アルコール生成方法および脱水システム

【課題】従来は埋立処分・焼却処分されていた有機性汚泥をアルコールの原料として有効活用するアルコール生成方法を提供する。
【解決手段】微生物を含有する有機性汚泥からアルコールを生成する。具体的には、圧送装置を用いて、汚泥に含まれる気体成分を脱気しつつ該汚泥をフィルタープレスに圧送し、前記圧送装置から送られた汚泥をフィルタープレスにて加圧脱水する。加圧脱水の過程では、圧送装置からの圧力により、汚泥に含まれる微生物細胞の細胞壁を圧壊させてその細胞質が溶出可能な状態にする。そして、フィルタープレスで得られた脱水ケーキを粉砕した後これに対して殺菌処理を施し、殺菌済みの粉砕脱水物に含まれる細胞質成分を麹菌を用いて糖化し、さらに酵母を用いてアルコール発酵させる。これにより汚泥からアルコールを生成することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物を含有する有機性汚泥からアルコールを生成する方法、及びこの方法で用いる脱水システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、工場や下水処理場から排出される下水／排水は、主に微生物を利用した生物的処理法で処理されているが、この処理法から発生する大量の余剰汚泥は、焼却または埋立処分されている。しかし、最近では焼却によるダイオキシンの発生や埋立処分場確保が困難になってきており、汚泥処理は深刻な社会問題になってきている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで上述した問題点に鑑み、本発明の目的は、従来埋立処分・焼却処分されていた有機性汚泥をアルコールの原料として有効活用するアルコール生成方法を提供し、地球規模での環境改善を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このような目的は、特許請求運範囲記載のアルコール生成方法および脱水システムによって達成される。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、汚泥に含まれる気体成分は圧送過程で脱気（排気）されるので、フィルタープレスの濾室に対して汚泥を高密度で圧送・充填することができる。その結果、気泡や空気溜りによるクッション作用が働くことはほとんどなく、圧送装置からの圧力が、濾室内の汚泥にほぼそのまま伝達されることになる。
そして、フィルタープレスの各濾室が汚泥で満たされると、圧送装置からの圧力により脱水が始まり、脱水の初期においては汚泥中の水分（微生物の周囲にある水分）が脱水される。続いて、汚泥中の微生物細胞同士が密接して互いを押しつぶすように状態になり、最終的に細胞壁が互いの押圧力により圧壊して、その内部の細胞質が溶出可能になる。このような脱水処理を所定時間・所定圧力で行うことにより、微生物周囲にあった水分が十分に脱水され、かつ、細胞質成分をそのまま含有する脱水ケーキが形成される。
このようにして得られた脱水ケーキ内では、細胞壁がすでに破壊されているため、微生物細胞の内部にあった細胞質成分が溶出している。そこで、この脱水ケーキを高温蒸気で殺菌した後、麹菌を用いて細胞質成分を糖化し、続いて、酵母を用いてアルコール発酵させる。これによりアルコールが生成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明のアルコール生成方法および脱水システムは、添付図面に示すとおりの以下の形態を有している。
【０００７】
［アルコール生成方法］
本発明は、微生物を含有する有機性汚泥からアルコールを生成する方法であって、
圧送装置を用いて、汚泥に含まれる気体成分を脱気（排気）しつつ該汚泥をフィルタープレスに圧送し、
前記圧送装置から送られた汚泥をフィルタープレスにて加圧脱水し、その際、汚泥に含まれる微生物細胞の細胞壁（細胞膜）を加圧破壊してその細胞質が溶出可能な状態にし、
前記フィルタープレスで得られた脱水物（脱水ケーキ）に対して殺菌処理を施し、
殺菌済みの前記脱水物に含まれる細胞質成分をアルコール発酵させることを特徴とする。
【０００８】
また別の態様において、本発明は、微生物を含有する有機性汚泥からアルコールを生成する方法であって、
圧送装置を用いて、汚泥に含まれる気体成分を脱気（排気）しつつ該汚泥をフィルタープレスに圧送して、フィルタープレスの濾板間に形成される濾室に該汚泥を充填し、
前記濾室内に充填された汚泥を前記圧送装置からの圧力によって加圧脱水し、その際、汚泥に含まれる微生物細胞の細胞壁（細胞膜）を加圧破壊してその細胞質が溶出可能な状態にし、
前記フィルタープレスで得られた脱水物（脱水ケーキ）に対して殺菌処理を施し、
殺菌済みの前記脱水物に含まれる細胞質成分をアルコール発酵させることを特徴とする。
【０００９】
上記の場合において、前記汚泥は活性汚泥（余剰汚泥）である。
【００１０】
なお、前記フィルタープレスによる加圧脱水処理に先立って、汚泥を予備脱水しておくことが好ましい。
【００１１】
また、前記フィルタープレスによる加圧脱水処理に先立って、汚泥をミキシングしておくことが好ましい。
【００１２】
また、前記フィルタープレスによる加圧脱水処理に先立って、汚泥に凝集剤を添加しておくことが好ましい。
【００１３】
また、前記脱水物の含水率が５０％以下になるように、前記フィルタープレスにおいて加圧脱水を施すことが好ましい。
【００１４】
また、前記脱水物の含水率が３０〜４５％程度になるように、前記フィルタープレスにおいて加圧脱水を施すことことが好ましい。
【００１５】
また、前記アルコール発酵に先立って、前記脱水物に含まれる細胞質成分（タンパク質等）を糖化させることが好ましい。。
【００１６】
また、アルコール発酵させた前記脱水物を圧搾してアルコールを搾り出すことが好ましい。
【００１７】
［脱水システム］
また別の本発明は、有機性汚泥からアルコールを生成するために用いられる脱水システムであって、
圧締された状態で隣接する濾板間に濾室を形成するようになっている複数の濾板を備えており、アルコールの原料となる汚泥を脱水処理するためのフィルタープレスと、
汚泥に含まれる気体成分を脱気（排気）しながら該汚泥をフィルタープレスに圧送するとともに、濾室に充填された汚泥に含まれる微生物細胞の細胞壁（細胞膜）を圧壊させるための圧送装置と、を有していることを特徴とする。
【００１８】
この場合、前記フィルタープレスの各濾室は、厚さ６〜８ｍｍ程度の脱水ケーキが形成される寸法を有していることが好ましい。
【００１９】
また、前記圧送装置は、
汚泥を一時的に収容するための圧送室を有する圧力容器と、
前記圧送室に収容された汚泥を加圧するための加圧手段（例えば油圧シリンダ）と、
圧力容器の外部から前記圧送室に汚泥を投入するための投入口と、
前記加圧体が加圧方向に作動した際に、前記フィルタープレスへ向けて汚泥を前記圧送室から吐出させるための吐出口と、を有しており、
前記圧力容器には、前記圧送室と圧力容器の外部との間を連通する切れ込みが形成されており、
当該切れ込み（スリット）には、前記汚泥を濾過するための濾過部材（例えば濾布，スポンジなど）が埋設されており、
前記加圧手段が加圧方向に作動した際には、圧送室内の圧力の上昇に伴って、当該圧送室に収容された汚泥に含まれる気体成分が、前記切れ込み内の濾過部材を介して外部へ排気されるとともに、当該汚泥の液体成分及び固体成分が、前記吐出口から吐出されるようになっていることが好ましい。
【００２０】
また、前記圧送装置は、
汚泥を一時的に収容するための圧送室を有する圧力容器と、
前記圧送室に収容された汚泥を加圧するための加圧手段（例えば油圧シリンダ）と、
圧力容器の外部から前記圧送室に汚泥を投入するための投入口と、
前記加圧体が加圧方向に作動した際に、前記フィルタープレスへ向けて汚泥を前記圧送室から吐出させるための吐出口と、を有しており、
前記圧力容器には、前記圧送室に収容された汚泥に含まれる気体成分を外部へ排気するための脱気手段が形成されており、
当該脱気手段は、前記汚泥を濾過するための濾過部材（例えば濾布，スポンジなど）を含んで構成されており、
前記加圧手段が加圧方向に作動した際には、圧送室内の圧力の上昇に伴って、当該圧送室に収容された汚泥に含まれる気体成分が、前記脱気手段の濾過部材を介して外部へ排気されるとともに、当該汚泥の液体成分及び固体成分が、前記吐出口から吐出されるようになっていることが好ましい。
【００２１】
また、前記圧送装置は、
汚泥を一時的に収容するための圧送室と；
前記圧送室に収容された汚泥を加圧するための加圧手段（例えば油圧シリンダ）と；
一端が前記圧送装置に接続されており、前記容器からの汚泥を前記圧送室に投入させるための送給管と；
一端が前記圧送装置に接続されており、前記圧送装置によって圧送された汚泥が前記フィルタープレスへ向けて流動するようになっている圧送管と；
一端が前記圧送装置に接続されており、排気口を有し、圧送室内にある汚泥の気体成分をシステム外部へ放出させるための脱気管と；
前記送給管に設けられ、該送給管における汚泥の流れを制御するための第１の制御弁と；
前記圧送管に設けられ、該圧送管における汚泥の流れを制御するための第２の制御弁と；
前記脱気管に設けられており、一方と他方の間で脱気チャンバーを構成するための一組の制御弁であって、圧送装置寄りに配置された第３の制御弁と、排気口寄りに配置された第４の制御弁とを含むものと；を有しており、
前記加圧手段が加圧方向に作動する際（及び作動している間）には、
第１の制御弁を閉弁して、圧送室内の汚泥が容器へ向けて逆流しないようにし、
第２の制御弁を開弁して、加圧された汚泥が圧送管へ送出されるようにし、
第３の制御弁を開弁して、汚泥の気体成分が第３の制御弁と第４の制御弁との間の脱気チャンバーに進入できるようにし、
第４の制御弁を閉弁して、第３の制御弁を通過した気体成分を脱気チャンバー内に閉じ込めるようにし；
前記加圧手段が反加圧方向に作動する際（及び作動している間）には、
第１の制御弁を開弁して、容器からの汚泥が圧送室に進入できるようにし、
第２の制御弁を閉弁して、圧送管内の汚泥が圧送室へ向けて逆流しないようにし、
第３の制御弁を閉弁して、脱気チャンバー内に閉じ込められた気体成分が圧送室へ向けて逆流しないようにし、
第４の制御弁を開弁して、脱気チャンバー内にある気体成分をシステム外に放出させることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の実施形態を示す図である。
【図３】本発明の実施形態を示す図である。
【図４】本発明の実施形態を示す図である。
【図５】本発明の実施形態を示す図である。
【図６】本発明の実施形態を示す図である。
【図７】本発明の実施形態を示す図である。
【図８】本発明の実施形態を示す図である。
【図９】本発明の実施形態を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態を示す図である。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物を含有する有機性汚泥からアルコールを生成する方法であって、
圧送装置を用いて、汚泥に含まれる気体成分を脱気（排気）しつつ該汚泥をフィルタープレスに圧送し、
前記圧送装置から送られた汚泥をフィルタープレスにて加圧脱水し、その際、汚泥に含まれる微生物細胞の細胞壁（細胞膜）を加圧破壊してその細胞質が溶出可能な状態にし、
前記フィルタープレスで得られた脱水物（脱水ケーキ）に対して殺菌処理を施し、
殺菌済みの前記脱水物に含まれる細胞質成分をアルコール発酵させる
ことを特徴とするアルコール生成方法。
【請求項２】
微生物を含有する有機性汚泥からアルコールを生成する方法であって、
圧送装置を用いて、汚泥に含まれる気体成分を脱気（排気）しつつ該汚泥をフィルタープレスに圧送して、フィルタープレスの濾板間に形成される濾室に該汚泥を充填し、
前記濾室内に充填された汚泥を前記圧送装置からの圧力によって加圧脱水し、その際、汚泥に含まれる微生物細胞の細胞壁（細胞膜）を加圧破壊してその細胞質が溶出可能な状態にし、
前記フィルタープレスで得られた脱水物（脱水ケーキ）に対して殺菌処理を施し、
殺菌済みの前記脱水物に含まれる細胞質成分をアルコール発酵させる
ことを特徴とするアルコール生成方法。
【請求項３】
前記汚泥が活性汚泥（余剰汚泥）であることを特徴とする請求項１又は２記載のアルコール生成方法。
【請求項４】
前記フィルタープレスによる加圧脱水処理に先立って、汚泥を予備脱水しておくことを特徴とする請求項１又は２記載のアルコール生成方法。
【請求項５】
前記フィルタープレスによる加圧脱水処理に先立って、汚泥をミキシングしておくことを特徴とする請求項１又は２記載のアルコール生成方法。
【請求項６】
前記フィルタープレスによる加圧脱水処理に先立って、汚泥に凝集剤を添加しておくことを特徴とする請求項１又は２記載のアルコール生成方法。
【請求項７】
前記脱水物の含水率がおよそ３０〜４５％程度になるように、前記フィルタープレスにおいて加圧脱水を施すことを特徴とする請求項１又は２記載のアルコール生成方法。
【請求項８】
前記脱水物の含水率がおよそ４０％以下になるように、前記フィルタープレスにおいて加圧脱水を施すことを特徴とする請求項１又は２記載のアルコール生成方法。
【請求項９】
前記アルコール発酵に先立って、前記脱水物に含まれる細胞質成分（タンパク質等）を糖化させることを特徴とする請求項１又は２記載のアルコール生成方法。
【請求項１０】
アルコール発酵させた前記脱水物を圧搾してアルコールを搾り出すことを特徴とする請求項１又は２記載のアルコール生成方法。
【請求項１１】
有機性汚泥からアルコールを生成するために用いられる脱水システムであって、
圧締された状態で隣接する濾板間に濾室を形成するようになっている複数の濾板を備えており、アルコールの原料となる汚泥を脱水処理するためのフィルタープレスと、
汚泥に含まれる気体成分を脱気（排気）しながら該汚泥をフィルタープレスに圧送するとともに、濾室に充填された汚泥に含まれる微生物細胞の細胞壁（細胞膜）を圧壊させるための圧送装置と、を有していることを特徴とする脱水システム。
【請求項１２】
前記フィルタープレスの各濾室は、厚さ６〜８ｍｍ程度の脱水ケーキが形成される寸法を有していることを特徴とする請求項１１記載の脱水システム。
【請求項１３】
前記圧送装置は、
汚泥を一時的に収容するための圧送室を有する圧力容器と、
前記圧送室に収容された汚泥を加圧するための加圧手段（例えば油圧シリンダ）と、
圧力容器の外部から前記圧送室に汚泥を投入するための投入口と、
前記加圧体が加圧方向に作動した際に、前記フィルタープレスへ向けて汚泥を前記圧送室から吐出させるための吐出口と、を有しており、
前記圧力容器には、前記圧送室と圧力容器の外部との間を連通する切れ込みが形成されており、
当該切れ込み（スリット）には、前記汚泥を濾過するための濾過部材（例えば濾布，スポンジなど）が埋設されており、
前記加圧手段が加圧方向に作動した際には、圧送室内の圧力の上昇に伴って、当該圧送室に収容された汚泥に含まれる気体成分が、前記切れ込み内の濾過部材を介して外部へ排気されるとともに、当該汚泥の液体成分及び固体成分が、前記吐出口から吐出されるようになっていることを特徴とする請求項１１記載の脱水システム。
【請求項１４】
前記圧送装置は、
汚泥を一時的に収容するための圧送室を有する圧力容器と、
前記圧送室に収容された汚泥を加圧するための加圧手段（例えば油圧シリンダ）と、
圧力容器の外部から前記圧送室に汚泥を投入するための投入口と、
前記加圧体が加圧方向に作動した際に、前記フィルタープレスへ向けて汚泥を前記圧送室から吐出させるための吐出口と、を有しており、
前記圧力容器には、前記圧送室に収容された汚泥に含まれる気体成分を外部へ排気するための脱気手段が形成されており、
当該脱気手段は、前記汚泥を濾過するための濾過部材（例えば濾布，スポンジなど）を含んで構成されており、
前記加圧手段が加圧方向に作動した際には、圧送室内の圧力の上昇に伴って、当該圧送室に収容された汚泥に含まれる気体成分が、前記脱気手段の濾過部材を介して外部へ排気されるとともに、当該汚泥の液体成分及び固体成分が、前記吐出口から吐出されるようになっていることを特徴とする請求項１１記載の脱水システム。
【請求項１５】
前記圧送装置は、
汚泥を一時的に収容するための圧送室と；
前記圧送室に収容された汚泥を加圧するための加圧手段（例えば油圧シリンダ）と；
一端が前記圧送装置に接続されており、前記容器からの汚泥を前記圧送室に投入させるための送給管と；
一端が前記圧送装置に接続されており、前記圧送装置によって圧送された汚泥が前記フィルタープレスへ向けて流動するようになっている圧送管と；
一端が前記圧送装置に接続されており、排気口を有し、圧送室内にある汚泥の気体成分をシステム外部へ放出させるための脱気管と；
前記送給管に設けられ、該送給管における汚泥の流れを制御するための第１の制御弁と；
前記圧送管に設けられ、該圧送管における汚泥の流れを制御するための第２の制御弁と；
前記脱気管に設けられており、一方と他方の間で脱気チャンバーを構成するための一組の制御弁であって、圧送装置寄りに配置された第３の制御弁と、排気口寄りに配置された第４の制御弁とを含むものと；を有しており、
前記加圧手段が加圧方向に作動する際（及び作動している間）には、
第１の制御弁を閉弁して、圧送室内の汚泥が容器へ向けて逆流しないようにし、
第２の制御弁を開弁して、加圧された汚泥が圧送管へ送出されるようにし、
第３の制御弁を開弁して、汚泥の気体成分が第３の制御弁と第４の制御弁との間の脱気チャンバーに進入できるようにし、
第４の制御弁を閉弁して、第３の制御弁を通過した気体成分を脱気チャンバー内に閉じ込めるようにし；
前記加圧手段が反加圧方向に作動する際（及び作動している間）には、
第１の制御弁を開弁して、容器からの汚泥が圧送室に進入できるようにし、
第２の制御弁を閉弁して、圧送管内の汚泥が圧送室へ向けて逆流しないようにし、
第３の制御弁を閉弁して、脱気チャンバー内に閉じ込められた気体成分が圧送室へ向けて逆流しないようにし、
第４の制御弁を開弁して、脱気チャンバー内にある気体成分をシステム外に放出させることを特徴とする請求項１１記載の脱水システム。

【図１】