特許 6945467 バイオガスの製造装置および製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6945467

(24)【登録日】2021年9月16日

(45)【発行日】2021年10月6日

(54)【発明の名称】バイオガスの製造装置および製造方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 11/04 20060101AFI20210927BHJP

【ＦＩ】

   C02F11/04 AZAB

【請求項の数】11

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-15810(P2018-15810)

(22)【出願日】2018年1月31日

(65)【公開番号】特開2019-130489(P2019-130489A)

(43)【公開日】2019年8月8日

【審査請求日】2020年9月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006769

【氏名又は名称】ライオン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100152272

【弁理士】

【氏名又は名称】川越 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100153763

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 広之

(72)【発明者】

【氏名】戸部 聖一

(72)【発明者】

【氏名】渡瀬 寛也

【審査官】 富永 正史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−２０３０２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１９０９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１９０９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５８７９５５５（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０３１３１７２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １１／００−１１／２０

Ｃ０２Ｆ ３／００− ３／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

油脂を含有する廃棄物を含む処理液から嫌気的発酵によりバイオガスを生成する装置であって、
前記処理液を収容する発酵槽を備え、前記発酵槽内の処理液と接触する位置に、直径０．０１〜３ｍｍの金属繊維からなり外部と通液する空隙を有する金属成形物が設けられており、
前記金属繊維の材質が、スチール、ステンレス、銅又は黄銅である、バイオガス製造装置。

【請求項2】

前記金属成形物が、スチールウール、ステンレスウール、銅ウール又は黄銅ウールである、請求項１に記載の製造装置。

【請求項3】

前記金属成形物の嵩密度が０．０１〜２．０ｇ／ｃｍ^３である、請求項１または２に記載の製造装置。

【請求項4】

前記金属成形物の空隙率が７０〜９９．９９％である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の製造装置。

【請求項5】

前記金属成形物が前記処理液の液面と接触する位置に設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造装置。

【請求項6】

前記発酵槽内の処理液を撹拌する撹拌手段をさらに備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造装置。

【請求項7】

油脂を含有する廃棄物を含む処理液から嫌気的発酵によりバイオガスを生成する方法であって、
前記処理液に、直径０．０１〜３ｍｍの金属繊維からなり外部と通液する空隙を有する金属成形物が接触した状態で嫌気的発酵を行う工程を有し、
前記金属繊維の材質が、スチール、ステンレス、銅又は黄銅である、バイオガス製造方法。

【請求項8】

前記処理液に対して前記金属成形物が０．１〜５０質量％である、請求項７に記載の製造方法。

【請求項9】

前記処理液に対して前記油脂が０．１〜１０質量％である、請求項７または８に記載の製造方法。

【請求項10】

前記金属成形物に対する前記油脂の質量比を表す油脂／金属成形物が１０／０．１〜１／１０である、請求項７〜９のいずれか一項に記載の製造方法。

【請求項11】

前記処理液が下水汚泥を含む、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バイオガスの製造装置および製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

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）や有機性廃液の処理方法として、メタン発酵が用いられる。
メタン発酵とは、嫌気条件における環境微生物群による発酵の総称である。下水汚泥や食物残渣などを密封した条件にして微生物の生育に好ましい温度で放置しておくとメタン発酵が始まり、有機分が分解する。この時、メタンと二酸化炭素が約６：４の比率となるバイオガスが生成する。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。

【0003】

食品の調製のために利用された後の廃食用油の一部は回収されて精製され、家畜の飼料やバイオディーゼル、工業用油脂などとして再利用されている。回収されたにも関わらず再利用が困難と判断された廃食用油は産業廃棄物として処分されている。また植物油脂の調製の時に生成する廃棄物または廃液中にも油脂が含まれている。
油脂の大部分は炭素と水素から構成されているため、廃棄される油脂をメタン発酵の原料として利用できれば、バイオガスの大量生成を見込める。
しかしながら、油脂を含有する廃棄物を用いたメタン発酵にあっては、中間代謝物である脂肪酸が、メタン発酵菌の作用を阻害するという特有の課題がある。

【0004】

特許文献１には、油脂系の廃棄物にメタン発酵処理を施してバイオガスを発生させる方法において、処理槽内に、導電性物質としてグラファイトフェルト、粒子径１ｍｍ以下のマグネタイト、硫化鉄、または活性炭を導入した実施例が記載されている。これらの実施例は、導電性物質を導入しなかった比較例、または導電性物質の代わりに発泡ウレタンを導入した比較例に比べて処理速度が増加したことが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６−２０３０２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし特許文献１の方法では必ずしも充分ではなく、さらなるバイオガスの生成促進が求められる。
本発明は、油脂を含有する廃棄物を含む処理液からのバイオガス生成を促進できる、バイオガスの製造装置および製造方法を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は以下の態様を有する。
［１］油脂を含有する廃棄物を含む処理液から嫌気的発酵によりバイオガスを生成する装置であって、前記処理液を収容する発酵槽を備え、前記発酵槽内の処理液と接触する位置に、金属からなり外部と通液する空隙を有する金属成形物が設けられている、バイオガス製造装置。
［２］前記金属成形物が直径０．０１〜３ｍｍの金属繊維からなる、［１］の製造装置。
［３］前記金属成形物の嵩密度が０．０１〜２．０ｇ／ｃｍ^３である、［１］または［２］の製造装置。
［４］前記金属成形物の空隙率が７０〜９９．９９％である、［１］〜［３］のいずれかの製造装置。
［５］前記金属成形物が前記処理液の液面と接触する位置に設けられている、［１］〜［４］のいずれかの製造装置。
［６］前記発酵槽内の処理液を撹拌する撹拌手段をさらに備える、［１］〜［５］のいずれかの製造装置。

【0008】

［７］油脂を含有する廃棄物を含む処理液から嫌気的発酵によりバイオガスを生成する方法であって、前記処理液に、金属からなり外部と通液する空隙を有する金属成形物が接触した状態で嫌気的発酵を行う、バイオガス製造方法。
［８］前記処理液に対して前記金属成形物が０．１〜５０質量％である、［７］の製造方法。
［９］前記処理液に対して前記油脂が０．１〜１０質量％である、［７］または［８］の製造方法。
［１０］前記金属成形物に対する前記油脂の質量比を表す油脂／金属成形物が１０／０．１〜１／１０である、［７］〜［９］のいずれかの製造方法。
［１１］前記処理液が下水汚泥を含む、［７］〜［１０］のいずれかの製造方法。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、油脂を含有する廃棄物を含む処理液からバイオガスを生成する反応を促進して、バイオガスの生成量を増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明のバイオガス製造装置の一実施形態を示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本明細書において、蒸発残留物（ＴＳ）濃度は、下水試験方法（公益社団法人日本下水道協会、２０１２年版）に記載の方法で測定される、１０５℃蒸発残留物質量の濃度である。
本明細書において、油脂の含有量はＪＩＳ Ｋ０１０１に記載のヘキサン抽出物物質の定量方法に準処する方法で測定される値である。具体的には、質量を測定した試料の油分をノルマルヘキサンによって抽出して求めることができる。
例えば試料約１ｇを計量し、ガラス製の分液ロートに入れてノルマルヘキサン１００ｍＬを添加して懸濁して油分を抽出し、ノルマルヘキサン層をろ過する。得られたろ液をるつぼに入れて８０℃で加温してノルマルヘキサンを揮発させる。るつぼの増量分より不揮発分の質量を求め、試料の質量に対する不揮発分の質量の割合を求めて油脂含有量（単位：質量％）とする。
試料の質量は、前記不揮発分の質量が５ｍｇ以上となるように適宜変更することが好ましい。

【0012】

本発明のバイオガス製造装置は、油脂を含有する廃棄物（以下、「油脂含有廃棄物」ともいう。）を含む処理液から嫌気的発酵（以下、メタン発酵ともいう。）によりバイオガスを生成する装置である。
処理液はメタン発酵に必要な成分を含む液であり、少なくとも有機物と嫌気性微生物を含む。
油脂は、植物油脂、動物油脂、鉱物油およびそれらの誘導体であり、メタン発酵の発酵温度において液状であればよい。微生物の生育を抑制しにくい点で植物油脂または動物油脂が好ましい。常温で固化しにくくて取り扱いが容易な点で植物油脂を主成分とする廃食用油がより好ましい。
植物油脂としては、亜麻仁油、エゴマ油、オリーブオイル、コーン油、ごま油、こめ油、大豆油、菜種油（キャノラ油等）、の菜種油、綿実油、べに花油、パーム油等が挙げられる。
処理液に含まれる油脂は１種でもよく、２種以上でもよい。

【0013】

油脂含有廃棄物は、油脂の含有量が３質量％以上の廃棄物である。
油脂含有廃棄物の油脂含有量は１０質量％以上が好ましく、３０質量％以上がより好ましい。１００質量％でもよい。
油脂含有廃棄物として、例えば、食品製造工場や飲食店から排出される、油脂を含む廃液または廃棄物を好ましく用いることができる。
油脂含有廃棄物の具体例としては、揚げ物食品の製造を行なった後の食品残渣（天かす等）と油脂の混合物である廃食用油、工場等から排出される油脂と水分を含む乳化物、バター、ヨーグルト、牛乳などの乳製品、ラードなどの動物脂および脂を含む肉類、乳製品および動物脂を練りこんだパンなどの食品残渣などが挙げられる。

【0014】

処理液は嫌気性微生物を含む。嫌気性微生物は、有機物から嫌気的発酵により最終的にメタン、二酸化炭素等が生成される過程に関与するものであり、加水分解菌、酸生成菌、水素生成菌、酢酸生成菌、メタン生成菌などが知られている。
加水分解菌としては、Ａｃｅｔｉｖｉｂｒｉｏ属、Ｂａｃｉｌｌｕｓ属、Ｃｅｌｌｕｌｏｍｏｎａｓ属、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属、酸生成菌、水素生成菌、酢酸生成菌としては、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ属、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属、Ｍｏｏｒｅｌｌａ属、Ｓｙｎｔｒｏｐｈｏｂａｃｔｅｒ属、メタン生成菌としては、Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ属、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｅｔａ属などが知られている。
処理液は、嫌気性細菌の菌床として、有機物をメタン発酵した発酵物を含有することが好ましい。例えば、食品残渣由来、食品工場の廃液由来、家畜糞尿由来、または下水汚泥をメタン発酵して得られる発酵物が好ましい。前記発酵物は液状の発酵物（消化液ともいう）が好ましい。

【0015】

処理液は、油脂含有廃棄物のほかに、油脂の含有量が３質量％未満である他の有機物源を含んでもよい。
他の有機物源の油脂含有量は１質量％以下が好ましく、０．５質量％以下がより好ましい。ゼロでもよい。
他の有機物源は、例えば、下水汚泥、家畜糞尿、食物製造残渣、農業残渣等の廃棄物でもよく、トウモロコシや海草等の余剰収穫物でもよい。汚泥の収集・運搬のための設備が既に構築されている点から、下水汚泥が好ましい。
下水汚泥は、下水汚泥のみのメタン発酵では発酵効率（消化率）が比較的低いが、本発明を適用して油脂含有廃棄物の存在下で下水汚泥のメタン発酵を行うことにより、消化率を向上できる点でも好ましい。

【0016】

処理液は、さらに、メタン発酵の分野で公知の添加剤を任意に含んでもよい。例えば、金属イオン、酸化酵素、可溶化微生物、界面活性剤等が挙げられる。

【0017】

図１は、本発明のバイオガス製造装置の一実施形態を示す概略構成図である。
バイオガス製造装置１は、油脂含有廃棄物貯留槽２と、汚泥貯留槽３と、処理液を収容する発酵槽４と、消化液貯留槽５と、脱硫塔６と、バイオガスタンク７とを備えている。発酵槽４内には処理液と接触する位置に金属成形物（図示略）が設けられている。
汚泥貯留槽３、金属成形物を設ける前の発酵槽４、消化液貯留槽５、脱硫塔６、およびバイオガスタンク７は、既存の下水汚泥の処理施設を利用してもよい。

【0018】

油脂含有廃棄物貯留槽２には、必要に応じて前処理された油脂含有廃棄物が貯留され、配管を介して、発酵槽４に油脂含有廃棄物を供給する。
汚泥貯留槽３には、必要に応じて前処理された下水汚泥が貯留され、配管を介して、発酵槽４に下水汚泥を供給する。
発酵槽４は温度調節手段を備え、発酵槽４内の処理液を所定の温度に保持して嫌気的発酵を行う。
発酵槽４は、発酵槽４内の処理液を撹拌する撹拌手段（図示略）を備えることが好ましい。例えば、処理液中に開口部を有するパイプを設置し、回収したバイオガスの一部を、前記パイプを介して処理液中に吹き込む方法で処理液を撹拌してもよく、発酵槽４内に撹拌翼を設置してもよい。

【0019】

発酵槽４内で、処理液の嫌気的発酵が行われるとバイオガスと消化液（消化汚泥ともいう）が生じる。
発酵槽４で生じたバイオガスは、配管を介して脱硫塔６へ送られ、硫化水素等が除去された後に、バイオガスタンク７に貯留される。
脱硫塔６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。
バイオガスタンク７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（図示略）に接続されていてもよい。
発酵槽４内で生じた消化液は、配管を介して消化液貯留槽５へ送られ、さらに必要に応じた後処理が施される。消化液の一部は排出せずに、菌床として発酵槽４内に留まるようになっている。

【0020】

発酵槽４内に設けられる金属成形物は、金属からなり外部と通液する空隙を有する成形物である。
金属成形物は、発酵槽内で嫌気的発酵が行われる際に、発酵槽内の処理液と接触するように設置される。金属成形物は処理液の液面と接触することが好ましい。また、金属成形物の全体が処理液と接触することがより好ましい。
例えば、金属成形物を、発酵槽内の処理液の液面と接触する位置に固定してもよく、処理液の液面に接触するように吊り下げてもよい。または金属成形物を、処理液中で浮遊する材質の部材と一体化して、金属成形物を処理液の液面に浮遊させてもよい。

【0021】

金属成形物の材質としては、鉄、銅、黄銅、ステンレス、銀、金、アルミニウム、マグネシウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、黄銅、カリウム、リチウム、白金、スズ、クロム、鉛、チタン、マンガン、水銀、ニクロムまたはそれらの合金が好ましい。合金としては、スチールが挙げられる。スチールは、炭素を含む合金であり、炭素含有量は０．０４〜２質量％が好ましい。
これらの中でも、材料の入手容易性、環境負荷、加工のしやすさの点から、特にスチールが好ましい。
金属成形物としては、金属繊維の成形物、貫通孔を有する金属板の成形物等が例示できる。前記貫通孔の内径は０．１〜１００ｍｍが好ましく、５〜３０ｍｍがより好ましい。
金属成形物の嵩密度は０．０１〜２．０ｇ／ｃｍ^３が好ましく、０．０６〜０．５ｇ／ｃｍ^３がより好ましく、０．１〜０．２５ｇ／ｃｍ^３がさらに好ましい。
金属成形物の空隙率は７０〜９９．９９％が好ましく、９５〜９９．９％がより好ましく、９７〜９９．５％がさらに好ましい。
金属成形物の空隙率は（単位：％）は下記式（Ｉ）で求められる値である。
空隙率＝（１−ｘ／ｙ）×１００・・・（Ｉ）
［式中、ｘは金属成形物の嵩密度（単位：ｇ／ｃｍ^３）、ｙは金属の密度（単位：ｇ／ｃｍ^３）である。］

【0022】

金属成形物は、処理液との接触面積を大きくしやすい点で金属繊維からなる成形物（以下、金属繊維成形物ともいう。）が好ましい。
金属繊維の直径は０．０１〜３ｍｍが好ましく、０．０２ｍｍ〜２ｍｍがより好ましく、０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍがさらに好ましい。直径が前記範囲の上限値以下であると単位質量あたりの表面積（比表面積）を大きくして、処理液との接触面積をより大きくできる点で好ましい。前記範囲の下限値以上であると繊維が破断し難い。
金属繊維成形物は、繊維が絡まった塊（ウール）状でもよく、メッシュ状でもよい。

【0023】

金属繊維成形物は、通液性を損なわない範囲で、金属繊維以外の材料からなる部材と一体化されていてもよい。
例えば、金属繊維以外の材料からなる芯材に金属繊維成形物を巻き付けた複合部材を発酵槽内に設置してもよく、金属製または樹脂製のフレームに金属繊維成形物を固定した構造物を発酵槽内に設置してもよい。

【0024】

または、処理液中で浮遊しやすい材料からなる芯材の周りに、金属繊維成形物を固定した複合部材とすることで、金属繊維成形物を処理液の液面に浮遊させることができる。
前記芯材の比重は１．０以下が好ましく、０．００１〜０．８がより好ましく、０．０１〜０．５がさらに好ましい。芯材の比重が前記範囲の上限値以下であると、金属繊維成形物を処理液の液面に接触させやすい。下限値以上であると、金属繊維成形物と処理液とを充分に接触させやすい。芯材の材料としては、発泡樹脂が挙げられる。
本明細書において「比重」の基準は水（４℃）である。
前記芯材と金属繊維成形物の複合部材において、金属繊維／芯材の質量比は０．０１／１〜１００／１が好ましく、０．１／１〜５０／１がより好ましく、０．３／１〜３０／１がさらに好ましい。

【0025】

次に、バイオガス製造装置１を用いたバイオガス製造方法を説明する。
消化液が残存する発酵槽４に、汚泥貯留槽３から下水汚泥を供給し、油脂含有廃棄物貯留槽２から油脂含有廃棄物を供給する。発酵槽４内の処理液は、菌床である消化液と下水汚泥と油脂含有廃棄物を含む。
発酵槽４内の処理液を所定の温度に保持し、処理液が金属成形物に接触した状態で、好ましくは処理液を撹拌しながら、処理液のメタン発酵を行う。
発酵槽４内の処理液の温度（培養温度）は、２０〜７０℃が好ましく、３０〜６０℃がより好ましく、３０〜４０℃または５０〜６０℃がさらに好ましく、３０〜４０℃であることが特に好ましい。

【0026】

発酵槽４に供給する下水汚泥の蒸発残留物（ＴＳ）濃度は、１〜２５質量％が好ましく、２〜２０質量％がより好ましく、３〜１５質量％がさらに好ましい。ＴＳ濃度が上記下限値以上であれば、発酵槽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。

【0027】

発酵槽４への油脂含有廃棄物の供給量は、発酵槽４内の処理液に対して油脂（未発酵）が０．１〜１０質量％の範囲内に維持されるように調整することが好ましい。前記油脂の含有量は０．５〜５質量％が好ましく、１〜３．５質量％がより好ましく、１〜３質量％がさらに好ましい。前記範囲の上限値以下であると発酵不良が生じ難い。下限値以上であると発酵効率に優れ、油脂の存在下で下水汚泥のメタン発酵を行う場合には、下水汚泥の消化率の向上効果に優れる。

【0028】

発酵槽４内に設置する金属成形物の量（使用量）は、処理液に対する金属成形物の割合が０．１〜５０質量％であることが好ましく、０．３〜１０質量％がより好ましく、０．８〜３．５質量％がさらに好ましく、１〜３質量％が特に好ましい。上記範囲の下限値以上であると金属成形物による発酵効率向上効果に優れ、上限値以下であると処理液の流動性が損なわれ難く、発酵不良が生じ難い。

【0029】

発酵槽４内の、金属成形物に対する、処理液中の油脂（未発酵）との質量比を表す、油脂／金属成形物は１０／０．１〜１／１０が好ましく、３／０．１〜１／３がより好ましく、１／０．１〜１／２がさらに好ましい。金属成形物の割合が前記範囲の下限値以上であると金属成形物による発酵効率向上効果に優れ、上限値以下であると金属元素に起因する発酵の抑制が生じ難い。また上限値を超えると発酵効率の向上効果が飽和しやすい。

【0030】

発酵槽４における処理液のメタン発酵は、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、発酵槽４に下水汚泥と油脂含有廃棄物を供給してメタン発酵が開始した後、処理終了時まで下水汚泥または油脂含有廃棄物の追加や、発酵槽４から消化液の排出を行わない方法である。
連続培養法は、発酵槽４に下水汚泥と油脂含有廃棄物を連続的または間欠的に供給するとともに、発酵槽４内の消化液の一部を連続的または間欠的に排出し、発酵槽４内の処理液量をほぼ一定量に保持しながら処理する方法である。

【0031】

発酵槽４で生成した消化液は、消化液貯留槽５で貯留される。消化液はそのまま排出してもよく、液肥等として用いることができる。または、消化液を好気処理し、汚泥脱水機で脱水処理してもよい。

【0032】

発酵槽４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６に送られて、これらの不純物ガスが除去される。
脱硫塔６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７に送られて貯留される。バイオガスタンク７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７に直接、接続されているバイオガス利用設備に供給されて用いられる。

【0033】

本発明のバイオガス製造方法によれば、油脂を含む処理液に金属成形物を接触させた状態でメタン発酵を行うことにより、バイオガスの生成が促進され、バイオガスの生成量を増大させることができる。
具体的に、後述の実施例に示されるように、金属成形物を設けることによって、同じ処理液から生成されるバイオガスの量を増大させることができる。また、バイオガス生成促進開始日までの期間を短縮することもできる。ガス生成促進開始日までの期間が短縮されると、処理施設の稼動効率を高めることができる。

【0034】

特に処理液の液面に油脂が浮遊している場合に、処理液の液面に金属成形物を接触させると油脂が乳化されやすく、油脂の消化率が向上しやすい。また、油脂と金属成形物とを接触させた状態で処理液を撹拌すると、油脂がより乳化されやすく、油脂の消化率がより向上しやすい。

【実施例】

【0035】

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。

【0036】

＜油脂含有廃棄物または油脂＞
・キャノラ油：日清オイリオグループ社製、油脂含有量１００質量％。
・天かす油：全国油脂事業共同組合連合会より入手した、天ぷらの製造を行なった後の天かすを含む廃食用油。油脂の含有量３５質量％。
・乳化物：食品工場のグリストラップで生成した乳化物。キャノラ油と、食肉より抽出された油脂分と、水の混合物。油脂の含有量３１質量％。

【0037】

＜金属繊維成形物（金属成形物）＞
・スチールウール（１）：日本スチールウール社製、ボンスター（登録商標）、品番：Ｂ２０１、等級：＃０（繊維中心径０．０２５ｍｍ）を裁断したもの。下記の３種を用意した。
（１−ａ）長さ４ｃｍ、幅０．５ｃｍ、厚さ０．５ｃｍ、質量０．１ｇ。
（１−ｂ）長さ４ｃｍ、幅０．９ｃｍ、厚さ０．９ｃｍ、質量０．３ｇ。
（１−ｃ）長さ４ｃｍ、幅１．６ｃｍ、厚さ１．６ｃｍ、質量１ｇ。
・スチールウール（２）：前記スチールウール（１−ａ）を長さ２ｃｍに切断して二等分したもの。１個の質量０．０５ｇ。
・スチールウール（３）：日本スチールウール社製、ボンスター（登録商標）、品番：Ｂ２０５、等級：＃１（繊維中心径０．０３５ｍｍ）を、長さ４ｃｍ、幅２ｃｍ、厚さ２ｃｍに裁断したもの。１個の質量１ｇ。
・ステンレスウール：日本スチールウール社製、品番：ＳＷ−２０２、等級：＃Ｍ中（繊維中心径０．０６ｍｍ）を裁断したもの。下記の２種を用意した。
（ａ）長さ４ｃｍ、幅０．６ｃｍ、厚さ０．６ｃｍ、質量０．１ｇ。
（ｂ）長さ４ｃｍ、幅２ｃｍ、厚さ２ｃｍ、質量１ｇ。
・銅ウール：日本スチールウール社製、繊維中心径０．０８ｍｍの銅ウールを、長さ４ｃｍ、幅１ｃｍ、厚さ１ｃｍに裁断したもの。１個の質量１ｇ。
・黄銅ウール：日本スチールウール社製、繊維中心径０．０８ｍｍの黄銅ウールを、長さ４ｃｍ、幅２．５ｃｍｍ、厚さ２．５ｃｍに裁断したもの。１個の質量１ｇ。

【0038】

上記金属繊維成形物を構成する繊維の直径（カタログ値）、成形物の嵩密度（測定値）、金属材料の密度（文献値）、前記式（Ｉ）で求めた成形物の空隙率を表１に示す。

【0039】

【表1】

【0040】

＜比較の部材＞
・鉄粉：和光純薬社製、試薬、粒径０．１２ｍｍ以下（０．１５ｍｍメッシュ通過品）。鉄粉の嵩密度（測定値）、鉄の密度（文献値）、前記式（Ｉ）で求めた鉄粉の空隙率を表１に示す。
・ポリウレタン発泡体：３Ｍ社製、スコッチブライト（登録商標）、品番キッチンスポンジを裁断したもの。長さ２ｃｍ、幅０．５ｃｍ、厚さ０．７ｃｍ、１個の質量０．０２ｇ、比重０．０３。
・導電性発泡樹脂：カーボンが練り込まれたポリエチレン発泡体、三和化工社製、ニューペルカ（登録商標）、品番ＬＣＸ−３００を裁断したもの。長さ２ｃｍ、幅０．５ｃｍ、厚さ０．７ｃｍ、１個の質量０．０２ｇ。
・ポリウレタン繊維：旭化成社製、スパンデックス（登録商標）、品番６０デニールの繊維束。長さ２ｃｍ、質量０．１ｇ。

【0041】

［実施例１］
下水汚泥の消化液（ＴＳ濃度１．０３質量％）に、下水処理場から採取した未発酵の下水汚泥（ＴＳ濃度２．２２質量％）を１０容量％となるように添加したものを汚泥含有液とした。
容量１００ｍＬの透明ガラス製のバイアル瓶（胴径：約４ｃｍ、高さ１２．８ｃｍ）にキャノラ油と汚泥含有液を表２に示す使用量（単位：ｇ）で投入し処理液とした。バイアル瓶の底面から、バイアル瓶内の処理液の液面までの高さは約３ｃｍであった。
バイアル瓶内に、スチールウール（２）を２個（合計０．１ｇ）挿入した。スチールウール（２）は長さが２ｃｍであるため処理液中に沈み、スチールウール（２）と処理液の液面との接触は無かった。

【0042】

バイアル瓶内の気体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た。具体的には、１時間保温した直後にシリンジの針をゴム栓に刺し、バイアル瓶内の気体（窒素）の膨張した分をシリンジ内に移行させた。シリンジのピストンの移動が停止した後にシリンジの針を抜くことによって、膨張した窒素を排出した。
その後、温度を３７℃に保ち、振とう幅４ｃｍ、振とう数１２０回／分で振とう（撹拌）を続けた。振とう開始の時点を処理開始とする。処理開始から４日または５日おきに、シリンジの針をゴム栓に刺し、ピストンの移動が停止するまでバイアル瓶内からシリンジに気体（バイオガス）を移行させた。ピストンの移動量に相当する体積を、４日間または５日間のバイオガス生成量（単位：ｍＬ）として測定した。
処理開始からの処理日数（単位：日）を横軸、処理開始からのバイオガス生成量積算値（単位：ｍＬ）を縦軸とするグラフを作成した。後述の比較例２についての同様のグラフを基準とする。バイオガス生成量積算値が基準よりも２０ｍＬ以上多い値に達した処理日数を、バイオガス生成促進開始日とする。また、処理開始から７５日間のバイオガス生成量積算値を、バイオガス総量（７５日間）とする。結果を表に示す（以下、同様）。

【0043】

［実施例２〜４］
実施例１において、金属成形物をスチールウール（１）に変更し、長さ方向が略垂直方向となるようにバイアル瓶内に挿入した。また、スチールウール（１）は、（１−ａ）〜（１−ｃ）のうち表２に示す質量のものを用いた。そのほかは実施例１と同様である。
スチールウール（１）は長さが４ｃｍであるため、静置したときに上端が処理液の液面より上方に位置し、スチールウール（１）と処理液の液面とは接触した。振とう中はスチールウール（１）全体が処理液と接触した。

【0044】

［実施例５〜９］
実施例１において、金属成形物の種類と使用量を表２に示すとおりに変更し、金属成形物の長さ方向が略垂直方向となるようにバイアル瓶内に挿入した。ステンレスウールは（ａ）または（ｂ）のうち表２に示す質量のものを用いた。そのほかは実施例１と同様である。いずれの例においても、静置したときに金属成形物の上端は処理液の液面より上方に位置し、金属成形物と処理液の液面とは接触した。振とう中は金属成形物全体が処理液と接触した。

【0045】

［実施例１０］
前記比較の部材であるポリウレタン発泡体を、長さ２ｃｍ、幅０．５ｃｍ、厚さ０．５ｃｍ、質量０．０１３ｇに切断したものを芯材とし、前記スチールウール（２）をシート状に変形させたものを前記芯材に巻き付けて複合部材（１）を作製した。複合部材の長さは２ｃｍ、金属繊維／芯材の質量比は３．８／１である。
実施例１において、スチールウール（２）を２個の代わりに、前記複合部材の２個をバイアル瓶内に挿入した。その他は実施例１と同様である。複合部材は処理液中で浮遊して液面と接触した。

【0046】

［実施例１１］
実施例２において、キャノラ油の使用量を表２に示すとおりに変更した。そのほかは実施例２と同様である。
［実施例１２］
実施例４において、キャノラ油１ｇを天かす１ｇに変更した。そのほかは実施例４と同様である。
［実施例１３］
実施例４において、キャノラ油１ｇを乳化物３ｇに変更した。そのほかは実施例４と同様である。

【0047】

［比較例１］
本例は、油脂含有廃棄物、および金属成形物のいずれも使用しない比較例である。
バイアル瓶に汚泥含有液３０ｇのみを入れた。そのほかは実施例１と同様である。
［比較例２］
本例は、金属成形物を使用しない比較例である。そのほかは実施例１と同様である。

【0048】

［比較例３〜６］
実施例１において、金属成形物を使用せず、その代わりに比較の部材を表３に示す使用量で用いた。そのほかは実施例１と同様である。
比較例３では、金属成形物を使用せず、鉄粉を用いた。
比較例４〜６の部材は処理液中で浮遊し液面と接触した。

【0049】

［比較例７］
本例は、実施例１２において金属成形物を使用しない比較例である。そのほかは実施例１２と同様である。
［比較例８］
本例は、実施例１３において金属成形物を使用しない比較例である。そのほかは実施例１３と同様である。

【0050】

【表2】

【0051】

【表3】

【0052】

表２、３の結果に示されるように、金属成形物を使用した実施例１〜１３は、バイオガス生成促進開始日が１０日〜７５日の間であり、比較例２よりもバイオガスの生成反応が促進されたことがわかる。比較例４〜６は、比較例２のバイオガス生成量積算値との差が小さくバイオガス生成促進開始日は存在しなかった。
処理液の組成が同じである実施例１〜１０と比較例２とを比べると、金属成形物を使用することにより、バイオガス総量（７５日間）が格段に増加した。
実施例３と比較例３を比べると、鉄粉を用いた比較例３よりも、スチールウール（１）を用いた実施例３の方が、バイオガス生成促進開始日が格段に早く、バイオガス総量（７５日間）が大幅に向上した。

【0053】

実施例４のバイオガス生成促進開始日である１２日目に、実施例４、１２、１３、および比較例２、７、８のバイアル瓶内の処理液を目視で観察したところ、比較例２、７、８では油分が塊状で存在していた。一方、実施例４、１２、１３では油分は分散しており塊は観察されなかった。
また、処理開始から１２日後に比較例３のバイアル瓶内の処理液を目視で観察したところ、油分が塊状で存在していた。
また、処理開始から７５日後に比較例４〜６のバイアル瓶内の処理液を目視で観察したところ、比較の部材に油分が吸着していた。

【0054】

［実施例１４］
本例では、連続して処理を行った。
実施例３において、処理開始から７５日目に、バイアル瓶内の処理液にキャノラ油１ｇを追加添加し、さらに同じ条件で保温および振とうを行なった。キャノラ油１ｇを追加添加してから７５日間のバイオガス総量は１０４５ｍＬであった。
油脂を追加して連続処理を行う場合にも、金属成形物を用いることによるバイオガスの生成促進効果が得られることが確認された。

【符号の説明】

【0055】

１ バイオガス製造装置
２ 油脂含有廃棄物貯留槽
３ 汚泥貯留槽
４ 発酵槽
５ 消化液貯留槽
６ 脱硫塔
７ バイオガスタンク

【図1】