JP6696776B2 - 発酵装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、発酵装置及び発酵方法に関し、特に液中の微生物によって有機物の発酵生成及び発酵分解等の発酵処理を行なう装置及び方法に関する。

特許文献１には、バイオマスからエタノール等を発酵生成して取り出すシステムが開示されている。取り出した後の残液を排水リサイクル処理し、その水をエタノール発酵の前液として使用している。ｐＨが範囲外であった場合は、酸やアルカリの中和剤によってｐＨを調整することが記載されている。

特開２００４−１２１０５５号公報

前掲特許文献では必要に応じて中和剤を投入しているが、投入した中和剤は本処理では除去できないことが多く、中和剤が系内に蓄積し、培養その他に悪影響を及ぼすおそれがある。
本発明は、上記事情に鑑み、発酵装置において、中和剤の所要量を減らし、ひいては中和剤が系内に蓄積されるのを抑制又は防止することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明装置は、液中の微生物によって有機物を発酵処理する発酵装置において、
培養液中の微生物によって有価有機物を発酵生成する少なくとも１つの主発酵槽を含む生成手段と、
前記生成手段から取り出した培養液から前記有価有機物を抽出する抽出手段と、
前記抽出後の液中の残留有機物を微生物によって発酵分解する分解手段と、
前記主発酵槽における前記培養液のｐＨを測定する測定手段と、
前記抽出手段から前記分解手段の出口部までにおける１又は複数箇所から液の一部を前記主発酵槽へ送る送液手段と、
前記ｐＨの測定値に基づいて、前記送液手段の送液流量を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする。
本発明方法は、液中の微生物によって有機物を発酵処理する発酵方法において、
培養液中の微生物によって有価有機物を発酵生成する生成工程と、
前記生成工程後の培養液から前記有価有機物を抽出する抽出工程と、
前記抽出工程後の液中の残留有機物を微生物によって発酵分解する分解工程と、
前記生成工程における前記培養液のｐＨを測定する測定工程と、
前記抽出工程から前記分解工程後までにおける１又は複数時点の液の一部を前記生成工程へ送る送液工程と、
前記ｐＨの測定値に基づいて、前記送液工程の送液流量を制御する制御工程と
を備えたことを特徴とする。

通常、抽出後の液や、分解中ないしは分解後の液のｐＨは、生成手段（生成工程）における培養液のｐＨと異なる。これらｐＨの異なる液を、中和剤の代わりに培養液に混ぜることによって、培養液のｐＨを調節できる。これによって、中和剤の添加量を少なくでき、或いは中和剤添加を不要にできる。したがって、系内に中和剤が蓄積されるのを抑制又は防止できる。加えて、培養液のリサイクル率を高めることができ、培養液の原液の供給流量を減らすことができる。

前記送液手段が、前記抽出手段の出口部、並びに前記分解手段の入口部、中途部、及び出口部のうち１又は複数箇所に接続されていることが好ましい。
前記抽出工程後かつ前記分解工程前、並びに前記分解工程の途中及び後のうち１又は複数時点の液の一部を、前記ｐＨの測定値に基づいて流量制御しながら前記生成工程へ送ることが好ましい。
これによって、培養液のｐＨが所望の値になるよう調節できる。

前記分解手段が、前記抽出手段に接続された酸発酵槽と、前記酸発酵槽の下流側に設けられたメタン発酵槽とを含むことが好ましい。前記送液手段が、前記酸発酵槽と前記メタン発酵槽との間と、前記メタン発酵槽の出口部とのうち少なくとも一箇所に接続されていることが好ましい。
前記分解工程が、前記抽出工程後の液を酸発酵させる酸発酵工程と、前記酸発酵工程後の液をメタン発酵させるメタン発酵工程とを含むことが好ましい。前記酸発酵工程後かつ前記メタン発酵工程前、及び前記メタン発酵工程後のうち１つ又は両方の時点の液の一部を、前記ｐＨの測定値に基づいて流量制御しながら前記生成工程へ送ることが好ましい。
これによって、培養液のｐＨが確実に所望の値になるよう調節できる。

前記分解手段が還流路を含み、前記還流路の上流端が、前記メタン発酵槽の出口部に接続され、かつ前記還流路の下流端が、前記酸発酵槽の入口部に接続されていることが好ましい。
前記培養方法が、前記メタン発酵後の液の他の一部を前記酸発酵前の液に混合する還流工程を、更に備えていることが好ましい。
メタン発酵後の液は、酸発酵前の液よりもｐＨが高い。この高ｐＨ液を酸発酵槽に戻すことによって、酸発酵槽（酸発酵工程中の液）のｐＨが必要以上に低くなるのを抑えることができる。これによって、酸発酵槽（酸発酵工程中の液）に中和剤を別途投入しなくても、良好な酸発酵を行わせることができる。別途の中和剤が不要であるから、それが蓄積されることもない。

前記発酵方法が、前記培養液の原液を前記主発酵槽へ供給する供給工程を、更に備え、
前記制御工程においては、前記ｐＨの測定値に基づいて、前記送液流量及び前記原液の供給流量を制御することが好ましい。
これによって、主発酵槽（生成工程）の培養液のｐＨを所望になるよう制御できるだけでなく、主発酵槽（生成工程）への液供給流量を一定に保持することができる。ひいては、系の液流路を流れる液流量を一定に保つことができる。

前記発酵方法が、前記生成工程の培養液に中和剤を添加する添加工程と
前記抽出工程後かつ前記分解工程前の液から固形物を分離して排出する分離排出工程と、
を更に備え、
前記分解工程が、嫌気処理工程と、前記嫌気処理工程後の好気処理工程とを含み、
前記中和剤の添加量を、前記分離排出工程において排出される排出物中の前記中和剤の量と、前記好気処理工程に入る液中の前記中和剤の量との和と一致させることが好ましい。
これによって、中和剤が系内に蓄積されるのを一層確実に防止できる。前記好気処理工程に入る液中に前記中和剤由来のアンモニア等が含まれていたとしても、好気処理によってこれを分解することができる。

本発明によれば、中和剤の所要量を減らすことができる。ひいては、中和剤が系内に蓄積されるのを抑制又は防止できる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る発酵装置の概略構成を示す回路図である。 図２は、本発明の第２実施形態に係る発酵装置の概略構成を示す回路図である。 図３は、本発明の第３実施形態に係る発酵装置の概略構成を示す回路図である。 図４は、本発明の第４実施形態に係る発酵装置の概略構成を示す回路図である。 図５は、本発明の第５実施形態に係る発酵装置の概略構成を示す回路図である。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る発酵装置１を示したものである。発酵装置１は、原液供給手段２と、生成手段１０と、抽出手段２０と、固液分離手段３０と、分解手段４０と、これらを繋ぐ液流路９とを備えている。液流路９の流れ方向に沿って、原液供給手段２、生成手段１０、抽出手段２０、固液分離手段３０、分解手段４０の順に配置されている。液流路９は、隣り合う２つの手段２，１０，２０，３０，４０間の液路９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ、並びに分解手段４０の内部及び下流側の液路９ｅ，９ｆ，９ｇを含む。
図示は省略するが、各液路９ａ〜９ｇには送液ポンプが設けられている。

原液供給手段２には、培養原液９０が蓄えられている。培養原液９０の殆どは、水（Ｈ_２Ｏ）である。これにビタミンやリン酸等の栄養素が溶解されている。培養原液９０は、酸性である。
原液供給手段２と生成手段１０とが、原液供給路９ａによって接続されている。

生成手段１０は、少なくとも１つの主発酵槽１１を含む。主発酵槽１１には、原液供給手段２からの培養原液９０が培養液９１となって溜められている。培養液９１中で本発酵用嫌気性微生物が培養されている。

詳細な図示は省略するが、主発酵槽１１には、基質が供給される。基質は、有機物か無機物かを問わず、嫌気性微生物のエネルギー源になる物質であればよい。本発酵用嫌気性微生物は、基質からエタノールや酢酸等の有機物を発酵生成する。

培養液９１の組成は、培養原液９０の組成と同じではなく、本発酵用嫌気性微生物の代謝によって消費される成分や、生産される成分（前記エタノールその他の発酵生成物等）が含まれている。培養液９１は、培養原液９０よりも弱い酸性である。

主発酵槽１１には中和剤添加手段６０が付設されている。中和剤添加手段６０は、中和剤源６１と、添加路６２を含む。中和剤源６１には、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、アンモニア（ＮＨ_３）等のアルカリ性の中和剤が蓄えられている。中和剤源６１からの添加路６２が、主発酵槽１１に接続されている。

生成手段１０と抽出手段２０が、培養液送出路９ｂによって接続されている。
抽出手段２０は、１又は複数段の蒸留塔２１を含む。最終段の蒸留塔２１からの留出蒸気路２２が、精製装置（図示省略）へ延びている。また、缶出液出口２３からの抽出残液路９ｃが、固液分離手段３０へ延びている。

固液分離手段３０は、例えばフィルター脱水機３１を含む。フィルター脱水機３１から固形物排出路３４が系外へ延びている。
固液分離手段３０の液出口と分解手段４０とが、分離済液路９ｄによって接続されている。

分解手段４０は、嫌気処理部４１と、好気処理部４４（後処理部）を備えている。嫌気処理部４１は、酸発酵槽４２と、メタン発酵槽４３を含む。分離済液路９ｄの下流端が酸発酵槽４２に接続されている。酸発酵槽４２（副発酵槽）には、固形物分離後の液９３（酸発酵対象液）が溜められている。酸発酵槽４２内の酸発酵対象液９３において、酸発酵菌が培養されている。

分解手段４０における酸発酵槽４２の下流側に、酸発酵済液路９ｅを介してメタン発酵槽４３が接続されている。メタン発酵槽４３（副発酵槽）には、酸発酵処理後の液９４（メタン発酵対象液）が溜められている。メタン発酵槽４３内の液９４において、メタン発酵菌が培養されている。

分解手段４０におけるメタン発酵槽４３の下流側には、好気処理部４４が設けられている。メタン発酵槽４３と好気処理部４４とがメタン発酵済液路９ｆによって接続されている。

液流路９におけるｐＨは、培養原液９０において最も低く、培養液９１、抽出残液９２、酸発酵処理後の液９４、メタン発酵処理後の液９５の順に高くなっている。

発酵装置１は、ｐＨ調節手段５０を更に備えている。ｐＨ調節手段５０は、送液手段５１と、ｐＨ測定器５５（ｐＨ測定手段）と、コントローラ５９（制御手段）を含む。送液手段５１は、送液路５２と、送液ポンプ５３を有している。送液路５２の上流端は、メタン発酵済液路９ｆ（分解手段４０の中途部）に接続されている。すなわち、送液手段５１が、抽出手段２０から分解手段４０の出口部までにおける一箇所に接続されている。メタン発酵処理後の液９５の一部９５ｂが、送液路５２へ分流可能になっている。送液路５２の中途部に送液ポンプ５３が設けられている。送液路５２の下流端は、原液供給路９ａに接続され、ひいては主発酵槽１１に接続されている。

主発酵槽１１にｐＨ測定器５５が接続されている。ｐＨ測定器５５によって、培養液９１のｐＨ値が測定される。ｐＨ測定器５５の出力信号線がコントローラ５９に接続されている。コントローラ５９の制御信号線が送液ポンプ５３に接続されている。コントローラ５９は、マイクロコンピュータや、送液ポンプ５３の駆動回路を含む。

発酵装置１は、次のように動作する。
＜供給工程＞
原液供給手段２から培養原液９０を主発酵槽１１へ供給する。この原液９０が、主発酵槽１１内の培養液９１に注ぎ足される。

＜生成工程（培養工程）＞
主発酵槽１１の培養液９１において、本発酵用嫌気性微生物を培養する。本発酵用嫌気性微生物は、エタノール（Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ）等の有価有機物を発酵生成する。副産物として、酢酸等の酸性有機化合物も生成される。したがって、培養液９１のｐＨは低くなる傾向がある。

＜添加工程＞
この培養液９１に中和剤添加手段６０から適量の中和剤を添加する。これによって、培養液９１のｐＨが必要以上に低下するのを防止でき、本発酵用嫌気性微生物の発酵活動を促進できる。

主発酵槽１１内の培養液９１の一部を培養液送出路９ｂへ取り出し、蒸留塔２１へ送る。
＜抽出工程＞
蒸留塔２１においては、培養液９１を蒸留することでエタノール（有価有機物）を抽出する。抽出したエタノールを留出蒸気路２２から取り出し、更に精製して種々の利用に供する。

抽出後の残液９２は、前記本発酵用嫌気性微生物の屍骸等のバイオマス、その他の残留有機物（ＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand）成分）を含む。この抽出後残液９２を抽出残液路９ｃによってフィルター脱水機３１へ送る。

＜分離排出工程＞
フィルター脱水機３１においては、抽出残液９２を圧搾して固液分離する。固形物は、脱水ケーキ状態となって固形物排出路３４から系外へ排出される。固形物を含む排出物には、前記中和剤の一部が混じっている。
固形物分離後の液９３を、分離済液路９ｄによって分解手段４０へ送る。

＜分解工程＞
分解手段４０では、嫌気処理部４１において嫌気処理工程を行ない、その後、好気処理部４４において好気処理工程を行なう。嫌気処理工程としては、先ず酸発酵槽４２において酸発酵工程を行ない、次に、メタン発酵槽４３においてメタン発酵工程を行なう。

＜嫌気処理工程〜酸発酵工程＞
酸発酵槽４２では、酸発酵菌の酸発酵によって液９３中の残留有機物を分解する。このとき、酸が生成されるため、酸発酵槽４２のｐＨは、メタン発酵槽４３よりも低い。
酸発酵処理後の液９４を、酸発酵済液路９ｅによってメタン発酵槽４３へ送る。

＜嫌気処理工程〜メタン発酵工程＞
メタン発酵槽４３では、メタン発酵菌のメタン発酵によって液９４中の残留有機物を分解する。このとき、炭酸ガスやメタンが生成されるために、メタン発酵槽４３のｐＨは比較的高い。
酸発酵処理及びメタン発酵処理によってＣＯＤを低下させることができる。メタン発酵処理後の液９５のうち後記還流液９５ｂを除く液９５ａを、メタン発酵済液路９ｆによって好気処理部４４へ送る。

＜好気処理工程＞
好気処理部４４では、好気性微生物によって液９５ａ中の有機物を好気的に分解処理する。これによって、ＣＯＤを環境放出基準まで低下させることができる。液９５ａ中に中和剤添加手段６０からの中和剤由来のアンモニアが含まれていたとしても、好気処理によってこれを分解することができる。
＜液放出工程＞
好気処理後の廃液９６が、廃液路９ｇによって系外に下水として放出される。廃液９６には、前記中和剤の一部が混じっている。これによって、前記分離排出工程における中和剤排出及び好気処理による分解等と相俟って、中和剤が発酵装置１の系内に蓄積されるのを防止できる。

＜添加量設定工程＞
好ましくは、固形物排出路３４からの排出物中の中和剤の流量Ｑ_３４と、好気処理部４４に入る液９５ａ中の中和剤の流量Ｑ_９５ａとの和が、中和剤添加手段６０の中和剤添加流量Ｑ_６０とほぼ等しくなるように設定する。
Ｑ_３４＋Ｑ_９５ａ≒Ｑ_６０ （式１）
これによって、発酵装置１内における中和剤量を平衡に維持することができる。また、添加流量Ｑ_６０を一定に保持でき、主発酵槽１１のｐＨ値を中和剤添加手段６０にフィードバックする必要が無い。

さらに、ｐＨ調節手段５０によって主発酵槽１１のｐＨを調節する。
＜測定工程＞
詳しくは、ｐＨ測定器５５によって主発酵槽１１のｐＨを測定する。測定結果をコントローラ５９に入力する。
＜制御工程＞
コントローラ５９は、ｐＨ測定器５５のｐＨ測定値に基づいて送液ポンプ５３の出力を制御する。
＜送液工程＞
送液ポンプ５３の駆動によって、メタン発酵処理後の液９５の一部（還流液９５ｂ）が送液路５２へ分流される。さらに、送液ポンプ５３の出力調節によって、還流液９５ｂの流量が制御される。還流液９５ｂは、原液供給路９ａにおいて原液供給手段２からの培養原液９０と合流して、培養原液９０と共に主発酵槽１１へ供給される。

ここで、還流液９５ｂのｐＨは、主発酵槽１１の培養液９１のｐＨよりも高い。また、培養原液９０のｐＨは、還流液９５ｂのｐＨよりも低く、更には培養液９１のｐＨよりも低い。したがって、還流液９５ｂの流量を増減させることによって、培養液９１のｐＨを所望の値になるように調節できる。つまり、主発酵槽１１のｐＨを、主発酵槽１１よりも後段の液流路９の液を用いて調節することができる。これによって、培養液９１内の発酵性微生物によるエタノールの発酵生成を良好かつ安定的に行なうことができる。
しかも、還流液９５ｂが中和剤の代わりになるから、中和剤添加手段６０からの中和剤の供給流量Ｑ_６０を十分に小さくできる。したがって、発酵装置１内に中和剤が蓄積されるのを一層確実に抑制又は防止することができる。
更には、液９５ｂを主発酵槽１１へ戻すことによって培養液９１のリサイクル率を高めることができる。したがって、培養原液９０の供給流量を減らすことができる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において、既述の実施形態と重複する内容に関しては、図面に同一符号を付して説明を簡略化する。
［第２実施形態］
図２は、本発明の第２実施形態を示したものである。
発酵装置１Ｂにおいては、生成手段１０が複数（図では２つ）の主発酵槽１１，１１を含む。これら主発酵槽１１，１１は、互いに並列に配置されている。原液供給路９ａが複数に分岐して、各主発酵槽１１に接続されている。各主発酵槽１１に添加路６２が接続されている。各主発酵槽１１から培養液送出路９ｂが引き出されている。これら培養液送出路９ｂ，９ｂが互いに合流して、抽出手段２０に接続されている。

送液手段５１の送液路５２は、共通路部分５２ａと、複数の個別路部分５２ｂ，５２ｂとを有している。共通路部分５２ａが、メタン発酵済液路９ｆから分岐して延びている。共通路部分５２ａから複数の個別路部分５２ｂ，５２ｂが分岐されている。各個別路部分５２ｂに送液ポンプ５３が設けられている。個別路部分５２ｂは、主発酵槽１１と一対一に対応している。各個別路部分５２ｂが、対応する原液供給路９ａを介して、対応する主発酵槽１１に接続されている。

各主発酵槽１１にｐＨ測定器５５が設けられている。これらｐＨ測定器５５の出力信号線が、１つのコントローラ５９に接続されている。コントローラ５９の複数の制御信号線が、それぞれ対応する個別路部分５２ｂの送液ポンプ５３に接続されている。

発酵装置１Ｂによれば、主発酵槽１１ごとに、培養液９１のｐＨを測定し、その測定値に応じて、対応する送液ポンプ５３の出力を操作する。ひいては、対応する個別路部分５２ｂにおける還流液９５ｂの流量を調節する。これによって、各主発酵槽１１のｐＨを所望の値になるように制御できる。

［第３実施形態］
図３は、本発明の第３実施形態を示したものである。
発酵装置１Ｃにおいては、コントローラ５９の制御信号線が、送液ポンプ５３だけではなく、原液供給路９ａの原液供給ポンプ２Ｐにも接続されている。（なお、他の実施形態（図１〜２，４〜５）においても、原液供給ポンプ２Ｐは存在するが、その図示が省略されている。）

発酵装置１Ｃによれば、コントローラ５９によって送液ポンプ５３の出力及び原液供給ポンプ２Ｐの出力を互いに調節する。したがって、還流液９５ｂの流量と、培養原液９０の流量とをそれぞれ調節でき、更にはこれら液９５ｂ，９０の流量比を互いに調節でき、ひいては混合後のｐＨを調節することができる。これによって、主発酵槽１１のｐＨを一層確実に所望になるように制御できる。しかも、液９５ｂ，９０の合計流量を一定に維持することで、主発酵槽１１への液供給流量を一定に保持することができる。この結果、液流路９（９ｂ〜９ｆ）を流れる液流量を一定に保つことができる。

［第４実施形態］
図４に示すように、送液手段５１の上流端は、抽出手段２０から分離手段４０までの液流路９（９ｃ〜９ｆ）の一箇所だけでなく、複数箇所に接続されていてもよい。抽出工程から分解工程までにおける複数時点の液９２〜９５の一部を主発酵槽１１に戻してもよい。

図４に示す第４実施形態の発酵装置１Ｄにおいては、送液手段５１が、２つ（複数）の送液路５２ｄ，５２ｆを含む。送液路５２ｄは、分離済液路９ｄから分岐されている。すなわち、送液路５２ｄの上流端が、固液分離手段３０と分解手段４０との間（ないしは分解手段４０の入口部）に接続されている。送液路５２ｆは、第１実施形態の送液路５２と同じく、メタン発酵済液路９ｆから分岐されることで、メタン発酵槽４３の出口部（分解手段４０の中途部）に接続されている。

各送液路５２ｄ，５２ｆに送液ポンプ５３が設けられている。コントローラ５９の制御信号線が、各送液ポンプ５３に接続されている。コントローラ５９によって、２つ（複数）の送液ポンプ５３が出力制御される。

送液路５２ｄ，５２ｆは、送液ポンプ５３よりも下流側において互いに合流して、共通路５２ｃとなっている。共通路５２ｃが、原液供給路９ａに接続され、ひいては主発酵槽１１に接続されている。

発酵装置１Ｄによれば、固液分離後（抽出工程後かつ分解工程前）の液９３の一部（還流液９３ｂ）を送液路５２ｄへ分流させるとともに、メタン発酵処理後の液９５の一部（還流液９５ｂ）を送液路５２ｆへ分流させることができる。還流液９５ｂのｐＨは、還流液９３ｂのｐＨよりも高い。更に、コントローラ５９が、ｐＨ測定器５５による主発酵槽１１のｐＨ測定値に基づいて、各送液路５２ｄ，５２ｆの送液ポンプ５３の出力を調節する。これによって、還流液９３ｂ，９５ｂの流量をそれぞれ調節でき、更にはこれら還流液９３ｂ，９５ｂの流量比を互いに調節でき、ひいては混合後のｐＨを調節することができる。還流液９３ｂ，９５ｂは、共通路５２ｃにおいて互いに合流し、更に原液供給路９ａにおいて培養原液９０と合流して、主発酵槽１１に導入される。これによって、主発酵槽１１のｐＨを所望の値になるように制御できる。

［第５実施形態］
図５は、本発明の第５実施形態を示したものである。
発酵装置１Ｅにおいては、送液手段５１が、２つ（複数）の送液路５２ｅ，５２ｆを含む。送液路５２ｅは、酸発酵済液路９ｅから分岐されている。送液路５２ｅの上流端が、酸発酵槽４２とメタン発酵槽４３との間（ないしは酸発酵槽４２の出口部）に接続されている。送液路５２ｆは、第１実施形態の送液路５２と同じく、メタン発酵済液路９ｆから分岐されることで、メタン発酵槽４３の出口部に接続されている。

各送液路５２ｅ，５２ｆに送液ポンプ５３が設けられている。コントローラ５９の制御信号線が、各送液ポンプ５３に接続されている。コントローラ５９によって、２つ（複数）の送液ポンプ５３が出力制御される。

送液路５２ｅ，５２ｆは、送液ポンプ５３よりも下流側において互いに合流して、共通路５２ｃとなっている。共通路５２ｃが、原液供給路９ａに接続され、ひいては主発酵槽１１に接続されている。

発酵装置１Ｅの分解手段４０には、還流路４５が設けられている。還流路４５の上流端は、メタン発酵済液路９ｆに接続され、ひいてはメタン発酵槽４３の出口部に接続されている。還流路４５の下流端は、分離済液路９ｄに接続され、ひいては酸発酵槽４２の入口部（分解手段４０の入口部）に接続されている。

発酵装置１Ｅによれば、酸発酵処理後の液９４の一部（還流液９４ｂ）を送液路５２ｅへ分流させるとともに、メタン発酵処理後の液９５の一部（還流液９５ｂ）を送液路５２ｆへ分流させることができる。還流液９５ｂのｐＨは、還流液９４ｂのｐＨよりも高い。更に、コントローラ５９が、ｐＨ測定器５５による主発酵槽１１のｐＨ測定値に基づいて、各送液路５２ｅ，５２ｆの送液ポンプ５３の出力を調節する。これによって、還流液９４ｂ，９５ｂの流量をそれぞれ調節でき、更にはこれら還流液９４ｂ，９５ｂの流量比を互いに調節でき、ひいては混合後のｐＨを調節することができる。還流液９４ｂ，９５ｂは、共通路５２ｃにおいて互いに合流し、更に原液供給路９ａにおいて培養原液９０と合流して、主発酵槽１１に導入される。これによって、主発酵槽１１のｐＨを所望の値になるように制御できる。

さらに、発酵装置１Ｅによれば、メタン発酵処理後の液９５の他の一部（他の還流液９５ｄ）を還流路４５へ分流させる。この還流液９５ｄを、還流路４５を経て、分離済液路９ｄの液９３と合流させて、酸発酵槽４２へ戻す。還流液９５ｄのｐＨは、酸発酵対象液９３のｐＨよりも高い。したがって、酸発酵槽４２のｐＨが必要以上に低くなるのを抑えることができる。これによって、酸発酵槽４２に中和剤を別途投入しなくても、良好な酸発酵を維持することができる。別途の中和剤が不要であるから、それが蓄積されることもない。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変をなすことができる。
例えば、第１実施形態（図１）において、送液路５２の上流端は、液流路９における抽出手段２０から分解手段４０の出口部までの部分に接続されていればよく、メタン発酵済液路９ｆに限られず、抽出残液路９ｃ（抽出手段２０の出口部）、分離済液路９ｄ（分離手段４０の入口部）、酸発酵済液路９ｅ（分離手段４０の中途部）、又は廃液路９ｇ（分離手段４０の出口部）に接続されていてもよい。送液手段５１が、メタン発酵工程後の液９５の一部に代えて、抽出工程後かつ分離工程前の液９２若しくは９３の一部、分離工程の途中ないしは酸発酵工程後かつメタン発酵工程前の液９４の一部、又は分離工程後の液９６の一部を主発酵槽１１へ送るようになっていてもよい。第２、第３実施形態等でも同様である。

第２実施形態（図２）において、主発酵槽１１，１１の数（ｎ）は、３つ以上（ｎ≧３）であってもよい。必ずしも全て（ｎ個）の主発酵槽１１についてｐＨ調節手段５０によってｐＨ調節する必要はなく、一部（ｍ個、１≦ｍ＜ｎ）の主発酵槽１１についてだけｐＨ調節手段５０によってｐＨ調節することにしてもよい。
第２実施形態（図２）において、コントローラ５９が、ｐＨ測定器５５及び送液ポンプ５３ごとに設けられていてもよい。
第２実施形態において、複数の主発酵槽１１，１１が互いに直列に接続されていてもよい。

第４実施形態（図４）において、送液路５２ｄの上流端が、液路９ｄに代えて、液路９ｃ，９ｅ，９ｆに接続されていてもよく、送液路５２ｆの上流端が、液路９ｆに代えて、液路９ｄ，９ｅ，９ｇに接続されていてもよい。
第５実施形態（図５）において、送液路５２ｅの上流端が、液路９ｅに代えて、液路９ｃ，９ｄ，９ｆに接続されていてもよく、送液路５２ｆの上流端が、液路９ｆに代えて、液路９ｄ，９ｅ，９ｇに接続されていてもよい。
第４、第５実施形態（図４〜図５）において、抽出手段２０から分解手段４０の出口部までの間の３以上の箇所の液９２〜９６の一部を主発酵槽１１へ送ってもよい。つまり、抽出工程から分解工程後までにおける３つ以上の時点の液９２〜９６の一部を主発酵槽１１へ送ってもよい。
抽出手段２０が、複数段の蒸留塔を含む場合、ある段の蒸留塔から次の段の蒸留塔へ向かう液の一部を主発酵槽１１へ送ってもよい。

複数の実施形態の独自構成を組み合わせてもよい。例えば、第２実施形態（図２）及び第５実施形態（図５）においても、第３実施形態（図３）と同様に、送液ポンプ５３に加えて、原液供給ポンプ２Ｐの出力をも制御してもよい。第１〜第３実施形態（図１〜図３）においても、分解手段４０に第５実施形態（図５）と同様の還流路４５を設けてもよい。

主発酵槽１１がアルカリ性である場合は、中和剤添加手段６０の中和剤として、酢酸、乳酸等の酸性中和剤を用いてもよい。
有価有機物としては、エタノールの他、ブタノール、酢酸ないしはアセテート、その他の有機化合物であってもよい。

本発明は、例えば産業廃棄物の焼却処理で生じる一酸化炭素からエタノールを合成するエタノール生成システムに適用できる。

１ 発酵装置
１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ 発酵装置
２ 原液供給手段
２Ｐ 原液供給ポンプ
９ 液流路
９ａ〜９ｇ 液路
１０ 生成手段
１１ 主発酵槽
２０ 抽出手段
３０ 固液分離手段
３４ 固形物排出路
４０ 分解手段
４１ 嫌気処理部
４２ 酸発酵槽
４３ メタン発酵槽
４４ 好気処理部
４５ 還流路
５０ ｐＨ調節手段
５１ 送液手段
５２ 送液路
５３ 送液ポンプ
５５ ｐＨ測定器（測定手段）
５９ コントローラ（制御手段）
６０ 中和剤添加手段
５２ｄ，５２ｅ，５２ｆ 送液路
９０ 培養原液
９１ 培養液
９２ 抽出後残液（抽出工程後かつ分離工程前の液）
９３ｂ 還流液（抽出工程後かつ分離工程前の液の一部）
９４ｂ 還流液（分離工程の途中（酸発酵工程後かつメタン発酵工程前）の液の一部）
９５ｄ 他の還流液（メタン発酵工程後の液の他の一部）
９２ａ 好気処理部（好気処理工程）に入る液
９５ｂ 還流液（分離工程の途中（メタン発酵工程後）の液の一部）
９６ 廃液（分離工程の出口部の液）

Claims (10)

1. 液中の微生物によって有機物を発酵処理する発酵装置において、
   培養液中の微生物によって有価有機物を発酵生成する少なくとも１つの主発酵槽を含む生成手段と、
   前記培養液の原液の供給手段と前記生成手段とを接続する原液供給路と、
   前記原液供給路に設けられた原液供給ポンプと、
   前記生成手段から取り出した培養液から前記有価有機物を抽出する抽出手段と、
   前記抽出後の液中の残留有機物を微生物によって発酵分解する分解手段と、
   前記主発酵槽における前記培養液のｐＨを測定する測定手段と、
   前記抽出手段から前記分解手段の出口部までにおける１又は複数箇所から液の一部を還流液として前記主発酵槽へ送る送液路及び送液ポンプを含む送液手段と、
   前記ｐＨの測定値に基づいて、前記主発酵槽内のｐＨが所定になり、かつ前記還流液及び前記原液の合計流量が一定になるよう、前記送液ポンプ及び前記原液供給ポンプを制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする発酵装置。
2. 前記送液手段の上流端が、前記抽出手段の出口部、並びに前記分解手段の入口部、中途部、及び出口部のうち１又は複数箇所に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の発酵装置。
3. 前記分解手段が、前記抽出手段に接続された酸発酵槽と、前記酸発酵槽の下流側に設けられたメタン発酵槽とを含み、
   前記送液手段が、前記酸発酵槽と前記メタン発酵槽との間と、前記メタン発酵槽の出口部とのうち少なくとも一箇所に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の発酵装置。
4. 前記分解手段が還流路を含み、前記還流路の上流端が、前記メタン発酵槽の出口部に接続され、かつ前記還流路の下流端が、前記酸発酵槽の入口部に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の発酵装置。
5. 液中の微生物によって有機物を発酵処理する発酵方法において、
   培養液中の微生物によって有価有機物を発酵生成する生成工程と、
   前記培養液の原液を前記生成工程へ供給する供給工程と、
   前記生成工程後の培養液から前記有価有機物を抽出する抽出工程と、
   前記抽出工程後の液中の残留有機物を微生物によって発酵分解する分解工程と、
   前記生成工程における前記培養液のｐＨを測定する測定工程と、
   前記抽出工程から前記分解工程後までにおける１又は複数時点の液の一部を還流液として前記生成工程へ送る送液工程と、
   前記ｐＨの測定値に基づいて、前記生成工程における前記培養液のｐＨが所定になり、かつ前記還流液及び前記原液の合計流量が一定になるよう、前記還流液の送液流量及び前記原液の供給流量を制御する制御工程と
   を備えたことを特徴とする発酵方法。
6. 前記還流液を、前記原液と合流させて前記原液と共に、前記生成工程を行なう主発酵槽へ供給することを特徴とする請求項５に記載の発酵方法。
7. 前記抽出工程後かつ前記分解工程前、並びに前記分解工程の途中及び後のうち１又は複数時点の液の一部を、前記ｐＨの測定値に基づいて流量制御しながら前記生成工程へ送ることを特徴とする請求項５又は６に記載の発酵方法。
8. 前記分解工程が、前記抽出工程後の液を酸発酵させる酸発酵工程と、前記酸発酵工程後の液をメタン発酵させるメタン発酵工程とを含み、
   前記酸発酵工程後かつ前記メタン発酵工程前、及び前記メタン発酵工程後のうち１つ又は両方の時点の液の一部を、前記ｐＨの測定値に基づいて流量制御しながら前記生成工程へ送ることを特徴とする請求５又は６に記載の発酵方法。
9. 前記メタン発酵工程後の液の他の一部を前記酸発酵工程前の液に混合する還流工程を、更に備えたことを特徴とする請求項８に記載の発酵方法。
10. 前記生成工程の培養液に中和剤を添加する添加工程と
    前記抽出工程後かつ前記分解工程前の液から固形物を分離して排出する分離排出工程と、
    を更に備え、
    前記分解工程が、嫌気処理工程と、前記嫌気処理工程後の好気処理工程とを含み、
    前記中和剤の添加量を、前記分離排出工程において排出される排出物中の前記中和剤の量と、前記好気処理工程に入る液中の前記中和剤の量との和と一致させることを特徴とする請求項５〜９の何れか１項に記載の発酵方法。

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