JPH08187498A

JPH08187498A - 二相式メタン醗酵装置に於ける菌体返送付開放型酸性醗酵槽

Info

Publication number: JPH08187498A
Application number: JP16524092A
Authority: JP
Inventors: Iwao Nakano; 巌中野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-05-12
Filing date: 1992-05-12
Publication date: 1996-07-23

Abstract

(57)【要約】【目的】メタン醗酵処理上、問題となっている脱離液
中の高濃度窒素の生成をなくす菌体が利用できる装置。
基質の分解菌として用いられる酵母・麹など一般の活性
汚泥菌と比べ廃水処理技術者に馴染まない菌を大量に入
手する方法と装置。活性汚泥法の大きな問題点である余
剰汚泥が出ないように、余剰酵母を種菌・飼料用酵母と
して利用できる装置を開発し、余剰酵母汚泥の発生皆無
の方法の確立。以上の発明の目的であります。【構成】図２中（１）から（１８）までは、主に開放
型酸性醗酵槽を構成する各部であり、この構成による装
置により酵母とうの基質の分解菌は充分増殖された後、
アンモニア生成を押さえながら基質を分解してメタン醗
酵に於ける第一相の役目を果している。図２中（３４）
（３５）（３６）を除いた（１９）から（３８）まで
は、主に菌体培養を目的に構成されている。図２中（３
４）（３５）（３６）（３７）（３８）は、余剰酵母汚
泥の発生を皆無にするためと、飼料用酵母にするために
構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、焼酎蒸溜廃水・澱粉廃
水・ビール・清酒・ウイスキー製造廃水・製あん廃水と
うの廃水処理中最も広く用いられている生物学的処理法
の分野で利用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】（請求項１）に対する従来の技術は通性
の酸性醗酵槽を用いて第一相とし、無通気攪拌とし、酸
化還元電位ＯＲＰは−２００ｍＶ〜−３００ｍＶで、使
用される基質の分解菌はクリストリジゥム属の細菌であ
った。（請求項２）についての従来の技術は全くなく、
通性酸性醗酵槽に無作為にクリストリジゥム属・アセト
ブテリカム属・リポリテック属菌や酵素リパーゼ・プロ
テオリック菌とうの混合菌を投与するか、第二相のメタ
ン醗酵槽からメタン菌を引き抜いて混合して基質の分解
菌として使用するとうの方法が採られていた。（請求項
３）についての従来技術も全くない乙類焼酎生産の場
合、すでに醗酵の進みつつある二次醗酵タンクより増殖
された酵母を取り出し、新しく醗酵を行う他の二次醗酵
タンクに杜氏とうの経験により適量を加えながら酵母菌
の増殖を行い醗酵を進行さす。また廃水処理では酵母利
用は少なく、本発明の如く返送回路を用いて酵母を種菌
ファーメンターに加え、基質分解菌の増殖を行う事は例
をみない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術では第一相
の通性酸性醗酵槽に於いて、クリストリジゥム属とうの
通性嫌気性菌により基質を分解する。「ぶどう糖の場
合、プチルアルコール・炭酸ガス・水に」「澱粉の場
合、プチルアルコール・アセトン・炭酸ガス・水に」
「脂肪の場合、酪酸・グリセリンにさらにエチルアルコ
ール・ぎ酸にさらに水素・炭酸ガスに」分解される。と
ころが生物細胞原形質の主成分である蛋白の場合、分子
組成に炭素・水素・酸素・窒素・硫黄が含まれているの
で分解に当たって「アミノ酸・炭酸ガス・尿素・アンモ
ニア・硫化水素・スカトール・インドール・メルカブタ
ンを」発生する。

【０００４】蛋白分解菌プロテオリイテイクは同時に酵
素を分泌して加水分解を行うので、尿素はこの酵素によ
って完全に炭酸ガスとアンモニアに分解され、可溶性ア
ンモニア態窒素の形を採る。次にこの可溶性アンモニア
態窒素は細菌の細胞形成に利用されて、細菌体内に取り
入れられるが、この細菌令が尽きて死滅すると再びアン
モニア態窒素として現れる。この場合この窒素は有機質
の元素の形をとるので消化ガスに含まれて放散する事は
なく、醗酵汚泥とうに残留を続ける。この窒素分を取る
のには、この醗酵汚泥を汚泥引き抜き装置で引き抜いて
処理する以外に方法がないのでメタン醗酵法の場合、蛋
白質分解が含まれるとアンモニア態窒素分が消化液に残
り、メタン醗酵脱離液は高濃度窒素残留値を示し、後処
理に活性汚泥処理法を用いても放流出来ないという問題
が起きる。さらにこの問題の他にアンモニアは硫化水素
中の硫黄分子および汚泥中の鉄分と結合して硫化鉄とな
るので、汚泥は黒色を呈し、タール性の臭いを発するこ
とになる、発明が解決しようとする課題はこの点にあ
る。さらに具体例を示すと、

【０００５】我が国大手焼酎メーカー三和酒類株式会社
本社工場で、昭和６１年より平成１年まで麦焼酎蒸溜廃
液による二相式メタン醗酵装置のテストを行った結果、
この二相式メタン醗酵装置に流入したときの基質値はＢ
ＯＤ７９，０００ｍｇ／ｌ・Ｔ−Ｎ７，０００ｍｇ／ｌ
であるのに対して装置の二相目に当たるメタン醗酵槽の
脱離液液質はＢＯＤ４，７００ｍｇ／ｌ・Ｔ−Ｎ２，９
００ｍｇ／ｌとなった。ＢＯＤの軽減に対して窒素分の
残留が異状に高い事が判る。このため３倍希釈してＢＯ
Ｄ値を１，５６６ｍｇ／ｌとしもＴ−Ｎ値は９６６ｍｇ
／ｌもあり、生物学的処理ではＢＯＤ・Ｔ−Ｎの同時除
去は不可能でアンモニアストリツピングスチーム法とう
脱窒専用の大型処理装置を別工程で設ける必要が出て、
従来技術の二相式メタン醗酵装置では乙類焼酎蒸溜廃液
の処理は出来ないという課題を提起した。麦焼酎とうの
蒸溜廃液は処理法が決定されないまま年間５０万ｍ^３以
上を海洋投棄しており、１９９５年末の海洋投棄中止を
前に死活問題となっている。アンモニア生成の少ないメ
タン醗酵装置が発明されれば、これらの問題を一掃出来
る訳である。

【０００６】基質の分解菌として用いられる酵母菌は、
有機物窒素除去に有力な菌体として着目されたが、クリ
ストリジゥムとう従来の基質分解菌と違って培養が必要
であり、用いる酵母の量もバイオ技術者が通常接する酒
造工程の培養量と違って格段に量が多いので、廃液処理
に適した培養法の発明が必要となった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】原核微生物であるクリス
トリジゥムセルロリテカム・セルロモナスファビゲ
ナ・リポリテック・ポリテック等は、１８６０年フラン
スのミュラー等によって開発された腐敗槽に用いられて
以来１００年以上何らの疑問も持たれないまま自然現象
の如く使われて来たが、本発明の成功は１００年以上の
伝統を破って、メタン醗酵第一相の基質分解菌に酵母・
麹など真核微生物で醸造・蒸溜廃液と親和性があるサッ
カロミセスセレビシエ・シゾサッカロミセスオクト
ポリス・サッカロミセスセルスベルゲンシス・カンジ
ダユテリスとうを用いた事にある。酵母菌の菌体はクリ
ストリジゥムの５〜１０倍もあり、増殖速度が速く、栄
養条件が整えば９０〜１２０分で細胞量（酵母数１０^□
／ｍｌ）が倍増する他、増殖が過剰となると、引き抜い
て良質な飼料用酵母として使えるなどの優れた特長があ
り、本発明では酵母を基質分解菌に用いる事で課題を解
決する手段其の一とした。

【０００８】この酵母は基質の分解に高い効率がある
上、空気・土壌・海水など自然界に広く分布して適当な
栄養条件と簡単な培養装置を用いて通気攪拌・温度調整
・ＰＨ制御を行いながら、少ないエネルギーで菌体増殖
が可能な、この培養装置の発明が課題を解決するための
手段と考える。

【０００９】酸性醗酵槽に酵母を用いるため、図１
（１）の如く開放型の酸性醗酵槽とした事である。

【００１０】菌体培養に必要な種菌を（１）の開放型酸
性醗酵槽よりリサイクルした事にある。図２（１）の開
放型酸性醗酵槽の底部に設けられた（１３）の余剰菌体
引抜管および（１４）の余剰菌体返送ポンプにより引き
抜かれた余剰菌体は、菌体令に達する前に速やかに（１
５）の菌体返送管（３７）の種菌返送管を経て（３８）
の種菌ファーメンターに返送され、再び（３８）種菌フ
ァーメンター（２８）菌体培養槽（１）の開放型酸性醗
酵槽の順に菌体を送って増殖を続ける。この方法と装置
が課題を解決するための手段となった。

【００１１】

【作用】本発明は１００年以上続いた従来の酸性醗酵槽
の概念にとらわれずに、新たに選出した基質の分解菌で
ある酵母および麹菌が活性化して．可溶性アンモニア態
窒素を作る事なく基質を活発に分解するようにした。さ
らに無菌空気による通気攪拌を図１（５）（６）（７）
（８）（９）の各装置で行って酵母増殖に適した溶存酸
素を０．３〜１．０ｍｇ／ｌ、除去ＢＯＤ１ｋｇ当たり
の必要酸素量を０．４〜０．６ｋｇ−Ｏ_２／ｋｇ−ＢＯ
Ｄとした。さらに酵母増殖に適した水素イオン濃度を保
つための硫酸などによるＰＨ調整装置図（１０）を用い
て、ＰＨを３．５〜４．５に保つようにした。その結
果、酵母数は１０^８ｍｌ〜１０^９／ｍｌに至り、クリス
トリジゥムを用いた従来の通性醗酵槽に比べ、，基質の
分解率はテスト例の如く有機物は勿論の事、窒素分で飛
躍的なものとなった。テスト例を示すと麦焼酎蒸溜廃液の場合本発明の開放型酸性醗酵槽従来型の通性酸性醗酵槽流入ＣＯＤ値４７，０００ｍｇ／ｌ流入Ｃ０Ｄ値４７，０００ｍｇ／ｌ流入Ｔ−Ｎ値３，９００ｍｇ／ｌ流入Ｔ−Ｎ値３，９００ｍｇ／ｌ脱離液ＣＯＤ値１４，０００ｍｇ／ｌ脱離液ＣＯＤ値２４，０００ｍｇ／ｌ脱離液Ｔ−Ｎ値８６０ｍｇ／ｌ脱離液Ｔ−Ｎ値３，０００ｍｇ／ｌとなって、有機物に関する消化は勿論の事、本発明の解
決しようとする課題である可溶性アンモニア態窒素含有
量の少ない良質の第一相処理液が得られ、第二相のアル
カリ性醗酵すなわちメタン醗酵の脱離液の窒素含有量
は、後段の活性汚泥処理装置により楽に処理でき、放流
規制値内に納まる処理水分析値となり、ＢＯＤ２０ｍｇ
／ｌＳＳ５０ｍｇ／ｌＴ−Ｎ１０ｍｇ／ｌ以下で放流が
可能となった。

【００１２】本発明の図２（１３）（１４）（１５）
（３７）で構成される菌体返送装置により、種菌ファー
メンターは新しい酵母菌を種菌として必要とする事なく
返送菌体を用いて菌体の培養・増殖が行える。次に（１
３）（１４）（１５）（３４）で構成される装置で、余
剰酵母を（２１）の廃液に加えながら（２２）の固液分
離装置で脱水ケーキ（３５）と倍地用▲ろ▼液（３２）
に分離するが、この脱水ケーキは酵母菌が含まれるの
で、酵母菌を含む飼料価値の高い飼料となる。（２３）
の培地用▲ろ▼液は（３２）（２７）の除菌装置で除菌
され菌体令を終了する。このように返送した菌体は種菌
の役目をする一方、飼料用酵母となる事が可能となっ
た。

【００１３】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような装置で構
成されたので、以下に記載されるような効果を発揮して
いる。

【００１４】第一相の基質分解を司る酸性醗酵槽に於け
るアンモニア生成量が殆どないので、従来メタン醗酵法
の欠点であったアンモニア過多による脱離液質の悪化と
後段の処理が不可能となる問題を解決した。

【００１５】開放型酸性醗酵槽で基質の分解菌に酵母・
麹などを用いるので、クリストリジウム等によって発生
した“ドブ臭”の強い腐敗臭がなく芳香が漂う事にな
り、メタン醗酵の大きな問題である悪臭がなくなった。

【００１６】基質の分解菌酵母の菌体の大きさはクリス
トリジゥム等の４〜５倍以上あり、基質の分解力が強く
廃液滞留時間２４時間以内で、７０％前後の分解消化を
するので、第一相酸性醗酵槽の容量が少なくなり建設費
・維持費が安くなった。

【００１７】返送して種菌とする事、飼料用酵母とする
事で余剰酵母汚泥の発生は皆無となった。

【００１８】

【図面の簡単な説明】

【図１】開放型酸性醗酵槽の横断面図である。

【図２】菌体培養のための種菌ファーメンター・菌体培
養槽・開放型酸性醗酵槽を骨子とした菌体培養システム
のフロシートである。

【符号の説明】

１開放型酸性醗酵槽２冷却配管３熱交換器４冷却装置５送気装置６除菌フィルター７除菌空気送気管Ｎｏ．１８吸気口９攪拌装置１０ＰＨ調整装置１１醗酵槽液出口１２排出液１３余剰菌体引抜管１４余剰菌体返送ポンプ１５菌体返送管１６菌体供給管１７除菌後の基質液供給管１８除菌薬剤投入管１９除菌空気送気管Ｎｏ．２２０セラミック製通気管２１廃液２２固液分離装置２３培地用▲ろ▼液２４培地調整槽２５サニタリー仕様水中ポンプ２６除菌後の培地および基質液供給管２７除菌薬剤注入管２８菌体培養槽２９排気管３０攪拌器３１除菌後の培地供給管３２次亜塩素酸ナトリウム水溶液投入装置３３種菌投入管３４余剰菌体供給管３５脱水ケーヰ（酵母含有飼料）３６コンベヤー３７種菌返送管３８種菌ファーメンター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】図１（４）の冷却装置より（２）の冷却
配管を経て冷水を熱交換器（３）に送り、（１）の開放
型酸性醗酵槽内の液温を３６℃前後に保ち、（９）の攪
拌装置の下部に取り付けられた給気口（８）に（５）の
送気装置より除菌フィルター（６）除菌空気送気管
（７）を経て空気を送り通気攪拌を行う。さらに（１
０）のＰＨ調整装置を用いて硫酸を加え、（１）の開放
型酸性醗酵槽のＰＨを３．５〜４．５に保って、酵母・
麹とう基質分解菌を増殖して基質を消化する。増殖が続
いて余剰化した余剰菌体は（１３）（１４）（１５）の
菌体返送装置で返送を行い余剰酵母汚泥を皆無とした開
放型酸性醗酵槽。
【請求項２】酵母・麹とう基質分解菌を培養するた
め、図２（２１）の廃液を（２２）の固液分離装置で脱
水ケーキ（３６）と培地用▲ろ▼液（２３）とに分離す
る。培地用▲ろ▼液（２３）は培地調整槽（２４）に送
られた後、（３２）の次亜鉛素酸ナトリュウム水溶液投
入装置の薬剤を投入して雑菌を防除する。雑菌を防除し
た培地用▲ろ▼液（２３）は（２５）のサニタリー仕様
水中ポンプにより（２６）（３１）を経て、菌体培養槽
（２８）に送られる。（２８）の菌体培養槽は（４）の
冷却装置（１０）のＰＨ調整装置（２０）のセラミック
製通気管で温度・ＰＨ・通気を調整しながら菌体の培養
を続け菌体数が１０^８台になった後、（１６）の菌体供
給管を経て（１）の開放型酸性醗酵槽に送られる。種菌
は（１）の開放型酸性醗酵槽の余剰菌体を（１４）の余
剰菌体返送ポンプで引き抜いた後、（１５）（３７）を
経て（３８）の種菌ファーメンターに返送されたものを
使用する。このように新しい種菌を使用せずに、返送種
菌を基に（３８）の種菌ファーメンターで一次増殖、
（２８）の菌体培養槽で二次増殖、（１）の開放型酸性
醗酵槽で三次増殖というような多段スケールアップ法に
よって容易に菌体増殖を行う装置。
【請求項３】図２（１３）の余剰菌体引抜管（１４）
余剰菌体返送ポンプ（１５）の菌体返送管によって余剰
菌体の返送を行う。この余剰菌体は（１５）の菌体返送
管（３４）の余剰菌体供給管を通じて（２１）の廃液と
共に（２２）の固液分離装置に送られる。また（１５）
の菌体返送管（３７）の種菌返送管を通じて（３８）の
種菌ファーメンターに返送され、種菌としてリサイクル
された後（２８）の菌体培養槽で再び増殖され、さらに
（１）の開放型酸性醗酵槽に投入され増殖を続けながら
基質の分解菌となる。このように新規の種菌が不要で培
養装置・処理槽に基質の分解菌が充分得られる菌体返送
装置。