JP5013679B2 - 含油脂廃水処理装置及び含油脂廃水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、グリーストラップ内の含油脂廃水の油脂を固定化リパーゼと有機物を資化する微生物との作用により分解処理する装置及び処理方法に関し、詳細には、グリーストラップ内の上層に溜まる油脂に富む含油脂廃水をグリーストラップの外部に取り出し固定化リパーゼと有機物を資化する微生物との作用により分解処理する装置及び処理方法に関する。

給食センター、レストランなどの厨房や食肉センター、食品・水産加工場などから排出される廃水は、動植物性の油脂を含むためその処理が不可欠であり、含油脂廃水（油脂を含む廃水）を入水管を介してグリーストラップと呼ばれる桝に流入させ、上部に溜まった含油脂廃水に含まれる油脂を定期的に汲み取り、下水などに油脂が流出するのを防止している。一方、油脂の汲み取り作業は、悪臭が伴い不衛生で作業環境が劣悪な上コストも高いため、微生物や酵素を利用して汲み取り作業を回避するための提案があり、例えば、油脂分解菌又は油脂分解酵素で油脂を分解する油脂処理部を備えたグリーストラップの提案がある（特許文献１参照）。しかし、国内には既に膨大な数のグリーストラップが普及しているため、これら既存のグリーストラップをそのまま活用することを前提とする、油脂の分解処理方法や装置の提案はより経済的で実効性がある。そこで、本願の出願人は、このような装置として、図４に示すグリーストラップ用含油脂廃水処理装置５０を提案している（特願２００３−３７４９０８）。この装置５０は、グリーストラップに載置される支持板１０と、固定化酵素Ｅを収容する含油脂廃水が通過自在な固定化酵素ホルダー２０と、含油脂廃水を撹拌する撹拌手段３０とを備え、前記固定化酵素ホルダー２０と前記撹拌手段３０が前記支持板１０に設置されるというものである。
特開２００１−７３４４７号公報

しかしながら、図４に示す装置はグリーストラップ上に直付けする構成のため、多種多様なグリーストラップに対応するには、多種多様な装置を設計製作する必要があり、量産に不向きでコスト面で不利であった。また、グリーストラップに直付けされるため、装置が大型化し、メンテナンスが面倒であるばかりか衛生面でも好ましくない点があった。また、この装置は、固定化リパーゼにより油脂を高い分解率で脂肪酸とグリセリンに分解できるものの、未分解の油脂の他、脂肪酸もｎ−ヘキサンに抽出されるため、ｎ−ヘキサン抽出物含有量を低減し難いということがあった。

本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであり、汎用性が高くコスト面とメンテナンス面でも有利でグリーストラップ内の油脂を炭酸ガスと水に分解処理できる含油脂廃水処理装置及び効率的にグリーストラップ内の油脂を炭酸ガスと水に分解処理できる含油脂排水の処理方法を提供することを課題とする。

本発明者は、上記の課題を解決するため検討を重ねた結果、グリーストラップの外部に装置を配置し、この装置内でグリーストラップ内の油脂に富む含油脂廃水のみを選択的に固定化リパーゼと微生物で分解処理することに想到し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、グリーストラップ内の含油脂廃水の油脂を固定化リパーゼと有機物を資化する微生物との作用により分解処理する含油脂廃水処理装置であって、吸引して取り出されたグリーストラップ内の上層に溜まる油脂に富む含油脂廃水を取入れる取入口と分解処理された廃水の一部を残して排出可能に形成された排出口とを有する容器本体と、該容器本体内に設けられ、流失を防止しつつ固定化リパーゼを収容する前記含油脂廃水が通過自在な酵素ホルダーと、撹拌羽根が設けられた撹拌棒がモータにより駆動され、前記酵素ホルダー内で回転する撹拌装置と、を備え、グリーストラップの外部に設置されてなることを特徴とする含油脂廃水処理装置を要旨とする。

上記の構成の発明は、油脂に富む含油脂廃水のみを吸引してグリーストラップの外部に取り出し、これを固定化リパーゼと微生物により分解処理するので、処理容量が少なく装置を小型化でき、含油脂廃水の油脂を効率的に炭酸ガスと水にまで処理できる。また、微生物を含む分解処理後の廃水の一部を残して排水できるので、残った廃水を増殖・活性化させ、繰り返し利用できる。

上記の発明において、グリーストラップ内の上層に溜まる油脂に富む含油脂廃水を吸引する吸引手段を備えても良い。これにより、グリーストラップ内の油脂を効率的に分解処理ができる。また、上記の発明において、吸引手段は、グリーストラップ内に配置される上部に開口を有する収容筐体と、該収容筐体内に設置・収容される吸引ポンプと、前記収容筐体と連通する上部に開口を有する含油脂廃水回収容器とからなり、前記収容筐体の上端と前記含油脂廃水回収容器の上端は吸引する所定の油脂に富む含油脂廃水層の下層位に配置しても良い。これにより、油脂に富む含油脂廃水のみを効率的且つ選択的に吸引できる。更に、上記の発明において、散気手段及び／又は加温手段を備えても良い。これにより、微生物と固定化リパーゼの増殖や活性化を高めることができる。また、上記の発明において、固定化リパーゼの嵩比重を０．１５〜０．２としても良い。

また、本発明は、グリーストラップ内の上層に溜まる油脂に富む含油脂廃水を吸引して取り出し、該含油脂廃水を上記の含油脂廃水処理装置内に取入れ、固定化リパーゼと有機物を資化する微生物とを作用させて前記含油脂廃水の油脂を分解処理し、分解処理後の廃水の一部を前記含油脂廃水処理装置内に残して排出することを特徴とする含油脂廃水の処理方法を要旨とする。

上記の発明において、分解処理後の廃水をグリーストラップ内に戻し、グリーストラップを介して下水などに排出しても良い。

本発明の含油脂廃水処理装置は、油脂に富む含油脂廃水のみを選択的に吸引してグリーストラップの外部に取り出し、これを固定化リパーゼと有機物を資化する微生物で分解するので、汎用性が高く、多種多様なグリーストラップに対応でき、量産化によりコストの低減化が可能である。また、本発明の含油脂廃水処理装置は、グリーストラップ内でなく、その外部に設置され、小型化されるので、グリーストラップ内の不衛生な環境下でのメンテナンス作業が不要となり、メンテナンス面で有利である。本発明の含油脂廃水処理装置は、油脂を固定化リパーゼと微生物で分解するので、微生物のみを使用する場合に比べ高い分解率で且つ短い処理時間で分解処理でき、ｎ−ヘキサン抽出物含有量の改善を図ることができる。さらに、本発明の含油脂廃水処理装置は、固定化リパーゼが酵素ホルダー内から流失することがなく、また、各処理工程ごとに残存する微生物を増殖・活性化させて使用できるので、固定化リパーゼと微生物の頻繁な補填が不要となり、維持管理上の経済性にも優れる。

本発明の吸引装置は、グリーストラップの油脂に富む含油脂廃水のみを選択的に吸引できるので、グリーストラップ内の油脂の効率的な分解処理に資することができる。

本発明の含油脂廃水の処理方法は、油脂に富む含油脂廃水のみを吸引によりグリーストラップの外部に取り出し、これを固定化リパーゼと微生物で分解するので、グリーストラップ内の油脂を確実且つ効率的に分解処理できる。

次いで、本発明の含油脂廃水処理装置１００（以下、「本装置」という）を図面を参照しながら実施の形態により詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。図１は、本装置１００の模式的な断面図で、図２は本装置１００の平面図である。また、図３は本装置１００の使用状況及び吸引装置を示す説明図である。

本装置１００は、容器本体６０、酵素ホルダー７０、撹拌装置７５、エアレーション装置８０、ヒーター８３を備え、グリーストラップＧの外部に配置される。図１に示すように、容器本体６０は上部が開口する有底円筒状の容器から構成される。容器本体６０の上方には、グリーストラップＧ内から吸引され取り出された油脂に富む含油脂廃水を取入れるための取入口６１が形成され、容器本体６０の下端から全体の約３分の１の高さ位置には分解処理された廃水を排出するための排出口６２が形成されている。取入口６１は、後記の水中ポンプ９２の送水管９３の先端部が接続可能となっている。また、排出口６２は、電磁弁６３により開閉が制御される。容器本体６０の上部の開口には、中央部に貫通孔を有する蓋体６４が着脱自在に取り付けられている。また、容器本体６０の内部は、断熱材が内設され、ステンレス板が内張されている。

酵素ホルダー７０は、投入される固定化リパーゼＥの流失を防ぎ、含油脂廃水が通過自在である限り構成に限定はないが、筒状のネット体が好ましい。この場合、ネット体の網目の大きさは、８〜１４メッシュが好ましく、１０〜１２メッシュがより好ましい。網目の大きさが８メッシュより小さいと含油脂廃水が自在に通過し難くなるからであり、１４メッシュより大きいと固定化リパーゼＥがネット体内から流失するおそれがあるからである。また、固定化リパーゼＥの平均粒子径は、１〜８ｍｍが好ましく、２〜４ｍｍがより好ましい。固定化リパーゼＥの平均粒径が１ｍｍより小さいと前記のネット体の網目の大きさとの関係から、漏出のおそれがあるからであり、８ｍｍより大きいと固定化リパーゼＥ全体の表面積が小さくなり含油脂廃水との接触が悪くなり、ひいては油脂の分解率を低下させるからである。また、固定化リパーゼＥの嵩比重は、０．１５〜０．２が好ましく、０．１６〜０．１８がより好ましい。固定化リパーゼＥの嵩比重が０．１５より小さいと酵素ホルダー７０の上部に偏在して浮遊することが多くなり、含油脂廃水との接触が悪くなるおそれがあり、０．２より大きいと酵素ホルダー７０の下部に偏在して浮遊することが多くなり、やはり含油脂廃水との接触が悪くなるおそれがあるからである。

本実施の形態における酵素ホルダー７０は、ステンレス製の円筒状のネット体で構成され、網目の大きさは１０メッシュに形成されている。該酵素ホルダー７０は、その上部に形成されたフランジが蓋体６４の下面に着脱可能に取り付けられている。

上記で説明した固定化リパーゼＥにおけるリパーゼの起源は特に限定されないが、油脂の分解能に優れるカンジダ・ルゴーサ(Candida rugosa）又はシュードモナス・セパシア（Pseudomonas cepacia）に属する菌株の生産するリパーゼが好ましい。また、酵素の固定化は、公知の方法により行うことができる。すなわち、不溶性の担体に酵素を結合させる担体結合法（物理的吸着法、イオン結合法、共有結合法）、架橋法、包括法などにより行うことができる。

本装置１００は、撹拌手段に相当する撹拌装置７５が設けられている。蓋体６４の上面側に、撹拌棒７６を駆動する直交モータ７７が取り付けられている。該撹拌棒７６は、蓋板６４に形成された貫通孔に挿通され、酵素ホルダー７０内で回転できるようになっている。また、撹拌棒７６には、その上部と下部の２箇所に撹拌羽根７８が設けられている。

また、本装置１００は、散気手段に相当するエアレーション装置８０が設けられている。エアレーション装置は、エアーポンプ８１とこれに接続されるエアー排出管８２とから構成されている。エアー排出管８２は容器本体６０の下部に設けられ、本装置１００内の含油脂廃水にエアーを供給する。エアー排出管８２の近傍には、ヒーター８３が設けられ、温度の制御は本装置１００に設けられる温度センサー８５により行われる。また、本装置１００には、液面センサー８４が設けられている。

排出口６２の下方には、ドレーンバルブで開閉自在なメンテナンス用排出口６５が形成されている。容器本体６０の底部は、このメンテナンス用排出口６５に向けて次第に下がるテーパーが形成されている。また、容器本体６０の上部には、グリーストラップＧから吸引される含油脂廃水のオーバーフローに対応する非常用排出口６６が形成されている。

本装置５０に用いられる微生物は、有機物を資化できれば限定がなく、好気性の微生物、嫌気性の微生物、複数の微生物を混在したもの、あるいは市販される微生物製剤でも良い。

また、固定化リパーゼ及び微生物の作用により分解される油脂類には特に限定がなく、キャノーラ油、オリーブ油、ベニハナ油、コーン油、ゴマ油、コメ油、サラダ油、魚油、ラード油、ショートニング、エコナ（登録商標）などの動植物油を例示できる。

次いで、上記のように構成される本装置１００の使用方法、作用及び吸引装置９０について説明する。固定化リパーゼＥと微生物は、それぞれ酵素ホルダー７０内と本装置１００内に投入される。そして、メインスイッチをＯＮにすると、図３に示す、グリーストラップＧに溜まった含油脂廃水層の内、上面から下へ全体の１／４〜１／３の油脂に富む含油脂廃水のみを吸引する吸引装置９０が作動する。グリーストラップＧの上面から下へ全体の１／４〜１／３の含油脂廃水を吸引することで、グリーストラップＧ内の油脂の大半を選択的に取り出し本装置１００に取入れることができる。吸引装置９０は、グリーストラップＧ内に配置された上部に開口を有する収容筐体９１と、この収容筐体９１内に設置される水中ポンプ９２と、一端が底部に接続され、他端が収容筐体９１に接続される回収管９５を介して収容筐体９１と連通する上部に開口を有する含油脂廃水回収容器９４とから構成される。この収容筐体９１の上端と含油脂廃水回収容器９４の上端は油脂に富むグリーストラップＧの上面から下へ全体の１／４〜１／３の含油脂廃水層（ＯＬ）の下層位に配置されている。グリーストラップＧは、水と油脂の比重差を利用して常に油脂に富む含油脂廃水が上層に溜まる構成のため、水中ポンプ９２の負圧により図３の矢印に示す、２つの含油脂廃水回収容器９４の開口と収容筐体９１の開口を介して油脂に富む含油脂廃水が吸引される。

収容筐体９１内の油脂に富む含油脂廃水は、水中ポンプ９２により送水管９３を介して本装置１００内に取り出される。含油脂廃水が取入口６１とほぼ同じ高さ位置まで入ると、液面センサー８４が感知し、含油脂廃水の取入れを停止する。これと同時にエアレーション装置８０、撹拌装置７５及びヒーター８３が作動し、エアレーションと含油脂廃水の撹拌が開始され、含油脂廃水は所定の温度に維持される。ヒーター８３による加温は、微生物の増殖・活性化及びリパーゼの活性化のため、必要に応じ実施される。この場合、温度範囲は１５℃〜４５℃が好ましく、４０℃前後がより好ましい。また、本装置１００は、断熱材が内設され、保温性が高められている。

撹拌装置７５は、タイマーを介して所定時間作動し停止する。本装置１００において、油脂は６時間前後で約８０％以上に分解されるので、特に限定はないが、撹拌装置７５の作動時間は通常６時間前後に設定すれば十分である。

撹拌装置７５の作動の停止後も、エアレーション装置８０とヒーター８３は引き続き作動し、油脂の分解により生成した脂肪酸は微生物により更に炭酸ガスと水へと分解される。所定時間の経過後、タイマーを介して、排出口６２に設けられた電磁弁６３が作動し、排出口６２が開の状態になり、分解処理された廃水が排出される。

上記の本装置１００による一連の動作は、配電盤に設けられた回路により制御される。 また、本装置１００の排出口６２は、容器本体６０の下端から全体の高さの約４分の１の位置に形成されているので、微生物が含まれる分解処理された廃水が排出された後も一部の廃水が残存する。グリーストラップＧ内の油脂分を長期に亘り放置するとスカムとなって悪臭を放つようになるので、原則として上記の一連の動作は２４時間の周期でを繰り返すことが好ましい。これにより、エアレーション装置８０とヒーター８３が継続して作動することで、残存した廃水に含まれる微生物は増殖・活性化し、約１ヶ月間は補填することなく含油脂廃水の処理が行える。また、固定化リパーゼＥも酵素ホルダー７０から流失することがなく、約１ヶ月間は酵素活性を維持する。処理された廃水は厨房などの排出口に排出することができるが、これをグリーストラップＧに戻し、グリーストラップＧを介して排出しても良い。処理された廃水をグリーストラップＧを介して排出することにより、下水道などと連通する排水口のない場合、別途、これを設ける必要がなく、また、分解処理された廃水をグリーストラップＧ内の水で更に希釈化して排水できる。

また、容器本体６０の底部は、メンテナンス用排出口６５に向け次第に下がるテーパーが形成されているので、ドレーンバルブを開にすることで容器本体６０内に溜まる廃水を
メンテナンス用排出口６５から完全に排出でき、本装置１００内の洗浄作業も容易で、また、汚れた廃水に触れることもないので、メンテナンスに利便である。

次いで、本発明を実施例を挙げて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

上記で説明した本装置１００を使用し油脂の処理を行った。水とサラダ油が入った本装置１００内に微生物製剤を投入し、酵素ホルダー７０内に固定化リパーゼＥを投入した。 撹拌装置７５を作動させ、撹拌を開始した。撹拌と同時にエアレーション装置８０とヒーター８３を作動させた。６時間経過後、撹拌を停止して本装置１００内から測定用サンプルを採取し、油脂の分解率を調べた。本装置１００は、撹拌の停止後も引き続き１８時間に亘り稼働させた。
処理条件は、以下の通りであった。
固定化リパーゼＥの投入量：１００ｇ、酵素ホルダー６０の網目の大きさ：１０メッシュ、撹拌装置６５の回転数：５５０ｒｐｍ、微生物製剤の投入量：５０ｇ、運転時間：２４時間（うち、撹拌は最初から６時間）、処理温度：４０℃、油脂分の投入量：１００Ｌの水にサラダ油６００ｇ、微生物製剤：ダイナトリート２０００（ENVIRONMENTAL DYNAMICS ,INC製）

また、酵素ホルダー７０に投入された固定化リパーゼＥは以下のように調製した。担体のアキュレル（アクゾノーベル社製）５００ｇを４０Ｌのポリ容器に秤取し、ここに６．２Ｌのエタノールを加え、担体が沈むまで十分に撹拌して湿潤させた。デカンテーションで３．７Ｌのエタノールを除去した後、０．１Ｍリン酸緩衝液（リン酸一カリウム＋リン酸二ナトリウム、ｐＨ７．０）１２．５Ｌを添加し３０分撹拌した。次いで、酵素ホルダーの網目と同じメッシュのネットで濾別した。濾別後、担体にリパーゼＡＹ「アマノ」（天野エンザイム社製、リパーゼ活性３０，０００ｕ／ｇ）１３０９ｇを含む０．１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）６．２Ｌを添加し、低温室（４〜１０℃）で２４時間撹拌した。撹拌後、再度、前記のネットで濾別し、さらに電気恒温式真空乾燥機（株式会社精工科学器械製作所製）で真空乾燥（３０℃、２４〜４８時間、２４時間目で乾燥状態を判断する）を行い固定化リパーゼを得た。この方法で固定化リパーゼの製造を２回行い、それぞれ５８０ｇと５７０ｇ合わせて１１５０ｇの固定化リパーゼを得た。固定化リパーゼの平均の固定化率（固定化に使用したリパーゼの総活性−未固定リパーゼの総活性）は、５０．２％であった。また、固定化リパーゼの平均の酵素力価は、３４，０００ｕ／ｇであった。さらに、固定化リパーゼＥの平均粒径は、３ｍｍで、嵩比重は０．１６５であった。

油脂分の分解率は、固定化リパーゼＥで分解した後の油脂分の酸価を測定し、この酸価を１９５で除して百分率として求めた。酸価の測定は、基準油脂分析試験法（社団法人 日本油化学会編纂、１９９６）の２３．酸価（２．３．１−１９９６）に従い行った。

結果は、表１に示した。含油脂廃水を撹拌しながら固定化リパーゼＥを６時間作用させることで、油脂は分解率９２％で脂肪酸とグリセリンに分解された。また、分解された脂肪酸は微生物が作用して、２４時間後には完全に炭酸ガスと水にまで分解されていた。なお、表１のｎ−ヘキサン抽出物質換算量（ mｇ／Ｌ）は、サンプルをイヤトロスキャン法により測定し換算して求めた。

本装置１００及び本処理法によれば、グリーストラップＧ内の含油脂廃水の油脂は、より確実に炭酸ガスと水にまで分解処理でき、しかも短時間で分解処理できることが明らかとなった。

実施の形態に係る含油脂排水処理装置の模式的な断面図である。 実施の形態に係る含油脂排水処理装置の平面図である。 実施の形態に係る含油脂排水処理装置の使用状況及び吸引装置の説明図である。 従来の含油脂排水処理装置の正面図である。

符号の説明

６０ 容器本体
６１ 取入口
６２ 排出口
７０ 酵素ホルダー
７５ 撹拌装置
７６ 撹拌棒
８０ エアレーション装置
８１ エアーポンプ
８２ エアー排出管
８３ ヒーター
９０ 吸引装置
９１ 収容筐体
９２ 水中ポンプ
９４ 含油脂廃水回収容器
１００ 含油脂廃水処理装置

Claims (7)

1. グリーストラップ内の含油脂廃水の油脂を固定化リパーゼと有機物を資化する微生物との作用により分解処理する含油脂廃水処理装置であって、吸引して取り出されたグリーストラップ内の上層に溜まる油脂に富む含油脂廃水を取入れる取入口と分解処理された廃水の一部を残して排出可能に形成された排出口とを有する容器本体と、該容器本体内に設けられ、流失を防止しつつ固定化リパーゼを収容する前記含油脂廃水が通過自在な酵素ホルダーと、撹拌羽根が設けられた撹拌棒がモータにより駆動され、前記酵素ホルダー内で回転する撹拌装置と、を備え、グリーストラップの外部に設置されてなることを特徴とする含油脂廃水処理装置。
2. グリーストラップ内の上層に溜まる油脂に富む含油脂廃水を吸引する吸引手段を備えてなることを特徴とする請求項１記載の含油脂廃水処理装置。
3. 吸引手段は、グリーストラップ内に配置される上部に開口を有する収容筐体と、該収容筐体内に設置・収容される吸引ポンプと、前記収容筐体と連通する上部に開口を有する含油脂廃水回収容器とからなり、前記収容筐体の上端と前記含油脂廃水回収容器の上端は吸引する所定の油脂に富む含油脂廃水層の下層位に配置されてなることを特徴とする請求項２記載の含油脂廃水処理装置。
4. 散気手段及び／又は加温手段を備えてなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の含油脂廃水処理装置。
5. 固定化リパーゼの嵩比重が０．１５〜０．２であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の含油脂廃水処理装置。
6. グリーストラップ内の上層に溜まる油脂に富む含油脂廃水を吸引して取り出し、該含油脂廃水を請求項１〜請求項５のいずれかに記載の含油脂廃水処理装置内に取入れ、固定化リパーゼと有機物を資化する微生物とを作用させて前記含油脂廃水の油脂を分解処理し、分解処理後の廃水の一部を前記含油脂廃水処理装置内に残して排出することを特徴とする含油脂廃水の処理方法。
7. 分解処理後の廃水をグリーストラップ内に戻し、グリーストラップを介して下水などに排出することを特徴とする請求項６記載の含油脂廃水の処理方法。

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