JP2021100758A - 油脂含有排水処理方法、システムおよび装置 - Google Patents
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Abstract
Description
項A1.油脂含有排水が連続的に流入出する油脂分解槽に、油脂分解能力を有する微生物製剤を連続的又は間欠的に投入し、油脂を分解する工程であって、該微生物製剤の投入量が、微生物が油脂分解槽に定着するのに有効な量であり、油脂含有排水には該微生物製剤に含まれる微生物以外の微生物が存在する、工程を含む、油脂含有排水処理方法。
項A2.前記油脂分解槽は担体を含まない項A1に記載の処理方法。
項A3.前記微生物製剤が、リパーゼを生産する微生物、並びに脂肪酸及び/又はグリセロールを分解する微生物からなる群から選択される少なくとも1種の微生物を含む、項A1または2に記載の処理方法。
項A4.前記微生物製剤が、バチルス属細菌、コリネバクテリウム属細菌、ロドコッカス属細菌、バークホルデリア属細菌、アシネトバクター属細菌、シュードモナス属細菌、アルカリゲネス属細菌、ロドバクター属細菌、ラルストニア属細菌、アシドボラックス属細菌、セラチア属細菌、フラボバクテリウム属細菌、カンジダ属酵母、ヤロウィア属酵母、クリプトコッカス属酵母、トリコスポロン属酵母、及びハンゼヌラ属酵母からなる群から選択される少なくとも1種の微生物を含む、項A1〜3のいずれか1項に記載の処理方法。
項A5.前記排水が平均してノルマルヘキサン抽出物300mg/L以上の濃度の油脂を含む、項A1〜4のいずれか一項に記載の処理方法。
項A6.前記微生物製剤の投入量が、油脂分解槽中の排水に対して5.0×104〜1.0×107 cells/mLとなる量である、項A1〜5のいずれか一項に記載の処理方法。
項A7.前記微生物製剤の投入量が、前記油脂分解槽に流入する油脂含有排水中のノルマルヘキサン抽出物1mg当たり、3.0×104〜1.0×108 cellsである、項A1〜6のいずれか一項に記載の処理方法。
項A8.前記微生物製剤の投入量が、前記油脂分解槽に流入する油脂含有排水中のノルマルヘキサン抽出物1mg当たり、3.0×104〜1.0×107 cellsである、項A7に記載の処理方法。
項A9.前記油脂分解槽中の油脂含有排水の溶存酸素濃度が0.05 mg/L以上である、項A1〜8のいずれか一項に記載の処理方法。
項A10.前記油脂分解槽中の油脂含有排水のpHが4.5〜9.0の範囲内である、項A1〜9のいずれか一項に記載の処理方法。
項A11.前記油脂分解槽中の油脂含有排水の温度が12〜42℃の範囲内である、項A1〜10のいずれか一項に記載の処理方法。
項A12.前記油脂分解槽の水理学的滞留時間(HRT)が1時間以上である、項A1〜11のいずれか一項に記載の処理方法。
項A13.前記油脂分解槽のHRTが12時間以上48時間以下である、項A1〜12いずれか一項に記載の処理方法。
項A14.前記油脂分解槽中の油脂含有排水のC/Nが2〜50の範囲内である、項A1〜13のいずれか一項に記載の処理方法。
項A15.前記油脂分解槽中の油脂含有排水のN/Pが1〜20の範囲内である、項A1〜14のいずれか一項に記載の処理方法。
項A16.前記油脂分解槽からの流出水中の投入微生物量が、1×108 cells/mL以下である、項A1〜15のいずれか一項に記載の処理方法。
項A17.前記油脂分解槽からの流出水中の投入微生物の濃度が、前記油脂分解槽に投入する投入時投入微生物の濃度の100倍以下である、項A1〜16のいずれか一項に記載の処理方法。
項A18.前記油脂分解槽からの流出水中の投入微生物の濃度が、前記油脂分解槽に投入する投入時投入微生物の濃度の0.1倍〜10倍である、項A17に記載の処理方法。
項A19.油脂含有排水処理のための油脂分解槽であって、
油脂分解タンクと、
ブロアと、
前記油脂分解槽中の油脂含有排水における溶存酸素濃度、温度、およびpHを検知するためのセンサーと
を備える、油脂分解槽。
項A20.項A1〜18のいずれか一項に記載の処理方法における使用のためのシステムであって、項A19に記載の油脂分解槽を備える、システム。
項A21.項A20に記載のシステムであって、
前記微生物製剤の保管槽と、
前記微生物製剤の増幅槽と、
をさらに備え、前記増幅槽において増幅された前記微生物製剤が前記油脂分解槽に投入されるように構成されている、システム。
項A22.さらに、項A1〜18のいずれか一項に記載の処理方法における前記各工程の1つまたは複数を制御または実施する実施/制御部を備える、項A21に記載のシステム。
項B1.油脂含有排水が連続的に流入出する油脂分解槽に、油脂分解能力を有する微生物製剤を連続的又は間欠的に投入し、油脂を分解する工程であって、該微生物製剤の投入量が、微生物が油脂分解槽に定着できる量であり、油脂含有排水には該微生物製剤に含まれる微生物以外の微生物が存在する、工程を含む、油脂含有排水処理方法。
項B2.前記微生物製剤が、リパーゼを生産する微生物、並びに脂肪酸及び/又はグリセロールを分解する微生物からなる群から選択される少なくとも1種の微生物を含む、項B1に記載の処理方法。
項B3.前記微生物製剤が、バチルス属細菌、コリネバクテリウム属細菌、ロドコッカス属細菌、バークホルデリア属細菌、アシネトバクター属細菌、シュードモナス属細菌、アルカリゲネス属細菌、ロドバクター属細菌、ラルストニア属細菌、アシドボラックス属細菌、セラチア属細菌、フラボバクテリウム属細菌、カンジダ属酵母、ヤロウィア属酵母、クリプトコッカス属酵母、トリコスポロン属酵母、及びハンゼヌラ属酵母からなる群から選択される少なくとも1種の微生物を含む、B項1又は2に記載の処理方法。
項B4.前記微生物製剤の投入量が、油脂分解槽中の排水に対して5.0×104〜1.0×107 cells/mLとなる量である、項B1〜3のいずれか一項に記載の処理方法。
項B5.前記油脂分解槽中の油脂含有排水の溶存酸素濃度が0.05 mg/L以上である、項B1〜4のいずれか一項に記載の処理方法。
項B6.前記油脂分解槽中の油脂含有排水のpHが4.5〜9.0の範囲内である、項B1〜5のいずれか一項に記載の処理方法。
項B7.前記油脂分解槽中の油脂含有排水の温度が12〜42℃の範囲内である、項B1〜6のいずれか一項に記載の処理方法。
項B8.前記油脂分解槽のHRTが12時間以上である、項B1〜7のいずれか一項に記載の処理方法。
項B9.前記油脂分解槽中の油脂含有排水のC/Nが2〜50の範囲内である、項B1〜8のいずれか一項に記載の処理方法。
項B10.前記油脂分解槽中の油脂含有排水のN/Pが1〜20の範囲内である、項B1〜9のいずれか一項に記載の処理方法。
投入微生物量(cell/h)+微生物増殖量(cell/h)=流出微生物量(cell/h)
ここで、
投入微生物量(cell/h)=微生物製剤微生物濃度(cell/L)×微生物製剤添加速度(L/h)
微生物増殖量(cell/h)=比増殖速度(1/h)×槽内微生物濃度(cell/L)×槽容量(L)
流出微生物量(cell/h)=流出水中微生物濃度(cell/L)×排水流出速度(L/h)
である。
投入微生物量=流出微生物量
で補うことを考えた。投入した微生物が増殖しない場合において、下記式が成立する。
微生物製剤中微生物濃度×微生物製剤添加量=流出水中微生物濃度×油脂分解槽体積
すなわち、
微生物製剤中微生物濃度×微生物製剤添加量/油脂分解槽体積
=投入時投入微生物濃度=流出水中微生物濃度
すなわち、投入微生物濃度が排水における油脂分解を担うことになる。当該分野では十分に油脂分解を行うためには、微生物を増殖させ、増殖した微生物によって油脂分解を達成する必要があると認識されていたが、本発明者は予想外に、投入微生物濃度によって、微生物の増殖に依存することなく油脂分解を達成することができることを見出した。もちろん、投入した微生物が増殖する場合であっても、本発明の利点は同様に享受可能である。
=油脂分解槽流入希釈後微生物濃度(IX):供給微生物濃度(SX)
IXは、油脂分解槽中の排水に対し、好ましくは5.0×104〜1.0×107 cells/mL、より好ましくは1.0×105〜1.0×107 cells/mL、更に好ましくは5.0×105〜5.0×106 cells/mL、最も好ましくは1.0×106〜3.0×106 cells/mLとなるように計算する。また、FX:Fは典型的には1:1000であるが、これに限定されるものではない。ここでの供給微生物濃度は、微生物製剤に最も多く含まれる種類の微生物の濃度とすることもできる。
本発明はまた、本発明の処理方法における使用のための装置またはシステムも提供し得る。本発明の装置またはシステムは、典型的には、微生物製剤の保管槽と、微生物製剤の増幅槽と、油脂含有排水が連続的に流入出する油脂分解槽とを含み得る(図18)。
n−Hex値が約10000 mg/Lの油分を含む7Lの食品工場排水を10Lファーメンター((株)バイオット製)に仕込み、様々な溶存酸素濃度下、30℃にて油分のバッチによる分解試験を行った。なお、この排水中には、もともと3×108 cells/mLほどの微生物が存在していることが、LB寒天培地上でのコロニー計数より示された。微生物製剤にはバークホルデリア・アルボリスとヤロウィア・リポリティカの混合製剤を使用し、前者の微生物濃度が1.0×106 cells/mLになるように、分解試験開始時に植菌した。後者の微生物濃度は、植菌時も培養中も前者の1/10程度の細胞数であることが通常であるため、前者の濃度を総投入微生物濃度とした。
試験例1と同じ7Lの食品工場排水を10Lファーメンター((株)バイオット製)に仕込み、様々なpH条件下、30℃にて油分のバッチによる分解試験を行った。微生物製剤には試験例1と同じものを使用し、バークホルデリア・アルボリスの濃度が1.0×106 cells/mLになるように、分解試験開始時に植菌した。分解試験中、DOは1.0以上となるように曝気攪拌を行った。DO及びpHの測定及び調整も試験例1と同様の方法で行った。試験液を経時的にサンプリングし、n−Hex抽出物の濃度を試験例1と同じ方法で測定した。バッチ試験は3回実施し、その標準誤差をグラフに表記した。結果を図2に示す。
試験例1と同じ7Lの食品工場排水を10Lファーメンター((株)バイオット製)に仕込み、様々な温度条件下にて油分のバッチによる分解試験を行った。微生物製剤には試験例1と同じものを使用し、バークホルデリア・アルボリスの濃度が1.0×106 cells/mLになるように、分解試験開始時に植菌した。分解試験中、DOは1.0以上となるように曝気攪拌を行い、pHは6.0〜8.0となるように調整した。DO及びpHの測定及び調整も試験例1と同様の方法で行った。試験液を経時的にサンプリングし、n−Hex抽出物の濃度を試験例1と同じ方法で測定した。バッチ試験は3回実施し、その標準誤差をグラフに表記した。結果を図3に示す。
キャノーラ油1% (n−hex 約10,000 mg/L相当)を含む無機塩培地7Lを10Lファーメンター((株)バイオット製)に仕込み、様々なC/N (各元素の重量比)の条件下、30℃、pH6.0〜8.0にて油分のバッチによる分解試験を行った。無機塩培地の組成は、Na2HPO4 3.5g/L,KH2PO4 2.0g/L,(NH4)2SO4 0.775〜3.6g/L,MgCl2・6H2O 0.34g/L,FeSO4・7H2O 2.8mg/L, MnSO4・5H2O 2.4mg/L,CoCl2・6H2O 2.4mg/L,CaCl2・2H2O 1.7mg/L,CuCl2・2H2O 0.2mg/L,ZnSO4・7H2O 0.3mg/L,NaMoO4 0.25mg/Lであった。C/Nについては、10以上については硫安((NH4)2SO4)の濃度を変えることによって調整した。C/Nが2以下の場合は、これに尿素を足して調整した。
キャノーラ油1% (n−Hex 約10000 mg/L相当)を含む無機塩培地7Lを10Lファーメンター((株)バイオット製)に仕込み、様々なN/P (各元素の重量比)の条件下、30℃、pH6.0〜8.0にて油分のバッチによる分解試験を行った。無機塩培地の組成は、硫安とリン酸塩の濃度以外は試験例4と同じである。窒素源である(NH4)2SO4の濃度については4 g/Lと固定し、N/Pについてはリン源であるNa2HPO4とKH2PO4の濃度を変えることによって調整した。ただし、Na2HPO4:KH2PO4 (重量比)は3.5:2に固定した。
工場の排水処理現場に、独自に設計・製作した現場実証デモ試験機を設置した。このデモ試験機は、原水中継槽(50L)、油分解槽(60L)、活性汚泥槽(30L)、沈殿槽(12.5L)、排出中継槽(50L)から成り、現場の排水をポンプで原水中継槽に引き込み、順次、油分解槽、活性汚泥槽、沈殿槽に連続的に流す。これら各槽は排出中継槽に連結しており、各槽から任意の量を直接排出することができる。各槽ごとに処理量や滞留時間を設定することができ、沈殿槽からは、任意の量の沈降汚泥を活性汚泥槽に返送することが可能である。
n−Hex値のレベルが300 mg/Lレベル、排水量100トン/日の現場において、1/1000の規模の100L/日の処理速度で試験を行った。油脂分解槽の処理水体積を50L、滞留時間を12時間に設定した。5×106、5×107、1×108、又は5×108 cells/mLの濃度の微生物製剤を処理水体積の1/1000である50 mLずつ、滞留時間に合わせるように1日2回投入した。結果を図6に示す。投入時の投入微生物濃度は、5×103、5×104、1×105、5×105 cells/mLとなる(×印)。
n−Hex値のレベルが3000 mg/Lレベル、排水量100トン/日の現場において、1/1250の規模の80L/日の処理速度で試験を行った。油脂分解槽の処理水体積を60L、滞留時間を18時間に設定した。5×107、1×108、5×108、1×109 cells/mLの濃度の微生物製剤を60 mLずつ、滞留時間に合わせるように18時間ごとに投入した。結果を図7に示す。投入時の投入微生物濃度は、5×104、1×105、5×105、1×106 cells/mLとなる(×印)。
n−Hex値のレベルが30000 mg/Lレベル、排水量100トン/日の現場において、排水を地下水で3倍に希釈し、n−Hex値を10000 mg/L程度の希釈排水として、1/1250の規模の80L/日の処理速度で試験を行った。油脂分解槽の処理水体積を60L、滞留時間を18時間に設定した。1×108、5×108、1×109、3×109 cells/mLの濃度の微生物製剤を60 mLずつ、滞留時間に合わせるように18時間ごとに投入した。結果を図8に示す。投入時の投入微生物濃度は、1×105、5×105、1×106、3×106 cells/mLとなる(×印)。
n−Hex値のレベルが30000 mg/Lレベル、排水量100トン/日の現場において、1/2000の規模の50L/日の処理速度で試験を行った。油脂分解槽の処理水体積を50L、滞留時間を24時間に設定した。5×108、1×109、3×109、5×109、1×1010 cells/mLの濃度の微生物製剤を50 mLずつ、滞留時間に合わせるように24時間ごとに投入した。結果を図9に示す。投入時の投入微生物濃度は、5×105、1×106、3×106、5×106、1×107 cells/mLとなる(×印)。
工場の排水処理現場に、試験例6と同じ現場実証デモ試験機を設置して、排水を連続的に流しながら、微生物製剤も連続投入する分解試験を行った。各現場において供給微生物濃度を3日毎に、投入時の投入微生物濃度が5×103から1×107 cells/mLの範囲内になるように、ステップ式に上げていった。微生物製剤には、試験例1と同じバークホルデリア・アルボリスとヤロウィア・リポリティカの混合製剤を使用し、前者の微生物濃度を総投入微生物濃度とした。
n−Hex値のレベルが300 mg/Lレベル、排水量100トン/日の現場において、1/1000の規模の100L/日の処理速度で試験を行った。油脂分解槽の処理水体積を50L、滞留時間を12時間に設定した。5×106、5×107、1×108、又は5×109 cells/mLの濃度の微生物製剤を処理水流量の1/1000である4.17 mL/hの供給速度で連続的に投入した。結果を図10に示す。投入時の投入微生物濃度は、5×103、5×104、1×105、5×105 cells/mLとなる(×印)。
n−Hex値のレベルが3000 mg/Lレベル、排水量100トン/日の現場において、1/1250の規模の80L/日の処理速度で試験を行った。油脂分解槽の処理水体積を60L、滞留時間を18時間に設定した。5×107、1×108、5×108、1×109 cells/mLの濃度の微生物製剤を処理水量の1/1000である3.3 mL/hの供給速度で連続的に投入した。結果を図11に示す。投入時の投入微生物濃度は、5×104、1×105、5×105、1×106 cells/mLとなる(×印)。
cells/mLの時では、全く増殖しなかった。よって、必要以上の高濃度の微生物を投入しても無駄であることがわかった。
n−Hex値のレベルが30000 mg/Lレベル、排水量100トン/日の現場において、排水を地下水で3倍に希釈し、n−Hex値を10000 mg/L程度の希釈排水として、1/1250の規模の80L/日の処理速度で試験を行った。油脂分解槽の処理水体積を60L、滞留時間を18時間に設定した。1×108、5×108、1×109、3×109 cells/mLの濃度の微生物製剤を処理水量の1/1000である3.3 mL/hの供給速度で連続的に投入した。結果を図12に示す。投入時の投入微生物濃度は、1×105、5×105、1×106、3×106 cells/mLとなる(×印)。
cells/mLで十分な油分解除去効果が得られており、それ以上の微生物を投入する意義はほとんど認めらなかった。
n−Hex値のレベルが30000 mg/Lレベル、排水量100トン/日の現場において、1/2000の規模の50L/日の処理速度で試験を行った。油脂分解槽の処理水体積を50L、滞留時間を24時間に設定した。5×108、1×109、3×109、5×109、1×1010 cells/mLの濃度の微生物製剤を2.1 mL/hの供給速度で連続的に投入した。結果を図13に示す。投入時の投入微生物濃度は、5×105、1×106、3×106、5×106、1×107 cells/mLになる(×印)。
油分濃度(n−Hex値)が低い、中程度、高い、非常に高い排水を連続的に流しながら、微生物製剤を間欠投入する分解試験を行った。現場に試験例6と同じ現場実証デモ試験機を設置して試験を行った。油脂分解槽の処理水体積60Lに対し、滞留時間を4時間から24時間まで段階的に上げていき、油脂濃度に応じた濃度の微生物製剤を滞留時間ごとに投入した。したがって処理速度は、360L/日から60L/日まで段階的に下がることとなった。微生物製剤には、試験例1と同じバークホルデリア・アルボリスとヤロウィア・リポリティカの混合製剤を使用した。
n−Hex値のレベルが300 mg/Lレベル、排水量100トン/日の現場において、実排水を連続的にデモ試験機に流しながら、試験を実施した。各設定滞留時間の開始時に、5×107 cells/mLの濃度の微生物製剤を、処理水流量の1/1000である60 mL投入した。結果を図14に示す。投入時の投入微生物濃度は5×104 cells/mLとなる。12時間の滞留時間でn−Hex値が90%近く低下した。さらに、18時間の滞留時間でn−Hex値が90%以上低下し、多くの自治体の下水道への放流基準値の30 mg/L未満をも達成し、n−Hex値だけに着目すると、本処理である活性汚泥処理すら不要となるほどの処理効果を示した。
n−Hex値のレベルが3000 mg/Lレベル、排水量100トン/日の現場において、実排水を連続的にデモ試験機に流しながら、試験を実施した。各設定滞留時間の開始時に、5×108 cells/mLの濃度の微生物製剤を、処理水流量の1/1000である60 mL投入した。結果を図15に示す。投入時の投入微生物濃度は5×105 cells/mLとなる。滞留時間が18時間でn−Hex値が95%以上低下し、20時間で98%以上低下し50 mg/L未満に、24時間では99%以上低下し、多くの自治体の下水道への放流基準値の30 mg/L未満になった。
n−Hex値のレベルが30000 mg/Lレベル、排水量100トン/日の現場において、排水を地下水で3倍に希釈したものを連続的にデモ試験機に流しながら、試験を実施した。各設定滞留時間の開始時に、1×109 cells/mLの濃度の微生物製剤を、処理水流量の1/1000である60 mL投入した。結果を図16に示す。投入時の投入微生物濃度は1×106 cells/mLとなる。滞留時間が20時間以上でn−Hex値が99%以上低下し、さらに24時間では多くの自治体の下水道への放流基準値の30 mg/L未満に低下した。
n−Hex値のレベルが30000 mg/Lレベル、排水量100トン/日の現場において、実排水を連続的にデモ試験機に流しながら、試験を実施した。各設定滞留時間の開始時に、3×109 cells/mLの濃度の微生物製剤を、処理水流量の1/1000である60 mL投入した。結果を図17に示す。投入時の投入微生物濃度は3×106 cells/mLとなる。滞留時間24時間でn−Hex値が99%以上低下した。
試験例6と同様に、複数の油分量の排水処理を行い、流入油分量と投入微生物量の関係を検討した。以下に、流入油分量と投入微生物量の関係を示す。
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