JP2008104452A - Alcohol production system and alcohol production method - Google Patents

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建次 木田
Shigeru Morimura
茂 森村
Yueqin Tang
岳琴 湯
Hiromitsu Koike
洋潤 小池
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an alcohol production system and an alcohol production method, capable of utilizing garbage by using a simple system formation and steps. <P>SOLUTION: A saccharification/first fermentation part 11 reacts a garbage W1 with an enzyme to produce saccharification products and performs alcohol fermentation by using the produced saccharification products. Dilution of the garbage W1 is made unnecessary and solid-liquid separation and concentration are also made unnecessary. A part of the produced Moromi (unrefined fermentation resultant liquid) S1 is used in the next alcohol fermentation to repeat batch fermentations, or, a part of the Moromi S1 is returned to the start of the saccharification/first fermentation part 11 to perform continuous fermentation. A cultivated yeast may be supplied to the saccharification/first fermentation part 11 continuously or batch wise to perform continuous fermentation. The remaining part of the Moromi S1 is separated into a crude alcohol L2 and a distillation residue S2 and an alcohol anhydride L1 is obtained from the crude alcohol L2. The distillation residue S2 is committed to methane fermentation; a digestion residue S3 is dried to produce a compost S4, and the biogas G1 is used as an energy source. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば生ごみなどの廃棄物から燃料用アルコールを得ることが可能なアルコール生産システムおよびアルコール生産方法に関する。   The present invention relates to an alcohol production system and an alcohol production method capable of obtaining fuel alcohol from waste such as garbage.

近年、地球環境問題の観点からバイオマスの利用が注目されている。特に、次世代自動車燃料として期待されているエタノール等のアルコールをバイオマスから製造する技術についての研究開発が盛んに行われている。このアルコール生産は、バイオマス原料を、加水分解などの糖化工程により分解した後、酵母(微生物)を用いたアルコール発酵によりエタノールに変換することにより行われる。   In recent years, the use of biomass has attracted attention from the viewpoint of global environmental problems. In particular, research and development on technology for producing alcohol such as ethanol, which is expected as a next-generation automobile fuel, from biomass has been actively conducted. This alcohol production is performed by decomposing biomass raw material by a saccharification step such as hydrolysis and then converting it to ethanol by alcohol fermentation using yeast (microorganism).

一般的なバイオマス原料としては、サトウキビなどの糖質を含むものあるいはトウモロコシなどのデンプン質を含むものが多く用いられている。その他にも、バガスや稲わらのような草木系原料、木材チップ等の木質系原料、バイオマス等のセルロース系原料も原料として用いられている。しかし、サトウキビやトウモロコシなどの糖質やデンプン質原料は本来食用資源であり、これらの食用資源を長期的、安定的に工業用利用資源として用いることは、今後生じる人口増加問題と拮抗するため好ましくない。   As general biomass materials, those containing sugars such as sugar cane or starches such as corn are often used. In addition, plant-based materials such as bagasse and rice straw, wood-based materials such as wood chips, and cellulose-based materials such as biomass are also used as materials. However, sugar and starch materials such as sugarcane and corn are inherently edible resources, and it is preferable to use these edible resources as resources for industrial use over the long term in order to antagonize future population growth problems. Absent.

そこで最近では、産業廃棄物等を用いたバイオマスが研究されており、例えば、セルロース系資源として利用可能な廃建材等からアルコールを生成する方法等が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2004−187650号公報
Therefore, recently, biomass using industrial waste and the like has been studied, and for example, a method of generating alcohol from waste building materials and the like that can be used as cellulosic resources has been proposed (for example, see Patent Document 1). ).
JP 2004-187650 A

一方、生ごみからの燃料用アルコール製造の開発も進められているが、システム構成および工程が複雑で多大なエネルギー投入が必要となることや、蒸留後の廃液処理などの問題があり、実用化には未だ改善の余地があった。   On the other hand, the development of alcohol for fuel from garbage is also under development, but the system configuration and process are complicated, requiring enormous energy input, and there are problems such as waste liquid treatment after distillation. There was still room for improvement.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡素なシステム構成および工程により生ごみを有効利用することができるアルコール生産システムおよびそのアルコール生産方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an alcohol production system and an alcohol production method thereof that can effectively use garbage with a simple system configuration and process.

本発明によるアルコール生産システムは、固体状態の生ごみを糖化して糖化物を生成し、生成された糖化物を用いてアルコール発酵させる糖化・第1発酵部を備えたものである。なお、本明細書において「生ごみ」とは、家庭、ホテル、コンビニエンスストア等から廃棄される加熱前後の食物(残飯等)を含むごみをいい、その成分として、中性成分(糖類等)、脂溶性成分(脂質等)あるいはイオン性成分(タンパク質、アミノ酸、有機酸、無機塩類等)等を含むものである。なお、生ごみには紙、木片等の「燃えるごみ」として通常廃棄されるものが混在していてもよい。また、ここにいう「固体状態の生ごみ」とは、加水していない、すなわち水で希釈していない生ごみをいい、生ごみの中に水が混入していてもよい。   The alcohol production system according to the present invention includes a saccharification / first fermentation unit that saccharifies solid food waste to produce a saccharified product and performs alcohol fermentation using the generated saccharified product. In this specification, “garbage” refers to garbage including foods before and after heating (such as leftover food) discarded from households, hotels, convenience stores, etc., and as its components, neutral components (such as sugars), It contains fat-soluble components (lipids, etc.) or ionic components (proteins, amino acids, organic acids, inorganic salts, etc.) and the like. In addition, garbage that is normally discarded as “burning garbage” such as paper and wood chips may be mixed. Further, the “solid garbage” here refers to garbage which is not hydrated, that is, not diluted with water, and water may be mixed in the garbage.

本発明によるアルコール生産方法は、固体状態の生ごみを糖化して糖化物を生成し、生成された糖化物を用いてアルコール発酵させる糖化・第1発酵工程を含むものである。   The alcohol production method according to the present invention includes a saccharification / first fermentation step in which a saccharified product is produced by saccharifying solid garbage in the solid state, and alcohol fermentation is performed using the produced saccharified product.

本発明のアルコール生産システムおよび本発明のアルコール生産方法では、固体状態の生ごみが糖化され、生成された糖化物を用いてアルコール発酵が行われる。よって、生ごみを水などで希釈する必要がなくなり、糖化後の固液分離や濃縮も不要となり、システム構成および工程が著しく簡素化される。   In the alcohol production system of the present invention and the alcohol production method of the present invention, solid garbage is saccharified, and alcohol fermentation is performed using the produced saccharified product. Therefore, it is not necessary to dilute the garbage with water and the like, and solid-liquid separation and concentration after saccharification are not required, and the system configuration and process are significantly simplified.

特に、糖化・第1発酵部(工程)において、生ごみの糖化とアルコール発酵とを同時に行うことが好ましい。糖化で生成されたグルコースを酵母により直ちにアルコールに変換させることができ、雑菌汚染のおそれを極めて小さくすることができるからである。   In particular, in the saccharification / first fermentation section (process), it is preferable to simultaneously perform saccharification of garbage and alcohol fermentation. This is because glucose produced by saccharification can be immediately converted to alcohol by yeast, and the risk of contamination with bacteria can be extremely reduced.

このアルコール生産システムおよび方法では、糖化・第1発酵部(工程)において生成された醪の一部を次回のアルコール発酵に用いることが好ましい。これにより、繰返し回分発酵を可能とすることができるからである。   In this alcohol production system and method, it is preferable to use a part of the koji produced in the saccharification / first fermentation section (process) for the next alcohol fermentation. This is because repeated batch fermentation can be made possible.

また、糖化・第1発酵部(工程)において生成された醪の一部を糖化・第1発酵工程の最初に戻すことが好ましい。安定した連続発酵を可能とすることができるからである。   Moreover, it is preferable to return part of the koji produced in the saccharification / first fermentation section (process) to the beginning of the saccharification / first fermentation process. This is because stable continuous fermentation can be achieved.

更に、このアルコール生産システムおよび方法では、酵母供給部において酵母を培養し、糖化・第1発酵部(工程)に連続的または間欠的に供給することが好ましい。安定した連続発酵を可能とすることができるからである。   Furthermore, in this alcohol production system and method, it is preferable that the yeast is cultured in the yeast supply unit and continuously or intermittently supplied to the saccharification / first fermentation unit (process). This is because stable continuous fermentation can be achieved.

このアルコール生産システムおよび方法は、例えば、糖化・第1発酵部により生成された醪を蒸留し、粗アルコールと蒸留残渣とに分離する蒸留部(工程)と、粗アルコールを脱水してアルコールを生成する脱水部(工程)とを有することが好ましい。得られたアルコールは、例えば自動車燃料として有効に利用することができる。   This alcohol production system and method, for example, distills the koji produced by the saccharification / first fermentation unit and separates it into crude alcohol and distillation residue, and dehydrates the crude alcohol to produce alcohol. It is preferable to have a dehydrating part (process) to perform. The obtained alcohol can be effectively used as, for example, automobile fuel.

更に、このアルコール生産システムおよび方法は、蒸留部(工程)から排出された蒸留残渣を発酵させるメタン発酵槽を有する第2発酵部(工程)と、第2発酵部(工程)から排出された消化残渣を乾燥させる乾燥部(工程)とを有することが好ましい。これにより、消化残渣を乾燥させて堆肥などとして利用することができ、従来のような蒸留後の廃液処理は不要となる。よって、蒸留残渣や消化残渣の処理も、従来に比べて極めて簡素なシステム構成および工程により行うことが可能となる。   Furthermore, this alcohol production system and method includes a second fermentation section (process) having a methane fermentation tank for fermenting a distillation residue discharged from the distillation section (process), and a digestion discharged from the second fermentation section (process). It is preferable to have a drying section (step) for drying the residue. As a result, the digestion residue can be dried and used as compost or the like, and the conventional waste liquid treatment after distillation becomes unnecessary. Therefore, the treatment of the distillation residue and the digestion residue can be performed with an extremely simple system configuration and process as compared with the prior art.

第2発酵部においては、バイオガスを生成し、このバイオガスを蒸留部および乾燥部の少なくとも一方のエネルギー源として利用するようにすることが好ましい。これにより、蒸留部や乾燥部に外部からエネルギーを投入する必要がなく、完結型のプロセスを確立することができる。   In the second fermentation part, it is preferable to produce biogas and use this biogas as an energy source for at least one of the distillation part and the drying part. Thereby, it is not necessary to input energy into the distillation part or the drying part from the outside, and a complete process can be established.

また、第2発酵部においては、空気をメタン発酵槽中に導入してバイオガスと接触させることにより、バイオガス中の硫化水素の濃度を空気やイオウ酸化細菌により低減させることが好ましい。具体的には、第2発酵部は、例えば、メタン発酵槽の後段に水槽を有し、バイオガスと空気との混合ガスをメタン発酵槽と水槽との間で循環させることにより硫化水素を空気酸化またはイオウ酸化細菌により酸化させて硫黄または硫酸イオンとし、混合ガス中の硫化水素の濃度を10ppm以下に低減させるようにすることができる。   In the second fermentation section, it is preferable to reduce the concentration of hydrogen sulfide in the biogas by air or sulfur-oxidizing bacteria by introducing air into the methane fermentation tank and bringing it into contact with the biogas. Specifically, the second fermentation unit has, for example, a water tank after the methane fermenter, and circulates a mixed gas of biogas and air between the methane fermenter and the water tank so that hydrogen sulfide is removed from the air. Oxidation or oxidation by sulfur-oxidizing bacteria can be converted into sulfur or sulfate ions, and the concentration of hydrogen sulfide in the mixed gas can be reduced to 10 ppm or less.

本発明のアルコール生産システムおよび本発明のアルコール生産方法では、ホロセルロースが10%以上含まれている家庭系の生ごみや家庭系および事業系生ごみの混合物に対しては、糖化・第1発酵部において糖化する前に、液化酵素により液化させることが好ましい。糖化酵素としては、グルコアミラーゼ、セルラーゼが挙げられるが、両方を併用することがより好ましい。   In the alcohol production system of the present invention and the alcohol production method of the present invention, saccharification / first fermentation is applied to household garbage and a mixture of household and business garbage containing 10% or more of holocellulose. Prior to saccharification, it is preferable to liquefy with a liquefying enzyme. Examples of the saccharifying enzyme include glucoamylase and cellulase, but it is more preferable to use both in combination.

本発明のアルコール生産システムまたは本発明のアルコール生産方法によれば、糖化・第1発酵部(工程)において固体状態の生ごみを糖化してアルコール発酵させるようにしたので、生ごみを水などで希釈する必要がなくなり、糖化後の固液分離や濃縮も不要とすることができる。よって、システム構成および工程を著しく簡素化することができる。   According to the alcohol production system of the present invention or the alcohol production method of the present invention, the solid waste in the saccharification / first fermentation part (process) is saccharified and subjected to alcohol fermentation. There is no need for dilution, and solid-liquid separation and concentration after saccharification can be eliminated. Therefore, the system configuration and process can be remarkably simplified.

特に、生ごみの糖化とアルコール発酵とを同時に行うようにすれば、糖化で生成されたグルコースを酵母により直ちにアルコールに変換させることができ、雑菌汚染のおそれを極めて小さくすることができる。   In particular, if saccharification of garbage and alcoholic fermentation are performed simultaneously, glucose produced by saccharification can be immediately converted to alcohol by yeast, and the risk of contamination with germs can be extremely reduced.

糖化・第1発酵部(工程)において生成された醪の一部を次回のアルコール発酵に使用するようにすれば、繰返し回分発酵を可能とすることができる。   If a part of the koji produced in the saccharification / first fermentation part (process) is used for the next alcohol fermentation, repeated batch fermentation can be performed.

糖化・第1発酵部(工程)において生成された醪の一部を糖化・第1発酵工程の最初に戻すようにすれば、安定した連続発酵を可能とすることができる。   If a part of the koji produced in the saccharification / first fermentation part (process) is returned to the beginning of the saccharification / first fermentation process, stable continuous fermentation can be achieved.

酵母供給部において酵母を培養し、糖化・第1発酵部(工程)に連続的または間欠的に供給するようにすれば、安定した連続発酵を可能とすることができる。   If yeast is cultured in the yeast supply unit and continuously or intermittently supplied to the saccharification / first fermentation unit (process), stable continuous fermentation can be achieved.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[第1の実施の形態]
図1は本発明の第1の実施の形態に係るアルコール生産システム1の構成例を表すものである。なお、本発明のアルコール生産方法については、アルコール生産システム1の作用に具現化されるものであるので合わせて説明する。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a configuration example of an alcohol production system 1 according to the first embodiment of the present invention. The alcohol production method of the present invention is embodied in the operation of the alcohol production system 1 and will be described together.

このアルコール生産システム1は、バイオマス原料から燃料用または工業用のアルコールを生成するものであり、例えば、アルコール生産部10と、残渣処理・利用部20とを備えている。バイオマス原料は、例えば家庭から、あるいは産業廃棄物として排出される生ごみW1であり、従って、このアルコール生産システム1は、ごみ処理問題についての一解決手段ともなるものである。   The alcohol production system 1 generates fuel or industrial alcohol from biomass raw material, and includes, for example, an alcohol production unit 10 and a residue treatment / use unit 20. The biomass raw material is, for example, garbage W1 discharged from households or as industrial waste. Therefore, the alcohol production system 1 is also a solution to the problem of waste disposal.

アルコール生産部10は、例えば、糖化・第1発酵部11、蒸留部12および脱水部13を有している。   The alcohol production unit 10 includes, for example, a saccharification / first fermentation unit 11, a distillation unit 12, and a dehydration unit 13.

糖化・第1発酵部11は、固体状態の生ごみW1と酵素を反応させ生ごみW1に含まれるデンプン質や一部のセルロース等を糖化して糖化物を生成し、生成された糖化物を用いて加えた酵母でアルコール発酵させ、醪S1を生成するものである。これにより、このアルコール生産システム1では、生ごみW1を水などで希釈する必要がなくなり、糖化後の固液分離や濃縮も不要となり、極めて簡素なシステム構成および工程により生ごみW1を有効利用することができるようになっている。なお、固体状態の生ごみW1の水分含量は例えば70%以上、具体的には75%〜80%以上である。   The saccharification / first fermentation unit 11 reacts the solid food waste W1 with an enzyme to saccharify starch and some cellulose contained in the food waste W1 to produce a saccharified product. Alcohol fermentation is performed with yeast added and used to produce cocoon S1. Thereby, in this alcohol production system 1, it is not necessary to dilute the garbage W1 with water and the like, and solid-liquid separation and concentration after saccharification are not required, and the garbage W1 is effectively used with an extremely simple system configuration and process. Be able to. The water content of the solid waste W1 is, for example, 70% or more, specifically 75% to 80% or more.

この糖化・第1発酵部11は、生ごみの糖化とアルコール発酵とを同時に行うものであることが好ましい。糖化で生成されたグルコースを酵母により直ちにアルコールに変換させることができ、雑菌汚染のおそれを極めて小さくすることができるからである。なお、糖化・第1発酵部11は、生ゴミを糖化したのちにアルコール発酵を行うようにしてもよい。   The saccharification / first fermentation unit 11 preferably performs saccharification of garbage and alcohol fermentation at the same time. This is because glucose produced by saccharification can be immediately converted to alcohol by yeast, and the risk of contamination with bacteria can be extremely reduced. The saccharification / first fermentation unit 11 may perform alcohol fermentation after saccharifying raw garbage.

糖化・第1発酵部11においては、生成された醪S1の一部を蒸留部12に送らずに糖化・第1発酵部11自体に戻し、次回のアルコール発酵に用いることが好ましい。繰返し回分発酵を可能とすることができるからである。   In the saccharification / first fermentation unit 11, it is preferable to return a part of the generated koji S1 to the saccharification / first fermentation unit 11 itself without sending it to the distillation unit 12 and use it for the next alcoholic fermentation. This is because repeated batch fermentation can be made possible.

このような糖化・第1発酵部11に用いる糖化・アルコール発酵反応槽は、例えば、生ゴミと酵素との接触がよいものにより構成されていることが好ましく、例えば回転ドラムや回転ブレード等が挙げられる。特に、回転ブレードは、糖化終了後、糖化物を回収したのち、糖化残渣を粗粉砕しつつ回収することができるので好ましい。なお、反応槽は横型に限らず縦型であってもよい。   The saccharification / alcohol fermentation reaction tank used for the saccharification / first fermentation unit 11 is preferably composed of, for example, a good contact between garbage and an enzyme, such as a rotating drum or a rotating blade. It is done. In particular, the rotating blade is preferable because after the saccharification is completed, the saccharified product can be recovered and then the saccharified residue can be recovered while roughly pulverized. The reaction tank is not limited to a horizontal type and may be a vertical type.

蒸留部12は、糖化・第1発酵部11により生成された醪S1を蒸留し、粗アルコールL2と蒸留残渣S3とに分離するものである。   The distillation part 12 distills the koji S1 produced by the saccharification / first fermentation part 11 and separates it into a crude alcohol L2 and a distillation residue S3.

脱水部13は、粗アルコールL2を脱水して無水アルコールL1を生成するものである。この無水アルコールL1は、例えばガソリンに添加して使用される。   The dehydrating unit 13 dehydrates the crude alcohol L2 to generate the anhydrous alcohol L1. This anhydrous alcohol L1 is used, for example, added to gasoline.

残渣処理・利用部20は、例えば、第2発酵部21、コージェネレーション部22および乾燥部23を有している。   The residue processing / utilizing unit 20 includes, for example, a second fermentation unit 21, a cogeneration unit 22, and a drying unit 23.

第2発酵部21は、蒸留部12から排出された蒸留残渣S2をメタン発酵させるものである。   The second fermentation unit 21 performs methane fermentation of the distillation residue S2 discharged from the distillation unit 12.

コージェネレーション部22は、例えば、ボイラおよび発電機(いずれも図示せず)を備えており、第2発酵部21で生成されたバイオガスG1をエネルギー源として利用して蒸気G3およびプラント電力E1にエネルギー変換するものである。蒸気G3は、蒸留部12および乾燥部23の少なくとも一方のエネルギー源として利用することが好ましい。蒸留部12や乾燥部23を含むプラントに対して外部からエネルギーを投入する必要がなく、完結型のプロセスを確立することができるからである。   The cogeneration unit 22 includes, for example, a boiler and a generator (both not shown), and uses the biogas G1 generated in the second fermentation unit 21 as an energy source to generate steam G3 and plant power E1. It is to convert energy. The steam G3 is preferably used as an energy source of at least one of the distillation unit 12 and the drying unit 23. This is because it is not necessary to input energy from the outside to the plant including the distillation unit 12 and the drying unit 23, and a complete process can be established.

乾燥部23は、第2発酵部21から排出された消化残渣S3を乾燥させて、堆肥S4を生成するものである。消化残渣S3には、例えば、第2発酵部21でメタン発酵により消化されなかった有機物や無機物が含まれている。   The drying unit 23 dries the digest residue S3 discharged from the second fermentation unit 21 to generate compost S4. The digestion residue S3 includes, for example, organic substances and inorganic substances that have not been digested by the methane fermentation in the second fermentation unit 21.

図2は、第2発酵部21の構成を表したものである。第2発酵部21は、例えば、蒸留部12で排出された蒸留残渣S2を発酵させるメタン発酵槽21Aを有している。メタン発酵槽21Aの後段には、水槽21Bが設けられている。水槽21Bの水は、地下水、河川水、工水、水道水または下水処理場の処理水などのいずれでもよい。   FIG. 2 shows the configuration of the second fermentation unit 21. The 2nd fermentation part 21 has 21A of methane fermenters which ferment the distillation residue S2 discharged | emitted in the distillation part 12, for example. A water tank 21B is provided downstream of the methane fermentation tank 21A. The water in the water tank 21B may be any of ground water, river water, industrial water, tap water, or treated water from a sewage treatment plant.

メタン発酵槽21Aは空気を導入可能であり、内部で生成されたバイオガスG1と外部から導入された空気とを接触させることにより、バイオガスG1中の硫化水素の濃度を低減させることが好ましい。バイオガスG1は、エネルギー源などとして有用なメタン(CH4 )のほか、無用な炭酸ガス、硫化水素やアンモニアを含んでいる。硫化水素はガスエンジンやボイラーを腐食させるので、一般には乾式脱硫や湿式脱硫、さらには生物脱硫が行われているが、二次汚染や処理コストの問題がある。このようにバイオガスG1と空気とを接触させることにより、容易に硫化水素の濃度を低減させることができる。よって、硫化水素による阻害を軽減してメタン発酵の有機物負荷を向上させることができる。空気の流入量は、例えば、バイオガスG1の発生量の5%以上10%以下であることが好ましい。また、バイオガスG1と空気とを含む混合ガスG2中の硫化水素の濃度は、例えば、10ppm以下であることが好ましい。   The methane fermentation tank 21A can introduce air, and it is preferable to reduce the concentration of hydrogen sulfide in the biogas G1 by bringing the biogas G1 generated inside into contact with the air introduced from the outside. The biogas G1 contains unnecessary carbon dioxide, hydrogen sulfide, and ammonia in addition to methane (CH4) useful as an energy source. Since hydrogen sulfide corrodes gas engines and boilers, dry desulfurization, wet desulfurization, and biological desulfurization are generally performed, but there are problems of secondary contamination and processing costs. Thus, by bringing the biogas G1 into contact with air, the concentration of hydrogen sulfide can be easily reduced. Therefore, inhibition by hydrogen sulfide can be reduced and the organic matter load of methane fermentation can be improved. For example, the inflow amount of air is preferably 5% or more and 10% or less of the generation amount of the biogas G1. Moreover, it is preferable that the density | concentration of the hydrogen sulfide in mixed gas G2 containing biogas G1 and air is 10 ppm or less, for example.

水槽21Bは、混合ガスG2をメタン発酵槽21Aとの間で循環させることにより硫化水素を空気酸化させて硫黄または硫酸イオンとし、混合ガスG2中の硫化水素の濃度を更に低減させるためのものである。このようにすることにより、バイオガスG1または混合ガスG2を容易に脱硫することができ、蒸留部12あるいは乾燥部23のエネルギー源として利用しやすくすることができる。   The water tank 21B circulates the mixed gas G2 with the methane fermentation tank 21A to oxidize hydrogen sulfide to air or sulfur or sulfate ions to further reduce the concentration of hydrogen sulfide in the mixed gas G2. is there. By doing in this way, biogas G1 or mixed gas G2 can be desulfurized easily, and it can make it easy to utilize as an energy source of the distillation part 12 or the drying part 23. FIG.

また、水槽21Bには、混合ガスG2が通され、バイオガスG1に含まれるアンモニアが硫安として除去されるようになっている。これにより、アンモニア阻害を軽減し、メタン発酵の有機物負荷を向上させることができる。なお、このアンモニアは、生ごみに含まれているアンモニウムイオンや、第2発酵部21においてタンパク質が加水分解されアミノ酸となり脱アミノされ生成したアンモニウムイオンがアンモニアになったものである。   Further, the mixed gas G2 is passed through the water tank 21B, and ammonia contained in the biogas G1 is removed as ammonium sulfate. Thereby, ammonia inhibition can be reduced and the organic substance load of methane fermentation can be improved. In addition, this ammonia is the ammonium ion contained in garbage, or the ammonium ion which produced | generated and deaminated the protein in the 2nd fermentation part 21 by hydrolyzing a protein, and became ammonia.

次に、このような構成のアルコール生産システム1の作用について説明する。   Next, the operation of the alcohol production system 1 having such a configuration will be described.

(糖化・第1発酵工程)
まず、粗粉砕および異物除去した生ごみW1と酵素および酵母とを混合したのち、アルコール生産部10の糖化・第1発酵部11において、固体状態の生ごみW1を糖化して糖化物、例えばグルコースを生成し、生成された糖化物を用いてアルコール発酵させる。これにより、生ごみを水などで希釈する必要がなくなり、糖化後の固液分離や濃縮も不要となり、工程を著しく簡素化することができる。
(Saccharification / first fermentation process)
First, after mixing coarsely ground and foreign matter removed garbage W1 with enzyme and yeast, in the saccharification / first fermentation part 11 of the alcohol production part 10, the solid state garbage W1 is saccharified to produce a saccharified product such as glucose. And is fermented with alcohol using the produced saccharified product. As a result, it is not necessary to dilute the garbage with water or the like, and solid-liquid separation and concentration after saccharification are not necessary, and the process can be simplified greatly.

また、糖化後の固液分離や濃縮を不要とすることで、糖化物の回収率を高めると共に、エネルギーのロスを低減することもできる。以下、例えば生ごみ1kgについての収支を取ると、本実施の形態のように糖化とアルコール発酵とを同時に行った場合、糖化後のグルコース回収率は100%である。これに対して、従来のように生ごみ1kgを水0.5kgで希釈した場合、糖化液1.125kgと残渣0.375kgが生じる。つまり、4分の1が残渣側に移るので、グルコース回収率は75%であった。   Further, by eliminating the need for solid-liquid separation and concentration after saccharification, it is possible to increase the recovery rate of saccharified products and reduce energy loss. Hereinafter, for example, taking a balance of 1 kg of garbage, when saccharification and alcohol fermentation are performed simultaneously as in the present embodiment, the glucose recovery rate after saccharification is 100%. On the other hand, when 1 kg of garbage is diluted with 0.5 kg of water as in the past, 1.125 kg of saccharified solution and 0.375 kg of residue are generated. That is, since one-fourth moves to the residue side, the glucose recovery rate was 75%.

また、エネルギーロス率については、糖化液を2倍濃縮すると仮定すると、糖化液量1.125kgから0.563kgの水を蒸発させるために、数1に示したように、343kcalのエネルギーが必要となる。   As for the energy loss rate, assuming that the saccharified solution is concentrated twice, the energy of 343 kcal is required to evaporate the water of 1.125 kg to 0.563 kg of the saccharified solution as shown in Equation 1. Become.

(数1)
0.563×(539+(100−30))=343kcal
(Equation 1)
0.563 × (539+ (100−30)) = 343 kcal

更に、糖化とアルコール発酵とを同時に行うことにより、糖化で生成されたグルコースを酵母により直ちにアルコールに変換させることができる。よって、雑菌汚染のおそれを極めて小さくすることができる。   Furthermore, by simultaneously performing saccharification and alcohol fermentation, glucose produced by saccharification can be immediately converted to alcohol by yeast. Therefore, the risk of contamination can be extremely reduced.

このような糖化・第1発酵工程における具体的な糖化条件としては、例えば、糖化と第1発酵とを同時に行う場合には20度以上、好ましくは40度以下の温度が好ましい。酵母が生きていくために温度を高めることができないからである。糖化ののちに第1発酵を行う場合には、糖化温度は60度まで高めてもよいがアルコール発酵では温度を下げることが好ましい。酵素の量は、固体状態の生ごみW1の湿潤重量1kgに対して50mg以上、更には100mg以上とすることが好ましい。ここで、湿潤重量とは食品ごみ中に混在する液状のごみも含めた重量(質量)を意味する。   As specific saccharification conditions in such a saccharification / first fermentation step, for example, when saccharification and first fermentation are performed simultaneously, a temperature of 20 ° C. or higher, preferably 40 ° C. or lower is preferable. This is because the temperature cannot be increased for the yeast to live. In the case of performing the first fermentation after saccharification, the saccharification temperature may be increased to 60 degrees, but it is preferable to decrease the temperature in alcohol fermentation. The amount of the enzyme is preferably 50 mg or more, more preferably 100 mg or more with respect to 1 kg of the wet weight of the solid garbage W1. Here, the wet weight means the weight (mass) including liquid waste mixed in food waste.

また、収集運搬や糖化期間中に、生ごみW1中に生息する微生物により主として乳酸発酵が起こり、生成する糖化物には、乳酸A1が主成分となる有機酸Aが含まれている。これにより、糖化物の水素イオン指数(pH)は、例えばpH3.5以上4.5以下に保たれる。   Further, during collection and transportation and saccharification, lactic acid fermentation is mainly caused by microorganisms that live in the garbage W1, and the saccharified product contains an organic acid A mainly composed of lactic acid A1. Thereby, the hydrogen ion index (pH) of the saccharified product is maintained at, for example, pH 3.5 or more and 4.5 or less.

収集運搬や糖化期間中に生成した乳酸A1の濃度は、例えば5000mg/l以上、より好ましくは10000mg/l以上であることが好ましい。糖化物のpHを低下させ、雑菌の増殖を抑制して、糖化物の殺菌を不要とすることができるからである。また、乳酸A1の濃度をこの範囲内とすることにより、糖化物のpHは自ずと3.5以上4.5以下の範囲になり、このpH領域でアルコール発酵に用いる酵母は増殖するので、糖化物のpHを特別に調整する必要はない。   The concentration of lactic acid A1 produced during collection and transportation and saccharification is, for example, preferably 5000 mg / l or more, more preferably 10,000 mg / l or more. This is because the pH of the saccharified product can be lowered, the growth of various bacteria can be suppressed, and sterilization of the saccharified product can be made unnecessary. In addition, by setting the concentration of lactic acid A1 within this range, the pH of the saccharified product is naturally in the range of 3.5 to 4.5, and the yeast used for alcoholic fermentation grows in this pH range. There is no need to specifically adjust the pH of the.

アルコール発酵に用いる酵母としては、pHが4.5以下でも増殖および発酵する非凝集酵母および凝集性酵母のうちの少なくとも一方が利用可能である。具体的には、非凝集酵母としては、Saccharomyces cereviciae EP1株または焼酎製造で使用する鹿児島酵母5号など、凝集性酵母としてはSaccharomyces cereviciae KF-7 株、などがそれぞれ挙げられる。   As yeast used for alcoholic fermentation, at least one of non-aggregating yeast and aggregating yeast that grow and ferment even at a pH of 4.5 or less can be used. Specifically, examples of the non-aggregating yeast include Saccharomyces cereviciae EP1 strain and Kagoshima yeast No. 5 used in shochu production, and examples of the aggregating yeast include Saccharomyces cereviciae KF-7 strain.

アルコール発酵の方式としては、回分発酵、繰返し回分発酵または連続発酵が利用可能である。回分発酵としては流加発酵方式でもよく、繰返し回分発酵としてはガス発生量に基づいて自動化して行う装置を用いる方式あるいは1日に1回の回分発酵を繰り返す方式が好ましく、連続発酵方式としてはケモスタット方式が好ましい。   As a method of alcohol fermentation, batch fermentation, repeated batch fermentation or continuous fermentation can be used. As the batch fermentation, a fed-batch fermentation method may be used, and as the repeated batch fermentation, a method using an apparatus that performs automation based on the amount of gas generated or a method of repeating batch fermentation once a day is preferable. A chemostat system is preferred.

具体的なアルコール発酵条件としては、例えば、連続発酵方式を適用すると共にアルコール発酵温度を25度以上、好ましくは30度以上とし、希釈率Dを0.05h-1以上、好ましくは0.2h-1以上、より好ましくは0.3h-1以上とする。ここで希釈率D(h-1)とは、生ごみ供給速度F(m3 /h)を糖化・第1発酵部11の実容積V(m3 )で除した値(D=F/V)である。 As specific alcohol fermentation conditions, for example, the continuous fermentation method is applied, the alcohol fermentation temperature is 25 ° C. or higher, preferably 30 ° C. or higher, and the dilution rate D is 0.05 h −1 or higher, preferably 0.2 h −. 1 or more, more preferably 0.3 h -1 or more. Here, the dilution rate D (h −1 ) is a value obtained by dividing the garbage supply rate F (m 3 / h) by the actual volume V (m 3 ) of the saccharification / first fermentation unit 11 (D = F / V ).

なお、アルコール発酵の際には、残存する雑菌を更に低減した状態または好適なpHの状態とするため、殺菌処理またはpH調整を施してもよい。例えば、糖化物のpH4前後および上述した乳酸濃度、並びに発酵pH4前後で希釈率Dを0.2h-1以上とすることにより、アルコール発酵中に雑菌が繁殖することを完全に防ぐことが可能となる。 In the alcohol fermentation, sterilization treatment or pH adjustment may be performed in order to further reduce the remaining germs or a suitable pH state. For example, by setting the dilution rate D to 0.2 h −1 or more around pH 4 of the saccharified product and the above-described lactic acid concentration and around fermentation pH 4, it is possible to completely prevent germs from breeding during alcohol fermentation. Become.

このようにして糖化・第1発酵工程において生成された醪S1の一部は、蒸留工程に送らず、再び糖化・第1発酵工程において次回のアルコール発酵に使用することが好ましい。繰返し回分発酵を可能とすることができるからである。   Thus, it is preferable that a part of koji S1 produced in the saccharification / first fermentation step is not used for the next alcoholic fermentation in the saccharification / first fermentation step again without being sent to the distillation step. This is because repeated batch fermentation can be made possible.

(蒸留工程)
次いで、蒸留部12において、糖化・第1発酵工程により生成された醪S1を蒸留し、粗アルコールL2と蒸留残渣S2とに分離する。
(Distillation process)
Next, in the distillation unit 12, the koji S1 generated by the saccharification / first fermentation step is distilled and separated into the crude alcohol L2 and the distillation residue S2.

(脱水工程)
続いて、脱水部13において、粗アルコールL2を脱水してアルコールL1を生成する。
(Dehydration process)
Subsequently, in the dehydrating unit 13, the crude alcohol L2 is dehydrated to generate the alcohol L1.

一方、アルコール生産部10から排出された蒸留残渣S2は残渣処理・利用部20へ送られて、以下のように処理あるいは利用される。   On the other hand, the distillation residue S2 discharged from the alcohol production unit 10 is sent to the residue processing / use unit 20 for processing or use as follows.

(第2発酵工程)
まず、第2発酵部21のメタン発酵槽21Aにおいて、蒸留工程から排出された蒸留残渣S2をメタン発酵させ、バイオガスG1を生成させる。このバイオガスG1中には、エネルギー源として有用なメタン(CH4 )のほか炭酸ガス、硫化水素およびアンモニア等が含まれているので、メタン発酵槽21Aに空気を導入することによりバイオガスG1と空気とを接触させ、バイオガスG1に含まれる硫化水素の濃度を例えば10ppm以下に低減する。これにより、硫化水素による人体への悪影響やボイラーや発電機の腐食を防止することができる。空気の流入量は、例えばバイオガスG1の発生量の5%以上10%以下とすることが好ましい。また、メタン発酵槽21Aと水槽21Bとの間で混合ガスG2を循環させることにより、混合ガスG2中の硫化水素の濃度を更に低減させることが好ましい。
(Second fermentation process)
First, in the methane fermenter 21 </ b> A of the second fermentation unit 21, the distillation residue S <b> 2 discharged from the distillation process is subjected to methane fermentation to generate biogas G <b> 1. Since this biogas G1 contains carbon dioxide gas, hydrogen sulfide, ammonia and the like in addition to methane (CH 4 ) that is useful as an energy source, by introducing air into the methane fermentation tank 21A, Air is contacted, and the concentration of hydrogen sulfide contained in the biogas G1 is reduced to, for example, 10 ppm or less. Thereby, the bad influence to the human body by a hydrogen sulfide and the corrosion of a boiler and a generator can be prevented. The inflow amount of air is preferably 5% to 10% of the amount of biogas G1 generated, for example. Moreover, it is preferable to further reduce the concentration of hydrogen sulfide in the mixed gas G2 by circulating the mixed gas G2 between the methane fermentation tank 21A and the water tank 21B.

また、水槽21Bには、混合ガスG2を通し、バイオガスG1に含まれるアンモニアを硫安として除去することが好ましい。アンモニア阻害を軽減し、メタン発酵の有機物負荷を向上させることができるからである。   Moreover, it is preferable to pass the mixed gas G2 through the water tank 21B and remove ammonia contained in the biogas G1 as ammonium sulfate. This is because ammonia inhibition can be reduced and the organic load of methane fermentation can be improved.

硫化水素が除去されたバイオガスG1(混合ガスG2)はコージェネレーション部22に送られて蒸気G3およびプラント電力E1にエネルギー変換される。蒸気G3は蒸留部12および乾燥部23の少なくとも一方の熱源として利用される。電力E1はプラントで使用する。   The biogas G1 (mixed gas G2) from which hydrogen sulfide has been removed is sent to the cogeneration unit 22 where it is converted into steam G3 and plant power E1. The steam G3 is used as a heat source for at least one of the distillation unit 12 and the drying unit 23. Electric power E1 is used in the plant.

(乾燥工程)
また、乾燥部23において、第2発酵工程から排出された消化残渣S3を乾燥させ、堆肥S4を得る。これにより、従来のような蒸留後の廃液処理は不要となり、蒸留残渣S2や消化残渣S3の処理も、従来に比べて極めて簡素なシステム構成および工程により行うことができる。
(Drying process)
Moreover, in the drying part 23, the digestion residue S3 discharged | emitted from the 2nd fermentation process is dried, and compost S4 is obtained. As a result, the waste liquid treatment after distillation as in the prior art becomes unnecessary, and the treatment of the distillation residue S2 and the digestion residue S3 can be performed with an extremely simple system configuration and process as compared with the conventional case.

図3は、以上のアルコール生産方法での生ごみ1トンあたりの生成エネルギーと消費エネルギーとのバランス収支を表した図である。エネルギー生成量は、脱水部13で生成されるアルコールL1による244,800kcalと、第2発酵部21で得られるバイオガスG1による324,500kcalとの合計で、569,300kcalである。一方、エネルギー消費量は、生ごみ収集のための収集車の燃料として25,000kcalと、糖化・第1発酵部11などのプラント電力として86,000kcalと、蒸留部12での消費エネルギーとして130,100kcalと、脱水部13での消費エネルギーとして125,300kcalと、乾燥部23での消費エネルギーとして171,900kcalとの合計で、538,500kcalとなる。このように、本実施の形態では、エネルギー生成量のほうが消費量よりも大きくなり、外部からのエネルギー投入もなく、廃水処理も不要な自己完結型プロセスを実現することができる。   FIG. 3 is a diagram showing the balance of balance between generated energy and consumed energy per ton of garbage in the above alcohol production method. The amount of energy generation is 569,300 kcal, which is the total of 244,800 kcal by the alcohol L1 produced by the dehydration unit 13 and 324,500 kcal by the biogas G1 obtained by the second fermentation unit 21. On the other hand, the energy consumption is 25,000 kcal as fuel for a collection vehicle for collecting garbage, 86,000 kcal as plant power for the saccharification / first fermentation unit 11, and 130, as energy consumption in the distillation unit 12. The total of 100 kcal, 125,300 kcal as the energy consumed in the dewatering unit 13 and 171,900 kcal as the energy consumed in the drying unit 23 is 538,500 kcal. As described above, in the present embodiment, the energy generation amount is larger than the consumption amount, and it is possible to realize a self-contained process that does not require external energy input and does not require wastewater treatment.

このように本実施の形態によれば、糖化・第1発酵部11において固体状態の生ごみW1を糖化し、生成された糖化物を用いてアルコール発酵を行うようにしたので、生ごみW1を水などで希釈する必要がなくなり、糖化後の固液分離や濃縮も不要とすることができる。よって、極めて簡素なシステム構成および工程により生ごみW1を有効利用することができる。   As described above, according to the present embodiment, the solid waste W1 is saccharified in the saccharification / first fermentation unit 11, and alcohol fermentation is performed using the generated saccharified product. There is no need to dilute with water, and solid-liquid separation and concentration after saccharification can be eliminated. Therefore, the garbage W1 can be effectively used with an extremely simple system configuration and process.

また、固液分離や濃縮を行わなくてすむことにより、糖化物の回収率を高めると共にエネルギーのロスを低減することができる。   In addition, by eliminating solid-liquid separation and concentration, it is possible to increase the recovery rate of saccharified material and reduce energy loss.

特に、糖化とアルコール発酵とを同時に行うようにしたので、生成された糖化物を直ちにアルコールに変換させることができ、雑菌汚染のおそれを極めて小さくすることができる。また、糖化およびアルコール発酵の装置を別々に設けなくてもよいので、プラントコストを低減することができる。更に、60度に昇温して糖化したのちに30度に温度を下げてアルコール発酵を行うのに比べて、糖化とアルコール発酵とを同時に行う場合は一貫して30度程度の低温とすることができ、消費エネルギーも低減することができる。   In particular, since saccharification and alcohol fermentation are performed simultaneously, the produced saccharified product can be immediately converted into alcohol, and the risk of contamination with bacteria can be extremely reduced. Moreover, since it is not necessary to provide the apparatus of saccharification and alcohol fermentation separately, plant cost can be reduced. Furthermore, compared to performing saccharification by raising the temperature to 60 degrees and then lowering the temperature to 30 degrees to perform alcoholic fermentation, the temperature should be consistently reduced to about 30 degrees when saccharification and alcoholic fermentation are performed simultaneously. Energy consumption can be reduced.

更に、糖化・第1発酵部11において生成された醪S1の一部を次回のアルコール発酵に使用するようにしたので、繰返し回分発酵を可能とすることができる。   Furthermore, since a part of koji S1 produced | generated in the saccharification and the 1st fermentation part 11 was used for the next alcoholic fermentation, it can make a repeated batch fermentation possible.

[第2の実施の形態]
続いて、本発明の第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、糖化・第1発酵工程において生成された醪S1の一部を、糖化・第1発酵工程の最初に戻す、すなわち固体状態の生ごみW1に醪S1の一部および酵素を加えて糖化・第1発酵工程を行うようにしたことを除いては、第1の実施の形態のアルコール生産方法と同様である。なお、アルコール生産システムについては、第1の実施の形態で図1を参照して説明したアルコール生産システムと同一である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a part of the koji S1 generated in the saccharification / first fermentation step is returned to the beginning of the saccharification / first fermentation step, that is, a part of the koji S1 and the enzyme are added to the solid waste W1. In addition, it is the same as the alcohol production method of the first embodiment except that the saccharification / first fermentation step is performed. The alcohol production system is the same as the alcohol production system described with reference to FIG. 1 in the first embodiment.

本実施の形態では、糖化・第1発酵工程において生成された醪S1の一部を、糖化・第1発酵工程の最初に戻すようにしたので、安定した連続発酵を可能とすることができる。   In the present embodiment, since a part of koji S1 produced in the saccharification / first fermentation step is returned to the beginning of the saccharification / first fermentation step, stable continuous fermentation can be achieved.

[第3の実施の形態]
図4は、本発明の第3の実施の形態に係るアルコール生産システムの構成を表すものである。このアルコール生産システムは、糖化・第1発酵部11に酵母供給部14が接続されていることを除いては、第1の実施の形態のアルコール生産システムと同様の構成を有している。よって、同一の構成要素には同一の符号を付して説明する。
[Third Embodiment]
FIG. 4 shows the configuration of an alcohol production system according to the third embodiment of the present invention. This alcohol production system has the same configuration as the alcohol production system of the first embodiment except that the yeast supply unit 14 is connected to the saccharification / first fermentation unit 11. Therefore, the same components are described with the same reference numerals.

酵母供給部14は、酵母を培養し、糖化・第1発酵部11に連続的または間欠的に供給するものである。これにより、このアルコール生産システムでは、安定した連続発酵を可能とすることができるようになっている。   The yeast supply unit 14 cultures yeast and supplies the saccharification / first fermentation unit 11 continuously or intermittently. Thereby, in this alcohol production system, stable continuous fermentation can be enabled.

なお、このような酵母供給部14を設ける場合には、醪S1の一部を糖化・第1発酵部11に返送することは必ずしも必要ではないが、返送を行ってもよい。   When such a yeast supply unit 14 is provided, it is not always necessary to return a part of the koji S1 to the saccharification / first fermentation unit 11, but it may be returned.

本実施の形態では、酵母供給部14において酵母を培養し、糖化・第1発酵部11に連続的または間欠的に供給するようにしたので、安定した連続発酵を可能とすることができる。   In the present embodiment, since yeast is cultured in the yeast supply unit 14 and continuously or intermittently supplied to the saccharification / first fermentation unit 11, stable continuous fermentation can be performed.

[第4の実施の形態]
図5は、本発明の第4の実施の形態に係るアルコール生産方法を表したものである。このアルコール生産方法は、糖化・第1発酵工程S11の前に、生ごみ処理工程S31を含むことを除いては、上記第1の実施の形態のアルコール生産方法と同様である。よって、同一の工程についてはその説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
FIG. 5 shows an alcohol production method according to the fourth embodiment of the present invention. This alcohol production method is the same as the alcohol production method of the first embodiment except that a garbage disposal step S31 is included before the saccharification / first fermentation step S11. Therefore, the description of the same process is omitted.

(生ごみ処理工程)
まず、生ごみ処理工程S31において、生ごみW1に10%以下、好ましくは1%以下の乳酸菌培養液L0を表面散布などで添加したのち重石をのせるなどして嫌気状態にする。ここでは、図6(A)、(B)に示した2つの方法が考えられる。図6(A)の方法は、生ごみW1に乳酸菌を表面散布し、重石をのせて嫌気状態として何日も、例えば6日間放置しておくものである。一方、図6(B)に示した方法は、毎日排出される生ごみに対応するもので、翌日の生ごみW12を前日の生ごみW1に追加し、同様に乳酸菌培養液を表面散布し、重石をのせる。この操作を毎日、例えば6日間繰り返すものである。なお、後述の実施例からも明らかなように、図6(B)の方法、すなわち生ごみを毎日、継ぎ足し、その都度表面に乳酸菌を散布する方法がグルコース回収率は優れている。
(Garbage disposal process)
First, in the garbage processing step S31, 10% or less, preferably 1% or less of the lactic acid bacteria culture solution L0 is added to the garbage W1 by surface spraying, and then placed in an anaerobic condition such as by placing cobblestone. Here, the two methods shown in FIGS. 6A and 6B can be considered. In the method shown in FIG. 6A, lactic acid bacteria are sprayed on the surface of the garbage W1 and placed in an anaerobic state by putting a weight stone, for example, for 6 days. On the other hand, the method shown in FIG. 6 (B) corresponds to garbage discharged every day, and the next day's garbage W12 is added to the previous day's garbage W1, and the lactic acid bacteria culture solution is sprayed on the surface in the same manner. Put a weight stone. This operation is repeated every day, for example, 6 days. As will be apparent from the examples described later, the method of FIG. 6B, that is, the method of adding garbage every day and spraying lactic acid bacteria on the surface each time has an excellent glucose recovery rate.

本実施の形態では、図6(A)や図6(B)、好ましくは図6(B)の方法により、生ごみW1の一部が乳酸発酵して、pHが低下し、生ごみW1の鮮度が保持される。従って、生ごみW1の腐敗が防止され、腐敗による糖化物の回収率の低下や、糖分を含む生ごみW1中での酢酸等のアルコール発酵を阻害する有機酸の生成が抑制される。このように生ごみW1が処理されることにより処理ごみW2が得られる。   In the present embodiment, by the method of FIG. 6 (A) or FIG. 6 (B), preferably FIG. 6 (B), a part of the garbage W1 is lactic acid fermented, the pH is lowered, and the garbage W1 Freshness is preserved. Therefore, the decay of the garbage W1 is prevented, and a reduction in the recovery rate of saccharified products due to the decay and generation of organic acids that inhibit alcohol fermentation such as acetic acid in the garbage W1 containing sugar are suppressed. Thus, the processing waste W2 is obtained by processing the garbage W1.

(糖化・第1発酵工程)
次いで、糖化・第1発酵工程S11において、固体状態の処理ごみW2を糖化して糖化物、例えばグルコースを生成すると共に、生成された糖化物を用いてアルコール発酵させる。
(Saccharification / first fermentation process)
Next, in the first saccharification / first fermentation step S11, the solid waste W2 is saccharified to produce a saccharified product, for example, glucose, and the produced saccharified product is used for alcohol fermentation.

その際、具体的な糖化条件としては、糖化およびアルコール発酵を同時に行う場合は、処理ごみW2と酵素Fおよび酵母とを混合したのち、20度以上、好ましくは40度以下の温度とする。糖化したのちにアルコール発酵を行う場合は、処理ごみW2と酵素Fとを混合し、30度以上、好ましくは50度以上の温度で糖化したのち、酵母を加えてアルコール発酵を行う。酵素Fには、pH3程度でも働く耐酸性を有する酵素、例えば耐酸性グルコアミラーゼを使用してもよい。あるいは、耐酸性と耐熱性を有するグルコアミラーゼを用いてもよい。また、このような酵素の添加後、セルラーゼ酵素を添加するようにしてもよい。更に、生ごみを加熱処理などの方法で前処理した後、酵素糖化することにより、糖をより効率良く回収することが可能となる。酵素Fの量については、湿潤の処理ごみW2の1kgに対して50mg以上、更には100mg以上とすることが好ましい。   At that time, as specific saccharification conditions, when saccharification and alcohol fermentation are performed simultaneously, after treating waste W2, enzyme F, and yeast, the temperature is set to 20 ° C or higher, preferably 40 ° C or lower. When alcohol fermentation is performed after saccharification, the treated waste W2 and the enzyme F are mixed and saccharified at a temperature of 30 ° C or higher, preferably 50 ° C or higher, and then yeast is added to perform alcoholic fermentation. The enzyme F may be an acid-resistant enzyme that works even at a pH of about 3, such as an acid-resistant glucoamylase. Alternatively, glucoamylase having acid resistance and heat resistance may be used. In addition, a cellulase enzyme may be added after such an enzyme is added. Furthermore, sugar can be recovered more efficiently by pre-treating food waste by a method such as heat treatment and then saccharifying it. About the quantity of the enzyme F, it is preferable to set it as 50 mg or more with respect to 1 kg of the wet process waste W2, and also 100 mg or more.

アルコール発酵に用いる酵母およびアルコール発酵の方式、発酵条件などについては第1ないし第3の実施の形態と同様である。また、蒸留工程以降については、第1ないし第3の実施の形態と同様である。   The yeast used for alcoholic fermentation, the method of alcoholic fermentation, the fermentation conditions, and the like are the same as in the first to third embodiments. Further, the steps after the distillation step are the same as those in the first to third embodiments.

このように本実施の形態によれば、生ごみ処理工程S31において、生ごみW1に10%以下好ましくは1%以下の乳酸菌培養液L0を表面散布などで添加したのち嫌気状態で保持するようにしたので、生ごみW1の鮮度を保持することができる。従って、生ごみW1の腐敗を防止し、腐敗による糖化物の回収率の低下や、糖化物を含む生ごみW1中での酢酸等のアルコール発酵を阻害する有機酸の生成を抑制することができ、糖を効率良く生成することが可能となる。このように生成された糖(グルコース)は、アルコールのみならず、有用物質の生産のための原料として、またグルコース電池などの燃料電池の原料としても利用され得る。   As described above, according to the present embodiment, in the garbage processing step S31, 10% or less, preferably 1% or less of the lactic acid bacteria culture solution L0 is added to the garbage W1 by surface spraying or the like and then held in an anaerobic state. Therefore, the freshness of the garbage W1 can be maintained. Therefore, it is possible to prevent the decay of the garbage W1, and to suppress the reduction in the recovery rate of the saccharified product due to the decay and the generation of organic acids that inhibit alcohol fermentation such as acetic acid in the garbage W1 containing the saccharified product. It becomes possible to produce sugar efficiently. The sugar (glucose) thus produced can be used not only as an alcohol but also as a raw material for production of useful substances and as a raw material for a fuel cell such as a glucose battery.

以上の説明では、主として、デンプン質の含有量が多く、ホロセルロース系の含有量の少ない生ごみ(事業系生ごみ)について説明したが、ホロセルロース系の含有量の多い家庭系の生ごみや家庭系および事業系生ごみの混合物の場合については、以下の実施の形態が有効である。   In the above explanation, mainly garbage with large starch content and low holocellulose content (business-related waste) was explained, but household waste with high holocellulose content The following embodiment is effective for a mixture of household and business food waste.

[第5の実施の形態]
図7は、本発明の第5の実施の形態に係るアルコール生産方法を表したものである。このアルコール生産方法は、生ごみ処理工程S31ののち、糖化・第1発酵工程S11の前に、酵素液化工程S32を含むことを除いては、上記第4の実施の形態のアルコール生産方法と同様である。よって、同一の工程についてはその説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
FIG. 7 shows an alcohol production method according to the fifth embodiment of the present invention. This alcohol production method is the same as the alcohol production method of the fourth embodiment, except that an enzyme liquefaction step S32 is included after the garbage processing step S31 and before the saccharification / first fermentation step S11. It is. Therefore, the description of the same process is omitted.

一般に、家庭系の生ごみでは、多糖類中にホロセルロースが10%以上含まれている。なお、ここでのホロセルロースの割合は、ホロセルロース/多糖類=ホロセルロース/(デンプン質+ホロセルロース)を表すものであり、ホロセルロースには、セルロースおよびヘミセルロースが含まれる。   Generally, household garbage contains 10% or more of holocellulose in a polysaccharide. In addition, the ratio of holocellulose here represents holocellulose / polysaccharide = holocellulose / (starchy + holocellulose), and holocellulose includes cellulose and hemicellulose.

すなわち、本実施の形態では、生ごみ処理工程S31において処理された処理ごみW2に対して、酵素液化工程S32において液化酵素、例えばターマミルを添加し、液化する。この液化された処理ごみW3に対して、糖化・第1発酵工程S11において糖化酵素として、グルコアミラーゼまたはセルラーゼ、あるいはグルコアミラーゼおよびセルラーゼを併用して糖化・発酵を行う。   That is, in the present embodiment, a liquefied enzyme such as Termamyl is added and liquefied in the enzyme liquefaction step S32 to the treated waste W2 processed in the garbage processing step S31. In the saccharification / first fermentation step S11, the liquefied treated waste W3 is subjected to saccharification / fermentation using glucoamylase or cellulase, or glucoamylase and cellulase in combination as a saccharifying enzyme.

このようにホロセルロースの含有量の多い家庭系生ごみや家庭系および事業系生ごみの混合物に対しては、酵素液化工程S32において液化処理を行うことにより、グルコースの回収率が高くなる。特に、グルコアミラーゼおよびセルラーゼを併用して糖化を行うことにより、グルコースの回収率がより高くなる。   Thus, the collection rate of glucose becomes high by performing the liquefaction process in the enzyme liquefaction step S32 for the household garbage and the mixture of household and business garbage having a high holocellulose content. In particular, by performing saccharification using a combination of glucoamylase and cellulase, the glucose recovery rate becomes higher.

更に、本発明の具体的な実施例について説明する。   Furthermore, specific examples of the present invention will be described.

[実施例1]
上記第4の実施の形態と同様にして生ごみの回分発酵試験を行い、有機酸およびエタノールの濃度を調べた。まず、生ごみW1として厨芥や食べ残し等の食品ごみを用い、この生ごみW1を、図6(B)の方法による生ごみ処理工程S31において鮮度保持し、処理ごみW2とした。この処理ごみW2を異物除去したのち1kg(湿潤重量)を採取し、粗粉砕した。
[Example 1]
A batch fermentation test of garbage was conducted in the same manner as in the fourth embodiment, and the concentrations of organic acid and ethanol were examined. First, food waste such as rice cake or leftovers was used as the food waste W1, and the food waste W1 was kept fresh in the food waste treatment step S31 by the method of FIG. After removing foreign matter from the treated waste W2, 1 kg (wet weight) was collected and coarsely pulverized.

(前培養液の調製)
前培養液は、5%YPD培地(グルコース5g/l、酵母エキス(YE)1g/l、ポリペプトン1g/l)にスラント(斜面培地;酵母を寒天培地に保存しておく方法)で保存しておいた鹿児島5号を1白金耳植菌したのち、30度、160rpmで16時間振とう培養することにより調製した。
(Preparation of pre-culture solution)
The pre-culture solution should be stored in a 5% YPD medium (glucose 5 g / l, yeast extract (YE) 1 g / l, polypeptone 1 g / l) in a slant (slope medium; method of storing yeast in an agar medium). Oita Kagoshima No. 5 was inoculated with 1 platinum ear and then cultured by shaking at 30 degrees and 160 rpm for 16 hours.

(糖化・アルコール同時発酵(SSF:Simultaneous Saccharification and Fermentation))
続いて、処理ごみW2を100g採取して、空滅菌した300mlの三角フラスコに投入し、グルコアミラーゼとしてナガセケムテックス(株)の長瀬酵素剤N−40を13mg添加し、上述したように調製した前培養液10mlを三角フラスコに投入した。そののち、この三角フラスコを30度の恒温水槽に浸漬し、48時間、糖化・エタノール同時発酵試験を行い、有機酸濃度(乳酸と酢酸との合計濃度)およびアルコール(エタノール)濃度を調べた。初発pHを調べたところpH3.9であった。得られた結果を図8および図9にそれぞれ示す。また、有機酸濃度(乳酸と酢酸とのそれぞれの濃度)の経日変化を図10に示す。
(Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF))
Subsequently, 100 g of the treated waste W2 was collected and put into an empty sterilized 300 ml Erlenmeyer flask, 13 mg of Nagase ChemteX Corporation Nagase Enzyme N-40 was added as a glucoamylase, and prepared as described above. 10 ml of the preculture was put into an Erlenmeyer flask. Thereafter, this Erlenmeyer flask was immersed in a constant temperature water bath at 30 ° C., and a saccharification / ethanol simultaneous fermentation test was performed for 48 hours, and the organic acid concentration (total concentration of lactic acid and acetic acid) and alcohol (ethanol) concentration were examined. The initial pH was examined and found to be 3.9. The obtained results are shown in FIGS. 8 and 9, respectively. In addition, FIG. 10 shows changes over time in organic acid concentrations (concentrations of lactic acid and acetic acid).

[比較例1]
グルコアミラーゼを添加しない、すなわち糖化を行わずにアルコール発酵のみを行ったことを除いては、実施例1と同様にして回分発酵試験を行った。得られた結果を図8および図9に合わせて示す。また、有機酸濃度の経日変化を図11に示す。
[Comparative Example 1]
A batch fermentation test was conducted in the same manner as in Example 1 except that glucoamylase was not added, that is, only alcohol fermentation was performed without saccharification. The obtained results are shown in FIG. 8 and FIG. Moreover, the daily change of organic acid concentration is shown in FIG.

[実施例2]
生ごみW1を実施例1と同様にして処理した処理ごみW2を100g採取し、空滅菌した300mlの三角フラスコに投入したのち、グルコアミラーゼとしてナガセケムテックス(株)の長瀬酵素剤N−40を13mg添加し、60度の温度下で3時間糖化した。そののち、水冷や放冷などにより30度まで温度を下げ、実施例1と同様の前培養液10mlを添加し、30度の温度下で48時間アルコール発酵試験(回分発酵)を行った。得られた結果を図8および図9に合わせて示す。また、有機酸濃度の経日変化を図12に示す。
[Example 2]
100 g of treated waste W2 obtained by treating garbage W1 in the same manner as in Example 1 was put into a 300 ml Erlenmeyer flask that had been sterilized empty, and then Nagase Enzyme N-40 of Nagase ChemteX Corporation was used as glucoamylase. 13 mg was added and saccharified for 3 hours at a temperature of 60 degrees. After that, the temperature was lowered to 30 ° C. by water cooling or cooling, 10 ml of the same preculture solution as in Example 1 was added, and an alcoholic fermentation test (batch fermentation) was performed at a temperature of 30 ° C. for 48 hours. The obtained results are shown in FIG. 8 and FIG. Moreover, the daily change of organic acid concentration is shown in FIG.

[比較例2]
糖化ののち酵母を添加せず放置した(アルコール発酵は行わなかった)ことを除いては、実施例2と同様にして回分発酵試験を行った。得られた結果を図8および図9に合わせて示す。また、有機酸濃度の経日変化を図13に示す。
[Comparative Example 2]
A batch fermentation test was conducted in the same manner as in Example 2 except that after saccharification, the yeast was left without addition (alcohol fermentation was not performed). The obtained results are shown in FIG. 8 and FIG. Moreover, the daily change of organic acid concentration is shown in FIG.

図8ないし図13から分かるように、糖化・アルコール同時発酵を行った実施例1、および糖化ののち酵母を加えてアルコール発酵を行った実施例2では、アルコール発酵のみを行った比較例1や、糖化ののち酵母を添加せず放置した比較例2に比べて、生成したエタノール濃度が高かった。すなわち、生ごみW1を処理した処理ごみW2を糖化し、生成した糖化物を用いてアルコール発酵を行うようにすれば、エタノールの生成量を増やすことができることが分かった。   As can be seen from FIGS. 8 to 13, in Example 1 in which simultaneous saccharification / alcohol fermentation was performed, and in Example 2 in which yeast was added after saccharification and alcohol fermentation was performed, Comparative Example 1 in which only alcohol fermentation was performed and After the saccharification, the ethanol concentration produced was higher than that of Comparative Example 2 which was left without adding yeast. That is, it was found that the amount of ethanol produced can be increased by saccharifying the treated waste W2 obtained by treating the raw garbage W1 and performing alcohol fermentation using the generated saccharified product.

なお、実施例2および比較例2では、60度に昇温して糖化を行っているので、30度で放置しても、あるいは30度でアルコール発酵を行っても有機酸はほとんど増加していなかった。   In Example 2 and Comparative Example 2, since the saccharification was performed by raising the temperature to 60 degrees, the organic acid increased almost even if left at 30 degrees or subjected to alcohol fermentation at 30 degrees. There wasn't.

[実施例3]
次に、第4の実施の形態での生ごみ処理工程S31の方法の違いによる効果を検証した。図6(A)の方法では6日間放置した。一方、図6(B)の方法では、生ごみの追加、乳酸菌培養液の表面散布、重石をのせる、の操作を6日間繰り返した。6日後に両方の生ごみを粉砕して有機酸を測定した。その結果、図6(A)の方式では、乳酸濃度は23,030mg/l、酢酸濃度は3,280mg/lであり、ともに非常に高くその分グルコース回収率が低下することが分かった。これに対して、図6(B)の方式の乳酸濃度は10,490mg/l、酢酸濃度は2,190mg/lであった。また、別のサンプルでは、11,800mg/l、2,950mg/lであり、図6(A)の方式に比べて低下していた。以上のように、生ごみ処理工程S31では、毎日、生ごみを継ぎ足し、その都度その表面に乳酸菌を散布する、図6(B)の方法が好ましいことが分かった。
[Example 3]
Next, the effect by the difference in the method of garbage processing process S31 in 4th Embodiment was verified. In the method of FIG. 6 (A), it was left for 6 days. On the other hand, in the method of FIG. 6 (B), the operations of adding food waste, spraying the surface of the lactic acid bacteria culture solution, and placing a weight stone were repeated for 6 days. After 6 days, both the garbage were crushed and the organic acid was measured. As a result, in the method of FIG. 6 (A), it was found that the lactic acid concentration was 23,030 mg / l and the acetic acid concentration was 3,280 mg / l, both of which were very high and the glucose recovery rate was lowered accordingly. In contrast, the lactic acid concentration in the method of FIG. 6B was 10,490 mg / l, and the acetic acid concentration was 2,190 mg / l. Moreover, in another sample, it was 11,800 mg / l and 2,950 mg / l, and it was falling compared with the system of FIG. 6 (A). As described above, in the garbage processing step S31, it was found that the method of FIG. 6B, in which the garbage is added every day and lactic acid bacteria are sprayed on the surface each time, is preferable.

[実施例4]
次に、上記第5の実施の形態での酵素液化工程S32による液化処理によるグルコース回収率の変化について調べた。家庭系生ごみの多糖類中のホロセルロース含量は約30%であった。
[Example 4]
Next, the change in the glucose recovery rate due to the liquefaction treatment in the enzyme liquefaction step S32 in the fifth embodiment was examined. The holocellulose content in the polysaccharides of household garbage was about 30%.

実施例4として、上記生ごみを粉砕した後、水で1.5倍希釈した。この希釈した生ごみを酵素液化(80℃、30分)したのち、酵素糖化(60℃、2時間)を行った。グルコアミラーゼN−40とセルラーゼ酵素剤XL531を併用することによりグルコース回収率は83%まで向上した。表1にその結果を示す(試験3)。また、酵素液化の最適温度を検討した結果、85℃、30分間の条件で、グルコース回収率は86%まで向上した(表1、試験4参照)。更に、試験4の条件でグルコアミラーゼN−40およびセルラーゼ酵素剤XL531の添加量の検討を行った。N−40の添加量は1/4以下に、XL531は半分に削減することができた。   As Example 4, the above garbage was pulverized and then diluted 1.5 times with water. The diluted garbage was liquefied with an enzyme (80 ° C., 30 minutes) and then subjected to enzymatic saccharification (60 ° C., 2 hours). The combined use of glucoamylase N-40 and the cellulase enzyme agent XL531 improved the glucose recovery rate to 83%. The results are shown in Table 1 (Test 3). As a result of examining the optimum temperature for enzyme liquefaction, the glucose recovery rate was improved to 86% under the conditions of 85 ° C. and 30 minutes (see Table 1, Test 4). Furthermore, the addition amount of glucoamylase N-40 and the cellulase enzyme agent XL531 was examined under the conditions of Test 4. The amount of N-40 added was reduced to 1/4 or less, and XL531 was reduced to half.

Figure 2008104452
Figure 2008104452

なお、粉砕後、1.5倍希釈した上記生ごみを酵素糖化試験(使用酵素:長瀬酵素剤、グルコアミラーゼN−40、60℃、2時間)を行ったが、グルコース回収率は62%であった。グルコアミラーゼN−40の代わりにセルラーゼ酵素剤XL531を用いたが、それでもグルコース回収率は71%であった。グルコアミラーゼN−40とセルラーゼ酵素剤XL531を併用するとグルコース回収率は77%に向上したが、それでもグルコース回収率は低かった(表1の試験1、2参照)。   In addition, after pulverization, the above-mentioned garbage diluted 1.5 times was subjected to an enzyme saccharification test (used enzyme: Nagase enzyme, glucoamylase N-40, 60 ° C., 2 hours), and the glucose recovery rate was 62%. there were. Cellulase enzyme agent XL531 was used instead of glucoamylase N-40, but the glucose recovery rate was still 71%. When glucoamylase N-40 and cellulase enzyme agent XL531 were used in combination, the glucose recovery rate was improved to 77%, but the glucose recovery rate was still low (see Tests 1 and 2 in Table 1).

ちなみに、多糖類中のホロセルロース含量が約3%の生協残飯(事業系生ごみ)について、この生ごみを粉砕後、1.5倍希釈し、比較例4と同じ条件の糖化試験を行った結果では、グルコース回収率は82〜86%であった。   By the way, about the co-op residue (business-type garbage) whose holocellulose content in the polysaccharide is about 3%, this food waste was pulverized and then diluted 1.5 times, and a saccharification test was conducted under the same conditions as in Comparative Example 4. As a result, the glucose recovery rate was 82 to 86%.

以上により、ホロセルロースの含有量の高い家庭系生ごみの場合には、85℃の温度で酵素液化し、そののち酵素糖化を行うことによりグルコース回収率を向上させることができることが分かった。なお、実施例4においては、酵素の分散性を良くするために、あえて1.5倍希釈を行ったが、希釈しなくても同等の効果を得ることができるものである。   From the above, it was found that in the case of household garbage with a high holocellulose content, the glucose recovery rate can be improved by liquefying the enzyme at a temperature of 85 ° C. and then performing enzymatic saccharification. In Example 4, in order to improve the dispersibility of the enzyme, it was intentionally diluted 1.5 times, but the same effect can be obtained without dilution.

上記の結果を基に、下記のプロセスで発酵試験を行った。
鮮度保持した家庭系生ごみを粉砕→酵素液化→同時糖化・発酵
その結果、生成エタノール濃度は20.5〜21g/kg(生ごみ)であった。生ごみに含まれている糖分から算出したエタノール量に対して約85%の高い発酵収率を得ることができた。なお、湿潤生ごみ中のグルコース換算したデンプンおよびホロセルロース濃度=48g/kg(生ごみ)であり、理論エタノール生成量=48g/kg×(92/180) =24.5g/kgとなる。
Based on the above results, a fermentation test was performed by the following process.
Cultivation of household-type garbage that has been kept fresh → Enzyme liquefaction → Simultaneous saccharification / fermentation As a result, the concentration of produced ethanol was 20.5 to 21 g / kg (garbage). A high fermentation yield of about 85% was obtained with respect to the amount of ethanol calculated from the sugar contained in the garbage. It should be noted that the concentration of starch and holocellulose in terms of glucose in the wet garbage is 48 g / kg (garbage), and the theoretical ethanol production amount = 48 g / kg × (92/180) = 24.5 g / kg.

以上より、家庭系生ごみにおいても、酵素液化(温度85℃、30分)した後、セルラーゼおよびグルコアミラーゼを併用して糖化・発酵することにより、高いエタノール収率を達成することができることが分かった。   From the above, it can be seen that even in household food waste, a high ethanol yield can be achieved by saccharification and fermentation in combination with cellulase and glucoamylase after liquefaction with enzyme (temperature: 85 ° C., 30 minutes). It was.

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態および実施例において説明した各要素の構造および材料、または糖化・発酵の方法および条件などは限定されるものではなく、他の構造および材料としてもよく、または他の方法および条件としてもよい。   The present invention has been described with reference to the embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, the structure and material of each element described in the above embodiments and examples, or the method and conditions of saccharification / fermentation are not limited, and may be other structures and materials, or other methods and It is good also as conditions.

本発明の第1の実施の形態に係るアルコール生産システムの構成を表すブロック図である。It is a block diagram showing the structure of the alcohol production system which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1に示した第2発酵部の構成を表すブロック図である。It is a block diagram showing the structure of the 2nd fermentation part shown in FIG. 図1に示したアルコール生産システムのエネルギー収支を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the energy balance of the alcohol production system shown in FIG. 本発明の第3の実施の形態に係るアルコール生産システムの構成を表すブロック図である。It is a block diagram showing the structure of the alcohol production system which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係るアルコール生産方法の流れを表す図である。It is a figure showing the flow of the alcohol production method which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 図5に示した生ごみ処理工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the garbage processing process shown in FIG. 本発明の第5の実施の形態に係るアルコール生産方法の流れを表す図である。It is a figure showing the flow of the alcohol production method which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 実施例1、2および比較例1、2の反応時間に対する有機酸の濃度の関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship of the density | concentration of the organic acid with respect to the reaction time of Example 1, 2 and Comparative Example 1,2. 実施例1、2および比較例1、2の反応時間に対する生成したエタノールの濃度の関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship of the density | concentration of the produced | generated ethanol with respect to reaction time of Example 1, 2 and Comparative Example 1,2. 実施例1の有機酸濃度の経日変化を表す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing the daily change of the organic acid concentration in Example 1. 比較例1の有機酸濃度の経日変化を表す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing the daily change of the organic acid concentration in Comparative Example 1. 実施例2の有機酸濃度の経日変化を表す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing changes with time in the organic acid concentration of Example 2. 比較例2の有機酸濃度の経日変化を表す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram illustrating changes with time in the organic acid concentration of Comparative Example 2.

符号の説明Explanation of symbols

1…アルコール生産システム、10…アルコール生産部、11…糖化・第1発酵部、12…蒸留部、13…脱水部、14…酵母供給部、20…残渣処理・利用部、21…第2発酵部、21A…メタン発酵槽、21B…水槽、22…コージェネレーション部、23…乾燥部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Alcohol production system, 10 ... Alcohol production part, 11 ... Saccharification / 1st fermentation part, 12 ... Distillation part, 13 ... Dehydration part, 14 ... Yeast supply part, 20 ... Residue processing and utilization part, 21 ... 2nd fermentation Part, 21A ... methane fermentation tank, 21B ... water tank, 22 ... cogeneration part, 23 ... drying part

Claims (22)

固体状態の生ごみを糖化して糖化物を生成し、生成された糖化物を用いてアルコール発酵させる糖化・第1発酵部を備えた
ことを特徴とするアルコール生産システム。
An alcohol production system comprising a saccharification / first fermentation unit for saccharifying solid garbage to produce a saccharified product and subjecting the generated saccharified product to alcohol fermentation.
前記糖化・第1発酵部は、生ごみの糖化とアルコール発酵とを同時に行う
ことを特徴とする請求項1記載のアルコール生産システム。
The alcohol production system according to claim 1, wherein the saccharification / first fermentation unit simultaneously performs saccharification of raw garbage and alcohol fermentation.
前記糖化・第1発酵部において生成された醪の一部を次回のアルコール発酵に使用する
ことを特徴とする請求項1または2記載のアルコール生産システム。
The alcohol production system according to claim 1 or 2, wherein a part of the koji produced in the saccharification / first fermentation section is used for the next alcohol fermentation.
前記糖化・第1発酵部において生成された醪の一部を前記糖化・第1発酵部の最初に戻す
ことを特徴とする請求項1または2記載のアルコール生産システム。
The alcohol production system according to claim 1 or 2, wherein a part of the koji produced in the saccharification / first fermentation unit is returned to the beginning of the saccharification / first fermentation unit.
酵母を培養し、前記糖化・第1発酵部に連続的または間欠的に供給する酵母供給部を備えた
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載のアルコール生産システム。
The alcohol production system according to any one of claims 1 to 4, further comprising a yeast supply unit that cultivates yeast and continuously or intermittently supplies the yeast to the saccharification / first fermentation unit.
前記糖化・第1発酵部により生成された醪を蒸留し、粗アルコールと蒸留残渣とに分離する蒸留部と、
前記粗アルコールを脱水してアルコールを生成する脱水部と
を備えたことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載のアルコール生産システム。
A distillation part for distilling the koji produced by the saccharification / first fermentation part and separating it into a crude alcohol and a distillation residue;
The alcohol production system according to any one of claims 1 to 5, further comprising: a dehydrating unit that dehydrates the crude alcohol to generate alcohol.
前記蒸留部から排出された蒸留残渣をメタン発酵させる第2発酵部と、
前記第2発酵部から排出された消化残渣を乾燥させる乾燥部と
を備えたことを特徴とする請求項6記載のアルコール生産システム。
A second fermentation unit for methane fermentation of the distillation residue discharged from the distillation unit;
The alcohol production system according to claim 6, further comprising: a drying unit that dries the digestion residue discharged from the second fermentation unit.
前記第2発酵部において生成されたバイオガスを前記蒸留部および前記乾燥部の少なくとも一方のエネルギー源として利用する
ことを特徴とする請求項7記載のアルコール生産システム。
The alcohol production system according to claim 7, wherein the biogas generated in the second fermentation unit is used as an energy source of at least one of the distillation unit and the drying unit.
前記第2発酵部は、空気を導入可能なメタン発酵槽を有し、前記メタン発酵槽中で生成されたバイオガスと空気とを接触させることにより、前記バイオガス中の硫化水素の濃度を低減させる
ことを特徴とする請求項7または8に記載のアルコール生産システム。
The second fermentation unit has a methane fermentation tank capable of introducing air, and reduces the concentration of hydrogen sulfide in the biogas by bringing the biogas generated in the methane fermentation tank into contact with air. The alcohol production system according to claim 7 or 8, wherein:
前記第2発酵部は、前記メタン発酵槽の後段に水槽を有し、前記バイオガスと空気との混合ガスを前記メタン発酵槽と前記水槽との間で循環させることにより硫化水素を空気酸化させて硫黄または硫酸イオンとし、前記混合ガス中の硫化水素の濃度をさらに低減させる
ことを特徴とする請求項9記載のアルコール生産システム。
The second fermentation unit has a water tank in the subsequent stage of the methane fermentation tank, and oxidizes hydrogen sulfide by circulating a mixed gas of the biogas and air between the methane fermentation tank and the water tank. The alcohol production system according to claim 9, wherein the concentration of hydrogen sulfide in the mixed gas is further reduced by using sulfur or sulfate ions.
前記生ごみで、多糖類中のホロセルロースが10%以上含まれている場合、前記糖化・第1発酵部において糖化する前に、液化酵素により前記生ごみを液化する
ことを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載のアルコール生産システム。
When the said garbage contains 10% or more of holocellulose in a polysaccharide, the said garbage is liquefied by a liquefying enzyme before saccharification in the saccharification / first fermentation part. The alcohol production system according to any one of 1 to 10.
前記糖化酵素として、グルコアミラーゼおよびセルラーゼの少なくとも一方を用いる
ことを特徴とする請求項11記載のアルコール生産システム。
The alcohol production system according to claim 11, wherein at least one of glucoamylase and cellulase is used as the saccharifying enzyme.
固体状態の生ごみを糖化して糖化物を生成し、生成された糖化物を用いてアルコール発酵させる糖化・第1発酵工程を含む
ことを特徴とするアルコール生産方法。
A method for producing alcohol, comprising a saccharification / first fermentation step in which solid waste is saccharified to produce a saccharified product, and the produced saccharified product is used for alcohol fermentation.
前記糖化・第1発酵工程において、生ごみの糖化とアルコール発酵とを同時に行う
ことを特徴とする請求項13記載のアルコール生産方法。
14. The alcohol production method according to claim 13, wherein in the saccharification / first fermentation step, saccharification of garbage and alcohol fermentation are simultaneously performed.
前記糖化・第1発酵工程において生成された醪の一部を次回のアルコール発酵に利用する
ことを特徴とする請求項13または14記載のアルコール生産方法。
The alcohol production method according to claim 13 or 14, wherein a part of the koji produced in the saccharification / first fermentation step is used for the next alcohol fermentation.
前記糖化・第1発酵工程において生成された醪の一部を前記糖化・第1発酵工程の最初に戻す
ことを特徴とする請求項13または14記載のアルコール生産方法。
The alcohol production method according to claim 13 or 14, wherein a part of the koji produced in the saccharification / first fermentation step is returned to the beginning of the saccharification / first fermentation step.
酵母を培養し、前記糖化・第1発酵工程に連続的または間欠的に供給する
ことを特徴とする請求項13ないし16のいずれか1項に記載のアルコール生産方法。
The alcohol production method according to any one of claims 13 to 16, wherein yeast is cultured and supplied to the saccharification / first fermentation step continuously or intermittently.
前記糖化・第1発酵工程により生成された醪を蒸留し、粗アルコールと蒸留残渣とに分離する蒸留工程と、
前記粗アルコールを脱水してアルコールを生成する脱水工程と
を含むことを特徴とする請求項13ないし17のいずれか1項に記載のアルコール生産方法。
A distillation step of distilling the koji produced by the saccharification / first fermentation step to separate into crude alcohol and distillation residue;
The alcohol production method according to any one of claims 13 to 17, further comprising: a dehydration step of dehydrating the crude alcohol to produce alcohol.
前記蒸留工程から排出された蒸留残渣をメタン発酵させる第2発酵工程と、
前記第2発酵工程から排出された消化残渣を乾燥させる乾燥工程と
を含むことを特徴とする請求項18記載のアルコール生産方法。
A second fermentation step of methane fermentation of the distillation residue discharged from the distillation step;
The alcohol production method according to claim 18, further comprising: a drying step of drying the digestion residue discharged from the second fermentation step.
前記第2発酵工程において生成されたバイオガスを前記蒸留工程および前記乾燥工程の少なくとも一方のエネルギー源として利用する
ことを特徴とする請求項19記載のアルコール生産方法。
The alcohol production method according to claim 19, wherein the biogas generated in the second fermentation step is used as an energy source of at least one of the distillation step and the drying step.
前記生ごみで、多糖類中のホロセルロースが10%以上含まれている場合、前記糖化・第1発酵工程において糖化する前に、液化酵素により前記生ごみを液化する
ことを特徴とする請求項13ないし20のいずれか1項に記載のアルコール生産方法。
When the said garbage contains 10% or more of holocellulose in a polysaccharide, the said garbage is liquefied by a liquefying enzyme before saccharification in the saccharification / first fermentation step. The alcohol production method according to any one of 13 to 20.
前記糖化酵素として、グルコアミラーゼおよびセルラーゼの少なくとも一方を用いる
ことを特徴とする請求項21記載のアルコール生産方法。
The alcohol production method according to claim 21, wherein at least one of glucoamylase and cellulase is used as the saccharifying enzyme.
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