JP2016168564A - Sludge treatment system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sludge treatment system that can highly efficiently treat a biological sludge.SOLUTION: A sludge treatment system according to an embodiment has a first biocatalyst culture tank, a first decomposition tank, a second biocatalyst culture tank, a second decomposition tank, and a digestion tank. The first biocatalyst culture tank cultures a first biocatalyst. The first decomposition tank decomposes the viscous material contained in a biological sludge by the first biocatalyst. The second biocatalyst culture tank cultures a second biocatalyst. The second decomposition tank decomposes microorganisms in the biological sludge by the second biocatalyst. The digestion tank anaerobic-digestion treats the biological sludge treated in the second decomposition tank, and converts to a biogas. The first biocatalyst is a catalyst for decomposing the constituent of a viscous material contained in a biological sludge, exhibited on the cell surface of a host organism. The second biocatalyst is a catalyst for decomposing the constituent of a microorganism in a biological sludge, exhibited on the cell surface of a host organism.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、汚泥処理システムに関する。   Embodiments of the present invention relate to a sludge treatment system.

水処理システムでは、微生物等を含む生物汚泥の処理を行う場合がある。しかしながら、従来の技術では、生物汚泥の処理効率の向上について検討の余地があった。   In the water treatment system, biological sludge containing microorganisms may be treated. However, with the conventional technology, there is room for study on improving the treatment efficiency of biological sludge.

特開2005−169329号公報JP 2005-169329 A 特開2001−327998号公報JP 2001-327998 A 特開2008−264650号公報JP 2008-264650 A 特開2004−8892号公報JP 2004-8892 A

本発明が解決しようとする課題は、高効率に生物汚泥を処理可能な汚泥処理システムを提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a sludge treatment system capable of treating biological sludge with high efficiency.

実施形態の汚泥処理システムは、第1の生体触媒培養槽と、第1の分解槽と、第2の生体触媒培養槽と、第2の分解槽と、消化槽とを持つ。第1の生体触媒培養槽は、第1の生体触媒を培養する。第1の分解槽は、生物汚泥に含まれる粘性物質の構成成分を、前記第1の生体触媒により分解する。第2の生体触媒培養槽は、第2の生体触媒を培養する。第2の分解槽は、前記第1の分解槽の後段に配置され、前記第1の分解槽において処理された生物汚泥中の微生物の構成成分を前記第2の生体触媒により分解する。消化槽は、前記第2の分解槽の後段に配置され、前記第2の分解槽において処理された生物汚泥を嫌気性消化処理し、バイオガスに変換する。前記第1の生体触媒は、宿主生物の細胞表面に、生物汚泥に含まれる粘性物質の構成成分を分解する触媒を提示したものである。前記第2の生体触媒は、宿主生物の細胞表面に、生物汚泥中の微生物の構成成分を分解する触媒を提示したものである。   The sludge treatment system of the embodiment has a first biocatalyst culture tank, a first decomposition tank, a second biocatalyst culture tank, a second decomposition tank, and a digestion tank. The first biocatalyst culture tank cultures the first biocatalyst. A 1st decomposition tank decomposes | disassembles the structural component of the viscous substance contained in biological sludge with a said 1st biocatalyst. The second biocatalyst culture tank cultures the second biocatalyst. A 2nd decomposition tank is arrange | positioned in the back | latter stage of the said 1st decomposition tank, and decomposes | disassembles the component of the microorganisms in the biological sludge processed in the said 1st decomposition tank with a said 2nd biocatalyst. A digestion tank is arrange | positioned in the back | latter stage of the said 2nd decomposition tank, performs the anaerobic digestion process of the biological sludge processed in the said 2nd decomposition tank, and converts it into biogas. The first biocatalyst presents a catalyst that decomposes components of viscous substances contained in biological sludge on the cell surface of the host organism. The second biocatalyst presents a catalyst that decomposes the constituent components of microorganisms in the biological sludge on the cell surface of the host organism.

第1の実施形態における、汚泥処理システムの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the sludge treatment system in 1st Embodiment. 第2の実施形態における、汚泥処理システムの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the sludge processing system in 2nd Embodiment. 第3の実施形態における、汚泥処理システムの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the sludge processing system in 3rd Embodiment. 第4の実施形態における、汚泥処理システムの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the sludge processing system in 4th Embodiment. 余剰汚泥に含まれるフロックの構造の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of the structure of the floc contained in excess sludge. 実施形態に好適に用いられる生体触媒の説明図。Explanatory drawing of the biocatalyst used suitably for embodiment.

以下、実施形態の汚泥処理システムを、図面を参照して説明する。   Hereinafter, the sludge treatment system of an embodiment is explained with reference to drawings.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態における、汚泥処理システム1の構成例を示す図である。第1の実施形態では、汚泥処理システムは、「汚泥処理システム1a」という。汚泥処理システム1aは、微生物を含有する生物汚泥を分解処理する設備であれば、特定の設備に限定されない。汚泥処理システム1aは、例えば、下水処理場、食品工場である。第1の実施形態では、汚泥処理システム1aは、一例として下水処理場である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a sludge treatment system 1 in the first embodiment. In the first embodiment, the sludge treatment system is referred to as “sludge treatment system 1a”. The sludge treatment system 1a is not limited to a specific facility as long as it is a facility that decomposes biological sludge containing microorganisms. The sludge treatment system 1a is, for example, a sewage treatment plant or a food factory. In the first embodiment, the sludge treatment system 1a is a sewage treatment plant as an example.

第1の実施形態において、生物汚泥を分解するとは、生物汚泥の成分の少なくとも一部を低分子化することである。   In the first embodiment, decomposing biological sludge is to lower the molecular weight of at least part of the components of biological sludge.

汚泥処理システム1aは、基質槽70と、第1の生体触媒培養槽10aと、粘性物質分解槽10b(第1の分解槽)と、第2の生体触媒培養槽20aと、細胞壁分解槽20b(第2の分解槽)と、第3の生体触媒培養槽30aと、細胞膜・細胞質分解槽30b(第3の分解槽)と、消化槽50とを備える。上記各槽は、管によって連結されていてもよい。   The sludge treatment system 1a includes a substrate tank 70, a first biocatalyst culture tank 10a, a viscous substance decomposition tank 10b (first decomposition tank), a second biocatalyst culture tank 20a, and a cell wall decomposition tank 20b ( A second decomposition tank), a third biocatalyst culture tank 30a, a cell membrane / cytoplasmic decomposition tank 30b (third decomposition tank), and a digestion tank 50. Each said tank may be connected with the pipe | tube.

第1の生体触媒培養槽10aは、第1の生体触媒の培養生産を行う槽である。第1の生体触媒は、宿主生物の細胞表面に、生物汚泥に含まれる粘性物質の構成成分を分解する触媒を提示したものであり、該触媒を作り出す生物自体が挙げられる。
生物により作り出される触媒としては、酵素等のタンパク質が挙げられ、加水分解酵素、酸化還元酵素、転移酵素、脱離酵素、異性化酵素、合成酵素が好ましく、加水分解酵素がより好ましい。
The first biocatalyst culture tank 10a is a tank that performs culture production of the first biocatalyst. A 1st biocatalyst presents the catalyst which decomposes | disassembles the component of the viscous substance contained in biological sludge on the cell surface of a host organism, and the organism itself which produces this catalyst is mentioned.
Examples of the catalyst produced by a living body include proteins such as enzymes, and hydrolase, oxidoreductase, transferase, eliminase, isomerase, and synthase are preferable, and hydrolase is more preferable.

第1の実施形態において、粘性物質とは、生物汚泥に含まれるフロックを構成する粘性物質であり、生物汚泥に含まれる微生物が分泌したものが挙げられる。   In 1st Embodiment, a viscous substance is a viscous substance which comprises the floc contained in biological sludge, and what was secreted by the microorganisms contained in biological sludge is mentioned.

第1の生体触媒培養槽10aは、宿主細胞が好適に増殖するための手段を備えている。係る手段としては、一例として温度制御手段、pH制御手段、濁度計等の基質濃度制御手段、圧力制御手段、攪拌手段等が挙げられる。
一例として、宿主細胞として酵母を用いる場合、第1の生体触媒培養槽10aは、槽内環境が20〜30℃、pH4〜7となるように制御される。
The first biocatalyst culture tank 10a includes means for suitably growing host cells. Examples of such means include temperature control means, pH control means, substrate concentration control means such as a turbidimeter, pressure control means, stirring means and the like.
As an example, when using yeast as a host cell, the 1st biocatalyst culture tank 10a is controlled so that the environment in a tank will be 20-30 degreeC and pH 4-7.

基質槽70には、第1の生体触媒培養槽10a、第2の生体触媒培養槽20a、及び第3の生体触媒培養槽30aに供給する培地が溜められている。培地としては、第1の生体触媒培養槽10a、第2の生体触媒培養槽20a、及び第3の生体触媒培養槽30a中の微生物等を培養できるものであれば特に限定されず、炭素源、窒素源、無機塩類等を含有するものが好ましい。各生体触媒培養槽には、調整部80によって培地が導入される。調整部80は、一例として、ポンプ又はバルブである。
炭素源としては、グルコース、フルクトース、シュークロース等の糖類;デンプン又はデンプン加水分解物等の炭水化物が挙げられる。
窒素源としては、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム等の無機酸または有機酸のアンモニウム塩、ペプトン、肉エキス、酵母エキス、コーンスティーブリカー、カゼイン加水分解物、大豆粕、大豆粕加水分解物、各種発酵菌体消化物等が挙げられる。
無機塩類としては、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸銅、炭酸カルシウム等が挙げられる。
The substrate tank 70 stores a medium to be supplied to the first biocatalyst culture tank 10a, the second biocatalyst culture tank 20a, and the third biocatalyst culture tank 30a. The medium is not particularly limited as long as it can cultivate microorganisms and the like in the first biocatalyst culture tank 10a, the second biocatalyst culture tank 20a, and the third biocatalyst culture tank 30a. Those containing a nitrogen source, inorganic salts and the like are preferred. A medium is introduced into each biocatalyst culture tank by the adjusting unit 80. The adjustment unit 80 is, for example, a pump or a valve.
Examples of the carbon source include saccharides such as glucose, fructose, and sucrose; and carbohydrates such as starch or starch hydrolyzate.
Nitrogen sources include ammonia, ammonium salts of inorganic or organic acids such as ammonium chloride, ammonium sulfate, and ammonium acetate, peptone, meat extract, yeast extract, corn steep liquor, casein hydrolyzate, soybean meal, soybean meal hydrolyzate And various fermented bacterial cell digests.
Examples of inorganic salts include magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, ferrous sulfate, manganese sulfate, copper sulfate, calcium carbonate and the like.

なお、実施形態において、生体触媒培養槽に培地を供給する基質槽70は、各生体触媒培養槽ともに共通としたが、基質が各生体触媒培養槽ごとに導入されるよう、生体触媒培養槽ごとに各基質槽が設けられていてもよい。   In the embodiment, the substrate tank 70 for supplying the culture medium to the biocatalyst culture tank is common to each biocatalyst culture tank, but the biocatalyst culture tank is introduced so that the substrate is introduced to each biocatalyst culture tank. Each substrate tank may be provided.

粘性物質分解槽10bは、余剰汚泥Fに含まれる粘性物質の構成成分を、前記第1の生体触媒により分解する槽である。粘性物質分解槽10bには、調整部10dによって余剰汚泥F(生物汚泥)が導入される。また、粘性物質分解槽10bには、調整部10cによって第1の生体触媒が導入され、余剰汚泥Fと合流する。調整部10d,10cは、一例として、ポンプ又はバルブである。
前記第1の生体触媒により、余剰汚泥Fに含まれる粘性物質の構成成分を低分子化することで、後段の各分解槽における処理、及び消化槽50における生物汚泥の嫌気性消化処理を、高効率に行うことが可能となる。
The viscous substance decomposition tank 10b is a tank that decomposes the constituents of the viscous substance contained in the excess sludge F with the first biocatalyst. Surplus sludge F (biological sludge) is introduced into the viscous substance decomposition tank 10b by the adjusting unit 10d. In addition, the first biocatalyst is introduced into the viscous substance decomposition tank 10b by the adjusting unit 10c and merges with the excess sludge F. The adjusting units 10d and 10c are pumps or valves as an example.
By reducing the molecular components of the viscous material contained in the excess sludge F by the first biocatalyst, the treatment in each subsequent decomposition tank and the anaerobic digestion treatment of the biological sludge in the digestion tank 50 can be performed. It becomes possible to carry out efficiently.

実施形態において、生物汚泥は余剰汚泥Fである。粘性物質分解槽10bに導入される余剰汚泥Fには、有機物と微生物が含まれている。有機性汚泥、特に余剰汚泥等の生物汚泥は、微生物集合体(フロック)が主な組成となっている。図5は、余剰汚泥Fに含まれるフロックの構造を模式的に示した図である。汚泥中の微生物フロックは図5に示すように、微生物が自身で分泌する粘性物質により囲まれている。これらの粘性物質が微生物を囲むように微生物を守っている。例えば、ズーグレア属細菌は粘性物質を分泌し、自己または他の微生物を粘性物質の中に閉じ込める習性がある。   In the embodiment, the biological sludge is surplus sludge F. The excess sludge F introduced into the viscous material decomposition tank 10b contains organic substances and microorganisms. Organic sludge, especially biological sludge such as surplus sludge, is mainly composed of microbial aggregates (floc). FIG. 5 is a diagram schematically showing the structure of floc contained in the excess sludge F. As shown in FIG. 5, the microorganism floc in the sludge is surrounded by a viscous substance secreted by the microorganism itself. These viscous substances protect microorganisms so that they surround them. For example, Zoulea bacteria secrete a viscous substance and have the habit of trapping themselves or other microorganisms in the viscous substance.

より効率的に、生物汚泥をバイオガスへと変換するためには、消化槽50における嫌気性消化の基質となるよう、汚泥を低分子化することが好ましい。消化槽50内においても、酸生成菌などの嫌気性微生物の働きによって汚泥の一部成分は低分子化され得るが、嫌気性微生物による分解反応は、基本的に時間を要する。したがって、汚泥の低分子化に際しては、微生物に含まれる有機成分を、生体触媒を用い予め低分子化することが有効である。生体触媒を用いた高い反応速度で前記成分を低分子化することで、消化槽での消化反応がよりスムーズに進行されると期待される。
しかし、上記フロックの粘性物質によるブロッキングで、触媒が微生物へアクセスするのが困難となっている。また、粘性物質の耐薬品性は非常に強い。粘性物質を分解する方法として、物理的な方法(例えば、超音波処理、オゾン処理、加熱処理)が有効とされるが、膨大なエネルギーをかけることになる。
実施形態においては、粘性物質の構成成分を分解可能な触媒によって、粘性物質を分解することで、少ないエネルギー且つマイルドな状態で粘性物質を効率よく分解でき、触媒の微生物へのアクセスが容易となる。
In order to convert biological sludge into biogas more efficiently, it is preferable to lower the molecular weight of the sludge so that it becomes a substrate for anaerobic digestion in the digestion tank 50. Even in the digestion tank 50, some components of sludge can be reduced in molecular weight by the action of anaerobic microorganisms such as acid-producing bacteria, but the decomposition reaction by anaerobic microorganisms basically requires time. Therefore, it is effective to reduce the molecular weight of the organic component contained in the microorganism in advance using a biocatalyst when reducing the molecular weight of the sludge. It is expected that the digestion reaction in the digester proceeds more smoothly by reducing the molecular weight of the component at a high reaction rate using a biocatalyst.
However, the blocking of the floc by the viscous substance makes it difficult for the catalyst to access the microorganism. In addition, the chemical resistance of viscous materials is very strong. As a method for decomposing a viscous substance, a physical method (for example, ultrasonic treatment, ozone treatment, heat treatment) is effective, but enormous energy is applied.
In the embodiment, the viscous material is decomposed by the catalyst capable of decomposing the constituent components of the viscous material, so that the viscous material can be efficiently decomposed in a low energy and mild state, and the access to the microorganism of the catalyst becomes easy. .

粘性物質は、主に多糖類、タンパク質、核酸によって構成されている。上記のとおりであるから、粘性物質を分解し得る触媒としては、酵素が挙げられ、粘性物質を分解可能なものであれば、特に限定されない。粘性物質を分解し得る酵素としては以下のものが挙げられる。多糖類に関しては、多糖類分解酵素が挙げられ、β‐1,4グルカン結合を加水分解する酵素が挙げられる。多糖類分解酵素としては、例えば、セルラーゼ群、ヘミセルラーゼ群、キシラーゼ群、マンノーシターゼ等が挙げられる。タンパク質に関しては、プロテアーゼが挙げられ、ペプチド結合を加水分解するプロテアーゼ群が挙げられる。核酸に関しては、核酸分解酵素が挙げられ、リボ核酸の糖とリン酸の間のホスホジエステル結合を加水分解するヌクレアーゼ群が挙げられる。   Viscous substances are mainly composed of polysaccharides, proteins, and nucleic acids. Since it is as above-mentioned, as a catalyst which can decompose | disassemble a viscous substance, an enzyme is mentioned and it will not specifically limit if a viscous substance can be decomposed | disassembled. Examples of enzymes capable of decomposing viscous substances include the following. Examples of polysaccharides include polysaccharide-degrading enzymes, and enzymes that hydrolyze β-1,4-glucan bonds. Examples of polysaccharide-degrading enzymes include cellulase group, hemicellulase group, xylase group, mannositase and the like. As for proteins, proteases can be mentioned, and a group of proteases that hydrolyze peptide bonds can be mentioned. Examples of nucleic acids include nucleolytic enzymes and nuclease groups that hydrolyze phosphodiester bonds between ribonucleic acid sugars and phosphates.

例えば、プロテアーゼ及びセルラーゼが細胞表面に提示された宿主生物を含有する第1の生体触媒と、余剰汚泥Fとを混合することによって、余剰汚泥Fに含まれる粘性物質が、これらの生体触媒によって分解される。
第1の生体触媒は、1種類の触媒のみを含んでいてもよく、複数種類の触媒を含んでいてもよい。第1の生体触媒が複数種類の触媒を含む場合、1種類の触媒を発現した宿主生物を、複数種類含んでいてもよいし、複数種類の触媒を発現した宿主生物を1種類又は複数種類含んでいてもよい。
For example, by mixing the first biocatalyst containing the host organism on which the protease and cellulase are presented on the cell surface with the excess sludge F, the viscous material contained in the excess sludge F is decomposed by these biocatalysts. Is done.
The first biocatalyst may include only one type of catalyst or may include a plurality of types of catalysts. When the first biocatalyst includes a plurality of types of catalysts, a plurality of types of host organisms that express one type of catalyst may be included, or one type or a plurality of types of host organisms that express a plurality of types of catalysts may be included. You may go out.

粘性物質分解槽10bの運転温度としては、宿主生物とその表面に提示された生体触媒の種類に応じて適宜設定可能であり、一例として、20℃〜55℃程度であり、生体触媒の至適温度を考慮して、37℃がより好ましい。また、備え付けの攪拌装置により適宜攪拌されることが有機性汚泥の温度分布の均一化の観点から好ましい。
粘性物質分解槽10b内の処理液のpHは、宿主生物とその細胞表面に提示された生体触媒の種類に応じて適宜設定可能である。
The operating temperature of the viscous substance decomposition tank 10b can be appropriately set according to the host organism and the type of biocatalyst presented on the surface thereof, and is about 20 ° C to 55 ° C as an example. Considering the temperature, 37 ° C. is more preferable. Moreover, it is preferable from the viewpoint of uniform temperature distribution of the organic sludge that stirring is appropriately performed by a provided stirring device.
The pH of the treatment liquid in the viscous substance decomposition tank 10b can be appropriately set according to the host organism and the type of biocatalyst presented on the cell surface.

第2の生体触媒培養槽20aは、第2の生体触媒の培養生産を行う槽である。第2の生体触媒は、宿主生物の細胞表面に、生物汚泥に含まれる微生物の細胞壁の構成成分を分解する触媒を提示したものであり、該触媒を作り出す生物自体が挙げられる。生物により作り出される触媒としては、酵素等のタンパク質が挙げられ、加水分解酵素、酸化還元酵素、転移酵素、脱離酵素、異性化酵素、合成酵素が好ましく、加水分解酵素がより好ましい。   The second biocatalyst culture tank 20a is a tank that performs culture production of the second biocatalyst. The 2nd biocatalyst presents the catalyst which decomposes | disassembles the structural component of the cell wall of the microorganisms contained in biological sludge on the cell surface of a host organism, and the organism itself which produces this catalyst is mentioned. Examples of the catalyst produced by a living body include proteins such as enzymes, and hydrolase, oxidoreductase, transferase, eliminase, isomerase, and synthase are preferable, and hydrolase is more preferable.

第2の生体触媒培養槽20aは、宿主細胞が好適に増殖するための手段を備えている。係る手段としては、一例として温度制御手段、pH制御手段、濁度計等の基質濃度制御手段、圧力制御手段、攪拌手段等が挙げられる。
一例として、宿主細胞として酵母を用いる場合、第2の生体触媒培養槽20aは、槽内環境が20〜30℃、pH4〜7となるように制御される。
The second biocatalyst culture tank 20a includes means for suitably growing host cells. Examples of such means include temperature control means, pH control means, substrate concentration control means such as a turbidimeter, pressure control means, stirring means and the like.
As an example, when using yeast as a host cell, the 2nd biocatalyst culture tank 20a is controlled so that the environment in a tank will be 20-30 degreeC and pH 4-7.

粘性物質分解槽10bにおいて処理された生物汚泥は、細胞壁分解槽20bへと導入される。粘性物質分解槽10bにおいて処理された生物汚泥については、生物汚泥である余剰汚泥Fに由来する意味で生物汚泥と称している。   The biological sludge treated in the viscous material decomposition tank 10b is introduced into the cell wall decomposition tank 20b. The biological sludge treated in the viscous substance decomposition tank 10b is referred to as biological sludge in the sense that it is derived from surplus sludge F that is biological sludge.

細胞壁分解槽20bは、粘性物質分解槽10bにおいて処理された生物汚泥に含まれる微生物の細胞壁の構成成分を、前記第2の生体触媒により分解する槽である。細胞壁分解槽20bには、調整部20cによって第2の生体触媒が導入され、粘性物質分解槽10bにおいて処理された生物汚泥と合流する。調整部20cは、一例として、ポンプ又はバルブである。
第2の生体触媒により、粘性物質分解槽10bにおいて処理された生物汚泥に含まれる微生物の細胞壁の構成成分を低分子化することで、後段の各分解槽における処理、及び消化槽50における生物汚泥の嫌気性消化処理を、高効率に行うことが可能となる。
The cell wall decomposition tank 20b is a tank that decomposes the constituent components of the cell walls of microorganisms contained in the biological sludge treated in the viscous substance decomposition tank 10b with the second biocatalyst. A second biocatalyst is introduced into the cell wall decomposition tank 20b by the adjusting unit 20c and merges with the biological sludge treated in the viscous substance decomposition tank 10b. The adjustment unit 20c is, for example, a pump or a valve.
By using the second biocatalyst to lower the molecular components of the cell walls of microorganisms contained in the biological sludge treated in the viscous substance decomposition tank 10b, the treatment in each subsequent decomposition tank and the biological sludge in the digestion tank 50 are performed. It becomes possible to perform the anaerobic digestion process of this with high efficiency.

微生物の細胞壁の構成成分を分解し得る分解酵素としては、細胞壁の構成成分を分解可能であるものであれば、特に制限されない。微生物の細胞壁の構成成分を分解し得る分解酵素としては、細胞壁を構成する物質であるペプチドグリカンを加水分解可能な酵素が挙げられる。例として、細胞壁の強固な構造を作るペプチドグリカン結合を特異的に加水分解するリゾチーム酵素群が挙げられる。なお、前記第2の生体触媒には、プロテアーゼが細胞表面に提示された宿主生物が含まれていないことが好ましい。   The degrading enzyme capable of degrading the component of the cell wall of the microorganism is not particularly limited as long as it can decompose the component of the cell wall. Examples of the degrading enzyme capable of degrading the components of the cell wall of microorganisms include enzymes capable of hydrolyzing peptidoglycan, which is a substance constituting the cell wall. An example is a group of lysozyme enzymes that specifically hydrolyze peptidoglycan bonds that make up the strong structure of the cell wall. The second biocatalyst preferably does not contain a host organism in which a protease is presented on the cell surface.

例えば、リゾチームが細胞表面に提示された宿主生物を含む第2の生体触媒と、粘性物質分解槽10bにおいて処理された生物汚泥とを混合することによって、生物汚泥中の微生物が、これらの生体触媒によって分解される。
第2の生体触媒は、1種類の触媒のみを含んでいてもよく、複数種類の触媒を含んでいてもよい。第2の生体触媒が複数種類の触媒を含む場合、一種類の触媒を発現した宿主生物を、複数種類含んでいてもよいし、複数種類の触媒を発現した宿主生物を1種類又は複数種類含んでいてもよい。
For example, by mixing the second biocatalyst containing the host organism on which the lysozyme is presented on the cell surface with the biological sludge treated in the viscous material decomposition tank 10b, the microorganisms in the biological sludge can be converted to these biocatalysts. Is decomposed by.
The second biocatalyst may include only one type of catalyst or may include a plurality of types of catalysts. When the second biocatalyst includes a plurality of types of catalysts, a plurality of types of host organisms that express one type of catalyst may be included, or one type or a plurality of types of host organisms that express a plurality of types of catalysts may be included. You may go out.

細胞壁分解槽20bの運転温度としては、宿主生物とその表面に提示された生体触媒の種類に応じて適宜設定可能であり、一例として、20℃〜55℃程度であり、生体触媒の至適温度を考慮して、37℃がより好ましい。また、備え付けの攪拌装置により適宜攪拌されることが有機性汚泥の温度分布の均一化の観点から好ましい。
細胞壁分解槽20b内の処理液のpHは、宿主生物とその表面に提示された生体触媒の種類に応じて適宜設定可能である。
The operating temperature of the cell wall decomposing tank 20b can be appropriately set according to the host organism and the type of biocatalyst presented on the surface thereof, and is about 20 ° C. to 55 ° C. as an example. In view of the above, 37 ° C. is more preferable. Moreover, it is preferable from the viewpoint of uniform temperature distribution of the organic sludge that stirring is appropriately performed by a provided stirring device.
The pH of the treatment liquid in the cell wall decomposition tank 20b can be appropriately set according to the host organism and the type of biocatalyst presented on the surface thereof.

第3の生体触媒培養槽30aは、第3の生体触媒の培養生産を行う槽である。第3の生体触媒は、宿主生物の細胞表面に、生物汚泥に含まれる微生物の細胞膜及び/又は細胞質の構成成分を分解する触媒を提示したものであり、該触媒を作り出す生物自体が挙げられる。生物により作り出される触媒としては、酵素等のタンパク質が挙げられ、加水分解酵素、酸化還元酵素、転移酵素、脱離酵素、異性化酵素、合成酵素が好ましく、加水分解酵素がより好ましい。   The third biocatalyst culture tank 30a is a tank that performs culture production of the third biocatalyst. The third biocatalyst presents a catalyst for decomposing microbial cell membranes and / or cytoplasmic components contained in the biological sludge on the cell surface of the host organism, and examples include the organism itself that produces the catalyst. Examples of the catalyst produced by a living body include proteins such as enzymes, and hydrolase, oxidoreductase, transferase, eliminase, isomerase, and synthase are preferable, and hydrolase is more preferable.

第3の生体触媒培養槽30aは、宿主細胞が好適に増殖するための手段を備えている。係る手段としては、一例として温度制御手段、pH制御手段、濁度計等の基質濃度制御手段、圧力制御手段、攪拌手段等が挙げられる。
一例として、宿主細胞として酵母を用いる場合、第3の生体触媒培養槽30aは、槽内環境が20〜30℃、pH4〜7となるように制御される。
The third biocatalyst culture tank 30a includes means for suitably growing host cells. Examples of such means include temperature control means, pH control means, substrate concentration control means such as a turbidimeter, pressure control means, stirring means and the like.
As an example, when using yeast as a host cell, the 3rd biocatalyst culture tank 30a is controlled so that the environment in a tank will be 20-30 degreeC and pH 4-7.

細胞壁分解槽20bにおいて処理された生物汚泥は、細胞膜・細胞質分解槽30bへと導入される。細胞壁分解槽20bにおいて処理された生物汚泥については、生物汚泥である余剰汚泥Fに由来する意味で生物汚泥と称している。   The biological sludge treated in the cell wall decomposition tank 20b is introduced into the cell membrane / cytoplasmic decomposition tank 30b. The biological sludge treated in the cell wall decomposition tank 20b is referred to as biological sludge in the sense that it is derived from surplus sludge F that is biological sludge.

細胞膜・細胞質分解槽30bは、細胞壁分解槽20bにおいて処理された生物汚泥に含まれる微生物の細胞膜及び/又は細胞質の構成成分を、前記第3の生体触媒により分解する槽である。細胞膜・細胞質分解槽30bには、調整部30cによって第3の生体触媒が導入され、細胞壁分解槽20bにおいて処理された生物汚泥と合流する。調整部30cは、一例として、ポンプ又はバルブである。
第3の生体触媒により、細胞壁分解槽20bにおいて処理された生物汚泥に含まれる微生物の細胞膜及び/又は細胞質の構成成分を低分子化することで、後段の消化槽50における生物汚泥の嫌気性消化処理を、高効率に行うことが可能となる。
The cell membrane / cytoplasm decomposition tank 30b is a tank for decomposing the cell membrane and / or cytoplasmic components of microorganisms contained in the biological sludge treated in the cell wall decomposition tank 20b with the third biocatalyst. A third biocatalyst is introduced into the cell membrane / cytoplasmic decomposition tank 30b by the adjusting unit 30c and merges with the biological sludge treated in the cell wall decomposition tank 20b. The adjustment unit 30c is, for example, a pump or a valve.
Anaerobic digestion of biological sludge in the subsequent digestion tank 50 by reducing the molecular components of the microbial cell membrane and / or cytoplasm contained in the biological sludge treated in the cell wall decomposition tank 20b by the third biocatalyst. The processing can be performed with high efficiency.

なお、細胞膜は粘性物質や細胞壁ほど強固ではなく、比較的簡単に生体触媒により低分子化することが可能である。したがって、効率よく微生物の細胞膜を破壊しつつ、細胞質の低分子化を進行させることが可能である。   Note that the cell membrane is not as strong as a viscous substance or cell wall, and can be reduced in molecular weight by a biocatalyst relatively easily. Therefore, it is possible to advance the molecular weight reduction of the cytoplasm while efficiently destroying the cell membrane of the microorganism.

微生物の細胞膜の構成成分を分解し得る分解酵素としては、微生物の細胞膜の構成成分を分解可能なものであれば特に制限されない。微生物の細胞膜の構成成分を分解し得る分解酵素としては、微生物の細胞膜を構成する物質である脂質を加水分解可能な酵素や、細胞膜の膜タンパク質を分解可能な酵素が挙げられる。脂質に関しては、脂質分解酵素が挙げられる。脂質分解酵素としては、脂質を加水分解可能なリパーゼ酵素群が挙げられる。細胞膜の膜タンパク質に関しては、プロテアーゼが挙げられ、ペプチド結合を加水分解するプロテアーゼ群が挙げられる。
微生物の細胞質の構成成分を分解し得る分解酵素としては、微生物の細胞質の構成成分を分解可能なものであれば特に制限されない。微生物の細胞質の構成成分を分解し得る分解酵素としては、細胞質に含有される物質であるデンプン、タンパク質、脂質等を加水分解可能な酵素が挙げられる。デンプンに関しては、デンプンを加水分解可能なアミラーゼ酵素群が挙げられる。タンパク質に関しては、プロテアーゼが挙げられ、ペプチド結合を加水分解するプロテアーゼ群が挙げられる。脂質に関しては、脂質分解酵素が挙げられる。脂質分解酵素としては、脂質を加水分解可能なリパーゼ酵素群が挙げられる。
The degrading enzyme capable of degrading the components of the microbial cell membrane is not particularly limited as long as it can decompose the components of the microbial cell membrane. Examples of the degrading enzyme capable of degrading the constituents of the microbial cell membrane include enzymes capable of hydrolyzing lipids, which are substances constituting the microbial cell membrane, and enzymes capable of degrading cell membrane membrane proteins. Regarding lipids, lipolytic enzymes can be mentioned. Examples of lipolytic enzymes include lipase enzymes that can hydrolyze lipids. Examples of cell membrane proteins include proteases, and examples of proteases that hydrolyze peptide bonds.
The degrading enzyme capable of degrading the microbial cytoplasmic component is not particularly limited as long as it can decompose the microbial cytoplasmic component. Examples of a degrading enzyme capable of degrading a cytoplasmic component of a microorganism include enzymes capable of hydrolyzing starch, proteins, lipids and the like, which are substances contained in the cytoplasm. As for starch, a group of amylase enzymes capable of hydrolyzing starch can be mentioned. As for proteins, proteases can be mentioned, and a group of proteases that hydrolyze peptide bonds can be mentioned. Regarding lipids, lipolytic enzymes can be mentioned. Examples of lipolytic enzymes include lipase enzymes that can hydrolyze lipids.

例えば、アミラーゼ、プロテアーゼ、リパーゼが細胞表面に提示された宿主生物を含む第3の生体触媒と、細胞壁分解槽20bにおいて処理された生物汚泥とを混合することによって、生物汚泥中の微生物の細胞膜及び/又は細胞質が、これらの生体触媒によって分解される。
第3の生体触媒は、1種類の触媒のみを含んでいてもよく、複数種類の触媒を含んでいてもよい。第3の生体触媒が複数種類の触媒を含む場合、1種類の触媒を発現した宿主生物を、複数種類含んでいてもよいし、複数種類の触媒を発現した宿主生物を1種類又は複数種類含んでいてもよい。
For example, by mixing a third biocatalyst containing a host organism in which amylase, protease, and lipase are presented on the cell surface and biological sludge treated in the cell wall decomposition tank 20b, the cell membrane of microorganisms in the biological sludge and The cytoplasm is degraded by these biocatalysts.
The third biocatalyst may include only one type of catalyst or may include a plurality of types of catalysts. When the third biocatalyst includes a plurality of types of catalysts, a plurality of types of host organisms that express one type of catalyst may be included, or one type or a plurality of types of host organisms that express a plurality of types of catalysts may be included. You may go out.

細胞膜・細胞質分解槽30bの運転温度としては、宿主生物とその表面に提示された生体触媒の種類に応じて適宜設定可能であり、一例として、20℃〜55℃程度であり、生体触媒の至適温度を考慮して、37℃がより好ましい。また、備え付けの攪拌装置により適宜攪拌されることが有機性汚泥の温度分布の均一化の観点から好ましい。
細胞膜・細胞質分解槽30b内の処理液のpHは、宿主生物とその表面に提示された生体触媒の種類に応じて適宜設定可能である。
The operating temperature of the cell membrane / cytoplasmic decomposition tank 30b can be appropriately set according to the host organism and the type of biocatalyst presented on the surface thereof, and is about 20 ° C. to 55 ° C. as an example. In consideration of an appropriate temperature, 37 ° C. is more preferable. Moreover, it is preferable from the viewpoint of uniform temperature distribution of the organic sludge that stirring is appropriately performed by a provided stirring device.
The pH of the treatment liquid in the cell membrane / cytoplasmic decomposition tank 30b can be appropriately set according to the host organism and the type of biocatalyst presented on the surface thereof.

以下、生体触媒について説明する。
生物は所有している遺伝子情報(DNA)を基に、酵素の合成を行っている。そこで特定の生物に汚泥分解酵素の情報をコードしている遺伝子を人為的に導入(遺伝子組み換え)することで、目的の酵素を上記微生物に作らせることが可能である。
Hereinafter, the biocatalyst will be described.
Living organisms synthesize enzymes based on their own genetic information (DNA). Therefore, by artificially introducing a gene encoding information on sludge degrading enzyme into a specific organism (genetical recombination), it is possible to cause the microorganism to produce the target enzyme.

生体触媒を作り出す生物自体としては、微生物が挙げられ、実施形態に係る宿主生物としては微生物が好ましい。微生物としては、Pseudomonas alcaligenes 、P. putida、P. dacunhae 等のPseudomonas 属のグラム陰性細菌;Gluconobacter melanogenes 、G. oxydans等のGluconobacter 属のグラム陰性細菌;Alcaligenes eutrophus 等のAlcaligenes 属のグラム陰性細菌;Acetobacter suboxydans等の酢酸菌;Escherichia coli、E. freundii 、Enterobacter aerogenes等の大腸菌群細菌;Erwinia carotovora、Serratia marcescens 、Protaminobacter rubrum、Proteus mirabilis 等のその他のグラム陰性細菌などを挙げることができる。
また、Streptococcus faecalis、Leuconostoc mensenteroides、Lactobacillus delbruckii等の乳酸菌;Bacillus subtilis 、B. megaterium 等のBacillus属のグラム陽性細菌;Clostridium acetobutylicum、C. beijerinckii 等のClostridium 属のグラム陽性細菌;Arthrobacter simplex等のArthrobacter属のグラム陽性細菌;Corynebacterium glutamicum、Brevibacterium ammoniagenes 、B. flavum 、Propionibacterium sp. 等のその他のグラム陽性細菌などを挙げることができる。
さらに、Nocardia rhodocrous 、Streptomyces phaeochromogenes 、S. rimosus、S. roseochromogenes 、S. tendae 、S. rimosus等の放線菌、Saccharomyces sp. 、Hansenula jadinii 、Candida tropicalis、Rhodotorula minuta等の酵母、Rhizopus nigricans、R. stolonofer 、Curvularia lunata 、Aspergillusochraceus 、A. niger、Penicillium chrysogenum 等の糸状菌などを挙げることができる。
上述した微生物の内、生体触媒として2種以上の異なる微生物を宿主として用いてもよい。代表的な宿主微生物として、酵母、大腸菌等が挙げられる。
The organism itself that produces the biocatalyst includes a microorganism, and the host organism according to the embodiment is preferably a microorganism. As microorganisms, gram-negative bacteria of the genus Pseudomonas such as Pseudomonas alcaligenes, P. putida, and P. dacunhae; Gram-negative bacteria of the genus Gluconobacter such as Gluconobacter melanogenes; and gram-negative bacteria of the genus Alcaligenes A such as Alcaligenes eutrophus Examples include acetic acid bacteria such as suboxydans; coliform bacteria such as Escherichia coli, E. freundii, and Enterobacter aerogenes; and other gram-negative bacteria such as Erwinia carotovora, Serratia marcescens, Protaminobacter rubrum, and Proteus mirabilis.
Also, lactic acid bacteria such as Streptococcus faecalis, Leuconostoc mensenteroides, and Lactobacillus delbruckii; Gram-positive bacteria of the genus Bacillus such as Bacillus subtilis and B. megaterium; Other Gram-positive bacteria such as Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium ammoniagenes, B. flavum, Propionibacterium sp.
Furthermore, Nocardia rhodocrous, Streptomyces phaeochromogenes, S. rimosus, S. roseochromogenes, S. tendae, S. rimosus and other actinomycetes, Saccharomyces sp., Hansenula jadinii, Candida tropicalis, Rhodotorula minuta, etc. And filamentous fungi such as Curvularia lunata, Aspergillusochraceus, A. niger, and Penicillium chrysogenum.
Of the microorganisms described above, two or more different microorganisms may be used as a host as a biocatalyst. Typical host microorganisms include yeast, E. coli and the like.

生体触媒としては、アミノアシラーゼ、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ、セルラーゼ、インベルターゼ、カルボキシペプチダーゼ、ロイシンアミノペプチダーゼ、ペニシリンアミダーゼ、AMPデアミナーゼ、プロテアーゼ、リゾチーム、パパイン、キチナーゼ、コレステロールエステルヒドロラーゼ、アルカリホスファターゼ、β−グルコシダーゼ、β−D−ガラクトシダーゼ、アスパラギナーゼ、グルタミナーゼ、ウレアーゼ、ペニシリナーゼ、クレアチニナーゼ、クレアチナーゼ、クレアチンデイミナーゼ、ペクチナーゼ、カタラーゼ、リパーゼ、ヘミセルラーゼ、キシラーゼ、マンノーシターゼ、アミノペプチターゼ、キモトリプシン、ウロキナーゼ、ウレアーゼ、アミダーゼ、グルコースフォスファターゼ、リボヌクレアーゼ、各種制限酵素(エンドデオキシリボヌクレアーゼ)、フォスフォリパーゼ、サッカラーゼ等が挙げられ、アミラーゼ、セルラーゼ、プロテアーゼ、リゾチームが好ましい。   Biocatalysts include aminoacylase, α-amylase, glucoamylase, cellulase, invertase, carboxypeptidase, leucine aminopeptidase, penicillin amidase, AMP deaminase, protease, lysozyme, papain, chitinase, cholesterol ester hydrolase, alkaline phosphatase, β-glucosidase , Β-D-galactosidase, asparaginase, glutaminase, urease, penicillinase, creatininase, creatinase, creatine deiminase, pectinase, catalase, lipase, hemicellulase, xylase, mannosease, aminopeptidase, chymotrypsin, urokinase, urease, aurease Glucose phosphatase, ribonuclease, Seed restriction enzyme (endodeoxyribonuclease), phospholipase, saccharase and the like, amylase, cellulase, protease, lysozyme are preferred.

図6は、実施形態に好適に用いられる生体触媒の説明図である。図6に示すように、酵素遺伝子に宿主生物の細胞表面に提示する指令配列を加えることで、合成された酵素を細胞表層に提示(アーミング)することができる。
宿主細胞に上記酵素を提示させる方法としては、一例として、遺伝子操作により酵素と細胞表層提示タンパクをコードしている遺伝子を特定の微生物に導入する方法が挙げられる。遺伝子の発現により、微生物の細胞内から酵素が合成された後、細胞表層に提示される。より具体的には、宿主微生物(酵母)に以下の配列、分泌シグナル、目標酵素、アグルチニンタンパク質、及び上記アンカー付着シグナルをコードする遺伝子を含む配列を導入することが挙げられる。アグルチニンタンパク質は、上記酵素を固定するアンカーとなる。アンカー付着シグナルとしては、グリコシルフォスファチジルイノシトール(GPI)が挙げられる。上記特徴を有する配列を酵母に導入することにより、目標酵素を宿主微生物にアーミングすることができる。酵素が提示された微生物は生体触媒となり、生物汚泥に含有される物質の低分子化に作用する。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a biocatalyst suitably used in the embodiment. As shown in FIG. 6, by adding a command sequence to be displayed on the cell surface of the host organism to the enzyme gene, the synthesized enzyme can be presented (armed) on the cell surface.
As an example of a method for presenting the enzyme to the host cell, a method of introducing a gene encoding the enzyme and a cell surface display protein into a specific microorganism by genetic manipulation can be mentioned. Enzymes are synthesized from the cells of microorganisms by gene expression and then presented on the cell surface. More specifically, the following sequence, secretion signal, target enzyme, agglutinin protein, and a sequence containing a gene encoding the anchor attachment signal may be introduced into a host microorganism (yeast). Agglutinin protein serves as an anchor for fixing the enzyme. An anchor attachment signal includes glycosyl phosphatidylinositol (GPI). By introducing a sequence having the above characteristics into yeast, the target enzyme can be armed into the host microorganism. Microorganisms on which enzymes are presented serve as biocatalysts and act to lower the molecular weight of substances contained in biological sludge.

上記技術を利用して、特定の微生物、例えば、一般的に利用される酵母、大腸菌等を使い、上記方法で物質低分子化能を持つ生体触媒を作製し、汚泥の低分子化処理に用いることが可能である。
また、生体触媒として、酵母等の有価物生産をする微生物を用いる場合、これらの微生物自身も低分子された汚泥を餌として利用でき、例えば、酵母表層に提示されたセルラーゼの働きにより、汚泥中のセルロースが低分子糖に分解され、酵母がこの低分子糖を利用し、アルコール発酵を行い、バイオエタノールを生産するように、有価物を生産することが可能となる。宿主細胞に発現させる酵素は、1種類でも複数種類でもよい。発現効率の観点からは1種類のタンパク質を発現させることが好ましく、複数の宿主細胞にそれぞれ異なる種類のタンパク質を1種類ずつ発現させることがより好ましい。
生体触媒の表層に難分解目標の分解に適した酵素を提示することによって、生体触媒の汚泥低分子化効率を向上させることができる。
Using the above technique, a specific microorganism, such as commonly used yeast, Escherichia coli, etc. is used to produce a biocatalyst having the ability to lower the molecular weight by the above method and used for sludge lowering treatment. It is possible.
In addition, when microorganisms that produce valuable materials such as yeast are used as biocatalysts, these microorganisms themselves can also use low molecular weight sludge as feed, for example, in the sludge by the action of cellulase presented on the surface of the yeast. The cellulose is decomposed into low molecular sugars, and it is possible to produce valuable materials such as yeast using this low molecular sugar, performing alcoholic fermentation, and producing bioethanol. One or more enzymes may be expressed in the host cell. From the viewpoint of expression efficiency, it is preferable to express one type of protein, and it is more preferable to express one type of different protein in each of a plurality of host cells.
By presenting an enzyme suitable for the degradation of a hardly degradable target on the surface layer of the biocatalyst, the sludge depolymerization efficiency of the biocatalyst can be improved.

細胞膜・細胞質分解槽30bにおいて処理された生物汚泥は、消化槽50へと導入される。細胞膜・細胞質分解槽30bにおいて処理された生物汚泥については、生物汚泥である余剰汚泥Fに由来する意味で生物汚泥と称している。   The biological sludge treated in the cell membrane / cytoplasm decomposition tank 30b is introduced into the digestion tank 50. The biological sludge treated in the cell membrane / cytoplasm decomposition tank 30b is referred to as biological sludge in the sense that it is derived from surplus sludge F that is biological sludge.

消化槽50は、細胞膜・細胞質分解槽30bの後段に配置され、細胞膜・細胞質分解槽30bにおいて処理された生物汚泥を嫌気性消化処理し、バイオガスに変換する槽である。
消化槽50には、メタン生成菌を主とする種々の嫌気性微生物(加水分解菌、酸生成菌、メタン生成菌等)が定着している。消化槽50は、回転式の撹拌翼を備えたものなど攪拌装置を備えることが好ましい。消化槽50で消化された消化汚泥は、調整部60によって、脱水機90へ送られる。調整部60は、一例として、ポンプ又はバルブである。
The digestion tank 50 is a tank that is disposed at the subsequent stage of the cell membrane / cytoplasmic decomposition tank 30b, and anaerobically digests the biological sludge treated in the cell membrane / cytoplasmic decomposition tank 30b to convert it into biogas.
Various anaerobic microorganisms (hydrolyzing bacteria, acid-producing bacteria, methane-producing bacteria, etc.) mainly composed of methanogens are fixed in the digestion tank 50. The digester 50 preferably includes a stirring device such as one provided with a rotary stirring blade. The digested sludge digested in the digestion tank 50 is sent to the dehydrator 90 by the adjusting unit 60. The adjustment unit 60 is, for example, a pump or a valve.

消化槽50内では、定着している加水分解菌により、有機性汚泥中の炭水化物、タンパク質、脂質等の高分子有機物が低分子有機物へ分解されてもよい。次いで、消化槽50内に定着している酸生成菌により低分子有機物が、酢酸、プロピオン酸等の低級脂肪酸へ分解されてもよい。最終的には、消化槽50内に定着しているメタン生成菌により酢酸等の低級脂肪酸からメタンと二酸化炭素とに分解される。   In the digestion tank 50, high-molecular organic substances such as carbohydrates, proteins, and lipids in the organic sludge may be decomposed into low-molecular organic substances by the hydrolyzing bacteria that have been established. Next, the low-molecular-weight organic substance may be decomposed into lower fatty acids such as acetic acid and propionic acid by the acid-producing bacteria fixed in the digestion tank 50. Eventually, it is decomposed from lower fatty acids such as acetic acid into methane and carbon dioxide by the methanogenic bacteria that have settled in the digestion tank 50.

消化槽50の運転温度としては、メタン生成菌の活性温度に依存して設定されることが好ましく、中温菌及び高温菌の活性温度である37℃〜55℃が好ましく、生体触媒の至適温度を考慮して、37℃がより好ましい。また、備え付けの攪拌装置により適宜攪拌されることが有機性汚泥の温度分布の均一化の観点から好ましい。
消化槽50内の処理液のpHは、嫌気消化の最適pHである8.5〜9.5の範囲が好ましく、嫌気消化開始時には消石灰等を用いて8.5〜9.0に調整を行うことがより好ましい。
The operating temperature of the digester 50 is preferably set depending on the activation temperature of the methanogen, preferably 37 ° C. to 55 ° C. which is the activation temperature of mesophilic and high temperature bacteria, and the optimum temperature of the biocatalyst In view of the above, 37 ° C. is more preferable. Moreover, it is preferable from the viewpoint of uniform temperature distribution of the organic sludge that stirring is appropriately performed by a provided stirring device.
The pH of the treatment liquid in the digestion tank 50 is preferably in the range of 8.5 to 9.5 which is the optimum pH for anaerobic digestion, and adjusted to 8.5 to 9.0 using slaked lime at the start of anaerobic digestion. It is more preferable.

脱水機90は、消化槽50から導入された消化汚泥を脱水処理するための手段を備えたものであれば特に限定されず、遠心脱水機、圧縮脱水機等が挙げられる。   The dehydrator 90 is not particularly limited as long as it includes means for dehydrating the digested sludge introduced from the digester 50, and examples thereof include a centrifugal dehydrator and a compression dehydrator.

脱水処理された汚泥は、焼却処理または乾燥処理を経て廃棄されるか、或いは、脱水処理された汚泥は、肥料として再利用される。
脱水処理されて得られた汚泥の液分は、返流水として、下水処理施設に返流される。
The dewatered sludge is discarded after incineration or drying, or the dehydrated sludge is reused as fertilizer.
The sludge liquid obtained by the dehydration process is returned to the sewage treatment facility as return water.

上記汚泥が肥料として環境に放出される前、及び上記液分が下水処理施設に返流される前に、これら汚泥及び汚泥の液分を、滅菌装置を通過させて、汚泥中の微生物を死滅させることが好ましい。脱水された消化汚泥については、焼却や、120℃以上での乾燥により微生物を死滅させることが可能である。
死滅させる方法としては、塩素、オゾン、紫外線等による消毒や、加温による滅菌、pH調整による滅菌、圧力制御による滅菌が挙げられる。係る構成により、各生体触媒培養槽で培養された生体触媒が、環境中に漏えいすることを防止できる。
滅菌装置は、有機性汚泥中の微生物を死滅させる手段を備えたものであれば特に限定されず、加温手段、pH調整手段、圧力制御手段等を備えたものが挙げられる。オートクレーブのように、高温高圧の飽和水蒸気による滅菌手段を備えたものであってもよい。
Before the sludge is released to the environment as fertilizer and before the liquid is returned to the sewage treatment facility, the sludge and sludge are passed through a sterilizer to kill microorganisms in the sludge. It is preferable to make it. About dehydrated digested sludge, it is possible to kill microorganisms by incineration or drying at 120 ° C. or higher.
Examples of the killing method include disinfection with chlorine, ozone, ultraviolet rays, sterilization by heating, sterilization by pH adjustment, and sterilization by pressure control. With such a configuration, the biocatalyst cultured in each biocatalyst culture tank can be prevented from leaking into the environment.
The sterilizer is not particularly limited as long as it has means for killing microorganisms in organic sludge, and examples thereof include those equipped with heating means, pH adjusting means, pressure control means and the like. It may be provided with a sterilization means using saturated steam at high temperature and high pressure like an autoclave.

上記滅菌装置のなかでは、加温手段を備えたものが好ましい。加温手段による高温滅菌法では、簡便に微生物を死滅させることが可能である。例えば、よく使われる高温滅菌条件は120℃、15分間などである。
高温滅菌法で加熱するために、バイオガス発電の際に発生した燃焼廃熱を回収して、加熱に用いてもよい。
Among the sterilizers, those equipped with heating means are preferable. In the high-temperature sterilization method using a heating means, microorganisms can be easily killed. For example, commonly used high temperature sterilization conditions are 120 ° C. and 15 minutes.
In order to heat by the high temperature sterilization method, combustion waste heat generated at the time of biogas power generation may be recovered and used for heating.

第1の実施形態の汚泥処理システム1aによれば、余剰汚泥Fに含まれる微生物集合体(フロック)の構造を、生体触媒を用いて粘性物質、微生物の細胞壁の順に処理し、フロックの構造を外から内部へ順番的に崩すことが可能となる。これにより、余剰汚泥Fの低分子化が効率化され、消化槽50での消化効率・消化速度が向上し、汚泥中の有機物のガス変換効率を向上できる。   According to the sludge treatment system 1a of the first embodiment, the structure of the microorganism aggregate (floc) contained in the excess sludge F is treated in the order of the viscous substance and the cell wall of the microorganism using the biocatalyst, and the floc structure is obtained. It is possible to break down sequentially from the outside to the inside. Thereby, the low molecularization of the excess sludge F is made efficient, the digestion efficiency and digestion speed in the digestion tank 50 are improved, and the gas conversion efficiency of organic matter in the sludge can be improved.

第1の実施形態の汚泥処理システム1aによれば、フロックの構造を考慮し、複数の分解槽及び複数の生体触媒培養槽を持つことにより、余剰汚泥Fに含まれる粘性物質と、余剰汚泥Fに含まれる微生物とを、それぞれ異なる分解槽で処理可能である。係る構成により、粘性物質の分解時に、微生物の分解に適した触媒が分解されたり劣化したりする恐れが低減され、汚泥処理効率が向上可能である。また、係る構成により、各分解槽ごとに最適な処理条件が設定可能となり、汚泥処理効率が向上可能である。   According to the sludge treatment system 1a of the first embodiment, considering the floc structure, having a plurality of decomposition tanks and a plurality of biocatalyst culture tanks, the viscous substances contained in the excess sludge F, and the excess sludge F Can be treated in different decomposition tanks. With such a configuration, when the viscous substance is decomposed, the possibility that the catalyst suitable for the decomposition of microorganisms is decomposed or deteriorated is reduced, and the sludge treatment efficiency can be improved. In addition, with such a configuration, it is possible to set optimum treatment conditions for each decomposition tank, and it is possible to improve sludge treatment efficiency.

第1の実施形態の汚泥処理システム1aによれば、上記のように、余剰汚泥Fの低分子化が効率化されるため、消化槽50より排出される消化汚泥量の減量と、それによる脱水性の向上が達成され、消化汚泥の処理コストが低減できる。   According to the sludge treatment system 1a of the first embodiment, as described above, it is possible to reduce the amount of digested sludge discharged from the digestion tank 50 and dewatering due to the efficiency of reducing the molecular weight of the excess sludge F. The improvement of the property is achieved, and the treatment cost of digested sludge can be reduced.

第1の実施形態の汚泥処理システム1aによれば、上記のように、消化槽50での消化速度が向上するので、消化槽50のコンパクト化が可能となる。   According to the sludge treatment system 1a of the first embodiment, as described above, the digestion rate in the digestion tank 50 is improved, so that the digestion tank 50 can be made compact.

第1の実施形態の汚泥処理システム1aによれば、上記のように、消化槽50での消化速度が向上するので、消化槽50での消化時間が短縮できる。   According to the sludge treatment system 1a of the first embodiment, as described above, the digestion speed in the digestion tank 50 is improved, so that the digestion time in the digestion tank 50 can be shortened.

第1の実施形態の汚泥処理システム1aによれば、上記のように、消化槽50のコンパクト化が可能となるので、消化槽50の加温コスト及び撹拌コストの低減が可能となる。   According to the sludge treatment system 1a of the first embodiment, the digestion tank 50 can be made compact as described above, so that the heating cost and the stirring cost of the digestion tank 50 can be reduced.

第1の実施形態の汚泥処理システム1aによれば、余剰汚泥Fの低分子化に生体触媒を用いているので、生体触媒を一旦設計できれば、餌とする有機物を与えるだけで、生体触媒を対数的に増やすこと可能で、触媒の利用コストを削減できる。   According to the sludge treatment system 1a of the first embodiment, since the biocatalyst is used for lowering the surplus sludge F, once the biocatalyst can be designed, the biocatalyst can be logarithmized only by giving organic matter as bait. The cost of using the catalyst can be reduced.

第1の実施形態の汚泥処理システム1aによれば、生体触媒として、宿主生物の細胞表面に触媒を提示したもの用いており、生体触媒である宿主生物が死滅しても、酵素は槽中に残るため、汚泥処理剤として継続的な利用が可能である。   According to the sludge treatment system 1a of the first embodiment, the biocatalyst that presents the catalyst on the cell surface of the host organism is used, and the enzyme remains in the tank even if the host organism that is the biocatalyst dies. Since it remains, it can be used continuously as a sludge treatment agent.

第1の実施形態の汚泥処理システム1aによれば、物理、化学的な処理(超音波処理、オゾン処理、熱処理など)で使われる大掛かりの機械、装置が不要のため、イニシャルコスト及びランニングコストを軽減することができる。   According to the sludge treatment system 1a of the first embodiment, since large-scale machines and devices used in physical and chemical treatments (ultrasonic treatment, ozone treatment, heat treatment, etc.) are unnecessary, the initial cost and running cost can be reduced. Can be reduced.

(第2の実施形態)
第2の実施形態では、汚泥処理システム1が細胞壁分解槽20bの後段に、細胞膜分解槽31b(第3の分解槽)と、細胞質分解槽40b(第4の分解槽)を備えている点、及び第4の生体触媒培養槽40a(第4の生体触媒培養槽)を備えている点が、第1の実施形態と相違する。第2の実施形態では、第1の実施形態との相違点についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, the sludge treatment system 1 includes a cell membrane decomposition tank 31b (third decomposition tank) and a cytoplasmic decomposition tank 40b (fourth decomposition tank) in the subsequent stage of the cell wall decomposition tank 20b. And the point provided with the 4th biocatalyst culture tank 40a (4th biocatalyst culture tank) differs from 1st Embodiment. In the second embodiment, only differences from the first embodiment will be described.

図2は、第2の実施形態における、汚泥処理システム1の構成例を示す図である。第2の実施形態では、汚泥処理システムは、「汚泥処理システム1b」という。汚泥処理システム1bは、微生物を含有する生物汚泥を分解処理する設備であれば、特定の設備に限定されない。汚泥処理システム1bは、例えば、下水処理場、食品工場である。第1の実施形態では、汚泥処理システム1bは、一例として下水処理場である。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the sludge treatment system 1 in the second embodiment. In the second embodiment, the sludge treatment system is referred to as “sludge treatment system 1b”. The sludge treatment system 1b is not limited to a specific facility as long as it is a facility that decomposes biological sludge containing microorganisms. The sludge treatment system 1b is, for example, a sewage treatment plant or a food factory. In the first embodiment, the sludge treatment system 1b is a sewage treatment plant as an example.

第3の生体触媒培養槽31aは、第3の生体触媒の培養生産を行う槽である。第3の生体触媒は、宿主生物の細胞表面に、生物汚泥に含まれる微生物の細胞膜の構成成分を分解する触媒を提示したものであり、該触媒を作り出す生物自体が挙げられる。生物により作り出される触媒としては、酵素等のタンパク質が挙げられ、加水分解酵素、酸化還元酵素、転移酵素、脱離酵素、異性化酵素、合成酵素が好ましく、加水分解酵素がより好ましい。   The third biocatalyst culture tank 31a is a tank that performs culture production of the third biocatalyst. The 3rd biocatalyst presents the catalyst which decomposes | disassembles the component of the cell membrane of the microorganisms contained in biological sludge on the cell surface of a host organism, and the organism itself which produces this catalyst is mentioned. Examples of the catalyst produced by a living body include proteins such as enzymes, and hydrolase, oxidoreductase, transferase, eliminase, isomerase, and synthase are preferable, and hydrolase is more preferable.

細胞壁分解槽20bにおいて処理された生物汚泥は、細胞膜分解槽31bへと導入される。   The biological sludge treated in the cell wall decomposition tank 20b is introduced into the cell membrane decomposition tank 31b.

細胞膜分解槽31bは、細胞壁分解槽20bにおいて処理された生物汚泥に含まれる微生物の細胞膜の構成成分を、前記第3の生体触媒により分解する槽である。細胞膜分解槽31bには、調整部31cによって、第3の生体触媒が導入され、細胞壁分解槽20bにおいて処理された生物汚泥と合流する。調整部31cは、一例として、ポンプ又はバルブである。
第3の生体触媒により、微生物の細胞膜の構成成分を低分子化することで、後段の細胞質分解槽40bにおける処理、及び消化槽50における生物汚泥の嫌気性消化処理を、高効率に行うことが可能となる。
微生物の細胞膜を破壊し、細胞内の細胞質を溶出させることで、メタン発酵の基質として利用されやすい細胞質の成分が溶出され、細胞質の成分の分解の効率を向上させることができる。
The cell membrane decomposition tank 31b is a tank for decomposing components of the cell membrane of microorganisms contained in the biological sludge treated in the cell wall decomposition tank 20b with the third biocatalyst. A third biocatalyst is introduced into the cell membrane decomposition tank 31b by the adjusting unit 31c, and merges with the biological sludge treated in the cell wall decomposition tank 20b. The adjustment part 31c is a pump or a valve as an example.
By using the third biocatalyst to lower the molecular components of the cell membrane of microorganisms, the treatment in the subsequent cytosolic decomposition tank 40b and the anaerobic digestion treatment of biological sludge in the digestion tank 50 can be performed with high efficiency. It becomes possible.
By destroying the cell membrane of the microorganism and eluting the cytoplasm in the cell, cytoplasmic components that are easily used as a substrate for methane fermentation are eluted, and the efficiency of decomposition of the cytoplasmic components can be improved.

微生物の細胞膜の構成成分を分解し得る分解酵素としては、第1の実施形態で説明したものと同様のものが挙げられる。   Examples of the degrading enzyme capable of degrading the constituent components of the cell membrane of the microorganism include the same as those described in the first embodiment.

第4の生体触媒培養槽40aは、第4の生体触媒の培養生産を行う槽である。第4の生体触媒は、宿主生物の細胞表面に、生物汚泥に含まれる微生物の細胞質の構成成分を分解する触媒を提示したものであり、該触媒を作り出す生物自体が挙げられる。生物により作り出される触媒としては、酵素等のタンパク質が挙げられ、加水分解酵素、酸化還元酵素、転移酵素、脱離酵素、異性化酵素、合成酵素が好ましく、加水分解酵素がより好ましい。   The fourth biocatalyst culture tank 40a is a tank that performs culture production of the fourth biocatalyst. The 4th biocatalyst presents the catalyst which decomposes | disassembles the cytoplasmic component of the microorganisms contained in biological sludge on the cell surface of a host organism, and the organism itself which produces this catalyst is mentioned. Examples of the catalyst produced by a living body include proteins such as enzymes, and hydrolase, oxidoreductase, transferase, eliminase, isomerase, and synthase are preferable, and hydrolase is more preferable.

細胞膜分解槽31bにおいて処理された生物汚泥は、細胞質分解槽40bへと導入される。   The biological sludge treated in the cell membrane decomposition tank 31b is introduced into the cytoplasmic decomposition tank 40b.

細胞質分解槽40bは、細胞膜分解槽31bにおいて処理された生物汚泥に含まれる微生物の細胞質の構成成分を、前記第4の生体触媒により分解する槽である。細胞質分解槽40bには、調整部40cによって、第4の生体触媒が導入され、細胞膜分解槽31bにおいて処理された生物汚泥と合流する。調整部31cは、一例として、ポンプ又はバルブである。
第4の生体触媒により、微生物の細胞質の構成成分を低分子化することで、後段の消化槽50における生物汚泥の嫌気性消化処理を、高効率に行うことが可能となる。
細胞質には、微生物のエネルギー原として貯蔵されている物質顆粒、例えばデンプンなどの多糖類、脂質が含まれる。これらの物質はメタン発酵の基質にもなるため、メタンガスの発生量に大きく寄与する。これらの物質を、生体触媒を用い、高い反応速度で予め低分子化することで、後段の消化槽50における消化反応をよりスムーズに進行させることができる。
The cytoplasmic decomposition tank 40b is a tank that decomposes the cytoplasmic components of the microorganisms contained in the biological sludge treated in the cell membrane decomposition tank 31b with the fourth biocatalyst. The fourth biocatalyst is introduced into the cytosolic decomposition tank 40b by the adjusting unit 40c, and merges with the biological sludge treated in the cell membrane decomposition tank 31b. The adjustment part 31c is a pump or a valve as an example.
By using a fourth biocatalyst to lower the molecular components of the cytoplasm of the microorganism, anaerobic digestion treatment of biological sludge in the subsequent digestion tank 50 can be performed with high efficiency.
The cytoplasm contains substance granules stored as an energy source of microorganisms, for example, polysaccharides such as starch, and lipids. Since these substances also serve as substrates for methane fermentation, they greatly contribute to the amount of methane gas generated. By using a biocatalyst to reduce the molecular weight in advance at a high reaction rate, the digestion reaction in the subsequent digestion tank 50 can proceed more smoothly.

微生物の細胞質の構成成分を分解し得る分解酵素としては、第1の実施形態で説明したものと同様のものが挙げられる。   Examples of the degrading enzyme capable of degrading the components of the cytoplasm of the microorganism include those described in the first embodiment.

以上のように、第2の実施形態の汚泥処理システム1bでは、余剰汚泥Fに含まれる微生物集合体(フロック)の構造を、生体触媒を用いて粘性物質、微生物の細胞壁、微生物の細胞膜、微生物の細胞質の順に処理し、フロックの構造を外から内部へ順番的に崩すことが可能となる。これにより、余剰汚泥Fの低分子化がさらに効率化され、消化槽50での消化効率・消化速度が向上し、汚泥中の有機物のガス変換効率が向上可能となる。また、消化槽50での消化時間も短縮できる。   As described above, in the sludge treatment system 1b of the second embodiment, the structure of the microbial aggregate (floc) contained in the excess sludge F is obtained by using a biocatalyst, a viscous substance, a microbial cell wall, a microbial cell membrane, and a microbial It is possible to break down the floc structure in order from the outside to the inside by processing in the order of the cytoplasm. Thereby, the molecular reduction of the excess sludge F is further improved, the digestion efficiency and digestion speed in the digestion tank 50 are improved, and the gas conversion efficiency of organic matter in the sludge can be improved. Moreover, the digestion time in the digestion tank 50 can also be shortened.

(第3の実施形態)
第3の実施形態では、汚泥処理システム1が、粘性物質分解槽10bと細胞壁分解槽20bの間に、生体触媒に含まれる酵素を失活させる酵素失活装置100を、更に備えている点で、第1の実施形態と相違する。第3の実施形態において、該生体触媒は、第1の生体触媒である。第3の実施形態では、第1に実施形態との相違点についてのみ説明する。
(Third embodiment)
In 3rd Embodiment, the sludge processing system 1 is further provided with the enzyme deactivation apparatus 100 which deactivates the enzyme contained in a biocatalyst between the viscous substance decomposition tank 10b and the cell wall decomposition tank 20b. This is different from the first embodiment. In the third embodiment, the biocatalyst is a first biocatalyst. In the third embodiment, only differences from the first embodiment will be described.

図3は、第3の実施形態における、汚泥処理システム1の構成例を示す図である。第3の実施形態では、汚泥処理システムは、「汚泥処理システム1c」という。汚泥処理システム1cは、微生物を含有する生物汚泥を分解処理する設備であれば、特定の設備に限定されない。汚泥処理システム1cは、例えば、下水処理場、食品工場である。第3の実施形態では、汚泥処理システム1cは、一例として下水処理場である。   FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the sludge treatment system 1 in the third embodiment. In the third embodiment, the sludge treatment system is referred to as “sludge treatment system 1c”. The sludge treatment system 1c is not limited to a specific facility as long as it is a facility for decomposing biological sludge containing microorganisms. The sludge treatment system 1c is, for example, a sewage treatment plant or a food factory. In the third embodiment, the sludge treatment system 1c is a sewage treatment plant as an example.

汚泥処理システム1cは、汚泥処理システム1aと比較して、粘性物質分解槽10bと細胞壁分解槽20bの間に、生体触媒に含まれる酵素を失活させる酵素失活装置100を更に備える。第3の実施形態において、酵素失活装置100は、第1の生体触媒に含まれる酵素を失活させる。   The sludge treatment system 1c further includes an enzyme deactivation device 100 that deactivates enzymes contained in the biocatalyst between the viscous substance decomposition tank 10b and the cell wall decomposition tank 20b, as compared with the sludge treatment system 1a. In 3rd Embodiment, the enzyme deactivation apparatus 100 deactivates the enzyme contained in a 1st biocatalyst.

余剰汚泥Fに含まれる粘性物質には、通常、タンパク質が含有されている。そのため、余剰汚泥Fの粘性物質の低分子化を高効率に行うとの観点から、第1の生体触媒には、プロテアーゼが細胞表面に提示された宿主生物が、含有されることが好ましい。この場合、粘性物質分解槽10bにて処理された第1の生体触媒を含む汚泥が、細胞壁分解槽20bへと導入されることで、第1の生体触媒のプロテアーゼが細胞壁分解槽20bへと導入されることとなる。しかし、当該プロテアーゼは、細胞壁分解槽20bへ導入された第2の生体触媒をも消化してしまう可能性がある。これを防止するため、プロテアーゼが細胞表面に提示された宿主生物が含有された生体触媒を溜めた分解槽の後段に、酵素失活装置100を配置することが有効である。より具体的には、粘性物質分解槽10bと細胞壁分解槽20bの間に、生体触媒に含まれる酵素を失活させる酵素失活装置100を配置することで、第1の生体触媒に含まれる酵素を失活させることが有効である。係る構成により、細胞壁分解槽20bにおける第2の生体触媒の活性の低下を防止できる。
酵素失活装置100における酵素失活方法としては、加温による酵素の変性、pH調整による酵素の変性、抗体の投入、キレート剤の投入による酵素活性中心の不活性化などがあり、これらの方法に限定されない。
The viscous material contained in the excess sludge F usually contains protein. For this reason, from the viewpoint of efficiently reducing the molecular weight of the excess sludge F viscous material, the first biocatalyst preferably contains a host organism in which a protease is presented on the cell surface. In this case, the sludge containing the first biocatalyst treated in the viscous substance decomposition tank 10b is introduced into the cell wall decomposition tank 20b, whereby the protease of the first biocatalyst is introduced into the cell wall decomposition tank 20b. Will be. However, the protease may also digest the second biocatalyst introduced into the cell wall decomposition tank 20b. In order to prevent this, it is effective to arrange the enzyme deactivation device 100 in the subsequent stage of the decomposition tank in which the biocatalyst containing the host organism in which the protease is presented on the cell surface is stored. More specifically, the enzyme contained in the first biocatalyst is disposed by disposing the enzyme deactivation device 100 that deactivates the enzyme contained in the biocatalyst between the viscous substance decomposition tank 10b and the cell wall decomposition tank 20b. It is effective to deactivate. With such a configuration, it is possible to prevent a decrease in the activity of the second biocatalyst in the cell wall decomposition tank 20b.
Enzyme deactivation methods in the enzyme deactivation apparatus 100 include enzyme denaturation by heating, enzyme denaturation by pH adjustment, injection of antibodies, deactivation of enzyme activity centers by introduction of chelating agents, and the like. It is not limited to.

酵素失活装置100は、汚泥分解酵素を失活させる手段を備えたものであれば特に限定されず、加温手段、pH調整手段、中和抗体投入手段、キレート剤投入手段を備えたものが挙げられる。   The enzyme deactivation device 100 is not particularly limited as long as it has a means for deactivating the sludge degrading enzyme, and has a heating means, a pH adjusting means, a neutralizing antibody charging means, and a chelating agent charging means. Can be mentioned.

なお、第3の実施形態では、酵素失活装置100は、粘性物質分解槽10bと細胞壁分解槽20bとの間に備えられるものとしたが、酵素失活装置100は、細胞壁分解槽20bと消化槽50との間に、備えられていてもよい。細胞壁分解槽20bと消化槽50との間としては、例えば、細胞壁分解槽20bと細胞膜・細胞質分解槽30bとの間、細胞膜・細胞質分解槽30bと消化槽50との間が挙げられる。
各分解槽で処理された汚泥には、多くの汚泥分解酵素が含まれているため、そのまま有機性汚泥を消化槽50に投入すると、消化槽50中の嫌気微生物の活性を低下する可能性がある。そのために、上記汚泥が消化槽50に投入される前に、酵素失活装置を通過させ、汚泥分解酵素、特に微生物の細胞壁、細胞膜を分解する酵素を失活させることによって、消化槽内の嫌気性微生物の活性低下を阻止できる。
上記の観点によれば、酵素失活装置100は、粘性物質分解槽10bと細胞壁分解槽20bとの間、又は細胞膜・細胞質分解槽30bと消化槽50との間に配置されることが好ましい。酵素失活装置100は、粘性物質分解槽10bと細胞壁分解槽20bとの間、及び細胞膜・細胞質分解槽30bと消化槽50との間に配置されることがより好ましい。
In the third embodiment, the enzyme deactivation apparatus 100 is provided between the viscous substance decomposition tank 10b and the cell wall decomposition tank 20b. However, the enzyme deactivation apparatus 100 is digested with the cell wall decomposition tank 20b. Between the tank 50, you may be provided. Examples of the space between the cell wall decomposing tank 20b and the digestion tank 50 include between the cell wall decomposing tank 20b and the cell membrane / cytoplasmic decomposing tank 30b, and between the cell membrane / cytoplasmic decomposing tank 30b and the digesting tank 50.
Since sludge treated in each digestion tank contains a large amount of sludge decomposing enzyme, if organic sludge is put into the digestion tank 50 as it is, the activity of anaerobic microorganisms in the digestion tank 50 may be reduced. is there. For this purpose, before the sludge is introduced into the digestion tank 50, it passes through an enzyme deactivation device and deactivates sludge degrading enzymes, particularly enzymes that degrade the cell walls and cell membranes of microorganisms. It is possible to prevent a decrease in the activity of sex microorganisms.
According to said viewpoint, it is preferable that the enzyme deactivation apparatus 100 is arrange | positioned between the viscous substance decomposition tank 10b and the cell wall decomposition tank 20b, or between the cell membrane / cytoplasmic decomposition tank 30b and the digestion tank 50. More preferably, the enzyme deactivation apparatus 100 is disposed between the viscous substance decomposition tank 10b and the cell wall decomposition tank 20b, and between the cell membrane / cytoplasmic decomposition tank 30b and the digestion tank 50.

また、第3の実施形態で説明した、酵素失活装置100の配置は、第2の実施形態にも同様に適用可能である。例えば、第2の実施形態では、酵素失活装置100は、粘性物質分解槽10bと細胞壁分解槽20bとの間に備えられていてもよく、細胞壁分解槽20bと消化槽50との間に、備えられていてもよい。細胞壁分解槽20bと消化槽50との間としては、例えば、細胞壁分解槽20bと細胞膜分解槽31bとの間、細胞膜分解槽31bと細胞質分解槽40bとの間、細胞質分解槽40bと消化槽50の間が挙げられる。
酵素失活装置100は、粘性物質分解槽10bと細胞壁分解槽20bとの間、又は細胞質分解槽40bと消化槽50との間に配置されることが好ましい。酵素失活装置100は、粘性物質分解槽10bと細胞壁分解槽20bとの間、及び細胞質分解槽40bと消化槽50との間に配置されることがより好ましい。
Further, the arrangement of the enzyme deactivation device 100 described in the third embodiment can be similarly applied to the second embodiment. For example, in the second embodiment, the enzyme deactivation apparatus 100 may be provided between the viscous substance decomposition tank 10b and the cell wall decomposition tank 20b, and between the cell wall decomposition tank 20b and the digestion tank 50, It may be provided. Examples of the space between the cell wall decomposition tank 20b and the digestion tank 50 include, for example, between the cell wall decomposition tank 20b and the cell membrane decomposition tank 31b, between the cell membrane decomposition tank 31b and the cytosolic decomposition tank 40b, and between the cytoplasmic decomposition tank 40b and the digestion tank 50. Between.
The enzyme deactivation device 100 is preferably disposed between the viscous substance decomposition tank 10b and the cell wall decomposition tank 20b, or between the cytoplasmic decomposition tank 40b and the digestion tank 50. More preferably, the enzyme deactivation apparatus 100 is disposed between the viscous substance decomposition tank 10b and the cell wall decomposition tank 20b and between the cytoplasmic decomposition tank 40b and the digestion tank 50.

なお、第3の実施形態では、酵素失活装置100が備えられるものとしたが、滅菌装置は酵素失活を達成可能であるのが通常であるので、酵素失活装置に代えて、滅菌装置が備えられてもよい。滅菌装置としては、第1の実施形態において説明したものと同様の装置が挙げられる。   In the third embodiment, the enzyme deactivation apparatus 100 is provided. However, since the sterilization apparatus can usually achieve enzyme deactivation, the sterilization apparatus can be used instead of the enzyme deactivation apparatus. May be provided. Examples of the sterilization apparatus include apparatuses similar to those described in the first embodiment.

以上のように、第3の実施形態の汚泥処理システム1cでは、生体触媒に含まれる酵素を失活させることにより、後段の分解槽内での生体触媒の活性低下を防止できる。   As described above, in the sludge treatment system 1c of the third embodiment, the activity of the biocatalyst in the subsequent decomposition tank can be prevented by deactivating the enzyme contained in the biocatalyst.

(第4の実施形態)
第4の実施形態では、汚泥処理システム1が、細胞膜・細胞質分解槽30bと消化槽50の間に、生物汚泥中の微生物を死滅させる滅菌装置110を、更に備えている点で、第1の実施形態と相違する。第4の実施形態において、該生物汚泥中の微生物は、第1の生体触媒、第2の生体触媒、第3の生体触媒、及び余剰汚泥F中の微生物である。第4の実施形態では、第1の実施形態との相違点についてのみ説明する。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, the sludge treatment system 1 is further provided with a sterilizer 110 that kills microorganisms in biological sludge between the cell membrane / cytoplasm decomposition tank 30b and the digestion tank 50. It is different from the embodiment. In the fourth embodiment, the microorganisms in the biological sludge are microorganisms in the first biocatalyst, the second biocatalyst, the third biocatalyst, and the excess sludge F. In the fourth embodiment, only differences from the first embodiment will be described.

図4は、第4の実施形態における、汚泥処理システム1の構成例を示す図である。第3の実施形態では、汚泥処理システムは、「汚泥処理システム1d」という。汚泥処理システム1dは、微生物を含有する生物汚泥を分解処理する設備であれば、特定の設備に限定されない。汚泥処理システム1dは、例えば、下水処理場、食品工場である。第4の実施形態では、汚泥処理システム1dは、一例として下水処理場である。   FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the sludge treatment system 1 in the fourth embodiment. In the third embodiment, the sludge treatment system is referred to as “sludge treatment system 1d”. The sludge treatment system 1d is not limited to a specific facility as long as it is a facility that decomposes biological sludge containing microorganisms. The sludge treatment system 1d is, for example, a sewage treatment plant or a food factory. In the fourth embodiment, the sludge treatment system 1d is a sewage treatment plant as an example.

生体触媒として微生物を用いる場合、消化槽50に生体触媒が混入した有機性汚泥を投入すると、主に有機酸等のメタン発酵を行うメタン菌の餌を消費する可能性があり、バイオガスの発生量を低減させてしまう可能性がある。   When microorganisms are used as biocatalysts, if organic sludge mixed with biocatalysts is introduced into the digestion tank 50, there is a possibility of consuming methane bacteria that mainly perform methane fermentation, such as organic acids, and generation of biogas. The amount may be reduced.

第4の実施形態の汚泥処理システム1dでは、各分解槽で処理した汚泥を消化槽50に投入する前に、滅菌装置110により微生物を死滅させ、消化槽50内のメタン菌等の有用微生物への影響を無くし、メタン発酵反応を促進できる。   In the sludge treatment system 1d of the fourth embodiment, before the sludge treated in each decomposition tank is put into the digestion tank 50, the microorganisms are killed by the sterilizer 110 and converted to useful microorganisms such as methane bacteria in the digestion tank 50. The methane fermentation reaction can be promoted.

従来の汚泥処理システムでは、オゾン、アルカリ剤投入、超音波破砕による前処理を行うことで汚泥を可溶化させる。これらはいずれも物理化化学的な手法で、多大なエネルギー投入、薬品投入が必要とされる場合があった。従来の汚泥処理システムでは、ランニングコストの増加や多くの付帯設備の投入が必要で、これらの技術の普及は難しかった。   In the conventional sludge treatment system, sludge is solubilized by performing pretreatment by adding ozone, an alkaline agent, and ultrasonic crushing. All of these are physical chemical methods, and a large amount of energy and chemicals may be required. Conventional sludge treatment systems require increased running costs and the introduction of many incidental facilities, and it has been difficult to spread these technologies.

上記各実施形態では、汚泥処理システム1は、第1の生体触媒培養槽、第1の分解槽、第2の生体触媒培養槽、及び第2の分解槽の他に、第3の生体触媒培養槽と、第3の分解槽とを備えるものとしたが、生体触媒培養槽及び分解槽は、第1の生体触媒培養槽、第1の分解槽、第2の生体触媒培養槽、及び第2の分解槽のみであってもよい。ここで、第1の分解槽は、生物汚泥に含まれる粘性物質の構成成分を、前記第1の生体触媒により分解する槽である。第2の分解槽は、前記第1の分解槽において処理された生物汚泥中の微生物の構成成分を前記第2の生体触媒により分解する槽である。   In each of the above embodiments, the sludge treatment system 1 includes the third biocatalyst culture in addition to the first biocatalyst culture tank, the first decomposition tank, the second biocatalyst culture tank, and the second decomposition tank. Although the tank and the third decomposition tank are provided, the biocatalyst culture tank and the decomposition tank are the first biocatalyst culture tank, the first decomposition tank, the second biocatalyst culture tank, and the second Only the decomposition tank may be used. Here, a 1st decomposition tank is a tank which decomposes | disassembles the structural component of the viscous substance contained in biological sludge with the said 1st biocatalyst. A 2nd decomposition tank is a tank which decomposes | disassembles the component of the microorganisms in the biological sludge processed in the said 1st decomposition tank with a said 2nd biocatalyst.

以上に述べた少なくとも一つの実施形態によれば、余剰汚泥Fに含まれる微生物集合体(フロック)の構造を、生体触媒を用いて粘性物質、微生物の順に処理し、フロックの構造を外から内部へ順番的に崩すことが可能となる。これにより、余剰汚泥Fの低分子化が効率化され、消化槽50での消化効率・消化速度が向上し、汚泥中の有機物のガス変換効率を向上できる。   According to at least one embodiment described above, the structure of the microbial aggregate (floc) contained in the excess sludge F is processed in the order of viscous substances and microorganisms using a biocatalyst, and the structure of the floc is externally internal. It is possible to break down in order. Thereby, the low molecularization of the excess sludge F is made efficient, the digestion efficiency and digestion speed in the digestion tank 50 are improved, and the gas conversion efficiency of organic matter in the sludge can be improved.

以上に述べた少なくとも一つの実施形態によれば、フロックの構造を考慮し、複数の分解槽及び複数の生体触媒培養槽を持つことにより、余剰汚泥Fに含まれる粘性物質と、余剰汚泥Fに含まれる微生物とを、それぞれ異なる分解槽で処理可能である。係る構成により、粘性物質の分解時に、微生物の分解に適した触媒が分解されたり劣化したりする恐れが低減され、汚泥処理効率が向上可能である。また、係る構成により、各分解槽ごとに最適な処理条件が設定可能となり、汚泥処理効率が向上可能である。   According to at least one embodiment described above, the viscous substance contained in the excess sludge F and the excess sludge F can be obtained by considering the floc structure and having a plurality of decomposition tanks and a plurality of biocatalyst culture tanks. The contained microorganisms can be treated in different decomposition tanks. With such a configuration, when the viscous substance is decomposed, the possibility that the catalyst suitable for the decomposition of microorganisms is decomposed or deteriorated is reduced, and the sludge treatment efficiency can be improved. In addition, with such a configuration, it is possible to set optimum treatment conditions for each decomposition tank, and it is possible to improve sludge treatment efficiency.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1a…汚泥処理システム、1b…汚泥処理システム、1c…汚泥処理システム、1d…汚泥処理システム、10a…第1の生体触媒培養槽、10b…粘性物質分解槽、10c…調整部、10d…調整部、20a…第2の生体触媒培養槽、20b…細胞壁分解槽、20c…調整部、30a…第3の生体触媒培養槽、30b…細胞膜・細胞質分解槽、30c…調整部、31a…第3の生体触媒培養槽、31b…細胞膜分解槽、31c…調整部、40a…第4の生体触媒培養槽、40b…細胞質分解槽、40c…調整部、50…消化槽、60…調整部、70…基質槽、80…調整部、90…脱水機、100…酵素失活装置、110…滅菌装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a ... Sludge treatment system, 1b ... Sludge treatment system, 1c ... Sludge treatment system, 1d ... Sludge treatment system, 10a ... 1st biocatalyst culture tank, 10b ... Viscous substance decomposition tank, 10c ... Adjustment part, 10d ... Adjustment part , 20a ... second biocatalyst culture tank, 20b ... cell wall decomposition tank, 20c ... adjustment section, 30a ... third biocatalyst culture tank, 30b ... cell membrane / cytoplasmic decomposition tank, 30c ... adjustment section, 31a ... third Biocatalyst culture tank, 31b ... cell membrane decomposition tank, 31c ... adjustment part, 40a ... fourth biocatalyst culture tank, 40b ... cytoplasmic decomposition tank, 40c ... adjustment part, 50 ... digestion tank, 60 ... adjustment part, 70 ... substrate Tank, 80 ... adjuster, 90 ... dehydrator, 100 ... enzyme deactivation device, 110 ... sterilizer

Claims (6)

第1の生体触媒を培養する第1の生体触媒培養槽と、
生物汚泥に含まれる粘性物質の構成成分を、前記第1の生体触媒により分解する第1の分解槽と、
第2の生体触媒を培養する第2の生体触媒培養槽と、
前記第1の分解槽の後段に配置され、前記第1の分解槽において処理された生物汚泥中の微生物の構成成分を前記第2の生体触媒により分解する第2の分解槽と、
前記第2の分解槽の後段に配置され、前記第2の分解槽において処理された生物汚泥を嫌気性消化処理し、バイオガスに変換する消化槽と、
を備え、
前記第1の生体触媒は、宿主生物の細胞表面に、生物汚泥に含まれる粘性物質の構成成分を分解する触媒を提示したものであり、
前記第2の生体触媒は、宿主生物の細胞表面に、生物汚泥中の微生物の構成成分を分解する触媒を提示したものである汚泥処理システム。
A first biocatalyst culture tank for culturing the first biocatalyst;
A first decomposition tank for decomposing a constituent component of a viscous substance contained in biological sludge with the first biocatalyst;
A second biocatalyst culture tank for culturing the second biocatalyst;
A second decomposition tank that is disposed downstream of the first decomposition tank and decomposes the constituent components of microorganisms in the biological sludge treated in the first decomposition tank by the second biocatalyst;
A digestion tank that is disposed downstream of the second decomposition tank, anaerobically digests the biological sludge treated in the second decomposition tank, and converts it into biogas;
With
The first biocatalyst presents a catalyst for decomposing a constituent of a viscous substance contained in biological sludge on the cell surface of a host organism,
The sludge treatment system, wherein the second biocatalyst presents a catalyst for decomposing constituent components of microorganisms in the biological sludge on the cell surface of the host organism.
前記第2の生体触媒は、宿主生物の細胞表面に、生物汚泥中の微生物の細胞壁の構成成分を分解する触媒を提示したものである請求項1に記載の汚泥処理システム。   The sludge treatment system according to claim 1, wherein the second biocatalyst presents a catalyst for decomposing components of cell walls of microorganisms in the biological sludge on the cell surface of the host organism. 更に、第3の生体触媒を培養する第3の生体触媒培養槽と、
前記第2の分解槽の後段に配置され、前記第2の分解槽において処理された生物汚泥中の、微生物の構成成分を前記第3の生体触媒により分解する第3の分解槽と、
を備え、
前記第3の生体触媒は、宿主生物の細胞表面に、生物汚泥中の微生物の細胞膜及び/又は細胞質の構成成分を分解する触媒を提示したものである請求項1又は2に記載の汚泥処理システム。
A third biocatalyst culture tank for culturing the third biocatalyst;
A third decomposition tank that is disposed downstream of the second decomposition tank and decomposes the constituent components of microorganisms in the biological sludge treated in the second decomposition tank by the third biocatalyst;
With
The sludge treatment system according to claim 1 or 2, wherein the third biocatalyst presents a catalyst for decomposing microbial cell membranes and / or cytoplasmic components in the biological sludge on the cell surface of the host organism. .
更に、第4の生体触媒を培養する第4の生体触媒培養槽と、
前記第3の分解槽の後段に配置され、前記第3の分解槽において処理された生物汚泥中の、微生物の構成成分を前記第4の生体触媒により分解する第4の分解槽と、
を備え、
前記第3の生体触媒は、宿主生物の細胞表面に、生物汚泥中の微生物の細胞膜の構成成分を分解する触媒を提示したものであり、
前記第4の生体触媒は、宿主生物の細胞表面に、生物汚泥中の微生物の細胞質の構成成分を分解する触媒を提示したものである請求項3に記載の汚泥処理システム。
A fourth biocatalyst culture tank for culturing the fourth biocatalyst;
A fourth decomposition tank that is disposed downstream of the third decomposition tank and decomposes the constituent components of microorganisms in the biological sludge treated in the third decomposition tank by the fourth biocatalyst;
With
The third biocatalyst presents a catalyst for decomposing components of cell membranes of microorganisms in biological sludge on the cell surface of the host organism,
The sludge treatment system according to claim 3, wherein the fourth biocatalyst presents a catalyst for decomposing cytoplasmic components of microorganisms in the biological sludge on the cell surface of the host organism.
更に、前記第1の分解槽と前記第2の分解槽の間、及び/又は前記第2の分解槽と前記消化槽の間に、酵素失活装置を備えた請求項1〜4のいずれか一項に記載の汚泥処理システム。   Furthermore, the enzyme deactivation apparatus was provided between the said 1st decomposition tank and the said 2nd decomposition tank, and / or between the said 2nd decomposition tank and the said digestion tank. The sludge treatment system according to one item. 更に、前記第1の分解槽と前記第2の分解槽の間、及び/又は前記第2の分解槽と前記消化槽の間に、生物汚泥中の微生物を死滅させる滅菌装置を備えた請求項1〜4のいずれか一項に記載の汚泥処理システム。   Furthermore, a sterilizer for killing microorganisms in biological sludge is provided between the first decomposition tank and the second decomposition tank and / or between the second decomposition tank and the digestion tank. The sludge treatment system as described in any one of 1-4.
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