JP4543504B2 - 有機性廃棄物の乾式メタン発酵方法 - Google Patents
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- Treatment Of Sludge (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、畜産業、食品産業、製紙業等より発生する有機性廃棄物の乾式メタン発酵方法に係り、特に、これらの有機性廃棄物を高負荷で効率的に乾式メタン発酵処理してメタンガスとして再資源化すると共に、古紙や雑草等の乾式メタン発酵をも行える有機性廃棄物の乾式メタン発酵方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
古紙、生ごみ、家畜糞尿などの有機性廃棄物をメタン発酵菌の作用で嫌気性分解するメタン発酵処理は、廃棄物を大幅に減容化すると共に、分解により得られるメタンガスを含むバイオガスを電気又は熱の形でエネルギー回収することができるという優れた利点を有する処理方法である。
【０００３】
このメタン発酵法には、ＴＳ（全固形物）濃度３〜５％程度でメタン発酵する湿式メタン発酵法と、ＴＳ濃度１５〜４０％程度でメタン発酵する乾式メタン発酵法とがある。
【０００４】
このうち、湿式メタン発酵法では、ＴＳ濃度が低いため、高負荷処理が困難であり、また、生ゴミや糞尿、古紙、下水汚泥等のＴＳ濃度の高い有機物を処理するためには前処理工程として可溶化処理や希釈によってＴＳ濃度を１０％以下にする必要があった。
【０００５】
これに対して、乾式メタン発酵法であれば、ＴＳ濃度の高い有機性廃棄物を複雑な前処理工程なしに高負荷で処理してバイオガスを得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、乾式メタン発酵法では、ＴＳ濃度の高い有機性廃棄物を高負荷で処理するため、被処理物によっては窒素含有濃度が高くアンモニアが高濃度に発生して、メタン発酵菌の生育が阻害され、メタン発酵効率が低下したり、炭素源が少なく、メタン発酵の基質が不足してメタン発酵が進行せず、メタンガスを安定かつ効率的に回収することができないという不具合があった。
【０００７】
本発明は上記従来の問題点を解決し、古紙、生ごみ、家畜糞尿、し尿、汚泥等の有機性廃棄物を乾式メタン発酵により高いメタン発酵効率にて高負荷処理することにより、メタンガスを安定かつ効率的に回収することができる有機性廃棄物の乾式メタン発酵方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機性廃棄物の乾式メタン発酵方法は、有機性廃棄物をＴＳ（全固形物）濃度２０〜４０％で乾式メタン発酵処理する方法において、該有機性廃棄物のＣ／Ｎ比が２５〜２５０となるように該有機性廃棄物を調整することを特徴とする。
【０００９】
Ｃ／Ｎ比が２５〜２５０となるように有機性廃棄物を調整することにより、効率的な乾式メタン発酵処理を行うことができる。
【００１０】
上記Ｃ／Ｎ比に調整するためには、繊維含有有機物を有機性廃棄物に添加するのが好ましく、特に、繊維含有有機物として紙（古紙）及び／又は草（雑草）を添加することにより、従来のメタン発酵では前処理が必要とされたこれらの廃棄物を前処理なしでメタン発酵処理することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の有機性廃棄物の乾式メタン発酵方法の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の有機性廃棄物の乾式メタン発酵方法の実施の形態を示す系統図である。
【００１３】
生ゴミ、家畜糞尿、下水処理場等から発生する汚泥などの有機性廃棄物を、要すれば破砕機等を用い直径５〜４ｃｍ或いはそれ以下に破砕した投入原料１を混合装置２に投入し、必要に応じて水や繊維含有有機物３を添加混合し、混合発酵原料を得、これを乾式メタン発酵槽６からの返送汚泥９と混合した混合物５を乾式メタン発酵槽６に送給する。
【００１４】
本発明においては、この混合発酵原料のＣ／Ｎ比が２５〜２５０、好ましくは２５〜６０となるように調整する。また、混合発酵原料のＴＳ濃度は２０〜４０％、好ましくは２０〜３５％とする。
【００１５】
Ｃ／Ｎ比が２０未満ではメタン発酵の基質である炭素源が不足し、２５０を超えるような炭素過剰のものでは、別途窒素やリンを添加しなければ微生物による分解が困難である。特に、Ｃ／Ｎ比が６０を超えると有機態炭素を資化する増殖速度の大きい酸生成菌がメタン発酵菌に優先してメタン発酵菌の生育が阻害されるため、Ｃ／Ｎ比は６０以下、特に２５〜６０とするのが好ましい。
【００１６】
また、ＴＳ濃度が２０％未満では乾式メタン発酵による高負荷処理ができず、４０％を超えると水分量が不足していずれの場合もメタン発酵効率が低下する場合がある。
【００１７】
投入原料１は通常、下水汚泥や糞尿のように窒素過多なものであるため、混合装置２においてＣ／Ｎ比を調整する。Ｃ／Ｎ比の調整手段としては、投入原料１を加熱脱水し、脱アンモニア処理してＣ／Ｎ比を高くすることにより混合発酵原料のＣ／Ｎ比及びＴＳ濃度を調整することができる。しかし、このような投入原料の前処理を行うと処理操作が複雑化し、また脱水濾液の処理も必要になるので好ましくなく、混合装置２に紙や藁、雑草などＣ／Ｎ比、ＴＳ濃度の両方が高い繊維含有有機物３もあわせて投入し、投入原料１と混合することにより混合発酵原料のＣ／Ｎ比を上記範囲に調整することができると共に、ＴＳ濃度も調整できる。
【００１８】
一般に、汚泥や家畜糞尿等の有機性廃棄物は、上記ＴＳ濃度に対して若干固形物量が不足し、またＣ／Ｎが低い。これに対して紙（古紙）や草（雑草）は繊維を多く含む有機物であり、しかもＣ／Ｎ比が高い。紙はＮを殆ど含まず従って、Ｃ／Ｎは著しく高く、草はＣ／Ｎが６０〜１００程度である。従って、ＴＳ濃度やＣ／Ｎ比の調整剤として適している。しかも、紙や草はセルロースなどの生物分解性の炭素源とリグニン、ヘミセルロース、灰分などの難分解性物質も含むため、これらを添加することにより、生物分解性物質が微生物の基質となり、また、難分解性物質が微生物担体として作用することで良好な乾式メタン発酵処理を行える。
【００１９】
混合装置２には蒸気４の吹き込みを行って混合発酵原料と返送汚泥９との混合物５を５０〜６０℃に加温し、これを乾式メタン発酵槽６に投入し、嫌気条件下で乾式メタンを発酵させる。混合発酵原料はメタン生成菌を含む返送汚泥９と混合され、加温されているため、発酵槽６内の加温、攪拌操作は不要である。このため、発酵槽６内にはＴＳ濃度１５〜４０％の高濃度の汚泥が保持され、１０〜２０ｋｇ−ＣＯＤＣＣｒ／ｍ３／ｄａｙの高負荷で乾式メタン発酵が行われる。
【００２０】
発酵槽６に投入された混合発酵原料は発酵槽６内で嫌気性微生物により分解されて徐々にＴＳ濃度が低下し、発酵槽６の下部へ移動し、引抜き汚泥７として引き抜かれる。１日当りの汚泥７の引き抜き量は槽内に保有される汚泥の１／４〜１倍、好ましくは１／３〜１／２倍で、このうち混合発酵原料からガス化した部分を除いた量（通常は混合発酵原料の９０％程度）を余剰汚泥８として排出し、残りは返送汚泥９として混合装置２に供給し、混合発酵原料と混合する。
【００２１】
このような本発明の方法によれば、畜産業、食品産業、製紙業等から排出される有機性廃棄物や、生ごみ等を効率的に処理してメタンガスとして再資源化することが可能となる。
【００２２】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００２３】
試験１（実施例１）
図１に示す装置を用いてＴＳ濃度２０％、Ｃ／Ｎ比１３の豚糞と生ゴミの混合物（生ゴミは直径５ｃｍに破砕）の処理を行った。混合装置２において豚糞と生ゴミの混合物及び繊維含有有機物３として幅５ｍｍ程度に裁断した古紙を表１に示す割合で混合し、混合発酵原料のＴＳ濃度及びＣ／Ｎ比を表１に示す値に調整した。これを３１ｋｇ−混合発酵原料／ｔ−返送汚泥となるように返送汚泥９と混合し、蒸気の吹き込みにより５５℃に加温し、乾式メタン発酵槽６に投入し、下記条件で３２日間連続して乾式メタン発酵槽処理し、このときのメタンガス発生量を調べた。表１に試験期間中のメタンガス発生量の平均値を示す。なお、発酵槽６内の温度は試験期間中、５２〜５５℃であった。
［処理条件］
発酵槽内汚泥量；約２１ｔ
投入原料 ；約６００ｋｇ／ｄａｙ
余剰汚泥量 ；約５５０ｋｇ／ｄａｙ
返送汚泥量 ；約２１ｔ／ｄａｙ
【００２４】
試験２（実施例２〜４、比較例１）
投入原料１をＴＳ濃度２６％、Ｃ／Ｎ比１２の豚糞とし、試験１で用いた装置より規模が小さい試験装置を用い、下記に示す条件で３０日間の連続処理を行った。投入原料と実験装置の大きさ及び試験期間以外は実施例１と同様とした。このときの古紙の添加量、混合発酵原料のＴＳ濃度、Ｃ／Ｎ比、メタンガス発生量の平均値を表１に示す。
［処理条件］
発酵槽内汚泥量；約３．５ｋｇ
投入原料 ；約１１０ｇ／ｄａｙ
余剰汚泥量 ；約１００ｇ／ｄａｙ
返送汚泥量 ；約３．５ｋｇ／ｄａｙ
【００２５】
試験３（実施例５、比較例２）
投入原料１として２種類の古紙を用い、混合装置２において、ＴＳ濃度を調整したものを混合発酵原料とした他は試験２と同様の処理を行った。このときの混合発酵原料のＴＳ濃度、Ｃ／Ｎ比、メタンガス発生量の平均値を表１に示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】
表１より、被処理物のＣ／Ｎ比を２５〜２５０、好ましくは２５〜６０とすることにより、効率的なメタン発酵処理を行えることがわかる。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の有機性廃棄物の乾式メタン発酵方法によれば、生ごみ、家畜糞尿等の有機性廃棄物、更には古紙、雑草等を乾式メタン発酵により高いメタン発酵効率にて高負荷処理することにより、メタンガスを安定かつ効率的に回収することが可能とされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す系統図である。
【符号の説明】
１ 投入原料
２ 混合装置
３ 繊維含有有機物
４ 蒸気
６ 乾式メタン発酵槽
７ 引抜汚泥
８ 余剰汚泥
９ 返送汚泥
【発明の属する技術分野】
本発明は、畜産業、食品産業、製紙業等より発生する有機性廃棄物の乾式メタン発酵方法に係り、特に、これらの有機性廃棄物を高負荷で効率的に乾式メタン発酵処理してメタンガスとして再資源化すると共に、古紙や雑草等の乾式メタン発酵をも行える有機性廃棄物の乾式メタン発酵方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
古紙、生ごみ、家畜糞尿などの有機性廃棄物をメタン発酵菌の作用で嫌気性分解するメタン発酵処理は、廃棄物を大幅に減容化すると共に、分解により得られるメタンガスを含むバイオガスを電気又は熱の形でエネルギー回収することができるという優れた利点を有する処理方法である。
【０００３】
このメタン発酵法には、ＴＳ（全固形物）濃度３〜５％程度でメタン発酵する湿式メタン発酵法と、ＴＳ濃度１５〜４０％程度でメタン発酵する乾式メタン発酵法とがある。
【０００４】
このうち、湿式メタン発酵法では、ＴＳ濃度が低いため、高負荷処理が困難であり、また、生ゴミや糞尿、古紙、下水汚泥等のＴＳ濃度の高い有機物を処理するためには前処理工程として可溶化処理や希釈によってＴＳ濃度を１０％以下にする必要があった。
【０００５】
これに対して、乾式メタン発酵法であれば、ＴＳ濃度の高い有機性廃棄物を複雑な前処理工程なしに高負荷で処理してバイオガスを得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、乾式メタン発酵法では、ＴＳ濃度の高い有機性廃棄物を高負荷で処理するため、被処理物によっては窒素含有濃度が高くアンモニアが高濃度に発生して、メタン発酵菌の生育が阻害され、メタン発酵効率が低下したり、炭素源が少なく、メタン発酵の基質が不足してメタン発酵が進行せず、メタンガスを安定かつ効率的に回収することができないという不具合があった。
【０００７】
本発明は上記従来の問題点を解決し、古紙、生ごみ、家畜糞尿、し尿、汚泥等の有機性廃棄物を乾式メタン発酵により高いメタン発酵効率にて高負荷処理することにより、メタンガスを安定かつ効率的に回収することができる有機性廃棄物の乾式メタン発酵方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機性廃棄物の乾式メタン発酵方法は、有機性廃棄物をＴＳ（全固形物）濃度２０〜４０％で乾式メタン発酵処理する方法において、該有機性廃棄物のＣ／Ｎ比が２５〜２５０となるように該有機性廃棄物を調整することを特徴とする。
【０００９】
Ｃ／Ｎ比が２５〜２５０となるように有機性廃棄物を調整することにより、効率的な乾式メタン発酵処理を行うことができる。
【００１０】
上記Ｃ／Ｎ比に調整するためには、繊維含有有機物を有機性廃棄物に添加するのが好ましく、特に、繊維含有有機物として紙（古紙）及び／又は草（雑草）を添加することにより、従来のメタン発酵では前処理が必要とされたこれらの廃棄物を前処理なしでメタン発酵処理することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の有機性廃棄物の乾式メタン発酵方法の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の有機性廃棄物の乾式メタン発酵方法の実施の形態を示す系統図である。
【００１３】
生ゴミ、家畜糞尿、下水処理場等から発生する汚泥などの有機性廃棄物を、要すれば破砕機等を用い直径５〜４ｃｍ或いはそれ以下に破砕した投入原料１を混合装置２に投入し、必要に応じて水や繊維含有有機物３を添加混合し、混合発酵原料を得、これを乾式メタン発酵槽６からの返送汚泥９と混合した混合物５を乾式メタン発酵槽６に送給する。
【００１４】
本発明においては、この混合発酵原料のＣ／Ｎ比が２５〜２５０、好ましくは２５〜６０となるように調整する。また、混合発酵原料のＴＳ濃度は２０〜４０％、好ましくは２０〜３５％とする。
【００１５】
Ｃ／Ｎ比が２０未満ではメタン発酵の基質である炭素源が不足し、２５０を超えるような炭素過剰のものでは、別途窒素やリンを添加しなければ微生物による分解が困難である。特に、Ｃ／Ｎ比が６０を超えると有機態炭素を資化する増殖速度の大きい酸生成菌がメタン発酵菌に優先してメタン発酵菌の生育が阻害されるため、Ｃ／Ｎ比は６０以下、特に２５〜６０とするのが好ましい。
【００１６】
また、ＴＳ濃度が２０％未満では乾式メタン発酵による高負荷処理ができず、４０％を超えると水分量が不足していずれの場合もメタン発酵効率が低下する場合がある。
【００１７】
投入原料１は通常、下水汚泥や糞尿のように窒素過多なものであるため、混合装置２においてＣ／Ｎ比を調整する。Ｃ／Ｎ比の調整手段としては、投入原料１を加熱脱水し、脱アンモニア処理してＣ／Ｎ比を高くすることにより混合発酵原料のＣ／Ｎ比及びＴＳ濃度を調整することができる。しかし、このような投入原料の前処理を行うと処理操作が複雑化し、また脱水濾液の処理も必要になるので好ましくなく、混合装置２に紙や藁、雑草などＣ／Ｎ比、ＴＳ濃度の両方が高い繊維含有有機物３もあわせて投入し、投入原料１と混合することにより混合発酵原料のＣ／Ｎ比を上記範囲に調整することができると共に、ＴＳ濃度も調整できる。
【００１８】
一般に、汚泥や家畜糞尿等の有機性廃棄物は、上記ＴＳ濃度に対して若干固形物量が不足し、またＣ／Ｎが低い。これに対して紙（古紙）や草（雑草）は繊維を多く含む有機物であり、しかもＣ／Ｎ比が高い。紙はＮを殆ど含まず従って、Ｃ／Ｎは著しく高く、草はＣ／Ｎが６０〜１００程度である。従って、ＴＳ濃度やＣ／Ｎ比の調整剤として適している。しかも、紙や草はセルロースなどの生物分解性の炭素源とリグニン、ヘミセルロース、灰分などの難分解性物質も含むため、これらを添加することにより、生物分解性物質が微生物の基質となり、また、難分解性物質が微生物担体として作用することで良好な乾式メタン発酵処理を行える。
【００１９】
混合装置２には蒸気４の吹き込みを行って混合発酵原料と返送汚泥９との混合物５を５０〜６０℃に加温し、これを乾式メタン発酵槽６に投入し、嫌気条件下で乾式メタンを発酵させる。混合発酵原料はメタン生成菌を含む返送汚泥９と混合され、加温されているため、発酵槽６内の加温、攪拌操作は不要である。このため、発酵槽６内にはＴＳ濃度１５〜４０％の高濃度の汚泥が保持され、１０〜２０ｋｇ−ＣＯＤＣＣｒ／ｍ３／ｄａｙの高負荷で乾式メタン発酵が行われる。
【００２０】
発酵槽６に投入された混合発酵原料は発酵槽６内で嫌気性微生物により分解されて徐々にＴＳ濃度が低下し、発酵槽６の下部へ移動し、引抜き汚泥７として引き抜かれる。１日当りの汚泥７の引き抜き量は槽内に保有される汚泥の１／４〜１倍、好ましくは１／３〜１／２倍で、このうち混合発酵原料からガス化した部分を除いた量（通常は混合発酵原料の９０％程度）を余剰汚泥８として排出し、残りは返送汚泥９として混合装置２に供給し、混合発酵原料と混合する。
【００２１】
このような本発明の方法によれば、畜産業、食品産業、製紙業等から排出される有機性廃棄物や、生ごみ等を効率的に処理してメタンガスとして再資源化することが可能となる。
【００２２】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００２３】
試験１（実施例１）
図１に示す装置を用いてＴＳ濃度２０％、Ｃ／Ｎ比１３の豚糞と生ゴミの混合物（生ゴミは直径５ｃｍに破砕）の処理を行った。混合装置２において豚糞と生ゴミの混合物及び繊維含有有機物３として幅５ｍｍ程度に裁断した古紙を表１に示す割合で混合し、混合発酵原料のＴＳ濃度及びＣ／Ｎ比を表１に示す値に調整した。これを３１ｋｇ−混合発酵原料／ｔ−返送汚泥となるように返送汚泥９と混合し、蒸気の吹き込みにより５５℃に加温し、乾式メタン発酵槽６に投入し、下記条件で３２日間連続して乾式メタン発酵槽処理し、このときのメタンガス発生量を調べた。表１に試験期間中のメタンガス発生量の平均値を示す。なお、発酵槽６内の温度は試験期間中、５２〜５５℃であった。
［処理条件］
発酵槽内汚泥量；約２１ｔ
投入原料 ；約６００ｋｇ／ｄａｙ
余剰汚泥量 ；約５５０ｋｇ／ｄａｙ
返送汚泥量 ；約２１ｔ／ｄａｙ
【００２４】
試験２（実施例２〜４、比較例１）
投入原料１をＴＳ濃度２６％、Ｃ／Ｎ比１２の豚糞とし、試験１で用いた装置より規模が小さい試験装置を用い、下記に示す条件で３０日間の連続処理を行った。投入原料と実験装置の大きさ及び試験期間以外は実施例１と同様とした。このときの古紙の添加量、混合発酵原料のＴＳ濃度、Ｃ／Ｎ比、メタンガス発生量の平均値を表１に示す。
［処理条件］
発酵槽内汚泥量；約３．５ｋｇ
投入原料 ；約１１０ｇ／ｄａｙ
余剰汚泥量 ；約１００ｇ／ｄａｙ
返送汚泥量 ；約３．５ｋｇ／ｄａｙ
【００２５】
試験３（実施例５、比較例２）
投入原料１として２種類の古紙を用い、混合装置２において、ＴＳ濃度を調整したものを混合発酵原料とした他は試験２と同様の処理を行った。このときの混合発酵原料のＴＳ濃度、Ｃ／Ｎ比、メタンガス発生量の平均値を表１に示す。
【００２６】
【表１】
表１より、被処理物のＣ／Ｎ比を２５〜２５０、好ましくは２５〜６０とすることにより、効率的なメタン発酵処理を行えることがわかる。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の有機性廃棄物の乾式メタン発酵方法によれば、生ごみ、家畜糞尿等の有機性廃棄物、更には古紙、雑草等を乾式メタン発酵により高いメタン発酵効率にて高負荷処理することにより、メタンガスを安定かつ効率的に回収することが可能とされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す系統図である。
【符号の説明】
１ 投入原料
２ 混合装置
３ 繊維含有有機物
４ 蒸気
６ 乾式メタン発酵槽
７ 引抜汚泥
８ 余剰汚泥
９ 返送汚泥
Claims (3)
- 有機性廃棄物をＴＳ（全固形物）濃度２０〜４０％で乾式メタン発酵処理する方法において、該有機性廃棄物のＣ／Ｎ比が２５〜２５０となるように該有機性廃棄物を調整することを特徴とする有機性廃棄物の乾式メタン発酵方法。
- 請求項１において、該有機性廃棄物に繊維含有有機物を添加することにより、該有機性廃棄物を調整することを特徴とする有機性廃棄物の乾式メタン発酵方法。
- 請求項２において、繊維含有有機物が紙及び／又は草であることを特徴とする有機性廃棄物の乾式メタン発酵方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000170827A JP4543504B2 (ja) | 2000-06-07 | 2000-06-07 | 有機性廃棄物の乾式メタン発酵方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000170827A JP4543504B2 (ja) | 2000-06-07 | 2000-06-07 | 有機性廃棄物の乾式メタン発酵方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001347247A JP2001347247A (ja) | 2001-12-18 |
| JP4543504B2 true JP4543504B2 (ja) | 2010-09-15 |
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ID=18673479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000170827A Expired - Lifetime JP4543504B2 (ja) | 2000-06-07 | 2000-06-07 | 有機性廃棄物の乾式メタン発酵方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4543504B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110252763A (zh) * | 2019-05-13 | 2019-09-20 | 江苏天楹环保能源成套设备有限公司 | 一种厨余垃圾干式厌氧发酵系统 |
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| JP2005230624A (ja) * | 2004-02-17 | 2005-09-02 | Ohbayashi Corp | 乾式メタン発酵法 |
| JP2005279411A (ja) * | 2004-03-29 | 2005-10-13 | Kurita Water Ind Ltd | グリセリンの高速メタン発酵方法 |
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