JP6817842B2 - バイオガス生成促進剤およびそれを用いたバイオガス生成促進方法、有機性廃棄物の処理方法、処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、バイオガス生成促進剤およびそれを用いたバイオガス生成促進方法、有機性廃棄物の処理方法、処理装置に関する。

下水汚泥、し尿・浄化槽汚泥、家畜糞尿、食品製造残渣、農業残渣、バイオマスエネルギー回収残渣等の有機性廃棄物（バイオマス）や有機性廃液を減容し、安定化する方法としては、それらの有機分を嫌気的培養によりガス化するメタン発酵が用いられている。メタン発酵によって生成した気体（バイオガス）からは、メタン、水素等の可燃性ガスが得られる。得られた可燃性ガスは、熱源や発電等のエネルギー源として利用される。

メタン発酵は、一般的に反応時間が長い上に、発酵効率（消化率）が必ずしも満足が得られるほどの高い効率とはなっていない。

メタン発酵の消化率を高める装置としては、物理的促進処理を施す装置、化学的促進処理を施す装置、生物学的促進処理を施す装置等が挙げられる。
物理的促進処理を施す装置としては、例えば、超音波破砕装置、湿式ミル破砕装置、ボールミル破砕装置、ホモジナイズ破砕装置、熱処理装置、高温高圧処理装置等が挙げられる。
化学的促進処理を施す装置としては、例えば、酸処理を施す装置、アルカリ処理を施す装置、オゾン酸化を施す装置等が挙げられる。
生物学的促進処理を施す装置としては、例えば、酵素剤を用いる装置、バイオ系界面活性剤を用いる装置、発酵促進微生物製剤を用いる装置等が挙げられる。

少ない設備投資で、簡便にメタン発酵の消化率を高める方法としては、添加剤を用いる方法が知られている。その方法としては、例えば、金属イオン、酸化酵素、可溶化微生物、植物抽出成分、界面活性剤等の添加剤を用いる方法が挙げられる。

界面活性剤の中には、発酵阻害を起こすものが知られている。そのため、発酵阻害を起こさない特定の界面活性剤を特定の条件で用いることが求められる。また、界面活性剤の中には、発酵工程で起泡（かき立てると空気が混ざり、気泡ができて泡立つこと）を促進するものがある。そのため、起泡の抑制が求められる。

例えば、油脂を多く含む排水に、特定の界面活性剤を２０００ｐｐｍ以上添加することにより、油脂の分散性を高め、培養時間２４時間における発酵阻害を緩和する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載されている発明は、油脂による発酵阻害を緩和することが図られている。

また、メタン発酵液に、微生物培養物および特定のノニオン界面活性剤を添加することによって、有機性廃棄物の減容およびバイオガスの生成量を高める方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特許文献２には、ノニオン界面活性剤として、オクチルフェノール系アルコールエトキシレート、トリデシルアルコール系アルコールエトキシレート、Ｔｅｒｇｉｔｏｌ１５−Ｓ−７、Ｔｅｒｇｉｔｏｌ１５−Ｓ−５（２級アルキル炭素原子数１５、エチレンオキシド（ＥＯ）付加モル数５）等の２級アルコールエトキシレート、脂肪酸エステルエトキシレート等が記載されている。

特開２００９−１９５８５２号公報 特表２０１５−５２５１２０号公報

しかしながら、従来の技術では、バイオガスの生成効率を十分に向上することはできなかった。

そこで、本発明は、有機性廃棄物からバイオガスを生成する嫌気発酵処理において、有機性廃棄物の減容およびバイオガスの生成効率を向上することができるバイオガス生成促進剤およびそれを用いたバイオガス生成促進方法、有機性廃棄物の処理方法、処理装置を提供することを目的とする。

本発明は以下の態様を有する。
［１］有機性廃棄物からバイオガスを生成する嫌気発酵処理に用いられ、下記一般式（ａ）で表される化合物からなるノニオン界面活性剤を含有する、バイオガス生成促進剤。
Ｒ^１−ＣＯ（ＯＲ^２）_ｍ１ＯＲ^３ ・・・（ａ）
（（ａ）式中、Ｒ^１は炭素原子数３〜２１の炭化水素基、Ｒ^２は炭素原子数２〜４のアルキレン基、Ｒ^３は炭素原子数１〜３のアルキル基である。ｍ１は（ＯＲ^２）の平均繰り返し数を表し、２〜２００の数である。）
［２］前記ノニオン界面活性剤を０．１質量％〜９５質量％含有する組成物である、［１］に記載のバイオガス生成促進剤。

［３］有機性廃棄物の嫌気発酵処理によってバイオガスを生成するバイオガス生成促進方法であって、前記有機性廃棄物に、［１］または［２］に記載のバイオガス生成促進剤を添加する添加工程と、前記バイオガス生成促進剤を添加した有機性廃棄物をメタン発酵処理する発酵工程と、を備える、バイオガス生成促進方法。
［４］前記有機性廃棄物に対する前記バイオガス生成促進剤の添加量が、前記有機性廃棄物と前記バイオガス生成促進剤からなる培養液全量の０．０００１質量％〜９０質量％である、［３］に記載のバイオガス生成促進方法。

［５］有機性廃棄物を嫌気性処理する方法であって、前記有機性廃棄物に、［１］または［２］に記載のバイオガス生成促進剤を添加する添加工程と、前記バイオガス生成促進剤を添加した有機性廃棄物をメタン発酵処理する発酵工程と、を備える、有機性廃棄物の処理方法。
［６］有機性廃棄物を嫌気性処理する処理装置であって、［１］または［２］に記載のバイオガス生成促進剤を貯留するバイオガス生成促進剤貯留槽と、前記有機性廃棄物に前記バイオガス生成促進剤を添加する添加手段と、前記有機性廃棄物を貯留する汚泥貯留槽と、前記バイオガス生成促進剤を添加した有機性廃棄物を嫌気性処理する嫌気発酵処理槽と、を具備し、前記バイオガス生成促進剤の添加位置が前記嫌気発酵処理槽であることを含む、処理装置。

本発明によれば、特定のノニオン界面活性剤を嫌気発酵処理に用いることにより、有機性廃棄物の減容およびバイオガスの生成効率を向上することができる。

本発明のバイオガス製造方法に用いられるバイオガス生成装置を示す概略図である。 実施例２、比較例１および比較例５の回分式培養において、培養時間（日）とバイオガス生成量（ｍＬ）の関係を示すグラフである。 従来のバイオガス製造方法に用いられるバイオガス生成装置を示す概略図である。

（バイオガス生成促進剤）
本発明のバイオガス生成促進剤は、有機性廃棄物からバイオガスを生成する嫌気発酵処理に用いられ、下記一般式（ａ）で表される化合物からなるノニオン界面活性剤を含有する組成物である。下記一般式（ａ）で表される化合物は主に液体である。従って、本発明のバイオガス生成促進剤は、主に液体の組成物である。

下記一般式（ａ）で表される化合物（以下、「成分（Ａ）」と言うこともある。）は、特定の脂肪酸アルキルエステルアルコキシレート（ＭＥＥ）である。
Ｒ^１−ＣＯ（ＯＲ^２）_ｍ１ＯＲ^３ ・・・（ａ）

上記一般式（ａ）中、Ｒ^１は炭素原子数３〜２１の炭化水素基である。Ｒ^１は、不飽和結合を有していてもよいし、不飽和結合を有していなくてもよい。Ｒ^１は、直鎖状であってもよいし、分岐鎖状であってもよいし、環状であってもよい。本発明の効果のさらなる向上を図る観点から、Ｒ^１は、直鎖状または分岐鎖状であることが好ましい。また、メタン発酵処理の効率のさらなる向上を図る観点から、Ｒ^１は、直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基、または直鎖状もしくは分岐鎖状のアルケニル基であることが好ましい。Ｒ^１において、炭素原子数は７〜１７であることが好ましく、７〜１１であることがより好ましい。炭素原子数が上記下限値以上であれば、有機性廃棄物や微生物（メタン菌）の分散性に優れる。一方、炭素原子数が上記上限値以下であれば、成分（Ａ）は固化し難く、また、成分（Ａ）を用いた嫌気発酵処理において、起泡を抑制することができる。

上記一般式（ａ）中、Ｒ^２は炭素原子数２〜４のアルキレン基である。メタン発酵処理の効率のさらなる向上を図る観点から、Ｒ^２は、炭素原子数２〜３のアルキレン基であることが好ましく、炭素原子数２のアルキレン基がより好ましい。すなわち、上記一般式（ａ）において、（ＯＲ^２）は、炭素原子数２〜４のオキシアルキレン基である。

上記一般式（ａ）中、ｍ１は（ＯＲ^２）の平均繰り返し数（すなわち、アルキレンオキシドの平均付加モル数）を表し、２〜２００の数である。ｍ１が上記下限値以上であれば、成分（Ａ）は水に溶解し易く、成分（Ａ）を含む溶液の安定性が損なわれることがない。一方、ｍ１が上記上限値以下であれば、成分（Ａ）は低温で固化し難く、取扱いが容易となる。そのため、ｍ１は、５〜１００であることが好ましく、１０〜５０であることがより好ましく、１１〜２０であることがさらに好ましい。
また、（ＯＲ^２）_ｍ１は、１種のオキシアルキレン基で構成されていてもよいし、２種以上のオキシアルキレン基で構成されていてもよい。

上記一般式（ａ）中、Ｒ^３は炭素原子数１〜３のアルキル基である。メタン発酵処理の効率のさらなる向上を図る観点から、Ｒ^３は、炭素原子数１のアルキル基（すなわち、メチル基）が好ましい。上記一般式（ａ）に示すように、末端にアルキル基（Ｒ^３）を有することにより、特表２０１５−５２５１２０号公報等に記載されている親水基の末端が水素（Ｈ）となるアルコールエトキシレートおよび脂肪酸エトキシレートに比べて、成分（Ａ）は汚泥中の油分に対する可溶化能に優れる特性を有する。

成分（Ａ）は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

本発明のバイオガス生成促進剤における成分（Ａ）の含有量は、０．１質量％〜９５質量％であることが好ましく、０．９質量％〜９０質量％であることがより好ましく、３０質量％〜９０質量％であることが最も好ましい。
成分（Ａ）の含有量が上記下限値以上であれば、バイオガス生成促進剤の輸送コストを削減することができる。一方、成分（Ａ）の含有量が上記上限値以下であれば、バイオガス生成促進剤の引火性が低下するため、貯蔵に有利となる。

成分（Ａ）は、例えば、公知の触媒を用いて、脂肪酸アルキルエステル（Ｒ^１１−ＣＯＯＲ^１３）に、炭素原子数２〜４のアルキレンオキシドを付加させることによって、容易に製造される。成分（Ａ）の製造に用いられる触媒によって、上記のｍ１の分布が変動する。
例えば、触媒として、一般的なアルカリ触媒である水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等を用いた場合、ｍ１の分布は比較的広くなる。また、例えば、特公平６−１５０３８号公報に記載されている複合金属酸化物や、特開２０００−１４４１７９号公報、特開２００９−２２１１５０号公報に記載されている、表面改質された複合金属酸化物等をアルコキシル化触媒として用いた場合、ｍ１の分布は比較的狭くなる。

表面改質された複合金属酸化物触媒としては、例えば、金属水酸化物等により表面改質された金属イオン（Ａｌ^３＋、Ｇａ^３＋、Ｉｎ^３＋、Ｔｌ^３＋、Ｃｏ^３＋、Ｓｃ^３＋、Ｌａ^３＋、Ｍｎ^２＋等）が添加された酸化マグネシウム等の複合金属酸化物触媒や、金属水酸化物および／または金属アルコキシド等の表面改質剤により表面改質されたハイドロタルサイトの焼成物触媒等が好適に用いられる。

複合金属酸化物の表面改質においては、複合金属酸化物１００質量部に対する表面改質剤の添加量が、０．５質量部〜１０質量部であることが好ましく、１質量部〜５質量部であることがより好ましい。
表面改質剤の添加量が０．５質量部以上であれば、複合金属酸化物による改質効果が得られやすい。また、表面改質剤の添加量が１０質量部以下であれば、複合金属酸化物による十分な触媒活性が得られやすい。また、複合金属酸化物の表面改質に用いる表面改質剤の添加量を制御することにより、複合金属酸化物触媒により製造される成分（Ａ）のｍ１の分布を制御できる。表面改質剤の添加量が多いほど、ｍ１の分布が狭い成分（Ａ）が得られる。

また、例えば、脂肪酸（Ｒ^１１−ＣＯＯＨ）または脂肪酸アルキルエステル（Ｒ^１１−ＣＯＯＲ^１３）と（ポリ）アルキレングリコールアルキルエーテルとのエステル交換反応により、成分（Ａ）を製造してもよい。

本発明のバイオガス生成促進剤は、成分（Ａ）以外の界面活性剤（任意界面活性剤）、水、アルコール等の有機溶媒、可溶化剤（または減粘剤）、金属イオン、キレート剤、スケール防止剤、酸化防止剤、防腐剤、ｐＨ調整剤、着香剤、着色剤、乳濁剤、栄養剤、酵素、エキス、微生物、消泡剤等の任意成分を含有することができる。

任意成分の界面活性剤としては、例えば、成分（Ａ）以外の任意のノニオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、両性界面活性剤、カチオン界面活性剤等が挙げられる。これらの界面活性剤は、必要に応じて、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明のバイオガス生成促進剤における任意成分の界面活性剤の含有量は、１質量％〜８０質量％であることが好ましく、１質量％〜３０質量％であることがより好ましく、５質量％〜２０質量％であることがさらに好ましい。本発明のバイオガス生成促進剤における任意成分の界面活性剤の含有量が上記下限値以上であれば、その効果が得られる。一方、本発明のバイオガス生成促進剤における任意成分の界面活性剤が上記上限値以下であれば、本発明のバイオガス生成促進剤における成分（Ａ）の含有量が適切な範囲内となるため、本発明のバイオガス生成促進剤の使用量が適切な量となる。

任意のノニオン界面活性剤としては、成分（Ａ）を除くものであれば特に限定されない。任意のノニオン界面活性剤は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
任意のノニオン界面活性剤としては、具体的には、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製のレオコールＴＤ−５０（商品名）、レオコールＴＤ−９０（商品名）、ＴＤ−２００（商品名）、エソミンＴ／２５（商品名）、日本エマルジョン社のエマレックス７１５（商品名）、エマレックス７５０（商品名）、第一工業製薬社製のノイゲンＳＤ−３０（商品名）、ノイゲンＳＤ−３００（商品名）、ノイゲンＸＬ−１００（商品名）、ノイゲンＸＬ−４００（商品名）、日本触媒社製のソフタノール５０（商品名）、ソフタノール２００（商品名）、ソフタノール１２０３０（商品名）等のアルコールエトキシレート、花王社製のレオドールＴＷ−０１０６Ｖ（商品名）、東京化成社製のＴｗｅｅｎ８０（商品名）、ＮＩＫＫＯＬ ＳＯ−３０Ｖ（商品名）等のソルビタン脂肪酸エステル 日本エマルジョン社製のＥＭＡＬＥＸ ＳＳＧ−１０（商品名）等のグリセリン脂肪酸エステル等が挙げられる。

アニオン界面活性剤としては、例えば、ＳＯ_３基またはＳＯ_４基を有するものが挙げられる。ＳＯ_３基またはＳＯ_４基を有するアニオン界面活性剤としては、公知のものを用いることができる。このようなアニオン界面活性剤としては、例えば、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸またはその塩；α−オレフィンスルホン酸塩；直鎖または分岐鎖のアルキル硫酸エステル塩；アルキルエーテル硫酸エステル塩またはアルケニルエーテル硫酸エステル塩；アルキル基を有するアルカンスルホン酸塩；α−スルホ脂肪酸エステル塩等が挙げられる。これらの塩としては、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属塩、マグネシウム等のアルカリ土類金属塩、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン等のアルカノールアミン塩等が挙げられる。

直鎖アルキルベンゼンスルホン酸またはその塩としては、直鎖アルキル基の炭素原子数８〜１６であるものが好ましく、炭素原子数１０〜１４であるものがより好ましい。
α−オレフィンスルホン酸塩としては、炭素原子数１０〜２０であるものが好ましい。
直鎖または分岐鎖のアルキル硫酸エステル塩としては、炭素原子数１０〜２０であるものが好ましい。

アルキルエーテル硫酸エステル塩またはアルケニルエーテル硫酸エステル塩としては、炭素原子数１０〜２０の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基または炭素原子数１０〜２０の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルケニル基を有し、平均１〜１０モルのエチレンオキシド（ＥＯ）を付加したもの（すなわち、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩またはポリオキシエチレンアルケニルエーテル硫酸エステル塩）が好ましい。

アルキル基を有するアルカンスルホン酸塩の炭素原子数は、１０〜２０であることが好ましく、１４〜１７であることがより好ましい。アルキル基を有するアルカンスルホン酸塩の中でも、二級アルカンスルホン酸塩が特に好ましい。
α−スルホ脂肪酸エステル塩としては、炭素原子数１０〜２０であるものが好ましい。

これらのアニオン界面活性剤としては、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸またはその塩、アルキル基を有するアルカンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩およびα−オレフィンスルホン酸塩からなる群から選択される少なくとも１種が好ましい。

これらのアニオン界面活性剤は、市場において入手したものであってもよいし、公知の方法により合成したものであってもよい。
公知の方法により合成したアニオン界面活性剤としては、例えば、ヤシ油脂肪酸等の高級脂肪酸またはその塩、アルキルエーテルカルボン酸塩、ポリオキシアルキレンエーテルカルボン酸塩、アルキル（またはアルケニル）アミドエーテルカルボン酸塩、アシルアミノカルボン酸塩等のカルボン酸型、アルキルリン酸エステル塩、ポリオキシアルキレンアルキルリン酸エステル塩、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルリン酸エステル塩、グリセリン脂肪酸エステルモノリン酸エステル塩等のリン酸エステル型アニオン界面活性剤等が挙げられる。アニオン界面活性剤は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

両性界面活性剤としては、例えば、アルキルベタイン型、アルキルアミドベタイン型、イミダゾリン型、アルキルアミノスルホン型、アルキルアミノカルボン酸型、アルキルアミドカルボン酸型、アミドアミノ酸型、リン酸型両性界面活性剤等が挙げられる。両性界面活性剤は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

カチオン界面活性剤としては、例えば、塩化ベンザルコニウム、塩化ジデシルジメチルアンモニウム、塩化ミリスチルトリメチルアンモニウム、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製のエソカードＣ／１２等の４級アンモニウム塩、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製のトリアミンＹ１２Ｄ等の３級アンモニウム塩、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製のデュオミンＣＤ等の２級アンモニウム塩等が挙げられる。カチオン界面活性剤は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

本発明のバイオガス生成促進剤において、水および有機溶媒を含有することは、低温での安定性や成分（Ａ）の粘度を調節する点で好ましい。
有機溶媒としては、アルコール類、多価アルコール類、グリコールエーテル類、ポリグリコールエーテル類、ピロリドン系溶媒等が挙げられる。これらの有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコールヘキシルエーテル、ジエチレングリコールベンジルエーテル、エチレングリコールイソプロピルエーテル、ブチルカルビトール、グリセリン、平均分子量２００〜１００００のポリエチレングリコール等が挙げられる。これらの有機溶媒の中でも、エタノール、プロピレングリコールが好ましく、プロピレングリコールが最も好ましい。
本発明のバイオガス生成促進剤は、エタノールおよびプロピレングリコールを含有することにより、発酵阻害を起こすことなく、成分（Ａ）のみを含有する場合に比べて、バイオガスの生成量を多くすることができる。
これらの水または有機溶媒は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

本発明のバイオガス生成促進剤中の有機溶媒の含有量は、１質量％〜５０質量％であることが好ましく、３質量％〜２０質量％であることがより好ましく、５質量％〜１５質量％であることがさらに好ましい。有機溶媒の含有量が上記下限値以上であれば、本発明のバイオガス生成促進剤は低温での安定性に優れる。また、本発明のバイオガス生成促進剤は、有機性廃棄物に対して均一に混合するために適した粘度となる。一方、有機溶媒の含有量が上記上限値以下であれば、製造コストが高くなることを抑制できる。

本発明のバイオガス生成促進剤中の水の含有量は、０質量％〜９９．９質量％であることが好ましく、５質量％〜９９．１質量％であることがより好ましく、１０質量％〜７０質量％であることがさらに好ましい。水の含有量が上記下限値以上であれば、本発明のバイオガス生成促進剤は低温での安定性に優れる。一方、水の含有量が上記上限値以下であれば、本発明の効果を得るために必要とされる、本発明のバイオガス生成促進剤の容積が増えることがなく、輸送や保管に有利である。

本発明のバイオガス生成促進剤によれば、成分（Ａ）からなるノニオン界面活性剤をメタン発酵処理に用いることにより、有機性廃棄物と、それを分解してメタンを生成する微生物（メタン菌）とが十分に接触することができる。また、酵素反応を高め、菌体膜の透過性を向上させ、結果として、バイオガスの生成効率を向上することができる。すなわち、本発明のバイオガス生成促進剤によれば、バイオガスの生成を抑制することなく、メタン発酵処理の効率を高めることができる。バイオバスの生成効率を高めることにより、メタン発酵処理に要する時間も短縮することができる。
また、本発明のバイオガス生成促進剤によれば、メタン発酵処理によって生じる消化汚泥（発酵残渣）や消化液の固形物量や浮遊粒子やコロイド状物質を減少することができ、これに伴って、消化汚泥の粘度や、消化汚泥や消化液から発生する臭気も低減することができる。
また、本発明のバイオガス生成促進剤によれば、成分（Ａ）からなるノニオン界面活性剤は生分解性が良好であるため、消化汚泥への残存率が低く、消化液および消化汚泥の処理工程で発泡等の不具合を生じないため、安定に発酵残渣を処理することができる。
また、本発明のバイオガス生成促進剤によれば、嫌気発酵処理槽内で泡立ちが生じることを抑制することができ、メタン発酵処理における発酵阻害を防止できる。
また、本発明のバイオガス生成促進剤によれば、嫌気発酵処理槽内でのスカム発生を誘発することを抑制することができる。
さらに、本発明のバイオガス生成促進剤によれば、嫌気発酵処理槽の機械撹拌装置の水封止部からの汚泥流出や移送ポンプ配管やバイオガス回収配管系への逆流等の設備不具合が生じることを抑制することができる。なお、機械撹拌装置の水封止部とは、メタン発酵槽内の水やガスが外部に流出しないように、機械撹拌装置の撹拌軸と発酵槽上面の撹拌軸貫通穴との隙間を密封した部分のことである。

（バイオガス生成促進方法）
本発明のバイオガス生成促進方法は、有機性廃棄物の嫌気発酵処理によってバイオガスを生成するバイオガス生成促進方法であって、有機性廃棄物に、上述の本発明のバイオガス生成促進剤を添加する添加工程と、バイオガス生成促進剤を添加した有機性廃棄物をメタン発酵処理する発酵工程と、を備える方法である。

以下、本発明のバイオガス生成促進方法に用いられるバイオガス生成装置の一例を図示し、本発明のバイオガス生成促進方法を詳細に説明する。
図１は、本発明のバイオガス生成促進方法に用いられるバイオガス生成装置を示す概略図である。
このバイオガス生成装置１は、バイオガス生成促進剤貯留槽１０と、汚泥貯留槽２０と、前処理槽３０と、嫌気発酵処理槽４０と、消化汚泥貯留槽５０と、脱硫塔６０と、バイオガスタンク７０と、余剰ガス燃焼装置８０と、を備えている。
すなわち、バイオガス生成装置１は、有機性廃棄物を嫌気性処理する処理装置である。

バイオガス生成促進剤貯留槽１０は、配管を介して、上述のバイオガス生成促進剤の供給源（バイオガス生成促進剤供給源）１００、前処理槽３０および嫌気発酵処理槽４０に接続されている。バイオガス生成促進剤貯留槽１０は、バイオガス生成促進剤供給源１００から供給されたバイオガス生成促進剤を貯留する。また、バイオガス生成促進剤貯留槽１０は、前処理槽３０内の有機性廃棄物および嫌気発酵処理槽４０内の有機性廃棄物にバイオガス生成促進剤を添加するための添加手段を有する。その添加手段により、前処理槽３０内の有機性廃棄物および嫌気発酵処理槽４０内の有機性廃棄物にバイオガス生成促進剤を供給する。

汚泥貯留槽２０は、配管を介して、後述する有機性廃棄物（以下、「汚泥」とも言う。）の供給源（以下、「汚泥供給源」と言う。）２００および前処理槽３０に接続されている。汚泥貯留槽２０は、汚泥供給源２００から供給された汚泥を貯留する。また、汚泥貯留槽２０は、前処理槽３０に汚泥を供給する。

前処理槽３０は、配管を介して、バイオガス生成促進剤貯留槽１０、汚泥貯留槽２０および嫌気発酵処理槽４０に接続されている。前処理槽３０は、汚泥貯留槽２０から供給された汚泥を汚泥分解反応により分解する。また、前処理槽３０は、汚泥貯留槽２０から供給された汚泥に、バイオガス生成促進剤貯留槽１０から供給されたバイオガス生成促進剤を添加（混合）することもできる。さらに、前処理槽３０は、このように処理した汚泥を嫌気発酵処理槽４０に供給する。

嫌気発酵処理槽４０は、配管を介して、バイオガス生成促進剤貯留槽１０、前処理槽３０、消化汚泥貯留槽５０および脱硫塔６０に接続されている。嫌気発酵処理槽４０は、メタン生成細菌等を含む汚泥を保持しており、汚泥のメタン発酵処理を行う。

消化汚泥貯留槽５０は、配管を介して、嫌気発酵処理槽４０に接続されている。消化汚泥貯留槽５０は、嫌気発酵処理槽４０で汚泥をメタン発酵処理することにより生成した消化汚泥（発酵残渣）および消化液（メタン発酵液または嫌気性処理液）を貯留する。

脱硫塔６０は、配管を介して、嫌気発酵処理槽４０およびバイオガスタンク７０に接続されている。脱硫塔６０は、嫌気発酵処理槽４０にて生成したバイオガスに含まれる硫化水素等を除去する。脱硫塔６０としては、例えば、硫酸鉄（Ｆｅ（ＯＨ）_３）等を充填した乾式脱硫塔が用いられる。また、脱硫塔６０は、脱硫後のバイオガスをバイオガスタンク７０に供給する。

バイオガスタンク７０は、配管を介して、脱硫塔６０および余剰ガス燃焼装置８０に接続されている。バイオガスタンク７０は、配管を介して、ガスボイラー、バイオガス発電機、燃料電池、ガス燈等のバイオガス利用設備３００に直接、接続されていてもよい。その場合、バイオガスタンク７０は、バイオガス利用設備３００にバイオガスを供給する。また、バイオガスタンク７０は、余剰ガス燃焼装置８０に余剰のバイオガスを供給して、余剰ガス燃焼装置８０にて、そのバイオガスを燃焼させ、バイオガスタンク７０内のガス量が貯留可能な範囲を超えないようにする。

消化汚泥貯留槽５０は、配管を介して、排液処理装置４００に接続されていてもよい。その場合、消化汚泥貯留槽５０は、その内部に貯留している消化汚泥（発酵残渣）や消化液（メタン発酵液または嫌気性処理液）を排液処理装置４００に供給する。排液処理装置４００は、消化汚泥貯留槽５０から供給された消化汚泥や消化液を好気性処理する。

排液処理装置４００は、配管を介して、汚泥脱水装置５００に接続されていてもよい。その場合、排液処理装置４００は、好気性処理後の消化汚泥や消化液を汚泥脱水装置５００に供給する。汚泥脱水装置５００は、排液処理装置４００から供給された好気性処理後の消化汚泥や消化液を脱水し、処理水として排出する（汚泥脱水装置５００から伸びる上側の矢印）とともに、脱水汚泥として排出する（汚泥脱水装置５００から伸びる下側の矢印）。

本発明のバイオガス生成促進方法にて用いられる有機性廃棄物としては、例えば、下水汚泥、家畜糞尿、食物製造残渣、農業残渣等が挙げられる。また、有機性廃棄物としては、トウモロコシや海草等のエネルギー作物を用いてもよい。これらの中でも、有機性廃棄物の収集・運搬に相当する管路網が構築されている点から、下水汚泥が好ましい。下水汚泥は、下水試験方法（公益社団法人日本下水道協会、２０１２年版）で示される蒸発残留物（ＴＳ）濃度が、１質量％〜２５質量％であることが好ましく、２質量％〜２０質量％であることがより好ましく、３質量％〜１５質量％であることがさらに好ましい。ＴＳ濃度が上記下限値以上であれば、嫌気発酵処理槽４０を大きくし過ぎる必要がない。一方、ＴＳ濃度が上記上限値以下であれば、発酵阻害が生じ難い。

次に、バイオガス生成装置１を用いたバイオガス生成促進方法を説明する。
先ず、前処理槽３０に、汚泥貯留槽２０から汚泥を供給する。
次いで、前処理槽３０にて、汚泥を汚泥分解反応する。ここで、汚泥分解反応とは、汚泥を前処理槽３０に予め存在する微生物の力によって分解する反応である。

また、汚泥分解反応が終了した汚泥に、バイオガス生成促進剤貯留槽１０から供給されたバイオガス生成促進剤を添加（混合）して、汚泥とバイオガス生成促進剤からなる培養液を調製してもよい（添加工程）。

前処理槽３０にて、汚泥とバイオガス生成促進剤を混合する方法は特に限定されず、例えば、特開２００２−２６３４６２号公報等に記載されている公知の混合方法が用いられる。

汚泥に対するバイオガス生成促進剤の添加量は、汚泥とバイオガス生成促進剤からなる培養液全量の０．０００１質量％〜９０質量％となる範囲であることが好ましく、０．０５質量％〜５質量％となる範囲であることがより好ましい。

次いで、前処理槽３０から嫌気発酵処理槽４０に、汚泥分解反応のみが終了した汚泥、または、汚泥分解反応が終了した汚泥とバイオガス生成促進剤からなる培養液を供給する。

次いで、嫌気発酵処理槽４０にて、汚泥（培養液）のメタン発酵処理を行う（発酵工程）。このメタン発酵処理により、メタン（バイオガス）と消化液が生成する。
なお、前処理槽３０から嫌気発酵処理槽４０に、汚泥分解反応のみが終了した汚泥が供給された場合、嫌気発酵処理槽４０にて、バイオガス生成促進剤貯留槽１０から供給されたバイオガス生成促進剤を添加（混合）して（添加工程）、汚泥分解反応が終了した汚泥とバイオガス生成促進剤からなる培養液を調製した後、その培養液のメタン発酵処理を行う。一方、前処理槽３０から嫌気発酵処理槽４０に、予め前処理槽３０で調製された培養液が供給された場合、その培養液のメタン発酵処理を行う。

汚泥にバイオガス生成促進剤を添加する位置は、前処理槽３０であっても、嫌気発酵処理槽４０であってもよい。バイオガス生成促進剤と、汚泥や消化液との接触時間が長いほど、バイオガス生成促進剤が生分解を受けやすくなる。そのため、汚泥にバイオガス生成促進剤を添加する位置は、メタン発酵処理が行われて、消化液が存在する嫌気発酵処理槽４０が好ましい。この場合、嫌気発酵処理槽４０には、汚泥のメタン発酵処理によって生成した消化液が含まれることが好ましい。汚泥と消化液を混合した後、その混合物にバイオガス生成促進剤を添加した場合には、汚泥とバイオガス生成促進剤を混合した後、その混合物に消化液を添加した場合よりも、メタンの生成量が多くなる。

嫌気発酵処理槽４０における、バイオガス生成促進剤に含まれる成分（Ａ）の最終的な濃度は、汚泥のＴＳ濃度が０．５質量％〜１０質量％の場合、１ｐｐｍ〜１００００ｐｐｍであることが好ましく、１０ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍであることがより好ましく、１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍであることがさらに好ましく、５０ｐｐｍ〜５００ｐｐｍであることが最も好ましい。
また、嫌気発酵処理槽４０において、ＴＳの１００質量部に対する、バイオガス生成促進剤に含まれる成分（Ａ）の添加率は、汚泥のＴＳ濃度が０．５質量％〜１０質量％の場合、０．００１質量部〜２００質量部であることが好ましく、０．０１質量部〜４０質量部であることがより好ましく、０．０１質量部〜２０質量部であることがさらに好ましく、０．０５質量部〜１０質量部であることが最も好ましい。

嫌気発酵処理槽４０における汚泥のメタン発酵処理は、回分式培養法（バッチ生産、非連続生産）または連続培養法で行われる。
回分式培養法（バッチ生産、非連続生産）は、ｆｉｌｌ−ａｎｄ−ｄｒａｗで処理する方式であり、嫌気発酵処理槽４０に汚泥を供給して培養開始後、反応終了時まで汚泥の追加や、嫌気発酵処理槽４０から発酵液の引き抜きを行わない方法である。
連続培養法は、嫌気発酵処理槽４０に一定量の汚泥を連続供給すると同時に、供給した汚泥と等量の発酵液を嫌気発酵処理槽４０から引き抜き、嫌気発酵処理槽４０内の発酵液量を一定量に保持しながら処理する方法である。
回分式培養法の場合、嫌気発酵処理槽４０内における培養液の培養時間は２日〜９０日であることが好ましく、７日〜６０日であることがより好ましく、１０日〜４５日であることがさらに好ましく、１０日〜３０日であることが最も好ましい。

回分式培養法の場合、嫌気発酵処理槽４０内における培養液の培養温度は、２０℃〜７０℃であることが好ましく、３０℃〜６０℃であることがより好ましく、３０℃〜４０℃または５０℃〜６０℃であることがさらに好ましく、３０℃〜４０℃であることが最も好ましい。

連続培養法の場合、嫌気発酵処理槽４０内に汚泥（培養液）を連続的に供給するとともに、供給した汚泥（培養液）と同量の消化液を嫌気発酵処理槽４０から抜き出す。これにより、嫌気発酵処理槽４０内の培養液に含まれる汚泥の組成が時間的に変化しない状態、すなわち定常状態で培養を行う。
連続培養法によれば、回分式培養法よりもメタンの生成量が多くなる。連続培養法では、培養初期に発酵阻害を生じない。したがって、連続培養法において、連日のように定期的に、汚泥（培養液）にバイオガス生成促進剤を添加することは、連続培養法における負の制御を軽減する上で効果的である。

連続培養法の場合、嫌気発酵処理槽４０内における培養液の培養温度は、２０℃〜７０℃であることが好ましく、３０℃〜６０℃であることがより好ましく、３０℃〜４０℃または５０℃〜６０℃であることがさらに好ましく、３０℃〜４０℃であることが最も好ましい。

嫌気発酵処理槽４０で生成した消化液は、消化汚泥貯留槽５０で貯留されるが、その消化液をそのまま排出して、液肥等として用いることもできる。また、消化液を好気処理し、汚泥脱水機で脱水処理してもよい。

嫌気発酵処理槽４０にて生成したバイオガスは、硫化水素等の不純物ガスを含むため、脱硫塔６０に送られて、これらの不純物ガスが除去される。

脱硫塔６０にて不純物ガスが除去されたバイオガスは、バイオガスタンク７０に送られて貯留される。

バイオガスタンク７０に貯留されているバイオガスは、適宜、ガスボンベ等に供給されて用いられるか、または、バイオガスタンク７０に直接、接続されているバイオガス利用設備３００に供給されて用いられる。

バイオガスタンク７０に貯留されているバイオガス量が、貯留可能な範囲を超えた場合、バイオガスタンク７０から余剰ガス燃焼装置８０に余剰のバイオガスを供給して、余剰ガス燃焼装置８０にて、そのバイオガスを燃焼させ、バイオガスタンク７０内のガス量が貯留可能な範囲を超えないようにする。

本発明のバイオガス生成促進方法によれば、成分（Ａ）からなるノニオン界面活性剤をメタン発酵処理に用いることにより、有機性廃棄物と、それを分解してメタンを生成する微生物（メタン菌）とが十分に接触することができる。また、酵素反応を高め、菌体膜の透過性を向上させ、結果として、バイオガスの生成効率を向上することができる。すなわち、本発明のバイオガス生成促進方法によれば、バイオガスの生成を抑制することなく、メタン発酵処理の効率を高めることができる。バイオバスの生成効率を高めることにより、メタン発酵処理に要する時間も短縮することができる。
また、本発明のバイオガス生成促進方法によれば、メタン発酵処理によって生じる消化汚泥や消化液の固形物量や浮遊粒子やコロイド状物質を減少することができ、これに伴って、消化汚泥の粘度や、消化汚泥や消化液から発生する臭気も低減することができる。

また、本発明のバイオガス生成促進方法によれば、成分（Ａ）からなるノニオン界面活性剤は生分解性が良好であるため、消化汚泥への残存率が低く、消化液および消化汚泥の処理工程で発泡等の不具合を生じないため、安定に発酵残渣を処理することができる。
成分（Ａ）からなるノニオン界面活性剤は、嫌気性条件における生分解性が知られている（Ｄｅｔｅｒｇｅｎｔｓ Ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓ Ｄａｔａｂａｓｅ，ｖｅｒｓｉｏｎ ２０１４．１参照）。しかしながら、これまでに、このノニオン界面活性剤の分解速度を十分に把握できていなかった。本発明のバイオガス生成促進方法によれば、偏性嫌気性菌の生育する絶対的な嫌気条件となるメタン発酵において、成分（Ａ）はアルコールエトキシレートに比べて優れた分解性を示す。また、成分（Ａ）を下水処理場等のメタン発酵において、下水汚泥に添加しても、成分（Ａ）は容易に生分解される。したがって、連日のように定期的に、汚泥に成分（Ａ）を添加する連続培養を行なっても、その後、消化液を河川に放流したり、返流水として曝気槽等に添加したりした場合に、成分（Ａ）の除去を行なうための後処理を軽減することができる。

また、本発明のバイオガス生成促進方法によれば、嫌気発酵処理槽内で泡立ちが生じることを抑制することができる。
また、本発明のバイオガス生成促進方法によれば、嫌気発酵処理槽内でのスカム発生を誘発することを抑制することができる。
さらに、本発明のバイオガス生成促進方法によれば、嫌気発酵処理槽の水封止部からの汚泥流出や移送ポンプ配管やバイオガス回収配管系への逆流等の設備不具合が生じることを抑制することができる。

（有機性廃棄物の処理方法）
本発明の有機性廃棄物の処理方法は、有機性廃棄物を嫌気性処理する方法であって、有機性廃棄物に、上述の本発明のバイオガス生成促進剤を添加する添加工程と、バイオガス生成促進剤を添加した有機性廃棄物をメタン発酵処理する発酵工程と、を備える方法である。

本発明の有機性廃棄物の処理方法は、上述の本発明のバイオガス生成促進方法と同様に実施することができる。

本発明の有機性廃棄物の処理方法によれば、上述の本発明のバイオガス生成促進方法と同様の効果が得られる。

以下、実施例を示して本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の記載によって限定されるものではない。

［成分（Ａ）の調製］
表１に示す実施例１〜実施例８で用いられる成分（Ａ）（ＣｘＥＯｙ）を、下記の調製例１〜調製例５に示す通りに調製した。
なお、ＣｘＥＯｙにおいて、ｘは疎水基の炭素原子数、ｙはエチレンオキシド（ＥＯ）の平均付加モル数を示す。
表１において、Ｃ８ＥＯ１５、Ｃ１２ＥＯ１１、Ｃ１４ＥＯ１５、Ｃ１６ＥＯ２５、Ｃ１８ＥＯ１０はラボ合成品である。

「調製例１」
（ＭＥＥ（Ｃ１２ＥＯ１１）の調製）
特開２０００−１４４１７９号公報に記載されている方法に準じて、ＭＥＥ（Ｃ１２ＥＯ１１、一般式（ａ）中のＲ^１が１１、Ｒ^２が２、Ｒ^３が１、ｍ１が１１の化合物。）を調製した。
キョーワード３００（商品名、協和化学工業社製）を６００℃で１時間、窒素雰囲気下で焼成して得られた焼成水酸化アルミナ・マグネシウム触媒２．２ｇと、表面改質剤として０．５Ｎ水酸化カリウムエタノール溶液２．９ｍＬと、ラウリン酸メチルエステル（東京化成社製）３４２ｇとを、容量４Ｌのオートクレーブに仕込んだ。
次いで、オートクレーブ内を窒素で置換した後、昇温し、オートクレーブ内を温度１８０℃、圧力３×１０^５Ｐａに維持しつつ、エチレンオキシド（エアウォーター社製）７７４ｇを導入して攪拌しながら反応させた。
次いで、反応液を８０℃まで冷却し、水１２６ｇと、濾過助剤として活性白土および珪藻土をそれぞれ５ｇ添加した後、触媒をろ別除去して、ＭＥＥ（Ｃ１２ＥＯ１１、疎水基の炭素鎖長１２でＥＯ平均付加モル数１１）を純分９０％品として得た。

「調製例２」
（ＭＥＥ（Ｃ８ＥＯ１５）の調製）
ラウリン酸メチルエステル３４２ｇの代わりにオクタン酸メチルエステル（東京化成社製）２５３ｇを用い、エチレンオキシド１０５２ｇを用い、水１４８ｇを用いたこと以外は調製例１と同様にして、ＭＥＥ（Ｃ８ＥＯ１５、疎水基の炭素鎖長８でＥＯ平均付加モル数１５、一般式（ａ）中のＲ^１が７、Ｒ^２が２、Ｒ^３が１、ｍ１が１５の化合物。）を純分９０％品として得た。

「調製例３」
（ＭＥＥ（Ｃ１４ＥＯ１５）の調製）
ラウリン酸メチルエステル３４２ｇの代わりにミリスチン酸メチルエステル（東京化成社製）３８７ｇを用い、エチレンオキシド１０５２ｇを用い、水１６４ｇを用いたこと以外は調製例１と同様にして、ＭＥＥ（Ｃ１４ＥＯ１５、疎水基の炭素鎖長１４でＥＯ平均付加モル数１５、一般式（ａ）中のＲ^１が１３、Ｒ^２が２、Ｒ^３が１、ｍ１が１５の化合物。）を純分９０％品として得た。

「調製例４」
（ＭＥＥ（Ｃ１６ＥＯ２５）の調製）
ラウリン酸メチルエステル３４２ｇの代わりにパルミチン酸メチルエステル（東京化成社製）４３２ｇを用い、エチレンオキシド１７６０ｇを用い、水２４９ｇを用いたこと以外は調製例１と同様にして、ＭＥＥ（Ｃ１６ＥＯ２５、疎水基の炭素鎖長１６でＥＯ平均付加モル数２５、一般式（ａ）中のＲ^１が１５、Ｒ^２が２、Ｒ^３が１、ｍ１が２５の化合物。）を純分９０％品として得た。

「調製例５」
（ＭＥＥ（Ｃ１８ＥＯ１０）の調製）
ラウリン酸メチルエステル３４２ｇの代わりにオレイン酸メチルエステル（東京化成社製）４７３ｇを用い、エチレンオキシド７０４ｇを用い、水１３３ｇを用いたこと以外は調製例１と同様にして、ＭＥＥ（Ｃ１８ＥＯ１０、疎水基の炭素鎖長１８でＥＯ平均付加モル数１０、一般式（ａ）中のＲ^１が１７、Ｒ^２が２、Ｒ^３が１、ｍ１が１０の化合物。）を純分９０％品として得た。

「ノニオン界面活性剤」
表１に示す比較例１〜比較例４では、成分（Ａ）の代わりに、下記のノニオン界面活性剤を用いた。
アルコールエトキシレート（商品名：レオコールＴＤ−９０、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製）
ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル（商品名：Ｔｗｅｅｎ８０、東京化成工業社製）
硬化ヒマシ油系ノニオン界面活性剤（商品名：ＥＭＡＬＥＸ ＨＣ−１０およびＨＣ−５０、日本エマルジョン社製）

［回分式培養］
下水処理場から採取した嫌気性消化汚泥１５ｍＬおよび混合生汚泥１.５ｍＬを、容量３０ｍＬのバイアル瓶に投入した。
また、この汚泥に、１ｗ／ｖ％の成分（Ａ）（調製例１〜調製例５）またはノニオン界面活性剤を含む水溶液０．０８３ｍＬ〜０．２５ｍＬを添加して、成分（Ａ）またはノニオン界面活性剤の濃度を５０ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍとし水溶液を調製した。さらに、この水溶液に、１０ｗ／ｖ％の成分（Ａ）またはノニオン界面活性剤を含む水溶液０．０８３ｍＬ〜０．１７ｍＬを添加して、成分（Ａ）またはノニオン界面活性剤の濃度を５００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍとした培養液を調製した。なお、「ｗ／ｖ％」は、液体１００ｍＬに含まれる固体の質量（ｇ）を表わす。
培養液を収容したバイアル瓶の気相部を窒素で置換した後、バイアル瓶をゴム栓およびアルミ栓を用いて密封した。
密封したバイアル瓶を３７℃で１時間保温して、膨張した窒素をシリンジで排出し、その後、温度３７℃、回転数１２０ｒｐｍで振とう培養を２１日間〜２４日間行なった。
培養中に生成するバイオガスを、培養４日〜７日おきにシリンジで抽出して定量し、その積算値（ｍＬ）を求めた。
１ｗ／ｖ％の成分（Ａ）またはノニオン界面活性剤を添加した場合の積算値（表１にて「ガス生成量（ｍＬ）」と示す。）から１ｗ／ｖ％の成分（Ａ）またはノニオン界面活性剤を添加しなかった場合（ｂｌａｎｋ）の積算値（表１にて「ｂｌａｎｋガス生成量（ｍＬ）」と示す。）を差し引いた値をＭ（表１にて「対ｂｌａｎｋガス生成量（ｍＬ）」と示す。）とした。

［ガス生成効率の算出］
下記の式（１）により、添加した成分（Ａ）またはノニオン界面活性剤１モルが完全に分解した際に理論上生成するＣＨ_４のモル数およびＣＯ_２のモル数が算出される。
Ｃ_ｎＨ_ａＯ_ｂ＋（ｎ−ａ／４−ｂ／２）Ｈ_２Ｏ→（ｎ／２＋ａ／８−ｂ／４）ＣＨ_４＋（ｎ／２−ａ／８＋ｂ／４）ＣＯ_２ ・・・（１）

それぞれの成分（Ａ）またはノニオン界面活性剤の添加量に相当するモル数を求め、そこから生成するＣＨ_４およびＣＯ_２のモル数を導くことができる。それらのモル数より導かれるガス生成量をＴ（ｍＬ）とした。ＭをＴで割った値（Ｍ／Ｔ）をガス生成効率とし、それぞれの成分（Ａ）またはノニオン界面活性剤によるガス生成効率を比較した。結果を表１に示す。

表１の結果から、実施例１〜実施例５と比較例１〜比較例４を比較すると、成分（Ａ）を用いることにより、一般的なノニオン界面活性剤を用いた場合よりもガス生成効率が向上することが分かった。
また、実施例８のように、成分（Ａ）を１０００ｐｐｍ添加しても、汚泥の発酵が抑制されず、２１日〜２４日後のガス生成量は、成分（Ａ）が分解して得られる理論量を上回った。

また、実施例２、比較例１、および成分（Ａ）もノニオン界面活性剤も添加しない場合（比較例５とする。）の回分式培養において、培養時間（日）とガス生成量（ｍＬ）の関係を調査した。結果を図２に示す。
図２の結果から、比較例１のアルコールエトキシレート（レオコールＴＤ−９０）を１５０ｐｐｍ添加した場合には、培養初期にガス生成量が抑制された。これに対して、実施例２の成分（Ａ）（Ｃ１２ＥＯ１１）を１５０ｐｐｍ添加した場合には、培養初期からガス生成量が抑制されず、２１日目のガス生成量が３つの例の中で最も高くなった。

［ノニオン界面活性剤の生分解性評価］
容量３０ｍＬのバイアル瓶に、下水処理場より採取した消化液１５ｍＬと下水汚泥１.５ｍＬを投入した。
また、この汚泥に、１ｗ／ｖ％の成分（Ａ）（Ｃ１２ＥＯ１１）を含む溶液０．２５ｍＬまたは１ｗ／ｖ％のアルコールエトキシレート（商品名：レオコールＴＤ−９０、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製）を含む溶液０．２５ｍＬを添加して培養液を調製した。
培養液を収容したバイアル瓶の気相部を窒素で置換した後、バイアル瓶をゴム栓およびアルミ栓を用いて密封した。
密封したバイアル瓶を３７℃で１時間保温して、膨張した窒素をシリンジで排出し、その後、温度３７℃、回転数１２０ｒｐｍで振とう培養を１４日間行なった。
１４日間培養した培養液５ｍＬとメタノール５ｍＬを混合し、１分間ボルテックスミキサーで激しく攪拌した。さらに、その培養液に５分間超音波処理を施し、界面活性剤（成分（Ａ）（Ｃ１２ＥＯ１１）、アルコールエトキシレート）を溶出させた。
その溶出液を回転数３０００ｒｐｍで５分間遠心分離した後、０．２μｍのシリンジフィルターで上清をろ過し、試験液を得た。
試験液に含まれる成分（Ａ）（Ｃ１２ＥＯ１１）の濃度をガスクロマトグラフィ（ＧＣ）により測定した。ガスクロマトグラフィ条件を下記の通りとした。また、試験液に含まれるアルコールエトキシレート（レオコールＴＤ−９０）の濃度を高速液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）により測定した。高速液体クロマトグラフィ条件を下記の通りとした。
なお、成分（Ａ）およびアルコールエトキシレート（レオコールＴＤ−９０）の所定濃度の水溶液を調製して検量線を作成し、それぞれの成分が残存する濃度を求めた。

＜ガスクロマトグラフィ条件＞
カラム：ＤＢ１−ＨＴ（長さ３０ｍ、内径０．２５ｍｍ、膜圧０．１μｍ、アジレント・テクノロジー社製）
カラム温度：１５０℃→昇温（５℃／分）→３５０℃（５分保持）
キャリアガス：ヘリウム、線速度：３０ｃｍ／秒
試料注入量：１μＬ（スプリットモード、スプリット比２）
検出器：ＦＩＤ

＜高速液体クロマトグラフィ条件＞
カラム：Ｉｎｅｒｔｓｉｌ ＯＤＳ−３（長さ１５０ｍｍ、内径４．６ｍｍ、粒子径５μｍ、ジーエルサイエンス社製）
カラム温度：４０℃ 流量：０．５ｍＬ／分 移動相：８５ｖ／ｖ％メタノール
検出器：ＲＩ
試料導入量：１００μＬ

成分（Ａ）（Ｃ１２ＥＯ１１）は、培養開始から１４日後に９９％以上が生分解していた。一方、アルコールエトキシレート（レオコールＴＤ−９０）は、培養開始から１４日後では、生分解が７７％に留まっていた。

［連続培養］
下水処理場から採取した下水汚泥（Ｂ）と、工場の食品加工廃液（Ｃ）とを実験原料として用い、連続培養による嫌気発酵処理試験を行った。表２に実験原料の性状を示す。
ここで、図３は、従来のバイオガス製造方法に用いられるバイオガス生成装置を示す概略図である。図３において、図１に示すバイオガス生成装置と同一の構成要素には同一の符号を付して、説明を省略する。

ここで、バイオガス生成装置６００を用いたバイオガス製造方法を説明する。
先ず、汚泥貯留槽２０から嫌気発酵処理槽４０に汚泥を供給する。
次いで、嫌気発酵処理槽４０にて、汚泥のメタン発酵処理を行う。
以下、メタン発酵処理後の処理フローは、バイオガス生成装置１を用いたバイオガス製造方法と同様である。

実施例９では、図１に示すバイオガス生成装置１の処理フローに従い、下水汚泥（Ｂ）の嫌気発酵処理試験を行った。実施例１０では、図１に示すバイオガス生成装置１の処理フローに従い、食品加工廃液（Ｃ）の嫌気発酵処理試験を行った。比較例６では、図３に示すバイオガス生成装置６００の処理フローに従い、下水汚泥（Ｂ）の嫌気発酵処理試験を行った。比較例７では、図３に示すバイオガス生成装置６００の処理フローに従い、食品加工廃液（Ｃ）の嫌気発酵処理試験を行った。実施例９、実施例１０、比較例６および比較例７における嫌気発酵処理試験の試験条件を表３に示す。
嫌気発酵処理試験では、耐熱塩化ビニル製の完全混合型嫌気発酵処理装置を用い（総容積１０Ｌ、有効容積８Ｌ）、３７℃で運転した。ガス発生量の定量には、湿式ガスメータＷＳ−１Ａ型（シナガワ社製）を用いた。
原料の投入は、チューブポンプＲＰ−６０型（東京理化器械社製）を用い、１日あたり３回に分けて、合計２４０ｍＬをタイマー制御で行った。
実施例９と実施例１０では、バイオガス生成促進剤としては、成分（Ａ）（Ｃ１２ＥＯ１１）の濃度が０．９ｗ／ｖ％の溶液を用い、その溶液を１日１回、タイマー制御で汚泥槽にポンプ注入した。一方、比較例６と比較例７では、実施例９および実施例１０におけるバイオガス生成促進剤の注入量と等量の水道水をポンプ注入した。
この嫌気発酵処理試験では、３週間程度の連続運転で定常状態を確認した後、引続き１ヵ月間の連続運転で性能を評価した。
この嫌気発酵処理試験では、湿式ガスメータによるガス発生量の計測と、１週間に１回採取した消化汚泥の性状分析データとに基づいて、評価期間中の平均値で、実施例９、実施例１０、比較例６および比較例７における嫌気発酵処理試験の性能解析を行った。

性能解析を下記の条件で行った。
・ＴＳ（Ｔｏｔａｌ Ｓｏｌｉｄｓ、蒸発残留物）；１０５℃蒸発残留物質量（下水試験方法）
・ＶＳ（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｓｏｌｉｄｓ、強熱減量）；６００℃強熱減量（下水試験方法）
・ＳＳ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ、懸濁物質）；遠心分離機による回転数３０００ｒｐｍ、１０分間での沈殿物質量（下水試験方法）
・ＶＳＳ（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ、揮発性懸濁物質）；懸濁物質の６００℃強熱減量（下水試験方法）
・Ｓ−ＣＯＤ_Ｍｎ（化学的酸素消費量）；過マンガン酸カリウム法（下水試験方法）
・ＶＦＡ（揮発性有機酸）；高速液体クロマトグラフ（エルマ光学社製ＥＲＣ−８７１０（商品名）、検出器：ＲＩ、カラム：Ｓｈｏｄｅｘ ＲＳｐａｋ ＫＣ−８１１（昭和電工社製）、カラム温度：６０℃、移動相：０．１％リン酸）
・溶解性画分；ガラス繊維ろ紙ＧＦ／Ｂ（１μｍ、ワットマン社製）でのろ液
・汚泥粘度（汚泥粘度とは、消化汚泥の粘度のことである。）；Ｂ型回転粘度計（東京計器社製ＢＬ型、ロータＮｏ．１、ロータ回転数１２ｒｐｍ、３０ｒｐｍ、６０ｒｐｍ）を用いて３５℃で測定（下水試験方法）
・ＣＨ_４、ＣＯ_２；ガスクロマトグラフ（ジーエルサイエンス社製ＧＣ−３２３型、検出器：ＴＣＤ、ＴＣＤ電流値：５０Ａ、分離カラム：Ｕｎｉｂｅａｄｓ Ｃ６０／８０、カラム温度：１５０℃、キャリアガス：アルゴン（Ａｒ））
・汚泥の臭気指数；メタン発酵液２００ｍＬを５リットル臭気袋に入れ、活性炭を通した無臭臭気（評価試験室内の空気を活性炭に通して臭気を感じられなくした空気）を袋内に充填して、３０℃、２４時間静置後、袋内の臭気指数を臭気センサー（新コスモス電機社製ニオイセンサーＸＰ−３２９IIIＲ型）で分析した。臭気指数は、臭気レベルより、次の式（１）により換算した。臭気指数＝（０．０３３８×臭気レベル）＋２０．４３８・・・（１）

表４の結果から、実施例９および実施例１０における嫌気発酵処理試験では、比較例６および比較例７における従来方式による嫌気発酵処理試験と比較して、メタンガス発生率が１０％以上向上していることが分かった。
さらに、実験原料の性状において、実施例９および実施例１０では、比較例６および比較例７よりも汚泥濃度（ＳＳ濃度）が減少し、汚泥粘度（消化汚泥の粘度）も低下し、Ｓ−ＣＯＤ_Ｍｎ濃度も低下しており、Ｓ−ＣＯＤの減少からは溶解性有機物が減少していることが推定できる。このことから、実施例９および実施例１０では、バイオガス生成促進剤による実験原料の分解促進効果が発揮されていることが分かった。
なお、実施例９、実施例１０、比較例６および比較例７のいずれの嫌気発酵性処理槽でも揮発性有機酸の残留は全く認められず、かつ、嫌気発酵処理槽内での発泡現象も認められなかった。このことから、実施例９および実施例１０における嫌気発酵処理反応は、発酵阻害等の問題は生じることなく順調に進行したものと考えられる。

［界面活性剤添加時の泡高評価］
容量２５０ｍＬのポリ容器に、下水処理場より採取した消化液１００ｍＬと下水汚泥１０ｍＬを投入し、これらを攪拌、混合して、混合液を調製した。
この混合液を栄研化学社製の滅菌丸底スピッツ（白）に３ｍＬずつ分注した後、１ｗ／ｖ％のアルコールエトキシレート（商品名：レオコールＴＤ−９０、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製）（比較例８とする。）、１ｗ／ｖ％のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル（商品名：Ｔｗｅｅｎ８０、東京化成工業社製）（比較例９とする。）、１ｗ／ｖ％の成分（Ａ）（Ｃ８ＥＯ１５）（実施例１１とする。）、１ｗ／ｖ％の成分（Ａ）（Ｃ１２ＥＯ１１）（実施例１２とする。）、１ｗ／ｖ％の成分（Ａ）（Ｃ１４ＥＯ１５）（実施例１３とする。）、１ｗ／ｖ％の成分（Ａ）（Ｃ１６ＥＯ２５）（実施例１４とする。）または１ｗ／ｖ％の成分（Ａ）（Ｃ１８ＥＯ１０）（実施例１５とする。）を０．３ｍＬ添加した。
その後、その混合液を上下に激しく撹拌した後、１分間静置して、ノギスにより、液面からの泡の高さ（泡高）を測定した。さらに１０分間静置後、同様に泡高を測定した。結果を表５に示す。

表５の結果から、実施例１１〜１５のように、成分（Ａ）を１０００ｐｐｍ添加しても、比較例８のアルコールエトキシレート（レオコールＴＤ−９０）や比較例９のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル（Ｔｗｅｅｎ８０）を１０００ｐｐｍ添加した場合と比較して、明らかに発泡しないことが分かった。

［作用］
成分（Ａ）の添加によってガス発生率が高まるメカニズムについては分かっていないが、培養液中の凝集物や菌体の分散性の向上、発酵原料と発酵菌体との接触効率の向上、培養液中の酵素反応の向上、菌体膜の物質透過性の向上、菌叢の変化等の効果が得られるものと考えられる。
また、下水汚泥および下水消化液の混合液に成分（Ａ）を添加した場合に、成分（Ａ）の発泡が少なかったメカニズムについても分かっていないが、成分（Ａ）の発泡性の低さに加えて、成分（Ａ）が加水分解した場合に生成した脂肪酸によって破泡効果が示されたことも考えられる。

１ バイオガス生成装置
１０ バイオガス生成促進剤貯留槽
２０ 汚泥貯留槽
３０ 前処理槽
４０ 嫌気発酵処理槽
５０ 消化汚泥貯留槽
６０ 脱硫塔
７０ バイオガスタンク
８０ 余剰ガス燃焼装置
１００ バイオガス生成促進剤供給源
２００ 汚泥供給源
３００ バイオガス利用設備
４００ 排液処理装置
５００ 汚泥脱水装置
６００ バイオガス生成装置

Claims (6)

1. 有機性廃棄物からバイオガスを生成する嫌気発酵処理に用いられ、下記一般式（ａ）で表される化合物からなるノニオン界面活性剤を含有する、バイオガス生成促進剤。
   Ｒ^１−ＣＯ（ＯＲ^２）_ｍ１ＯＲ^３ ・・・（ａ）
   （（ａ）式中、Ｒ^１は炭素原子数７〜１７の炭化水素基、Ｒ^２は炭素原子数２のアルキレン基、Ｒ^３は炭素原子数１のアルキル基である。ｍ１は（ＯＲ^２）の平均繰り返し数を表し、１０〜２５の数である。）
2. 前記ノニオン界面活性剤を０．１質量％〜９５質量％含有する組成物である、請求項１に記載のバイオガス生成促進剤。
3. 有機性廃棄物の嫌気発酵処理によってバイオガスを生成するバイオガス生成促進方法であって、
   前記有機性廃棄物に、請求項１または２に記載のバイオガス生成促進剤を添加する添加工程と、
   前記バイオガス生成促進剤を添加した有機性廃棄物をメタン発酵処理する発酵工程と、を備える、バイオガス生成促進方法。
4. 前記有機性廃棄物に対する前記バイオガス生成促進剤の添加量が、前記有機性廃棄物と前記バイオガス生成促進剤からなる培養液全量の０．０００１質量％〜９０質量％である、請求項３に記載のバイオガス生成促進方法。
5. 有機性廃棄物を嫌気性処理する方法であって、
   前記有機性廃棄物に、請求項１または２に記載のバイオガス生成促進剤を添加する添加工程と、
   前記バイオガス生成促進剤を添加した有機性廃棄物をメタン発酵処理する発酵工程と、を備える、有機性廃棄物の処理方法。
6. 有機性廃棄物を嫌気性処理する処理装置であって、
   請求項１または２に記載のバイオガス生成促進剤を貯留するバイオガス生成促進剤貯留槽と、
   前記有機性廃棄物に前記バイオガス生成促進剤を添加する添加手段と、前記有機性廃棄物を貯留する汚泥貯留槽と、
   前記バイオガス生成促進剤を添加した有機性廃棄物を嫌気性処理する嫌気発酵処理槽と、を具備し、
   前記バイオガス生成促進剤の添加位置が前記嫌気発酵処理槽であることを含む、処理装置。

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