JP3846138B2 - 澱粉粒子含有液の嫌気性処理方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は澱粉粒子含有液を嫌気性処理する方法および装置に関し、特に馬鈴薯や甘薯等から澱粉を製造する工程から排出される澱粉製造排水の処理に適した澱粉粒子含有液の嫌気性処理方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
澱粉は、一般的に馬鈴薯や甘薯などの原料をすりつぶして冷水にさらした後、澱粉粒子を回収し、これを脱水、乾燥、精製して製造されている。このような澱粉製造工程から排出される排水は、未回収の微細澱粉粒子や破砕した薯滓、析出した蛋白質を主とするＳＳが５００〜５０００ｍｇ／ｌ程度含まれ、ＢＯＤは２０００〜３００００ｍｇ／ｌ程度の高濃度排水であり、ＢＯＤ負荷量は１日当たり数千ｋｇ以上に達し、非常に汚濁負荷量の多い排水である。また、馬鈴薯澱粉に代表されるように、澱粉製造期間は年間数か月間と短期間に集中している。
【０００３】
従来の澱粉製造排水の処理方法は、活性汚泥処理に代表される好気性処理が主流であるが、非常に負荷量が多いことから大容量の曝気槽、好気性ラグーンを必要とし、多大な建設費、維持管理費となっている。さらに、発生する余剰汚泥処理や、排水貯槽、曝気槽等から発生する臭気対策が大きな課題となっている。
好気性処理に代る方法としては嫌気性処理がある。この嫌気性処理法の中には、排水の全体を消化槽に滞留させて嫌気性消化（メタン発酵）を行う嫌気性消化法があるが、長い滞留時間を必要とするため大容量の消化槽を必要とするという問題点がある。
【０００４】
最近、これらの処理法の問題点を解決するため、ＵＡＳＢ（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ・・・・上向流式嫌気性スラッジブランケット）方式、流動床方式、固定床方式などに代表される高負荷型嫌気性処理の適用が検討されている。この方法は嫌気性微生物をスラッジブランケット、固定床等に高密度で集積した汚泥に、主として溶解性ＢＯＤを含む被処理液を高負荷かつ高流速で接触させることにより効率よく有機物を分解する方法である。
【０００５】
ところが、この嫌気性処理方法で澱粉製造排水を処理する場合、前もって排水中のＳＳ成分を除去しておく必要があり、またＳＳ成分を含めた排水全体を処理すると処理性能が低下する。
その原因は、澱粉製造排水中に含まれている微細な澱粉粒子の嫌気性分解速度が非常に遅いためである。このため、前もって沈殿槽や原水槽で澱粉粒子を含むＳＳを除去し、澱粉粒子の少ない排水を高負荷型嫌気性処理することが行われている。
【０００６】
しかし、このような従来の高負荷型嫌気性処理では前もって分離したＳＳを別途処理する必要があり、このＳＳは農地へ還元したり、埋立処理が行われているが、貯留段階で発生する悪臭が大きな問題となっている。また農地へ還元する場合は窒素過多、病害発生源などの問題もある。
このため、澱粉粒子を分離除去することなく、澱粉製造排水全体を高負荷で嫌気性処理することができる方法が要望されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、澱粉粒子含有液を高負荷かつ高速で効率よく嫌気性処理することができる澱粉粒子含有液の嫌気性処理方法および装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は次の澱粉粒子含有液の嫌気性処理方法および装置である。
（１） 澱粉粒子含有液を澱粉粒子濃縮液と澱粉分離液とに分離する濃縮分離工程と、
前記澱粉粒子濃縮液をｐＨ４．６〜５．４、温度５０〜７０℃で液化処理する液化処理工程と、
液化処理液および前記澱粉分離液を導入し、嫌気性微生物を含む汚泥の存在下に嫌気性処理する嫌気性処理工程と
を有する澱粉粒子含有液の嫌気性処理方法。
（２） 液化処理液から析出した蛋白質を除去して嫌気性処理工程に導入する上記（１）記載の方法。
（３） 澱粉粒子含有液を澱粉粒子濃縮液と澱粉分離液とに分離する濃縮分離装置と、
前記澱粉粒子濃縮液をｐＨ４．６〜５．４、温度５０〜７０℃で液化処理する液化処理装置と、
液化処理液および前記澱粉分離液を導入し、嫌気性微生物を含む汚泥の存在下に嫌気性処理する嫌気性反応槽と
を有する澱粉粒子含有液の嫌気性処理装置。
【０００９】
本発明で処理対象とする澱粉粒子含有液は、澱粉粒子を含有する排水であり、蛋白質や脂質などが含まれていてもよい。通常澱粉を含む植物から澱粉を分離して製造する工程から排出される澱粉製造排水である。このような澱粉粒子含有液としては、馬鈴薯澱粉製造工程から排出される澱粉製造排水が典型的であるが、くず、その他の植物からの澱粉製造排水であってもよい。馬鈴薯澱粉製造工程から排出される排水としては、ＢＯＤが３００００ｍｇ／ｌ付近、ＳＳが５０００ｍｇ／ｌ付近の高濃度のデカンター排水と、ＢＯＤが２０００ｍｇ／ｌ付近、ＳＳが５００ｍｇ／ｌ付近のハイドロサイクロン排水に大別されるが、本発明ではどちらの排水も処理することができる。またこれらの排水を混合して処理することもできる。澱粉粒子はハイドロサイクロン排水に多く含まれており、時にはＳＳの大部分が澱粉粒子であるハイドロサイクロン排水もあるが、本発明はこのようなハイドロサイクロン排水の処理にも好適に適用することができる。
【００１０】
本発明の液化処理工程は、生物汚泥を用いずに物理化学的に澱粉粒子を液化処理する工程であり、澱粉粒子含有液をｐＨ４．６〜５．４、好ましくは４．６〜５．０、温度５０〜７０℃、好ましくは６０〜７０℃に保持し、澱粉粒子を液化処理する。この液化処理により澱粉粒子は加水分解される。液化処理には、澱粉粒子含有液を上記ｐＨおよび温度に調整することができるｐＨ調整手段および加熱手段を備えた装置を使用することができる。
【００１１】
澱粉粒子含有液中の澱粉粒子は上記ｐＨおよび温度に保持されることにより、通常３〜５時間でほぼ完全に液化される。ここで液化されるとは、顕微鏡観察において澱粉の粒子が観察されなくなり、またヨウ素・澱粉反応による呈色反応が認められなくなることを意味する。澱粉粒子はほぼ完全に液化されるのが好ましいが、一部液化しないで残留してもよい。
【００１２】
ｐＨを前記範囲に調整するには、塩酸、硫酸等の鉱酸；水酸化ナトリウム等のアルカリなどが使用できる。澱粉製造排水の場合は通常ｐＨは中性付近にあるので、通常酸を添加してｐＨを調整する。この場合、後工程の嫌気性処理における硫化水素発生低減の観点から、塩酸が好ましい。
また温度を前記範囲に調整するには、後工程の嫌気性処理で発生するメタンガスを利用することができ、例えばメタンガスを燃焼させて蒸気を発生させ、これを被処理液中に吹き込んで加熱することができる。
【００１３】
液化処理のｐＨが４．６未満の場合、被処理液中の蛋白質が酸変性してゲル状となる割合が多くなり、このためゲルに包含される澱粉粒子の量も多くなって液化効率が低下し、好ましくない。またｐＨが５．４を超える場合は澱粉粒子の液化反応速度が低下し、好ましくない。
液化処理の温度が７０℃を超えると、蛋白質が熱変性してゲル状となる割合が多くなり、上記と同様に液化効率が低下し、好ましくない。また温度が５０℃未満の場合は澱粉粒子の液化反応速度が低下し、好ましくない。
【００１４】
液化処理する被処理液は、不溶性の澱粉粒子を主とし、蛋白質、脂質なども含むＳＳを１００００ｍｇ／ｌ以上、好ましくは１００００〜２００００ｍｇ／ｌの濃度で含んでいるものが望ましい。澱粉製造排水中のＳＳ濃度は通常５００〜５０００ｍｇ／ｌ程度であるので、液化処理工程の前に濃縮分離工程を設け、澱粉粒子を濃縮した澱粉粒子濃縮液について液化処理を行う。澱粉粒子濃縮液を液化処理することにより、液化装置の小型化、ｐＨ調整剤の低減、加熱エネルギーの低減などが可能となる。
【００１５】
本発明において液化処理工程の前に設けられる濃縮分離工程は、澱粉粒子含有液を澱粉粒子濃縮液と澱粉分離液とに分離する工程である。濃縮分離工程は、液中から固形分を分離または濃縮できる公知の濃縮分離装置または手段を用いて行うことができ、例えばデカンター型遠心分離機、分離板型遠心分離機、沈降分離による沈殿槽、ろ布等を用いたろ過分離装置などが使用可能である。例えば、沈殿槽を用いて澱粉粒子含有液を分離する場合、２〜４時間の滞留時間で沈降分離することができる。濃縮分離工程で得られた澱粉粒子濃縮液は前記液化処理に供し、澱粉分離液は後述の嫌気性処理に供する。
【００１６】
本発明の嫌気性処理工程は、前記液化処理した液化処理液を嫌気性微生物を含む汚泥の存在下に嫌気性処理する工程である。液化処理液と濃縮分離工程で得られた澱粉分離液とを嫌気性処理する。
【００１７】
嫌気性処理を行うに際し、液化処理液中にゲル化析出した蛋白質が多量に含まれている場合は、析出した蛋白質を除去した蛋白質分離液について嫌気性処理するのが好ましい。これにより、後工程の嫌気性処理の過程で発生するアンモニア性窒素によるメタン生成菌の阻害を防止して、高負荷型嫌気性処理を行う場合でも効率よく処理することができる。
【００１８】
蛋白質の除去を行うには、デカンター型遠心分離機が適しているが、他の分離板型遠心分離機、加圧浮上分離、沈降分離、ろ布等を用いたろ過分離装置などが使用可能である。分離した蛋白質は栄養価が高いため、必要により乾燥を行い、家畜／家禽等の飼料に有効利用でき、また肥料としての活用もできる。
【００１９】
嫌気性処理は、公知の装置により公知の方法で行うことができるが、ＵＡＳＢ、流動床、固定床等を利用した高負荷型嫌気性処理を行うのが好ましい。高負荷型嫌気性処理では溶解性有機物が処理の対象となり、固形物は前もって除去することが好ましく、前記蛋白質の分離の際他の固形物も除去される。液化処理液から蛋白質を分離しない場合は、別途固形分を除去する工程を設けるのが好ましい。高負荷型嫌気性処理はメタン生成菌を高濃縮した状態で嫌気性処理槽に保持し、被処理液と高負荷かつ高速で接触させて短時間で嫌気性処理を行う方式の処理方法である。
【００２０】
ＵＡＳＢ方式はメタン生成菌を含む汚泥を高濃縮して形成したグラニュール汚泥からなるスラッジブランケットに被処理液を上向流で高速に通液して接触させ処理する方式のものである。流動床方式は砂等の担体を担持させて流動床を形成し、被処理液と接触させる方式のものである。固定床方式は担体に汚泥を形成した固定床に被処理液を通液して接触させる方式のものである。いずれも汚泥を高濃度の状態で保持することにより、高負荷かつ高速での処理を可能とする。
【００２１】
嫌気性処理は酸生成菌により有機物を有機酸に分解する酸生成工程と、メタン生成菌により有機酸をメタンに分解するメタン生成工程とからなり、本発明ではこれらを同時に行う一相式でもよいが、酸生成工程とメタン生成工程とを別工程にして、メタン生成工程前段で酸生成菌により可溶化澱粉から有機酸を生成させた後、メタン生成菌を高濃度で保持するＵＡＳＢ方式などにより、高負荷で有機酸からメタン生成を行う二相式が、処理速度、メタン生成量の点から好ましい。一相式、二相式いずれの場合もメタン生成菌を利用する嫌気性処理は３０〜３８℃、好ましくは３５〜３６℃、ＢＯＤ濃度２０００〜３００００ｍｇ／ｌ、好ましくは３０００〜６０００ｍｇ／ｌで嫌気状態に保つことにより、メタン生成菌の活性を高くして効率よく処理を行うことができる。
【００２２】
嫌気性処理工程における負荷はＢＯＤ負荷として５〜２０ｋｇ／ｍ3／ｄ、好ましくは１０〜１５ｋｇ／ｍ3／ｄとするのが望ましい。ＢＯＤ負荷が上記範囲にある場合、より高水質の処理水をより効率よく得ることができる。
【００２３】
嫌気性処理により澱粉その他の溶解性有機物が分解され、メタンおよび炭酸ガスが発生する。ここで発生するガスは回収して液化処理工程の加熱のための燃料として利用することができる。処理液はそのまま、または必要により他の低濃度排水や工業用水等で希釈して下水道等に放流することもできるし、他の低濃度排水とともに好気性処理することにより、残留する有機物を分解することもできる。
【００２４】
このように、本発明は澱粉粒子を液化処理工程において液化することにより、液化処理液を嫌気性処理することが可能となり、従来の方法のように澱粉粒子を農地に還元したり、埋立処理する必要はなくなり、澱粉製造排水全体を高負荷かつ高速で効率よく嫌気性処理することができる。このため、農地還元、埋立処理する場合に発生する臭気を防止できる。
また本発明は液化処理装置を設置することにより、既存の嫌気性処理設備で実施することが可能であるので、低コストでの処理が可能である。さらに高負荷での高度な処理が可能であり、また澱粉製造排水処理全体における発生メタンガス量が増大し、有効利用も可能になる。
【００２５】
【作用】
澱粉粒子の嫌気性反応は、次の３段階の反応で進行することがわかった。
１）第１反応
結晶状態の澱粉粒子を可容化澱粉に転換させる液化反応。
２）第２反応
可溶化澱粉から酢酸およびプロピオン酸等の有機酸を生成させる有機酸生成反応。
３）第３反応
有機酸からメタンガスを発生させるメタン生成反応。
【００２６】
上記一連の反応に要する時間の中では、第１反応である液化反応の時間が最も長く、ｐＨが中性付近、液温３６℃付近の嫌気性条件下では３〜４日間を要することがわかった。第２反応である有機酸生成反応は、液化反応が十分に進行している場合には４〜１２時間で進行する。また第３反応であるメタン生成反応は、有機酸生成反応が十分に進行している場合にはＢＯＤ負荷１０ｋｇ／ｍ3／ｄ以上の高負荷処理も可能である。
【００２７】
本発明では、液化処理工程を設け、ｐＨ４．６〜５．４、温度５０〜７０℃で液化処理することにより、３〜５時間程度で液化反応がほぼ完全に進行する。このため、澱粉粒子を分離して農地に還元したり、埋立処理する必要はなくなり、澱粉製造排水全体を高負荷かつ高速で効率よく嫌気性処理することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の澱粉粒子含有液の嫌気性処理方法は、澱粉粒子含有液を澱粉粒子濃縮液と澱粉分離液とに分離する濃縮分離し、前記澱粉粒子濃縮液をｐＨ４．６〜５．４、温度５０〜７０℃で液化処理したのち前記澱粉分離液とともに嫌気性処理しているので、澱粉粒子を別途処理することなく、澱粉粒子含有液全体を高負荷かつ高速で効率よく嫌気性処理することができる。
本発明の澱粉粒子含有液の嫌気性処理装置は、澱粉粒子含有液を澱粉粒子濃縮液と澱粉分離液とに分離する濃縮分離装置、澱粉粒子濃縮液をｐＨ４．６〜５．４、温度５０〜７０℃で液化処理する液化処理装置、ならびに液化処理液および前記澱粉分離液を嫌気性処理する嫌気性反応槽を有しているので、澱粉粒子を別途処理することなく、澱粉粒子含有液全体を高負荷かつ高速で効率よく嫌気性処理することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面により説明する。
図１は、実施形態の澱粉粒子含有液の嫌気性処理装置を示す系統図である。図１において、１は沈殿槽、２は液化処理槽、３は酸生成槽、４はＵＡＳＢ方式のメタン発酵槽、５はガス貯槽、６はボイラ、７は凝集槽、８は固液分離機である。
【００３０】
沈殿槽１は濃縮分離装置として用いられるものであって、原水路１１、濃縮液路１２および澱粉分離液路１３が接続している。液化処理槽２は液化処理装置として用いられるものであって、濃縮液路１２、液化処理液路１４、水蒸気供給路１５およびｐＨ調整剤供給路１６が接続し、沈殿槽１で沈降分離した澱粉粒子濃縮液を濃縮液路１２から導入し、槽内液のｐＨが４．６〜５．４、好ましくは４．６〜５．０、液温が５０〜７０℃、好ましくは６０〜７０℃となるようにｐＨおよび温度を保持して液化処理するように構成されている。
【００３１】
凝集槽７には液化処理液路１４、連絡路２１および凝集剤供給路２２が接続し、内部には撹拌器２３が設けられている。固液分離機８には連絡路２１、２６および蛋白質排出路２７が接続している。２８は脱水機、２９は蛋白質回収路である。
【００３２】
酸生成槽３には、澱粉分離液路１３、連絡路２６、酸生成液路３１が接続し、内部には撹拌器３２が設けられている。メタン発酵槽４には酸生成液路３１が下部に接続し、処理水路３５およびガス排出路３６が上部に接続し、内部にはスラッジブランケット３７が形成されている。酸生成槽３とメタン発酵槽４とで嫌気性反応槽を構成している。
ガス貯槽５にはガス排出路３６および連絡路４１が接続している。ボイラ６には連絡路４１、水蒸気供給路１５、給水路４２および排水路４３が接続している。
【００３３】
図１の嫌気性処理装置で澱粉粒子含有液を処理するには、原水として澱粉粒子含有液を原水路１１から沈殿槽１に導入し、重力沈降により澱粉粒子４５と澱粉分離液とに分離する。澱粉粒子４５を含む澱粉粒子濃縮液は濃縮液路１２から液化処理槽２に導入して液化処理し、澱粉分離液は澱粉分離液路１３から酸生成槽３に導入して有機酸を生成させる。
【００３４】
液化処理槽２では澱粉粒子４５を含む澱粉粒子濃縮液を濃縮液路１２から導入し、ｐＨ調整剤供給路１６から槽内液のｐＨが前記ｐＨとなるように塩酸を供給するとともに、水蒸気供給路１５から槽内液の液温が前記温度となるように水蒸気を吹き込んで液化処理する。通常３〜５時間で、澱粉粒子４５はほぼ完全に液化される。水蒸気は、給水路４２からボイラ６に送った給水をガス貯槽５からの燃料ガスの燃焼により加熱して発生させる。濃縮水は、排水路４３から排出する。
【００３５】
液化処理液は液化処理液路１４から凝集槽７に導入し、凝集剤供給路２２から凝集剤を供給し、撹拌器２３で撹拌して凝集を行いフロックを形成させる。この凝集処理液は連絡路２１から固液分離機８に導入して固液分離する。この蛋白質分離液は連絡路２６から酸生成槽３に導入し、分離固形分は蛋白質排出路２７から脱水機２８に送り、脱水して回収蛋白質として蛋白質回収路２９から回収する。固液分離機８としてはデカンター型の固液分離機が用いられるが、他の固液分離機でもよい。
【００３６】
酸生成槽３では、固液分離機８で分離した蛋白質分離液および沈殿槽１で分離した澱粉分離液を導入し、嫌気性を維持して撹拌器３２で緩やかに撹拌しながら酸生成菌を含む槽内液と混合し、有機酸生成を行う。これにより、槽内の有機物は酸生成菌により分解され有機酸が生成する。
【００３７】
有機酸生成液は酸生成液路３１からメタン発酵槽４の下部に導入し、上向流でスラッジブランケット３７を通過させる。このとき、透過液は嫌気性下にグラニュール汚泥と接触し、これにより有機酸はグラニュール汚泥に含まれるメタン生成菌の作用により嫌気的に分解されてメタンと二酸化炭素に転換される。
メタン発酵処理液は処理水として処理水路３５から排出する。発生ガスはガス排出路３６からガス貯槽５に導入し、水蒸気発生用の燃料ガスとして利用するまで貯溜する。
【００３８】
図１の装置において、凝集槽７は省略することができる。また液化処理槽２において析出する蛋白質の量が少ない場合は、凝集槽７および脱水機８は省略することができる。またＵＡＳＢ方式などの高負荷型嫌気性処理装置の代わりに浮遊式のメタン発酵槽を使用することもでき、この場合も凝集槽７および脱水機８は省略することができる。さらに沈殿槽１を省略して、原水を直接液化処理槽２に導入して液化処理することもできる。
【００３９】
【実施例】
実施例１
図１の装置により、澱粉製造排水を嫌気性処理した。ただし、凝集槽７は省略した。すなわち、馬鈴薯澱粉製造工程から排出されるデカンター排水とハイドロサイクロン排水との混合排水について、嫌気性処理を行った。上記デカンター排水はＢＯＤが３００００ｍｇ／ｌ付近、ＳＳが５０００ｍｇ／ｌ付近であり、ハイドロサイクロン排水はＢＯＤが２０００ｍｇ／ｌ付近、ＳＳが５００ｍｇ／ｌ付近であり、粒子状の澱粉はハイドロサイクロン排水に多く含まれている。処理対象の混合排水はデカンター排水をハイドロサイクロン排水で１０倍に希釈した混合排水であり、この混合排水のＳＳは１０００ｍｇ／ｌ、ＢＯＤは４８００〜５０００ｍｇ／ｌである（表１参照）。
上記混合排水を、滞留時間４時間の原水槽を兼ねた沈殿槽１（初沈槽）でＳＳの約８０％を沈降分離し、澱粉粒子濃縮液と澱粉分離液とを得た。これらのＳＳおよびＢＯＤを表１に示す。
【００４０】
上記澱粉粒子濃縮液は液化処理槽２へ導入し、ｐＨ５．０、液温６０℃、滞留時間４時間の条件で液化処理した。この液化処理液は、ＳＳが２０００〜３０００ｍｇ／ｌであったが、ヨウ素・澱粉反応による呈色反応では青色の呈色は観察されず、また顕微鏡観察でも澱粉粒子は認められなかった。液化処理液のＳＳの主体は、ＳＳの有機態窒素の測定結果から、蛋白質がゲル化析出したものであることが明らかとなった。
上記液化処理液は固液分離機８（小型遠心分離機）により、ゲル化析出した蛋白質を除去した。得られたゲル化蛋白質分離液はＳＳが２００〜３００ｍｇ／ｌ、ＢＯＤが１４０００〜２３０００ｍｇ／ｌであった。回収スラッジには蛋白質が３５〜４０％含まれていた。
【００４１】
ゲル化蛋白質分離液は沈殿槽１で得られた澱粉分離液と混合し、この混合液を酸生成槽３に導入し、ｐＨ６．３〜６．７、温度３３〜３５℃、滞留時間６時間の条件で有機酸生成を行った。得られた有機酸生成液（メタン発酵槽導入液）のＳＳは２００〜２５０ｍｇ／ｌ、ＢＯＤは４３００〜４７００ｍｇ／ｌであり、ＢＯＤ成分の６０〜７５％は酢酸、プロピオン酸、乳酸、酪酸等の有機酸とエタノールであり、十分な有機酸生成反応が進行していた。
【００４２】
上記有機酸生成液はＵＡＳＢ方式のメタン発酵槽４に導入して上向流で通液し、メタン発酵処理した。メタン発酵槽４の滞留時間は、沈殿槽１の分離液量に対して８時間に設定し、槽内ｐＨは６．８〜７．３、液温は３５〜３６℃に調整した。
計算上のメタン発酵槽４のＢＯＤ負荷量は１３〜１４ｋｇ／ｍ3／ｄの高負荷に達した。メタン発酵処理液（処理水）はＢＯＤが３００〜３５０ｍｇ／ｌであり、発生ガス量はメタン発酵槽４容量当たり８．５〜９倍に達した。なお、発生ガス中の炭酸ガス含有量は２０％であった。結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
実施例２
実施例１において、ゲル化蛋白質分離液に澱粉分離液を混合することなく、ゲル化蛋白質分離液を単独で有機酸生成処理した。酸生成槽３の滞留時間は２４時間、メタン発酵槽４の滞留時間は４８時間とした。他の条件は実施例１と同じである。
有機酸生成液（メタン発酵槽導入液）のＢＯＤ濃度は１２０００〜２１０００ｍｇ／ｌ、メタン発酵槽４のＢＯＤ負荷量は６〜１０．５ｋｇ／ｍ3／ｄであり、実施例１の負荷量に比べて３／４〜１／２に設定した。結果を表２に示す。
【００４５】
【表２】
【００４６】
実施例２のメタン発酵処理液（処理水）のＳＳおよびＢＯＤは実施例１に比べて高く、このまま放流できない場合は、さらに好気性処理する。
【００４７】
参考例１
実施例２で得られた有機酸生成液を市水で５倍に希釈し（ＢＯＤ＝２４００〜４２００ｍｇ／ｌ）、この希釈液をメタン発酵槽４に導入してＢＯＤ負荷量２．４〜４．２ｋｇ／ｍ3／ｄ（滞留時間２４時間）でメタン発酵処理を行ったところ、メタン発酵処理液（処理水）のＢＯＤは実施例１と同等の３００〜３５０ｍｇ／ｌが得られた。
【００４８】
比較例１
実施例１において、沈殿槽１で得られた澱粉分離液を単独で有機酸生成を行った。酸生成槽３の条件は実施例１と同じである。得られた有機酸生成液をメタン発酵槽４（滞留時間８時間）に導入し、メタン発酵処理を行った。その結果、メタン発酵槽４の負荷量は１０〜１０．５ｋｇ／ｍ3／ｄ、発生ガス量はメタン発酵槽４容量当たり６．５〜６．９倍、メタン発酵処理液のＢＯＤは実施例１と同等な３００〜３５０ｍｇ／ｌであった。結果を表３に示す。
【００４９】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の澱粉粒子含有液の嫌気性処理装置を示す系統図である。
【符号の説明】
１ 沈殿槽
２ 液化処理槽
３ 酸生成槽
４ メタン発酵槽
５ ガス貯槽
６ ボイラ
７ 凝集槽
８ 固液分離機
１１ 原水路
１２ 濃縮液路
１３ 澱粉分離液路
１４ 液化処理液路
１５ 水蒸気供給路
１６ ｐＨ調整剤供給路
２１、２６、４１ 連絡路
２２ 凝集剤供給路
２３、３２ 撹拌器
２７ 蛋白質排出路
２８ 脱水機
２９ 蛋白質回収路
３１ 酸生成液路
３５ 処理水路
３６ ガス排出路
３７ スラッジブランケット
４２ 給水路
４３ 排水路
４５ 澱粉粒子
【発明の属する技術分野】
本発明は澱粉粒子含有液を嫌気性処理する方法および装置に関し、特に馬鈴薯や甘薯等から澱粉を製造する工程から排出される澱粉製造排水の処理に適した澱粉粒子含有液の嫌気性処理方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
澱粉は、一般的に馬鈴薯や甘薯などの原料をすりつぶして冷水にさらした後、澱粉粒子を回収し、これを脱水、乾燥、精製して製造されている。このような澱粉製造工程から排出される排水は、未回収の微細澱粉粒子や破砕した薯滓、析出した蛋白質を主とするＳＳが５００〜５０００ｍｇ／ｌ程度含まれ、ＢＯＤは２０００〜３００００ｍｇ／ｌ程度の高濃度排水であり、ＢＯＤ負荷量は１日当たり数千ｋｇ以上に達し、非常に汚濁負荷量の多い排水である。また、馬鈴薯澱粉に代表されるように、澱粉製造期間は年間数か月間と短期間に集中している。
【０００３】
従来の澱粉製造排水の処理方法は、活性汚泥処理に代表される好気性処理が主流であるが、非常に負荷量が多いことから大容量の曝気槽、好気性ラグーンを必要とし、多大な建設費、維持管理費となっている。さらに、発生する余剰汚泥処理や、排水貯槽、曝気槽等から発生する臭気対策が大きな課題となっている。
好気性処理に代る方法としては嫌気性処理がある。この嫌気性処理法の中には、排水の全体を消化槽に滞留させて嫌気性消化（メタン発酵）を行う嫌気性消化法があるが、長い滞留時間を必要とするため大容量の消化槽を必要とするという問題点がある。
【０００４】
最近、これらの処理法の問題点を解決するため、ＵＡＳＢ（Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ・・・・上向流式嫌気性スラッジブランケット）方式、流動床方式、固定床方式などに代表される高負荷型嫌気性処理の適用が検討されている。この方法は嫌気性微生物をスラッジブランケット、固定床等に高密度で集積した汚泥に、主として溶解性ＢＯＤを含む被処理液を高負荷かつ高流速で接触させることにより効率よく有機物を分解する方法である。
【０００５】
ところが、この嫌気性処理方法で澱粉製造排水を処理する場合、前もって排水中のＳＳ成分を除去しておく必要があり、またＳＳ成分を含めた排水全体を処理すると処理性能が低下する。
その原因は、澱粉製造排水中に含まれている微細な澱粉粒子の嫌気性分解速度が非常に遅いためである。このため、前もって沈殿槽や原水槽で澱粉粒子を含むＳＳを除去し、澱粉粒子の少ない排水を高負荷型嫌気性処理することが行われている。
【０００６】
しかし、このような従来の高負荷型嫌気性処理では前もって分離したＳＳを別途処理する必要があり、このＳＳは農地へ還元したり、埋立処理が行われているが、貯留段階で発生する悪臭が大きな問題となっている。また農地へ還元する場合は窒素過多、病害発生源などの問題もある。
このため、澱粉粒子を分離除去することなく、澱粉製造排水全体を高負荷で嫌気性処理することができる方法が要望されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、澱粉粒子含有液を高負荷かつ高速で効率よく嫌気性処理することができる澱粉粒子含有液の嫌気性処理方法および装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は次の澱粉粒子含有液の嫌気性処理方法および装置である。
（１） 澱粉粒子含有液を澱粉粒子濃縮液と澱粉分離液とに分離する濃縮分離工程と、
前記澱粉粒子濃縮液をｐＨ４．６〜５．４、温度５０〜７０℃で液化処理する液化処理工程と、
液化処理液および前記澱粉分離液を導入し、嫌気性微生物を含む汚泥の存在下に嫌気性処理する嫌気性処理工程と
を有する澱粉粒子含有液の嫌気性処理方法。
（２） 液化処理液から析出した蛋白質を除去して嫌気性処理工程に導入する上記（１）記載の方法。
（３） 澱粉粒子含有液を澱粉粒子濃縮液と澱粉分離液とに分離する濃縮分離装置と、
前記澱粉粒子濃縮液をｐＨ４．６〜５．４、温度５０〜７０℃で液化処理する液化処理装置と、
液化処理液および前記澱粉分離液を導入し、嫌気性微生物を含む汚泥の存在下に嫌気性処理する嫌気性反応槽と
を有する澱粉粒子含有液の嫌気性処理装置。
【０００９】
本発明で処理対象とする澱粉粒子含有液は、澱粉粒子を含有する排水であり、蛋白質や脂質などが含まれていてもよい。通常澱粉を含む植物から澱粉を分離して製造する工程から排出される澱粉製造排水である。このような澱粉粒子含有液としては、馬鈴薯澱粉製造工程から排出される澱粉製造排水が典型的であるが、くず、その他の植物からの澱粉製造排水であってもよい。馬鈴薯澱粉製造工程から排出される排水としては、ＢＯＤが３００００ｍｇ／ｌ付近、ＳＳが５０００ｍｇ／ｌ付近の高濃度のデカンター排水と、ＢＯＤが２０００ｍｇ／ｌ付近、ＳＳが５００ｍｇ／ｌ付近のハイドロサイクロン排水に大別されるが、本発明ではどちらの排水も処理することができる。またこれらの排水を混合して処理することもできる。澱粉粒子はハイドロサイクロン排水に多く含まれており、時にはＳＳの大部分が澱粉粒子であるハイドロサイクロン排水もあるが、本発明はこのようなハイドロサイクロン排水の処理にも好適に適用することができる。
【００１０】
本発明の液化処理工程は、生物汚泥を用いずに物理化学的に澱粉粒子を液化処理する工程であり、澱粉粒子含有液をｐＨ４．６〜５．４、好ましくは４．６〜５．０、温度５０〜７０℃、好ましくは６０〜７０℃に保持し、澱粉粒子を液化処理する。この液化処理により澱粉粒子は加水分解される。液化処理には、澱粉粒子含有液を上記ｐＨおよび温度に調整することができるｐＨ調整手段および加熱手段を備えた装置を使用することができる。
【００１１】
澱粉粒子含有液中の澱粉粒子は上記ｐＨおよび温度に保持されることにより、通常３〜５時間でほぼ完全に液化される。ここで液化されるとは、顕微鏡観察において澱粉の粒子が観察されなくなり、またヨウ素・澱粉反応による呈色反応が認められなくなることを意味する。澱粉粒子はほぼ完全に液化されるのが好ましいが、一部液化しないで残留してもよい。
【００１２】
ｐＨを前記範囲に調整するには、塩酸、硫酸等の鉱酸；水酸化ナトリウム等のアルカリなどが使用できる。澱粉製造排水の場合は通常ｐＨは中性付近にあるので、通常酸を添加してｐＨを調整する。この場合、後工程の嫌気性処理における硫化水素発生低減の観点から、塩酸が好ましい。
また温度を前記範囲に調整するには、後工程の嫌気性処理で発生するメタンガスを利用することができ、例えばメタンガスを燃焼させて蒸気を発生させ、これを被処理液中に吹き込んで加熱することができる。
【００１３】
液化処理のｐＨが４．６未満の場合、被処理液中の蛋白質が酸変性してゲル状となる割合が多くなり、このためゲルに包含される澱粉粒子の量も多くなって液化効率が低下し、好ましくない。またｐＨが５．４を超える場合は澱粉粒子の液化反応速度が低下し、好ましくない。
液化処理の温度が７０℃を超えると、蛋白質が熱変性してゲル状となる割合が多くなり、上記と同様に液化効率が低下し、好ましくない。また温度が５０℃未満の場合は澱粉粒子の液化反応速度が低下し、好ましくない。
【００１４】
液化処理する被処理液は、不溶性の澱粉粒子を主とし、蛋白質、脂質なども含むＳＳを１００００ｍｇ／ｌ以上、好ましくは１００００〜２００００ｍｇ／ｌの濃度で含んでいるものが望ましい。澱粉製造排水中のＳＳ濃度は通常５００〜５０００ｍｇ／ｌ程度であるので、液化処理工程の前に濃縮分離工程を設け、澱粉粒子を濃縮した澱粉粒子濃縮液について液化処理を行う。澱粉粒子濃縮液を液化処理することにより、液化装置の小型化、ｐＨ調整剤の低減、加熱エネルギーの低減などが可能となる。
【００１５】
本発明において液化処理工程の前に設けられる濃縮分離工程は、澱粉粒子含有液を澱粉粒子濃縮液と澱粉分離液とに分離する工程である。濃縮分離工程は、液中から固形分を分離または濃縮できる公知の濃縮分離装置または手段を用いて行うことができ、例えばデカンター型遠心分離機、分離板型遠心分離機、沈降分離による沈殿槽、ろ布等を用いたろ過分離装置などが使用可能である。例えば、沈殿槽を用いて澱粉粒子含有液を分離する場合、２〜４時間の滞留時間で沈降分離することができる。濃縮分離工程で得られた澱粉粒子濃縮液は前記液化処理に供し、澱粉分離液は後述の嫌気性処理に供する。
【００１６】
本発明の嫌気性処理工程は、前記液化処理した液化処理液を嫌気性微生物を含む汚泥の存在下に嫌気性処理する工程である。液化処理液と濃縮分離工程で得られた澱粉分離液とを嫌気性処理する。
【００１７】
嫌気性処理を行うに際し、液化処理液中にゲル化析出した蛋白質が多量に含まれている場合は、析出した蛋白質を除去した蛋白質分離液について嫌気性処理するのが好ましい。これにより、後工程の嫌気性処理の過程で発生するアンモニア性窒素によるメタン生成菌の阻害を防止して、高負荷型嫌気性処理を行う場合でも効率よく処理することができる。
【００１８】
蛋白質の除去を行うには、デカンター型遠心分離機が適しているが、他の分離板型遠心分離機、加圧浮上分離、沈降分離、ろ布等を用いたろ過分離装置などが使用可能である。分離した蛋白質は栄養価が高いため、必要により乾燥を行い、家畜／家禽等の飼料に有効利用でき、また肥料としての活用もできる。
【００１９】
嫌気性処理は、公知の装置により公知の方法で行うことができるが、ＵＡＳＢ、流動床、固定床等を利用した高負荷型嫌気性処理を行うのが好ましい。高負荷型嫌気性処理では溶解性有機物が処理の対象となり、固形物は前もって除去することが好ましく、前記蛋白質の分離の際他の固形物も除去される。液化処理液から蛋白質を分離しない場合は、別途固形分を除去する工程を設けるのが好ましい。高負荷型嫌気性処理はメタン生成菌を高濃縮した状態で嫌気性処理槽に保持し、被処理液と高負荷かつ高速で接触させて短時間で嫌気性処理を行う方式の処理方法である。
【００２０】
ＵＡＳＢ方式はメタン生成菌を含む汚泥を高濃縮して形成したグラニュール汚泥からなるスラッジブランケットに被処理液を上向流で高速に通液して接触させ処理する方式のものである。流動床方式は砂等の担体を担持させて流動床を形成し、被処理液と接触させる方式のものである。固定床方式は担体に汚泥を形成した固定床に被処理液を通液して接触させる方式のものである。いずれも汚泥を高濃度の状態で保持することにより、高負荷かつ高速での処理を可能とする。
【００２１】
嫌気性処理は酸生成菌により有機物を有機酸に分解する酸生成工程と、メタン生成菌により有機酸をメタンに分解するメタン生成工程とからなり、本発明ではこれらを同時に行う一相式でもよいが、酸生成工程とメタン生成工程とを別工程にして、メタン生成工程前段で酸生成菌により可溶化澱粉から有機酸を生成させた後、メタン生成菌を高濃度で保持するＵＡＳＢ方式などにより、高負荷で有機酸からメタン生成を行う二相式が、処理速度、メタン生成量の点から好ましい。一相式、二相式いずれの場合もメタン生成菌を利用する嫌気性処理は３０〜３８℃、好ましくは３５〜３６℃、ＢＯＤ濃度２０００〜３００００ｍｇ／ｌ、好ましくは３０００〜６０００ｍｇ／ｌで嫌気状態に保つことにより、メタン生成菌の活性を高くして効率よく処理を行うことができる。
【００２２】
嫌気性処理工程における負荷はＢＯＤ負荷として５〜２０ｋｇ／ｍ3／ｄ、好ましくは１０〜１５ｋｇ／ｍ3／ｄとするのが望ましい。ＢＯＤ負荷が上記範囲にある場合、より高水質の処理水をより効率よく得ることができる。
【００２３】
嫌気性処理により澱粉その他の溶解性有機物が分解され、メタンおよび炭酸ガスが発生する。ここで発生するガスは回収して液化処理工程の加熱のための燃料として利用することができる。処理液はそのまま、または必要により他の低濃度排水や工業用水等で希釈して下水道等に放流することもできるし、他の低濃度排水とともに好気性処理することにより、残留する有機物を分解することもできる。
【００２４】
このように、本発明は澱粉粒子を液化処理工程において液化することにより、液化処理液を嫌気性処理することが可能となり、従来の方法のように澱粉粒子を農地に還元したり、埋立処理する必要はなくなり、澱粉製造排水全体を高負荷かつ高速で効率よく嫌気性処理することができる。このため、農地還元、埋立処理する場合に発生する臭気を防止できる。
また本発明は液化処理装置を設置することにより、既存の嫌気性処理設備で実施することが可能であるので、低コストでの処理が可能である。さらに高負荷での高度な処理が可能であり、また澱粉製造排水処理全体における発生メタンガス量が増大し、有効利用も可能になる。
【００２５】
【作用】
澱粉粒子の嫌気性反応は、次の３段階の反応で進行することがわかった。
１）第１反応
結晶状態の澱粉粒子を可容化澱粉に転換させる液化反応。
２）第２反応
可溶化澱粉から酢酸およびプロピオン酸等の有機酸を生成させる有機酸生成反応。
３）第３反応
有機酸からメタンガスを発生させるメタン生成反応。
【００２６】
上記一連の反応に要する時間の中では、第１反応である液化反応の時間が最も長く、ｐＨが中性付近、液温３６℃付近の嫌気性条件下では３〜４日間を要することがわかった。第２反応である有機酸生成反応は、液化反応が十分に進行している場合には４〜１２時間で進行する。また第３反応であるメタン生成反応は、有機酸生成反応が十分に進行している場合にはＢＯＤ負荷１０ｋｇ／ｍ3／ｄ以上の高負荷処理も可能である。
【００２７】
本発明では、液化処理工程を設け、ｐＨ４．６〜５．４、温度５０〜７０℃で液化処理することにより、３〜５時間程度で液化反応がほぼ完全に進行する。このため、澱粉粒子を分離して農地に還元したり、埋立処理する必要はなくなり、澱粉製造排水全体を高負荷かつ高速で効率よく嫌気性処理することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の澱粉粒子含有液の嫌気性処理方法は、澱粉粒子含有液を澱粉粒子濃縮液と澱粉分離液とに分離する濃縮分離し、前記澱粉粒子濃縮液をｐＨ４．６〜５．４、温度５０〜７０℃で液化処理したのち前記澱粉分離液とともに嫌気性処理しているので、澱粉粒子を別途処理することなく、澱粉粒子含有液全体を高負荷かつ高速で効率よく嫌気性処理することができる。
本発明の澱粉粒子含有液の嫌気性処理装置は、澱粉粒子含有液を澱粉粒子濃縮液と澱粉分離液とに分離する濃縮分離装置、澱粉粒子濃縮液をｐＨ４．６〜５．４、温度５０〜７０℃で液化処理する液化処理装置、ならびに液化処理液および前記澱粉分離液を嫌気性処理する嫌気性反応槽を有しているので、澱粉粒子を別途処理することなく、澱粉粒子含有液全体を高負荷かつ高速で効率よく嫌気性処理することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面により説明する。
図１は、実施形態の澱粉粒子含有液の嫌気性処理装置を示す系統図である。図１において、１は沈殿槽、２は液化処理槽、３は酸生成槽、４はＵＡＳＢ方式のメタン発酵槽、５はガス貯槽、６はボイラ、７は凝集槽、８は固液分離機である。
【００３０】
沈殿槽１は濃縮分離装置として用いられるものであって、原水路１１、濃縮液路１２および澱粉分離液路１３が接続している。液化処理槽２は液化処理装置として用いられるものであって、濃縮液路１２、液化処理液路１４、水蒸気供給路１５およびｐＨ調整剤供給路１６が接続し、沈殿槽１で沈降分離した澱粉粒子濃縮液を濃縮液路１２から導入し、槽内液のｐＨが４．６〜５．４、好ましくは４．６〜５．０、液温が５０〜７０℃、好ましくは６０〜７０℃となるようにｐＨおよび温度を保持して液化処理するように構成されている。
【００３１】
凝集槽７には液化処理液路１４、連絡路２１および凝集剤供給路２２が接続し、内部には撹拌器２３が設けられている。固液分離機８には連絡路２１、２６および蛋白質排出路２７が接続している。２８は脱水機、２９は蛋白質回収路である。
【００３２】
酸生成槽３には、澱粉分離液路１３、連絡路２６、酸生成液路３１が接続し、内部には撹拌器３２が設けられている。メタン発酵槽４には酸生成液路３１が下部に接続し、処理水路３５およびガス排出路３６が上部に接続し、内部にはスラッジブランケット３７が形成されている。酸生成槽３とメタン発酵槽４とで嫌気性反応槽を構成している。
ガス貯槽５にはガス排出路３６および連絡路４１が接続している。ボイラ６には連絡路４１、水蒸気供給路１５、給水路４２および排水路４３が接続している。
【００３３】
図１の嫌気性処理装置で澱粉粒子含有液を処理するには、原水として澱粉粒子含有液を原水路１１から沈殿槽１に導入し、重力沈降により澱粉粒子４５と澱粉分離液とに分離する。澱粉粒子４５を含む澱粉粒子濃縮液は濃縮液路１２から液化処理槽２に導入して液化処理し、澱粉分離液は澱粉分離液路１３から酸生成槽３に導入して有機酸を生成させる。
【００３４】
液化処理槽２では澱粉粒子４５を含む澱粉粒子濃縮液を濃縮液路１２から導入し、ｐＨ調整剤供給路１６から槽内液のｐＨが前記ｐＨとなるように塩酸を供給するとともに、水蒸気供給路１５から槽内液の液温が前記温度となるように水蒸気を吹き込んで液化処理する。通常３〜５時間で、澱粉粒子４５はほぼ完全に液化される。水蒸気は、給水路４２からボイラ６に送った給水をガス貯槽５からの燃料ガスの燃焼により加熱して発生させる。濃縮水は、排水路４３から排出する。
【００３５】
液化処理液は液化処理液路１４から凝集槽７に導入し、凝集剤供給路２２から凝集剤を供給し、撹拌器２３で撹拌して凝集を行いフロックを形成させる。この凝集処理液は連絡路２１から固液分離機８に導入して固液分離する。この蛋白質分離液は連絡路２６から酸生成槽３に導入し、分離固形分は蛋白質排出路２７から脱水機２８に送り、脱水して回収蛋白質として蛋白質回収路２９から回収する。固液分離機８としてはデカンター型の固液分離機が用いられるが、他の固液分離機でもよい。
【００３６】
酸生成槽３では、固液分離機８で分離した蛋白質分離液および沈殿槽１で分離した澱粉分離液を導入し、嫌気性を維持して撹拌器３２で緩やかに撹拌しながら酸生成菌を含む槽内液と混合し、有機酸生成を行う。これにより、槽内の有機物は酸生成菌により分解され有機酸が生成する。
【００３７】
有機酸生成液は酸生成液路３１からメタン発酵槽４の下部に導入し、上向流でスラッジブランケット３７を通過させる。このとき、透過液は嫌気性下にグラニュール汚泥と接触し、これにより有機酸はグラニュール汚泥に含まれるメタン生成菌の作用により嫌気的に分解されてメタンと二酸化炭素に転換される。
メタン発酵処理液は処理水として処理水路３５から排出する。発生ガスはガス排出路３６からガス貯槽５に導入し、水蒸気発生用の燃料ガスとして利用するまで貯溜する。
【００３８】
図１の装置において、凝集槽７は省略することができる。また液化処理槽２において析出する蛋白質の量が少ない場合は、凝集槽７および脱水機８は省略することができる。またＵＡＳＢ方式などの高負荷型嫌気性処理装置の代わりに浮遊式のメタン発酵槽を使用することもでき、この場合も凝集槽７および脱水機８は省略することができる。さらに沈殿槽１を省略して、原水を直接液化処理槽２に導入して液化処理することもできる。
【００３９】
【実施例】
実施例１
図１の装置により、澱粉製造排水を嫌気性処理した。ただし、凝集槽７は省略した。すなわち、馬鈴薯澱粉製造工程から排出されるデカンター排水とハイドロサイクロン排水との混合排水について、嫌気性処理を行った。上記デカンター排水はＢＯＤが３００００ｍｇ／ｌ付近、ＳＳが５０００ｍｇ／ｌ付近であり、ハイドロサイクロン排水はＢＯＤが２０００ｍｇ／ｌ付近、ＳＳが５００ｍｇ／ｌ付近であり、粒子状の澱粉はハイドロサイクロン排水に多く含まれている。処理対象の混合排水はデカンター排水をハイドロサイクロン排水で１０倍に希釈した混合排水であり、この混合排水のＳＳは１０００ｍｇ／ｌ、ＢＯＤは４８００〜５０００ｍｇ／ｌである（表１参照）。
上記混合排水を、滞留時間４時間の原水槽を兼ねた沈殿槽１（初沈槽）でＳＳの約８０％を沈降分離し、澱粉粒子濃縮液と澱粉分離液とを得た。これらのＳＳおよびＢＯＤを表１に示す。
【００４０】
上記澱粉粒子濃縮液は液化処理槽２へ導入し、ｐＨ５．０、液温６０℃、滞留時間４時間の条件で液化処理した。この液化処理液は、ＳＳが２０００〜３０００ｍｇ／ｌであったが、ヨウ素・澱粉反応による呈色反応では青色の呈色は観察されず、また顕微鏡観察でも澱粉粒子は認められなかった。液化処理液のＳＳの主体は、ＳＳの有機態窒素の測定結果から、蛋白質がゲル化析出したものであることが明らかとなった。
上記液化処理液は固液分離機８（小型遠心分離機）により、ゲル化析出した蛋白質を除去した。得られたゲル化蛋白質分離液はＳＳが２００〜３００ｍｇ／ｌ、ＢＯＤが１４０００〜２３０００ｍｇ／ｌであった。回収スラッジには蛋白質が３５〜４０％含まれていた。
【００４１】
ゲル化蛋白質分離液は沈殿槽１で得られた澱粉分離液と混合し、この混合液を酸生成槽３に導入し、ｐＨ６．３〜６．７、温度３３〜３５℃、滞留時間６時間の条件で有機酸生成を行った。得られた有機酸生成液（メタン発酵槽導入液）のＳＳは２００〜２５０ｍｇ／ｌ、ＢＯＤは４３００〜４７００ｍｇ／ｌであり、ＢＯＤ成分の６０〜７５％は酢酸、プロピオン酸、乳酸、酪酸等の有機酸とエタノールであり、十分な有機酸生成反応が進行していた。
【００４２】
上記有機酸生成液はＵＡＳＢ方式のメタン発酵槽４に導入して上向流で通液し、メタン発酵処理した。メタン発酵槽４の滞留時間は、沈殿槽１の分離液量に対して８時間に設定し、槽内ｐＨは６．８〜７．３、液温は３５〜３６℃に調整した。
計算上のメタン発酵槽４のＢＯＤ負荷量は１３〜１４ｋｇ／ｍ3／ｄの高負荷に達した。メタン発酵処理液（処理水）はＢＯＤが３００〜３５０ｍｇ／ｌであり、発生ガス量はメタン発酵槽４容量当たり８．５〜９倍に達した。なお、発生ガス中の炭酸ガス含有量は２０％であった。結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
実施例２
実施例１において、ゲル化蛋白質分離液に澱粉分離液を混合することなく、ゲル化蛋白質分離液を単独で有機酸生成処理した。酸生成槽３の滞留時間は２４時間、メタン発酵槽４の滞留時間は４８時間とした。他の条件は実施例１と同じである。
有機酸生成液（メタン発酵槽導入液）のＢＯＤ濃度は１２０００〜２１０００ｍｇ／ｌ、メタン発酵槽４のＢＯＤ負荷量は６〜１０．５ｋｇ／ｍ3／ｄであり、実施例１の負荷量に比べて３／４〜１／２に設定した。結果を表２に示す。
【００４５】
【表２】
実施例２のメタン発酵処理液（処理水）のＳＳおよびＢＯＤは実施例１に比べて高く、このまま放流できない場合は、さらに好気性処理する。
【００４７】
参考例１
実施例２で得られた有機酸生成液を市水で５倍に希釈し（ＢＯＤ＝２４００〜４２００ｍｇ／ｌ）、この希釈液をメタン発酵槽４に導入してＢＯＤ負荷量２．４〜４．２ｋｇ／ｍ3／ｄ（滞留時間２４時間）でメタン発酵処理を行ったところ、メタン発酵処理液（処理水）のＢＯＤは実施例１と同等の３００〜３５０ｍｇ／ｌが得られた。
【００４８】
比較例１
実施例１において、沈殿槽１で得られた澱粉分離液を単独で有機酸生成を行った。酸生成槽３の条件は実施例１と同じである。得られた有機酸生成液をメタン発酵槽４（滞留時間８時間）に導入し、メタン発酵処理を行った。その結果、メタン発酵槽４の負荷量は１０〜１０．５ｋｇ／ｍ3／ｄ、発生ガス量はメタン発酵槽４容量当たり６．５〜６．９倍、メタン発酵処理液のＢＯＤは実施例１と同等な３００〜３５０ｍｇ／ｌであった。結果を表３に示す。
【００４９】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の澱粉粒子含有液の嫌気性処理装置を示す系統図である。
【符号の説明】
１ 沈殿槽
２ 液化処理槽
３ 酸生成槽
４ メタン発酵槽
５ ガス貯槽
６ ボイラ
７ 凝集槽
８ 固液分離機
１１ 原水路
１２ 濃縮液路
１３ 澱粉分離液路
１４ 液化処理液路
１５ 水蒸気供給路
１６ ｐＨ調整剤供給路
２１、２６、４１ 連絡路
２２ 凝集剤供給路
２３、３２ 撹拌器
２７ 蛋白質排出路
２８ 脱水機
２９ 蛋白質回収路
３１ 酸生成液路
３５ 処理水路
３６ ガス排出路
３７ スラッジブランケット
４２ 給水路
４３ 排水路
４５ 澱粉粒子
Claims (3)
- 澱粉粒子含有液を澱粉粒子濃縮液と澱粉分離液とに分離する濃縮分離工程と、
前記澱粉粒子濃縮液をｐＨ４．６〜５．４、温度５０〜７０℃で液化処理する液化処理工程と、
液化処理液および前記澱粉分離液を導入し、嫌気性微生物を含む汚泥の存在下に嫌気性処理する嫌気性処理工程と
を有する澱粉粒子含有液の嫌気性処理方法。 - 液化処理液から析出した蛋白質を除去して嫌気性処理工程に導入する請求項１記載の方法。
- 澱粉粒子含有液を澱粉粒子濃縮液と澱粉分離液とに分離する濃縮分離装置と、
前記澱粉粒子濃縮液をｐＨ４．６〜５．４、温度５０〜７０℃で液化処理する液化処理装置と、
液化処理液および前記澱粉分離液を導入し、嫌気性微生物を含む汚泥の存在下に嫌気性処理する嫌気性反応槽と
を有する澱粉粒子含有液の嫌気性処理装置。
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