(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱窒処理に有機炭素源を使用する硝化脱窒法を用いる水処理方法であって、
粗製グリセリン廃液から脂肪酸が含まれる油層を分離してグリセリンが含まれる水層を取り出す分離工程と、
前記分離工程で取り出された前記水層を、従属栄養性の微生物を用いた生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として添加する脱窒処理工程と、
を含む水処理方法。
【請求項２】
前記粗製グリセリン廃液が、油脂を原料とするバイオディーゼル燃料の製造工程で副生される粗製グリセリン廃液であり、
前記分離工程は、前記粗製グリセリン廃液を希釈水で希釈した混合排液に酸を添加して攪拌し、脂肪酸が含まれる油層とグリセリンが含まれる水層に分離する中和処理工程が含まれ、前記中和処理工程で油層と水層に分離された粗製グリセリン廃液から水層を取り出す工程である請求項１記載の水処理方法。
【請求項３】
前記希釈水として前記バイオディーゼル燃料の製造工程で製造されたバイオディーゼル燃料の洗浄廃液が用いられる請求項２記載の水処理方法。
【請求項４】
脂肪酸等の不純物を含むアルカリ性の粗製グリセリン廃液から生成される脱窒剤の製造方法であって、
粗製グリセリン廃液から脂肪酸が含まれる油層を分離してグリセリンが含まれる水層を脱窒剤として取り出す分離工程
を含む脱窒剤の製造方法。
【請求項５】
前記粗製グリセリン廃液は、油脂を原料とするバイオディーゼル燃料の製造工程で副生され、前記分離工程は、前記粗製グリセリン廃液を希釈水で希釈した混合排液に酸を添加して攪拌し、脂肪酸が含まれる油層とグリセリンが含まれる水層に分離する中和処理工程が含まれ、前記中和処理工程で油層と水層に分離された粗製グリセリン廃液から水層を脱窒剤として取り出す工程である請求項４記載の脱窒剤の製造方法。
【請求項６】
前記希釈水として前記バイオディーゼル燃料の製造工程で製造されたバイオディーゼル燃料の洗浄廃液が用いられる請求項５記載の脱窒剤の製造方法。
【請求項７】
油脂を原料とするバイオディーゼル燃料の燃料製造装置を備え、前記燃料製造装置で副生される粗製グリセリン廃液の処理を含む水処理システムであって、
前記燃料製造装置で副生された粗製グリセリン廃液から脂肪酸が含まれる油層を分離してグリセリンが含まれる水層を取り出す分離処理装置と、
前記分離処理装置で取り出された前記水層を、従属栄養性の微生物を用いた生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として添加する脱窒処理装置を含む水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱窒処理に有機炭素源を使用する硝化脱窒法を用いる水処理方法、脱窒剤、脱窒剤の製造方法及び水処理システムに関し、特に脂肪酸等の不純物を含むアルカリ性の粗製グリセリン廃液を用いる水処理方法、脱窒剤、脱窒剤の製造方法及び水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、殆どがゴミとして可燃性廃棄物と一緒に焼却される廃食用油を、バイオディーゼル燃料に変換する方法が開発されている。バイオディーゼル燃料は、英語でBio Diesel Fuelと表記され、頭文字をとってＢＤＦ（登録商標）と記されることもある。
【０００３】
当該方法は、カーボンニュートラルな軽油代替燃料を得る方法として注目されており、アルカリ触媒法を用いて廃食用油及びアルコールを原料とするバイオディーゼル燃料を製造する方法である。
【０００４】
しかし、製造時に製品となる脂肪酸のアルキルエステルとともに原料油脂の１０パーセント程度の粗製グリセリンが副生される。副生された粗製グリセリンは、触媒や未変換の脂肪酸等の不純物を含むので、医薬品、化粧品、石鹸等の原料として用いる場合には、これを精製しなければならず、多大なコストが必要となるため、グリセリンとしての利用価値は殆ど無く、処理困難物であった。
【０００５】
そこで、特許文献１には、廃食用油を原料としてバイオディーゼル燃料を製造する際に副生する粗製グリセリンを実用的に処理する方法として、微生物を有する有機性廃棄物と粗製グリセリンを混合する第１の工程と、第１の工程で得られる混合物に対して切り返しを行う第２の工程とからなる粗製グリセリンの処理方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２３４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載された処理方法では、副生される粗製グリセリンを有効活用できる十分な用途とはなりえず、大量使用可能な他の用途が求められていた。このような粗製グリセリンの問題は、バイオディーゼル燃料の製造に限らず、各種の食用油を用いた製品の処理過程でも発生する共通の問題でもあった。
【０００８】
ところで、窒素含有有機性廃水を処理するために、循環脱窒法等、従属栄養性の微生物を用いた生物学的硝化脱窒法が採用されている。当該硝化脱窒法は、廃水中のアンモニア態窒素をアンモニア酸化細菌により亜硝酸態窒素に酸化し、更に亜硝酸態窒素を亜硝酸酸化細菌により硝酸態窒素に酸化する硝化工程と、亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を従属栄養性の脱窒菌により窒素ガスにまで分解する脱窒工程を経て、廃水中のアンモニア態窒素を窒素ガスにまで分解する方法である。
【０００９】
しかし、これまでの生物学的硝化脱窒法では、処理対象とする汚水の性状によっては脱窒工程で有機炭素源として大量のメタノール等を添加する必要があり、そのための薬品コストが高騰するという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、処理が困難であった粗製グリセリン廃液を安価に後処理でき、しかも大量に再利用可能な粗製グリセリン廃液を用いた水処理方法、脱窒剤の製造方法及び水処理システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の目的を達成するため、本発明による水処理方法の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、脱窒処理に有機炭素源を使用する硝化脱窒法を用いる水処理方法であって、粗製グリセリン廃液から脂肪酸が含まれる油層を分離してグリセリンが含まれる水層を取り出す分離工程と、前記分離工程で取り出された前記水層を、従属栄養性の微生物を用いた生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として添加する脱窒処理工程と、を含む点にある。
【００１２】
分離工程で、粗製グリセリン廃液から脂肪酸が含まれる油層を分離してグリセリンが含まれる水層が取り出され、脱窒処理工程で、従来脱窒剤として用いられていたメタノールに代えて、当該グリセリンや塩等が含まれる水層が、従属栄養性の微生物を用いた生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として添加される。
【００１３】
従って、従来、用途が制限されていた粗製グリセリン廃液を単純な処理で極めて効率的に再利用でき、効果的に地球の自然環境を保護することができるようになる。
【００１４】
分離工程は、酸による中和処理や、遠心分離機や濾過膜によって油層と水層を分離することが例示できる。
【００１５】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述した第一特徴構成に加えて、前記粗製グリセリン廃液が、油脂を原料とするバイオディーゼル燃料の製造工程で副生される粗製グリセリン廃液であり、前記分離工程は、前記粗製グリセリン廃液を希釈水で希釈した混合排液に酸を添加して攪拌し、脂肪酸が含まれる油層とグリセリンが含まれる水層に分離する中和処理工程が含まれ、前記中和処理工程で油層と水層に分離された粗製グリセリン廃液から水層を取り出す工程である点にある。
【００１６】
カーボンニュートラルな軽油代替燃料として食用廃油等の油脂の再利用を促進する上で極めて有用性が高くなる。中和処理工程で、エマルジョン状態になっているアルカリ性の粗製グリセリン廃液に、酸が添加されることによって廃液が中和され、脂肪酸が含まれる油層と、グリセリンや塩等が含まれる水層とに分離される。分離工程で油層と、グリセリンが含まれる水層とを容易に取り出すことができる。粗製グリセリン廃液は比較的粘性が高く、酸を添加しても容易に攪拌できず、そのため中和反応に時間を要するが、中和処理工程で粗製グリセリン廃液を水で希釈することにより、効率的に中和反応を行なうことができるようになる。
【００１７】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第二の特徴構成に加えて、前記希釈水として前記バイオディーゼル燃料の製造工程で製造されたバイオディーゼル燃料の洗浄廃液が用いられる点にある。
【００１８】
バイオディーゼル燃料の製造工程で製造されたバイオディーゼル燃料の洗浄廃液には、製造工程で副生される僅かな量の粗製グリセリンが混入しているため、これを粗製グリセリン廃液の希釈液として用いることにより、別途の希釈水が不要になる。さらに、洗浄廃液に含まれるグリセリンも回収され、その後特別の排水処理を施す必要も無くなるので、各処理コストを低減することができるようになる。
【００１９】
本発明による脱窒剤の製造方法の第一の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、脂肪酸等の不純物を含むアルカリ性の粗製グリセリン廃液から生成される脱窒剤の製造方法であって、粗製グリセリン廃液から脂肪酸が含まれる油層を分離してグリセリンが含まれる水層を脱窒剤として取り出す分離工程を含む点にある。
【００２０】
同第二の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記粗製グリセリン廃液は、油脂を原料とするバイオディーゼル燃料の製造工程で副生され、前記分離工程は、前記粗製グリセリン廃液を希釈水で希釈した混合排液に酸を添加して攪拌し、脂肪酸が含まれる油層とグリセリンが含まれる水層に分離する中和処理工程が含まれ、前記中和処理工程で油層と水層に分離された粗製グリセリン廃液から水層を脱窒剤として取り出す工程である点にある。
【００２１】
同第三の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第二の特徴構成に加えて、前記希釈水として前記バイオディーゼル燃料の製造工程で製造されたバイオディーゼル燃料の洗浄廃液が用いられる点にある。
【００２２】
本発明による水処理システムの特徴構成は、同請求項７に記載した通り、油脂を原料とするバイオディーゼル燃料の燃料製造装置を備え、前記燃料製造装置で副生される粗製グリセリン廃液の処理を含む水処理システムであって、前記燃料製造装置で副生された粗製グリセリン廃液から脂肪酸が含まれる油層を分離してグリセリンが含まれる水層を取り出す分離処理装置と、前記分離処理装置で取り出された前記水層を、従属栄養性の微生物を用いた生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として添加する脱窒処理装置を含む点にある。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明した通り、本発明によれば、処理が困難であった粗製グリセリン廃液を安価に後処理でき、しかも大量に再利用可能な粗製グリセリン廃液を用いた水処理方法、脱窒剤の製造方法及び水処理システムを提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による粗製グリセリン廃液の処理方法の説明図
【図２】生物学的硝化脱窒処理の説明図
【図３】実験の説明図
【図４】実験結果を示す特性図であって、（ａ）は硝酸性窒素の処理量を示す特性図、（ｂ）はＣＯＤ残存量を示す特性図、（ｃ）はＴＯＣ残存量を示す特性図
【図５】バイオディーゼル燃料の製法の説明図
【図６】水処理システムの説明図
【図７】別実施形態を示す水処理システムの説明図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明による水処理方法、脱窒剤の製造方法及び水処理システムの実施形態を説明する。
【００２６】
図５に示すように、バイオディーゼル燃料の製造工程では、反応槽に原料となる植物油のような油脂（原料油脂）にメタノールと、触媒としての水酸化ナトリウムを加えてエステル交換反応を起こすエステル交換反応工程と、エステル交換反応により得られる脂肪酸メチルエステルと粗製グリセリン廃液を分離する分離工程と、得られた脂肪酸メチルエステルを温水洗浄する洗浄工程を備えて、バイオディーゼル燃料が得られる。
【００２７】
植物油は、粘度が高いなどの特徴を有しており、そのままディーゼル自動車用の燃料として使用した場合、燃料ポンプに析出物が付着してエンジンに不具合が発生する虞があるので、原料油脂に対してメチルエステル化などの化学処理を施してからグリセリンを取り除くことによって、バイオディーゼル燃料に変換する。
【００２８】
尚、バイオディーゼル燃料の原料油脂としては、菜種油、パーム油、オリーブ油、ひまわり油、大豆油、コメ油、大麻油等の植物油の他に、魚油や豚脂、牛豚等の獣脂及び食用廃油（いわゆる天ぷら油等）等が例示できる。
【００２９】
ところで、上述のバイオディーゼル燃料の製造工程では、製造時に製品となる脂肪酸メチルエステルとともに、原料油脂の１０パーセント程度のアルカリの粗製グリセリンが副生される。
【００３０】
副生された粗製グリセリンは濃度は高いが、メタノール、水分、水溶性夾雑物、触媒及び未変換の脂肪酸等の不純物を含むので、医薬品、化粧品、石鹸等の原料として用いる場合には、これを精製しなければならず、多大なコストを要するため、グリセリンとしての利用価値は殆ど無く、処理困難物である。
【００３１】
しかし、し尿処理場等の生物脱窒工程を必要とする既存の設備では、脱窒剤として支障なく利用することができる。そこで、植物油を原料とするバイオディーゼル燃料の製造工程で副生される粗製グリセリン廃液を処理して、脱窒剤として利用するのである。
【００３２】
以下に、本発明による脂肪酸等の不純物を含むアルカリ性の粗製グリセリン廃液を用いた水処理方法について説明する。
【００３３】
図１に示すように、水処理方法は、植物油を原料とするバイオディーゼル燃料の製造工程で副生される粗製グリセリン廃液に酸を添加して攪拌し、脂肪酸が含まれる油層とグリセリンが含まれる水層に分離する中和処理工程を含み、中和処理工程で油層と水層に分離された粗製グリセリン廃液から水層を取り出す分離工程と、前記分離工程で取り出された前記水層を、従属栄養性の微生物を用いた生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として添加する脱窒処理工程と、を含んでいる。
【００３４】
中和処理工程では、バイオディーゼル燃料の製造工程の反応槽から粗製グリセリン廃液を引き抜いて中和処理槽に貯留し、中和処理槽に塩酸を添加して原料油脂を中和させる。尚、中和に用いる酸は、塩酸等の無機酸に限らず、酢酸や乳酸等の有機酸、炭酸ガス等が好ましく例示できる。
【００３５】
中和処理工程で、エマルジョン状態になっているアルカリ性の粗製グリセリン廃液に、塩酸が添加されることによって廃液が中和され、脂肪酸が含まれる油層と、グリセリンや塩等が含まれる水層とに分離される。
【００３６】
分離工程では、未反応の油脂や脂肪酸メチルエステルが含まれる油層が中和処理槽の上部に分離し、粗製グリセリンを含む水層が中和処理槽の下部に分離する。所定時間経過後に中和処理槽の底部に備えたバルブを開いて、下部に分離した粗製グリセリンを含む水層を排出することで、油層と水層に分離された粗製グリセリン廃液から水層が取り出される。
【００３７】
一方、中和処理槽内には、中和処理工程で油層と水層に分離された粗製グリセリン廃液から分離された油層が残る。この油層には、高濃度の脂肪酸が含まれているため、原料として前記バイオディーゼル燃料の製造工程に用いる循環処理工程を備えて、これを利用してバイオディーゼル燃料を製造すれば、再資源化率を大きく向上させることができ、廃水処理に必要なコストを低減させることができるようになる。
【００３８】
ここで、脱窒処理工程について説明する。
図２に示すように、し尿処理場では、窒素含有有機性廃水を処理するために、循環脱窒法等、従属栄養性の微生物を用いた生物学的硝化脱窒法が採用されている。当該硝化脱窒法は、被処理水中のアンモニア態窒素をアンモニア酸化細菌により亜硝酸態窒素に酸化し、更に亜硝酸態窒素を亜硝酸酸化細菌により硝酸態窒素に酸化する硝化工程と、亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を従属栄養性の脱窒菌により窒素ガスにまで分解する脱窒処理工程を経て、被処理水中のアンモニア態窒素を窒素ガスにまで分解する方法である。なお、硝化工程の硝化液が脱窒処理工程に循環供給される。
【００３９】
このような、脱窒処理工程における、メタノールの代替品として、上述の粗製グリセリン廃液の処理方法の分離工程で取り出された粗製グリセリン廃液を、従属栄養性の微生物を用いた生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として添加する。
【００４０】
当該グリセリンや塩等が含まれる水層は、従属栄養性の微生物を用いた生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として、短時間に分解されるので、有機汚濁物質が残存しにくい。
【００４１】
このように、生物学的硝化脱窒法の脱窒処理工程で有機炭素源として大量のメタノール等を添加する代わりに、バイオディーゼル燃料の製造工程で副生される粗製グリセリンを有効利用することで、メタノール分の薬品コストを削減することができる。
【００４２】
ところで、バイオディーゼル燃料の製造工程で、脂肪酸メチルエステルから分離された粗製グリセリン廃液は比較的粘性が高く、塩酸を添加しても容易に攪拌できず、そのため中和反応に時間を要するという課題がある。中和反応を促進するためには、中和処理工程で粗製グリセリン廃液を水で希釈する必要があり、水の供給機構や供給経路を確保する必要がある。
【００４３】
また、バイオディーゼル燃料の製造工程で、脂肪酸メチルエステルから分離された粗製グリセリン廃液の濃度が高すぎると、消防法に規定する危険物第４類（引火性液体）の第３石油類に該当するため、慎重に取り扱う必要がある。
【００４４】
バイオディーゼル燃料の製造工程では、脂肪酸メチルエステルを温水洗浄した洗浄廃液にも、脂肪酸メチルエステルを含む油層側に残留したメタノールやその他アルカリ塩等の不純物に加え、水溶性のグリセリンが含まれている。そこで、このグリセリンが含まれる洗浄廃液を有効利用するのである。
【００４５】
バイオディーゼル燃料の製造工程で、脂肪酸メチルエステルから分離された粗製グリセリン廃液が比較的粘性が高いような場合でも、バイオディーゼル燃料の製造工程で製造されたバイオディーゼル燃料の洗浄廃液を粗製グリセリン廃液の希釈液として用いることにより、別途の希釈水が不要になり、洗浄廃液に特別の排水処理を施す必要も無くなり、各処理コストを低減することができるようになる。
【００４６】
本実施形態では、中和処理工程は前記粗製グリセリン廃液と前記バイオディーゼル燃料の製造工程で製造されたバイオディーゼル燃料の洗浄廃液との混合廃液に対して実行される。
【００４７】
以上のようにして、脂肪酸等の不純物を含むアルカリ性の粗製グリセリン廃液から生成される脱窒剤の製造方法であって、前記粗製グリセリン廃液に酸を添加して攪拌し、脂肪酸が含まれる油層とグリセリンが含まれる水層に分離する中和処理工程と、中和処理工程で油層と水層に分離された粗製グリセリン廃液から水層を脱窒剤として取り出す分離工程と、を含む脱窒剤の製造方法が実現できる。
【００４８】
脂肪酸等の不純物を含むアルカリ性の粗製グリセリン廃液から生成される脱窒剤は、粗製グリセリン廃液に塩酸を添加して中和し、油層と水層に分離した粗製グリセリン廃液から油層を除去することにより得られ、従属栄養性の微生物を用いた生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として用いられる。
【００４９】
粗製グリセリン廃液から脂肪酸等の油分を分離した廃液であれば、炭素数の大きな有機物が含まれないため、生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として好適に用いることができ、しかも廃液に含まれる各種の塩等を含む無機物は本来的に環境を害するものではないため、処理後の水に特別の浄化処理を施す必要も無い。
【００５０】
従って、従来、用途が制限されていた粗製グリセリン廃液を単純な処理で極めて効率的に再利用でき、効果的に地球の自然環境を保護することができるようになる。植物油を原料とするバイオディーゼル燃料の製造工程で副生される粗製グリセリン廃液を再利用することは、カーボンニュートラルな軽油代替燃料として食用廃油の再利用を促進する上で極めて有用性が高くなる。
【００５１】
また、バイオディーゼル燃料の製造工場は、小規模な施設が各地に点在しているので、各施設から排出される粗製グリセリン廃液の受け入れ先として、生物学的硝化脱窒処理を行っている近隣のし尿処理場等が利用できるので、粗製グリセリン廃液の安定的な受け入れ先を確保することができる。
【００５２】
植物油を原料とするバイオディーゼル燃料の製造工程で副生される粗製グリセリン廃液は、濃度が例えば４０％程度のため腐敗することがなく保存性がよい。従って、この粗製グリセリン廃液をバイオディーゼル燃料の製造工場から遠方のし尿処理場等であっても大量に輸送することができる。
【００５３】
尚、上述の水処理方法では、分離工程は中和処理工程を含み、粗製グリセリン廃液に酸を添加して攪拌し中和処理することで脂肪酸が含まれる油層とグリセリンが含まれる水層に分離する構成について説明したが、分離工程はこれに限らない。例えば、分離工程は、遠心分離機や濾過膜を用いて油層と水層の分離を行う構成であってもよい。
【００５４】
以上のように、処理が困難であった粗製グリセリン廃液を安価に後処理でき、しかも大量に再利用可能な粗製グリセリン廃液を用いた水処理方法、脱窒剤、脱窒剤の製造方法及び水処理システムを提供することができる。
【００５５】
本発明による水処理方法は、バイオディーゼル燃料の製造工程で排出される粗製グリセリン廃液に限らず、各種の食用油を用いた製品の処理過程でも発生する脂肪酸等の不純物を含むアルカリ性の粗製グリセリン廃液に適用することができる。
【００５６】
以下に、本発明による油脂を原料とするバイオディーゼル燃料の製造工程で副生される粗製グリセリン廃液の処理を含む水処理システムについて説明する。
【００５７】
図６に示すように、バイオディーゼル燃料の製造工程を実行するバイオディーゼル燃料製造設備１０は、燃料製造装置１１と洗浄装置１５を備えている。
【００５８】
燃料製造装置１１が備える反応槽１１ａでは、原料となる植物油のような油脂（原料油脂）にメタノールと、触媒としての水酸化ナトリウムを加えエステル交換反応を起こすエステル交換反応工程と、エステル交換反応により得られる脂肪酸メチルエステルと粗製グリセリン廃液を分離する分離工程と、得られた脂肪酸メチルエステルを温水洗浄する洗浄工程を備えたバイオディーゼル燃料の製造工程が実行され、油脂を原料とするバイオディーゼル燃料が製造されるとともに粗製グリセリン廃液が副生される。この粗製グリセリン廃液が、水処理設備２０の中和処理装置１２に供給される。
【００５９】
洗浄装置１５は、燃料製造装置１１で製造されたバイオディーゼル燃料に混入している粗製グリセリンを洗浄する。洗浄装置１５の洗浄廃液は水処理設備２０の中和処理装置１２に供給される。バイオディーゼル燃料の洗浄廃液を中和処理装置１２に供給するように構成することで、さらに無駄に捨てるものがなくなり、燃料及び粗製グリセリンの一層の有効利用を図ることができる。
【００６０】
水処理システムは、水処理設備２０が備える中和処理装置１２と、分離処理装置１３と、供給機構１４と、脱窒処理装置２１と、硝化装置２２によって構成される。
【００６１】
中和処理装置１２は中和処理槽１２ａを備え、中和処理槽１２ａには燃料製造装置１１の反応槽１１ａで副生された粗製グリセリン廃液と洗浄装置１５からの洗浄廃液が供給される。中和処理槽１２ａに貯留された粗製グリセリン廃液と洗浄廃液との混合廃液に対して塩酸を添加して攪拌して原料油脂を中和させる中和処理工程を実行することで、脂肪酸メチルエステルが含まれる油層が中和処理槽１２ａの上部に分離し、グリセリンを含む水層が中和処理槽１２ａの下部に分離する。
【００６２】
分離処理装置１３は、中和処理槽１２ａの底部に設けられた排出管とバルブで構成されている。バルブを開くと下部に分離したグリセリンを含む水層が排出される。このようにして油層と水層に分離された粗製グリセリン廃液から水層だけが取り出される。
【００６３】
供給機構１４は、供給配管と供給ポンプを備えている。中和処理槽１２ａで油層と水層に分離された粗製グリセリン廃液から分離された油層を供給ポンプによって取り出して、原料として燃料製造装置１１の反応槽１１ａに循環供給する。なお、供給機構１４は、このような供給配管と供給ポンプを備えた構成に限らず、中和処理槽１２ａ内に分離された油層をタンクにくみ上げて反応槽１１ａまで輸送するように構成してもよい。分離処理装置１３で取り出された油層には、高濃度の脂肪酸が含まれているため、供給機構１４でこれを原料として反応槽１１ａに循環供給してバイオディーゼル燃料を製造すれば、再資源化率を大きく向上させることができ、廃水処理に必要なコストを低減させることができるようになる。
【００６４】
硝化装置２２は、硝化脱窒法によって硝化槽に貯留される被処理水中のアンモニア態窒素をアンモニア酸化細菌により亜硝酸態窒素に酸化し、更に亜硝酸態窒素を亜硝酸酸化細菌により硝酸態窒素に酸化する。なお、硝化装置２２の硝化液は脱窒処理装置２１に循環される。
【００６５】
脱窒処理装置２１は、亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を従属栄養性の脱窒菌により窒素ガスにまで分解する。この脱窒処理装置２１の脱窒処理槽には、分離処理装置１３で取り出されたグリセリン廃液が、従属栄養性の微生物を用いた生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として添加される。
【００６６】
このように分離処理装置１３で取り出されたグリセリンを含んだ水層を、従属栄養性の微生物を用いた生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として脱窒処理装置２１の脱窒処理槽に添加することで、従来大量に必要だったメタノール等の有機炭素源の一部を賄うことができる。
【００６７】
なお、本発明による水処理システムは、上述した例に制限されるのもではなく、以下に説明するように、中和処理装置１２、分離処理装置１３、供給機構１４をバイオディーゼル燃料製造設備１０側に備えた構成であってもよい。
【００６８】
図７に示すように、バイオディーゼル燃料製造設備１０は、燃料製造装置１１と、中和処理装置１２と、分離処理装置１３と、供給機構１４を備えている。
【００６９】
燃料製造装置１１は反応槽１１ａを備えている。反応槽１１ａでは、原料となる植物油のような油脂（原料油脂）にメタノールと、触媒としての水酸化ナトリウムを加えエステル交換反応を起こすエステル交換反応工程と、エステル交換反応により得られる脂肪酸メチルエステルと粗製グリセリン廃液を分離する分離工程と、得られた脂肪酸メチルエステルを温水洗浄する洗浄工程を備えたバイオディーゼル燃料の製造工程が実行され、油脂を原料とするバイオディーゼル燃料が製造されるとともに粗製グリセリン廃液が副生される。この粗製グリセリン廃液が、中和処理装置１２に供給される。
【００７０】
洗浄装置１５は、燃料製造装置１１で製造されたバイオディーゼル燃料に混入している粗製グリセリンを洗浄する。洗浄装置１５の洗浄廃液は中和処理装置１２に供給される。バイオディーゼル燃料の洗浄廃液を中和処理装置１２に供給するように構成することで、さらに無駄に捨てるものがなくなり、燃料及び粗製グリセリンの一層の有効利用を図ることができる。
【００７１】
中和処理装置１２は中和処理槽１２ａを備え、中和処理槽１２ａには燃料製造装置１１の反応槽１１ａで副生された粗製グリセリン廃液と洗浄装置１５からの洗浄廃液が供給される。中和処理槽１２ａに貯留された粗製グリセリン廃液と洗浄廃液との混合廃液に対して塩酸を添加して攪拌して原料油脂を中和させる中和処理工程を実行することで、脂肪酸メチルエステルが含まれる油層が中和処理槽１２ａの上部に分離し、グリセリンを含む水層が中和処理槽１２ａの下部に分離する。
【００７２】
分離処理装置１３は、中和処理槽１２ａの底部に設けられた排出管とバルブで構成されている。バルブを開くと下部に分離したグリセリンを含む水層が排出される。このようにして油層と水層に分離された粗製グリセリン廃液から水層だけが取り出される。
【００７３】
供給機構１４は、供給配管と供給ポンプを備えている。中和処理槽１２ａで油層と水層に分離された粗製グリセリン廃液から分離された油層を供給ポンプによって取り出して、原料として燃料製造装置１１の反応槽１１ａに循環供給する。分離処理装置１３で取り出された油層には、高濃度の脂肪酸が含まれているため、供給機構１４でこれを原料として反応槽１１ａに循環供給してバイオディーゼル燃料を製造すれば、再資源化率を大きく向上させることができ、廃水処理に必要なコストを低減させることができるようになる。
【００７４】
水処理設備２０は、循環脱窒法等、従属栄養性の微生物を用いた生物学的硝化脱窒法によって窒素含有有機性廃水を処理する設備であり、脱窒処理装置２１と、硝化装置２２を備えている。
【００７５】
硝化装置２２は、硝化脱窒法によって硝化槽に貯留される被処理水中のアンモニア態窒素をアンモニア酸化細菌により亜硝酸態窒素に酸化し、更に亜硝酸態窒素を亜硝酸酸化細菌により硝酸態窒素に酸化する。なお、硝化装置２２の硝化液は脱窒処理装置２１に循環される。
【００７６】
脱窒処理装置２１は、亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を従属栄養性の脱窒菌により窒素ガスにまで分解する。この脱窒処理装置２１の脱窒処理槽には、分離処理装置１３で取り出されたグリセリン廃液が、従属栄養性の微生物を用いた生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として添加される。
【００７７】
このように分離処理装置１３で取り出されたグリセリンを含んだ水層を、従属栄養性の微生物を用いた生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として脱窒処理装置２１の脱窒処理槽に添加することで、従来大量に必要だったメタノール等の有機炭素源の一部を賄うことができる。
【実施例】
【００７８】
以下に記載するように、し尿処理場で硝酸性窒素処理の脱窒用炭素源として使用されるメタノールの代替品として粗製グリセリン廃液の利用可能性についての試験を行った。
【００７９】
まず、天ぷら油等の原料油脂にメタノールと触媒としての水酸化ナトリウムを加えて攪拌し、エステル変換反応を起こして数時間放置し、上部の油層に脂肪酸メチルエステルを分離させ、下部の水層に粗製グリセリン廃液を分離させて粗製グリセリン廃液を得た。
【００８０】
次に、この粗製グリセリン廃液に酸を添加して攪拌し、脂肪酸が含まれる油層とグリセリンが含まれる水層に分離してグリセリン廃液（以下、「グリセリン廃液（水層）」と記す）を得た。
【００８１】
このようにして得た粗製グリセリン廃液と、グリセリン廃液（水層）と、さらに比較例としてメタノールを準備し、夫々を硝酸性窒素処理の脱窒用炭素源として利用して、硝酸性窒素の処理量や、ＣＯＤやＴＯＣ残存量を計測して比較し、その評価を行った。
【００８２】
試験の対象となる試験液は、図３に示すように、既存の設備の生物処理後の活性汚泥を、３つのビーカーに夫々２０００ｍＬとり、３０℃に保温した状態で、マグネットスターラーで攪拌しながら、２４時間放置して、残留しているメタノール、硝酸を処理した。次に、活性汚泥２０００ｍＬに対して、硝酸性窒素として１００ｍｇ／Ｌとなるように、各ビーカーに硝酸カリウムを１．４４４３ｇ添加して準備した。
【００８３】
実験例１は、ビーカーに粗製グリセリン廃液を硝酸性窒素処理の脱窒用炭素源として１０ｍＬ添加したものである。実験例２は、ビーカーにグリセリン廃液（水層）を硝酸性窒素処理の脱窒用炭素源として１０ｍＬ添加したものである。比較例１は、ビーカーにメタノールを硝酸性窒素処理の脱窒用炭素源として１０ｍＬ添加したものである。尚、比較例２は、硝酸性窒素処理の脱窒用炭素源を添加しなかったものである。
【００８４】
各ビーカーへの硝酸性窒素処理の脱窒用炭素源を添加してからの時間を計測し、実験例１、実験例２、比較例１、比較例２について、添加直後、添加から１時間経過時、２時間経過時、４時間経過時、６時間経過時に、各ビーカーから１０ｍＬずつ試験液を採取し、直ちに０．８μｍのフィルターで固液分離して得た分離液を２０倍にメスアップした。
【００８５】
尚、各ビーカーへの硝酸性窒素処理の脱窒用炭素源の添加直後、添加から１時間経過時、２時間経過時、４時間経過時の各試験液は、６時間経過時の試験液をメスアップするまで、冷凍保管し、全試験液を採取完了後に解凍して全試験液について、硝酸性窒素の処理量、ＣＯＤ残存量、及びＴＯＣ残存量を計測した。
【００８６】
まず、硝酸性窒素の処理量についての試験結果を説明する。
図４（ａ）に示すように、実験例１、実験例２、比較例１は、各ビーカーへの硝酸性窒素処理の脱窒用炭素源の添加直後から経時的に処理が増加し、６時間経過時の硝酸性窒素の処理量は、比較例２が２４ｍｇであるのに対し、実験例１が８０ｍｇ、実験例２が７５ｍｇであり、比較例１の７７ｍｇと略同等となっている。
【００８７】
ＣＯＤの残存量についての試験結果を説明する。ＣＯＤの残存量についての試験は、各ビーカーへの硝酸性窒素処理の脱窒用炭素源の添加直後のＣＯＤ量を１００％として、６時間経過時時のＣＯＤ残存量を比較した。図４（ｂ）に示すように、比較例１はＣＯＤが３９．８％残存しているに対して、実験例１は、ＣＯＤが９１．７％残存し、実験例２はＣＯＤが１７．４％残存する結果となった。
実験例１は、硝酸性窒素処理の脱窒用炭素源として添加した粗製グリセリン廃液に油脂分が多く混入しているため、活性汚泥による分解が十分に行われず、ろ液側にＣＯＤとして残存したと考えられる。
【００８８】
ＴＯＣの残存量についての試験結果を説明する。ＴＯＣの残存量についての試験は、各ビーカーへの硝酸性窒素処理の脱窒用炭素源の添加直後のＴＯＣ量を１００％として、６時間経過時時のＴＯＣ残存量を比較した。図４（ｃ）に示すように、比較例１はＴＯＣが４０．０％残存しているに対して、実験例１は、ＴＯＣが１８２．９％残存し、実験例２はＴＯＣが６０．６％残存する結果となった。
【００８９】
従って、硝酸性窒素処理の脱窒用炭素源としては、図４（ａ）に示したように、実験例１及び実験例２は比較例１と同等の効果が得られることがわかった。粗製グリセリン廃液及びグリセリン廃液（水層）は、し尿処理等における脱窒素処理のためのメタノールの代替として有効に利用することができる。
【００９０】
図４（ｂ），（ｃ）に示すように、実験例１の硝酸性窒素処理の脱窒用炭素源として添加した粗製グリセリン廃液には油脂分が多く混入しているため、この油脂分がろ液側にＣＯＤとＴＯＣとして相当量が残存する結果となった。し尿処理における脱窒素処理のためのメタノールの代替として、粗製グリセリン廃液を利用する場合には、バイオディーゼル燃料の製造工程で分離された粗製グリセリン廃液に含まれる油脂分を適正に分離することが好ましい。
【００９１】
上述した実施形態は、何れも本発明の一例であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜設計可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００９２】
１０：バイオディーゼル燃料製造設備
１１：燃料製造装置
１１ａ：反応槽
１２中和処理装置
１２ａ中和処理槽
１３：分離処理装置
１４：供給機構
２０：水処理設備
２１：脱窒処理装置
２２：硝化装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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