JP4009069B2 - Anaerobic treatment method and treatment system for oil-containing contaminants - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、油脂含有排水あるいは油脂含有廃棄物の嫌気性処理法（メタン発酵法）及び装置に関するものであり、特に、嫌気反応槽内における高級脂肪酸の蓄積を抑制することによって、安定な運転を可能にする嫌気性処理法を提供するものである。本発明によれば、嫌気環境下での高級脂肪酸分解を促進する処理装置及び処理プロセスを提供することによって、油脂含有排水あるいは油脂含有廃棄物を高効率で浄化すると共に、バイオガスによるエネルギー回収効率を向上することができる。
【０００２】
【従来の技術】
有機性汚濁物質を含有する排水の処理には、生物処理法が用いられ、特に従来から活性汚泥法を中心とする好気性処理法が多く用いられている。しかしながら、好気性処理法は、エネルギー消費が多く、また特に最近では余剰汚泥の処分が大きな問題となっている。これに対し、高濃度の有機性汚濁物質を含有する排水や有機性汚泥の処理においては、従来から嫌気性処理法が種々の形式で適用されている。この方式は、曝気が不要なのでエネルギー消費量を節約でき、加えて余剰汚泥の発生量が少ないため、処理費用が廉価であり、かつエネルギーとして有用なメタンガスを回収できるという利点があることが知られている（例えば、チュウ・シュンホウ、李玉友、宮原高志、野池達也ら、土木学会論文集、No. 559/VII-2、第31〜38頁、1997年等を参照のこと）。
【０００３】
一方、有機性汚濁物質として代表的な油脂は、好気性処理、嫌気性処理のいずれにおいても難分解性物質である。これは、油脂の分散性が悪く、処理槽内で浮上してスカムを形成してしまうからである。従って、油脂を濃厚に含む排水をかかる生物処理法（好気性処理及び嫌気性処理）を用いて浄化するには、従来法では多くの場合油脂を浮上分離法などで物理的に分離・除去する工程が必要であった。しかしながら、一般的な生物処理に適用可能なレベルにまで油脂を分離することは困難であることに加え、作業負担も大きく、しかも分離・除去された油脂も取り扱いが難しく、排水路の閉塞、処理設備の機能障害、悪臭や病害虫の発生などといった多くの問題があった。このように、油脂含有排水・廃棄物に対しては、処分費用が多大となることから、技術的及び経済的な対応策が要求されていた。
【０００４】
排水あるいは廃棄物中から油脂を分離・除去することなく浄化する方法として、固定化リパーゼを用いて油脂含有排水中の油脂を酵素により分解する方法が提案されている。しかしこの方法では、油脂の分解生成物である脂肪酸類やグリセロールが水中に残留することになる。すなわち、分解生成物、特に脂肪酸が一時的に不溶性塩となって固定化リパーゼの充填層に捕捉され、充填層が目詰まりを起こし、処理効率が低下するためである。従って、かかる分解生成物をさらに生物処理し、加えて、脂肪酸を分解する生物反応のコントロールを図って排水を浄化することが必要とされている。
【０００５】
油脂を分離・除去することなく油脂含有排水あるいは廃棄物を生物的に処理する他の方法としては、固定化されていないリパーゼを添加して排水を処理し、排水中の油脂（特に中性脂肪）を加水分解し、微生物による資化を受けやすい状態にした後に、好気性処理反応槽に投入する方法が提案されている。しかし、好気性処理は、前述の通りエネルギー消費が多く、しかも後に余剰汚泥の処分が必要となるという点、油脂本来の臭気、スカムに対する対策が必要である点で問題がある。
【０００６】
さらに、油脂含有排水にリパーゼを添加して油脂を分解した後、その排水を嫌気性処理する方法が提案されている。しかし、このようにリパーゼ処理した後に嫌気性処理（特にメタン生成細菌による処理）をする方法には、以下のような問題点が存在することが知られている。すなわち、中性脂肪の分解によって生成する高級脂肪酸が処理排水中に存在すると、嫌気性処理でのメタン発酵に作用するメタン生成菌、特に酢酸資化性メタン生成菌や水素資化性メタン生成菌の働きを阻害し、さらにかかる微生物自体の生育をも阻害するのである（上述のチュウ・シュンホウ、李玉友、宮原高志、野池達也ら、土木学会論文集、No. 559/VII-2、第31〜38頁、1997年；田中修三、多久和夫ら、土木学会第42回年次学術講演会要旨集第868〜869頁、昭和62年9月；津恵直美、原田秀樹、桃井清至、滝沢智、亀井昌敏ら、土木学会第44回年次学術講演会、第1014〜1015頁、平成元年9月；等を参照のこと）。
【０００７】
さらには、油脂含有率８〜４０％（ＴＳ(total solids:蒸発残留物)ベース、油脂濃度としては９〜４４g/L）に成分調整した油脂系食品廃棄物を用いて、ＨＲＴ＝７．５日で高温（５５℃）メタン発酵した室内実験では、ＣＯＤ_Cr分解率は７３〜８０％、ＶＳ分解率は７６〜８０％と高い有機物分解率であったことが報告されている（山下耕司、佐々木宏、李玉友、関廣二、第１１回廃棄物学会研究発表会講演論文集Ｉ、第２８３〜２８５頁、２０００年11月8日）。しかしながら、ここに報告されたデータを基にガス発生率を算出してみると、油脂含有率40％の場合は0.176 L-CH₄/g-投入COD_Cr、0.220 L-CH₄/g-分解COD_Cr、油脂含有率23％の場合は0.167 L-CH₄/g-投入COD_Cr、0.214 L-CH₄/g-分解COD_Crである。ここで、分解された有機物(COD_Cr)当たりのメタンガス発生率は、理論上は0.35 L-CH₄/g-分解COD_Crである（なお、上記において、ＨＲＴはhydraulic retention time（水理学的滞留時間）、ＣＯＤ_Crはchemical oxygen demand（重クロム酸カリウムによる酸素消費量）、ＶＳはvolatile solids:揮発性固形分である）。従って、この油脂系食品廃棄物のメタン発酵事例より、油脂系廃棄物の高温メタン発酵においては有機物分解率は高く取れると言えるものの、有機物分解量に相当分のメタンガス回収が得られず、メタン発酵槽において高級脂肪酸などの中間代謝産物が蓄積したり、油分が発酵槽内で浮上分離していることが推察される。これは、長期的な視点で見た場合、メタン発酵処理の性能、安定性、確実性に欠けるものであり、改善策が必要である。
【０００８】
高級脂肪酸は、一度蓄積し始めると上述のように嫌気性処理に有用な微生物の活性を阻害し、これにより分解されなくなった高級脂肪酸がいっそう蓄積されることになり、最終的にはメタン生成反応を停止させる。つまり、中性脂肪の加水分解によって生成する高級脂肪酸が多大であると、メタン発酵の阻害が大きくなり、ひいてはメタン生成反応自体が進行しなくなるという問題が生じる。これに関連して、中温及び高温のメタン発酵において、Ｃ_10:0、Ｃ_12:0、Ｃ_14:0、Ｃ_{16 :0}、Ｃ_18:0、Ｃ_18:1(trans)、Ｃ_18:1(cis)、Ｃ_18:2、Ｃ_18:3の個々の高級脂肪酸に関する微生物への阻害特性に関する報告もされている（上述の、チュウ・シュンホウ、李玉友、宮原高志、野池達也ら、土木学会論文集、No.559/VII-2、第31〜38頁、1997年）。従って、従来技術では、高濃度油脂含有排水あるいは廃棄物をリパーゼ前処理した後、メタン発酵処理法を用いて浄化することは、技術的に困難であった。
【０００９】
一方、油脂は大部分が炭素と水素とから構成されており、嫌気的な生物分解において油脂分解率が向上すれば、メタンガスへの転換量も向上する。例えば、分解可能な有機物質１ｇを嫌気性処理した場合に発生するメタンガス量を脂肪、炭水化物、タンパク質で分けて比較すると、各々、８５０mL/g、３９５mL/g及び５００mL/gである（下・廃水汚泥の処理、岩井重久、申丘徹、名取真著、昭和４３年、コロナ社、第４２〜４２頁を参照のこと）。すなわち、エネルギー回収の観点からは、油脂を嫌気性処理（特にメタン発酵処理）することの利点が大きい。
【００１０】
油脂含有排水あるいは油脂含有廃棄物をリパーゼ前処理し、次いでメタン発酵を主とする嫌気性処理によって処理する浄化法の技術的問題点を要約すると以下のようになる。
【００１１】
▲１▼不飽和脂肪酸は飽和脂肪酸に変換してからβ酸化分解される。しかし、飽和脂肪酸の分解速度が遅いため、それが油脂分解の反応律速になっている。
▲２▼高級脂肪酸の蓄積により、高級脂肪酸の分解反応と酢酸資化性メタン生成反応が阻害されやすい。この阻害作用は、飽和脂肪酸より不飽和高級脂肪酸の方が強い（上述のチュウ・シュンホウ、李玉友、宮原高志、野池達也ら、土木学会論文集、No.559/VII-2、第31〜38頁、1997年；及び、田中修三、多久和夫ら、土木学会第４２回年次学術講演会要旨集第868〜869頁、昭和62年9月；等を参照のこと）。
【００１２】
上記問題点▲１▼は、塩（例えば、硫酸塩、亜硫酸塩、リン酸塩、鉄塩等の金属塩等）または栄養分（例えば、クエン酸、乳酸、メタノール、ペプトン類等）を嫌気処理槽に添加して、嫌気性微生物の働きを活性化させ、脂肪酸のβ酸化分解を促進する方法が従来からとられている。しかし、上記問題点▲２▼についての解決手段は、これまで示されていなかったため、油脂含有排水あるいは油脂含有廃棄物を安定してかつ効率的に嫌気性処理することは困難であった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、油脂含有排水あるいは油脂含有廃棄物の嫌気性処理を安定的かつ効率的に行うことのできる浄化方法及び浄化装置を提供することにある。さらにかかる発明により、バイオガスとしてのエネルギー回収効率の向上及び安定化並びに処理水質の向上を目的としたものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を鋭意検討した結果、本発明者は、嫌気反応槽内の高級脂肪酸の蓄積を抑えることにより嫌気槽でのメタン発酵を安定して行うことができることを見出し、高級脂肪酸の蓄積を抑制する具体的な手段を提供することによって上記の課題を解決した。本発明において高級脂肪酸の蓄積を抑制する手段とは、まず第１には、嫌気反応系での高級脂肪酸の濃度をモニターし、それに従って前段の油脂分解酵素による油脂分解工程において加える油脂分解酵素の量を制御して嫌気反応系に導入される高級脂肪酸の量を制限することによって、嫌気反応系での高級脂肪酸濃度を制御するというものであり、第２には、嫌気反応系に微生物体を積極的に導入することで、嫌気反応系での高級脂肪酸の分解を促進するというものである。
【００１５】
即ち、本発明の一態様は、油脂含有排水あるいは油脂含有廃棄物を嫌気性処理法にて浄化する方法であって、油脂を油脂分解酵素またはその酵素を生成する微生物体と作用させて分解する前処理と；前記前処理した排水あるいは廃棄物を嫌気性処理する処理と；を含み、前記嫌気処理中に、嫌気反応系内の高級脂肪酸濃度をモニターしてその濃度を制御することを特徴とする、前記浄化方法を提供する。更に、本発明の第２の態様は、油脂含有排水あるいは油脂含有廃棄物を嫌気性処理法にて浄化する方法であって、油脂を油脂分解酵素またはその酵素を生成する微生物体と作用させて分解する前処理と；前記前処理した排水あるいは廃棄物を嫌気性処理する処理と；を含み、前記嫌気処理工程に、嫌気性若しくは好気性の微生物体を導入することによって高級脂肪酸の分解を促進することを特徴とする、前記浄化方法を提供する。
【００１６】
本発明において、「油脂」とは、その主成分が飽和脂肪酸及び不飽和脂肪酸のグリセロールエステルであり、遊離の脂肪酸、長鎖アルコール、ステロール、炭化水素、脂溶性ビタミン、色素などの不ケン化物をも含む、天然の動植物内に広く存在する成分を指す。油脂は、常温で液体あるいは固体のいずれの場合をも含む。油脂としては、例えば、えの油、あまに油、きり油、大豆油などの乾性油、綿実油、ごま油、なたね油、米油などの半乾性油、落花生油、オリーブ油、ツバキ油などの不乾性油の他、やし油、パーム油などの植物脂も含む植物油脂類、ヘット、ラードなどの動物脂、羊油、鯨油、魚油、肝油などの動物油等、及びこれらの混合物が挙げられる。
【００１７】
「中性脂肪」とは、脂肪酸のグリセロールエステルであり、加水分解するとグリセリン１分子と脂肪酸１〜３分子を生ずる脂質を指す。中性脂肪としては、例えば、グリセリン１分子と脂肪酸１分子がエステル結合したモノアシルグリセロール、グリセリン１分子と脂肪酸２分子がエステル結合したジアシルグリセロール、グリセリン１分子と脂肪酸３分子がエステル結合したトリアシルグリセロール、及びこれらの混合物が挙げられる。
【００１８】
エステル結合を持つＯ−アシル脂質（中性脂肪、ワックスなど）または酸アシド結合を持つＮ−アシル脂質（スフィンゴ脂質など）の脂質の加水分解生産物として得られた脂肪酸を「遊離脂肪酸」という。遊離脂肪酸には、炭素数の少ない、典型的には炭素数１１未満の「低級（短鎖）脂肪酸」（例えば、酪酸、吉草酸、カプロン酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデシル酸等）と、炭素数の多い、典型的には炭素数１１以上の「高級（長鎖）脂肪酸」がある。高級脂肪酸としては、例えば、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ヘプタデシル酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、ヘプタコサン酸、モンタン酸、メリシン酸、ラクセル酸などの飽和脂肪酸、オレイン酸、エライジン酸、セトレイン酸、エルカ酸、ブラシジン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、ステアロール酸などの不飽和脂肪酸、及びこれらの混合物が挙げられる。尚、「高級脂肪酸」の炭素数の定義自体は明確なものではなく、例えば、炭素数８以上のものを「高級脂肪酸」とする文献もある（例えば、津恵直美、原田秀樹、桃井清至、滝沢智、亀井昌敏ら、土木学会第４４回年次学術講演会、第１０１４〜１０１５頁、平成元年９月等を参照のこと）。従って、本発明における「高級脂肪酸」も、広く解釈されるべきである。
【００１９】
本発明において、前処理工程において油脂に含有される中性脂肪を分解するために用いる酵素としては、例えば、トリアシルグリセロールリパーゼ、モノアシルグリセロールリパーゼ、リポタンパク質リパーゼなどに代表されるような、グリセロールエステルを加水分解して脂肪酸を遊離する活性を持つ酵素が挙げられる。これらを単独で、または幾つかの種類からなるグリセロールエステル分解酵素を混合した形態で用いても良い。また、通常排水あるいは廃棄物には、油脂だけでなく糖質、タンパク質等も混在しているので、これらグリセロールエステル分解酵素の他に、α−グルコシダーゼ、アミラーゼ、セルラーゼ、β−グルコシダーゼ、アビセラーゼ、キシラナーゼ、マンノシダーゼ、β−ガラクトシダーゼ等の糖質分解酵素あるいは、エキソペプチダーゼ、エンドペプチダーゼ、ペプシン、トリプシン、キモトリプシンなどに代表されるタンパク質分解酵素とを混合して用いてもよい。
【００２０】
また、本発明においては、酵素自体に限らず、上述の酵素を生成する微生物菌体（本発明では、「酵素生成微生物体」あるいは「酵素を生成する微生物体」という）が含まれていてもよい。酵素生成微生物体から酵素を精製する工程を簡略化し、酵素と微生物菌体とが混合した産物を用いて本発明を実施すれば、より安価に油脂を分解させることが可能となる。かかる酵素生成微生物体としては、例えば好気性微生物として、Candida属、Rhizopus属、Pseudomonas属等、嫌気性微生物として、Anaerovibrio属、Butyrivibrio属、Desulfovibrio属、Clostridium属、Ruminococcus属、Enterobacterium属等が挙げられる。さらに、本発明方法の後段の処理工程である嫌気性処理は、後述の通り、４５〜７０℃で行うことが好適であるため、酵素あるいは酵素生成微生物体は、かかる４５〜７０℃の温度条件で活性を維持できる、あるいは至適反応温度がかかる温度領域にある酵素若しくは酵素生成微生物体であることが望ましい。
【００２１】
本発明方法においては、前処理によって油脂、特にその中の中性脂肪が加水分解された排水又は廃棄物を、次に嫌気性処理にかける。「嫌気性処理」とは、一般に分子状酸素の存在しない条件下で生育する微生物である嫌気性微生物により行われる処理を指し、特に嫌気性微生物が嫌気的条件下で有機物を分解する嫌気発酵を利用して処理を行うものである。
【００２２】
本発明方法の嫌気性処理において用いることのできる嫌気性微生物としては、例えば、メタン生成細菌（例えば、Methanosarcina属、Methanothrix属、Methanobacterium属、Methanobrevibacter属）、硫酸還元細菌（例えば、Desulfovibrio属、Desulfotomaculum属、Desulfobacterium属、Desulfobacter属、Desulfococcus属）、酸生成細菌（例えば、Clostridium属、Acetivibrio属、Bacteroides属、Ruminococcus属）、通性嫌気性細菌（例えばBacillus属、Lactobacillus属、Aeromonas属、Streptococcus属、Micrococcus属）等が挙げられる。エネルギー回収の観点からは、メタン生成細菌を用いるのが好ましい。
【００２３】
また、高級脂肪酸の分解については、主として硫酸還元細菌、水素生成酢酸生成菌、水素資化性メタン生成菌、及び酢酸資化性メタン生成菌の共同作業によってなされる。すなわち、高級脂肪酸から酢酸への分解反応はいわゆるβ酸化であり、このようなβ酸化反応により生成された酢酸は、酢酸資化性メタン生成菌により利用され、メタンガスへと転換される。従って、高級脂肪酸の効率的な分解の観点からは、これらの微生物を混合して用いるのが好ましい。なお、これらの嫌気性微生物は、例えば、生ゴミを高温メタン発酵させて得られた汚泥や、豚などの家畜の糞尿を中温メタン発酵させて得られた汚泥など自然界に普遍的に存在する微生物群であり、これらの汚泥を種汚泥として油脂含有排水などで馴致することで得られる汚泥を槽内に配置することによって本発明における嫌気反応槽を形成することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以降、便宜的にメタン発酵処理による浄化方法について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２５】
本発明の第１の態様にかかる油脂含有排水あるいは油脂含有廃棄物を嫌気性処理法にて浄化する方法は、油脂中の中性脂肪などの油脂分を油脂分解酵素またはその酵素を生成する微生物体と作用させて分解する前処理と；前記前処理した排水あるいは廃棄物を嫌気性処理する処理と；を含み、かつ前記嫌気性処理中に、嫌気反応系内の高級脂肪酸濃度をモニターしてその濃度を制御することを特徴とする。
【００２６】
油脂含有排水あるいは油脂含有廃棄物のメタン発酵処理を促進するためには、油脂と嫌気汚泥（嫌気性微生物）とが均質に接触することが重要かつ不可欠である。しかし、油脂含有率が高いと、中性脂肪を含む油脂が反応槽内に浮上して分散しにくく、嫌気性微生物による発酵が進行しにくい。従って本発明では、前処理工程として、中性脂肪などの油脂分の加水分解酵素（好ましくはリパーゼ）あるいはかかる酵素を生成する微生物体（好ましくはCandida cylindracea［酵母菌］、Rhizopus arrhizus［真菌］、Pseudomonas cepacia［細菌］等）を中性脂肪に作用させ、これを分散しやすい脂肪酸とグリセロールに加水分解する。これにより脂質が反応槽内に浮上することなく、遊離の高級脂肪酸が均一に分散して、嫌気性微生物と均質に接触することとなる。油脂含有排水あるいは油脂含有廃棄物にリパーゼを投入して中性脂肪などの油脂分を分解させる前処理を、メタン発酵を主とする嫌気性処理槽（単に、メタン発酵槽とも言う）内で直接行ってもよく、また、かかる前処理をメタン発酵槽とは別の前処理槽内で行い、処理排水または廃棄物をメタン発酵槽内に投入してもよい。尚、中性脂肪などの油脂分を酵素あるいはその酵素生成微生物体で分解する前処理反応は、中性脂肪などの油脂分の均一な分散を維持するという観点からは、撹拌しながら行うのが好ましい。
【００２７】
中性脂肪などの油脂分をリパーゼで分解する前処理反応は、メタン発酵槽内を中性から弱アルカリ性条件下（ｐＨ６〜８．５、好ましくは、ｐＨ７〜８）に保持して行うことが望ましい。これは、リパーゼの至適ｐＨが通常この範囲にあるからである。前処理工程を中性〜弱アルカリ性に保持して行うことで、中性脂肪などの油脂分のリパーゼによる加水分解が容易にかつ速やかに進行する。
【００２８】
中性脂肪などの油脂分をリパーゼで分解する前処理反応は、いわゆる中温域（３０〜４５℃）、あるいはいわゆる高温域（４５〜７０℃）で行うのが好ましい。これは、リパーゼの至適温度がこの範囲にあるからである。また、前処理反応をメタン発酵槽内で直接行う場合には、後述するようにメタン発酵槽内を４５〜７０℃に保持することが有効であるため、前処理もこの温度範囲内に維持して行うことが望ましい。その場合には、かかる高温域にも耐えうる、耐熱性リパーゼを用いることが好ましい。かかる高温状態を維持しつつ前処理を行うと、脂質の流動性が高まり、中性脂肪などの油脂分がより分散しやすくなるので、脂質の浮上を抑えることができてより効果的である。
【００２９】
さらに、酵素反応は一般的に反応速度が温度に比例するため、かかる高温域で前処理を行うと中性脂肪などの油脂分の分解効率が大幅に向上するため、より効果的である。
【００３０】
リパーゼ等による酵素または酵素生成微生物体による処理は、嫌気性処理に先だって独立して行うことが一般的であるが、嫌気性のメタン発酵処理と同時に行うこともできる。但し、後者の場合は処理条件に注意を払うことが必要である。
【００３１】
上記のように酵素または酵素生成微生物体による前処理をした排水または廃棄物を、次工程でメタン発酵により分解する。これによって、中性脂肪の加水分解生産物として得られたグリセロールの他、排水あるいは廃棄物中に含有する炭水化物、タンパク質、その他各種成分がメタン発酵の基質となり、分解される。
【００３２】
中性脂肪の加水分解生産物として得られた遊離脂肪酸のうち、低級脂肪酸は、メタン発酵処理における前駆物質としてメタン生成細菌による分解を受けやすく、従ってメタンに転換しやすい。しかし、高級遊離脂肪酸は、本来メタン発酵しにくいばかりでなく、これが高濃度になると、嫌気性処理槽内に蓄積し、メタン発酵性酵素の作用及び酵素生成細菌の増殖を阻害する。すなわち、高級脂肪酸はまずβ酸化により酢酸に転換し、生成した酢酸は酢酸資化性メタン生成細菌の働きによってメタンに転換するが、高濃度の高級脂肪酸はこのβ酸化自体を阻害するだけでなく、酢酸資化性メタン生成菌の活性をも阻害する。
【００３３】
かかる知見に基づき、本発明の第１の態様においては、メタン発酵槽内の遊離高級脂肪酸の濃度を所定濃度以下の値に保持することによってメタン発酵を効率的に進行させることができる点を見出し、嫌気性処理する工程で高級脂肪酸濃度をモニターしてこれを制御することによって目的を達成した。
【００３４】
高級脂肪酸濃度を確認するためには、メタン発酵槽内の高級脂肪酸濃度を逐次サンプリングし、これをモニターする。高級脂肪酸濃度のモニター方法は、本浄化装置が酵素・酵素生成微生物体・嫌気性微生物等を含む系であることから、酵素や微生物による高速の分解反応に対応できる手法をとる必要がある。例えば、エタノール性苛性カリを用いた化学的な酸価及びケン化価測定法により、メタン発酵槽内の中性脂肪と脂肪酸濃度とを迅速にモニタリングすることができる。また、試料に高級脂肪酸ラベル試薬、例えばアダム試薬（9-anthryldiazomethane,ＡＤＡＭ）などを添加して高級脂肪酸をラベルし、紫外吸光光度（ＵＶ）検出器あるいは蛍光光度（ＦＬ）検出器を備えた高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）を用いて、高級脂肪酸を分離・定量することも可能である。この方法は、試料１検体につき１〜２時間で高級脂肪酸濃度を容易に分析できるため、迅速な定量分析の点からは好ましい。さらには、脂質を抽出可能な有機溶媒、例えば、ノルマルヘキサン／イソプロパノール、クロロホルム／メタノール、アセトン、エーテル類等で抽出し、ＴＬＣ(thin layer chromatography)／ＦＩＤ(flame ionization detector)分析計で中性脂肪を、そしてガスクロマトグラフ分析計で高級脂肪酸を、それぞれ正確に定量分析することができる。この手法を用いると、定量までに約１日を要するが、高級脂肪酸濃度を正確に把握できる点で好ましい。従って、本発明においては、上述の簡易かつ迅速な定量分析法と、ＴＬＣ／ＦＩＤ分析法、ガスクロマトグラフ分析法とを適宜組み合わせることで、発酵槽内の高級脂肪酸濃度をモニタリングしていくことが望ましい。さらには、例えば、パルミチン酸やステアリン酸等の特定の高級脂肪酸が顕著に生成されることが予め解っている反応系では、それらを特異的に検知できる化学センサもしくは微生物センサを利用することで迅速かつ容易なモニタリングが可能である。
【００３５】
本発明方法において、メタン発酵槽内における好ましい高級脂肪酸濃度は、原水の水質、高級脂肪酸の組成、反応槽内の汚泥濃度、嫌気性微生物の種類、メタン発酵処理方式などによって異なる。油脂含有排水あるいは油脂含有廃棄物をリパーゼと反応させる前処理をメタン発酵槽内で同時に行う方法を採る場合には、典型的には高級脂肪酸濃度を、１０００mg/L以下、好ましくは７００mg/L以下、さらに好ましくは５００mg/L以下、最も好ましくは３００mg/L以下、さらに最も好ましくは２５０mg/L以下に保持するように酵素あるいは酵素生成微生物体の添加量を制御することが必要である。また、かかる前処理をメタン発酵槽とは別の前処理槽で行い、その後メタン発酵槽に処理排水あるいは廃棄物を投入する場合は、メタン発酵槽への投入後の発酵槽内の高級脂肪酸濃度が２０００mg/L以下、好ましくは１０００mg/L以下、さらに好ましくは５００mg/L以下、最も好ましくは３００mg/L以下、さらに最も好ましくは２５０mg/L以下に保持するように油脂分解酵素あるいは酵素生成微生物体の添加量を制御する。なお、上記に挙げた高級脂肪酸については、大豆油、あまに油、やし油、パーム油などの植物性油脂類、ヘット、ラードなどの動物脂を起源とするものが主たる対象となる。一方、羊油、鯨油、魚油、肝油などの動物油においては、炭素数の高い高級脂肪酸（C₂₀以上）が主たる高級脂肪酸となり易く、これらの長鎖の高級脂肪酸ではメタン発酵反応が一層阻害され易くなるため、高級脂肪酸の濃度は、上述の１０分の１程度以下の値に保持することが望ましい。
【００３６】
高級脂肪酸濃度を上述の範囲に保持するためには、本発明の第１の態様においては中性脂肪などの油脂分を分解するリパーゼの添加量を調節すればよい。すなわち、メタン発酵槽内の高級脂肪酸濃度を前述の方法により逐次モニターし、高級脂肪酸濃度が適切な値よりも少ない場合は、リパーゼの添加量を増加して中性脂肪などの油脂分の加水分解を促進して高級脂肪酸濃度を上昇させ、逆に高級脂肪酸濃度が適切な値よりも多い場合には、リパーゼの添加量を減少させるか、あるいは一時中断することによって高級脂肪酸濃度を低下させる。従って、本発明の第１の態様にかかる方法を実施するための浄化装置には、測定された高級脂肪酸濃度の値をフィードバックし、リパーゼ添加量を決定して、これを調節する手段をさらに有することが一層好ましい。
【００３７】
尚、高級脂肪酸濃度を保持するためには、上述のようにリパーゼの添加量を制御する他、リパーゼによる前処理工程において、井戸水、水道水または活性汚泥処理をはじめとする各種生物による処理を施した水などを混合して希釈することにより、高級脂肪酸濃度を調節することも有効である。
【００３８】
本発明のメタン発酵は、３０〜４５℃、好ましくは３０〜４０℃のいわゆる中温域あるいは４５〜７０℃のいわゆる高温域のいずれで行われてもよい。但し、メタン発酵槽を高温域に維持すると、中性脂肪及び油脂分解酵素または酵素生成微生物体により分解生成した高級脂肪酸が、液中に分散しやすくなり、嫌気性微生物による反応を受けやすくなる。また、高級脂肪酸によるメタン発酵の阻害効果は、高温条件で著しく緩和されることも知られている（チュウ・シュンホウ、李玉友、宮原高志、野池達也ら、土木学会論文集、No.559/VII-2、第31〜38頁、1997年；及び、田中修三、多久和夫ら、土木学会第42回年次学術講演会要旨集第868〜869頁、昭和62年9月；等を参照のこと）。従って、迅速に、かつ高級脂肪酸による活性阻害を回避しつつ効率的に嫌気性処理を行うという観点からは、４５〜７０℃、好ましくは５０〜６５℃、より好ましくは５０〜６０℃の温度域で嫌気性処理を行うことが好ましい。
【００３９】
また本発明の嫌気反応槽内は、浄化する排水の種類、使用する汚泥の種類によって異なるが、ｐＨ６〜９の中性〜弱アルカリ性の範囲内に維持することが好ましい。かかる範囲内において嫌気性微生物が効果的に有機物を分解するからである。すなわち、嫌気反応槽内のｐＨが高すぎると（すなわち、強アルカリ性であると）、脂肪酸が石けん状になり、嫌気性微生物による分解が迅速に進行しにくくなるからである。また、有機物と嫌気性微生物が均一に、かつ効果的に接触するように、嫌気反応槽内は撹拌することが好ましい。従って、本発明にかかる方法を実施するための浄化システムまたは浄化装置には、撹拌手段を有することがさらに好ましい。
【００４０】
なお、本発明方法において用いられる嫌気性処理槽には、微生物保持担体を充填することができる。微生物を担体に結合する方法としては、結合法や包括法を適用できるが、本発明での油脂含有汚濁物質の嫌気性処理における微生物反応においては、砂、珪砂、活性炭、セラミックス、合成樹脂、プラスチックビーズ、ガラスビーズ、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリウレタン、ポリプロピレン、汚泥焼却灰、木炭粉末、石炭灰フライアッシュのような粒子表面に微生物群を付着させて生物膜を形成させることが有利である。これらの保持担体の嫌気性処理槽内での存在形態、流動状態によって固定床と流動床に大別されるが、本発明ではどちらのタイプも適用が可能である。ただし、固定床タイプでは油脂分の過剰付着による固定化担体の閉塞や汚泥の浮上が、流動タイプでは担体同士のぶつかり合いによる汚泥の剥離が問題となりやすいため、原水中の油脂分濃度や固形物濃度などの原水性状、発酵槽運転時の原水供給方法や有機物負荷、汚泥濃度や汚泥性状などに注意が必要である。これらの操作条件を決めるに際しては、原水性状、水量変動、目標処理水質を加味した上で決定されるものである。
【００４１】
上記に説明した本発明の第１の態様に係る技術思想は、前処理系での酵素添加量を抑えて嫌気性反応系に導入される高級脂肪酸の量を制御するというものであるが、この手法に代えて、嫌気性反応系に積極的に嫌気性又は好気性の微生物体を導入することで、嫌気処理工程における高級脂肪酸の分解を促進させることによっても、高級脂肪酸の蓄積を防いで安定な嫌気性処理を達成することができる。即ち、本発明の第２の態様は、油脂含有排水あるいは油脂含有廃棄物を嫌気性処理法にて浄化する方法であって、油脂中の中性脂肪などを油脂分解酵素またはその酵素を生成する微生物体と作用させて分解する前処理と；前記前処理した排水あるいは廃棄物を嫌気性処理する処理と；を含み、前記嫌気処理工程に、嫌気性若しくは好気性の微生物体を導入することによって高級脂肪酸の分解を促進することを特徴とする、前記浄化方法を提供する。
【００４２】
嫌気処理工程に嫌気性もしくは好気性の微生物体を導入する方法としては、嫌気性処理工程より流出した酸発酵汚泥やメタン発酵汚泥などの汚泥を嫌気性処理槽に返送する方法、流出した汚泥を重力沈降濃縮あるいは機械濃縮により濃縮して得られた濃縮汚泥を嫌気性処理槽に返送する方法などを適用することができる。なお、この汚泥濃縮工程においては、流出汚泥に、ＳＳ(suspended solids:懸濁固形分）当たり0.1〜1.0％の高分子凝集剤等の汚泥凝集用薬剤を添加することで、汚泥濃縮・凝集を促進する手法も有効である。また、機械濃縮の手法としては、遠心脱水機、スクリュープレス式脱水機などの汚泥用脱水機として使用されるものを適用できる。また、脱水汚泥を通常の嫌気性処理槽に返送する場合には、これらの脱水機で脱水された汚泥を投入することでも何ら問題はない。更には、液中膜などの分離膜を用いたプロセスの適用によってもメタン発酵槽内に汚泥を高濃度に保持することが可能である。例えば、ポリエチレン系材質の精密濾過膜などを用いた液中膜による分離膜複合型メタン発酵システムは効果的である。特に、高温メタン発酵では、中温よりも汚泥の分散性が向上するために、分離膜の適用には有利である。
【００４３】
また、嫌気処理系への微生物体の導入量を調節する場合、余剰活性汚泥などの様な好気性の汚泥を同時に用いることも有効であり、例えば、排水処理システムが、嫌気処理槽の後段として好気性処理槽を配置している場合には、好気性処理槽の余剰活性汚泥を嫌気槽に返送することによって、嫌気処理系に好気性の微生物体を導入することができる。これは、不飽和高級脂肪酸が汚泥に吸着すると共に、高級脂肪酸の飽和化反応に有効に作用するためである。さらには、余剰活性汚泥などの微生物体が主体の汚泥は、嫌気性処理での微生物の栄養源としても作用することから、油脂分の有機物分解反応の効率化、消化促進にも効果的である。また、微生物体の導入において高級脂肪酸の飽和化反応よりも栄養源としての効果を増すためには、余剰活性汚泥などの汚泥を超音波破砕、湿式ミル破砕、ボールミル破砕、ホモジナイズ破砕、熱処理、高温高圧処理、酸やアルカリ処理、オゾン酸化などに代表とされる物理的、化学的破砕処理を施した後に嫌気性処理工程に導入することも効果的である。
【００４４】
本発明の第２の態様に係る方法においては、上記のように、嫌気反応系に嫌気性又は好気性の微生物体を導入することなどによって、嫌気反応系内の高級脂肪酸濃度／微生物体濃度の比率を重量比で0.4以下に保持することが好ましい。なおここで、微生物体濃度は、ＶＳＳ(volatile suspended solids:揮発性懸濁固形分)で表すことができ、以下においては、「高級脂肪酸濃度／微生物体濃度」の意味で、「高級脂肪酸濃度／ＶＳＳ比」或いは「ＬＦＡ(long-chain fatty acid)／ＶＳＳ」という用語を適宜用いる。本発明の嫌気性処理工程において好ましい高級脂肪酸濃度／ＶＳＳ比の範囲は、原水の種類や嫌気性処理の運転方法によって異なる。対象の高級脂肪酸がC₁₈以下の場合、回分式処理法では0.5以下、好ましくは0.4以下であり、連続式処理法の場合では0.2以下、好ましくは0.1以下で嫌気性処理を行うことが好ましい。また、C₁₈よりも長鎖の高級脂肪酸が主体となる場合では、微生物への阻害作用がさらに強くなることから、上述したＬＦＡ／ＶＳＳ比よりも更に低い比率で嫌気性処理を行う必要があり、好ましくは上記の値の１／３〜１／５程度に制御する。なお、C18よりも長鎖の高級脂肪酸では炭素数と不飽和度が微生物への阻害作用に大きく影響することから、それらの高級脂肪酸組成に応じてＬＦＡ／ＶＳＳ比を制御する。これらの比率を調整する工程では、油脂含有排水中の高級脂肪酸濃度を、例えば上記に説明したような方法によって適宜モニターすると同時に、嫌気性処理槽内のＶＳＳ濃度を把握する。更には、高級脂肪酸に分解される前の中性脂肪は、メタン発酵槽内に蓄積するとオイルボールを形成したり、装置、配管、機器などの閉塞を生じ、メタン発酵プロセスや微生物反応に支障をもたらすため、これらを防止する中性脂肪濃度として、１．５g/L以下、好ましくは０．７g/L以下で嫌気性処理することが望ましい。そして、中性脂肪／ＶＳＳ値としては、回分式処理法では１．０以下、好ましくは０．５以下で、連続式処理法では０．３以下、好ましくは０．２以下に保持することが好ましい。なお、中性脂肪がメタン発酵槽内で蓄積した場合、中性脂肪が分解されて高級脂肪酸生成が急速に起きることもあり、高級脂肪酸／ＶＳＳ比が増大して微生物反応の阻害につながるので、注意が必要である。油脂含有排水中のＶＳＳ濃度は、重量法による測定方法（下水試験方法，上巻-1997年版-，社団法人日本下水道協会）の他、光学式、超音波式、マイクロ波式などの汚泥濃度計による測定法を利用することができる。汚泥濃度計としては、光源に赤外線LEDを用いた汚泥濃度計（例えば、東亜電波工業（株）製の浸漬型汚泥濃度計MLSS-2A，セントラル科学（株）製の携帯用汚泥濃度計ML-52型など）、マイクロ波反射式汚泥濃度計（（株）明電舎製）などを利用することができる。特に、マイクロ波反射式汚泥濃度計は、汚泥の測定濃度範囲が０〜１０％と広く、汚泥色や含有気泡の影響が小さく、また、直線性、繰り返し性も優れていることから（第12回環境システム計測制御(EICA)研究発表会，学会誌「EICA」第5巻，第2号，89〜92頁，2000年）、汚泥濃度の高いメタン発酵系には有効な測定手法である。なお、現状においては、汚泥濃度計による測定方法は、有機物と無機物とを合わせた汚泥濃度を測定するものであるので、正確なＶＳＳの測定には、対象排水及びその生物処理プロセスでのＶＳＳ／ＳＳの比率あるいは灰分（Ash分）／ＳＳの比率などの補正値を重量法などで予め求めておき、汚泥濃度計で測定された値を補正して適用することが望ましい。更には、微生物体の有するＤＮＡ量、ＲＮＡ量、ＡＴＰ量を測定して微生物量（ＶＳＳ濃度）を決定する方法も適用することができる。そして、高級脂肪酸／ＶＳＳ比が適切な値よりも低い場合は、汚泥返送操作を縮小することによって、ＶＳＳを低下させて、高級脂肪酸／ＶＳＳ比を適切な値に修復することができる。更に、汚泥返送操作の縮小と共に、油脂含有排水へのリパーゼの添加量を増加して中性脂肪の加水分解を促進し、高級脂肪酸濃度を上昇させることも可能である。逆に、高級脂肪酸／ＶＳＳ比が適切な値よりも高い場合には、嫌気性処理槽への汚泥返送操作を行うことでＶＳＳを上昇させて、高級脂肪酸／ＶＳＳ比を下げると共に、リパーゼの添加量を減少させるか、あるいは一時中断することができる。従って、本発明にかかる方法を実施するための浄化システムまたは浄化装置には、測定された高級脂肪酸濃度およびＶＳＳ濃度の値をフィードバックし、汚泥返送量や原水投入量、リパーゼ添加量を決定して、これを調節する手段をさらに有することが一層好ましい。
【００４５】
また、本発明においては、嫌気性処理反応をより安定且つ効率的に進行させるために、嫌気性微生物の働きを活性化する塩（例えば硫酸塩、リン酸塩等の金属塩等）や栄養分（例えば、クエン酸、乳酸、ペプトン類等）を嫌気反応槽内に加えることにより、脂肪酸のβ酸化分解そのものを促進することで高級脂肪酸濃度を調節することも可能である。すなわち、高級脂肪酸濃度が適切な値よりも多い場合には、かかる塩または栄養分を嫌気反応槽内に加えて嫌気性微生物を活性化し、高級脂肪酸のβ酸化分解を促進させることができる。
【００４６】
さらに、高級脂肪酸を分解する上では排水、廃棄物中の油脂類、高級脂肪酸類をできる限り分散させることによって微生物によるβ酸化反応を速やかにすることが重要である。そのためには、油脂用の乳化剤もしくは分散剤としてベントナイトなどを用いることが有効である。従来、中温性のメタン発酵処理においてベントナイトなどの乳化剤の使用は効果的であるとされている（例えば、M. Beccari, M. Majone, C. Riccardi, F. Savarese and L. Torrisi: Integrated treatment of olive oil mill effluents: effect of chemical and physical pretreatment on anaerobic treatability, Water Science and Technology, Vol. 40, No. 1, pp.347-355, 1999）。また、油脂含有排水の高温メタン発酵処理においてもベントナイトによる乳化処理の効果は報告されている（I.Angelidaki, S. P. Petersen, and B. K. Ahring, Effects of lipids on thermophilic anaerobic digestion and reduction of lipid inhibition upon addition of bentonite, Applied Microbiology and Biotechnology, Vol.33, pp.469-472, 1990）。しかし、本発明によれば、嫌気性処理槽内においては高温域でのメタン発酵によって中温の場合よりも油脂類の分散性は向上するものの、油脂を油脂分解酵素またはその酵素を生成する微生物体と作用させて分解する前処理を施すことによって油脂及び高級脂肪酸の負荷が高い処理条件下では油脂類の分散が悪くなり易い。そして、一旦高級脂肪酸が蓄積し始めると高級脂肪酸は、嫌気性処理に有用な微生物、特に酢酸資化性メタン生成細菌や水素資化性メタン生成細菌の活性を極度に阻害し、これにより分解されなくなった高級脂肪酸が一層蓄積されることになり、最終的にはメタン生成反応を停止させることになる。したがって、油脂含有率の高い排水・廃棄物に対しては、乳化剤を用いることが油脂分解効果が高く且つ安定な処理が可能である。特に、本発明において、微生物体に阻害作用を及ぼし易い炭素数の多い（C₁₈以上）高級脂肪酸の微生物体への吸着を防止することおよび高級脂肪酸の分散を促進することを目的に、高級脂肪酸濃度／微生物体濃度（ＶＳＳ）の比率を調整する工程で乳化剤を添加して油脂分解を促進することを行う。この場合、乳化剤の添加方法は、嫌気性処理槽に直接添加しても良いし、嫌気発酵汚泥あるいは好気工程より発生する余剰の好気性汚泥を嫌気性処理工程に導入する際に添加しても良い。また、使用する乳化剤としては、鉱物系であるベントナイト、微生物や植物由来のサポニンなどが安価で効果的である。一方、アルギン酸ナトリウムの様なナトリウム塩の乳化剤では、ナトリウム塩が微生物体に吸着され易いために乳化、分散の効果は低い場合も多く、また、生物分解性の乳化剤では油脂分解と共に乳化剤も生物分解されることにより、乳化作用が低下することが考えられるために、使用に際しては注意を要する。これらの乳化剤の添加量は、排水の体積比で０．０１〜１０％、排水中のｎ−ヘキサン抽出物当たりで０．０１〜５g/g、好ましくは排水の体積比で０．０１〜１％、排水中のｎ−ヘキサン抽出物当たりで０．０１〜１．５g/gである。なお、これらの添加量は、油脂含有排水の性状、油脂の種類・存在状態、添加剤の添加方法などによっても異なるものであるため、処理方法に適した添加量を決定すべきものである。また、乳化剤を用いる場合の油脂含有率の目安としては、ノルマルヘキサン抽出物／ＢＯＤ比で１０％以上、好ましくは２０％以上、さらに好ましくは２５％以上、最も好ましくは３０％以上の排水・廃棄物である。なお、乳化剤を添加する際、ｐＨ調製剤としてCa(OH)₂やCaCl₂などのカルシウム剤を併用することも有効である。このカルシウム剤の効果は、ｐＨ調整と共に、過剰な高級脂肪酸を凝集・除去することにもなる。
【００４７】
また、乳化剤による化学的な分散作用に替えて、油脂分の物理的な分散・破砕処理も有効であり、特に、高温メタン発酵においては、油脂分の分散性が中温メタン発酵よりも高くなっているために、物理的手段が効果を有する。かかる物理的手段としては、混合・撹拌処理、超音波破砕、ホモジナイズ破砕などが、一般的な機械装置を適用することができる点で有効である。また、これらの物理的手段と乳化剤添加とを組合わせて用いることも効果的であり、乳化剤の添加量削減にもつながるものである。
【００４８】
本発明方法を用いて油脂含有排水を処理する装置の構成例を図８〜図１０を参照して説明する。
図８は、本発明の第１の態様に係る方法を実施して油脂含有排水の嫌気性処理を行うプロセスの概要図である。本発明に係る嫌気性処理装置は、油脂含有排水に油脂分解酵素又は酵素生成微生物体を加えて中性脂肪などの油脂の分解を行う前処理槽３、及び前処理槽で処理された排水に対してメタン発酵処理を行うメタン発酵槽５を必須の構成要素として具備する。なお、前述したように、前処理槽とメタン発酵槽とを同じ槽で構成することもできる。処理プロセスにおいては、原水を貯留するための原水貯留槽２、油脂分解酵素又は酵素生成微生物体を貯留する貯留槽１を具備することができる。必要に応じて酵素又は酵素分解微生物が添加された原水は、前処理槽３において中性脂肪などの油脂分解反応にかけられる。必要に応じて、乳化剤やｐＨ調節剤を貯留槽４から反応系に導入することや、及び／又は前処理槽３で超音波破砕などの物理的な破砕処理を加えることもできる。前処理槽で処理された排水は、次にメタン発酵槽５に送られる。メタン発酵槽５には、メタン生成細菌などを含む汚泥が保持されており、ここでメタン発酵処理が行われる。本発明に係る処理装置においては、メタン発酵槽に、槽内の高級脂肪酸濃度を測定するための測定装置２０が接続することができ、ここでモニターされた高級脂肪酸濃度の値に応じて、酵素又は酵素発生微生物の導入量、或いは乳化剤などの導入量をバルブ２１によって制御することにより、メタン発酵槽５内の高級脂肪酸濃度が所定の好ましい範囲以下に維持することができる。メタン発酵槽で処理された排水は、次に必要に応じて汚泥貯留槽６を経て好気処理槽７へ送ることができる。好気処理槽７には活性汚泥が保持されており、活性汚泥中に含まれる微生物の作用によって好気性処理がなされる。なお、メタン発酵槽５から排出された排液をそのまま排出して、液肥などとして利用することもできる。好気処理された排水は、次に、汚泥凝集槽９において、凝集剤を添加した後、汚泥脱水機１０で脱水処理にかけることができる。また、メタン発酵槽５から排出される排ガスは、メタン、ＣＯ₂及び硫化水素などを含んでいるので、例えば硫酸鉄(Fe(OH)₃)などを充填した脱硫塔１１で処理した後に、消化ガスタンク１２を経て、ガスボイラー、消化ガス発電、燃料電池などの用途に利用することができる。
【００４９】
次に、図９は、本発明の第２の態様に係る方法を実施して油脂含有排水の嫌気性処理を行うプロセスの概要図である。図８に示すプロセスと異なるところは、汚泥貯留槽６からの嫌気発酵汚泥、及び好気処理槽からの余剰の好気性汚泥をメタン発酵槽５に返送するラインを有している点である。図８に示す装置と同様に、メタン発酵槽５には、槽内の高級脂肪酸濃度、及びＶＳＳ濃度を測定するための装置を接続することができ、ここでモニターされた高級脂肪酸／ＶＳＳの比率の値に応じて、汚泥の返送量、並びに必要な場合には、酵素又は酵素発生微生物の導入量、或いは乳化剤などの導入量をバルブ２１によって制御することや、及び／又は、場合によっては前処理槽３で超音波破砕などの物理的な破砕処理を加えることにより、メタン発酵槽５内の高級脂肪酸／ＶＳＳ比を所定の好ましい範囲以下に維持することができる。
【００５０】
図１０は、本発明の更に他の態様に係る油脂含有排水の処理プロセスの概要図である。図１０に示すプロセスでは、メタン発酵槽５内に、微生物保持担体１３が充填されており、これによってより効率的にメタン発酵を進行させることが可能になる。なお、図１０に示すような微生物保持担体１３を用いる態様では、一般に、メタン発酵槽内の嫌気性微生物濃度を高く維持することが可能であるので、汚泥貯留槽６からの汚泥返送は通常必要ではない。しかしながら、必要に応じて汚泥貯留槽６からの汚泥返送ラインを設けることも、勿論可能である。
【００５１】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００５２】
本発明の実施例で中性脂肪の分解には５５℃で安定性を持つ細菌由来のリパーゼ（１０万U/g）（ノボ・ノルデイスク・バイオインダストリー社製）若しくはCandida cylinndracea由来のリパーゼ（３６万U/g）（名糖産業社製）を用いた。1ユニット（U）は一定標準条件下（ｐＨ７．０、３０℃、４．８%m/vトリブチリン、０．０９４%m/vアラビアゴム）でトリブチリンから酪酸を1分間に1ミリモル遊離させる酵素の量である。
【００５３】
油脂含有排水（原水）の酵素前処理には、リパーゼ(４KU/L)を用い、５０℃で１日処理した。酵素前処理後は、排水を５℃に冷却保存した。
本発明の実施例で行った脂質および高級脂肪酸の定量分析は、以下の様な手順で行った。油脂含有排水（原水）またはメタン発酵処理液（５ml）を、n-ヘキサン／イソプロパノール（５：３(v：v)）の有機溶媒（４０ml）で抽出した。そのn-ヘキサン抽出液（１．５ml）を用い、島津ガスクロマトグラフGC-17A型、FID検出器、DB-FFAP（長さ３０m、内径０．２５mm、膜厚０．２５μｍ）キャピラリーカラムで高級脂肪酸の定量分析を行った。また、上記のn-ヘキサン抽出液（２０ml）を８０℃ホットプレートで乾燥し、得られた乾燥重量を用いて、試料のn-ヘキサン抽出物濃度を計算した。更に、乾燥されたn-ヘキサン抽出物をクロロホルムで５mg/ml濃度に再溶解し、クロマロッドS-IIIで展開分離し、TLC/FID分析器(Iatroscan TH-10)で全脂質の定量分析を行った。
【００５４】
ＶＳＳの測定は、「下水試験方法，上巻-1997年版-」（社団法人日本下水道協会，平成9年9月12日発行）の一般汚泥試験（第4章）に記載されている重量法による測定方法で行った。
【００５５】
また、発生ガス中のメタンガス組成は、ＧＬサイエンスガスクロマトグラフ−320型、TCD検出器にて、Active carbon 30/60カラムを用いて分析した。
揮発性脂肪酸(volatile fatty acid, ＶＦＡ）は、高速液体クロマトグラフ（アルマ光学ERC-8710、検出器RI、カラムShodex Ionpack KC-811、カラム温度６０℃、移動相０．１％リン酸）で分析した。ＣＯＤ_Crの分析は、米国のStandard Method(18th Edition, 1992年）による閉鎖型還流法で行った。ｐＨ測定には、東亜電波工業製のｐＨ複合電極GST-5311C及び自動滴定装置AUT-301型を用いた。ＴＳ(total solids:全固形分）、ＶＳ(volatile solids:揮発性固形分）、ＳＳ(suspended solids:懸濁固形分）の分析については下水試験法(1984年版）に準じた。
【００５６】
実施例１、比較例１
生ゴミの高温（５５℃）メタン発酵して得た汚泥を種汚泥として、食品工場の油脂含有排水で３ヶ月間馴致した高温メタン発酵汚泥を作成した。この高温メタン発酵汚泥を用いて、油脂含有排水のメタン発酵回分実験を行った。実験条件を表１に示す。
【００５７】
【表１】

【００５８】
本発明による系（実施例１）では、細菌由来のリパーゼを適量（５００U/L）添加することによってバイアル瓶中の遊離高級脂肪酸濃度を約４００mg/Lに制御した条件でメタン発酵を行った。この場合、高級脂肪酸／ＭＬＶＳＳの比は約０．１であった。
【００５９】
これに対して、比較例１−１は、リパーゼの添加量(１，０００U/L)を増やし、バイアル瓶中の遊離高級脂肪酸濃度を約１１００mg/Lとして、高級脂肪酸が蓄積した条件でのメタン発酵実験を行った。高級脂肪酸／ＭＬＶＳＳの比は約０．４以上であった。
【００６０】
比較例１−２は、リパーゼの添加量をさらに増やし、バイアル瓶中の遊離高級脂肪酸濃度を約１４００mg/Lとして、高級脂肪酸がさらに蓄積した条件下でのメタン発酵実験を行った。高級脂肪酸／ＭＬＶＳＳの比は約０．５以上であった。
【００６１】
比較例１−３では、リパーゼに添加による中性脂肪の分解を行わず、遊離高級脂肪酸濃度を制御しない条件下でのメタン発酵実験を行った。
これら４種類の回分培養実験を１４日間行い、そのメタン生成特性と発酵終了後の脂質除去特性および有機物除去特性を調べた。それらの結果を図１〜図３に示す。
【００６２】
図１は、高級脂肪酸濃度を調節した回分実験系でのメタン発酵特性を示す。本発明による系（実施例１）では、高級脂肪酸濃度を適量に制御することによって、メタン発酵反応が６日間でほぼ完了していることがわかる。これに対して、比較例１−１は、高級脂肪酸の蓄積によって、メタン発酵反応が阻害された結果となり、メタン発酵反応は実験開始後６日目以降に始まり、発酵が完了するまでに１４日間を要した。さらに比較例１−２は、高級脂肪酸のさらなる蓄積によって、メタン発酵反応が阻害された結果となり、メタン発酵反応は実験開始後１４日目以降に始まった。従って、これらの結果により、嫌気反応系内の高級脂肪酸濃度を制御することによって、発酵完了までの期間を制御できることがわかった。
【００６３】
尚、比較例１−３は、中性脂肪をリパーゼにより分解処理しない場合の結果であり、メタン生成反応が極めて悪く、１４日を経てもほとんどメタン発酵が進行しなかった。従って、油脂含有排水を嫌気性処理する場合には、予めリパーゼなどにより中性脂肪を分解し、次いでメタン発酵処理することが好適であることがわかった。
【００６４】
図２は、１４日間のメタン発酵を終了した後の脂質除去特性を示す。リパーゼで中性脂肪を分解処理してメタン発酵処理した本発明による系（実施例１）は、脂質成分を９０％除去できた。これに対して、高級脂肪酸が高濃度で蓄積した比較例１−１及び比較例１−２は、脂質成分の除去は７０％と５５％であった。中性脂肪をリパーゼで分解処理しなかった比較例１−３の場合は、脂質成分の除去は５８％にとどまった。
【００６５】
図３は、１４日間のメタン発酵処理した後の有機物除去特性を示す。リパーゼで中性脂肪を分解処理してメタン発酵処理した本発明（実施例１）では、ＣＯＤ_Cr除去率が７０％弱となった。これに対して、高級脂肪酸が高濃度で蓄積した比較例１−１及び比較例１−２は、ＣＯＤ_Crの除去は５０％と３０％であった。一方、中性脂肪をリパーゼにより分解処理しなかった比較例１−３は、ＣＯＤ_Cr除去率は４０％弱にとどまった。リパーゼの添加によって、不溶性ＣＯＤ_Cr成分の減少が大きかった。
【００６６】
実施例２、比較例２
実施例1で使用した生ゴミ高温メタン発酵汚泥と豚糞尿中温メタン発酵汚泥とを種汚泥としてメタン発酵反応槽に投入し、食品工場の油脂含有排水を原水として用い、表2の条件で連続処理法でのメタン発酵実験を3ヶ月間行った。
【００６７】
【表２】

【００６８】
本発明では、メタン発酵槽内の中性脂肪と高級脂肪酸をモニターしながら、高級脂肪酸濃度を３００mg/L以下になるように、リパーゼを１００〜１０００U/L・日添加し、５５℃の高温域でメタン発酵連続実験を行った（実施例２−１）。また、実施例２−１と同じように発酵槽内の高級脂肪酸濃度を制御しながら、３５℃の中温域でメタン発酵を行い、これを実施例２−２とした。比較例として、リパーゼを１０００〜２０００U/L・日の濃度で大量添加して、メタン発酵反応槽内の高級脂肪酸濃度を１５００mg/Lに蓄積した条件下で、５５℃の高温域でメタン発酵連続実験を行った（比較例２−１）。また、反応槽内の中性脂肪を分解せずに、高級脂肪酸濃度も調節せずに、５５℃でメタン発酵連続実験を行い、これを比較例２−２とした。反応槽を３ヶ月間連続運転し、食品工場の油脂含有排水に対するメタン発酵の処理性能について調べた結果を表３に示す。
【００６９】
【表３】

【００７０】
メタン発酵槽内の高級脂肪酸濃度を適量に制御しながら、油脂含有排水を連続処理した場合は、高温(５５℃)で運転した場合(実施例２−１)及び中温(３５℃)で運転した場合(実施例２−２)共に、COD_Cr除去率は約８０％、ＢＯＤ除去率は約８５％、ｎ−ヘキサン抽出物の除去率は約９４％となり、非常に効果的な浄化が進行したことがわかった。また、高温で運転した場合(実施例２−１)のガス生成速度は中温で運転した場合(実施例２−２)より約2倍速いということがわかった。これに対して、リパーゼを大量に添加し、メタン発酵槽内の高級脂肪酸が蓄積した場合(比較例2-1)は、ＣＯＤ_Cr除去率は約３０％、ＢＯＤ除去率は約４０％、ｎ−ヘキサン抽出物の除去率は約２５％であって、ガスもほとんど生成しなかった。また、リパーゼを添加せずに高級脂肪酸濃度も調節しない比較例２−２の場合では、ＣＯＤ_Cr除去率は４０％、ＢＯＤ除去率は約４５％、ｎ−ヘキサン抽出物の除去率は３８％であった。メタンガスの生成速度は、実施例２−１＞実施例２−２＞比較例２−２＞比較例２−１の順で大きかった。
【００７１】
実施例３
本実施例においては、油脂含有排水として、豆腐製造排水（中性脂肪０．５g/L）を用いた。メタン発酵実験には、３系列の完全混合型のメタン発酵装置（有効容積３．５L)を発酵槽Ａ〜Ｃとして用い、発酵槽Ａ及びＢには生ゴミの高温メタン発酵汚泥を、発酵槽Ｃには豚糞尿の中温メタン発酵汚泥を種汚泥として用い、連続処理法でのメタン発酵実験を行った。各発酵槽での運転状態と、ガス生成速度とを図４に示す。また、各発酵槽での汚泥濃度の変動を図５に示す。更に、各発酵槽での脂肪（中性脂肪、高級脂肪酸、ＴＧ＋ＬＦＡ）とＶＳＳの比率の変動を図６に示す。なお、ここでＴＧはtriglyceride(トリグリセライド)である。発酵槽Ｂ及びＣで処理する油脂含有排水については、酵素前処理として、油脂分解酵素（リパーゼ、４KU/L)を用いて５０℃で１日処理し、酵素処理の後５℃に冷却保存した。発酵槽Ａで処理する油脂含有排水については、リパーゼ前処理を行わなかった。表４に、各槽で処理する排水原水の性状を示す。また、表５に各槽でのメタン発酵の運転条件を示す。
【００７２】
【表４】

【００７３】
【表５】

【００７４】
メタン発酵運転は、発酵槽Ａ及びＢについては高温メタン発酵として５５℃で発酵を行い、発酵槽Ｃについては中温メタン発酵として３５℃で発酵を行った。発酵槽Ａ及びＢについては運転８４日目より、発酵槽Ｃについては運転１１８日目より、発酵槽の原水に豆腐揚げ廃油を１ml/L添加し、中性脂肪を１．５g/Lとして高油脂負荷条件にした。原水流量については、発酵槽Ａ及びＣはＨＲＴ＝１６日、発酵槽ＢはＨＲＴ＝１５日で運転を開始した。油脂排水原水中の有機物濃度は、リパーゼ前処理したもの及びリパーゼ前処理しないものについて、それぞれ、ＣＯＤ_Crが２．０％及び２．３％；ＢＯＤが１．１％及び１．２％；と比較的低い一方で、ｎ−ヘキサン抽出物／ＣＯＤ_Cr比はそれぞれ０．１２及び０．１１；ｎ−ヘキサン抽出物／ＢＯＤ比はそれぞれ０．１９及び０．２４；と油脂分が高いため、メタン発酵槽内に十分な微生物量を保持することが難しい上に、油脂分の分解性能も悪い。そこで、発酵槽Ａについては、原水にメタン発酵し易いＢＯＤ成分（０．５％澱粉）を添加してメタン発酵運転を開始した。また、反応槽Ｂについては、運転４３日目よりメタン発酵槽から流出する汚泥を定期的に遠心分離（３０００rpm、５分間）してその沈殿汚泥を発酵槽に返送することによって、槽内の菌体濃度を高め、ＬＦＡ／ＶＳＳ比を低く維持することを試みた。
【００７５】
リパーゼ前処理していない油脂排水（発酵槽Ａ）では、澱粉添加によって、油脂負荷の低い条件では安定なメタン発酵処理を行うことができたが、８４日目以降の豆腐揚げ廃油を添加して油脂負荷を増加させた条件下では、１０４日目にＬＦＡ／ＶＳＳ比が０．１３に上昇した（図６のＡ）。その後、中性脂肪の分解が停止すると共にガス生成速度が減少し、１３６日目にはＶＦＡが２５００mg/Lにまで蓄積したため、原水投入を停止した。発酵槽内の汚泥濃度は、メタン発酵が停止した時点で著しく低下しており（図５のＡ）、ＬＦＡ／ＶＳＳ比は０．０４と低かったものの、中性脂肪／ＶＳＳ比は０．７にまで上昇していた（図６のＡ）。その後、１４３日目より汚泥の返送を開始してＬＦＡ／ＶＳＳ比を０．２以下、中性脂肪／ＶＳＳ比を０．３以下に保持しながら運転を再開したところ（図６のＡ）、高い油脂負荷条件でも安定な連続運転が可能であることが分かった（図４のＡ）。
【００７６】
リパーゼ前処理を行った発酵槽Ｂにおいては、運転４３日目から汚泥の返送を開始したことにより、ＬＦＡ／ＶＳＳ比は０．１以下に保たれ（図６のＢ）、高い油脂負荷条件でも極めて安定な連続運転が可能であった（図４のＢ）。
【００７７】
また、リパーゼ前処理を行ったが、メタン発酵を３５℃の中温で行った発酵槽Ｃにおいては、豆腐揚げ廃油を添加しない低油脂負荷条件でも、リパーゼ前処理した油脂排水をＨＲＴ１６日の負荷条件でメタン発酵処理を十分に行うことができなかった。ガス生成速度が低下した時点の８７日目において、発酵槽内にはＶＦＡが３１１１mg/Lに蓄積しており、原水の投入を停止した。この時点でのＬＦＡ／ＶＳＳ比は０．１であった（図６のＣ）。このことから、油脂排水の中温メタン発酵の場合には、ＨＲＴは２０日以上が必要であると考えられた。そして、１１８日目にＨＲＴ＝２５日として、廃油１mL/Lを添加しながら原水投入を再開したところ、１３４日目にはＬＦＡ／ＶＳＳ比は０．１６に上昇し（図６のＣ）、ＶＦＡは運転再開時の１０mg/Lから３４６mg/Lにまで増加した。その後、運転を継続し、１４３日目より汚泥の返送を開始してＬＦＡ／ＶＳＳを０．１以下に保持しながら発酵槽の運転を開始したところ、ＣＯＤ_Cr負荷が発酵槽Ａ及びＢよりも低いためにガス生成速度は低いながらも、ＬＦＡを蓄積することなく、嫌気性処理による有機物分解、油脂分解の安定な連続運転が可能であった（図４のＣ）。
【００７８】
各槽での運転１５０日目から２７０日目までの連続運転期間中の平均メタン発生量は、発酵槽Ａが０．３L/L・日、発酵槽Ｂが０．５L/L・日、発酵槽Ｃが０．１L/L・日であった。また、分解したＣＯＤ_Cr当たりのメタンガス発生量は、発酵槽Ａが０．２７L/g-分解COD_Cr、発酵槽Ｂが０．３２L/g-分解COD_Cr、発酵槽Ｃが０．１６L/g-分解COD_Crであった。これより、リパーゼ前処理を行って５５℃で高温メタン発酵を行った発酵槽Ｂが最もメタン発生量が大きく、以下、メタン発生量は、リパーゼ前処理を行わずに５５℃で高温メタン発酵を行った発酵槽Ａ、リパーゼ前処理を行って３５℃で中温メタン発酵を行った発酵槽Ｃの順であることが分かった。
【００７９】
発酵槽Ｂ（高温メタン発酵）及び発酵槽Ｃ（中温メタン発酵）の運転１５０日目からの連続運転期間における有機物負荷は、発酵槽Ｂでは１．５g/L・日、発酵槽Ｃでは０．８g/L・日であった。また脂質負荷（ｎ−ヘキサン抽出物負荷）は、発酵槽Ｂでは１５０mg/L・日、発酵槽Ｃでは９１mg/L・日であった。これらの結果から、高温メタン発酵の方が中温メタン発酵よりも、有機物負荷及び脂質負荷を高く運転することができ、メタンガス発生量も多いことが分かった。
【００８０】
また、運転１４６日目より定期的にそれぞれのメタン発酵槽内の残留物をサンプリングし、ｎ−ヘキサンで抽出して、抽出物の組成を定量分析した。結果を図７に示す。これより、リパーゼ前処理していない発酵槽Ａでは、発酵槽内に中性脂肪が多く残留していることが分かった。これに対して、リパーゼ前処理した発酵槽Ｂ及び発酵槽Ｃにおいては、中性脂肪は８０％以上除去されており、高級脂肪酸も蓄積されていなかった。油脂排水メタン発酵においては、リパーゼによる前処理が有効であることが分かった。
【００８１】
上記の結果より、メタン発酵槽の安定な運転には、汚泥の返送によって微生物体を導入することで高級脂肪酸濃度／微生物体濃度を一定値以下に制御することが極めて有効な手段であり、また、リパーゼによる前処理の後に、汚泥返送によってＬＦＡ／ＶＳＳ比を制御しながら高温メタン発酵を行うことによって、メタン発生及び油脂分解のいずれにおいても極めて優れた結果が得られることが分かった。また、中温メタン発酵では、メタン発生についてはあまり良好な値は得られなかったものの、汚泥返送と共にメタン発酵を行うことにより、安定な運転が可能で、油脂を極めて良好に分解できることが分かった。
【００８２】
実施例４〜７、比較例３
本実施例では、メタン発酵における微生物保持担体の効果、乳化剤及びｐＨ調節剤の添加効果を調べた。実施例３と同じ油脂含有排水を、リパーゼで５０℃、１日間前処理し、１３０〜１８０日間、連続処理法での高温メタン発酵実験を行った。連続高温メタン発酵実験の運転条件及び結果を表６に示す。排水処理実験装置としては図１０に示すシステムを用いた。但し、メタン発酵槽５への汚泥の返送ラインは、好気処理槽７からのみではなく、汚泥処理槽６からの返送ラインも設置した。乳化剤として、アルギン酸ナトリウム（３００〜４００ｃＰ）、ベントナイトを用い、ｐＨ調節剤として水酸化カルシウムを用い、それぞれ乳化剤貯留槽及びｐＨ調節剤貯留槽４より系に投入した。なお、乳化剤及びｐＨ調節剤の添加量は、排水の体積比で０．０１％、排水中のｎ−ヘキサン抽出物当たりでは０．０４g/gであった。用いた試薬はいずれも、和光純薬製の特級試薬であった。実施例４及び５では、メタン発酵槽５内に微生物保持担体１３としてポリプロピレン樹脂製の充填材を詰めた上向流式の嫌気性処理槽を用いた。充填材の形状は、３０mmφ×６０mmＨ、空隙率は９０％であった。メタン発酵槽５からの流出液は、汚泥貯留槽６を経て好気処理槽７で好気処理を行った。好気処理槽７では、製菓工場排水の回分式活性汚泥プラントから採取した活性汚泥（運転時の有機物負荷０．２g-BOD/g-MLSS/日、活性汚泥浮遊物質：ＭＬＳＳ＝３５００mg/L、活性汚泥沈殿率：ＳＶ₃₀＝４２％）を種汚泥とした活性汚泥を用いて、曝気を行いながら排液の好気処理を行った。実施例６及び７においては、それぞれ、汚泥貯留槽６から流出したメタン発酵汚泥、及び好気処理槽７から流出した余剰活性汚泥を、遠心分離（３０００rpm、５分間）してその沈殿汚泥を発酵槽５に返送した。メタン発酵槽５の残留物を周期的にサンプリングして、分析装置２０によって分析することにより、ＢＯＤ除去率、ＣＯＤ_Cr除去率、ＶＴＳ（volatile total solids:揮発性全固形分）除去率、及び高級脂肪酸除去率を算出した。表６には、各除去率の平均値を示す。汚泥処理槽６及び好気処理槽７から排出された余剰汚泥は、凝集剤として高分子凝集剤（エバグロースLDC-300)を凝集剤貯留槽８から加えて、汚泥凝集槽９において汚泥を凝集させた後、スクリュープレス式汚泥脱水機１０で脱水した。脱水濾液及び脱水汚泥の性状を分析した。
【００８３】
メタン発酵槽からの発生ガス量を、シナガワ製の湿式ガスメーターWE Da-0.5B型で計測すると共に、ガス試料の一部を採取してガスクロマトグラフィーTCDでその組成を分析した。そして、分析試料以外の発生ガスについては、ペレット状の水酸化鉄(Fe(OH)₃)を充填した脱硫塔１１によってガス中の硫化水素を除去した。
【００８４】
【表６】

【００８５】
上記の表６に示す結果から、メタン発酵槽において微生物保持担体を充填した実施例４と担体を充填せずにメタン発酵汚泥を返送した実施例６とを比較すると、消化ガス発生速度と有機物処理性能が両者でほぼ同等の試験結果であったことから、メタン発酵槽内に微生物保持担体を用いることの効果が示された。また、汚泥の高濃度化の効果は、実施例６及び７と比較例３とを比較して、消化ガス発生速度、有機物処理性能、汚泥脱水性能のいずれの点でも、高濃度に汚泥を保持した場合（実施例６及び７）に良好な処理成績が得られたことから、その効果が示された。更に、乳化剤及びｐＨ調節剤の添加効果は、返送汚泥の種類は異なるものの、実施例６と実施例７とを比較して、特に、消化ガス発生速度と有機物処理性能の点で、乳化剤及びｐＨ調節剤を添加した場合に有効な成績が得られたことから、それらの添加効果が示された。
【００８６】
汚泥凝集剤添加率と脱水汚泥含水率は汚泥性状を示す指標でもある。油脂分が殆ど存在しない有機性排水を正常に生物処理した場合、通常、汚泥凝集剤添加率は０．５〜０．７％（対ＳＳ比）であり、脱水汚泥含水率は、脱水機にもよるが７８〜８０％程度であるとされている。一方、汚泥中に油脂分が分解されずに残留していると、汚泥凝集剤による汚泥凝集能が低下するために、汚泥凝集剤添加率は高くなると共に、汚泥凝集能が悪いために脱水汚泥含水率も増加する。
【００８７】
同様に、脱水濾液性状も汚泥性状を示す指標であり、油脂分による汚泥凝集能の低下によって凝集できなかった微細な汚泥（ＳＳ）が脱水濾液側に流出するためにＳＳ値が増加すると共に、それに伴ってＢＯＤ値も増大する。
【００８８】
消化ガス組成は、メタン発酵性能を示すものである。メタン発酵で有機物分解率が低下すると、微生物の消化不良が生じるために消化ガス発生速度及びメタンガス含有率が低下する。消化ガス発生速度は、対象排水や運転方法によって異なるものであるが、メタンガス含有率は、１槽式タイプでの正常なメタン発酵処理の場合、６０〜６８％程度である。
【００８９】
【発明の効果】
本発明によれば、嫌気反応槽内の油脂を酵素または酵素生成微生物体により分解し、分解生成物である高級脂肪酸の濃度を所定以下に調節しながら、45〜70℃の高温域で油脂含有排水あるいは廃棄物を浄化することにより、排水を高効率で浄化することが可能となった。さらに、嫌気性生物により有機物を分解するので、バイオガス（特にメタン）として回収することができ、これよりエネルギー回収効率を著しく向上させることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、高級脂肪酸濃度の調節によるメタン発酵の特性を示すグラフである。
【図２】図２は、高級脂肪酸濃度の調節によるメタン発酵の脂質除去特性を示すグラフである。
【図３】図３は、高級脂肪酸濃度の調節によるメタン発酵の有機物除去特性を示すグラフである。
【図４】図４は、実施例３において行ったメタン発酵連続運転によるガス生成速度を示すグラフである。
【図５】図５は、実施例３において行ったメタン発酵連続運転における発酵槽内の汚泥濃度を示すグラフである。
【図６】図６は、実施例３において行ったメタン発酵連続運転における発酵槽内の脂肪（中性脂肪、高級脂肪酸、ＴＧ＋ＬＦＡ）とＶＳＳの比率の変動を示すグラフである。
【図７】図７は、実施例３において行ったメタン発酵連続運転における発酵槽内の残留物の分析結果を示す図である。
【図８】図８は、本発明の一態様に係る方法を用いた油脂含有排水の嫌気性処理プロセスの概要を示すフロー図である。
【図９】図９は、本発明の他の態様に係る方法を用いた油脂含有排水の嫌気性処理プロセスの概要を示すフロー図である。
【図１０】図１０は、本発明の更に他の態様に係る方法を用いた油脂含有排水の嫌気性処理プロセスの概要を示すフロー図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an anaerobic treatment method (methane fermentation method) and apparatus for fat-containing wastewater or fat-containing waste, and in particular, by suppressing the accumulation of higher fatty acids in an anaerobic reaction tank, stable operation is achieved. It provides an anaerobic treatment method that enables it. According to the present invention, by providing a treatment device and a treatment process for promoting higher fatty acid decomposition in an anaerobic environment, oil-containing wastewater or oil-containing waste is purified with high efficiency, and energy recovery efficiency by biogas Can be improved.
[0002]
[Prior art]
Biological treatment methods are used for the treatment of wastewater containing organic pollutants, and in particular, aerobic treatment methods centered on the activated sludge method have been frequently used. However, the aerobic treatment method consumes a lot of energy, and in particular, disposal of excess sludge has become a big problem recently. On the other hand, anaerobic treatment methods have been conventionally applied in various forms in the treatment of wastewater and organic sludge containing high-concentration organic pollutants. This method is known to be advantageous in that it can save energy consumption because aeration is unnecessary, and the amount of surplus sludge generated is small, so that the treatment cost is low and methane gas useful as energy can be recovered. (See, for example, Shu Shuung-ho, Lee Yuyu, Takashi Miyahara, Tatsuya Noike, JSCE, No. 559 / VII-2, pp. 31-38, 1997, etc.).
[0003]
On the other hand, typical fats and oils as organic pollutants are hardly decomposable substances in both aerobic treatment and anaerobic treatment. This is because the dispersibility of fats and oils is poor, and it floats in the treatment tank and forms scum. Therefore, in order to purify wastewater containing fats and oils using such biological treatment methods (aerobic treatment and anaerobic treatment), in many cases, conventional methods physically separate and remove fats and oils by flotation separation. A process was required. However, it is difficult to separate fats and oils to a level applicable to general biological treatment, and the work load is also large, and the separated and removed fats and oils are difficult to handle, and the drainage channels are blocked and treated. There were many problems such as equipment malfunction, generation of odors and pests. As described above, since the disposal cost is high for oil-containing wastewater and waste, a technical and economical countermeasure has been required.
[0004]
As a method for purifying oils and fats without separating and removing them from wastewater or waste, a method for decomposing oils and fats in oily and fat-containing wastewater with an enzyme using an immobilized lipase has been proposed. However, in this method, fatty acids and glycerol which are decomposition products of fats and oils remain in water. That is, decomposition products, particularly fatty acids are temporarily converted into insoluble salts and trapped in the packed bed of immobilized lipase, the packed bed is clogged, and the processing efficiency is lowered. Accordingly, there is a need to further biologically treat such degradation products and in addition to purify wastewater by controlling biological reactions that degrade fatty acids.
[0005]
As another method of biologically treating fat-containing wastewater or waste without separating and removing fats and oils, non-immobilized lipase is added to treat the wastewater, and the fats and oils in the wastewater (especially neutral fats) ) Is hydrolyzed to make it susceptible to assimilation by microorganisms, and then introduced into an aerobic treatment reactor. However, the aerobic treatment is problematic in that it consumes a large amount of energy as described above, and that it is necessary to dispose of excess sludge later, and that it is necessary to take measures against the original odor and scum of fats and oils.
[0006]
Further, a method has been proposed in which lipase is added to fat-and-oil containing waste water to decompose the fat and oil, and then the waste water is subjected to anaerobic treatment. However, it is known that the following problems exist in the method of anaerobic treatment (particularly treatment with methanogenic bacteria) after lipase treatment in this way. In other words, when higher fatty acids produced by the decomposition of neutral fat are present in the treated wastewater, methanogens that act on methane fermentation in anaerobic treatment, especially acetate-utilizing methanogens and hydrogen-utilizing methanogens In addition, the growth of such microorganisms is also inhibited (the above-mentioned Chu Shuung-ho, Lee Yuyu, Takashi Miyahara, Tatsuya Noike, et al., Japan Society of Civil Engineers, No. 559 / VII-2, No. 31- 38, 1997; Shuzo Tanaka, Kazuo Taku et al., Abstracts of the 42nd Annual Scientific Lecture Meeting of Japan Society of Civil Engineers, pages 868-869, September 1987; Naomi Tsue, Hideki Harada, Kiyoshi Momoi, Satoshi Takizawa, Masatoshi Kamei et al., 44th Annual Scientific Lecture, Japan Society of Civil Engineers, pages 1014-1015, September 1989;
[0007]
Furthermore, using fat and oil-based food waste whose components were adjusted to a fat and oil content of 8 to 40% (TS (total solids: evaporation residue) base, fat and oil concentration 9 to 44 g / L), HRT = 7.5 In the laboratory experiment of methane fermentation at high temperature (55 ° C) in the day, COD_CrIt has been reported that the decomposition rate was 73-80% and the VS decomposition rate was 76-80% (Koji Yamashita, Hiroshi Sasaki, Yu Yu Li, Junji Seki, 11th Annual Conference of Japan Society for Waste Management) Conference Proceedings I, 283-285, November 8, 2000). However, when calculating the gas generation rate based on the data reported here, when the oil content is 40%, 0.176 L-CH_Four/ g-input COD_Cr, 0.220 L-CH_Four/ g-decomposition COD_CrWhen the oil content is 23%, 0.167 L-CH_Four/ g-input COD_Cr, 0.214 L-CH_Four/ g-decomposition COD_CrIt is. Here, decomposed organic matter (COD_CrThe theoretical methane gas generation rate is 0.35 L-CH_Four/ g-decomposition COD_Cr(In the above, HRT is a hydraulic retention time), COD_CrIs chemical oxygen demand (oxygen consumption by potassium dichromate), and VS is volatile solids). Therefore, it can be said that the decomposition rate of organic matter is high in high-temperature methane fermentation of fat-based waste from the case of methane fermentation of fat-based food waste, but methane gas recovery corresponding to the amount of organic matter decomposition cannot be obtained. It is inferred that intermediate metabolites such as higher fatty acids accumulate in the tank, and oil components float and separate in the fermenter. From a long-term viewpoint, this lacks the performance, stability, and certainty of methane fermentation treatment, and needs to be improved.
[0008]
Once the higher fatty acid starts to accumulate, it inhibits the activity of microorganisms useful for anaerobic treatment as described above, and as a result, higher fatty acids that are no longer decomposed are further accumulated. Stop. That is, if the higher fatty acid produced by the hydrolysis of the neutral fat is large, the inhibition of methane fermentation becomes large, and as a result, the methane production reaction itself does not proceed. In this context, in medium and high temperature methane fermentation, C_{10: 0}, C_{12: 0}, C_{14: 0}, C_{16 : 0}, C_{18: 0}, C_{18: 1}(trans), C_{18: 1}(cis), C_{18: 2}, C_{18: 3}Have also been reported on the inhibitory properties of individual higher fatty acids on microorganisms (as mentioned above, Shu Shuung-ho, Lee Yuyu, Takashi Miyahara, Tatsuya Noike, et al., Japan Society of Civil Engineers, No. 559 / VII-2, No. 31- 38, 1997). Therefore, in the prior art, it has been technically difficult to purify wastewater containing high-concentration fat or waste or waste using a methane fermentation treatment method after pretreatment with lipase.
[0009]
On the other hand, most of the fats and oils are composed of carbon and hydrogen, and if the fat and oil decomposition rate is improved in anaerobic biodegradation, the amount of conversion to methane gas is also improved. For example, the amount of methane gas generated when anaerobically treating 1 g of degradable organic substances is compared for fat, carbohydrate, and protein, and they are 850 mL / g, 395 mL / g, and 500 mL / g, respectively (sewage / wastewater) Treatment of sludge, Shigehisa Iwai, Tohru Shinoka, Makoto Natori, 1968, see Corona, pages 42-42). That is, from the viewpoint of energy recovery, the advantage of anaerobic treatment (particularly methane fermentation treatment) of fats and oils is great.
[0010]
The technical problems of the purification method in which fat-containing wastewater or fat-containing waste is pretreated by lipase and then treated by anaerobic treatment mainly consisting of methane fermentation are summarized as follows.
[0011]
(1) Unsaturated fatty acids are converted to saturated fatty acids and then β-oxidatively decomposed. However, since the rate of degradation of saturated fatty acids is slow, it is the rate-limiting reaction for oil degradation.
(2) Accumulation of higher fatty acids tends to inhibit decomposition of higher fatty acids and acetic acid-assimilating methane formation. This inhibitory action is stronger with unsaturated higher fatty acids than with saturated fatty acids (Chu Shun-ho, Lee Yuyu, Takashi Miyahara, Tatsuya Noike et al., Journal of Japan Society of Civil Engineers, No. 559 / VII-2, pp. 31-38) 1997; and Shuzo Tanaka, Kazuo Taku, et al., Abstracts of the 42nd Annual Scientific Lecture Meeting of Japan Society of Civil Engineers, pages 868-869, September 1987, etc.).
[0012]
The above problem (1) is an anaerobic treatment tank for salts (for example, metal salts such as sulfate, sulfite, phosphate, iron salt, etc.) or nutrients (for example, citric acid, lactic acid, methanol, peptones, etc.) In the past, a method for activating the anaerobic microorganisms and promoting β-oxidative degradation of fatty acids has been used. However, since the solution to the above problem (2) has not been shown so far, it has been difficult to stably and efficiently anaerobically treat oil-containing wastewater or oil-containing waste.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the objective of this invention is providing the purification method and purification apparatus which can perform the anaerobic process of fats and oils containing waste water or fats and oils containing waste stably and efficiently. Furthermore, according to this invention, it aims at the improvement and stabilization of energy recovery efficiency as biogas, and the improvement of treated water quality.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
As a result of earnest examination of the above-mentioned problems, the present inventor has found that methane fermentation in an anaerobic tank can be stably performed by suppressing the accumulation of higher fatty acids in the anaerobic reaction tank, and suppresses the accumulation of higher fatty acids. The above problem has been solved by providing specific means to do this. In the present invention, the means for suppressing the accumulation of higher fatty acids is, first of all, the concentration of higher fatty acids in an anaerobic reaction system is monitored, and the fat-degrading enzyme added in the oil-and-oil decomposing step by the former oil-degrading enzyme accordingly. By controlling the amount and limiting the amount of higher fatty acids introduced into the anaerobic reaction system, the concentration of higher fatty acids in the anaerobic reaction system is controlled. Second, microorganisms are added to the anaerobic reaction system. By actively introducing it, the decomposition of higher fatty acids in an anaerobic reaction system is promoted.
[0015]
That is, one embodiment of the present invention is a method for purifying fat-containing wastewater or fat-containing waste by an anaerobic treatment method, and decomposes fats by acting with fat-degrading enzymes or microorganisms that produce the enzymes. A pretreatment; and an anaerobic treatment of the pretreated waste water or waste; and during the anaerobic treatment, the higher fatty acid concentration in the anaerobic reaction system is monitored to control the concentration. The purification method is provided. Furthermore, the second aspect of the present invention is a method for purifying fat-containing wastewater or fat-containing waste by an anaerobic treatment method, wherein the fat is allowed to act on an oil-degrading enzyme or a microorganism that produces the enzyme. A pretreatment for decomposing and an anaerobic treatment of the pretreated wastewater or waste, and promoting the decomposition of higher fatty acids by introducing anaerobic or aerobic microorganisms into the anaerobic treatment step. The purification method is provided.
[0016]
In the present invention, “oil and fat” is a glycerol ester of saturated fatty acid and unsaturated fatty acid as a main component, and includes unsaponifiable substances such as free fatty acid, long chain alcohol, sterol, hydrocarbon, fat-soluble vitamin, and pigment. Ingredients that are widely present in natural animals and plants. Oils and fats include both liquid and solid cases at room temperature. Examples of fats and oils include dry oils such as oil, linseed oil, persimmon oil, soybean oil, semi-dry oils such as cottonseed oil, sesame oil, rapeseed oil, rice oil, and non-drying oils such as peanut oil, olive oil, and camellia oil. Besides, vegetable oils and fats including vegetable oils such as palm oil and palm oil, animal fats such as head and lard, animal oils such as sheep oil, whale oil, fish oil and liver oil, and mixtures thereof can be mentioned.
[0017]
“Neutral fat” is a glycerol ester of a fatty acid and refers to a lipid that, when hydrolyzed, produces one molecule of glycerin and one to three molecules of fatty acid. Examples of the neutral fat include monoacylglycerol in which one molecule of glycerin and one molecule of fatty acid are ester-bonded, diacylglycerol in which one molecule of glycerol and two molecules of fatty acid are ester-bonded, and triacyl in which one molecule of glycerin and three molecules of fatty acid are ester-bonded Glycerol and mixtures thereof are mentioned.
[0018]
A fatty acid obtained as a hydrolyzed product of an O-acyl lipid having an ester bond (neutral fat, wax, etc.) or an N-acyl lipid having an acid-acid bond (sphingolipid, etc.) is referred to as “free fatty acid”. Free fatty acids include “lower (short-chain) fatty acids” with fewer carbon atoms, typically less than 11 carbons (eg, butyric acid, valeric acid, caproic acid, pelargonic acid, capric acid, undecyl acid, etc.); There are “higher (long chain) fatty acids” with a large number of carbon atoms, typically 11 or more carbon atoms. Examples of the higher fatty acid include lauric acid, tridecylic acid, myristic acid, pentadecylic acid, palmitic acid, heptadecylic acid, stearic acid, nonadecanoic acid, arachidic acid, behenic acid, lignoceric acid, serotic acid, heptacosanoic acid, montanic acid, melicin Examples thereof include saturated fatty acids such as acid and laccelic acid, unsaturated fatty acids such as oleic acid, elaidic acid, celetic acid, erucic acid, brassic acid, linoleic acid, linolenic acid, arachidonic acid and stearolic acid, and mixtures thereof. The definition of carbon number of “higher fatty acid” itself is not clear. For example, there is a document in which “higher fatty acid” is one having 8 or more carbon atoms (for example, Naomi Tsue, Hideki Harada, Kiyoji Momoi, (See Satoshi Takizawa, Masatoshi Kamei et al., 44th Annual Scientific Lecture, Japan Society of Civil Engineers, pages 1014-1015, September 1989, etc.). Therefore, the “higher fatty acid” in the present invention should be interpreted widely.
[0019]
In the present invention, as an enzyme used for decomposing neutral fat contained in fats and oils in the pretreatment step, for example, glycerol represented by triacylglycerol lipase, monoacylglycerol lipase, lipoprotein lipase and the like An enzyme having an activity of hydrolyzing an ester to release a fatty acid can be mentioned. These may be used alone or in a mixed form of several kinds of glycerol esterase. In addition, normal wastewater or waste contains not only fats and oils but also sugars, proteins, etc., in addition to these glycerol ester-degrading enzymes, α-glucosidase, amylase, cellulase, β-glucosidase, avicerase, xylanase Alternatively, a carbohydrate degrading enzyme such as mannosidase or β-galactosidase, or a proteolytic enzyme typified by exopeptidase, endopeptidase, pepsin, trypsin, chymotrypsin or the like may be used.
[0020]
In the present invention, not only the enzyme itself but also a microbial cell that produces the above-mentioned enzyme (in the present invention, referred to as “enzyme-producing microbial cell” or “microorganism that produces the enzyme”) is included. Good. If the process of purifying the enzyme from the enzyme-producing microorganism is simplified and the present invention is carried out using a product in which the enzyme and the microorganism are mixed, the fats and oils can be decomposed at a lower cost. Examples of such enzyme-producing microorganisms include aerobic microorganisms such as Candida, Rhizopus, and Pseudomonas, and anaerobic microorganisms such as Anaerovibrio, Butyrivibrio, Desulfovibrio, Clostridium, Ruminococcus, and Enterobacterium. . Furthermore, since the anaerobic treatment, which is a subsequent treatment step of the method of the present invention, is preferably performed at 45 to 70 ° C. as described later, the enzyme or the enzyme-producing microorganism is subjected to such a temperature condition of 45 to 70 ° C. It is desirable that the enzyme or the enzyme-producing microorganism be in a temperature range in which the activity can be maintained or the optimum reaction temperature is applied.
[0021]
In the method of the present invention, the waste water or waste, in which fats and oils, particularly neutral fats therein are hydrolyzed by the pretreatment, is then subjected to an anaerobic treatment. “Anaerobic treatment” refers to treatment performed by an anaerobic microorganism that is generally a microorganism that grows in the absence of molecular oxygen, especially anaerobic fermentation in which anaerobic microorganisms decompose organic matter under anaerobic conditions. It is used for processing.
[0022]
Examples of the anaerobic microorganism that can be used in the anaerobic treatment of the method of the present invention include methanogenic bacteria (for example, Methanosarcina, Methanothrix, Methanobacterium, and Methanobrevibacter), sulfate-reducing bacteria (for example, Desulfovibrio and Desulfotomaculum , Desulfobacterium genus, Desulfobacter genus, Desulfococcus genus), acid producing bacteria (eg Clostridium genus, Acetivibrio genus, Bacteroides genus, Ruminococcus genus), facultative anaerobes (eg Bacillus genus, Lactobacillus genus, Aeromonas genus, Streptococcus genus, Micrococcus Genus) and the like. From the viewpoint of energy recovery, it is preferable to use methanogenic bacteria.
[0023]
In addition, higher fatty acids are decomposed mainly by the joint work of sulfate-reducing bacteria, hydrogen-producing acetic acid-producing bacteria, hydrogen-utilizing methane-producing bacteria, and acetic acid-assimilating methane-producing bacteria. That is, the decomposition reaction from higher fatty acid to acetic acid is so-called β-oxidation, and acetic acid generated by such β-oxidation reaction is utilized by acetic acid-assimilating methanogens and converted into methane gas. Therefore, it is preferable to use a mixture of these microorganisms from the viewpoint of efficient degradation of higher fatty acids. These anaerobic microorganisms are, for example, microorganisms that exist universally in nature, such as sludge obtained by subjecting raw garbage to high-temperature methane fermentation and sludge obtained by subjecting livestock manure such as pigs to medium-temperature methane fermentation. An anaerobic reaction tank in the present invention can be formed by arranging sludge obtained by acclimatizing these sludges as seed sludge with oil-containing wastewater or the like in the tank.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail, but the present invention is not limited thereto. Hereinafter, the purification method by methane fermentation treatment will be described for convenience, but the present invention is not limited to this.
[0025]
The method for purifying fat-containing wastewater or fat-containing waste according to the first aspect of the present invention by an anaerobic treatment method is a microorganism that produces fat-degrading enzyme or fat-degrading enzyme such as neutral fat in fat. A pretreatment for decomposing by acting on the body; a treatment for anaerobically treating the pretreated waste water or waste; and monitoring the higher fatty acid concentration in the anaerobic reaction system during the anaerobic treatment. The density is controlled.
[0026]
In order to promote the methane fermentation treatment of fat and oil-containing wastewater or fat and oil-containing waste, it is important and indispensable that the fat and oil and anaerobic sludge (anaerobic microorganisms) are in homogeneous contact. However, when the fat content is high, fat and oil containing neutral fat is not easily floated and dispersed in the reaction tank, and fermentation by anaerobic microorganisms is difficult to proceed. Therefore, in the present invention, as a pretreatment step, a hydrolase (preferably lipase) of fats and oils such as neutral fat or a microbial body (preferably Candida cylindracea [yeast fungus], Rhizopus arrhizus [fungus], Pseudomonas cepacia [bacteria] etc.) act on neutral fat, which is hydrolyzed into easily dispersible fatty acid and glycerol. As a result, the free higher fatty acid is uniformly dispersed and does not come into contact with the anaerobic microorganisms without the lipid floating in the reaction tank. Pre-treatment that decomposes fats and oils such as neutral fat by adding lipase to fat-containing wastewater or fat-containing waste directly in an anaerobic treatment tank (simply called methane fermentation tank) mainly consisting of methane fermentation Alternatively, the pretreatment may be performed in a pretreatment tank different from the methane fermentation tank, and the treated waste water or waste may be charged into the methane fermentation tank. In addition, the pretreatment reaction for decomposing the fats and oils such as neutral fats with the enzyme or its enzyme-producing microorganism is performed with stirring from the viewpoint of maintaining uniform dispersion of the fats and oils such as neutral fats. preferable.
[0027]
The pretreatment reaction that decomposes fats and oils such as neutral fat with lipase is carried out by maintaining the inside of the methane fermentation tank under neutral to weakly alkaline conditions (pH 6 to 8.5, preferably pH 7 to 8). desirable. This is because the optimum pH of the lipase is usually in this range. By carrying out the pretreatment step while maintaining neutrality to weak alkalinity, hydrolysis by lipase of fats and oils such as neutral fat proceeds easily and quickly.
[0028]
The pretreatment reaction for decomposing oil and fat such as neutral fat with lipase is preferably performed in a so-called intermediate temperature range (30 to 45 ° C) or a so-called high temperature range (45 to 70 ° C). This is because the optimum temperature for lipase is within this range. In addition, when the pretreatment reaction is performed directly in the methane fermenter, it is effective to maintain the inside of the methane fermenter at 45 to 70 ° C. as described later, so the pretreatment is also maintained within this temperature range. It is desirable to do this. In that case, it is preferable to use a heat-resistant lipase that can withstand such a high temperature range. When pretreatment is performed while maintaining such a high temperature state, the fluidity of lipid is increased, and oil and fats such as neutral fat are more easily dispersed.
[0029]
Furthermore, since the reaction rate of an enzyme reaction is generally proportional to the temperature, the pretreatment in such a high temperature region is more effective because the decomposition efficiency of fats and oils such as neutral fat is greatly improved.
[0030]
The treatment with an enzyme such as lipase or an enzyme-producing microorganism is generally performed independently prior to the anaerobic treatment, but can also be performed simultaneously with the anaerobic methane fermentation treatment. However, in the latter case, it is necessary to pay attention to the processing conditions.
[0031]
The wastewater or waste that has been pretreated with the enzyme or enzyme-producing microorganism as described above is decomposed by methane fermentation in the next step. As a result, in addition to glycerol obtained as a hydrolysis product of neutral fat, carbohydrates, proteins, and other various components contained in waste water or waste are used as a substrate for methane fermentation and decomposed.
[0032]
Of the free fatty acids obtained as neutral fat hydrolysis products, lower fatty acids are susceptible to degradation by methanogenic bacteria as precursors in the methane fermentation process and are therefore readily converted to methane. However, higher free fatty acids are not only difficult to ferment methane originally, but when they become high in concentration, they accumulate in an anaerobic treatment tank and inhibit the action of methane fermenting enzymes and the growth of enzyme-producing bacteria. That is, higher fatty acids are first converted to acetic acid by β-oxidation, and the acetic acid produced is converted to methane by the action of acetic acid-assimilating methanogenic bacteria, but a high concentration of higher fatty acids not only inhibits this β-oxidation itself. It also inhibits the activity of acetic acid-utilizing methanogens.
[0033]
Based on such knowledge, in the first aspect of the present invention, it has been found that methane fermentation can be efficiently advanced by maintaining the concentration of free higher fatty acids in the methane fermentation tank at a value equal to or lower than a predetermined concentration. The object was achieved by monitoring and controlling the higher fatty acid concentration in the anaerobic treatment step.
[0034]
In order to confirm the higher fatty acid concentration, the higher fatty acid concentration in the methane fermenter is sequentially sampled and monitored. The method for monitoring the higher fatty acid concentration needs to adopt a technique that can cope with a high-speed decomposition reaction by enzymes or microorganisms because the purification apparatus is a system containing enzymes, enzyme-producing microorganisms, anaerobic microorganisms, and the like. For example, the neutral acid and fatty acid concentrations in the methane fermenter can be quickly monitored by a chemical acid value and saponification value measuring method using ethanolic caustic potash. In addition, a higher fatty acid labeling reagent such as Adam reagent (9-anthryldiazomethane, ADAM) is added to the sample to label the higher fatty acid, and a high-speed detector equipped with an ultraviolet absorption (UV) detector or a fluorescence (FL) detector. It is also possible to separate and quantify higher fatty acids using liquid chromatography (HPLC). This method is preferable from the viewpoint of rapid quantitative analysis because the higher fatty acid concentration can be easily analyzed in 1 to 2 hours per sample. Furthermore, extraction with an organic solvent capable of extracting lipids such as normal hexane / isopropanol, chloroform / methanol, acetone, ethers, etc., and neutral fat with a TLC (thin layer chromatography) / FID (flame ionization detector) analyzer. And higher fatty acids can be accurately quantitatively analyzed with a gas chromatograph analyzer. When this method is used, it takes about 1 day until the determination, but this is preferable in that the higher fatty acid concentration can be accurately grasped. Therefore, in the present invention, it is desirable to monitor the higher fatty acid concentration in the fermenter by appropriately combining the simple and rapid quantitative analysis method described above, the TLC / FID analysis method, and the gas chromatographic analysis method. . Furthermore, for example, in a reaction system in which it is known in advance that a specific higher fatty acid such as palmitic acid or stearic acid is prominently produced, it can be quickly obtained by using a chemical sensor or a microbial sensor that can specifically detect them. And easy monitoring is possible.
[0035]
In the method of the present invention, the preferred higher fatty acid concentration in the methane fermentation tank varies depending on the quality of raw water, the composition of higher fatty acid, the sludge concentration in the reaction tank, the type of anaerobic microorganisms, the methane fermentation treatment system, and the like. In the case of adopting a method in which pretreatment of reacting fat-containing wastewater or fat-containing waste with lipase is simultaneously performed in a methane fermentation tank, typically, the higher fatty acid concentration is 1000 mg / L or less, preferably 700 mg / L or less. Further, it is necessary to control the amount of the enzyme or the enzyme-producing microorganism so that it is maintained at 500 mg / L or less, most preferably 300 mg / L or less, and most preferably 250 mg / L or less. In addition, when the pretreatment is performed in a pretreatment tank separate from the methane fermentation tank and then treated wastewater or waste is introduced into the methane fermentation tank, the concentration of higher fatty acids in the fermentation tank after introduction into the methane fermentation tank Is maintained at 2000 mg / L or less, preferably 1000 mg / L or less, more preferably 500 mg / L or less, most preferably 300 mg / L or less, and most preferably 250 mg / L or less. The amount of addition is controlled. The higher fatty acids listed above are mainly those derived from vegetable oils such as soybean oil, sesame oil, coconut oil, and palm oil, and animal fats such as head and lard. On the other hand, in animal oils such as sheep oil, whale oil, fish oil and liver oil, higher fatty acids (C₂₀The above is likely to be the main higher fatty acid, and these long-chain higher fatty acids are more likely to inhibit the methane fermentation reaction. Therefore, it is desirable to maintain the concentration of the higher fatty acid at a value of about 1/10 or less. .
[0036]
In order to maintain the higher fatty acid concentration within the above range, the amount of lipase added to decompose fats and oils such as neutral fat may be adjusted in the first embodiment of the present invention. That is, the higher fatty acid concentration in the methane fermenter is sequentially monitored by the above-mentioned method. If the higher fatty acid concentration is lower than the appropriate value, the amount of lipase added is increased to hydrolyze fats and oils such as neutral fat. When the higher fatty acid concentration is higher than an appropriate value, the higher fatty acid concentration is decreased by decreasing the amount of lipase added or by temporarily suspending the higher fatty acid concentration. Therefore, the purification apparatus for carrying out the method according to the first aspect of the present invention further includes means for feeding back the measured higher fatty acid concentration value, determining the amount of lipase added, and adjusting this. More preferably.
[0037]
In order to maintain the higher fatty acid concentration, in addition to controlling the amount of lipase added as described above, treatment with various organisms including well water, tap water or activated sludge treatment is performed in the pretreatment step with lipase. It is also effective to adjust the higher fatty acid concentration by mixing and diluting with water.
[0038]
The methane fermentation of the present invention may be carried out in either a so-called intermediate temperature range of 30 to 45 ° C, preferably 30 to 40 ° C, or a so-called high temperature range of 45 to 70 ° C. However, if the methane fermenter is maintained in a high temperature range, the neutral fatty acid and the higher fatty acid decomposed and produced by the oil-degrading enzyme or the enzyme-producing microorganism are likely to disperse in the liquid and are susceptible to reaction by anaerobic microorganisms. It is also known that the inhibitory effect of higher fatty acids on methane fermentation is remarkably mitigated under high temperature conditions (Chuu Shun Hou, Lee Yuyu, Takashi Miyahara, Tatsuya Noike, et al., Japan Society of Civil Engineers, No.559 / VII- (See 2, 31-38, 1997; and Shuzo Tanaka, Kazuo Taku et al., Abstracts of the 42nd Annual Conference of the Japan Society of Civil Engineers, pages 868-869, September 1987)) . Therefore, from the viewpoint of performing anaerobic treatment efficiently while avoiding activity inhibition by higher fatty acids, a temperature range of 45 to 70 ° C, preferably 50 to 65 ° C, more preferably 50 to 60 ° C. It is preferable to perform an anaerobic treatment.
[0039]
Moreover, although the inside of the anaerobic reaction tank of this invention changes with kinds of the waste_water | drain to purify | clean and the kind of sludge to be used, it is preferable to maintain in pH 6-9 neutral-weakly alkaline range. This is because anaerobic microorganisms effectively decompose organic substances within such a range. That is, if the pH in the anaerobic reaction tank is too high (that is, if it is strongly alkaline), the fatty acid becomes soapy and decomposition by anaerobic microorganisms is difficult to proceed rapidly. Moreover, it is preferable to stir the anaerobic reaction tank so that the organic substance and the anaerobic microorganisms are uniformly and effectively in contact with each other. Therefore, it is more preferable that the purification system or the purification device for carrying out the method according to the present invention has a stirring means.
[0040]
The anaerobic treatment tank used in the method of the present invention can be filled with a microorganism holding carrier. As a method for binding a microorganism to a carrier, a binding method or a comprehensive method can be applied. In the microbial reaction in the anaerobic treatment of an oil-containing contaminant in the present invention, sand, quartz sand, activated carbon, ceramics, synthetic resin, plastic It is advantageous to form a biofilm by attaching microorganisms to the surface of particles such as beads, glass beads, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyurethane, polypropylene, sludge incineration ash, charcoal powder, coal ash fly ash. These holding carriers are roughly classified into a fixed bed and a fluidized bed depending on the form of existence in the anaerobic treatment tank and the flow state, but both types can be applied in the present invention. However, in the fixed bed type, clogging of the immobilized carrier and sludge floating due to excessive adhesion of oil and fat tends to be a problem, and in the fluid type, sludge peeling due to collision between carriers tends to be a problem. It is necessary to pay attention to raw water conditions such as concentration, raw water supply method during fermenter operation, organic load, sludge concentration and sludge properties. In determining these operating conditions, the operating conditions are determined in consideration of the raw water condition, the amount of water fluctuation, and the target treated water quality.
[0041]
The technical idea according to the first aspect of the present invention described above is to control the amount of higher fatty acid introduced into the anaerobic reaction system while suppressing the amount of enzyme added in the pretreatment system. In place of the method, by actively introducing anaerobic or aerobic microorganisms into the anaerobic reaction system, the decomposition of higher fatty acids in the anaerobic treatment process is also promoted, preventing the accumulation of higher fatty acids and stable. Anaerobic treatment can be achieved. That is, the second aspect of the present invention is a method for purifying oil-containing wastewater or oil-containing waste by an anaerobic treatment method, and produces a fat-degrading enzyme or its enzyme for neutral fats in the fat. A pretreatment that causes the microorganisms to act and decompose; and a treatment that anaerobically treats the pretreated waste water or waste, by introducing anaerobic or aerobic microorganisms into the anaerobic treatment step. The purification method is characterized by promoting the decomposition of higher fatty acids.
[0042]
As a method of introducing anaerobic or aerobic microorganisms into the anaerobic treatment process, acid sludge and methane fermentation sludge that flowed out from the anaerobic treatment process are returned to the anaerobic treatment tank, A method of returning concentrated sludge obtained by concentration by gravity sedimentation or mechanical concentration to an anaerobic treatment tank can be applied. In this sludge concentration step, sludge concentration / aggregation is achieved by adding 0.1 to 1.0% sludge coagulant such as polymer coagulant per SS (suspended solids) to the spilled sludge. Promoting techniques are also effective. In addition, as a mechanical concentration method, those used as a sludge dehydrator such as a centrifugal dehydrator or a screw press dehydrator can be applied. Further, when returning the dewatered sludge to a normal anaerobic treatment tank, there is no problem even if the sludge dehydrated by these dehydrators is charged. Furthermore, sludge can be kept at a high concentration in the methane fermentation tank by applying a process using a separation membrane such as a submerged membrane. For example, a separation membrane composite type methane fermentation system using a submerged membrane using a microfiltration membrane made of a polyethylene material is effective. In particular, high-temperature methane fermentation is advantageous for application of a separation membrane because the dispersibility of sludge is improved as compared with medium temperature.
[0043]
In addition, when adjusting the amount of microorganisms introduced into the anaerobic treatment system, it is also effective to use aerobic sludge such as surplus activated sludge at the same time. When the aerobic treatment tank is arranged, the aerobic microorganisms can be introduced into the anaerobic treatment system by returning the surplus activated sludge of the aerobic treatment tank to the anaerobic tank. This is because the unsaturated higher fatty acid is adsorbed on the sludge and effectively acts on the saturation reaction of the higher fatty acid. Furthermore, sludge mainly composed of surplus activated sludge acts as a nutrient source for microorganisms in anaerobic treatment, and is effective in improving the efficiency of digestion of fats and oils and promoting digestion. . In addition, in order to increase the effect as a nutrient source over the saturation reaction of higher fatty acids in the introduction of microorganisms, sludge such as surplus activated sludge is subjected to ultrasonic crushing, wet mill crushing, ball mill crushing, homogenizing crushing, heat treatment, high temperature It is also effective to introduce it into the anaerobic treatment step after performing physical and chemical crushing treatments typified by high-pressure treatment, acid or alkali treatment, ozone oxidation and the like.
[0044]
In the method according to the second aspect of the present invention, the higher fatty acid concentration / microorganism concentration in the anaerobic reaction system is introduced by introducing an anaerobic or aerobic microorganism into the anaerobic reaction system as described above. The ratio is preferably maintained at 0.4 or less by weight. Here, the microbial concentration can be expressed by VSS (volatile suspended solids), and in the following, in the meaning of “higher fatty acid concentration / microorganism concentration”, “higher fatty acid concentration / The term “VSS ratio” or “LFA (long-chain fatty acid) / VSS” is used as appropriate. The range of the higher fatty acid concentration / VSS ratio preferable in the anaerobic treatment step of the present invention varies depending on the type of raw water and the operation method of the anaerobic treatment. The target higher fatty acid is C₁₈In the following cases, the anaerobic treatment is preferably carried out at 0.5 or less, preferably 0.4 or less in the batch treatment method, and 0.2 or less, preferably 0.1 or less in the continuous treatment method. C₁₈In the case where a higher fatty acid having a longer chain is mainly used, the inhibitory action on microorganisms is further strengthened. Therefore, it is necessary to perform anaerobic treatment at a lower ratio than the above-mentioned LFA / VSS ratio, and preferably To about 1/3 to 1/5 of the value of. In the case of higher fatty acids that are longer than C18, the number of carbon atoms and the degree of unsaturation greatly affect the inhibitory action on microorganisms, so the LFA / VSS ratio is controlled according to their higher fatty acid composition. In the step of adjusting these ratios, the higher fatty acid concentration in the oil-containing wastewater is appropriately monitored by, for example, the method described above, and at the same time, the VSS concentration in the anaerobic treatment tank is grasped. Furthermore, neutral fat before being decomposed into higher fatty acids can form oil balls when accumulated in the methane fermentation tank, or block the equipment, piping, equipment, etc., impairing the methane fermentation process and microbial reaction. Therefore, it is desirable to perform anaerobic treatment at a neutral fat concentration to prevent these from being 1.5 g / L or less, preferably 0.7 g / L or less. The neutral fat / VSS value is 1.0 or less, preferably 0.5 or less in the batch processing method, and is 0.3 or less, preferably 0.2 or less in the continuous processing method. preferable. In addition, when neutral fat accumulates in the methane fermenter, neutral fat is decomposed and higher fatty acid production may occur rapidly, and higher fatty acid / VSS ratio increases, leading to inhibition of microbial reaction. Caution must be taken. VSS concentration in fat and oil-containing wastewater is measured by a gravimetric method (sewage test method, first volume-1997 edition, Japan Sewerage Association), as well as by sludge concentration meters such as optical, ultrasonic and microwave methods. Measurement methods can be used. Sludge densitometers that use infrared LEDs as the light source (for example, MLSS-2A, a submersible sludge densitometer made by Toa Denpa Kogyo Co., Ltd., ML-2 portable sludge densitometer made by Central Science Co., Ltd.) 52), microwave reflective sludge concentration meter (made by Meidensha Co., Ltd.), etc. can be used. In particular, the microwave reflection sludge densitometer has a wide sludge measurement concentration range of 0 to 10%, is less affected by sludge color and contained bubbles, and has excellent linearity and repeatability (No. 12 This is an effective measurement method for methane fermentation systems with high sludge concentration, EICA Research Presentation, EICA, Vol. 5, No. 2, 89-92, 2000). At present, the measurement method using a sludge densitometer measures the sludge concentration of organic and inorganic substances. Therefore, the accurate VSS measurement requires the VSS / in the target wastewater and its biological treatment process. It is desirable that correction values such as the SS ratio or the ash content (Ash content) / SS ratio are obtained in advance by a weight method or the like, and the values measured by the sludge densitometer are corrected and applied. Furthermore, a method of determining the amount of microorganisms (VSS concentration) by measuring the amount of DNA, RNA, and ATP contained in the microorganism can also be applied. If the higher fatty acid / VSS ratio is lower than the appropriate value, the higher the fatty acid / VSS ratio can be restored to an appropriate value by reducing the sludge return operation to lower the VSS. Furthermore, along with the reduction of the sludge return operation, it is possible to increase the amount of lipase added to the oil-containing wastewater to promote the hydrolysis of neutral fat and increase the higher fatty acid concentration. On the other hand, when the higher fatty acid / VSS ratio is higher than an appropriate value, the VSS is increased by performing the sludge return operation to the anaerobic treatment tank, and the higher fatty acid / VSS ratio is lowered, and lipase is added. The amount can be reduced or suspended. Therefore, the purification system or purification apparatus for carrying out the method according to the present invention feeds back the measured values of higher fatty acid concentration and VSS concentration, and determines the sludge return amount, raw water input amount, and lipase addition amount. It is more preferable to further have a means for adjusting this.
[0045]
Further, in the present invention, in order to make the anaerobic treatment reaction proceed more stably and efficiently, salts (for example, metal salts such as sulfates and phosphates) that activate the action of anaerobic microorganisms and nutrients ( For example, by adding citric acid, lactic acid, peptones, etc.) into the anaerobic reaction tank, it is possible to adjust the higher fatty acid concentration by promoting the β-oxidative degradation of the fatty acid itself. That is, when the higher fatty acid concentration is higher than an appropriate value, such salts or nutrients can be added to the anaerobic reaction tank to activate anaerobic microorganisms and promote β-oxidative degradation of higher fatty acids.
[0046]
Furthermore, in decomposing higher fatty acids, it is important to accelerate the β-oxidation reaction by microorganisms by dispersing oils and fats and higher fatty acids in waste water and waste as much as possible. For this purpose, it is effective to use bentonite or the like as an emulsifier or dispersant for fats and oils. Conventionally, the use of an emulsifier such as bentonite is considered effective in mesophilic methane fermentation treatment (for example, M. Beccari, M. Majone, C. Riccardi, F. Savarese and L. Torrisi: Integrated treatment of olive oil mill effluents: effect of chemical and physical pretreatment on anaerobic treatability, Water Science and Technology, Vol. 40, No. 1, pp.347-355, 1999). The effect of emulsification with bentonite has also been reported in high-temperature methane fermentation treatment of fat and oil-containing wastewater (I. Angelidaki, SP Petersen, and BK Ahring, Effects of lipids on thermophilic anaerobic digestion and reduction of lipid inhibition upon addition of bentonite, Applied Microbiology and Biotechnology, Vol.33, pp.469-472, 1990). However, according to the present invention, in the anaerobic treatment tank, the dispersibility of fats and oils is improved by methane fermentation in a high temperature range as compared with the case of medium temperature, but the fats and oils are decomposed into microorganisms that produce fat-degrading enzymes or their enzymes. The pretreatment for decomposing by acting as described above tends to deteriorate the dispersion of fats and oils under the treatment conditions where the load of fats and oils and higher fatty acids is high. Once higher fatty acids begin to accumulate, higher fatty acids extremely degrade the activity of microorganisms useful for anaerobic treatment, especially acetic acid-utilizing methanogenic bacteria and hydrogen-utilizing methanogenic bacteria. The lost higher fatty acid will be further accumulated, and eventually the methane production reaction will be stopped. Therefore, for wastewater / waste having a high oil content, the use of an emulsifier has a high effect of oil decomposition and enables stable treatment. In particular, in the present invention, the number of carbon atoms that are likely to exert an inhibitory action on microorganisms (C₁₈In order to prevent the adsorption of higher fatty acids to microorganisms and to promote the dispersion of higher fatty acids, an oil is added by adding an emulsifier in the step of adjusting the ratio of higher fatty acid concentration / microorganism concentration (VSS). To promote degradation. In this case, the addition method of the emulsifier may be added directly to the anaerobic treatment tank, or added when introducing anaerobic fermentation sludge or excess aerobic sludge generated from the aerobic process into the anaerobic treatment process. Also good. Moreover, as the emulsifier to be used, bentonite which is a mineral, saponin derived from microorganisms or plants, etc. are inexpensive and effective. On the other hand, sodium salt emulsifiers such as sodium alginate are often poorly emulsified and dispersed because sodium salts are easily adsorbed by microorganisms, and biodegradable emulsifiers are biodegradable as well as fats and oils. As a result, it is considered that the emulsifying action is lowered, so that care must be taken during use. The amount of these emulsifiers added is 0.01 to 10% in the volume ratio of the waste water, 0.01 to 5 g / g per n-hexane extract in the waste water, preferably 0.01 to 1 in the volume ratio of the waste water. %, 0.01-1.5 g / g per n-hexane extract in the waste water. In addition, since these addition amount changes with properties of fat-and-oil containing wastewater, the kind and presence state of fats and oils, the addition method of an additive, etc., the addition amount suitable for a processing method should be determined. In addition, as a guideline for the fat and oil content when using an emulsifier, the drainage / disposal of the normal hexane extract / BOD ratio is 10% or more, preferably 20% or more, more preferably 25% or more, and most preferably 30% or more. It is a thing. When adding an emulsifier, Ca (OH) as a pH adjuster₂Or CaCl₂It is also effective to use a calcium agent such as The effect of this calcium agent is to aggregate and remove excess higher fatty acids as well as pH adjustment.
[0047]
In addition, the physical dispersion and crushing treatment of fats and oils is also effective in place of the chemical dispersing action with emulsifiers. Especially in high-temperature methane fermentation, the dispersibility of fats and oils is higher than that of medium-temperature methane fermentation. Therefore, physical means have an effect. As such physical means, mixing / stirring treatment, ultrasonic crushing, homogenizing crushing and the like are effective in that a general mechanical device can be applied. It is also effective to use a combination of these physical means and emulsifier addition, which leads to a reduction in the amount of emulsifier added.
[0048]
The structural example of the apparatus which processes fats and oils containing waste_water | drain using this invention method is demonstrated with reference to FIGS.
FIG. 8 is a schematic diagram of a process for performing the anaerobic treatment of the fat and oil-containing wastewater by carrying out the method according to the first aspect of the present invention. The anaerobic treatment apparatus according to the present invention includes a pretreatment tank 3 that decomposes fats and oils such as neutral fat by adding fat-degrading enzymes or enzyme-producing microorganisms to fat-containing wastewater, and wastewater treated in the pretreatment tank. On the other hand, the methane fermentation tank 5 which performs a methane fermentation process is provided as an essential component. In addition, as mentioned above, a pretreatment tank and a methane fermentation tank can also be comprised with the same tank. In the treatment process, a raw water storage tank 2 for storing raw water and a storage tank 1 for storing an oil-degrading enzyme or an enzyme-producing microorganism can be provided. The raw water to which an enzyme or an enzyme-decomposing microorganism is added as required is subjected to a fat and oil decomposition reaction such as neutral fat in the pretreatment tank 3. If necessary, an emulsifier and a pH adjuster can be introduced into the reaction system from the storage tank 4 and / or a physical crushing process such as ultrasonic crushing can be performed in the pretreatment tank 3. The wastewater treated in the pretreatment tank is then sent to the methane fermentation tank 5. The methane fermentation tank 5 holds sludge containing methanogenic bacteria and the like, and methane fermentation treatment is performed here. In the processing apparatus according to the present invention, a measuring apparatus 20 for measuring the higher fatty acid concentration in the tank can be connected to the methane fermentation tank, and depending on the value of the higher fatty acid concentration monitored here, the enzyme Alternatively, the higher fatty acid concentration in the methane fermentation tank 5 can be maintained below a predetermined preferable range by controlling the introduction amount of the enzyme-producing microorganism or the introduction amount of the emulsifier by the valve 21. The wastewater treated in the methane fermentation tank can then be sent to the aerobic treatment tank 7 through the sludge storage tank 6 as necessary. Activated sludge is held in the aerobic treatment tank 7, and aerobic treatment is performed by the action of microorganisms contained in the activated sludge. In addition, the waste liquid discharged | emitted from the methane fermentation tank 5 can also be discharged | emitted as it is, and it can also utilize as liquid fertilizer. The aerobic treated waste water can then be subjected to a dewatering process in a sludge dewatering machine 10 after adding a flocculant in the sludge aggregation tank 9. The exhaust gas discharged from the methane fermentation tank 5 is methane, CO₂And iron sulfide (Fe (OH), for example)_Three) And the like, and after the treatment in the desulfurization tower 11, the digestion gas tank 12 can be used for applications such as gas boilers, digestion gas power generation, and fuel cells.
[0049]
Next, FIG. 9 is a schematic diagram of a process for carrying out the anaerobic treatment of oil-containing wastewater by carrying out the method according to the second aspect of the present invention. 8 is different from the process shown in FIG. 8 in that it has a line for returning anaerobic fermentation sludge from the sludge storage tank 6 and surplus aerobic sludge from the aerobic treatment tank to the methane fermentation tank 5. Similar to the apparatus shown in FIG. 8, the apparatus for measuring higher fatty acid concentration and VSS concentration in the tank can be connected to the methane fermentation tank 5, and the higher fatty acid / VSS ratio monitored here. Depending on the value of the sludge, the return amount of sludge, and if necessary, the introduction amount of the enzyme or the enzyme-producing microorganism or the introduction amount of the emulsifier may be controlled by the valve 21 and / or By applying a physical crushing process such as ultrasonic crushing in the treatment tank 3, the higher fatty acid / VSS ratio in the methane fermentation tank 5 can be maintained within a predetermined preferable range.
[0050]
FIG. 10 is a schematic diagram of a process for treating oil-containing wastewater according to still another embodiment of the present invention. In the process shown in FIG. 10, the microorganism holding carrier 13 is filled in the methane fermentation tank 5, thereby enabling methane fermentation to proceed more efficiently. In the embodiment using the microorganism holding carrier 13 as shown in FIG. 10, generally, the anaerobic microorganism concentration in the methane fermentation tank can be kept high, so that sludge return from the sludge storage tank 6 is usually necessary. is not. However, it is of course possible to provide a sludge return line from the sludge storage tank 6 as necessary.
[0051]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples. However, the present invention is not limited to these examples.
[0052]
In the examples of the present invention, lipase derived from bacteria having stability at 55 ° C. (100,000 U / g) (manufactured by Novo Nordisk Bioindustry) or lipase derived from Candida cylinndracea (360,000) U / g) (manufactured by Meito Sangyo Co., Ltd.) was used. 1 unit (U) is an enzyme that liberates 1 millimole of butyric acid from tributyrin per minute under certain standard conditions (pH 7.0, 30 ° C., 4.8% m / v tributyrin, 0.094% m / v gum arabic) Is the amount.
[0053]
For the enzyme pretreatment of the fat and oil-containing wastewater (raw water), lipase (4KU / L) was used and treated at 50 ° C. for 1 day. After the enzyme pretreatment, the wastewater was cooled and stored at 5 ° C.
The quantitative analysis of lipids and higher fatty acids carried out in the examples of the present invention was carried out by the following procedure. Oily and fat-containing waste water (raw water) or methane fermentation treatment liquid (5 ml) was extracted with an organic solvent (40 ml) of n-hexane / isopropanol (5: 3 (v: v)). Using the n-hexane extract (1.5 ml), Shimadzu gas chromatograph GC-17A type, FID detector, DB-FFAP (length 30 m, inner diameter 0.25 mm, film thickness 0.25 μm) capillary column for higher fatty acid Quantitative analysis was performed. The n-hexane extract (20 ml) was dried on an 80 ° C. hot plate, and the n-hexane extract concentration of the sample was calculated using the obtained dry weight. Furthermore, the dried n-hexane extract is redissolved with chloroform to a concentration of 5 mg / ml, developed and separated with Chromarod S-III, and quantitative analysis of total lipids is performed with a TLC / FID analyzer (Iatroscan TH-10). went.
[0054]
VSS is measured by the gravimetric method described in the General Sludge Test (Chapter 4) of "Sewage Test Method, Volume 1 -1997 Edition" (Japan Sewerage Association, issued on September 12, 1997). Went in the way.
[0055]
The methane gas composition in the generated gas was analyzed using an Active carbon 30/60 column with a GL Science Gas Chromatograph-320 type TCD detector.
Volatile fatty acid (VFA) is analyzed by high performance liquid chromatograph (Alma Optics ERC-8710, detector RI, column Shodex Ionpack KC-811, column temperature 60 ° C, mobile phase 0.1% phosphoric acid). did. COD_CrThe analysis was conducted by the closed-type reflux method according to the US Standard Method (18th Edition, 1992). For pH measurement, a pH composite electrode GST-5311C manufactured by Toa Denpa Kogyo Co., Ltd. and an automatic titrator AUT-301 type were used. The analysis of TS (total solids), VS (volatile solids), and SS (suspended solids) was in accordance with the sewage test method (1984 version).
[0056]
Example 1 and Comparative Example 1
Using sludge obtained by high-temperature (55 ° C) methane fermentation of raw garbage as seed sludge, high-temperature methane-fermented sludge acclimatized for three months with oil-containing wastewater from a food factory was prepared. Using this high-temperature methane fermentation sludge, a methane fermentation batch experiment was conducted on oil-containing wastewater. Table 1 shows the experimental conditions.
[0057]
[Table 1]

[0058]
In the system according to the present invention (Example 1), methane fermentation was performed under the condition that the free higher fatty acid concentration in the vial was controlled to about 400 mg / L by adding an appropriate amount (500 U / L) of lipase derived from bacteria. In this case, the higher fatty acid / MLVSS ratio was about 0.1.
[0059]
On the other hand, in Comparative Example 1-1, the amount of lipase added (1,000 U / L) was increased, the free higher fatty acid concentration in the vial was about 1100 mg / L, and methane under the condition where higher fatty acids were accumulated. A fermentation experiment was conducted. The higher fatty acid / MLVSS ratio was about 0.4 or greater.
[0060]
In Comparative Example 1-2, the amount of lipase added was further increased, the free higher fatty acid concentration in the vial was about 1400 mg / L, and a methane fermentation experiment was conducted under the condition where higher fatty acids further accumulated. The higher fatty acid / MLVSS ratio was about 0.5 or greater.
[0061]
In Comparative Example 1-3, a methane fermentation experiment was performed under conditions where neutral fats were not decomposed by addition to lipase and the free higher fatty acid concentration was not controlled.
These four types of batch culture experiments were carried out for 14 days, and their methanogenesis characteristics, lipid removal characteristics after completion of fermentation, and organic substance removal characteristics were examined. The results are shown in FIGS.
[0062]
FIG. 1 shows methane fermentation characteristics in a batch experiment system in which higher fatty acid concentration is adjusted. In the system according to the present invention (Example 1), it is understood that the methane fermentation reaction is almost completed in 6 days by controlling the higher fatty acid concentration to an appropriate amount. On the other hand, Comparative Example 1-1 resulted in the inhibition of the methane fermentation reaction due to the accumulation of higher fatty acids. The methane fermentation reaction started after the 6th day after the start of the experiment, and 14 days until the fermentation was completed. Cost. Further, Comparative Example 1-2 resulted from the inhibition of the methane fermentation reaction due to further accumulation of higher fatty acids, and the methane fermentation reaction started after the 14th day after the start of the experiment. Therefore, from these results, it was found that the period until completion of fermentation can be controlled by controlling the higher fatty acid concentration in the anaerobic reaction system.
[0063]
In addition, Comparative Example 1-3 is a result when neutral fat is not decomposed by lipase, the methane production reaction is extremely poor, and methane fermentation hardly progresses even after 14 days. Therefore, it has been found that when an oil-containing wastewater is subjected to anaerobic treatment, it is preferable to decompose neutral fat in advance with lipase or the like and then to perform methane fermentation treatment.
[0064]
FIG. 2 shows the lipid removal characteristics after 14 days of methane fermentation. The system (Example 1) according to the present invention in which neutral fat was decomposed with lipase and then subjected to methane fermentation treatment was able to remove 90% of lipid components. In contrast, in Comparative Example 1-1 and Comparative Example 1-2 in which higher fatty acids were accumulated at a high concentration, the removal of lipid components was 70% and 55%. In the case of Comparative Example 1-3 in which neutral fat was not decomposed with lipase, the removal of the lipid component was only 58%.
[0065]
FIG. 3 shows the organic matter removal characteristics after 14 days of methane fermentation treatment. In the present invention (Example 1) in which neutral fat is decomposed with lipase and methane fermentation is performed, COD_CrThe removal rate became a little less than 70%. On the other hand, Comparative Example 1-1 and Comparative Example 1-2 in which higher fatty acids are accumulated at a high concentration are COD._CrRemoval was 50% and 30%. On the other hand, Comparative Example 1-3 in which neutral fat was not decomposed by lipase was_CrThe removal rate was only 40%. Insoluble COD by adding lipase_CrThe decrease of the component was large.
[0066]
Example 2 and Comparative Example 2
The raw garbage high-temperature methane fermentation sludge and swine manure medium temperature methane fermentation sludge used in Example 1 were introduced into the methane fermentation reaction tank as seed sludge, and the fat and oil-containing wastewater from the food factory was used as raw water, and was continuously treated under the conditions shown in Table 2. The methane fermentation experiment was conducted for 3 months.
[0067]
[Table 2]

[0068]
In the present invention, while monitoring the neutral fat and higher fatty acid in the methane fermenter, lipase is added at 100 to 1000 U / L / day so that the higher fatty acid concentration is 300 mg / L or less, and the high temperature range of 55 ° C. A methane fermentation continuous experiment was conducted (Example 2-1). Moreover, methane fermentation was performed in the middle temperature range of 35 degreeC, controlling the higher fatty acid density | concentration in a fermenter like Example 2-1, and this was made into Example 2-2. As a comparative example, lipase was continuously added at a high temperature of 55 ° C. under the condition that a large amount of lipase was added at a concentration of 1000 to 2000 U / L · day and the higher fatty acid concentration in the methane fermentation reaction tank was accumulated at 1500 mg / L. An experiment was performed (Comparative Example 2-1). In addition, a methane fermentation continuous experiment was conducted at 55 ° C. without decomposing the neutral fat in the reaction tank and without adjusting the higher fatty acid concentration, and this was designated as Comparative Example 2-2. Table 3 shows the results obtained by continuously operating the reaction tank for 3 months and examining the processing performance of the methane fermentation for the fat and oil-containing wastewater of the food factory.
[0069]
[Table 3]

[0070]
When oil and fat-containing wastewater was continuously treated while controlling the higher fatty acid concentration in the methane fermentation tank to an appropriate amount, it was operated at a high temperature (55 ° C) (Example 2-1) and at a medium temperature (35 ° C). In both cases (Example 2-2), COD_CrThe removal rate was about 80%, the BOD removal rate was about 85%, and the removal rate of the n-hexane extract was about 94%, indicating that very effective purification progressed. Moreover, it turned out that the gas production | generation rate | velocity at the time of driving | running at high temperature (Example 2-1) is about twice as fast as the case of driving | running at medium temperature (Example 2-2). On the other hand, when a large amount of lipase is added and higher fatty acids in the methane fermentation tank accumulate (Comparative Example 2-1), COD_CrThe removal rate was about 30%, the BOD removal rate was about 40%, the removal rate of the n-hexane extract was about 25%, and almost no gas was produced. Further, in the case of Comparative Example 2-2 in which the higher fatty acid concentration is not adjusted without adding lipase, COD_CrThe removal rate was 40%, the BOD removal rate was about 45%, and the removal rate of the n-hexane extract was 38%. The production rate of methane gas was larger in the order of Example 2-1> Example 2-2> Comparative Example 2-2> Comparative Example 2-1.
[0071]
Example 3
In this example, tofu production wastewater (neutral fat 0.5 g / L) was used as the fat-containing wastewater. In the methane fermentation experiment, three series of fully mixed type methane fermentation apparatuses (effective volume 3.5 L) are used as fermentation tanks A to C, and high temperature methane fermentation sludge of raw garbage is used for the fermentation tanks A and B. For C, medium temperature methane fermentation sludge from pig manure was used as seed sludge, and methane fermentation experiments were conducted by a continuous treatment method. The operation state in each fermenter and the gas generation rate are shown in FIG. Moreover, the fluctuation | variation of the sludge density | concentration in each fermenter is shown in FIG. Furthermore, the fluctuation | variation of the ratio of fat (neutral fat, higher fatty acid, TG + LFA) and VSS in each fermenter is shown in FIG. Here, TG is triglyceride. About the fat and oil containing wastewater processed with fermenters B and C, as an enzyme pretreatment, it processed at 50 degreeC for 1 day using fat and oil-degrading enzyme (lipase, 4KU / L), and it cooled and preserve | saved at 5 degreeC after the enzyme treatment. . For the fat and oil-containing wastewater to be treated in the fermenter A, lipase pretreatment was not performed. Table 4 shows the properties of the raw wastewater to be treated in each tank. Table 5 shows the operating conditions for methane fermentation in each tank.
[0072]
[Table 4]

[0073]
[Table 5]

[0074]
In the methane fermentation operation, the fermenters A and B were fermented at 55 ° C. as high temperature methane fermentation, and the fermenters C were fermented at 35 ° C. as medium temperature methane fermentation. For fermenters A and B, from the 84th day of operation, for fermenter C from the 118th day of operation, add 1 ml / L of tofu waste oil to the raw water of the fermenter and increase the neutral fat to 1.5 g / L. The oil and fat loading conditions were set. Regarding the raw water flow rate, the fermenters A and C started operation at HRT = 16 days, and the fermenter B started at HRT = 15 days. The organic matter concentration in the oil and fat wastewater is the COD for lipase pretreated and non-lipase pretreated, respectively._CrIs relatively low with 2.0% and 2.3%; BOD 1.1% and 1.2%, while n-hexane extract / COD_CrThe ratio is 0.12 and 0.11, respectively, and the n-hexane extract / BOD ratio is 0.19 and 0.24, respectively. In addition to being difficult, the oil and fat decomposition performance is also poor. Then, about fermenter A, the BOD component (0.5% starch) which is easy to carry out methane fermentation was added to raw water, and the methane fermentation operation was started. For reaction tank B, the sludge flowing out from the methane fermentation tank from the 43rd day of operation is periodically centrifuged (3000 rpm, 5 minutes), and the precipitated sludge is returned to the fermentation tank, so that the bacteria in the tank Attempts were made to increase body concentration and keep the LFA / VSS ratio low.
[0075]
In fat and oil drainage (fermenter A) that has not been pretreated with lipase, by adding starch, stable methane fermentation treatment could be performed under conditions of low fat loading, but added tofu fried waste oil after the 84th day was added. Under the condition of increasing the oil load, the LFA / VSS ratio increased to 0.13 on day 104 (A in FIG. 6). Thereafter, the decomposition of neutral fat stopped and the gas generation rate decreased. On the 136th day, VFA accumulated to 2500 mg / L, so the raw water input was stopped. The sludge concentration in the fermenter was significantly reduced when methane fermentation was stopped (A in FIG. 5), and the LFA / VSS ratio was as low as 0.04, but the neutral fat / VSS ratio was 0.7. (A in FIG. 6). After that, when the sludge was returned from day 143 and the operation was resumed while maintaining the LFA / VSS ratio at 0.2 or less and the neutral fat / VSS ratio at 0.3 or less (A in FIG. 6), It was found that stable continuous operation was possible even under high oil load conditions (A in FIG. 4).
[0076]
In the fermenter B subjected to the lipase pretreatment, the LFA / VSS ratio was kept at 0.1 or less by starting the return of sludge from the 43rd day of operation (B in FIG. 6), even under high oil load conditions. An extremely stable continuous operation was possible (B in FIG. 4).
[0077]
Moreover, although the lipase pretreatment was performed, in the fermenter C in which the methane fermentation was performed at a medium temperature of 35 ° C., the oil effluent subjected to the lipase pretreatment was loaded on the HRT 16 days under the low fat load condition in which tofu waste oil was not added. The methane fermentation process could not be performed sufficiently. On the 87th day when the gas generation rate decreased, VFA accumulated in the fermenter at 3111 mg / L, and the input of raw water was stopped. At this time, the LFA / VSS ratio was 0.1 (C in FIG. 6). From this, it was considered that HRT requires 20 days or more in the case of medium temperature methane fermentation of fat and oil wastewater. And when HRT = 25 days on the 118th day and raw water input was resumed while adding 1 mL / L of waste oil, the LFA / VSS ratio rose to 0.16 on the 134th day (C in FIG. 6), VFA increased from 10 mg / L at the resumption of operation to 346 mg / L. Thereafter, the operation was continued, and the return of sludge was started from the 143rd day, and the operation of the fermenter was started while maintaining LFA / VSS at 0.1 or less._CrSince the load is lower than fermenters A and B, the gas generation rate is low, but stable organic organic decomposition and fat decomposition by anaerobic treatment were possible without accumulating LFA (Fig. 4). C).
[0078]
The average amount of methane generated during the continuous operation period from the 150th day to the 270th day of operation in each tank is 0.3 L / L · day for Fermenter A, 0.5 L / L · day for Fermenter B, and Fermentation The tank C was 0.1 L / L · day. Also, decomposed COD_CrThe amount of methane gas generated per fermenter is 0.27 L / g-decomposed COD in fermenter A_CrFermenter B is 0.32L / g-decomposed COD_CrFermenter C is 0.16L / g-decomposed COD_CrMet. From this, the fermenter B which performed the lipase pretreatment and performed the high temperature methane fermentation at 55 ° C. has the largest methane generation amount. Hereinafter, the methane generation amount is the high temperature methane fermentation at 55 ° C. without performing the lipase pretreatment. It turned out that it was the order of the fermenter A which performed the fermenter A and the lipase pretreatment which were performed, and the intermediate temperature methane fermentation was performed at 35 degreeC.
[0079]
The organic load in the continuous operation period from the 150th day of operation of the fermenter B (high temperature methane fermentation) and the fermenter C (medium temperature methane fermentation) is 1.5 g / L · day in the fermenter B and 0. 0 in the fermenter C. It was 8 g / L · day. The lipid load (n-hexane extract load) was 150 mg / L · day in Fermenter B and 91 mg / L · day in Fermenter C. From these results, it was found that high-temperature methane fermentation can be operated at higher organic load and lipid load than medium-temperature methane fermentation, and the amount of methane gas generated is large.
[0080]
Moreover, the residue in each methane fermenter was sampled regularly from the 146th day of operation, extracted with n-hexane, and the composition of the extract was quantitatively analyzed. The results are shown in FIG. From this, it was found that in the fermenter A that was not pretreated with lipase, a large amount of neutral fat remained in the fermenter. On the other hand, in the fermenter B and fermenter C pretreated with lipase, neutral fat was removed by 80% or more, and higher fatty acids were not accumulated. It has been found that pretreatment with lipase is effective in methane fermentation of fats and oils.
[0081]
From the above results, for stable operation of the methane fermenter, it is an extremely effective means to control the higher fatty acid concentration / microorganism concentration to a certain value or less by introducing microbial organisms by returning sludge. After the pretreatment with lipase, it was found that by performing high-temperature methane fermentation while controlling the LFA / VSS ratio by returning sludge, extremely excellent results were obtained in both methane generation and fat decomposition. Moreover, in mesophilic methane fermentation, although a very good value for methane generation was not obtained, it was found that stable operation is possible and oils and fats can be decomposed very well by performing methane fermentation together with sludge return.
[0082]
Examples 4-7, Comparative Example 3
In this example, the effect of the microorganism-retaining carrier in methane fermentation and the effect of adding an emulsifier and a pH regulator were examined. The same fat and oil-containing wastewater as in Example 3 was pretreated with lipase at 50 ° C. for 1 day, and a high-temperature methane fermentation experiment was performed by a continuous treatment method for 130 to 180 days. Table 6 shows the operating conditions and results of the continuous high-temperature methane fermentation experiment. As the wastewater treatment experiment apparatus, the system shown in FIG. 10 was used. However, the return line of the sludge to the methane fermentation tank 5 was installed not only from the aerobic treatment tank 7 but also from the sludge treatment tank 6. Sodium alginate (300 to 400 cP) and bentonite were used as the emulsifier, calcium hydroxide was used as the pH adjuster, and the system was charged into the system from the emulsifier storage tank and the pH adjuster storage tank 4, respectively. In addition, the addition amount of the emulsifier and the pH regulator was 0.01% in terms of the volume ratio of the wastewater, and 0.04 g / g per n-hexane extract in the wastewater. All the reagents used were special grade reagents manufactured by Wako Pure Chemical Industries. In Examples 4 and 5, an upward flow type anaerobic treatment tank in which a filler made of polypropylene resin was packed as the microorganism holding carrier 13 in the methane fermentation tank 5 was used. The shape of the filler was 30 mmφ × 60 mmH, and the porosity was 90%. The effluent from the methane fermentation tank 5 was subjected to an aerobic treatment in an aerobic treatment tank 7 through a sludge storage tank 6. In the aerobic treatment tank 7, the activated sludge collected from the batch activated sludge plant of the confectionery factory wastewater (organic load 0.2g-BOD / g-MLSS / day during operation, activated sludge suspended solids: MLSS = 3500mg / L, Activated sludge settling rate: SV₃₀= 42%) The activated sludge was used as seed sludge, and the aerobic treatment of the drainage was performed while aeration was performed. In Examples 6 and 7, methane fermentation sludge flowing out from the sludge storage tank 6 and surplus activated sludge flowing out from the aerobic treatment tank 7 are centrifuged (3000 rpm, 5 minutes) to ferment the precipitated sludge. Returned to tank 5. By periodically sampling the residue in the methane fermenter 5 and analyzing it with the analyzer 20, the BOD removal rate, COD_CrThe removal rate, VTS (volatile total solids) removal rate, and higher fatty acid removal rate were calculated. Table 6 shows the average value of each removal rate. The excess sludge discharged from the sludge treatment tank 6 and the aerobic treatment tank 7 is added with a polymer flocculant (Ebagulose LDC-300) as a flocculant from the flocculant storage tank 8, and the sludge is coagulated in the sludge flocculant tank 9. After that, it was dehydrated with a screw press type sludge dehydrator 10. The properties of the dehydrated filtrate and dehydrated sludge were analyzed.
[0083]
The amount of gas generated from the methane fermenter was measured with a wet gas meter WE Da-0.5B manufactured by Shinagawa, and a part of the gas sample was collected and analyzed by gas chromatography TCD. And for the generated gas other than the analytical sample, pellet-like iron hydroxide (Fe (OH)_Three) To remove hydrogen sulfide in the gas.
[0084]
[Table 6]

[0085]
From the results shown in Table 6 above, when the Example 4 in which the microorganism-retaining carrier was filled in the methane fermentation tank and the Example 6 in which the methane fermentation sludge was returned without filling the carrier were compared, the digestion gas generation rate and the organic matter treatment were compared. Since the performance was almost the same in both cases, the effect of using the microorganism-supporting carrier in the methane fermentation tank was demonstrated. In addition, the effect of increasing the concentration of sludge is that the sludge is retained at a high concentration in any of the digestion gas generation rate, organic matter treatment performance, and sludge dewatering performance as compared with Examples 6 and 7 and Comparative Example 3. In this case (Examples 6 and 7), good treatment results were obtained, indicating the effect. Further, the effect of adding the emulsifier and the pH adjuster is different from that of the return sludge, but compared with Example 6 and Example 7, particularly in terms of digestion gas generation rate and organic matter treatment performance, the emulsifier and pH. Effective results were obtained when regulators were added, indicating the effect of their addition.
[0086]
Sludge flocculant addition rate and dehydrated sludge moisture content are also indicators of sludge properties. When organic wastewater containing almost no oil or fat is normally biologically treated, the sludge flocculant addition rate is usually 0.5 to 0.7% (vs. SS ratio), and the dewatered sludge moisture content is Although it depends, it is said that it is about 78 to 80%. On the other hand, if the fats and oils remain in the sludge without being decomposed, the sludge coagulant ability by the sludge coagulant decreases, so the sludge coagulant addition rate increases and the sludge coagulant capacity is poor. Water content also increases.
[0087]
Similarly, the dehydrated filtrate property is an index indicating sludge properties, and the SS value increases because fine sludge (SS) that could not be aggregated due to a decrease in sludge coagulation ability due to oil and fat flows out to the dehydrated filtrate side, Along with this, the BOD value also increases.
[0088]
The digestion gas composition indicates methane fermentation performance. When the organic matter decomposition rate is reduced by methane fermentation, digestion gas generation rate and methane gas content rate are lowered because of indigestion of microorganisms. The digestion gas generation rate varies depending on the target waste water and the operation method, but the methane gas content is about 60 to 68% in the case of normal methane fermentation treatment in a single tank type.
[0089]
【The invention's effect】
According to the present invention, fats and oils in an anaerobic reaction tank are decomposed by enzymes or enzyme-producing microorganisms, and the fats and oils are contained in a high temperature range of 45 to 70 ° C. while adjusting the concentration of higher fatty acids as decomposition products to a predetermined level or less By purifying wastewater or waste, it became possible to purify wastewater with high efficiency. Furthermore, since organic substances are decomposed by anaerobic organisms, they can be recovered as biogas (especially methane), which makes it possible to significantly improve energy recovery efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing characteristics of methane fermentation by adjusting higher fatty acid concentration.
FIG. 2 is a graph showing the lipid removal characteristics of methane fermentation by adjusting the higher fatty acid concentration.
FIG. 3 is a graph showing the organic matter removal characteristics of methane fermentation by adjusting the higher fatty acid concentration.
FIG. 4 is a graph showing the gas production rate by the continuous operation of methane fermentation performed in Example 3.
FIG. 5 is a graph showing the sludge concentration in the fermenter in the continuous operation of methane fermentation performed in Example 3.
6 is a graph showing a change in the ratio of fat in the fermenter (neutral fat, higher fatty acid, TG + LFA) and VSS in the continuous operation of methane fermentation performed in Example 3. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing the analysis result of residues in the fermenter in the continuous operation of methane fermentation performed in Example 3.
FIG. 8 is a flowchart showing an outline of an anaerobic treatment process for fat-and-oil-containing wastewater using the method according to one embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a flowchart showing an outline of an anaerobic treatment process for fat-and-oil-containing wastewater using a method according to another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart showing an outline of an anaerobic treatment process for fat-containing wastewater using a method according to still another embodiment of the present invention.

Claims (8)

油脂含有排水あるいは油脂含有廃棄物を嫌気性処理法にて浄化する方法であって、油脂を油脂分解酵素またはその酵素を生成する微生物体と作用させて分解する前処理を行い、前記前処理した排水あるいは廃棄物を嫌気性処理する工程に導入して、嫌気性若しくは好気性の微生物体を該嫌気性処理工程に導入し、嫌気性処理工程から採取したサンプルの高級脂肪酸濃度／微生物体濃度の比率値を求め、該比率値をフィードバックして、嫌気性処理工程に導入する嫌気性若しくは好気性の微生物体の量を調節することを特徴とする、前記浄化方法。It is a method of purifying fat-containing wastewater or fat-containing waste by an anaerobic treatment method, and pretreating the fat by acting with a fat-degrading enzyme or a microorganism producing the enzyme, and performing the pretreatment Introducing wastewater or waste into the anaerobic treatment process, introducing anaerobic or aerobic microorganisms into the anaerobic treatment process, and collecting the higher fatty acid concentration / microorganism concentration of the sample collected from the anaerobic treatment process The said purification method characterized by calculating | requiring a ratio value and feeding back this ratio value and adjusting the quantity of the anaerobic or aerobic microorganisms introduce | transduced into an anaerobic treatment process. 前記嫌気反応系内の高級脂肪酸濃度／微生物体濃度の比率を、重量比で０．４以下に保持するように、高級脂肪酸並びに前記嫌気性若しくは好気性の微生物の導入量を調節する工程を含む請求項１に記載の方法。A step of adjusting the amount of higher fatty acid and the anaerobic or aerobic microorganism introduced so that the ratio of higher fatty acid concentration / microorganism concentration in the anaerobic reaction system is maintained at 0.4 or less by weight. The method of claim 1 . 嫌気性処理工程から排出される排液を更に好気性処理にかける工程を更に含む請求項１又は２に記載の方法。The method according to claim 1 , further comprising a step of subjecting the effluent discharged from the anaerobic treatment step to an aerobic treatment. 嫌気性処理工程から流出した嫌気発酵汚泥の一部、及び／又は、好気性処理工程から発生する余剰の好気性汚泥を、嫌気性処理工程に戻すことによって、嫌気性処理工程に嫌気性若しくは好気性の微生物体を導入する請求項１〜３のいずれかに記載の方法。By returning a part of the anaerobic fermentation sludge flowing out from the anaerobic treatment process and / or surplus aerobic sludge generated from the aerobic treatment process to the anaerobic treatment process, the anaerobic treatment process is anaerobic or favorable. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein a temperate microorganism is introduced. 嫌気性処理工程を４５〜７５℃の温度で行う請求項１〜４のいずれかに記載の方法。The method in any one of Claims 1-4 which perform an anaerobic treatment process at the temperature of 45-75 degreeC. 嫌気性処理工程を、微生物保持担体を充填した嫌気性処理槽内で行う請求項１〜５のいずれかに記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the anaerobic treatment step is performed in an anaerobic treatment tank filled with a microorganism holding carrier. 油脂含有排水あるいは油脂含有廃棄物に乳化剤を添加するか、及び／又は油脂含有排水あるいは油脂含有廃棄物を超音波処理、破砕処理などの物理的手段にかけることによって、油脂分解を促進することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方法。 Improve fat and oil decomposition by adding emulsifiers to fat-containing wastewater or fat-containing waste and / or subjecting oil-containing wastewater or fat-containing waste to physical means such as ultrasonic treatment and crushing treatment. 7. A method according to any one of claims 1-6. 油脂含有排水あるいは油脂含有廃棄物を嫌気性処理にて浄化するための処理装置であって、油脂含有排水あるいは油脂含有廃棄物に、油脂を分解する油脂分解酵素または該酵素を生成する微生物体を添加して、油脂を油脂分解酵素により分解する前処理槽と；前記前処理した排水あるいは廃棄物を投入し、これを嫌気性処理するための嫌気反応槽と；を具備し、更に、嫌気反応系に嫌気性若しくは好気性の微生物体を加える手段と；嫌気反応槽から採取したサンプルの高級脂肪酸濃度及び微生物体濃度とを測定する手段と；測定されたサンプルの高級脂肪酸濃度／微生物体濃度の比率値をフィードバックして、嫌気反応系に加える嫌気性若しくは好気性の微生物体の量を調節する手段と；を含むことを特徴とする、前記装置。An apparatus for purifying fat-containing wastewater or fat-containing waste by anaerobic treatment, wherein fat-containing wastewater or fat-containing waste is treated with an oil-degrading enzyme that decomposes fats or oils or a microorganism that produces the enzyme And a pretreatment tank for decomposing the fats and oils with an oil-degrading enzyme; and an anaerobic reaction tank for introducing the pretreated waste water or waste and anaerobically treating it. Means for adding anaerobic or aerobic microorganisms to the system; means for measuring the higher fatty acid concentration and microbial concentration of the sample collected from the anaerobic reactor; and the higher fatty acid concentration / microbe concentration of the measured sample Means for feeding back the ratio value and adjusting the amount of anaerobic or aerobic microorganisms added to the anaerobic reaction system.

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