JP2001321792A

JP2001321792A - 油脂含有汚濁物質の嫌気性処理方法及び処理システム

Info

Publication number: JP2001321792A
Application number: JP2001064914A
Authority: JP
Inventors: Naoaki Kataoka; 直明片岡; Rinyun Hao; リンユンハオ; Akiko Miya; 晶子宮; Takayuki Suzuki; 隆幸鈴木
Original assignee: Japanese Res & Dev Ass For Env; Japanese Research & Development Association For Environment-Friendly Processing In Food Industry
Current assignee: Japanese Res & Dev Ass For Env; Japanese Research & Development Association For Environment-Friendly Processing In Food Industry
Priority date: 2000-03-08
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2001-11-20
Anticipated expiration: 2021-03-08
Also published as: JP4009069B2

Abstract

(57)【要約】【課題】油脂含有排水あるいは油脂含有廃棄物の嫌気性
処理を安定的にかつ効率的に行うことのできる浄化方
法、浄化システム及び浄化装置を提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係る方法は、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。本発明の他の態様は、上記の嫌気処理工程に、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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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(t
otal 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２
８３〜２８５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-CH ₄/g-分解COD_Cr
である（なお、上記において、ＨＲＴはhydraulic rete
ntion 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、Ｃ₁₆ _: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/V
II-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５
００mL/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】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。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、Cand
ida属、Rhizopus属、Pseudomonas属等、嫌気性微生物と
して、Anaerovibrio属、Butyrivibrio属、Desulfovibri
o属、Clostridium属、Ruminococcus属、Enterobacteriu
m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、Me
thanobacterium属、Methanobrevibacter属）、硫酸還元
細菌（例えば、Desulfovibrio属、Desulfotomaculum
属、Desulfobacterium属、Desulfobacter属、Desulfoco
ccus属）、酸生成細菌（例えば、Clostridium属、Aceti
vibrio属、Bacteroides属、Ruminococcus属）、通性嫌
気性細菌（例えばBacillus属、Lactobacillus属、Aerom
onas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］、Rhi
zopus 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４５〜７
０℃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-anthry
ldiazomethane,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、Ｔ
ＬＣ／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１０００
mg/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、ｐＨ
６〜９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M
L-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／Ｖ
ＳＳ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 o
f olive oil mill effluents: effect of chemical and
physical pretreatment on anaerobic treatability,
Water Science and Technology, Vol. 40,No. 1, pp.34
7-355, 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 anae
robic digestion and reduction of lipid inhibition
upon addition of bentonite, Applied Microbiology a
nd 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０．０１〜１．５
g/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、ｐ
Ｈ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２
０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ＶＳ
Ｓ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３０
m、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 T
H-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-1
997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、Ｇ
Ｌ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StandardMethod(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１４
００mg/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、Ｃ
ＯＤ _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３０
０mg/L以下になるように、リパーゼを１００〜１０００
U/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(３
５℃)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、ＣＯ
Ｄ_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triglyceri
de(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Ｖ
ＦＡ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／ＶＳ
Ｓ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、１
４３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ＶＦ
Ａ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３４
６mg/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、Ｃ
ＯＤ_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CO
D_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（３００〜４００ｃ
Ｐ）、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、３０
mmφ×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：ＳＶ
₃₀＝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
（volatiletotal 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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ１２Ｍ 1/36 Ｃ１２Ｍ 1/36 1/40 1/40 ＺＣ１２Ｎ 1/00 Ｃ１２Ｎ 1/00 Ｓ (72)発明者宮晶子神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号株式会社荏原総合研究所内 (72)発明者鈴木隆幸東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内Ｆターム(参考） 4B029 AA02 AA07 BB02 BB06 CC02 DF03 DF06 FA11 FA12 4B065 AA01X AA41X AA57X AA69X AA72X AA73X AC14 BB10 BC11 BC15 BD44 CA03 CA55 4D040 AA12 AA61 DD01 DD03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、前記浄化方法。
【請求項２】嫌気反応系内の高級脂肪酸濃度を所定以
下の値に保持するように、前記酵素あるいは酵素を生成
する微生物体の添加量を調節する工程をさらに含むこと
を特徴とする、請求項１記載の浄化方法。
【請求項３】前記高級脂肪酸濃度を、１０００mg/L以
下とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】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、前記嫌気処理の工程
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。
【請求項５】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４に記載の方
法。
【請求項６】嫌気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４又は５に記
載の方法。
【請求項７】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４〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】嫌気性処理工程を４５〜７５℃の温度で
行う請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】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１〜８のいずれかに
記載の方法。
【請求項１０】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１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】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
反応槽から採取したサンプルの高級脂肪酸濃度を測定す
る手段と；測定されたサンプルの高級脂肪酸濃度の値を
フィードバックして、酵素または酵素を生成する微生物
体の添加量を調節するための手段と；を含むことを特徴
とする、前記装置。
【請求項１２】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。