JPH0596294A - 有機性汚水や汚泥からの水素生産法及び装置 - Google Patents
有機性汚水や汚泥からの水素生産法及び装置Info
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- JPH0596294A JPH0596294A JP3138566A JP13856691A JPH0596294A JP H0596294 A JPH0596294 A JP H0596294A JP 3138566 A JP3138566 A JP 3138566A JP 13856691 A JP13856691 A JP 13856691A JP H0596294 A JPH0596294 A JP H0596294A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 有機性汚水や汚泥１をメタン発酵槽２で処理
するに当り、予め特定のメタン発酵ブロッキング剤１′
を加え、減圧発酵処理２し水素を生産し、次でＣＯ2 の
供給条件下６で紅色細菌類による明・嫌気条件の光合成
細菌培養処理１０することによりさらに水素を生産す
る。 【効果】 汚濁物質を分解し、クリーンエネルギーであ
る水素に変転することができる革新的な処理技術であ
る。
するに当り、予め特定のメタン発酵ブロッキング剤１′
を加え、減圧発酵処理２し水素を生産し、次でＣＯ2 の
供給条件下６で紅色細菌類による明・嫌気条件の光合成
細菌培養処理１０することによりさらに水素を生産す
る。 【効果】 汚濁物質を分解し、クリーンエネルギーであ
る水素に変転することができる革新的な処理技術であ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、有機性汚水や汚泥から
の水素の生産方法に係り、特に水素発生細菌と光合成細
菌の共働作用による各種の汚濁性物質を含む有機性汚水
や汚泥からの水素生産方法及び装置に関する。
の水素の生産方法に係り、特に水素発生細菌と光合成細
菌の共働作用による各種の汚濁性物質を含む有機性汚水
や汚泥からの水素生産方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、有機性汚水や汚泥は、通常高温メ
タン発酵法、中温メタン発酵法及び／又はＵＡＳＢ法
（上向流式スラッジブランケット型メタン発酵法）等の
嫌気性処理（嫌気性消化法）などによって汚濁性有機物
を、最終的にはエネルギー物質であるメタン（ＣＨ4 ）
と炭酸ガスに変換し、メタン発酵消化液は通常嫌気性処
理によって残存する有機物を微生物学的に酸化安定化し
て放流する方法が適用されてきた。これらの処理技術
は、メタン発酵法に限定すれば省エネルギー的な処理技
術であると評価できるが、発生ガス中には、水素資化性
メタン細菌の基質である炭酸ガス（ＣＯ2 ）に対して水
素の絶対量が不足するために、約４０％のエネルギー源
として全く価値のない炭酸ガスが残存する。
タン発酵法、中温メタン発酵法及び／又はＵＡＳＢ法
（上向流式スラッジブランケット型メタン発酵法）等の
嫌気性処理（嫌気性消化法）などによって汚濁性有機物
を、最終的にはエネルギー物質であるメタン（ＣＨ4 ）
と炭酸ガスに変換し、メタン発酵消化液は通常嫌気性処
理によって残存する有機物を微生物学的に酸化安定化し
て放流する方法が適用されてきた。これらの処理技術
は、メタン発酵法に限定すれば省エネルギー的な処理技
術であると評価できるが、発生ガス中には、水素資化性
メタン細菌の基質である炭酸ガス（ＣＯ2 ）に対して水
素の絶対量が不足するために、約４０％のエネルギー源
として全く価値のない炭酸ガスが残存する。
【０００３】また、エネルギー物質としてのメタン（Ｃ
Ｈ4 ）も燃焼すると、次の式に示す通り炭酸ガス（ＣＯ
2 ）を発生する。 ＣＨ4 ＋２Ｏ2 → ＣＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ 周知の通り、ここ数年来地球環境汚染が世界的な重大問
題として取り上げられ、地球的視野にたっての解決およ
び改善が強く要望されている。これらの中でも特に地球
の温暖化問題は極めて身近で、かつ深刻な問題である。
このような観点から、従来技術としてのメタン発酵法
は、温暖化に直接影響を与える炭酸ガスを集中的に多量
に発生する。そのために、地球環境改善に寄与できる新
しい有機性汚水や汚泥の処理技術の研究・開発が急務と
なっている。
Ｈ4 ）も燃焼すると、次の式に示す通り炭酸ガス（ＣＯ
2 ）を発生する。 ＣＨ4 ＋２Ｏ2 → ＣＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ 周知の通り、ここ数年来地球環境汚染が世界的な重大問
題として取り上げられ、地球的視野にたっての解決およ
び改善が強く要望されている。これらの中でも特に地球
の温暖化問題は極めて身近で、かつ深刻な問題である。
このような観点から、従来技術としてのメタン発酵法
は、温暖化に直接影響を与える炭酸ガスを集中的に多量
に発生する。そのために、地球環境改善に寄与できる新
しい有機性汚水や汚泥の処理技術の研究・開発が急務と
なっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上詳述したように、
従来技術としてのメタン発酵法は、省エネルギー型であ
ると同時にエネルギー物質であるメタン（ＣＨ4 ）を発
生するが、これを燃焼することにより地球の温暖化を助
長するＣＯ2 を発生し、またメタン発酵ガス中にも約４
０％のＣＯ2 が常に存在する。本発明者らは、この従来
技術の宿命的な欠陥を改善すべく、鋭意研究を続け、全
く新規な発現による革新的な有機性汚水や汚泥の処理方
法を提供し、多機能な新しい生物処理プロセスを提供す
ることを目的とする。
従来技術としてのメタン発酵法は、省エネルギー型であ
ると同時にエネルギー物質であるメタン（ＣＨ4 ）を発
生するが、これを燃焼することにより地球の温暖化を助
長するＣＯ2 を発生し、またメタン発酵ガス中にも約４
０％のＣＯ2 が常に存在する。本発明者らは、この従来
技術の宿命的な欠陥を改善すべく、鋭意研究を続け、全
く新規な発現による革新的な有機性汚水や汚泥の処理方
法を提供し、多機能な新しい生物処理プロセスを提供す
ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、有機性汚水や汚泥をメタン発酵槽で処
理するに当り、予め特定のメタン発酵ブロッキング剤を
加え、減圧発酵処理することにより水素を生産すること
を特徴とする有機性汚水や汚泥からの水素生産法とした
ものであり、また、本発明は、前記減圧発酵処理の後
に、ＣＯ2 の供給条件下で紅色細菌類による明・嫌気条
件の光合成細菌培養処理することを特徴とする有機性汚
水や汚泥からの水素生産法としたものである。
に、本発明では、有機性汚水や汚泥をメタン発酵槽で処
理するに当り、予め特定のメタン発酵ブロッキング剤を
加え、減圧発酵処理することにより水素を生産すること
を特徴とする有機性汚水や汚泥からの水素生産法とした
ものであり、また、本発明は、前記減圧発酵処理の後
に、ＣＯ2 の供給条件下で紅色細菌類による明・嫌気条
件の光合成細菌培養処理することを特徴とする有機性汚
水や汚泥からの水素生産法としたものである。
【０００６】また、上記他の目的を達成するために、本
発明では、減圧発酵槽と、該発酵槽内液に連通する減圧
放散塔とを有し、前記減圧発酵槽には、汚水や汚泥導入
管と排水管を有し、該汚水や汚泥導入管にはメタン発酵
ブロッキング剤の導入口を接続すると共に、該発酵槽内
容液を減圧放散塔の塔頂に循環する循環路を設け、ま
た、前記減圧放散塔には、真空ポンプを介したガス移送
管を設けたことを特徴とする有機性汚水や汚泥からの水
素生産装置としたものであり、また、本発明の水素生産
装置には、さらに明・嫌気光合成細菌培養槽を有し、前
記減圧発酵槽の排水管を該光合成細菌培養槽に接続し、
また、前記減圧放散塔からのガス移送管を該培養槽底部
に接続すると共に、該ガス移送管に培養槽の排出ガス管
を接続したことを特徴とする有機性汚水や汚泥からの水
素生産装置としたものである。
発明では、減圧発酵槽と、該発酵槽内液に連通する減圧
放散塔とを有し、前記減圧発酵槽には、汚水や汚泥導入
管と排水管を有し、該汚水や汚泥導入管にはメタン発酵
ブロッキング剤の導入口を接続すると共に、該発酵槽内
容液を減圧放散塔の塔頂に循環する循環路を設け、ま
た、前記減圧放散塔には、真空ポンプを介したガス移送
管を設けたことを特徴とする有機性汚水や汚泥からの水
素生産装置としたものであり、また、本発明の水素生産
装置には、さらに明・嫌気光合成細菌培養槽を有し、前
記減圧発酵槽の排水管を該光合成細菌培養槽に接続し、
また、前記減圧放散塔からのガス移送管を該培養槽底部
に接続すると共に、該ガス移送管に培養槽の排出ガス管
を接続したことを特徴とする有機性汚水や汚泥からの水
素生産装置としたものである。
【０００７】すなわち、本発明では、メタン発酵槽内容
液中に野性的に棲息している酢酸資化性メタン菌、水素
資化性メタン菌及び／又はホモ酢酸メタン菌が、それぞ
れの基質からメタンを生成するに必要な補酵素コ・エン
ザイムＭ（CO−enzyme−Ｍ）を生成しているが、この生
成を阻害するメタン発酵ブロッキング剤及び／又はメタ
ン菌に直接作用する抗生物質を、処理対象とする有機性
汚水や汚泥に添加し、これを減圧放散塔を設けた発酵槽
で減圧発酵し、液中に溶存する水素および反応後のメタ
ン発酵ブロッキング剤を気相中に放散せしめて、高速、
高効率な水素発酵を行なわしめる有機性汚水や汚泥の処
理方法である。
液中に野性的に棲息している酢酸資化性メタン菌、水素
資化性メタン菌及び／又はホモ酢酸メタン菌が、それぞ
れの基質からメタンを生成するに必要な補酵素コ・エン
ザイムＭ（CO−enzyme−Ｍ）を生成しているが、この生
成を阻害するメタン発酵ブロッキング剤及び／又はメタ
ン菌に直接作用する抗生物質を、処理対象とする有機性
汚水や汚泥に添加し、これを減圧放散塔を設けた発酵槽
で減圧発酵し、液中に溶存する水素および反応後のメタ
ン発酵ブロッキング剤を気相中に放散せしめて、高速、
高効率な水素発酵を行なわしめる有機性汚水や汚泥の処
理方法である。
【０００８】さらに本発明は、減圧発酵液中に含まれる
低級脂肪酸を光合成細菌、すなわち紅色細菌であるロド
シュウドモナス（ Rhodopseudomonas ) 、ロドスピリル
ム（Rhodospirillum )及び／又はクロマチウム（ Chrom
atium ）などの混合体によって明・嫌気条件下で水素に
変転する工程を含む処理方法でもある。本発明は、また
光合成細菌培養槽で増殖した菌体を飼料及び／又は有価
物に再資源化することをも企画した処理方法でもある。
低級脂肪酸を光合成細菌、すなわち紅色細菌であるロド
シュウドモナス（ Rhodopseudomonas ) 、ロドスピリル
ム（Rhodospirillum )及び／又はクロマチウム（ Chrom
atium ）などの混合体によって明・嫌気条件下で水素に
変転する工程を含む処理方法でもある。本発明は、また
光合成細菌培養槽で増殖した菌体を飼料及び／又は有価
物に再資源化することをも企画した処理方法でもある。
【０００９】次に本発明を詳細に説明する。本発明は、
各種の有機性汚濁物質を含む有機性汚水や汚泥に、特定
のメタン発酵ブロッキング剤を添加して、減圧発酵条件
下で水素生産を行ない、さらに次の光合成細菌（紅色細
菌）培養槽において、紅色細菌の機能により、低級脂肪
酸（主として酢酸）を水素に変換せしめるものである。
このように、各種の水素細菌と光合成細菌（紅色細菌）
の機能を合理的に組み合わせることにより、有機性汚水
や汚泥を処理すると同時に、クリーンエネルギーである
水素を生産し、かつ増殖菌体を有効に利用することによ
って物質生産をも可能にした斬新な有機性汚水や汚泥か
らの水素生産（発酵）法に関するものである。
各種の有機性汚濁物質を含む有機性汚水や汚泥に、特定
のメタン発酵ブロッキング剤を添加して、減圧発酵条件
下で水素生産を行ない、さらに次の光合成細菌（紅色細
菌）培養槽において、紅色細菌の機能により、低級脂肪
酸（主として酢酸）を水素に変換せしめるものである。
このように、各種の水素細菌と光合成細菌（紅色細菌）
の機能を合理的に組み合わせることにより、有機性汚水
や汚泥を処理すると同時に、クリーンエネルギーである
水素を生産し、かつ増殖菌体を有効に利用することによ
って物質生産をも可能にした斬新な有機性汚水や汚泥か
らの水素生産（発酵）法に関するものである。
【００１０】次に、本願発明の優れた機能および作用効
果を図１によって説明する。先づ、図１において、例え
ば、有機性汚水は、予めメタン発酵ブロッキング剤、例
えば四塩化炭素（ＣＣｌ4 ）、クロロフォルム（ＣＨＣ
ｌ3 ）、メチレンクロライド（例えばＣＨ2 Ｃｌ2 ）、
２−ブロモエタンスルフォン酸（ＢｒＣＨ2 ・ＣＨ2 Ｓ
Ｏ3 Ｈ）などを、１μmol ／ｌ〜５００μmol ／ｌ及び
／又はメチルビオロゲン（ Methylviologen ）、ベンジ
ルビオロゲン（ Benzylviologen ）などの抗生物質を１
μmol ／ｌ〜５０μmol ／ｌの濃度範囲で添加してから
汚水や汚泥導入管１によって減圧発酵槽２に導入され
る。減圧発酵槽２には、塔状の減圧放散塔４を設け、同
放散塔の下部末端は、減圧発酵槽内容液の液面下にまで
連通している。さらに同放散塔内は真空ポンプ５によっ
て−４００〜５，０００mmAqの減圧状態に維持される。
果を図１によって説明する。先づ、図１において、例え
ば、有機性汚水は、予めメタン発酵ブロッキング剤、例
えば四塩化炭素（ＣＣｌ4 ）、クロロフォルム（ＣＨＣ
ｌ3 ）、メチレンクロライド（例えばＣＨ2 Ｃｌ2 ）、
２−ブロモエタンスルフォン酸（ＢｒＣＨ2 ・ＣＨ2 Ｓ
Ｏ3 Ｈ）などを、１μmol ／ｌ〜５００μmol ／ｌ及び
／又はメチルビオロゲン（ Methylviologen ）、ベンジ
ルビオロゲン（ Benzylviologen ）などの抗生物質を１
μmol ／ｌ〜５０μmol ／ｌの濃度範囲で添加してから
汚水や汚泥導入管１によって減圧発酵槽２に導入され
る。減圧発酵槽２には、塔状の減圧放散塔４を設け、同
放散塔の下部末端は、減圧発酵槽内容液の液面下にまで
連通している。さらに同放散塔内は真空ポンプ５によっ
て−４００〜５，０００mmAqの減圧状態に維持される。
【００１１】この減圧条件下の放散塔に対して、減圧発
酵槽２の内容液が循環ポンプ３によって複数回循環し、
槽内容液の適度の攪拌と同時に内容液に溶存している水
素及び／又は揮発性のメタン発酵ブロッキング剤を放散
させる。この減圧放散の操作を加えることによって減圧
発酵槽内での水素発酵は高速、高効率に遅退なく行なわ
れるとともに、メタン発酵ブロッキング剤も回収され、
回収された同剤はガス移送管７によって、処理対象汚水
に吸込まれる。（放散ガスには酸素は含まれていないの
で、嫌気性発酵は全く阻害されない） また、減圧発酵槽内容液に溶存する水素を極小値とする
ために、槽内出し入れ自由の可動式バスケットにブラケ
ット状の水素吸蔵合金１９を充填し、賦活再利用する方
法も採用できる。
酵槽２の内容液が循環ポンプ３によって複数回循環し、
槽内容液の適度の攪拌と同時に内容液に溶存している水
素及び／又は揮発性のメタン発酵ブロッキング剤を放散
させる。この減圧放散の操作を加えることによって減圧
発酵槽内での水素発酵は高速、高効率に遅退なく行なわ
れるとともに、メタン発酵ブロッキング剤も回収され、
回収された同剤はガス移送管７によって、処理対象汚水
に吸込まれる。（放散ガスには酸素は含まれていないの
で、嫌気性発酵は全く阻害されない） また、減圧発酵槽内容液に溶存する水素を極小値とする
ために、槽内出し入れ自由の可動式バスケットにブラケ
ット状の水素吸蔵合金１９を充填し、賦活再利用する方
法も採用できる。
【００１２】減圧発酵槽２で可溶化された有機物をヘキ
ソーズ（ブドウ糖）で代表させ、同槽内での水素発酵の
生物反応式を示すと次の通りになる。 有機物（ヘキソーズ）からの水素生産 Ｃ6 Ｈ12Ｏ6 ＋２Ｈ2 Ｏ → ２ＣＨ3 ＣＯＯＨ＋２ＣＯ2 ＋４Ｈ2 （１） 次に、減圧発酵槽２で水素発酵を終えた所謂発酵消化液
は、式（１）で示されるように酢酸を含んでいるだけで
なく、減圧発酵で液化できない難分解性のＳＳ分を可成
り多量に含んでいる。従って、減圧発酵槽から消化液を
光合成細菌培養槽１０に移送する流出管８の中間に、通
常の重力式沈殿池あるいは遠心分離機などの固液分離装
置を設け、可及的にＳＳ分を除去してから消化液を光合
成細菌培養槽１０に導入する。光合成細菌培養槽１０は
嫌気的条件に維持されており、同槽１０には、太陽光集
光装置１１によって集光された太陽光エネルギーが、槽
内１０にセットされた光ファイバー１２に伝送され、同
槽は明・嫌気の培養条件に保持される。
ソーズ（ブドウ糖）で代表させ、同槽内での水素発酵の
生物反応式を示すと次の通りになる。 有機物（ヘキソーズ）からの水素生産 Ｃ6 Ｈ12Ｏ6 ＋２Ｈ2 Ｏ → ２ＣＨ3 ＣＯＯＨ＋２ＣＯ2 ＋４Ｈ2 （１） 次に、減圧発酵槽２で水素発酵を終えた所謂発酵消化液
は、式（１）で示されるように酢酸を含んでいるだけで
なく、減圧発酵で液化できない難分解性のＳＳ分を可成
り多量に含んでいる。従って、減圧発酵槽から消化液を
光合成細菌培養槽１０に移送する流出管８の中間に、通
常の重力式沈殿池あるいは遠心分離機などの固液分離装
置を設け、可及的にＳＳ分を除去してから消化液を光合
成細菌培養槽１０に導入する。光合成細菌培養槽１０は
嫌気的条件に維持されており、同槽１０には、太陽光集
光装置１１によって集光された太陽光エネルギーが、槽
内１０にセットされた光ファイバー１２に伝送され、同
槽は明・嫌気の培養条件に保持される。
【００１３】また、光合成細菌が必要とするＣＯ2 は、
減圧発酵槽２の減圧放散塔４から放散（引抜かれる）さ
れる発生ガスがガス移送管６によって光合成細菌培養槽
１０の底部から供給され、前記の条件のもとで生物学的
に固定されるが、供給されるＣＯ2 はガス循環管９−６
を経由して循環され、紅色細菌によって有効に利用され
る。光合成細菌培養槽１０には所謂紅色細菌が流入して
くる酢酸量に対応して濃厚に培養されており、これらは
通常、ロドシュウドモナス（ Rhodopseudomonas )、ロ
ドスピリルム（ Rhodospirillum ) 及び／又はクロマチ
ウム（ Chromatium）の混合培養体であり、これらの紅
色細菌によって、消化液中の酢酸は、次に示す生物反応
式によって水素に転換される。 ＣＨ3 ＣＯＯＨ＋２Ｈ2 Ｏ → ２ＣＯ2 ＋４Ｈ2 （２） この槽１０からの発生ガスはガス引抜管１３によって槽
外１０に取りだされ、クリーンエネルギーとして多目的
に利用される。
減圧発酵槽２の減圧放散塔４から放散（引抜かれる）さ
れる発生ガスがガス移送管６によって光合成細菌培養槽
１０の底部から供給され、前記の条件のもとで生物学的
に固定されるが、供給されるＣＯ2 はガス循環管９−６
を経由して循環され、紅色細菌によって有効に利用され
る。光合成細菌培養槽１０には所謂紅色細菌が流入して
くる酢酸量に対応して濃厚に培養されており、これらは
通常、ロドシュウドモナス（ Rhodopseudomonas )、ロ
ドスピリルム（ Rhodospirillum ) 及び／又はクロマチ
ウム（ Chromatium）の混合培養体であり、これらの紅
色細菌によって、消化液中の酢酸は、次に示す生物反応
式によって水素に転換される。 ＣＨ3 ＣＯＯＨ＋２Ｈ2 Ｏ → ２ＣＯ2 ＋４Ｈ2 （２） この槽１０からの発生ガスはガス引抜管１３によって槽
外１０に取りだされ、クリーンエネルギーとして多目的
に利用される。
【００１４】光合成細菌培養槽１０からの流出水には若
干未消化の酢酸が含まれ、そのまま外部に放流するには
問題を起こす可能性もあるので、流出管１４を経由し
て、特に限定しない通常の生物酸化装置１５に導入し、
ブロワー１６によって空気（酸素）を供給しつつ残留有
機物、すなわち微量の酢酸を生物学的に酸化分解し、全
く無害な処理水として外部の河川、湖沼あるいは海洋に
放流管１８を経由して放流される。また、前記したよう
に、光合成培養槽１０によって増殖した紅色細菌の余剰
菌体には飼料物質として有効な各種の微量成分、生理活
性物質が含まれるので、余剰菌体排出管２０によって槽
外に取りだし、飼料として、及び／又は有価物として再
資源化される。
干未消化の酢酸が含まれ、そのまま外部に放流するには
問題を起こす可能性もあるので、流出管１４を経由し
て、特に限定しない通常の生物酸化装置１５に導入し、
ブロワー１６によって空気（酸素）を供給しつつ残留有
機物、すなわち微量の酢酸を生物学的に酸化分解し、全
く無害な処理水として外部の河川、湖沼あるいは海洋に
放流管１８を経由して放流される。また、前記したよう
に、光合成培養槽１０によって増殖した紅色細菌の余剰
菌体には飼料物質として有効な各種の微量成分、生理活
性物質が含まれるので、余剰菌体排出管２０によって槽
外に取りだし、飼料として、及び／又は有価物として再
資源化される。
【００１５】
【作用】本発明の処理方法は、従来のメタン発酵法に若
干の技術的改善を加えることによって、水素生産性の嫌
気性細菌を優占種として増殖せしめ、これによってメタ
ンに代わるクリーンエネルギーである水素を大量に発生
させることを第１の特徴とし、さらに減圧発酵槽での処
理水に溶存している酢酸をも水素に変換することを第２
の特徴としており、前記の個々の処理工程はそれぞれ単
独でも水素生産の機能および目的を達成することができ
る。この新規プロセスから発生する総水素量は大量であ
り、かつ地球の温暖化の原因物質であるＣＯ2 を資源化
できるだけでなく、発生ＣＯ2 の絶対量も少ない。
干の技術的改善を加えることによって、水素生産性の嫌
気性細菌を優占種として増殖せしめ、これによってメタ
ンに代わるクリーンエネルギーである水素を大量に発生
させることを第１の特徴とし、さらに減圧発酵槽での処
理水に溶存している酢酸をも水素に変換することを第２
の特徴としており、前記の個々の処理工程はそれぞれ単
独でも水素生産の機能および目的を達成することができ
る。この新規プロセスから発生する総水素量は大量であ
り、かつ地球の温暖化の原因物質であるＣＯ2 を資源化
できるだけでなく、発生ＣＯ2 の絶対量も少ない。
【００１６】従って、本発明は、トータルプロセスとし
て、地球環境保全および改善に著しく寄与する画期的な
有機性汚水や汚泥からの水素生産法である。さらに本発
明の処理技術では紅色細菌の余剰菌体を資源化して利用
するために、所謂、従来の処理技術の厄介な汚泥処理が
軽減されるだけでなく、各種の目的に有効に利用された
有用物質は自然の生態系に調和して取り込まれ、自然界
での物質循環サイクルに抵抗なく受け入れられる。ま
た、減圧発酵槽で生産される酢酸はこれをあえて紅色細
菌によって水素に変換する必要はなく、酢酸として分離
精製し、有機合成の素材として利用することもできる。
て、地球環境保全および改善に著しく寄与する画期的な
有機性汚水や汚泥からの水素生産法である。さらに本発
明の処理技術では紅色細菌の余剰菌体を資源化して利用
するために、所謂、従来の処理技術の厄介な汚泥処理が
軽減されるだけでなく、各種の目的に有効に利用された
有用物質は自然の生態系に調和して取り込まれ、自然界
での物質循環サイクルに抵抗なく受け入れられる。ま
た、減圧発酵槽で生産される酢酸はこれをあえて紅色細
菌によって水素に変換する必要はなく、酢酸として分離
精製し、有機合成の素材として利用することもできる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれに限定されるものではない。 実施例１ 水素発酵の処理対称として、都市下水処理場から発生す
る下水汚泥を選択した。実験に使用した投入汚泥は、某
下水処理場の重力沈降濃縮した最初沈殿池汚泥と、機械
濃縮した余剰活性汚泥とを固形物重量比で２：１に混合
し、混合液の全固形物濃度がほぼ３０ｇ／ｌとなるよう
に水道水を加えて調整し、実験期間化に変質しないよう
に３〜５℃に冷蔵した。
るが、本発明はこれに限定されるものではない。 実施例１ 水素発酵の処理対称として、都市下水処理場から発生す
る下水汚泥を選択した。実験に使用した投入汚泥は、某
下水処理場の重力沈降濃縮した最初沈殿池汚泥と、機械
濃縮した余剰活性汚泥とを固形物重量比で２：１に混合
し、混合液の全固形物濃度がほぼ３０ｇ／ｌとなるよう
に水道水を加えて調整し、実験期間化に変質しないよう
に３〜５℃に冷蔵した。
【００１８】表１に投入汚泥の組成を示す。
【表１】
【００１９】水素発酵槽の容積は実際の水張り容積（有
効容積）が５リットルの円筒型発酵槽を２基製作し、こ
れを３５℃の恒温水槽にセットして中温発酵を行なっ
た。２基の発酵槽のうち、１基は対照としてメタン発酵
ブロッキング剤は添加せず、他の１基にはメタン発酵ブ
ロッキング剤として２塩化メタン（ＣＨ2 Ｃｌ2 ）を選
定し、投入汚泥に対して１０μmol ／ｌを添加した。ま
た、２基の水素発酵槽は、真空ポンプによって全槽を−
４，０００mmAqに減圧し、減圧発酵を行った。減圧発酵
槽に対する汚泥の投入量は０．３５リットル／日、従っ
て、発酵日数は両発酵槽とも概略１５日である。
効容積）が５リットルの円筒型発酵槽を２基製作し、こ
れを３５℃の恒温水槽にセットして中温発酵を行なっ
た。２基の発酵槽のうち、１基は対照としてメタン発酵
ブロッキング剤は添加せず、他の１基にはメタン発酵ブ
ロッキング剤として２塩化メタン（ＣＨ2 Ｃｌ2 ）を選
定し、投入汚泥に対して１０μmol ／ｌを添加した。ま
た、２基の水素発酵槽は、真空ポンプによって全槽を−
４，０００mmAqに減圧し、減圧発酵を行った。減圧発酵
槽に対する汚泥の投入量は０．３５リットル／日、従っ
て、発酵日数は両発酵槽とも概略１５日である。
【００２０】次に、メタン発酵ブロッキング剤を添加し
た系列においては、発酵消化液を遠心分離機を用いて
３，０００Ｇの遠心力でＳＳ分を除去し、この液を２．
５リットルの光合成細菌培養槽に導入し、ロドシュウド
モナス（ Rhodopseudomonas )、ロドスピリルム（ Rhod
ospirillum ) 及び／又はクロマチウム（ Chromatium）
が混在する培養体に連続系としてほぼ７日間の滞留時間
を与えて水素生産を行なった。処理水温３５℃、菌体濃
度は５，０００〜６，０００mg／ｌ、の範囲で変動し
た。光合成細菌に供給するＣＯ2 は減圧発酵槽からの発
生ガス、即ちＨ2 ＋ＣＯ2 ガスを使用し、炭酸ガスの利
用効率を高めるためにその一部を循環した。光合成細菌
培養槽に供給されるべき光エネルギーは、菌体濃度、菌
体量によって決定されるが、実験結果から判断して、概
略８〜１０kW／ｍ3 ・hrの範囲で設定すればよい。
た系列においては、発酵消化液を遠心分離機を用いて
３，０００Ｇの遠心力でＳＳ分を除去し、この液を２．
５リットルの光合成細菌培養槽に導入し、ロドシュウド
モナス（ Rhodopseudomonas )、ロドスピリルム（ Rhod
ospirillum ) 及び／又はクロマチウム（ Chromatium）
が混在する培養体に連続系としてほぼ７日間の滞留時間
を与えて水素生産を行なった。処理水温３５℃、菌体濃
度は５，０００〜６，０００mg／ｌ、の範囲で変動し
た。光合成細菌に供給するＣＯ2 は減圧発酵槽からの発
生ガス、即ちＨ2 ＋ＣＯ2 ガスを使用し、炭酸ガスの利
用効率を高めるためにその一部を循環した。光合成細菌
培養槽に供給されるべき光エネルギーは、菌体濃度、菌
体量によって決定されるが、実験結果から判断して、概
略８〜１０kW／ｍ3 ・hrの範囲で設定すればよい。
【００２１】また光エネルギーの表面に伝送されるべき
光エネルギーの供給速度は２５〜４０Ｗ／ｍ2 ・hrもあ
れば充分である。従って本実験でも、この範囲となるよ
うに設定した。以上の実験装置による検証実験は、運転
が定常状態になってから３ケ月間継続し、その中間過程
での１ケ月間の処理成績（平均値）を表２に示した。
光エネルギーの供給速度は２５〜４０Ｗ／ｍ2 ・hrもあ
れば充分である。従って本実験でも、この範囲となるよ
うに設定した。以上の実験装置による検証実験は、運転
が定常状態になってから３ケ月間継続し、その中間過程
での１ケ月間の処理成績（平均値）を表２に示した。
【表２】
【００２２】表２の実験結果からも明確に判るとおり、
減圧発酵を行なっても、メタン発酵ブロッキング剤を添
加しないかぎり、従来通りメタン発酵が進行し、また減
圧発酵消化液に残留する酢酸濃度（揮発性脂肪酸濃度）
は極めて低濃度であり、従って光合成細菌による水素生
産を行なわせても、その発生量は実質的に皆無に等し
い。これに対してメタン発酵ブロッキング剤を添加して
の減圧発酵では明らかに水素発酵が行なわれ、さらに減
圧発酵消化液中に多量に溶存する酢酸を光合成細菌によ
ってクリーンエネルギーとしての水素に転換することが
できる。
減圧発酵を行なっても、メタン発酵ブロッキング剤を添
加しないかぎり、従来通りメタン発酵が進行し、また減
圧発酵消化液に残留する酢酸濃度（揮発性脂肪酸濃度）
は極めて低濃度であり、従って光合成細菌による水素生
産を行なわせても、その発生量は実質的に皆無に等し
い。これに対してメタン発酵ブロッキング剤を添加して
の減圧発酵では明らかに水素発酵が行なわれ、さらに減
圧発酵消化液中に多量に溶存する酢酸を光合成細菌によ
ってクリーンエネルギーとしての水素に転換することが
できる。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、詳述したように、従来
技術とは全く別の観点からの発想による発明であり、次
のような作用効果を奏する。 （１）有機性汚水や汚泥にメタン発酵ブロッキング剤を
極めて微量添加し、減圧発酵することによって、汚濁物
質をクリーンエネルギーである水素に転換することが可
能であり、地球温暖化防止に著しく貢献することができ
る。 （２）水素資化性メタン菌、酢酸資化性メタン菌、およ
びホモ酢酸メタン菌による水素〔Ｈ2 〕および酢酸〔Ｃ
Ｈ3 ＣＯＯＨ〕からのメタン生成反応はエネルギー消費
反応であり、これを人為的に水素発酵の段階で制御する
ことは、当然ながら省エネルギー的な環境保全技術であ
ると評価できる。
技術とは全く別の観点からの発想による発明であり、次
のような作用効果を奏する。 （１）有機性汚水や汚泥にメタン発酵ブロッキング剤を
極めて微量添加し、減圧発酵することによって、汚濁物
質をクリーンエネルギーである水素に転換することが可
能であり、地球温暖化防止に著しく貢献することができ
る。 （２）水素資化性メタン菌、酢酸資化性メタン菌、およ
びホモ酢酸メタン菌による水素〔Ｈ2 〕および酢酸〔Ｃ
Ｈ3 ＣＯＯＨ〕からのメタン生成反応はエネルギー消費
反応であり、これを人為的に水素発酵の段階で制御する
ことは、当然ながら省エネルギー的な環境保全技術であ
ると評価できる。
【００２４】（３）さらに、減圧発酵消化液中に含まれ
ている低級カルボン酸、主として酢酸を明・嫌気条件下
で紅色細菌により水素に転換できるだけでなく、減圧発
酵槽からの発生ガス中に含まれているＣＯ2 を紅色細菌
培養槽に送気することにより、地球温暖化の原因物質を
有価物として固定化することも可能であり、従って、本
発明は創エネルギー的な処理技術であると同時に物質生
産可能な処理技術である。 （４）光合成微生物培養槽で増殖した所謂余剰菌体は家
畜、家きん等の飼料として、及び／又は有価物に変換す
ることができ、地域における物質循環システムを構成す
ることができる。今後は、嫌気性水素生産菌と光合成細
菌の機能を複合化した生物処理プロセスが、次世代の処
理技術の主流になるであろうことは論を俟たない。
ている低級カルボン酸、主として酢酸を明・嫌気条件下
で紅色細菌により水素に転換できるだけでなく、減圧発
酵槽からの発生ガス中に含まれているＣＯ2 を紅色細菌
培養槽に送気することにより、地球温暖化の原因物質を
有価物として固定化することも可能であり、従って、本
発明は創エネルギー的な処理技術であると同時に物質生
産可能な処理技術である。 （４）光合成微生物培養槽で増殖した所謂余剰菌体は家
畜、家きん等の飼料として、及び／又は有価物に変換す
ることができ、地域における物質循環システムを構成す
ることができる。今後は、嫌気性水素生産菌と光合成細
菌の機能を複合化した生物処理プロセスが、次世代の処
理技術の主流になるであろうことは論を俟たない。
【図１】本発明の水素生産方法の一例を示すフロー工程
図である。
図である。
１：汚水や汚泥導入管、１′：ブロッキング剤導入管、
２：減圧発酵槽、３：循環ポンプ、４：減圧放散塔、
５：真空ポンプ、６、７：ガス移送管、８、１４：流出
管、９：ガス循環管、１０：光合成細菌培養槽、１１：
太陽光集光装置、１２：光ファイバー、１３：ガス引抜
管、１５：生物酸化装置、１６：ブロワー、２１：固液
分離装置
２：減圧発酵槽、３：循環ポンプ、４：減圧放散塔、
５：真空ポンプ、６、７：ガス移送管、８、１４：流出
管、９：ガス循環管、１０：光合成細菌培養槽、１１：
太陽光集光装置、１２：光ファイバー、１３：ガス引抜
管、１５：生物酸化装置、１６：ブロワー、２１：固液
分離装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 //(Ｃ１２Ｐ 3/00 Ｃ１２Ｒ 1:01） (72)発明者 桐山 光市 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 西脇 正人 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内
Claims (5)
- 【請求項１】 有機性汚水や汚泥をメタン発酵槽で処理
するに当り、予め特定のメタン発酵ブロッキング剤を加
え、減圧発酵処理することにより水素を生産することを
特徴とする有機性汚水や汚泥からの水素生産法。 - 【請求項２】 前記減圧発酵処理の後に、ＣＯ2 の供給
条件下で紅色細菌類による明・嫌気条件の光合成細菌培
養処理することを特徴とする請求項１記載の有機性汚水
や汚泥からの水素生産法。 - 【請求項３】 減圧発酵槽と、該発酵槽内液に連通する
減圧放散塔とを有し、前記減圧発酵槽には、汚水や汚泥
導入管と排水管を有し、該汚水や汚泥導入管にはメタン
発酵ブロッキング剤の導入口を接続すると共に、該発酵
槽内容液を減圧放散塔の塔頂に循環する循環路を設け、
また、前記減圧放散塔には、真空ポンプを介したガス移
送管を設けたことを特徴とする有機性汚水や汚泥からの
水素生産装置。 - 【請求項４】 前記水素生産装置には、さらに明・嫌気
光合成細菌培養槽を有し、前記減圧発酵槽の排水管を該
光合成細菌培養槽に接続し、また、前記減圧放散塔から
のガス移送管を該培養槽底部に接続すると共に、該ガス
移送管に培養槽の排出ガス管を接続したことを特徴とす
る請求項３記載の有機性汚水や汚泥からの水素生産装
置。 - 【請求項５】 前記減圧発酵槽と光合成細菌培養槽を結
ぶ排水管には固液分離装置を設けたことを特徴とする請
求項４記載の有機性汚水や汚泥からの水素生産装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3138566A JP2511336B2 (ja) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | 有機性汚水や汚泥からの水素生産法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3138566A JP2511336B2 (ja) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | 有機性汚水や汚泥からの水素生産法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0596294A true JPH0596294A (ja) | 1993-04-20 |
| JP2511336B2 JP2511336B2 (ja) | 1996-06-26 |
Family
ID=15225140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3138566A Expired - Lifetime JP2511336B2 (ja) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | 有機性汚水や汚泥からの水素生産法及び装置 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP2511336B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1991
- 1991-05-15 JP JP3138566A patent/JP2511336B2/ja not_active Expired - Lifetime
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