JPWO2016129586A1 - 廃液処理装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、パーム果実を原料としてパーム油を生産した際に発生するパームオイル廃液を処理する廃液処理装置であって、固液分離処理によってパームオイル廃液から浮遊固体を分離する浮遊固体分離手段と、浮遊固体分離手段によって浮遊固体が分離されたパームオイル廃液をメタン発酵するメタン発酵リアクタとを備える。

Description

本発明は、廃液処理装置に関する。
本願は、2015年2月12日に、日本に出願された特願2015−025331号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
周知のように、パーム油はオイルパーム(oil palm、和名:アブラヤシ)の果実を加工することによって生産される植物油(成果物)である。このようなパーム油は、東南アジアが主産地であり、大規模農園であるプランテーションで製造されている。例えば下記特許文献1及び引用文献2には、上記オイルパームの幹(トランク)をバイオマス(生物由来の資源)として捉え、この幹(トランク)から採取した樹液(糖液)を原料としてアルコール発酵(エタノール発酵)させることによりバイオエタノール(液体燃料)を製造することが記載されている。
日本国特許第4665257号公報 日本国特許第4418871号公報
ところで、上記特許文献1や特許文献2の技術は、パーム幹をバイオマスとして再資源化しようとするものであるが、パーム油(成果物)の生産に伴って発生するバイオマスは、パーム幹(固体バイオマス)だけではなく、パーム油の製油工場で発生するパームオイル廃液(液体バイオマス)がある。このパームオイル廃液は、オイルパームの果実から粗パームオイル(CPO)を搾った残渣を主成分(糖分等)とする排水(POME:Palm Oil Mill Effect)であり、現在、メタン発酵リアクタを用いて処理することが検討されている。しかしながら、上記パームオイル廃液をメタン発酵リアクタでメタン発酵するためには、パームオイル廃液に含まれる浮遊固体(SS)及び油脂成分を、メタン発酵リアクタの処理の阻害要因とならない濃度まで低減しなければならない。なお、上記浮遊固体は、パーム果実の繊維等である。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、メタン発酵リアクタに供給されるパームオイル廃液に含まれる浮遊固体及び油脂成分の濃度を低減する、ことを目的とする。
本発明の第1の態様は、パーム果実を原料としてパーム油を生産した際に発生するパームオイル廃液を処理する廃液処理装置であって、固液分離処理によって前記パームオイル廃液から浮遊固体を分離する浮遊固体分離手段と、前記浮遊固体分離手段によって浮遊固体が分離された前記パームオイル廃液をメタン発酵するメタン発酵リアクタとを備える。
本発明の第2の態様は、上記第1の態様において、前記浮遊固体分離手段は、前記固液分離処理として遠心分離処理を行う遠心分離機を有し、前記遠心分離機によってパームオイル廃液に遠心分離処理を施してパームオイル廃液から浮遊固体を分離する。
本発明の第3の態様は、上記第1の態様において、前記パーム油は、前記パーム果実の搾汁液の上澄み液と沈殿物のうちの上澄み液から抽出され、前記浮遊固体分離手段は、前記固液分離処理として遠心分離処理を行う遠心分離機を有し、前記遠心分離機によって前記沈殿物に遠心分離処理を施して前記沈殿物から前記浮遊固体及び汚泥を分離し、前記沈殿物から前記浮遊固体及び汚泥を分離して得られる分離液を前記パームオイル廃液として排出する。
本発明の第4の態様は、上記第1〜第3のいずれか1つの態様において、前記メタン発酵リアクタは、前記パームオイル廃液にニッケル、コバルト及びモリブデンを各々含む金属塩類を添加しつつメタン発酵する。
本発明によれば、メタン発酵リアクタに供給されるパームオイル廃液に含まれる浮遊固体を分離して濃度を低減することが可能となる。また、本発明によれば、浮遊固体の分離に伴って、浮遊固体に付着する油脂成分もパームオイル廃液から同時に分離されるので、パームオイル廃液に含まれる油脂成分の濃度も低減することが可能となる。
本発明の一実施形態に係るパーム油生産システムの構成を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態のパーム油生産システムは、植物の一種であるオイルパームの果実(パーム果実X1)を加工することにより植物油の一種であるパーム油を生産すると共に、オイルパームの幹を加工することにより樹液や糖化液を生産するシステムである。
上記パーム油生産システムは、図1に示すように、パームプランテーション1、果実分離設備2、搾汁設備3、沈殿処理設備4、汚泥分離設備5、パームオイル回収設備6、搾汁粕処理設備7、浮遊固体分離設備8(浮遊固体分離手段)、メタン発酵リアクタ9、好気性処理設備10、浮き草栽培設備11及び肥料成分回収設備12を備えている。なお、浮遊固体分離設備8、メタン発酵リアクタ9、好気性処理設備10、浮き草栽培設備11は、本実施形態における廃液処理装置を構成するものである。
これら各設備のうち、パームプランテーション1は、オイルパーム(和名:アブラヤシ)を栽培する大規模農園である。オイルパームは、パーム油を生産するために主に東南アジアで栽培されているヤシ科の植物であり、パーム果実X1からパーム油が採取されると共に、パーム果実X1及びパーム幹が糖液、でん粉等の有機物を含んでいる。
パームプランテーション1は、パーム果実X1が実るパーム果房(FFB:Fresh Fruit Bunch)X2を果実分離設備2に供給する。
果実分離設備2は、上記パーム果房X2をパーム果実X1と空果房(EFB:Empty Fruit Bunch)とに分離する設備である。果実分離設備2は、分離したパーム果実X1を後段の搾汁設備3に供給する一方、空果房を図示しない焼却設備等に供給する。
搾汁設備3は、パーム果実X1から搾汁液X3を搾汁する設備である。上記搾汁液X3は、パーム油、水分及び繊維質を主成分とするものである。搾汁設備3は、このような搾汁液X3を後段の沈殿分離設備4に供給する一方、搾汁液X3の搾り粕(搾汁粕X4)を搾汁粕処理設備7に供給する。
沈殿処理設備4は、搾汁液X3に含まれる沈殿物X5を沈殿タンクを用いて沈殿させ、沈殿物X5と上澄み液X6とに分離する設備である。沈殿処理設備4は、上記沈殿物X5を後段の汚泥分離設備5に供給する一方、上澄み液X6をパームオイル回収設備6に供給する。
汚泥分離設備5は、沈殿物X5をパームオイル廃液X7と分離汚泥X8とに分離する設備である。汚泥分離設備5は、例えば、遠心分離処理を行う遠心分離機を備え、この遠心分離機を用いてパームオイル廃液X7(分離液)と分離汚泥X8とに分離する。汚泥分離設備5は、上記パームオイル廃液X7を浮遊固体分離設備8に供給する一方、分離汚泥X8を沈殿処理設備4に供給する。沈殿処理設備4に供給された分離汚泥X8は、搾汁設備3から供給される搾汁液X3と共に、沈殿処理設備4において沈殿処理が施される。
パームオイル回収設備6は、上澄み液X6を粗パームオイル(CPO)X9とパームオイル廃液X7とに分離する設備である。パームオイル回収設備6は、例えば、遠心分離機を備え、この遠心分離機を用いて粗パームオイルX9とパームオイル廃液X7とに分離する。パームオイル回収設備6は、上記粗パームオイルX9を回収して図示しないパームオイル精製設備に供給する一方、パームオイル廃液X7を後段の浮遊固体分離設備8に供給する。
搾汁粕処理設備7は、搾汁粕X4をパーム果実X1の殻(PKS:Palm Kernel Shell)や液体成分(パームオイル廃液X7)等に分離する設備である。搾汁粕処理設備7は、例えば、遠心分離機を備え、この遠心分離機を用いてパーム果実X1の殻やパームオイル廃液X7等に分離する。搾汁粕処理設備7は、パーム果実X1の殻を図示しない焼却設備に供給する一方、パームオイル廃液X7を後段の浮遊固体分離設備8に供給する。
浮遊固体分離設備8は、汚泥分離設備5、パームオイル回収設備6及び搾汁粕処理設備7から供給されたパームオイル廃液X7に含まれる浮遊固体(SS:Suspended Solid)X21を分離する設備である。なお、上記浮遊固体X21は、パーム果実X1の繊維等である。浮遊固体分離設備8は、例えば、遠心分離機を備え、この遠心分離機によってパームオイル廃液X7に遠心分離処理を施してパームオイル廃液X7から浮遊固体X21を分離する。
この結果、パームオイル廃液X7に含まれる浮遊固体X21の濃度は、低減される。また、パームオイル廃液X7では、浮遊固体X21が分離されることによって、浮遊固体X21に付着する油脂成分X22も分離されるため、浮遊固体X21と共に油脂成分X22の濃度も低減する。この結果、浮遊固体X21及び油脂成分X22は、メタン発酵リアクタ9の処理の阻害要因とならない濃度まで低減される。浮遊固体分離設備8は、浮遊固体及び油脂成分X22を分離した後のパームオイル廃液X10をメタン発酵リアクタ9に供給する一方、浮遊固体X21及び浮遊固体X21に付着する油脂成分X22を図示しない堆肥化設備、固体燃料化設備及び焼却施設等に供給する。
メタン発酵リアクタ9は、上記パームオイル廃液X10を嫌気性細菌を用いてメタン発酵することによりメタンガスを生成する設備である。メタン発酵リアクタ9は、パームオイル廃液X10にメタン発酵処理を施すことによって得られたメタンガスを図示しない発電設備及び液体燃料化設備等に供給する。
また、メタン発酵リアクタ9は、パームオイル廃液X10をメタン発酵する際、ニッケルX11、コバルトX12及びモリブデンX13を添加しつつメタン発酵する。メタン発酵リアクタ9は、メタン発酵を長期間行うと、ニッケルX11、コバルトX12及びモリブデンX13が不足し、有機酸の濃度が上昇してメタン発酵処理の処理速度が低下するので、パームオイル廃液X10にニッケルX11、コバルトX12及びモリブデンX13を添加する。
例えば、メタン発酵リアクタ9は、塩化ニッケル、塩化コバルト及びモリブデン酸ナトリウムなどの化合物(金属塩類)を添加することによってニッケルX11、コバルトX12及びモリブデンX13をパームオイル廃液X10に添加する。このようなメタン発酵リアクタ9は、メタン発酵処理後の排液X14を好気性処理設備10に供給する。なお、浮遊固体分離設備8とメタン発酵リアクタ9との間には、図示しない冷却用池、または熱交換器などの冷却設備が設けられている。浮遊固体分離設備8から排出されたパームオイル廃液X10は、冷却用池または熱交換器などの冷却設備で冷却された後に、メタン発酵リアクタ9に供給される。
好気性処理設備10は、好気性細菌を用いて上記排液X14に好気性処理を施す設備である。好気性処理設備10は、排液X14に好気性処理を施すことによって得られる処理液X15を浮き草栽培設備11に供給する。また、好気性処理設備10は、上記処理液X15の一部を上述した冷却用池または熱交換器などの冷却設備に供給するようにしてもよい。冷却用池または熱交換器などの冷却設備に供給された処理液X15は、パームオイル廃液X10の希釈と冷却を目的としてメタン発酵リアクタ9に流入させ、再びメタン発酵処理が施される。
浮き草栽培設備11は、上記処理液X15の全量、または一部を浄化処理すると共に処理液X15に基づいて浮き草X16を栽培する設備である。浮き草X16は、栽培過程において処理液X15に含まれる肥料成分、つまり窒素(N)、リン(P)及びカリウム(K)を吸収して生育する。浮き草栽培設備11は、肥料成分を十分に含んだ浮き草X16を肥料成分回収設備12に供給すると共に、上記処理液X15から窒素、りん、及びカリウムを除去した処理液X18を好気性処理設備10から放流される上記処理液X15と混合し、放流水X19として放流する。なお、上記処理液X15を培養液として用いることにより浮き草(ミジンコウキクサ、コウキクサあるいはウキクサ)に肥料成分を吸収させる技術は、例えば国際公開番号WO2011/145316の明細書に詳細が記載されている。
肥料成分回収設備12は、上記浮き草X16から肥料X17を製造する設備である。すなわち、この肥料成分回収設備12は、浮き草X16に所定処理を施すことにより肥料X17を取得し、肥料X17をパームプランテーション1に供給する。
次に、このように構成されたパーム油生産システムの動作について説明する。
パームプランテーション1では、所定面積の生育地(畑)に多数のオイルパームを栽培しており、パーム果実X1が所定の出荷条件を満たす大きさまで生育すると、パーム果実X1が実るパーム果房X2を収穫して果実分離設備2に出荷する。果実分離設備2は、蒸気を用いることにより、パーム果房X2を加熱することでパーム果房X2の滅菌、酵素の抑制及び果房の柔軟化を行う。その後、果実分離設備2は、上記パーム果房X2をパーム果実X1と空果房(EFB:Empty Fruit Bunch)とに分離する。
続いて、搾汁設備3は、上記パーム果実X1を所定の圧搾装置を用いることにより、パーム果実X1から搾汁液X3と搾汁粕X4とに分離する。沈殿処理設備4は、上記搾汁液X3を所定の沈殿タンクを用いることにより、沈殿物X5と上澄み液X6とに分離する。
汚泥分離設備5は、上記沈殿物X5を所定の遠心分離機を用いることにより、パームオイル廃液X7と分離汚泥X8とに分離する。一方、パームオイル回収設備6は、上記上澄み液X6を所定の遠心分離機を用いることにより、粗パームオイルX9とパームオイル廃液X7とに分離する。一方、搾汁粕処理設備7は、上記搾汁粕X4を所定の遠心分離機を用いることにより、パーム果実X1の殻やパームオイル廃液X7等に分離する。
浮遊固体分離設備8は、汚泥分離設備5、パームオイル回収設備6及び搾汁粕処理設備7から供給されるパームオイル廃液X7を所定の遠心分離機を用いることにより、パームオイル廃液X10と浮遊固体X21とに分離する。また、3相分離型遠心分離機を用いることにより、パームオイル廃液X10と浮遊固体X21、油脂成分X21を個別に分離することもできる。この結果、パームオイル廃液X7に含まれる浮遊固体X21の濃度は、低減される。
また、パームオイル廃液X7では、浮遊固体X21が分離されることによって、浮遊固体X21に付着する形で油脂成分X22が、または油脂成分X22が単独で分離されるため、浮遊固体X21と共に油脂成分X22の濃度も低減する。この結果、浮遊固体X21及び油脂成分X22は、メタン発酵リアクタ9の処理の阻害要因とならない濃度まで低減される。尚、単独で分離される油脂成分X22は粗パームオイルX9として回収することができる。
メタン発酵リアクタ9は、上記パームオイル廃液X10を嫌気性細菌を用いてメタン発酵することによりメタンガスを生成する。メタン発酵リアクタ9は、メタン発酵処理によって得られたメタンガスを図示しない発電設備及び液体燃料化設備等に供給する。このようなメタン発酵リアクタ9では、パームオイル廃液X10に含まれる浮遊固体X21及び油脂成分X22がメタン発酵リアクタ9の処理の阻害要因とならない濃度まで低下しているので、処理速度が低下することなくメタン発酵処理が行われる。
また、メタン発酵リアクタ9は、メタン発酵を長期間行うと、ニッケルX11、コバルトX12及びモリブデンX13が不足し、有機酸の濃度が上昇してメタン発酵処理の処理速度が低下するので、パームオイル廃液X10にニッケルX11、コバルトX12及びモリブデンX13を添加する。なお、メタン発酵リアクタ9は、有機酸の濃度が上昇しないように、ニッケルX11、コバルトX12及びモリブデンX13を定期的に添加してもよし、一方有機酸の濃度を測定し、測定結果に基づいて有機酸の濃度が所定のしきい値を超えた場合に、ニッケルX11、コバルトX12及びモリブデンX13を添加するようにしてもよい。このようなメタン発酵リアクタ9は、メタン発酵処理後の排液X14を好気性処理設備10に供給する。
好気性処理設備10は、好気性細菌を用いて上記排液X14に好気性処理を施し、好気性処理の結果得られる処理液X15を浮き草栽培設備11に供給する。浮き草栽培設備11は、上記処理液X15の全量、または一部を所定の処理槽で活性汚泥処理して浄化すると共に上記処理槽で特定の浮き草X16を栽培する。浮き草X16は、例えばミジンコウキクサ、コウキクサあるいは/及びウキクサであり、十分に生育した段階において処理液X15に含まれる肥料成分(窒素(N)、リン(P)及びカリウム(K))を十分に吸収する。
浮き草栽培設備11は、肥料成分を十分に含んだ浮き草X16を肥料成分回収設備12に供給すると共に、上記処理液X15から窒素、リン、及びカリウムを除去した処理液X18を好気性処理設備10から放流される上記処理液X15と混合し、放流水X19として放流する。そして、肥料成分回収設備11は、浮き草X16を例えば乾燥処理することにより肥料X17を取得し、肥料X17をパームプランテーション1に提供する。
このような本実施形態によれば、遠心分離機を備え、遠心分離機を用いることにより、パームオイル廃液X7から浮遊固体X21を分離する浮遊固体分離設備8がメタン発酵リアクタ9の前段に設けられる。また、3相分離型遠心分離機を用いることにより、パームオイル廃液X10と浮遊固体X21、油脂成分X21を個別に分離することもできる。この結果、本実施形態によれば、メタン発酵リアクタ9に供給されるパームオイル廃液X10に含まれる浮遊固体X21をメタン発酵リアクタ9の処理の阻害要因とならない濃度まで低減することが可能となる。
また、本実施形態によれば、浮遊固体X21の分離に伴って、浮遊固体X21に付着する油脂成分X22もパームオイル廃液X7から分離される。この結果、本実施形態によれば、メタン発酵リアクタ9に供給されるパームオイル廃液X10に含まれる油脂成分X22をメタン発酵リアクタ9の処理の阻害要因とならない濃度まで低減することが可能となる。
また、本実施形態によれば、従来、廃棄処理されていたパームオイル廃液をメタン発酵の原料とすることで、オイルパーム廃液が環境に与える影響を最小限にすることができる。
また、本実施形態によれば、従来廃棄処理されていた上記処理液X15の成分を、浮き草を介して回収し肥料として再利用することにより、オイルパーム廃液が環境に与える影響を最小限にすることができ、且つ、従来よりも資源を有効活用することができる。
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
(1)上記各実施形態では、汚泥分離設備5、パームオイル回収設備6及び搾汁粕処理設備7の後段の浮遊固体分離設備8で、パームオイル廃液X7から浮遊固体X21及び油脂成分X22を分離したが、本発明はこれに限定されない。例えば、汚泥分離設備5において、遠心分離機によって、沈殿物X5をパームオイル廃液X7と分離汚泥X8とに分離した後に、該遠心分離機によって再びパームオイル廃液X7に遠心分離処理を施し、浮遊固体X21及び浮遊固体X21に付着する油脂成分X22を分離するようにしてもよい。これは、特に汚泥分離設備5から排出されるパームオイル廃液X7に浮遊固体X21及び油脂成分X22が含まれているため、汚泥分離設備5によってパームオイル廃液X7から浮遊固体X21を分離することで、パームオイル廃液X7から効果的に浮遊固体X21及び油脂成分X22を分離することができる。
(2)上記各実施形態では、浮遊固体分離設備8において、遠心分離機を用いて、パームオイル廃液X7から浮遊固体X21及び浮遊固体X21に付着する油脂成分X22を分離したが、遠心分離機に代わって、例えば、加圧浮上装置を用いて、パームオイル廃液X7から浮遊固体X21及び浮遊固体X21に付着する油脂成分X22を分離するようにしてもよい。つまり、遠心分離機以外の固液分離処理を行う装置を用いて、パームオイル廃液X7から浮遊固体X21及び浮遊固体X21を分離するようにしてもよい。
(3)上記実施形態はパーム油が得られるオイルパームに関するものであるが、本発明はこれに限定されない。メタン発酵の原料となる糖液あるいは/及び糖化液が得られるバイオマスには、オイルパーム以外の様々な木質系バイオマスあるいはセルロース系バイオマスがある。したがって、本発明は、種々の木質系バイオマスあるいはセルロース系バイオマスに適用可能である。
例えば、糖分を含む樹液を有するセルロース系バイオマスには、パーム幹X1の他にパームの葉、バナナ、サトウキビ、トウモロコシ、キャッサバ、サゴ椰子、ヤムイモ、ソルガム、馬鈴薯、セルロースと樹液(またはジュース)、セルロース・でん粉・樹液(またはジュース)からなる作物等、種々の植物があり、各種のセルロース系バイオマスに適用可能である。
本発明によれば、メタン発酵リアクタに供給されるパームオイル廃液に含まれる浮遊固体及び油脂成分の濃度を低減することができる。
1 パームプランテーション
2 果実分離設備
3 搾汁設備
4 沈殿処理設備
5 汚泥分離設備
6 パームオイル回収設備
7 搾汁粕処理設備
8 浮遊固体分離設備(浮遊固体分離手段)
9 メタン発酵リアクタ
10 好気性処理設備
11 浮き草栽培設備
12 肥料成分回収設備
X1 パーム果実
X2 パーム果房
X3 搾汁液
X4 搾汁粕
X5 沈殿物
X6 上澄み液
X7 パームオイル廃液
X8 分離汚泥
X9 粗パームオイル
X10 パームオイル廃液
X11 ニッケル
X12 コバルト
X13 モリブデン
X14 排液
X15 処理液
X16 浮き草
X17 肥料
X18 処理液
X19 放流水
X21 浮遊固体
X22 油脂成分

Claims (4)

  1. パーム果実を原料としてパーム油を生産した際に発生するパームオイル廃液を処理する廃液処理装置であって、
    固液分離処理によって前記パームオイル廃液から浮遊固体を分離する浮遊固体分離手段と、
    前記浮遊固体分離手段によって浮遊固体が分離された前記パームオイル廃液をメタン発酵するメタン発酵リアクタと
    を備える廃液処理装置。
  2. 前記浮遊固体分離手段は、前記固液分離処理として遠心分離処理を行う遠心分離機を有し、前記遠心分離機によってパームオイル廃液に遠心分離処理を施してパームオイル廃液から浮遊固体を分離する請求項1に記載の廃液処理装置。
  3. 前記パーム油は、前記パーム果実の搾汁液の上澄み液と沈殿物のうちの上澄み液から抽出され、
    前記浮遊固体分離手段は、前記固液分離処理として遠心分離処理を行う遠心分離機を有し、前記遠心分離機によって前記沈殿物に遠心分離処理を施して前記沈殿物から前記浮遊固体及び汚泥を分離し、前記沈殿物から前記浮遊固体及び汚泥を分離して得られる分離液を前記パームオイル廃液として排出する請求項1に記載の廃液処理装置。
  4. 前記メタン発酵リアクタは、前記パームオイル廃液にニッケル、コバルト及びモリブデンを各々含む金属塩類を添加しつつメタン発酵する請求項1〜3のいずれか一項に記載の廃液処理装置。
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