(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
貝殻粉砕用の加圧室と該加圧室に連なる貝肉ペースト化用の間隙と加圧手段とを有する高圧分別機、
高圧分別機からの粉砕貝殻上の残存貝肉を洗浄水へ洗落として該洗浄水を残存貝肉溶液とする攪拌機付き貝殻洗浄タンクと、該残存貝肉溶液から粉砕貝殻を分離する固液分離装置と、該分離された粉砕貝殻を洗浄水で洗浄する振動ふるいとを有し、該固液分離装置からの残存貝肉溶液の一部と振動ふるいからの洗浄水とを貝殻洗浄タンクへ戻して使用する粉砕貝殻洗浄ユニット、及び
高圧分別機からの貝肉ペーストと固液分離装置からの残存貝肉溶液の残部とをメタン発酵処理する生物反応槽
を備えてなる貝のメタン発酵処理装置。
【請求項２】
請求項１の処理装置において、前記高圧分別機に、一対のピストンを内部に有し両ピストンの所定加圧位置の間に前記加圧室を画成するシリンダー、前記シリンダー内周面との間に前記ペースト化用間隙を形成する前記ピストン周縁の凹部、前記ピストンを駆動する加圧手段、前記所定加圧位置にあるピストン周縁の凹部に対向する前記シリンダー周壁上の部位に周壁を貫通して開口する貝肉の流出口、及び前記シリンダー周壁上における両ピストンの所定払出し位置の中間部位に周壁を貫通して開口する粉砕貝殻の払出し口を設けてなる貝のメタン発酵処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２の処理装置において、前記貝殻洗浄タンクの洗浄水に0.01〜0.05Ｎ（規定濃度）となるようにアルカリ水溶液を加えてなる貝のメタン発酵処理装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れかの処理装置において、前記粉砕貝殻分離後の前記残存貝肉溶液中の固形分を微粉砕する粉砕器を設け、前記高圧分別機からの貝肉ペーストと前記微粉砕後の残存貝肉溶液とを前記生物反応槽でメタン発酵処理してなる貝のメタン発酵処理装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れかの処理装置において、前記生物反応槽で副生物として生じるバイオガス用のガスホルダーを設けてなる貝のメタン発酵処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は貝のメタン発酵処理装置に関し、とくに大量の貝を環境に調和した方法で処理することができる生物処理装置に関する。
本発明の貝のメタン発酵処理装置は、火力発電所、原子力発電所、化学工場等で機器やプロセスの冷却に使う海水から廃棄物として除去される貝や、水産関連の食品工場等から廃棄される貝の処理に効果的に利用できる。
【０００２】
【従来の技術】
例えば火力発電所では、水路内での貝藻類の繁殖や脱落に起因する冷却水の不足によって発電支障が数多く発生している。取水路で成長・死滅した貝が取水ポンプ室に堆積したり、成長した貝が多量に落下し、スクリーンに付着してこれを閉塞し、ポンプ動力の異常な増大やポンプ能力の低下による水量減少が経験されている。
【０００３】
付着する貝は、ムラサキイガイ、カキ、フジツボ類などが多く、対策として人力で掻き落した後廃棄することが行われている。廃棄には、焼却や埋立て処理が使われ、貝殻と貝肉との分離が困難であるので、そのまま処理されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
貝藻類の処理は、実質的に貝の処理であり、従来の貝の処理方法には次のような問題があった。
【０００５】
Ａ．貝の焼却処理の場合
（ア）貝には80％以上の水分が含まれているため、焼却時に大量の燃料が必要であり、ランニングコストが高い。
（イ）大量の燃料を燃やすため、地球温暖化の原因である二酸化炭素を多く排出する。また、貝殻を分別せずに燃焼させると貝殻成分の炭酸カルシウムが分解し、その中に固定化していた二酸化炭素を多く排出する。
（ウ）ダイオキシン等の汚染物質の発生するおそれがある。
【０００６】
Ｂ．貝の埋立処理の場合
（エ）有機質が変質するため、臭気や衛生面で問題があった。
（オ）埋立て地の確保が難しい。
（カ）埋立て地は支持力が不足して、その後の跡地利用が難しい。
【０００７】
従って、本発明の目的は、貝肉を分解処理すると共に貝殻を炭酸カルシウム材料として回収する貝のメタン発酵処理装置を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明者は次の諸点に着目し、実験によりそれらの着目点が貝処理のために有効な処理要素であるとの知見を得た。
（１）貝を自動的に貝殻と貝肉とに分別することができれば、貝殻のみを有用な目的のために回収することができる。
（２）分別した貝肉を実質上固形分がないペースト状のものにすれば、メタン発酵菌によって、下水へ放流できる程度に分解することが可能になり、従来の焼却や埋立てに伴う問題点を解決することができる。
（３）メタン発酵による分解処理の過程で副生物として生じるメタン等のバイオガスを燃料などとして回収すれば、貝の処理過程のコスト低減を図ることができる。
上記諸点を確認するため、以下の実験を行なった。
【０００９】
［実験１］  貝殻と貝肉との分別の自動化
図２に示すような加圧室2aと間隙2bとをシリンダー2c内に有する高圧分別機２を用意した。即ち、上部ピストン2dと下部ピストン2eを内径150mmシリンダー2c内に設け、両ピストン2d、2e間のシリンダー2c内空間を貝殻粉砕用の加圧室2aとした。両ピストン2d、2eを油圧ユニット2gに接続し、上部及び下部ピストン2d、2eの移動及び加圧室2aへの加圧を図った。ピストンとシリンダー2cの内周面との間に、貝肉をペースト化するために0.7mmの間隙2bを設けた。
【００１０】
50kgのムラサキイガイを加圧室2aに投入し、油圧ユニット2gにより250kg/cm2の圧力を加えた。その結果、貝肉ペースト34kgを得ると共に、細かく粉砕した貝殻16kgを得た。貝肉ペースト中に貝殻状のものはほとんど見られなかった。粉砕貝殻の方には、わずかな有機物（貝柱や海草類）が混在していた。
【００１１】
［実験２］  貝殻の洗浄
実験１で得た貝殻の３kgと15リットルの水を、容積50リットルの攪拌機付き洗浄タンク3aに入れ、0.01Ｎ(規定濃度）となるようにこの場合苛性ソーダ（NaOH）であるアルカリ水溶液Ｚを加えた後、１時間攪拌して洗浄した。洗浄後の貝殻の重量は、表１のとおりであった。なお、アルカリ水溶液Ｚを添加したのは、蛋白を溶解して、貝殻からの貝柱等の有機物の剥離を促進し、さらに以下に説明するバイオリアクター４内のアルカリ度を高めて異物に対する干渉作用を大きくし、ひいてはメタン発酵を安定化するためである。ただし、本発明において、アルカリ水溶液Ｚの添加は必須要件ではない。
【００１２】
洗浄実験は３回行なった。実験１の分別直後の貝殻には、平均８重量％程度の有機物が付着していた。しかし、実験２の洗浄後の貝殻には、何れの回にも有機物の付着は観察されなかった。
【００１３】
【表１】
第１回の洗浄実験  洗浄前重量 15.2kg    洗浄後重量 14.3kg
第２回の洗浄実験  洗浄前重量 15.0kg    洗浄後重量 13.5kg
第３回の洗浄実験  洗浄前重量 15.0kg    洗浄後重量 14.0kg
【００１４】
［実験３］  貝殻と付着有機物の分離
実験１の方法で得た粉砕貝殻の30kg及び水60kgを、図１に示すような攪拌機付き洗浄タンク3aに入れ、0.05Ｎ(規定濃度）となるように苛性ソーダ（NaOH）を添加し、１時間攪拌して得たスラリー（固液混合物）を同図に示すような液体サイクロンからなる固液分離装置3bに送り、固(貝殻）と液（付着有機物を含む洗浄水）の分離を行なった。この実験に使用した液体サイクロンは、円筒部直径15cmの標準型液体サイクロンであった。スラリー流量は６リットル／分、サイクロンの上流流量（Ｑo）と下流流量（Ｑf）との比（Ｑo／Ｑf）は５とした。実験結果は表２のとおりであった。洗浄された貝殻の真比重は1.4であった。
【００１５】
【表２】
サイクロンの下流物：貝殻及び少量の水 合計46kg（固形有機物は観察されず）サイクロンの上流物：固形有機物を含む水 合計44kg（貝殻は観察されず）
【００１６】
［実験４］  貝肉ペーストなどのメタン発酵による分解
実験１で分別されたムラサキイガイの貝肉ペーストを同量の水で希釈したものを原廃液とし、図３のバイオリアクター４によりメタン発酵の実験を行なった。図３及び４を参照するに、バイオリアクター４として、直径30mm、長さ600mmのガラス繊維製担体4bの４本からなるろ床4aを、有効容積３リットルの反応槽内に充填した固定床式のものを使用した。担体4b上の微生物として、55℃で活性を示す高温メタン生成菌が含まれる汚泥を使用した。VSS（有機性固形分濃度、概ね微生物濃度を示す）が8,000mg／リットルである汚泥の３リットルをバイオリアクター４に投入した後、55℃に加熱した上で、前記原廃液を徐々にバイオリアクター４へ投入した。
【００１７】
原廃液のC0Dcr（化学的酸素要求量）は30,000〜40,000mg／リットルであり、そのB0D（生物学的酸素要求量）は25,000〜35,000mg／リットルであった。スタート後30日で、C0D容積負荷が16kgC0D／m3日となり発酵状態が安定したので、そのまま60日間運転をした。処理水質はC0Dcrが4,000〜6,000mg／リットル、B0Dが3,000〜4,000mg／リットルであり、60日間の平均除去率はC0Dcrが85％、B0Dが88％であった。
【００１８】
また、バイオガスは原廃液１リットル当たり、平均20リットル発生し、バイオガス中のメタンの平均組成は71％であった。
【００１９】
本発明は、以上の実験で得た知見に基づいて完成したものである。
【００２０】
図１及び２に示す実施例を参照するに、本発明による貝のメタン発酵処理装置１は、貝殻粉砕用の加圧室2aと該加圧室2aに連なる貝肉ペースト化用の間隙2bと加圧手段（図２の油圧ユニット2g）を有する高圧分別機２、高圧分別機２からの粉砕貝殻Ｌ上の残存貝肉を洗浄水Ｗへ洗落として洗浄水Ｗを残存貝肉溶液Ｒとする攪拌機付き貝殻洗浄タンク3aと、残存貝肉溶液Ｒから粉砕貝殻を分離する固液分離装置3bと、分離された粉砕貝殻を洗浄水Ｗで洗浄する振動ふるい3dとを有し、固液分離装置3bからの残存貝肉溶液Ｒの一部と振動ふるい3dからの洗浄水Ｗとを貝殻洗浄タンク3aへ戻して使用する粉砕貝殻洗浄ユニット３、及び高圧分別機２からの貝肉ペーストＰと固液分離装置3bからの残存貝肉溶液Ｒの残部とをメタン発酵処理する生物反応槽４を備えてなるものである。
【００２１】
好ましくは前記高圧分別機２に、一対のピストン2d、2eを内部に有し且つ所定加圧位置にある両ピストン2d、2eの間に前記加圧室2aを画成するシリンダー2c、シリンダー2cの内周面との間に前記ペースト化用間隙2bを形成する如きピストン2e周縁の凹部2f、ピストン2d、2eを駆動する加圧手段2g、所定加圧位置にある前記ピストン2eの凹部2fに対向するシリンダー2c周壁上の部位に周壁を貫通して開口する貝肉の流出口2h、及びシリンダー2c周壁上における両ピストン2d、2eの所定払出し位置の中間部位に周壁を貫通して開口する粉砕貝殻の払出し口2iを設ける。
【００２２】
更に好ましくは、貝殻洗浄タンク3aの洗浄水Ｗに0.01〜0.05Ｎ（規定濃度）となるようにアルカリ水溶液Ｚを加える。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明による貝のメタン発酵処理装置の作用を、図１及び２の実施例によって説明する。
処理すべき貝を洗浄ホッパ−15に投入し、清浄水Ｃを上から散布して貝を洗い、洗浄排水Ｙを排水路へ流す。洗浄後の貝をスクリュウコンベアで高圧分別機２へ送る。
【００２４】
図２に示す高圧分別機２の実施例においては、貝の粉砕処理をする時のシリンダー2c内における加圧室2aの加圧位置を、実線位置のように予め定め、粉砕貝殻Ｌを送出するための払出し位置を点線位置のように予め定める。洗浄ホッパ−15からの貝は、加圧位置にある加圧室2aに向けて開口する貝投入口2kを介し高圧分別機２に充填される。
【００２５】
油圧ユニット2gから上部ピストン2dと下部ピストン2eとを介して、加圧室2aに充分大きな圧力を加えると、流動性のない貝殻は、両ピストン2d、2eからの圧力により圧力室2a内で粉砕され粉砕貝殻Ｌとなる。流動性のある貝肉だけが貝肉ペーストＰになって微小間隙2bへ流込み、流出口2hから排出される。
【００２６】
その後、上部ピストン2dと下部ピストン2eとの移動により加圧室2aを払出し位置へ移し、この位置の加圧室2aに開口する払出し口2iを介して粉砕貝殻Ｌを排出する。図示例では、払出し口2iに対向するシリンダー2c上の部位に、払出しピストン2jが設けられており、払出しピストン2jが粉砕貝殻Ｌをシリンダー2cから払出し口2iへ払出す。こうして、貝殻と貝肉が分別され、それぞれ払出し口2iと流出口2hとに分けて送出される。
【００２７】
加圧室2aでの圧縮は、例えば油圧ユニット2gにより200〜250kg/cm2の圧力で行なう。図示例の場合にシリンダー2cと下部ピストン2eとの間のクリアランスである微小間隙2bは、１mm以下を基準とし、分別状態の仕様に応じて可変なものとする。シリンダー2cの径は、分別処理すべき貝の量によって定まり、径が大きくなるほど分別処理量は増大する。
【００２８】
分別した粉砕貝殻Ｌには、わずかな貝肉や海草等の残存有機物が附着しているので、払出し口2iからの粉砕貝殻Ｌを洗浄ユニット３によって水洗いする。図１に示すように洗浄ユニット３には、粉砕貝殻Ｌ上の残存貝肉を残存貝肉溶液Ｒへ洗落とす貝殻洗浄タンク3aと、残存貝肉溶液Ｒから固形分を回収する固液分離装置3bと、分離された粉砕貝殻を洗浄水Ｗで洗浄する振動ふるい3dとを設ける。洗浄タンク3aに、分別機払出し口2iからの粉砕貝殻Ｌと洗浄水Ｗとを入れ、攪拌機等により攪拌して粉砕貝殻Ｌ上の残存貝肉等の有機物をまず新しい洗浄水Ｗへ洗落とすことによりその水を残存貝肉溶液Ｒにする。好ましくは、0.01〜0.05Ｎの濃度となるように苛性ソーダ（NaOH）等のアルカリ水溶液Ｚを洗浄水Ｗ（残存貝肉溶液Ｒ）に加え、洗浄の効率化及びその後のメタン発酵の安定化を図る。洗浄時間は長い程よいが、１時間もあれば十分である。
【００２９】
洗浄後の粉砕貝殻Ｌが含まれる残存貝肉溶液Ｒを、固液分離装置3bに加え固形分の粉砕貝殻Ｌを分離して回収する。固液分離装置3bの一例は液体サイクロンである。固液分離装置3bから固形分として排出される粉砕貝殻Ｌは、少量の有機物含有洗浄水を伴っているので、さらに新しい洗浄水Ｗを注水しながら振動ふるい3dにかけ、粉砕貝殻Ｌから有機物を完全に除去する。こうして回収した粉砕貝殻Ｌは、炭酸カルシウムからできているので、土壌中和剤等として利用できる。ふるい3dから落ちた水、即ち固液分離装置3bから粉砕貝殻Ｌに伴ってきた水及びふるい3dで新しく注水した洗浄水は、洗浄水ポンプ3eによって洗浄タンク3aへ戻して貝殻の洗浄に使う。また図１に示すように、固液分離装置3bで固形分を分離した後の残存貝肉溶液Ｒの一部分を洗浄タンク3aへ戻し、粉砕貝殻循環ポンプ3cによって洗浄タンク3aと固液分離装置3bとの間に循環させる。
【００３０】
高圧分別機２の流出口2hから排出される貝肉ペーストＰと、洗浄ユニット３の固液分離装置3bで粉砕貝殻Ｌが分離された残存貝肉溶液Ｒのうち洗浄タンク3aへ戻す一部分以外の残部との両者を、スラリーＳとしてメタン発酵槽４へ注入する。バイオリアクターとも呼ばれる生物発酵槽４は数多くの種類があるが、例えば図３及び４に例示する円筒状担体4bを縦に規則的に充填して固定ろ床4aとしたものを使用する。担体4bには、メタン発酵菌を担持させ、貝肉ペーストＰ及び残存貝肉溶液Ｒ中の有機物を効率的に分解処理する。スラリーＳは、固形分の分散や発酵温度の均一化のために、例えばスラリー循環ポンプ８によりメタン発酵槽４内を上向き又は下向きに循環させるのがよい。ただし、本発明で用いる生物反応槽４は、固定ろ床4a及び円筒状担体4bを使用したものに限定されない。
【００３１】
本発明者は、上記メタン発酵後の処理水の有機物濃度が、従来の二次処理、例えば活性汚泥の二次処理により下水に対する規制値以下に低減できる程度のものであることを実験的に見出した。図１の実施例では上記二次処理として浸漬膜10を使用している。
【００３２】
従って、本発明による貝のメタン発酵処理装置の処理水は、従来の活性汚泥等による二次処理の後、下水や河川に放流することができる。
【００３３】
要するに、本発明によれば貝肉及び付着した海草類は、メタン生成菌を代表とする嫌気性微生物により80％以上の有機物はバイオガスに分解される。また、残りの有機物も活性汚泥の好気性微生物により分解される。生物処理する前に貝殻と貝肉を分別するので、貝殻によるバイオリアクターの閉塞もなく、安定した発酵となる。貝殻も洗浄するため有効利用できる。即ち本発明は、貝肉を分解処理し、しかも貝殻の炭酸カルシウムとしての回収を可能にする。
【００３４】
よって、本発明の目的である「貝肉を分解処理すると共に貝殻を炭酸カルシウム材料として回収する貝のメタン発酵処理装置の提供」を達成することができる。
【００３５】
【実施例】
図１に示す本発明の実施例では、貝殻洗浄ユニット３において、固液分離装置3bで固形分を分離した後の残存貝肉溶液Ｒの一部分を粉砕器５へ送ると共にその残部を洗浄タンク3aへ戻し、粉砕貝殻循環ポンプ3cで洗浄タンク3aと固液分離装置3bとの間に循環させることにより、粉砕貝殻Ｌの洗浄の徹底を図っている。
【００３７】
固液分離装置3bで固形分としての粉砕貝殻Ｌを分離した後の残存貝肉溶液Ｒも、生物反応槽４での分解に適しない粒子を含むので、好ましくは、発酵促進のためそれらの粒子を粉砕器5により微粉砕する。微粉砕は細かくする程よいが、100ミクロン以下が好ましい。このための粉砕器５の一例は石臼式のものである。粉砕器５からのスラリーＳを、スラリータンク6へ送り、高圧分別機２からの貝肉ペーストＰと充分良く混合する。
【００３８】
スラリータンク6に一旦貯蔵したスラリーＳを、スラリー供給ポンプ７で生物反応槽４へ投入し、メタン発酵による有機物分解処理に供する。本発明に用いる生物反応槽4は、スラリーＳ中の有機物たる貝肉ペーストＰ及び残存貝肉溶液Ｒ中の有機物をメタン発酵により分解するものであれば足りる。好ましくは、図４に示す円筒状担体4bを縦方向に規則的に充填した固定床式のものを使う。同図の担体4bは、中空筒体4eを枠体4gに支持させたものであり、好ましくはその中空筒体4eをガラス繊維製又は炭素繊維製の多孔質周壁4fによって形成する。その担体4bに、50〜60℃で発酵する高温メタン生成菌を担持させて用い、スラリーＳを効率的に処理する。発酵液、即ちスラリーＳは、固形分の分散や発酵温度の均一化のために、スラリー循環ポンプ８により生物反応槽４内を上向き又は下向きに循環させるのがよい。
【００３９】
メタン発酵による分解処理後の廃液は、従来の二次処理、例えば活性汚泥による好気処理又は浸漬膜処理等で下水に対する規制値以下にまで処理し、処理水Ｅとして下水や河川に放流する。
【００４０】
生物反応槽４でメタン発酵の際に発生するバイオガスを、温水ボイラーの熱源として使用し、得られた温水を生物反応槽４の加熱や一般的給湯に利用することができる。バイオガスには、少量の硫化水素が含まれるので、腐食防止や安全確保のため、酸化鉄等による脱硫器13で脱硫する。ボイラーなどの燃料に使用する場合は、小型の水封式ガスホルダー14にバイオガスを一旦貯えるのが燃料制御等のためには便利である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の貝のメタン発酵処理装置は、貝を貝殻と貝肉とに分別した上で貝肉をメタン発酵で分解するので、次の顕著な効果を奏する。
【００４２】
（イ）貝肉を省エネ・省資源型のメタン発酵利用の生物処理で処理するため、低いランニングコストで貝の処理を行なえる。
（ロ）非燃焼式であるので、二酸化炭素が増えず、ダイオキシン等の汚染物質の発生もない。
（ハ）貝肉を貝殻から完全に分別するので、分別後の貝殻を土壌改良材やセメント増量材として使用できる。
（ニ）高温メタン発酵の利用が可能であるので、高効率で小型の貝の処理装置を提供できる。
（ホ）副生物として生じるメタンガスを燃料として回収し、資源の活用及び貝処理装置のコスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、本発明装置の一実施例の説明図である。
【図２】は、本発明で使う高圧分別機の一実施例の説明図である。
【図３】は、本発明で使う生物反応槽の構成を示す図である。
【図４】は、図３の反応槽における微生物担体の説明図である。
【符号の説明】
１…貝のメタン発酵処理装置
２…高圧分別機          2a…加圧室
2b…間隙                2c…シリンダー
2d…上部ピストン        2e…下部ピストン
2f…凹部                2g…油圧ユニット
2h…流出口              2i…払出し口
2j…払出しピストン      2k…貝投入口
３…貝殻洗浄ユニット    3a…洗浄タンク
3b…固液分離装置        3c…粉砕貝殻循環ポンプ
3d…振動ふるい          3e…洗浄水ポンプ
４…生物反応槽          4a…ろ床
4b…担体                4e…中空筒体
4f…多孔質周壁          4g…枠体
５…粉砕器              ６…スラリータンク
７…スラリー供給ポンプ  ８…スラリー循環ポンプ
９…二次処理槽          10…浸漬膜
11…曝気用ブロワー      12…処理水ポンプ
13…脱硫器              14…ガスホルダー
15…洗浄ホッパー        Ｃ…洗浄水
Ｅ…処理水              Ｇ…バイオガス
Ｌ…粉砕貝殻            Ｐ…貝肉ペースト
Ｒ…残留貝肉溶液        Ｗ…洗浄水
Ｙ…洗浄排水            Ｚ…アルカリ水溶液
【図１】
0003973294.tif 000002
【図２】
0003973294.tif 000003
【図３】
0003973294.tif 000004
【図４】
0003973294.tif 000005