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JP6640004B2 - Method for producing glucose from used absorbent articles - Google Patents
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Description

本発明は、パルプ繊維および高吸水性ポリマーを含む使用済み吸収性物品からグルコースを生産する方法に関する。特に、本発明は、紙おむつ等のパルプ繊維および高吸水性ポリマーを含む使用済み吸収性物品に含まれるパルプ繊維を糖化し、グルコースを含む糖化液を得る方法に関する。   The present invention relates to a method for producing glucose from a spent absorbent article comprising pulp fibers and a superabsorbent polymer. In particular, the present invention relates to a method for saccharifying pulp fibers contained in a used absorbent article containing a pulp fiber such as a disposable diaper and a superabsorbent polymer to obtain a saccharified solution containing glucose.

紙おむつ等の吸収性物品は、通常、パルプ繊維および高吸水性ポリマーを含む吸収体と、それを包む不織布やプラスティックフィルムなどの外包体とからなる。これらの吸収性物品は、使用後は廃棄され焼却処分されているが、近年、環境面への配慮から、吸収性物品を構成する素材を回収し再資源化することが検討されている。たとえば、使用済み吸収性物品に含まれるパルプ繊維を酵素で糖化してグルコースを含む糖化液を得ようとする試みがある。しかし、吸収性物品には、パルプ繊維とともに高吸水性ポリマーが含まれるが、高吸水性ポリマーの分離除去は容易ではなく、使用済み吸収性物品を糖化原料として使用するのに問題があった。   An absorbent article such as a disposable diaper usually comprises an absorbent containing pulp fibers and a superabsorbent polymer, and an outer envelope such as a nonwoven fabric or a plastic film surrounding the absorbent. These absorbent articles are discarded and incinerated after use. However, in recent years, from the viewpoint of environmental consideration, it has been studied to collect and recycle the materials constituting the absorbent articles. For example, there is an attempt to saccharify pulp fibers contained in a used absorbent article with an enzyme to obtain a saccharified solution containing glucose. However, although the absorbent article contains the superabsorbent polymer together with the pulp fiber, it is not easy to separate and remove the superabsorbent polymer, and there has been a problem in using the used absorbent article as a saccharification raw material.

この問題を解決するために、たとえば、特許文献1は、紙おむつ等の高吸水性ポリマーを含むセルロース含有廃棄物の糖化方法において、糖化液から高吸水性ポリマーおよびその他の異物(プラスティックフィルム、不織布)の除去を容易とするために、糖化液に塩化カルシウムを添加して高吸水性ポリマーを塩析させ、高吸水性ポリマーを除去する方法を開示している。   In order to solve this problem, for example, Patent Document 1 discloses a method of saccharifying cellulose-containing waste containing a superabsorbent polymer such as a disposable diaper, from a saccharified solution to a superabsorbent polymer and other foreign substances (plastic film, nonwoven fabric). A method is disclosed in which calcium chloride is added to a saccharified solution to salt out the superabsorbent polymer to remove the superabsorbent polymer in order to facilitate removal of the superabsorbent polymer.

特開2013−202021号公報JP 2013-202021 A

特許文献1に開示された方法は、糖化工程の後に塩化カルシウムを添加して高吸水性ポリマーを塩析させるものなので、糖化工程において高吸水性ポリマーが水を吸収することにより体積が膨張して糖化槽に占める糖化反応可能な容積が減ってしまうため糖化効率が低下するという問題がある。
また、糖化工程の前に塩化カルシウムを添加して高吸水性ポリマーを塩析させることも考えられるが、その場合は塩類が酵素の活性を低下させるというという問題がある。
本発明は、糖化を阻害することなく、使用済み吸収性物品に含まれるパルプ繊維の糖化効率を上げることを課題とする。
In the method disclosed in Patent Document 1, since calcium chloride is added after the saccharification step to salt out the superabsorbent polymer, the superabsorbent polymer absorbs water in the saccharification step to expand the volume. There is a problem that the saccharification efficiency is reduced because the volume of the saccharification tank capable of saccharification reaction decreases.
It is also conceivable to add calcium chloride to salt out the superabsorbent polymer before the saccharification step. However, in this case, there is a problem that salts reduce the activity of the enzyme.
An object of the present invention is to increase the saccharification efficiency of pulp fibers contained in a used absorbent article without inhibiting saccharification.

本発明は、パルプ繊維および高吸水性ポリマーを含む使用済み吸収性物品からグルコースを生産する方法であって、該方法が、
使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出す工程、
パルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物に、一対の電極を用いて電圧を印加して、高吸水性ポリマーを不活化する工程、および
パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物を、酵素と共存させて、パルプ繊維を酵素により糖化し、グルコースを含む糖化液を得る工程
を含むことを特徴とする。
The present invention is a method of producing glucose from a spent absorbent article comprising pulp fibers and a superabsorbent polymer, the method comprising:
Removing a mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water from the used absorbent article,
A step of applying a voltage to the mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water using a pair of electrodes to inactivate the superabsorbent polymer, and a mixture of pulp fiber and the inactivated superabsorbent polymer and water In the presence of an enzyme, and saccharifying the pulp fiber with the enzyme to obtain a saccharified solution containing glucose.

本発明は、次の態様を含む。
[1]パルプ繊維および高吸水性ポリマーを含む使用済み吸収性物品からグルコースを生産する方法であって、該方法が、
使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出す工程、
パルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物に、一対の電極を用いて電圧を印加して、高吸水性ポリマーを不活化する工程、および
パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物を、酵素と共存させて、パルプ繊維を酵素により糖化し、グルコースを含む糖化液を得る工程
を含む、方法。
[2]使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出す工程の前に、使用済み吸収性物品に水を付与する工程をさらに含む[1]に記載の方法。
[3]高吸水性ポリマーを不活化する工程において高吸水性ポリマーから排出される尿由来の成分を含む排液を回収する工程をさらに含む[1]または[2]に記載の方法。
[4]使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出した後の残渣を濾過または脱水し、尿由来の成分を含む排液を回収する工程をさらに含む[1]〜[3]のいずれかに記載の方法。
[5]高吸水性ポリマーを不活化する工程の後、糖化液を得る工程の前に、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物の水分量を調整する工程をさらに含む[1]〜[4]のいずれかに記載の方法。
[6]高吸水性ポリマーを不活化する工程の後、糖化液を得る工程の前に、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物のpHを調整する工程をさらに含む[1]〜[5]のいずれかに記載の方法。
[7]尿由来の成分を含む排液から尿由来の栄養塩を回収する栄養塩回収工程をさらに含む[3]〜[6]のいずれかに記載の方法。
[8]尿由来の成分を含む排液を微生物燃料電池に投入して排水中のTOC濃度を低減するとともに発電による電力を回収する微生物燃料電池工程をさらに含む[3]〜[7]のいずれかに記載の方法。
[9]糖化液を得る工程の前に、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物を殺菌する殺菌工程をさらに含む[1]〜[8]のいずれかに記載の方法。
[10]殺菌工程後の混合物の生菌数が1×10以下である、[9]に記載の方法。
[11]高吸水性ポリマーがアクリル酸由来の高吸水性ポリマーである、[1]〜[10]のいずれかに記載の方法。
[12]使用済み吸収性物品に水を付与する工程が、使用済み吸収性物品を50℃以上100℃未満の温水に浸漬する工程である、[2]〜[11]のいずれかに記載の方法。
[13]使用済み吸収性物品に水を付与する工程において、水を付与した後の使用済み吸収性物品の重量が使用済み吸収性物品の最大吸収重量の90%以上である、[2]〜[12]のいずれかに記載の方法。
[14]使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出す工程が、使用済み吸収性物品を一対のローラーの間に通して、使用済み吸収性物品の外包体からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を搾り出す工程である、[1]〜[13]のいずれかに記載の方法。
[15][1]〜[14]のいずれかに記載の方法により得られたグルコースを発酵させてエタノールまたは乳酸を生産する方法。
[16]グルコースを含む糖化液と不活化した高吸水性ポリマーを分離する工程をさらに含む[1]〜[14]のいずれかに記載の方法。
[17]使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出した後の残渣または不活化した高吸水性ポリマーを固体燃料化する工程をさらに含む[1]〜[14]および[16]のいずれかに記載の方法。
The present invention includes the following aspects.
[1] A method for producing glucose from a spent absorbent article containing pulp fibers and a superabsorbent polymer, the method comprising:
Removing a mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water from the used absorbent article,
A step of applying a voltage to the mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water using a pair of electrodes to inactivate the superabsorbent polymer, and a mixture of pulp fiber and the inactivated superabsorbent polymer and water In the presence of an enzyme to saccharify the pulp fiber with the enzyme to obtain a saccharified solution containing glucose.
[2] The method according to [1], further comprising a step of applying water to the used absorbent article before the step of taking out the mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water from the used absorbent article.
[3] The method according to [1] or [2], further comprising a step of collecting a drainage containing urine-derived components discharged from the superabsorbent polymer in the step of inactivating the superabsorbent polymer.
[4] The method further includes a step of filtering or dehydrating a residue obtained after taking out the mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water from the used absorbent article, and collecting a waste liquid containing urine-derived components [1]. -The method according to any one of [3].
[5] After the step of inactivating the superabsorbent polymer and before the step of obtaining the saccharified solution, the method further includes a step of adjusting the water content of a mixture of pulp fiber, the inactivated superabsorbent polymer and water [1] ] The method according to any one of [4] to [4].
[6] After the step of inactivating the superabsorbent polymer and before the step of obtaining the saccharified solution, the method further includes a step of adjusting the pH of a mixture of pulp fiber, the inactivated superabsorbent polymer and water [1]. -The method according to any one of [5].
[7] The method according to any one of [3] to [6], further comprising a nutrient recovery step of recovering urine-derived nutrients from wastewater containing urine-derived components.
[8] Any of [3] to [7], further including a microbial fuel cell step of charging wastewater containing urine-derived components to the microbial fuel cell to reduce the TOC concentration in the wastewater and recovering power generated by power generation. The method described in Crab.
[9] The method according to any one of [1] to [8], further comprising a sterilizing step of sterilizing a mixture of pulp fiber, the inactivated superabsorbent polymer, and water before the step of obtaining the saccharified solution.
[10] The method according to [9], wherein the viable cell count of the mixture after the sterilization step is 1 × 10 3 or less.
[11] The method according to any one of [1] to [10], wherein the superabsorbent polymer is a superabsorbent polymer derived from acrylic acid.
[12] The method according to any one of [2] to [11], wherein the step of applying water to the used absorbent article is a step of immersing the used absorbent article in warm water of 50 ° C or more and less than 100 ° C. Method.
[13] In the step of applying water to the used absorbent article, the weight of the used absorbent article after applying water is 90% or more of the maximum absorption weight of the used absorbent article. The method according to any one of [12].
[14] The step of taking out the mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water from the used absorbent article includes passing the used absorbent article between a pair of rollers to remove the pulp from the envelope of the used absorbent article. The method according to any one of [1] to [13], which is a step of squeezing a mixture of fiber, superabsorbent polymer and water.
[15] A method for producing ethanol or lactic acid by fermenting glucose obtained by the method according to any one of [1] to [14].
[16] The method according to any one of [1] to [14], further comprising a step of separating the saccharified solution containing glucose and the inactivated superabsorbent polymer.
[17] The method further comprises the step of solidifying the residue or inactivated superabsorbent polymer after removing the mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water from the spent absorbent article [1] to [14]. And the method according to any one of [16].

本発明によれば、糖化工程に先立ち、パルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物に一対の電極を用いて電圧を印加して高吸水性ポリマーを不活化するので、高吸水性ポリマーが水を吸収することによる体積膨張により糖化槽で糖化反応が可能な容積が減ることによる糖化効率の低下がない。また、電圧印加による高吸水性ポリマーの不活化により、高吸水性ポリマーが保持していた塩類および水が脱塩脱水され排出されるので、次工程の糖化工程において塩類による酵素活性の低下や体積膨張した高吸水ポリマーによる糖化反応が可能な容積の減少がない。さらに、高吸水性ポリマーの不活化のために塩化カルシウム等の添加物を加えないので、塩による酵素活性の低下がない。   According to the present invention, prior to the saccharification step, a voltage is applied to a mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water using a pair of electrodes to inactivate the superabsorbent polymer. There is no decrease in the saccharification efficiency due to a decrease in the volume capable of saccharification reaction in the saccharification tank due to volume expansion due to absorption of water. In addition, since the superabsorbent polymer is inactivated by voltage application, salts and water held by the superabsorbent polymer are desalted and dehydrated and discharged. There is no reduction in the volume that allows the saccharification reaction due to the expanded superabsorbent polymer. Furthermore, since additives such as calcium chloride are not added to inactivate the superabsorbent polymer, there is no decrease in enzyme activity due to salt.

図1は、本発明の方法を実施するための装置の一例の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an example of an apparatus for performing the method of the present invention. 図2は、最大吸収重量の測定方法を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a method of measuring the maximum absorption weight. 図3は、微生物燃料電池の構成の一例を示す。FIG. 3 shows an example of the configuration of the microbial fuel cell.

本発明は、パルプ繊維および高吸水性ポリマーを含む使用済み吸収性物品からグルコースを生産する方法である。   The present invention is a method for producing glucose from a spent absorbent article comprising pulp fibers and a superabsorbent polymer.

吸収性物品としては、パルプ繊維および高吸水性ポリマーを含むものであれば、特に限定されず、使い捨ておむつ、失禁パッド、尿取りパッド、生理用ナプキン、パンティーライナー等を例示することができる。なかでも、施設等でまとめて回収される失禁パッドや使い捨ておむつが分別の手間がなくパルプ量が比較的多い点で好ましい。   The absorbent article is not particularly limited as long as it contains pulp fibers and a superabsorbent polymer, and examples thereof include disposable diapers, incontinence pads, urine absorbing pads, sanitary napkins, panty liners, and the like. Above all, incontinence pads and disposable diapers that are collectively collected at a facility or the like are preferable because they have a relatively large amount of pulp without labor for separation.

パルプ繊維としては、特に限定するものではないが、フラッフ状パルプ繊維、化学パルプ繊維などを例示することができる。   Although it does not specifically limit as a pulp fiber, A fluff-like pulp fiber, a chemical pulp fiber, etc. can be illustrated.

高吸水性ポリマーとは、SAP(Superabsorbent Polymer)とも呼ばれ、水溶性高分子が適度に架橋された三次元網目構造を有するもので、数十倍〜数百倍の水を吸収するが、本質的に水不溶性であり、一旦吸収された水は多少の圧力を加えても離水しないものであり、たとえば、アクリル酸系、デンプン系、アミノ酸系の粒子状または繊維状のポリマーを例示することができる。本発明においては、不活化によりポリアクリル酸となり糖化工程においてpHを下げる効果が期待でき、酵素が働き易いpHに近づける点で、アクリル酸系の高吸水性ポリマーであることが好ましい。アクリル酸系の高吸水性ポリマーは、ナトリウム置換されたカルボキシル基−COONaを有し、水を吸収すると−COONaは−COOとNaに電離して、Naイオンを解離し、高吸水性ポリマー中の解離イオン濃度が増大し、高吸水性ポリマー内外の浸透圧差により高吸水性ポリマーの外の水は高吸水性ポリマーの中に入り込み、その結果、高吸水性ポリマーは膨潤し、多量の水を保持することになる。 Superabsorbent polymer, also called SAP (Superabsorbent Polymer), has a three-dimensional network structure in which a water-soluble polymer is appropriately cross-linked, and absorbs water from several tens to several hundred times. Water is insoluble in water, and once absorbed water does not separate even if some pressure is applied, for example, acrylic acid-based, starch-based, amino acid-based particulate or fibrous polymers may be exemplified. it can. In the present invention, an acrylic acid-based superabsorbent polymer is preferred because polyacrylic acid is converted into polyacrylic acid by inactivation, and the effect of lowering the pH in the saccharification step can be expected. The superabsorbent polymers of acrylic acid, having a sodium substituted carboxyl group -COONa, upon absorption of water -COONa is -COO - and ionized into the Na +, dissociating the Na + ions, superabsorbent The dissociated ion concentration in the polymer increases, and the water outside the superabsorbent polymer enters the superabsorbent polymer due to the osmotic pressure difference between the inside and outside of the superabsorbent polymer, and as a result, the superabsorbent polymer swells and a large amount of Will retain water.

本発明の方法は、使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出す工程(以下、単に「取り出し工程」ともいう。)を含む。使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出す方法は、限定されないが、使用済み吸収性物品を一対のローラーの間に通して(ローラープレスにより)、使用済み吸収性物品の外包体(不織布、フィルム、ゴムなど)からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を搾り出すという方法が好ましい。その場合は、使用済み吸収性物品を一対のローラーの間に通す前に、外包体からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を搾り出すのを容易にするために、使用済み吸収性物品を短冊状に切断したり、外包体の破砕や穿孔を目的とした一対のロール間を通してもよい。   The method of the present invention includes a step of removing a mixture of pulp fibers, a superabsorbent polymer, and water from a used absorbent article (hereinafter, also simply referred to as a “removing step”). The method of removing the mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water from the used absorbent article is not limited, but the used absorbent article is passed between a pair of rollers (by a roller press) to remove the used absorbent article. A method of squeezing a mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water from the outer package of the article (nonwoven fabric, film, rubber, etc.) is preferred. In that case, before passing the used absorbent article between the pair of rollers, the used absorbent article is used to facilitate squeezing the mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water from the envelope. May be cut into strips or passed between a pair of rolls for the purpose of crushing or perforating the outer package.

本発明の方法は、パルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物に、一対の電極を用いて電圧を印加して、高吸水性ポリマーを不活化する工程(以下、単に「電圧印加工程」ともいう。)を含む。高吸水性ポリマーがナトリウム置換されたカルボキシル基(−COONa)を有する場合、この工程では、高吸水性ポリマー中のNaイオンが、電圧印加により形成される電場により、電気泳動によってマイナス電極に向かって移動するので、高吸水性ポリマーからNaイオンが離脱し、高吸水性ポリマー中の解離イオン濃度が低下するので、浸透圧差により高吸水性ポリマー中の水は外に出ていき、高吸水性ポリマーは脱水し、収縮する。高吸水性ポリマー中の−COOは水の電離により生じるHイオンと結合して−COOHを形成するが、その構造は水素結合による内部架橋が強すぎ網目を広げることができなくなり、高吸水性ポリマーは不活化する。 In the method of the present invention, a step of applying a voltage to a mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water using a pair of electrodes to inactivate the superabsorbent polymer (hereinafter, also referred to simply as “voltage applying step”) ). When the superabsorbent polymer has a sodium-substituted carboxyl group (—COO Na + ), in this step, Na + ions in the superabsorbent polymer are negatively electrophoretically generated by an electric field formed by voltage application. As it moves toward the electrode, Na + ions are released from the superabsorbent polymer, and the concentration of dissociated ions in the superabsorbent polymer decreases, so that the water in the superabsorbent polymer goes out due to the osmotic pressure difference. The superabsorbent polymer dehydrates and shrinks. -COO in superabsorbent polymers - but to form to -COOH bonded with H + ions generated by ionization of the water, the structure will not be able to extend the network internal crosslinking is too strong by hydrogen bonding, superabsorbent The reactive polymer is inactivated.

電圧を印加する方法は、限定されないが、たとえば、水平に配置した2枚の金網の間にパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を挟み、2枚の金網の間に電圧を印加すればよい。印加する電圧は、高吸水性ポリマーを不活化することができる限り限定されない。   The method of applying the voltage is not limited. For example, if a mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water is sandwiched between two horizontally arranged wire meshes, and a voltage is applied between the two wire meshes, Good. The applied voltage is not limited as long as the superabsorbent polymer can be inactivated.

電圧の印加により、高吸水性ポリマーから排出された排液は、重力により、金網を通過して、金網の下に落ちる。金網の下に落ちた排液は、金網の下に配置した排液回収用容器の中に、回収する。排液には、高吸水性ポリマーから離脱したNaイオン、水の電離により生じたOHイオン、尿由来の塩類、排泄物由来の有機物などが含まれる。 The drainage discharged from the superabsorbent polymer by the application of the voltage passes through the wire mesh and falls under the wire mesh by gravity. The drainage that has fallen under the wire mesh is collected in a drainage collection container arranged below the wire mesh. The effluent contains Na + ions released from the superabsorbent polymer, OH ions generated by ionization of water, salts derived from urine, organic matters derived from excretion, and the like.

電圧印加工程は、回分式(バッチ式)で実施してもよいし、流通式で実施してもよい。流通式で実施するときは、たとえば、図1に示すような装置で実施することができる。   The voltage application step may be performed by a batch type (batch type) or a flow type. When the method is carried out in a flow-through manner, for example, it can be carried out in an apparatus as shown in FIG.

本発明の方法は、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物を、酵素と共存させて、パルプ繊維を酵素により糖化し、グルコースを含む糖化液を得る工程(以下、単に「糖化工程」ともいう。)を含む。本発明の方法によれば、糖化工程に高吸水性ポリマーが共存するが、高吸水性ポリマーはすでに不活化されているので、糖化反応を阻害しない。また、高吸水性ポリマーから脱離されたNaイオンおよび水の電離により生じたOHイオンは、排液とともに除去されているので、糖化工程におけるパルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物をアルカリ性にすることはなく、酵素が働きやすい酸性を保つことができる。 In the method of the present invention, a mixture of pulp fiber, inactivated superabsorbent polymer, and water is coexisted with an enzyme, and the pulp fiber is saccharified with the enzyme to obtain a saccharified solution containing glucose (hereinafter, simply referred to as “saccharification”). Step ”). According to the method of the present invention, the superabsorbent polymer coexists in the saccharification step, but does not inhibit the saccharification reaction because the superabsorbent polymer has already been inactivated. In addition, since Na + ions desorbed from the superabsorbent polymer and OH ions generated by ionization of water are removed together with the wastewater, the pulp fiber in the saccharification process, the inactivated superabsorbent polymer, and water are removed. Is not made alkaline, and the acidity at which the enzyme works can be maintained.

酵素としては少なくともセルラーゼを含むものを使用する。セルラーゼは特に限定されないが、たとえば、トリコデルマ属、アスペルギルス属、アクレモニウム属等の微生物が生産する加水分解能の高いセルラーゼを用いることが好ましい。なかでも、アクレモニウム属由来のセルラーゼには、リグニン存在下であっても非常に高い加水分解能を有するものが見出されていることから、これを用いることが特に好ましい。また、セルラーゼには、セルロース鎖をランダムに切断していくエンドグルカナーゼと、セルロース鎖の末端からセロビオースを遊離するエキソグルカナーゼ(セロビオヒドロラーゼ)と、セロビオースをグルコースに分解するβ−グルコシダーゼとがあるが、これらの分解様式の異なるセルラーゼを組み合わせて用いてもよい。   An enzyme containing at least cellulase is used. The cellulase is not particularly limited. For example, it is preferable to use a cellulase having a high hydrolytic ability, which is produced by a microorganism such as Trichoderma, Aspergillus or Acremonium. Among them, cellulase derived from the genus Acremonium has been found to have a very high hydrolytic ability even in the presence of lignin, and thus it is particularly preferable to use this. Cellulases include endoglucanases that randomly cut cellulose chains, exoglucanases that release cellobiose from the ends of cellulose chains (cellobiohydrolases), and β-glucosidases that degrade cellobiose into glucose. These cellulases having different decomposition modes may be used in combination.

糖化の際のセルラーゼの使用量は、特に限定されるものではなく、糖化槽の容量や処理対象物の量、使用するセルラーゼの活性等に応じて適宜設定することができる。より具体的には、パルプ繊維の量に対するセルラーゼの使用量は、0.1〜30重量%が好ましい。パルプ繊維の量に対するセルラーゼの添加量が少なすぎると、酵素処理に長時間を要し、能力的に問題がある。逆に多すぎると、酵素の使用量が多くなる割には糖化率がそれほど向上しないので、費用の観点から不利である。   The amount of cellulase used in the saccharification is not particularly limited, and can be appropriately set according to the capacity of the saccharification tank, the amount of the object to be treated, the activity of the cellulase to be used, and the like. More specifically, the amount of cellulase used is preferably 0.1 to 30% by weight based on the amount of pulp fibers. If the amount of cellulase added is too small relative to the amount of pulp fiber, the enzyme treatment takes a long time and there is a problem in performance. On the other hand, if the amount is too large, the saccharification rate does not increase so much even if the amount of the enzyme used increases, which is disadvantageous from the viewpoint of cost.

糖化工程におけるパルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物中の固形分濃度は、糖化反応が進行する限り限定されないが、好ましくは1〜50重量%であり、より好ましくは5〜20重量%である。
糖化工程におけるパルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物中のパルプ繊維の含有量は、使用するセルラーゼの活性等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、好ましくは0.5〜25重量%であり、より好ましくは2.5〜10重量%である。
The solid content concentration in the mixture of pulp fiber, inactivated superabsorbent polymer and water in the saccharification step is not limited as long as the saccharification reaction proceeds, but is preferably 1 to 50% by weight, more preferably 5 to 20% by weight. % By weight.
The content of the pulp fiber in the mixture of the pulp fiber, the inactivated superabsorbent polymer, and water in the saccharification step may be appropriately set according to the activity of the cellulase to be used, and is not particularly limited. It is 5 to 25% by weight, more preferably 2.5 to 10% by weight.

糖化工程における温度やpHについても、使用するセルラーゼの種類等に応じて適宜設定すればよいが、セルラーゼが充分に機能し、かつ失活しない範囲で設定する必要がある。たとえば、温度については10〜70℃の範囲内で設定することが好ましく、pHについては3.0〜8.0が好ましい。処理時間は5〜72時間程度が好ましい。   The temperature and pH in the saccharification step may be appropriately set according to the type of cellulase to be used and the like, but need to be set within a range where the cellulase functions sufficiently and does not inactivate. For example, the temperature is preferably set within the range of 10 to 70 ° C, and the pH is preferably set to 3.0 to 8.0. The processing time is preferably about 5 to 72 hours.

本発明の方法は、使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出す工程の前に、使用済み吸収性物品に水を付与する工程(以下、単に「水付与工程」ともいう。)をさらに含んでもよい。使用済み吸収性物品に水を付与し、高吸水性ポリマーを充分に膨潤させることによって、使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーを取り出すのが容易になるとともに、電圧印加工程においてパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物と電極との間の接触抵抗を低減させることができ、かつ水が存在することでパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物の中に電気が流れやすくなり電圧印加処理の効率が上がる。紙おむつ等の吸収性物品は、通常、パルプ繊維と高吸水性ポリマーからなる吸収体が上下の被覆層(外包体)で挟まれており、上下の被覆層で挟まれているので吸収体を押し出しやすい。また、水を付与することにより使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーを取り出すのが容易になる結果、回収すべきパルプ繊維の量の目減りが少ないので効率よく回収できる。   The method of the present invention comprises a step of applying water to a used absorbent article (hereinafter simply referred to as a "water applying step") before a step of taking out a mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water from the used absorbent article. ) May be further included. By applying water to the used absorbent article and sufficiently swelling the superabsorbent polymer, it becomes easy to take out the pulp fiber and the superabsorbent polymer from the used absorbent article, and the pulp is used in the voltage application step. The contact resistance between the fiber, superabsorbent polymer and water mixture and the electrode can be reduced, and the presence of water makes it easier for electricity to flow through the mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water This increases the efficiency of the voltage application process. In absorbent articles such as disposable diapers, an absorber composed of pulp fibers and a superabsorbent polymer is usually sandwiched between upper and lower coating layers (outer envelope). Cheap. Further, by providing water, it becomes easy to take out the pulp fiber and the superabsorbent polymer from the used absorbent article. As a result, the amount of the pulp fiber to be recovered is not reduced so much that the pulp fiber can be recovered efficiently.

付与する水の量は、電圧印加工程において高吸水性ポリマーの不活化ができる限り限定されないが、水を付与した後の使用済み吸収性物品の重量が使用済み吸収性物品の最大吸収重量の90%以上であることが好ましい。使用済み吸収性物品の最大吸収重量の90%以上に膨潤させると、使用済み吸収性物品がパンパンに膨れるので、パルプ繊維と高吸水性ポリマーからなる吸収体押し出しやすく効率よく取り出せる。   The amount of water to be applied is not limited as long as the superabsorbent polymer can be inactivated in the voltage application step, but the weight of the used absorbent article after applying water is 90% of the maximum absorption weight of the used absorbent article. % Is preferable. When the used absorbent article is swelled to 90% or more of the maximum absorption weight of the used absorbent article, the used absorbent article swells into a bread pan, so that the absorbent composed of pulp fiber and superabsorbent polymer can be easily extruded and can be taken out efficiently.

ここで、最大吸収重量とは、以下の手順で、吸収性物品を水道水に浸漬させた後の重量に相当する。
[最大吸収重量の測定方法]
(1)図2(a)に示すように、吸収性物品61について、吸収体62に達しないように、ポケットを形成しうる伸縮材料63,64に切り込み65を入れ、平らにする。
(2)十分な水道水で満たされた水浴に、吸収面を下にして浸漬し、30分間放置する。
(3)放置後、網66の上に、吸収面67を下にして置き、20分水切りした後の重量を最大吸収重量とする(図2(b)参照)。
Here, the maximum absorption weight corresponds to the weight after immersing the absorbent article in tap water in the following procedure.
[Method of measuring maximum absorption weight]
(1) As shown in FIG. 2A, cuts 65 are made in elastic materials 63, 64 capable of forming pockets and flattened so that the absorbent article 61 does not reach the absorber 62.
(2) Immerse in a water bath filled with sufficient tap water, with the absorbing surface facing down, and leave it for 30 minutes.
(3) After standing, the absorbent surface 67 is placed down on the net 66, and the weight after draining for 20 minutes is defined as the maximum absorbed weight (see FIG. 2 (b)).

水を付与する方法は、限定されないが、使用済み吸収性物品を水に浸漬するという方法が好ましい。水に浸漬するという方法によれば、高吸水性ポリマーを膨潤させると同時に、洗浄することができる。使用済み吸収性物品が大便などの夾雑物を含む場合には、大便などの夾雑物も取り除くことができる。
水の温度は、限定されないが、好ましくは55℃以上100℃未満であり、より好ましくは60℃以上100℃未満であり、さらに好ましくは70℃以上100℃未満である。55℃以上の温水を使用することにより、高吸水性ポリマーへの吸水効率を上げ、また、一部の菌を一次殺菌し、さらに、吸収性物品に使用されているホットメルト接着剤を軟化させ、吸収体を押し出しやすくするので、パルプ繊維の回収効率が上がる。
浸漬時間は、電圧印加工程において高吸水性ポリマーの不活化ができる限り限定されないが、好ましくは1分以上であり、より好ましくは5分以上であり、さらに好ましくは10分以上である。
The method of applying water is not limited, but a method of immersing the used absorbent article in water is preferable. According to the method of dipping in water, the superabsorbent polymer can be swollen and washed at the same time. When the used absorbent article contains impurities such as stool, the impurities such as stool can also be removed.
The temperature of the water is not limited, but is preferably 55 ° C. or more and less than 100 ° C., more preferably 60 ° C. or more and less than 100 ° C., and further preferably 70 ° C. or more and less than 100 ° C. By using warm water of 55 ° C. or higher, the water absorption efficiency of the superabsorbent polymer is increased, some bacteria are firstly sterilized, and the hot melt adhesive used in the absorbent article is softened. In addition, since the absorbent is easily extruded, pulp fiber recovery efficiency is increased.
The immersion time is not limited as long as inactivation of the superabsorbent polymer can be performed in the voltage application step, but is preferably 1 minute or more, more preferably 5 minutes or more, and further preferably 10 minutes or more.

本発明の方法は、さらに、高吸水性ポリマーを不活化する工程において高吸水性ポリマーから排出される尿由来の成分を含む排液を回収する工程(以下、単に「排液回収工程」ともいう。)を含んでもよい。排液には、高吸水性ポリマーから離脱したNaイオン、水の電離により生じたOHイオン、尿由来の塩類、排泄物由来の有機物などが含まれる。この工程は、不活化工程と同時に行なうことができる。回収された排液は、後述する栄養塩回収工程および/または微生物燃料電池工程に送られて有効活用することができる。パルプ繊維以外も回収し再利用することで使用済み吸収性物品のリサイクル率が上がる。 The method of the present invention further comprises a step of collecting a drainage containing urine-derived components discharged from the superabsorbent polymer in the step of inactivating the superabsorbent polymer (hereinafter, also referred to simply as “drainage collecting step”). .). The effluent contains Na + ions released from the superabsorbent polymer, OH ions generated by ionization of water, salts derived from urine, organic matters derived from excretion, and the like. This step can be performed simultaneously with the inactivation step. The collected effluent can be sent to a nutrient recovery step and / or a microbial fuel cell step, which will be described later, to be used effectively. By collecting and reusing non-pulp fibers, the recycling rate of used absorbent articles is increased.

本発明の方法は、さらに、使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出した後の残渣を濾過または脱水し、尿由来の成分を含む排液を回収する工程(以下、単に「濾過または脱水工程」ともいう。)を含んでもよい。排液には、尿由来の塩類、排泄物由来の有機物などが含まれる。回収された排液は、後述する栄養塩回収工程および/または微生物燃料電池工程に送り、有効活用することができる。パルプ繊維以外も回収し再利用することで使用済み吸収性物品のリサイクル率が上がる。   The method of the present invention further comprises a step of filtering or dehydrating a residue after removing the mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water from the used absorbent article, and collecting a drainage containing urine-derived components ( Hereinafter, it may be simply referred to as “filtration or dehydration step”). The effluent includes salts derived from urine, organic matters derived from excrement, and the like. The collected effluent can be sent to a nutrient recovery step and / or a microbial fuel cell step, which will be described later, to be used effectively. By collecting and reusing non-pulp fibers, the recycling rate of used absorbent articles is increased.

本発明の方法は、さらに、高吸水性ポリマーを不活化する工程の後、糖化液を得る工程の前に、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物の水分量を調整する工程(以下、単に「水分量調整工程」ともいう。)を含んでもよい。この工程は、糖化工程において糖化反応が効率的に進行するような水分量に調整することを目的とする。ここで、水分量(重量%)とは、100重量%から固形分濃度(重量%)を引き算した値に等しい。   The method of the present invention further comprises, after the step of inactivating the superabsorbent polymer, and before the step of obtaining a saccharified solution, a step of adjusting the water content of the mixture of pulp fiber and the inactivated superabsorbent polymer and water. (Hereinafter, it may be simply referred to as “moisture content adjusting step”). The purpose of this step is to adjust the water content such that the saccharification reaction proceeds efficiently in the saccharification step. Here, the water content (% by weight) is equal to a value obtained by subtracting the solid content concentration (% by weight) from 100% by weight.

本発明の方法は、さらに、高吸水性ポリマーを不活化する工程の後、糖化液を得る工程の前に、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物のpHを調整する工程(以下、単に「pH調整工程」ともいう。)を含んでもよい。この工程は、糖化工程において糖化反応が効率的に進行するようなpHに調整することを目的とする。パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物は大気に接触した状態で放置すると大気中の二酸化炭素を吸収してpHが変化するので、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物のpH調整は糖化反応を開始する直前に行うのが好ましい。   The method of the present invention further comprises a step of adjusting the pH of a mixture of pulp fiber, the inactivated superabsorbent polymer and water after the step of inactivating the superabsorbent polymer and before the step of obtaining a saccharified solution ( Hereinafter, it may be simply referred to as “pH adjustment step”). The purpose of this step is to adjust the pH so that the saccharification reaction proceeds efficiently in the saccharification step. If a mixture of pulp fiber, inactivated superabsorbent polymer and water is left in contact with the atmosphere, it absorbs carbon dioxide in the atmosphere and changes its pH, so pulp fiber and the inactivated superabsorbent polymer and water It is preferable to adjust the pH of the mixture immediately before starting the saccharification reaction.

本発明の方法は、さらに、尿由来の成分を含む排液から尿由来の栄養塩を回収する栄養塩回収工程を含んでもよい。栄養塩とは、肥料として利用可能な窒素、リンまたはカリウムを含む塩をいい、より具体的には、アンモニウム塩、リン酸塩等が挙げられる。回収した栄養塩は、肥料として利用することができる。
栄養塩を回収する方法は、限定するものではないが、排液中のリンをヒドロキシアパタイトとして晶析することによりリンを含む栄養塩を回収する方法(以下、「HAP法」ともいう。)、排液中のリンおよび/または窒素をリン酸マグネシウムアンモニウムとして晶析することによりリンおよび/または窒素を含む栄養塩を回収する方法(以下、「MAP法」ともいう。)を例示することができる。
The method of the present invention may further include a nutrient recovery step of recovering urine-derived nutrients from wastewater containing urine-derived components. Nutrients refer to salts containing nitrogen, phosphorus, or potassium that can be used as fertilizers, and more specifically, ammonium salts, phosphates, and the like. The collected nutrients can be used as fertilizer.
The method of recovering nutrients is not limited, but a method of recovering nutrients containing phosphorus by crystallizing phosphorus in wastewater as hydroxyapatite (hereinafter also referred to as “HAP method”), A method of recovering nutrients containing phosphorus and / or nitrogen by crystallizing phosphorus and / or nitrogen in the wastewater as magnesium ammonium phosphate (hereinafter, also referred to as “MAP method”) can be exemplified. .

HAP法は、排液中のPO4 3-とCa2+およびOHの反応によって生成するヒドロキシアパタイト(Ca10(OH)2(PO46)の晶析現象を利用した方法である。反応式は次式のとおりである。
10Ca2++2OH-+6PO4 3- → Ca10(OH)2(PO4)6 (1)
HAP法は、リンを含む水溶液にCa2+およびOHを添加し、過飽和状態(準安定域)で種晶と接触させることで、種晶表面にヒドロキシアパタイトを晶析させ排液中のリンを回収するものである。種晶には、リン鉱石、骨炭、珪酸カルシウム水和物などを用いることができる。
この方法においてCa2+濃度は5ミリモル/リットル以上、pHは8以上、より好ましくはCa2+濃度は10ミリモル/リットル以上、pHは9以上が必要である。
The HAP method is a method that utilizes the crystallization phenomenon of hydroxyapatite (Ca 10 (OH) 2 (PO 4 ) 6 ) generated by the reaction between PO 4 3- and Ca 2+ and OH in the wastewater. The reaction formula is as follows.
10Ca 2+ + 2OH - + 6PO 4 3- → Ca 10 (OH) 2 (PO 4) 6 (1)
In the HAP method, Ca 2+ and OH are added to an aqueous solution containing phosphorus and contacted with a seed crystal in a supersaturated state (metastable range), whereby hydroxyapatite is crystallized on the surface of the seed crystal and phosphorus Is to be collected. Phosphorite ore, bone charcoal, calcium silicate hydrate, or the like can be used as the seed crystal.
In this method, the Ca 2+ concentration needs to be 5 mmol / L or more, the pH needs to be 8 or more, more preferably the Ca 2+ concentration needs to be 10 mmol / L or more, and the pH needs to be 9 or more.

MAP法は、排液中のPO4 3-とNH4 +、Mg2+の反応によって生成するリン酸マグネシウムアンモニウム(MgNH4PO4・6H2O)の晶析現象を利用した方法である。反応式は次式のとおりである。
Mg2++NH4 ++PO4 3-+6H2O → MgNH4PO4・6H2O (2)
この方法において、Mg2+濃度は30〜60ミリモル/リットルが好ましく、pHは6.8〜7.7が好ましい。
MAP method, PO 4 3- and NH 4 + in the effluent, is a method of utilizing crystallization phenomenon of magnesium ammonium phosphate (MgNH 4 PO 4 · 6H 2 O) produced by the reaction of Mg 2+. The reaction formula is as follows.
Mg 2+ + NH 4 + + PO 4 3- + 6H 2 O → MgNH 4 PO 4 · 6H 2 O (2)
In this method, the Mg 2+ concentration is preferably 30 to 60 mmol / L, and the pH is preferably 6.8 to 7.7.

本発明の方法は、さらに、尿由来の成分を含む排液を微生物燃料電池に投入して排水中のTOC濃度を低減するとともに発電による電力を回収する微生物燃料電池工程を含んでもよい。
ここで、微生物燃料電池とは、微生物を利用して、燃料としての有機物を電気エネルギーに変換する装置をいう。微生物燃料電池は、燃料である有機物の溶液に負極と正極を浸し、負極では有機物が微生物により酸化分解されるときに発生する電子を回収し、その電子は外部回路を経由して正極に移動し、正極では電子が酸化剤の還元反応により消費される。負極で起こる化学反応と正極で起こる化学反応の酸化還元電位の差により電子が流れ、両極の電位差と外部回路を流れる電流の積に相当するエネルギーが外部回路において得られる。
微生物燃料電池工程では、排液を微生物燃料電池に投入して排水中のTOC濃度を低減するとともに発電による電力を回収する。微生物燃料電池内では、微生物が排液に含まれる汚物、微細パルプ等の有機物を酸化分解することにより、排水中のTOC濃度が低減され、かつ発電が行われる。
The method of the present invention may further include a microbial fuel cell step of charging the microbial fuel cell with the effluent containing urine-derived components to reduce the TOC concentration in the effluent and recovering power generated by power generation.
Here, the microbial fuel cell is a device that converts organic substances as fuel into electric energy using microorganisms. In a microbial fuel cell, a negative electrode and a positive electrode are immersed in a solution of an organic substance that is a fuel, and electrons generated when the organic substance is oxidized and decomposed by microorganisms are collected at the negative electrode, and the electrons move to the positive electrode via an external circuit. In the positive electrode, electrons are consumed by a reduction reaction of the oxidant. Electrons flow due to the difference between the oxidation-reduction potential of the chemical reaction occurring at the negative electrode and the chemical reaction occurring at the positive electrode, and energy corresponding to the product of the potential difference between the two electrodes and the current flowing through the external circuit is obtained in the external circuit.
In the microbial fuel cell process, the effluent is charged into the microbial fuel cell to reduce the TOC concentration in the wastewater and collect power generated by power generation. In the microbial fuel cell, the microorganisms oxidize and decompose organic matter such as waste and fine pulp contained in the effluent, so that the TOC concentration in the wastewater is reduced and power is generated.

微生物燃料電池に使用される微生物としては、有機物を酸化分解するとともに電気エネルギーを発生するのに寄与し得る限り、特に限定されないが、主に水素産生微生物が用いられ、その中でも偏性嫌気性菌、通性嫌気性菌が好ましく用いられる。   The microorganism used in the microbial fuel cell is not particularly limited as long as it can contribute to oxidative decomposition of organic matter and generation of electric energy, but hydrogen-producing microorganisms are mainly used, and among them, obligate anaerobic bacteria are used. A facultative anaerobic bacterium is preferably used.

微生物燃料電池の構成の一例を図3に示す。図中、101は排液槽、102はポンプ、103は負極反応槽、104は負極、105はプロトン交換膜、106は正極槽、107は正極、108はテスター、109はパソコン、110は汚泥沈降槽、111はポンプ、112は浄化水槽である。   FIG. 3 shows an example of the configuration of the microbial fuel cell. In the figure, 101 is a drainage tank, 102 is a pump, 103 is a negative electrode reaction tank, 104 is a negative electrode, 105 is a proton exchange membrane, 106 is a positive electrode tank, 107 is a positive electrode, 108 is a tester, 109 is a personal computer, and 110 is sludge sedimentation. A tank, 111 is a pump, and 112 is a purified water tank.

微生物燃料電池工程からの排水のpHは8.0未満であることが好ましい。微生物燃料電池工程からの排水のpHが高すぎると、微生物燃料電池工程の発電効率が低下する。
微生物燃料電池工程からの排水のTOC濃度は2000mg/L以下であることが好ましい。微生物燃料電池工程からの排水のTOC濃度が2000mg/L以下であれば、次工程の一般的な浄化槽等で簡単に浄化処理が可能である。また、微生物燃料電池工程から直接排水する場合は、排水のTOC濃度が30mg/L以下であることが好ましい。
Preferably, the pH of the wastewater from the microbial fuel cell step is less than 8.0. If the pH of the wastewater from the microbial fuel cell process is too high, the power generation efficiency of the microbial fuel cell process will decrease.
The TOC concentration of the wastewater from the microbial fuel cell process is preferably 2000 mg / L or less. If the TOC concentration of the wastewater from the microbial fuel cell step is 2000 mg / L or less, the purification treatment can be easily performed in a general purification tank or the like in the next step. When the wastewater is directly discharged from the microbial fuel cell step, the TOC concentration of the wastewater is preferably 30 mg / L or less.

本発明の方法は、さらに、糖化液を得る工程の前に、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物を殺菌する殺菌工程を含んでもよい。殺菌工程後、糖化工程に供給される処理液の生菌数は1×10以下であることが好ましい。
しかし、本発明の方法によれば、電圧印加工程において、電圧の印加により細菌の細胞膜が破壊され、細菌が死滅するので、電圧印加工程は殺菌機能も有し、殺菌工程も兼ねる。電圧印加工程前の生菌数が1×10の場合、電圧印加工程後には、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物の生菌数を1×10以下に下げることができる。したがって、電圧印加工程とは別に、殺菌工程を設ける必要は必ずしもない。
殺菌は、発酵工程における発酵の効率の向上にも寄与する。
The method of the present invention may further include, before the step of obtaining the saccharified solution, a sterilization step of sterilizing a mixture of pulp fiber, the inactivated superabsorbent polymer, and water. After the sterilization step, the number of viable bacteria in the treatment liquid supplied to the saccharification step is preferably 1 × 10 3 or less.
However, according to the method of the present invention, in the voltage application step, the cell membrane of the bacterium is destroyed by the application of the voltage, and the bacterium is killed. Therefore, the voltage application step has a bactericidal function and also functions as a bactericidal step. When the viable cell count before the voltage application step is 1 × 10 9 , the viable cell count of the mixture of pulp fiber, inactivated superabsorbent polymer and water after the voltage application step may be reduced to 1 × 10 3 or less. it can. Therefore, it is not always necessary to provide a sterilization step separately from the voltage application step.
Sterilization also contributes to improving the efficiency of fermentation in the fermentation process.

本発明の方法は、さらに、グルコースを含む糖化液と不活化した高吸水性ポリマーを分離する工程(以下、単に「分離工程」ともいう。)を含んでもよい。この工程により、糖化液から不活化した高吸水性ポリマーその他の固体の夾雑物を分離・除去することにより、高吸水性ポリマーその他の固体の夾雑物を含まない糖化液を得ることができる。糖化液と不活化した高吸水性ポリマーを分離する方法は、限定されないが、濾過、沈降分離、遠心分離等が挙げられる。なかでも、濾過が好ましい。高吸水性ポリマーは不活化しているので、濾過を容易に行うことができる。
分離工程により得られたグルコースを含む糖化液は、そのまま、後述する発酵工程で使用してもよいし、グルコースを含む糖化液からグルコースを単離してもよい。
The method of the present invention may further include a step of separating the inactivated superabsorbent polymer from the saccharified solution containing glucose (hereinafter, also simply referred to as “separation step”). By this step, the inactivated superabsorbent polymer and other solid contaminants are separated and removed from the saccharified liquid, whereby a saccharified liquid free of the superabsorbent polymer and other solid contaminants can be obtained. The method for separating the saccharified solution and the inactivated superabsorbent polymer is not limited, and examples thereof include filtration, sedimentation, and centrifugation. Above all, filtration is preferred. Since the superabsorbent polymer is inactivated, filtration can be easily performed.
The saccharified solution containing glucose obtained in the separation step may be used as it is in the fermentation step described below, or glucose may be isolated from the saccharified solution containing glucose.

本発明の方法は、さらに、使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出した後の残渣または不活化した高吸水性ポリマーを固体燃料化する工程(以下、単に「固体燃料化工程」ともいう。)を含んでもよい。使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出した後の残渣には、不織布、プラスチックフィルム、ゴムなどが含まれる。使用済み吸収性物品から回収されたプラスチック素材は固形燃料化することによって再資源化することができる。パルプ繊維以外も回収し再利用することで使用済み吸収性物品のリサイクル率が上がる。固体燃料化は、いわゆるRPF化手法によって行なうことができる。   The method of the present invention further comprises the step of solidifying the residue or inactivated superabsorbent polymer after removing the mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water from the spent absorbent article (hereinafter simply referred to as " Solid fueling step ”). The residue after removing the mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water from the used absorbent article includes nonwoven fabric, plastic film, rubber and the like. The plastic material recovered from the spent absorbent article can be recycled by converting it into a solid fuel. By collecting and reusing non-pulp fibers, the recycling rate of used absorbent articles is increased. The conversion to solid fuel can be performed by a so-called RPF method.

本発明の方法は、さらに、電圧印加工程の後、糖化工程の前に、高吸水性ポリマーから離脱したNaイオン、水の電離により生じたOHイオン、尿由来の塩類、排泄物由来の有機物などが含まれる排液を脱水する脱水工程を含んでもよい。糖化工程の酵素活性の低下を抑制し、栄養塩回収工程、微生物燃料電池工程でのリサイクル率が上がる。 The method of the present invention further comprises the steps of: after the voltage application step, before the saccharification step, Na + ions released from the superabsorbent polymer, OH ions generated by ionization of water, salts derived from urine, excretion-derived substances. The method may include a dehydration step of dehydrating a waste liquid containing an organic substance or the like. The enzyme activity in the saccharification process is prevented from lowering, and the recycling rate in the nutrient recovery process and the microbial fuel cell process is increased.

本発明の方法により得られたグルコースを発酵させてエタノールまたは乳酸を生産してもよい。エタノールまたは乳酸を生産するには、糖化工程に続き、発酵工程を実施する。
エタノールを生産するには、本発明の方法により得られたグルコースを酵母により発酵させればよい。より具体的には、本発明の方法により得られたグルコースを含む糖化液に酵母を添加し発酵させてもよいし、本発明の方法により得られたグルコースを含む糖化液からグルコースを分離した後に、分離したグルコースを酵母により発酵させてもよい。不活化した高吸水性ポリマーを含んだままの糖化液に酵母を添加し発酵させてもよい。エタノール発酵のために用いられる酵母は特に限定されず、天然酵母、遺伝子組み換え酵母を問わず用いることができる。代表的なものとしては、たとえばサッカロミセス属の酵母等が挙げられる。エタノール発酵の際の酵母の使用量は特に制限されるものではなく、発酵槽の容量や糖液の量、使用する酵母の活性等に応じて適宜設定することができる。エタノール発酵工程における温度やpHについては特に限定されるものではなく、エタノール発酵に供する糖の量や酵母の種類に応じて適宜設定することができる。
また、酵母に代えて、乳酸産生菌などを用いることで、乳酸などの化成品を得ることが可能となる。
The glucose obtained by the method of the present invention may be fermented to produce ethanol or lactic acid. To produce ethanol or lactic acid, a saccharification step is followed by a fermentation step.
In order to produce ethanol, glucose obtained by the method of the present invention may be fermented with yeast. More specifically, yeast may be added to the saccharified solution containing glucose obtained by the method of the present invention and fermented, or after separating glucose from the saccharified solution containing glucose obtained by the method of the present invention. Alternatively, the separated glucose may be fermented by yeast. Yeast may be added to the saccharified solution containing the inactivated superabsorbent polymer and fermented. The yeast used for ethanol fermentation is not particularly limited, and any of natural yeast and genetically modified yeast can be used. Typical examples include yeasts of the genus Saccharomyces. The amount of yeast used during ethanol fermentation is not particularly limited, and can be appropriately set according to the capacity of the fermenter, the amount of sugar solution, the activity of the yeast used, and the like. The temperature and pH in the ethanol fermentation step are not particularly limited, and can be appropriately set according to the amount of sugar to be subjected to ethanol fermentation and the type of yeast.
Further, by using a lactic acid-producing bacterium or the like instead of yeast, a chemical product such as lactic acid can be obtained.

糖化と発酵を1つの工程で同時に行なってもよい。すなわち、糖化・発酵工程において、セルラーゼおよび酵母を、パルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物に添加して、セルラーゼによりパルプ繊維を糖化してグルコースを生成させた後に、酵母によりグルコースを発酵させてエタノールを生成させてもよい。この方法によれば、同じ処理槽で、パルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物からエタノールを生産することができる。酵素糖化法を利用したエタノール生産は、たとえば、パルプ繊維を含む反応前液に、緩衝液等の溶媒にセルラーゼ粉末を溶解させて調製されたセルラーゼ溶液を加えて糖化処理をした後、酵母を加えてエタノール発酵させることによって行うことができる。   Saccharification and fermentation may be performed simultaneously in one step. That is, in the saccharification / fermentation step, cellulase and yeast are added to a mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer, and water, and pulp fiber is saccharified by cellulase to produce glucose. To produce ethanol. According to this method, ethanol can be produced from a mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water in the same treatment tank. Ethanol production using the enzymatic saccharification method, for example, a saccharification treatment by adding a cellulase solution prepared by dissolving a cellulase powder in a solvent such as a buffer to a pre-reaction solution containing pulp fibers, and then saccharifying, and then adding yeast And ethanol fermentation.

以下、図面を参照しながら、本発明をさらに説明するが、本発明は図面に示される形態に限定されるものではない。
図1は、本発明を実施するための装置1の一例の模式図である。
装置1は、取り出し工程2、電圧印加工程3および糖化工程4からなる。
Hereinafter, the present invention will be further described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram of an example of an apparatus 1 for implementing the present invention.
The apparatus 1 includes a take-out step 2, a voltage application step 3, and a saccharification step 4.

取り出し工程2は、コンベアー21、カッター22および一対のローラー23を有する。使用済み吸収性物品11はコンベアー21の上に載せられて搬送され、カッター22によって、たとえば所定の幅の短冊状に、切断される。切断された使用済み吸収性物品は、一対のローラー23に送られる。そこで、使用済み吸収性物品を構成する外包体12は一対のローラー23の間を通過するが、パルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物が一対のローラー23によって外包体から搾り出され、一対のローラー23の手前に溜まる。一対のローラー23の手前に溜まったパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物13は定期的に掻き出され、電圧印加工程3に送られる。   The take-out step 2 includes a conveyor 21, a cutter 22, and a pair of rollers 23. The used absorbent article 11 is placed on a conveyor 21 and transported, and cut by a cutter 22 into, for example, a strip having a predetermined width. The cut used absorbent article is sent to a pair of rollers 23. Therefore, the outer envelope 12 constituting the used absorbent article passes between the pair of rollers 23, and a mixture of pulp fiber, the superabsorbent polymer, and water is squeezed out of the outer envelope by the pair of rollers 23. Accumulate in front of the roller 23. The mixture 13 of the pulp fiber, the superabsorbent polymer, and the water accumulated before the pair of rollers 23 is periodically scraped out and sent to the voltage application step 3.

電圧印加工程3は、第一の電極31および第二の電極32を有する。第二の電極32は第一の電極31の上部に設置されている。第一の電極31は金網で作られたベルトコンベアーである。第二の電極32もベルト状であり、電導性の材料で作られていればよく、金網である必要はないが、金網であってもよい。第一の電極31と第二の電極32の間には所定の電圧が印加されている(図示せず)。第一の電極31と第二の電極32のいずれをプラス電極にしてもよい。第二の電極32を構成するベルトの下半分は、第一の電極31を構成するベルトコンベアーの上半分と同じ速度で(図面の左から右へ)移動する。第一の電極31と第二の電極32の間の隙間は調節できるようにしておき、好ましくは左から右へ移動するにつれて隙間が狭くなるように調節しておく。取り出し工程において使用済み吸収性物品から取り出されたパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物13は、第一の電極31の上に載せられて搬送され、第一の電極31と第二の電極32の間に挟まれ、電圧が印加される。電圧が印加された高吸水性ポリマーからは、Naイオン、OHイオン、尿由来の塩類、排泄物由来の有機物などを含む排液14が排出される。排出された排液14は、第一の電極31を構成する金網を通過して、第一の電極31の下に設置された排液回収用容器33の中に落ち、貯められる。電圧印加工程3の出口からは、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物15が排出され、糖化工程4へ送られる。 The voltage applying step 3 has a first electrode 31 and a second electrode 32. The second electrode 32 is provided above the first electrode 31. The first electrode 31 is a belt conveyor made of a wire mesh. The second electrode 32 also has a belt shape and may be made of a conductive material, and need not be a wire mesh, but may be a wire mesh. A predetermined voltage is applied between the first electrode 31 and the second electrode 32 (not shown). Either the first electrode 31 or the second electrode 32 may be a positive electrode. The lower half of the belt forming the second electrode 32 moves at the same speed (from left to right in the drawing) as the upper half of the belt conveyor forming the first electrode 31. The gap between the first electrode 31 and the second electrode 32 is made adjustable, and is preferably adjusted so that the gap becomes smaller as moving from left to right. The mixture 13 of pulp fiber, superabsorbent polymer and water removed from the used absorbent article in the removal step is placed on the first electrode 31 and transported, and the first electrode 31 and the second electrode 32, and a voltage is applied. The wastewater 14 containing Na + ions, OH ions, salts derived from urine, organic matter derived from excrement, and the like is discharged from the superabsorbent polymer to which the voltage is applied. The discharged drainage 14 passes through a wire mesh forming the first electrode 31, drops into a drainage recovery container 33 installed below the first electrode 31, and is stored. From the outlet of the voltage application step 3, the mixture 15 of the pulp fiber, the inactivated superabsorbent polymer and water is discharged, and sent to the saccharification step 4.

糖化工程4は、糖化槽41を有する。糖化槽41には電圧印加工程3から送られてきたパルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物15が投入される。所定量の混合物15が投入されたら、糖化槽41を交換し、それ以降に電圧印加工程3から送られてくる混合物15は交換した糖化槽に投入される。所定量の混合物15が投入された糖化槽41に、水を投入して固形分濃度を調整し、pH調整剤などを添加してpHを調製し、さらに、緩衝液等の溶媒にセルラーゼ粉末を溶解させて調製されたセルラーゼ溶液を加えて、糖化処理を行う。パルプ繊維が充分に糖化したら、糖化液を濾過し、糖化液から不活化した高吸水性ポリマーその他の固体の夾雑物を取り除く。   The saccharification step 4 has a saccharification tank 41. The saccharification tank 41 is charged with the mixture 15 of the pulp fiber, the inactivated superabsorbent polymer and water sent from the voltage application step 3. When a predetermined amount of the mixture 15 has been charged, the saccharification tank 41 is replaced. Thereafter, the mixture 15 sent from the voltage applying step 3 is charged into the replaced saccharification tank. Water is added to the saccharification tank 41 into which a predetermined amount of the mixture 15 has been added to adjust the solid content concentration, a pH adjuster or the like is added to adjust the pH, and further, the cellulase powder is added to a solvent such as a buffer solution. A saccharification treatment is performed by adding a cellulase solution prepared by dissolution. When the pulp fiber is sufficiently saccharified, the saccharified solution is filtered to remove the inactivated superabsorbent polymer and other solid contaminants from the saccharified solution.

本発明の方法は、紙おむつ等の使用済み吸収性物品の再資源化に好適に利用することができる。   The method of the present invention can be suitably used for recycling used absorbent articles such as disposable diapers.

1 装置
2 取り出し工程
3 電圧印加工程
4 糖化工程
11 使用済み吸収性物品
12 外包体
13 パルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物
14 排液
15 パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物
21 コンベアー
22 カッター
23 一対のローラー
31 第一の電極
32 第二の電極
33 排液回収用容器
41 糖化槽
101 排液槽
102 ポンプ
103 負極反応槽
104 負極
105 プロトン交換膜
106 正極槽
107 正極
108 テスター
109 パソコン
110 汚泥沈降槽
111 ポンプ
112 浄化水槽
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Apparatus 2 Take-out process 3 Voltage application process 4 Saccharification process 11 Spent absorbent article 12 Outer package 13 Mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer, and water 14 Drainage 15 Pulp fiber, inactivated superabsorbent polymer, and water Mixture 21 Conveyor 22 Cutter 23 A pair of rollers 31 First electrode 32 Second electrode 33 Drainage collection container 41 Saccharification tank 101 Drainage tank 102 Pump 103 Negative reaction tank 104 Negative electrode 105 Proton exchange membrane 106 Positive electrode tank 107 Positive electrode 108 Tester 109 Personal computer 110 Sludge settling tank 111 Pump 112 Purification water tank

Claims (15)

パルプ繊維および高吸水性ポリマーを含む使用済み吸収性物品からグルコースを生産する方法であって、該方法が、
使用済み吸収性物品に、高吸水性ポリマーを膨潤させるための水を付与する工程、
使用済み吸収性物品を一対のローラーの間に通して、使用済み吸収性物品の外包体からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を搾り出すことにより、使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出す工程、
パルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物に、一対の電極を用いて電圧を印加して、高吸水性ポリマーを不活化する工程、および
パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物を、酵素と共存させて、パルプ繊維を酵素により糖化し、グルコースを含む糖化液を得る工程
を含む、方法。
A method of producing glucose from a spent absorbent article comprising pulp fibers and a superabsorbent polymer, the method comprising:
A step of applying water for swelling the superabsorbent polymer to the used absorbent article,
By passing the used absorbent article between a pair of rollers and squeezing a mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water from the outer envelope of the used absorbent article, Removing the mixture of superabsorbent polymer and water,
A step of applying a voltage to the mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water using a pair of electrodes to inactivate the superabsorbent polymer, and a mixture of pulp fiber and the inactivated superabsorbent polymer and water In the presence of an enzyme to saccharify the pulp fiber with the enzyme to obtain a saccharified solution containing glucose.
使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出した後の残渣を濾過または脱水し、尿由来の成分を含む排液を回収する工程をさらに含むか、
高吸水性ポリマーを不活化する工程において高吸水性ポリマーから排出される尿由来の成分を含む排液を回収する、請求項1に記載の方法。
The method further includes a step of filtering or dehydrating a residue after removing the mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer, and water from the used absorbent article, and collecting a drainage containing urine-derived components,
The method according to claim 1, wherein the wastewater containing urine-derived components discharged from the superabsorbent polymer in the step of inactivating the superabsorbent polymer is collected.
尿由来の成分を含む排液から尿由来の栄養塩を回収する栄養塩回収工程をさらに含む請求項2に記載の方法。   The method according to claim 2, further comprising a nutrient recovery step of recovering urine-derived nutrients from wastewater containing urine-derived components. パルプ繊維および高吸水性ポリマーを含む使用済み吸収性物品からグルコースを生産する方法であって、該方法が、
使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出す工程、
パルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物に、一対の電極を用いて電圧を印加して、高吸水性ポリマーを不活化する工程、
パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物を、酵素と共存させて、パルプ繊維を酵素により糖化し、グルコースを含む糖化液を得る工程、及び
高吸水性ポリマーを不活化する工程において高吸水性ポリマーから排出される尿由来の成分を含む排液、又は使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出した後の残渣を濾過または脱水して回収される尿由来の成分を含む排液を微生物燃料電池に投入して排水中のTOC濃度を低減するとともに発電による電力を回収する微生物燃料電池工程
を含む、方法。
A method of producing glucose from a spent absorbent article comprising pulp fibers and a superabsorbent polymer, the method comprising:
Removing a mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water from the used absorbent article,
A step of applying a voltage to the mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer and water using a pair of electrodes to inactivate the superabsorbent polymer,
In the step of causing the mixture of pulp fiber and the inactivated superabsorbent polymer and water to coexist with the enzyme, saccharifying the pulp fiber with the enzyme to obtain a saccharified solution containing glucose, and in the step of inactivating the superabsorbent polymer A liquid containing urine-derived components discharged from the superabsorbent polymer, or a residue obtained after removing a mixture of pulp fiber, superabsorbent polymer, and water from the used absorbent article is collected by filtration or dehydration. A method comprising a microbial fuel cell step in which a waste liquid containing urine-derived components is injected into a microbial fuel cell to reduce the TOC concentration in the wastewater and recover power generated by power generation.
使用済み吸収性物品に水を付与する工程が、使用済み吸収性物品を50℃以上100℃未満の温水に浸漬する工程である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4 , wherein the step of applying water to the used absorbent article is a step of immersing the used absorbent article in warm water of 50C or more and less than 100C. 使用済み吸収性物品に水を付与する工程において、水を付与した後の使用済み吸収性物品の重量が使用済み吸収性物品の最大吸収重量の90%以上である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。 In the step of applying water to the used absorbent article is the weight of the used absorbent article after application of the water is more than 90% of the maximum absorption weight of the used absorbent article, any of claims 1 to 5 Or the method of claim 1 . 高吸水性ポリマーを不活化する工程の後、糖化液を得る工程の前に、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物の水分量を調整する工程をさらに含む請求項1〜のいずれか1項に記載の方法。 After the step of inactivating the superabsorbent polymer, before the step of obtaining the sugar solution, claim further comprising the step of adjusting the water content of the mixture of superabsorbent polymer and water which pulp fibers and inactivated 1-6 The method according to any one of claims 1 to 4. 高吸水性ポリマーを不活化する工程の後、糖化液を得る工程の前に、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物のpHを調整する工程をさらに含む請求項1〜のいずれか1項に記載の方法。 After the step of inactivating the superabsorbent polymer, before the step of obtaining the sugar solution, according to claim 1 to 7, further comprising the step of adjusting the pH of the mixture of superabsorbent polymer and water which pulp fibers and inactivated A method according to any one of the preceding claims. 糖化液を得る工程の前に、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物を殺菌する殺菌工程をさらに含む請求項1〜のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 8 , further comprising, before the step of obtaining the saccharified solution, a sterilizing step of sterilizing a mixture of pulp fiber, the inactivated superabsorbent polymer, and water. 殺菌工程後の混合物の生菌数が1×10以下である、請求項に記載の方法。 The method according to claim 9 , wherein the viable cell count of the mixture after the sterilization step is 1 × 10 3 or less. 高吸水性ポリマーがアクリル酸由来の高吸水性ポリマーである、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 10 , wherein the superabsorbent polymer is a superabsorbent polymer derived from acrylic acid. 請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法により得られたグルコースを発酵させてエタノールまたは乳酸を生産する方法。 A method for producing ethanol or lactic acid by fermenting glucose obtained by the method according to any one of claims 1 to 11 . グルコースを含む糖化液と不活化した高吸水性ポリマーを分離する工程をさらに含む請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 11 , further comprising a step of separating the saccharified solution containing glucose from the inactivated superabsorbent polymer. 使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出した後の残渣または不活化した高吸水性ポリマーを固体燃料化する工程をさらに含む請求項1〜11および13のいずれか1項に記載の方法。 Claim 1 to 11 and 13 residues or superabsorbent polymer inactivated after the used absorbent article was taken out of a mixture of pulp fibers and super absorbent polymer and water further comprising the step of solid fuel of Item 2. The method according to item 1. 電圧印加工程の後、糖化工程の前に、高吸水性ポリマーから離脱したNaイオン、水の電離により生じたOHイオン、尿由来の塩類、または排泄物由来の有機物が含まれる排液を脱水する脱水工程をさらに含む請求項1〜1113および14のいずれか1項に記載の方法。 After the voltage application step and before the saccharification step, the effluent containing Na + ions released from the superabsorbent polymer, OH ions generated by ionization of water, salts derived from urine, or organic matters derived from excreta is removed. the method according to any one of claims 1 to 11 13 and 14, further comprising a dehydration step of dehydrating.
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