JPH0824919B2 - 蒸留残液のメタン発酵法 - Google Patents

蒸留残液のメタン発酵法

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JPH0824919B2
JPH0824919B2 JP25556687A JP25556687A JPH0824919B2 JP H0824919 B2 JPH0824919 B2 JP H0824919B2 JP 25556687 A JP25556687 A JP 25556687A JP 25556687 A JP25556687 A JP 25556687A JP H0824919 B2 JPH0824919 B2 JP H0824919B2
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は産業廃水をメタン発酵法によって浄化するい
わゆる廃水処理法に関する。さらに詳細に言えば酒類の
製造工程から排出される蒸留残液や醸造排水等のメタン
発酵法による廃水処理法に関する。
[従来の技術] 古くは産業及び生活廃水中に含まれる有機物は人為的
処理はしなくとも自然界に存在するメタン菌等によって
消費されメタンガスや炭酸ガス等に変換され浄化されて
いた。しかしながら産業の巨大化、人口の集中化に伴っ
て莫大な量の廃水が排出されるに至り自然の浄化では処
理しきれなくなり結果として水質の悪化、即ち公害問題
が大きな社会問題となった。この問題を解決する一手法
として有機物の消化と同時にメタンというエネルギー源
を回収しうるメタン発酵による廃水処理技術が注目を浴
び実用化されるに至っている。
酒類製造工場から排出される廃水は一般に有機物濃度
が極めて高いためそれを経済的に処理する方法に関し苦
慮しているのが実状である。とりわけ穀類を原料とする
蒸溜酒の製造工程から排出される蒸留残液は通常有機物
濃度がCODcr(重クロム酸カリウム法による化学的酸素
要求量)で30000〜45000rpm、TOC(全有機体炭素濃度)
で10000〜18000ppmと非常に高い値でありこれを処理す
るためにメタン発酵法あるいは濃縮乾燥法等が採用され
ている。ただ石油危機以後においてはこれらの高濃度廃
水の処理にエネルギー回収を伴うメタン発酵法が注目を
浴びそれに関する開発研究が活発化している。一般にメ
タン発酵の高効率化を図る手段としては(1)高温発酵
化、(2)原料中の高分子有機物の除去もしくは分解性
の向上、(3)菌体の高密度化などがあるが、現在のメ
タン発酵法に関する開発研究の主体は(3)の菌体の高
密度化によるメタン発酵の安定効率化を指向したもので
ある。例えば流動床法(昭和61年度日本発酵工学大会講
演要旨集、P186)、固定床法(Energy Biomas(GBR) p
567〜571(1983))、スラッジブランケット法(Biotec
hnology and Bioengineering vol.22.p699〜734(198
0))など所謂バイオリアクターに関する報告にその傾
向をみる事ができる。
[発明が解決しようとする問題点] ところで上記従来の高温発酵化や菌体の高密度下等に
よるメタン発酵の高効率化を図る手段に対してメタン発
酵の基質である廃水中の有機物の性質に着目し酵素等に
よって基質の分解を促進し、微生物による消費速度を向
上させようという研究開発は殆ど見あたらない。
これは、一つは次の理由による。
現在知られているメタン菌の基質となりうる物質は、
ギ酸,酢酸,メタノール,メチルアミン類と水素,炭酸
ガスのみであり、しかもメタン菌の生育の場によって、
利用できる基質はさらに限定される。
通常のメタン発酵過程においては、メタン生成過程が
全体の反応速度の律速段階となるが、原料の性質によっ
ては、メタン生成の前段階である酸生成まで過程が大き
な反応抵抗となる場合がある。この場合は原料の前処理
が重要な要素となるが、実用化には所要エネルギーの低
減、経済性の向上などの点に課題を残しており、未だ広
く普及するに至っていない。
一般に酒類の蒸留残液中には多量の固形分を含有して
いるが、それらの固形分はタンパク室に富むなどの飼料
価値を有しているためメタン発酵に供する前に分離する
事は実用上可能であるが、固形分が分離された液にも発
酵蒸留過程で可溶化したバイオマス、例えばリミットデ
キストリン,セロオリゴ糖などが含有されていおり、そ
れらの組成は製造された酒類の種類によって異なる。そ
のため同じ高性能のバイオリアクターを使っても蒸留残
液を種類によってメタン発酵処理日数に大きな差を生じ
るのが実状であり、この事がメタン発酵法の実用化を阻
害する大きな要因の一つとなっている。
なお、「バイオマス(biomass)」とは元来「生物
量」又は「生物現在量」と訳される生態学用語で、一定
空間内に現存する生物体及びその活動に伴って生成する
有機物の総体、更に最近ではこれらを起源とする廃棄物
も含めて考えられている。
[問題点を解決するための手段] 本発明者らは蒸留酒製造工程から排出される蒸留残液
を短期間でメタン発酵処理が可能な技術を開発すべく鋭
意研究した結果、蒸留残液の種類によって部分分解性の
バイオマス、例えばリミットデキストリン濃度等が異な
る事に注目し、これらの残留残液に澱粉分解酵素剤や植
物組織崩壊酵素剤等のバイオマス分解性酵素剤を添加し
てメタン発酵に供した。
[作用] 澱粉分解酵素剤や植物組織崩壊酵素剤等のバイオマス
分解性酵素剤を添加した結果、リミットデキストリン,
セロオリゴ糖などが酸生成菌などの微生物によって資化
されやすいグルコースに変換されるためメタン発酵が促
進される。また、メタン発酵液の流動性が向上し汚泥の
沈降性が促進されるなどの副次効果と相まってメタン発
酵処理期間が短縮化される。
[実施例] 本発明は前記したように、蒸留残液にバイオマス分解
性酵素剤を添加しメタン発酵せしめることを特徴とする
蒸留残液のメタン発酵法に関するものである。バイオマ
スの種類はきわめて多様で、太陽エネルギーを利用して
つくられる植物有機体、それを利用して形成される動物
や微生物などのすべての有機物がバイオマスに含まれ
る。具体的には材木,パルプ,繊維,ゴム,食糧,飼
料,廃棄物,都市ゴミの有機成分,し尿,トウモロコシ
の茎のような農業廃棄物,畜産廃棄物,食品加工廃棄
物,下水処理場から排出される活性汚泥などであるが、
本発明でいうバイオマス分解性酵素剤とはこれらの構成
成分を分解しうる能力を有する酵素の総称である。
本発明において使用されるバイオマス分解性酵素剤は
澱粉分解能や植物組織崩壊能を有しておればいずれでも
よいが、市販品としては例えば澱粉分解酵素を主体とし
た酵素剤であるグルターゼ(阪急共栄物産株式会社
製),アミログルコシダーゼ(NOVO社製)など、植物組
織崩壊酵素を主体とした酵素剤であるセルロシンAFLQS
(上田化学工業株式会社製)などがある。澱粉分解酵素
剤と植物組織崩壊酵素剤はそれぞれ単独で使用してもよ
いが併用した方が望ましいものである。バイオマス分解
性酵素剤の添加方法としては必ずしも該酵素剤の反応至
適温度で蒸留残液に添加する必要性はなく使用するメタ
ン菌の最適温度、例えば中温メタン菌であれば37℃付
近、高温メタン菌であれば55℃付近で添加すればよく、
しかもメタン発酵に供する前に該温度が必ずしも保持し
ておく必要性もない。酵素の添加量は澱粉分解酵素剤の
場合、糖化力(JISK7001−1976による力価)として蒸留
残液1当たり125単位以上、植物組織崩壊酵素剤の場
合、CMC糖化力(CMCを基質として40℃で1分間に1μM
のグルコースを生成する酵素力を1単位とする。)とし
て蒸留残液1当たり40単位以上であればよい。なお、
酵素剤のかわりに該酵素を分泌する菌を蒸留残液に接種
培養して液中に存在する重合度の高い有機物を分解した
後、メタン発酵に供してもよい。
次に参考例と実施例1,2に基づいて本発明を説明す
る。
参考例 麦芽を原料とするモルトウイスキーの製造工程から排
出された蒸留残液を遠心分離(3000rpm)した上澄液(M
W)とトウモロコシを原料とするグレンスピリッツの製
造工程から排出された蒸留残液を同様にして処理して得
たもの(SG)をそれぞれ2のガラス製完全混合槽型リ
アクターにてメタン発酵せしめたことろ表−1に示され
ているようにCODcr量は両者ほとんど同等であるにもか
かわらず有機物除去率90%以上を得るための所要メタン
発酵日数(メタン発酵処理後活性汚泥処理をするのが通
常であり、活性汚泥処理に際してはCODcrで3000ppm付近
であれば順調な処理が可能であることからCODcrが3000p
pm付近のものが多い蒸留残液のメタン発酵処理の処理指
標としては有機物除去率90%以上を採用した。)はMWの
場合15日、GSでは10日と大差のある事を認めた。本発明
者らはこの原因の大きな因子の一つは表−1に示されて
いるように披処理液中に存在する有機物の中では主要成
分であり、しかも微生物が資化しにくいオリゴ糖、多糖
類の差ではないかと考えた。
そこでMWに澱粉分解酵素剤であるグルターゼ,アミロ
グルコシダーゼや植物組織崩壊酵素であるセルロシンAF
LQSを加え、50℃で24時間の条件下で酵素的分解を試み
た。表−2はその結果を示したものであるが、例えばセ
ルロシンAFLQSの場合MW1当たり80単位添加するとオリ
ゴ糖,多糖類の約35%は微生物によって資化されやすい
グルコースに変換されるなどこれら酵素剤の添加によっ
てオリゴ糖,多糖類の糖化が可能である事が示された。
この事はMWにこれら酵素剤を添加してメタン発酵に供
すればメタン発酵が促進され所要メタン発酵日数が短縮
されうる可能性のある事を示すものである。
実施例1 参考例で使用したものと同じロットのMWを用い、これ
に澱粉分解酵素剤であるリゾプス属起源のグルターゼ
(阪急共栄物産株式会社製)、もしくはアスペルギルス
属起源のアミログヴコシダーゼ(NOVO社製)をそれぞれ
MW1当たりJISK7001−1976で規定される糖化力として1
25単位,250単位,2500単位加え、1のガラス製流動床
式リアクターにて37℃でメタン発酵せしめた。結果は表
−3に示したが、いずれの場合も酵素剤無添加でメタン
発酵せしめたコントロールの所要発酵日数15日に比べて
短縮化される事が示された。すなわち、有機物除去率90
%以上を得るための所要メタン発酵日数はグルターゼ12
5単位添加では14日、2500単位では12日となり、アミロ
グルコシダーゼの場合は125単位で13日、2500単位では1
1日であった。
実施例2 実施例1で使用したものと同じロットのMWに植物組織
崩壊酵素剤であるセルロシンAFLQS(上田化学工業株式
会社製)をCMC糖化力として40単位,80単位,800単位加
え、1のガラス製流動床式リアクターにて37℃でメタ
ン発酵せしめた。結果は表−4に示したが、この場合も
酵素剤の添加により所要メタン発酵日数は短縮化され、
40単位添加で13日、800単位添加ではGSと同じ10日で十
分であることが知られた。
実施例3 実施例1で使用したものと同じロットのMWに植物組織
崩壊酵素剤と澱粉分解酵素剤を同時に所定量添加し、1
のガラス製流動床式リアクターに37℃でメタン発酵せ
しめた。結果は表−5に示したが、いずれの場合もコン
トロールに比べ所要メタン発酵日数は短縮化され、しか
もそれぞれ単独使用の場合よりやや効果的である事が判
明した。例えばセルロシンAFLQS40単位とグルターゼ単
位125単位を併用すると所要メタン発酵日数は11日、セ
ルロシンAFLQS40単位とアミログルコシダーゼ125単位を
併用すると10日となり、これら所要日数はそれぞれ単独
での短縮日数の合計よりいずれもさらに1日短縮され
た。またセルロシンAFLQS160単位とアミログルコシダー
ゼ250単位を併用すると所要メタン発酵日数は8日とな
ることが知られた。
なお、澱粉分解酵素剤や植物組織崩壊酵素剤などのバ
イオマス分解性酵素剤を使用した場合はメタン発酵液の
流動性が向上し、結果としてメタン菌を含む汚泥の沈降
性が促進される事が観察された。この事はバイオリアク
ターの主役を演ずるメタン菌などの微生物のリアクター
からの流出を防止する効果を有する事を意味しており、
そういう観点からもこれら酵素剤の使用はメタン発酵の
高速化に有用である事を認めた。
[発明の効果] 本発明によるメタン発酵法によりメタン発酵に供する
蒸留残液中の有機物組成が異なっても同じバイオリアク
ターで短期間にメタン発酵を終了せしめうる事が可能と
なりメタン発酵の実用性を高める事ができる。またバイ
オマス分解性酵素剤の使用によってメタン発酵液の流動
性が向上し結果として汚泥の沈降性が促進されメタン発
酵の効率が高まる効果をも有する。なお本技術は蒸留残
液のメタン発酵のみならず各種の醸造廃水ならびに生活
廃水の処理にも同様な効率を発揮する事は言うまでもな
い。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】蒸留残液にバイオマス分解性酵素剤を添加
    しメタン発酵せしめることを特徴とする蒸留残液のメタ
    ン発酵法。
  2. 【請求項2】バイオマス分解性酵素剤が澱粉分解酵素剤
    である特許請求の範囲第1項記載の蒸留残液のメタン発
    酵法。
  3. 【請求項3】澱粉分解酵素剤の使用量が糖化力として蒸
    留残液1当たり125単位以上である特許請求の範囲第
    2項記載の蒸留残液のメタン発酵法。
  4. 【請求項4】澱粉分解酵素剤がアスペルギルス属または
    リゾプス属起源である特許請求の範囲第2項記載の蒸留
    残液のメタン発酵法。
  5. 【請求項5】バイオマス分解性酵素剤が植物組織崩壊酵
    素剤である特許請求の範囲第1項記載の蒸留残液のメタ
    ン発酵法。
  6. 【請求項6】植物組織崩壊酵素剤の使用量がカルボキシ
    メチルセルロース糖化力として蒸留残液1当たり40単
    位以上である特許請求の範囲第5項記載の蒸留残液のメ
    タン発酵法。
  7. 【請求項7】植物組織崩壊酵素剤がアスペルギルス属起
    源である特許請求の範囲第5項記載の蒸留残液のメタン
    発酵法。
  8. 【請求項8】バイオマス分解性酵素剤が澱粉分解酵素剤
    と植物組織崩壊酵素剤の混合物である特許請求の範囲第
    1項記載の残留残液のメタン発酵法。
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