有機汚泥生成装置、有機汚泥の生成方法、油脂製造システム、及び油脂の製造方法
【課題】有機汚泥を効率的に生成可能な有機汚泥生成装置を提供する。
【解決手段】有機物を含有する排水等の溶液が導入され、有機物を分解する分散菌（非凝集性細菌）が投入される分散菌槽１と、分散菌槽１で処理された溶液から有機汚泥を分離する分離装置としての遠心分離機２と、を備え、分散菌槽１における溶液の滞留が、分散菌以外の菌が優先種になる前に終了する、有機汚泥生成装置を提供する。
【解決手段】有機物を含有する排水等の溶液が導入され、有機物を分解する分散菌（非凝集性細菌）が投入される分散菌槽１と、分散菌槽１で処理された溶液から有機汚泥を分離する分離装置としての遠心分離機２と、を備え、分散菌槽１における溶液の滞留が、分散菌以外の菌が優先種になる前に終了する、有機汚泥生成装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境技術に係り、より詳細には有機汚泥生成装置、有機汚泥の生成方法、油脂製造システム、及び油脂の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自治体等の下水処理施設において、有機性排水を処理する際、活性汚泥法が採用されている（例えば、特許文献１参照。）。活性汚泥法を用いることにより、下水は、上澄み液と余剰汚泥とに分離される。近年、下水処理施設で発生する余剰汚泥の量は、日本国内で年間４億トンに達している。余剰汚泥の８割は、現在、焼却処理されており、焼却処理によって生じた灰の２／３がセメントや建築資材に利用され、１／３が港湾の埋め立てや緑農地に使用されている。
【０００３】
ここで、余剰汚泥を脱水処理した場合の含水率は、通常約８０乃至９０％であり、余剰汚泥の焼却処理には、大量の重油や天然ガス等の化石燃料を必要とする。そのため、大量の二酸化炭素（ＣＯ2）が排出され、環境への負荷が高い。さらに港湾への埋め立ても、海洋生物への負担が大きいという問題がある。そのため、余剰汚泥を削減する技術の提案がなされてきている（例えば、特許文献２、３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１０７９１号公報
【特許文献２】特許１４２０８９０号公報
【特許文献３】特許３０３５５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、本発明者らは、余剰汚泥を栄養源として従属栄養性藻類を培養すると、従属栄養性藻類からエネルギー源として有用な油脂を抽出することが可能であることを見出した。また、近年、余剰汚泥を堆肥として利用したり、発電燃料として利用したりすることも提案されている。そのため、余剰汚泥を有機物の豊富な有機汚泥として、むしろ効率よく生成することが求められるようになりつつある。そこで、本発明は、有機汚泥を効率的に生成可能な有機汚泥生成装置、有機汚泥の生成方法、油脂製造システム、及び油脂の製造方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様は、有機物を含有する溶液が導入され、有機物を分解する分散菌が投入される分散菌槽と、分散菌槽で処理された溶液から有機汚泥を分離する分離装置と、を備え、分散菌槽における溶液の滞留が、分散菌以外の菌が優先種になる前に終了する、有機汚泥生成装置であることを要旨とする。
【０００７】
本発明の他の態様は、有機物を分解する分散菌が投入された分散菌槽に、有機物を含有する溶液を導入するステップと、分散菌槽で処理された溶液から有機汚泥を分離するステップと、を含み、分散菌槽における溶液の滞留が、分散菌以外の菌が優先種になる前に終了する、有機汚泥の生成方法であることを要旨とする。
【０００８】
本発明のさらに他の態様は、有機物を含有する溶液が導入され、有機物を分解する分散菌が投入される分散菌槽と、分散菌槽で処理された溶液から有機汚泥を分離する分離装置と、有機汚泥を栄養源として、従属栄養性藻類を培養する培養装置と、従属栄養性藻類から油脂を抽出する抽出装置と、を備え、分散菌槽における溶液の滞留が、分散菌以外の菌が優先種になる前に終了する、油脂製造システムであることを要旨とする。
【０００９】
本発明のまたさらに他の態様は、有機物を分解する分散菌が投入された分散菌槽に、有機物を含有する溶液を導入するステップと、分散菌槽で処理された溶液から有機汚泥を分離するステップと、有機汚泥を栄養源として、従属栄養性藻類を培養することと、従属栄養性藻類から油脂を抽出することと、を含み、分散菌槽における溶液の滞留が、分散菌以外の菌が優先種になる前に終了する、油脂の製造方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、有機汚泥を効率的に生成可能な有機汚泥生成装置、有機汚泥の生成方法、油脂製造システム、及び油脂の製造方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施の形態に係る有機汚泥生成装置の模式図である。
【図２】第１の実施の形態に係る分散菌等の細菌の模式的な成長曲線である。
【図３】第２の実施の形態に係る有機汚泥生成装置の模式図である。
【図４】第３の実施の形態に係る有機汚泥生成装置の模式図である。
【図５】第４の実施の形態に係る油脂製造システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態を説明する。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１３】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る有機汚泥生成装置は、図１に示すように、有機物を含有する排水等の溶液が導入され、有機物を分解する分散菌（非凝集性細菌）が投入される分散菌槽１と、分散菌槽１で処理された溶液から有機汚泥を分離する分離装置としての遠心分離機２と、を備える。ここで、分散菌槽１における溶液の滞留が、分散菌以外の凝集性細菌等の菌が優先種になる前に終了する。なお、優先種とは、複数の菌類のなかで、分散菌槽１中で最も多く生育するような菌種をいう。
【００１４】
パイプ１１を介して分散菌槽１に導入される排水は、下水処理場へ搬送される下水であってもよいし、食品産業や化学産業等のあらゆる産業から排出される産業排水であってもよい。さらに、排水は、炭素化合物、窒素化合物、燐化合物、及び少量の食塩等を含みうる。
【００１５】
例えば排水は、炭素化合物として、ガラクトース、グルコース、フルクトース、キシロース、サッカロース、マルトース、可溶性デンプン、フコース、グルコサミン、及びデキストラン等の炭水化物を含みうる。さらに、排水は、炭素化合物として、菜種油、オレイン酸、及びダイズ油等の油脂類や、エタノール等のアルコール類や、グルタミン酸、糖蜜、グリセロール、マンニトール、乳酸、酢酸及び酢酸ナトリウム等を含みうる。
【００１６】
またさらに、排水は、天然窒素化合物として、ペプトン、酵母エキス、麦芽エキス、肉エキス、カザミノ酸、ペプトン、廃糖蜜、及びコーンスティープリカー等を含みうる。さらにまた排水は、有機窒素化合物として、グルタミン酸ナトリウム、及び尿素等を含み、無機窒素化合物として、酢酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硝酸カリウム、硝酸アンモニウム、及び硫酸ナトリウム等を含みうる。
【００１７】
加えて、排水は、リン酸カリウム及びリン酸二水素カリウム等のリン酸塩や、硫酸アンモニウム、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、硫酸鉄、硫酸銅、塩化ナトリウム、及び塩化カルシウム等の無機塩や、ビタミン類も含みうる。さらに排水は、カドミウム、シアン、有機燐、鉛、六価クロム、砒素、総水銀、アルキル水銀、ポリ塩化ビフェニル、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロメタン、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン、１，１−ジクロロエチレン、シス−１，２−ジクロロエチレン、１，１，１−トリクロロエタン、１,１,２−トリクロロエタン、１，３−ジクロロプロペン、チウラム、シマジン、チオベンカルブ、ベンゼン、セレン、ホウ素、及びフッ素等の少量の有害物質も含みうる。
【００１８】
分散菌槽１には、曝気装置１２が設けられている。曝気装置１２によって、分散菌槽１内部の溶液に酸素が供給され、分散菌槽１内部の溶液中の酸素が所定の濃度に保たれる。分散菌槽１には、初期種汚泥としてアルカリゲネス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ）属、及びアシネトバクター（Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｏｒ）属等の分散菌を含む活性汚泥が投入される。分散菌槽１において、好気的条件下、排水中の有機物が、分散菌等によって二酸化炭素及び水等に酸化分解される。
【００１９】
分解された有機物は、活性汚泥中の分散菌等の微生物の維持エネルギー源として消費される。また、分解された有機物は、分散菌等の微生物の増殖のエネルギー源としても消費される。そのため、有機物の分解によって、活性汚泥の量が増加する。
【００２０】
ここで、図２に示すように、分散菌は、誘導期を経て、対数増殖期で指数関数的に増殖する。対数増殖期の初期は分裂したての分散菌が優先種となるが 対数増殖期中ごろから ズーグレア（Ｚｏｏｇｌｏｅａ）、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属等の 粘着性物質を分泌する凝集性細菌が出現し始め、バラバラなフロックを形成する。さらに時間とともに系内の有機物が消費されるため 凝集性細菌が優先種となり、沈降分離可能なフロックを形成する安定期に入る。その後さらに有機物が消費されると 凝集性細菌も粘着性物質を分泌するエネルギーが得られなくなるため フロックは解体し、死滅期に入る。
【００２１】
従来の活性汚泥法では、凝集性細菌が優先種になるまで、溶液を反応槽に滞留させている。凝集性細菌が優先種になるまでの時間は、０．５乃至５日程度である。この間、分散菌や凝集性細菌を捕食する原生生物も成長するため、反応槽内で食物連鎖が発生する。
【００２２】
これに対し、第１の実施の形態に係る図１に示す有機汚泥生成装置は、溶液が分散菌槽１に滞留するのを、分散菌以外の凝集性細菌等の菌が優先種になる前の対数増殖期初期で終了させる。具体的には、溶液が分散菌槽１に滞留する時間を２乃至５時間とすると、成長速度が遅い原生生物も充分に成長できないため、分散菌槽１内において、対数増殖期初期の分散菌が優先種となり、食物連鎖が発生しない。そのため、有機汚泥としての活性汚泥を効率的に生成することが可能となる。
【００２３】
第１の実施の形態に係る有機汚泥生成装置は、分散菌槽１における分散菌の濃度を測定する菌体濃度計３をさらに備える。分散菌槽１における菌体濃度（ＭＬＳＳ：Ｍｉｘｅｄ Ｌｉｑｕｏｒ Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ）は、分散菌槽１内の溶液の温度が２０乃至３５℃の場合、１００乃至１０００ｍｇ／Ｌ、好ましくは、３００乃至８００ｍｇ／Ｌに保たれる。従来の活性汚泥法では、菌体濃度は１５００乃至４０００ｍｇ／Ｌに設定される。しかし、菌体濃度が１０００ｍｇ／Ｌより高いと、凝集性細菌が出現し始め、粘着性物質生成にエネルギーが使われるため、有機汚泥の生成量が減少する傾向にある。また、菌体濃度が１００ｍｇ／Ｌより低いと、そもそも分散菌が少なすぎて、活性汚泥が増加しない傾向にある。
【００２４】
分散菌槽１で有機物を分解された溶液は、パイプ１３を介して、遠心分離機２に流される。遠心分離機２において、溶液は、主に上澄み液からなる軽液と、主に活性汚泥を含む重液とに分離される。軽液は軽液槽４に排出され、重液は重液槽５に排出される。さらに軽液は、軽液槽４から排水溝等に放流される。なお、必要に応じて、軽液に硝化脱窒素処理又はオゾン処理等を施してもよい。
【００２５】
重液槽５と、分散菌槽１との間には、パイプ１４が接続されている。また、パイプ１４からは、パイプ１５が分岐している。パイプ１５には、菌体濃度計３に接続されたバルブ２０が設けられている。菌体濃度計３が検出する分散菌槽１における菌体濃度が１００ｍｇ／Ｌ未満の場合、バルブ２０は閉じられ、重液槽５に含まれる活性汚泥が分散菌槽１に戻される。これにより、菌体濃度が１００ｍｇ／Ｌ以上に制御される。また、菌体濃度計３が検出する分散菌槽１における菌体濃度が１０００ｍｇ／Ｌより高い場合、バルブ２０は開かれ、重液槽５に含まれる活性汚泥は、有機汚泥として、パイプ１５から排出される。これにより、分散菌濃度が１０００ｍｇ／Ｌ未満に制御される。このように、菌体濃度計３とバルブ２０とは、分散菌槽１における分散菌の濃度を制御する分散菌濃度制御装置をなしている。
【００２６】
以上説明した、第１の実施の形態に係る有機汚泥生成装置によれば、分解された有機物のうち、有機汚泥として増加した割合で与えられる汚泥変換率を、例えば６０％以上にすることが可能である。そのため、堆肥や発電燃料として有用であり、また、油脂を生産する従属栄養性藻類のエネルギー源としても有用である、有機汚泥を効率的に生成することが可能となる。
【００２７】
（第２の実施の形態）
図３に示す第２の実施の形態に係る有機汚泥生成装置の分散菌槽１は、第１の実施の形態に係る分散菌槽１と同様である。分散菌槽１で処理された溶液は、パイプ１１３を介して、遠心分離機２に流され、遠心分離機２によって重液と軽液とに分離される。重液中に含まれる活性汚泥は、有機汚泥として排出される。第２の実施の形態においては、軽液槽４に排出された軽液が、軽液槽４と分散菌槽１との間を接続するパイプ１６によって、分散菌槽１に戻される。
【００２８】
ここで、分散菌槽１と遠心分離機２との間のパイプ１１３には、分散菌槽１における分散菌の濃度を測定する菌体濃度計１０３に接続されたバルブ２１が設けられている。菌体濃度計１０３が検出する分散菌槽１における菌体濃度が１００ｍｇ／Ｌ未満の場合、バルブ２１は閉じられ、分散菌槽１から排出される活性汚泥が減少する。これにより、分散菌槽１内の菌体濃度が１００ｍｇ／Ｌ以上に制御される。また、菌体濃度計１０３が検出する分散菌槽１における菌体濃度が１０００ｍｇ／Ｌより高い場合、バルブ２１は開かれ、分散菌槽１から活性汚泥が排出される。これにより、分散菌濃度が１０００ｍｇ／Ｌ未満に制御される。このように、菌体濃度計１０３とバルブ２１とは、分散菌槽１における分散菌の濃度を制御する分散菌濃度制御装置をなしている。
【００２９】
また、分散菌槽１内には、膜モジュール１０２が配置されている。膜モジュール１０２には、バルブ２２が設けられたパイプ１７が接続されている。バルブ２２には、分散菌槽１内の溶液の液面レベルを測定する液面計１０４が接続されている。液面計１０４が分散菌槽１内の液面レベルを検出し、所定レベルを超えると、バルブ２２が開き、膜モジュール１０２を透過した溶液を、処理水として排水溝等に放流する。
【００３０】
以上説明した第２の実施の形態に係る有機汚泥生成装置によっても、有機汚泥を効率的に生成しつつ、清潔な処理水を排出する可能となる。
【００３１】
（第３の実施の形態）
図４に示す第３の実施の形態に係る有機汚泥生成装置の分散菌槽１は、第１の実施の形態に係る分散菌槽１と同様である。分散菌槽１で処理された溶液は、遠心分離機２に流され、遠心分離機２によって重液と軽液とに分離される。重液中に含まれる活性汚泥は、パイプ１９を介して、有機汚泥として排出される。また、パイプ１９からは、分散菌槽１に達するパイプ３１が分岐している。パイプ１９には、分散菌槽１における分散菌の濃度を測定する菌体濃度計１２３に接続されたバルブ２４が設けられている。
【００３２】
軽液は、パイプ１６を介して、分散菌槽１に戻される。また、パイプ１６からは、パイプ１８が分岐しており、パイプ１８にはバルブ２３が設けられている。バルブ２３には、分散菌槽１内の溶液の液面レベルを測定する液面計１２４が接続されている。また、分散菌槽１と遠心分離機２との間のパイプ１１３に設けられたバルブ２１にも、液面計１２４が接続されている。
【００３３】
菌体濃度計１２３が検出する分散菌槽１における菌体濃度が１００ｍｇ／Ｌ未満の場合、バルブ２４は閉じられ、分散菌槽１からの活性汚泥の流出が抑制される。これにより、菌体濃度が１００ｍｇ／Ｌ以上に制御される。また、液面計１２４で測定される液面レベルが高い場合、バルブ２１及びバルブ２３が開き、軽液を、処理水として、パイプ１８を介して排水溝等に放流する。
【００３４】
以上説明した第３の実施の形態に係る有機汚泥生成装置によっても、有機汚泥を効率的に生成しつつ、清潔な処理水を排出することが可能となる。
【００３５】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係る油脂製造システムは、図５に示すように、有機汚泥生成装置３００を備える。有機汚泥生成装置３００は、第１の実施の形態に係る有機汚泥生成装置と同様である。有機汚泥生成装置３００には、パイプ１５を介して、有機汚泥を供給される分解装置５０４が接続されている。
【００３６】
分解装置５０４は、分散菌を分解して死滅させ、滅菌可能な温度、例えば６０℃以上、好ましくは７０℃以上の温度で有機汚泥を加熱し、有機汚泥を可溶化する。６０℃未満の低温では、可溶化に時間がかかる傾向にある。なお、分解装置５０４が有機汚泥に含まれる分散菌を分解する方法は、加熱処理に限定されない。例えば、有機汚泥に磁性粒子及び磁性攪拌子を入れ、有機汚泥に磁場を与えることによって磁性粒子及び磁性攪拌子を振動させて、有機汚泥に含まれる分散菌を分解してもよい。あるいは、分散菌を機械的に磨り潰してもよいし、粉砕してもよい。また、あるいは、有機汚泥をオゾン処理してもよいし、超音波を用いて分散菌の細胞を破壊して可溶化してもよい。
【００３７】
分解装置５０４には、パイプ５１４を介して、培地調製装置５０５が接続されている。分解装置５０４で可溶化された有機汚泥は、パイプ５１４を経て培地調製装置５０５に運搬される。ここで、後述する培養装置５０６で培養される従属栄養性藻類が、米国特許第５，３４０，７４２号明細書に報告された海洋性のシゾキトリウム・エスピー・エス３１（Ｓｃｈｉｚｏｃｈｙｔｒｉｕｍ ｓｐ． Ｓ３１、ＡＴＣＣ Ｎｏ．２０８８８）やシゾキトリウム・エスピー・エス８（Ｓｃｈｉｚｏｃｈｙｔｒｉｕｍ ｓｐ． Ｓ８、ＡＴＣＣ Ｎｏ．２０８８９）等である場合、培地調製装置５０５は、可溶化された余剰汚泥を海水又は人工海水に溶し、分解された微生物が添加された培地を調製する。なお、「従属栄養性藻類」とは、発育及び増殖の際に、炭素源として糖、脂肪酸、及びアミノ酸等の有機化合物を必要とする藻類である。
【００３８】
また、培地調製装置５０５において、上述した炭素源、窒素源、リン酸塩、無機塩、及びビタミン類等を培地に添加してもよい。なお、従属栄養性藻類が海洋性でない場合、培地調製装置５０５は、可溶化された余剰汚泥を水等に溶し、培地を調製してもよい。
【００３９】
培地調製装置５０５には、パイプ５１５を介して、培養装置５０６が接続されている。培地調製装置５０５で調製された培地は、パイプ５１５を経て培養装置５０６に運搬される。培養装置５０６は、静置培養法、振盪培養法、及び通気撹拌培養法等を実施可能である。培養装置５０６において、運搬されてきた培地を用いて、分解された分散菌を栄養源としてシゾキトリウム・エスピー等の従属栄養性藻類が培養される。培養温度は、例えば５℃から５０℃であり、好ましくは１５℃から４０℃である。温泉に生息する藻類を使用する場合は、５０℃以下の範囲内で、高温で培養すればよい。また、培養期間は、例えば１日から２０日間であるが、１０日以下でもよい。培養によって、シゾキトリウム・エスピーは、培地に含まれる分解された分散菌を栄養源とし、例えば乾燥重量の約５０〜７７％の油脂を蓄える。
【００４０】
培養装置５０６には、パイプ５１６を介して、抽出装置５０７が接続されている。培養装置５０６中の従属栄養性藻類を含む培地は、パイプ５１６を経て抽出装置５０７に運搬される。抽出装置５０７は、遠心分離法及びろ過法等を用いて、培地から従属栄養性藻類を分離する。さらに抽出装置５０７は、ｎ−ヘキサン等を用いて、従属栄養性藻類から、トリアシルグリセロール（Ｔｒｉａｃｙｌｇｌｙｃｅｒｏｌ、慣用名：トリグリセリド）を含む油脂を抽出する。
【００４１】
なお、抽出装置５０７は、例えばダイノミルや超音波等で従属栄養性藻類を破砕し、窒素気流下で有機溶媒を用いて油脂を抽出してもよい。従属栄養性藻類が水分を含んでいる場合、有機溶媒としては、ペンタン、ペンテン、シクロペンタン、シクロペンテン、シクロヘキサン、ｎ−ヘキサン、ｎ−オクタン、ｎ−デカン、ｎ−ドデカン、デカヒドロナフタレン（デカリン）、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、ｐ−キシレン、クメン、クロロベンゼン、１，２−ジクロロベンゼン、３−メチル−１−ブタノール（イソアミルアルコール）、１−ヘキサノール、１−オクタノール、２−エチル−１−ヘキサノール、ジイソプロピルエーテル、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、アセチルアセトン、酢酸ブチル、ニトロベンゼン、ベンゼンニトリル、キノリン、リン酸トリブチル（ＴＢＰ）、及び石油エーテル等が使用可能である。また、従属栄養性藻類が乾燥している場合、有機溶媒としては、メタノール、エタノール、クロロホルム、ジクロロメタン、ペンタン、ペンテン、シクロペンタン、シクロペンテン、３−メチル−１−ブタノール（イソアミルアルコール）、及びアセチルアセトン等が使用可能である。さらに、メタノールと石油エーテルとを交互に用いて油脂を抽出してもよいし、クロロホルム−メタノール−水の一層系の溶媒を用いて油脂を抽出してもよい。なお、残留する有機溶媒は、減圧下で留去可能である。
【００４２】
あるいは、抽出装置５０７は、ＣＯ2超臨界抽出法、酵素法、及び浸透ショック法等を用いて油脂を抽出してもよい。
【００４３】
抽出装置５０７には、パイプ５１７を介して、精製装置５０８が接続されている。抽出装置５０７で抽出された油脂は、パイプ５１７を経て精製装置５０８に運搬される。精製装置５０８は、メタノール等のアルコール類とのエステル交換反応を用いて、油脂に含まれるトリアシルグリセロールから、脂肪酸メチルエステル等とグリセリンとを生成する。例えば、エステル交換反応に水酸化カリウムを用いた場合、アルコールに触媒を混合しメトキシ体を作り、それを添加する事で、反応を行う。さらに、精製装置５０８は、脂肪酸メチルエステル生成物からメタノールとグリセリンを除去し、脂肪酸メチルエステル生成物を水で洗浄して相分離し、高純度脂肪酸メチルエステルとしてバイオディーゼル燃料を精製する。洗浄水側には残留するグリセリンとアルカリ触媒とが分離される。エステル交換する反応触媒は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び炭酸カルシウム、アニオン交換樹脂等のアルカリでもよく、硫酸や酸強度の高い固体酸を用いてもよい。さらに、無触媒下の超臨界状態でエステル交換してもよい。また、エステル交換反応以外の精製装置として水素化分解装置がある。油脂を水素化分解して油脂中の酸素成分を水にして除去し、低分子化した炭化水素のみの軽油相当にしてもよい。
【００４４】
以上説明した第４の実施の形態に係る実施の形態に係る油脂製造システムによれば、従来余剰汚泥として廃棄されていた有機汚泥に含まれる分散菌を栄養源にして、従属栄養性藻類で油脂を製造することが可能となる。また、分解装置５０４で、有機汚泥に含まれる分散菌を分解するため、従属栄養性藻類が分解された分散菌を栄養源として容易に吸収できるようになる。
【実施例】
【００４５】
次に、実施例及び比較例を挙げて実施の形態をより具体的に説明するが、実施の形態はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。実施例においては、図１に示すような排水処理装置を用いた。分散菌槽１の容量は４００ｍＬであり、遠心分離機２には多本架冷却遠心機（ＴＯＭＹ ＥＸ−１２６）を用いた。また、分散菌槽１内の溶液は、散気管（塩ビ製パイプＬ字型でφ２ｍｍの孔空き）を用いて、４Ｌ／ｍｉｎで曝気した。
【００４６】
分散菌槽１には、塗料洗浄排水（生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）：８００ｍｇ／Ｌ、１００℃における過マンガン酸カリウムによる酸素要求量（ＣＯＤｍｎ）：３００ｍｇ／Ｌ）を３Ｌ／日で供給し、分散菌槽１内の菌体濃度が５００ｍｇ／Ｌとなるよう、パイプ１５から有機汚泥を抜き取った。その結果、軽液槽４に排出される処理水のＢＯＤは１００〜１５０ｍｇ／Ｌであり、
有機汚泥として増加した割合で与えられる活性汚泥転換率は６０〜８０％であった。表１に、分散菌槽１内の菌体濃度を変えた場合の処理水のＢＯＤ及び汚泥転換率の結果を示す。
【表１】
【００４７】
（その他の実施の形態）
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、第４の実施の形態において、図５に示す有機汚泥生成装置３００は、第１の実施の形態に係る有機汚泥生成装置と同様であると説明した。これに対して、有機汚泥生成装置３００は、第２又は第３の実施の形態に係る有機汚泥生成装置と同様であってもよいことはもちろんである。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。また、産業排水汚泥のみでなく生活排水汚泥などにも適用できるのはいうまでもない。さらに、図１に示す分散菌槽１内の菌濃度は、濁度計、全有機炭素濃度（ＴＯＣ）計、全酸素消費量測定装置（ＴＯＤ計）、及び化学的酸素要求量測定装置（ＣＯＤ計）でも測定可能である。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の有機汚泥生成装置、有機汚泥の生成方法、油脂製造システム、及び油脂の製造方法は、排水処理事業、及びエネルギー事業等の産業上の利用可能性がある。
【符号の説明】
【００４９】
１ 分散菌槽
２ 遠心分離機
３，１０３，１２３ 菌体濃度計
４ 軽液槽
５ 重液槽
１１，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，３１，１１３，５１４，５１５，５１６，５１７ パイプ
１２ 曝気装置
２０，２１，２２，２３，２４ バルブ
１０２ 膜モジュール
１０４，１２４ 液面計
３００ 有機汚泥生成装置
５０４ 分解装置
５０５ 培地調製装置
５０６ 培養装置
５０７ 抽出装置
５０８ 精製装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境技術に係り、より詳細には有機汚泥生成装置、有機汚泥の生成方法、油脂製造システム、及び油脂の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自治体等の下水処理施設において、有機性排水を処理する際、活性汚泥法が採用されている（例えば、特許文献１参照。）。活性汚泥法を用いることにより、下水は、上澄み液と余剰汚泥とに分離される。近年、下水処理施設で発生する余剰汚泥の量は、日本国内で年間４億トンに達している。余剰汚泥の８割は、現在、焼却処理されており、焼却処理によって生じた灰の２／３がセメントや建築資材に利用され、１／３が港湾の埋め立てや緑農地に使用されている。
【０００３】
ここで、余剰汚泥を脱水処理した場合の含水率は、通常約８０乃至９０％であり、余剰汚泥の焼却処理には、大量の重油や天然ガス等の化石燃料を必要とする。そのため、大量の二酸化炭素（ＣＯ2）が排出され、環境への負荷が高い。さらに港湾への埋め立ても、海洋生物への負担が大きいという問題がある。そのため、余剰汚泥を削減する技術の提案がなされてきている（例えば、特許文献２、３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１０７９１号公報
【特許文献２】特許１４２０８９０号公報
【特許文献３】特許３０３５５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、本発明者らは、余剰汚泥を栄養源として従属栄養性藻類を培養すると、従属栄養性藻類からエネルギー源として有用な油脂を抽出することが可能であることを見出した。また、近年、余剰汚泥を堆肥として利用したり、発電燃料として利用したりすることも提案されている。そのため、余剰汚泥を有機物の豊富な有機汚泥として、むしろ効率よく生成することが求められるようになりつつある。そこで、本発明は、有機汚泥を効率的に生成可能な有機汚泥生成装置、有機汚泥の生成方法、油脂製造システム、及び油脂の製造方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様は、有機物を含有する溶液が導入され、有機物を分解する分散菌が投入される分散菌槽と、分散菌槽で処理された溶液から有機汚泥を分離する分離装置と、を備え、分散菌槽における溶液の滞留が、分散菌以外の菌が優先種になる前に終了する、有機汚泥生成装置であることを要旨とする。
【０００７】
本発明の他の態様は、有機物を分解する分散菌が投入された分散菌槽に、有機物を含有する溶液を導入するステップと、分散菌槽で処理された溶液から有機汚泥を分離するステップと、を含み、分散菌槽における溶液の滞留が、分散菌以外の菌が優先種になる前に終了する、有機汚泥の生成方法であることを要旨とする。
【０００８】
本発明のさらに他の態様は、有機物を含有する溶液が導入され、有機物を分解する分散菌が投入される分散菌槽と、分散菌槽で処理された溶液から有機汚泥を分離する分離装置と、有機汚泥を栄養源として、従属栄養性藻類を培養する培養装置と、従属栄養性藻類から油脂を抽出する抽出装置と、を備え、分散菌槽における溶液の滞留が、分散菌以外の菌が優先種になる前に終了する、油脂製造システムであることを要旨とする。
【０００９】
本発明のまたさらに他の態様は、有機物を分解する分散菌が投入された分散菌槽に、有機物を含有する溶液を導入するステップと、分散菌槽で処理された溶液から有機汚泥を分離するステップと、有機汚泥を栄養源として、従属栄養性藻類を培養することと、従属栄養性藻類から油脂を抽出することと、を含み、分散菌槽における溶液の滞留が、分散菌以外の菌が優先種になる前に終了する、油脂の製造方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、有機汚泥を効率的に生成可能な有機汚泥生成装置、有機汚泥の生成方法、油脂製造システム、及び油脂の製造方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施の形態に係る有機汚泥生成装置の模式図である。
【図２】第１の実施の形態に係る分散菌等の細菌の模式的な成長曲線である。
【図３】第２の実施の形態に係る有機汚泥生成装置の模式図である。
【図４】第３の実施の形態に係る有機汚泥生成装置の模式図である。
【図５】第４の実施の形態に係る油脂製造システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態を説明する。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１３】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る有機汚泥生成装置は、図１に示すように、有機物を含有する排水等の溶液が導入され、有機物を分解する分散菌（非凝集性細菌）が投入される分散菌槽１と、分散菌槽１で処理された溶液から有機汚泥を分離する分離装置としての遠心分離機２と、を備える。ここで、分散菌槽１における溶液の滞留が、分散菌以外の凝集性細菌等の菌が優先種になる前に終了する。なお、優先種とは、複数の菌類のなかで、分散菌槽１中で最も多く生育するような菌種をいう。
【００１４】
パイプ１１を介して分散菌槽１に導入される排水は、下水処理場へ搬送される下水であってもよいし、食品産業や化学産業等のあらゆる産業から排出される産業排水であってもよい。さらに、排水は、炭素化合物、窒素化合物、燐化合物、及び少量の食塩等を含みうる。
【００１５】
例えば排水は、炭素化合物として、ガラクトース、グルコース、フルクトース、キシロース、サッカロース、マルトース、可溶性デンプン、フコース、グルコサミン、及びデキストラン等の炭水化物を含みうる。さらに、排水は、炭素化合物として、菜種油、オレイン酸、及びダイズ油等の油脂類や、エタノール等のアルコール類や、グルタミン酸、糖蜜、グリセロール、マンニトール、乳酸、酢酸及び酢酸ナトリウム等を含みうる。
【００１６】
またさらに、排水は、天然窒素化合物として、ペプトン、酵母エキス、麦芽エキス、肉エキス、カザミノ酸、ペプトン、廃糖蜜、及びコーンスティープリカー等を含みうる。さらにまた排水は、有機窒素化合物として、グルタミン酸ナトリウム、及び尿素等を含み、無機窒素化合物として、酢酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硝酸カリウム、硝酸アンモニウム、及び硫酸ナトリウム等を含みうる。
【００１７】
加えて、排水は、リン酸カリウム及びリン酸二水素カリウム等のリン酸塩や、硫酸アンモニウム、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、硫酸鉄、硫酸銅、塩化ナトリウム、及び塩化カルシウム等の無機塩や、ビタミン類も含みうる。さらに排水は、カドミウム、シアン、有機燐、鉛、六価クロム、砒素、総水銀、アルキル水銀、ポリ塩化ビフェニル、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロメタン、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン、１，１−ジクロロエチレン、シス−１，２−ジクロロエチレン、１，１，１−トリクロロエタン、１,１,２−トリクロロエタン、１，３−ジクロロプロペン、チウラム、シマジン、チオベンカルブ、ベンゼン、セレン、ホウ素、及びフッ素等の少量の有害物質も含みうる。
【００１８】
分散菌槽１には、曝気装置１２が設けられている。曝気装置１２によって、分散菌槽１内部の溶液に酸素が供給され、分散菌槽１内部の溶液中の酸素が所定の濃度に保たれる。分散菌槽１には、初期種汚泥としてアルカリゲネス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ）属、及びアシネトバクター（Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｏｒ）属等の分散菌を含む活性汚泥が投入される。分散菌槽１において、好気的条件下、排水中の有機物が、分散菌等によって二酸化炭素及び水等に酸化分解される。
【００１９】
分解された有機物は、活性汚泥中の分散菌等の微生物の維持エネルギー源として消費される。また、分解された有機物は、分散菌等の微生物の増殖のエネルギー源としても消費される。そのため、有機物の分解によって、活性汚泥の量が増加する。
【００２０】
ここで、図２に示すように、分散菌は、誘導期を経て、対数増殖期で指数関数的に増殖する。対数増殖期の初期は分裂したての分散菌が優先種となるが 対数増殖期中ごろから ズーグレア（Ｚｏｏｇｌｏｅａ）、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属等の 粘着性物質を分泌する凝集性細菌が出現し始め、バラバラなフロックを形成する。さらに時間とともに系内の有機物が消費されるため 凝集性細菌が優先種となり、沈降分離可能なフロックを形成する安定期に入る。その後さらに有機物が消費されると 凝集性細菌も粘着性物質を分泌するエネルギーが得られなくなるため フロックは解体し、死滅期に入る。
【００２１】
従来の活性汚泥法では、凝集性細菌が優先種になるまで、溶液を反応槽に滞留させている。凝集性細菌が優先種になるまでの時間は、０．５乃至５日程度である。この間、分散菌や凝集性細菌を捕食する原生生物も成長するため、反応槽内で食物連鎖が発生する。
【００２２】
これに対し、第１の実施の形態に係る図１に示す有機汚泥生成装置は、溶液が分散菌槽１に滞留するのを、分散菌以外の凝集性細菌等の菌が優先種になる前の対数増殖期初期で終了させる。具体的には、溶液が分散菌槽１に滞留する時間を２乃至５時間とすると、成長速度が遅い原生生物も充分に成長できないため、分散菌槽１内において、対数増殖期初期の分散菌が優先種となり、食物連鎖が発生しない。そのため、有機汚泥としての活性汚泥を効率的に生成することが可能となる。
【００２３】
第１の実施の形態に係る有機汚泥生成装置は、分散菌槽１における分散菌の濃度を測定する菌体濃度計３をさらに備える。分散菌槽１における菌体濃度（ＭＬＳＳ：Ｍｉｘｅｄ Ｌｉｑｕｏｒ Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ）は、分散菌槽１内の溶液の温度が２０乃至３５℃の場合、１００乃至１０００ｍｇ／Ｌ、好ましくは、３００乃至８００ｍｇ／Ｌに保たれる。従来の活性汚泥法では、菌体濃度は１５００乃至４０００ｍｇ／Ｌに設定される。しかし、菌体濃度が１０００ｍｇ／Ｌより高いと、凝集性細菌が出現し始め、粘着性物質生成にエネルギーが使われるため、有機汚泥の生成量が減少する傾向にある。また、菌体濃度が１００ｍｇ／Ｌより低いと、そもそも分散菌が少なすぎて、活性汚泥が増加しない傾向にある。
【００２４】
分散菌槽１で有機物を分解された溶液は、パイプ１３を介して、遠心分離機２に流される。遠心分離機２において、溶液は、主に上澄み液からなる軽液と、主に活性汚泥を含む重液とに分離される。軽液は軽液槽４に排出され、重液は重液槽５に排出される。さらに軽液は、軽液槽４から排水溝等に放流される。なお、必要に応じて、軽液に硝化脱窒素処理又はオゾン処理等を施してもよい。
【００２５】
重液槽５と、分散菌槽１との間には、パイプ１４が接続されている。また、パイプ１４からは、パイプ１５が分岐している。パイプ１５には、菌体濃度計３に接続されたバルブ２０が設けられている。菌体濃度計３が検出する分散菌槽１における菌体濃度が１００ｍｇ／Ｌ未満の場合、バルブ２０は閉じられ、重液槽５に含まれる活性汚泥が分散菌槽１に戻される。これにより、菌体濃度が１００ｍｇ／Ｌ以上に制御される。また、菌体濃度計３が検出する分散菌槽１における菌体濃度が１０００ｍｇ／Ｌより高い場合、バルブ２０は開かれ、重液槽５に含まれる活性汚泥は、有機汚泥として、パイプ１５から排出される。これにより、分散菌濃度が１０００ｍｇ／Ｌ未満に制御される。このように、菌体濃度計３とバルブ２０とは、分散菌槽１における分散菌の濃度を制御する分散菌濃度制御装置をなしている。
【００２６】
以上説明した、第１の実施の形態に係る有機汚泥生成装置によれば、分解された有機物のうち、有機汚泥として増加した割合で与えられる汚泥変換率を、例えば６０％以上にすることが可能である。そのため、堆肥や発電燃料として有用であり、また、油脂を生産する従属栄養性藻類のエネルギー源としても有用である、有機汚泥を効率的に生成することが可能となる。
【００２７】
（第２の実施の形態）
図３に示す第２の実施の形態に係る有機汚泥生成装置の分散菌槽１は、第１の実施の形態に係る分散菌槽１と同様である。分散菌槽１で処理された溶液は、パイプ１１３を介して、遠心分離機２に流され、遠心分離機２によって重液と軽液とに分離される。重液中に含まれる活性汚泥は、有機汚泥として排出される。第２の実施の形態においては、軽液槽４に排出された軽液が、軽液槽４と分散菌槽１との間を接続するパイプ１６によって、分散菌槽１に戻される。
【００２８】
ここで、分散菌槽１と遠心分離機２との間のパイプ１１３には、分散菌槽１における分散菌の濃度を測定する菌体濃度計１０３に接続されたバルブ２１が設けられている。菌体濃度計１０３が検出する分散菌槽１における菌体濃度が１００ｍｇ／Ｌ未満の場合、バルブ２１は閉じられ、分散菌槽１から排出される活性汚泥が減少する。これにより、分散菌槽１内の菌体濃度が１００ｍｇ／Ｌ以上に制御される。また、菌体濃度計１０３が検出する分散菌槽１における菌体濃度が１０００ｍｇ／Ｌより高い場合、バルブ２１は開かれ、分散菌槽１から活性汚泥が排出される。これにより、分散菌濃度が１０００ｍｇ／Ｌ未満に制御される。このように、菌体濃度計１０３とバルブ２１とは、分散菌槽１における分散菌の濃度を制御する分散菌濃度制御装置をなしている。
【００２９】
また、分散菌槽１内には、膜モジュール１０２が配置されている。膜モジュール１０２には、バルブ２２が設けられたパイプ１７が接続されている。バルブ２２には、分散菌槽１内の溶液の液面レベルを測定する液面計１０４が接続されている。液面計１０４が分散菌槽１内の液面レベルを検出し、所定レベルを超えると、バルブ２２が開き、膜モジュール１０２を透過した溶液を、処理水として排水溝等に放流する。
【００３０】
以上説明した第２の実施の形態に係る有機汚泥生成装置によっても、有機汚泥を効率的に生成しつつ、清潔な処理水を排出する可能となる。
【００３１】
（第３の実施の形態）
図４に示す第３の実施の形態に係る有機汚泥生成装置の分散菌槽１は、第１の実施の形態に係る分散菌槽１と同様である。分散菌槽１で処理された溶液は、遠心分離機２に流され、遠心分離機２によって重液と軽液とに分離される。重液中に含まれる活性汚泥は、パイプ１９を介して、有機汚泥として排出される。また、パイプ１９からは、分散菌槽１に達するパイプ３１が分岐している。パイプ１９には、分散菌槽１における分散菌の濃度を測定する菌体濃度計１２３に接続されたバルブ２４が設けられている。
【００３２】
軽液は、パイプ１６を介して、分散菌槽１に戻される。また、パイプ１６からは、パイプ１８が分岐しており、パイプ１８にはバルブ２３が設けられている。バルブ２３には、分散菌槽１内の溶液の液面レベルを測定する液面計１２４が接続されている。また、分散菌槽１と遠心分離機２との間のパイプ１１３に設けられたバルブ２１にも、液面計１２４が接続されている。
【００３３】
菌体濃度計１２３が検出する分散菌槽１における菌体濃度が１００ｍｇ／Ｌ未満の場合、バルブ２４は閉じられ、分散菌槽１からの活性汚泥の流出が抑制される。これにより、菌体濃度が１００ｍｇ／Ｌ以上に制御される。また、液面計１２４で測定される液面レベルが高い場合、バルブ２１及びバルブ２３が開き、軽液を、処理水として、パイプ１８を介して排水溝等に放流する。
【００３４】
以上説明した第３の実施の形態に係る有機汚泥生成装置によっても、有機汚泥を効率的に生成しつつ、清潔な処理水を排出することが可能となる。
【００３５】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係る油脂製造システムは、図５に示すように、有機汚泥生成装置３００を備える。有機汚泥生成装置３００は、第１の実施の形態に係る有機汚泥生成装置と同様である。有機汚泥生成装置３００には、パイプ１５を介して、有機汚泥を供給される分解装置５０４が接続されている。
【００３６】
分解装置５０４は、分散菌を分解して死滅させ、滅菌可能な温度、例えば６０℃以上、好ましくは７０℃以上の温度で有機汚泥を加熱し、有機汚泥を可溶化する。６０℃未満の低温では、可溶化に時間がかかる傾向にある。なお、分解装置５０４が有機汚泥に含まれる分散菌を分解する方法は、加熱処理に限定されない。例えば、有機汚泥に磁性粒子及び磁性攪拌子を入れ、有機汚泥に磁場を与えることによって磁性粒子及び磁性攪拌子を振動させて、有機汚泥に含まれる分散菌を分解してもよい。あるいは、分散菌を機械的に磨り潰してもよいし、粉砕してもよい。また、あるいは、有機汚泥をオゾン処理してもよいし、超音波を用いて分散菌の細胞を破壊して可溶化してもよい。
【００３７】
分解装置５０４には、パイプ５１４を介して、培地調製装置５０５が接続されている。分解装置５０４で可溶化された有機汚泥は、パイプ５１４を経て培地調製装置５０５に運搬される。ここで、後述する培養装置５０６で培養される従属栄養性藻類が、米国特許第５，３４０，７４２号明細書に報告された海洋性のシゾキトリウム・エスピー・エス３１（Ｓｃｈｉｚｏｃｈｙｔｒｉｕｍ ｓｐ． Ｓ３１、ＡＴＣＣ Ｎｏ．２０８８８）やシゾキトリウム・エスピー・エス８（Ｓｃｈｉｚｏｃｈｙｔｒｉｕｍ ｓｐ． Ｓ８、ＡＴＣＣ Ｎｏ．２０８８９）等である場合、培地調製装置５０５は、可溶化された余剰汚泥を海水又は人工海水に溶し、分解された微生物が添加された培地を調製する。なお、「従属栄養性藻類」とは、発育及び増殖の際に、炭素源として糖、脂肪酸、及びアミノ酸等の有機化合物を必要とする藻類である。
【００３８】
また、培地調製装置５０５において、上述した炭素源、窒素源、リン酸塩、無機塩、及びビタミン類等を培地に添加してもよい。なお、従属栄養性藻類が海洋性でない場合、培地調製装置５０５は、可溶化された余剰汚泥を水等に溶し、培地を調製してもよい。
【００３９】
培地調製装置５０５には、パイプ５１５を介して、培養装置５０６が接続されている。培地調製装置５０５で調製された培地は、パイプ５１５を経て培養装置５０６に運搬される。培養装置５０６は、静置培養法、振盪培養法、及び通気撹拌培養法等を実施可能である。培養装置５０６において、運搬されてきた培地を用いて、分解された分散菌を栄養源としてシゾキトリウム・エスピー等の従属栄養性藻類が培養される。培養温度は、例えば５℃から５０℃であり、好ましくは１５℃から４０℃である。温泉に生息する藻類を使用する場合は、５０℃以下の範囲内で、高温で培養すればよい。また、培養期間は、例えば１日から２０日間であるが、１０日以下でもよい。培養によって、シゾキトリウム・エスピーは、培地に含まれる分解された分散菌を栄養源とし、例えば乾燥重量の約５０〜７７％の油脂を蓄える。
【００４０】
培養装置５０６には、パイプ５１６を介して、抽出装置５０７が接続されている。培養装置５０６中の従属栄養性藻類を含む培地は、パイプ５１６を経て抽出装置５０７に運搬される。抽出装置５０７は、遠心分離法及びろ過法等を用いて、培地から従属栄養性藻類を分離する。さらに抽出装置５０７は、ｎ−ヘキサン等を用いて、従属栄養性藻類から、トリアシルグリセロール（Ｔｒｉａｃｙｌｇｌｙｃｅｒｏｌ、慣用名：トリグリセリド）を含む油脂を抽出する。
【００４１】
なお、抽出装置５０７は、例えばダイノミルや超音波等で従属栄養性藻類を破砕し、窒素気流下で有機溶媒を用いて油脂を抽出してもよい。従属栄養性藻類が水分を含んでいる場合、有機溶媒としては、ペンタン、ペンテン、シクロペンタン、シクロペンテン、シクロヘキサン、ｎ−ヘキサン、ｎ−オクタン、ｎ−デカン、ｎ−ドデカン、デカヒドロナフタレン（デカリン）、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、ｐ−キシレン、クメン、クロロベンゼン、１，２−ジクロロベンゼン、３−メチル−１−ブタノール（イソアミルアルコール）、１−ヘキサノール、１−オクタノール、２−エチル−１−ヘキサノール、ジイソプロピルエーテル、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、アセチルアセトン、酢酸ブチル、ニトロベンゼン、ベンゼンニトリル、キノリン、リン酸トリブチル（ＴＢＰ）、及び石油エーテル等が使用可能である。また、従属栄養性藻類が乾燥している場合、有機溶媒としては、メタノール、エタノール、クロロホルム、ジクロロメタン、ペンタン、ペンテン、シクロペンタン、シクロペンテン、３−メチル−１−ブタノール（イソアミルアルコール）、及びアセチルアセトン等が使用可能である。さらに、メタノールと石油エーテルとを交互に用いて油脂を抽出してもよいし、クロロホルム−メタノール−水の一層系の溶媒を用いて油脂を抽出してもよい。なお、残留する有機溶媒は、減圧下で留去可能である。
【００４２】
あるいは、抽出装置５０７は、ＣＯ2超臨界抽出法、酵素法、及び浸透ショック法等を用いて油脂を抽出してもよい。
【００４３】
抽出装置５０７には、パイプ５１７を介して、精製装置５０８が接続されている。抽出装置５０７で抽出された油脂は、パイプ５１７を経て精製装置５０８に運搬される。精製装置５０８は、メタノール等のアルコール類とのエステル交換反応を用いて、油脂に含まれるトリアシルグリセロールから、脂肪酸メチルエステル等とグリセリンとを生成する。例えば、エステル交換反応に水酸化カリウムを用いた場合、アルコールに触媒を混合しメトキシ体を作り、それを添加する事で、反応を行う。さらに、精製装置５０８は、脂肪酸メチルエステル生成物からメタノールとグリセリンを除去し、脂肪酸メチルエステル生成物を水で洗浄して相分離し、高純度脂肪酸メチルエステルとしてバイオディーゼル燃料を精製する。洗浄水側には残留するグリセリンとアルカリ触媒とが分離される。エステル交換する反応触媒は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び炭酸カルシウム、アニオン交換樹脂等のアルカリでもよく、硫酸や酸強度の高い固体酸を用いてもよい。さらに、無触媒下の超臨界状態でエステル交換してもよい。また、エステル交換反応以外の精製装置として水素化分解装置がある。油脂を水素化分解して油脂中の酸素成分を水にして除去し、低分子化した炭化水素のみの軽油相当にしてもよい。
【００４４】
以上説明した第４の実施の形態に係る実施の形態に係る油脂製造システムによれば、従来余剰汚泥として廃棄されていた有機汚泥に含まれる分散菌を栄養源にして、従属栄養性藻類で油脂を製造することが可能となる。また、分解装置５０４で、有機汚泥に含まれる分散菌を分解するため、従属栄養性藻類が分解された分散菌を栄養源として容易に吸収できるようになる。
【実施例】
【００４５】
次に、実施例及び比較例を挙げて実施の形態をより具体的に説明するが、実施の形態はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。実施例においては、図１に示すような排水処理装置を用いた。分散菌槽１の容量は４００ｍＬであり、遠心分離機２には多本架冷却遠心機（ＴＯＭＹ ＥＸ−１２６）を用いた。また、分散菌槽１内の溶液は、散気管（塩ビ製パイプＬ字型でφ２ｍｍの孔空き）を用いて、４Ｌ／ｍｉｎで曝気した。
【００４６】
分散菌槽１には、塗料洗浄排水（生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）：８００ｍｇ／Ｌ、１００℃における過マンガン酸カリウムによる酸素要求量（ＣＯＤｍｎ）：３００ｍｇ／Ｌ）を３Ｌ／日で供給し、分散菌槽１内の菌体濃度が５００ｍｇ／Ｌとなるよう、パイプ１５から有機汚泥を抜き取った。その結果、軽液槽４に排出される処理水のＢＯＤは１００〜１５０ｍｇ／Ｌであり、
有機汚泥として増加した割合で与えられる活性汚泥転換率は６０〜８０％であった。表１に、分散菌槽１内の菌体濃度を変えた場合の処理水のＢＯＤ及び汚泥転換率の結果を示す。
【表１】
【００４７】
（その他の実施の形態）
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、第４の実施の形態において、図５に示す有機汚泥生成装置３００は、第１の実施の形態に係る有機汚泥生成装置と同様であると説明した。これに対して、有機汚泥生成装置３００は、第２又は第３の実施の形態に係る有機汚泥生成装置と同様であってもよいことはもちろんである。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。また、産業排水汚泥のみでなく生活排水汚泥などにも適用できるのはいうまでもない。さらに、図１に示す分散菌槽１内の菌濃度は、濁度計、全有機炭素濃度（ＴＯＣ）計、全酸素消費量測定装置（ＴＯＤ計）、及び化学的酸素要求量測定装置（ＣＯＤ計）でも測定可能である。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の有機汚泥生成装置、有機汚泥の生成方法、油脂製造システム、及び油脂の製造方法は、排水処理事業、及びエネルギー事業等の産業上の利用可能性がある。
【符号の説明】
【００４９】
１ 分散菌槽
２ 遠心分離機
３，１０３，１２３ 菌体濃度計
４ 軽液槽
５ 重液槽
１１，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，３１，１１３，５１４，５１５，５１６，５１７ パイプ
１２ 曝気装置
２０，２１，２２，２３，２４ バルブ
１０２ 膜モジュール
１０４，１２４ 液面計
３００ 有機汚泥生成装置
５０４ 分解装置
５０５ 培地調製装置
５０６ 培養装置
５０７ 抽出装置
５０８ 精製装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を含有する溶液が導入され、前記有機物を分解する分散菌が投入される分散菌槽と、
前記分散菌槽で処理された溶液から有機汚泥を分離する分離装置と、
を備え、
前記分散菌槽における前記溶液の滞留が、前記分散菌以外の菌が優先種になる前に終了する、
有機汚泥生成装置。
【請求項２】
前記分散菌槽における前記溶液の滞留時間が２乃至５時間である、請求項１に記載の有機汚泥生成装置。
【請求項３】
前記分散菌槽における前記分散菌の濃度を制御する分散菌濃度制御装置を更に備える、請求項１又は２に記載の有機汚泥生成装置。
【請求項４】
前記分散菌槽における前記分散菌の濃度が、前記分散菌が優先種であり続ける濃度に設定される、請求項３に記載の有機汚泥生成装置。
【請求項５】
前記分散菌槽における前記分散菌の濃度が１００乃至１０００ｍｇ／Ｌである、請求項３又は４に記載の有機汚泥生成装置。
【請求項６】
有機汚泥として増加した割合で与えられる汚泥転換率が６０％以上である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の有機汚泥生成装置。
【請求項７】
有機物を分解する分散菌が投入された分散菌槽に、前記有機物を含有する溶液を導入するステップと、
前記分散菌槽で処理された溶液から有機汚泥を分離するステップと、
を含み、
前記分散菌槽における前記溶液の滞留が、前記分散菌以外の菌が優先種になる前に終了する、
有機汚泥の生成方法。
【請求項８】
前記分散菌槽における前記溶液の滞留時間が２乃至５時間である、請求項７に記載の有機汚泥の生成方法。
【請求項９】
前記分散菌槽における前記分散菌の濃度を制御するステップを更に含む、請求項７又は８に記載の有機汚泥の生成方法。
【請求項１０】
前記分散菌槽における前記分散菌の濃度が、前記分散菌が優先種であり続ける濃度に設定される、請求項９に記載の有機汚泥の生成方法。
【請求項１１】
前記分散菌槽における前記分散菌の濃度が１００乃至１０００ｍｇ／Ｌである、請求項９又は１０に記載の有機汚泥の生成方法。
【請求項１２】
有機汚泥として増加した割合で与えられる汚泥転換率が６０％以上である、請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の有機汚泥の生成方法。
【請求項１３】
有機物を含有する溶液が導入され、前記有機物を分解する分散菌が投入される分散菌槽と、
前記分散菌槽で処理された溶液から有機汚泥を分離する分離装置と、
前記有機汚泥を栄養源として、従属栄養性藻類を培養する培養装置と、
前記従属栄養性藻類から油脂を抽出する抽出装置と、
を備え、
前記分散菌槽における前記溶液の滞留が、前記分散菌以外の菌が優先種になる前に終了する、
油脂製造システム。
【請求項１４】
前記従属栄養性藻類が、シゾキトリウムである、請求項１３に記載の油脂製造システム。
【請求項１５】
有機物を分解する分散菌が投入された分散菌槽に、有機物を含有する溶液を導入するステップと、
前記分散菌槽で処理された溶液から有機汚泥を分離するステップと、
前記有機汚泥を栄養源として、従属栄養性藻類を培養するステップと、
前記従属栄養性藻類から油脂を抽出するステップと、
を含み、
前記分散菌槽における前記溶液の滞留が、前記分散菌以外の菌が優先種になる前に終了する、
油脂の製造方法。
【請求項１６】
前記従属栄養性藻類が、シゾキトリウムである、請求項１５に記載の油脂の製造方法。
【請求項１】
有機物を含有する溶液が導入され、前記有機物を分解する分散菌が投入される分散菌槽と、
前記分散菌槽で処理された溶液から有機汚泥を分離する分離装置と、
を備え、
前記分散菌槽における前記溶液の滞留が、前記分散菌以外の菌が優先種になる前に終了する、
有機汚泥生成装置。
【請求項２】
前記分散菌槽における前記溶液の滞留時間が２乃至５時間である、請求項１に記載の有機汚泥生成装置。
【請求項３】
前記分散菌槽における前記分散菌の濃度を制御する分散菌濃度制御装置を更に備える、請求項１又は２に記載の有機汚泥生成装置。
【請求項４】
前記分散菌槽における前記分散菌の濃度が、前記分散菌が優先種であり続ける濃度に設定される、請求項３に記載の有機汚泥生成装置。
【請求項５】
前記分散菌槽における前記分散菌の濃度が１００乃至１０００ｍｇ／Ｌである、請求項３又は４に記載の有機汚泥生成装置。
【請求項６】
有機汚泥として増加した割合で与えられる汚泥転換率が６０％以上である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の有機汚泥生成装置。
【請求項７】
有機物を分解する分散菌が投入された分散菌槽に、前記有機物を含有する溶液を導入するステップと、
前記分散菌槽で処理された溶液から有機汚泥を分離するステップと、
を含み、
前記分散菌槽における前記溶液の滞留が、前記分散菌以外の菌が優先種になる前に終了する、
有機汚泥の生成方法。
【請求項８】
前記分散菌槽における前記溶液の滞留時間が２乃至５時間である、請求項７に記載の有機汚泥の生成方法。
【請求項９】
前記分散菌槽における前記分散菌の濃度を制御するステップを更に含む、請求項７又は８に記載の有機汚泥の生成方法。
【請求項１０】
前記分散菌槽における前記分散菌の濃度が、前記分散菌が優先種であり続ける濃度に設定される、請求項９に記載の有機汚泥の生成方法。
【請求項１１】
前記分散菌槽における前記分散菌の濃度が１００乃至１０００ｍｇ／Ｌである、請求項９又は１０に記載の有機汚泥の生成方法。
【請求項１２】
有機汚泥として増加した割合で与えられる汚泥転換率が６０％以上である、請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の有機汚泥の生成方法。
【請求項１３】
有機物を含有する溶液が導入され、前記有機物を分解する分散菌が投入される分散菌槽と、
前記分散菌槽で処理された溶液から有機汚泥を分離する分離装置と、
前記有機汚泥を栄養源として、従属栄養性藻類を培養する培養装置と、
前記従属栄養性藻類から油脂を抽出する抽出装置と、
を備え、
前記分散菌槽における前記溶液の滞留が、前記分散菌以外の菌が優先種になる前に終了する、
油脂製造システム。
【請求項１４】
前記従属栄養性藻類が、シゾキトリウムである、請求項１３に記載の油脂製造システム。
【請求項１５】
有機物を分解する分散菌が投入された分散菌槽に、有機物を含有する溶液を導入するステップと、
前記分散菌槽で処理された溶液から有機汚泥を分離するステップと、
前記有機汚泥を栄養源として、従属栄養性藻類を培養するステップと、
前記従属栄養性藻類から油脂を抽出するステップと、
を含み、
前記分散菌槽における前記溶液の滞留が、前記分散菌以外の菌が優先種になる前に終了する、
油脂の製造方法。
【請求項１６】
前記従属栄養性藻類が、シゾキトリウムである、請求項１５に記載の油脂の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−９２８１０（Ｐ２０１１−９２８１０Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４６２７８（Ｐ２００９−２４６２７８）
【出願日】平成２１年１０月２７日（２００９．１０．２７）
【出願人】（０００１１６７３６）旭化成エンジニアリング株式会社 (49)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２７日（２００９．１０．２７）
【出願人】（０００１１６７３６）旭化成エンジニアリング株式会社 (49)
【Ｆターム（参考）】
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