(57)【要約】【課題】従属栄養性藻類を含む汚泥を高濃度に濃縮し、前記従属栄養性藻類が生成蓄積した油脂を効率よく回収できる油脂製造方法及び油脂製造装置を提供する。【解決手段】油脂を生成蓄積する能力を有する従属栄養性藻類の培養槽４と、培養槽４に有機性廃棄物、該有機性廃棄物を活性汚泥処理して生じる汚泥、又は該汚泥の処理物を供給する培地供給手段１又は３と、前記従属栄養性藻類を培養して前記培養槽に供給する従属栄養性藻類供給手段６と、前記培養槽に金属粉を供給する金属粉供給手段５と、前記培養槽４から培養物培養液を取り出して従属栄養性藻類を含む汚泥を分離する分離装置７と、前記従属栄養性藻類を含む汚泥から油脂を抽出する抽出装置８と、を備えていることを特徴とする油脂製造装置を用いることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物、該有機性廃棄物を活性汚泥処理して生じる汚泥、又は該汚泥の処理物を培養槽に供給し、該培養槽中で油脂を生成蓄積する能力を有する従属栄養性藻類を培養する培養工程と、
その培養液中から前記従属栄養性藻類を含む汚泥を分離する汚泥分離工程と、
分離された前記従属栄養性藻類を含む汚泥から油脂を抽出する油脂抽出工程とを含む油脂製造方法において、
前記従属栄養性藻類の培養槽中に金属粉を供給するか、又は前記活性汚泥処理の曝気槽中に予め金属粉を供給しておき、前記従属栄養性藻類を含む汚泥に該金属粉を付着させることを特徴とする油脂製造方法。
【請求項２】
前記金属粉は、強磁性体金属粉及び／又は常磁性体金属粉であり、前記汚泥分離工程における前記従属栄養性藻類を含む汚泥の分離を、磁気吸着によって行う請求項１に記載の油脂製造方法。
【請求項３】
前記培養液中からの前記従属栄養性藻類を含む汚泥の分離を、沈降分離又は遠心分離によって行う請求項１に記載の油脂製造方法。
【請求項４】
前記従属栄養性藻類は、オーランチオキトリウム属、パリエチキトリウム属、シゾキトリウム属、スロストキトリウム属から選ばれた１種又は複数種である請求項１〜３のいずれか１つに記載の油脂製造方法。
【請求項５】
前記従属栄養性藻類を含む汚泥に対する前記金属粉末の添加量は、前記従属栄養性藻類を含む汚泥の乾燥菌体重量１００質量部に対して、１０〜１０００質量部となるようにする請求項１〜４のいずれか１つに記載の油脂製造方法。
【請求項６】
油脂を生成蓄積する能力を有する従属栄養性藻類の培養槽と、
該培養槽に、有機性廃棄物、該有機性廃棄物を活性汚泥処理して生じる汚泥、又は該汚泥の処理物を供給する培地供給手段と、
前記培養槽に金属粉を供給する金属粉供給手段と、
前記培養槽から前記従属栄養性藻類の培養液を取り出して、前記従属栄養性藻類を含む汚泥を分離する汚泥分離装置と、
前記従属栄養性藻類を含む汚泥から油脂を抽出する油脂抽出装置とを備えていることを特徴とする油脂製造装置。
【請求項７】
前記金属粉は、強磁性体金属粉及び／又は常磁性体金属粉であり、
前記汚泥分離装置は、前記金属粉が付着した従属栄養性藻類を含む汚泥を、磁気吸着により前記培養液中から分離する装置からなる請求項６に記載の油脂製造装置。
【請求項８】
前記汚泥分離装置は、前記培養液中から、沈降分離又は遠心分離によって、前記従属栄養性藻類を含む汚泥を分離する装置からなる請求項６に記載の油脂製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、従属栄養性藻類を含む汚泥に金属粉を付着させ、磁気吸着、沈降分離又は遠心分離によって高濃度に濃縮し、前記従属栄養性藻類が生成蓄積した油脂を効率よく回収する油脂製造方法及び油脂製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオマスは、再生可能で、環境への影響度が少ない産業資源として期待され、利用も拡大しつつある。バイオマス利用の一つとして、油脂を生成蓄積する能力を有する藻類を培養し、該藻類を含む汚泥から油脂を回収する技術がある。前記藻類の培養槽から排出される汚泥は大量の水分を含んでおり、油脂抽出効率を高めるため、脱水する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、藻類の培養によって生じる湿潤藻細胞培養物を、膜、遠心分離、焼結金属管、溶解ガス浮遊、及び軟凝集の少なくとも１つを用いて脱水することが記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、藻類を含む培地を遠心分離によって脱水した実施例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１３−５２３１５９号公報
【特許文献２】特開２０１１−９２８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、油脂生成能力を有する藻類は、菌体内に油脂を蓄積する特性上、水と菌体との比重差が小さくなるため、凝集沈殿や遠心分離といった、比重差による分離方法では濃縮倍率が低く、含水率が高い固形物となる。また、菌体を加圧すると、菌体が破砕され、菌体内に含まれる油脂が漏れ出すため、膜分離法ではファウリングによって、分離効率が急速に低下してしまうという問題点があった。
【０００７】
よって、本発明の目的は、従属栄養性藻類を含む汚泥を高濃度に濃縮し、前記従属栄養性藻類が生成蓄積した油脂を効率よく回収できる油脂製造方法及び油脂製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の油脂製造方法は、有機性廃棄物、該有機性廃棄物を活性汚泥処理して生じる汚泥、又は該汚泥の処理物を培養槽に供給し、該培養槽中で油脂を生成蓄積する能力を有する従属栄養性藻類を培養する培養工程と、その培養液中から前記従属栄養性藻類を含む汚泥を分離する汚泥分離工程と、分離された前記従属栄養性藻類を含む汚泥から油脂を抽出する油脂抽出工程とを含む油脂製造方法において、前記従属栄養性藻類の培養槽中に金属粉を供給するか、又は前記活性汚泥処理の曝気槽中に予め金属粉を供給しておき、前記従属栄養性藻類を含む汚泥に該金属粉を付着させることを特徴とする。
【０００９】
本発明の油脂製造方法の１つの態様として、前記金属粉は、強磁性体金属粉及び／又は常磁性体金属粉であり、前記汚泥分離工程における前記従属栄養性藻類を含む汚泥の分離を、磁気吸着によって行うことが好ましい。
【００１０】
本発明の油脂製造方法の別の態様として、前記培養液中からの前記従属栄養性藻類を含む汚泥の分離を、沈降分離又は遠心分離によって行うこともできる。
【００１１】
本発明の油脂製造方法において、前記従属栄養性藻類は、オーランチオキトリウム属、パリエチキトリウム属、シゾキトリウム属、スロストキトリウム属から選ばれた１種又は複数種であることが好ましい。
【００１２】
本発明の油脂製造方法において、前記従属栄養性藻類を含む汚泥に対する前記金属粉末の添加量は、前記従属栄養性藻類を含む汚泥の乾燥菌体重量１００質量部に対して、１０〜１０００質量部となるようにすることが好ましい。
【００１３】
一方、本発明の油脂製造装置は、油脂を生成蓄積する能力を有する従属栄養性藻類の培養槽と、該培養槽に、有機性廃棄物、該有機性廃棄物を活性汚泥処理して生じる汚泥、又は該汚泥の処理物を供給する培地供給手段と、前記培養槽に金属粉を供給する金属粉供給手段と、前記培養槽から前記従属栄養性藻類の培養液を取り出して、前記従属栄養性藻類を含む汚泥を分離する汚泥分離装置と、前記従属栄養性藻類を含む汚泥から油脂を抽出する油脂抽出装置とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の油脂製造装置の１つの態様において、前記金属粉は、強磁性体金属粉及び／又は常磁性体金属粉であり、前記汚泥分離装置は、前記金属粉が付着した従属栄養性藻類を含む汚泥を、磁気吸着により前記培養液中から分離する装置からなることが好ましい。
【００１５】
本発明の油脂製造装置の別の態様において、前記汚泥分離装置は、前記培養液中から、沈降分離又は遠心分離によって、前記従属栄養性藻類を含む汚泥を分離する装置からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、従属栄養性藻類を含む汚泥に金属粉を付着させることにより、汚泥の比重が高くなるので、培養液中から従属栄養性藻類を含む汚泥を比重差によって分離しやすくなり、高濃度に濃縮された汚泥を得ることができる。また、金属粉として、磁気吸着可能なものを使用すれば、磁気吸着によって、より高濃度に濃縮することができる。こうして、従属栄養性藻類を含む汚泥を高濃度に濃縮することにより、従属栄養性藻類が生成蓄積した油脂を効率よく回収できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る油脂製造装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る油脂製造装置の概略構成図である。
【図３】本発明の磁気分離の一つの実施形態に係る装置模式図である。
【図４】本発明の磁気分離の他の実施形態に係る装置模式図である。
【図５】本発明の磁気分離の更に他の実施形態に係る装置模式図である。
【図６】本発明の従属栄養性藻類に、鉄粉を添加した場合の沈降性能を試験した結果を示す図表である。
【図７】本発明の従属栄養性藻類の種類の違いによる沈降性能を比較した結果を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明においては、有機性廃棄物、該有機性廃棄物を活性汚泥処理して生じる汚泥、又は該汚泥の処理物を培養槽に供給し、該培養槽中で油脂を生成蓄積する能力を有する従属栄養性藻類を培養する。
【００１９】
上記有機性廃棄物としては、特に限定されないが、例えば、浄化槽汚泥、下水汚泥、生ゴミ、家畜糞尿、屎尿、食品工場で排出する食品残渣、飲料工場排水などが挙げられる。
【００２０】
これらの有機性廃棄物は、そのまま従属栄養性藻類の培地原料として用いることができるが、これらの有機性廃棄物を曝気処理して生じる活性汚泥や、該活性汚泥の処理物を培地原料とすることもできる。
【００２１】
培養槽には、上記有機性廃棄物、それから生じる汚泥、汚泥処理物の他に、栄養源として、硫酸マグネシウム、塩化カリウムを供給することが好ましい。
【００２２】
本発明の従属栄養性藻類は、光合成を行なわず、水中の有機化合物を栄養素として成長し、油脂を効率的に生産して菌体内に蓄積することができる。具体的には、オーランチオキトリウム（Aurantiochytrium）属に属する微生物、パリエチキトリウム（Parietichytrium）属に属する微生物、シゾキトリウム（Schizochytrium）属に属する微生物、スロストキトリウム（Thraustochytrium）属に属する微生物から選ばれた１種又は複数種を用いることができる。
【００２３】
ここに列挙した従属栄養性藻類は、淡水でも培養できるが、いずれも好塩性で、塩濃度が６％でも生育できる。海水の塩濃度は３〜３．５％であることから、海水を培養液として利用することができる。
【００２４】
オーランチオキトリウム属に属する微生物は、列挙した中では澱粉、セルロース及びタンパク質の分解能力において劣るが、人工海水５０％を含有するＬＢ培地上では２〜６時間で倍化し、上記４種のうち増殖速度では突出している。ここで、「人工海水」とは、塩化ナトリウム３．０w/v％、塩化カリウム０．０７w/v％、塩化マグネシウム１．０８w/v％、硫酸マグネシウム０．５４w/v％、塩化カルシウム０．１w/v％の組成の水溶液のことである。
【００２５】
オーランチオキトリウム属に属する微生物は、単体で培養してもよいが、アミラーゼ、セルラーゼ、プロテアーゼ等を分泌する微生物と共に培養すると、前記酵素によって水中の有機化合物を分解が促進され、高効率で油脂を生産することができる。一方、オーランチオキトリウム属に属する微生物は、菌体サイズ３０〜１００μｍに対して、細胞壁の厚さは２〜３μｍと薄く、例えば圧搾によって細胞壁を壊して油脂を取り出すこともできるが、有機溶媒抽出法によって低コストで効率的に油脂を回収することができる。菌株としては、例えばオーランチオキトリウムNBRC102614、NBRC103268、NBRC103269等を用いることができる（NBRCの番号が付された菌株は、独立行政法人  製品評価技術基盤機構から分譲を受けることが可能である。以下同様）。このうち、オーランチオキトリウムNBRC102614は、倍化時間が短く、油脂含有率が高いことから、本発明の排ガス処理方法においては、特に好ましい。
【００２６】
パリエチキトリウム属に属する微生物は、タンパク質や澱粉、セルロースを分解する酵素を分泌して、水中の有機化合物を分解することができる。ただし、上記培地での倍化時間は３〜８時間で、増殖速度はオーランチオキトリウム属よりも劣る。菌体サイズ２０〜３０μｍに対して、細胞壁の厚さは２〜３μｍと薄く、油脂は上記と同様の方法によって容易に回収できる。菌株としては、例えばパリエチキトリウム NBRC104108、NBRC102984等を用いることができる。
【００２７】
シゾキトリウム属に属する微生物は、アミラーゼ、セルラーゼ、プロテアーゼ等の酵素を分泌して水中の有機化合物を分解することができ、特に澱粉の分解に優れる。ただし、上記培地での倍化速度は８〜２４時間と遅い。菌体サイズ２０〜３０μｍに対して、細胞壁の厚さは４〜６μｍと薄く、油脂は上記と同様の方法によって容易に回収できる。菌株としては、例えばシゾキトリウムATCC20888、ATCC20889、ATCC28209（ATCCの番号が付された菌株は、American Type Culture Collectionから分譲を受けることが可能である。以下同様）、シゾキトリウムMYA-1391（同じくATCCより分譲を受けることが可能）、シゾキトリウムNBRC10615等を用いることができる。
【００２８】
スロストキトリウム属に属する微生物は、アミラーゼ、セルラーゼ、プロテアーゼ等の酵素を分泌して水中の有機化合物を分解することができ、特にタンパク質の分解に優れる。ただし、上記培地での倍化速度は２４時間と非常に遅い。菌体サイズは３０〜１００μｍに対して細胞壁の厚さが２０〜３０μｍと厚く、油脂を抽出するには、菌体を破砕した後に有機溶媒による抽出が必要である。菌株としては、スロストキトリウムATCC18907、ATCC20890、ATCC20891、ATCC20892、ATCC24473、ATCC26185、ATCC28210、ATCC34304、スロストキトリウムNBRC34304等を用いることができる。
【００２９】
従属栄養性藻類は、ｐＨ４〜８の環境で培養することが好ましく、ｐＨ５〜７の環境で培養することがより好ましい。また、塩分濃度は、０．１％〜６．０％であることが好ましく、１．０％〜４．０％であることがより好ましい。また、水温は、１５〜４０℃であることが好ましく、２０〜３５℃であることがより好ましい。
【００３０】
本発明においては、上記有機性廃棄物、それから生じる汚泥、汚泥処理物を培養槽に供給し、培養槽中で上記従属栄養性藻類を培養するが、その際に、培養槽に金属粉を供給して、培養液中の汚泥に金属粉を付着させることを特徴としている。
【００３１】
金属粉は、特に限定されないが、比重の大きい金属粉が好ましく、例えば、酸化鉄、酸化クロム、コバルト酸化鉄、バリウムフェライト磁性体などに代表される強磁性体、又はチタン、マンガン、ニッケルなどの金属に代表される常磁性体がより好ましく、強磁性体が特に好ましい。
【００３２】
金属粉の粒径は０．０１μｍ〜１００μｍの範囲のものが好ましく、１μｍ〜１０μｍの範囲のものがより好ましい。金属粉の粒径が０．０１μｍ未満であると重量が足りず従属栄養性藻類及び／又は汚泥フロックを沈降させる能力に乏しく、１００μｍよりも大きいと自重によって単独で沈降してしまうため効率的でない。
【００３３】
また、磁性粉の保磁力があまり大きすぎると、磁性粉やそれと結合した汚泥が自身の磁力によって凝集し、被処理水から分離・沈降してしまうので、通常、その保磁力は１０４/４πＡ／ｍ以上４×１０５/４πＡ／ｍ以下の範囲のものが好ましく、２×１０５/４πＡ／ｍ以上３×１０５/４πＡ／ｍ以下の範囲のものがより好ましい。
【００３４】
金属粉は、粉末の状態、もしくは水などの分散媒に分散した懸濁液の状態で、培養槽に添加することができる。また、有機性廃棄物を活性汚泥処理して生じる汚泥を培地原料とする場合には、有機性廃棄物の曝気槽等に金属粉を添加してもよい。その場合には、金属粉の付着によって活性汚泥の比重が高まるので、曝気槽の処理物から活性汚泥を分離する際に分離しやすくなり、より高濃度の活性汚泥を得ることができる。また、金属粉が磁性金属からなる場合には、磁気吸着によって、より迅速にかつ高濃度に活性汚泥を分離することができる。そして、金属粉が付着した活性汚泥を培養槽に供給することにより、従属栄養性藻類の培養液の汚泥にも金属粉が付着することになる。
【００３５】
金属粉の添加量は、従属栄養性藻類の乾燥菌体重量１００質量部に対して、１０〜１０００質量部が好ましく、３０〜４００質量部がより好ましく、６０〜２００質量部が最も好ましい。１０質量部未満であると菌体への付着量が少なく沈降が遅くなり、１０００質量部を超えるとコスト高になるので好ましくない。
【００３６】
本発明では、培養槽で従属栄養性藻類を培養して得られる培養液から、従属栄養性藻類の菌体を高濃度で含む汚泥を分離回収する。この場合、１つの態様として、汚泥の分離は、沈降分離又は遠心分離によって行うことができる。本発明では、汚泥に金属粉が付着していることにより、汚泥の比重が高くなるため、比重差によって、沈降分離又は遠心分離を効率良く、かつ、高濃度に濃縮されるように行うことが可能となる。
【００３７】
また、別の態様として、前記金属粉は、強磁性体金属粉、常磁性体金属粉などの磁性金属粉である場合には、汚泥の分離を、磁気吸着によって行うことができる。磁気吸着による分離を用いることにより、金属粉が付着した汚泥をより迅速にかつ高濃度に分離することが可能となる。
【００３８】
こうして分離された汚泥には、油脂を菌体内に蓄積した従属栄養性藻類が豊富に含まれている。本発明では、この汚泥から油脂を抽出する。油脂の抽出方法は、特に限定されないが、例えば、油脂を蓄積した従属栄養藻類の菌体に、有機溶媒、好ましくは、浸透性の高い無極性有機溶媒を含む抽出溶媒を接触させることにより、比較的容易に抽出することができる。前記無極性有機溶媒としては、ノルマルヘキサン、ベンゼン、トルエン、ジメチルエーテル、ジエチルエーテルからなる群から選ばれる１種又は２種以上が好ましく使用できる。
【００３９】
こうして抽出した油脂は、抽出に用いた有機溶媒との混合物のまま燃料として用いることもできるが、有機溶媒と油脂とに分離し、回収した油脂を更に低温蒸留によって高純度化、あるいはエステル交換反応によるバイオディーゼル燃料化、水素化分解による軽油化といった処理を行って利用することもできる。
【００４０】
次に、図１を参照して、本発明の油脂製造装置の第１実施形態を説明する。この油脂製造装置は、有機性廃棄物を曝気処理して得られる活性汚泥を、従属栄養性藻類の培地として利用するものである。
【００４１】
この油脂製造装置においては、有機性廃棄物供給装置１が、ラインＬ１ａを介して曝気槽２に接続されている。曝気槽２は、ラインＬ２を介して第１固液分離装置３に接続されている。第１固液分離装置３は、曝気処理された処理液を固液分離して、その液部は、ラインＬ３ａを通して排出され、沈殿した活性汚泥は、ラインＬ３ｂを通して、培養槽４に送られるようになっている。また、この実施形態では、ラインＬ１ａから分岐したラインＬ１ｂも培養槽４に接続されており、有機性廃棄物を培養槽４に直接供給することもできるようになっている。
【００４２】
培養槽４には、金属粉供給装置５がラインＬ５ａを介して接続され、また、藻類培養タンク６がラインＬ６を介して接続されている。更に、培養槽４は、ラインＬ４を介して第２固液分離槽７に接続されている。第２固液分離槽７で分離された液部は、ラインＬ７ａを介して曝気槽２に戻されるようになっている。また、第２固液分離槽７で分離された汚泥は、ラインＬ７ｂを介して油脂抽出装置８に接続されている。
【００４３】
また、有機溶剤供給装置９が、油脂抽出装置８にラインＬ９を介して接続されている。更に、油脂抽出装置８は、ラインＬ８を介して第３固液分離装置１０に接続され、第３固液分離装置１０で分離された液部はラインＬ１０ａを介して排出され、汚泥はラインＬ１０ｃを通して排出されるか、又は培養槽４に戻されるようになっている。
【００４４】
次に、上記油脂製造装置を用いた、本発明の油脂製造方法の第１実施形態を説明する。
【００４５】
浄化槽汚泥、下水汚泥、生ゴミ、家畜糞尿、屎尿、食品工場で排出する食品残渣等からなる有機性廃棄物は、有機性廃棄物供給装置１によって曝気槽２に供給される。曝気槽２は、有機性廃棄物に連続的又は間欠的に空気を吹き込んで曝気し、有機性廃棄物を微生物によって分解する。有機性廃棄物中に含まれるアンモニア性窒素は、曝気処理により硝化され、続く嫌気処理によって脱窒されて除去される。
【００４６】
曝気槽２で処理された有機性廃棄物は、ラインＬ２を介して第１固液分離装置３に送られ、ここで液部と、活性汚泥とに分離される。第１固液分離装置３としては、特に限定されないが、例えば、比重差を利用する、横流式沈殿槽、中心駆動円形沈殿槽、循環型沈殿槽、傾斜板沈殿槽、高速加圧浮上槽を用いることができる。また、膜分離装置などを用いることもできる。
【００４７】
この実施形態では、第１固液分離装置３で分離された活性汚泥を、培養槽４に供給し、従属栄養性藻類の培養を行うようにしている。ただし、必要により、有機性廃棄物供給装置１から、ラインＬ１ｂを介して、有機性廃棄物を直接、培養槽４に供給してもよい。
【００４８】
培養槽４には、金属粉供給装置５から金属粉がラインＬ５ａを介して供給され、また、藻類培養タンク６から従属栄養性藻類がラインＬ６を介して供給される。そして、培養槽４に供給された活性汚泥等を栄養源にして、従属栄養性藻類の培養が行われる。従属栄養性藻類の培養を良好に行わせるため、培養槽４には、その他、曝気装置、攪拌装置、加温装置、ｐＨ調整装置、栄養塩添加装置等が設けられていてもよい。
【００４９】
こうして、汚泥や有機性廃棄物が、従属栄養性藻類によって資化・分解されると共に、従属栄養性藻類の表面に金属粉が付着する。この培養液は、従属栄養性藻類の菌体を主体にする汚泥を含んでおり、従属栄養性藻類の菌体内には、油脂が生成蓄積されている。したがって、汚泥を回収すれば、同時に従属栄養性藻類の菌体内に蓄積された油脂も回収することができる。
【００５０】
この培養液は、ラインＬ４を介して、第２固液分離装置７に送られ、ここで汚泥と、液部とに分離される。第２固液分離装置７としては、第１固液分離装置３と同様な、比重差を利用する、横流式沈殿槽、中心駆動円形沈殿槽、循環型沈殿槽、傾斜板沈殿槽、高速加圧浮上槽を用いることができる他、金属粉として磁性金属粉を用いた場合は、磁気吸着による分離装置を用いることができる。磁気吸着による分離装置としては、例えば第３〜５図に示されるような装置を使用することができる。この装置については、後述することにする。
【００５１】
第２固液分離装置７で分離された液部は、ラインＬ７ａを経由して曝気槽２に返送することができる。もしくは、図示していないが、培養槽４に返送してもよい。一方、第２固液分離装置７において分離された、油脂を蓄積した従属栄養性藻類を含む汚泥は、ラインＬ７ｂを経由して、油脂抽出装置８に供給される。
【００５２】
油脂抽出装置８には、有機溶剤供給装置９から、前述したような有機溶媒が供給され、従属栄養性藻類の菌体内に生成蓄積された油脂が、有機溶媒に溶出する。油脂抽出装置８の構造は、特に限定されないが、例えば、従属栄養性藻類を含む汚泥と有機溶剤を混練するための撹拌槽型抽出装置、又は有機溶媒を通液させて抽出する抽出塔を用いることができる。
【００５３】
油脂抽出装置８で得られた抽出液は、第３固液分離装置１０に送られ、抽出液と固形分とに分離される。第３固液分離装置１０の構造は、特に限定されないが、例えば、沈殿槽、磁気分離装置、真空濾過機、遠心脱水機、ベルトプレス又はスクリュープレス等を用いることができる。油脂は有機溶媒と共にラインＬ１０ａから回収することができる。一方、油脂を抽出した残渣は、ラインＬ１０ｂを経由して培養槽４に返送するか、あるいは、ラインＬ１０ｃから引き抜き、系外に廃棄することができる。
【００５４】
次に、図２を参照して、本発明の油脂製造装置の第２実施形態を説明する。この油脂製造装置は、金属粉供給装置５がラインＬ５ｂを介して曝気槽２に接続されている。その他の構成は、図１に示した第１実施形態と同じである。
【００５５】
第２の実施形態においては、金属粉が、金属粉供給装置５から、ラインＬ５ｂを介して曝気槽２に供給される。このため、曝気槽２で増殖する微生物の菌体を主体とする活性汚泥に金属粉が付着する。この活性汚泥を第１分離装置３で液部と分離して、ラインＬ３ｂを介して培養槽４に供給する。その結果、金属粉は、活性汚泥に付着した状態で、培養槽４に供給され、培養槽４で増殖する従属栄養性藻類を主体とする汚泥に付着する。後の処理は、前記第１実施形態と同様になされる。
【００５６】
この実施形態では、金属粉を曝気槽２に供給することにより、第１分離装置３における汚泥の分離を容易にすることができる。すなわち、活性汚泥に付着した金属粉により、活性汚泥の比重が高くなるので、比重差を利用する沈殿方式において、汚泥の沈降を促進してその濃度を高めることができ、金属粉として磁性金属粉を用いた場合には、磁気吸着による分離装置によって、汚泥をより迅速かつ高濃度で分離することができる。
【００５７】
次に、金属粉として磁性金属を用いた場合、それぞれの固液分離装置３，７、１０において用いることができる、磁気吸着による固液分離装置（以下「磁気分離装置」とする）の具体的な形態について、図３〜５を用いて説明する。
【００５８】
図３には、磁気分離装置の第１形態が示されている。この磁気分離装置２０では、培養槽４から延出した配管Ｌ４に連通する流路２１が設けられ、流路２１が所定容積を有することにより、培養槽４の排水が流路２１を通過するときに所定時間滞留しつつ通過するようになっている。その流路２１の上方からは、回転盤２２が、そのおよそ下半部が流路２１を流れる培養槽４の排水に浸かるように配され、図示しない駆動手段によって回転する。図３では、回転盤６の周方向に沿った回転方向は、培養槽４の排水に浸かる部分において流れに対して順方向である。
【００５９】
また、この回転盤２２は、その複数枚が図３中、図示されない奥行き方向に沿って同軸で並列に所定間隔で整列しており、わずかな隙間を開けた状態で、流路２１の幅方向のほぼ全体に亘るように配されている。回転盤２２の表面の全部、又は流路２１の流水の深さをほぼカバーし得る範囲には、磁石が配されている。磁性粉及び磁性粉が結合した汚泥が、上記磁石の磁気吸引力によって、回転盤２２の表面に付着するようになっている。
【００６０】
回転盤２２の処理水の水面から露出する部分には、回転盤２２の両側の表面に沿うようにスクレーパー２３が配置されており、回転する回転盤２２に付着した磁性粉及び磁性粉が結合した汚泥を掻き落とすようになっている。スクレーパー２３で掻き落とされた磁性粉及び磁性粉が結合した汚泥は、図示しない排出シュート等に落とされて処理水から分離され、所定の箇所に取り出されるようになっている。
【００６１】
図４には、磁気分離装置の第２形態が示されている。この磁気分離装置３０では、上記図３に示した回転盤２２の代わりに、回転ドラム３２が配置されている。回転ドラム３２の表面には、磁石が配されている。回転ドラム３２は、培養槽４の排水に下半部が浸漬するように配置されており、処理水の水面から露出する部分には、回転ドラム３２の表面に沿うようにスクレーパー３３が配置されている。したがって、処理水に含まれる磁性粉や磁性粉が結合した汚泥は、回転ドラム３２の表面の磁石によって、回転ドラム３２の表面に付着し、スクレーパー３３によって掻き取られて、処理水から分離される。
【００６２】
図５には、磁気分離装置の第３形態が示されている。この磁気分離装置４０では、処理槽４１内に、磁場の発生をＯＮ，ＯＦＦできる電磁石４２が挿入配置されている。また、電磁石４２の表面をこするように移動するスクレーパー４３が設けられている。そして、培養槽４の排水を処理槽４１に供給し、処理槽４１から処理水を排出する際には、同図（ａ）に示すように、電磁石４２をＯＮにして磁場を発生させ、その表面に磁性粉及び磁性粉が結合した汚泥Ｍを吸着させる。その状態で処理水を流すと、磁性粉及び磁性粉が結合した汚泥Ｍは流れず、浄化された処理水だけを排出させることができる。次いで、処理水の排出を停止し、同図（ｂ）に示すように、電磁石４２をＯＦＦにして磁場を消失させ、スクレーパー４３を下降させることにより、電磁石４２に吸着されていた磁性金属粉及び磁性金属が結合した汚泥Ｍを落下させることができる。
【実施例】
【００６３】
以下、本発明の油脂製造方法において、金属粉を添加する濃縮法の効果、及び磁気吸着を利用する濃縮法の効果ついて、具体的に説明する。
【００６４】
［従属栄養性藻類の培養方法］
（操作１）塩化ナトリウム３０ｇ、塩化マグネシウム１０．８ｇ、硫酸マグネシウム５．４ｇ、塩化カルシウム１ｇ、塩化カリウム０．７ｇを純水１０００ｍＬに溶解させて、人工海水を調製した。
（操作２）操作１で得た人工海水１０００ｍＬに、トリプトン１０ｇ、酵母エキス５ｇを添加し、更に１２１℃、２０分で滅菌処理した、液体ＬＢ培地を調製した。
（操作３）操作２で得た液体ＬＢ培地１０００ｍＬに、ビタミン剤（和光純薬社製、ビタミンＢ１、Ｂ２、Ｂ１２含有）を１ｇ添加した。
（操作４）操作３で得た液体ＬＢ培地１０００ｍＬに、従属性栄養藻類を乾燥重量で０．１ｍｇ添加した。
（操作５）操作４で得た液体ＬＢ培地を、液温３０℃の下、曝気量１Ｌ／分で曝気しつつ、回転数２５０ｒｐｍでスターラー攪拌し、従属性栄養藻類の乾燥菌体重量が１ｇ／Ｌになるまで培養した。
【００６５】
［沈降試験及び濃縮倍率の計算方法］
従属性栄養藻類を培養した上記の培養液を、容積５００ｍｌのメスシリンダーに移送して沈降試験サンプルとし、そのまま静置すると、まず液面付近に透明部分（浄水）と懸濁部分（濃縮物）の境界面が現れ、時間とともに透明部分が拡大して、前記境界面が下方へ移動していくため、メスシリンダーの底から前記境界面までの高さを「界面高さ（ｍｍ）」として定義し、静置開始から、１０分後、３０分後、６０分後、１２０分後、１８０分後、２４０分後、３００分後、３６０分後の各界面高さを記録した。
【００６６】
濃縮倍率は、上記界面高さから、下記（１）式によって計算した。
濃縮倍率＝濃縮前の培養液の体積／濃縮後物の体積
＝濃縮前の培養液の体積／（濃縮前の培養液の体積−浄水の体積）
＝初期界面高さ／沈降試験後の界面高さ      …（１）式
［濃縮物の含水率測定方法］
（操作１）５Ｃ濾紙（アドバンテック社製）は、純水で洗浄し、１０５℃で２時間以上乾燥させた後、重量測定して「濾過前の濾紙重量」とした。
（操作２）沈降試験３６０分経過後に、メスシリンダーの上澄み液をデカンテーションし、残された濃縮物からその２０ｍｌを採取した。
（操作３）採取した濃縮物２０ｍｌの重量を測定し、「濃縮物の重量」とした。
（操作４）操作３で重量測定した濃縮物を、操作１で得た濾紙で濾過した。
（操作５）操作４で濾過された固形分を、濾紙と共に１０５℃で４時間以上乾燥した後、濾紙と共に乾燥固形分を重量測定して「濾過後の濾紙重量」とした。
【００６７】
含水率は下記（２）式で計算した。
含水率＝乾燥固形分の重量／濃縮物の重量  ×１００％
＝（濾過後の濾紙重量−濾過前の濾紙重量）／濃縮物の重量  ×１００％  …（２）式
［実施例１］
実施例１は、鉄粉を添加し、菌体の比重を大きくした例である。
【００６８】
Parietichytrium sarkarianum NBRC104108を培養して得られた培養液に、鉄粉（酸化鉄、和光純薬社製）を０．００５ｇ添加（乾燥菌体重量１００質量部に対し１質量部）して撹拌混合した後、上記の沈降試験方法で沈降速度、濃縮倍率、及び含水率を測定した。
【００６９】
［実施例２］
実施例２は、鉄粉添加量を実施例１の１００倍とし、更に比重を増やした例である。
【００７０】
Parietichytrium sarkarianum NBRC104108を培養して得られた培養液に、鉄粉（酸化鉄、和光純薬社製）を０．５ｇ添加（乾燥菌体重量１００質量部に対し１００質量部）して撹拌混合した後、上記の沈降試験方法で沈降速度、濃縮倍率、及び含水率を測定した。
【００７１】
［実施例３］
実施例３は、鉄粉を添加し磁気吸着を利用した例である。
【００７２】
Parietichytrium sarkarianum NBRC104108を培養して得られた培養液に、鉄粉（酸化鉄、和光純薬社製）を０．５ｇ添加して撹拌混合した後、上記の沈降試験において、メスシリンダーの下にネオジウム磁石（アズワン製、表面磁束１．１Ｔ）を設置して、沈降速度、濃縮倍率、及び含水率を測定した。
【００７３】
［実施例４］
実施例４は、オーランチオキトリウムの沈降性について調べた例である。
【００７４】
Aurantiochytrium NBRC102614を培養して得られた培養液に、鉄粉（酸化鉄、和光純薬社製）を０．５ｇ添加して撹拌混合した後、沈降試験において、メスシリンダーの下にネオジウム磁石（アズワン製、表面磁束１．１Ｔ）を設置して、沈降速度、濃縮倍率、及び含水率を測定した。
【００７５】
［実施例５］
実施例５は、シゾキトリウムの沈降性について調べた例である。
【００７６】
Schizochytrium NBRC10615を培養して得られた培養液に、鉄粉（酸化鉄、和光純薬社製）を０．５ｇ添加して撹拌混合した後、沈降試験において、メスシリンダーの下にネオジウム磁石（アズワン製、表面磁束１．１Ｔ）を設置して、沈降速度、濃縮倍率、及び含水率を測定した。
【００７７】
［実施例６］
実施例６は、スロストキトリウムの沈降性について調べた例である。
【００７８】
Thraustochytrium NBRC34304を培養して得られた培養液に、鉄粉（酸化鉄、和光純薬社製）を０．５ｇ添加して撹拌混合した後、沈降試験において、メスシリンダーの下にネオジウム磁石（アズワン製、表面磁束１．１Ｔ）を設置して、沈降速度、濃縮倍率、及び含水率を測定した。
【００７９】
［比較例１］
比較例１は、自然沈降による比較例である。
【００８０】
Parietichytrium sarkarianum NBRC104108を培養して得られた培養液を、上記の沈降試験方法で沈降速度、濃縮倍率、及び含水率を測定した。
【００８１】
［比較例２］
比較例２は、凝集剤を用いる濃縮の例である。
【００８２】
Parietichytrium sarkarianum NBRC104108を培養して得られた培養液の濁度を測定し、濁度を１００に対してポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）中のアルミニウム濃度が１０ｍｇとなるように加えた。ＰＡＣ添加直後に攪拌機を用いて、１２０ｒｐｍ、８０秒間の急速撹拌を行った後に４０ｒｐｍ、２０分間の緩速撹拌を行い、次いで上記の沈降試験３６０分を実施した後、濃縮倍率と含水率を測定した。
【００８３】
［比較例３］
比較例３は、膜分離を用いる濃縮の例である。
【００８４】
Parietichytrium sarkarianum NBRC104108を培養して得られた培養液を、直径５５ｍｍの５Ｃ濾紙（アドバンテック社製）を介在させて０．１ＭＰａで吸引し、６０秒以上濾液が得られなくなったところで吸引を終了し、式（１）を用い吸引された浄水量から濃縮倍率を計算した。また、濾紙上の濃縮物の含水率は他と同様にして求めた。
【００８５】
［比較例４］
比較例４は、遠心分離を用いる濃縮の例である。
【００８６】
Parietichytrium sarkarianum NBRC104108を培養して得られた培養液を、４０００Ｇで１０分間遠心分離を行い、上澄み液をデカンテーションによって除去した。式（１）を用い、デカンテーション後に残された濃縮物の体積から濃縮倍率を計算した。また、濾紙上の濃縮物の含水率は他と同様にして求めた。
【００８７】
以下、上記実施例１〜６、及び比較例１〜４から得られた結果について説明する。
【００８８】
図６には、鉄粉を添加した実施例１〜３、及び自然沈降による比較例１の沈降試験の結果が示されている。横軸は沈降開始からの経過時間、縦軸は界面の高さである。鉄粉を添加していない比較例１の沈降が最も遅く、鉄粉を０．００５ｇ添加した実施例１では沈降速度が比較例１の１．４倍となり、鉄粉を０．５ｇ添加した実施例２では５．２倍と更に増し、鉄粉を０．５ｇ添加し且つネオジウム磁石を用いた実施例３では８．８倍まで増している。
【００８９】
実施例１は、鉄粉添加量が、従属栄養性藻類の乾燥菌体量１００質量部に対し、鉄粉１質量部あれば、沈降速度を高める効果があることを示している。
【００９０】
実施例２は、鉄粉添加量を増やすほど菌体に結合する鉄粉量が増え、比重が増えて、沈降が速くなることを示している。
【００９１】
実施例３は、鉄粉添加に加え磁気吸着の効果を利用すると、沈降速度をさらに加速できることを示している。
【００９２】
一方、濃縮倍率は、比較例１で１．７倍、実施例１で３．８倍、実施例２で７．７倍、実施例３で５０倍であり、鉄粉添加によって、更には磁気吸着によって、濃縮倍率が向上していることが分かる。
【００９３】
また、含水率は、比較例１で９９．７％、実施例１で９９．１％、実施例２で９８．６％、実施例３で９０％であり、鉄粉添加によって、更には磁気吸着によって、含水率が低減されていることが分かる
以上は、鉄粉添加によって、更には磁気吸着によって、沈降速度を加速して固液分離装置を小型化し、濃縮倍率を高め含水率を低減して従属栄養性藻類及び汚泥の輸送や一時保管の負担を軽減し、従属栄養性藻類から油脂を抽出する工程の効率を高めて油脂抽出装置を小型化できることを示している。
【００９４】
図７には、菌体の種類を変えた実施例２、４〜６、及び自然沈降による比較例１の沈降試験結果が示されている。横軸は沈降開始からの経過時間、縦軸は界面の高さである。鉄粉を添加していない比較例１の沈降が最も遅く、Parietichytriumを用いた実施例２、Schizochytriumを用いた実施例５、及びThraustochytriumを用いた実施例６は磁気吸着の効果によって急速に沈降しているが、Aurantiochytriumを用いた実施例４は、他の３種の従属栄養性藻類の約半分の沈降速度になっている。このようにAurantiochytriumは沈降性の点では他の種類の従属栄養性藻類よりも劣っているが、菌体重量当たりの油脂生成能力においては、例えばParietichytriumの３倍であり、油脂製造装置全体の効率性から見て、他の従属栄養性藻類に劣るものではない。
【００９５】
表１には、磁気分離（実施例３）、凝集沈殿（比較例２）、膜分離（比較例３）、及び遠心分離（比較例４）に関する、濃縮倍率と含水率の比較結果が示されている。濃縮倍率は膜分離が２倍と低く、凝集沈殿、遠心分離がそれぞれ５倍、８倍であったが、磁気分離は濃縮倍率が２５倍と格段に優れていることが分かる。また、含水率についても、膜分離は９９％、凝集沈殿と遠心分離は９７％であったが、磁気分離では９０％と格段に優れていることが分かる。
【００９６】
したがって、本発明の油脂製造方法によれば、油脂を蓄積した従属栄養性藻類を含む培養液に金属粉を添加し沈降を加速して濃縮するか、より好ましくは強磁性体金属粉を添加し磁気吸着によって濃縮することで、濃縮に使用する固液分離装置のサイズを小さくすることと、後続の油脂抽出工程の負荷を軽減することが可能になった。また、本発明による、金属粉を添加し沈降を加速する手段を、排水を活性汚泥処理した後の汚泥の濃縮、油脂抽出後の汚泥の濃縮にも適用した発明は、上記と同様に固液分離装置のサイズを小さくする効果、及び汚泥の輸送に係る動力の低減、汚泥の一時保管場所の削減に役立つ。
【００９７】
【表１】
2016059281.tif 000003
【符号の説明】
【００９８】
１：有機性廃棄物供給装置
２：曝気槽
３：第１固液分離装置
４：培養槽
５：金属粉供給装置
６：藻類培養タンク
７：第２固液分離装置
８：油脂抽出装置
９：有機溶剤供給装置
１０：第３固液分離装置
２０：磁気分離装置
２１：流路
２２：回転盤
２３：スクレーパー
３０：磁気分離装置
３１：流路
３２：回転ドラム
３３：スクレーパー
４０：磁気分離装置
４１：処理槽
４２：電磁石
４３：スクレーパー
Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ：ライン（有機性廃棄物）
Ｌ２：ライン（処理水＋汚泥）
Ｌ３ａ：ライン（処理水）
Ｌ３ｂ：ライン（汚泥）
Ｌ４：ライン（処理水＋油脂含有従属栄養藻類＋未消化汚泥）
Ｌ５ａ、Ｌ５ｂ：ライン（金属粉）
Ｌ６：ライン（従属栄養藻類）
Ｌ７ａ：ライン（処理水）
Ｌ７ｂ：ライン（油脂含有従属栄養藻類＋未消化汚泥）
Ｌ８：ライン（有機溶媒＋油脂＋従属栄養藻類＋未消化汚泥）
Ｌ９：ライン（有機溶媒）
Ｌ１０ａ：ライン（有機溶媒＋油脂）
Ｌ１０ｂ：ライン（従属栄養藻類＋未消化汚泥）
Ｌ１０ｃ：ライン（従属栄養藻類＋未消化汚泥）
Ｍ：汚泥
【図１】
2016059281.tif 000004
【図２】
2016059281.tif 000005
【図３】
2016059281.tif 000006
【図４】
2016059281.tif 000007
【図５】
2016059281.tif 000008
【図６】
2016059281.tif 000009
【図７】
2016059281.tif 000010