JPS6154292A - 固定化微生物による二相式メタン発酵法 - Google Patents

固定化微生物による二相式メタン発酵法

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JPS6154292A
JPS6154292A JP59177169A JP17716984A JPS6154292A JP S6154292 A JPS6154292 A JP S6154292A JP 59177169 A JP59177169 A JP 59177169A JP 17716984 A JP17716984 A JP 17716984A JP S6154292 A JPS6154292 A JP S6154292A
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methane
immobilized
acid
carried out
temperature
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JP59177169A
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Shigeru Morimura
茂 森村
Makio Kishimoto
岸本 眞希男
Kenji Kida
建次 木田
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Hitachi Zosen Corp
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Hitachi Zosen Corp
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、固定化微生物による二相式メタン発酵法に
関するものである。
一般にメタン発酵法としては、メタン発酵に関与する微
生物群のうち酸生成菌とメタン生成菌を分離し、これら
をそれぞれ至適条件下に培養し、酸生成過程において酸
生成菌の働きにより有襞物を分解して低級脂肪酸を得、
メタン生成過程においてメタン生成菌の動きにより酸を
分解してメタンと二酸化炭素をiaる方法と、上記のよ
うな微生物の分離を行なわないで1つの工程で発酵を行
なう方法とがある。この明細書では前者の方法を二相式
メタン発酵法と称し、後者の方法を単相式メタン発酵法
と称することとする。そしてこの発明は前者すなわち二
相式メタン発酵法の改良に関するものである。
従来技術およびその問題点 メタン発酵は廃水処理と同時にメタンガスを回収するこ
とができるすぐれたエネルギー生産方法であり、待に単
相式メタン発酵法は、上述の点に加えて、廃棄物が少な
く、かつ運転が容易であるため、省エネルギータイプの
方法として有利である。しかし従来のメタン発酵法とり
わけ単相式メタン発酵法では、メタン生成菌の増殖速度
が遅く、また廃水の槽内滞留日数を短縮すると有1X1
Bが蓄積し、これが直接的にまたは111−1を下げる
ことから間接的にメタン生成菌の増殖を阻害することに
なるため、10日〜30日らの3i)留臼数が必要とな
った。そのためこのB記法はエネルギー生産プロセスと
しては現実的なものでなく、その改善が望まれていた。
問題点を解決するための手段 この発明は、上記のような改善要望にこたえることので
きるメタン発酵法を提供することを目的としてなされた
もので、その要旨とするところは、有機物含有廃水を酸
生成過程とこれの次のメタン生成過程よりなる二相式メ
タン発酵法で処理するに当り、各過程における微生物と
して、担体に固定化した酸生成能を有する微生物と、担
体に固定したメタンf?、 醇化を有する微生物どをそ
れぞれ用いる点にある。
酸生成過程において、種汚泥として下水処理場の中温消
化汚泥を用いる場合には、固定化微生物の培養および固
定化微生物と有(幾物○有廃水との接触を)B度20〜
45°C好ましくは35〜40℃、1)I−14,0〜
6.O好まlノ< kA 5 。
0〜5.5の条件下に行なう。
また同過程において高温消化汚泥を用いる」、(]合に
は、固定化微生物の培養J5よび固定化微生物と有機物
含有廃水との接触を温度45〜6゜’C:uまL<は5
0〜55℃、1IH4,o〜6゜0好ましくは5.0〜
5.5の条件下に行なう。
メタン生成過程において、1手汚泥として下水処理場の
中温消化汚泥を用いる」13J合には、固定化微生物の
培養d5よび固定化微生物と右u物○有廃水との接触を
温度20〜45°C好ましくは35〜40℃、I)H6
,5〜8.5好ましり(、上7.0〜8.0の条件下に
行なう。
また同過程において高温消化汚泥を用いる場合には、固
定化微生物の培符および固定化微生物とイ1礪物含有廃
水との接触を温度45〜60°C好ましくは50〜55
’C,p H6,5〜8゜5好ましくは7.0〜8.0
の条件下に行なう。
微生物の固定化は、ゲル状担体に微生物を包み込む公知
の包括法によりつぎのように行なわれる。すなわちゲル
基剤の水溶液に所定量の微生物国体を混合した後、この
混合液を冷却するかあるいはゲル化剤と接触させ、生成
したゲルを所要サイズの粒状もしくは膜状に成型する。
また、ゲル婆貿としてポリアクリルアミドを用いる場合
には、所定量の微生物菌体を含む溶液にアクリルアミド
モノマー、架橋剤、重合促進剤、重合開始剤を加えてモ
ノマーを重合させ、生成したゲルを上jホのように成型
する。ゲル基剤としては、カラギーナン、アルギン酸ソ
ーダ、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポ
リウレタンなどが用いられ、ゲル化剤としては塩化カリ
ウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウムなどが用いら
れ、架橋剤としてはN。
N′−メチレンビスアクリルアミドなどが用いられ、重
合促進剤としてはβ−ジメチルアミンプロピオニトリル
などが用いられ、重合開始剤としては過硫酸カリウムな
どが用いられる。
各過程において、固定化微生物と廃水の接P1′l!に
よる発酵は、回分発酵でも連続光重でもよい。
また発酵(Uとしては機械1斃拌型発酵槽、固定床型発
酵槽、流動床型光)IIF檜などが用いられる。
有機物含有廃水としては、都市ごみを含む廃水、下水汚
泥、バルブなどのヘドロ、アルコール烹留廃d斐などの
食品加工廃水、し尿などが用いられる。
発明の効果 この発明のメタン発酵法によれば、酸生成過程およびメ
タン生成過程における微生物どして、Jf1体に固定化
した酸生成能を有する微生物と、担体に固定化したメタ
ン生成0ヒを有する微生物とをそれぞれ用いるので、各
過程において槽内の微生物菌体温度を高めることにより
、廃水の4’、’i内i:tl留日数を大幅に短縮する
ことができる上に、固定化微生物の使用により余剰汚泥
を減少させることができる。したがってこの発明による
メタン発酵法は現実的プロセスとして極めて優れた方法
である。
実施例 つぎにこの発明の実施例を示し、この発明の効果を例証
する。
実施例1 (1)固定化微生物の調製 a) グルコース35g10.コーンスチーブリ力−5
5g/l、リン酸水素二カリウム3!J/l、リン酸二
水索カリウム2g/l、炭酸アンモニウム5o /I 
、炭酸ナトリウム3g/ρ、塩化第2鉄・6水塩1(1
/(lよりなる合成廃水を調製し、これを培地と(]て
用い、下水処j11月の中温消化汚泥を温度37°Cで
n H5,0〜5゜5で馴養し、得られた馴養汚泥10
0m/を濃縮して20m/どした。この濃縮汚泥を、)
晶磨40’Cに保温した滅菌済み4%カラギーナン水溶
液180m/と混合し、混合iffを1.5/の2%塩
化カリウム水溶液中に滴下した。こうして酸生成菌を包
括した直径約4mmのビーズ状ゲルを形成した。
ついで得られた固定シーを上記組成の培地で温度37°
CでpH5,0〜5.5で24時間培養し、増殖を行な
った。
b)  pHを7〜8にする点を除いて、上記と同じ操
作を繰返し、固定化メタン生成菌を形成し増殖させた。
(2)メタンの生成 はじめに、二相式、メタン発hイ装置の構成について説
明する。添付図面において、廃水貯槽(1)の後流側に
設置された酸生成槽(2)は、実容積2/の奢幾械攪拌
型発酵槽であって、撹拌用(3)と温度おJ:びpHの
制御表示装置(4)とを協えている。酸生成Wj(2)
の後流側に沈降槽(5)を介して設置されたメタン生成
槽(6)は、実容積11の流動床型発酵槽であって、保
温用のジャケット(7)を有する小径の流動部(8)と
、これの上に連なる菌体沈μmf用の大径の沈降部(9
)とを主体どし、流動部(8)には温度およびp l−
1の制御表示装に?(10)が設番プられ、沈降部(9
)には発生したガスを発酵液から分離さぼる同日状のガ
ス分離部材(11)が内装きれている。
上記構成において、廃水貯槽(1)に貯えられた有観物
含有売水は、ポンプ(12)ににつて酸生成41!I 
(2)に供給され、間借(2)で生成した有線酸含有液
はポンプ(13)によって沈降槽(3)に送られる。そ
して沈降!!’7 (3)の上澄液がポンプ(14)で
メタン生成槽(6)の底部に供給され、発酵液が頂部か
らオーバーフU−により流出する。また発酵液の一部は
頂部から取出されてポンプ(15)によって底部に循環
ざぜる。そして酸生成槽(2)およびメタン生成槽(6
)で発生ずるガスの含但は、それぞれ湿式ガスメータ(
1G)  (17)で測定される。
a) 上記二相式メタン発酵装置において、酸生成1e
、’t (2)に上記固定化酸生成菌と上記合成完本を
入れて総容積を11とし、攪拌下に温度37℃でpl−
15,0〜5.5で24時間回分発酵を行ない、ついで
上記合成廃水を連続供給して連続発11イに移つlこ。
b〉 またメタン生成1!1f(6)に上記固定化メタ
ン生成菌を入れ、酸生成菌(2)からの有機酸含48液
の一部を間欠的に供給して、有礪物負荷が所定値になる
ようにし、温度37℃でpH7〜8でil f−発酵を
行なった。
こう1ノて二相式メタン発酵を行ない、有機物負荷を徐
々に増していったところ、有機物負荷を最大で約17 
K9/n+ 3− 〔layまで上ケルt−とができ、
このときメタン含075%のメタン含有ガスを6.51
/l!・(I a yの発生速度で1tすることができ
た。
実施例2 (1)固定化微生物の調整 カラギーナンおよび塩化カリウム水溶液の代わりに、2
%アルギン酸ソーダおよび0.1Mjn化カルシカルシ
ウム水溶液ぞれ用いる点を除いて、実施例1と同じ操作
を繰返し、固定化酸生成菌および固定化メタン生成菌を
形成し、それぞれ増殖された。
(2)メタンの生成 実施例1と同じ操作を繰返したところ、右1;艮物負荷
を最大で約16Kg/m3 ・dayまで上げることが
でき、このときメタン合m60%のメタン含有ガスを7
.61/1・dnyの発生速度でjllることができた
実施例3 (1)固定化微生物の調製 a) 下水処理場の高温消化汚泥をアルコール蒸留廃液
で温度51°CでpH5,0〜5.5でシ11養し、1
qられた馴養汚泥ioomzに滅菌済み生理食塩水5Q
m1を加えた。アルコール蒸留廃液はフィリピン産亮糖
蜜280a//と尿素1.4g//とよりなる培地を用
いて24時間アルコール発酵(酵母サツカロマイセス・
セ1ノビエシエ3 aOcllaromyces  C
QrAV!S!aOI F00224>を行なった後、
発酵液を約4時間に煮沸してアルコールを飛散さぼるこ
とにより1qられた廃液である。この廃液のBOOは3
3000m a /lであった。
得られた酸生成菌懸濁液にアクリルアミドモノマー15
(]と]N、N−メチレンビスアクリルアミド08!J
を混合し、ざらに5%β−ジメチルアミンプロピオニト
リル2Qmlと2.5%過硫酸カリウム20m/を添加
した。ついで混合液を1qcmx i Qcmのバット
4枚にそれぞれ注入し、温度25℃で15分間放置し、
七ツマ−の重合によりポリアクリルアミドゲルを19、
このゲルを一辺約5mmの立方体に切断した。こうして
酸生成菌を固定化した。
ついで1りられた固定シーを上記アルコール蒸留廃液で
温度51℃でpl−15,0〜5.5で24時間培養し
、増殖を行なった。
b)  p)−1を7〜8にする点を除いて、上記と同
じ操作を繰返し、固定化メタン生成菌を形成し増殖させ
た。
(2)メタンの生成 合成廃水の代わりに上記アルコール蒸留廃液を用い、温
度を51°Cにする点を除いて、実施例1ど同じ操作を
繰返したところ、ili留日数2日で処1!I!R,水
のBODは1800m g/I <If+C廃水のBO
Dを33000m 9/II >*で下げることができ
、そのときBODI!II当り約0゜65/のメタンを
回収することができた。
実施例4 (1)固定化微生物の調製 a) 実施例3と同じ操作により!!jIl養汚泥10
Qm/を10た。ついで温度50℃に保温したウレタン
プレポリマー50(lの懸濁液に上記駅部汚泥100+
n/を添加し、両者をよく混合してポリウレタンゲルを
得、このゲルを一辺約5mmの立方体に切断した。こう
して酸生成菌を固定化した。
ついで19られlCC固定化合上記組成の18地で温度
51℃でpH5,0〜5.5で24時間培養し、増殖を
行なった。
b)pl−1を7〜8にする点を除いて、上記と同じ操
作を繰返し、固定化メタン生成菌を形成し増殖させた。
(2)メタンの生成 実施例3と同じ操作を繰返したところ1,1”1)留日
数4.6日で処理廃水の[30Dを約1700m(1/
/(原廃水のBODば33000+n (1/l)まで
下げることができた。
実施例5 (1)固定化微生物の調製 実施例2と同じ操作ににす、固定化酸生成菌および固定
化メタン生成菌を形成1ノ、それυれ増殖させた。
(2)メタンの生成 IN水としてペプトン0.87g//、肉エキス0.6
7す/1、尿素0.2CI/1、リン酸水素ニナトリウ
ム0. 17!II //、j34化ナトリウム50…
9/e1塩化カジカリウム20/1、硫酸マグネシウム
20m 9/1 、塩化カルシウム20m (+ //
よりなる合成廃水(BODM1000+ng/l)を用
いる点を除いて、実施例2と同じ操作を繰返したところ
、BOD負荷を最大で5Ko/m3 ・dayまで上げ
ることができ、このときメタン含ω75%のメタン含有
ガスを2.4///・dayの発止速度で1qることが
できた。
【図面の簡単な説明】
図面はこの発明の各実施例において用いた二相式光酵装
回の縦断面図である。 (2)・・・酸生成4eJ、(6)・・・メタン生成イ
:! 。 以上 外4名

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)有機物含有廃水を酸生成過程とこれの次のメタン
    生成過程よりなる二相式メタン発酵法で処理するに当り
    、各過程における微生物として、担体に固定化した酸生
    成能を有する微生物と、担体に固定したメタン発酵能を
    有する微生物とをそれぞれ用いることを特徴とする固定
    化微生物による二相式メタン発酵法。
  2. (2)酸生成過程において、温度20〜45℃、pH4
    .0〜6.0の条件下に操作を行なう特許請求の範囲第
    1項記載の方法。
  3. (3)酸生成過程において、温度35〜40℃、pH5
    .0〜5.5の条件下に操作を行なう特許請求の範囲第
    2項記載の方法。
  4. (4)酸生成過程において、温度45〜60℃、pH4
    .0〜6.0の条件下に操作を行なう特許請求の範囲第
    1項記載の方法。
  5. (5)酸生成過程において、温度50〜55℃、pH5
    .0〜5.5の条件下に操作を行なう特許請求の範囲第
    4項記載の方法。
  6. (6)メタン生成過程において、温度20〜450C、
    pH6.5〜8.5の条件下に操作を行なう特許請求の
    範囲第1項記載の方法。
  7. (7)メタン生成過程において、温度35〜40℃、p
    H7.0〜8.0の条件下に操作を行なう特許請求の範
    囲第6項記載の方法。
  8. (8)メタン生成過程において、温度45〜60℃、p
    H6.5〜8.5の条件下に操作を行なう特許請求の範
    囲第1項記載の方法。
  9. (9)メタン生成過程において、温度50〜55℃、p
    H7.0〜8.0の条件下に操作を行なう特許請求の範
    囲第8項記載の方法。
  10. (10)各過程の微生物の固定化をそれぞれ包括法によ
    り行なう特許請求の範囲第1〜9項のうちいずれか1項
    記載の方法。
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