JPH1199397A

JPH1199397A - 好気性菌の高密度培養方法、廃油脂の処理方法及び装置

Info

Publication number: JPH1199397A
Application number: JP9264194A
Authority: JP
Inventors: Sadaaki Murakami; 定瞭村上; Masami Takeuchi; 正美竹内; Motohiro Nishimura; 基弘西村
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 1999-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】好気性菌の高密度培養方法、及び乳化状態の
破砕操作を必要とせず、悪臭の発生もない廃油脂の処理
方法ならびに高密度培養及び廃油脂の処理に使用する装
置を提供する。【解決手段】少なくとも曝気槽と膜分離装置から構成
される装置を使用して好気性菌を高密度に培養し、高密
度に培養した好気性菌を使用して廃油脂を好気性条件下
に分解処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、好気性菌の高密度
培養方法、廃油脂の処理方法及び装置に関する。さらに
詳しくは、油脂及び水を少なくとも曝気槽及び膜分離装
置から構成された装置を使用して好気性菌を高密度に培
養する方法、油脂を含有する廃水を少なくとも曝気槽と
膜分離装置から構成された装置を使用し、高密度の好気
性菌を使用して廃油脂を好気性条件下に分解処理する廃
油脂の処理方法、ならびに好気性菌の高密度培養及び廃
油脂の処理に使用する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】油脂類を多く含む食生活への変化と外食
産業の発達は生活排水中に含まれる油分濃度を増加させ
ており、現在、日本において約４０万トンの廃食用油が
発生し、その約半分程度の２０万トンが生活排水などに
流出しているといわれている。

【０００３】これらの廃食用油は微生物によって分解さ
れるが、微生物による油脂分解の生化学的経路は、基本
的には高等動物の場合と同じであり、まずリパーゼの作
用により、油脂は脂肪酸とグリセリンに分解される。グ
リセリンは、酵素によるリン酸化につづいて脱水素を受
け、ジヒドロキシアセトンリン酸となった後、解糖系に
入り、代謝される。一方、脂肪酸は主にβ―酸化とよば
れる反応系列の繰り返しにより、その都度アセチルＣｏ
Ａを遊離しつつ炭素数が２個ずつ短くなって酸化分解さ
れる。

【０００４】β―酸化により生成されるアセチルＣｏＡ
は、解糖の産物であるピルビン酸の酸化で生成するアセ
チルＣｏＡと合わさってクエン酸回路（ＴＣＡサイク
ル）に入りさらに酸化される。解糖系及びＴＣＡサイク
ルは高エネルギー分子グルコーストランスホスファター
ゼ（ＡＴＰ）の産生系であり、トリグリセライド１分子
から多くのＡＴＰ分子が生産される。例えば、Ｃ₁₆であ
るパルミチン酸３分子分子が結合したグリセライド１分
子の完全酸化に伴うＡＴＰ産生量を計算すると４１２分
子になる。グルコース１分子からのＡＴＰ産生量が３８
分子であることを比較すると、微生物にとっても油脂が
エネルギー源として非常に効率のよいものであることは
明らかであり、油脂は生活排水の中で最も大きな汚濁負
荷量を有していることになる。

【０００５】近年、排水規制の強化や下水道整備により
河川・湖沼・内湾等の環境水の改善がなされてきている
が、上述したように、油脂の汚濁負荷量は極めて高く、
通常の有機廃液と比べてその処理には多くの時間を要
し、生活排水に油脂が含まれると排水処理において種々
の問題を生じる。例えば、排水処理施設において生活排
水中の油分が引き起こす処理設備・施設のトラブルとし
ては、悪臭の発生、スケールやスカムの形成による
配管輸送系・スクリーン・制御機器への障害、処理機
能への障害、汚泥の沈降性や脱水性の低下などがあげ
られる。

【０００６】スケールやスカムの主成分は油脂が加水分
解して生成した固形不溶性の高級脂肪酸で、その中でパ
ルミチン酸が６０％以上を占めている。処理機能への障
害は接触曝気式では接触材に油が付着し、嫌気化した後
生物膜が剥離し浮上流出する。また、活性汚泥式では汚
泥フロックへの油の付着による軽量化とさらに気泡の付
着による汚泥の浮上、菌体内の油脂成分増大による菌体
比重の低下、オイルボールの嫌気化などが複雑に絡み合
って、汚泥膨化、スカム発生や処理水の白濁化などが起
こり処理機能が悪化するものと思われる。

【０００７】食用油脂は、脂肪酸とグリセリンがエステ
ル結合したトリグリセライドを主成分とするもので、そ
の起源から植物油脂と動物油脂に大別され、常温で固体
のものを脂肪、液体のものを脂肪油と称している。大豆
油、ゴマ油、オリーブ油、コーン油など多くの植物油脂
は不飽和脂肪酸を含む液体であり、牛脂、豚脂、鰯油な
ど多くの動物油脂は飽和脂肪酸を多く含み、夏期はペー
スト状、冬季は固形状である。

【０００８】生活排水中には、上述したような油脂が様
々な形で排出された油分、例えば、煮汁やスープなどに
浮いている油分、調理器具や食器に付着している油分、
調理の廃棄物・食べ残しからの油分などに由来する油分
が含まれているが、これらは、水と分離した状態で排出
される遊離状油類、洗剤により水中に乳化あるいは分散
した状態で排出される乳化状油類及び遊離状油脂類の３
つの形態に分けられる。

【０００９】遊離状油類は重力分離を利用して比較的容
易に油水分離槽に捕集され、遊離状油脂類は濾過による
処理方法が一般的に行われている。しかしながら、洗剤
により水中に乳化あるいは分散した状態で排出される乳
化状油類は通常の油水分離槽では簡単に捕集することが
できない。洗剤で水中に乳化・分散した水溶液を静置す
ると、油粒子は凝集して次第に水相の表面に浮上してく
る。この浮上分離の速度は水―油―洗剤の割合により異
なる。油分の割合が多い場合には、浮上分離した油相に
は水が乳化した状態となる。逆に、水が多量の場合には
油相は透明となり純粋の油分だけとなる。洗剤により水
中に乳化・分散した油分も、多量の水を加えると洗剤が
希釈され、再び油粒子が凝集・浮上してくる。

【００１０】したがって、水中に乳化あるいは分散した
状態で排出される乳化状油類は、乳化状態を破砕する必
要がある。従来、このような乳化状態を破砕するには、
加熱法、酸性化法、塩素処理法、凝集剤添加法、電気的
な方法など種々の方法があるが、一般には浮上分離、加
圧浮上などが採用されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】油水分離槽に捕集され
た遊離状の油類及び濾過により捕集された遊離状油脂類
は、必要に応じ、圧搾、遠心分離などの手段を併用して
焼却処分されるが、焼却に伴い悪臭が発生するという問
題がある。また、乳化状油類の処理には、前述したよう
に、煩雑な乳化状態の破砕操作が必要である。したがっ
て、本発明の目的は、コンパクトな処理装置を使用する
ことにより、煩雑な操作を必要とせずに好気性菌を高密
度に培養する方法、及び高密度に培養した好気性菌を使
用し、悪臭を発生させずに処理することのできる廃油脂
の処理方法ならびに装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
を重ね、好気性菌の菌体密度を高めて廃油脂を好気性条
件下に処理することにより、上記目的を達成することが
できることを見出し、本発明に到達した。すなわち、本
発明は、油脂及び水、又は油脂を含有する水を曝気槽に
投入し、曝気槽からの処理水を膜分離装置に導入し、水
分は膜を透過させて系外に除去するとともに膜を透過し
なかった非透過液は前記曝気槽へ返送することにより好
気性菌を高密度に培養することを特徴とする好気性菌の
高密度培養方法である。

【００１３】本発明のもう一つの発明は、油脂を含有す
る廃水を好気性条件下で分解除去する廃油脂の処理方法
において、油脂を含有する廃水を、好気性菌として高密
度に培養した好気性菌を存在させた曝気槽に投入し、曝
気槽からの処理水を膜分離装置に導入し、膜を透過した
透過液は系外に除去するとともに膜を透過しなかった非
透過液は前記曝気槽へ返送することを特徴とする廃油脂
の処理方法である。

【００１４】本発明の別の発明は、少なくとも曝気槽と
膜分離装置から構成され、膜を透過した水分は系外に除
去され、膜を透過しなかった非透過液は曝気槽へ返送さ
れるように構成したことを特徴とする好気性菌の高密度
培養装置である。

【００１５】本発明のさらに別の発明は、少なくとも曝
気槽と膜分離装置から構成され、膜を透過した透過液は
系外に除去され、膜を透過しなかった非透過液は曝気槽
へ返送されるように構成したことを特徴とする廃油脂の
処理装置である。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明において、処理の対象とな
る油脂は食用油脂であり、具体的には、オリーブ油、ゴ
マ油、大豆油、コーン油などの植物油脂、牛脂、豚脂、
鰯脂などの動物油脂又はこれらの混合物からなる油脂を
例示することができ、本発明の処理方法では、このよう
な油脂を含有する廃水が処理される。

【００１７】本発明の廃油脂の処理方法においては、好
気性菌が使用される。好気性菌としてはとくに制限はな
く、通常の好気性が使用される。本発明において、まず
好気性菌は高密度化される。好気性菌を高密度化するに
は、少なくとも曝気槽と膜分離装置から構成された装置
を使用し、油脂及び水、又は油脂を含有する水を曝気槽
に投入し、曝気槽からの処理水を膜分離装置に導入し、
水分は膜を透過させて系外に除去し、膜を透過しない非
透過液は曝気槽へ返送することによって実施される。好
気性菌は自然に付着するのを待ってもよいし、上記のよ
うな好気性菌を予め曝気槽に仕込んでおいてもよい。

【００１８】図１は好気性菌を高密度に培養するのに使
用した高密度培養装置及び高密度に培養された好気性菌
を存在させて廃油脂を好気性条件下に分解処理するのに
使用した廃油脂の処理装置の一例であり、１は酸素ボン
ベ、２は曝気槽、３は攪拌機、４は溶存酸素制御器、５
はポンプ、６は膜分離装置である。曝気用のガスとして
は酸素を使用したが、空気を使用してもよい。曝気槽２
に廃油脂及び水を連続的又は間欠的に投入し、水分は膜
分離装置６で膜を透過させて系外に除去しつつ、膜を透
過しない非透過液を曝気槽へ返送することにより、菌体
を高密度に培養する。培養操作のしやすさの点からは、
廃油脂及び水は間欠的に投入するのがよい。

【００１９】本発明に使用する膜分離装置において、膜
として限外濾過膜又は精密濾過膜を使用するのが菌体密
度を高める効果又は廃油脂の処理効果の点で好ましい。
また、好気性菌の菌体密度は高い方が油脂を分解する能
力が高く、菌体密度は１００００ｍｇ／Ｌ（リットル）
以上とするのが好ましい。

【００２０】好気性菌が高密度になった時点で、油脂を
含有する廃水を、必要に応じて浮遊物などを予め除去し
た後、上記曝気槽に投入し、曝気槽からの処理水は膜分
離装置に導入する。廃水中の油脂の濃度は、曝気槽中の
好気性菌の濃度にもよるが、通常は１〜１０ｗｔ％で
実施される。膜を透過した透過液は処理済水として系
外に除去し、膜を透過しなかった非透過液は曝気槽に返
送する。廃油脂の曝気槽への投入は連続的でも間欠的で
もよい。以上の操作により、煩雑な操作を必要とせず、
しかも悪臭を発生させずに、油脂を含有する廃水を処理
することができる。また、使用する装置は、少なくとも
曝気槽と膜分離装置から構成されるコンパクトな装置で
ある。以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明
する。

【００２１】

【実施例】

（好気性菌の高密度培養）図１に示す装置を使用し、廃
油脂の好気性菌の高密度培養を行った。好気性菌を使用
し、有効容積１０Ｌの曝気槽に、１２０〜２４０ｇの廃
油脂及び４Ｌの水道水を平均３日ごとに一括投入した。
ＢＯＤの指標となるｎ―ヘキサン抽出物質は、廃油脂投
入直後の曝気槽内で２５０００〜３５０００ｍｇ／Ｌで
あった。水道水投入による水分増加分は水位計（図示せ
ず）に連動した分画分子量２００００のチューブラー
型、膜面積０．２ｍ²の限外濾過膜モジュールにより除
去し、膜を透過しなかった非透過液は曝気槽へ返送し
た。菌体管理のため毎日２００ｍＬの混合液を抜き取っ
た（汚泥日令５０日）。いずれの場合もエジェクターを
用いて酸素を供給し、曝気槽内は直径５ｃｍのプロペラ
により毎分４００回転で攪拌した。

【００２２】（廃油脂の処理）菌体密度が１００００ｍ
ｇ／Ｌ以上に達した時点で廃油脂５ｗｔ％を含有する廃
水を間欠的に上記曝気槽に投入した。廃油脂及びｎ―ヘ
キサン抽出物質の容積負荷を図２に示す。１２０日まで
は廃油脂中に占めるｎ―ヘキサン抽出物質（油分）の割
合が低いのは水分が多量に含まれていたからであると思
われる。１３０〜１５０日の間を除いて、容積負荷は３
ｋｇ―油分／ｍ³／日前後であった。廃油脂の投入直前
に測定した曝気槽内の菌体密度の経時変化を図３に示
す。なお、測定した菌体密度には、混合液中に乳化・分
散している油脂分及び固形分（肉片など）も含まれてい
たが、廃油脂投入直後の混合液はべたべたした状態であ
るが、１日経過するとさらりとした状態になり、投入油
脂の大部分は菌体内に移行又は処理されたものと思われ
た。菌体密度は実験開始後約３０日で２００００ｍｇ／
Ｌに達した。

【００２３】実験初期には廃油脂の乳化剤として界面活
性剤を添加したが、この菌体密度に達した頃から廃油脂
は界面活性剤なしで水中に乳化・分散するようになっ
た。６０〜１２０日では３００００〜４００００ｍｇ／
Ｌで推移したが、１２０日以後増加して１５０日で最大
に達し、１６０日以後では４００００〜５００００ｍｇ
／Ｌで推移した。１２０〜１５０日の菌体密度の増加は
負荷量の増加によるものと考えられる。

【００２４】本実験では水道水を培地の溶媒として用い
た。この溶媒は更新しないと生育阻害物質が蓄積するの
で限外濾過膜による固液分離を行ったが、限外濾過膜を
透過した廃液中の油分は検出限界以下であった。したが
って、系外に排出される油分は菌体管理のために引き抜
いた混合液に含まれる油分だけである。この油分には混
合液中に乳化・分散している油脂及び菌体内の油脂成分
の双方を含んでいるので、物質収支より油分の除去率を
次のようにして求めた。除去率（％）＝（１−引き抜き
混合液中の油分（ｇ／日）／投入油分（ｇ／日））×１
００、引き抜き混合液中の油分（ｇ／日）＝引き抜き混
合液中の油分濃度（ｇ／Ｌ）×引き抜き量（Ｌ／日）。
このようにして求めた油分の除去率を図４に示す。９０
〜１５０日では９０％以上、１５０日以後は８０％前後
で推移している。なお、１５０日は曝気槽の水温が低下
したため除去率が低下したものと思われる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、少なくとも曝気槽と膜
分離装置から構成される装置を使用し、高濃度に培養し
た好気性菌を使用することにより、廃油脂を効率よく分
解除去することができる。したがって、このようなコン
パクトな処理装置を使用することにより、煩雑な操作を
必要とせず、しかも悪臭を発生させずに廃油脂を処理す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用した好気性菌の高密度培養装置及
び廃油脂の処理装置の一例である。

【図２】廃油脂脂及びｎ―ヘキサン抽出物質の容積負荷
を示すグラフである。

【図３】菌体密度の経時変化を示すグラフである。

【図４】油分の除去率を示すグラフである。

【符号の説明】

１酸素ボンベ２曝気槽３攪拌機４溶存酸素制御器５ポンプ６膜分離装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】油脂及び水、又は油脂を含有する水を曝
気槽に投入し、曝気槽からの処理水を膜分離装置に導入
し、水分は膜を透過させて系外に除去するとともに膜を
透過しなかった非透過液は前記曝気槽へ返送することに
より好気性菌を高密度に培養することを特徴とする好気
性菌の高密度培養方法。
【請求項２】該膜分離装置に使用する膜が限外濾過膜
又は精密濾過膜である請求項１の廃油脂の高密度培養方
法。
【請求項３】好気性菌の菌体密度が１００００ｍｇ／
Ｌ以上である請求項１又は２の高密度培養方法。
【請求項４】油脂を含有する廃水を好気性条件下で分
解除去する廃油脂の処理方法において、油脂を含有する
廃水を、好気性菌として高密度に培養した好気性菌を存
在させた曝気槽に投入し、曝気槽からの処理水を膜分離
装置に導入し、膜を透過した透過液は系外に除去すると
ともに膜を透過しなかった非透過液は前記曝気槽へ返送
することを特徴とする廃油脂の処理方法。
【請求項５】好気性菌の菌体密度が１００００ｍｇ／
Ｌ以上である請求項４の廃油脂の処理方法。
【請求項６】該膜分離装置に使用する膜が限外濾過膜
又は精密濾過膜である請求項４又は５の廃油脂の処理方
法。
【請求項７】少なくとも曝気槽と膜分離装置から構成
され、膜を透過した水分は系外に除去され、膜を透過し
なかった非透過液は曝気槽へ返送されるように構成した
ことを特徴とする好気性菌の高密度培養装置。
【請求項８】該膜分離装置に使用する膜が限外濾過膜
又は精密濾過膜である請求項７の高密度培養装置。
【請求項９】少なくとも曝気槽と膜分離装置から構成
され、膜を透過した透過液は系外に除去され、膜を透過
しなかった非透過液は曝気槽へ返送されるように構成し
たことを特徴とする廃油脂の処理装置。
【請求項１０】該膜分離装置に使用する膜が限外濾過
膜又は精密濾過膜である請求項９の処理装置。