JP2005238078A - 含水有機物残渣の処理方法および処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】含水率が高く、難脱水性の含水有機物残渣を効率よく脱水して処理する。また、脱水補助のために添加する物質が、処理後の含水有機物残渣の再利用を阻害する恐れを低減する。
【解決手段】茶滓などの含水有機物残渣を混合槽１０に入れ、溶媒管１２からエタノールなどの揮発性溶媒を供給して混合する。エタノールと混合した茶滓は、脱水機などの固液分離手段２０で固形分と液体分とに分離する。得られた固形分は必要に応じて乾燥機３０などで乾燥し、食品添加物などとして利用する。液体分からは、加熱蒸留器４０などを用いて揮発性溶媒を回収する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水分を含む固体有機物残渣の処理方法に関し、特に茶滓、コーヒー滓などの植物系の含水有機物残渣に、脱水を補助する溶媒を添加して脱水することにより、水分を効率よく除去する含水有機物残渣の処理方法および処理装置に関する。

食品工場、飲食店、またはスーパーなどで発生する茶滓、大豆粕、および生ゴミ等の固体の有機物残渣は、含水率が６０〜９０重量％程度と高く、腐敗しやすい。このため、従来、これらの含水率の高い有機物残渣（「含水有機物残渣」という）を焼却処理する場合や、コンポスト化して再利用する場合、含水有機物残渣の腐敗を防ぎ、また、燃焼効率を高めるため、含水有機物残渣を脱水する処理が行なわれている。しかし、含水有機物残渣は脱水が困難で、含水率を大幅に低下させることは困難であった。

そこで、含水有機物残渣を脱水する場合、含水有機物残渣に木粉や紙片などの吸水性繊維を添加して含水率を低下させる方法や、含水有機物残渣を加温油中に浸漬させることにより含水率を低下させる方法などが提案されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１に開示された方法では、有機性汚泥のように、含水率が高く脱水が特に困難な固体廃棄物を、加温した油に浸漬させることで、廃棄物中の水分を油分と置換して脱水し、廃棄物の含水率を低下させる。この方法により脱水された廃棄物は、含水率が１０重量％以下程度であるため、腐敗しがたく、肥料や飼料として利用することもできる。

しかし、上記の方法では、脱水を補助する溶媒として油を使用するため、処理後の廃棄物中に油が残存し、残存油を除去するためにはヘキサンなどの溶媒と接触させて油を除去する処理を要する。このため、処理工程が複雑化し、処理コストの高騰を招く。
特開平７−３２８６９９号公報

本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、含水率が高く、脱水が困難な含水有機物残渣を容易に固液分離して含水率を低下させ、かつ、固液分離された固形分および液体分に、これらの再利用を阻害するような脱水補助用の添加物質が残存することを防止することである。また、本発明の別の目的は、植物系の含水有機物残渣に含まれる植物性ポリフェノール類などの利用価値のある成分を回収できるように、含水有機物残渣を処理することである。

本発明においては、含水率が高い含水有機物残渣を、エタノールなどの揮発性有機溶媒と混合し、固液分離する。より具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。

（１）含水有機物残渣に、揮発性溶媒を添加して攪拌する第１工程と、前記第１工程で得られる含水有機物残渣と揮発性溶媒との混合物を固液分離し、固形分と液体分とを得る第２工程と、を含む含水有機物残渣の処理方法。

ここで、本明細書において「含水有機物残渣」とは、植物、動物、または微生物由来の廃棄物であり、工業上利用可能な生物体含有成分と、含水率６０〜９０重量％程度の水分とを含む有機物を意味する。具体的には、食品加工過程で発生する茶滓、豆滓、および醸造滓などの食品加工残渣、生ゴミなどの食品残渣、並びに廃水処理過程で発生する有機性汚泥が挙げられる。

上記の含水有機物残渣のうち、植物を由来とする植物系の含水有機物残渣には、ポリフェノール類や糖類など、食品添加物などとして利用できる物質が多く含まれる。これらの物質のうち、茶カテキン類などのポリフェノール類は、エタノールなどの溶媒により容易に植物体から抽出される。このため、本発明において、植物系の含水有機物残渣を処理対象とした場合、含水有機物の含水率を低下させるとともに、固形分から分離した液体分を処理することで、ポリフェノール類などを回収して食品添加物などを製造することができ、好ましい。中でも、飲料製造過程で発生する茶滓は、茶カテキン類を多く含み、本発明の特に好適な処理対象である。

本明細書において「揮発性溶媒」とは、水より沸点が低い溶媒を意味する。本発明では、揮発性溶媒の中で特に、沸点が５０〜９０℃程度の親水性の溶媒を用いる。親水性の揮発性溶媒は、任意の割合で水と混合した場合、水と分離することなくほぼ均一に水と混合する溶媒であるため、含水有機物残渣に浸透しやすい。

本発明で使用できる揮発性溶媒の具体例としては、エタノール、メタノールおよびイソプロパノールなどのアルコール類、並びにアセトンなどが挙げられる。これらの揮発性溶媒のうち、生体毒性が低く、さらには殺菌効果を有するエタノールを特に好適に使用できる。揮発性溶媒の添加量は、含水有機物残渣に含まれる水に対して９０〜５００容量％とすることが好ましく、揮発性溶媒の添加後、含水有機物残渣はミキサーや攪拌羽根などの攪拌手段により攪拌し、含水有機物残渣に揮発性溶媒を浸透させる。

（１）記載の発明では、含水有機物残渣に揮発性溶媒を添加することで、含水有機物残渣中の水分と揮発性溶媒とを混合して、含水有機物残渣に含まれる液体の表面張力の低下を利用して、含水有機物残渣の固液分離を容易にするとともに、ポリフェノール類などの有機溶媒易溶性成分の液体側への移行を促進する。このため、含水有機物残渣に含まれる植物繊維などの固形分と、ポリフェノール類などの有機溶媒易溶性成分を容易に分離できる。

（２）前記第２工程で分離された固形分を乾燥する乾燥工程をさらに含む（１）記載の含水有機物残渣の処理方法。

（２）記載の発明では、揮発性溶媒を混合後、脱水などの固液分離処理をして液体分と分離した固形分を、含水率１０重量％程度以下となる程度まで乾燥する。乾燥処理された固形分は、固液分離の効率を上げるために添加された揮発性溶媒をほとんど含まない。固形分には、植物繊維などが含まれているが、乾燥処理を行うことにより、長期保存でき、加工しやすい状態の植物繊維などを得ることができる。

なお、本発明では、含水有機物残渣に揮発性溶媒が混合されていることから、固液分離後の固形分に含まれる水分は、揮発性溶媒と混合された状態で存在する。このため、液体分から分離した固形分を乾燥させる場合、水より沸点が低い揮発性溶媒がまず揮発することにより、水分は固形分内に分散した状態で残存することになる。このため、固形分中に点在するように残存する水分と気体との接触効率が高まるので、固形分を効率よく乾燥することができる。

（３）前記第２工程で分離された液体分を加熱し、前記液体分に含まれる揮発性溶媒を揮発させて液体分から揮発性溶媒を分離する溶媒回収工程をさらに含む（１）または（２）記載の含水有機物残渣の処理方法。

固形分と分離された液体分は、１５〜５５容量％程度の水分と、４５〜８５容量％程度の揮発性溶媒などを含む。そこで、加熱や減圧留去などの手段により、揮発性溶媒を強制的に水分から分離し、回収する。回収された揮発性溶媒は、含水有機物残渣に混合するために用いることができ、繰り返し利用できる。

（４）含水有機物残渣に揮発性溶媒を添加する溶媒供給手段と、前記揮発性溶媒が添加された含水有機物残渣を固液分離する固液分離手段と、を備える含水有機物残渣処理装置。

本発明によれば、含水有機物残渣に、エタノールのような揮発性溶媒を添加して固液分離することにより、固液分離の効率を向上させるとともに、含水有機物残渣に含まれる有機溶媒易溶性成分の液体分側への移行を促進し、有機溶媒易溶性成分を多く含んだ液体分を固形分から容易に分離することができる。また、固形分に揮発性溶媒を混合することにより、液体分と分離した固形分の乾燥時に水分の蒸発が促進される。このため、固形分の含水率を容易に低下させることができる。

含水率を低下させた固形分は、腐敗しがたく、取り扱いが容易である。特に、揮発性溶媒としてエタノールを用いた場合、エタノールの混合により含水有機物残渣が殺菌処理されるため、分離回収された固形分および液体分は、一定期間貯留し、食品添加物の製造原料などとして再利用することもできる。また、揮発性溶媒は固形分および液体分から除去し易く、固形分および液体分の再利用を阻害する恐れが低い。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。以下の説明は、含水有機物残渣として茶滓を用い、揮発性溶媒としてエタノールを用いる場合を例とする。

図１は、本発明に係る方法に使用される処理装置１の模式図である。処理装置１は、混合槽１０と、固液分離手段２０を備える。混合槽１０には、茶滓を移送する移送機１１と、エタノールを供給する溶媒管１２と、混合槽１０の内容物を槽外に排出する排出管１３とが接続されている。排出管１３は、一端が混合槽１０下部に接続され、他端は固液分離手段２０と接続されている。

混合槽１０は、溶媒管１２とともに溶媒供給手段を構成している。混合槽１０の内部には、混合槽１０の内容物を攪拌混合する攪拌羽根などの攪拌手段が設けられる（図示せず）。溶媒供給手段は、このようにエタノールを茶滓に添加した上、エタノールと茶滓とを均一に混合できる構成とすることが好ましいが、移送機１１の途中に単に溶媒管１２を設ける構成としてもよい。

茶滓は、固液分離に先立って破砕することもできる。茶滓を破砕する場合、例えば攪拌羽根にカッタ刃を設ける、あるいは混合槽１０の外部に循環路を設け、この循環路にカッタポンプなどの循環破砕手段を設ける、などの構成を採用できる。茶滓を破砕して細片化することにより、茶滓中での水の移動が容易になるとともに、茶滓とエタノールとの接触面積が増大するため、固液分離の効率を向上させることが期待できる。

ただし、茶滓の破砕は必ずしも必要でない。また、茶滓を破砕する場合、破砕工程は任意の段階に設けることができる。すなわち、茶滓はエタノールを添加する前、添加した後、もしくは添加しながら破砕することができる。

固液分離手段２０は、脱水機などで構成され、排出管１３を介して供給されるエタノールと茶滓との混合物（以下、「エタノール添加茶滓」という）を強制的に固液分離して脱水する。固液分離手段２０の具体例としては、スクリュープレス型脱水機、遠心濾過型および遠心沈降型の遠心脱水機、ベルトプレス型脱水機、並びにフィルタープレス型脱水機などが挙げられる。これらの固液分離手段は、少なくとも液体と接する部分を耐溶媒性の材質で形成することが好ましい。

次に、処理装置１を用い、含水有機物残渣としての茶滓を処理する方法について説明する。

まず、飲料製造過程などで発生する含水率６０〜９０重量％程度の茶滓を、ベルトコンベアなどで構成した移送手段１１によって混合槽１０内に投入する。また、溶媒管１２からは、茶滓の投入量に応じて、所定量のエタノールを混合槽１０に供給する。エタノールの混合量は、茶滓に含まれる水に対して９０〜５００容量％とする。殺菌および脱水効果の点から、エタノールは、濃度が９０〜９９．５重量％程度のものを用いることが好ましい。また、エタノール添加茶滓は、ｐＨ４〜７とすることが好ましい。

上記操作により、茶滓にエタノールを添加し、混合槽１０内部に設けた攪拌羽根でエタノール添加茶滓を攪拌する第１工程を実施する。第１工程で茶滓がエタノールと混合されて得られるエタノール添加茶滓を、排出管１３を介して混合槽１０から引き抜き、固液分離手段２０に送り、第２工程を実施する。

第２工程では、排出管１３から供給されたエタノール添加茶滓を、スクリュープレス型の脱水機で構成された固液分離手段２０により、圧搾脱水して固形分と液体分とに分離する。固液分離手段２０で固液分離された固形分は、固形分排出管２３から排出し、液体分は排液管２４から排出する。

第２工程から排出された固形分は、含水率が１０重量％程度以下となるように乾燥処理する。本実施形態では、固液分離手段２０と乾燥機３０とが固形分排出管２３を介して接続され、乾燥機３０を用いて固液分離手段２０から排出された固形分を乾燥させる乾燥工程を実施する。

乾燥工程は、固形分に残存する茶ポリフェノール類などの分解を防ぐため、光を遮断した環境で行うことが好ましい。同様に、固形分の変質を防ぐため、乾燥温度は３０〜８０℃とすることが好ましい。乾燥手段としては、通気乾燥でもよいが、真空乾燥の方が茶ポリフェノール類の分解を防いで乾燥できる点で、より好ましい。このようにして乾燥させた固形分は、揮発性溶媒が除去されており、飼料、肥料、抗菌剤含有素材、または食品添加物などとして利用することができる。

なお、固形分は、第２工程終了後に直ちに乾燥させず、貯留してもよい。貯留は通気性のない密閉容器を用いて行なうが、ホッパなどの通気可能な容器を用いてもよい。第２工程から排出される固形分は、固液分離前と比較して液体の含有率が１０〜５０容量％程度、減少しており、貯留中に通気すると、エタノールが自然に揮発するのに伴い、水分の蒸発が促され、液体の含有率をさらに低下させて３０〜６０容量％程度とすることができる。このため、乾燥工程の所用時間を低減できる。

一方、固形分と分離された液体分は、溶媒回収工程で処理する。本実施形態では、排液管２４を介して加熱蒸留器４０が固液分離手段２０と接続され、加熱蒸留器４０を用いて、排出管２４から排出された液体分からエタノールを分離して回収する。この際、減圧して液体の共沸点を低下させてもよい。

加熱蒸留器４０は、溶媒管１２と接続され、溶媒回収工程で回収されたエタノールを溶媒管１２を介して混合槽１０に供給し、繰り返し利用する。溶媒回収工程では、エタノールは水分を数％程度含む共沸混合物として回収されるため、回収されたエタノールを第１工程で再利用する場合、この水分量を考慮してエタノールの添加量を調整する。

一方、エタノールが除去された液（「残留液」と呼ぶ）は、残留液管４２から加熱蒸留器４０外へ排出する。

また、加熱蒸留器４０から排出される熱の一部は、乾燥工程で利用できる。本実施形態では、排熱管４１が加熱蒸留器４０と乾燥機３０とに接続され、加熱蒸留器４０から排出される熱を乾燥機３０に供給して固形分の乾燥に利用する。

第２工程から排出される液体分、および溶媒回収工程から排出される残留液には、茶カテキン類などの利用可能な成分が含まれる。茶カテキン類は、揮発性の有機溶媒に溶解し易い性質を有する有機溶媒易溶性成分であり、溶媒回収工程の前、または後に、溶解性成分回収工程を設けて、液体分または残留液から茶カテキン類などの成分を回収しても良い。有機溶媒易溶性成分を回収する手段としては、吸着材を利用した吸着分離方法などがある。

［実施例１］
煎茶を６５℃の温水で抽出処理することにより生じた茶滓（含水率８５重量％）１０００ｇを容量２Ｌのガラス瓶に入れ、純度９９重量％以上のエタノール８５０ｍｌを添加し、密栓して振とう攪拌した。エタノールを添加した茶滓（エタノール添加茶滓）中で、水とエタノールの容積比は１：１であった。次いで、遠心分離機を用いて加速度１０００Ｇでこのエタノール添加茶滓を固液分離した。さらに、上澄み液を採取した後の残渣を、卓上型のフィルタープレス機を用い、９８ＫＰａの圧力で６０秒間圧搾した。

得られた固形分は、エタノールと水分とを含んだ混合液体の含有率が７０容量％であり、液体分は２重量％の茶ポリフェノール類を含んでいた。固形分は、直径５０ｃｍの範囲で分散させた状態で、２０℃の室内に１８時間放置することにより、乾燥させた。放置後の固形分は、液体の含有率が８．７重量％であり、この液体の中の水分：エタノールの重量比は約９：１であった。

一方、液体分は蒸留器を用いて、加熱側が８０℃以下になるように蒸留した。この溶媒回収処理で、水とエタノールとの混合液体１Ｌあたり、濃度９０重量％のエタノール５５０ｍｌが回収できた。また、液体分からエタノールが分離されて残った残留液のエタノール濃度は１重量％以下であった。

［実施例２］
実施例１の茶滓に代えて、下水処理で得られる下水汚泥（含水率９０重量％）を用い、エタノール混合後の汚泥中の水とエタノールの容積比を１：２となるようにした他は、実施例１と同様の処理を行った。エタノールを添加した下水汚泥には、さらに塩酸を加え、ｐＨを４．５として固液分離を行った。フィルタープレスで脱水した後の固形分の含水率は７６容量％であった。

本発明は、茶滓などの水分を含む含水有機物残渣から水分を除去する処理に用いることができる。また、本発明は、固液分離により得られた固形分に含まれる植物繊維などを飼料や食品添加物などとして利用し、液体分に含まれるカテキン類などを回収するために用いることができる。

本発明の一実施形態である処理装置１を示す模式図である。

符号の説明

１ 処理装置
１０ 混合槽（溶媒供給手段）
１２ 溶媒管（溶媒供給手段）
２０ 固液分離手段
３０ 乾燥機
４０ 加熱蒸留器

Claims (4)

1. 含水有機物残渣に、揮発性溶媒を添加して攪拌する第１工程と、
   前記第１工程で得られる含水有機物残渣と揮発性溶媒との混合物を固液分離し、固形分と液体分とを得る第２工程と、を含む含水有機物残渣の処理方法。
2. 前記第２工程で分離された固形分を乾燥する乾燥工程をさらに含む請求項１記載の含水有機物残渣の処理方法。
3. 前記第２工程で分離された液体分を加熱し、前記液体分に含まれる揮発性溶媒を揮発させて液体分から揮発性溶媒を分離する溶媒回収工程をさらに含む請求項１または２記載の含水有機物残渣の処理方法。
4. 含水有機物残渣に揮発性溶媒を添加する溶媒供給手段と、
   前記揮発性溶媒が添加された含水有機物残渣を固液分離する固液分離手段と、を備える含水有機物残渣処理装置。

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