JP6424465B2 - 飼料用添加物の生産方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、有機性排水を用いて畜産、水産等に使用する飼料添加物を効率的に生産する方法及び装置に関する。

世界的な天然資源の枯渇に伴い、養殖の飼料原料となる魚粉などの動物性たんぱく質が減少し、その価格も高騰している。植物性の代替たんぱく質が利用されつつあるが、消化性や嗜好性が低く、そのため飼料効率が低いなど問題があり、安価な動物性たんぱく質が求められている。

海産魚の種菌等の生産用の動物性飼料としてワムシが広く用いられている。ワムシの培養方法として、特許文献１（特開昭５７−６５１３７）には、食品加工排水などの有機性排水の生物処理汚泥を流下させてワムシを培養することが記載されている。特許文献２（特開２００６−２４７４９４）には分散性細菌生成槽と、それに続く微小動物処理槽で有機排水を好気性生物処理することが記載されている。

分散性細菌生成槽と微小動物培養槽で有機排水を処理し、微小動物含有率の高い余剰汚泥を生成して、これを飼料用添加物とする方法では、微小動物が効率よく増殖できるように、分散性細菌生成槽の滞留時間やＤＯ（溶存酸素）を調整したり、微小動物培養槽のＢＯＤ／汚泥負荷やＳＲＴ（汚泥滞留時間）を調節したりしている。しかし、原水として負荷変動の大きい排水、例えば食品系排水、下水などを対象とする場合、濃度や水量の変動が大きく、分散性細菌生成槽の条件と微小動物培養槽の条件をともに最適に保つのはきわめて困難であった。このため、培養される微小動物の個体数が大きく変化することがあり、ひいては生産される飼料用添加物の質も大きく変化することがあった。

特開昭５７−６５１３７ 特開２００６−２４７４９４

本発明は、原水の負荷変動が大きい場合であっても、微小動物を安定して培養して飼料添加物として得ることができる飼料用添加物の生産方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明の飼料用添加物の生産方法は、有機性排水を、第１生物処理槽に導入して細菌により好気性生物処理して分散性細菌を含む第１生物処理液を得る第１生物処理工程と、第１生物処理液を第２生物処理槽に導入して活性汚泥処理して第２生物処理液を得る第２生物処理工程と、第２生物処理槽の槽内汚泥の一部を取り出して飼料用添加物の原料として得る汚泥分離工程とを有する主処理工程により飼料用添加物を生産する方法において、該第１生物処理槽の槽負荷が所定範囲となるように有機性排水の少なくとも一部を副処理工程に供給して処理することを特徴とするものである。

本発明の飼料用添加物の生産装置は、有機性排水を受け入れて細菌により好気性生物処理して分散性細菌を含む第１生物処理液を得る第１生物処理槽と、第１生物処理液を受け入れて活性汚泥処理して第２生物処理液を得る第２生物処理槽と、第２生物処理槽の槽内汚泥の一部を取り出して飼料用添加物として得る汚泥分離手段とを有する主処理装置により飼料用添加物を生産する装置において、該第１生物処理槽の槽負荷が所定範囲となるように有機性排水の少なくとも一部を受け入れて処理する副処理装置を備えたことを特徴とするものである。

第１生物処理槽の槽負荷は、２〜３０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙから選択された負荷範囲であることが好ましい。

第２生物処理槽のＳＲＴが１０〜４０日であり、主処理装置入口の原水に対して槽負荷が１〜５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙであることが好ましい。

本発明では、第１生物処理槽の前段に、有機性排水中の固形分及び／又は油分を取り除くための前処理手段を設けてもよい。

本発明では、副処理工程は、固定床を用いた好気性生物処理であり、槽負荷１〜５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙ以下であることが好ましい。

本発明の飼料用添加物の生産方法及び装置では、飼料用添加物を生産する主処理工程（主処理装置）の第１生物処理槽の槽負荷が２〜３０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙの範囲から選ばれた一定の負荷を超える場合には、有機性排水の所定範囲を超える部分を別の副処理工程（副処理装置）にて処理する。これにより原水負荷変動があっても、主処理工程で安定した微小動物の培養が可能となり、飼料用添加物の生産が可能となる。また、夏、冬で水温が変わった場合でも微小動物生産用の第２生物処理槽の条件を最適に維持できる。

実施の形態に係る飼料用添加物の培養方法及び装置のフロー図である。 比較例に係る飼料用添加物の培養方法及び装置のフロー図である。

本発明では、図１のように、有機性排水を必要に応じ設置される前処理手段１によって前処理し、固形分や油分を除去した後、主処理装置２に導入して処理し、有機性排水の負荷が大きいときには、有機性排水の少なくとも一部を副処理装置３に供給して処理する。前処理手段１は省略されてもよい。

主処理装置２では、有機性排水を第１生物処理槽（生物処理槽）１０にて好気的に処理して細菌を培養し、この第１生物処理槽１０からの第１処理水を第２生物処理槽（生物処理槽）２０に導入して第１処理水に含まれる分散菌を微小動物（原生動物、後生動物）に捕食させることにより微小動物を培養する。図１では、この第２生物処理槽２０からの第２処理水を沈殿槽３０に導入し、固液分離し、処理水を系外に取り出す。

第２生物処理槽２０内の汚泥の一部と、この沈殿槽３０で沈降した汚泥を濃縮槽４０に導入する。濃縮槽４０内には目合いの大きい第１の濾過材４１と目合いの小さい第２の濾過材４２とが設けられており、第１の濾過材４１を通過し、第２の濾過材４２を通過しない大きさの後生動物と汚泥を飼料用添加物又はその原料として収穫する。

副処理装置３は、散気管５１ａを備えた好気性生物処理槽５１と、沈殿槽５２とを有しているが、これに限定されない。好気性生物処理槽５１には固定床が設けられてもよい。

＜有機性排水＞
有機性排水としては、食品工場排水（例えば食品工場からの煮汁）、魚粉分散水、畜産排水、血液排水、米とぎ排水等の穀物粉末分散水、生ごみ破砕物の分散水、廃牛乳、廃飲料、サプリメント製造排水、飼料製造工場排水、下水などが例示される。この有機性排水は、糖質および／または粗脂肪を合わせて１０ｗｔ％以上、例えば２０〜４０ｗｔ％含んでもよい。これらの成分は微小動物の増殖に必要な成分である。

＜前処理手段＞
前処理手段１は、後段の生物処理槽１０，２０の運転条件に影響を与える固形物や油分などが排水中に含まれる場合に用いられることが好ましい。有機性排水から固形物を除去する手段としてはスクリーン、固形物沈殿槽などを用いることができる。油分除去手段としては、加圧浮上型分離装置などを用いることができる。固形物除去手段および油分除去手段の両方を用いてもよい。

＜第１生物処理槽＞
前処理手段１からの有機性排水を第１生物処理槽１０に一過式に、好ましくは滞留時間２〜１５時間となるよう連続的に通水し、細菌によりＢＯＤ成分（有機成分）を菌体に変換（菌体培養）する。

この第１生物処理槽１０では、ワムシ等の微小動物の餌となる細菌を培養する。ワムシ等の微小動物の餌となる細菌は、３〜１０μｍ程度、特に５〜１０μｍの微小フロックを形成しており、かつたんぱく質、糖質が豊富なものが好適である。

このような微小フロックの分散性細菌は、たんぱく質及び糖質を含む基質、望ましくは可溶性の高分子化合物を基質として、滞留時間２〜１０時間程度で好気性条件下、連続培養することにより得られる。第１生物処理槽１０としては、ＤＯ濃度を１ｍｇ／Ｌ未満とした槽を用いてもよい。図１のように、第１生物処理槽１０に攪拌機１ａを設けて強攪拌し、分散性細菌が粗大フロック化することを抑制することが望ましい。

第１生物処理槽１０のｐＨは５〜９が好ましく、基質に油を含む場合は、やや高め、具体的には８〜９程度が好ましい。

第１生物処理槽１０の滞留時間は、前述の通り２〜１５時間が好ましいが、有機性排水として溶解性の可溶性でんぷん、魚肉エキス等を使用する場合は２〜８時間程度、魚粉や穀物粉末等固形性のものを用いる場合は６〜１５時間程度が好ましい。

第１生物処理槽１０の温度は２５〜３５℃が好ましいが、１０〜４０℃の範囲であればよい。

このような条件で細菌を培養することにより、投入した有機性排水中の有機物重量の４０〜７０％例えばほぼ５０％の、栄養価の高い、微小動物の捕食に好適な分散菌が連続的に生産される。この有機性排水中のたんぱく質含有量が多いため、細菌はアミノ酸を豊富に含んだものとなり、その結果、この細菌を捕食した微小動物もアミノ酸を多く含むものとなる。

第２生物処理槽２０では、微小動物を連続的に培養する。培養開始時は、好ましくは微小動物を少量添加すると共に、場合によっては、食品工場等の活性汚泥等を添加し、散気管２１等の曝気手段により曝気してＤＯを好ましくは１ｍｇ／Ｌ以上例えば２〜８ｍｇ／Ｌに維持しながら、第１生物処理槽１０からの第１処理水を添加する。この添加は連続式とすることが好ましいが、初期は回分式の添加でもよい。第２生物処理槽２０は、ｐＨを７〜８に維持することが望ましい。第２生物処理槽２０の温度を２５〜３０℃に維持すると、一日あたり後生動物の重量とほぼ同量の細菌を食するので、これを目安に第１処理水を添加するのが好ましい。

第２生物処理槽２０は、ＳＲＴ１０〜４０日、主処理装置の入口の原水に対して槽負荷１〜５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙの範囲の中から選ばれた一定のＳＲＴかつ槽負荷となるよう、排水を供給するのが好ましい。最適な槽負荷、ＳＲＴは排水の種類、特に有機物の種類によって異なる。

たとえば、タンパク質と糖を５０％ずつ含む溶解性の食品排水では、温度２５℃の場合、槽負荷４ｋｇ／ｍ^３／ｄａｙ、ＳＲＴ１５日程度が最適であり、負荷、ＳＲＴとも上下２０％程度以内の範囲に維持することが好ましい。

また、大豆の煮汁排水の場合は槽負荷３．５ｋｇ／ｍ^３／ｄａｙ、ＳＲＴ２０日程度が最適であり、負荷、ＳＲＴとも上下２０％以内の範囲に維持することが好ましい。

また、最適な槽負荷、ＳＲＴは温度によっても変化し、温度が１０℃上がると槽負荷は２倍になり、ＳＲＴは半分程度になる。

したがって、夏と冬で水温が２０℃違う場合、第２生物処理槽２０の負荷を夏場には年間平均値の２倍に、冬場には年間平均値の半分にすることで、第２生物処理槽２０の条件を微小動物生産に最適に維持できる。負荷の変動分は副処理装置３で処理する。

この操作を継続すると、第２生物処理槽２０の微小動物を含む固形物は、乾燥重量で３〜１０ｇ／Ｌ程度の濃度で安定する。槽内の微小動物種は、後生動物であるワムシ類を主体とし、ゾウリムシ、アルテミア類、ミジンコ類等を少量含むものとなる。

この第２生物処理槽２０からの第２処理水を沈殿槽３０に導入し、固液分離し、処理水を系外に取り出す。

後生動物を収穫するには、濃縮槽４０内の上段側に第１の濾過材４１を張設し、下段側に第２の濾過材４２を張設し、第１の濾過材４１の上側に第２生物処理槽２０の沈降汚泥と、沈殿槽３０の沈降汚泥とを導入する。第１の濾過材４１を通過するが、第２の濾過材４２を通過しない大きさの後生動物と汚泥を濃縮槽４０から取り出し、後生動物含有汚泥を飼料用添加物の原料として収穫する。

第１の濾過材４１の目合いは５００〜２０００μｍ特に１０００〜１５００μｍが好適であり、第２の濾過材４２の目合いは２０〜５０μｍ特に２０〜３０μｍが好適である。これにより、粒径２０〜２０００μｍ特に５０〜５００μｍの後生動物含有汚泥が飼料用添加物として濃縮槽４０から収穫される。

第１の濾過材４１不通過の粒径の大きい汚泥と、第２の濾過材４２を通過した微細汚泥、分散菌、後生動物及び溶解性有機成分等を含む液分とを第２生物処理槽２０に返送することが好ましい。

なお、沈殿槽３０からの汚泥のみを濃縮槽４０に導入してもよい。

後生動物の収穫に当たっては、全量ではなく一部の後生動物を残すように収穫することが望ましい。毎日１回、前日に増えた分のみ収穫するようにしてもよい。後生動物の増える量（重量）は、与えた細菌の重量の２０〜４０％である。前述の通り、第１生物処理槽１０では、投入した糖類、たんぱく質の約５０％が細菌に変換されるので、第１生物処理槽１０に投入した糖類及びたんぱく質の１０〜２０ｗｔ％程度の後生動物が生産される。

副処理工程は、一般的な有機性廃水処理システムを活用することができる。ただし負荷変動に耐えられるよう（無負荷の状態が数日続いても固定床内部で汚泥が保持できるよう）固定床を用いた好気性生物処理が好ましい。固定床としては、生物膜濾過や浸漬濾床等の固定床が望ましい。固定床であれば流動床のように汚泥剥離が少なく、担体の表面や間隙に汚泥を大量に保持できる。汚泥が槽内で保持されているため、数日間、無負荷の状態が続き、その後負荷がかかった場合でも、処理が滞ることはない。固定床の担体としては、表面だけでなく間隙部にも汚泥の保持ができるよう、多孔質状のセラミック濾材や、プラスチック濾材やスポンジが望ましい。なお、曝気量はＤＯが１〜３ｍｇ／Ｌになるように、曝気量を管理する。副処理工程の槽負荷は０〜５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙが好ましい。

第１生物処理槽１０の負荷を所定範囲に維持するためには、第１生物処理槽（分散性細菌生成槽）１０の槽負荷が所定負荷（２〜３０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙの間から選定された負荷範囲）となるように有機性排水を主処理装置２に供給し、主処理装置２に供給されなかった有機性排水を副処理装置３に供給して処理する。

本発明の一態様では、予め前処理槽１のＴＯＣ濃度を測定して第１生物処理槽１０が所定範囲の槽負荷を得るための第１生物処理槽１０への流量（設計流量）を予め算出しておき、まず運転開始時（再開時）は前処理槽１からの有機性排水の全量を主処理装置２に通水し、所定水位に達すると、次いで通常運転時は前処理槽１からの有機性排水の一部を副処理装置３に分岐して第１生物処理槽１０への流量が設計流量となるように流量調整することで第１生物処理槽１０の槽負荷を所定範囲に維持するようにしたものである。この際、例えば分岐点と第１生物処理槽１０の間の配管に流量計と流量調整弁を介設するなどして流量制御することができる。なお第１生物処理槽１０の槽負荷の変動幅が小さいほど望ましく例えば±５０％程度の範囲内で維持することが望ましい。
このように本発明は原水の負荷変動によらず安定して微小動物を培養できるように主処理装置２の負荷制御をすることが狙いであるから副処理装置３の処理水や分離汚泥を主処理装置２内に供給することはしない。

このように、有機物の余剰の負荷を副処理装置３に逃がすことで、原水の負荷が変動しても、主処理装置２の運転条件を一定に維持できるようになるため、安定して微小動物含有量の多い飼料用添加物を生産することができる。

収穫した後生動物を含む汚泥は、そのまま飼料用添加物とされてもよく、脱水されて飼料用添加物とされてもよく、乾燥されてから飼料用添加物とされてもよい。また、その他の添加物が添加されてもよい。その他の添加物としては、ビタミン、ミネラル、抗生物質、食品添加物などが例示される。

本発明方法によって製造された飼料用添加物を、魚粉などの飼料と混合することにより混合飼料が製造される。混合飼料中の飼料用添加物の好ましい配合量は、混合飼料を１０５℃で恒量になるまで乾燥した状態において０．５〜４０ｗｔ％特に１〜２０ｗｔ％である。

飼料としては、魚粉、穀物類、大豆類、グルテンミール、小麦粉、飼料用酵母、油脂類などの１種又は２種以上を用いることができる。

＜実施例１＞
図１のフローに従って下記条件で原水として魚煮汁排水を用いて微小動物を培養し、後生動物含有汚泥を収穫した。なお、第１の濾過材４１の目合いは１０００μｍ、第２の濾過材４２の目合いは２０μｍである。第１の濾過材４１不通過の汚泥と第２の濾過材４２通過液との全量を第２生物処理槽２０に返送した。

なお、原水中の油分やＳＳは前処理槽１で除去した。また本実施例では、第１生物処理槽の槽負荷が２８ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙ程度に維持されるように原水供給を流量制御し、余剰分の原水は分岐して副処理装置３に送液した。原水は高負荷であったが易分解性であるタンパク質の廃液であったため本装置で処理可能であった。

原水（有機性排水）：
たんぱく質５０ｗｔ％、糖質３０ｗｔ％、粗脂肪１０ｗｔ％を含む魚煮汁排水
原水濃度は１〜２ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３、原水量は１０〜１５ｍ^３／ｈｒの間で変動
第１生物処理槽１０
撹拌強度Ｇ値：５ｓ^−１
ＤＯ：２ｍｇ／Ｌ
温度：２７℃
槽容量：８．５ｍ^３
第２生物処理槽２０
ＤＯ：２ｍｇ／Ｌ
温度：２７℃
槽容量：１２０ｍ^３
副処理装置３
ＤＯ：２ｍｇ／Ｌ
温度：２７℃
固定床：槽容積に対してプラスチック濾材を４０％添加
槽容量：１６０ｍ^３

濃縮槽４０において収穫した後生動物含有汚泥を分取し、遠心脱水機で９０ｗｔ％に脱水し、１０５℃で恒量になるまで乾燥させた。この乾燥汚泥の一部を分取し、後生動物を取り出して、微小動物含有率を測定したところ、乾燥汚泥に対し１０ｗｔ％であった。
一方、副処理装置３は原水負荷が大きく変動したが、負荷変動に強い活性汚泥処理であったため負荷変動を吸収して安定して処理水を得られた。

＜比較例１＞
図２の通り、前処理手段１及び副処理装置３を省略したこと以外は実施例１と同一フローにて同一の原水を用いて後生動物を培養した。

この比較例１では、第１生物処理槽１０の槽負荷が６ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙを超える運転条件となった。

この運転条件下で収穫した微小生物含有汚泥の一部を分取し、遠心機脱水機で９０ｗｔ％以下に脱水し、１０５℃で恒量になるまで乾燥させた。この乾燥汚泥の一部を分取し、後生動物含有率を測定したところ、乾燥汚泥に対しほぼ０％であり、飼料原料として不適な収穫物となった。

＜比較例２＞
図２のように、図１の副処理装置３を主処理装置２ａに置き換えて同一の処理装置を２系列設けたフローとして、各系列に均等な流量で原水を通水したこと以外は実施例１と同等の条件として微小動物を培養し、後生動物含有汚泥を収穫した。

原水（有機性排水）：
たんぱく質５０ｗｔ％、糖質３０ｗｔ％、粗脂肪１０ｗｔ％を含む魚煮汁排水
原水濃度は１〜２ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３、原水量は１０〜１５ｍ^３／ｈｒの間で変動
第１生物処理槽１０、１０ａ
撹拌強度Ｇ値：５ｓ^−１
ＤＯ：２ｍｇ／Ｌ
温度：２７℃
槽容量：８．５ｍ^３
第２生物処理槽２０、２０ａ
ＤＯ：２ｍｇ／Ｌ
温度：２７℃
槽容量：１２０ｍ^３

比較例２では単に原水負荷を２系列に分散しているだけであるため、第１生物処理槽１０、１０ａの槽負荷は共に変動した。その結果、濃縮槽４０、４０ａにおいて収穫した後生動物含有汚泥を分取し、遠心脱水機で９０ｗｔ％に脱水し、１０５℃で恒量になるまで乾燥させた。この乾燥汚泥の一部を分取し、後生動物を取り出して、微小動物含有率を測定したところ、乾燥汚泥に対しほぼ０ｗｔ％であり、飼料原料として不適な収穫物となった。

以上の実施例及び比較例により、本発明によると、原水の濃度や水量の変動が大きい場合も安定して微小動物を培養することができることが認められる。

１ 前処理手段
２，２ａ 主処理装置
３ 副処理装置
１０，１０ａ 第１生物処理槽
２０，２０ａ 第２生物処理槽
２１，２１ａ 散気管
３０，３０ａ 沈殿槽
４０，４０ａ 濃縮槽
４１，４１ａ 第１の濾過材
４２，４２ａ 第２の濾過材

Claims (3)

1. 有機性排水を、第１生物処理槽に導入して細菌により好気性生物処理して分散性細菌を含む第１生物処理液を得る第１生物処理工程と、
   第１生物処理液を第２生物処理槽に導入して活性汚泥処理して第２生物処理液を得る第２生物処理工程と、
   第２生物処理槽の槽内汚泥の一部を取り出して飼料用添加物として得る汚泥分離工程と
   を有する主処理工程によって飼料用添加物を生産する方法において、
   該第１生物処理槽の槽負荷が所定範囲となるように有機性排水の少なくとも一部を好気性生物処理槽を有する副処理工程に供給して好気性生物処理する飼料用添加物の生産方法であって、
   第１生物処理槽の槽負荷は、２〜３０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ ^３ ／ｄａｙから選択された負荷範囲であり、
   第１生物処理槽の前段に、有機性排水中の固形分及び／又は油分を取り除くための前処理手段が設置されており、
   予め前処理槽のＴＯＣ濃度を測定して第１生物処理槽が所定範囲の槽負荷を得るための第１生物処理槽への流量（設計流量）を予め算出しておき、該前処理槽からの有機性排水の一部を副処理装置に分岐して第１生物処理槽への流量を調整することで第１生物処理槽の槽負荷を所定範囲に、かつ第１生物処理槽の槽負荷の変動幅を±５０％の範囲内とすることを特徴とする飼料用添加物の生産方法。
2. 請求項１において、副処理工程は、固定床を用いた好気性生物処理であり、槽負荷が０〜５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙ以下であることを特徴とする飼料用添加物の生産方法。
3. 請求項１又は２において、第２生物処理工程における第２生物処理槽の汚泥滞留時間が１０〜４０日であり、第１生物処理槽の入口の原水に対して、槽負荷が１〜５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙであることを特徴とする飼料用添加物の生産方法。

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