JP2005205372A

JP2005205372A - 食品廃材の嫌気性消化方法

Info

Publication number: JP2005205372A
Application number: JP2004017361A
Authority: JP
Inventors: Manabu Kishimoto; 学岸本
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2004-01-26
Filing date: 2004-01-26
Publication date: 2005-08-04

Abstract

【目的】生分解性樹脂成形体が混在する食品廃材において、事前に樹脂成形体を分別せずとも、メタンガスを高効率で回収することができる食品廃材の嫌気性消化方法を提供する。
【構成】生分解性樹脂成形体が混在する食品廃材を破砕して水性スラリーとなす破砕工程、破砕工程を経た水性スラリーを、生分解性樹脂成形体を構成する生分解性樹脂の分解能を有する加水分解酵素と接触処理する酵素接触処理工程、及び、酵素接触処理工程を経た水性スラリーを、メタン細菌によりメタン発酵させてメタンガスを発生させるメタン発酵工程、を含む食品廃材の嫌気性消化方法。

Description

本発明は、厨芥、食品加工工場の加工屑等の食品廃材からメタン細菌によりメタン発酵させてメタンガスを発生させる嫌気性消化方法に関する。

厨芥、食品加工工場の加工屑等の食品廃材は、従来より、家畜飼料化或いは焼却処理されていたが、旧通産省の「資源再利用技術システムの研究開発」としての「スターダスト’８０」（非特許文献１参照。）を端緒に、メタン細菌によりメタン発酵させて嫌気性消化し、発生するメタンガスとして回収して有効活用する試みがなされている。しかし、食品廃材は、消化に長時間を要すると共に、メタンガスとしての回収効率も低い等の問題があり、更に、食品廃材が樹脂フィルム袋等の樹脂成形体で包装されて廃棄されることにより、廃棄された食品廃材はそれらの樹脂成形体が混在した状態となることから、事前にそれら樹脂成形体の除去等の分別が必要であるという非効率的な廃棄環境下にあることも問題となっている。これに対して、食品廃材を破砕して水性スラリー化した後、メタン細菌によりメタン発酵させて消化し、メタンガスを発生させる前記嫌気性消化方法において、水酸化ナトリウム等のアルカリ剤を水性スラリー化の段階で加えてｐＨを調整し食品廃材の可溶化を促進させることにより、メタンガスとしての回収量を増加させ得る方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、これらの方法も、依然として、樹脂成形体の除去等の事前の分別が必要である。
廃棄物学会編「廃棄物ハンドブック」（平成８年５月１５日、（株）オーム社発行）特開２００２−２７３３９７号公報。

又、事前の分別をなくすべく、例えば、廃棄時の包装資材としての樹脂成形体を生分解性樹脂からなるものに限定しても、それらの生分解性樹脂成形体が混在した食品廃材は、樹脂成形体が生分解性のものであっても消化に長時間を要し、又、メタンガスとしての回収効率も低下する等の問題を残し、事前の分別を要しないと共に、メタンガスとしての回収効率の低下が抑制された技術の開発が強く求められているのが現状である。

本発明は、前述の従来技術に鑑みてなされたもので、生分解性樹脂成形体が混在する食品廃材において、事前に樹脂成形体を分別せずとも、メタンガスを高効率で回収することができる食品廃材の嫌気性消化方法を提供することを目的とする。

本発明は、生分解性樹脂成形体が混在する食品廃材を破砕して水性スラリーとなす破砕工程、破砕工程を経た水性スラリーを、生分解性樹脂成形体を構成する生分解性樹脂の分解能を有する加水分解酵素と接触処理する酵素接触処理工程、及び、酵素接触処理工程を経た水性スラリーを、メタン細菌によりメタン発酵させてメタンガスを発生させるメタン発酵工程、を含む食品廃材の嫌気性消化方法、を要旨とする。

本発明によれば、生分解性樹脂成形体が混在する食品廃材において、事前に樹脂成形体を分別せずとも、メタンガスを高効率で回収することができる食品廃材の嫌気性消化方法を提供することができる。

本発明の食品廃材の嫌気性消化方法において、破砕工程は、生分解性樹脂成形体が混在する食品廃材を破砕して水性スラリーとなすものである。

ここで、食品廃材としては、厨芥、食品加工工場の加工屑等が対象とされ、通常、量の多少はあれ含水物である。又、生分解性樹脂成形体としては、前記食品廃材の廃棄のためのフィルム状、シート状、繊維状、トレイ状等の包装資材、結束資材等であって、生分解性樹脂により成形されたものである。

本発明において、その生分解性樹脂としては、特に限定されるものではなく、従来公知の生分解性樹脂の中で成形加工性、及び成形体としての機械的強度等を有する樹脂であればよいが、脂肪族或いは脂環式ジオールと脂肪族或いは脂環式ジカルボン酸との重縮合体及び共重縮合体、ヒドロキシカルボン酸の重縮合体及び共重縮合体、ラクトンの重縮合体及び共重縮合体、並びに、これらのジオールとジカルボン酸、及びラクトン、ヒドロキシカルボン酸等の共重縮合体等の、脂肪族或いは脂環式ポリエステル樹脂が好ましい。

その脂肪族或いは脂環式ジオールとしては、例えば、エチレングリコール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，７−ヘプタンジオール、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、１，１０−デカンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、１，２−シクロヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジオール、１，２−シクロヘキサンジメタノール、１，４−シクロヘキサンジメタノール等が挙げられ、これらの中で、エチレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール等が好ましい。尚、これらは２種以上が併用されていてもよい。

又、その脂肪族或いは脂環式ジカルボン酸としては、例えば、蓚酸、マロン酸、琥珀酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカジカルボン酸、ドデカジカルボン酸、ヘキサヒドロフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、及び、これらジカルボン酸の炭素数１〜４程度のアルキルエステル、無水物等の誘導体等が挙げられ、これらの中で、琥珀酸、アジピン酸、セバシン酸、及び、これらジカルボン酸のアルキルエステル、無水物等が好ましい。尚、これらは２種以上が併用されていてもよい。

又、そのヒドロキシカルボン酸としては、例えば、グリコール酸、乳酸、２−ヒドロキシ−ｎ−酪酸、２−ヒドロキシ−３−メチル−ｎ−酪酸、２−ヒドロキシ−３，３−ジメチル−ｎ−酪酸、３−ヒドロキシ−ｎ−酪酸、４−ヒドロキシ−ｎ−酪酸、２−ヒドロキシ−ｎ−吉草酸、３−ヒドロキシ−ｎ−吉草酸、４−ヒドロキシ−ｎ−吉草酸、５−ヒドロキシ−ｎ−吉草酸、２−ヒドロキシ−ｎ−ヘキサン酸、２−ヒドロキシ−ｉ−ヘキサン酸、３−ヒドロキシ−ｎ−ヘキサン酸、４−ヒドロキシ−ｎ−ヘキサン酸、５−ヒドロキシ−ｎ−ヘキサン酸、６−ヒドロキシ−ｎ−ヘキサン酸等が挙げられ、これらの中で、グリコール酸、乳酸等が好ましい。尚、これらは２種以上が併用されていてもよい。

又、そのラクトンとしては、例えば、プロピオラクトン、ブチロラクトン、バレロラクトン、カプロラクトン、ラウロラクトン等が挙げられる。

これらの脂肪族或いは脂環式ポリエステル樹脂の中で、本発明においては、脂肪族或いは脂環式ジオール、脂肪族或いは脂環式ジカルボン酸、及び脂肪族或いは脂環式オキシカルボン酸とからなるものが特に好ましい。

又、その脂肪族或いは脂環式ポリエステル樹脂としては、成形加工性、及び成形体としての機械的強度、並びに生分解性等の面から、脂肪族或いは脂環式ジオールに由来する構成単位が３５〜４９．９９モル％、脂肪族或いは脂環式ジカルボン酸に由来する構成単位が３５〜４９．９９モル％、及び脂肪族或いは脂環式オキシカルボン酸に由来する構成単位が０．０２〜３０モル％からなるものが好ましく、脂肪族或いは脂環式ジオールに由来する構成単位が４０〜４９．７５モル％、脂肪族或いは脂環式ジカルボン酸に由来する構成単位が４０〜４９．７５モル％、及び脂肪族或いは脂環式オキシカルボン酸に由来する構成単位が０．５〜２０モル％からなるものが更に好ましく、脂肪族或いは脂環式ジオールに由来する構成単位が４５〜４９．５モル％、脂肪族或いは脂環式ジカルボン酸に由来する構成単位が４５〜４９．５モル％、及び脂肪族或いは脂環式オキシカルボン酸に由来する構成単位が１〜１０モル％からなるものが特に好ましい。

これらの脂肪族或いは脂環式ポリエステル樹脂の中で、本発明においては、脂肪族或いは脂環式ジオールに由来する構成単位が１，４−ブタンジオールに由来する単位であり、脂肪族或いは脂環式ジカルボン酸に由来する構成単位が琥珀酸に由来する単位であり、脂肪族或いは脂環式オキシカルボン酸に由来する構成単位がグリコール酸又は乳酸に由来する単位である脂肪族ポリエステル樹脂が特に好ましい。

尚、前記脂肪族或いは脂環式ポリエステル樹脂は、共重合成分として、例えば、２，２−ビス（４’−ヒドロキシフェニル）プロパン等の芳香族ジオール、テレフタル酸、イソフタル酸等の芳香族ジカルボン酸、及び、ヒドロキシ安息香酸等の芳香族オキシカルボン酸、並びに、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、グリセロール、ペンタエリスリトール、トリカルバリル酸、シクロペンタンテトラカルボン酸、トリメリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、及び、林檎酸、枸櫞酸、ヒドロキシグルタル酸、酒石酸、ヒドロキシイソフタル酸、ヒドロキシテレフタル酸、没食子酸等の三官能以上の多官能成分を、全成分に対して５モル％以下の量の構成単位として含んでいてもよい。

又、本発明における前記脂肪族或いは脂環式ポリエステル樹脂は、成形加工性、及び成形体としての機械的強度、並びに生分解性等の面から、数平均分子量が１万〜２０万であるのが好ましい。又、融点が９０〜２００℃であるのが好ましい。

尚、本発明における前記生分解性樹脂には、樹脂成形体に通常用いられる酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、帯電防止剤、滑剤、ブロッキング防止剤、離型剤、防曇剤、核剤、可塑剤、着色剤、充填材等が含有されていてもよい。

そして、本発明の食品廃材の嫌気性消化方法は、前記生分解性樹脂成形体が混在する食品廃材を破砕して水性スラリーとなす破砕工程を経る。その破砕工程は、通常含水物である食品廃材を、従来公知の横型或いは縦型の湿式回転破砕機等を用い、必要に応じて水を追加して、好ましくは平均径が５ｍｍ以下となるように破砕し、固形分濃度として、好ましくは５〜３０重量％程度の濃度の水性スラリーとなす。

次いで、前記破砕工程を経た水性スラリーを、生分解性樹脂成形体を構成する生分解性樹脂の分解能を有する加水分解酵素と接触処理する酵素接触処理工程を経る。その酵素接触処理工程は、水性スラリーに加水分解酵素を、直接に、或いは水溶液若しくは水分散液等とした液状化物として加え、攪拌下、必要に応じて加熱することにより、水性スラリー中の生分解性樹脂成形体破砕物を加水分解酵素と接触させる。その際、本発明においては、加水分解酵素との接触時間を、好ましくは３時間以上、特に好ましくは１０時間以上として、樹脂成形体破砕物としての材料強度を低下せしめることが好ましく、従って、この酵素接触処理工程としては、この接触時間を確保するために設けられた貯留槽等の容器中で行うのが好ましい。

尚、ここで、生分解性樹脂の分解能を有する加水分解酵素、所謂、ヒドラーゼとしては、カルボヒドラーゼ、エステラーゼ、リパーゼ等の、炭素−酸素結合を水解するもの、プロテアーゼ、アミダーゼ等の、炭素−窒素結合を水解するもの、キヌレニナーゼ等の、炭素−炭素結合を水解するもの等が、代表的なものとして挙げられ、これらの中で、エステラーゼ、リパーゼが好ましい。

次いで、前記酵素接触処理工程を経た水性スラリーを、メタン細菌によりメタン発酵させてメタンガスを発生させるメタン発酵工程を経る。このメタン発酵工程は、加熱装置、及び、発生するメタンガスの回収装置等を備えた消化槽等の容器中で行うのが好ましい。尚、メタン発酵工程における水性スラリーとしては、メタン発酵を良好に行わせるために、ｐＨを８以下に、特に好ましくはｐＨ７に、保っておくことが好ましい。

尚、本発明において、メタンガスの高効率回収の効果をより確実にするために、メタン発酵工程に到る前の水性スラリーに、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ剤を、食品廃材１００重量部に対して１〜２重量部添加して水性スラリーのｐＨを９以上にして、食品廃材の可溶化を促進しておくことが好ましく、そのアルカリ剤の添加は、前記破砕工程で行うのが特に好ましい。又、そのアルカリ剤の添加による食品廃材の可溶化は、４０〜８０℃程度に加熱して行うのが好ましく、従って、破砕工程は、同程度の温度下で行われるのが特に好ましい。

又、メタン発酵工程を経た消化残渣は、通常、消化汚泥として汚泥処理される。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を越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１
一般家庭から排出された厨芥約１００ｇ（乾燥重量）を、１，４−ブタンジオールに由来する構成単位４７モル％、琥珀酸に由来する構成単位４７モル％、及び乳酸に由来する構成単位６モル％からなり、数平均分子量が３８，０００の脂肪族ポリエステル樹脂を用い押出成形された厚み５０μｍのフィルムから形成された袋に入れ、湿式回転破砕機に水約９００ｇと共に投入して、平均径が約２ｍｍとなるように破砕することにより、固形分濃度約１０重量％の水性スラリーとなした。尚、その祭、水酸化ナトリウム１．５ｇを添加し、水性スラリーのｐＨを９に調整した。又、破砕時の破砕機中の温度は、４０〜５０℃の範囲であった。

次いで、破砕工程を経た水性スラリーを２Ｌの容器に移送し、リゾプス・デレマー（Ｒｈｉｚｏｐｕｓｄｅｌｅｍｅｒ）由来の「リパーゼ１００８９０」（生化学工業社製）１ｇを、界面活性剤（ＳＩＧＭＡ社製「トライトンＸ−１００」）５０ｐｐｍを添加した０．１Ｍ燐酸カリウム緩衝液２００ｍｌに加えた加水分解酵素液を加え、４０℃に保ちつつ２０時間攪拌することにより、酵素接触処理を行った。

次いで、酵素接触処理工程を経た水性スラリーを別の２Ｌの容器に移送し、メタン細菌によりメタン発酵させてメタンガスを発生させたところ、２４時間で１２０ｃｍ³のメタンガスが回収できた。

比較例１
破砕工程を経た水性スラリーを２Ｌの容器に移送したものの、加水分解酵素液の添加を行わなかった外は、実施例１と同様にしてメタン発酵させてメタンガスを発生させたところ、同一時間で回収されたメタンガスは７０ｃｍ³であった。

本発明によれば、生分解性樹脂成形体が混在する食品廃材において、事前に樹脂成形体を分別せずとも、メタンガスを高効率で回収することができる食品廃材の嫌気性消化方法を提供することができ、廃棄物の有効利用によるメタンガス回収技術として有用である。

Claims

生分解性樹脂成形体が混在する食品廃材を破砕して水性スラリーとなす破砕工程、破砕工程を経た水性スラリーを、生分解性樹脂成形体を構成する生分解性樹脂の分解能を有する加水分解酵素と接触処理する酵素接触処理工程、及び、酵素接触処理工程を経た水性スラリーを、メタン細菌によりメタン発酵させてメタンガスを発生させるメタン発酵工程、を含むことを特徴とする食品廃材の嫌気性消化方法。
酵素接触処理工程における加水分解酵素が、リパーゼ又はエステラーゼである請求項１に記載の食品廃材の嫌気性消化方法。
酵素接触処理工程における加水分解酵素との接触処理時間を３時間以上とする請求項１又は２に記載の食品廃材の嫌気性消化方法。
生分解性樹脂成形体を構成する生分解性樹脂が、脂肪族ポリエステル樹脂である請求項１乃至３のいずれかに記載の食品廃材の嫌気性消化方法。
生分解性樹脂としての脂肪族ポリエステル樹脂が、数平均分子量１万〜２０万のものである請求項４に記載の食品廃材の嫌気性消化方法。