JP2021180617A - Method for producing solubilized product of cellulose-containing waste - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セルロース含有廃棄物の可溶化処理物を製造する方法、およびメタンガスの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a solubilized product of cellulose-containing waste and a method for producing methane gas.
環境保護および資源の有効活用の点から、動物、植物などの生物に由来する廃棄物を資源として利用することが望ましい。しかしながら農作物の収穫の際に生じる農業廃棄物は、一般に、固いために処理が困難であり、また、木質バイオマスよりも水分が多いために焼却によるエネルギー回収が困難であるなどの問題を有している。そのため、このような農業廃棄物を有効利用するための手段が求められている。 From the viewpoint of environmental protection and effective use of resources, it is desirable to use wastes derived from living things such as animals and plants as resources. However, agricultural waste generated during the harvesting of agricultural products generally has problems that it is difficult to dispose of it because it is hard, and it is difficult to recover energy by incineration because it has more water than woody biomass. There is. Therefore, there is a need for a means for effectively utilizing such agricultural waste.
農業廃棄物を有効利用するための手段として、特許文献１には、ウシなどの反芻動物が植物の繊維質を分解する作用に着目して、古紙などのセルロース含有廃棄物を、反芻動物のルーメン（第１胃）から採取した液体（ルーメン液）で処理してメタン発酵原料を製造する方法が記載されている。 As a means for effectively utilizing agricultural waste, Patent Document 1 describes the action of ruminants such as cattle to decompose the fiber of plants, and uses cellulose-containing waste such as used paper as rumen of ruminants. Described is a method for producing a methane fermentation raw material by treating with a liquid (lumen liquid) collected from (Ruminant stomach).
しかしながら、屠畜場から供給されるルーメン液の量は限られているため、多量の農業廃棄物の処理にこの方法を利用することはできないという問題がある。 However, since the amount of lumen liquid supplied from the slaughterhouse is limited, there is a problem that this method cannot be used for treating a large amount of agricultural waste.
本発明の一態様は、ルーメン液の使用量を低減させながら、効率的に多量の廃棄物処理を実現することを目的とする。 One aspect of the present invention is to efficiently realize a large amount of waste treatment while reducing the amount of rumen liquid used.
上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態に係るセルロース含有廃棄物の可溶化処理物を製造する方法は、以下の（ａ）および（ｂ）を含む混合物をインキュベートする工程を含む：
（ａ）セルロース含有廃棄物；ならびに
（ｂ）ルーメン液およびセルロース含有廃棄物を含む反応物を固液分離して得られる液体である回収液。
In order to solve the above problems, the method for producing a solubilized product of cellulose-containing waste according to an embodiment of the present invention includes a step of incubating a mixture containing the following (a) and (b). :
(A) Cellulose-containing waste; and (b) Recovery liquid which is a liquid obtained by solid-liquid separation of a reaction product containing a lumen liquid and a cellulose-containing waste.
本発明の別の実施形態に係るメタンガスの製造方法は、以下の工程を含む：
（１）以下の（ａ）および（ｂ）を含む混合物をインキュベートする工程：
（ａ）セルロース含有廃棄物；ならびに
（ｂ）ルーメン液およびセルロース含有廃棄物を含む反応物を固液分離して得られる液体である回収液、
（２）前記工程（１）の間または後に、混合物の一部または全部を採取および固液分離して得られる固体をメタン発酵に供する工程、および
（３）メタンガスを収集する工程。
A method for producing methane gas according to another embodiment of the present invention includes the following steps:
(1) Incubating a mixture containing the following (a) and (b):
(A) Cellulose-containing waste; and (b) Recovery liquid, which is a liquid obtained by solid-liquid separation of a reaction product containing a rumen solution and a cellulose-containing waste.
(2) During or after the step (1), a step of collecting a part or all of the mixture and subjecting the solid obtained by solid-liquid separation to methane fermentation, and (3) a step of collecting methane gas.
本発明の一態様によれば、少量のルーメン液を用いてセルロース含有廃棄物の可溶化処理物を製造することができる。そのため、当該処理物を原料として用いることにより効率的にメタンガスを製造することができる。 According to one aspect of the present invention, a solubilized product of cellulose-containing waste can be produced using a small amount of rumen solution. Therefore, methane gas can be efficiently produced by using the processed product as a raw material.
〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。本発明の実施形態１は、以下の（ａ）および（ｂ）を含む混合物をインキュベートする工程を含む、セルロース含有廃棄物の可溶化処理物を製造する方法に関する：
（ａ）セルロース含有廃棄物；ならびに
（ｂ）ルーメン液およびセルロース含有廃棄物を含む反応物を固液分離して得られる液体である回収液。
[Embodiment 1]
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail. Embodiment 1 of the present invention relates to a method for producing a solubilized product of cellulose-containing waste, which comprises a step of incubating a mixture containing the following (a) and (b):
(A) Cellulose-containing waste; and (b) Recovery liquid which is a liquid obtained by solid-liquid separation of a reaction product containing a lumen liquid and a cellulose-containing waste.
本明細書において用語「セルロース含有廃棄物」は、セルロースを含有する任意の材料を指す。セルロース含有廃棄物は、農作物の収穫の際に生じる農業廃棄物を含んでもよい。また、セルロース含有廃棄物は、食用に供されない農業廃棄物を含んでもよい。このような廃棄物を本明細書において「非可食植物廃棄物」と称する。非可食植物廃棄物の例としては、植物の根、茎および葉、ならびにもみ殻などが挙げられる。セルロース含有廃棄物は、例えば、野菜類（葉菜類、果菜類、根菜類）、果実類、穀類などに由来し得る。セルロース含有廃棄物の具体的な例としては、イネもみ殻、トマト茎、トマト葉などが挙げられる。セルロース含有廃棄物を可溶化処理の前に粉砕または乾燥してもよい。セルロース含有廃棄物は、動物由来の材料を含有し得る可食性の食品廃棄物であってもよい。 As used herein, the term "cellulose-containing waste" refers to any material containing cellulose. Cellulose-containing waste may include agricultural waste generated during the harvesting of crops. In addition, the cellulose-containing waste may include agricultural waste that is not edible. Such waste is referred to herein as "non-edible plant waste". Examples of non-edible plant waste include plant roots, stems and leaves, and rice husks. Cellulose-containing waste can be derived from, for example, vegetables (leaf vegetables, fruit vegetables, root vegetables), fruits, cereals and the like. Specific examples of cellulose-containing waste include rice husks, tomato stalks, and tomato leaves. Cellulose-containing waste may be ground or dried prior to the solubilization treatment. The cellulose-containing waste may be edible food waste that may contain animal-derived materials.
セルロース含有廃棄物がもみ殻などのケイ酸を含有する非可食植物廃棄物であり、そこに含まれるケイ酸が可溶化処理を妨げる場合は、ケイ酸を除去するための前処理を行ってもよい。そのような前処理の例としては、アルカリ処理が挙げられる。すなわち、一実施形態において、本発明の方法は、可溶化処理の前にもみ殻のような非可食植物廃棄物をアルカリ処理する工程をさらに含む。本明細書において用語「アルカリ処理」は、目的物質をアルカリ性条件下に置くことを指す。例えば、水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムの水溶液のような強アルカリ性溶液中に目的物質を一定時間浸漬する。アルカリ処理を高温（例えば、１２１℃）で行ってもよい。アルカリ処理液を複数回繰り返し利用してもよい。もみ殻を処理するために使用されたアルカリ性溶液（本明細書において「もみ殻処理液」ともいう）を、本発明の方法を実施する際のｐＨ調整のために使用してもよい。これにより、アルカリ性溶液の廃棄に伴う環境への悪影響を回避し、資源を有効利用することができる。また、上記のもみ殻処理液は、ケイ酸を含有するので、例えば、肥効成分（Ｎ、Ｐ、Ｋ）を含むメタン発酵消化液と一緒に水田に散布してイネにケイ酸を補給することによってイネの耐倒伏性を改善するために利用することができる。すなわち、一態様において、本発明の方法は、アルカリ処理する工程で生じた処理液を回収する工程をさらに含む。また、本発明の一実施形態に係るイネの耐倒伏性改善用組成物は、もみ殻由来のケイ酸を含有することを特徴とする。もみ殻をアルカリ性溶液に浸漬することによって得られたもみ殻処理液をイネの耐倒伏性改善用組成物の製造に使用する場合、当該もみ殻処理液を適宜加工（中和、希釈、濃縮、精製など）してもよい。 If the cellulose-containing waste is non-edible plant waste containing silicic acid such as rice husks and the silicic acid contained therein interferes with the solubilization treatment, perform pretreatment to remove the silicic acid. May be good. An example of such pretreatment is alkaline treatment. That is, in one embodiment, the method of the present invention further comprises the step of alkaline treating non-edible plant waste such as rice husks before the solubilization treatment. As used herein, the term "alkaline treatment" refers to placing the substance of interest under alkaline conditions. For example, the target substance is immersed in a strongly alkaline solution such as an aqueous solution of potassium hydroxide or sodium hydroxide for a certain period of time. Alkaline treatment may be performed at a high temperature (for example, 121 ° C.). The alkaline treatment liquid may be used repeatedly a plurality of times. The alkaline solution used to treat the rice husks (also referred to herein as the "rice husk treatment liquid") may be used for pH adjustment when carrying out the method of the invention. As a result, it is possible to avoid adverse effects on the environment due to the disposal of the alkaline solution and effectively utilize the resources. Further, since the above-mentioned rice husk treatment liquid contains silicic acid, for example, it is sprayed on paddy fields together with a methane fermentation digestive liquid containing a fertilizing component (N, P, K) to supply silicic acid to rice. This can be used to improve the lodging resistance of rice. That is, in one aspect, the method of the present invention further includes a step of recovering the treatment liquid generated in the step of alkali treatment. Further, the composition for improving the lodging resistance of rice according to an embodiment of the present invention is characterized by containing silicic acid derived from rice husks. When the rice husk treatment liquid obtained by immersing the rice husk in an alkaline solution is used for producing a composition for improving the lodging resistance of rice, the rice husk treatment liquid is appropriately processed (neutralized, diluted, concentrated, etc.). Purification etc.) may be performed.
本明細書において用語「ルーメン液」は、反芻動物のルーメンから採取される液体を指す。「ルーメン」は反芻動物の第１胃を表す。反芻動物としては、限定するものではないが、ウシ、ヤギ、ヒツジ、ラクダなどが挙げられる。好ましくは、反芻動物はウシである。ルーメンには植物の繊維質を分解する能力を有する微生物および酵素が含まれている。ルーメン液は、例えば、屠畜場で廃棄されるウシのルーメンから採取することができる。反芻動物から採取されたルーメン液をそのまま使用してもよく、あるいは、ルーメン液を凍結保存したものを融解して使用してもよい。本明細書において、反芻動物から採取された後に可溶化処理に供されていないルーメン液を「ルーメン原液」と称することがある。 As used herein, the term "lumen fluid" refers to a fluid taken from the ruminant lumen. "Lumen" represents the ruminant ruminant ruminant stomach. Ruminants include, but are not limited to, cattle, goats, sheep, camels and the like. Preferably, the ruminant is a cow. Lumens contain microorganisms and enzymes that have the ability to break down plant fibers. Lumen fluid can be collected, for example, from bovine lumens that are discarded at slaughterhouses. The rumen solution collected from the ruminant may be used as it is, or the cryopreserved rumen solution may be thawed and used. In the present specification, a rumen solution that has not been subjected to a solubilization treatment after being collected from a ruminant may be referred to as a "lumen stock solution".
本明細書において「可溶化処理物」は、原料として使用されるセルロース含有廃棄物に含まれる難分解性の有機物が可溶化されて、後の工程で利用可能な形態（例えば、揮発性脂肪酸（ＶＦＡ））に変換されたものを指す。 As used herein, the "solubilized product" is a form in which a persistent organic substance contained in a cellulose-containing waste used as a raw material is solubilized and can be used in a later step (for example, a volatile fatty acid (for example, a volatile fatty acid (for example)). Refers to those converted to VFA)).
本発明の実施形態１の方法における、混合物をインキュベートする条件は特に限定されない。好ましくは、インキュベートは、反芻動物のルーメン中と類似した条件で行われる。すなわち、限定するものではないが、温度を、反芻動物の体温付近の温度（例えば、３８℃）とすることが好ましい。また、酸素濃度が低い条件、すなわち嫌気条件下でインキュベートすることが好ましい。ただし、必ずしも完全に酸素が存在しない状態（絶対嫌気条件）でインキュベートしなくてもよい。嫌気条件は、例えば、インキュベートに用いる容器中の酸素を真空ポンプなどで除去して得ることができる。 The conditions for incubating the mixture in the method of Embodiment 1 of the present invention are not particularly limited. Preferably, the incubation is carried out under conditions similar to those in the ruminant lumen. That is, although not limited, it is preferable that the temperature is a temperature near the body temperature of the ruminant (for example, 38 ° C.). In addition, it is preferable to incubate under conditions of low oxygen concentration, that is, anaerobic conditions. However, it is not always necessary to incubate in a state where oxygen is completely absent (absolute anaerobic condition). The anaerobic condition can be obtained, for example, by removing oxygen in the container used for incubation with a vacuum pump or the like.
インキュベートされる混合物における固体の割合をＴＳ濃度で表すことができる。「ＴＳ濃度」は全固体濃度であり、例えば、１０５℃で水分を除去した後に残る固体の割合を示す。定常状態の混合物のＴＳ濃度は、例えば、５〜２０％、６〜１５％、好ましくは７〜９％である。 The proportion of solids in the incubated mixture can be expressed in TS concentration. The "TS concentration" is the total solid concentration, and indicates, for example, the percentage of solids remaining after removing water at 105 ° C. The TS concentration of the steady-state mixture is, for example, 5-20%, 6-15%, preferably 7-9%.
本発明の実施形態１の方法によれば、回収液がセルロース含有廃棄物の処理に用いられる。「回収液」はルーメン液およびセルロース含有廃棄物を含む反応物を固液分離して得られる液体である。回収液が由来する反応物に含まれるルーメン液は、反芻動物のルーメンから得られたルーメン液そのもの（ルーメン原液）であってもよく、また、循環して使用される回収液中に含まれるルーメン液であってもよい。 According to the method of Embodiment 1 of the present invention, the recovered liquid is used for treating cellulose-containing waste. The "recovery liquid" is a liquid obtained by solid-liquid separation of a reactant containing a rumen liquid and a cellulose-containing waste. The rumen solution contained in the reaction product from which the recovered solution is derived may be the rumen solution itself (lumen stock solution) obtained from the rumen of a ruminant animal, or the rumen contained in the recovered solution used in circulation. It may be a liquid.
本発明の一実施形態によれば、反応物の固液分離工程で得られる液体を回収液として用いられる。また、本発明の実施形態１の方法は、インキュベート工程の間に混合物の一部を採取および固液分離して得られる回収液としての液体と、セルロース含有廃棄物とを前記混合物に添加する工程をさらに含んでもよい。 According to one embodiment of the present invention, the liquid obtained in the solid-liquid separation step of the reactant is used as the recovery liquid. Further, the method of the first embodiment of the present invention is a step of adding a liquid as a recovery liquid obtained by collecting and solid-liquid separating a part of the mixture during the incubation step and a cellulose-containing waste to the mixture. May be further included.
本発明の実施形態１の方法は、混合物にルーメン液を添加する工程をさらに含んでもよい。すなわち、本発明の実施形態１の方法において、回収液のみを循環して使用し続けてもよいが、ルーメン原液を最初のインキュベートの開始時または繰り返しのインキュベートの開始時もしくは途中に添加してもよい。この場合に添加するルーメン原液の量は、回収液を循環させないでセルロース含有廃棄物を処理する場合に比較して少なく、例えば１／２、１／３、１／４、１／５、１／６、１／７、１／８、１／９または１／２０の重量である。回収液の循環量が少ないとセルロース含有廃棄物の処理量が限定され、循環量が大きいと本方法の装置サイズが大きくなる。 The method of Embodiment 1 of the present invention may further include a step of adding a rumen solution to the mixture. That is, in the method of Embodiment 1 of the present invention, only the recovered solution may be circulated and used continuously, but the rumen stock solution may be added at the start of the first incubation or at the start of or during the repeated incubation. good. The amount of the rumen stock solution added in this case is smaller than that in the case of treating the cellulose-containing waste without circulating the recovered solution, for example, 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1 /. It weighs 6, 1/7, 1/8, 1/9 or 1/20. If the circulation amount of the recovered liquid is small, the treatment amount of the cellulose-containing waste is limited, and if the circulation amount is large, the apparatus size of this method becomes large.
固液分離は、重力による自然沈降、遠心分離、ろ過など、固体と液体を分離するために用いられることが公知の任意の手段で行うことができる。例えば、固液分離をメッシュまたはざるを用いたろ過によって行うことができる。メッシュおよびざるの孔径は、後の処理に供される固体が分離できれば特に限定はない。自然沈降の場合は、沈降した固形分の濃厚液を抜き出し、上の固形分の希薄液を残し回収液と同様に、次のセルロース含有廃棄物の処理に利用できる。本発明の一実施態様によれば、本発明の実施形態１の方法は、インキュベート工程の間または後に、混合物の一部または全部を採取して固液分離する工程をさらに含む。 Solid-liquid separation can be performed by any means known to be used for separating solids and liquids, such as natural sedimentation by gravity, centrifugation, filtration and the like. For example, solid-liquid separation can be performed by filtration using a mesh or a colander. The pore diameters of the mesh and the colander are not particularly limited as long as the solid to be subjected to the subsequent treatment can be separated. In the case of natural sedimentation, the concentrated solid liquid that has settled is extracted, and the diluted solid liquid above remains and can be used for the next treatment of cellulose-containing waste in the same manner as the recovered liquid. According to one embodiment of the invention, the method of embodiment 1 of the invention further comprises the step of collecting a portion or all of the mixture for solid-liquid separation during or after the incubation step.
本発明の一実施形態において、インキュベートした混合物の一部を採取し、固液分離によって得られる回収液、または回収液およびルーメン原液と、新たなセルロース含有廃棄物とを添加することによって、連続的にセルロース含有廃棄物の可溶化処理物を製造することができる。この場合、定常状態において採取する混合物の量と、添加する成分の総量とを等しくすることが好ましい。 In one embodiment of the invention, a portion of the incubated mixture is harvested and continuously added with a recovery or rumen stock solution obtained by solid-liquid separation and fresh cellulose-containing waste. A solubilized product of cellulose-containing waste can be produced. In this case, it is preferable that the amount of the mixture collected in the steady state is equal to the total amount of the components to be added.
本発明の実施形態１の方法によって得られるセルロース含有廃棄物の可溶化処理物を、任意の目的に使用することができる。一実施形態によれば、可溶化処理物を、微生物の作用による有用物質の生産、例えばメタン発酵に使用することができる。例えば、インキュベート工程の間または後に採取された混合物の固液分離で得られる固体、または、固体の濃厚液をメタン発酵に供してもよい。 The solubilized product of the cellulose-containing waste obtained by the method of Embodiment 1 of the present invention can be used for any purpose. According to one embodiment, the solubilized product can be used for the production of useful substances by the action of microorganisms, for example methane fermentation. For example, a solid obtained by solid-liquid separation of a mixture collected during or after the incubation step, or a solid concentrate may be subjected to methane fermentation.
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。
[Embodiment 2]
Other embodiments of the present invention will be described below.
本発明の実施形態２は、メタンガスの製造方法であって、
（１）以下の（ａ）および（ｂ）を含む混合物をインキュベートする工程：
（ａ）セルロース含有廃棄物；ならびに
（ｂ）ルーメン液およびセルロース含有廃棄物を含む反応物を固液分離して得られる液体である回収液、
（２）前記工程（１）の間または後に、混合物の一部または全部を採取および固液分離して得られる固体をメタン発酵に供する工程、および
（３）メタンガスを収集する工程
を含む、方法、に関する
「メタン発酵」は、嫌気条件下でメタン生成菌を含む微生物群の作用によって有機物からメタンを含む気体を製造する技術をいう。詳細には、非メタン生成菌による高分子有機物の低分子有機物への加水分解、および、酸発酵による低分子有機物の揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）などへの分解、ならびに、メタン生成菌による酢酸、水素からのメタン、二酸化炭素の生成によって、メタンガスを含むバイオガスが生成される。「メタン発酵」なる用語は、非メタン生成菌による有機物の分解およびメタン生成菌によるメタンの生成の両方を包含する一連の過程を指すように用いられる場合があるが、本明細書では、特に断らない限り、メタン生成菌によるメタンの生成を指す。「メタン生成菌」は、メタン細菌とも呼ばれ、メタン生成能を有する古細菌に属する微生物の総称である。
The second embodiment of the present invention is a method for producing methane gas.
(1) Incubating a mixture containing the following (a) and (b):
(A) Cellulose-containing waste; and (b) Recovery liquid, which is a liquid obtained by solid-liquid separation of a reaction product containing a rumen solution and a cellulose-containing waste.
(2) A method comprising, during or after the step (1), a step of collecting a part or all of the mixture and subjecting the solid obtained by solid-liquid separation to methane fermentation, and (3) a step of collecting methane gas. "Methane fermentation" refers to a technique for producing a gas containing methane from an organic substance by the action of a group of microorganisms containing methanogens under anaerobic conditions. Specifically, the hydrolysis of high molecular weight organic substances into low molecular weight organic substances by non-methanogens, the decomposition of low molecular weight organic substances into volatile fatty acids (VFA) by acid fermentation, and acetic acid and hydrogen by methanogens. The production of methane and carbon dioxide from methane produces biogas, including methane gas. The term "methane fermentation" may be used to refer to a series of processes involving both the degradation of organic matter by non-methanogens and the production of methane by methanogens, but is not specifically noted herein. Unless otherwise, it refers to the production of methane by methanogens. "Methanogen" is also called methane bacterium and is a general term for microorganisms belonging to archaea having methane-producing ability.
上記工程（１）については、本発明の実施形態１のセルロース含有廃棄物の可溶化処理物を製造する方法について説明したとおりである。 The above step (1) is as described in the method for producing the solubilized product of the cellulose-containing waste according to the first embodiment of the present invention.
本発明の実施形態２の方法の工程（２）において、工程（１）の間または後に、混合物の一部または全部を採取および固液分離して得られる固体をメタン発酵に供する。ここで、メタン発酵には固液分離で得られた固体のみを供してもよく、あるいは、固体に加えて固液分離で得られた液体をメタン発酵に供してもよい。 In step (2) of the method of Embodiment 2 of the present invention, a solid obtained by collecting and solid-liquid separating a part or all of the mixture during or after step (1) is subjected to methane fermentation. Here, only the solid obtained by solid-liquid separation may be used for methane fermentation, or the liquid obtained by solid-liquid separation in addition to the solid may be used for methane fermentation.
メタン発酵はメタン生成菌の存在下、嫌気条件下で行われる。メタン生成菌の供給源としては、例えば、メタン発酵後の消化液を使用することができる。嫌気条件は、例えば、インキュベートに用いる容器中の酸素を真空ポンプなどで除去して得ることができる。 Methane fermentation is carried out under anaerobic conditions in the presence of methanogens. As a source of methanogens, for example, digestive juice after methane fermentation can be used. The anaerobic condition can be obtained, for example, by removing oxygen in the container used for incubation with a vacuum pump or the like.
本発明の実施形態２の方法の工程（３）において、メタン発酵で生成されたメタンガスを収集する。メタンガスを、メタン発酵の際に発生する他の気体（二酸化炭素、水素など）との混合ガス（本明細書において「バイオガス」とも称する）として収集することができる。収集は気体の収集に用いられる任意の手段によって行われる。例えば、収集されたガスの体積を流量計で、組成をガスクロマトグラフィー（ＧＣ）分析によってそれぞれ測定することができる。収集されたメタンガスを含む気体を、そのまま、または硫化水素やシロキサンを除去・精製して、例えば、発電機、ボイラーなどの燃料として利用することができ、また、二酸化炭素を除き、高濃度化したメタンガスを都市ガスとして供給することができる。 In the step (3) of the method of the second embodiment of the present invention, methane gas produced by methane fermentation is collected. Methane gas can be collected as a mixed gas (also referred to as "biogas" herein) with other gases (carbon dioxide, hydrogen, etc.) generated during methane fermentation. Collection is done by any means used to collect the gas. For example, the volume of collected gas can be measured with a flow meter and the composition can be measured by gas chromatography (GC) analysis. The collected gas containing methane gas can be used as it is, or by removing and purifying hydrogen sulfide and siloxane, and used as fuel for, for example, generators and boilers, and the concentration has been increased by removing carbon dioxide. Methane gas can be supplied as city gas.
（まとめ）
以下に本発明の実施形態をまとめる。
(summary)
The embodiments of the present invention are summarized below.
本発明の一実施形態に係るセルロース含有廃棄物の可溶化処理物を製造する方法は、以下の（ａ）および（ｂ）を含む混合物をインキュベートする工程を含む：
（ａ）セルロース含有廃棄物；ならびに
（ｂ）ルーメン液およびセルロース含有廃棄物を含む反応物を固液分離して得られる液体である回収液。
The method for producing a solubilized product of cellulose-containing waste according to an embodiment of the present invention comprises the step of incubating a mixture containing the following (a) and (b):
(A) Cellulose-containing waste; and (b) Recovery liquid which is a liquid obtained by solid-liquid separation of a reaction product containing a lumen liquid and a cellulose-containing waste.
一態様において、前記方法は、前記インキュベート工程の間または後に、混合物の一部または全部を採取して固液分離する工程をさらに含む。 In one aspect, the method further comprises the step of collecting some or all of the mixture for solid-liquid separation during or after the incubation step.
一態様において、前記固液分離工程で得られる液体は前記回収液として用いられる。 In one embodiment, the liquid obtained in the solid-liquid separation step is used as the recovery liquid.
一態様において、前記方法は、前記インキュベート工程の間に混合物の一部を採取および固液分離して得られる回収液としての液体と、セルロース含有廃棄物とを前記混合物に添加する工程をさらに含む。 In one aspect, the method further comprises the step of adding a liquid as a recovery liquid obtained by collecting and solid-liquid separating a part of the mixture during the incubation step and a cellulose-containing waste to the mixture. ..
一態様において、前記方法は、前記混合物にルーメン液を添加する工程をさらに含む。 In one aspect, the method further comprises adding a rumen solution to the mixture.
一態様において、前記セルロース含有廃棄物は非可食植物廃棄物を含む。 In one embodiment, the cellulose-containing waste comprises non-edible plant waste.
一態様において、前記方法は、前記インキュベート工程の前に、前記非可食植物廃棄物をアルカリ処理する工程をさらに含む。 In one aspect, the method further comprises the step of alkaline treating the non-edible plant waste prior to the incubation step.
一態様において、前記固液分離工程で得られる固体はメタン発酵に供される。 In one embodiment, the solid obtained in the solid-liquid separation step is subjected to methane fermentation.
本発明の別の実施形態に係るメタンガスの製造方法は、以下の工程を含む：
（１）以下の（ａ）および（ｂ）を含む混合物をインキュベートする工程：
（ａ）セルロース含有廃棄物；ならびに
（ｂ）ルーメン液およびセルロース含有廃棄物を含む反応物を固液分離して得られる液体である回収液、
（２）前記工程（１）の間または後に、混合物の一部または全部を採取および固液分離して得られる固体をメタン発酵に供する工程、および
（３）メタンガスを収集する工程。
A method for producing methane gas according to another embodiment of the present invention includes the following steps:
(1) Incubating a mixture containing the following (a) and (b):
(A) Cellulose-containing waste; and (b) Recovery liquid, which is a liquid obtained by solid-liquid separation of a reaction product containing a rumen solution and a cellulose-containing waste.
(2) During or after the step (1), a step of collecting a part or all of the mixture and subjecting the solid obtained by solid-liquid separation to methane fermentation, and (3) a step of collecting methane gas.
一態様において、前記方法は、セルロース含有廃棄物と、前記工程（２）において混合物の一部を採取および固液分離して得られる回収液としての液体とを工程（１）の混合物に添加する工程をさらに含む。 In one embodiment, the method adds a cellulose-containing waste and a liquid as a recovery liquid obtained by collecting and solid-liquid separating a part of the mixture in the step (2) to the mixture in the step (1). Further includes steps.
一態様において、前記混合物はさらにルーメン液を含む。 In one embodiment, the mixture further comprises a rumen solution.
一態様において、前記セルロース含有廃棄物は非可食植物廃棄物を含む。 In one embodiment, the cellulose-containing waste comprises non-edible plant waste.
一態様において、前記方法は、前記非可食植物廃棄物をアルカリ処理する工程をさらに含む。 In one aspect, the method further comprises the step of alkaline treating the non-edible plant waste.
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
本発明の一実施例について以下に説明する。
循環型ルーメン処理実験
１．材料
（１）ルーメン原液
仙台中央食肉卸売市場株式会社にて、数頭の食肉牛のルーメンの解体時に得られた内容物を採取および混合し、密閉した容器中で実験室に運搬した。容器から取り出した内容物を１２メッシュの金網を備えたざるで濾し、粗い飼料の残留物を取り除いて得たろ液をルーメン原液として実験で使用した。
（２）もみ殻
もみ殻に含まれるケイ酸を、以下のように水酸化カリウムでの処理によって取り除いた。
An embodiment of the present invention will be described below.
Circulating lumen processing experiment 1. Materials (1) Lumen undiluted solution At Sendai Chuo Meat Wholesale Market Co., Ltd., the contents obtained during the dismantling of the lumens of several beef cattle were collected and mixed, and transported to the laboratory in a closed container. The contents taken out of the container were strained with a colander equipped with a 12-mesh wire mesh, and the filtrate obtained by removing the residue of the coarse feed was used as a rumen stock solution in the experiment.
(2) Rice husks Silicic acid contained in rice husks was removed by treatment with potassium hydroxide as follows.
１０％水酸化カリウム水溶液４，７５０ｇにもみ殻２５０ｇを加え、容器に密閉して、オートクレーブ内で１２１℃で１時間保持した。冷却後、もみ殻を１２メッシュのざるで濾してろ液を得、残渣としてのもみ殻を十分な量の水で水洗した。 250 g of rice husks were added to 4,750 g of a 10% potassium hydroxide aqueous solution, sealed in a container, and kept in an autoclave at 121 ° C. for 1 hour. After cooling, the rice husks were filtered with a 12-mesh colander to obtain a filtrate, and the rice husks as a residue were washed with a sufficient amount of water.
ろ液（４，４００ｇ）に洗浄済みのもみ殻（２３２ｇ）を加え、オートクレーブ以降の処理を繰り返した。 The washed rice husks (232 g) were added to the filtrate (4,400 g), and the treatment after the autoclave was repeated.
さらに、ろ液（３，８００ｇ）にもみ殻（２００ｇ）を加え、オートクレーブ以降の処理を繰り返した。このように、ろ液を循環しながらもみ殻を合計３回の水酸化カリウム処理に供した。 Further, rice husks (200 g) were added to the filtrate (3,800 g), and the treatment after the autoclave was repeated. In this way, the rice husks were subjected to potassium hydroxide treatment a total of three times while circulating the filtrate.
３回の水酸化カリウム処理の後にもみ殻をざるで濾して得られたろ液（ケイ酸等が溶解している水酸化カリウム水溶液）を、後のルーメン処理およびメタン発酵においてｐＨが酸性側に変化した際の中和用のアルカリ溶液として利用した。 The pH of the filtrate (potassium hydroxide aqueous solution in which silicic acid etc. is dissolved) obtained by filtering the shells after three times of potassium hydroxide treatment is changed to the acidic side in the subsequent rumen treatment and methane fermentation. It was used as an alkaline solution for neutralization.
水酸化カリウム処理し水洗した後のもみ殻を１０５℃に設定したオーブン型の乾燥機で半日乾燥して、乾燥物を得た。この乾燥物を、ポンプを使っての均質なサンプリングおよび分析のために、家庭用食品粉砕機で粉砕した。得られた粉砕物を、後のルーメン処理およびメタン発酵に使用した。 The rice husks after being treated with potassium hydroxide and washed with water were dried for half a day in an oven-type dryer set at 105 ° C. to obtain a dried product. The dried product was ground in a household food grinder for homogeneous sampling and analysis using a pump. The resulting ground product was used for subsequent rumen treatment and methane fermentation.
乾燥後のもみ殻のＴＳ濃度は９０．４％で、ＶＳ濃度は８９．４％であった。 The TS concentration of the rice husks after drying was 90.4%, and the VS concentration was 89.4%.
ここで、「ＴＳ濃度」は全固体濃度であり、１０５℃で十分な時間水分を除去した後に残る固体の割合を示す。また、「ＶＳ濃度」は、有機物の濃度に対応し、６００℃３時間の加熱での揮発分から１０５℃で十分な時間での揮発分を差し引いて算出される。 Here, the "TS concentration" is the total solid concentration, and indicates the proportion of solids remaining after removing water at 105 ° C. for a sufficient time. Further, "VS concentration" corresponds to the concentration of organic matter, is calculated by subtracting the volatile content for a sufficient time at 105 ° C. from volatiles by heating at 600 ° C. 3 hours.
乾燥後のもみ殻からは、ケイ酸を含めた無機物がほとんど除かれていた。 Most of the inorganic substances including silicic acid were removed from the dried rice husks.
もみ殻処理液（３回の処理に供した後の水酸化カリウム水溶液）のＴＳ濃度は１７．１％、ＶＳ濃度は４．９％であった。
（３）トマト茎
トマトの植物工場の定植の際に得られた太い茎を主に含む廃棄物を、ポンプを使ってのサンプリングおよび分析に適応するように均質にするために、家庭用食品粉砕機で粉砕した。得られた粉砕物を、３７℃に設定したオーブン型の乾燥機で２日以上乾燥し、後のルーメン処理およびメタン発酵に使用した。
The TS concentration of the rice husk treatment liquid (potassium hydroxide aqueous solution after being subjected to the three treatments) was 17.1%, and the VS concentration was 4.9%.
(3) Tomato stalks Household food crushing to homogenize waste mainly containing thick stalks obtained during planting of tomato plant factories for sampling and analysis using a pump. Crushed with a machine. The obtained ground product was dried in an oven-type dryer set at 37 ° C. for 2 days or more, and used for subsequent rumen treatment and methane fermentation.
以下の実験で使用した乾燥後のトマト茎のＴＳ濃度は８４．２％で、ＶＳ濃度は６９．６％であった。
（４）トマト葉
トマトの植物工場の葉かきの際に得られた葉および細い茎を主に含む廃棄物を、ポンプを使ってのサンプリングおよび分析に適応するように均質にするために、家庭用食品粉砕機で粉砕した。得られた粉砕物を、１０５℃に設定したオーブン型の乾燥機で半日乾燥し、後のルーメン処理およびメタン発酵に使用した。
The TS concentration of the dried tomato stems used in the following experiments was 84.2%, and the VS concentration was 69.6%.
(4) Tomato leaves To homogenize the waste mainly containing leaves and thin stems obtained during leaf scraping of tomato plant factories for sampling and analysis using a pump, at home. It was crushed with a food crusher. The obtained ground product was dried in an oven-type dryer set at 105 ° C. for half a day and used for subsequent rumen treatment and methane fermentation.
以下の実験で使用した乾燥後のトマト葉のＴＳ濃度は８９．２％で、ＶＳ濃度は６２．２％であった。
２．ルーメン処理実験方法
２−１．ルーメン（半日）処理
槽容積３．０Ｌの卓上ジャーファーメンターに、ルーメン原液４６９．２ｇ、水１０００．５ｇ、もみ殻６．０ｇ、トマト茎６．０ｇ、トマト葉１８ｇを加え、ファーメンターを密閉後、真空ポンプで空間を真空にした。１００ｒｐｍで攪拌しながら温度を３８℃に保った。ファーメンター上部のノズルにガスバッグを接続し、発生するガスをサンプリングして、捕集したガスの量および成分を測定した。
The TS concentration of the dried tomato leaves used in the following experiments was 89.2%, and the VS concentration was 62.2%.
2. 2. Lumen processing experiment method 2-1. Lumen (half day) treatment Add 469.2 g of undiluted lumen solution, 1000.5 g of water, 6.0 g of rice husks, 6.0 g of tomato stems and 18 g of tomato leaves to a tabletop jar fermenter with a tank volume of 3.0 L, and seal the fermenter. After that, the space was evacuated with a vacuum pump. The temperature was kept at 38 ° C. with stirring at 100 rpm. A gas bag was connected to the nozzle at the top of the fermenter, and the generated gas was sampled to measure the amount and composition of the collected gas.
約１２時間（８〜１４時間）経過後、ガスバッグを取り外し、ファーメンター内の処理液全量をざるで濾し、ざる上の固体の水分を切った後、固形分およびろ液を得た。固形分およびろ液の重量、ＴＳおよびＶＳ、ならびに、ろ液のＶＦＡ（揮発性脂肪酸）およびｐＨを測定した。 After about 12 hours (8 to 14 hours) had elapsed, the gas bag was removed, the entire amount of the treatment liquid in the fermenter was filtered out with a colander, the solid on the colander was drained, and then a solid content and a filtrate were obtained. The solid content and weight of the filtrate, TS and VS, and VFA (volatile fatty acid) and pH of the filtrate were measured.
ざるに残った固形分全量との重量の合計が２１４ｇとなる量のろ液を分取して、固形分と混合した。 An amount of the filtrate having a total weight of 214 g with the total amount of the solid content remaining in the colander was separated and mixed with the solid content.
２１４ｇの固形分／ろ液混合物から、固形分およびろ液のＴＳ濃度に基づいて、乾物固形物量１０ｇに相当する湿潤固形分（２−１−（Ａ））および湿潤固形分との重量の合計が１０５．７ｇになる量のろ液（２−１−（Ｂ））を測り取り、メタン発酵槽に供した。２１４ｇの混合物のうち、メタン発酵槽へ供しない部分は廃棄した。 The total weight of the wet solid content (2-1 (A)) and the wet solid content corresponding to 10 g of the dry matter solid content from the 214 g solid content / filtrate mixture based on the solid content and the TS concentration of the filtrate. A filtrate (2-1- (B)) having an amount of 105.7 g was measured and subjected to a methane fermenter. Of the 214 g mixture, the portion not served in the methane fermenter was discarded.
上記で２１４ｇの固形分／ろ液混合物の調製に用いなかったろ液をファーメンターに戻し、もみ殻６．０ｇ、トマト茎６．０ｇ、トマト葉１８ｇ、ルーメン原液４０．５ｇを加え、もみ殻処理液（ケイ酸等が溶解している水酸化カリウム水溶液）を添加してｐＨを８に調整した。ｐＨ調整に用いたもみ殻処理液の重量を測定し、１４３．５ｇから添加したもみ殻処理液の重量を差し引いた重量の水を添加して、ファーメンターを密閉後、真空ポンプで空間を真空にした。すなわち、もみ殻、トマト茎、トマト葉およびルーメン原液の総重量（７０．５ｇ）、添加したもみ殻処理液の重量、および水の重量の合計が、上記でファーメンターから取り出した混合物の総重量である２１４ｇと一致するようにして、ファーメンター内容物の重量を一定に維持した。１００ｒｐｍで攪拌しながら温度を３８℃に保った。ファーメンター上部のノズルにガスバッグを接続し、発生するガスをサンプリングして、捕集したガスの量と成分を測定した。 The filtrate that was not used to prepare the solid content / filtrate mixture of 214 g above was returned to the fermenter, and rice husks 6.0 g, tomato stems 6.0 g, tomato leaves 18 g, and rumen stock solution 40.5 g were added and treated with rice husks. The pH was adjusted to 8 by adding a liquid (an aqueous solution of potassium hydroxide in which silicic acid or the like was dissolved). Weigh the rice husk treatment liquid used for pH adjustment, add water of the weight obtained by subtracting the weight of the rice husk treatment liquid added from 143.5 g, seal the fermenter, and then vacuum the space with a vacuum pump. I made it. That is, the total weight of the rice husk, tomato stalk, tomato leaf and rumen stock solution (70.5 g), the weight of the added rice husk treatment liquid, and the weight of water are the total weight of the mixture taken out from the fermenter above. The weight of the fermenter contents was kept constant so as to be consistent with 214 g. The temperature was kept at 38 ° C. with stirring at 100 rpm. A gas bag was connected to the nozzle at the top of the fermenter, and the generated gas was sampled to measure the amount and composition of the collected gas.
以後、上記の約１２時間経過後以降の操作を１日当たり２回で約３０日間繰り返した。定常状態の混合物のＴＳ濃度は約８％であった。
２−２．ルーメン（１日）処理
卓上ジャーファーメンター内での処理時間を約２４時間とし、湿潤固形分として２−２−（Ａ）、ろ液として２−２−（Ｂ）を得た以外、２−１と同じ手順で処理、計量および分析を行った。定常状態の混合物のＴＳ濃度は約８％であった。
２−３．循環無しルーメン処理
槽容積３．０Ｌの卓上ジャーファーメンターに、ルーメン原液４６９．２ｇ、水１０００．５ｇ、もみ殻６．０ｇ、トマト茎６．０ｇ、トマト葉１８ｇを加え、ファーメンターを密閉後、真空ポンプで空間を真空にした。１００ｒｐｍで攪拌しながら温度を３８℃に保った。ファーメンター上部のノズルにガスバッグを接続し、発生するガスをサンプリングして、捕集したガスの量および成分を測定した。
After that, the above operation after about 12 hours had elapsed was repeated twice a day for about 30 days. The TS concentration of the steady state mixture was about 8%.
2-2. Lumen (1 day) treatment The treatment time in the tabletop jar fermenter was about 24 hours, except that 2-2- (A) was obtained as the wet solid content and 2-2- (B) was obtained as the filtrate. Processing, weighing and analysis were performed in the same procedure as in 1. The TS concentration of the steady state mixture was about 8%.
2-3. Lumen processing without circulation
Add 469.2 g of undiluted lumen solution, 1000.5 g of water, 6.0 g of rice husks, 6.0 g of tomato stems and 18 g of tomato leaves to a tabletop jar fermenter with a tank volume of 3.0 L, seal the fermenter, and then use a vacuum pump. The space was evacuated. The temperature was kept at 38 ° C. with stirring at 100 rpm. A gas bag was connected to the nozzle at the top of the fermenter, and the generated gas was sampled to measure the amount and composition of the collected gas.
約２４時間経過後、ガスバッグを取り外し、ファーメンター内の処理液全量をざるで濾し、ざる上の固体の水分を切った後、固形分およびろ液を得た。固形分およびろ液の重量、ＴＳおよびＶＳ、ならびに、ろ液のＶＦＡ（揮発性脂肪酸）およびｐＨを測定した。 After about 24 hours, the gas bag was removed, the entire amount of the treatment liquid in the fermenter was filtered out with a colander, the solid on the colander was drained, and then the solid content and the filtrate were obtained. The solid content and weight of the filtrate, TS and VS, and VFA (volatile fatty acid) and pH of the filtrate were measured.
２１４ｇの固形分／ろ液混合物から、固形分およびろ液のＴＳ濃度に基づいて、乾物固形物量１０ｇに相当する湿潤固形分（２−３−（Ａ））および湿潤固形分との重量の合計が１０５．７ｇになる量のろ液（２−３−（Ｂ））を測り取り、メタン発酵槽に供した。
メタン発酵実験
１．材料
（１）消化液
東北大学農学部・複合生態フィールド教育研究センターの実験施設から２種類のメタン発酵消化液の提供を受け、実験開始時にファーメンターに入れて利用した。
（２）ルーメン処理後の湿潤固形分およびろ液
上記 ルーメン処理で得られた２−１−（Ａ）および２−１−（Ｂ）、または２−２−（Ａ）および２−２−（Ｂ）を用いた。
（３）食品廃棄物
キャベツ５０４ｇ、人参５０４ｇ、ジャガイモ５０４ｇ、リンゴ４２０ｇ、バナナ４２０ｇ、オレンジ２１０ｇ、グレープフルーツ２１０ｇ、挽肉２１０ｇ、鯖缶２１０ｇ、生卵１６８ｇ、白米４２０ｇ、食パンと菓子パン２１０ｇ、うどん１０５ｇ、および中華麺１０５ｇの計４，２００ｇをフードプロセッサーで粉砕および混合したものを−３０℃の冷凍庫に保管し、使用時に所定量を取り出して実験に供した。
（４）もみ殻処理液
上記のもみ殻の処理で得られたろ液（ケイ酸等が溶解している水酸化カリウム水溶液）をｐＨ調整に用いた。
（５）滅菌ルーメン原液
ルーメン原液を容器内に封入し、オートクレーブ内で１２１℃で２０分間加熱したものを滅菌ルーメン原液として実験に使用した。
２．メタン発酵実験方法
２−１．循環式ルーメン（半日）−メタン発酵別処理型
槽容積５．０Ｌの温水ジャケット付き卓上ジャーファーメンターに、消化液（２種類のメタン発酵消化液を１：１の比率で混合したもの）３．８Ｌを入れ、温度を３７℃に調整した。食品廃棄物を室温で解凍したもの７０ｇ、水４０ｇ、ルーメン処理で得られた湿潤固形分（２−１−（Ａ））およびろ液（２−１−（Ｂ））（１日に２回取得したものを合わせ、そこから１０５．７ｇを使用）をファーメンターに添加した。
The total weight of the wet solid content (2-3- (A)) and the wet solid content corresponding to 10 g of the dry matter solid content from the 214 g solid content / filtrate mixture based on the solid content and the TS concentration of the filtrate. A filtrate (2-3- (B)) having an amount of 105.7 g was measured and used in a methane fermenter.
Methane fermentation experiment 1. Materials (1) Digestive juice Two types of methane fermentation digestive juice were provided by the experimental facility of the Center for Education and Research, Faculty of Agriculture, Tohoku University, and were put into a fermenter at the start of the experiment.
(2) Wet solids and filtrate after rumen treatment 2-1 (A) and 2-1 (B), or 2-2- (A) and 2-2- (2-2- (A) and 2-2- (2-2- (A)) obtained by the above rumen treatment. B) was used.
(3) Food waste Cabbage 504 g, carrot 504 g, potato 504 g, apple 420 g, banana 420 g, orange 210 g, grapefruit 210 g, ground meat 210 g, mackerel can 210 g, raw egg 168 g, white rice 420 g, bread and sweet bun 210 g, udon 105 g, and A total of 4,200 g of Chinese noodles (105 g) crushed and mixed with a food processor was stored in a freezer at −30 ° C., and a predetermined amount was taken out at the time of use and used for the experiment.
(4) Rice husk treatment liquid The filtrate (potassium hydroxide aqueous solution in which silicic acid and the like are dissolved) obtained by the above rice husk treatment was used for pH adjustment.
(5) Sterilized lumen stock solution The lumen stock solution was sealed in a container and heated at 121 ° C. for 20 minutes in an autoclave, which was used in the experiment as a sterile lumen stock solution.
2. 2. Methane fermentation experiment method 2-1. Circulating lumen (half day) -Methane fermentation treatment type A tabletop jar fermenter with a hot water jacket with a tank volume of 5.0 L and digestive juice (a mixture of two types of methane fermentation digestive juice at a ratio of 1: 1). 8 L was added and the temperature was adjusted to 37 ° C. 70 g of food waste thawed at room temperature, 40 g of water, wet solids (2-1 (A)) and filtrate (2-1 (B)) obtained by rumen treatment (twice a day) Combine the obtained ones and use 105.7 g from it) was added to the fermenter.
ファーメンターを密閉後、真空ポンプで空間を真空にし、１００ｒｐｍで攪拌しながら温度を３７℃に保った。ファーメンター上部のノズルにガスバッグを接続し、発生するガスをサンプリングし、捕集したガスの量と成分を測定できるようにした。 After sealing the fermenter, the space was evacuated with a vacuum pump, and the temperature was maintained at 37 ° C. while stirring at 100 rpm. A gas bag was connected to the nozzle at the top of the fermenter, and the generated gas was sampled so that the amount and composition of the collected gas could be measured.
約２４時間経過後に、ガスバッグを外し、強い攪拌（４００ｒｐｍ）でファーメンター内の液を均一に混合した後、上部ノズルよりホース（内径１０ｍｍφ）を中位くらいのレベルまで差し込み、真空吸引して消化液２１２ｇをサンプリングした。得られた消化液について、ｐＨ、ＴＳ、ＶＳおよびＶＦＡを測定した。捕集したガスについては、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）分析に供してメタン、二酸化炭素および水素濃度を測定し、流量計を通して捕集したガス量を測定した。 After about 24 hours, remove the gas bag, mix the liquid in the fermenter evenly with strong stirring (400 rpm), insert a hose (inner diameter 10 mmφ) from the upper nozzle to a medium level, and vacuum suction. 212 g of digestive juice was sampled. The pH, TS, VS and VFA of the obtained digestive juice were measured. The collected gas was subjected to gas chromatography (GC) analysis to measure the concentrations of methane, carbon dioxide and hydrogen, and the amount of collected gas was measured through a flow meter.
以後、消化液以外の仕込みと上記の約２４時間経過後以降の操作を約３０日間繰り返した。
２−２．循環式ルーメン（１日）−メタン発酵別処理型
湿潤固形分として２−２−（Ａ）、ろ液として２−２−（Ｂ）を用いた以外、２−１と同じ手順で実験を行った。
結果
結果を以下の表１にまとめる。なお、この場合、ルーメン処理において１日当たり８１．０ｇのろ液を循環させた。表中のルーメン原液添加量、バイオガス産生量、メタンガス産生量は、いずれも一定量の１日当たりの処理廃棄物（もみ殻２．０ｇ、トマト茎２．０ｇ、トマトは６．０ｇ、食品廃棄物７０．０ｇ）に対する１日当たりの量を示す。ここで、バイオガス産生量はメタン発酵の際に産生された気体の総量を示し、メタンガス産生量はバイオガスのうちのメタンガスの量を示す。
After that, the preparation other than the digestive juice and the above operation after about 24 hours were repeated for about 30 days.
2-2. Circulating lumen (1 day) -Methane fermentation treatment type Experiments were performed in the same procedure as 2-1 except that 2-2- (A) was used as the wet solid content and 2-2- (B) was used as the filtrate. rice field.
Results The results are summarized in Table 1 below. In this case, 81.0 g of the filtrate was circulated per day in the rumen treatment. The amount of rumen stock solution added, the amount of biogas produced, and the amount of methane gas produced in the table are all fixed amounts of daily processing waste (rice husk 2.0 g, tomato stem 2.0 g, tomato 6.0 g, food waste). The amount per day for 70.0 g) is shown. Here, the amount of biogas produced indicates the total amount of gas produced during methane fermentation, and the amount of methane gas produced indicates the amount of methane gas among the biogas.
相対的に多量（循環有りの場合の約１１．６倍）のルーメン原液を使用した場合（「循環無し」）に匹敵する量のメタンガスが、回収液の循環によって相対的に少量のルーメン原液を使用した場合（「循環式」）でも産生された。 The amount of methane gas equivalent to the case of using a relatively large amount (about 11.6 times that of the case with circulation) of the rumen stock solution (“without circulation”) produces a relatively small amount of the rumen stock solution by circulating the recovered liquid. It was also produced when used (“circulatory”).
このように、本発明の方法によって、ルーメン原液の使用量を低減させながら前処理を行うことによって、効率的にメタンガスを産生させることができることが示された。なお、ルーメンでの前処理を行わず、滅菌したルーメン原液の存在下で上記と同等の高容積負荷条件下（４．９ｋｇ−ＶＳ／ｍ３・日））でメタン発酵を行った場合の投入ＶＳ当たりのメタンガス産生量は相対的に低かった（０．１１３Ｌ／日・ｇ−投入ＶＳ）。メタンガス産生量は、容積負荷を下げて前処理なしのメタン発酵を行った場合（３．０ｋｇ−ＶＳ／ｍ３・日）でもさほど向上しなかった（０．１３２Ｌ／日・ｇ−投入ＶＳ）。すなわち、メタン発酵の前処理としてルーメン処理を行うことで、容積負荷の高いメタン発酵で順調にメタンガスを産生させることが示され、メタン発酵槽の容積の縮小、あるいは、同容積のメタン発酵槽の場合は処理量の増大が可能になることが示された。 As described above, it was shown that the method of the present invention can efficiently produce methane gas by performing the pretreatment while reducing the amount of the rumen stock solution used. In addition, methane fermentation is performed under the same high volume loading conditions (4.9 kg-VS / m 3 days) in the presence of a sterilized rumen stock solution without pretreatment with lumens. The amount of methane gas produced per VS was relatively low (0.113 L / day / g-input VS). The amount of methane gas produced did not improve so much even when the volumetric load was reduced and methane fermentation without pretreatment was performed (3.0 kg-VS / m 3 days) (0.132 L / day g-input VS). .. In other words, it has been shown that methane gas can be produced smoothly in methane fermentation with a high volume load by performing rumen treatment as a pretreatment for methane fermentation, and the volume of the methane fermentation tank can be reduced or the volume of the methane fermentation tank can be reduced. In some cases, it was shown that the amount of processing could be increased.
セルロース含有廃棄物に作用させた後に回収された液体が、ルーメン液の可溶化処理活性を維持していることは従来知られていなかった。回収された液体をセルロース含有廃棄物の処理に循環して再利用できることがここで初めて実証された。 It has not been conventionally known that the liquid recovered after acting on the cellulose-containing waste maintains the solubilizing activity of the lumen solution. For the first time, it was demonstrated that the recovered liquid can be circulated and reused for the treatment of cellulose-containing waste.
本発明は、セルロース含有廃棄物の可溶化処理物の製造、およびメタンガスの製造に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for producing a solubilized product of cellulose-containing waste and for producing methane gas.
Claims (13)
（ａ）セルロース含有廃棄物；ならびに
（ｂ）ルーメン液およびセルロース含有廃棄物を含む反応物を固液分離して得られる液体である回収液。 A method for producing a solubilized product of cellulose-containing waste, which comprises the step of incubating a mixture containing the following (a) and (b):
(A) Cellulose-containing waste; and (b) Recovery liquid which is a liquid obtained by solid-liquid separation of a reaction product containing a lumen liquid and a cellulose-containing waste.
（１）以下の（ａ）および（ｂ）を含む混合物をインキュベートする工程：
（ａ）セルロース含有廃棄物；ならびに
（ｂ）ルーメン液およびセルロース含有廃棄物を含む反応物を固液分離して得られる液体である回収液、
（２）前記工程（１）の間または後に、混合物の一部または全部を採取および固液分離して得られる固体をメタン発酵に供する工程、および
（３）メタンガスを収集する工程
を含む、方法。 It is a method of producing methane gas.
(1) Incubating a mixture containing the following (a) and (b):
(A) Cellulose-containing waste; and (b) Recovery liquid, which is a liquid obtained by solid-liquid separation of a reaction product containing a rumen solution and a cellulose-containing waste.
(2) A method comprising, during or after the step (1), a step of collecting a part or all of the mixture and subjecting the solid obtained by solid-liquid separation to methane fermentation, and (3) a step of collecting methane gas. ..
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