JPH0199694A - 蒸留残液のメタン発酵法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ａ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］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
大きな社会間層となった。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
極めて高いためにそれを経済的に処理する方法に関し苦
慮しているのか実状である。とりわけ穀類を原料とする
蒸留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Ｃ０Ｄｃｒ（重クロム酸カリウム法による化学的
酸素要求量）で３００００〜４５０００ｐｐｍ、　Ｔ　
ＯＣ（全有機体炭素濃度）で１００００〜１８０００ｐ
ｐｍ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ａ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、Ｐ
２Ｓ５）　、固定床法（Ｅｎｅｒｇｙ　Ｂｉｏｍａｓ（
ＧＢＲ）　ｐ５６７−５７１（１９８３）、スラブジブ
ランケラト法（１３ｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ
　Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｖｏｌ、２２．ｐ６
９９〜７３４（１９８０））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コ ところで上記従来の高温発酵化や菌体の高密度化等によ
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化、微生物による消費速度を向−
Ｈ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０゜ 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の過程が大き
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か、実用化には所要エネルギーの低
減、経済性の向」二などの点に課題を残しており、未だ
広く皆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質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、例えぼりミツトデキ
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
の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）　Ｊとは元来「
生物”Ａ　ｊ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。

［問題点を解決するだめの手段］ 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き
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、これらの蒸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
ロオリゴ糖などがメタン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」−シ汚泥の
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（す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、バルブ、繊維、ゴム、食糧、飼料、
廃棄物、都市ゴミの有機成分、し尿、トウモロコノの茎
のような農業廃棄物、畜産廃棄物１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措成成分を
分解しうる能力を（Ｍ−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）、
アミログルコノダーゼ（Ｎ　ＯＶ　Ｏ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ジンＡＦ
ＬＱＳ（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ム該酵素剤の
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３
７℃付近、高温メタン菌であれば５５℃付近で添加すれ
ばよく、しからメタン発酵に供する前に該温度に必ずし
し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１ｌ当たり１２５ｍ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ｌμＭ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１ｌ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ィスキーの製造工程から排出
された蒸留残液を遠心分Ｍ　（３０００ｒｐｍ）した」
二澄液（ＭＷ）とトウモロコシを原料とずろグレンスピ
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（ＧＳ）をそれぞれ２ｇ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
−■に示されているようにＣＯＤ　ｃ　ｒ　ｎｌは両者
は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口￥１．（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Ｃ０Ｄｃｒで３０００ｐｐｍ付近であれば
順コＡ１な処理が可能であることがらＣ０Ｄｃｒが３０
００ｐｐｍ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。本発明背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被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ＭＷζ９澱粉分解酵素剤であるグルターゼ。

アミロゲルコツダーゼや植物組織崩壊酵素であるセルロ
ジンＡＦＬＱＳ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、例えばセルロジンＡＦＬＱＳの場合ＭＷＩ（！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。

表−１ （注）有機物除去率９０％以Ｆをえるための日数表−２ ☆ＪＩＳＫ７００ｉ１９７６による糖化力並ＣＭＣ糖化
力 実施例１ 参考例で使用したものと同じロフトのＭ　Ｗ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
属起源のアミログルコシダーゼ（ＮＯＶＯ社製）をそれ
ぞれＭＷＩＩ２当たりＪＩＳＫ７００１−１９７６で規
定される糖化力として１２５単位、２５０単位、２５０
０単位加え、１ｌのガラス製流動床式リアクターにて３
７℃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ラーゼ１２５単位添加
では１４日、２５００ｍ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栄
位ではＩＩ　Ｅｌであった。

表−３ 実施例２ 実施例１で使用したものと同じロフトのＭＷに植物組織
崩壊酵素剤であるセルロジン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、Ｉρ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。

表−４ 実施例３ 実施例Ｉ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Ｍ添加し、１
ｌ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。例えばセルロジンＡＦＬＱＳ４０単位とグル
ターゼｊｐ位１２５単位を併用すると所要メタン発酵日
数は１１日、セルロソンＡＦＬＱ８４０弔位とアミログ
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中１位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。またセルロジンＡＦＬ
ＱＳ］６０ｍ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
ーの主役を演するメタン菌などの微生物のりアクタ−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。

表−５ ［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. （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. （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. （３）澱粉分解酵素剤の使用量が糖化力として蒸留残液
   １ｌ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. （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１項記載の蒸留残液の
   メタン発酵法。
5. （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. （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１ｌ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. （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１項記載の蒸留残液のメタン発酵法
   。
8. （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
   載の蒸留残液のメタン発酵法。