に、プロピオン酸濃度と硫化水素濃度との相関関係を
図４に示す。ガス中硫化水素の濃度は、有機酸の濃度、
特にプロピオン酸の濃度と非常に高い相関関係があるこ
とがわかる。この結果、硫化水素の濃度を計測すること
で、有機酸の蓄積状態をモニタリングできることが明ら
かになった。
【００４９】［実施例２］メタン発酵リアクターを半連
続型式で運転した。硫化水素の濃度が130ppmから600ppm
に上昇した次の日より、微量金属の塩、鉄、ニッケル、
コバルトの塩化物を、それぞれ金属イオンとして槽内濃
度が5 mg/L、0.5 mg/L、0.5 mg/Lになるよう毎日添加し
運転した。硫化水素濃度のプロットを図５に、有機酸濃
度の推移を図６に示す。有機酸は、各種の有機酸をまと
めた形（total VFA（total volatile fatty acid））と
して測定し、ＣＯＤ濃度で表示した。
続型式で運転した。硫化水素の濃度が130ppmから600ppm
に上昇した次の日より、微量金属の塩、鉄、ニッケル、
コバルトの塩化物を、それぞれ金属イオンとして槽内濃
度が5 mg/L、0.5 mg/L、0.5 mg/Lになるよう毎日添加し
運転した。硫化水素濃度のプロットを図５に、有機酸濃
度の推移を図６に示す。有機酸は、各種の有機酸をまと
めた形（total VFA（total volatile fatty acid））と
して測定し、ＣＯＤ濃度で表示した。
【００５０】実施例２より、実際に、硫化水素濃度の上
昇を検知することで、有機酸の蓄積を知り、さらに微量
金属を添加することで、メタン発酵槽内の有機酸の蓄積
を緩和でき、安定にメタン発酵を行うことができること
が明らかになった。
昇を検知することで、有機酸の蓄積を知り、さらに微量
金属を添加することで、メタン発酵槽内の有機酸の蓄積
を緩和でき、安定にメタン発酵を行うことができること
が明らかになった。
【００５１】
【発明の効果】本発明により、硫酸還元菌の生育状況
（例えば、硫化水素の濃度、菌数）を指標とすること
で、メタン発酵槽内での異常発酵が起こる兆候を早い時
期に察知し、メタン発酵方法を適正に運転することが可
能になる。
（例えば、硫化水素の濃度、菌数）を指標とすること
で、メタン発酵槽内での異常発酵が起こる兆候を早い時
期に察知し、メタン発酵方法を適正に運転することが可
能になる。
【００５２】
【配列表】 SEQUENCE LISTING <110> MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. <120> Method and device for performing methane fermentation. <130> A000007910 <160> 4 <170> PatentIn Ver. 2.0 <210> 1 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> the sequence specific to 16S rRNA gene of sulfate reducing bacteri a <220> <221> modified base <222> (15) <223> n represents i <400> 1 aascctgacg cagcnacg 18 <210> 2 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> the sequence specific to 16S rRNA gene of sulfate reducing bacteri a <400> 2 agttagccgg tgcttcct 18 <210> 3 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> the sequence specific to 16S rRNA gene of bacteria belonging to De sulfobulbus genus <400> 3 tctgtcaaga ggaaagaagt g 21 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> the sequence specific to 16S rRNA gene of bacteria belonging to De sulfobulbus genus <400> 4 gaattccact ttcccctctg 20
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一の実施の形態に係るメタン発酵
装置を示す概略図。
装置を示す概略図。
【図２】 発生ガス中の硫化水素濃度の推移を示すグラ
フ。
フ。
【図３】 メタン発酵槽内の有機酸の推移を示すグラ
フ。
フ。
【図４】 プロピオン酸濃度と硫化水素濃度との関係を
示すグラフ。
示すグラフ。
【図５】 発生ガス中の硫化水素濃度の推移を示すグラ
フ。
フ。
【図６】 メタン発酵槽内の全有機酸の推移を示すグラ
フ。
フ。
１…メタン発酵槽、２…生育状況測定手段、３…注入手
段、４…添加手段、５…原料流入ライン、６…原料引き
抜きライン
段、４…添加手段、５…原料流入ライン、６…原料引き
抜きライン
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１２Ｎ 1/20 Ｃ１２Ｎ 1/20 Ｆ ４Ｄ００４ Ｃ１２Ｐ 5/02 ４Ｄ０４０ Ｃ１２Ｐ 5/02 Ｃ１２Ｑ 1/68 Ａ ４Ｄ０５９ // Ｃ１２Ｎ 15/09 ＺＮＡ Ｂ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢＣ Ｃ１２Ｑ 1/68 Ｃ１２Ｎ 15/00 ＺＮＡＡ (72)発明者 中村 剛 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 Ｆターム(参考） 4B024 AA17 CA11 4B029 AA02 BB02 DF06 4B063 QA01 QA13 QA18 QQ06 QQ42 QR55 QS34 QX01 4B064 AB03 CA02 DA16 4B065 AA01X AC14 CA03 CA55 4D004 AA02 AA03 AB10 CA18 CB04 CC07 DA01 DA02 DA10 DA20 4D040 AA01 AA31 AA61 4D059 AA07 BA12 BA22 BA29 CB09 EA09 EA13 EB02 EB20
Claims (7)
- 【請求項１】 有機性廃棄物を嫌気性微生物群により分
解処理するメタン発酵方法において、発酵槽内の硫酸還
元菌の生育状況をモニタリングし、前記モニタリング結
果を指標としてメタン発酵の運転制御を行うことを特徴
とするメタン発酵方法。 - 【請求項２】 有機性廃棄物を嫌気性微生物群により分
解処理するメタン発酵方法において、発酵槽内の硫化水
素濃度をモニタリングし、前記モニタリング結果を指標
としてメタン発酵の運転制御を行うことを特徴とするメ
タン発酵方法。 - 【請求項３】 有機性廃棄物を嫌気性微生物群により分
解処理するメタン発酵方法において、発酵槽内の硫酸還
元菌の菌数をモニタリングし、前記モニタリング結果を
指標としてメタン発酵の運転制御を行うことを特徴とす
るメタン発酵方法。 - 【請求項４】 有機性廃棄物を分解処理する微生物群を
有するメタン発酵槽と、 前記メタン発酵槽内の硫酸還元菌の生育状況をモニタリ
ングする生育状況測定手段とを備えたことを特徴とする
メタン発酵装置。 - 【請求項５】 請求項４に記載のメタン発酵装置であっ
て、前記生育状況測定手段が、硫酸還元菌の生育状況
を、産生する硫化水素濃度により検出する手段であるこ
とを特徴とするメタン発酵装置。 - 【請求項６】 請求項４または５に記載のメタン発酵装
置であって、前記生育状況測定手段によって制御され、
前記メタン発酵槽に有機性廃棄物を注入するための注入
手段を更に備えたことを特徴とするメタン発酵装置。 - 【請求項７】 請求項４ないし６の何れか１項に記載の
メタン発酵装置であって、前記生育状況測定手段によっ
て制御され、前記メタン発酵槽に栄養塩を添加するため
の添加手段を更に備えたことを特徴とするメタン発酵装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001095688A JP2002282826A (ja) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | メタン発酵方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001095688A JP2002282826A (ja) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | メタン発酵方法およびその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002282826A true JP2002282826A (ja) | 2002-10-02 |
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ID=18949704
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001095688A Withdrawn JP2002282826A (ja) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | メタン発酵方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002282826A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004025088A (ja) * | 2002-06-27 | 2004-01-29 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | メタン発酵処理方法 |
| JP2006055769A (ja) * | 2004-08-20 | 2006-03-02 | Ebara Corp | 有機性汚濁物質の嫌気性処理方法及び装置 |
| JP2008246359A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Kubota Corp | 有機性廃棄物の処理方法および装置 |
| JP2016055216A (ja) * | 2014-09-05 | 2016-04-21 | 栗田工業株式会社 | 下水処理汚泥の嫌気性消化方法及び装置 |
| WO2016159287A1 (ja) * | 2015-04-03 | 2016-10-06 | 住友化学株式会社 | 微生物製剤の製造方法及び微生物製剤 |
-
2001
- 2001-03-29 JP JP2001095688A patent/JP2002282826A/ja not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US10526223B2 (en) | 2015-04-03 | 2020-01-07 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Method for producing microbiologic agent, and microbiologic agent |
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