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JP4447148B2 - Cellulosic waste treatment method - Google Patents
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JP4447148B2 - Cellulosic waste treatment method - Google Patents

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Landscapes

  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はセルロース系廃棄物の処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
セルロース系廃棄物は草木由来の廃棄物であり、稲わら、麦わら等の農業系廃棄物、廃材等の林業系廃棄物、パルプスラッジ、食品、繊維工場廃棄物等の工業系廃棄物、古紙、紙類を含む都市ごみ等の家庭・商業系廃棄物など、その種類も排出源も多岐にわたっている。また量的にも多く、様々な手法で再資源化を図る試みが行われている。
例えば、セルロース系廃棄物に酵素を作用させることによって加水分解してグルコースなどの糖を得、この糖をアルコール発酵や乳酸発酵等の発酵工程に供して有価物を生産する方法は、安全性が高く、用途の幅も広いので有効な方法であると考えられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにセルロース系廃棄物を糖化させ、さらに発酵させて再資源化する方法を実現するには、プロセスに必要なコストが高く、廃棄物の処理方法としては採算がとれない等の問題があった。
具体的には、例えば上記の糖化および発酵を伴うプロセスを実施するためには、糖化を行う設備や発酵を行う設備のほかにも、廃棄物を受け入れる設備や、糖液を分離精製する設備など多種の設備を建設する必要があるため、処理量が大規模でないと採算がとれない場合が多い。
特に、発酵工程は無菌操作などを要する生物系プロセスであるので、設備の計画には配慮を要し、運転のノウハウも通常の化学系プロセスより複雑である。
また糖化に使用する酵素を調達するのに、市販されている精製品を購入すると高価であり、かといって設備内で生産しようとしても、酵素生産工程は生物系プロセスであるので、発酵工程と同様に、設備が簡単ではなく運転も複雑であるという問題があった。また発酵工程や酵素生産工程に遺伝子組み替え微生物を用いる場合には、厳しい規制があり、封じ込めのための操作も必要となるなど、解決すべき問題が多い。
またセルロース系廃棄物の排出源は散在している場合が多く、個々の排出源での排出量は小規模である場合が多い。そこで、処理量を増大させて採算がとれるようにするためには、セルロース系廃棄物を広範囲の排出源から収集することが必要であるが、嵩高なセルロース系廃棄物の輸送は経済的でないという問題もあった。
【0004】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、セルロース系廃棄物処理を糖化し、糖液から有価物を生産するプロセスのコストを低減させて、セルロース系廃棄物の再資源化を実現できるようにすることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明のセルロース系廃棄物の処理方法は、一次処理地点でセルロース系廃棄物に酵素を作用させて糖を生成する糖化工程と、前記糖化工程で生成した糖を含有する糖含有液を前記一次処理地点とは異なる二次処理地点へ輸送する糖輸送工程と、該二次処理地点において前記糖を用いて発酵を行う発酵工程と、前記二次処理地点において酵素の生産を行う酵素生産工程と、該酵素生産工程で生産された酵素を前記一次処理地点へ輸送する酵素輸送工程とを有することを特徴とする。
前記糖含有液は、前記セルロース系廃棄物に酵素を作用させて糖化反応が開始した後の反応液であってもよく、前記糖化工程後に固液分離を行って得られる糖液であってもよく、前記分離工程で得られた糖液を濃縮した濃縮糖液であってもよい。
【0006】
すなわち、前記糖化工程後に固液分離を行って固形分が除去された糖液を得る分離工程と、前記分離工程で得られた糖液を濃縮して濃縮糖液を得る濃縮工程とを前記一次処理地点にて行い、前記糖輸送工程で輸送される糖含有液を前記濃縮糖液としてもよい。
この場合、前記一次処理地点において、前記分離工程で除去された固形分を燃焼して熱エネルギーを得、該熱エネルギーを前記濃縮工程に供給する熱エネルギー回収工程を行うことが好ましい。
【0007】
あるいは、前記糖化工程後に固液分離を行って固形分が除去された糖液を得る分離工程を前記一次処理地点にて行い、前記分離工程で得られた糖液を濃縮して濃縮糖液を得る濃縮工程を前記二次処理地点にて行って、前記糖輸送工程で輸送される糖含有液を前記分離工程で得られた糖液としてもよい。
この場合、前記分離工程で除去された固形分を前記二次処理地点へ輸送する固形分輸送工程を設け、前記二次処理地点において前記固形分を燃焼して熱エネルギーを得、該熱エネルギーを前記濃縮工程に供給する熱エネルギー回収工程を行うことが好ましい。
【0008】
あるいは、前記糖輸送工程で輸送される糖含有液を前記セルロース系廃棄物に酵素を作用させて糖化反応が開始した後の反応液とし、前記二次処理地点において前記糖化工程後に固液分離を行って固形分が除去された糖液を得る分離工程と、
前記分離工程で得られた糖液を濃縮して濃縮糖液を得る濃縮工程とを行ってもよい。
この場合、前記二次処理地点において、前記分離工程で除去された固形分を燃焼して熱エネルギーを得、該熱エネルギーを前記濃縮工程に供給する熱エネルギー回収工程を行うことが好ましい。
【0009】
前記酵素輸送工程で輸送される酵素を液状とし、該酵素輸送工程と前記糖輸送工程とを同一の輸送手段を用いて行うことが好ましい。
前記セルロース系廃棄物としては、古紙、または古紙を含む廃棄物が好ましい。 前記酵素としては、エンドグルカナーゼを含有するセルラーゼが好ましい。
前記発酵工程においては、L−乳酸および/またはエタノールを生産することが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図1ないし図3は、本発明のセルロース系廃棄物の処理方法の第1の実施形態を示したもので、図1は本発明の方法を実施するのに好適な廃棄物の処理システムの例を示す概略構成図であり、図2は、主に一次処理地点での処理を説明するための工程図であり、図3は二次処理地点での処理を説明するための工程図である。
図中符号1はセルロース系廃棄物、100は一次処理地点に設けられた一次処理設備、200は二次処理地点に設けられた中央設備をそれぞれ示している。
処理の対象とされるセルロース系廃棄物は、いわゆる草木由来の廃棄物を含むものであれば特に制限されないが、特に古紙、または古紙を含む廃棄物は簡単な前処理(離解など)だけで酵素による糖化が可能であるので好適である。古紙を含む廃棄物とは例えば家庭から排出される都市ゴミ、飲食産業やオフィス、印刷業者などから排出される事業系廃棄物などである。
【0011】
本実施形態では、図1に示すように、複数箇所に設けられた一次処理設備100で、それぞれセルロース系廃棄物1から濃縮糖液6を得るまでの工程を行い、この濃縮糖液6を中央設備200に輸送する(糖輸送工程150)。図1中、実線の矢印は糖を含有する糖含有液の移動を示しており、本実施形態において、この糖含有液は濃縮糖液6である。
一方、中央設備200では酵素の生産を行い、酵素液2をそれぞれの一次処理設備100に輸送して供給する(酵素輸送工程151)。図1中、破線の矢印は酵素液2の移動を示している。
一次処理設備100は、セルロース系廃棄物の排出源あるいはその近隣の集積サイトに設置することが好ましい。中央設備200は、数カ所の一次処理設備に対して1箇所設置すればよい。
【0012】
以下、図2を参照しながら一次処理設備100での処理について説明する。
まず、セルロース系廃棄物1に、必要に応じて前処理を施す(前処理工程101)。前処理は、セルロース系廃棄物1の種類や、用途、設備条件等に応じて適切な方法を選択する。具体例としては、稲わら、麦わらなどは水蒸気爆砕や希硫酸処理等を行うことが好ましく、古紙類は離解処理を行う。離解処理とは、古紙類に水を加えてミキシングすることによって繊維をほぐす処理である。また、前処理しなくても糖化処理が可能であれば、前処理は施さなくてもよい。
【0013】
次に、セルロース系廃棄物1に酵素を作用させて糖を生成させる(糖化工程102)。具体的には、糖化槽内に、必要に応じて前処理を施したセルロース系廃棄物1と、酵素液2と、補給水(上水3)を供給し、予め設定された反応条件に保持する。糖化槽内は撹拌することが好ましい。酵素は、セルラーゼであり、中でもエンドグルカナーゼ活性の高いセルラーゼは結晶分解活性が高いので好ましい。酵素は中央設備200で生産され、輸送工程151を経て供給された液状のもの(酵素液2)を使用する。具体的には、培養液から菌体を分離しただけの未濃縮液でよい。
基質(セルロース系廃棄物1)量に対する酵素の使用量は通常のセルラーゼの場合、タンパク質量換算で3〜10重量%程度が好ましい。反応条件は、通常の糖化条件でよく、例えばpH4〜7、温度30〜60℃、より好ましくは40〜50℃である。補給水として加える上水3の量は固形物濃度が撹拌を十分に行うことが可能な濃度(例えば10〜20重量%)以下になるように調整される。
【0014】
この糖化工程102は、基質となるセルロース系廃棄物1の排出量が一定でなく、小規模の場合は回分式で行う方がコスト面で好ましいが、排出量が一定であったり、大規模である場合は連続式で行ってもよい。
この糖化工程102における糖化の程度は、セルロース系廃棄物1を液状化できる程度であればよいが、得られた糖を発酵基質として使用する場合は、単糖に分解されるまで糖化することが望ましい。用途によっては多糖類が多く残存していてもよい。糖化によって得られる糖化液における糖濃度は5〜10重量%程度が好ましい。この糖化液の糖濃度が高すぎると、糖化工程102における酵素反応が効率的に進まなくなる。
【0015】
続いて、糖化工程102で得られた糖化液を固液分離して、固形分を残さ5として除去し、糖液4を得る(分離工程103)。固液分離手段としては、ろ過手段または遠心分離手段が好ましく用いられる。
そして、得られた糖液4を、蒸発もしくは逆浸透膜により濃縮して、濃縮糖液6とする(濃縮工程104)。得られた濃縮糖液6は、中央設備200へと輸送される(糖輸送工程150)。輸送手段は液体を輸送可能なものであれば特に限定されないが、例えば、タンク車、コンテナ、タンカー、鉄道、パイプライン等が挙げられる。
濃縮糖液6の糖濃度は20〜70重量%が好ましく、輸送する形態に応じて好ましい糖濃度とすることがより好ましい。例えば、濃縮糖液6をタンク車等で輸送する場合は、糖濃度が50〜60重量%であることがより好ましい。糖濃度が高いほど、保存性が良くなるほか、輸送量が少なくなるので輸送効率が良くなる。
また、パイプラインを用いて輸送する場合は、糖濃度が低い方が流動性が良いので好ましい。
【0016】
一方、分離工程103で分離除去された残さ5は、ボイラー105等の燃焼手段に供給し、ここで燃焼して熱エネルギーを得、得られた熱エネルギーを濃縮工程104における熱源として利用することが好ましい(熱エネルギー回収工程)。例えば、残さ5をボイラー105で燃焼し、生じた熱を廃熱発電に利用し、廃熱発電の蒸気タービンから排出される低圧蒸気9を濃縮工程104に熱源として供給する。また、この廃熱発電で得られる電力は、糖化工程102における動力源として利用することができる。ボイラー105には、必要に応じて、例えば重油等の補助燃料8を供給する。
また、濃縮工程104で生じる蒸発蒸気は直接あるい間接的に冷却して、コンデンセート(凝縮液)7として回収することができる。回収したコンデンセート7は、糖化工程102における補給水として再利用することができる。
【0017】
一次処理設備100で生産された濃縮糖液6を中央設備200へ輸送する糖輸送工程150と、中央設備200で生産された酵素液2を糖化工程102へ供給する酵素輸送工程151を、例えばタンク車、コンテナ、タンカー、鉄道等の非連続式の輸送手段で行う場合は、同一の輸送手段の往路と復路を糖輸送工程150と酵素輸送工程151にそれぞれ用いることによって輸送効率を向上させることができる。
濃縮糖液6および酵素液2の輸送手段としては、輸送する液体を低温に保つクーリング機構を備えたものが好ましい。濃縮糖液6の輸送温度は、高すぎると腐敗し易いので5〜20℃程度の範囲内が好ましい。また酵素液2の輸送温度は、高すぎると活性の低下、雑菌の繁殖が生じ易くなり、低すぎるとタンパク質構造に影響が生じるおそれがあるので、5〜10℃程度の範囲内が好ましい。
濃縮糖液6も酵素液2も共に、腐食性や危険性の無い液体であるので、輸送手段の材質等において特別な制限はなく、同一輸送手段で両方の輸送を行うことが可能である。
また、一次処理設備100に搬入される廃棄物1の量、および一次処理設備100で生産される濃縮糖液6の量に関する情報を、例えば中央設備200で管理して、輸送手段の運行スケジュールや、1回で運ぶ濃縮糖液6および酵素液2の量を決めることによって、一次処理設備100における濃縮糖液6および酵素液2の一時貯蔵量を最小限に抑えることができる。
【0018】
次に、図3を参照しながら中央設備200での処理について説明する。
中央設備200は、一次処理設備100から輸送されてきた濃縮糖液6を一時貯蔵するための濃縮糖液貯槽201を備えている。この濃縮糖液貯槽201に集められた濃縮糖液6は、糖精製プラント202で精製され、酵素プラント203に供給されて、酵素生産のための培養液の構成成分として用いられる。
酵素プラント203では、例えばトリコデルマ(Trichoderma)属やアスペルギルス(Aspergillus)属等のセルラーゼ生産微生物の菌体を用い、液体培地にて培養生産した後、培養液から菌体を分離、除去しただけの未濃縮液を酵素液2として酵素液貯槽204に一時貯槽する(酵素生産工程)。そして、この酵素液貯槽204から、必要に応じて酵素液2を取り出して一次処理設備100へ供給する。酵素液貯槽204において、防腐剤を添加するなどの安定化処理を適宜施してもよい。
【0019】
また濃縮糖液貯槽201に集められた濃縮糖液6を、必要に応じて精製処理した後、発酵による有価物生産のための発酵基質として使用することもできる(発酵工程)。例えばエタノールプラント205を設け、エタノール発酵により糖からエタノールを生産する。得られたエタノールは燃料として利用することができる。具体例としては、糖輸送工程150および酵素輸送工程151における輸送手段として、エタノールを動力源とする車両を用いれば、ガソリン等の化石燃料を消費しなくて済むという利点が得られる。あるいは乳酸プラント206を設け、乳酸発酵により糖からL−乳酸を生産する。L−乳酸は、生分解性ポリマー211である乳酸ポリマーの原料として利用価値が高い。図2中符号207は乳酸ポリマーを生産するためのプラントを示している。ここで、濃縮糖液貯槽201に集められた濃縮糖液6中に、多糖類が多く残存している場合は、さらに酵素や酸を作用させるなどして単糖にまで加水分解してから、発酵基質として用いることが好ましい。また、発酵槽に酵素を添加することによって糖化と発酵を同時に行ってもよい。あるいは、多糖類を資化する微生物を用いれば、多糖類が多く残存している状態のままでも有効利用が可能である。
【0020】
糖精製プラント202、酵素プラント203、エタノールプラント205、乳酸プラント206などで生じる残さ212は、一括して中央設備200内のパワープラント208に供給し、ここで蒸気213や電力214を得るためのエネルギー源として使用することが好ましい。パワープラント208では、例えば残さ212を燃焼し、生じた熱を廃熱発電に利用することによって電力214を得ることができる。また廃熱発電の蒸気タービンから排出される低圧蒸気213は、熱源として利用することが可能である。必要であればパワープラント208に適宜の補助燃料(図示略)を補給する。このようなパワープラント208としては既存の焼却設備を利用することができる。
なお、図3中のコンデンセート貯槽209は、後述の実施形態のように、中央設備200に近接して濃縮設備210が設けられてる場合などに必要に応じて設けられるものであり、本実施形態では設けなくてよい。
【0021】
本実施形態では、セルロース系廃棄物1に酵素を作用させて液状化する工程を一次処理設備100で行い、酵素を生産する工程および糖を利用して有価物を生産する工程を中央設備200で行い、両設備間で液体の輸送を行うことによってセルロース系廃棄物の処理を行うので、セルロース系廃棄物1の排出源が散在していたり、排出量が小規模であっても、プロセスの一部を中央設備200で集中的に行うことにより、採算がとれるように合理化することができる。
セルロース廃棄物1の排出源が増えた場合でも、新たな排出源に対応して一次処理設備100だけを増設または移設すればよいので、低コストで迅速な対応が可能である。
一次処理設備100を排出源の工場等に近接して設けると、電力や上水等のユーティリティを工場から安価に供給することができるので、コストが低減される。
両設備間の輸送形態が液状であるため、輸送効率がよく、積み降ろしの作業も簡単であり、条件によってはパイプラインによる輸送も可能である。
【0022】
生物系プロセスを用いる工程を中央設備に集中させることにより、設備投資や運転コストを削減することができる。
中央設備200に搬入されるものは、廃棄物という種別に含まれない形態となっているので、クリーンであり、中央設備200の立地条件の制約が少なくてすむ。
また、セルロース系廃棄物1に作用させる酵素を、中央設備200で生産して使用するため、外部から精製品を購入する必要がない。一次処理設備100で使用するための酵素は、純度や濃度に対する要求はあまり高くないので、中央設備200で生産した酵素を精製せずに供給することができ、酵素調達のためのコストを大幅に削減することができる。また糖液の輸送と酵素液の輸送とを同一の輸送手段を用いて行うことにより輸送コストを抑えることもできる。
特に、本実施形態では、一次処理設備100で生じる残さ5を、一次処理設備100内で処理して再利用することができるので、エネルギー効率が良く、残さ5の輸送も不要である。
また、一次処理設備100から中央設備200への糖含有液の輸送は、濃縮された濃縮糖液6の形態で行うので、輸送量が少なくてすみ輸送効率が良い。
【0023】
次に、本発明のセルロース系廃棄物の処理方法の第2の実施形態を説明する。図4は、主に一次処理地点での処理を説明するための工程図である。図4において、前記図1〜3と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態の廃棄物処理システムが、前記第1の実施形態と大きく異なる点は、中央設備200に近接して濃縮工程104を行うための濃縮設備210が設けられている点である。ここで、中央設備200に近接しているとは、輸送手段を用いずに濃縮糖液6やコンデンセート7を中央設備200へ供給できるように設置されていることを言い、濃縮設備210も二次処理地点に設けられている。中央設備200内に濃縮設備210が設けられていてもよい。また濃縮設備210には、残さ5を燃焼して熱エネルギーを回収し、濃縮工程104に再利用するためのボイラー105等も設けられている。
【0024】
本実施形態では、糖化工程102の後に分離工程103を行って糖液4を得るところまでを一次処理設備110で行い、濃縮前の糖液4の形態で濃縮設備210へ輸送する(糖輸送工程152)。また分離工程103で生じた残さ5は、必要に応じて乾燥や固形化等の処理を行った後、濃縮設備210へ輸送することが好ましい(固形分輸送工程153)。濃縮設備210では、糖液4を濃縮して濃縮糖液6とし、これを濃縮糖液貯槽201へ供給する(濃縮工程104)。ボイラー105では、一次処理設備110から輸送されてきた残さ5を燃焼し、生じた熱を廃熱発電に利用し、廃熱発電の蒸気タービンから排出される低圧蒸気9を濃縮工程104に熱源として供給する(熱エネルギー回収工程)。また、濃縮工程104で生じた蒸発蒸気は直接あるいは間接的に冷却して、コンデンセート(凝縮液)7として回収し、コンデンセート貯槽209で一次貯蔵した後、酵素プラント203への補給水等として中央設備200内で再利用することが好ましい。中央設備200での処理工程は、前記第1の実施形態と同様とすることができる。
【0025】
このように、一次処理設備110において分離工程103まで行う構成とし、濃縮工程104や熱エネルギー回収のための設備を二次処理地点に設けることにより、前記第1の実施形態に比べて、一次処理設備110が簡素化、省スペース化され、一次処理設備110の設置が容易かつ低コストになる。
また本実施形態では、糖輸送工程152および酵素輸送工程151の他に、固形分輸送工程153を有するので、一次処理設備110と中央設備200との距離が比較的近く、一次処理設備110に搬入されるセルロース系廃棄物1の量が小規模である場合に、特に好適である。
【0026】
次に、本発明のセルロース系廃棄物の処理方法の第3の実施形態を説明する。図5は、主に一次処理地点での処理を説明するための工程図である。図5において、前記図1〜4と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態の廃棄物処理システムが、前記第1の実施形態と大きく異なる点は、中央設備200に近接して分離工程103を行うための分離設備220と、濃縮工程104を行うための濃縮設備210とが設けられている点である。ここで、中央設備200に近接しているとは、輸送手段を用いずに糖液4を濃縮設備210へ、また濃縮糖液6やコンデンセート7を中央設備200へ供給できるように設置されていることを言い、分離設備220および濃縮設備210も二次処理地点に設けられている。中央設備200内に分離設備220および濃縮設備210が設けられていてもよい。また濃縮設備210には、残さ5を燃焼して熱エネルギーを回収し、濃縮工程104に再利用するためのボイラー105等も設けられている。
【0027】
本実施形態では、一次処理設備120において、セルロース系廃棄物1に必要に応じて前処理101を行った後、酵素を作用させて糖化反応を開始させ、この糖化反応過程にある反応液10を分離設備220へ輸送する(糖輸送工程154)。例えば、糖化槽内に、セルロース系廃棄物1と、酵素液2と、補給水(上水3)を供給し、糖化槽内を撹拌しながら、予め設定された反応条件に保持することによって反応液10が得られる。輸送する反応液10は、酵素によるセルロース系廃棄物1の加水分解が始まった直後の反応液でもよく、予め設定された所定の糖濃度となって分離工程103に供する直前の反応液でもよく、これらの中間の反応液でもよい。また、一次処理設備120を糖化槽だけで構成し、この糖化槽ごと輸送できるように構成してもよい。
糖輸送工程154では、輸送中の反応液を予め設定された反応条件に保持することによって輸送中も反応を進行させることがで
きる。輸送中の反応液は輸送時の振動によりある程度撹拌されるが、積極的に撹拌することにより反応が促進されるので撹拌手段を備えた輸送手段を用いる方がより好ましい。
糖輸送工程154後、反応液10を分離設備220に供する際には、反応液10の糖濃度が、予め設定された前記糖化液の好ましい糖濃度(5〜10重量%)に達していることが好ましい。
【0028】
分離設備220では、輸送されてきた反応液10を固液分離し、固形分を残さ5として除去して、糖液4を得る(分離工程103)。糖液4は濃縮設備210へ供給し、ここで濃縮して濃縮糖液6とし(濃縮工程104)、これを濃縮糖液貯槽201へ供給する。一方、分離工程103で生じた残さ5を、濃縮設備210のボイラー105へ供給し、ここで燃焼して生じた熱を廃熱発電に利用し、廃熱発電の蒸気タービンから排出される低圧蒸気9を濃縮工程104に熱源として供給する(熱エネルギー回収工程)。また、濃縮工程104で生じた蒸発蒸気は直接あるいは間接的に冷却して、コンデンセート(凝縮液)7として回収し、コンデンセート貯槽209で一次貯蔵した後、酵素プラント203への補給水等として中央設備200内で再利用することが好ましい。
【0029】
このように、一次処理設備120において少なくとも酵素による糖化反応が開始されるまでの処理を行い、分離工程103のための設備、および濃縮工程104や熱エネルギー回収のための設備を二次処理地点に設けることにより、前記第1の実施形態および第2の実施形態に比べて、一次処理設備120がさらに簡素化、省スペース化され、一次処理設備120の設置がより容易かつ低コストになる。
また本実施形態では、反応液10の状態で一次処理地点から二次処理地点へ輸送されるので、一次処理地点と二次処理地点との距離が比較的遠く、一次処理設備110に搬入されるセルロース系廃棄物1の量が小規模である場合に、特に好適である。
なお、本実施形態では、分離工程103、濃縮工程104、および熱エネルギー回収工程がいずれも二次処理地点で行われるので、残さ5の輸送工程は不要である。
【0030】
さらに、図5に示すように、二次処理地点に、中央設備200、分離設備220、および濃縮設備210が設けられていれば、セルロース系廃棄物1が排出される場所と二次処置地点との距離や排出量の規模に応じて、前記第1〜3の各実施形態を組み合わせて1つのシステムを構築することも可能である。例えば、工場などの比較的大規模な排出源には第1の実施形態のような濃縮工程104までを行う一次処理設備100を設け、比較的小規模で近い排出源には第2の実施形態のような分離工程103までを行う一次処理設備110を設け、比較的小規模で遠い排出源には第3の実施形態のように糖化工程102のみを行う一次処理設備120を設けて、これらの一次処理設備100,110,120から1つの二次処置地点へ、各設備での処理工程に応じた形態の糖含有液を輸送するように構成することもできる。
【0031】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、セルロース系廃棄物処理を糖化し、糖液から有価物を生産するプロセス全体を一箇所で行うのでなく、セルロース系廃棄物に酵素を作用させて糖を生成する糖化工程を第1の処理地点で行い、得られた糖を用いた発酵工程および酵素生産工程を第2の処理地点で行い、第1の処理地点から第2の処理地点へは糖含有液を輸送し、逆に第2の処理地点から第1の処理地点へは酵素を輸送することにより、セルロース系廃棄物を糖化して、得られた糖から有価物を生産する一連の処理の効率化、低コスト化を図ることができる。これにより、この処理方法でのセロース系廃棄物の再資源化の実現可能性が大幅に高められる。
また、糖化工程において生じる固形分(残さ)を燃焼して得られる熱エネルギーを系内で利用することにより、熱エネルギーの無駄を低減させてさらなる低コスト化を図ることができる。
さらに、酵素輸送工程で輸送される酵素を液状とし、酵素輸送工程と糖輸送工程とを同一の輸送手段を用いて行うことにより、輸送効率を向上させて低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る廃棄物の処理システムの例を示した概略構成図である。
【図2】本発明の第1の実施形態に係る一次処理地点での処理を説明するための工程図である。
【図3】本発明の第1の実施形態に係る二次処理地点での処理を説明するための工程図である。
【図4】本発明の第2の実施形態に係る一次処理地点での処理を説明するための工程図である。
【図5】本発明の第3の実施形態に係る一次処理地点での処理を説明するための工程図である。
【符号の説明】
1…セルロース系廃棄物、2…酵素液、4…糖液、5…残さ(固形分)、
6…濃縮糖液、10…反応液、
100,110,120…一次処理設備、102…糖化工程、
103…分離工程、104…濃縮工程、105…ボイラー(燃焼手段)、
150,152,154…糖輸送工程、151…酵素輸送工程、
153…固形分輸送工程、200…中央設備、210…濃縮設備、
220…分離設備。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for treating cellulosic waste.
[0002]
[Prior art]
Cellulosic waste is plant-derived waste, such as agricultural waste such as rice straw and wheat straw, forestry waste such as waste wood, industrial waste such as pulp sludge, food and textile factory waste, waste paper, There are a wide variety of sources and sources, including household and commercial waste such as municipal waste including paper. In addition, there are many attempts to recycle resources by various methods.
For example, a method for producing a valuable product by hydrolyzing a cellulosic waste by causing an enzyme to obtain a sugar such as glucose and subjecting the sugar to a fermentation process such as alcohol fermentation or lactic acid fermentation has safety. It is considered to be an effective method because it is expensive and has a wide range of applications.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to realize a method for saccharifying cellulosic waste and further fermenting and recycling it in this way, the cost required for the process is high, and it is not possible to make a profit as a waste treatment method. was there.
Specifically, for example, in order to carry out the above-described process involving saccharification and fermentation, in addition to facilities for saccharification and facilities for fermentation, facilities for receiving waste, facilities for separating and purifying sugar liquid, etc. Since it is necessary to construct various facilities, it is often impossible to make a profit if the amount of processing is not large.
In particular, since the fermentation process is a biological process that requires aseptic operation, the planning of the equipment requires consideration, and the operation know-how is more complicated than the normal chemical process.
In addition, to procure enzymes used for saccharification, it is expensive to purchase commercially available refined products. Even if you try to produce them in the facility, the enzyme production process is a biological process. Similarly, there is a problem that the equipment is not simple and the operation is complicated. In addition, when genetically modified microorganisms are used in fermentation processes and enzyme production processes, there are many problems to be solved, such as strict regulations and the need for containment operations.
In addition, cellulosic waste sources are often scattered, and the amount of emissions from individual sources is often small. Therefore, in order to increase profitability by increasing the amount of processing, it is necessary to collect cellulosic waste from a wide range of emission sources, but the transportation of bulky cellulosic waste is not economical. There was also a problem.
[0004]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and can saccharify the cellulosic waste treatment, reduce the cost of the process of producing valuable materials from the sugar solution, and realize the recycling of the cellulosic waste. The purpose is to.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the method for treating cellulosic waste according to the present invention comprises a saccharification step for producing sugar by causing an enzyme to act on cellulosic waste at a primary treatment point, and a saccharide produced in the saccharification step. A sugar transport step for transporting the sugar-containing liquid to a secondary treatment point different from the primary treatment point, a fermentation step for performing fermentation using the sugar at the secondary treatment point, and an enzyme at the secondary treatment point. It has an enzyme production process which performs production, and an enzyme transportation process which conveys the enzyme produced in the enzyme production process to the primary processing point.
The sugar-containing liquid may be a reaction liquid after the saccharification reaction is started by causing an enzyme to act on the cellulosic waste, or may be a sugar liquid obtained by performing solid-liquid separation after the saccharification step. It may be a concentrated sugar solution obtained by concentrating the sugar solution obtained in the separation step.
[0006]
That is, the primary step includes a separation step of obtaining a sugar solution from which solid content has been removed by performing solid-liquid separation after the saccharification step, and a concentration step of concentrating the sugar solution obtained in the separation step to obtain a concentrated sugar solution. The sugar-containing liquid that is carried out at the processing point and transported in the sugar transporting process may be used as the concentrated sugar liquid.
In this case, it is preferable to perform a thermal energy recovery process in which the solid content removed in the separation process is burned to obtain thermal energy and supply the thermal energy to the concentration process at the primary processing point.
[0007]
Alternatively, after the saccharification step, solid-liquid separation is performed to obtain a saccharide solution from which solid content has been removed at the primary treatment point, and the saccharide solution obtained in the separation step is concentrated to obtain a concentrated saccharide solution. The concentration step to be obtained may be performed at the secondary treatment point, and the sugar-containing liquid transported in the sugar transport step may be the sugar solution obtained in the separation step.
In this case, there is provided a solid content transportation step for transporting the solid content removed in the separation step to the secondary treatment point, and the solid content is burned at the secondary treatment point to obtain thermal energy, and the thermal energy is obtained. It is preferable to perform a thermal energy recovery process to be supplied to the concentration process.
[0008]
Alternatively, the sugar-containing liquid transported in the sugar transporting process is used as a reaction liquid after the saccharification reaction is started by causing an enzyme to act on the cellulosic waste, and solid-liquid separation is performed after the saccharification process at the secondary treatment point. A separation step to obtain a sugar solution from which the solid content has been removed;
You may perform the concentration process of concentrating the sugar liquid obtained at the said isolation | separation process, and obtaining a concentrated sugar liquid.
In this case, it is preferable to perform a thermal energy recovery step in which the solid content removed in the separation step is burned to obtain thermal energy and supply the thermal energy to the concentration step at the secondary treatment point.
[0009]
Preferably, the enzyme transported in the enzyme transporting step is in a liquid state, and the enzyme transporting step and the sugar transporting step are performed using the same transporting means.
The cellulosic waste is preferably waste paper or waste containing waste paper. The enzyme is preferably a cellulase containing endoglucanase.
In the fermentation process, it is preferable to produce L-lactic acid and / or ethanol.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described in detail below.
1 to 3 show a first embodiment of the cellulosic waste processing method of the present invention, and FIG. 1 shows an example of a waste processing system suitable for carrying out the method of the present invention. FIG. 2 is a process diagram for mainly explaining the processing at the primary processing point, and FIG. 3 is a process diagram for explaining the processing at the secondary processing point.
In the figure, reference numeral 1 is a cellulosic waste, 100 is a primary treatment facility provided at a primary treatment point, and 200 is a central facility provided at a secondary treatment point.
Cellulosic waste to be treated is not particularly limited as long as it contains so-called plant-derived waste, but in particular waste paper or waste containing waste paper can be obtained by simple pretreatment (such as disaggregation). Since saccharification by is possible, it is preferable. Waste including waste paper is, for example, municipal waste discharged from households, business waste discharged from the food and beverage industry, offices, printing companies, and the like.
[0011]
In this embodiment, as shown in FIG. 1, the primary processing equipment 100 provided at a plurality of locations performs steps until the concentrated sugar solution 6 is obtained from the cellulosic waste 1, respectively. Transport to facility 200 (sugar transport step 150). In FIG. 1, solid arrows indicate movement of a sugar-containing liquid containing sugar. In this embodiment, the sugar-containing liquid is a concentrated sugar liquid 6.
On the other hand, the central facility 200 produces enzymes, and transports and supplies the enzyme solution 2 to the respective primary treatment facilities 100 (enzyme transport step 151). In FIG. 1, the dashed arrow indicates the movement of the enzyme solution 2.
The primary treatment facility 100 is preferably installed at a cellulosic waste discharge source or an accumulation site in the vicinity thereof. The central facility 200 may be installed at one location for several primary processing facilities.
[0012]
Hereinafter, the processing in the primary processing facility 100 will be described with reference to FIG.
First, the cellulosic waste 1 is pretreated as necessary (pretreatment step 101). For the pretreatment, an appropriate method is selected according to the type, use, facility conditions, and the like of the cellulosic waste 1. As specific examples, rice straw, wheat straw and the like are preferably subjected to steam explosion or dilute sulfuric acid treatment, and waste paper is subjected to disaggregation treatment. A disaggregation process is a process which loosens a fiber by adding water to waste paper and mixing it. If saccharification is possible without pretreatment, pretreatment may not be performed.
[0013]
Next, an enzyme is allowed to act on the cellulosic waste 1 to generate sugar (saccharification step 102). Specifically, cellulosic waste 1, pretreated as necessary, enzyme solution 2, and make-up water (clean water 3) are supplied into the saccharification tank, and the reaction conditions are set in advance. To do. The saccharification tank is preferably stirred. The enzyme is a cellulase. Among them, a cellulase having a high endoglucanase activity is preferable because it has a high crystallizing activity. The enzyme is produced in the central facility 200 and used in a liquid state (enzyme solution 2) supplied through the transport process 151. Specifically, it may be an unconcentrated solution obtained by separating the cells from the culture solution.
In the case of normal cellulase, the amount of enzyme used relative to the amount of substrate (cellulose waste 1) is preferably about 3 to 10% by weight in terms of protein. Reaction conditions may be normal saccharification conditions, for example, pH 4-7, temperature 30-60 ° C, more preferably 40-50 ° C. The amount of clean water 3 added as make-up water is adjusted so that the solids concentration is not more than a concentration (for example, 10 to 20% by weight) at which stirring can be sufficiently performed.
[0014]
In this saccharification step 102, the discharge amount of the cellulosic waste 1 serving as a substrate is not constant, and in the case of a small scale, it is preferable to carry out the batch method in terms of cost, but the discharge amount is constant or large scale. In some cases, it may be performed continuously.
The degree of saccharification in this saccharification step 102 is not limited as long as the cellulosic waste 1 can be liquefied. desirable. Depending on the application, a large amount of polysaccharide may remain. The sugar concentration in the saccharified solution obtained by saccharification is preferably about 5 to 10% by weight. If the sugar concentration of this saccharified solution is too high, the enzyme reaction in the saccharification step 102 will not proceed efficiently.
[0015]
Subsequently, the saccharified solution obtained in the saccharification step 102 is subjected to solid-liquid separation, and the solid content is removed as a residue 5 to obtain a saccharide solution 4 (separation step 103). As the solid-liquid separation means, a filtration means or a centrifugal separation means is preferably used.
Then, the obtained sugar solution 4 is concentrated by evaporation or a reverse osmosis membrane to obtain a concentrated sugar solution 6 (concentration step 104). The obtained concentrated sugar solution 6 is transported to the central facility 200 (sugar transporting step 150). The transport means is not particularly limited as long as it can transport a liquid, and examples thereof include a tank car, a container, a tanker, a railway, and a pipeline.
The sugar concentration of the concentrated sugar solution 6 is preferably 20 to 70% by weight, and more preferably a preferable sugar concentration according to the form to be transported. For example, when the concentrated sugar solution 6 is transported by a tank truck or the like, the sugar concentration is more preferably 50 to 60% by weight. The higher the sugar concentration, the better the storage stability, and the lower the transport amount, the better the transport efficiency.
Moreover, when transporting using a pipeline, it is preferable that the sugar concentration is lower because fluidity is better.
[0016]
On the other hand, the residue 5 separated and removed in the separation step 103 is supplied to combustion means such as a boiler 105, where it is burned to obtain thermal energy, and the obtained thermal energy can be used as a heat source in the concentration step 104. Preferred (thermal energy recovery step). For example, the residue 5 is combusted in the boiler 105, the generated heat is used for waste heat power generation, and the low pressure steam 9 discharged from the steam turbine of the waste heat power generation is supplied to the concentration step 104 as a heat source. Moreover, the electric power obtained by this waste heat power generation can be used as a power source in the saccharification process 102. For example, auxiliary fuel 8 such as heavy oil is supplied to the boiler 105 as necessary.
Further, the evaporated vapor generated in the concentration step 104 can be directly or indirectly cooled and recovered as a condensate (condensate) 7. The recovered condensate 7 can be reused as makeup water in the saccharification step 102.
[0017]
A sugar transporting process 150 for transporting the concentrated sugar liquid 6 produced in the primary processing equipment 100 to the central equipment 200 and an enzyme transporting process 151 for supplying the enzyme liquid 2 produced in the central equipment 200 to the saccharification process 102 are performed, for example, in a tank. When carrying out by discontinuous transportation means such as cars, containers, tankers, railways, etc., the transportation efficiency can be improved by using the same transportation means for the sugar transportation step 150 and the enzyme transportation step 151, respectively. it can.
As a means for transporting the concentrated sugar solution 6 and the enzyme solution 2, one having a cooling mechanism for keeping the transported liquid at a low temperature is preferable. The transport temperature of the concentrated sugar solution 6 is preferably within a range of about 5 to 20 ° C. because it is likely to rot if it is too high. The transport temperature of the enzyme solution 2 is preferably in the range of about 5 to 10 [deg.] C. if the temperature is too high, the activity is likely to decrease and the propagation of various bacteria tends to occur, and if it is too low, the protein structure may be affected.
Since both the concentrated sugar solution 6 and the enzyme solution 2 are liquids that are not corrosive or dangerous, there are no special restrictions on the material of the transportation means, and both transportations can be performed by the same transportation means.
In addition, information on the amount of waste 1 carried into the primary treatment facility 100 and the amount of concentrated sugar liquid 6 produced at the primary treatment facility 100 is managed by, for example, the central facility 200, and the operation schedule of the transportation means, By determining the amounts of the concentrated sugar solution 6 and the enzyme solution 2 carried at one time, the temporary storage amounts of the concentrated sugar solution 6 and the enzyme solution 2 in the primary treatment facility 100 can be minimized.
[0018]
Next, processing in the central facility 200 will be described with reference to FIG.
The central facility 200 includes a concentrated sugar solution storage tank 201 for temporarily storing the concentrated sugar solution 6 that has been transported from the primary processing facility 100. The concentrated sugar solution 6 collected in the concentrated sugar solution storage tank 201 is purified by the sugar refining plant 202, supplied to the enzyme plant 203, and used as a constituent of the culture solution for enzyme production.
In the enzyme plant 203, cell bodies of cellulase-producing microorganisms such as Trichoderma genus and Aspergillus genus are cultivated and produced in a liquid medium. The concentrated liquid is temporarily stored in the enzyme liquid storage tank 204 as the enzyme liquid 2 (enzyme production process). Then, the enzyme solution 2 is taken out from the enzyme solution storage tank 204 as necessary, and supplied to the primary treatment facility 100. In the enzyme liquid storage tank 204, a stabilization process such as addition of a preservative may be appropriately performed.
[0019]
Further, the concentrated sugar solution 6 collected in the concentrated sugar solution storage tank 201 can be purified as necessary, and then used as a fermentation substrate for producing valuable materials by fermentation (fermentation process). For example, an ethanol plant 205 is provided to produce ethanol from sugar by ethanol fermentation. The resulting ethanol is As fuel Can be used. As a specific example, if a vehicle using ethanol as a power source is used as a transportation means in the sugar transportation step 150 and the enzyme transportation step 151, there is an advantage that it is not necessary to consume fossil fuel such as gasoline. Or the lactic acid plant 206 is provided, and L-lactic acid is produced from sugar by lactic acid fermentation. L-lactic acid is highly useful as a raw material for the lactic acid polymer that is the biodegradable polymer 211. Reference numeral 207 in FIG. 2 indicates a plant for producing a lactic acid polymer. Here, when a large amount of polysaccharide remains in the concentrated sugar solution 6 collected in the concentrated sugar solution storage tank 201, it is further hydrolyzed to a monosaccharide by acting an enzyme or an acid, It is preferably used as a fermentation substrate. Moreover, you may perform saccharification and fermentation simultaneously by adding an enzyme to a fermenter. Alternatively, if a microorganism that assimilate the polysaccharide is used, it can be effectively used even in a state where a large amount of polysaccharide remains.
[0020]
Residues 212 generated in the sugar refining plant 202, the enzyme plant 203, the ethanol plant 205, the lactic acid plant 206, etc. are collectively supplied to the power plant 208 in the central facility 200, where energy for obtaining steam 213 and electric power 214 is obtained. It is preferably used as a source. In the power plant 208, for example, the electric power 214 can be obtained by burning the residue 212 and using the generated heat for waste heat power generation. The low-pressure steam 213 discharged from the steam turbine for waste heat power generation can be used as a heat source. If necessary, an appropriate auxiliary fuel (not shown) is supplied to the power plant 208. As such a power plant 208, an existing incineration facility can be used.
Note that the condensate storage tank 209 in FIG. 3 is provided as necessary when the concentration facility 210 is provided close to the central facility 200 as in the embodiment described later. It is not necessary to provide it.
[0021]
In the present embodiment, the primary treatment facility 100 performs the step of liquefying the cellulose waste 1 with an enzyme, and the central facility 200 performs the step of producing the enzyme and the step of producing valuable materials using sugar. The cellulosic waste is treated by transporting liquid between both facilities, so that even if the sources of cellulosic waste 1 are scattered or the amount of discharge is small, the process By centrally performing the department in the central facility 200, it can be rationalized so as to be profitable.
Even when the number of emission sources of the cellulose waste 1 increases, only the primary treatment facility 100 needs to be added or relocated in response to a new emission source, so that a prompt response can be made at low cost.
If the primary treatment facility 100 is provided close to the factory or the like of the discharge source, utilities such as electric power and clean water can be supplied from the factory at low cost, thereby reducing costs.
Since the transportation form between both facilities is liquid, transportation efficiency is good, loading and unloading work is easy, and transportation by pipeline is also possible depending on conditions.
[0022]
By concentrating processes using biological processes on central facilities, capital investment and operating costs can be reduced.
What is carried into the central facility 200 is in a form that is not included in the category of waste, so it is clean and requires less restrictions on the location conditions of the central facility 200.
Moreover, since the enzyme which acts on the cellulosic waste 1 is produced and used in the central facility 200, it is not necessary to purchase a purified product from the outside. Enzymes for use in the primary treatment facility 100 are not so demanding for purity and concentration, so that the enzymes produced in the central facility 200 can be supplied without purification, greatly increasing the cost for procuring enzymes. Can be reduced. In addition, the transportation cost can be suppressed by transporting the sugar solution and the enzyme solution using the same transportation means.
In particular, in the present embodiment, the residue 5 generated in the primary processing facility 100 can be processed and reused in the primary processing facility 100, so that energy efficiency is good and transportation of the residue 5 is unnecessary.
In addition, since the sugar-containing liquid is transported from the primary processing facility 100 to the central facility 200 in the form of the concentrated concentrated sugar solution 6, the transport amount is small and the transport efficiency is high.
[0023]
Next, a second embodiment of the cellulosic waste processing method of the present invention will be described. FIG. 4 is a process diagram for mainly explaining the processing at the primary processing point. 4, the same components as those in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The waste treatment system of the present embodiment is greatly different from the first embodiment in that a concentration facility 210 for performing the concentration step 104 is provided in the vicinity of the central facility 200. Here, being close to the central facility 200 means being installed so that the concentrated sugar solution 6 and the condensate 7 can be supplied to the central facility 200 without using a transportation means, and the concentration facility 210 is also secondary. It is provided at the processing point. A concentration facility 210 may be provided in the central facility 200. The concentrating facility 210 is also provided with a boiler 105 and the like for burning the residue 5 to recover thermal energy and reusing it for the concentrating step 104.
[0024]
In this embodiment, the separation process 103 is performed after the saccharification process 102 until the sugar solution 4 is obtained by the primary processing equipment 110 and transported to the concentration equipment 210 in the form of the sugar liquid 4 before concentration (sugar transport process). 152). The residue 5 produced in the separation step 103 is preferably transported to the concentration facility 210 after being subjected to a treatment such as drying or solidification as required (solid content transporting step 153). In the concentration facility 210, the sugar liquid 4 is concentrated to obtain a concentrated sugar liquid 6, which is supplied to the concentrated sugar liquid storage tank 201 (concentration step 104). In the boiler 105, the residue 5 transported from the primary processing facility 110 is burned, the generated heat is used for waste heat power generation, and the low pressure steam 9 discharged from the steam turbine of the waste heat power generation is used as a heat source for the concentration step 104. Supply (thermal energy recovery process). In addition, the evaporation vapor generated in the concentration step 104 is directly Or indirectly After cooling and recovering as condensate (condensate) 7, the condensate storage tank 209 is primarily stored, 203 It is preferable that the water is reused in the central facility 200 as makeup water. The processing steps in the central facility 200 can be the same as those in the first embodiment.
[0025]
In this way, the primary processing facility 110 is configured to perform the separation step 103, and the concentration step 104 and the facility for heat energy recovery are provided at the secondary processing point, so that the primary processing is performed as compared with the first embodiment. The facility 110 is simplified and space-saving, and the installation of the primary processing facility 110 is easy and low cost.
Moreover, in this embodiment, since it has the solid content transport process 153 in addition to the sugar transport process 152 and the enzyme transport process 151, the distance between the primary processing equipment 110 and the central equipment 200 is relatively short, and it is carried into the primary processing equipment 110. It is particularly suitable when the amount of cellulosic waste 1 to be produced is small.
[0026]
Next, a third embodiment of the cellulosic waste processing method of the present invention will be described. FIG. 5 is a process diagram for mainly explaining processing at the primary processing point. 5, the same components as those in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The waste treatment system of the present embodiment is greatly different from the first embodiment in that a separation facility 220 for performing the separation step 103 in the vicinity of the central facility 200 and a concentration facility for performing the concentration step 104. 210 is provided. Here, being close to the central facility 200 is installed so that the sugar solution 4 can be supplied to the concentration facility 210 and the concentrated sugar solution 6 and the condensate 7 can be supplied to the central facility 200 without using a transportation means. That is, the separation facility 220 and the concentration facility 210 are also provided at the secondary processing point. A separation facility 220 and a concentration facility 210 may be provided in the central facility 200. The concentrating facility 210 is also provided with a boiler 105 and the like for burning the residue 5 to recover thermal energy and reusing it for the concentrating step 104.
[0027]
In the present embodiment, in the primary treatment facility 120, after pretreatment 101 is performed on the cellulosic waste 1 as necessary, the enzyme is allowed to act to start the saccharification reaction, and the reaction solution 10 in the saccharification reaction process is added. Transport to separation facility 220 (sugar transport step 154). For example, the cellulose waste 1, the enzyme solution 2, and makeup water (clean water 3) are supplied into the saccharification tank, and the reaction is performed by maintaining the reaction conditions set in advance while stirring the saccharification tank. Liquid 10 is obtained. The reaction liquid 10 to be transported may be a reaction liquid immediately after the hydrolysis of the cellulosic waste 1 by the enzyme starts, or may be a reaction liquid immediately before being supplied to the separation step 103 with a predetermined sugar concentration, An intermediate reaction solution may be used. Moreover, the primary treatment equipment 120 may be configured only by a saccharification tank, and the entire saccharification tank may be transported.
In the sugar transport step 154, the reaction can proceed during transport by maintaining the reaction solution being transported under preset reaction conditions.
wear. The reaction solution being transported is stirred to some extent by vibration during transport, but since the reaction is promoted by positive stirring, it is more preferable to use transport means equipped with stirring means.
When the reaction solution 10 is supplied to the separation facility 220 after the sugar transporting step 154, the sugar concentration of the reaction solution 10 has reached a preset preferred sugar concentration (5 to 10% by weight) of the saccharified solution. Is preferred.
[0028]
In the separation facility 220, the transported reaction liquid 10 is subjected to solid-liquid separation, and the solid content is removed as a residue 5 to obtain a sugar liquid 4 (separation step 103). The sugar solution 4 is supplied to the concentration facility 210 and concentrated here to obtain the concentrated sugar solution 6 (concentration step 104), which is supplied to the concentrated sugar solution storage tank 201. On the other hand, the residue 5 generated in the separation step 103 is supplied to the boiler 105 of the concentrating facility 210, and the heat generated by combustion is used for waste heat power generation, and the low pressure steam discharged from the steam turbine of the waste heat power generation. 9 is supplied to the concentration step 104 as a heat source (thermal energy recovery step). In addition, the evaporation vapor generated in the concentration step 104 is directly Or indirectly After cooling and recovering as condensate (condensate) 7, the condensate storage tank 209 is primarily stored, 203 It is preferable that the water is reused in the central facility 200 as makeup water.
[0029]
In this way, at least the enzyme saccharification reaction is started in the primary treatment equipment 120, and the equipment for the separation process 103, the equipment for the concentration process 104 and the heat energy recovery are used as the secondary treatment points. By providing, the primary processing equipment 120 is further simplified and space-saving compared to the first and second embodiments, and the installation of the primary processing equipment 120 is easier and less expensive.
Moreover, in this embodiment, since it is transported from the primary processing point to the secondary processing point in the state of the reaction solution 10, the distance between the primary processing point and the secondary processing point is relatively long and is carried into the primary processing facility 110. This is particularly suitable when the amount of the cellulosic waste 1 is small.
In the present embodiment, since the separation process 103, the concentration process 104, and the thermal energy recovery process are all performed at the secondary processing point, the transport process of the residue 5 is not necessary.
[0030]
Further, as shown in FIG. 5, if the central facility 200, the separation facility 220, and the concentration facility 210 are provided at the secondary treatment point, the place where the cellulosic waste 1 is discharged, the secondary treatment point, It is also possible to construct one system by combining the first to third embodiments according to the distance and the amount of discharge. For example, a primary processing facility 100 that performs up to the concentration step 104 as in the first embodiment is provided for a relatively large discharge source such as a factory, and the second embodiment is used for a relatively small discharge source. The primary processing equipment 110 that performs the separation process 103 as described above is provided, and the primary processing equipment 120 that performs only the saccharification process 102 as in the third embodiment is provided in a relatively small and remote discharge source, and these It is also possible to transport the sugar-containing liquid in a form corresponding to the treatment process in each facility from the primary treatment facility 100, 110, 120 to one secondary treatment point.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, instead of performing the entire process of saccharifying cellulosic waste processing and producing valuable resources from a sugar solution at one place, an enzyme is allowed to act on cellulosic waste to produce sugar. The saccharification process for producing sucrose is carried out at the first treatment point, the fermentation process and the enzyme production process using the obtained sugar are carried out at the second treatment point, and sugar is applied from the first treatment point to the second treatment point. A series of treatments for saccharifying cellulosic waste and producing valuables from the obtained sugars by transporting the contained liquid and conversely transporting enzymes from the second processing point to the first processing point Efficiency and cost reduction can be achieved. As a result, the feasibility of recycling cellulose waste with this treatment method is greatly enhanced.
Further, by using the thermal energy obtained by burning the solid content (residue) generated in the saccharification step in the system, waste of thermal energy can be reduced and further cost reduction can be achieved.
Furthermore, by transporting the enzyme transported in the enzyme transporting process in a liquid state and performing the enzyme transporting process and the sugar transporting process using the same transporting means, the transport efficiency can be improved and the cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a waste treatment system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a process diagram for explaining processing at a primary processing point according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a process diagram for explaining processing at a secondary processing point according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a process diagram for explaining processing at a primary processing point according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a process diagram for explaining processing at a primary processing point according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Cellulosic waste, 2 ... Enzyme solution, 4 ... Sugar solution, 5 ... Residue (solid content),
6 ... concentrated sugar solution, 10 ... reaction solution,
100, 110, 120 ... primary treatment equipment, 102 ... saccharification process,
103 ... Separation step, 104 ... Concentration step, 105 ... Boiler (combustion means),
150, 152, 154 ... sugar transport step, 151 ... enzyme transport step,
153 ... Solid content transporting process, 200 ... Central equipment, 210 ... Concentration equipment,
220: Separation equipment.

Claims (12)

一次処理地点でセルロース系廃棄物に酵素を作用させて糖を生成する糖化工程と、
前記糖化工程で生成した糖を含有する糖含有液を前記一次処理地点とは異なる二次処理地点へ輸送する糖輸送工程と、
該二次処理地点において前記糖を用いて発酵を行う発酵工程と、
前記二次処理地点において酵素の生産を行う酵素生産工程と、
該酵素生産工程で生産された酵素を前記一次処理地点へ輸送する酵素輸送工程とを有することを特徴とするセルロース系廃棄物の処理方法。
A saccharification step in which sugar is produced by causing an enzyme to act on cellulosic waste at a primary treatment point;
A sugar transporting step for transporting a sugar-containing liquid containing the sugar produced in the saccharification step to a secondary treatment point different from the primary treatment point;
A fermentation step of performing fermentation using the sugar at the secondary treatment point;
An enzyme production process for producing an enzyme at the secondary treatment point;
A method for treating cellulosic waste, comprising: an enzyme transporting step for transporting the enzyme produced in the enzyme producing step to the primary treatment point.
前記一次処理地点において前記糖化工程後に固液分離を行って固形分が除去された糖液を得る分離工程と、
前記一次処理地点において前記分離工程で得られた糖液を濃縮して濃縮糖液を得る濃縮工程とを有し、
前記糖輸送工程で輸送される糖含有液が前記濃縮糖液であることを特徴とする請求項1記載のセルロース系廃棄物の処理方法。
A separation step of performing solid-liquid separation after the saccharification step at the primary treatment point to obtain a sugar solution from which solids have been removed;
A concentration step of concentrating the sugar solution obtained in the separation step at the primary treatment point to obtain a concentrated sugar solution,
The method for treating cellulosic waste according to claim 1, wherein the sugar-containing liquid transported in the sugar transporting step is the concentrated sugar liquid.
前記一次処理地点において、前記分離工程で除去された固形分を燃焼して熱エネルギーを得、該熱エネルギーを前記濃縮工程に供給する熱エネルギー回収工程を有することを特徴とする請求項2記載のセルロース系廃棄物の処理方法。3. The heat energy recovery step according to claim 2, further comprising: a thermal energy recovery step of burning the solid content removed in the separation step to obtain thermal energy and supplying the thermal energy to the concentration step at the primary treatment point. Cellulosic waste treatment method. 前記一次処理地点において前記糖化工程後に固液分離を行って固形分が除去された糖液を得る分離工程と、
前記二次処理地点において前記分離工程で得られた糖液を濃縮して濃縮糖液を得る濃縮工程とを有し、
前記糖輸送工程で輸送される糖含有液が前記分離工程で得られた糖液であることを特徴とする請求項1記載のセルロース系廃棄物の処理方法。
A separation step of performing solid-liquid separation after the saccharification step at the primary treatment point to obtain a sugar solution from which solids have been removed;
A concentration step of concentrating the sugar solution obtained in the separation step at the secondary treatment point to obtain a concentrated sugar solution,
The method for treating cellulosic waste according to claim 1, wherein the sugar-containing liquid transported in the sugar transporting step is a sugar solution obtained in the separation step.
前記分離工程で除去された固形分を前記二次処理地点へ輸送する固形分輸送工程と、
前記二次処理地点において前記固形分を燃焼して熱エネルギーを得、該熱エネルギーを前記濃縮工程に供給する熱エネルギー回収工程を有することを特徴とする請求項4記載のセルロース系廃棄物の処理方法。
A solid content transporting step for transporting the solid content removed in the separation step to the secondary treatment point;
The cellulosic waste treatment according to claim 4, further comprising a thermal energy recovery step of burning the solid content at the secondary treatment point to obtain thermal energy and supplying the thermal energy to the concentration step. Method.
前記糖輸送工程で輸送される糖含有液が前記セルロース系廃棄物に酵素を作用させて糖化反応が開始した後の反応液であり、
前記二次処理地点において前記糖化工程後に固液分離を行って固形分が除去された糖液を得る分離工程と、
前記二次処理地点において前記分離工程で得られた糖液を濃縮して濃縮糖液を得る濃縮工程とを有することを特徴とする請求項1記載のセルロース系廃棄物の処理方法。
The sugar-containing liquid transported in the sugar transporting step is a reaction liquid after the saccharification reaction is started by causing an enzyme to act on the cellulosic waste,
A separation step of performing solid-liquid separation after the saccharification step at the secondary treatment point to obtain a sugar solution from which solids have been removed;
The cellulosic waste treatment method according to claim 1, further comprising a concentration step of concentrating the sugar solution obtained in the separation step to obtain a concentrated sugar solution at the secondary treatment point.
前記二次処理地点において、前記分離工程で除去された固形分を燃焼して熱エネルギーを得、該熱エネルギーを前記濃縮工程に供給する熱エネルギー回収工程を有することを特徴とする請求項6記載のセルロース系廃棄物の処理方法。7. The method according to claim 6, further comprising a thermal energy recovery step of obtaining thermal energy by burning the solid content removed in the separation step and supplying the thermal energy to the concentration step at the secondary treatment point. Of cellulosic waste. 前記酵素輸送工程で輸送される酵素が液状であり、該酵素輸送工程と前記糖輸送工程とを同一の輸送手段を用いて行うことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のセルロース系廃棄物の処理方法。The cellulose according to any one of claims 1 to 7, wherein the enzyme transported in the enzyme transporting step is liquid, and the enzyme transporting step and the sugar transporting step are performed using the same transporting means. Of waste treatment. 前記セルロース系廃棄物が古紙、または古紙を含む廃棄物であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のセルロース系廃棄物の処理方法。The method for treating cellulosic waste according to any one of claims 1 to 8, wherein the cellulosic waste is waste paper or waste containing waste paper. 前記酵素がエンドグルカナーゼを含有するセルラーゼであることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のセルロース系廃棄物の処理方法。The method for treating cellulosic waste according to any one of claims 1 to 9, wherein the enzyme is a cellulase containing endoglucanase. 前記発酵工程においてL−乳酸を生産することを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載のセルロース系廃棄物の処理方法。The method for treating cellulosic waste according to any one of claims 1 to 10, wherein L-lactic acid is produced in the fermentation step. 前記発酵工程においてエタノールを生産することを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載のセルロース系廃棄物の処理方法。The method for treating cellulosic waste according to any one of claims 1 to 10, wherein ethanol is produced in the fermentation step.
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