JP6846276B2

JP6846276B2 - Biomass processing method

Info

Publication number: JP6846276B2
Application number: JP2017086651A
Authority: JP
Inventors: 聡川▲尻▼
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2017-04-25
Filing date: 2017-04-25
Publication date: 2021-03-24
Anticipated expiration: 2037-04-25
Also published as: JP2018183735A

Description

本発明は、バイオマスの処理方法に関する。 The present invention relates to a method for treating biomass.

特許文献１には、有機性廃棄物の処理方法に関する技術が開示されている。この先行技術では、有機性廃棄物を水熱処理することにより得られた固体炭化物含有の固液混合処理物を、タール分捕獲機能付きろ過部に通してタール分を含まない液体部分を取り出し、得られた液体を用いてメタン発酵を行うことを特徴としている。 Patent Document 1 discloses a technique relating to a method for treating organic waste. In this prior art, a solid-liquid mixture containing solid carbides obtained by hydrothermally treating organic waste is passed through a filter with a tar capture function to extract a tar-free liquid portion. It is characterized by performing methane fermentation using the obtained liquid.

特許文献２には、バイオマス資源の高効率利用方法に関する技術が開示されている。この先行技術では、バイオマスをメタン発酵処理して得られるメタンガスを、該メタン発酵処理によって生じた残渣及び消化液を水熱処理して得られるメタンガスと併せて回収することを特徴としている。 Patent Document 2 discloses a technique relating to a highly efficient utilization method of biomass resources. This prior art is characterized in that the methane gas obtained by methane fermentation treatment of biomass is recovered together with the methane gas obtained by hydrothermal treatment of the residue and digestive juice produced by the methane fermentation treatment.

ここで、バイオマスをメタン発酵してメタンを製造すると、数週間以上の発酵期間が必要である。よって、メタン製造におけるメタン発酵期間を短縮することが望まれている。 Here, when methane is produced by methane fermentation of biomass, a fermentation period of several weeks or more is required. Therefore, it is desired to shorten the methane fermentation period in methane production.

特許２００７−３３０９３１号公報Japanese Patent No. 2007-330931 特許２００８−０４３９０２号公報Japanese Patent No. 2008-043902

本発明は、バイオマスのメタン製造におけるメタン発酵期間を短縮することが目的である。 An object of the present invention is to shorten the methane fermentation period in the production of biomass methane.

第一態様は、バイオマスを水熱可溶化処理する水熱可溶化工程と、前記水熱可溶化工程で得られた固液混合物を固液分離する可溶化液分離工程と、前記可溶化液分離工程で分離された可溶化液を濃縮する濃縮工程と、前記濃縮工程で得られた濃縮液をメタン発酵する発酵工程と、を備えたバイオマスの処理方法である。 The first aspect is a hydrothermal solubilization step of hydrothermally solubilizing biomass, a solubilizing solution separation step of solid-liquid separating the solid-liquid mixture obtained in the hydrothermal solubilization step, and the solubilizing solution separation. This is a biomass treatment method including a concentration step of concentrating the solubilized solution separated in the step and a fermentation step of methane fermentation of the concentrate obtained in the concentration step.

第一態様のバイオマスの処理方法では、バイオマスを水熱可溶化処理した固液混合物を固液分離し、分離された可溶化液を濃縮した濃縮液をメタン発酵することで、濃縮されていない可溶化液をメタン発酵する場合やバイオマスをそのままメタン発酵する場合と比較し、メタン発酵期間が短縮される。 In the method for treating biomass of the first aspect, the solid-liquid mixture obtained by hydrothermally solubilizing the biomass is separated into solid and liquid, and the concentrated solution obtained by concentrating the separated solubilized solution is methane-fermented so that the biomass is not concentrated. The methane fermentation period is shortened as compared with the case where the solution is methane-fermented or the biomass is methane-fermented as it is.

また、濃縮されていない可溶化液をメタン発酵する場合やバイオマスをそのままメタン発酵する場合と比較し、小さな発酵槽でのメタン発酵が可能となる。別の観点から説明すると、濃縮されていない可溶化液よりも少ない量の濃縮液で、同量のメタンを得ることができる。 Further, methane fermentation in a small fermenter becomes possible as compared with the case where the unconcentrated solubilized solution is methane-fermented or the biomass is methane-fermented as it is. From another point of view, the same amount of methane can be obtained with a smaller amount of concentrate than the unconcentrated solubilizer.

また、可溶化液分離工程で固液分離されているので、メタン発酵で得られる液体成分には、固体の残渣が無い又は殆ど無い。よって、メタン発酵で得られる液体成分を液肥として直接利用可能である。また、濃縮されているので、液肥としての利用価値が高い。 Further, since the solid-liquid separation is performed in the solubilization liquid separation step, the liquid component obtained by methane fermentation has no or almost no solid residue. Therefore, the liquid component obtained by methane fermentation can be directly used as liquid fertilizer. Moreover, since it is concentrated, it has high utility value as liquid fertilizer.

また、可溶化液分離工程で分離された固体成分（可溶化残渣）は、堆肥として利用可能である。 Further, the solid component (solubilized residue) separated in the solubilizing solution separation step can be used as compost.

第二態様は、前記濃縮工程は、分子量が１０００を超える成分を分画分子量基準で９０％以上分離除去可能な膜で分離する第一濾過工程と、前記第一濾過工程で分離された透過液を一又は二以上の膜で酢酸を主成分とする有機酸を分離して濃縮し、前記濃縮液にする第二濾過工程と、を備えた第一態様に記載のバイオマスの処理方法である。 In the second aspect , the concentration step includes a first filtration step of separating components having a molecular weight of more than 1000 with a membrane capable of separating and removing 90% or more based on the fractional molecular weight, and a permeate separated by the first filtration step. The method for treating biomass according to the first aspect , which comprises a second filtration step of separating and concentrating an organic acid containing acetic acid as a main component with one or more membranes to prepare the concentrated solution.

第二態様のバイオマスの処理方法では、第一濾過工程で分子量が１０００を超える成分を分離除去することで、第二濾過工程での濃縮効率が向上する。また、メタン発酵を阻害する成分（タンパク質及びその他窒素が含まれる成分）が除去されるので、メタン発酵の発酵効率が向上する。 In the biomass treatment method of the second aspect, the concentration efficiency in the second filtration step is improved by separating and removing the components having a molecular weight exceeding 1000 in the first filtration step. In addition, since components that inhibit methane fermentation (proteins and other components containing nitrogen) are removed, the fermentation efficiency of methane fermentation is improved.

第三態様は、前記水熱可溶化工程の前に、前記バイオマスを摩砕処理する摩砕工程と、前記摩砕工程で得られた摩砕物を固液分離する摩砕物分離工程と、前記摩砕物分離工程で分離された液体成分をタンパク熱凝固処理する凝固工程と、前記凝固工程で得られたタンパク凝固液を固液分離するタンパク凝固液分離工程と、を有し、前記水熱可溶化工程では、前記摩砕物分離工程で分離された固体成分と、前記タンパク凝固液分離工程で分離された液体成分と、を水熱可溶化処理する、第一態様又は第二態様に記載のバイオマスの処理方法である。 The third aspect is a grinding step of grinding the biomass before the hydrothermal solubilization step, a grinding material separation step of solid-liquid separating the ground product obtained in the grinding step, and the grinding. It has a coagulation step of heat-coagulating the liquid component separated in the crushed material separation step and a protein coagulation liquid separation step of solid-liquid separation of the protein coagulation liquid obtained in the coagulation step, and the hydrothermal solubilization. In the step, the solid component separated in the ground product separation step and the liquid component separated in the protein coagulation liquid separation step are hydrothermally solubilized, and the biomass according to the first or second aspect is subjected to hydrothermal solubilization treatment. It is a processing method.

第三態様のバイオマスの処理方法では、水溶性タンパク質を多く含むバイオマスであっても、水溶性タンパク質を分離除去して濃縮し、メタン発酵することができる。 In the method for treating biomass according to the third aspect, even if the biomass contains a large amount of water-soluble protein, the water-soluble protein can be separated and removed, concentrated, and methane-fermented.

第四態様は、前記タンパク凝固液分離工程で分離された固体成分を乾燥させる乾燥工程と、前記可溶化液分離工程で分離された可溶化残渣でマゴットを繁殖させるマゴット繁殖工程と、を備えた第三態様に記載のバイオマスの処理方法である。 The fourth aspect includes a drying step of drying the solid component separated in the protein coagulating solution separation step, and a maggot breeding step of propagating the maggot with the solubilized residue separated in the solubilizing solution separation step. The method for treating biomass according to the third aspect.

第四態様のバイオマスの処理方法では、タンパク凝固液分離工程で分離された固体成分（タンパク固体）を乾燥させることで、飼料として利用することができる。 In the method for treating biomass according to the fourth aspect, the solid component (protein solid) separated in the protein coagulation liquid separation step can be dried and used as feed.

また、可溶化液分離工程で分離された可溶化残渣でマゴットを繁殖させることができる。なお、マゴット繁殖工程で、可溶化残渣をマゴットが食べることで、固体成分が唾液等の消化液で分解されるので、可溶化残渣を堆肥として利用可能となる。 In addition, the maggot can be propagated with the solubilized residue separated in the solubilizing solution separation step. In the maggot breeding step, when the maggot eats the solubilized residue, the solid component is decomposed by digestive juice such as saliva, so that the solubilized residue can be used as compost.

第五態様は、前記水熱可溶化工程では、１３０℃以上２００℃以下、且つ当該温度の飽和蒸気圧以上３ＭＰａ以下の環境下で水熱可溶化処理する、第一態様〜第五態様のいずれか一態様に記載のバイオマスの処理方法である。 Fifth aspect, in the hydrothermal solubilization step, 130 ° C. or higher 200 ° C. or less, and water thermal solubilization treatment in an environment below saturation vapor pressure on 3MPa of the temperature, one of the first aspect to fifth aspect The method for treating biomass according to one embodiment.

第五態様のバイオマスの処理方法では、１３０℃以上２００℃以下、且つ当該温度の飽和蒸気圧以上３ＭＰａ以下の環境下で、バイオマスを水熱可溶化処理することで、セルロース等の繊維質を除く有機成分を効率的に液体化することができる。 In the method for treating biomass of the fifth aspect , fibrous substances such as cellulose are removed by hydrothermally solubilizing the biomass in an environment of 130 ° C. or higher and 200 ° C. or lower and a saturated vapor pressure or higher and 3 MPa or lower at the temperature. The organic component can be liquefied efficiently.

本発明によれば、バイオマスのメタン製造におけるメタン発酵期間を短縮することができる。 According to the present invention, the methane fermentation period in the production of biomass methane can be shortened.

本発明の第一実施形態のバイオマスの処理方法の工程フロー図である。It is a process flow diagram of the biomass processing method of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態のバイオマスの処理方法の工程フロー図である。It is a process flow diagram of the biomass processing method of the 2nd Embodiment of this invention.

＜第一実施形態＞
本発明の第一実施形態のバイオマスの処理方法について説明する。 <First Embodiment>
The method for treating biomass according to the first embodiment of the present invention will be described.

［処理工程］
まず、本実施形態のバイオマスの処理工程１００について説明する。 [Processing process]
First, the biomass processing step 100 of the present embodiment will be described.

なお、バイオマスは、動植物に由来する生ゴミや食品産業廃棄物などの有機性資源である。また、本実施形態では、ジャガイモ等を主原料とする澱粉工場から出る廃液（ハイドロサイクロン排水又はセパレーター排水）や固体残渣（澱粉粕）の廃棄物等の水溶性タンパク質が含まれない又は少ししか含まれないバイオマス１０を利用している。 Biomass is an organic resource such as kitchen waste and food industrial waste derived from animals and plants. Further, in the present embodiment, water-soluble proteins such as waste liquid (hydrocyclone wastewater or separator wastewater) from a starch factory using potato or the like as a main raw material and waste of solid residue (starch meal) are not contained or are contained in a small amount. We are using the unusable biomass 10.

図１に示す工程フロー図のように、第一実施形態のバイオマスの処理工程１００では、まず水溶性タンパク質が含まれない又は少ししか含まれないバイオマス１０を水熱可溶化工程１０２で水熱可溶化処理する。この水熱可溶化処理では、バイオマス１０の繊維質（セルロースやヘミセルロース等）を除く有機成分を液体化する。別の観点から説明すると、水熱可溶化処理は、水分を多く含むバイオマスを効率よく低分子化する技術である。 As shown in the process flow chart shown in FIG. 1, in the biomass processing step 100 of the first embodiment, first, the biomass 10 containing no or little water-soluble protein can be hydrothermally solubilized in the hydrothermal solubilization step 102. Dissolve treatment. In this hydrothermal solubilization treatment, the organic components excluding the fibers (cellulose, hemicellulose, etc.) of the biomass 10 are liquefied. From another point of view, the hydrothermal solubilization treatment is a technique for efficiently reducing the molecular weight of biomass containing a large amount of water.

また、本実施形態では、温度が１３０℃以上２００℃以下、圧力が当該温度の飽和蒸気圧以上３ＭＰａ以下の条件下で水熱可溶化処理を行う。 Further, in the present embodiment, the hydrothermal solubilization treatment is performed under the conditions that the temperature is 130 ° C. or higher and 200 ° C. or lower and the pressure is the saturated vapor pressure or higher and 3 MPa or lower at the temperature.

次の可溶化液分離工程１０４では、前工程の水熱可溶化工程１０２で得られた固液混合物を可溶化液（液体成分）と可溶化残渣（固体成分）とに固液分離する。なお、本実施形態では、フィルタープレスによって固液混合物を固液分離する。 In the next solubilizing solution separation step 104, the solid-liquid mixture obtained in the hydrothermal solubilizing step 102 of the previous step is solid-liquid separated into a solubilizing solution (liquid component) and a solubilizing residue (solid component). In this embodiment, the solid-liquid mixture is solid-liquid separated by a filter press.

次の濃縮工程１０６では、前工程の可溶化液分離工程１０４で分離された可溶化液からメタン発酵に必要な酢酸を主成分とした有機酸を分離して濃縮する。本実施形態では、濃縮工程１０６は、第一濾過工程１１０、第二濾過工程（Ａ）１１２及び第二濾過工程（Ｂ）１１４の三つの工程で構成されている。 In the next concentration step 106, the organic acid containing acetic acid as a main component, which is necessary for methane fermentation, is separated from the solubilized solution separated in the solubilized solution separation step 104 of the previous step and concentrated. In the present embodiment, the concentration step 106 is composed of three steps: a first filtration step 110, a second filtration step (A) 112, and a second filtration step (B) 114.

第一濾過工程１１０では、可溶化液を、分子量が１０００を超える成分を分画分子量基準で９０％以上分離除去可能な市販の膜で分離（濾過）する。具体的には、ＭＦ（精密ろ過）膜又はＵＦ（限外ろ過）膜で分離する。なお、これらＭＦ（精密ろ過）膜又はＵＦ（限外ろ過）膜のいずれか一方だけでなく、これらを組み合わせて分離してもよい。この第一濾過工程１１０では、膜を透過した液が透過液であり、透過しなかった液が濃縮液（Ａ）である。 In the first filtration step 110, the solubilized solution is separated (filtered) by a commercially available membrane capable of separating and removing 90% or more of components having a molecular weight exceeding 1000 based on the fractional molecular weight. Specifically, it is separated by an MF (microfiltration) membrane or a UF (ultrafiltration) membrane. In addition, not only one of these MF (microfiltration) membranes or UF (ultrafiltration) membranes, but also these may be combined and separated. In this first filtration step 110, the liquid that has permeated the membrane is the permeated liquid, and the liquid that has not permeated is the concentrated liquid (A).

なお、一例として、ＵＦ（限外ろ過）膜を使用した場合の推奨運転条件は、ｐＨは１以上１１以下、圧力は０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下、温度は、０℃以上６０℃以下である。 As an example, when a UF (ultrafiltration) membrane is used, the recommended operating conditions are pH 1 or more and 11 or less, pressure 0.1 MPa or more and 1.0 MPa or less, and temperature 0 ° C or more and 60 ° C or less. is there.

第二濾過工程（Ａ）１１２及び第二濾過工程（Ｂ）１１４では、前工程の第一濾過工程１１０で分離した分離液から、酢酸を主成分とする有機酸を分離して濃縮する。具体的には、第二濾過工程（Ａ）１１２では、ＮＦ（ナノフィルター）膜で分離（濾過）し、第二濾過工程（Ｂ）１１４では、ＲＯ膜（逆浸透膜）で分離（濾過）を行う。なお、第二濾過工程（Ａ）１１２では、濾過膜を透過しなかった液が濃縮液（Ａ）であり、濾過膜を透過した液は透過液である。この透過液は、次工程の第二濾過工程（Ｂ）１１４に供給される。第二濾過工程（Ｂ）１１４では、濾過膜を透過しなかった液が濃縮液（Ｂ）であり、濾過膜を透過した液は透過液である。なお、この透過水は、後述する処理水１８である。 In the second filtration step (A) 112 and the second filtration step (B) 114, an organic acid containing acetic acid as a main component is separated and concentrated from the separation liquid separated in the first filtration step 110 of the previous step. Specifically, in the second filtration step (A) 112, separation (filtration) is performed by an NF (nanofilter) membrane, and in the second filtration step (B) 114, separation (filtration) is performed by an RO membrane (reverse osmosis membrane). I do. In the second filtration step (A) 112, the liquid that did not permeate the filtration membrane is the concentrated liquid (A), and the liquid that permeated the filtration membrane is the permeated liquid. This permeate is supplied to the second filtration step (B) 114 of the next step. In the second filtration step (B) 114, the liquid that did not permeate the filtration membrane is the concentrated liquid (B), and the liquid that permeated the filtration membrane is the permeated liquid. The permeated water is treated water 18, which will be described later.

ＮＦ（ナノフィルター）膜は、一例として分離性能がＭｇＳＯ４（硫酸マグネシウム、１２０．３６ｇ/ｍｏｌ）の阻止率として９７％以上の分離が可能な膜を使用する。また、その推奨運転条件は、一例としてｐＨが３以上１０以下、圧力が１．５ＭＰａ以上４．２ＭＰａ以下、温度が５℃以上５０℃以下である。 As an NF (nanofilter) membrane, for example, a membrane having a separation performance of 974 (magnesium sulfate, 120.36 g / mol) and a separation rate of 97% or more is used. The recommended operating conditions are, for example, a pH of 3 or more and 10 or less, a pressure of 1.5 MPa or more and 4.2 MPa or less, and a temperature of 5 ° C or more and 50 ° C or less.

ＲＯ膜（ＲｅｖｅｒｓｅＯｓｍｏｓｉｓ、逆浸透膜）は、一例として分離性能が塩類除去率９５％以上の分離が可能な膜を使用する。酢酸は透過しない。また、塩類（例えば、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ））よりも大きな無機成分も透過しない。なお、ＲＯ膜は、海水の淡水化膜として利用されている。また、推奨運転条件は、一例としてｐＨが２以上１１以下、圧力が１．５ＭＰａ以上４．２ＭＰａ以下、温度が５℃以上６０℃以下である。 As the RO membrane (Reverse Osmosis, reverse osmosis membrane), as an example, a membrane capable of separating with a salt removal rate of 95% or more is used. Acetic acid is impermeable. It also does not permeate inorganic components larger than salts (eg, sodium chloride (NaCl)). The RO membrane is used as a desalination membrane for seawater. The recommended operating conditions are, for example, a pH of 2 or more and 11 or less, a pressure of 1.5 MPa or more and 4.2 MPa or less, and a temperature of 5 ° C or more and 60 ° C or less.

濃縮工程１０６、すなわち第一濾過工程１１０、第二濾過工程（Ａ）１１２及び第二濾過工程（Ｂ）１１４で有機酸を分離濃縮して得られた濃縮液（Ａ）及び濃縮液（Ｂ）は、濃縮前よりも５倍から１０倍程度に濃縮されている。つまり、メタン発酵に必要な酢酸を主成分とした有機酸が、濃縮前よりも単位体積当たり５倍から１０倍程度多く含まれている。そして、得られた濃縮液（Ａ）、（Ｂ）を、次の発酵工程１２０でメタン菌によるメタン発酵によりメタン１２が製造される。 Concentrate (A) and concentrate (B) obtained by separating and concentrating organic acids in the concentration step 106, that is, the first filtration step 110, the second filtration step (A) 112 and the second filtration step (B) 114. Is concentrated about 5 to 10 times as much as before concentration. That is, the organic acid containing acetic acid as a main component, which is necessary for methane fermentation, is contained about 5 to 10 times more per unit volume than before the concentration. Then, the obtained concentrates (A) and (B) are subjected to methane fermentation by methane bacteria in the next fermentation step 120 to produce methane 12.

なお、メタン発酵の発酵後の液体成分（消化液）は、無機成分を多く含むので、液肥１４として利用することが可能である。 Since the liquid component (digestive juice) after fermentation of methane fermentation contains a large amount of inorganic components, it can be used as the liquid fertilizer 14.

また、第二濾過工程（Ｂ）１１４で、濾過膜を透過した透過液は、処理水１８となる。 Further, in the second filtration step (B) 114, the permeated liquid that has permeated the filtration membrane becomes the treated water 18.

可溶化液分離工程１０４で分離された可溶化残渣は、堆肥１６として利用可能である。また、第一濾過工程１１０で除去された分子量が１０００を超える成分を含む除去液は、可溶化液分離工程１０４で分離された可溶化残渣と混ぜて、堆肥１６として利用可能である。 The solubilized residue separated in the solubilizing solution separation step 104 can be used as compost 16. Further, the removal solution containing the component having a molecular weight exceeding 1000 removed in the first filtration step 110 can be mixed with the solubilization residue separated in the solubilization solution separation step 104 and used as compost 16.

［作用及び効果］
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。 [Action and effect]
Next, the operation and effect of this embodiment will be described.

バイオマス１０を水熱可溶化工程１０２で水熱可溶化処理した固液混合物を可溶化液分離工程１０４で固液分離し、分離された可溶化液から、濃縮工程１０６でメタン発酵に必要な酢酸を主成分とした有機酸を分離して濃縮し、濃縮された濃縮液（Ａ）及び濃縮（Ｂ）を発酵工程１２０でメタン発酵している。 The solid-liquid mixture obtained by hydrothermally solubilizing the biomass 10 in the hydrothermal solubilization step 102 is solid-liquid separated in the solubilizing solution separation step 104, and the separated solubilized solution is subjected to acetic acid required for methane fermentation in the concentration step 106. The organic acid containing the above as a main component is separated and concentrated, and the concentrated concentrated solution (A) and concentrated (B) are methane-fermented in the fermentation step 120.

濃縮液（Ａ）、（Ｂ）は、メタン菌が消化し易い原料であるので、濃縮されていない可溶化液をメタン発酵する場合やバイオマスをそのままメタン発酵する場合と比較し、発酵工程１２０におけるメタン菌によるメタン発酵期間が短縮される。 Since the concentrates (A) and (B) are raw materials that are easily digested by methanogens, they are compared with the case where the unconcentrated solubilized solution is methane-fermented or the biomass is methane-fermented as it is, in the fermentation step 120. The methane fermentation period by methane bacteria is shortened.

具体的には、濃縮されていない可溶化液をメタン発酵する場合やバイオマスをそのままメタン発酵する場合、つまり従来はメタン発酵には、数週間以上が必要であるが、本実施形態の濃縮液を用いることで、数時間から数日の短い期間で発酵が完了する。 Specifically, when methane-fermenting an unconcentrated solubilized solution or when methane-fermenting biomass as it is, that is, conventionally, methane fermentation requires several weeks or more, but the concentrated solution of the present embodiment is used. By using it, fermentation is completed in a short period of several hours to several days.

また、濃縮工程１０６の第一濾過工程１１０で分子量が１０００を超える成分を除去することで、第二濾過工程（Ａ）１１２及び第二濾過工程（Ｂ）１１４での濃縮効率が向上する。同様に、第一濾過工程（Ａ）１１２で分離濃縮したのち第二濾過工程（Ｂ）１１４で分離濃縮することで、第二濾過工程（Ｂ）１１４での濃縮効率が向上する。このように、可溶化液を目の粗い透過膜から目の細かい透過膜へと順番に多段階で分離濃縮することで（多段膜分離することで）、効率的に分離濃縮することができる。 Further, by removing the component having a molecular weight exceeding 1000 in the first filtration step 110 of the concentration step 106, the concentration efficiency in the second filtration step (A) 112 and the second filtration step (B) 114 is improved. Similarly, by separating and concentrating in the first filtration step (A) 112 and then separating and concentrating in the second filtration step (B) 114, the concentration efficiency in the second filtration step (B) 114 is improved. In this way, the solubilized solution can be efficiently separated and concentrated by separating and concentrating the solubilized solution from the coarse-mesh permeable membrane to the fine-mesh permeable membrane in order in multiple steps (by separating the multi-step membrane).

また、濃縮工程１０６、本実施形態では主に第一濾過工程１１０で、メタン発酵を阻害する成分（タンパク質及びその他窒素が含まれる成分）が除去されるので、発酵工程１２０におけるメタン発酵の発酵効率が向上する。 Further, since the components that inhibit methane fermentation (proteins and other components containing nitrogen) are removed in the concentration step 106, mainly in the first filtration step 110 in the present embodiment, the fermentation efficiency of methane fermentation in the fermentation step 120 Is improved.

また、可溶化液分離工程１０４で固液分離されているので、発酵工程１２０で得られる液体成分には、固体の残渣が無い又は殆ど無い。よって、発酵工程１２０で得られる液体成分を濾過等の処理を行うことなく、液肥１４として直接利用可能である。また、発酵工程１２０で得られる液体成分は、無機成分が濃縮されているので、液肥１４としての利用価値が高い。 Further, since the solid-liquid separation is performed in the solubilizing liquid separation step 104, the liquid component obtained in the fermentation step 120 has no or almost no solid residue. Therefore, the liquid component obtained in the fermentation step 120 can be directly used as the liquid fertilizer 14 without performing a treatment such as filtration. Further, since the liquid component obtained in the fermentation step 120 is concentrated with an inorganic component, it has high utility value as the liquid fertilizer 14.

更に、可溶化液分離工程１０４で分離された可溶化残渣は、堆肥１６として利用可能である。また、第一濾過工程１１０で除去された分子量が１０００を超える成分を含む除去液も、これに混ぜて堆肥１６として利用可能である。 Further, the solubilized residue separated in the solubilizing solution separation step 104 can be used as compost 16. Further, a removing liquid containing a component having a molecular weight exceeding 1000 removed in the first filtration step 110 can also be mixed with this and used as compost 16.

また、第二濾過工程（Ｂ）１１４で、濾過膜を透過した透過液は、処理水１８として処理される。処理水１８は、不純物（塩類や有機物等）が含まれない又は殆ど含まれないので、処理することなく、農業用水等として利用可能である。 Further, in the second filtration step (B) 114, the permeated liquid that has permeated the filtration membrane is treated as treated water 18. Since the treated water 18 contains no or almost no impurities (salts, organic substances, etc.), it can be used as agricultural water or the like without treatment.

また、水熱可溶化工程１０２では、温度が１３０℃以上２００℃以下、圧力が当該温度の飽和蒸気圧以上３ＭＰａ以下の条件下でバイオマス１０を水熱可溶化処理している。 Further, in the hydrothermal solubilization step 102, the biomass 10 is hydrosolubilized under the conditions that the temperature is 130 ° C. or higher and 200 ° C. or lower and the pressure is the saturated vapor pressure or higher and 3 MPa or lower of the temperature.

対象としているバイオマス中の繊維質（セルロースやヘミセルロース等）を除く有機物を可溶化する場合、温度が１３０℃未満の場合は、有機物の低分子化や可溶化が十分に進行しない。一方、温度が２００℃を超える場合は、水熱可溶化工程に必要な熱エネルギーに見合う可溶化率の向上効果が小さい上に、可溶化した成分の過分解や重合などによる高分子化などが発生し、メタン発酵原料の濃縮液（Ａ）及び濃縮液（Ｂ）の収率の低下を引き起こす。また、圧力が当該温度の飽和蒸気圧未満の場合は、有機物の溶解度や分解能力が飽和蒸気圧以上の場合に比べて小さくなり、圧力が３ＭＰａを超える場合は、可溶化処理機械装置の圧力部品の調達が困難となる。 When solubilizing organic substances other than fiber (cellulose, hemicellulose, etc.) in the target biomass, if the temperature is less than 130 ° C, the molecular weight reduction and solubilization of the organic substances do not proceed sufficiently. On the other hand, when the temperature exceeds 200 ° C., the effect of improving the solubilization rate corresponding to the thermal energy required for the hydrothermal solubilization step is small, and the solubilized components are polymerized due to overdecomposition or polymerization. It occurs and causes a decrease in the yields of the concentrated solution (A) and the concentrated solution (B) of the methane fermentation raw material. When the pressure is less than the saturated vapor pressure at the temperature, the solubility and decomposition capacity of the organic matter are smaller than when the saturated vapor pressure or more, and when the pressure exceeds 3 MPa, the pressure component of the solubilization processing machine device. It becomes difficult to procure.

よって、上述のように、水熱可溶化工程１０２では、温度が１３０℃以上２００℃以下、圧力が当該温度の飽和蒸気圧以上３ＭＰａ以下の条件下でバイオマス１０を水熱可溶化処理することで、バイオマスの繊維質を除く有機成分を効率的に液体化することができる。 Therefore, as described above, in the hydrothermal solubilization step 102, the biomass 10 is hydrothermally solubilized under the conditions that the temperature is 130 ° C. or higher and 200 ° C. or lower and the pressure is the saturated vapor pressure or higher and 3 MPa or lower of the temperature. , Organic components other than the fibrous material of biomass can be efficiently liquefied.

［濃縮工程のその他の例］
次に、濃縮工程１０６のその他の例について説明する。 [Other examples of concentration process]
Next, another example of the concentration step 106 will be described.

第一濾過工程１１０、第二濾過工程（Ａ）１１２及び第二濾過工程（Ｂ）１１４の三つの工程で使用した各膜は、市販されている膜の一例であってこれらに限定されない。他の膜を用いて濃縮してもよい。 The membranes used in the three steps of the first filtration step 110, the second filtration step (A) 112, and the second filtration step (B) 114 are examples of commercially available membranes and are not limited thereto. It may be concentrated using another membrane.

また、第一濾過工程１１０、第二濾過工程（Ａ）１１２及び第二濾過工程（Ｂ）１１４の三つの工程で構成されているが、これに限定されない。 Further, it is composed of three steps of the first filtration step 110, the second filtration step (A) 112 and the second filtration step (B) 114, but the present invention is not limited thereto.

例えば、第二濾過工程（Ａ）１１２及び第二濾過工程（Ｂ）１１４は、いずれか一方の工程のみであってもよいし、第二濾過工程（Ａ）１１２と第二濾過工程（Ｂ）１１４との間に、更に濾過工程があってもよい。 For example, the second filtration step (A) 112 and the second filtration step (B) 114 may be only one of the steps, or the second filtration step (A) 112 and the second filtration step (B). There may be an additional filtration step between the 114 and 114.

要は、濃縮工程１０６では、前工程の可溶化液分離工程１０４で分離された可溶化液をメタン発酵に必要な酢酸を主成分とした有機酸を濃縮することができればよい。 In short, in the concentration step 106, it is sufficient that the solubilized solution separated in the solubilized solution separation step 104 of the previous step can concentrate the organic acid containing acetic acid as a main component, which is necessary for methane fermentation.

＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態のバイオマスの処理方法について説明する。なお、第一実施形態と重複する説明は省略又は簡略化する。 <Second embodiment>
Next, the method for treating biomass according to the second embodiment of the present invention will be described. The description overlapping with the first embodiment will be omitted or simplified.

［処理工程］
まず、第二実施形態のバイオマスの処理工程２００について説明する。 [Processing process]
First, the biomass processing step 200 of the second embodiment will be described.

本実施形態では、生ゴミ、食品工場から出る廃水・廃棄物及び廃棄弁当等の水溶性タンパク質を多く含むバイオマス２０を利用している。 In this embodiment, biomass 20 containing a large amount of water-soluble proteins such as kitchen waste, wastewater / waste from food factories, and waste lunch boxes is used.

また、図２に示す第二実施形態のバイオマスの処理工程２００の工程フロー図の一点鎖線で囲った部分は、図１に示す第一実施形態のバイオマスの処理工程１００と同様である。よって、この第一実施形態のバイオマスの処理工程１００と同様の工程部分の説明は省略する。 Further, the portion surrounded by the alternate long and short dash line in the process flow diagram of the biomass processing step 200 of the second embodiment shown in FIG. 2 is the same as the biomass processing step 100 of the first embodiment shown in FIG. Therefore, the description of the same process portion as the biomass processing step 100 of the first embodiment will be omitted.

図２に示す工程フロー図のように、第二実施形態のバイオマスの処理工程２００では、まず水溶性タンパク質を多く含むバイオマス２０を摩砕工程２０２で摩砕機により磨り潰す。これによって次工程の摩砕物分離工程２０４におけるバイオマス２０の液体成分と固体との分離が容易になる。 As shown in the process flow chart shown in FIG. 2, in the biomass processing step 200 of the second embodiment, first, the biomass 20 containing a large amount of water-soluble protein is ground by a grinder in the grinding step 202. This facilitates the separation of the liquid component and the solid of the biomass 20 in the pyroclastic material separation step 204 of the next step.

また、本実施形態では、摩砕工程２０２では、第二濾過工程（Ｂ）１１４で濾過膜を透過した透過液である処理水１８の一部又は全部を加水している。この加水によりバイオマス２０に含まれる可溶性の水溶性タンパク質を効率よく液体成分に溶解させることができると共にバイオマス２０の流動性が向上する。なお、処理水１８とは別の水を摩砕工程２０２で加水してもよい。 Further, in the present embodiment, in the grinding step 202, a part or all of the treated water 18 which is a permeate that has permeated the filtration membrane in the second filtration step (B) 114 is hydrated. By this water addition, the soluble water-soluble protein contained in the biomass 20 can be efficiently dissolved in the liquid component, and the fluidity of the biomass 20 is improved. Water other than the treated water 18 may be added in the grinding step 202.

次に、前工程の摩砕工程２０２でバイオマス２０を磨り潰した摩砕物を摩砕物分離工程２０４で液体成分と固体成分とに固液分離する。本実施形態では、フィルタープレスによって摩砕物を固液分離する。なお、フィルタープレス以外で摩砕物を固液分離してもよい。例えば、遠心分離やデカンター等の固液分離機械で摩砕物を固液分離してもよい。 Next, the pyroclastic material obtained by grinding the biomass 20 in the pyroclastic step 202 of the previous step is solid-liquid separated into a liquid component and a solid component in the pyroclastic material separation step 204. In this embodiment, the pyroclastic material is solid-liquid separated by a filter press. The pyroclastic material may be separated into solid and liquid by a method other than the filter press. For example, the pyroclastic material may be separated by a solid-liquid separation machine such as a centrifuge or a decanter.

次の凝固工程２０６では、前工程の摩砕物分離工程２０４で得られた液体成分をタンパク熱凝固処理する。タンパク熱凝固処理は、タンパク質の熱変性の特性を利用し、液体成分を６０℃以上８０℃以下に加熱することによってタンパク質を凝固させる処理である。 In the next coagulation step 206, the liquid component obtained in the pyroclastic material separation step 204 of the previous step is subjected to protein thermal coagulation treatment. The protein heat coagulation treatment is a treatment for coagulating a protein by heating a liquid component to 60 ° C. or higher and 80 ° C. or lower by utilizing the characteristics of heat denaturation of the protein.

次のタンパク凝固液分離工程２０８では、前工程の凝固工程２０６で得られたタンパク凝固液を液体成分と固体成分とに固液分離する。本実施形態では、フィルタープレスによってタンパク凝固液を固液分離する。なお、フィルタープレス以外でタンパク凝固液を固液分離してもよい。例えば、ろ過、ベルトプレス及びスクリュープレス等の固液分離機械によってタンパク凝固液を固液分離してもよい。 In the next protein coagulation liquid separation step 208, the protein coagulation liquid obtained in the coagulation step 206 of the previous step is solid-liquid separated into a liquid component and a solid component. In this embodiment, the protein coagulant is solid-liquid separated by a filter press. The protein coagulant may be solid-liquid separated by a method other than the filter press. For example, the protein coagulant may be solid-liquid separated by a solid-liquid separation machine such as a filtration, a belt press, or a screw press.

次に乾燥工程２１０では、前工程のタンパク凝固液分離工程２０８で分離された固体成分（タンパク固体）を乾燥させる。乾燥した固体成分は、飼料２４として利用することが可能である。 Next, in the drying step 210, the solid component (protein solid) separated in the protein coagulation liquid separation step 208 of the previous step is dried. The dried solid component can be used as feed 24.

一方、前述の摩砕物分離工程２０４で得られた固体成分及び前述のタンパク凝固液分離工程２０８で得られた液体成分は、第一実施形態と同様に水熱可溶化工程１０２で水熱可溶化処理し、最終的に、メタン１２、液肥１４及び処理水１８となる。 On the other hand, the solid component obtained in the above-mentioned milled product separation step 204 and the liquid component obtained in the above-mentioned protein coagulation liquid separation step 208 are hydrothermally solubilized in the hydrothermal solubilization step 102 as in the first embodiment. It is treated and finally becomes methane 12, liquid fertilizer 14, and treated water 18.

また、温度１３０℃以上２００℃以下で処理を行う水熱可溶化工程１０２の次工程の可溶化液分離工程１０４で分離された可溶化残渣には、凝固工程２０６（温度６０℃以上８０℃以下）で回収できなかったタンパク質が含まれている。そして、マゴット繁殖工程２１２では、この可溶化液分離工程１０４で分離されたタンパク質が含まれている固体成分でマゴット２２を繁殖させる。 Further, the solubilized residue separated in the solubilizing solution separation step 104 of the next step of the hydrothermal solubilization step 102, which is treated at a temperature of 130 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, is subjected to a solidification step 206 (temperature of 60 ° C. or higher and 80 ° C. or lower). ) Contains proteins that could not be recovered. Then, in the maggot breeding step 212, the maggot 22 is propagated with a solid component containing the protein separated in the solubilizing solution separation step 104.

マゴット２２はハエの幼虫（蛆）であり、マゴット繁殖工程２１２は、マゴット２２を繁殖させる工程である。なお、繁殖させたマゴット２２は、養殖・観賞用の魚の餌として利用可能である。また、本実施形態では、濃縮工程１０６の第一濾過工程１１０で分離された分子量が１０００を超える成分を含む除去液にも、水溶性タンパク質が残存するので、これもマゴット繁殖工程２１２でマゴットの繁殖に利用している。 The maggot 22 is a fly larva (maggot), and the maggot breeding step 212 is a step of breeding the maggot 22. The bred maggot 22 can be used as bait for aquaculture and ornamental fish. Further, in the present embodiment, the water-soluble protein remains in the removing solution containing the component having a molecular weight exceeding 1000 separated in the first filtration step 110 of the concentration step 106, so that this is also the maggot in the maggot breeding step 212. It is used for breeding.

なお、ハエの種類としては、イエバエ（ＭｕｓｃａＤｏｍｅｓｔｉｃａ）やアメリカミズアブ（ＢｌａｃｋＳｏｌｄｉｅｒｆｌｙ）等が使用される。 As the type of fly, housefly (Musca Domestica), black soldier fly (Black Soldier fly) and the like are used.

マゴット繁殖工程２１２では、ハエの卵を置き、卵が孵化後、可溶化液分離工程１０４で分離された可溶化残渣及び第一濾過工程１１０で分離された分子量が１０００を超える成分を餌として、マゴット２２が食べて繁殖する。 In the maggot breeding step 212, a fly egg is placed, and after the egg has hatched, the solubilized residue separated in the solubilizing solution separation step 104 and the component having a molecular weight exceeding 1000 separated in the first filtration step 110 are used as food. Maggot 22 eats and breeds.

また、マゴット繁殖工程２１２では、マゴット２２は、餌に残存するタンパク成分やそれ以外の成分を生物的にタンパク質に変えて体内に濃縮する。マゴット２２が食べたあとの残渣物は、マゴット２２の唾液等で分解されているので、堆肥１６として利用することが可能である。 Further, in the maggot breeding step 212, the maggot 22 biologically converts the protein component remaining in the food and other components into protein and concentrates it in the body. Since the residue after the maggot 22 has been eaten is decomposed by saliva or the like of the magot 22, it can be used as compost 16.

なお、マゴット繁殖工程２１２では、一例として、特開２０１２−１１６６６５号公報に記載されている技術を応用して、マゴットを繁殖する。 In the maggot breeding step 212, as an example, the maggot is propagated by applying the technique described in JP2012-116665A.

水溶性タンパク質を多く含むバイオマス２０を、摩砕工程２０２、摩砕物分離工程２０４及び凝固工程２０６を経ることよって、水熱可溶化工程１０２での水熱可溶化処理が可能となる。 The biomass 20 containing a large amount of water-soluble protein undergoes the grinding step 202, the pyroclastic material separation step 204, and the coagulation step 206, so that the hydrothermal solubilization treatment in the hydrothermal solubilization step 102 becomes possible.

また、可溶化液分離工程１０４での分離及び第一濾過工程１１０で分子量が１０００を超える成分を除去することで、メタン発酵を阻害する水溶性タンパク質及びその他窒素が含まれる成分が除去される。よって、発酵工程１２０におけるメタン発酵の発酵効率が向上する。 Further, by removing the component having a molecular weight exceeding 1000 in the separation in the solubilizing solution separation step 104 and the first filtration step 110, the water-soluble protein that inhibits methane fermentation and other components containing nitrogen are removed. Therefore, the fermentation efficiency of methane fermentation in the fermentation step 120 is improved.

そして、第一実施形態と同様に、濃縮液（Ａ）、（Ｂ）を用いることで、数時間から数日の短い期間で発酵が完了する。また、小さな発酵槽でのメタン発酵が可能となる。 Then, as in the first embodiment, by using the concentrates (A) and (B), fermentation is completed in a short period of several hours to several days. It also enables methane fermentation in a small fermenter.

また、可溶化液分離工程１０４で分離された可溶化残渣及び第一濾過工程１１０で分離除去された分子量が１０００を超える成分を含む除去液は、タンパク質が残存しているので、マゴット２２の繁殖に好適に利用することができる。更に、マゴット２２が食べたあとの残渣物は、マゴット２２の唾液等で分解されているので、堆肥１６として利用することが可能である。 Further, since the protein remains in the solubilizing solution separated in the solubilizing solution separation step 104 and the removing solution containing the component having a molecular weight of more than 1000 separated and removed in the first filtration step 110, the maggot 22 is propagated. Can be suitably used for. Further, since the residue after eating by Magot 22 is decomposed by saliva or the like of Magot 22, it can be used as compost 16.

また、摩砕物分離工程２０４で分離された液体成分を凝固工程２０６でタンパク熱凝固処理したタンパク液凝固液をタンパク凝固液分離工程２０８で分離した固体成分は、タンパク質を多く含み、これを乾燥工程２１０で乾燥することで、飼料２４として出荷することが可能である。 Further, the solid component obtained by separating the protein liquid coagulating liquid obtained by heat-coagulating the protein in the coagulation step 206 with the liquid component separated in the ground product separation step 204 in the protein coagulation liquid separation step 208 contains a large amount of protein, which is included in the drying step. By drying at 210, it can be shipped as feed 24.

＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。 <Others>
The present invention is not limited to the above embodiment.

例えば、上記実施形態のバイオマスの処理工程１００、２００において、上記で説明した以外の工程が加わってもよい。 For example, in the biomass treatment steps 100 and 200 of the above embodiment, steps other than those described above may be added.

また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。 In addition, it can be carried out in various embodiments without departing from the gist of the present invention.

１０バイオマス
１２メタン
１４液肥
１６堆肥
１８処理水
２０バイオマス
２２マゴット
２４飼料
１００処理工程
１０２水熱可溶化工程
１０４可溶化液分離工程
１０６濃縮工程
１１０第一濾過工程
１１２第二濾過工程（Ａ）
１１４第二濾過工程（Ｂ）
１２０発酵工程
２００処理工程
２０２摩砕工程
２０４摩砕物分離工程
２０６凝固工程
２０８タンパク凝固液分離工程
２１０乾燥工程
２１２マゴット繁殖工程 10 Biomass 12 Methane 14 Liquid fertilizer 16 Compost 18 Treated water 20 Biomass 22 Maggot 24 Feed 100 Treatment step 102 Hydrothermal solubilization step 104 Solubilizing liquid separation step 106 Concentration step 110 First filtration step 112 Second filtration step (A)
114 Second filtration step (B)
120 Fermentation process 200 Processing process 202 Grinding process 204 Grinding product separation process 206 Coagulation process 208 Protein coagulation liquid separation process 210 Drying process 212 Maggot breeding process

Claims

A hydrothermal solubilization step of hydrothermal solubilization treatment in an environment below saturation vapor pressure on 3MPa biomass less and 200 ° C. 1 30 ° C. or higher the temperature,
A solubilizing solution separation step of solid-liquid separating the solid-liquid mixture obtained in the hydrothermal solubilization step, and a solubilizing solution separation step.
A concentration step of concentrating the solubilized solution separated in the solubilized solution separation step, and a concentration step of concentrating the solubilized solution.
A fermentation step of methane fermentation of the concentrate obtained in the concentration step and
Have,
The concentration step is
A first filtration step in which components having a molecular weight of more than 1000 are separated by a membrane capable of separating and removing 90% or more based on the molecular weight cut-off.
A second filtration step in which the permeate separated in the first filtration step is concentrated by separating an organic acid containing acetic acid as a main component with one or more membranes to obtain the concentrated solution.
Biomass treatment method with.

In the second filtration step of the concentration step,
The process of separating with a nanofilter membrane and
The process of separating with a reverse osmosis membrane and
have,
The method for treating biomass according to claim 1.

A hydrothermal solubilization process for hydrothermally solubilizing biomass,
A solubilizing solution separation step of solid-liquid separating the solid-liquid mixture obtained in the hydrothermal solubilization step, and a solubilizing solution separation step.
A concentration step of concentrating the solubilized solution separated in the solubilized solution separation step, and a concentration step of concentrating the solubilized solution.
A fermentation step of methane fermentation of the concentrate obtained in the concentration step and
With
Before the hydrothermal solubilization step,
A grinding step for grinding the biomass and
A pyroclastic material separation step of solid-liquid separation of the pyroclastic material obtained in the pyroclastic material, and a pyroclastic material separation step.
A coagulation step in which the liquid component separated in the pyroclastic material separation step is subjected to a protein thermal coagulation treatment, and a coagulation step.
A protein coagulation liquid separation step for solid-liquid separation of the protein coagulation liquid obtained in the coagulation step, and a protein coagulation liquid separation step.
Have,
In the hydrothermal solubilization step, the solid component separated in the pyroclastic material separation step and the liquid component separated in the protein coagulation liquid separation step are hydrothermally solubilized.
Biomass processing method.

A drying step of drying the solid component separated in the protein coagulation liquid separation step, and a drying step of drying the solid component separated in the protein coagulation liquid separation step.
A maggot breeding step in which a maggot is propagated with the solubilized residue separated in the solubilizing solution separation step, and a maggot breeding step.
The method for treating biomass according to claim 3.