JP2022185956A - Organic waste water treatment system - Google Patents

Organic waste water treatment system Download PDF

Info

Publication number
JP2022185956A
JP2022185956A JP2021093905A JP2021093905A JP2022185956A JP 2022185956 A JP2022185956 A JP 2022185956A JP 2021093905 A JP2021093905 A JP 2021093905A JP 2021093905 A JP2021093905 A JP 2021093905A JP 2022185956 A JP2022185956 A JP 2022185956A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wastewater
organic
treatment
furfural
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021093905A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
知幸 奈良
Tomoyuki Nara
聡 川尻
Satoshi Kawajiri
真幸 瓜谷
Masayuki Uritani
毅行 間藏
Takeyuki Magura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Takenaka Komuten Co Ltd
Original Assignee
Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Takenaka Komuten Co Ltd filed Critical Takenaka Komuten Co Ltd
Priority to JP2021093905A priority Critical patent/JP2022185956A/en
Publication of JP2022185956A publication Critical patent/JP2022185956A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Abstract

To provide a waste water treatment system suitable for treatment of organic waste water containing food product derivation sugars, with low energy consumption and formation of undesired by-products.SOLUTION: An organic waste water condensation part condenses saccharides in waste water containing sugars from food product derivation. A hydrothermal treatment part converts the saccharide contained in the condensed waste water to at least 1 of furfural and 5-hydroxymethyl furfural by hydrothermal treatment. A recovery part recovers at least 1 species selected from furfural and 5-hydroxymethyl furfural obtained by hydrothermal treatment. The wastewater treatment system has a methane fermentation part that decomposes organic matter remaining in waste water from which at least 1 of furfural and 5-hydroxymethyl furfural is recovered in the recovery part into biogas by methane fermentation.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、有機性廃水処理システムに関する。 The present disclosure relates to organic wastewater treatment systems.

食品工場、廃棄食品処理施設等から排出される糖類を含む食品由来の有機性廃水は、生物化学的酸素要求量(Biochemical Oxygen Demand:BOD値)が高く、水質汚染防止の観点から、環境への排出前に有機物を除去する処理が必要である。
なかでも、食品由来の糖類を含む有機性廃水は、大量に発生し、且つ、有機性成分の含有量が低濃度であるため、一般の有機性廃水に比較して、例えば、嫌気性処理に係るメタン発酵の導入等は限定的となるという問題がある。例えば、麺類を製造する食品工場である製麺工場から排出される有機性廃水に含まれる糖類の濃度は、5質量%程度である。
Food-derived organic wastewater containing sugars discharged from food factories, waste food processing facilities, etc., has a high biochemical oxygen demand (BOD value), and from the viewpoint of water pollution prevention, it is environmentally friendly. Treatment is required to remove organic matter before discharge.
Among them, organic wastewater containing sugars derived from food is generated in large quantities and has a low concentration of organic components, so compared to general organic wastewater, for example, anaerobic treatment There is a problem that the introduction of such methane fermentation is limited. For example, the concentration of saccharides contained in organic wastewater discharged from a noodle factory, which is a food factory that manufactures noodles, is about 5% by mass.

近年、有機性廃水の処理において、処理の効率化の観点から、消費エネルギー、残存廃棄物量及びコストの低減が求められている。
有機性廃水の処理方法としては、曝気処理、即ち、加圧浮上法により有機物の一部を固形物として分離し、汚泥として除去し、残余の廃水を好気性処理して、COに変換して下水放流する方法が挙げられる。曝気処理では、処理過程において、曝気のためにエネルギーを多く消費するという問題があり、さらに、スカム、汚泥等の固形物の副産物が発生し、これらは廃棄物として別途処理する必要がある。
有機性廃水の他の処理方法としては、上向流嫌気性スラッジブランケット反応器(upflow anaerobic sludge blanket digestion:UASB反応器)等を用いたメタン生成菌を利用した嫌気性処理を行う方法が挙げられる。
嫌気性処理は、消費エネルギーが好気性処理に比較してより少ないが、処理コスト低減を目的とした有価物の回収という観点からは、有価物として回収されるメタンガスが安価なために、コスト的にはなお改良の余地がある。
BACKGROUND ART In recent years, in the treatment of organic wastewater, reductions in energy consumption, the amount of residual waste, and costs have been demanded from the viewpoint of improving treatment efficiency.
As a treatment method for organic wastewater, a part of organic matter is separated as solid matter by aeration treatment, that is, a pressure flotation method, and removed as sludge, and the remaining wastewater is aerobicly treated and converted to CO2 . and discharge it into the sewage system. Aeration treatment has the problem of consuming a large amount of energy during the treatment process, and also produces solid by-products such as scum and sludge, which must be treated separately as waste.
Other methods for treating organic wastewater include anaerobic treatment using methanogenic bacteria using an upflow anaerobic sludge blanket digestion (UASB reactor) or the like. .
Anaerobic treatment consumes less energy than aerobic treatment, but from the perspective of recovering valuables for the purpose of reducing treatment costs, methane gas recovered as valuables is inexpensive, so it is cost effective. still has room for improvement.

有機性廃水の有効利用の観点から、バイオマス中の有機物から有価物を取り出して、廃水処理コストを下げる方法が試みられている。リグノセルロース系バイオマス中のヘミセルロースからリン酸水溶液の存在下、加圧熱水処理することでフルフラールを取り出す技術が提案されている(特許文献1参照)。
パルプ製造工程において生じる前加水分解液をエタノール発酵させてエタノールを取り出し、残余の処理液を酸処理して脱水反応させ、フルフラールを製造し、さらに残余の処理液をメタン発酵させてメタン及びメタン発酵排液を得る方法が提案されている(特許文献2参照)。
また、原料糖に着目した技術として、ヘキソースを構成糖として含む糖質又はその誘導体を、活性炭を触媒として脱水反応させる、工業規模の生産に適する5-ヒドロキシメチル-2-フルフラールの製造方法が提案されている。活性炭を触媒として用いることにより得られた5-ヒドロキシメチル-2-フルフラールの回収も容易に行えることが開示されている(特許文献3参照)。
From the viewpoint of effective utilization of organic wastewater, attempts have been made to reduce wastewater treatment costs by extracting valuable substances from organic substances in biomass. A technique for extracting furfural from hemicellulose in lignocellulosic biomass by pressurized hot water treatment in the presence of an aqueous solution of phosphoric acid has been proposed (see Patent Document 1).
Ethanol is extracted by subjecting the pre-hydrolyzed liquid generated in the pulp manufacturing process to ethanol fermentation, the remaining treated liquid is subjected to acid treatment and dehydration reaction to produce furfural, and the remaining treated liquid is subjected to methane fermentation to methane and methane fermentation. A method for obtaining drainage has been proposed (see Patent Document 2).
In addition, as a technology focusing on raw sugar, a method for producing 5-hydroxymethyl-2-furfural suitable for industrial-scale production is proposed, in which a sugar containing hexose as a constituent sugar or a derivative thereof is subjected to a dehydration reaction using activated carbon as a catalyst. It is It is disclosed that 5-hydroxymethyl-2-furfural obtained by using activated carbon as a catalyst can also be easily recovered (see Patent Document 3).

特開2014-214086号公報JP 2014-214086 A 特開2014-166172号公報JP 2014-166172 A 特開2018-2701号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-2701

特許文献1及び特許文献2に記載の技術は、いずれも、廃液から有価物を回収するとの課題を有するが、セルロース系バイオマスの有効利用を目的とした廃液処理に係る技術であり、食品由来の有機性廃水の如き、大量発生し、低濃度な有機性廃水の処理に適用するといった着目はない。
特許文献3は、限定された原料糖から工業的に5-ヒドロキシメチル-2-フルフラールを高効率で製造する技術に関するものであり、種々の有機物が混在する有機性廃水処理への応用には適さない。
Both of the techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2 have the problem of recovering valuables from waste liquid, but they are technologies related to waste liquid treatment for the purpose of effective use of cellulosic biomass. There is no focus on application to treatment of organic wastewater that is generated in large quantities and has a low concentration, such as organic wastewater.
Patent Document 3 relates to a technology for industrially producing 5-hydroxymethyl-2-furfural from limited raw sugars with high efficiency, and is suitable for application to the treatment of organic wastewater containing a mixture of various organic substances. do not have.

大量に発生し、低濃度の有機性成分を含む食品由来の有機性廃水に対しても、所望されない副産物の発生を抑え、低エネルギーにて効率よく有価物を回収し、廃水中の有機性成分を低減させることで、廃水処理コストを低減させ、環境負荷を抑える廃水処理システムの構築が望まれている。 Even for food-derived organic wastewater that is generated in large quantities and contains low-concentration organic components, it suppresses the generation of unwanted by-products, efficiently recovers valuables with low energy, and organic components in wastewater. It is desired to construct a wastewater treatment system that reduces the wastewater treatment cost and reduces the environmental load by reducing the wastewater treatment cost.

本発明の一実施形態の課題は、消費エネルギー及び所望されない副産物の生成が少なく、食品由来の糖を含む有機性廃水の処理に好適な廃水処理システムを提供することにある。 An object of one embodiment of the present invention is to provide a wastewater treatment system that consumes less energy and produces less unwanted by-products and is suitable for treating organic wastewater containing food-derived sugars.

上記課題を解決するための手段は以下の実施形態を含む。
<1> 食品由来の糖を含む廃水中の糖類を濃縮する有機性廃水濃縮部と、前記濃縮された廃水に含まれる糖類を水熱処理してフルフラール及び5-ヒドロキシメチルフルフラール(以下、5-HMFとも称する)から選ばれる少なくとも1種に変換する水熱処理部と、前記水熱処理を経た廃水から変換されたフルフラール及び5-ヒドロキシメチルフルフラールから選ばれる少なくとも1種を回収する回収部と、前記水熱処理を経た廃水中に残存する有機物をメタン発酵により分解してメタンガスを含むバイオガスに変換し、バイオガスを回収するメタン発酵部と、を有する廃水処理システム。
Means for solving the above problems include the following embodiments.
<1> An organic wastewater concentration unit that concentrates sugars in wastewater containing food-derived sugars, and a hydrothermal treatment of sugars contained in the concentrated wastewater to hydrothermally treat furfural and 5-hydroxymethylfurfural (hereinafter referred to as 5-HMF a hydrothermal treatment unit that converts into at least one selected from the hydrothermal treatment, a recovery unit that recovers at least one selected from furfural and 5-hydroxymethylfurfural converted from the wastewater that has undergone the hydrothermal treatment, and the hydrothermal treatment a wastewater treatment system comprising: a methane fermentation unit that decomposes organic matter remaining in wastewater that has passed through methane fermentation to convert it into biogas containing methane gas, and recovers the biogas.

本開示の第1の実施形態によれば、まず、有機性廃水濃縮部により、糖類が濃縮され、廃水中の水分が減少するため、引き続き行われる水熱処理部における消費エネルギーが低減され、副産物の生成が抑制され、有価物であるフルフラール、バイオガス等が効率よく得られる。
さらに、回収部にてフルフラール等の有機物が予め回収された残存廃液は、有機物の含有量が減少しているために、回収部の下流にて行われるメタン発酵部における発酵槽の容積負荷が向上し、発酵槽を小型化することができる。
また、メタン発酵により処理された残余の廃水、及び有機性廃水濃縮部において分離された廃水は、有機物の含有量が少ない。従って、メタン発酵部の下流側に、所望により設けられる好気性処理部等の廃水処理設備の負荷をより低減することができる。
According to the first embodiment of the present disclosure, first, the organic wastewater concentrating part concentrates sugars and reduces the water content in the wastewater, so that the subsequent hydrothermal treatment part consumes less energy and produces by-products. Production is suppressed, and valuable resources such as furfural and biogas can be obtained efficiently.
Furthermore, since the residual waste liquid from which organic matter such as furfural has been collected in advance in the collection unit has a reduced content of organic matter, the volumetric load on the fermenter in the methane fermentation unit performed downstream of the collection unit is improved. and the fermenter can be made smaller.
Also, the residual wastewater treated by methane fermentation and the wastewater separated in the organic wastewater concentrator have a low content of organic matter. Therefore, it is possible to further reduce the load on the wastewater treatment equipment such as the aerobic treatment section provided as desired downstream of the methane fermentation section.

<2> 前記有機性廃水濃縮部は、逆浸透膜(reverse osmosis membrane、以下、RO膜とも称する)を備える<1>に記載の廃水処理システム。 <2> The wastewater treatment system according to <1>, wherein the organic wastewater concentration unit includes a reverse osmosis membrane (hereinafter also referred to as RO membrane).

本開示の第2の実施形態によれば、本開示の第1の実施形態において、有機性廃水濃縮部にて、有機物と水分の分離に膜技術を適用することで、より低い消費エネルギーで、効率よく有機物の濃縮を行うことができる。また、RO膜により分離された廃液は、有機性成分を殆ど含まないため、そのまま処理水として放流することもできる。 According to the second embodiment of the present disclosure, in the first embodiment of the present disclosure, by applying membrane technology to separate organic matter and water in the organic wastewater concentrating section, with lower energy consumption, Organic substances can be efficiently concentrated. Moreover, since the waste liquid separated by the RO membrane contains almost no organic components, it can be discharged as it is as treated water.

<3> 前記有機性廃水濃縮部にて分離された廃水及び前記メタン発酵部において分離された廃水の少なくともいずれかを好気性処理する好気性処理部をさらに有する<1>又は<2>に記載の廃水処理システム。 <3> The method according to <1> or <2>, further comprising an aerobic treatment unit that aerobically treats at least one of the wastewater separated in the organic wastewater concentration unit and the wastewater separated in the methane fermentation unit. wastewater treatment system.

本開示の第3の実施形態によれば、本開示の第1の実施形態又は第2の実施形態において、さらに好気性処理部を設けることで、有機性廃水濃縮部にて分離された廃水及びメタン発酵部において分離された廃水の少なくともいずれかを、さらに好気性処理することにより、環境負荷がより少ない下水放流が可能となる。
第3の実施形態において好気性処理部に供給される廃水は、予め有機性廃水濃縮部又はメタン発酵部において有機性成分の含有量が低減されているため、一般に行われる好気性処理に比較して、好気性処理部における消費エネルギーはより低減される。
According to the third embodiment of the present disclosure, in the first embodiment or the second embodiment of the present disclosure, by further providing an aerobic treatment section, the wastewater separated in the organic wastewater concentration section and Further aerobic treatment of at least one of the wastewater separated in the methane fermentation section enables sewage discharge with less environmental load.
The wastewater supplied to the aerobic treatment section in the third embodiment has the organic component content reduced in the organic wastewater concentration section or the methane fermentation section in advance. Therefore, the energy consumption in the aerobic treatment section is further reduced.

本発明の一実施形態によれば、消費エネルギー及び所望されない副産物の生成が少なく、食品由来の糖を含む有機性廃水の処理に好適な廃水処理システムを提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a wastewater treatment system that consumes less energy and produces less unwanted by-products and is suitable for treating organic wastewater containing food-derived sugars.

本開示の一実施形態に係る廃水処理システムを示すシステム構成図である。1 is a system configuration diagram showing a wastewater treatment system according to an embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の別の実施形態に係る廃水処理システムを示すシステム構成図である。FIG. 2 is a system configuration diagram showing a wastewater treatment system according to another embodiment of the present disclosure; FIG. 好気性処理を適用した従来の廃水処理システムの一実施形態を示すシステム構成図である。1 is a system configuration diagram showing one embodiment of a conventional wastewater treatment system to which aerobic treatment is applied; FIG.

以下、本開示の廃水処理システムについて詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本開示の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本開示はそのような実施態様に限定されない。
なお、本開示において、数値範囲を示す「~」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
本開示に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において、2以上の好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。
本開示では、5-ヒドロキシメチル-2-フルフラール及び5-ヒドロキシメチルフルフラールを「5-HMF」と称することがある。また、フルフラール及び5-HMFからなる群より選ばれる少なくとも1種を「フルフラール類」と総称することがある。
本開示において、「室温」とは、特に断らない限り、25℃を指す。
本開示において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
各図面において同一の符号を用いて示される構成要素は、同一の構成要素であることを意味する。
図面における寸法の比率は、必ずしも実際の寸法の比率を表すものではない。
The wastewater treatment system of the present disclosure will now be described in detail.
The description of the constituent elements described below may be made based on representative embodiments of the present disclosure, but the present disclosure is not limited to such embodiments.
In addition, in the present disclosure, "to" indicating a numerical range is used to include the numerical values described before and after it as a lower limit and an upper limit.
In the numerical ranges described step by step in the present disclosure, the upper limit value or lower limit value described in one numerical range may be replaced with the upper limit value or lower limit value of another numerical range described step by step. Also, in the numerical ranges described in the present disclosure, the upper or lower limits of the numerical ranges may be replaced with the values shown in the examples.
In the present disclosure, a combination of two or more preferred aspects is a more preferred aspect.
In this disclosure, 5-hydroxymethyl-2-furfural and 5-hydroxymethylfurfural are sometimes referred to as "5-HMF." At least one selected from the group consisting of furfural and 5-HMF may be collectively referred to as "furfurals".
In the present disclosure, "room temperature" refers to 25°C unless otherwise specified.
In the present disclosure, the term "process" includes not only an independent process but also a process that cannot be clearly distinguished from other processes as long as the intended purpose of the process is achieved.
Components shown using the same reference numerals in each drawing mean the same components.
The dimensional ratios in the drawings do not necessarily represent the actual dimensional ratios.

以下、図面を参照しながら、本開示の一実施形態に係る廃水処理システムについて説明する。 A wastewater treatment system according to an embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.

(廃水処理システム:第1実施形態)
図1には、本開示の第1実施形態に係る廃水処理システム10のシステム構成図が示されている。
(Wastewater treatment system: first embodiment)
FIG. 1 shows a system configuration diagram of a wastewater treatment system 10 according to the first embodiment of the present disclosure.

廃水処理システム10は、食品由来の有機性成分を含む廃水の有機性成分を濃縮する有機性廃水濃縮部12、濃縮された廃水を水熱処理する水熱処理部14、水熱処理部14にて有機性成分から変換されたフルフラール類を回収する回収部16、フルフラール類が回収された廃水をメタン発酵処理するメタン発酵部18、及び図示されないポンプ等を含む搬送設備30A~30Gを有して構成されている。 The wastewater treatment system 10 includes an organic wastewater concentration unit 12 for concentrating the organic components of wastewater containing food-derived organic components, a hydrothermal treatment unit 14 for hydrothermally treating the concentrated wastewater, and an organic It comprises a recovery unit 16 that recovers furfurals converted from components, a methane fermentation unit 18 that performs methane fermentation treatment of wastewater from which furfurals have been recovered, and conveying equipment 30A to 30G including pumps (not shown). there is

搬送設備30A~30Gは、必要に応じて廃水の搬送に有用なポンプ(図示せず)を備えた配管を有して構成されている。 Conveying facilities 30A-30G are configured with piping provided with pumps (not shown) useful for conveying waste water as needed.

図1に示すように、食品由来の糖を含む有機性成分を含む廃水(図1に「有機性廃水」と記載)は、有機性廃水濃縮部12へ搬送され、有機性廃水濃縮部12において、有機性成分が濃縮された濃縮液と、水を多く含む分離廃水とに分離される。
有機性廃水濃縮部12で濃縮された濃縮液は、搬送設備である配管30Aを通って水熱処理部14へ搬送される。
濃縮により分離された水を多く含む分離廃水は、配管30Bを通って下水に放流されるか、又は、必要に応じて好気性処理部(図示せず)へと搬送される。
As shown in FIG. 1, wastewater containing organic components including food-derived sugars (described as “organic wastewater” in FIG. 1) is conveyed to organic wastewater concentrating section 12, where , a concentrate in which organic components are concentrated, and a separated waste water containing a large amount of water.
The concentrated liquid concentrated in the organic wastewater concentration unit 12 is transported to the hydrothermal treatment unit 14 through a pipe 30A, which is transport equipment.
The separated wastewater containing a large amount of water separated by concentration is discharged to the sewage through the pipe 30B, or transported to an aerobic treatment section (not shown) as necessary.

-有機性廃水濃縮部-
本開示の廃水処理システム10における有機性廃水濃縮部12では、食品由来の糖を含む有機性廃水を濃縮する。
食品工場等から排出される糖を含む有機性廃水は、食品の製造工程、食品の洗浄工程等により大量に排出され、例えば、固形分を含む食品廃棄物由来の廃液に比較して有機性成分の濃度が低く、且つ、液状成分の含有量が多い。
食品由来の糖を含む有機性廃水は、糖類以外の有機成分、例えば、タンパク質、脂質等を含んでおり、食品工場等から排出される有機性廃水における糖類の種類、糖類以外の有機性成分の種類及び含有量は様々である。
食品由来の糖を含む有機性廃水に、糖類に加え、タンパク質が含まれる場合、タンパク質は後述の水熱処理部で分解され、メタン発酵部でメタンに転換されるため、特に分離の必要はなく、本開示の廃水処理システムで処理することができる。一方、脂質は水熱処理部において分解され難いため、脂質を多く含む有機性廃水は、本開示の廃水処理システムに適用する前段にて脂質の分離除去を検討することが好ましい。
-Organic Wastewater Concentrator-
The organic wastewater concentrator 12 in the wastewater treatment system 10 of the present disclosure concentrates organic wastewater containing food-derived sugars.
Organic wastewater containing sugar discharged from food factories, etc. is discharged in large quantities from food manufacturing processes, food washing processes, etc. The concentration of is low and the content of liquid components is high.
Organic wastewater containing food-derived sugars contains organic components other than sugars, such as proteins and lipids. There are various types and contents.
If the organic wastewater containing food-derived sugars contains proteins in addition to sugars, the proteins are decomposed in the hydrothermal treatment section described later and converted to methane in the methane fermentation section, so there is no particular need for separation. It can be treated with the wastewater treatment system of the present disclosure. On the other hand, since lipids are difficult to decompose in the hydrothermal treatment part, it is preferable to consider separation and removal of lipids prior to applying the lipid-rich organic wastewater to the wastewater treatment system of the present disclosure.

食品由来の有機性廃水に含まれる糖類をフルフラール類に変換する場合、有機性廃水を加熱する処理が必要である。ここで、溶媒を多く含む廃水を昇温するためには多くのエネルギーを必要とする。
本開示の廃水処理システムにおいては、有機性廃水濃縮部を設けて糖類を含む有機性廃水を濃縮することで、有機性廃水は、有機性成分、なかでも糖類の濃度がより高い濃縮液を得ることができる。また、濃縮液と分離された、主として水である溶媒を多く含む分離廃水は、糖類等の有機性成分の残存が極めて少ない分離廃水となる。
有機性廃水濃縮部において糖類の濃度を高め、水等の溶媒量を減少させた濃縮液を得ることにより、濃縮液からフルフラール類の如き有価成分を得る水熱処理において、加熱に必要な消費エネルギーをより低くすることができる。
When converting sugars contained in food-derived organic wastewater into furfurals, it is necessary to heat the organic wastewater. Here, a lot of energy is required to raise the temperature of the wastewater containing a large amount of solvent.
In the wastewater treatment system of the present disclosure, an organic wastewater concentrating unit is provided to concentrate organic wastewater containing sugars, thereby obtaining a concentrated liquid having a higher concentration of organic components, especially sugars, in the organic wastewater. be able to. In addition, the separated waste water containing a large amount of the solvent, which is mainly water, separated from the concentrate becomes the separated waste water with extremely little remaining organic components such as sugars.
By increasing the concentration of saccharides in the organic waste water concentrating part and obtaining a concentrated liquid with a reduced amount of solvent such as water, in the hydrothermal treatment to obtain valuable components such as furfurals from the concentrated liquid, energy consumption required for heating is reduced. can be lower.

有機性廃水濃縮部における有機性廃水の濃縮率には特に制限はなく、有機性廃水濃縮部に導入される有機性廃水に比較して、溶媒が減少していれば効果を奏する。
なかでも、水熱処理部における処理の効率化の観点からは、得られた濃縮液における糖類の含有量が濃度1質量%~20質量%となる範囲で濃縮することが好ましく、3質量%~10質量%となる範囲で濃縮することがより好ましい。
There is no particular limitation on the concentration rate of the organic wastewater in the organic wastewater concentration section, and the effect is achieved as long as the amount of solvent is reduced compared to the organic wastewater introduced into the organic wastewater concentration section.
Among them, from the viewpoint of efficiency of the treatment in the hydrothermal treatment part, it is preferable to concentrate the saccharide content in the obtained concentrated liquid in the range of 1% to 20% by mass, and 3% to 10% by mass. It is more preferable to concentrate in the range of mass %.

有機性廃水濃縮部における濃縮方法には特に制限はなく、公知の方法を適用することができる。
濃縮方法としては、有機性廃水を膜、例えば、逆浸透膜(RO膜)を用いて濾過して濃縮する方法、有機性廃水を高温で加熱し、水分を蒸発させて濃縮する煮沸濃縮方法、低温下で、有機性廃水を減圧して水分を蒸発させる真空濃縮方法、有機性廃水に含まれる水分を凍結させ、氷の結晶を分離して取り出す凍結濃縮、及びこれらを任意に組み合わせる濃縮方法等が挙げられる。
There are no particular restrictions on the concentration method in the organic wastewater concentration section, and known methods can be applied.
Concentration methods include a method of concentrating organic wastewater by filtration using a membrane such as a reverse osmosis membrane (RO membrane), a boiling concentration method of heating organic wastewater at a high temperature to evaporate the water content, and concentrating the organic wastewater. Vacuum concentration method in which organic wastewater is decompressed at low temperature to evaporate water content, freeze concentration method in which water contained in organic wastewater is frozen and ice crystals are separated and extracted, and concentration methods that combine these methods arbitrarily, etc. is mentioned.

なかでも、消費エネルギーが低く、効率的な濃縮が達成でき、分離された廃水がクリーンであるとの観点から、RO膜による濃縮方法が好ましい。RO膜は、一般に開孔部が2nm以下の膜であり、連続的に糖類を多く含む濃縮液を得るためには、糖類の浸透圧を超える圧力を付与する必要がある。
なお、本開示において「RO膜」は、一般的な逆浸透膜(RO膜)のみならず、開孔部の大きさがRO膜よりも比較的大きいナノフィルター(nanofiltration membrane:NF膜)、例えば、開孔部の直径が1nm~2nmであって、イオン等の分離効率がRO膜よりも低い70%以下である如きNF膜を包含する意味で用いられる。
RO膜による濃縮液と分離廃水との分離は、公知の方法で行うことができる。RO膜の透過水量は温度依存性があるため、分離に必要な浸透圧以上の加圧条件は、有機性廃水の温度、有機性廃水に含まれる糖類の種類等を考慮して適宜調整すればよい。
Among them, the concentration method using an RO membrane is preferable from the viewpoints that energy consumption is low, efficient concentration can be achieved, and the separated waste water is clean. RO membranes are generally membranes with pores of 2 nm or less, and in order to continuously obtain a concentrate containing a large amount of sugars, it is necessary to apply a pressure exceeding the osmotic pressure of sugars.
In the present disclosure, "RO membrane" refers not only to general reverse osmosis membranes (RO membranes), but also to nanofilters (nanofiltration membranes: NF membranes) having relatively larger pore sizes than RO membranes, such as , the diameter of the opening is 1 nm to 2 nm, and the separation efficiency of ions and the like is 70% or less, which is lower than that of the RO membrane.
Separation of the concentrated liquid and the separated wastewater by the RO membrane can be carried out by a known method. Since the amount of water permeated through the RO membrane is temperature dependent, the pressurization conditions above the osmotic pressure required for separation can be appropriately adjusted in consideration of the temperature of the organic wastewater and the type of sugars contained in the organic wastewater. good.

-水熱処理部-
有機性廃水濃縮部12にて得られた濃縮液は、搬送設備である配管30Aを通って水熱処理部14へ搬送される。
水熱処理部では、密閉系中で濃縮液を高温高圧処理して、有機性廃水中の糖類をフルフラール類に変換することができる。
水熱処理によれば、系中が高温高圧となるため、水が亜臨界状態で液状を維持し、高い加水分解能を有すると考えられる。
水熱処理部で処理される濃縮液は、糖類と、溶媒としての水とを含めば特に制限はない。
水熱処理部には、オートクレーブ、チューブラー反応器、フローリアクター等の装置を適用することができる。
濃縮液を水熱処理部の反応装置内に投入し、以下に示す温度及び圧力にて、水熱処理することで、反応が進行し、濃縮液中の糖類が、フルフラール類に変換される。
-Hydrothermal treatment department-
The concentrated liquid obtained in the organic wastewater concentrating section 12 is conveyed to the hydrothermal treatment section 14 through a pipe 30A, which is a conveying facility.
In the hydrothermal treatment section, the concentrated liquid is treated at high temperature and high pressure in a closed system, and sugars in the organic wastewater can be converted into furfurals.
According to the hydrothermal treatment, since the system becomes high temperature and high pressure, water maintains a liquid state in a subcritical state and is considered to have a high hydrolytic capacity.
The concentrated liquid treated in the hydrothermal treatment section is not particularly limited as long as it contains sugars and water as a solvent.
Apparatuses such as an autoclave, a tubular reactor, a flow reactor, etc. can be applied to the hydrothermal treatment section.
The concentrated liquid is put into the reaction apparatus of the hydrothermal treatment section and subjected to hydrothermal treatment at the temperature and pressure shown below, whereby the reaction proceeds and the saccharides in the concentrated liquid are converted to furfurals.

水熱処理部の温度は、100℃~400℃とすることができ、140℃~260℃が好ましく、140℃~230℃がより好ましい。上記温度範囲に加熱することにより、濃縮液からフルフラール類が効率よく得られる。 The temperature of the hydrothermal treatment section can be 100°C to 400°C, preferably 140°C to 260°C, more preferably 140°C to 230°C. By heating to the above temperature range, furfurals can be efficiently obtained from the concentrate.

水熱処理部においては、上記温度範囲にて濃縮液を処理することで、フルフラール類が生成されるため、特に触媒を必要としない。
フルフラール類の生成効率向上の観点からは、触媒の存在下で水熱処理を行ってもよい。触媒を用いる場合、触媒は公知の触媒を適宜選択して用いることができる。水熱処理部にて用い得る触媒としては、例えば、修飾された又は非修飾の活性炭、クエン酸等の有機酸、硫酸等の無機酸、イオン交換樹脂等の固体酸触媒、触媒活性点を制御したゼオライト触媒等が挙げられる。
水熱処理部における圧力は常圧であってもよいが、反応効率の観点からは、加圧することも好ましい態様である。
水熱処理部を加圧する場合の加圧条件としては、0.15MPa~10MPaが好ましく、1.0MPa~3.5MPaがより好ましい。
反応時間は、0.2時間~3.0時間とすることが好ましく、0.5時間~1.5時間とすることがより好ましい。
反応終了後は、水熱処理部における装置内の温度を室温(25℃)まで冷却することが好ましい。
In the hydrothermal treatment section, furfurals are produced by treating the concentrated liquid in the above temperature range, so no particular catalyst is required.
From the viewpoint of improving the production efficiency of furfurals, the hydrothermal treatment may be performed in the presence of a catalyst. When a catalyst is used, a known catalyst can be appropriately selected and used. Examples of catalysts that can be used in the hydrothermal treatment unit include modified or unmodified activated carbon, organic acids such as citric acid, inorganic acids such as sulfuric acid, solid acid catalysts such as ion exchange resins, and catalysts with controlled active points. A zeolite catalyst etc. are mentioned.
The pressure in the hydrothermal treatment section may be normal pressure, but from the viewpoint of reaction efficiency, pressurization is also a preferred embodiment.
The pressurizing condition for pressurizing the hydrothermal treatment section is preferably 0.15 MPa to 10 MPa, more preferably 1.0 MPa to 3.5 MPa.
The reaction time is preferably 0.2 hours to 3.0 hours, more preferably 0.5 hours to 1.5 hours.
After completion of the reaction, it is preferable to cool the temperature inside the apparatus in the hydrothermal treatment section to room temperature (25° C.).

一般に糖類、セルロース類等からフルフラール類を効率よく生成させるために種々の試みがなされている。しかし、本開示の廃水処理システムは、糖類を含む有機性廃水の処理において、消費エネルギー及び所望されない副産物の生成が少ないことを課題としている。本開示の廃水処理システムによれば、水熱処理部において有価物としてのフルフラール類が得られることで、廃水処理システム全体のコストが抑制できる。さらに、引き続き行われるメタン発酵部においても、有価物としてのバイオガスを回収することができる。このため、水熱処理部におけるフルフラール類生成の極端な高効率化は本開示の廃水処理システムにおいて重要ではない。 In general, various attempts have been made to efficiently produce furfurals from saccharides, celluloses and the like. However, the wastewater treatment system of the present disclosure is intended to consume less energy and produce less undesirable by-products in the treatment of organic wastewater containing sugars. According to the wastewater treatment system of the present disclosure, furfurals as valuables can be obtained in the hydrothermal treatment unit, so that the cost of the entire wastewater treatment system can be suppressed. Furthermore, biogas as a valuable resource can be recovered in the subsequent methane fermentation section. Therefore, extremely efficient furfurals production in the hydrothermal treatment section is not important in the wastewater treatment system of the present disclosure.

水熱処理部14において水熱処理された濃縮液中には、水熱処理により生成したフルフラール類と、有機性廃水由来の有機性成分であってフルフラール類に変換されなかった有機酸等と、溶媒である水と、が少なくとも含まれる。水熱処理部14にて水熱処理された濃縮液は、室温まで冷却された後、搬送設備である配管30Cを通って回収部16へ搬送される。 The concentrated liquid hydrothermally treated in the hydrothermal treatment unit 14 contains furfurals produced by the hydrothermal treatment, organic acids that are organic components derived from organic wastewater and have not been converted to furfurals, and solvents. and at least water. The concentrated liquid hydrothermally treated in the hydrothermal treatment unit 14 is cooled to room temperature and then conveyed to the recovery unit 16 through the pipe 30C, which is a conveying facility.

-回収部-
回収部16では、濃縮液中に生成したフルフラール類が回収される。
回収部における濃縮液中のフルフラール類の回収は、公知の方法を適用することができる。
回収方法としては、濃縮液を濃縮液不透過性の容器内に導入し、活性炭、イオン交換樹脂等の吸着材にフルフラール類を吸着させる方法、ヘキサン/アセトン混合溶媒等の有機溶剤によって抽出する方法等が挙げられる。
吸着材に濃縮液を接触させる前に、まず、濃縮液を固液分離し、微細な固体成分を除去した後、分離した液成分のみを吸着材と接触させることも好ましい。予め濃縮液から固体成分を除去することで、活性炭等の吸着材の細孔に固体成分が付着して吸着効率が低下することを抑制することができる。
フルフラール類を吸着材に吸着させる方法をとる場合、吸着材を有機溶剤で洗浄することにより、有機溶剤中にフルフラール類が溶出し、高純度のフルフラール類が回収される。回収されたフルフラール類は、搬送設備である配管30Dを通って有価物として、回収、保存される。
-Recovery Department-
In the recovery unit 16, furfurals produced in the concentrate are recovered.
A known method can be applied to recover furfurals in the concentrate in the recovery section.
As a recovery method, a method of introducing the concentrate into a container impermeable to the concentrate and allowing the furfurals to be adsorbed by an adsorbent such as activated carbon or ion exchange resin, or a method of extraction with an organic solvent such as a mixed solvent of hexane/acetone. etc.
It is also preferable to subject the concentrate to solid-liquid separation, remove fine solid components, and then bring only the separated liquid component into contact with the adsorbent before contacting the concentrate with the adsorbent. By removing the solid components from the concentrated liquid in advance, it is possible to prevent the solid components from adhering to the pores of the adsorbent such as activated carbon and lowering the adsorption efficiency.
In the case of adopting a method of adsorbing furfurals on an adsorbent, the adsorbent is washed with an organic solvent so that the furfurals are eluted into the organic solvent and highly pure furfurals are recovered. The collected furfurals are collected and stored as valuables through a pipe 30D, which is a transportation facility.

フルフラール類は、バイオマス由来の、化石資源を代替する化学品原料として注目されている。
フルフラールは、溶剤、合成ゴム原料、フラン樹脂を製造する際の原料、ポリアミドの原料となるアジピン酸の製造原料として有用である。また、5-HMFは、バイオ燃料の原料、合成樹脂原料として有用であり、生理活性物質としても用いられる。
従って、回収部16で回収されたフルフラール及び5-HMF等のフルフラール類は、有価物として販売することが可能である。このため、廃水処理システムにおける運転コストを低減することが期待できる。
本開示の廃水処理システムによれば、一定の収量で連続してフルフラール類を回収できるという利点を有する。
Furfurals are attracting attention as biomass-derived chemical raw materials that can replace fossil resources.
Furfural is useful as a solvent, a raw material for synthetic rubber, a raw material for producing furan resin, and a raw material for producing adipic acid, which is a raw material for polyamide. In addition, 5-HMF is useful as a raw material for biofuels and a raw material for synthetic resins, and is also used as a physiologically active substance.
Therefore, furfural and furfurals such as 5-HMF recovered by the recovery unit 16 can be sold as valuables. Therefore, it can be expected that the operating cost of the wastewater treatment system will be reduced.
The wastewater treatment system of the present disclosure has the advantage of being able to continuously recover furfurals at a constant yield.

回収部16でフルフラール類が回収された残余の廃水は、搬送設備である配管30Eを通って浄化処理部としてのメタン発酵部18へ搬送される。残余の廃水中には、なお、有機酸等のフルフラール類以外の有機性成分が残存しており、そのまま処理水として排水することは困難である。このため、浄化処理部としてのメタン発酵部18でさらに有機物の回収が行われる。 The remaining wastewater from which furfurals have been recovered in the recovering unit 16 is conveyed to the methane fermentation unit 18 as a purification processing unit through a pipe 30E as a conveying facility. In the residual wastewater, organic components other than furfurals such as organic acids remain, and it is difficult to discharge the wastewater as it is as treated water. Therefore, the organic matter is further recovered in the methane fermentation section 18 as a purification processing section.

-メタン発酵部-
メタン発酵部18においては、回収部16でフルフラール類を取り出した後の残余の廃水を原料としてメタン発酵を行い、メタンガスを含むバイオガスを生成させ、回収する。
-Methane Fermentation Division-
In the methane fermentation unit 18, methane fermentation is performed using waste water remaining after the furfurals are taken out in the recovery unit 16 as a raw material to generate and recover biogas containing methane gas.

フルフラール類を取り出した後の廃液には、食品由来の微細な有機物、有機酸等の有機物が含まれている。
廃水中の有機性成分としては、廃水に溶解している有機酸等の可溶性成分及び廃水中に含まれる不溶性の有機性成分等が挙げられる。
The waste liquid after the furfurals are taken out contains fine food-derived organic substances and organic substances such as organic acids.
Examples of the organic components in the wastewater include soluble components such as organic acids dissolved in the wastewater and insoluble organic components contained in the wastewater.

メタン発酵部では、嫌気性処理、即ち、嫌気性条件下において酸生成菌やメタン生成細菌等の嫌気性微生物群を利用して、残余の廃水の有機成分を分解し、メタンガス、二酸化炭素等のバイオガスを得る。
メタン発酵部には、公知の発酵槽が適用できる。発酵槽としては、例えば、UASB反応器、流動床方式反応器、固定床方式反応器等が好適に用いられる。
メタン発酵部において用いる嫌気性菌としては、嫌気性条件下で有機性成分を分解しうる公知の嫌気性菌を適用することができる。
In the methane fermentation section, anaerobic treatment, that is, under anaerobic conditions, anaerobic microorganisms such as acid-producing bacteria and methanogenic bacteria are used to decompose the organic components of the remaining wastewater to produce methane gas, carbon dioxide, etc. get biogas.
A known fermenter can be applied to the methane fermentation unit. As the fermenter, for example, a UASB reactor, a fluidized bed reactor, a fixed bed reactor, or the like is preferably used.
As the anaerobic bacteria used in the methane fermentation section, known anaerobic bacteria capable of decomposing organic components under anaerobic conditions can be applied.

メタン生成菌は、増殖速度が低いため、処理水とともに流失して処理能力が低下する懸念がある。このため、処理能力を維持するため、嫌気性菌は自己造粒させるか、又は担体に固定化して発酵槽に配置することが好ましい。例えば、UASB反応器を用いる方法では、メタン生成菌が自己造粒してなる0.5mm~2mm程度の沈降性に優れたグラニュール汚泥を形成させることで、良好な反応性を達成している。
発酵条件には特に制限はなく、有機性成分の残存量、廃水の処理量等を考慮して適宜選択される。
Since methanogens have a low growth rate, there is a concern that they may be washed away together with the treated water, resulting in a decrease in treatment capacity. Therefore, in order to maintain the treatment capacity, it is preferred that the anaerobes are self-granulated or immobilized on a carrier and placed in the fermenter. For example, in the method using a UASB reactor, good reactivity is achieved by forming granulated sludge with excellent sedimentation properties of about 0.5 mm to 2 mm, which is formed by self-granulation of methanogens. .
Fermentation conditions are not particularly limited, and are appropriately selected in consideration of the residual amount of organic components, the amount of wastewater to be treated, and the like.

発酵槽には、メタン生成菌等の嫌気性微生物群が配置される。回収部16を経て、配管30Eを介して供給された有機酸等含有廃水中の有機性成分が、メタン発酵部においてメタン発酵により分解される。
メタン発酵部における嫌気性処理の条件としては、反応温度が37℃近傍の中温法、55℃近傍の高温法があり、いずれも適用することができる。
発酵効率の観点からは、高温法はより処理効率が良好であるが、加温のためのエネルギーを要する。中温法の場合には、加温は不要である。本開示の廃水処理システムにおいては、予め有機性成分としての有価物を取り除いた廃水を処理するため、中温法でも安定な処理効率が期待できる。なお、所望により中温法の発酵槽を2槽設けて、2段階発酵を行うこともできる。
嫌気性微生物群の好適な条件が中性付近であるため、発酵槽におけるpHは6.0~8.5が好ましく、7.0~8.0がより好ましい。所望により、メタン発酵部に導入される廃液のpHを調整してもよい。
嫌気性微生物群の処理条件を好適な範囲に維持するため、発酵槽の嫌気性状態については、例えば、酸化還元電位等を測定して管理することができる。
Anaerobic microorganisms such as methanogens are placed in the fermenter. The organic components in the organic acid-containing wastewater supplied through the pipe 30E through the recovery unit 16 are decomposed by methane fermentation in the methane fermentation unit.
Conditions for the anaerobic treatment in the methane fermentation section include a medium temperature method with a reaction temperature of around 37° C. and a high temperature method with a reaction temperature around 55° C., both of which can be applied.
From the viewpoint of fermentation efficiency, the high-temperature method is more efficient, but requires energy for heating. Heating is not necessary in the case of the medium temperature method. Since the wastewater treatment system of the present disclosure treats wastewater from which valuables as organic components have been removed in advance, stable treatment efficiency can be expected even with the intermediate temperature method. If desired, two mesophilic fermenters may be provided to carry out two-step fermentation.
Since the preferred conditions for anaerobic microorganisms are near neutrality, the pH in the fermenter is preferably 6.0 to 8.5, more preferably 7.0 to 8.0. If desired, the pH of the waste liquid introduced into the methane fermentation section may be adjusted.
In order to maintain the treatment conditions for the anaerobic microorganisms within a suitable range, the anaerobic state of the fermenter can be controlled by measuring, for example, the oxidation-reduction potential.

メタン発酵部において、処理する廃水と発酵槽における嫌気性微生物群との接触時間、即ち、発酵槽における廃水の滞留時間には、特に制限はない。例えば、発酵槽における廃水の滞留時間は、5時間~30日間とすることができ、6時間~20日間とすることが好ましく、6時間~3日間とすることがより好ましい。 In the methane fermentation section, the contact time between the wastewater to be treated and the anaerobic microorganisms in the fermenter, that is, the residence time of the wastewater in the fermenter is not particularly limited. For example, the retention time of the wastewater in the fermenter can be 5 hours to 30 days, preferably 6 hours to 20 days, more preferably 6 hours to 3 days.

発酵槽は嫌気性の雰囲気であり、中温法で行う場合には加熱が不要であり、好気性処理における如き曝気エネルギーも不要である。
メタン発酵部において生成されるバイオガスは、メタンガスと二酸化炭素が主成分であり、燃料等に適用することができる有価物である。なお、条件によっては、硫化水素が副生されることがあり、その場合には、バイオガスから硫化水素を除去する処理を行う。
バイオガスは、燃料として外部に供給して有効利用してもよく、例えば、水熱処理部における加熱用の燃料として使用することもできる。
本開示の廃水処理システムによれば、フルフラール類のみならず、バイオガスが生成される。バイオガスは、有価物として提供するか、廃水処理システムの加熱用のエネルギー源として使用できるため、廃水処理システム全体におけるコスト削減という目的を達成することができる。
The fermenter has an anaerobic atmosphere, and heating is not required when the mesophilic method is used, and aeration energy such as in aerobic treatment is not required.
The biogas produced in the methane fermentation section is mainly composed of methane gas and carbon dioxide, and is a valuable substance that can be applied as fuel or the like. Depending on the conditions, hydrogen sulfide may be produced as a by-product, and in such a case, treatment is performed to remove hydrogen sulfide from the biogas.
The biogas may be effectively used by supplying it to the outside as a fuel, for example, it can also be used as a heating fuel in the hydrothermal treatment section.
The wastewater treatment system of the present disclosure produces biogas as well as furfurals. Biogas can be provided as a commodity or used as an energy source for heating the wastewater treatment system, thus achieving the goal of cost reduction in the overall wastewater treatment system.

メタン発酵部18で生成したバイオガスは、配管30Gを介して系外に回収される。バイオガスを回収した後の分離廃水は、有機性成分の残存量が少ない場合には、そのまま配管30Fを介して下水放流される。なお、メタン発酵部18における処理後においても、分離廃水中に発酵により分解されなかった成分等の不溶性の有機性成分が残存する場合がある。そのような場合には、不溶性の有機性成分を固液分離して除去した後、下水放流することが好ましい。固液分離により分離された不溶性の有機性成分は、廃棄物として別途処理すればよい。
固液分離方法には特に制限はなく、濾過、遠心分離、静置して固形分を沈殿させる等の公知の方法により行うことができる。
The biogas produced in the methane fermentation section 18 is recovered outside the system via the pipe 30G. The separated waste water after recovering the biogas is directly discharged to the sewage system through the pipe 30F when the remaining amount of the organic component is small. Even after the treatment in the methane fermentation unit 18, insoluble organic components such as components not decomposed by fermentation may remain in the separated wastewater. In such a case, it is preferable to remove the insoluble organic component by solid-liquid separation and then discharge it into sewage. The insoluble organic components separated by solid-liquid separation may be treated separately as waste.
The solid-liquid separation method is not particularly limited, and can be carried out by known methods such as filtration, centrifugation, and standing to precipitate solids.

本開示の廃水処理システムにおいては、メタン発酵部に供給される分離廃水は、回収部にてフルフラール等の有機物が予め回収されており、廃水中の有機物の含有量が減少している。このため、回収部の下流にて行われるメタン発酵部における発酵槽をより小型化することができる。
また、メタン発酵により処理された残余の廃水、及び有機性廃水濃縮部において分離された廃水は、有機物の含有量が少ない。従って、有機性成分の含有量が所定量以下の場合には、そのまま下水放流することができる。また、メタン発酵部の下流側に、所望により設けられる好気性処理部等の廃水処理設備における処理の負荷を低減することができる。
In the wastewater treatment system of the present disclosure, organic matter such as furfural is previously collected in the recovery unit from the separated wastewater supplied to the methane fermentation unit, and the organic matter content in the wastewater is reduced. Therefore, the fermenter in the methane fermentation section that is performed downstream of the collection section can be made more compact.
Also, the residual wastewater treated by methane fermentation and the wastewater separated in the organic wastewater concentrator have a low content of organic matter. Therefore, when the content of the organic component is less than the predetermined amount, it can be directly discharged into the sewage. In addition, it is possible to reduce the processing load in the wastewater treatment facility such as the aerobic treatment section provided as desired downstream of the methane fermentation section.

(廃水処理システム:第2実施形態)
図2には、本開示の第2実施形態に係る廃水処理システム20のシステム構成図が示されている。
(Wastewater treatment system: Second embodiment)
FIG. 2 shows a system configuration diagram of a wastewater treatment system 20 according to the second embodiment of the present disclosure.

廃水処理システム20は、食品由来の有機性成分を含む廃水の有機性成分を濃縮する有機性廃水濃縮部12、濃縮された廃水を水熱処理する水熱処理部14、水熱処理部14にて有機性成分から変換されたフルフラール類を回収する回収部16、フルフラール類が回収された廃水をメタン発酵処理するメタン発酵部18、メタン発酵部18から分離された分離廃水を好気性処理する好気性処理部22及び図示されないポンプ等を含む搬送設備30A~30Hを有して構成されている。 The wastewater treatment system 20 includes an organic wastewater concentration unit 12 for concentrating the organic components of wastewater containing food-derived organic components, a hydrothermal treatment unit 14 for hydrothermally treating the concentrated wastewater, and an organic A recovery unit 16 that recovers furfurals converted from components, a methane fermentation unit 18 that performs methane fermentation treatment of wastewater from which furfurals have been recovered, and an aerobic treatment unit that performs aerobic treatment of separated wastewater separated from the methane fermentation unit 18. 22 and transfer facilities 30A to 30H including pumps (not shown).

搬送設備30A~30Hは、必要に応じて廃水の搬送に有用なポンプ(図示せず)を備えた配管を有して構成されている。
廃水処理システム20は、メタン発酵部18の下流に好気性処理部22を備える以外は、第1実施形態に係る廃水処理システム10と同様の構成を示す。従って、有機性廃水濃縮部12、水熱処理部14、回収部16、及びメタン発酵部18に係る説明は省略する。
Conveying facilities 30A-30H are configured with piping provided with pumps (not shown) useful for conveying waste water as needed.
The wastewater treatment system 20 has the same configuration as the wastewater treatment system 10 according to the first embodiment, except that an aerobic treatment section 22 is provided downstream of the methane fermentation section 18 . Therefore, descriptions of the organic wastewater concentration unit 12, the hydrothermal treatment unit 14, the recovery unit 16, and the methane fermentation unit 18 are omitted.

-好気性処理部-
図2に示す好気性処理部22は、メタン発酵部18の下流に設けられ、メタン発酵部18においてバイオガスが回収された分離廃水を、さらに、好気性条件で廃水を処理し、下水放流に好適な浄化処理を行う処理部である。
好気性処理部22は、好気性微生物群に廃水中の有機性成分を分解処理させる活性汚泥法又は担体流動床法を適用する処理部である。
好気性処理部22は、一般的には、曝気槽と沈殿槽とを備える。
-Aerobic treatment part-
The aerobic treatment unit 22 shown in FIG. 2 is provided downstream of the methane fermentation unit 18, and treats the separated wastewater from which the biogas has been recovered in the methane fermentation unit 18, further treats the wastewater under aerobic conditions, and discharges it to sewage. It is a processing unit that performs a suitable purification process.
The aerobic treatment unit 22 is a treatment unit that applies an activated sludge method or a carrier fluidized bed method in which organic components in wastewater are decomposed by aerobic microorganisms.
The aerobic treatment section 22 generally includes an aeration tank and a sedimentation tank.

曝気槽は、好気性微生物からなる塊状体(フロック)が浮遊した水と、水に好気性微生物群を活性化させるための空気を送り込む排気管を備える。排気管は、通常、曝気槽の底部又はその近傍に位置される。
曝気槽は、好気性微生物群を多量に含むフロックが浮遊した水で満たされている。曝気槽の底部近傍に配置された散気管から空気を微細な気泡として曝気槽内に噴出させており、空気の供給により好気性微生物が活性化し、廃水中の有機性成分が分解される。
曝気槽に連結して備えられる沈殿槽は、有機性成分が分解除去された処理水と、活性汚泥としてのフロックを沈殿によって分離させる機能を有する槽である。
沈殿槽における上澄み液は、処理水として下水放流することができる。沈殿槽にて沈殿した活性汚泥としてのフロックは、沈殿槽の底部から回収され、再び曝気槽に供給してもよい。また、曝気槽には容積負荷を向上するために、菌体を保持するための担体を投入してもよい。
好気性処理部22には、有機性廃水濃縮部12にて濃縮液と分離された分離廃水、及び、メタン発酵部18において、バイオガスを回収した後の分離廃水が供給され、好気性処理される。
好気性処理部22にて処理され、有機性成分の含有量が低減された沈殿槽における上澄み液は、配管30Hを通って下水に放流される。
The aeration tank includes water in which agglomerates (flocs) of aerobic microorganisms float, and an exhaust pipe for sending air into the water to activate the aerobic microorganisms. The exhaust pipe is usually located at or near the bottom of the aeration tank.
The aeration tank is filled with water in which flocs enriched with aerobic microorganisms are suspended. Air is jetted into the aeration tank as fine bubbles from an air diffuser placed near the bottom of the aeration tank. The supply of air activates aerobic microorganisms and decomposes organic components in the wastewater.
The sedimentation tank connected to the aeration tank has the function of separating the treated water from which the organic components have been decomposed and removed from the flocs as activated sludge by sedimentation.
The supernatant liquid in the sedimentation tank can be discharged into the sewage system as treated water. The floc as activated sludge precipitated in the sedimentation tank may be recovered from the bottom of the sedimentation tank and supplied to the aeration tank again. In addition, in order to improve the volume load, a carrier for retaining the cells may be added to the aeration tank.
The aerobic treatment unit 22 is supplied with the separated wastewater separated from the concentrate in the organic wastewater concentrating unit 12 and the separated wastewater after the biogas is recovered in the methane fermentation unit 18, and is subjected to aerobic treatment. be.
The supernatant liquid in the sedimentation tank, which has been treated by the aerobic treatment unit 22 and the content of organic components has been reduced, is discharged to sewage through the pipe 30H.

第2実施形態に係る廃水処理システム20では、有機性廃水濃縮部12及びメタン発酵部18からの分離廃水を、さらに好気性処理することで、下水放流される排水の水質がより向上する。
有機性廃水濃縮部12からの分離廃水は、好ましくはRO膜にて分離され、殆ど有機性成分を含まない水であり、メタン発酵部18からの分離廃水もまた、水熱処理部14及びメタン発酵部18にて予め有機性成分が取り除かれた水である。従って、本開示の廃水処理システムによれば、一般の好気性処理に比較して、より低エネルギーで、排水の水質を向上させることができる。
In the wastewater treatment system 20 according to the second embodiment, the wastewater separated from the organic wastewater concentrator 12 and the methane fermentation unit 18 is further subjected to aerobic treatment, thereby further improving the water quality of the wastewater discharged into sewage.
The separated wastewater from the organic wastewater concentrating unit 12 is preferably water separated by an RO membrane and contains almost no organic components, and the separated wastewater from the methane fermentation unit 18 is also water treated by the hydrothermal treatment unit 14 and the methane fermentation. This is water from which organic components have been previously removed in the section 18 . Therefore, according to the wastewater treatment system of the present disclosure, it is possible to improve the water quality of wastewater with less energy than general aerobic treatment.

図3には、従来の廃水処理システムの一例を示すシステム構成図が示されている。一例としての従来の廃水処理システム40は、好気性処理を利用したシステムであり、好気性処理部22と、好気性処理に先だって行われる加圧浮上のための加圧浮上処理部24とを有する。
加圧浮上処理部24では、加圧浮上方式によって有機性廃水に含まれる汚泥を浮上させて分離する。具体的には、図示しない加圧ポンプによって加圧浮上処理部24の有機性廃水中に空気を圧縮溶解させ、微細気泡に廃水中の汚泥を気泡に付着させて浮上させる。この方法を曝気処理とも称する。曝気処理により分離されたスカムは、図示しない吸引ポンプによって吸引されて配管30Iを介して集められ、廃棄物として処理される。
加圧浮上処理部24に残存した廃水は、配管30Jを介して好気性処理部22に送られる。好気性処理部22には、微生物が付着した担体が保持されており、廃水中の有機性成分は、生物学的に処理される。処理された有機性廃水における固形分は、図示されない排出弁を備えた配管30Kを経由して集められ、汚泥として処理される。
好気性処理部22の構成は、本開示の第2実施形態にかかる廃水処理システム20におけるのと同様である。
好気性処理部22において有機性成分が低減された分離廃水は、図示されない排出弁を備えた配管30Lを経由して下水に放流される。
従来の廃水処理システム40においては、曝気処理において空気を圧縮溶解させるためにエネルギーを必要とし、さらに、スカム、汚泥等の廃棄物が生成されるという問題を有する。
FIG. 3 shows a system configuration diagram showing an example of a conventional wastewater treatment system. A conventional wastewater treatment system 40 as an example is a system using aerobic treatment, and has an aerobic treatment section 22 and a pressurized flotation treatment section 24 for pressurized flotation performed prior to aerobic treatment. .
The pressurized flotation processing unit 24 floats and separates sludge contained in the organic wastewater by a pressurized flotation method. Specifically, air is compressed and dissolved in the organic wastewater of the pressurized flotation treatment unit 24 by a pressurization pump (not shown), and sludge in the wastewater adheres to fine bubbles to float them. This method is also called aeration treatment. The scum separated by the aeration treatment is sucked by a suction pump (not shown), collected through the pipe 30I, and treated as waste.
The wastewater remaining in the pressurized flotation treatment section 24 is sent to the aerobic treatment section 22 via the pipe 30J. The aerobic treatment unit 22 holds a carrier to which microorganisms are attached, and organic components in the wastewater are biologically treated. Solids in the treated organic wastewater are collected via a pipe 30K equipped with a discharge valve (not shown) and treated as sludge.
The configuration of the aerobic treatment unit 22 is the same as in the wastewater treatment system 20 according to the second embodiment of the present disclosure.
The separated wastewater whose organic components have been reduced in the aerobic treatment section 22 is discharged to sewage through a pipe 30L provided with a discharge valve (not shown).
The conventional wastewater treatment system 40 has the problem that energy is required to compress and dissolve the air in the aeration process, and waste such as scum and sludge is generated.

本開示の廃水処理システムは、上記各処理部、即ち、有機性廃水濃縮部、水熱処理部、回収部、及びメタン発酵部に加え、必要に応じてその他の構成を有していてもよい。
その他の構成としては、食品由来の糖を含む有機性廃水から、予め有機性成分以外の固体状の異物を除去する異物除去装置、有機性廃水から脂質等の油分を除去するための油水分離装置又は加圧浮上装置等が挙げられる。
その他の構成としては、さらに、既述の好気性処理部で発生する汚泥を加圧浮上方式により浮上させて分離する加圧浮上処理部が挙げられる。
The wastewater treatment system of the present disclosure may have other configurations as necessary in addition to the above treatment units, ie, the organic wastewater concentration unit, the hydrothermal treatment unit, the recovery unit, and the methane fermentation unit.
Other configurations include a foreign matter removal device that removes solid foreign substances other than organic components from organic wastewater containing food-derived sugars, and an oil-water separation device that removes oil such as lipids from organic wastewater. Alternatively, a pressurized levitation device or the like may be used.
Another configuration includes a pressurized flotation treatment section that floats and separates sludge generated in the aerobic treatment section described above by a pressurized flotation method.

〔実施例1〕
廃水処理システムとして、図2に示す好気性処理部22を備える廃水処理システム20を用いて処理を行った。
[Example 1]
A wastewater treatment system 20 having an aerobic treatment section 22 shown in FIG. 2 was used as the wastewater treatment system.

(モデル廃水の調製及びTOCの測定)
食品由来の廃水のモデルとして1質量%デンプン水溶液を調製した。
1日の処理量を50tとして処理を実施する。
以下、特に断らない限り、廃水の量、消費電力量、熱エネルギー等は、いずれも1日当たりの量を示す。
50tの1質量%デンプン水溶液に含まれる有機炭素量は、約222kgであり、水中に存在する全有機炭素量(total organic carbon :TOC)は、約4g/L(リットル)である。
廃水中のTOCの測定は、例えば、以下に示す燃焼酸化法で測定することができる。なお、本実施例では、無機体炭素を含まないモデル廃水を使用することから、通常行われる無機体炭素の除去工程は省略する。
(燃焼酸化法)
モデル水を空気とともに、酸化コバルト、白金、パラジウム等の酸化触媒を充填し、900℃~950℃に加熱した燃焼管に供給し、有機物を二酸化炭素に酸化させる。
発生した二酸化炭素量を赤外線分析計、具体的には、非分散形赤外線ガス検出器(NDIR)で測定し全炭素量を求める。
(Preparation of model wastewater and measurement of TOC)
A 1% by weight starch aqueous solution was prepared as a model of food-derived wastewater.
The treatment is carried out with a processing amount of 50 tons per day.
Unless otherwise specified, the amount of wastewater, power consumption, thermal energy, etc., all indicate amounts per day.
The amount of organic carbon contained in 50 tons of 1% by weight starch aqueous solution is about 222 kg, and the total organic carbon (TOC) present in water is about 4 g/L (liter).
TOC in wastewater can be measured, for example, by the combustion oxidation method described below. In this example, model wastewater containing no inorganic carbon is used, and thus the usual step of removing inorganic carbon is omitted.
(Combustion oxidation method)
Model water is filled with air and an oxidation catalyst such as cobalt oxide, platinum, or palladium, and supplied to a combustion tube heated to 900° C. to 950° C. to oxidize organic matter to carbon dioxide.
The amount of carbon dioxide generated is measured by an infrared analyzer, specifically, a non-dispersive infrared gas detector (NDIR) to determine the total carbon amount.

(有機性廃水濃縮部:以下、「廃水濃縮部」と略称する)
モデル廃水は廃水濃縮部12に投入され、廃水濃縮部12において、廃水が濃縮される。濃縮は、限外ろ過膜(ultrafiltration membrane:UF膜:MWCO1,000)を備えた逆浸透膜(RO膜)方式の濃縮装置(Alfa Laval社製、RO98pHt)を用いて行う。
廃水濃縮部12における処理によって、廃水は、5.0t、即ち、10倍に濃縮されたデンプンを含む濃縮液(有機炭素量211kg)と、45tの分離廃水(残存炭素量:11kg)に分離される。
廃水濃縮部12において、逆浸透膜方式に必要な加圧等、濃縮に用いられた消費エネルギーは、600kWhである。
濃縮液は、配管30Aから、水熱処理部14へ搬送される。分離された分離廃水は、配管30Bを介して、好気性処理部22へ搬送される。
(Organic wastewater concentrator: hereinafter abbreviated as "wastewater concentrator")
The model wastewater is input to the wastewater concentration unit 12, where the wastewater is concentrated. Concentration is performed using a reverse osmosis membrane (RO membrane) concentrator equipped with an ultrafiltration membrane (UF membrane: MWCO 1,000) (manufactured by Alfa Laval, RO98pHt).
By the treatment in the wastewater concentrating unit 12, the wastewater is separated into 5.0t, that is, a concentrate containing 10-fold concentrated starch (organic carbon content: 211kg) and 45t of separated wastewater (residual carbon content: 11kg). be.
In the wastewater concentration unit 12, the energy consumption used for concentration such as pressurization necessary for the reverse osmosis membrane method is 600 kWh.
The concentrated liquid is conveyed to the hydrothermal treatment section 14 from the pipe 30A. The separated waste water is conveyed to the aerobic treatment section 22 through the pipe 30B.

(水熱処理部)
水熱処理部14では、廃水濃縮部12から搬送された濃縮液を加温して、フルフラール類を得る。水熱処理部14における温度は230℃、圧力は3.0MPaである。
濃縮液5.0tを処理するための加温の熱エネルギーは、3780MJであり、水熱処理部14で使用された消費電力は、200kWhである。
水熱処理部14における処理により、分析の結果、濃縮液には、フルフラールが89kg生成された。水熱処理され、フルフラールを含む濃縮液は、配管30Cを介して回収部に搬送される。
(Hydrothermal treatment department)
The hydrothermal treatment unit 14 heats the concentrated liquid conveyed from the wastewater concentration unit 12 to obtain furfurals. The temperature in the hydrothermal treatment section 14 is 230° C., and the pressure is 3.0 MPa.
The heat energy for heating for processing 5.0 t of the concentrated liquid was 3780 MJ, and the power consumption used in the hydrothermal treatment section 14 was 200 kWh.
As a result of analysis, 89 kg of furfural was produced in the concentrate by the treatment in the hydrothermal treatment unit 14 . The concentrated liquid that has been hydrothermally treated and contains furfural is transported to the recovery section via the pipe 30C.

(回収部)
フルフラールを含む濃縮液は、回収部16において、濃縮液に含まれるフルフラールを活性炭に吸着させて回収される。活性炭に吸着したフルフラール等は有機溶媒によって回収し、有機溶媒を蒸発させてフルフラール等の純度を高くする。
有機溶媒加温の熱エネルギーは、500MJであり、回収部16で使用された消費電力は、100kWhである。
回収部16でフルフラールが回収された残余の濃縮液の総量は、フルフラール回収後も殆ど変化はなく、約5.0tである、フルフラールに転換された有機炭素は40.6kgであり、残余の濃縮液における有機炭素量は、144kgである。
残余の濃縮液は、配管30Eを介してメタン発酵部18へ搬送される。
(Recovery Department)
The concentrated liquid containing furfural is collected in the collection unit 16 by allowing activated carbon to adsorb the furfural contained in the concentrated liquid. Furfural and the like adsorbed on activated carbon are recovered with an organic solvent, and the organic solvent is evaporated to increase the purity of furfural and the like.
The thermal energy for heating the organic solvent is 500 MJ, and the power consumption used in the recovery unit 16 is 100 kWh.
The total amount of the remaining concentrated liquid from which furfural was recovered in the recovery unit 16 remained almost unchanged after the recovery of furfural, and was about 5.0 t. The organic carbon converted to furfural was 40.6 kg, and the remaining concentration The amount of organic carbon in the liquid is 144 kg.
The remaining concentrated liquid is conveyed to the methane fermentation section 18 via the pipe 30E.

回収部16で活性炭に吸着されたフルフラールは、活性炭を有機溶剤であるアセトンで洗浄し、有機溶剤を除去して回収される。フルフラールの生成量は71.2kgである。2021年3月の時価で換算したフルフラールの価格は、50,000円と見積もられる。 The furfural adsorbed by the activated carbon in the recovery unit 16 is recovered by washing the activated carbon with acetone, which is an organic solvent, to remove the organic solvent. The amount of furfural produced is 71.2 kg. The price of furfural converted at the market price in March 2021 is estimated at 50,000 yen.

(メタン発酵部)
メタン発酵部18における発酵槽には、UASB反応器を用いる。発酵槽中には、メタン生成菌が担持された担体が備えられている。
回収部16で分離された分離廃水は、発酵槽に搬入される。発酵槽は撹拌機を備え、分離廃水は、撹拌されながらメタン生成菌と接触する。発酵槽内の温度は、37℃前後、pHは7.5程度に維持されている。分離廃水は発酵槽内に約24時間滞留し、廃水中の有機性成分がメタン生成菌の作用により分解してなるバイオガスが生成する。生成したバイオガスは、発酵槽の上部から配管30Gを通って回収される。
バイオガスが回収された分離廃水は、配管30Fを介して、好気性処理部22へ搬送される。
メタン発酵部18において、温度維持及び発酵槽の撹拌に用いられる消費電力は164kWhである。
回収されたバイオガスのうち、メタンガスは102kgである。メタンガス102kgが生成しうる熱量は、5125MJと見積もられる。
(Methane Fermentation Department)
A UASB reactor is used for the fermentation tank in the methane fermentation section 18 . The fermenter is provided with a carrier on which methanogens are carried.
The separated wastewater separated by the collection unit 16 is carried into the fermentation tank. The fermenter is equipped with an agitator and the separated wastewater is brought into contact with the methanogens while being agitated. The temperature in the fermenter is maintained at around 37°C and the pH at around 7.5. The separated wastewater remains in the fermenter for about 24 hours, and biogas is produced by decomposing the organic components in the wastewater by the action of methanogenic bacteria. The produced biogas is collected from the top of the fermenter through the pipe 30G.
The separated wastewater from which the biogas has been recovered is transported to the aerobic treatment section 22 via the pipe 30F.
In the methane fermentation section 18, power consumption used for temperature maintenance and agitation of the fermenter is 164 kWh.
Of the recovered biogas, methane gas is 102 kg. The amount of heat that can be generated by 102 kg of methane gas is estimated at 5125 MJ.

(好気性処理部)
好気性処理部22に搬入された分離廃水は、好気性処理部22における曝気槽に導入される。曝気槽は、好気性微生物からなる塊状体(フロック)が浮遊した水と、水に好気性微生物群を活性化させるための空気を送り込む排気管を備えており、曝気槽の底部近傍に配置された散気管から空気を微細な気泡として曝気槽内に噴出させ、曝気処理が行われる。曝気処理により、好気性微生物が活性化し、廃水中の有機性成分がさらに分解される。
曝気槽にて曝気処理された廃水は、曝気槽と連結して備えられる沈殿槽に搬送される。沈殿槽では、曝気槽において有機性成分が分解除去された処理水と、活性汚泥としてのフロックとが、沈殿によって分離される。
沈殿槽における上澄み液は、有機性成分の含有量が低減された処理水として配管30Hを通って下水に放流される。
沈殿槽にて沈殿した活性汚泥としてのフロックは、沈殿槽の底部から回収され、再び曝気槽に供給される。ここで、活性が低下した汚泥は、沈殿槽にて沈殿により分離された後、汚泥として処理される。
好気性処理部22において曝気処理に用いられる消費電力は471kWhである。
(Aerobic treatment section)
The separated wastewater carried into the aerobic treatment section 22 is introduced into an aeration tank in the aerobic treatment section 22 . The aeration tank is equipped with water in which aggregates (flocs) of aerobic microorganisms are suspended, and an exhaust pipe that sends air into the water to activate the aerobic microorganisms, and is located near the bottom of the aeration tank. Air is jetted into the aeration tank as fine bubbles from the aeration pipe, and aeration treatment is performed. Aeration treatment activates aerobic microorganisms to further decompose organic components in the wastewater.
The wastewater aerated in the aeration tank is conveyed to a sedimentation tank connected to the aeration tank. In the sedimentation tank, the treated water in which organic components have been decomposed and removed in the aeration tank and flocs as activated sludge are separated by sedimentation.
The supernatant liquid in the sedimentation tank is discharged to the sewage through the pipe 30H as treated water having a reduced content of organic components.
Flocs as activated sludge precipitated in the sedimentation tank are collected from the bottom of the sedimentation tank and supplied to the aeration tank again. Here, the sludge whose activity has decreased is treated as sludge after being separated by sedimentation in a sedimentation tank.
The power consumption used for the aeration treatment in the aerobic treatment unit 22 is 471 kWh.

実施例1の廃水処理システム20では、消費電力の総量は、1日1535kWhであり、水熱処理部14等で消費される熱量は、総量で1日当たり4413MJである。
既述のように、メタン発酵部18で得られるバイオガスの保有熱量は1日当たり5125MJであった。従って、実施例1の廃水処理システム20では、廃水の処理により得られる保有熱量で、システムの加熱用熱量を補える試算となる。
また、排出される汚泥の発生量は1日当たり86kgである。排出された汚泥を、さらに固液分離して、分離された水分は前記上澄み液と同様に有機性成分の含有量が少ないので、下水に放流することができる。固液分離する場合には、下水放流可能な水分は1日当たり30kgと推定され、汚泥の発生量が56kgに低減できる。
従って、実施例1の廃水処理システムによれば、有価物であるフルフラールが継続的に回収できる。さらに、消費電力が低く抑えられ、且つ、システムの加温に要するエネルギーが、有価物であるバイオガスの保有熱量で賄えるという利点を有する。
実施例1の廃水処理システムによれば、食品由来の糖を含む有機性廃水の処理に際して、消費エネルギー及び所望されない副産物の生成が少ないという効果を奏する。
In the wastewater treatment system 20 of Example 1, the total power consumption is 1535 kWh per day, and the total amount of heat consumed by the hydrothermal treatment unit 14 and the like is 4413 MJ per day.
As described above, the retained heat quantity of the biogas obtained in the methane fermentation section 18 was 5125 MJ per day. Therefore, in the wastewater treatment system 20 of Example 1, it is a trial calculation that the amount of heat for heating the system can be supplemented by the amount of heat obtained by treating the wastewater.
The amount of sludge discharged is 86 kg per day. The discharged sludge is further subjected to solid-liquid separation, and the separated water has a low content of organic components like the supernatant, and can be discharged to sewage. In the case of solid-liquid separation, it is estimated that 30 kg of water per day can be discharged into sewage, and the amount of sludge generated can be reduced to 56 kg.
Therefore, according to the wastewater treatment system of Example 1, the valuable furfural can be continuously recovered. Furthermore, there is the advantage that the power consumption can be kept low, and the energy required for heating the system can be covered by the amount of heat stored in the valuable biogas.
According to the wastewater treatment system of Example 1, when treating organic wastewater containing food-derived sugars, less energy is consumed and less undesirable by-products are produced.

〔対照例1〕
対照例1では、廃水処理システムとして、好気性処理を適用し、廃水を曝気処理して汚泥と処理水に分離する廃水処理システムを用いて処理を行った場合の消費電力等を試算する。
対照例1では、実施例1と同様に、食品由来の廃水のモデルとして1質量%デンプン水溶液を用い、1日の処理量を50tとして処理を実施する。
実施例1と同様、50tの1質量%デンプン水溶液に含まれる有機炭素量は、約222kgであり、水中に存在する全有機炭素量(TOC)は、約4g/Lである。
[Control Example 1]
In Comparative Example 1, power consumption and the like are estimated when a wastewater treatment system is used in which aerobic treatment is applied as a wastewater treatment system, and wastewater is aerated to separate sludge and treated water.
In Control Example 1, as in Example 1, a 1% by mass starch aqueous solution was used as a model of food-derived wastewater, and treatment was carried out with a treatment amount of 50 tons per day.
Similar to Example 1, the amount of organic carbon contained in 50 t of 1% by weight starch aqueous solution is about 222 kg, and the total amount of organic carbon (TOC) present in water is about 4 g/L.

対照例1の廃水処理システムは、実施例1に適用した装置と同様の、曝気槽と沈殿槽とを備える好気性処理部を用いる。好気性処理部に備えられた曝気槽に1質量%デンプン水溶液を投入する。
処理量を1日当たり50tとした場合、曝気槽において廃水の加温と曝気処理に費やされる消費電力の総量は、1日当たり2919kWhと推算される。
曝気槽にて曝気処理された廃水は、曝気槽と連結して備えられる沈殿槽に搬送される。沈殿槽では、曝気槽において有機性成分が分解除去された処理水と、活性汚泥としてのフロックとが、沈殿によって分離される。
沈殿槽では、921kgの汚泥が回収される。沈殿槽における上澄み液は、下水放流される。
沈殿槽において回収された汚泥を、さらに固液分離してもよい。固液分離により分離された水分は有機性成分の含有量が少ないので、下水に放流することができる。固液分離する場合には、下水放流可能な水分は1日当たり30kgと推定され、汚泥の発生量が186kgに低減できる。
The wastewater treatment system of Comparative Example 1 uses an aerobic treatment section similar to the apparatus applied to Example 1, which includes an aeration tank and a sedimentation tank. A 1% by mass starch aqueous solution is put into an aeration tank provided in the aerobic treatment section.
Assuming that the treatment amount is 50 tons per day, the total power consumption for heating and aerating the wastewater in the aeration tank is estimated to be 2919 kWh per day.
The wastewater aerated in the aeration tank is conveyed to a sedimentation tank connected to the aeration tank. In the sedimentation tank, the treated water in which organic components have been decomposed and removed in the aeration tank and flocs as activated sludge are separated by sedimentation.
In the sedimentation tank, 921 kg of sludge is collected. The supernatant in the sedimentation tank is discharged into sewage.
The sludge collected in the sedimentation tank may be further subjected to solid-liquid separation. Since the water separated by solid-liquid separation has a low content of organic components, it can be discharged into sewage. In the case of solid-liquid separation, it is estimated that 30 kg of water can be discharged into sewage per day, and the amount of sludge generated can be reduced to 186 kg.

対照例1の廃水処理システムでは、有価物は回収されない。また、対照例1の廃水処理システムにおいては、実施例1における水熱処理部及び回収部における如き加温は不要であり、熱量は消費されない。
一方、対照例1の廃水処理システムにおいては、曝気処理に要する電力消費量は2919kWhであり、実施例1の廃水処理システムにおける電力消費量の1.9倍となる。汚泥の発生量は、10.7質量倍となる。
対照例1の廃水処理システムでは、有価物は回収されず、且つ、実施例1の廃水処理システムよりも消費電力及び汚泥の発生量がより多いことから、実施例1の廃水処理システムの、対照例1の廃水処理システムに対する優位性は明らかである。
In the wastewater treatment system of Control Example 1, no valuables are recovered. Further, in the wastewater treatment system of Comparative Example 1, heating such as in the hydrothermal treatment section and recovery section in Example 1 is unnecessary, and no heat is consumed.
On the other hand, in the wastewater treatment system of Comparative Example 1, the power consumption required for aeration treatment was 2919 kWh, which is 1.9 times the power consumption in the wastewater treatment system of Example 1. The amount of sludge generated is 10.7 times the mass.
In the wastewater treatment system of Comparative Example 1, valuables are not recovered, and the power consumption and the amount of sludge generated are higher than those of the wastewater treatment system of Example 1, so the wastewater treatment system of Example 1 The superiority of Example 1 over the wastewater treatment system is clear.

10、20、40 廃水処理システム
12 有機性廃水濃縮部
14 水熱処理部
18 メタン発酵部
22 好気性処理部
24 加圧浮上処理部
30A、30B、30C、30D、30E、30F、30G、30H、30I、30J、30K、30L 配管(搬送設備)
10, 20, 40 wastewater treatment system 12 organic wastewater concentration unit 14 hydrothermal treatment unit 18 methane fermentation unit 22 aerobic treatment unit 24 pressure flotation treatment units 30A, 30B, 30C, 30D, 30E, 30F, 30G, 30H, 30I , 30J, 30K, 30L Piping (conveyance equipment)

Claims (3)

食品由来の糖を含む廃水中の糖類を濃縮する有機性廃水濃縮部と、
前記濃縮された廃水に含まれる糖類を水熱処理してフルフラール及び5-ヒドロキシメチルフルフラールから選ばれる少なくとも1種に変換する水熱処理部と、
前記水熱処理を経て得られたフルフラール及び5-ヒドロキシメチルフルフラールから選ばれる少なくとも1種を回収する回収部と、
前記回収部でフルフラール及び5-ヒドロキシメチルフルフラールから選ばれる少なくとも1種が回収された廃水中に残存する有機物をメタン発酵により分解してバイオガスに変換し、バイオガスを回収するメタン発酵部と、
を有する廃水処理システム。
an organic wastewater concentrator for concentrating sugars in wastewater containing food-derived sugars;
a hydrothermal treatment unit for hydrothermally treating sugars contained in the concentrated wastewater to convert them into at least one selected from furfural and 5-hydroxymethylfurfural;
a recovery unit for recovering at least one selected from furfural and 5-hydroxymethylfurfural obtained through the hydrothermal treatment;
a methane fermentation unit that decomposes organic matter remaining in the wastewater from which at least one selected from furfural and 5-hydroxymethylfurfural has been recovered in the recovery unit and converts it into biogas by methane fermentation, and recovers the biogas;
A wastewater treatment system with
前記有機性廃水濃縮部は、逆浸透膜を備える請求項1に記載の廃水処理システム。 2. The wastewater treatment system of claim 1, wherein said organic wastewater concentrator comprises a reverse osmosis membrane. 前記有機性廃水濃縮部にて分離された廃水及び前記メタン発酵部において分離された廃水の少なくともいずれかを好気性処理する好気性処理部をさらに有する請求項1又は請求項2に記載の廃水処理システム。
3. The wastewater treatment according to claim 1, further comprising an aerobic treatment section that performs aerobic treatment of at least one of the wastewater separated in the organic wastewater concentration section and the wastewater separated in the methane fermentation section. system.
JP2021093905A 2021-06-03 2021-06-03 Organic waste water treatment system Pending JP2022185956A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021093905A JP2022185956A (en) 2021-06-03 2021-06-03 Organic waste water treatment system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021093905A JP2022185956A (en) 2021-06-03 2021-06-03 Organic waste water treatment system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022185956A true JP2022185956A (en) 2022-12-15

Family

ID=84441626

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021093905A Pending JP2022185956A (en) 2021-06-03 2021-06-03 Organic waste water treatment system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2022185956A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7267774B2 (en) Fuel and by-products from fermentation still bottoms
US7569146B2 (en) By-products from fermentation still bottoms
US10494282B2 (en) Bioreactor for treating sewage and sewage treatment system comprising the same
AU2009320741B2 (en) Generation of fresh water
JP4966523B2 (en) Biomass processing system
CN109704503A (en) With high salt, the high viscosity anaerobic fermented liquid recycling treatment system of one kind and method
CN211847584U (en) Device for carrying out cooperative treatment on kitchen waste and household garbage leachate
CN211141811U (en) Landfill leachate&#39;s positive osmotic treatment system
CN101265000B (en) Method for treating waste water in grape wine brewage
JP2003326237A (en) Organic waste treating system
JP5873736B2 (en) Organic wastewater treatment method and treatment apparatus
JP2022185956A (en) Organic waste water treatment system
CN106477663A (en) A kind of method that nano-silicon gel purification processes gallic acid production wastewater
CN112916579B (en) System and method for co-production of LNG (liquefied Natural gas) by synthesizing ammonium bicarbonate from organic wastes
JP5998254B1 (en) Digestion processing apparatus and digestion processing method
CN111363126B (en) Ceramic membrane reactor and method for extracting polyhydroxyalkanoate by using ceramic membrane reactor
JP2008141981A (en) Method for producing lactic acid
JP4796982B2 (en) Digestion treatment method and apparatus
CN101070218A (en) Neutralization-free furfural waste-water biochemical treatment process
CN109022503A (en) A method of citric acid is produced using recycling anaerobic digestion solution
CN215208938U (en) Anthraquinone wastewater treatment system
CN219823906U (en) Garbage leachate and kitchen sewage cooperative treatment system
CN214183017U (en) One set of device of preparation acid type sophorolipid
CN219860879U (en) Be used for landfill leachate nanofiltration concentrate full quantification processing system
CN215102408U (en) Treatment system for reducing hardness of circulating water

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240321