バイオエタノール製造工程廃水の生物学的処理に関する研究
長岡技術科学大学 修士 2 年 学籍番号 06330181 平岡大雅
１はじめに（Downflow Hanging Sponge；下降流懸架式スポ近年，バイオエタノールは石油の代替燃料や地球温ンジ）及び脱窒槽として ASB(Anaerobic Sludge

暖化の対策として注目されている。バイオエタノール

Bed ； 嫌 気 性 汚 泥 床 ) を 組 み 合 わ せ たは植物を原料とした燃料用エタノールであり，再生可UASB/UASB/DHS/ASB システムについて，有機物能な自然エネルギーであること，燃焼により大気中の処理性能及び窒素処理性能の把握および洗缶廃水へのCO2 を増やさないカーボンニュートラルであるといっ適用生の検討を行った。

た利点がある。しかしながら，バイオエタノールは製造工程において発酵廃液や蒸留廃液，洗缶廃水（洗浄２基礎実験による研究成果廃水）といった製造廃棄物が大量(約 8L-洗缶廃水/L-

基礎実験はバイオエタノール製造工程において発生EtOH)に発生するという問題がある。廃液・廃水の特する洗缶廃水を対象とした処理実験を行うに当たり，徴として高濃度の有機物や窒素を有していること，メ処理装置として UASB，DHS 及び AFB (Anaerobic

ラノイジンやカラメルなどの生物難分解性の色素物質

Fixed Bed；嫌気性固定床)を作製し，糖蜜や蒸留廃液を含み，黒褐色を呈していることがあげられる。このをベースとした基質を用いて処理特性の把握を行った。

廃液の処理は高濃度の有機物を含むことからメタン発基礎実験でわかった処理特性として，1 ）酵処理が用いられてきた。しかし，メタン発酵法は単UASB/DHS/AFB システムは本廃水に対し高い BOD

独では十分な処理水質が得られないといった問題があ除去性能を有する。2）本廃水は生物難分解性の色素り，また後段処理として活性汚泥法等を用いて排水基物質を含むことからこれに由来する COD 及び有機性準を満たす処理水質を得ようとした場合，廃水処理コ窒素が残留する。3）UASB では廃水中の糖を利用しストが嵩むと言った問題があった。昨今のバイオエタた微生物による脱色が起るが，DHS においてポリフノール普及の取り組みにより高濃度の発酵廃液や蒸留ェノールが酸化されてメラニン様物質が生成される廃液については飼料化や肥料化といった道が見いださ（長野，2000）ため着色を生じる。そのためシステれてきた。しかし，洗缶廃水については従来と同じくム全体としては殆ど脱色できない。4）着色に伴い pH廃水処理が必要となる。これらのことから，バイオエが上昇するという事が上げられる。これらの結果をもタノールの普及において廃水の低コスト型処理システとにラボリアクターを作製し，大学内において模擬廃ムの確立は大きな課題といえる。一方，UASB などの水を用いて処理実験を行った。

嫌気性処理法は活性汚泥法等の好気性処理と比べ曝気電力が要らず，余剰汚泥の発生量が少ないといった利

3 実験方法点から，低濃度の廃水処理への適用が研究されている。

2-1 実験装置

バイオエタノール製造工程廃水の処理においては高濃

図-1 は UASB/DHS/ASB システムの概略図を示す。

度の有機物や窒素の除去と生物難分解性の色素物質の本システムは酸生成槽，pH 調整槽, メタン発酵によ除去が課題となる。本研究室では生物処理と膜処理をるエネルギー回収を目的とした 1stUASB(U1)，残存組み合わせた処理プロセスに着目した。本研究ではバ有機物の除去を目的とした 2ndUASB(U2)，硝化槽のイオエタノール製造工程廃水の有機物と窒素の除去をDHS(D1 及び D2) 及び脱窒槽の ASB より構成され行う生 物処理システ ムとして， UASB （Upflowる。酸生成槽は容積 200L のタンクを用いた。pH 調

Anaerobic Sludge Bed ；上昇流嫌気性汚泥床），DHS

整槽は 50L のタンクを用いた。pH の制御は 2N のNaOH を使い pH コントローラにより行った。U1 は４結果及び考察

有効容積 20.6L ，U2 は 17.8L とした。植種汚泥は3-1 有機物処理性能

糖蜜廃液を用いて馴養したグラニュール汚泥を用いた。

表-2 は基質及び各処理水の T-COD と T-BOD 濃度

DHS は D1，D2 共にスポンジ容積 4.7L とした。カ

及び除去率の平均値(運転開始 13〜34 日)を示す。図-ラムはφ3.3×3.3cm のポリウレタンスポンジ担体を

2 は流入水及び処理水の T-COD と T-BOD の経日変充填率 45.8%(165 個)で充填した。植種汚泥は長岡中化を示す。図-3 は運転 16 日目における 1stUASB の央浄化センターの活性汚泥を用いた。 ASB は有効容

S-COD，S-BOD 及び汚泥量として MLVSS のプロフ

積 17.8L とした。植種汚泥は糖蜜廃液を用いて馴養しァイルを示す。本システムは BOD 除去率 99.3%と非た汚泥に中温嫌気性処理のグラニュール汚泥を混ぜて常に高い BOD 除去率が得られた。また最終処理水は植種した。脱窒のため電子供与体はメタノールを用い一律排水基準を満たす処理水質が得られた。CODcr

た。表-1 は実験条件を示す。実験は 25℃に設定した除去性能は 90.1%を有していたが流入に対し１割程プレハブ内で行い U1 のみ 35℃に加温した。基質は度の COD の残留が見られた，また，プロファイルか糖蜜，蒸留廃液，発酵廃液を CODCr 比 1：1.51：1.17

ら，高さ 80cm まで UASB 内に汚泥が保持されていで混合・希釈して模擬洗缶廃水とした。

るのに対し，50cm より上では COD が殆ど除去されていない，これらの事から生物難分解性由来の CODが残留していると考えられる。
3-2 窒素処理性能
図-4 は窒素のマスバランスを示す。図-5 は運転 16日目における DHS の無機性窒素のプロフイルを示す。
Org-N は UASB において分解され NH4-N になった。
NH4-N は DHS において硝化され NO2-N，NO3-N に

図-1 UASB/DHS/ASB システム概略図

酸化された。DHS は流入水に BOD が 170mg/L 程度含まれていたため流入から port1 までは有機物酸化表-1 実験条件
U1U2がおこり硝化が抑制された。しかし port2 以降では有D1D2ASB

温度(℃)

35.0

供給基質

(-)

糖蜜:蒸留廃液:発酵廃液=COD比1:1.51:1.17

流量(L/day)

循環比1:1

有効容積(L)

HRT(h)

20.6

24.0 1.8
17.8

4.7

4.7

17.8

20.6

17.8

4.7

4.717.882401550

1350934811-19.6

2.17.04.81.1

流入CODCr濃度 (mg/L)-325.2 0.7

COD容積負荷(kg・m ・day )流入T-N濃度(mgN/L)

305254238173145

窒素容積負荷(kg・m-3・day-1)

0.360.34

1.230.890.20

機物が除去されたため硝化が良好に進んだ。また，pHが 8.5 以上と高いことから NH4-N は硝化以外に揮散により減少していると考えられる。ASB において
NO3-N は脱窒反応により除去された。本システムによる T-N 除去率は 81.1%であった。また，処理性能は排水基準 60mg/L を満たす値を得られたが，色素に由来すると考えられる有機性窒素が分解されず残留した。

2-2 測定項目
水質分析は基質，酸生成槽，U1 処理水，U2 処理水，D1 処理水，D2 処理水及び DN 処理水に対して行った。分析項目は有機物量として CODCr 及び C(硝化抑制)-BOD，ガス量，ガス組成の測定を行った。窒素量として TKN，NH4-N，NO3-N 及び NO2-N を測定した。

表-2 濃度及び除去率の平均値

図-4 窒素マスバランス
表-3 基質及び各処理水の T-N 濃度（運転 13〜34 日）
Feed Acid. U1 Eff. U2 Eff. D1 Eff. D2 Eff. ASB Eff. 排水基準
T-N292305

254

238

173

145

5560(mgN/L)

図-2 流入水及び処理水の COD・BOD の経日変化

図-5 DHS の Ino-N プロファイル(運転 16 日目)
５まとめ1) 本システムは模擬洗缶廃水に対し排水基準を満たす十分な BOD 除去性能を有する。
図-3 1stUASB の有機物及び汚泥量
プロファイル(運転 16 日目)

2) 本システムは模擬洗缶廃水の窒素を 81.1％除去する事ができる。
参考文献
・ 長野晃弘，糖蜜廃液の脱色処理に関する研究，長岡技術科学大学博士論文，2000