JP4702667B2 - 水産廃棄物の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、水産廃棄物の処理方法に関する。

従来、ホタテウロ、イカゴロ、タコゴロなどの水産物の内蔵は、重金属の中でも特にカドミウムを高濃度で含有するため、水産廃棄物として、焼却や埋め立てなどにより、廃棄処理をされていた。

ところが、近年、これらの水産廃棄物は、機能性脂質として利用可能な油分、タンパク質やアミノ酸などの有用成分を大量に含有するため、その有効利用法が検討されている。
イカゴロなどの水産廃棄物は、油分を２０〜４０質量％含有している。この油分は、メタン発酵により、大量のメタンガスを発生するので、非常に有効なバイオマスエネルギーの原料となり得る可能性がある。

しかし、この油分は、水産廃棄物に含まれるタンパク質と結びついており、このままではメタン発酵し難い。
そこで、水産廃棄物に含まれる油分をメタン発酵させるためには、油分とタンパク質を分離して、油分を水産廃棄物から抽出する必要がある。水産廃棄物から油分を抽出する方法としては、例えば、水産廃棄物を細断した後、遠心分離により油分とタンパク質を分離する方法（例えば、特許文献１参照）、あるいは、水産廃棄物を煮熟した後、圧縮して油分を抽出する方法などが挙げられる。
特開２０００−０２４６６１号公報

しかしながら、遠心分離により油分とタンパク質を分離する方法では、分離した油分中にタンパク質のエマルションが生じ、この油分をメタン発酵すると、発酵過程でタンパク質に含まれる窒素分から生成する高濃度のアンモニアガスがメタン発酵を阻害するという問題があった。

また、水産廃棄物を煮熟した後、圧縮して油分を抽出する方法では、高温で煮熟するために多大な熱エネルギーを必要とするだけでなく、水産廃棄物から発生した臭気が拡散して、作業環境を悪化するという問題があった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、作業環境を悪化することなく、高濃度のメタンガスを回収することができる水産廃棄物の処理方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の水産廃棄物の処理方法は、水産廃棄物に含まれる有用物質を抽出する水産廃棄物の処理方法であって、前記水産廃棄物から異物を除去する第１の工程と、異物を除去した水産廃棄物を、乳酸菌と酵母で発酵処理して、前記水産廃棄物に含まれるタンパク質から油分および重金属を解離した後、重金属を除去する第２の工程と、遠心分離法により、重金属が除去された水産廃棄物を油分、固形分、水溶液に分離する第３の工程と、前記水産廃棄物から分離した油分を、攪拌しながら高温にてメタン発酵させて、発生したメタンガスを回収する第４の工程と、を備えたことを特徴としている。

請求項２記載の水産廃棄物の処理方法は、前記第３の工程にて水産廃棄物から分離した水溶液に、濃縮処理及び乾燥処理を施し、栄養補助調味料の原料及び飼料用のアミノ酸添加剤に加工する第５の工程を備えたことを特徴としている。

請求項３記載の水産廃棄物の処理方法は、前記第４の工程にて回収したメタンガスを燃焼させることにより温水を調製し、該温水を用いて、前記第２の工程、前記第４の工程および前記第５の工程にて加温または温水の供給を行う第６の工程を備えたことを特徴としている。

請求項１記載の水産廃棄物の処理方法によれば、水産廃棄物に含まれる、タンパク質から油分および重金属を解離し、さらに、油分と重金属を分離することができるから、遠心分離により油分とタンパク質を分離する方法と比較して、アンモニアガスによるメタン発酵の阻害を防止することができ、高濃度のメタンガスを回収することができる。また、水産廃棄物を煮熟した後、圧縮して油分を抽出する方法と比較して、水産廃棄物からの臭気の発生を抑制することができるので、作業環境を悪化することがない。さらに、水産廃棄物に含まれる、油分、固形分、水溶液を効率的に分離することができるので、水溶液に含まれる有用成分の損失を大幅に削減できるため、水溶液から抽出可能なタンパク質やアミノ酸などの有用成分を安全で効率よく抽出することができる。

請求項２記載の水産廃棄物の処理方法によれば、水産廃棄物に含まれる水溶液を栄養補助調味料の原料や飼料用のアミノ酸添加剤に加工することができる。

請求項３記載の水産廃棄物の処理方法によれば、第２の工程、第４の工程および第５の工程において必要とされるエネルギーを別途供給する必要がないので、コストを低減することができる。また、従来、有効利用され難かった油分をメタンガスに転換して活用することにより、循環型の処理方法および処理装置が可能となるので、環境保全にも有効である。

以下、図１〜図４を参照して、本発明を実施した水産廃棄物の処理方法について詳細に説明する。図１中、破線は温水の供給経路を示している。
なお、この水産廃棄物の処理方法によって、本発明は限定されるものではない。

本発明に係る水産廃棄物の処理方法は、水産廃棄物に含まれる有用物質を抽出する水産廃棄物の処理方法であって、水産廃棄物から異物を除去する第１の工程（ステップｓ１）と、異物を除去した水産廃棄物を、乳酸菌と酵母で発酵処理して、水産廃棄物に含まれるタンパク質から油分および重金属を解離した後、重金属を除去する第２の工程（ステップｓ２）と、遠心分離法により、重金属が除去された水産廃棄物を油分、固形分、水溶液に分離する第３の工程（ステップｓ３）と、水産廃棄物から分離した油分を、攪拌しながら高温にてメタン発酵させて、発生したメタンガスを回収する第４の工程（ステップｓ４）と、を備えている。

本発明において、水産廃棄物とは、水産物の製品化の加工過程にて水産物から取り除かれた不要部分または不可食部分として廃棄されたものを示している。また、水産物は、海、湖、河川などに生育する動物を示している。
このような水産廃棄物には、魚介類の臓物（特に肝臓）が含まれる。魚介類の臓物としては、例えば、イカの内臓（イカゴロ）、タコの内臓、貝類の内臓（中腸腺）、ホタテ貝の中腸腺などが挙げられる。

（第１の工程：ステップｓ１）
水産物の不可食部分として排出された水産廃棄物には、砂や作業用の工具、手袋などの様々な異物が混入していることがある。
そこで、図２のフロー図に従って、第１の工程では前処理として、これらの異物を除去する。

まず、排出された水産廃棄物を処理タンクに回収する（ｓ１１）。
次いで、回収した水産廃棄物を振動篩にかけて異物を除去する（ｓ１２）。
次いで、金属探知器により、処理タンク内における金属、金具などの有無を検知し、これらが存在している場合には、これらを除去する（ｓ１３）。
次いで、処理タンク内の水産廃棄物を、ミンサーなどを用いて細断する（ｓ１４）。

（第２の工程：ステップｓ２）
次に、図３のフロー図に従って、第２の工程では、異物を除去した水産廃棄物を、乳酸菌と酵母を利用した培養液中で発酵処理して、水産廃棄物に含まれるタンパク質から油分および重金属を解離した後、重金属を除去する。この第２の工程では、発酵処理により、重金属の中でも、特にカドミウムを解離し、これを除去する。

この第２の工程では、発酵処理により水産廃棄物に含まれるタンパク質を分解することにより、タンパク質と結合している油分およびカドミウムを解離する。このような油分およびカドミウムの解離に係る発酵処理方法は、一般に知られており、例えば特許３１７４８２７号公報に開示されている。

まず、第１の工程にて異物を除去した水産廃棄物を、乳酸菌と酵母を含む培養液とともにカドミウム解離槽に投入し（ｓ２１）、これを加温する（ｓ２２）。なお、加温する際の温度は、培養液中の乳酸菌および酵母が死滅することのない温度に設定すれば、如何なる温度に設定しても良いが、発酵に適した温度である３０〜３５℃程度が好ましい。
なお、乳酸菌と酵母を含む培養液は、異物を除去した水産廃棄物の約３倍の重量が必要である。

乳酸菌としては、乳酸発酵に慣用のものが用いられ、例えば、ラクトバチルス属ブルガリクス、ラクトバチルス属アシドフィルス、エンタロコッカス属フェークリス、ラクトバチルス属ヨグルティ、ラクトバチルス属デルブルエキ、ストレプトコッカス属ラクチス、ロイコモストク属メセンテロイデス、ラクトバチルス属ペントアセティクス、リゾプス属オリザエなどが挙げられる。
また、酵母（イースト）としては、パン酵母や、ビール酵母、清酒酵母などと呼ばれているものが用いられ、特に、食飼料酵母（Ｍｙｃｏｔｏｒｕｌａ ｊａｐｏｎｉｃａ）を用いることが好ましい。

次いで、カドミウム解離槽中の培養液および異物を除去した水産廃棄物を、解離期間として約２週間放置し、油分およびカドミウムを解離する（ｓ２３）。
油分およびカドミウムの解離現象を具体的に示すと、培養液中の乳酸菌の働きにより水産廃棄物のｐＨを３．０〜３．５まで引き下げて腐敗菌の増殖を防止し、酵母の働きにより水産廃棄物中のタンパク質を分解することにより、タンパク質に含まれる油分およびカドミウムが解離し、培養液中に移行拡散する。

なお、この発酵処理による解離期間の雰囲気中の酸素濃度は２０ｖｏｌ％以下であり、１０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。本発明では、通常、発酵処理は嫌気条件下にて行われる。

次いで、水産廃棄物より解離し、培養液中に移行拡散した重金属のみを、キレート樹脂で吸着し、除去する（ｓ２４）。
具体的には、カドミウムは、培養液中のカドミウム濃度と水産廃棄物中のカドミウム濃度が平衡となったときに、水産廃棄物から培養液への移行拡散が停止する。そこで、ｐＨが３．０程度でも吸着剤として機能するキレート樹脂に、カドミウムが移行拡散した培養液を通水させて、キレート樹脂にカドミウムを吸着し、培養液中のカドミウム濃度を低減する。すると、培養液中のカドミウム濃度の低減に伴い、水産廃棄物に残存していたカドミウムがさらに培養液中へ移行拡散する。
この現象を利用し、水産廃棄物中のカドミウム残存濃度が乾燥重量で飼料利用指導基準値に相当する２．５ｐｐｍ以下になるまで、培養液をキレート樹脂に通水する作業を繰り返し、水産廃棄物より解離したカドミウムを効率よく除去する。

なお、培養液中に移行拡散したカドミウムの除去方法は、必ずしもキレート樹脂吸着に限定されるものではなく、水産廃棄物から抽出される有用物質におけるカドミウム残存濃度が、乾燥重量で２．５ｐｐｍ以下となるまで除去できる方法であれば、如何なる方法を用いてもよい。

また、この第２の工程にて、タンパク質および重金属から解離された油分は、酸化が進んでおり、メタン発酵し易い状態に変性している。

また、培養液中の乳酸菌は、水産廃棄物に発生しやすい腐敗菌の発生を抑制する機能を有しているため、作業中に水産廃棄物から発生しやすい臭気を抑制することができる。これら作業中に発生する臭気は、水産廃棄物を加温することによっても発生するが、本発明で、加温温度が３０〜３５℃程度であるので、１００℃程度で煮沸し凝固させた後、表面に浮揚する油分のみを回収する方法と比較して、加熱に要するエネルギー消費量を大幅に削減することができ経済性が向上する。これに加えて、加温に伴う臭気の発生を抑制できるため作業環境を大幅に向上することが可能となる。

また、第２の工程における、乳酸菌および酵母を利用した培養液を用いた重金属の解離に係る発酵処理方法は、有用物質から抽出した有用成分を食品や飼料用アミノ酸添加剤の原料として利用する際の安全性が確保されるとともに、重金属を解離しながら、有用物質から抽出できる有用成分の１つであるタンパク質を吸収しやすいアミノ酸に変化させ、またミネラルやビタミン類の栄養成分を増加させるなど、有用成分に免疫力向上や感染防御などの健康維持機能を付与することが可能となる。

（第３の工程：ステップｓ３）
次に、第３の工程では、遠心分離法により、第２の工程にて、カドミウムが除去された培養液および水産廃棄物を油分、固形分、水溶液に分離する。これにより、メタンガスの原料となる油分、アミノ酸などの有用物質を含有する水溶液、固形分（スラッジ）に分離される。
なお、遠心分離には、三相遠心分離機を用いて、約３０℃に加温して作業を実施する。

（第４の工程：ステップｓ４）
次に、図４のフロー図に従って、第４の工程では、水産廃棄物から分離した油分を、攪拌しながら高温にてメタン発酵させて、発生したメタンガスを回収する。

まず、第３の工程にて水産廃棄物から分離した油分を、メタン菌とともに発酵槽に投入し（ｓ４１）、これを嫌気条件下にて、攪拌しながら５０〜５５℃に加温する（ｓ４２）。
メタン菌としては、メタン発酵に慣用のものが用いられる。

次いで、発酵槽中の油分および固形分（スラッジ）を、約３週間かけてメタンガスに転換する（ｓ４３）。
なお、このメタン発酵期間の雰囲気中の酸素濃度は２０ｖｏｌ％以下であり、１０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。

次いで、発生したメタンガスを、硫化水素を除去し、ガスホルダーにより、回収する（ｓ４４）。
なお、メタンガスの回収方法は、特に限定されるものではなく、如何なる方法を用いてもよい。

この第４の工程では、５０〜５５℃で発酵する高温メタン発酵では、３５℃で発酵する中温メタン発酵に比べて発酵効率が高く、発酵に要する装置を小型化することができるため、コストを低減することができる。

（第５の工程：ステップｓ５）
次に、第５の工程では、第３の工程にて水産廃棄物から分離した水溶液および固形分を濾過するなどにして分別し、それぞれを濃縮して有用物質を抽出する。
水産廃棄物から分離した水溶液には、第２の工程におけるカドミウムを解離するための発酵処理に伴い、有用成分のタンパク質が酵母の働きにより分解されて、吸収の良いアミノ酸を豊富に含有している。また、この水溶液は、発酵処理の作用によりミネラルやビタミン類などの栄養成分が増加されて、免疫力向上や感染防御などの健康維持機能が付与された状態となっている。したがって、この水溶液に対して適宜、濃縮処理や乾燥処理などを施し、栄養補助調味料の原料や飼料用のアミノ酸添加剤に加工される。

（第６の工程：ステップｓ６）
次に、第６のステップでは、第４の工程にて回収したメタンガスを燃焼させることにより温水を調製し、この温水を用いて、第２の工程、第４の工程および第５の工程にて加温または温水の供給を行う。

この第６の工程では、第４の工程にて回収したメタンガスをガスボイラーにて燃焼させて、所定温度の温水を調製し、この温水を用いて、第２の工程においては３０〜３５℃に加温し、第４の工程においては５０〜５５℃に加温し、また、第５の工程においては水溶液および固形分の濃縮または乾燥に必要な所定温度に加温する。

この第６の工程では、第４の工程にて回収したメタンガスをガスボイラーにて燃焼させて、所定温度の温水を調製し、この温水を用いて、第２の工程、第４の工程および第５の工程にて加温または温水の供給を行うことにより、第２の工程、第４の工程および第５の工程において必要とされるエネルギーを別途供給する必要がないので、コストを低減することができる。また、従来、有効利用され難かった油分をメタンガスに転換して活用することにより、循環型の処理方法および処理装置が可能となるので、環境保全にも有効である。

本発明に係る水産廃棄物の処理方法の全体作業の流れを示すフロー図である。 本発明に係る水産廃棄物の処理方法における水産廃棄物の前処理作業に関する作業の流れを示すフロー図である。 本発明に係る水産廃棄物の処理方法における水産廃棄物からカドミウムを除去する作業に関する流れを示すフロー図である。 本発明に係る水産廃棄物の処理方法における油分をメタン発酵する作業に関する流れを示すフロー図である。

Claims (3)

1. 水産廃棄物に含まれる有用物質を抽出する水産廃棄物の処理方法であって、
   前記水産廃棄物から異物を除去する第１の工程と、
   異物を除去した水産廃棄物を、乳酸菌と酵母で発酵処理して、前記水産廃棄物に含まれるタンパク質から油分および重金属を解離した後、重金属を除去する第２の工程と、
   遠心分離法により、重金属が除去された水産廃棄物を油分、固形分、水溶液に分離する第３の工程と、
   前記水産廃棄物から分離した油分を、攪拌しながら高温にてメタン発酵させて、発生したメタンガスを回収する第４の工程と、
   を備えたことを特徴とする水産廃棄物の処理方法。
2. 前記第３の工程にて水産廃棄物から分離した水溶液に、濃縮処理及び乾燥処理を施し、栄養補助調味料の原料及び飼料用のアミノ酸添加剤に加工する第５の工程を備えたことを特徴とする請求項１に記載の水産廃棄物の処理方法。
3. 前記第４の工程にて回収したメタンガスを燃焼させることにより温水を調製し、該温水を用いて、前記第２の工程、前記第４の工程および前記第５の工程にて加温または温水の供給を行う第６の工程を備えたことを特徴とする請求項２に記載の水産廃棄物の処理方法。

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