微生物废弃物和下水污泥的处理方法及其装置和系统 |
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| 申请号 | CN202210516418.2 | 申请日 | 2022-05-12 | 公开(公告)号 | CN115386433A | 公开(公告)日 | 2022-11-25 |
| 申请人 | 松本光史; | 发明人 | 松本光史; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种用于剩余 污泥 或 发酵 · 酿造 渣等 微 生物 废弃物的新的利用的处理方法。本发明提供一种微生物废弃物的处理方法，其具有以下工序：将微生物废弃物、醇和催化剂混合的混合工序；通过所述混合，使所述微生物废弃物的 脂肪酸 甘油酯与所述醇反应生成脂肪酸酯的反应工序；提取所述脂肪酸酯的提取工序。该处理方法可以附设在下 水 处理 场中并追加，也可以在下水污泥处理方法中使用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种微生物废弃物的处理方法，其具有以下工序： |
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| 说明书全文 | 微生物废弃物和下水污泥的处理方法及其装置和系统技术领域[0001] 本发明涉及污泥等微生物废弃物的处理方法。另外，本发明还涉及微生物废弃物的处理装置。此外，还涉及下水污泥处理方法以及下水污泥处理系统。 背景技术[0002] 在下水处理等中，作为水处理技术，会进行活性污泥法等使用微生物的处理。这些处理，由于利用的是伴随水处理微生物增加，因此含有增加的微生物的剩余污泥的处理是必要的。剩余污泥作为像沼气或污泥燃料的能源利用、农业利用等新的生物质资源被引起注目，可以推进再利用。另外，伴随酿造的食品等的制造中，会产生啤酒渣、酒糟、烧酒渣、酱油渣、曲子渣等含有微生物的发酵、酿造渣。 [0003] 作为伴随下水处理的污泥处理技术，根据其处理对象或处理量等公开了各种技术。例如，非专利文献1的第2章基础技术编中，作为脱水处理，记载有污泥的凝集、脱水装置。另外，关于污泥的处理，还记载了干燥、焚烧、堆肥化、减容化技术等。 [0004] 另外，非专利文献2中记载了：下水道事业中很多在使用能源的同时排出大量的温室效应气体，下水道管理者将下水污泥作为能源资源获取，进而最大限度地利用自有基础设施，从这个意义出发，需要对将下水处理场作为核心地域的能量对策和地球温暖化对策进行积极应对。此外还记载了：下水污泥的有效利用顺利进展，2010年近80％被有效利用，但是，下水污泥被定位于生物质资源、不仅可以期待其能源活用，而且下水污泥的有效利用，胶结化等建筑材料利用占大半。另外，作为该具体的能源化技术，还记载了固体燃料化技术、沼气利用技术、热分解气体化技术、焚烧余热发电技术、氢制造·供给技术等。 [0005] 现有技术文献 [0006] 非专利文献 [0007] 非专利文献1：平成14年度环境省承包事业技术合作效率化推进事业产业废水处理技术转移手册(总论编、基础技术编、食品工场废水编)(平成14年度環境省請負事業技術協力効率化推進事業産業廃水処理技術移転マニュアル(総論編、基礎技術編、食品工場廃水編))(参照URL：http://www.env.go.jp/earth/coop/coop/document/15‑pdf/)[0008] 非专利文献2：下水污泥能源化技术指南‑平成29年度版‑、平成30年1月、国土交通省水管理·国土保全局下水道部(下水汚泥エネルギー化技術ガイドライン－平成29年度版－、平成30年1月、国土交通省水管理·国土保全局下水道部) 发明内容[0009] 发明要解决的问题 [0010] 伴随下水处理产生的剩余污泥作为新的生物质资源被部分利用，但现在也不是充分被利用的生物质。另外，除剩余污泥以外含有微生物的废弃物大量产生，也需要寻求比这些更有用的处理方法。 [0011] 在这种情况下，本发明的目的在于提供用于剩余污泥、发酵·酿造渣等微生物废弃物的新的利用的处理方法等。 [0012] 解决问题的手段 [0013] 本发明人们为了解决上述课题，反复深刻研究的结果，发现下述的发明符合上述目的，从而完成了本发明。即，本发明涉及以下的发明。 [0014] <1>一种微生物废弃物的处理方法，其具有以下工序： [0015] 将微生物废弃物、醇和催化剂混合的混合工序； [0017] 提取所述脂肪酸酯的提取工序。 [0018] <2>所述<1>记载的处理方法，其中，在所述混合工序之前，所述处理方法具有将所述微生物废弃物干燥，制成含水率50质量％以下的微生物废弃物的干燥工序。 [0019] <3>所述<1>或<2>的任一项记载的处理方法，其中，所述微生物废弃物为含有微生物的有机性污泥、含有微生物的动植物性残渣的任一种废弃物。 [0021] <5>一种下水污泥处理方法，其在所述<1>～<4>的任一项记载的处理方法中，具有为了作为所述微生物废弃物供给至混合工序，将下水处理场的活性污泥作为原料，干燥所述活性污泥的前处理工序来降低活性污泥量。 [0022] <6>一种微生物废弃物的处理装置，其具有：反应槽、在所述反应槽中供给微生物废弃物的微生物废弃物供给手段、在所述反应槽中供给醇的醇供给手段、将所述反应槽加热的加热手段、和在所述反应槽中提取所述微生物废弃物与所述醇反应生成的脂肪酸酯的提取手段。 [0023] <7>一种下水污泥处理系统，其具有所述<6>记载的处理装置，具有为了制备用所述微生物废弃物供给手段供给的微生物废弃物，将下水处理场的活性污泥作为原料，并将干燥所述活性污泥后的物质制成所述微生物废弃物的前处理手段来降低活性污泥量。 [0024] 发明效果 [0026] 图1是本发明的处理方法所述的流程图。 [0027] 图2是本发明的处理方法所述的流程图。 [0028] 图3是表示本发明处理装置的一例的概要图。 具体实施方式[0029] 以下详细地说明本发明的实施方式，但以下记载的构成要件的说明为本发明的实施方式的一例(代表例)，本发明只要不改变其要旨，不限定于以下的内容。此外，本说明书中使用“～”的表达时，作为含有其前后的数值的表达而使用。 [0030] 本发明的处理方法 [0031] 本发明的处理方法为微生物废弃物的处理方法，其具有以下工序：将微生物废弃物、醇和催化剂混合的混合工序，通过所述混合使所述微生物废弃物的脂肪酸甘油酯与所述醇反应生成脂肪酸酯的反应工序，和提取所述脂肪酸酯的提取工序。 [0032] 本发明的处理装置 [0033] 本发明的处理装置为微生物废弃物的处理装置，其具有：反应槽、在所述反应槽中供给微生物废弃物的微生物废弃物供给手段、在所述反应槽中供给醇的醇供给手段、加热所述反应槽的加热手段、和在所述反应槽中提取所述微生物废弃物和所述醇反应生成的脂肪酸酯的提取手段。 [0034] 根据本发明的处理方法或本发明的处理装置，可以处理微生物废弃物并进行减容化，进而可以得到脂肪酸酯。本发明的下水污泥处理方法使用本发明的处理方法，另外，本发明的下水污泥处理系统使用本发明的处理装置，处理下水处理涉及的剩余污泥。 [0035] 此外，本申请中根据本发明的处理装置也可以进行本发明的处理方法。而且本发明的下水污泥处理系统或下水污泥处理方法也可以使用这些本发明的处理装置或本发明的处理方法。本申请中它们对应各自的构成可以互相使用。 [0036] 本发明人们在剩余污泥等的处理中着眼于含有微生物作为主成分。微生物含有大量的脂肪酸甘油酯作为细胞膜的成分。该脂肪酸甘油酯被认为也包含在剩余污泥等中。该脂肪酸甘油酯直接回收是困难的，但着眼于与醇反应可以生成脂肪酸酯和甘油的可能性，从实验中实际确认可以得到脂肪酸酯。该脂肪酸酯作为液体燃料、化成品的原料也是有用的。本发明是基于这样的见解等。 [0037] 本发明的处理方法的流程 [0038] 图1是本发明的处理方法的一例的流程图。该处理方法具有：将微生物废弃物、醇和催化剂混合的步骤S11，生成脂肪酸酯的步骤S21，和提取脂肪酸酯的步骤S31。由此可以处理微生物废弃物，得到脂肪酸酯。 [0039] 混合工序 [0040] 本发明的处理方法具有混合工序。混合工序为将微生物废弃物、醇和催化剂混合的工序。该工序可以在用于混合的容器中依次将它们混合，也可以同时边供给边混合。另外，也可以一边混合一边用搅拌翼等进行搅拌。 [0041] 微生物废弃物 [0042] 混合工序使用微生物废弃物。微生物废弃物为含有微生物的废弃物。作为微生物废弃物，例如可以将有机性污泥、动植物性残渣等作为对象。它们可以将作为产业废弃物产生的物质作为对象。根据各自的领域或目的，微生物是下水等处理、食品等制造等中增殖而使用的微生物，使用后需要过剩产生而废弃等。例如，可以将活性污泥中含有的微生物、酵母、曲霉菌等作为对象。 [0043] 有机性污泥 [0044] 有机性污泥为有机性的污泥。例如，可以将称为活性污泥的有机性剩余污泥、净水污泥、下水污泥、建筑坑污泥(ピルピット汚泥)等处理工序中使用微生物的污泥作为对象。 [0045] 动植物性残渣 [0046] 动植物性残渣为动植物性的残渣。例如酱油渣、曲子渣、酒糟、啤酒渣、烧酒渣等发酵·酿造渣等，作为在发酵·酿造工序中使用微生物，制造后含有过剩产生的微生物的废弃物而产生。可以将它们作为处理对象。 [0047] 干燥工序 [0048] 本发明的处理方法优选具有干燥工序。干燥工序为将微生物废弃物干燥制成含水率50质量％以下的微生物废弃物的工序。干燥工序可以适当采用能降低含水率的手段。例如可以列举：热风干燥、喷雾干燥、冷冻干燥、真空干燥等。作为用于干燥的热源，也可以利用下水处理场的剩余热源等。 [0049] 含水率 [0050] 微生物废弃物优选含水率为50质量％以下。一般的剩余污泥的脱水饼等也会因处理设备的规格、处理对象物、最终处理手段等而不同，但为65～90质量％左右。另一方面，脂肪酸酯的制造中，会担心反应场中存在水而成为阻碍反应的要素。因此优选与一般的脱水饼相比还要进一步降低水分。 [0051] 供给至本发明的混合工序的微生物废弃物优选含水率50质量％以下、30质量％以下、20质量％以下。含水率的下限可以没有特别限定，但由于担心干燥至实质0％时干燥工序的效率变差，因此设置0.1质量％以上、1质量％以上、2质量％以上、5质量％以上、10质量％以上左右的下限。因此，微生物废弃物的特别适合的含水率为10质量％～20质量％。 [0053] 图2是本发明的处理方法的一例的流程图。该处理方法具有以下步骤：进行干燥剩余污泥的前处理并制成相当于微生物废弃物的污泥的步骤S12，将干燥的污泥、醇和催化剂混合的步骤S22，生成脂肪酸酯的步骤S32，和提取脂肪酸酯的步骤S42。由此，可以处理微生物废弃物，得到脂肪酸酯。 [0054] 下水处理(前处理工序) [0055] 通过具有前处理工序来降低活性污泥量，该前处理工序是为了作为微生物废弃物供给至混合工序，将下水处理场的活性污泥作为原料，干燥活性污泥。由此，本发明也可以作为下水污泥处理系统或下水污泥处理方法。该前处理工序的干燥也可以采用所述的干燥工序。由此，本发明为通过附设在下水处理场等追加采用而可以进行下水污泥处理的技术。 [0056] 醇 [0057] 本发明的混合工序混合醇。醇可以使用来自微生物废弃物的细胞膜等的脂肪酸甘油酯和酯交换反应的醇。优选使用ROH的通式表示的、所述R为低级烷基的低级醇。该低级烷基更具体地用Cn H2 n+1表示，n优选为1～5。例如，醇优选使用选自由甲醇、乙醇、丁醇、丙醇、庚醇所组成的组中的任一种以上。特别优选甲醇。低级醇由于极性高，容易与生成的脂肪酸甲酯分成2相。因此，与反应残渣的静置也可以分离，分离容易。所以，可以效率很好地制造脂肪酸酯。特别是使用甲醇时，反应性高，分离也容易，制造效率提高。 [0058] 催化剂 [0060] 作为酸催化剂，可以使用盐酸或硫酸等。特别优选盐酸。酸催化剂浓度相对于醇量优选为1～30质量％，更优选为5质量％以上、10质量％以下。另外，酸催化剂量根据使用的醇而变化。这些盐酸浓度、硫酸浓度等可以作为与醇混合后的各酸催化剂的浓度进行设定管理。 [0061] 作为碱催化剂，有氢氧化钠、氢氧化钾。氢氧化钠不溶于醇，因此需要作为水溶液添加。这时根据条件存在由于水溶液的水分而生成肥皂的可能性。氢氧化钾可溶于醇，由于不含水分，不生成肥皂。因此，氢氧化钾是更优选的。碱催化剂相对于醇量优选为1～30质量％，更优选7质量％以上、10质量％以下。另外，碱催化剂量根据使用的醇而变化。 [0062] 混合比例 [0063] 微生物废弃物与醇的混合比例可以根据微生物废弃物的微生物含量、醇的种类等进行适当设定。例如，作为微生物废弃物：醇的质量比，可以为0.1:10～1：1左右。即，微生物废弃物的质量/醇的质量可以为0.01～1。 [0064] 另外，催化剂的添加量，根据催化剂的种类等，可以混合醇或作为反应中的介质使用，相对于该醇(催化剂/醇)可以为0.1～10质量％浓度。 [0065] 反应工序 [0066] 本发明的处理方法具有反应工序。反应工序为通过混合使所述微生物废弃物的脂肪酸甘油酯与所述醇反应生成脂肪酸酯的工序。通过混合微生物废弃物与醇，该反应工序开始，但为了提高反应速度，优选在升温的状态下进行反应。 [0067] 反应温度 [0068] 反应温度可以为0℃以上、10℃以上、20℃以上。另一方面，由于低温下反应时间长，因此优选升温至50℃以上、60℃以上、80℃以上进行反应。温度过高时，醇成分容易过量挥发，各种成分可能会发生碳化或劣化，处理装置的负荷等也变大，因此可以将上限设为150℃以下、120℃以下。为了抑制醇的挥发等并同时确保反应温度，反应工序也可以在加压下进行。 [0069] 反应时间 [0070] 由于根据反应温度、反应量等进行处理至脂肪酸酯化充分进行，因此反应时间没有特别限定。例如可以为30分钟以上、1小时以上。另外，其上限可以为6小时以下、3小时以下。 [0071] 提取工序 [0072] 反应工序后，为了回收脂肪酸酯，进行提取脂肪酸酯的提取工序。提取工序只要是能够将脂肪酸酯与来自醇或其他微生物的成分、反应残渣分离即可。脂肪酸酯为脂溶性，其他的成分大多为水溶性。利用这些性质，优选进行分离成油相和水相的二相分离等。 [0073] 为了在油相中提取脂肪酸酯，使用己烷等介质进行混合。另外，为了除去其他的成分，混合水并分取·水洗。之后，静置，进行二相分离，回收己烷层，由此可以选择性地提取并回收脂肪酸酯。该脂肪酸酯比己烷难挥发，因此通过进行风干等可以得到脂肪酸酯。 [0074] 脂肪酸酯 [0075] 根据本发明，使脂肪酸甘油酯与醇反应，得到脂肪酸酯(脂肪酸烷基酯)与甘油。脂肪酸酯根据使用的醇不同得到的酯也不同。例如，通过使用甲醇，可以得到脂肪酸甲酯。另外，通过使用乙醇，可以得到脂肪酸乙酯。 [0076] 脂肪酸酯的脂肪酸碳链长根据微生物废弃物的种类进行适当调整。例如，脂肪酸酯可以为C4～C22的脂肪酸酯。更优选地可以为C8～C18的脂肪酸酯。另外，通过使用甲醇作为醇，可以得到脂肪酸甲酯。C8～C18是指脂肪酸酯的烷基的碳链长(C)为8～18。即，例如C8的脂肪酸酯是指碳链数8的脂肪酸酯。例如，由于污泥中含有各种微生物，因此可以得到C8～C18的脂肪酸酯分布。更加具体地，可以得到C8、C10、C12、C14、C16、C18的脂肪酸酯。 [0077] 脂肪酸酯可以用于各种用途。例如，可以作为生物柴油燃料或生物喷气燃料等液体燃料使用。另外，也可以作为树脂·塑料、润滑油、纤维等化学成品原料使用。此外，副产物甘油也可以回收进行资源化。另外，副产物甘油与未反应醇可以导入消化槽，作为气体产生的原料使用。 [0078] 装置例 [0079] 图3为本发明的处理装置所述的装置的概要图。该装置具有污泥槽1、乙醇槽2、反应槽3、提取槽4、回收槽5和回收槽6。将微生物废弃物从污泥槽1供给至反应槽3，将乙醇从乙醇槽2供给至反应槽3。另外，乙醇槽2的乙醇中也事先混合催化剂。在该反应槽3中，使微生物废弃物、乙醇和催化剂混合并反应。为了该反应，适当地边加热、搅拌边进行反应。反应后，在提取槽4中进行从含有脂肪酸酯的反应液分离并提取脂肪酸酯的处理。之后，将含有脂肪酸酯的相与其他的相分离，分别各自回收至回收槽5和回收槽6。该装置为可以在一般的下水处理场中追加并采用的技术。 [0080] 具体实施方式 [0081] 实施例 [0082] 以下，通过实施例更加详细地说明本发明，但本发明只要不改变其要旨，并不局限于以下的实施例。 [0083] 实施例1 [0084] (1)首先，冷冻干燥下水污泥得到冷冻干燥污泥。 [0085] (2)然后，在该冷冻干燥污泥约0.3g中，混合5mL HCl浓度为5质量％的甲醇(5％HCl‑MeOH)。 [0086] (3)在该混合状态下，在100℃反应60分钟，制造甲酯化的反应液。 [0087] (4)在反应液中混合己烷5mL，在己烷相中提取脂肪酸甲酯。 [0088] (5)进而，混合5mL水进行分取水洗。 [0089] (6)之后，静置并进行二相分离，分取己烷相。 [0090] (7)在分取的己烷相中一边供给氮一边风干，得到残留物。将残留物溶于己烷中，得到分析用样品。 [0091] (8)使用GC/MS装置(岛津制作所Shmadzu HiCap‑CBP 5)、脂肪酸分析柱(FAMEWAX column)分析该残留物。脂肪酸甲酯鉴定，从峰保留时间和分子量方面与标准品进行比较。(参考文献：T.Tanaka et al.，Production of eicosapentaenoic acid by high cell density cultivation of the marine oleaginous diatom Fistulifera solaris,Bioresource Technology 245(2017)567‑572) [0092] (9)其结果确认，主要生成碳链长C8～C18的脂肪酸甲酯(参照下表)。另外，容量该残留物的结果，相对于作为原料的冷冻干燥下水污泥量，得到约10质量％的反应物。 [0093] [表1] [0094] [0095] 产业上的可利用性 [0096] 本发明可以在下水处理场等废弃物的处理中使用，在产业上是有用的。 [0097] 符号说明 [0098] 1 污泥槽 [0099] 2 乙醇槽 [0100] 3 反应槽 [0101] 4 提取槽 [0102] 5、6 回收槽 |
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