第I編 複合微生物系の解明・制御
第1章 複合微生物系解析・分離技術
1 メタン発酵プロセスの分子生態学的解析技術
1.1 はじめに
1.2 分子生態学的解析技術の動向
1.2.1 rRNAアプローチ
1.2.2 rRNAベースの新しい微生物生態解析技術
1.3 メタン発酵プロセスへの分子生態学的解析技術の適用例
1.3.1 rRNA遺伝子情報の蓄積
1.3.2 rRNA遺伝子情報に見るメタン発酵プロセスの複合微生物群
1.3.3 検出される未培養嫌気性微生物群
1.3.4 未培養微生物群の機能を解析する
1.4 おわりに
2 メタン発酵汚泥からの難培養性微生物の分離・培養
2.1 はじめに
2.2 グラニュール汚泥構造の維持と嫌気性バルキングに関与する細菌
2.3 嫌気共生細菌
2.4 メタン生成古細菌(メタン菌)
2.5 適用廃水種の拡大を目指して—難分解性物質の分解に関与する嫌気共生細菌
2.6 おわりに
第2章 複合微生物系のデザイン化技術
1 バイオマスの分解に関わる複合微生物系の特徴とその制御
1.1 はじめに
1.2 複合系のバイオフィルム形成
1.3 微生物種の共存および効率的なバイオマス分解
1.4 求められる多様性
1.5 おわりに
2 酸発酵過程の高度制御による有機性汚濁物質の分解浄化・メタン発酵システムの高効率化技術の開発
2.1 はじめに
2.2 酸発酵過程
2.3 加水分解・酸生成過程
2.4 水素・酢酸化過程
2.5 実廃棄物を用いた高温メタン発酵連続処理系における分解安定性の向上
2.6 おわりに
第II編 最新のバイオガス研究
第1章 総論
1 メタン発酵によるバイオマスからのエネルギー生産 野池達也
1.1 地球環境保全および循環型社会の形成におけるメタン発酵の意義
1.2 バイオマスの賦存量
1.3 日本における普及の現状
1.4 EU加盟国におけるバイオガス生産の現状
1.5 米国におけるバイオガス生産の現状
1.5.1 米国におけるメタン発酵の経緯
1.5.2 埋立て地(landfill)からのメタンガスの回収
1.5.3 家畜糞尿からのメタンガス回収
1.6 バイオガスエネルギー生産による二酸化炭素削減への期待
1.7 日本におけるメタン発酵普及のための課題
1.8 メタン発酵を組み入れたバイオエタノール生産システムの開発
1.9 バイオガスからの水素生産
1.10 農村の活性化に対するメタン発酵の役割
1.11 地球環境保全におけるメタン発酵の位置づけ
2 メタン発酵の運転管理と応用展望
2.1 はじめに
2.2 メタン発酵技術が再注目される社会的・技術的背景
2.2.1 メタン発酵技術応用の歴史
2.2.2 メタン発酵が再注目される背景
2.2.3 メタン発酵技術に対する新たな評価
2.3 メタン発酵の原理と化学量論
2.3.1 メタン発酵における物質変換の概要
2.3.2 メタン発酵微生物の概要
2.3.3 メタン発酵の化学量論
2.4 メタン発酵の環境条件と運転指標
2.4.1 攪拌と混合
2.4.2 温度
2.4.3 pH
2.4.4 有機酸濃度
2.4.5 アンモニア
2.4.6 アルカリ度
2.4.7 ガス組成と硫化水素
2.4.8 滞留時間
2.4.9 微量金属の必要性
2.5 メタン発酵による廃棄物系バイオマスのエネルギー資源化の現況
2.5.1 下水汚泥の嫌気性消化
2.5.2 生ごみのメタン発酵
2.5.3 「汚泥再生処理センター」のメタン発酵技術
2.5.4 畜産排泄物のメタン発酵とその課題
2.6 バイオガスのエネルギー利用技術
2.7 メタン発酵技術の課題
第2章 メタン発酵の最新研究
1 バイオマスのメタン発酵によるサーマルリサイクル
1.1 はじめに
1.2 メタン発酵のエネルギー生産プロセスとしての優位性
1.3 メタン発酵による廃水・廃棄物の処理リアクター
1.4 食品系廃水のメタン発酵
1.4.1 ウィスキー蒸留廃液の処理
1.4.2 焼酎粕の処理
1.5 硫酸イオンを高濃度含む廃水のメタン発酵処理
1.6 食品系廃棄物のメタン発酵
1.6.1 泡盛蒸留廃液(CODCr, 80,000〜90,000mg/l)
1.6.2 焼酎粕
1.6.3 生ごみを主体とする食品系廃棄物のメタン発酵
1.7 バイオマスタウン構築のための廃棄物系バイオマスのメタン発酵
1.8 おわりに
2 固形有機性廃棄物の乾式メタン発酵技術
2.1 乾式メタン発酵とは
2.2 乾式メタン発酵の操作条件
2.3 乾式メタン発酵リアクターデザイン
2.4 国内における乾式メタン発酵システム実施・研究例
2.4.1 KOMPOGASシステム
2.4.2 アンモニア-メタン二段発酵システム(AM-MET)
3 無希釈二相循環式メタン発酵による省エネルギー化技術の開発
3.1 はじめに
3.2 食品廃棄物処理におけるC/N比の影響(室内実験)
3.2.1 目的
3.2.2 実験方法
3.2.3 実験結果および考察
3.3 食品廃棄物処理における油脂含有率の影響(室内実験)
3.3.1 目的
3.3.2 実験方法
3.3.3 実験結果および考察
3.4 実生ごみを対象とした実証試験
3.4.1 目的
3.4.2 試験方法
3.4.3 実験結果
3.4.4 考察
3.5 おわりに
4 固形有機性廃棄物の生物的超高温可溶化技術の開発および高温メタン発酵への導入効果
4.1 はじめに
4.2 超高温可溶化法の特徴
4.2.1 超高温可溶化プロセス
4.2.2 超高温可溶化条件を利用したアンモニアストリッピング
4.2.3 超高温可溶化法に関与する微生物
4.3 超高温可溶化法の導入効果
4.4 おわりに
第3章 水素発酵の最新研究
1 水素発酵の条件と収率
1.1 嫌気性細菌による水素発酵
1.1.1 水素発酵の原理
1.1.2 水素発酵にかかわる微生物
1.1.3 水素発酵の重要な環境因子
1.2 水素発酵プロセス
1.2.1 水素発酵の原料
1.2.2 水素発酵で回収可能なエネルギー
1.3 水素・メタン二相発酵プロセス
2 中小規模バイオマスをターゲットとした前処理,水素発酵および後処理プロセス
2.1 はじめに
2.2 なぜ中小規模バイオマスをターゲットにするのか?
2.3 前処理,水素発酵および後処理プロセスの概略と現状
2.4 前処理および水素発酵プロセスの開発に関する基礎結果
2.4.1 遠心振動ミルによる破砕
2.4.2 HN001株の固定化
2.4.3 グラニュール汚泥へのヒートショック操作
2.5 おわりに
3 酢酸,乳酸を用いた水素生産
3.1 はじめに
3.2 水素生産菌の分離・獲得
3.3 焼酎蒸留粕溶液からの水素生産における最適条件検討
3.4 各種有機酸からの水素生産
3.5 酢酸,乳酸を用いた水素生産
3.6 酢酸,乳酸の放射性同位体を用いた水素生産
3.7 まとめ
4 統合型水素生産システムによるバイオマスからの高収率水素変換
4.1 はじめに
4.2 バイオ水素生産プロセスの課題
4.3 組換え大腸菌細胞を用いた新規バイオ水素生産プロセス
4.4 グルコースを基質とする高収率水素生産の検討
4.5 おわりに
5 食品製造廃棄物からの水素・メタン二段発酵技術
5.1 はじめに
5.2 水素・メタン二段発酵技術の概要
5.2.1 水素ガスの生成
5.2.2 有機固形分の分解促進
5.2.3 メタン発酵槽のコンパクト化
5.3 水素・メタン二段発酵におけるエネルギー回収の有効性について
5.4 ホップの抗菌力を用いた水素発酵フローラの安定化について
5.5 製パン廃棄物を用いた水素発酵実証試験
5.6 水素発酵のバイオガス組成について
5.7 おわりに
第4章 バイオガスの精製技術
1 ハイドレート化技術を利用した下水道消化ガスの高カロリー化
1.1 はじめに
1.2 実験結果
1.2.1 回分系における実験結果
1.2.2 流通系における実験結果
1.3 おわりに
2 圧力スイング法を利用したメタン分離・精製技術
2.1 まえがき
2.2 PSA-メタン分離・精製用各種吸着剤の選定
2.2.1 CO2吸着剤
2.2.2 H2S吸着剤
2.3 PSA-メタンガス分離装置
3 消化ガス精製装置(シロキサン除去装置)
3.1 はじめに
3.2 シロキサン
3.3 シロキサンのガスエンジンに与える影響
3.3.1 部品の劣化などによる維持管理費の増大
3.3.2 異常燃焼の誘発
3.3.3 影響例
3.4 シロキサンの除去方法
3.4.1 溶剤回収プロセスでの操作方法
3.4.2 専用活性炭でのシロキサン吸着
3.5 シロキサン除去装置の設計
3.5.1 容量計算
3.5.2 経済性の試算
第5章 発酵残渣の処理・利用技術
1 メタン発酵残渣の適正処理法としての亜臨界水酸化技術の実用化研究
1.1 はじめに
1.2 超臨界水
1.2.1 超臨界水とは
1.2.2 超臨界水酸化処理の問題点
1.2.3 亜臨界水酸化処理の開発
1.3 方法
1.4 結果
1.4.1 触媒を用いない亜臨界水酸化実験の結果
1.4.2 触媒を用いた亜臨界水酸化実験の結果
1.5 まとめ
2 メタン発酵消化液の電解酸化処理
2.1 はじめに
2.2 電解酸化法による有機物・窒素分解
2.2.1 促進酸化法としての電解酸化法
2.2.2 直接酸化プロセス(電極近傍での反応)
2.2.3 間接酸化プロセス
2.3 牛糞尿を投入したメタン発酵消化液の電解酸化処理
2.3.1 供試メタン発酵消化液と前処理
2.3.2 電解試験方法
2.3.3 DSAを用いた消化液の電解酸化処理
2.3.4 消化液の電解酸化処理におけるアノード材料の影響
2.4 消化液の電解酸化処理におけるバイオガスエネルギーの利用
3 バイオガスプラントから発生する消化液の農業利用について
3.1 はじめに
3.2 メタン発酵消化液の性質
3.2.1 肥料成分および性状
3.2.2 重金属成分
3.2.3 大腸菌および大腸菌群
3.2.4 臭気の問題
3.2.5 消化液の保存中の変化
3.2.6 アンモニア態窒素の測定方法
3.3 生ごみ消化液の施用技術
3.3.1 水田での利用
3.3.2 小麦への利用法
3.3.3 野菜への施用
3.4 まとめ
第III編 応用展開
第1章 生ごみ・食品廃棄物での利用
1 高濃度バイオマスの嫌気性消化リアクタ設計手法
1.1 はじめに
1.2 高濃度バイオマスの高速処理技術
1.3 易分解性バイオマスの嫌気性消化リアクタ
1.4 固定床式メタン発酵リアクタの実用化事例
1.5 難分解性バイオマスの嫌気性消化リアクタ
1.6 下水汚泥消化槽を用いた易分解性バイオマスの混合消化
1.7 おわりに
2 循環型社会構築への挑戦—バイオガス施設稼働10年の軌跡—
2.1 はじめに
2.2 京都府南丹市八木町地区の資源循環構築
2.2.1 要旨
2.2.2 はじめに
2.2.3 ふん尿処理からエネルギー製造施設への経過
2.2.4 施設の選定およびプラント調査
2.2.5 南丹市八木バイオエコロジーセンターの概要
2.2.6 10年のメタン施設運転状況の変化
2.3 液肥利用による持続的農業の構築
2.3.1 メタン発酵消化液(有機液肥)の肥料成分と安全性
2.3.2 メタン発酵消化液による玄米中のカドミウム濃度抑制能
2.4 バイオマスタウン構想の構築
2.4.1 循環型住宅団地「バイオマスビレッジ」の建設を目指して
2.4.2 N.P.K資源循環
第2章 下水・工場排水での利用
1 グラニュール汚泥床法による有機性排水の省・創エネ処理—低有機物濃度・低温排水への適用—
1.1 はじめに
1.2 グラニュール汚泥床法の原理と特徴
1.3 グラニュール汚泥床法による低濃度・低温排水処理に関する研究動向
1.3.1 EGSB法の低濃度・低温排水処理への適用
1.3.2 水温低下が処理性能に及ぼす影響
1.3.3 排水有機物濃度低下が処理性能に及ぼす影響
1.4 低温排水処理グラニュール汚泥の微生物学的特性
1.5 まとめとグラニュール汚泥床法の今後の展望
2 低濃度排水の嫌気性処理システムの開発 今林誠二
2.1 はじめに
2.2 低濃度排水に嫌気性処理を適用した場合の懸念事項
2.3 テストプラント試験
2.3.1 SAT型セトラー試験
2.3.2 SS可溶化を組み込んだ2段嫌気試験
2.4 実証試験
2.4.1 フローの概要
2.4.2 BODの処理結果
2.4.3 SSの処理結果
2.4.4 ガス発生量の結果
2.4.5 メタン生成活性の経時変化
2.4.6 運転データの平均値
2.4.7 コスト試算
2.5 おわりに
3 嫌気性下水処理—都市下水を対象とした次世代水資源循環技術—
3.1 はじめに
3.2 都市下水を対象とした嫌気性生物処理法の既往の研究
3.3 インドにおけるUASB-DHSシステムを用いた都市下水処理
3.4 都市下水処理UASBの保持汚泥特性
3.5 硫黄酸化還元サイクルを利用した低温都市下水処理
3.6 都市下水処理UASB保持汚泥の菌叢
4 マイクロガスタービンによる消化ガスコージェネレーションシステム
4.1 マイクロガスタービン
4.2 汚泥消化ガスへの適用
4.3 汚泥消化ガス用マイクロガスタービン発電システム
4.4 性能
4.4.1 発電,熱回収性能
4.4.2 環境性能
4.5 おわりに
第3章 畜産・海産廃棄物での利用
1 家畜排泄物の分布を考慮したメタン発酵プラントの最適配置と利活用システム設計
1.1 緒言
1.2 設計手法と解析モデル
1.2.1 設計手法
1.2.2 解析モデル
1.2.3 乳牛排泄物の利用可能量と分布の設定
1.2.4 バイオガスプラントの建設費,効率関数,輸送費等の考慮
1.3 岩手県葛巻町のケーススタディ
1.4 エネルギーシステムの特性評価
1.4.1 システムコスト
1.4.2 プラント配置
1.4.3 最適システムの詳細な仕様
2 海藻ごみを対象としたメタン発酵によるガス化
2.1 海藻ごみについて
2.2 海藻バイオマスメタン発酵実証試験
2.2.1 海藻バイオマスメタン発酵実証試験設備
2.2.2 海藻バイオマスメタン発酵実証試験結果
2.3 おわりに
第4章 バイオガスの利活用
1 精製バイオガスのボンベ供給事業
1.1 はじめに
1.2 苦戦するバイオガス発電
1.3 ガス利用に商機
1.4 政府のバイオ燃料の動き
1.5 バイオガスの供給事業とは
1.5.1 事業立ち上げのポイント
1.5.2 コア技術であるガス精製
1.5.3 3つの事業モデル
1.6 バイオガスのボンベ供給
1.6.1 北海道恵庭におけるアレフの取り組み
1.6.2 鹿児島県垂水市の取り組み
1.7 バイオガスのボンベ供給の課題
1.7.1 安定供給
1.7.2 既存法令への対応
1.7.3 事業性の確保
1.8 バイオガスの供給事業の展望
1.8.1 ハイブリッド型モデル
1.8.2 環境価値を認める仕組み作り
1.8.3 プレーヤの育成
2 長岡市消化ガス有効利用事業
2.1 はじめに
2.2 新有効利用の芽生え
2.3 湿式ガス精製の原理
2.4 吸収塔での二酸化炭素吸収モデルと計算方法
2.4.1 水溶液中の無機性炭素の物質収支
2.4.2 気相中のCO2の物質収支
2.4.3 計算方法
2.5 湿式ガス精製塔の性能評価実験
2.6 消化ガス有効利用量
2.6.1 浄化センターのフロー概要
2.6.2 精製ガスの量と質
2.6.3 ガス会社供給
2.6.4 維持管理費
2.7 金沢市臨海水質センターと神戸市東灘処理場における消化ガスの精製
3 メタン資化細菌を利用したメタンからのメタノール合成反応
3.1 はじめに
3.2 メタン資化細菌とメタンモノオキシゲナーゼ
3.3 メタン資化細菌を用いた回分式メタノール合成プロセス
3.4 メタン資化細菌を用いた半回分式メタノール合成プロセス
3.5 好熱性メタン資化細菌を用いたメタノール合成