(57)【要約】【課題】本発明の課題は、糖類を含む廃液のメタン発酵処理において、メタン発酵の阻害要因となる糸状菌及びバイオフィルムの発生を抑制し、安定した処理が可能な糖分解槽、糖分解処理システム及び糖分解処理方法を提供することである。【解決手段】上記課題を解決するために、糖類を含む廃液をメタン発酵処理するメタン発酵槽の前段に設けられ、糖類の分解処理を行う糖分解槽と、この糖分解槽及びメタン発酵槽を備える糖分解処理システム及びこれを用いた糖分解処理方法を提供する。本発明の糖分解槽、糖分解処理システム及び糖分解処理方法は、メタン発酵槽の前段において糖類を含む廃液中の糖類を分解し、糖濃度を減少させることで、メタン発酵槽内での糸状菌及びバイオフィルムの生成を抑制し、糖類を含む廃液を安定して処理することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
糖類の分解処理を行う糖分解槽であって、
糖類を含む廃液をメタン発酵処理するメタン発酵槽の前段に設けられることを特徴とする、糖分解槽。
【請求項２】
前記廃液中の糖類の濃度が５０００ｍｇ／Ｌ以下になるように糖類を分解することを特徴とする、請求項１に記載の糖分解槽。
【請求項３】
前記糖分解槽はｐＨ調整部を有し、
前記ｐＨ調整部は、ｐＨ測定部とｐＨ調整剤添加部とを備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の糖分解槽。
【請求項４】
糖類を含む廃液をメタン発酵処理する糖分解処理システムであって、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の糖分解槽と、
メタン発酵槽と、を備え、
前記糖分解槽は、前記メタン発酵槽の前段に設けられ、前記糖分解槽で前記廃液中の糖類を分解した処理液に対し、前記メタン発酵槽でメタン発酵処理を行うことを特徴とする、糖分解処理システム。
【請求項５】
糖類を含む廃液をメタン発酵処理する糖分解処理方法であって、
糖類を含む廃液をメタン発酵処理する前に、糖類の分解処理を行うことを特徴とする、糖分解処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、糖類を含む廃液を処理するための糖分解槽、糖分解処理システム及び糖分解処理方法に関するものである。特に、本発明は、糖類を含む廃液をメタン発酵処理するための糖分解槽、糖分解処理システム及び糖分解処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、有機物を含む排水を処理する方法として、種々の微生物を利用した生物処理が知られている。特に、嫌気性生物処理は、曝気動力が不要で、余剰汚泥がほとんど発生しないことなど、導入のメリットが高いことから広く用いられている。
このような嫌気性生物処理としては、嫌気性細菌である酸生成菌やメタン生成菌を用いたメタン発酵法が知られている。メタン発酵法としては、ＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Bed）法やＥＧＳＢ（Expand Granular Sludge Bed）法など、メタン生成菌が自己造粒した沈降性の高いグラニュール汚泥を用いる方法やメタン生成菌を包括固定化した担体を用いた方法などが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、有機物を含む排水処理装置として、酸生成槽及びメタン発酵槽を備えた嫌気性排水処理装置及びこれを用いた排水処理方法が記載されている。また、特許文献１には、酸生成槽及びメタン発酵槽の両方に担体を存在させることで、安定した処理が可能となることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０７６００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、特許文献１のような従来のメタン発酵処理装置を用い、糖類を含む廃液について処理する場合、高濃度の糖の存在によって、増殖の速い糸状菌の発生やメタン生成菌のバイオフィルム形成がメタン発酵槽内で起こる。これらの糸状菌及びバイオフィルムは、メタン生成菌及び担体等の表面に付着し、メタン発酵槽の処理性能を低下させるだけではなく、糸状菌及びバイオフィルムに覆われた担体あるいはグラニュール汚泥の表面にメタン発酵槽で生成するバイオガスが付着し、担体あるいはグラニュール汚泥がメタン発酵槽内で浮上し、槽外に流出するという問題が生じる。
【０００６】
本発明の課題は、糖類を含む廃液のメタン発酵処理において、メタン発酵の阻害要因となる糸状菌及びバイオフィルムの発生を抑制し、安定した処理が可能な糖分解槽、糖分解処理システム及び糖分解処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、糖類を含む廃液のメタン発酵処理において、メタン発酵槽の前段に糖類を分解する糖分解槽を設けることで、廃液中の糖濃度を低下させ、メタン発酵の阻害要因となる糸状菌及びバイオフィルムの発生を抑制することが可能になることを見出して、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の水処理装置である。
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の糖分解槽は、糖類の分解処理を行う糖分解槽であって、糖類を含む廃液をメタン発酵処理するメタン発酵槽の前段に設けられるという特徴を有する。
本発明の糖分解槽は、糖類を含む廃液中の糖類を分解して糖濃度を減少する。よって、本発明の糖分解槽をメタン発酵槽の前段に適用することにより、メタン発酵槽内での糸状菌及びバイオフィルムの生成が抑制され、糖類を含む廃液のメタン発酵処理を安定化することができる。
【０００９】
また、本発明の糖分解槽の一実施態様としては、廃液中の糖類の濃度が５０００ｍｇ／Ｌ以下になるように糖類を分解するという特徴を有する。
この特徴によれば、メタン発酵槽内で糸状菌及びバイオフィルムの生成を抑制し、かつメタン発酵によるバイオガス回収に適した状態の処理液を供給することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の糖分解槽の一実施態様としては、糖分解槽はｐＨ調整部を有し、ｐＨ調整部は、ｐＨ測定部とｐＨ調整剤添加部とを備えるという特徴を有する。
この特徴によれば、糖分解槽内で糖類を分解するために適したｐＨ環境とすることができ、糖分解効率を向上させることが可能となる。
【００１１】
また、上記課題を解決するための本発明の糖分解処理システムとしては、糖類を含む廃液をメタン発酵処理する糖分解処理システムであって、上記糖分解槽と、メタン発酵槽と、を備え、糖分解槽は、メタン発酵槽の前段に設けられ、糖分解槽で廃液中の糖類を分解した処理液に対し、メタン発酵槽でメタン発酵処理を行うという特徴を有する。
本発明の糖分解処理システムは、廃液中の糖類を分解する糖分解槽をメタン発酵槽の前段に設け、糖分解槽によって糖濃度を減少させた処理液をメタン発酵槽に供給するようにしたことで、メタン発酵槽内での糸状菌及びバイオフィルムの生成を抑制した状態でメタン発酵処理することが可能となるため、糖類を含む廃液を安定して処理するシステムとしての効果を奏する。
【００１２】
また、上記課題を解決するための本発明の糖分解処理方法としては、糖類を含む廃液をメタン発酵処理する糖分解処理方法であって、糖類を含む廃液をメタン発酵処理する前に、糖類の分解処理を行うという特徴を有する。
本発明の糖分解処理方法は、メタン発酵の前に廃液中の糖類を分解し、糖濃度を減少させることにより、次工程のメタン発酵処理において、糸状菌及びバイオフィルムの生成を抑制されるため、糖類を含む廃液を安定して処理することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、糖類を含む廃液のメタン発酵処理において、メタン発酵の阻害要因となる糸状菌及びバイオフィルムの発生を抑制し、安定した処理が可能な糖分解槽、糖分解処理システム及び糖分解処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施態様に係る糖分解処理システムの概略説明図である。
【図２】本発明の第１の実施態様に係る糖分解槽における滞留時間に対する全糖濃度の変化を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施態様に係る糖分解槽における滞留時間に対するＣＯＤｃｒ濃度の変化を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施態様に係る糖分解処理システムの概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の糖分解槽、糖分解処理システム及び糖分解処理方法は、糖廃液の生物処理に利用されるものである。特に、糖廃液のメタン発酵処理に好適に利用されるものである。
【００１６】
処理対象である糖廃液とは、水中に高濃度の糖類を含有する有機性の排水を示し、主に食品工場排水、飲料製造工場排水等が挙げられる。本発明の効果をより発揮するという観点から、全糖濃度が高い糖廃液であることが好ましく、糖廃液の全糖濃度としては、好ましくは５０００ｍｇ／Ｌ超であり、より好ましくは１００００ｍｇ／Ｌ超である。このような糖廃液の具体例としては、梅干し製造工場排水や、ジャムなどの加工食品製造工場排水、清涼飲料水製造工場排水などが挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００１７】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る糖分解槽、糖分解処理システム及び糖分解処理方法の実施態様を詳細に説明する。
なお、実施態様に記載する糖分解装置、糖分解処理システム及び糖分解処理方法については、本発明に係る糖分解装置、糖分解処理システム及び糖分解処理方法を説明するために例示したにすぎず、これに限定されるものではない。
【００１８】
［第１の実施態様］
〔糖分解処理システム〕
図１は、本発明の第１の実施態様の糖分解処理システム１の概略説明図である。
本発明に係る糖分解処理システム１は、糖廃液をメタン発酵処理するためのシステムであり、図１に示すように、各種工場からラインＬ１を介して糖廃液ＷＳを導入する糖分解槽２と、酸生成槽３と、メタン発酵槽４を備え、それぞれの槽はラインＬ２、Ｌ３により接続されている。また、メタン発酵槽４にはバイオガスとしてのメタンガスを回収するためのラインＬ４と、処理水Ｗを排出するラインＬ５と、処理水Ｗの一部を酸生成槽３に返送するラインＬ６とを備える。さらに、ラインＬ１上に、各種工場からの糖廃液ＷＳを一時貯留する原水貯留槽Ｔを設けるものとしてもよい。
【００１９】
酸生成槽３及びメタン発酵槽４の具体的な構造については、公知のものを用いればよく、特に限定されない。
例えば、酸生成槽３は、溶存酸素のない嫌気性雰囲気下で、通性嫌気性細菌である酸生成菌によって有機物を分解し有機酸を生成する酸生成工程を行うための装置である。酸生成槽３は、内部の水温調整手段、ｐＨ調整剤の投入手段、酸生成菌が必要とする栄養源である窒素、リン、コバルト及びニッケル等の金属類を添加する手段を備えたものとしてもよい。また、酸生成槽３において、酸生成菌を保持した担体を用いるものとしてもよい。
また、例えば、メタン発酵槽４は、酸生成槽３で処理された処理水に含まれる揮発性脂肪酸からメタンを生成するメタン発酵工程を行うための装置である。メタン発酵工程は、浮遊法、固定床法、流動床法、ＵＡＳＢ法、ＥＧＳＢ法等によりメタン発酵槽４内に保持されたメタン生成菌によって、溶存酸素のない嫌気性雰囲気で行うものである。また、メタン発酵槽４において、メタン生成菌を保持した担体を用いるものとしてもよい。
なお、一つの槽に、酸生成槽３及びメタン発酵槽４の機能を持たせるものとしてもよい。
【００２０】
〔糖分解槽〕
以下、糖分解処理システム１における糖分解槽２の具体的構成について、詳細に説明する。
【００２１】
本発明における第１の実施態様の糖分解槽２は、糖廃液中の糖を分解するためのものであり、図１に示すように、ｐＨ調整部５と、糖分解処理剤６１を添加する糖分解処理剤添加部６とを備える。また、糖分解槽２で処理された処理液ＷＳ１は、ラインＬ２を介して酸生成槽３及びメタン発酵槽４に供給される。
【００２２】
ｐＨ調整部５は、糖分解槽２内での糖分解処理に適した環境を整えるために、糖分解槽２内のｐＨを調整するものであって、ｐＨ測定計５１と、ｐＨ調整剤５２を添加するｐＨ調整剤添加部５３からなる。ｐＨ測定計５１では、糖分解槽２中の糖廃液ＷＳのｐＨを測定し、測定結果に応じてｐＨ調整剤添加部５３よりｐＨ調整剤５２を添加する。これにより、糖分解槽２内の糖廃液ＷＳのｐＨを３〜１１の範囲とすることが好ましい。
【００２３】
ｐＨ調整剤５２は、酸、アルカリともに公知の物質を用いるものとする。例えば、ｐＨ測定計５１による測定結果が強酸（ｐＨ３以下）の場合、ｐＨ調整剤５２として水酸化ナトリウムを用い、糖廃液ＷＳのｐＨを３以上とする。また、ｐＨ測定計５１による測定結果が強アルカリ（ｐＨ１１以上）の場合、ｐＨ調整剤５２として塩酸または硫酸を用い、糖廃液ＷＳのｐＨを１１以下とする。なお、ｐＨ測定計５１の測定結果がｐＨ３〜１１の範囲内にある場合は、ｐＨ調整剤５２を添加する必要はない。
【００２４】
糖分解処理剤添加部６は、糖廃液ＷＳ中の糖類を分解するための物質である糖分解処理剤６１を糖分解槽２内に添加するものであり、液体又は固体状態の糖分解処理剤６１を糖分解槽２に投入できる構造を有するものであれば特に限定されない。
【００２５】
糖分解処理剤６１は、糖分解菌、アルコール発酵に係る酵母、酵素などが挙げられる。糖分解菌や酵母は、活性を維持できる温度やｐＨの範囲が酵素に比べて広いため、糖分解処理剤６１として特に好適に用いられる。
なお、糖分解菌は、糖を優位に分解する菌である。具体的には、活性汚泥等を用いて、糖を優位に分解する条件とする実施態様が好ましいが、糖を特異的に分解する菌製剤を用いてもよい。
また、糖分解菌や酵母等を含む糖廃液の場合には、糖分解処理剤を添加せずに糖廃液中の糖分解菌や酵母等を利用してもよい。これにより、糖分解処理剤にかかるコストを低減することが可能となる。
【００２６】
糖分解処理剤６１の形態は特に限定されないが、調達や調製の容易性を考慮すると、水などの溶媒に分散させた液体状のものを用いることが好ましい。
【００２７】
糖分解処理において、酵母は、酸性条件下で優位に働き、糖分解菌は、主に中性から弱アルカリ性条件下で優位に働くことから、糖分解槽２内の糖廃液ＷＳのｐＨが酸性側の場合には、酵母を用いて糖分解処理を行い、一方、糖分解槽２内の糖廃液ＷＳのｐＨが中性から弱アルカリ性側の場合には、糖分解菌を用いて糖分解処理をしてもよい。これにより、ｐＨ調整剤５２の使用量を低下することができる。
【００２８】
また、糖分解処理剤添加部６は、所定量の糖分解処理剤６１を所定時間間隔で添加できるよう、タイマーや制御部を設けるものであってもよい。これにより、糖分解処理剤６１を定期的に添加することができ、糖分解槽２内の糖分解処理剤６１の活性を常に高く保つことが可能となる。また、糖分解槽２内の全糖濃度に基づき、糖分解処理剤６１の添加量を算出して添加するものであってもよい。これにより、糖分解処理剤６１の使用量を過不足なく適切な量とすることができ、糖分解処理剤６１の使用に係るコストの面で有益である。
【００２９】
糖分解槽２内の糖廃液ＷＳ中の全糖濃度の測定方法は特に限定されない。例えば、糖分解槽２からサンプリングした糖廃液ＷＳに対して、フェノール硫酸法など発色剤を用いた吸光光度法により測定することなどが挙げられる。また、全糖濃度の測定装置を糖分解槽２に直接設けるものとしてもよい。糖分解槽２内の全糖濃度を直接測定することで、糖分解処理剤６１の添加量の算出及び添加に係る制御が容易となる。
【００３０】
本発明における糖分解槽２は、糖分解槽２内における糖廃液ＷＳのｐＨ、添加する糖分解処理剤６１の種類及び滞留時間によって、糖廃液ＷＳ中の糖濃度をコントロールすることが可能である。
【００３１】
糖分解槽２において糖廃液ＷＳ中の糖類を分解し、全糖濃度を下げた処理液ＷＳ１を排出することで、糖分解槽２の後段に設けられる酸生成槽３及びメタン発酵槽４において、糖の存在に起因する糸状菌及びバイオフィルムの発生を抑制することができる。
【００３２】
ここで、本発明における糖分解槽２では、酸生成槽３及びメタン発酵槽４における糸状菌及びバイオフィルムの発生を確実に抑制するという観点から、糖廃液ＷＳ中の全糖濃度が５０００ｍｇ／Ｌ以下、より好ましくは１０００ｍｇ／Ｌ以下、さらに好ましくは５００ｍｇ／Ｌ以下となるように糖類の分解を行うことが望ましい。
【００３３】
また、メタン発酵槽４からラインＬ６を介して処理液Ｗの一部が酸生成槽３へ循環することが好ましい。これにより、処理液ＷＳ１が処理水Ｗにより希釈されるため、メタン発酵槽４の内部に局所的に糖濃度が高まることを防止することができる。
【００３４】
一方、本発明の糖分解処理システム１で、メタン発酵槽４でバイオガスとしてメタンを回収するためには、糖分解槽２から排出される処理液ＷＳ１中の有機物（ＣＯＤ成分、ＢＯＤ成分）の減少を最小限に抑制することが望ましい。例えば、処理液ＷＳ１中のＣＯＤ成分濃度が、糖廃液ＷＳ中のＣＯＤ成分濃度の３０％以下とならないように、糖分解槽２における糖分解処理をコントロールすることが好ましい。これにより、メタン発酵槽４で発生するメタンの発生量を、有益なバイオガスとして回収、利用するために十分な量とすることが可能となる。
【００３５】
図２は、糖分解槽２における滞留時間に対する全糖濃度の変化を示すグラフである。横軸は滞留時間（単位：時間）、左側の縦軸は全糖濃度（単位：ｍｇ／Ｌ）を、右側の縦軸は全糖除去率（単位：％）を示す。なお、全糖濃度はソモギー変法により測定している。また、ｐＨは４．０であり、糖分解処理剤６１としては酵母を用いている。
一方、図３は、糖分解槽２における滞留時間に対するＣＯＤ成分濃度の変化を示すグラフである。横軸は滞留時間（単位：時間）、左側の縦軸は全糖濃度（単位：ｍｇ／Ｌ）を、右側の縦軸は全糖除去率（単位：％）を示す。なお、ＣＯＤ成分濃度はＣＯＤｃｒ濃度として算出している。その他の条件は図２と同様である。
【００３６】
図２及び図３の結果から、糖分解槽２での糖分解処理において、糖廃液ＷＳ中の糖を一定量（５０００ｍｇ／Ｌ）以下とし、ＣＯＤｃｒ除去率が３０％以下とならない滞留時間を選択することで、メタン発酵槽４において糸状菌及びバイオフィルムの発生を抑制し、かつバイオガスとしてメタンを効率よく得ることができる糖廃液の糖分解処理が可能となる。
【００３７】
［第２の実施態様］
図４は、本発明の第２の実施態様の糖分解処理システム１０の概略説明図である。
本実施態様に係る糖分解処理システム１０は、図４に示すように、糖分解槽２０として、ｐＨ調整部５及び糖分解処理剤添加部６に加え、希釈水供給部７及び加熱部８を設けるものである。
なお、本実施態様における糖分解処理システム１０の構成のうち、第１の実施態様の糖分解処理システム１の構成と同じものについては、説明を省略する。
【００３８】
希釈水供給部７は、糖分解槽２０内へ希釈水Ｗ０を供給するものである。これにより、糖分解槽２０内の糖廃液ＷＳ中の全糖濃度を糖分解処理に適した濃度に調節することが可能となる。
【００３９】
希釈水Ｗ０は、糖濃度が低い水であれば特に限定されない。例えば、上水、工業用水、井戸水、他の工場からの排水などが挙げられる。
【００４０】
また、希釈水供給部７により、糖分解槽２０内の糖廃液ＷＳ中の全糖濃度は、３００００ｍｇ／Ｌ以下とすることが好ましく、１５０００ｍｇ／Ｌ以下とすることがより好ましい。これにより、糖分解槽２０内での糖分解効率を上げることが可能となる。
【００４１】
加熱部８は、糖分解槽２０内へ蒸気を供給するものである。また、加熱部８は、糖分解槽２０内の温度を測定する温度計を備えるものである（不図示）。これにより、糖分解槽２０内を糖分解処理の環境に適した温度に調節することが可能となる。なお、加熱部８としてジャケット式加熱器を用い、糖分解槽２０を覆うものとしてもよいが、加熱までにかかるコスト及びスピードを考慮すると、蒸気による加熱が好ましい。
【００４２】
糖分解槽２０内の温度の下限としては、１０℃以上とすることが好ましく、２０℃以上とすることがより好ましい。また、糖分解槽２０内の温度の上限としては、６０℃以下とすることが好ましく、５０℃以下とすることがより好ましい。これにより、特に糖分解処理剤６１として糖分解菌や酵母を用いた場合に、糖分解効率を上げることが可能となる。
【００４３】
なお、上述した実施態様は糖分解槽、糖分解処理システム及び糖分解処理方法の一例を示すものである。本発明に係る糖分解槽及び糖分解処理システムは、上述した実施態様に限られるものではなく、請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、上述した実施態様に係る糖分解槽及び糖分解処理システムを変形してもよい。
【００４４】
例えば、本実施態様の糖分解槽は、糖分解菌に必要な栄養源であるリンや窒素などを添加するものとしてもよい。これにより、糖分解菌の活性を保ち、安定した糖分解を行うことが可能となる。
【００４５】
また、糖廃液中の糖類が特定かつ限定されており、容易に加水分解されるものである場合、本実施態様の糖分解槽における糖分解処理を、加水分解によるものとしてよい。この場合、ｐＨ調整剤添加部から希塩酸または希硫酸を添加し、加熱部により糖の加水分解の条件を整えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の糖分解槽、糖分解処理システム及び糖分解処理方法は、糖類を含む廃液の処理に利用されるものである。特に、本発明の糖分解槽、糖分解処理システム及び糖分解処理方法は、糖類を含む廃液のメタン発酵処理に好適に用いられる。また、全糖濃度が５０００ｍｇ／Ｌ超の糖類を含む廃液のメタン発酵処理に特に好適に用いられる。
【符号の説明】
【００４７】
１，１０  糖分解処理システム、２，２０  糖分解槽、３  酸生成槽、４  メタン発酵槽、５  ｐＨ調整部、５１  ｐＨ測定計、５２  ｐＨ調整剤、５３  ｐＨ調整剤添加部、６  糖分解処理剤添加部、６１  糖分解処理剤、７  希釈水供給部、８  加熱部、Ｌ１〜Ｌ６  ライン、Ｔ  原水貯留槽、ＷＳ  糖廃液、ＷＳ１，ＷＳ２  処理液、Ｗ  処理水、Ｗ０  希釈水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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