(57)【要約】【課題】厨房、各種食品工場等から排出される含油排水を下水道に放流したり処理したりするに当たり、通常オイルピットを用いて油分を浮上分離し、別途処理を行っているが、これに代わる効率的な油分処理方法を提供する。【課題解決手段】油分吸着能を有する担体を充填した処理槽に含油排水を導入し、排水中の油分を吸着分離した後、担体間隙に残存する排水を流出させ、空気を導入しながら攪拌し、吸着した油分を生物学的に分解する。これにより、担体の吸着能を回復させ、繰り返し油分吸着、酸化分解に使用する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
油分吸着能を有する担体を充填した処理槽に含油排水を導入し、排水中の油分を吸着分離した後、担体間隙に残存する排水を流出させ、空気を導入しながら担体を攪拌し、吸着した油分を生物学的に分解除去することを特徴とする、含油排水の処理方法。
【請求項２】
担体として、親油性担体、親油性部位と親水性部位を有する担体、または親油性担体と親水性担体からなる混合物を用いることを特徴とする、請求項１に記載の含油排水の処理方法。
【請求項３】
担体を充填した処理槽を複数設置し、排水の導入を中止し吸着した油分を空気を導入しながら分解除去している間に、他の処理槽に含油排水を導入し、油分を吸着除去することにより、排水を連続的に処理可能としたことを特徴とする、請求項１または２に記載の排水中油分の処理方法。
【請求項４】
担体に吸着した油分を生物学的に分解除去するに際し、油分分解能の高い純粋分離培養細菌あるいは混合微生物集団を添加することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の含油排水の処理方法。
【請求項５】
混合微生物集団が活性汚泥であることを特徴とする、請求項４に記載の含油排水の処理方法
【請求項６】
担体に吸着した油分を生物学的に分解除去するに際し、通気量と攪拌速度を制御することにより温度を制御することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の含油排水の処理方法。
【請求項７】
担体に吸着した油分を生物学的に分解除去するに際し、生分解性の界面活性剤を添加することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の排水中油分の処理方法。
【請求項８】
含油排水の供給、停止手段、排水手段、および通気手段を有する含油排水の処理槽において、内部に攪拌手段を設けるとともに、油分を吸着する担体を充填したことを特徴とする、含油排水の処理装置
【請求項９】
請求項８に記載の処理槽を複数設けたことを特徴とする含油排水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、厨房、各種食品工場等から排出される油分を含有する有機性排水から油分を分離し、下水道放流時における排水の油分濃度を、下水道受け入れ基準以下にしたり、後段の生物処理装置に対する油分の負荷を減少させるための、含油排水の処理方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レストラン、ホテル等の厨房から排出される雑排水中には油分が多く含有されるため、直接下水道に放流することはできず、油分の浮上分離槽（通常オイルピットと呼ばれている）の設置が義務づけられている。しかし、浮上油やオイルピット内に沈殿する食物残渣は腐敗しやすく、その処分が大きな問題となっている。このため浮上油を分解する各種の装置や製剤が販売されているが、オイルピットの容積等から考えて、除去効果の高いものはほとんど見あたらない。一方、厨房等から出る雑排水中の油分等を、木質細片、炭、籾殻等の担体等を用いて補足した後、微生物処理して、油分等を分解する方法も考案されているものの（特許文献１、２参照）、上記木質細片等の担体は、特に油分を選択的に補足するものではないので、油分は排水中に流出してしまい、その除去効果は十分なものではない。
【０００３】
また、食品工場排水に油分が多量に含有される場合にも、生物処理プロセスへの油分負荷が高くなり処理に不調を来している場合が多い。生物処理プロセスへ排水を導入する前にオイルピットを設ける場合には、前述と同様の問題が起こる
【特許文献１】特開平１０−２３０２８８号公報
【特許文献２】特開平１１−１６５１８３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、厨房、各種食品工場等から排出される油分を含有する排水から油分を選択的に除去し、しかも除去した油分を高効率で生物分解する方法およびその装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、本発明によって達成される。すなわち、本発明は、以下の（１）〜（９）に関する。
（１）油分吸着能を有する担体を充填した処理槽に含油排水を導入し、排水中の油分を吸着分離した後、担体間隙に残存する排水を流出させ、空気を導入しながら担体を攪拌し、吸着した油分を生物学的に分解除去することを特徴とする、含油排水の処理方法。
（２）  担体として、親油性担体、親油性部位と親水性部位を有する担体または親油性担体と親水性担体からなる混合物を用いることを特徴とする、上記（１）に記載の含油排水の処理方法。
（３）  担体を充填した処理槽を複数設置し、排水の導入を中止し吸着した油分を空気を導入しながら分解除去している間に、他の処理槽に含油排水を導入し、油分を吸着除去することにより、排水を連続的に処理可能としたことを特徴とする、上記（１）または（２）に記載の排水中油分の処理方法。
（４）  担体に吸着した油分を生物学的に分解除去するに際し、油分分解能の高い純粋分離培養細菌あるいは混合微生物集団を添加することを特徴とする、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の含油排水の処理方法。
（５）  混合微生物集団が活性汚泥であることを特徴とする、上記（４）に記載の含油排水の処理方法
（６）  担体に吸着した油分を生物学的に分解除去するに際し、通気量と攪拌速度を制御することにより温度を制御することを特徴とする、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の含油排水の処理方法。
（７）担体に吸着した油分を生物学的に分解除去するに際し、生分解性の界面活性剤を添加することを特徴とする、上記（１）〜（６）のいずれかに記載の含油排水の処理方法。
（８）  含油排水の供給、停止手段、排水手段、および通気手段を有する含油排水の処理槽において、内部に攪拌手段を設けるとともに、油分を吸着する担体を充填したことを特徴とする、含油排水の処理装置
（９）上記（８）に記載の処理槽を複数設けたことを特徴とする、含油排水の処理装置。
【発明の実施の形態】
本発明は、厨房、各種食品工場等から排出される含油排水を、油分吸着能を有する担体を充填した処理槽に導入し排水中の油分を吸着分離し、次に、担体間隙に残存する排水を流出させ、空気を導入しながら担体を攪拌し、吸着した油分を生物学的に分解除去する方法および装置に関するものである。
【０００６】
油分吸着能を有する担体としては、親油性担体、親油性担体と親水性担体の混合物、または親油性部位と親水性部位を有する担体などが望ましい。具体的には木材チップや各種のプラスチック担体、各種天然繊維や合成繊維等の成型物等を単独で、あるいは組み合わせて使用する。
【０００７】
親油性の担体や親油性の部位には、油分が吸着されやすく油分の排水中からの除去に効果が期待できる。一方、親水性の担体や親水性の部位には水分が保持されやすいので、吸着された油分の生物分解を行う際に都合がよい。
【０００８】
上記の担体を充填した処理槽に油分含有排水を連続的に導入すると、排水中の油分が吸着除去されるが、処理水量が多くなると吸着飽和に達し、それ以上除去できなくなってしまう。そこで、吸着飽和に達する前に排水の流入を停止し、担体間隙中の水分を重力等で排出し、通気しながら攪拌することにより、吸着した油分や食物残渣を微生物分解することができる。分解速度は、水系における油分の分解に比較してきわめて高い。吸着した油分の分解が終了した時点で、次の油分吸着除去に利用することができる。このようなサイクルを繰り返すことにより、処理装置は長期間油分の除去に利用できる。
【０００９】
また、担体を充填した処理槽を例えば２基以上設置し、排水の導入を中止し吸着した油分を空気を導入しながら分解除去している間に、他の処理槽に油分含有排水を導入し、油分を吸着除去する、いわゆる交互運転をすることにより、排水を連続的に処理することも可能となる。
【００１０】
吸着した油分を生物学的に分解除去するに際し、油分分解能の高い純粋分離培養細菌や活性汚泥などの混合微生物集団を添加したり、通気量と攪拌速度を制御することにより温度を制御したり、窒素・リンなどの栄養塩や生分解性の界面活性剤を添加したりすることも、分解を促進する上で効果が期待できる。
【００１１】
以下、本発明をさらに具体的に説明する。
本発明者等は、オイルピットを利用した従来技術による油分除去の問題点を解決すべく鋭意研究を行った結果、油分浮上分離によらずに、担体による吸着除去が極めて有効であることを確認している。
【００１２】
本発明において排水中の油分の吸着除去のために使用する担体としては各種のものが利用可能である。例えばスチレン、ポリエステル、塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリビニルアルコール、ポリプロピレンあるいは、発泡ポリウレタンや発泡ポリスチレン、さらにはポリエステルやＰＥＴの繊維を束ねたものや一定の形に熱成形したものなど親油性のプラスチック類であれば何でも親油性担体として利用することができる。また、親油性部位と親水性部位を有する担体としては、例えば、親油性物質と親水性物質を適宜混合し各種バインダーにて整形した担体、ポリエステル繊維とセルロース繊維の混紡繊維の成型物等が挙げられる。さらに、本発明においては、親油性担体と親水性担体とを単に混合して使用してもよい。親水性担体としては木材チップ、セルロース繊維の成型物、ポリアクリルアミドゲル、ポリビニルアルコールゲル等が挙げられる。また、上記担体は、吸着した油分が微生物により分解されれば、再び油分吸着能が再生し、長期間にわたって使用可能である。
特に微生物により分解されにくい合成樹脂からなるものにおいては、半永久的に使用できるという利点がある。
【００１３】
このような担体を場合によっては単独で、あるいは任意に混合し、攪拌機構や通気装置を付属させた処理槽（リアクター）に充填する。充填量は任意であるが、なるべく多く充填した方が油分の除去効果が高くなる。
担体を充填したリアクターに油分を含む排水を通水することにより、油分が吸着除去される。通水の仕方は下向流でも上向流でも良いが、上向流の場合には処理水の排出を図１、２に示すように、リアクターの最上部よりも下方に位置させた方が油分の除去効果が高くなる。
【００１４】
油分を含む排水を通水し排水中の油分を除去した後、処理した排水は下水道に放流することも可能であるが、工場等の場合には溶存性の有機物を除去するため、活性汚泥法などの生物処理法でさらに処理することになる。
【００１５】
排水を通水し続けると油分の吸着量に応じて除去率が低下してくるため、低下があるレベル（例えば下水道への放流基準）を超える前に通水を停止し、処理槽（リアクター）内部の自由水を排出した後、通気・攪拌することにより吸着されている油分を生物学的に分解処理する。この分解処理過程では、分解を効率的に行うため、油分分解能の高い純粋分離培養微生物や活性汚泥などの混合微生物集団を添加したり、加温や通気量と攪拌速度を制御することにより温度を制御したり、窒素・リンなどの栄養塩や生分解性の界面活性剤を添加したりすることも可能である。
油分分解能が高い純粋分離培養細菌としては、Bacillus属、Pseudomonas属Corynebacterium、Arthrobacter、Streptomyces、Nocardia等の細菌や、Candida属の酵母等が挙げられる。混合微生物集団としては、活性汚泥、コンポスト、腐植土等が挙げられる。また、生分解性の界面活性剤としては、例えば、石鹸、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸、サポニン、各種糖リピド等を挙げることができる。
【００１６】
油分の分解過程では油分の生物酸化によって温度が上昇してくるが、酸化が終了に近づくと一端上昇した温度が低下してくる。このように温度をモニターすることによって、酸化処理の終了を確認することが可能である。また、通気排ガス中の炭酸ガス濃度をモニターすることによっても、酸化処理の終了を確認することが可能である。吸着油分の酸化分解処理が終了した処理槽（リアクター）は、繰り返し排水中油分の吸着除去に使用できる。
【００１７】
連続的に排出される排水を処理する場合には、複数の処理槽（リアクター）を交互運転することによって対応可能となる。
以下に、本発明の含油排水の処理装置について図面に基づき説明する。
図１は本発明の処理装置の１例を示す図である。
該装置は、処理槽１と、処理槽２内に含油排水を供給する給液管３およびその先端に設けたバルブ４からなる含油排水供給、停止手段、該処理槽内に空気あるいは酸素を供給する通気管８および通気口９からなる通気手段を有し、処理槽下部には、貯水槽５と、貯水槽５の排水を処理槽外に排出する排水管６からなる排水手段を有する。処理槽内部には攪拌手段７が設けられ、含油排水中の油分を吸着するための担体が充填されている。
【００１８】
該装置による含油排水の処理について説明すると、まず、バルブ４を開き、含油排水を処理槽１内に供給する。供給された含油排水は下降流で担体を通過しつつ、この過程で油分のみが上記担体に吸着され、残りの排水は貯水槽５まで流下する。
貯水槽５中の排水は一定量以上になると、排水管６を経て装置外に連続的に排出され、排出された排水は、直接下水管に、あるいはさらに廃水処理されて河川等に放流される。含油排水の供給は、油分の担体への吸着が飽和に至る前の一定の段階に達した時点で、バルブ４を閉じることにより終了させ、充填部の排水を完全に排出する。
排水中の油分の吸着のさせ方としては、上述のごとく貯留槽を設けて排出する以外にも、充填槽全体を排水で満たし、流入してくる排水と同量を槽底部より連続的に排出することも可能である。この場合においても、吸着が飽和に至る前の一定の段階に達した時点で、排水の流入を終了させ、充填部に残留する処理水を処理槽底部から完全に排出する。
【００１９】
次いで、攪拌手段７を作動させ、担体を攪拌するとともに、通気管８のバルブを開き、通気口９から空気を処理槽１内に通気し、担体に吸着された油分の微生物による酸化分解を行う。分解の進行により発生する炭酸ガス等を含む排ガスは排ガス管（図示せず）により処理槽外に排出される。酸化分解終了後、再びバルブ４を開き含油排水を処理槽１内に供給し、以後上記操作を繰り返す。
【００２０】
酸化分解の終了時点は、タイマーにより設定してもよいが、上記したように処理槽１内の温度および排ガス中の炭酸ガス濃度等等をモニターすることよって検知するのがよい。酸化分解が終了すれば、バルブ４を開いて、含油排水を処理槽１内へ供給するが、この供給は手動によりバルブ４を開いてもよいが、処理槽１内の温度および排ガス中の炭酸ガス濃度等の測定装置の測定値あるいはタイマーの設定時間とバルブ４の動作を連動させて、該測定値が一定の値になれば、自動的にバルブ４を開き、含油排水を処理槽内に供給するようにしてもよい。また、含油排水の供給停止は、含油排水中の油分の量、担体の油分の吸着容量あるいは担体の量に基づき、あらかじめ含油廃水の供給量を設定しておき、供給量が所定の値に達したときに、手動によりあるいは自動的にバルブ４を閉じるようにすればよい。さらに、攪拌手段７の作動、停止および通気手段のバルブの開閉も、手動、若しくは酸化分解の終了時点および含油排水の供給停止時点と連動させ自動的に行うことができる。
【００２１】
図２は、本発明の含油排水処理装置の他の例を示す図である。
図２の装置は、本発明の処理槽１および２を隣接して設けた含油排水の処理装置である。本装置においては、図示されるように、貯水槽５および、含油排水供給管３を共有しているが、これらは各処理槽に独立して設けてもよい。また通気管８は独立して設けているが、共通の管としてもよい。
この装置による含油排水の処理について以下説明する。
【００２２】
まず、処理槽１側のバルブ４を開き、処理槽２側のバルブ４’を閉じて、含油排水を処理槽１に導入し、含油排水中の油分を処理槽１内に充填された担体に吸着させ、残りの排水を貯留槽５に流下させ、一定時間油分の吸着を行った後、バルブ４を閉じ、含油排水の処理槽１内に対する供給を停止させ、攪拌装置７を作動させるとともに通気口９を開き、微生物による担体に吸着された油分の酸化分解を開始させるが、上記処理槽１内への含油排水の供給停止した時点においては、バルブ４’を開いて含油排水をもう一方の処理槽２に供給して、担体による油分の吸着を行う。すなわち、この装置においては含油排水中の油分の担体への吸着工程と、担体に吸着した油分の酸化分解工程とを同時に平行して行う。このときバルブ４と４’の開閉は連動するようにしてもよいし、３方弁を設けて処理槽１、２に対する含油排水の供給を切り替えてもよい。
【００２３】
処理槽１，２内における油分吸着および酸化分解が終了すれば、再びバルブ４を開くとともにバルブ４’を閉じ、含油排水を処理槽１に供給して、担体による油分の吸着を行うが、この時、処理槽２においては攪拌手段７’の作動、通気口９’からの送気により担体に吸着された酸化分解が行われる。
この装置によれば含油排水の処理速度および処理量の向上が図れるが、さらに処理槽を増設すれば、より以上の処理速度および処理量の向上が図られる。
また、このような装置においても、各処理装置における、含油排水の供給、停止、攪拌手段の作動、通気等の各操作は、上記図１の装置について示したのと同様な手段により自動化できる。
ここでは例として縦型の処理槽を示したが、横型の処理槽を使用し、排水を横方向に流入、排出させることも可能である。
【００２４】
実施例
次に本発明の実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
【００２５】
【実施例１】
酵母エキス、尿素、リン酸第一カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウムをそれぞれ200mg、150mg、15mg、15mg、15mgを1リットルの水に溶解したものをpH 7.5に調整し、レストランの廃油を1リットルあたり2000mg添加し、混合攪拌したものをモデル排水として利用した。図２に示したような攪拌・通気装置を備えたプラスチック製円筒状容器（内容量2リットル）に、木材チップ（約3mm角）とポリエステル担体（径3mm）を見かけ容量で1.0リットルずつ充填し、下降流で上記排水を30リットル流入した。その後、重力により円筒状容器内の排水を除去し、微生物源として家庭用ゴミ処理機で発生したコンポストを10gほど添加し、容器下部より通気（毎分200ml）を開始するとともに攪拌機を10rpmで回転させた。温度は恒温装置で60℃とした。一週間に２回の頻度で上記排水を30リットル流入させ、80日間に渡り吸着油分の分解過程を測定した。
【００２６】
一定時間毎に5gの充填物を採取し、メタノール・クロロホルム混合液で油分を抽出した後、抽出した油分の重量を測定した。また、リアクター排気ガス中の炭酸ガス濃度のモニタリングを行い、分解された油分の炭酸ガスへの転換量を測定した。結果を図３、４に示す。図３に示すように、排気ガス中の炭酸ガス濃度は廃油の流入サイクルに合わせて一定の変動パターンを示し、炭酸ガス濃度のピークは廃油流入2日後に現れた。リアクター内のpHは8から9.5の間で上下変動を繰り返した。リアクター内の水分率は60%程度で一定であった。
また、図４に示すように、この試験においては、80日間に合計19回にわたり廃油を流入させ、投入された廃油の積算量は1200gである。処理期間中リアクター内の残存油脂量は常に低く、炭酸ガスの活発な放出に見られるように好熱性細菌の活性が低下するなどのトラブルは起こらなかった。80日目の油脂残存量と総投入廃油量から求めた油脂分解率は95%であった。
【００２７】
投入炭素量（投入廃油由来）と排出炭酸ガスの積算量から求めた炭素量ベースの除去率は83%と算出された。投入物の総乾燥重量および80日目のリアクター内容物の総乾燥重量から求めた乾燥重量ベースでの消滅率は75%であった。炭素除去率と比較して乾燥重量での消滅率が小さくなるのは、気化することがなくリアクター内に蓄積する灰分のためである。乾燥重量ベースで得られた消滅率を用いて廃油の消滅処理速度を計算すると5.6kg-油脂/m3・日の値となった。これは、CODCr除去速度に換算すると17kg-CODCr/m3・日であった。
【００２８】
上記したごとく、油分含有排水を繰り返し流入させた結果、図３に示したように繰り返すにしたがって油分分解速度（排出ガス中の炭酸ガス濃度）が増加した。これは、実験初期に添加したコンポストに含まれている各種の微生物の中で、油分分解能の高い微生物が優占的に増殖してきたためであり、この結果から、油分分解能の高い微生物をスターターとして添加することも有効な方法であることが明らかとなった。
【００２９】
【実施例２】
油脂分解微生物の添加効果を調べるため、油脂分解能の高い菌株、Bacillus licheniformis (IFO-12107)を培養し、吸着油分分解実験の初期に添加した。実験条件は、実施例１で使用したコンポストをBacillus licheniformisに変え、添加量を菌体乾燥重量で１ｇとした他は、実施例１と同様である。スタートアップ時の排気中炭酸ガス濃度測定した結果では、通常のコンポストを接種源として添加した場合の２倍程度の濃度を示した。これは、スタートアップ時に特定の微生物をスターターとして添加することが有効であることを示す結果と言える。なお、Bacillus licheniformisを添加した場合は、実験開始初期から分解速度が速かったが、繰り返し分解を行ってもコンポストを添加した場合に比較して分解速度の増加は顕著ではなく、最終的にコンポストを添加した場合と同じ程度の分解速度で安定した。
【００３０】
【実施例３】
分解速度に対する温度の影響について検討した。実施例１と同様にして、繰り返し油分吸着・分解を行い、分解が安定した後に温度の影響について検討した。温度の影響を検討するに当たっては、実施例１で使用した装置を恒温室に持ち込み、恒温室の温度を所定の温度になるように設定することにより実施した。６０℃で運転していた装置の温度を４０℃に低下させたところ、排気中炭酸ガス濃度から予測される分解速度は半分程度となった。さらに１５℃程度に下げたところ分解はほとんど認められなくなった。
【００３１】
【実施例４】
分解に対する栄養塩の影響について検討するため、実施例１で使用したモデル排水から、リン酸第一カリウム、塩化アンモニウムを除いて実験を行った。その結果、実験を繰り返すにしたがい分解速度が低下した。この結果から、実際の厨房排水などにはリンや窒素が含まれているが、含まれていない排水の場合には添加する必要があることが明らかとなった。
【００３２】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、これまでにオイルピットで油分を浮上させ、これを汲み取り別途処分していたものを、一式の処理装置で油分の分離と処理が可能となる。このため、オイルピット底部に沈殿した食物残渣や浮上油分が腐敗し、取り扱いが極めて困難になるなどの問題点を大幅に改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における含油排水処理装置の１例を示す図である。
【図２】本発明における含油排水処理装置の他の例を示す図である。
【図３】２Ｌ規模の処理槽（リアクター）で行った高温好気培養分解処理における、処理槽内水分率、ｐＨおよび排気ガス中の炭酸ガス濃度の経時変化を示すグラフである。
【図４】２Ｌ規模の処理槽（リアクター）で行った高温好気培養分解処理における、処理した廃油の積算量、処理槽内容物の乾燥重量、および処理槽内残存油脂量の経時変化を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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