JP7527657B2 - Water treatment method, method and system for producing denitrification agent or nitrification promoter - Google Patents
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Description
本発明は、有機炭素源を添加して生物学的硝化脱窒処理を行う水処理方法、脱窒剤または硝化促進剤の製造方法、および脱窒剤または硝化促進剤の製造システムに関するものである。 The present invention relates to a water treatment method that performs biological nitrification/denitrification treatment by adding an organic carbon source, a method for producing a denitrification agent or a nitrification promoter, and a production system for a denitrification agent or a nitrification promoter.
近年、地球温暖化防止の観点から、二酸化炭素の発生を削減し、資源のリサイクルに繋がるような、従来の化石燃料に替わる燃料の開発が進められており、その一つとして、植物油や廃食油等を原料とするバイオディーゼル燃料が注目されている。バイオディーゼル燃料の合成方法としては、動植物の油脂および1価アルコールを原料とし、水酸化カリウム等のアルカリ性物質を触媒としてエステル交換反応により合成する方法が主流である(例えば、非特許文献1)。この合成反応において、グリセリンを含有する副産物(本明細書において「廃グリセリン」ともいう。)も生成される。In recent years, in order to prevent global warming, there has been progress in the development of alternative fuels to conventional fossil fuels that reduce carbon dioxide emissions and lead to resource recycling. One such fuel that has attracted attention is biodiesel fuel, which is made from vegetable oils and waste cooking oils. The mainstream method of synthesizing biodiesel fuel is to use animal and vegetable fats and monohydric alcohols as raw materials and synthesize the fuel through an ester exchange reaction using an alkaline substance such as potassium hydroxide as a catalyst (for example, Non-Patent Document 1). In this synthesis reaction, a by-product containing glycerin (also referred to as "waste glycerin" in this specification) is also produced.
また、油脂から遊離脂肪酸を工業的に製造する場合、その製造方法としては、高温高圧分解法、酵素分解法等が挙げられるが、いずれも動植物等に由来する油脂を加水分解して脂肪酸を遊離するものである。かかる加水分解においても、グリセリンを含有する副産物が生成される。 In addition, when producing free fatty acids from fats and oils industrially, methods for producing them include high-temperature, high-pressure decomposition and enzymatic decomposition, all of which involve hydrolyzing fats and oils derived from animals and plants to liberate fatty acids. This type of hydrolysis also produces by-products containing glycerin.
グリセリンを含有する廃棄物は、触媒や未反応油脂等の不純物を多く含むものである。そのため、グリセリンそのものには、医薬品や化粧品等の原料としての用途があるものの、上述したグリセリン含有廃棄物を医薬品や化粧品等の原料として用いるためには多大なコストをかけて精製しなければならず、実用的ではなかった。そのため、グリセリン含有廃棄物は、産業廃棄物として処分されることが多かった。 Glycerin-containing waste contains a large amount of impurities such as catalysts and unreacted fats and oils. Therefore, although glycerin itself can be used as a raw material for pharmaceuticals, cosmetics, etc., the above-mentioned glycerin-containing waste must be purified at great cost in order to be used as a raw material for pharmaceuticals, cosmetics, etc., which is not practical. For this reason, glycerin-containing waste has often been disposed of as industrial waste.
一方、食用油などの油脂が劣化すると、加水分解が生じたり、炭素鎖が切れてさらに酸化したりするため、酸価の高い油(高酸価油)となる。また、植物油脂の精製における脱酸工程において、油脂(原油)から油滓が分離される。これらの高酸価油や油滓は、脂肪酸グリセリンエステルを含む廃棄物である。On the other hand, when fats and oils such as edible oils deteriorate, hydrolysis occurs, the carbon chains are broken and further oxidized, resulting in oils with a high acid value (high acid value oils). Also, in the deacidification process during the refining of vegetable oils and fats, soapstock is separated from fats and oils (crude oil). These high acid value oils and soapstocks are waste products that contain fatty acid glycerin esters.
グリセリン含有廃棄物や脂肪酸グリセリンエステル含有廃棄物は、環境負荷を低減する観点から、これらを有効活用する試みがなされている。しかし、これまで提案されている方法はいずれも十分なものとはいえず、さらに近年はバイオディーゼル燃料が注目されていることから、グリセリン含有廃棄物や脂肪酸グリセリンエステル含有廃棄物の利用法の確立はより一層喫緊の課題となっている。 Attempts have been made to effectively utilize glycerin-containing waste and fatty acid glycerin ester-containing waste in order to reduce the environmental burden. However, none of the methods proposed so far have been sufficient, and with the recent attention being given to biodiesel fuel, the establishment of a method for utilizing glycerin-containing waste and fatty acid glycerin ester-containing waste has become an even more urgent issue.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、グリセリン含有廃棄物や脂肪酸グリセリンエステル含有廃棄物を有効活用することのできる新たな用途、およびその用途への利用に好適なグリセリン含有廃棄物および脂肪酸グリセリンエステル含有廃棄物の処理方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in consideration of the above problems, and aims to provide new applications that can effectively utilize glycerin-containing waste and fatty acid glycerin ester-containing waste, and a method for treating glycerin-containing waste and fatty acid glycerin ester-containing waste that is suitable for use in such applications.
本発明者は上記課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、グリセリンおよび脂肪酸グリセリンエステルの少なくとも1種を含む原料に無機酸を加え、その後グリセリン液を中和し油脂および塩を分離することで、生物学的硝化脱窒処理における有機炭素源として好適に利用できるグリセリン含有液を製造できるとともに、グリセリン含有廃棄物および脂肪酸グリセリンエステル含有廃棄物を有効に再資源化できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
具体的には、本発明は以下のとおりである。
As a result of intensive research by the present inventors to solve the above problems, they have discovered that by adding an inorganic acid to a raw material containing at least one of glycerin and fatty acid glycerin esters, and then neutralizing the glycerin liquid and separating fats and oils and salts, it is possible to produce a glycerin-containing liquid that can be suitably used as an organic carbon source in biological nitrification denitrification treatment, and also to effectively recycle glycerin-containing waste and fatty acid glycerin ester-containing waste, thereby completing the present invention.
Specifically, the present invention is as follows.
〔1〕 有機炭素源を添加して生物学的硝化脱窒処理を行なう水処理方法であって、
グリセリンおよび脂肪酸グリセリンエステルの少なくとも1種を含む原料と、無機酸とを混合し、第一の油分と第一のグリセリン液とを分離する第一の分離工程と、
前記第一のグリセリン液を、アルカリ性物質により中和する中和工程と、
中和されたグリセリン液から、第二の油分および析出した無機塩を分離する第二の分離工程と、
により、グリセリン含有液を製造し、
得られたグリセリン含有液を、前記生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として添加する脱窒処理工程および/または硝化処理工程を備える、
水処理方法。
〔2〕 前記第二の分離工程の後に、前記第二の油分および前記無機塩が分離されたグリセリン液から1価のアルコールを分離するアルコール分離工程を備える、〔1〕に記載の水処理方法。
〔3〕 生物学的硝化脱窒処理における有機炭素源として用いられる、脱窒剤または硝化促進剤の製造方法であって、
グリセリンおよび脂肪酸グリセリンエステルの少なくとも1種を含む原料と、無機酸とを混合し、第一の油分と第一のグリセリン液とを分離する第一の分離工程と、
前記第一のグリセリン液を、アルカリ性物質により中和する中和工程と、
前記中和されたグリセリン液から、第二の油分および析出した無機塩を分離する第二の分離工程と、
により、グリセリン含有液を製造し、
得られたグリセリン含有液を、前記生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として前記脱窒剤または前記硝化促進剤に含有させることを特徴とする、製造方法。
〔4〕 前記第一の分離工程における前記原料は、バイオディーゼル燃料の製造過程で副生される廃グリセリン、および遊離脂肪酸の製造過程で副生されるグリセリン、の少なくとも1種を含む、〔3〕に記載の脱窒剤または硝化促進剤の製造方法。
〔5〕 前記第一の分離工程における前記原料は、酸価10mgKOH/g以上の高酸価油を含む、〔3〕〔4〕に記載の脱窒剤または硝化促進剤の製造方法。
〔6〕 前記第一の分離工程における前記無機酸が濃硫酸である、〔3〕~〔5〕に記載の脱窒剤または硝化促進剤の製造方法。
〔7〕 前記第一の分離工程において、前記原料と前記無機酸との混合液のpHが3以下である、〔3〕~〔6〕に記載の脱窒剤または硝化促進剤の製造方法。
〔8〕 前記中和工程において、グリセリン液のpHが4.0~7.5となるように中和する、〔3〕~〔7〕に記載の脱窒剤または硝化促進剤の製造方法。
〔9〕 前記アルカリ性物質が廃グリセリンおよび/または油滓を含む、〔3〕~〔8〕に記載の脱窒剤または硝化促進剤の製造方法。
〔10〕 前記第二の分離工程の後に、前記第二の油分および前記無機塩が分離されたグリセリン液から1価のアルコールを分離するアルコール分離工程を備える、〔3〕~〔9〕に記載の脱窒剤または硝化促進剤の製造方法。
〔11〕 前記アルコール分離工程の後に、前記1価のアルコールが分離されたグリセリン液を希釈する希釈工程を備える、〔10〕に記載の脱窒剤または硝化促進剤の製造方法。
〔12〕 前記希釈工程において、従属栄養性の微生物を用いた生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として用いられる所定濃度のメタノールとTOC指標および/またはCOD指標が同等の値となるように、前記グリセリン液を希釈する、〔11〕に記載の脱窒剤または硝化促進剤の製造方法。
〔13〕 前記アルコール分離工程の後に、第三の油分を分離させて除去する油分除去工程を備える、〔10〕~〔12〕に記載の脱窒剤または硝化促進剤の製造方法。
〔14〕 前記アルコール分離工程の後に、界面活性剤を添加して油分の分離を抑制する油分分離抑制工程を備える、〔10〕~〔13〕に記載の脱窒剤または硝化促進剤の製造方法。
〔15〕 アルカリ触媒法以外の方法であって、酸触媒法、酸アルカリ触媒法、生体触媒法、イオン交換樹脂法、超臨界法、亜臨界法および固体触媒法からなる群より選択される少なくとも一つの方法により、脂肪酸アルキルエステルを製造する第二のエステル化工程を備え、
前記第二のエステル化工程においては、前記第一の分離工程で分離された第一の油分および/または前記第二の分離工程で分離された第二の油分と、前記アルコール分離工程で分離された1価のアルコールとを、原料として用いる、
〔10〕~〔14〕に記載の脱窒剤または硝化促進剤の製造方法。
〔16〕 生物学的硝化脱窒処理における有機炭素源として用いられる脱窒剤または硝化促進剤の製造システムであって、
グリセリンおよび脂肪酸グリセリンエステルの少なくとも1種を含む原料と、無機酸とを混合し、第一の油分と第一のグリセリン液とを分離する第一の分離装置と、
前記第一のグリセリン液を、アルカリ性物質により中和する中和装置と、
前記中和されたグリセリン液から、第二の油分および析出した無機塩を分離する第二の分離装置と、
を備えることを特徴とする、脱窒剤または硝化促進剤の製造システム。
〔17〕 前記第二の分離装置の後段に、前記第二の油分および前記無機塩が分離されたグリセリン液から1価のアルコールを分離するアルコール分離装置を備える、〔16〕に記載の脱窒剤または硝化促進剤の製造システム。
[1] A water treatment method in which an organic carbon source is added to perform biological nitrification/denitrification treatment,
a first separation step of mixing a raw material containing at least one of glycerin and a fatty acid glycerin ester with an inorganic acid and separating a first oil component and a first glycerin liquid;
a neutralization step of neutralizing the first glycerin liquid with an alkaline substance;
a second separation step of separating a second oil component and precipitated inorganic salts from the neutralized glycerin liquid;
A glycerin-containing liquid is produced by
The resulting glycerin-containing liquid is added as an organic carbon source for the biological nitrification/denitrification treatment, and/or the denitrification treatment step is included.
Water treatment methods.
[2] The water treatment method according to [1], further comprising, after the second separation step, an alcohol separation step of separating a monohydric alcohol from the glycerin liquid from which the second oil component and the inorganic salt have been separated.
[3] A method for producing a denitrifying agent or a nitrification promoter used as an organic carbon source in a biological nitrification/denitrification treatment, comprising the steps of:
a first separation step of mixing a raw material containing at least one of glycerin and a fatty acid glycerin ester with an inorganic acid and separating a first oil component and a first glycerin liquid;
a neutralization step of neutralizing the first glycerin liquid with an alkaline substance;
a second separation step of separating a second oil component and precipitated inorganic salts from the neutralized glycerin liquid;
A glycerin-containing liquid is produced by
The method for producing said glycerin-containing liquid is characterized in that the obtained glycerin-containing liquid is added to said denitrification agent or said nitrification promoter as an organic carbon source for said biological nitrification/denitrification treatment.
[4] The method for producing a denitrification agent or a nitrification promoter according to [3], wherein the raw material in the first separation step includes at least one of waste glycerin produced as a by-product in the production process of biodiesel fuel and glycerin produced as a by-product in the production process of free fatty acids.
[5] The method for producing a denitrifying agent or a nitrification promoter according to [3] or [4], wherein the raw material in the first separation step contains a high acid value oil having an acid value of 10 mgKOH/g or more.
[6] The method for producing a denitrifying agent or a nitrification promoter according to any one of [3] to [5], wherein the inorganic acid in the first separation step is concentrated sulfuric acid.
[7] The method for producing a denitrifying agent or a nitrification promoter according to any one of [3] to [6], wherein in the first separation step, a mixed liquid of the raw material and the inorganic acid has a pH of 3 or less.
[8] The method for producing a denitrification agent or a nitrification promoter according to any one of [3] to [7], wherein in the neutralization step, the glycerin solution is neutralized so that the pH of the solution is 4.0 to 7.5.
[9] The method for producing a denitrification agent or a nitrification promoter according to any one of [3] to [8], wherein the alkaline substance comprises waste glycerin and/or soapstock.
[10] The method for producing a denitrifying agent or a nitrification promoter according to any one of [3] to [9], further comprising, after the second separation step, an alcohol separation step of separating a monohydric alcohol from the glycerin liquid from which the second oil component and the inorganic salt have been separated.
[11] The method for producing a denitrifying agent or a nitrification promoter according to [10], further comprising, after the alcohol separation step, a dilution step of diluting the glycerin liquid from which the monohydric alcohol has been separated.
[12] The method for producing a denitrifying agent or a nitrification promoter according to [11], wherein in the dilution step, the glycerin solution is diluted so that the TOC index and/or the COD index become equivalent to those of a predetermined concentration of methanol used as an organic carbon source in a biological nitrification/denitrification treatment using heterotrophic microorganisms.
[13] The method for producing a denitrifying agent or a nitrification promoter according to any one of [10] to [12], further comprising an oil removal step of separating and removing a third oil component after the alcohol separation step.
[14] The method for producing a denitrifying agent or a nitrification promoter according to any one of [10] to [13], further comprising, after the alcohol separation step, an oil separation suppression step of suppressing separation of oil by adding a surfactant.
[15] A second esterification step of producing a fatty acid alkyl ester by at least one method other than an alkali catalyst method selected from the group consisting of an acid catalyst method, an acid-alkali catalyst method, a biocatalyst method, an ion exchange resin method, a supercritical method, a subcritical method, and a solid catalyst method,
In the second esterification step, the first oil fraction separated in the first separation step and/or the second oil fraction separated in the second separation step and the monohydric alcohol separated in the alcohol separation step are used as raw materials.
A method for producing a denitrification agent or a nitrification promoter according to any one of [10] to [14].
[16] A system for producing a denitrifying agent or a nitrification promoter used as an organic carbon source in a biological nitrification/denitrification treatment, comprising:
a first separation device for mixing a raw material containing at least one of glycerin and a fatty acid glycerin ester with an inorganic acid and separating the raw material into a first oil component and a first glycerin liquid;
a neutralization device for neutralizing the first glycerin liquid with an alkaline substance;
a second separation device for separating a second oil component and precipitated inorganic salts from the neutralized glycerin liquid;
A system for producing a denitrifying agent or a nitrification promoter, comprising:
[17] The system for producing a denitrifying agent or a nitrification promoter according to [16], further comprising an alcohol separation device disposed downstream of the second separation device, for separating a monohydric alcohol from the glycerin liquid from which the second oil component and the inorganic salt have been separated.
本発明に係る水処理方法、本発明に係る製造方法または製造システムにより製造された脱窒剤または硝化促進剤によれば、グリセリンおよび脂肪酸グリセリンエステルの少なくとも1種を含む原料を処理することで、生物学的硝化脱窒処理における有機炭素源として好適に利用することができるようになり、グリセリン含有廃棄物および脂肪酸グリセリンエステル含有廃棄物を有効に再資源化することができる。 By using the denitrification agent or nitrification promoter produced by the water treatment method and the production method or production system of the present invention, by processing a raw material containing at least one of glycerin and fatty acid glycerin esters, it becomes possible to suitably use the raw material as an organic carbon source in biological nitrification denitrification treatment, and glycerin-containing waste and fatty acid glycerin ester-containing waste can be effectively recycled.
以下、本発明の実施形態について説明する。
〔脱窒剤/硝化促進剤の製造方法〕
本発明の一実施形態に係る脱窒剤または硝化促進剤の製造方法は、グリセリンおよび脂肪酸グリセリンエステルの少なくとも1種を含む原料と、無機酸とを混合し、第一の油分と第一のグリセリン液とを分離する第一の分離工程と;第一のグリセリン液を、アルカリ性物質により中和する中和工程と;中和されたグリセリン液から、第二の油分および析出した無機塩を分離する第二の分離工程と;により、グリセリン含有液を製造し、得られたグリセリン含有液を、生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として、脱窒剤または硝化促進剤(以下、「脱窒剤/硝化促進剤」と略することがある。)に含有させるものである。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
[Method of producing denitrification agent/nitrification promoter]
A method for producing a denitrifying agent or a nitrification promoter according to one embodiment of the present invention includes a first separation step of mixing a raw material containing at least one of glycerin and a fatty acid glycerin ester with an inorganic acid and separating a first oil component and a first glycerin liquid; a neutralization step of neutralizing the first glycerin liquid with an alkaline substance; and a second separation step of separating a second oil component and precipitated inorganic salts from the neutralized glycerin liquid to produce a glycerin-containing liquid, and incorporating the obtained glycerin-containing liquid into a denitrifying agent or nitrification promoter (hereinafter sometimes abbreviated as "denitrifying agent/nitrification promoter") as an organic carbon source for biological nitrification denitrification treatment.
図1は、本実施形態に係る脱窒剤/硝化促進剤の製造方法の特に好適な実施形態におけるフローを表す図である。図1においては、第一の分離工程、中和工程および第二の分離工程に加えて、任意工程であるアルコール分離工程、希釈工程、油分除去工程、および油分分離抑制工程が、第二の分離工程の後に実施されるよう図示されている。 Figure 1 is a diagram showing the flow of a particularly preferred embodiment of the method for producing a denitrifying agent/nitrification promoter according to this embodiment. In Figure 1, in addition to the first separation step, neutralization step, and second separation step, optional steps of an alcohol separation step, a dilution step, an oil removal step, and an oil separation inhibition step are illustrated as being performed after the second separation step.
本実施形態の脱窒剤/硝化促進剤は、得られたグリセリン含有液を、生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として脱窒剤/硝化促進剤に含有させることで、グリセリン含有廃棄物および脂肪酸グリセリンエステル含有廃棄物を有効に活用できるとともに、脱窒効果および硝化促進効果に優れたものとなる。また、精製グリセリンは生分解性であるため、環境負荷のおそれが低いものとなる。 The denitrification agent/nitrification promoter of this embodiment contains the obtained glycerin-containing liquid as an organic carbon source for biological nitrification/denitrification treatment, which allows for effective use of glycerin-containing waste and fatty acid glycerin ester-containing waste, and has excellent denitrification and nitrification promotion effects. In addition, since refined glycerin is biodegradable, there is little risk of it being a burden on the environment.
後述するように、グリセリンを含有する廃棄物には、グリセリン以外の成分が含まれている。そのため、これらをそのまま脱窒剤/硝化促進剤として用いると、微生物を用いた生物学的硝化脱窒処理に悪影響を及ぼすおそれがある。しかし、本実施形態によれば、第一の分離工程、中和工程および第二の分離工程により油分、無機塩等の含有量が低減されているため、微生物を用いた生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源(すなわち、脱窒剤/硝化促進剤)として好適に利用することができる。また、バイオディーゼル燃料や遊離脂肪酸等の原料として様々な油脂が用いられることに応じ、グリセリン含有廃棄物の品質も一定しないという問題があるが、本実施形態によれば、品質が安定化された脱窒剤および硝化促進剤を提供することが可能となる。
さらに、本実施形態においては、第一の分離工程、中和工程および第二の分離工程を行うことで、グリセリンの収量を高め、油分の分離効率を高めることが可能となり、さらにはグリセリン含有廃棄物に限定されない多様な原料(例えば、脂肪酸グリセリンエステル含有廃棄物)を本方法にて処理することができる。
As described later, waste containing glycerin contains components other than glycerin. Therefore, if these are used as denitrifying agents/nitrification promoters as they are, they may have a negative effect on biological nitrification denitrification treatment using microorganisms. However, according to this embodiment, the contents of oil, inorganic salts, etc. are reduced by the first separation step, neutralization step, and second separation step, so that they can be suitably used as an organic carbon source (i.e., denitrifying agent/nitrification promoter) for biological nitrification denitrification treatment using microorganisms. In addition, since various oils and fats are used as raw materials for biodiesel fuel, free fatty acids, etc., there is a problem that the quality of glycerin-containing waste is not constant. However, according to this embodiment, it is possible to provide denitrifying agents and nitrification promoters with stable quality.
Furthermore, in this embodiment, by carrying out the first separation step, the neutralization step, and the second separation step, it is possible to increase the yield of glycerin and to increase the efficiency of separation of the oil component, and furthermore, various raw materials (e.g., waste containing fatty acid glycerin esters) other than glycerin-containing waste can be treated by this method.
(1)原料
本実施形態において用いる原料は、グリセリンおよび脂肪酸グリセリンエステルの少なくとも1種を含むものであれば、特に限定されない。
グリセリンを含む原料としては、例えば、グリセリンを含有する廃棄物が例示される。また、脂肪酸グリセリンエステルを含む原料は、後述する第一の分離工程において、酸触媒エステル交換反応等によりグリセリンを生成するため、これらも好適に利用することができる。
以下、グリセリン含有廃棄物および脂肪酸グリセリンエステル含有組成物についてやや詳しく説明する。
(1) Raw Materials The raw materials used in this embodiment are not particularly limited as long as they contain at least one of glycerin and fatty acid glycerin esters.
Examples of raw materials containing glycerin include waste materials containing glycerin. Raw materials containing fatty acid glycerin esters can also be suitably used because they produce glycerin through an acid-catalyzed transesterification reaction or the like in the first separation step described below.
The glycerin-containing waste and the fatty acid glycerin ester-containing composition will be described in some detail below.
(1-1)グリセリン含有廃棄物
本実施形態において使用し得るグリセリン含有廃棄物には、バイオディーゼル燃料の製造過程で副生される廃グリセリン、遊離脂肪酸の製造工程で副生されるグリセリン廃液、甘水、脂肪酸アルキルエステルの洗浄廃水などが例示される。
(1-1) Glycerin-Containing Waste Examples of glycerin-containing waste that can be used in the present embodiment include waste glycerin produced as a by-product in the process of producing biodiesel fuel, glycerin waste liquid produced as a by-product in the process of producing free fatty acids, sweet water, and wastewater from washing fatty acid alkyl esters.
ここで、遊離脂肪酸の製造工程で副生されるグリセリン廃液とは、動植物の油脂を加水分解して遊離脂肪酸を製造する場合に副生される廃棄物である。加水分解による遊離脂肪酸の製造方法としては、高温高圧分解法、酵素分解法等が挙げられる。かかる製造工程で副生されるグリセリン廃液には、グリセリンの他、未反応の油脂、部分的に加水分解された油脂等が含まれる。
また、甘水は、油脂を鹸化(アルカリ加水分解)して脂肪酸塩を生成させる場合(例えば、石鹸の製造過程など)における副生成物であり、グリセリン、水分、アルカリ等を含む。
脂肪酸アルキルエステルの洗浄廃水は、バイオディーゼル燃料をはじめとする脂肪酸アルキルエステルの製造過程において、反応物を洗浄したときに生じる廃水であり、水分の他、脂肪酸アルキルエステルの製造反応において副生されるグリセリンが含まれ、さらに未反応の遊離脂肪酸およびその塩、1価アルコール等が含まれる。
Here, the glycerin waste liquid by-produced in the production process of free fatty acids refers to waste by-produced when free fatty acids are produced by hydrolyzing animal and vegetable fats and oils. Methods for producing free fatty acids by hydrolysis include high-temperature, high-pressure decomposition and enzymatic decomposition. The glycerin waste liquid by-produced in such a production process contains, in addition to glycerin, unreacted fats and oils, partially hydrolyzed fats and oils, etc.
Sweet water is a by-product produced when fats and oils are saponified (alkaline hydrolysis) to produce fatty acid salts (for example, in the process of producing soap), and contains glycerin, water, alkali, etc.
The wastewater from washing fatty acid alkyl esters is wastewater generated when reactants are washed in the process of producing fatty acid alkyl esters, including biodiesel fuel, and contains, in addition to water, glycerin, which is a by-product in the production reaction of fatty acid alkyl esters, as well as unreacted free fatty acids and their salts, monohydric alcohols, etc.
次に、バイオディーゼル燃料の製造過程で副生される廃グリセリンについて、やや詳しく説明する。
バイオディーゼル燃料となる脂肪酸アルキルエステルは、植物油などの原料油脂に、メタノール等の1価アルコールと、水酸化カリウム等のアルカリ触媒とを加え、エステル交換反応を行うことで得られる。
Next, we will explain in some detail about waste glycerin, which is a by-product in the production process of biodiesel fuel.
Fatty acid alkyl esters that can be used as biodiesel fuels can be obtained by adding a monohydric alcohol such as methanol and an alkali catalyst such as potassium hydroxide to a raw material oil such as vegetable oil, and carrying out an ester exchange reaction.
バイオディーゼル燃料の原料油脂としては、菜種油、パーム油、オリーブ油、ひまわり油、大豆油、コメ油、大麻油等の植物油;魚油、豚脂、牛豚等の獣脂;天ぷら油等の廃食油;などを用いることができる。
1価アルコールとしては、メタノール、エタノール、1-プロパノール、エチルヘキサノール等を用いることができ、メタノールおよびエタノールが好ましく、メタノールが特に好ましい。
アルカリ触媒としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、酸化カルシウム等を用いることができるが、本実施形態で分離回収される無機塩の析出性や再利用容易性等の観点から、水酸化カリウムが好ましい。
Examples of raw oils and fats for biodiesel fuel include vegetable oils such as rapeseed oil, palm oil, olive oil, sunflower oil, soybean oil, rice oil, and hemp oil; animal fats such as fish oil, lard, and beef and pork fats; and waste cooking oils such as tempura oil.
As the monohydric alcohol, methanol, ethanol, 1-propanol, ethylhexanol, etc. can be used, with methanol and ethanol being preferred, and methanol being particularly preferred.
As the alkaline catalyst, potassium hydroxide, sodium hydroxide, calcium oxide, etc. can be used, but potassium hydroxide is preferred from the viewpoints of the precipitability and ease of reuse of the inorganic salt separated and recovered in this embodiment.
上記エステル交換反応においては、原料油脂に含まれる脂肪酸グリセリンエステルが1価アルコールと反応し、脂肪酸アルキルエステルおよびグリセリンが生成する。得られる反応液は、脂肪酸アルキルエステル相と、廃グリセリン相とに液々分離し、バイオディーゼル燃料の製造においては、得られた脂肪酸アルキルエステル相を回収して洗浄等を行い、バイオディーゼル燃料とする。In the above transesterification reaction, the fatty acid glycerin esters contained in the raw oil react with monohydric alcohol to produce fatty acid alkyl esters and glycerin. The resulting reaction liquid is separated into a fatty acid alkyl ester phase and a waste glycerin phase, and in the production of biodiesel fuel, the resulting fatty acid alkyl ester phase is recovered and washed to produce biodiesel fuel.
一方、廃グリセリン相は、グリセリンを高濃度に含む他、未反応の1価アルコール、未反応の油脂、脂肪酸およびその塩、アルカリ触媒、さらには原料油脂に由来する夾雑物などが含まれる。廃グリセリンとしては、液状の廃グリセリンであっても良いし、また、固体状の廃グリセリンであっても良いが、作業性、取り扱い等の観点から、液状の廃グリセリンであることが好ましい。
廃グリセリンにおけるグリセリン、1価アルコール、油脂ならびに脂肪酸およびその塩の含有量は特に限定されないが、通常、廃グリセリン全体に対して、グリセリンは25質量%以上65質量%以下、1価アルコールは2質量%以上20質量%以下、油脂ならびに脂肪酸およびその塩の合計は30質量%以上50質量%以下となる場合が多い。本実施形態に係る脱窒剤/硝化促進剤の製造方法をより安定的に実施可能とする観点から、廃グリセリン全体に対して、それぞれ、グリセリンは30質量%以上65質量%以下、1価アルコールは3質量%以上15質量%以下、油脂ならびに脂肪酸およびその塩の合計含有量は25質量%以上55質量%以下、であってよい。
On the other hand, the waste glycerin phase contains not only glycerin at a high concentration, but also unreacted monohydric alcohol, unreacted fats and oils, fatty acids and their salts, an alkali catalyst, and impurities derived from the raw fats and oils, etc. The waste glycerin may be liquid waste glycerin or solid waste glycerin, but from the viewpoints of workability, handling, etc., liquid waste glycerin is preferable.
The contents of glycerin, monohydric alcohol, fats and oils, and fatty acids and their salts in the waste glycerin are not particularly limited, but usually, based on the entire waste glycerin, the glycerin content is 25% by mass to 65% by mass, the monohydric alcohol content is 2% by mass to 20% by mass, and the total of fats and oils, fatty acids and their salts is 30% by mass to 50% by mass. From the viewpoint of enabling the production method for the denitrification agent/nitrification promoter according to this embodiment to be carried out more stably, the glycerin content may be 30% by mass to 65% by mass, the monohydric alcohol content is 3% by mass to 15% by mass, and the total of fats and oils, fatty acids and their salts is 25% by mass to 55% by mass, based on the entire waste glycerin.
廃グリセリンはアルカリ触媒を多量に含むため、pHは9以上であることが多く、本実施形態においては、9~13であってよい。
第一の分離工程において、廃グリセリンに含まれる未反応の油脂および1価アルコールによる酸触媒エステル化反応を進行させやすくする観点から、廃グリセリンにおける水分の含有量は、5質量%以下であることが好ましく、3質量%以下であることが特に好ましい。廃グリセリンにおける水分含有量は、加熱、減圧、乾燥剤等の使用、精製グリセリン中を透過させることなどにより適宜調整することができる。
Since waste glycerin contains a large amount of an alkaline catalyst, the pH is often 9 or higher, and in this embodiment, the pH may be 9 to 13.
In the first separation step, from the viewpoint of facilitating the progress of an acid-catalyzed esterification reaction between the unreacted fats and oils contained in the waste glycerin and the monohydric alcohol, the water content in the waste glycerin is preferably 5% by mass or less, and particularly preferably 3% by mass or less. The water content in the waste glycerin can be appropriately adjusted by heating, reducing pressure, using a drying agent or the like, permeating the waste glycerin through purified glycerin, or the like.
ここで、グリセリンは医薬品や化粧品等の原料となり得るが、廃グリセリンに含まれるグリセリンをかかる用途に用いるためには高純度に精製する必要があり、多大なコストやエネルギーを要する。そのため廃グリセリンはグリセリンとしての利用価値がかなり低く、従来は処理困難物となっていた。
しかし、脱窒剤/硝化促進剤として用いる場合には、比較的簡便な方法で精製したグリセリンでも十分な脱窒効果および硝化促進効果を発揮するため、安価な廃グリセリンは、本実施形態の脱窒剤/硝化促進剤の原料として特に好適である。また、本実施形態によれば、産業廃棄物である廃グリセリンを有効活用できる観点からも、環境負荷を低減することができる。
Here, glycerin can be used as a raw material for pharmaceuticals, cosmetics, etc., but in order to use the glycerin contained in the waste glycerin for such purposes, it is necessary to purify it to a high purity, which requires a great deal of cost and energy. Therefore, the value of waste glycerin as glycerin is quite low, and it has been difficult to process in the past.
However, when used as a denitrification agent/nitrification promoter, even glycerin purified by a relatively simple method exhibits sufficient denitrification and nitrification promotion effects, so inexpensive waste glycerin is particularly suitable as a raw material for the denitrification agent/nitrification promoter of this embodiment. Furthermore, according to this embodiment, the environmental load can be reduced from the viewpoint of effectively utilizing waste glycerin, which is an industrial waste.
本実施形態においては、後述する第一の分離工程における利用のしやすさの観点から、以上述べたグリセリン含有廃棄物の中でも、バイオディーゼル燃料の製造過程で副生される廃グリセリン、および遊離脂肪酸の製造工程で副生されるグリセリン廃液の少なくとも1種を用いることが好ましく、バイオディーゼル燃料の製造過程で副生される廃グリセリンを用いることが特に好ましい。In this embodiment, from the viewpoint of ease of use in the first separation process described below, it is preferable to use at least one of the waste glycerin produced as a by-product in the biodiesel fuel production process and the glycerin waste liquid produced as a by-product in the free fatty acid production process among the glycerin-containing waste materials described above, and it is particularly preferable to use the waste glycerin produced as a by-product in the biodiesel fuel production process.
(1-2)脂肪酸グリセリンエステル含有組成物
本実施形態においては、脂肪酸グリセリンエステルを含有する組成物も原料として用いることができる。本実施形態においては、無機酸を用いた第一の分離工程、中和工程および第二の分離工程にて行うため、脂肪酸グリセリンエステルを含有する組成物を用い、第一の分離工程における酸触媒エステル化反応等により、グリセリンの収量を高めることができる。脂肪酸グリセリンエステルを含有する組成物としては、例えば、廃食油、動植物油、高酸価油(グリストラップ油、下水油、地溝油、廃液処理再生油、マヨネーズ、ドレッシング等)の脂肪酸グリセリンエステルを主成分とする油脂;油滓、石鹸等の脂肪酸塩を主成分とする組成物;などが挙げられる。
なお、本明細書において「主成分とする」とは、当該組成物において含有量が最も多い成分(ただし最も多い成分が水である場合には2番目に含有量が多い成分)であることを意味し、好ましくは含有量が40質量%以上、より好ましくは50質量%以上である。
(1-2) Composition containing fatty acid glycerin ester In this embodiment, a composition containing a fatty acid glycerin ester can also be used as a raw material. In this embodiment, the first separation step, neutralization step, and second separation step are performed using an inorganic acid, and the yield of glycerin can be increased by an acid-catalyzed esterification reaction in the first separation step using a composition containing a fatty acid glycerin ester. Examples of compositions containing fatty acid glycerin ester include fats and oils mainly composed of fatty acid glycerin esters of waste edible oil, animal and vegetable oils, and high acid value oils (grease trap oil, sewage oil, gutter oil, wastewater treatment regenerated oil, mayonnaise, dressing, etc.); compositions mainly composed of fatty acid salts such as oil cake and soap; and the like.
In this specification, "mainly as a component" means that the component having the largest content in the composition (however, when the component having the largest content is water, the component having the second largest content), and the content is preferably 40% by mass or more, and more preferably 50% by mass or more.
ここで、高酸価油は、酸価10mgKOH/g以上の油脂をいい、油脂の主成分である脂肪酸グリセリンエステルの他、遊離脂肪酸等を含む。酸価は20mgKOH/g以上であってよく、さらには50mgKOH/g以上であってもよい。なお、酸価の上限は、通常は200mgKOH/g以下である。
油滓は、植物油脂の精製における脱酸工程において油脂(原油)から分離される副生成物であり、脂肪酸塩、脂肪酸グリセリンエステル、アルカリ、水分等を含む。
Here, the high acid value oil refers to fats and oils with an acid value of 10 mgKOH/g or more, and includes fatty acid glycerol esters, which are the main components of fats and oils, as well as free fatty acids. The acid value may be 20 mgKOH/g or more, or even 50 mgKOH/g or more. The upper limit of the acid value is usually 200 mgKOH/g or less.
Sodash is a by-product separated from fats and oils (crude oil) in the deacidification process in the refining of vegetable fats and oils, and contains fatty acid salts, fatty acid glycerin esters, alkali, water, etc.
(2)第一の分離工程
第一の分離工程は、グリセリンおよび脂肪酸グリセリンエステルの少なくとも1種を含む原料と、無機酸とを混合し、第一の油分と第一のグリセリン液とを相分離する工程である。
本工程で分離される油分には、脂肪酸アルキルエステルの他、脂肪酸グリセリンエステル、遊離脂肪酸が含まれる。
(2) First Separation Step The first separation step is a step of mixing a raw material containing at least one of glycerin and a fatty acid glycerin ester with an inorganic acid, and subjecting the mixture to phase separation into a first oil component and a first glycerin liquid.
The oil fraction separated in this step includes fatty acid alkyl esters, fatty acid glycerol esters, and free fatty acids.
グリセリンを含む原料を用いる場合、中でも廃グリセリンを用いる場合には、本工程において、廃グリセリンに含まれる脂肪酸の塩が、無機酸により遊離脂肪酸に変換される。また、脂肪酸およびその塩は、無機酸を酸触媒とし、廃グリセリンに含まれる未反応の1価アルコールとのエステル化反応により、脂肪酸アルキルエステルを生成する。When using a raw material containing glycerin, especially waste glycerin, in this process, the salts of fatty acids contained in the waste glycerin are converted to free fatty acids by inorganic acids. Furthermore, fatty acids and their salts are esterified with unreacted monohydric alcohol contained in the waste glycerin using inorganic acids as an acid catalyst to produce fatty acid alkyl esters.
また、原料として脂肪酸グリセリンエステル含有組成物を用いる場合には、1価アルコールとのエステル交換反応により、脂肪酸アルキルエステルとグリセリンとを生成する。この場合の1価アルコールは、別途添加することができ、例えば、後述するアルコール分離工程において回収した1価アルコールを用いることができる。また、脂肪酸グリセリンエステル含有組成物と同時に廃グリセリンを処理することにより、廃グリセリンに含まれる未反応の1価アルコールを利用してもよい。
1価アルコールの存在下で第一の分離工程を行う場合、本工程は、酸触媒エステル化工程ということもできる。なお、後述する第二のエステル化反応との対比において、第一の分離工程を「第一のエステル化工程」という場合がある。
In addition, when the fatty acid glycerin ester-containing composition is used as a raw material, fatty acid alkyl ester and glycerin are produced by transesterification with monohydric alcohol. In this case, the monohydric alcohol can be added separately, for example, the monohydric alcohol recovered in the alcohol separation step described below can be used. In addition, the unreacted monohydric alcohol contained in the waste glycerin can be utilized by treating the fatty acid glycerin ester-containing composition and the waste glycerin at the same time.
When the first separation step is carried out in the presence of a monohydric alcohol, this step can also be referred to as an acid-catalyzed esterification step. In addition, the first separation step may be referred to as a "first esterification step" in comparison with the second esterification reaction described later.
なお、1価アルコールが含まれない場合であっても、脂肪酸グリセリンエステルは、第一の分離工程において酸の存在下でグリセリンを生成する。また、原料に脂肪酸塩が含まれる場合は、酸により脂肪酸塩が遊離脂肪酸に変換され、グリセリンと分離しやすくなる。
そのため、原料に1価アルコールが含まれない場合であっても、本実施形態を好適に適用することができる。
Even if the raw material does not contain a monohydric alcohol, the fatty acid glycerin ester produces glycerin in the presence of an acid in the first separation step. In addition, if the raw material contains a fatty acid salt, the fatty acid salt is converted to a free fatty acid by the acid, which makes it easier to separate from the glycerin.
Therefore, even if the raw material does not contain a monohydric alcohol, this embodiment can be suitably applied.
本実施形態においては、無機酸の存在下で第一の分離工程を行うため、多様な原料を同時に処理することができる。また、第一の分離工程を行うことにより、廃グリセリン、廃食油、高酸価油など、グリセリンや脂肪酸グリセリンエステルを含有する廃棄物を有効活用できるため、環境負荷の低減にも寄与することができる。
なかでも高酸価油は、酸価が10mgKOH/g以上と高いことから前述したアルカリ触媒によるエステル交換反応の原料としての利用は困難である。しかし、酸触媒エステル化反応ともいうべき第一の分離工程においては、高酸価油も原料として好適に用いることができる。
In this embodiment, since the first separation step is performed in the presence of an inorganic acid, various raw materials can be simultaneously treated. In addition, by performing the first separation step, waste materials containing glycerin and fatty acid glycerin esters, such as waste glycerin, waste edible oil, and high acid value oil, can be effectively utilized, which contributes to reducing the environmental load.
In particular, high acid value oils have a high acid value of 10 mgKOH/g or more, and therefore are difficult to use as a raw material for the above-mentioned alkali-catalyzed transesterification reaction, but in the first separation step, which can be called an acid-catalyzed esterification reaction, high acid value oils can also be used suitably as a raw material.
廃グリセリンや脂肪酸グリセリンエステル含有組成物などを原料として用いる場合には、第一の分離工程で生じる脂肪酸アルキルエステルおよび遊離脂肪酸は、第一の油分からなる油相に移行するため、第一のグリセリン液と分離することができる。なお、油相を回収した場合、得られた第一の油分(脂肪酸アルキルエステル,遊離脂肪酸等)は、さらなるエステル化反応(後述する第二のエステル化工程)に付し、最終的にはバイオディーゼル燃料等の原料とすることができる。また、得られた油分は、脂肪酸アルキルエステルの製造以外に、コンポスト材料として活用することもできる。
一方、第一のグリセリン液は、無機酸の添加により酸性化されている。また、第一のグリセリン液は、無機酸と廃グリセリンに含まれるアルカリとから生成した無機塩を含有する。なお、無機塩の一部は析出していてもよく、すなわち第一のグリセリン液は、酸性グリセリン相と析出した無機塩とを含んでいてもよい。
When waste glycerin or a fatty acid glycerin ester-containing composition is used as a raw material, the fatty acid alkyl ester and free fatty acid generated in the first separation step are transferred to an oil phase consisting of the first oil, and can be separated from the first glycerin liquid. When the oil phase is recovered, the obtained first oil (fatty acid alkyl ester, free fatty acid, etc.) can be subjected to a further esterification reaction (the second esterification step described later) and can ultimately be used as a raw material for biodiesel fuel, etc. In addition, the obtained oil can be used as a compost material in addition to the production of fatty acid alkyl esters.
On the other hand, the first glycerin liquid is acidified by adding an inorganic acid. The first glycerin liquid contains an inorganic salt generated from the inorganic acid and the alkali contained in the waste glycerin. Note that a part of the inorganic salt may be precipitated, that is, the first glycerin liquid may contain an acidic glycerin phase and precipitated inorganic salt.
第一の分離工程において使用し得る原料は、水分含有量が10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることが好ましい。水分含有量が低い原料(例えば、水分含有量の少ない廃グリセリン等)を用いることで、後述する反応液の水分含有量を低くすることが容易となる。なお、原料の水分含有量は、加熱、減圧、乾燥剤等の使用、精製グリセリン中を透過させることなどにより適宜調整することができる。The raw material that can be used in the first separation step preferably has a moisture content of 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less. By using a raw material with a low moisture content (e.g., waste glycerin with a low moisture content, etc.), it is easy to reduce the moisture content of the reaction liquid described below. The moisture content of the raw material can be appropriately adjusted by heating, reducing pressure, using a drying agent, etc., or passing the raw material through purified glycerin.
第一の分離工程で用いる無機酸としては、濃硫酸、リン酸、濃硝酸、塩化水素等が挙げられるが、水分含有量の低い濃硫酸およびリン酸が好ましく、濃硫酸が特に好ましい。 Inorganic acids used in the first separation step include concentrated sulfuric acid, phosphoric acid, concentrated nitric acid, hydrogen chloride, etc., but concentrated sulfuric acid and phosphoric acid, which have a low water content, are preferred, and concentrated sulfuric acid is particularly preferred.
第一の分離工程においては、上記原料と上記無機酸との混合液(反応液)のpHを3以下にすることが好ましく、1以下にすることが特に好ましい。反応液のpHは、上記無機酸の添加量により調整することができる。
反応液は、水分含有量を10質量%以下とすることが好ましく、0.5質量%以下とすることが特に好ましい。反応液の水分含有量は、各原料の水分含有量および投入量の調整、反応液への乾燥剤の使用などにより適宜調整することができる。
反応液のpHおよび水分含有量を上記範囲とすることで、酸触媒エステル化反応の効率を高めることができ、また第一の油分と第一のグリセリン液(酸性グリセリン相、無機塩を含む)とを良好に分離させることができる。
In the first separation step, the pH of the mixture (reaction liquid) of the raw material and the inorganic acid is preferably adjusted to 3 or less, and particularly preferably to 1 or less. The pH of the reaction liquid can be adjusted by the amount of the inorganic acid added.
The water content of the reaction liquid is preferably 10% by mass or less, and particularly preferably 0.5% by mass or less. The water content of the reaction liquid can be appropriately adjusted by adjusting the water content and input amount of each raw material, using a desiccant in the reaction liquid, etc.
By setting the pH and water content of the reaction liquid within the above ranges, the efficiency of the acid-catalyzed esterification reaction can be increased, and the first oil component and the first glycerin liquid (containing an acidic glycerin phase and inorganic salts) can be effectively separated.
第一の分離工程における反応液の温度は、30~64℃とすることができ、さらには50~60℃とすることができる。また、反応時間は、0.5~12時間とすることができ、さらには4~12時間とすることができる。この間は反応液を攪拌することが好ましい。
上記反応(あるいは攪拌)が終了したのち、0.2~12時間静置することで、脂肪酸アルキルエステルや未反応の油脂等を含む第一の油分と、酸性グリセリン相や無機塩を含む第一のグリセリン液とが分離する。第一の油分は、さらなるエステル化反応(後述する第二のエステル化工程)に付すことで、脂肪酸アルキルエステルの生成に用いることができる。一方、第一のグリセリン液は、続く中和工程に付される。
The temperature of the reaction solution in the first separation step can be 30 to 64° C., and can further be 50 to 60° C. The reaction time can be 0.5 to 12 hours, and can further be 4 to 12 hours. It is preferable to stir the reaction solution during this period.
After the reaction (or stirring) is completed, the mixture is allowed to stand for 0.2 to 12 hours, whereby a first oil fraction containing fatty acid alkyl esters, unreacted fats and oils, etc., is separated from a first glycerin liquid containing an acidic glycerin phase and inorganic salts. The first oil fraction can be used to produce fatty acid alkyl esters by subjecting it to a further esterification reaction (the second esterification step described below). Meanwhile, the first glycerin liquid is subjected to the subsequent neutralization step.
(3)中和工程
中和工程は、第一の分離工程で得られた第一のグリセリン液を、アルカリ性物質により中和する工程である。
かかるアルカリ性物質としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等の水酸化物、を用いることができる。また、本実施形態においては、中和工程の後に第二の分離工程を行うことから、アルカリ性物質として多様な物質を用いることができる。
(3) Neutralization Step The neutralization step is a step of neutralizing the first glycerin liquid obtained in the first separation step with an alkaline substance.
As such an alkaline substance, hydroxides such as potassium hydroxide, sodium hydroxide, etc. can be used. In the present embodiment, since the second separation step is performed after the neutralization step, various substances can be used as the alkaline substance.
例えば、上記アルカリ性物質として、グリセリンを含有する物質を用いることができる。かかるグリセリン含有アルカリ性物質としては、例えば、上記廃グリセリン等、油脂のアルカリ触媒エステル交換反応による副生成物;などが挙げられる。これらは、酸性グリセリンを中和できるのみならず、グリセリンの収量を高めることができるため、かかる観点からもグリセリン含有アルカリ性物質の使用は好ましい。かかるグリセリン含有アルカリ性物質は、脂肪酸塩や脂肪酸グリセリンエステルを含有するものでもよい。
上記グリセリン含有アルカリ性物質は、グリセリン含有量が25質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることが特に好ましい。上限は特に限定されないが、例えば99質量%以下であってよく、90質量%以下であってよい。
また、上記グリセリン含有アルカリ性物質は、pHが9以上であることが好ましく、9~13であることが特に好ましい。
For example, a substance containing glycerin can be used as the alkaline substance. Examples of such glycerin-containing alkaline substances include the above waste glycerin and other by-products of alkali-catalyzed transesterification of fats and oils. These substances can not only neutralize acidic glycerin but also increase the yield of glycerin, so that the use of glycerin-containing alkaline substances is preferable from this viewpoint as well. Such glycerin-containing alkaline substances may contain fatty acid salts or fatty acid glycerin esters.
The glycerin-containing alkaline substance preferably has a glycerin content of 25% by mass or more, particularly preferably 50% by mass or more. The upper limit is not particularly limited, but may be, for example, 99% by mass or less, or 90% by mass or less.
The glycerin-containing alkaline substance preferably has a pH of 9 or more, and more preferably 9 to 13.
さらに、上記アルカリ性物質として、脂肪酸塩を主成分とする組成物を用いてもよい。脂肪酸塩を主成分とするアルカリ性物質としては、例えば、油滓、アルカリ石鹸などが挙げられる。Furthermore, the alkaline substance may be a composition containing a fatty acid salt as a main component. Examples of alkaline substances containing a fatty acid salt as a main component include cake of oil and alkaline soap.
上記中和工程においては、グリセリン液のpHが4.0~7.5となるように、さらには4.5~7.0となるように、特に5.0~6.5となるように中和することが好ましい。グリセリン液のpHがかかる範囲となるように中和することで、続く第二の分離工程において、油分が分離しやすくなり、また無機塩も析出しやすくなる。グリセリン液のpHは、上記アルカリ性物質の添加量を制御することで適宜調整することが可能である。In the neutralization step, it is preferable to neutralize the glycerin solution so that its pH is 4.0 to 7.5, preferably 4.5 to 7.0, and particularly 5.0 to 6.5. Neutralizing the glycerin solution so that its pH is within this range makes it easier to separate the oil and precipitate inorganic salts in the subsequent second separation step. The pH of the glycerin solution can be adjusted as appropriate by controlling the amount of alkaline substance added.
中和工程で得られるグリセリン液は、水分含有量が10質量%以下であることが好ましく、3質量%以下であることが特に好ましい。中和工程においては、水分による反応阻害といった問題は生じないが、続く第二の分離工程において無機塩を十分に析出させて分離効率を高める観点から、水分含有量の上限値を上述のように規定することが好ましい。なお、水分含有量の下限値は特に制限されないが、例えば、0.5質量%以上であってもよい。The glycerin solution obtained in the neutralization step preferably has a water content of 10% by mass or less, and particularly preferably 3% by mass or less. In the neutralization step, there is no problem of reaction inhibition due to water, but from the viewpoint of sufficiently precipitating inorganic salts in the subsequent second separation step to increase separation efficiency, it is preferable to specify the upper limit of the water content as described above. The lower limit of the water content is not particularly limited, but may be, for example, 0.5% by mass or more.
中和工程においては、液性が酸性から中性付近に移行するよう、酸性グリセリン液を撹拌しながら上記アルカリ性物質を添加することが好ましい。前述したとおり、中和に用いるアルカリ性物質として脂肪酸塩を含有する物質を用いてもよいところ、上記のような添加順序とすることで、脂肪酸塩が酸により遊離脂肪酸に変換される。遊離脂肪酸は、グリセリン液から相分離した油相に移行し、グリセリン液のpHが高くなってもグリセリン液に再溶解し難くなる。これにより、続く第二の分離工程における分離がより一層容易となる。なお、脂肪酸塩は、上述した脂肪酸の塩を主成分とする物質のほか、油脂のアルカリ触媒エステル交換反応やアルカリ加水分解による副生成物にも含まれる。In the neutralization step, it is preferable to add the alkaline substance while stirring the acidic glycerin liquid so that the liquid property changes from acidic to near neutral. As described above, a substance containing a fatty acid salt may be used as the alkaline substance used for neutralization, and by using the above-mentioned addition order, the fatty acid salt is converted to free fatty acid by the acid. The free fatty acid moves to the oil phase separated from the glycerin liquid, and is difficult to re-dissolve in the glycerin liquid even if the pH of the glycerin liquid increases. This makes it even easier to separate in the subsequent second separation step. In addition to the above-mentioned substances mainly composed of fatty acid salts, fatty acid salts are also included in by-products of alkali-catalyzed ester exchange reactions and alkali hydrolysis of fats and oils.
上記アルカリ性物質により、第一の分離工程で得られた第一のグリセリン液は中和される。中和されたグリセリン液は、続く第二の分離工程に付される。The first glycerin liquid obtained in the first separation step is neutralized by the alkaline substance. The neutralized glycerin liquid is then subjected to the second separation step.
(4)第二の分離工程
第二の分離工程は、中和工程にて得られた中和されたグリセリン液から、第二の油分および析出した無機塩を分離する工程である。本工程により、第二の油分および析出した無機塩を分離して得られるグリセリン液を、第二のグリセリン液ということがある。
(4) Second Separation Step The second separation step is a step of separating the second oil component and the precipitated inorganic salt from the neutralized glycerin liquid obtained in the neutralization step. The glycerin liquid obtained by separating the second oil component and the precipitated inorganic salt in this step is sometimes referred to as the second glycerin liquid.
ここで、分離される第二の油分には、第一の分離工程でも分離されず第一のグリセリン液に残った油脂や脂肪酸の他、中和工程において添加されたアルカリ性物質に由来する油脂や遊離脂肪酸などが含まれる。
また、第二の分離工程において分離される無機塩は、第一の分離工程において添加された無機酸(濃硫酸等)と、アルカリ(カリウム、ナトリウム等)との塩であり、好ましくは硫酸カリウムである。上記アルカリは、第一の分離工程に投入される原料(廃グリセリン等)や、中和工程において添加されたアルカリ性物質に含まれるものであり、無機塩は第一の分離工程や中和工程において析出している。
The second oil component to be separated here includes not only fats and oils and fatty acids that were not separated in the first separation step and remained in the first glycerin liquid, but also fats and oils and free fatty acids derived from the alkaline substance added in the neutralization step.
The inorganic salt separated in the second separation step is a salt of an inorganic acid (concentrated sulfuric acid, etc.) and an alkali (potassium, sodium, etc.) added in the first separation step, and is preferably potassium sulfate. The alkali is contained in the raw material (waste glycerin, etc.) input in the first separation step or the alkaline substance added in the neutralization step, and the inorganic salt is precipitated in the first separation step or the neutralization step.
一方、第二のグリセリン液には、グリセリンの他、廃グリセリンに由来する1価アルコールが含まれ、水分等が含まれる場合もある。かかる第二のグリセリン液に対し、油分や無機塩は溶解度が低いため、第二のグリセリン液と分離する。On the other hand, the second glycerin liquid contains, in addition to glycerin, monohydric alcohol derived from waste glycerin, and may also contain water, etc. Since oils and inorganic salts have low solubility in the second glycerin liquid, they are separated from the second glycerin liquid.
第二の分離工程においては、中和後の原料を3~12時間ほど静置後、上部液(油分)、下部液(第二のグリセリン液)を別々に回収し、下部液となる第二のグリセリン液を得ることができるが、遠心分離等により分離速度を高めることが好ましい。かかる遠心分離においては、軽液(すなわち油分)、重液(すなわち第二のグリセリン液)および固形物(すなわち無機塩)を分離することのできる三相分離型の遠心分離機を好適に用いることができる。また、本実施形態においては無機塩が多量に析出するため、デカンタ型等の固液分離が可能な遠心分離機により一定程度の無機塩をあらかじめ分離した後、液相部分をさらに三相分離型遠心分離機により分離することも好ましい。In the second separation step, the neutralized raw material is left to stand for about 3 to 12 hours, and then the upper liquid (oil) and the lower liquid (second glycerin liquid) are separately collected to obtain the second glycerin liquid as the lower liquid, but it is preferable to increase the separation speed by centrifugation or the like. In such centrifugation, a three-phase separation type centrifuge capable of separating light liquid (i.e., oil), heavy liquid (i.e., second glycerin liquid) and solids (i.e., inorganic salts) can be suitably used. In addition, since a large amount of inorganic salts precipitate in this embodiment, it is also preferable to separate a certain amount of inorganic salts in advance using a centrifuge capable of solid-liquid separation such as a decanter type, and then further separate the liquid phase portion using a three-phase separation type centrifuge.
第二の分離工程において得られる第二の油分は、例えば、第一の分離工程において分離された第一の油分と合わせ、さらなるエステル化反応(後述する第二のエステル化工程)に付すことで、脂肪酸アルキルエステルの生成に用いることができる。
また、無機塩は、例えば、洗浄工程等を経て無機肥料等の原料とすることができる。
一方、以上のようにして得られた第二のグリセリン液は、そのまま脱窒剤/硝化促進剤(生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源)として用いることができる。
ただし、作業性の問題や、また危険物として取り扱う必要があり、これらの問題を回避する観点から、さらにアルコール分離工程などに付されることが好ましい。
The second oil fraction obtained in the second separation step can be used to produce fatty acid alkyl esters, for example, by combining with the first oil fraction separated in the first separation step and subjecting it to a further esterification reaction (the second esterification step described below).
Furthermore, the inorganic salts can be used as raw materials for inorganic fertilizers, for example, after undergoing a washing process or the like.
On the other hand, the second glycerin solution obtained as described above can be used as it is as a denitrifying agent/nitrification promoter (an organic carbon source for biological nitrification/denitrification treatment).
However, there are problems with workability and the need to handle the product as a hazardous material. In order to avoid these problems, it is preferable to subject the product to a further alcohol separation step or the like.
(5)アルコール分離工程
アルコール分離工程は、第二の分離工程で得られた第二のグリセリン液から1価アルコールを分離する工程である。
(5) Alcohol Separation Step The alcohol separation step is a step of separating monohydric alcohol from the second glycerin liquid obtained in the second separation step.
上記第二のグリセリン液には、廃グリセリンに由来し、第一の分離工程(酸触媒エステル化反応)においても残存した1価アルコールが含まれ得る。かかる1価アルコールは、生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源としての効果を妨げるものではないため、脱窒剤/硝化促進剤に残存していても良いが、1価アルコールの濃度によってはグリセリン液を危険物として取り扱う必要が生じ得る。すなわち、第二のグリセリン液は、グリセリンが3価のアルコールであるため、危険物第4類(引火性液体)の第3石油類に該当する。そして、第二のグリセリン液にはエステル交換反応に寄与しなかった1価アルコール(例えば、メタノール等)が残存しているために、容量が2000L以上になると指定可燃物となる。The second glycerin liquid may contain monohydric alcohol derived from waste glycerin and remaining in the first separation step (acid-catalyzed esterification reaction). Such monohydric alcohol may remain in the denitrification agent/nitrification promoter since it does not interfere with the effect of the biological nitrification denitrification treatment as an organic carbon source, but depending on the concentration of the monohydric alcohol, it may be necessary to treat the glycerin liquid as a hazardous material. That is, since the second glycerin liquid is a trihydric alcohol, it falls under the third petroleum of the fourth class of hazardous materials (flammable liquids). And, since the second glycerin liquid contains monohydric alcohol (e.g., methanol, etc.) that did not contribute to the transesterification reaction, it becomes a designated flammable material when the volume is 2000 L or more.
ここで、従来の脱窒剤としては、メタノールが多く用いられている。消防法の規定によれば、アルコールと水以外の成分を含有せず、アルコールの含有量が60%以上である製品は、危険物第4類(引火性液体)アルコール類と分類され、貯留設備などの構造が安全性を確保するための規制の対象となるところ、脱窒剤として使用されているメタノールは非危険物として取扱うことができるように、アルコールの含有量が50%程度に調整され、貯留設備は当該規制の制限を受けることなく構築されている。
かかるメタノールの代替として、上記第二のグリセリン液をそのまま用いる場合、容量が2000L未満の貯留設備であればメタノールを対象とした既存の貯留設備をそのまま使用できるが、容量が2000L以上になると指定可燃物として規制の対象となり、メタノールを対象とした既存の貯留設備をそのまま使用することができない。これに対し、アルコール分離工程により1価アルコールを分離した後のグリセリン液は、消防法に規定する第4類引火性液体であっても引火点が無いために非危険物と判断され、容量が2000L以上であってもメタノールを対象とした既存の貯留設備をそのまま使用できるようになる。
Here, methanol is widely used as a conventional denitrifying agent. According to the Fire Service Act, products that contain no components other than alcohol and water and have an alcohol content of 60% or more are classified as Class 4 hazardous materials (flammable liquids) alcohols, and the structure of storage facilities and the like is subject to regulations to ensure safety, but methanol used as a denitrifying agent has an alcohol content adjusted to about 50% so that it can be treated as a non-hazardous material, and storage facilities are constructed without being restricted by the regulations.
When the second glycerin liquid is used as it is as a substitute for methanol, an existing storage facility for methanol can be used as it is if the storage facility has a capacity of less than 2000 L, but if the capacity is 2000 L or more, it becomes subject to regulation as a designated flammable material, and an existing storage facility for methanol cannot be used as it is. In contrast, the glycerin liquid after the monohydric alcohol is separated in the alcohol separation process is determined to be a non-hazardous material because it has no flash point, even if it is a Class 4 flammable liquid as specified in the Fire Service Act, and an existing storage facility for methanol can be used as it is even if the capacity is 2000 L or more.
アルコール分離工程においては、減圧蒸留法、気液接触法、膜分離法などを採用することができる。
減圧蒸留法は、グリセリン液を加温(例えば、60℃程度)して1価アルコール等を蒸発させ、その後減圧することで1価アルコール等を分離する方法である。分離した1価アルコール等は冷却して回収することができる。
気液接触法は、グリセリン液を微細な液滴として気相と接触させ、沸点の低い1価アルコールを気相に移行させて分離する方法であり、具体的にはスプレードライ法等を好適に採用することができる。
膜分離法は、1価アルコールを優先的に透過させる膜を用いる方法である。
In the alcohol separation step, a reduced pressure distillation method, a gas-liquid contact method, a membrane separation method, or the like can be used.
The reduced pressure distillation method is a method in which a glycerin solution is heated (for example, to about 60° C.) to evaporate the monohydric alcohol, etc., and then the pressure is reduced to separate the monohydric alcohol, etc. The separated monohydric alcohol, etc. can be recovered by cooling.
The gas-liquid contact method is a method in which a glycerin liquid is brought into contact with a gas phase in the form of fine droplets, and a monohydric alcohol having a low boiling point is transferred to the gas phase and separated. Specifically, a spray drying method or the like can be suitably adopted.
Membrane separation is a method that uses a membrane that preferentially allows the monohydric alcohol to permeate.
なお、第二のグリセリン液には水分がさらに含まれている場合がある。かかる水分は、脱窒剤/硝化促進剤としての効果を妨げるものではなくグリセリン液に残存していてもよいが、例えば減圧蒸留法や気液接触法等においては、1価アルコールとともに気相に移行するため水分を除去することもできる。
また、上記1価アルコールを分離するアルコール分離工程の前または後に、イオン交換法や、活性白土、珪藻土、炭素、ゼオライト等を用い、さらなる精製処理を行ってもよい。
The second glycerin solution may further contain water. Such water does not impede the effect of the glycerin solution as a denitrifying agent/nitrification promoter and may remain in the glycerin solution, but in a vacuum distillation method or a gas-liquid contact method, for example, the water can be removed because it is transferred to the gas phase together with the monohydric alcohol.
Further, before or after the alcohol separation step for separating the monohydric alcohol, a further purification treatment may be carried out using an ion exchange method or activated clay, diatomaceous earth, carbon, zeolite, or the like.
本工程で得られたグリセリン液は、グリセリンの純度が85質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましく、97質量%以上であることがとりわけ好ましく、99質量%以上であることが特に好ましい。本実施形態においては、上述した分離工程およびアルコール分離工程を介することにより、グリセリン含有廃棄物が原料であるにも関わらず、比較的簡便な方法でありながら、上記数値範囲のような高純度のグリセリン液を得ることができる。なお、グリセリンの純度はガスクロマトグラフィーにより測定した値とする。The glycerin liquid obtained in this process preferably has a glycerin purity of 85% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, particularly preferably 97% by mass or more, and particularly preferably 99% by mass or more. In this embodiment, by going through the above-mentioned separation process and alcohol separation process, it is possible to obtain a glycerin liquid of high purity such as in the above numerical range, despite the fact that glycerin-containing waste is the raw material, using a relatively simple method. The purity of glycerin is a value measured by gas chromatography.
一方、分離された1価アルコールは、そのまま、あるいは必要に応じて再蒸留等により精製し、アルカリ触媒エステル交換反応や酸触媒エステル化反応の原料として再利用することができる。また、上記第二の分離工程において分離された無機塩等の洗浄液等として用いてもよい。On the other hand, the separated monohydric alcohol can be reused as it is or, if necessary, purified by redistillation or the like as a raw material for alkali-catalyzed ester exchange reactions or acid-catalyzed esterification reactions. It may also be used as a washing liquid for inorganic salts, etc., separated in the second separation step.
(6)油分除去工程,油分分離抑制工程
上記第二のグリセリン液(さらには、1価アルコールを分離したグリセリン液)には、遊離脂肪酸などの油分がわずかに残存していることがある。これらの油分はグリセリン液中には良好に溶解しており、また脱窒効果および硝化促進効果を損なうものではない。しかし、これらの油分はグリセリン液を希釈すると水に溶解できず油分として相分離することがある。また、希釈工程において、中和甘水や脂肪酸アルキルエステル洗浄廃水の親水相などを用いた場合には、これらに由来する油分も希釈後に相分離することがある。相分離した油分は、脱窒剤/硝化促進剤の保管システムや送液システム等に好ましくない影響を与える場合がある。
かかる影響を避けるため、上記希釈工程の前または後に、油分を除去してもよい(油分除去工程)。また、界面活性剤を添加して相分離を抑制してもよい(油分分離抑制工程)。
(6) Oil Removal Process, Oil Separation Suppression Process The second glycerin liquid (and further the glycerin liquid from which the monohydric alcohol has been separated) may contain a small amount of oil such as free fatty acid. These oils are well dissolved in the glycerin liquid and do not impair the denitrification effect and the nitrification promotion effect. However, when the glycerin liquid is diluted, these oils may not dissolve in water and may undergo phase separation as oil. In addition, when the hydrophilic phase of neutralized sweet water or fatty acid alkyl ester washing wastewater is used in the dilution process, the oil derived from these may also undergo phase separation after dilution. The phase-separated oil may have an unfavorable effect on the storage system and liquid delivery system of the denitrification agent/nitrification promoter.
To avoid such effects, oil may be removed before or after the dilution step (oil removal step), or a surfactant may be added to suppress phase separation (oil separation suppression step).
(6-1)油分除去工程
油分除去工程における具体的な方法は特に限定されず、静置分離、遠心分離、膜分離、フィルター除去などにより油分を分離するほか、活性白土、珪藻土、活性炭、シリカゲル、ゼオライト、モレキュラーシーブ等の吸着剤に油分または水分を吸着させて除去してもよく、これらを適宜組み合わせてもよい。特に好ましい態様として、静置分離または遠心分離により、残存する油分の大部分を分離除去した後、膜分離、フィルター除去、吸着剤等により、さらに残存する油分の他、色素や残存する無機塩等の夾雑物も合わせて除去する方法が挙げられる。
(6-1) Oil Removal Step The specific method in the oil removal step is not particularly limited, and in addition to separating the oil by static separation, centrifugation, membrane separation, filter removal, etc., the oil or water may be adsorbed and removed by an adsorbent such as activated clay, diatomaceous earth, activated carbon, silica gel, zeolite, molecular sieve, etc., or these may be combined appropriately. A particularly preferred embodiment is a method in which most of the remaining oil is separated and removed by static separation or centrifugation, and then the remaining oil as well as impurities such as pigments and remaining inorganic salts are removed by membrane separation, filter removal, adsorbent, etc.
また、油分の分離を促進するため、所定の界面活性剤を添加することは、特に好ましい態様の一つである。具体的には、HLB値が14以下、より好ましくは13以下の界面活性剤を添加する。HLB値の下限値は特に限定されないが、例えば8以上であってよく、10以上であってもよい。なお、本明細書におけるHLB値はグリフィンのHLB計算値である。
油分分離を促進するための界面活性剤は、上記HLB値を有するものであれば、その種類は特に限定されないが、生分解性を有するものであることが好ましく、ノニオン系界面活性剤であることが好ましい。さらに具体的には、ポリオキシエチレンアルキルエーテルであることが好ましい。
In addition, in order to promote the separation of oil, it is one of the particularly preferred embodiments to add a specific surfactant. Specifically, a surfactant having an HLB value of 14 or less, more preferably 13 or less, is added. The lower limit of the HLB value is not particularly limited, but may be, for example, 8 or more, or 10 or more. The HLB value in this specification is a calculated Griffin HLB value.
The surfactant for promoting oil separation is not particularly limited as long as it has the above HLB value, but it is preferably a biodegradable surfactant, and more preferably a nonionic surfactant. More specifically, it is preferably a polyoxyethylene alkyl ether.
界面活性剤の添加量は、油分分離促進効果が発揮される限り特に限定されないが、例えば、脱窒剤/硝化促進剤に対し0.05質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、さらに好ましくは0.15質量%以上となるように添加されると、油分分離促進効果が好適に発揮される。
一方、界面活性剤の添加量の上限は特に限定されないが、脱窒剤/硝化促進剤に対し10質量%以下、さらには5質量%以下、さらにまた1質量%以下となるように添加することができる。
The amount of surfactant added is not particularly limited as long as the oil separation promoting effect is exhibited. For example, the oil separation promoting effect is suitably exhibited when the surfactant is added in an amount of 0.05 mass % or more, preferably 0.1 mass % or more, and more preferably 0.15 mass % or more relative to the denitrification agent/nitrification promoter.
On the other hand, the upper limit of the amount of the surfactant added is not particularly limited, but it can be added so as to be 10% by mass or less, further 5% by mass or less, and further 1% by mass or less, relative to the denitrifying agent/nitrification promoter.
上記界面活性剤は、任意のタイミングで添加することができる。例えば、前述した希釈工程において、希釈に用いる水や水溶液等と同時に精製グリセリンに添加してもよく、また、上記界面活性剤を添加した水や水溶液等を用いて希釈してもよい。さらに、希釈した脱窒剤/硝化促進剤に上記界面活性剤を添加してもよい。
さらに、図4に図示するように、希釈前の精製グリセリンに上記界面活性剤を添加して油分を分離させて除去し、油分が分離された精製グリセリンを、希釈工程等の更なる工程に付してもよい。
The surfactant may be added at any timing. For example, in the dilution step described above, the surfactant may be added to purified glycerin simultaneously with the water or aqueous solution used for dilution, or the surfactant may be added to the purified glycerin for dilution. Furthermore, the surfactant may be added to the diluted denitrification agent/nitrification promoter.
Furthermore, as shown in FIG. 4, the above-mentioned surfactant may be added to purified glycerin before dilution to separate and remove oil, and the purified glycerin from which the oil has been separated may be subjected to a further process such as a dilution process.
かかる界面活性剤を添加することで油分の分離が促進されるため、静置分離、遠心分離等の簡便な方法により、油分を分離することができる。静置分離による場合、静置時間は、例えば、2時間以上であってよく、24時間以上であってよく、3日以上であってよく、7日以上であってよい。
油分はグリセリン液の上層に分離するため、グリセリン液である下層を回収することで、油分を除去することができる。
The addition of such a surfactant promotes separation of the oil, so that the oil can be separated by a simple method such as static separation, centrifugation, etc. In the case of static separation, the static separation time may be, for example, 2 hours or more, 24 hours or more, 3 days or more, or 7 days or more.
The oil separates into the upper layer of the glycerin liquid, so the oil can be removed by recovering the lower layer, which is the glycerin liquid.
除去された油分は、これを回収して再利用してもよい。例えば、前述した第一および第二の分離工程で分離された第一および第二の油分と合わせ、さらなる酸触媒エステル化反応に付すことで、脂肪酸アルキルエステルの生成に用いることができる。The removed oil may be recovered and reused. For example, it may be combined with the first and second oil fractions separated in the first and second separation steps and subjected to a further acid-catalyzed esterification reaction to produce fatty acid alkyl esters.
(6-2)油分分離抑制工程
油分分離抑制工程は、所定の界面活性剤を添加することにより、油分の分離を抑制する工程である。上記精製方法で得られた精製グリセリンに対し直接行ってもよいが、上述した油分除去工程に付されたグリセリンに対し行われることが好ましい。油分除去工程の後に油分分離抑制工程が行われることにより、相当程度の油分があらかじめ除去されているため、さらなる油分の分離が効果的に抑制される。
(6-2) Oil-separation suppression step The oil-separation suppression step is a step of suppressing separation of oil by adding a specific surfactant. This step may be performed directly on the purified glycerin obtained by the above-mentioned refining method, but is preferably performed on the glycerin that has been subjected to the above-mentioned oil removal step. By performing the oil-separation suppression step after the oil removal step, a considerable amount of oil has been removed in advance, so that further separation of oil is effectively suppressed.
本工程において添加する界面活性剤は、HLB値15以上であることが好ましく、17以上であることが特に好ましい。
また、界面活性剤の種類は、上記HLB値を有するものであれば、その種類は特に限定されないが、生分解性を有するものであることが好ましく、ノニオン系界面活性剤であることが好ましい。さらに具体的には、ポリオキシエチレンアルキルエーテルであることが特に好ましい。
The surfactant added in this step preferably has an HLB value of 15 or more, particularly preferably 17 or more.
The type of surfactant is not particularly limited as long as it has the above HLB value, but it is preferably a biodegradable surfactant, and more preferably a nonionic surfactant. More specifically, it is particularly preferably a polyoxyethylene alkyl ether.
上記界面活性剤の添加量は、油分分離抑制効果が発揮される限り特に限定されないが、例えば、脱窒剤/硝化促進剤に対し0.05質量%以上、好ましくは0.1質量%以上となるように添加されると、油分分離抑制効果が好適に発揮される。また、必要に応じてさらに高濃度に添加しても良い。具体的には、脱窒剤/硝化促進剤に対し1質量%以上となるように、さらには2質量%以上となるように添加されても良い。
一方、界面活性剤の添加量の上限は特に限定されないが、例えば、脱窒剤/硝化促進剤に対し10質量%以下、さらには5質量%以下、さらにまた1質量%以下とすることができる。
The amount of the surfactant added is not particularly limited as long as the oil separation suppression effect is exerted, but for example, when it is added to the denitrifying agent/nitrification promoter so as to be 0.05% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, the oil separation suppression effect is suitably exerted. Moreover, it may be added at a higher concentration as necessary. Specifically, it may be added to the denitrifying agent/nitrification promoter so as to be 1% by mass or more, or even 2% by mass or more.
On the other hand, the upper limit of the amount of the surfactant added is not particularly limited, but can be, for example, 10% by mass or less, further 5% by mass or less, and further 1% by mass or less relative to the denitrifying agent/nitrification promoter.
(7)希釈工程
本実施形態で得られるグリセリン液は、そのまま脱窒剤/硝化促進剤として用いることもできるが、グリセリンを高濃度に含むため、高粘度で作業性の問題が生じ得るとともに、また危険物として取り扱う必要がある。これらの問題を回避する観点から、本実施形態においては、さらに希釈工程を経ることが好ましい。
希釈工程は、上記グリセリン液を希釈する工程である。高粘度であるグリセリン液を希釈することで作業性を改善できるとともに、危険物としての取り扱いが不要となる。
図1においては、油分除去工程および油分分離抑制工程の後に希釈工程が図示されているが、本実施形態はこの順序に限定されるものではない。例えば、希釈工程により精製グリセリンを希釈した後、油分除去工程や油分分離抑制工程に付してもよい。
(7) Dilution step The glycerin solution obtained in this embodiment can be used as a denitrifying agent/nitrification promoter as it is, but since it contains glycerin at a high concentration, it has a high viscosity, which may cause problems in workability, and it must be handled as a hazardous material. In order to avoid these problems, in this embodiment, it is preferable to further carry out a dilution step.
The dilution step is a step of diluting the glycerin liquid. By diluting the highly viscous glycerin liquid, workability can be improved and handling of the glycerin liquid as a hazardous material becomes unnecessary.
In Fig. 1, the dilution step is illustrated after the oil removal step and the oil separation inhibition step, but the order of steps in this embodiment is not limited to this. For example, the refined glycerin may be diluted in the dilution step, and then subjected to the oil removal step or the oil separation inhibition step.
希釈には、水道水等の水を適宜用いることができる。また、本実施形態に係る脱窒効果または硝化促進効果を損ねない範囲において、中和甘水、脂肪酸アルキルエステルの洗浄廃水の親水相など、グリセリンを含有する水溶液を用いてもよい。
ここで、中和甘水は、前述した甘水(油脂を鹸化して脂肪酸塩を生成させる場合における副生成物)を中和したものであり、グリセリン、水分のほか、少量の無機塩を含む。
また、脂肪酸アルキルエステルの洗浄廃水の親水相は、前述した脂肪酸アルキルエステルの洗浄廃水から遊離脂肪酸およびその塩を除去したものであり、水分、グリセリン、1価アルコール等を含む。
なお、グリセリンを含有するこれらの水溶液は、脂肪酸や脂肪酸アルキルエステル等が含まれる場合があるため、これらを希釈に用いる場合には、後述する油分除去工程や油分分離抑制工程の前に行うことが好ましい。
中和甘水、脂肪酸アルキルエステル洗浄廃水の親水相などは、グリセリン以外の成分も含む水溶液であるが、使用量を調整すれば脱窒効果および硝化促進効果に支障はなく、これらは産業廃棄物でありながら有効活用できるため、環境負荷を低減することができる。
希釈倍率は、脱窒効果または硝化促進効果を発揮する限りにおいて特に限定されないが、例えば、水を用いて希釈する場合は、グリセリン液:水が1:0.5~1:4であってよく、1:2~1:4であってよい。
For dilution, water such as tap water can be used as appropriate. In addition, an aqueous solution containing glycerin, such as neutralized sweet water or a hydrophilic phase of washing wastewater of fatty acid alkyl ester, may be used as long as it does not impair the denitrification effect or nitrification promotion effect according to this embodiment.
Here, the neutralized sweet water is the neutralized sweet water (a by-product produced when fats and oils are saponified to produce fatty acid salts) and contains glycerin, water, and small amounts of inorganic salts.
The hydrophilic phase of the fatty acid alkyl ester washing wastewater is obtained by removing free fatty acids and their salts from the above-mentioned fatty acid alkyl ester washing wastewater, and contains water, glycerin, monohydric alcohol, etc.
In addition, since these aqueous solutions containing glycerin may contain fatty acids, fatty acid alkyl esters, etc., when these are used for dilution, it is preferable to carry out this step before the oil removal step or oil separation inhibition step described below.
Neutralized sweet water and the hydrophilic phase of fatty acid alkyl ester washing wastewater are aqueous solutions that contain components other than glycerin. However, by adjusting the amount used, there is no hindrance to the denitrification and nitrification promotion effects, and these can be effectively utilized despite being industrial waste, thereby reducing the environmental burden.
The dilution ratio is not particularly limited as long as the denitrification effect or nitrification promotion effect is exhibited. For example, when diluting with water, the ratio of glycerin solution:water may be 1:0.5 to 1:4, or may be 1:2 to 1:4.
グリセリン含有液を脱窒剤として用いる場合、希釈工程においては、従属栄養性の微生物を用いた生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として用いられる所定濃度のメタノールと、TOC指標および/またはCOD指標が同等の値となるように、1価アルコールを分離したグリセリン液を希釈することが好ましい。これにより、従来有機炭素源として用いられていた所定濃度のメタノールと同等の脱窒性能を発揮する脱窒剤として、グリセリン液を効果的に利用できるようになる。
ここで、TOC(全有機炭素)とは、水中の有機物の総量を、「有機物中に含まれる炭素量」として表現する指標である。また、COD(化学的酸素要求量)とは、水中の有機物量を、「酸化剤により分解した時の酸素消費量」として表現する指標であり、使用する酸化剤の種類や反応条件に応じて複数の種類がある。本実施形態では、COD指標として、酸化剤に二クロム酸カリウムを用いる「CODCr」を好適に用いることができる。酸化剤に過マンガン酸カリウムを使う「CODMn」は実際の有機物量に対する捕捉率が低いためである。
When the glycerin-containing liquid is used as a denitrifying agent, it is preferable to dilute the glycerin liquid from which the monohydric alcohol has been separated in the dilution step so that the TOC index and/or the COD index are equivalent to those of methanol of a predetermined concentration used as an organic carbon source in a biological nitrification/denitrification treatment using heterotrophic microorganisms. This makes it possible to effectively use the glycerin liquid as a denitrifying agent that exhibits the same denitrifying performance as methanol of a predetermined concentration that has been conventionally used as an organic carbon source.
Here, TOC (total organic carbon) is an index that expresses the total amount of organic matter in water as "the amount of carbon contained in the organic matter". COD (chemical oxygen demand) is an index that expresses the amount of organic matter in water as "the amount of oxygen consumed when decomposed by an oxidizing agent", and there are several types depending on the type of oxidizing agent used and the reaction conditions. In this embodiment, "COD Cr ", which uses potassium dichromate as the oxidizing agent, can be suitably used as the COD index. This is because "COD Mn ", which uses potassium permanganate as the oxidizing agent, has a low capture rate with respect to the actual amount of organic matter.
以上のようにして得られたグリセリン含有液は、生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として好適であり、脱窒剤/硝化促進剤として用いることができる。
上記脱窒剤/硝化促進剤は、本実施形態の効果を阻害しない範囲において、添加剤を含有してもよい。かかる添加剤としては、例えば、pH調整剤、殺菌剤、キレート剤、色素、香料などが挙げられる。
The glycerin-containing liquid obtained as described above is suitable as an organic carbon source for biological nitrification/denitrification treatment, and can be used as a denitrification agent/nitrification promoter.
The denitrifying agent/nitrification promoter may contain additives within the range that does not impair the effect of the present embodiment. Examples of such additives include pH adjusters, bactericides, chelating agents, colorants, and fragrances.
以上の方法により製造された脱窒剤/硝化促進剤は、生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として脱窒効果および硝化促進効果に優れる。本実施形態によれば、グリセリン含有廃棄物を処理することで、生物学的硝化脱窒処理における有機炭素源として好適に利用することができるようになり、グリセリン含有廃棄物を有効に再資源化することができる。The denitrifying agent/nitrification promoter produced by the above method has excellent denitrification and nitrification promotion effects as an organic carbon source for biological nitrification/denitrification treatment. According to this embodiment, by treating glycerin-containing waste, it can be suitably used as an organic carbon source in biological nitrification/denitrification treatment, and glycerin-containing waste can be effectively recycled.
なお、上記実施形態における各要素は、適宜設計変更などが可能である。例えば、上記実施形態に係る脱窒剤/硝化促進剤の製造方法においては、次に述べる第二のエステル化工程をさらに備えていても良い。In addition, each element in the above embodiment can be appropriately modified in design, etc. For example, the manufacturing method of the denitrifying agent/nitrification promoter according to the above embodiment may further include a second esterification step described below.
(8)第二のエステル化工程
上述した第一および第二の分離工程においては、分離した油相より第一および第二の油分がそれぞれ回収される。また、上述したアルコール分離工程においては、分離した1価アルコールが回収される。これらは、アルカリ触媒法による脂肪酸アルキルエステルの製造における原料として循環供給することも考えられるが、純度が必ずしも高くないため、そのままの状態で原料として用いようとすると、脂肪酸アルキルエステルを効率的に製造することが困難な場合がある。また、第一および/または第二の油分には、遊離脂肪酸等の酸価の高い油脂が含まれており、とりわけ第一の油分は、酸触媒を用いたエステル化反応ともいうことができる第一の分離工程(第一のエステル化工程)にて分離されたものであるため、酸性の油分となっている。そのため、第一および第二の油分をそのままアルカリ触媒による脂肪酸アルキルエステルの製造の原料として用いることはより一層困難となる。
(8) Second esterification step In the first and second separation steps described above, the first and second oil fractions are respectively recovered from the separated oil phase. In addition, in the alcohol separation step described above, the separated monohydric alcohol is recovered. These may be recycled and supplied as raw materials in the production of fatty acid alkyl esters by an alkali catalyst method, but since their purity is not necessarily high, it may be difficult to efficiently produce fatty acid alkyl esters if they are used as raw materials as they are. In addition, the first and/or second oil fractions contain oils and fats with high acid values such as free fatty acids, and the first oil fraction in particular is an acidic oil fraction because it was separated in the first separation step (first esterification step), which can be said to be an esterification reaction using an acid catalyst. Therefore, it is even more difficult to use the first and second oil fractions as raw materials for the production of fatty acid alkyl esters by an alkali catalyst.
しかし、アルカリ触媒法以外の方法であれば、酸価の高い油脂であっても、脂肪酸アルキルエステルを製造することが可能である。そこで、本実施形態においては、アルカリ触媒法以外の方法により脂肪酸アルキルエステルを製造する、第二のエステル化工程を備えることが好ましい。However, if a method other than the alkaline catalyst method is used, it is possible to produce fatty acid alkyl esters even from oils and fats with high acid values. Therefore, in this embodiment, it is preferable to have a second esterification step in which fatty acid alkyl esters are produced by a method other than the alkaline catalyst method.
第二のエステル化工程においては、第一の分離工程で分離された第一の油分、および/または上記第二の分離工程で分離された第二の油分を原料として用いることが好ましい。
また、上記アルコール分離工程で1価のアルコールが回収されている場合には、かかる回収された1価のアルコールを原料として用いることもまた好ましい。
その他の原料としては、上記酸反応工程(第一のエステル化工程)と同様の原料(高酸価油等)を用いることができる。
In the second esterification step, it is preferable to use the first oil fraction separated in the first separation step and/or the second oil fraction separated in the second separation step as a raw material.
In addition, when a monohydric alcohol is recovered in the alcohol separation step, it is also preferable to use the recovered monohydric alcohol as the raw material.
As the other raw materials, the same raw materials (high acid value oil, etc.) as those in the above-mentioned acid reaction step (first esterification step) can be used.
これらを原料とすることにより、上述した脱窒剤/硝化促進剤の製造において、産業廃棄物をより一層効率的に再資源化することが可能となる。アルカリ触媒法以外の方法であれば、これらの原料であっても好適に用いることができる。By using these as raw materials, it becomes possible to recycle industrial waste more efficiently in the production of the above-mentioned denitrification agent/nitrification promoter. These raw materials can also be used suitably as long as the method is other than the alkaline catalyst method.
第二のエステル化工程で採用し得る方法は、アルカリ触媒法以外の方法であり、より具体的には、酸触媒法、酸アルカリ触媒法、生体触媒法、イオン交換樹脂法、超臨界法、亜臨界法および固体触媒法が例示される。これらの方法であれば、酸価の高い廃食油や油脂であっても、さらには未反応の遊離脂肪酸を含む油脂であっても、メタノールなどの1価アルコールとエステル交換反応を行うことができる。Methods that can be used in the second esterification step are methods other than the alkali catalyst method, and more specifically, examples include the acid catalyst method, acid-alkali catalyst method, biocatalyst method, ion exchange resin method, supercritical method, subcritical method, and solid catalyst method. These methods can carry out an ester exchange reaction with a monohydric alcohol such as methanol even if the waste edible oil or oils and fats have a high acid value, or even if the oils and fats contain unreacted free fatty acids.
第二のエステル化工程においては、脂肪酸アルキルエステルを含有する油分とともに、グリセリンが副生される。第二のエステル化工程で得られる油分と、グリセリン液とは、静置、遠心分離等により、相分離させることができる。分離した油分は、脂肪酸アルキルエステルを回収し、バイオディーゼル燃料等とすることができる。一方、副生されたグリセリンは、例えば、上記第一の分離工程(第一のエステル化工程)で得られた第一のグリセリン液とともに中和工程に供給することができる。このように構成すると、第二のエステル化工程で副生されたグリセリンについても、中和工程、第二の分離工程等を経てグリセリン液の一部とすることができるため、より一層効率的に再資源化することができる。In the second esterification step, glycerin is by-produced together with the oil containing the fatty acid alkyl ester. The oil obtained in the second esterification step and the glycerin liquid can be phase-separated by standing, centrifugation, etc. The fatty acid alkyl esters can be recovered from the separated oil and used as biodiesel fuel, etc. Meanwhile, the by-produced glycerin can be supplied to the neutralization step together with the first glycerin liquid obtained in the first separation step (first esterification step), for example. In this manner, the glycerin by-produced in the second esterification step can also be made into part of the glycerin liquid through the neutralization step, second separation step, etc., and can be recycled more efficiently.
第二のエステル化工程として、上述したアルカリ触媒法以外の方法の中でも、特に酸触媒法を採用することが好ましい。
図2に示すように、第二のエステル化工程として酸触媒法を採用する場合には、上記第一の油分および/または第二の油分を原料として用いる。その他の原料としては、アルコール分離工程で回収された1価のアルコールを用いることができ、さらには、第一の分離工程(第一のエステル化工程)と同様の原料(高酸価油等)を用いても良い。
第二のエステル化工程で得られた反応液は、脂肪酸アルキルエステルを含む油分と、副生したグリセリンや酸触媒およびその塩等を含むグリセリン液とに分離させる。得られる油分およびグリセリン液はいずれも酸性となっており、このうち酸性グリセリン液は上記中和工程などに供給することができる。
As the second esterification step, it is particularly preferable to employ an acid catalyst method among the methods other than the above-mentioned alkali catalyst method.
As shown in Fig. 2, when an acid catalyst method is adopted for the second esterification step, the first oil and/or the second oil are used as the raw material. As the other raw material, the monohydric alcohol recovered in the alcohol separation step can be used, and further, the same raw material (high acid value oil, etc.) as that in the first separation step (first esterification step) can be used.
The reaction liquid obtained in the second esterification step is separated into an oil fraction containing fatty acid alkyl esters and a glycerin liquid containing by-produced glycerin, an acid catalyst and its salts, etc. The obtained oil fraction and glycerin liquid are both acidic, and the acidic glycerin liquid can be supplied to the neutralization step or the like.
一方、脂肪酸アルキルエステルを含む油分については、中和や脱水等を行うことが好ましい。ここで、中和・脱水の方法としては、バイオディーゼル燃料の製造過程で副生される廃グリセリンを用いる方法が好ましく例示される。具体的には、バイオディーゼル燃料の製造過程で副生される廃グリセリンを脱アルコール化してタンク等に貯留しておき、当該タンクの下部から、中和させる油分を投入して廃グリセリンと接触させる。これにより、酸性の油分は廃グリセリンのアルカリにより中和され、さらに油分に含まれる水および1価アルコールは廃グリセリン液に吸収される。そして、下部から投入された油分は比重差により上部からオーバーフローされるため、容易に回収することができる。このような方法により、中和、脱水および脱アルコールを同時に行うことができ、高品質な油分を簡便に得ることができる。なお、水および1価アルコールを吸収した廃グリセリン液は、上述した中和工程に供給することができ、第二の分離工程等を経てグリセリン含有液の一部とすることができる。On the other hand, it is preferable to neutralize and dehydrate the oil containing fatty acid alkyl esters. Here, a preferred example of a method for neutralization and dehydration is a method using waste glycerin produced as a by-product in the production process of biodiesel fuel. Specifically, waste glycerin produced as a by-product in the production process of biodiesel fuel is dealcoholized and stored in a tank, etc., and the oil to be neutralized is introduced from the bottom of the tank to contact the waste glycerin. As a result, the acidic oil is neutralized by the alkali of the waste glycerin, and the water and monohydric alcohol contained in the oil are absorbed into the waste glycerin liquid. The oil introduced from the bottom overflows from the top due to the difference in specific gravity, so it can be easily recovered. By this method, neutralization, dehydration, and dealcoholization can be performed simultaneously, and high-quality oil can be easily obtained. The waste glycerin liquid that has absorbed the water and monohydric alcohol can be supplied to the neutralization process described above, and can be made into a part of the glycerin-containing liquid through a second separation process, etc.
なお、第二のエステル化工程において、酸触媒法以外の方法としては、生体触媒法、超臨界法、亜臨界法を好ましく例示することができる。
生体触媒法は、エステル変換反応の触媒活性を備えたリパーゼやホスホリパーゼを用いて、エステル交換反応を促す方法である。生体触媒法は、反応条件が穏やかであるが、酸価値の高い油脂であってもエステル交換反応を促進でき、副生成物が少ないという特性がある。
超臨界法や亜臨界法は、温度や圧力を調整して、原材料を超臨界状態または亜臨界状態に変えることで、物質の相状態を気液二相から液液二相、さらに誘電率を下げて一相へと変化させて、本来触媒を用いる必要があった反応系を無触媒系へと変えて、加水分解を促進する方法である。
In the second esterification step, preferred examples of methods other than the acid catalyst method include a biocatalyst method, a supercritical method, and a subcritical method.
The biocatalytic method is a method that promotes transesterification using lipases or phospholipases that have catalytic activity for ester conversion reactions. The biocatalytic method has the characteristics that, although the reaction conditions are mild, it can promote transesterification even in oils and fats with high acid values, and produces few by-products.
The supercritical and subcritical methods are methods in which the raw materials are converted into a supercritical or subcritical state by adjusting the temperature and pressure, thereby changing the phase state of the substance from a gas-liquid two-phase to a liquid-liquid two-phase, and then to a single phase by lowering the dielectric constant, thereby converting a reaction system that originally required the use of a catalyst into a catalyst-free system and promoting hydrolysis.
このような第二のエステル化工程を行うことにより、産業廃棄物をより一層効率的に再資源化することが可能となる。 By carrying out this second esterification process, it becomes possible to recycle industrial waste even more efficiently.
〔水処理方法〕
以上の方法により製造された脱窒剤/硝化促進剤は、し尿処理場等で実施される汚水処理において、生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として用いることができる。
以下、上記脱窒剤/硝化促進剤を用いた脱窒処理工程および硝化処理工程について説明する。
図3に示すように、し尿処理場では、窒素含有有機性廃水を処理するために、循環脱窒法など、従属栄養性の微生物を用いた生物学的硝化脱窒法が採用されている。当該硝化脱窒法は、被処理水中のアンモニア性窒素をアンモニア酸化細菌により亜硝酸性窒素に酸化し、更に亜硝酸性窒素を亜硝酸酸化細菌により硝酸性窒素に酸化する硝化処理工程と、亜硝酸性窒素および硝酸性窒素を従属栄養性の脱窒菌により窒素ガスにまで分解する脱窒処理工程を経て、被処理水中のアンモニア性窒素を窒素ガスにまで分解する方法である。なお、硝化処理工程の硝化液が脱窒処理工程に循環供給される。
[Water treatment method]
The denitrifying agent/nitrification promoter produced by the above method can be used as an organic carbon source in biological nitrification/denitrification treatment in wastewater treatment carried out in sewage treatment plants and the like.
The denitrification treatment step and the nitrification treatment step using the above-mentioned denitrification agent/nitrification promoter will be described below.
As shown in Fig. 3, in sewage treatment plants, biological nitrification denitrification methods using heterotrophic microorganisms, such as circulating denitrification, are used to treat nitrogen-containing organic wastewater. The nitrification denitrification method is a method in which ammonia nitrogen in the water to be treated is oxidized to nitrite nitrogen by ammonia oxidizing bacteria, and the nitrite nitrogen is further oxidized to nitrate nitrogen by nitrite oxidizing bacteria, and the ammonia nitrogen in the water to be treated is decomposed to nitrogen gas through a nitrification treatment process in which the nitrite nitrogen and nitrate nitrogen are decomposed to nitrogen gas by heterotrophic denitrifying bacteria. The nitrification liquid from the nitrification treatment process is circulated and supplied to the denitrification treatment process.
このような、脱窒処理工程における、メタノールの代替品として、上述のグリセリン含有廃棄物の処理における第一および第二の工程を経て取り出されたグリセリン含有液を、従属栄養性の微生物を用いた生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として添加する。この場合、用いるグリセリン含有液は、主に脱窒剤として作用する。As a substitute for methanol in this denitrification process, the glycerin-containing liquid extracted through the first and second steps of the above-mentioned glycerin-containing waste treatment is added as an organic carbon source to the biological nitrification/denitrification process using heterotrophic microorganisms. In this case, the glycerin-containing liquid used acts mainly as a denitrification agent.
一方、硝化処理工程において、従属栄養性の微生物を用いた生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として上述のグリセリン含有液を添加することもできる。この場合、用いるグリセリン含有液は、主に硝化促進剤として作用する。
本実施形態に係る硝化促進剤は、BOD(生物化学的酸素要求量)に対するアンモニア性窒素(NH4-N)の比が大きい被処理水を処理する場合に、特に好適に利用可能である。このような被処理水は、アンモニア性窒素に対してBODが不足しているということができ、硝化細菌(アンモニア酸化細菌,亜硝酸酸化細菌)による硝化反応が十分に進行しない場合があるが、本実施形態に係る硝化促進剤を添加することで、有機炭素源が補われてNH4-NとBODとのバランスが良好なものとなり、硝化細菌による硝化反応が好適に進行しやすくなる。
このような被処理水としては、例えば、NH4-N(mg/L):BOD(mg/L)の比が50:100以上、さらには100:100以上となるような被処理水が挙げられる。このような被処理水に対し、本実施形態に係る硝化促進剤を添加し、NH4-N(mg/L):BOD(mg/L)の比を、例えば30:100以下、さらには20:100以下などに調整することで、硝化反応がより好適に促進される。
On the other hand, in the nitrification treatment step, the above-mentioned glycerin-containing liquid can be added as an organic carbon source for biological nitrification/denitrification treatment using heterotrophic microorganisms. In this case, the glycerin-containing liquid used mainly acts as a nitrification promoter.
The nitrification promoter according to the present embodiment is particularly suitable for use in treating water with a high ratio of ammonia nitrogen (NH 4 -N) to BOD (biochemical oxygen demand). Such water can be said to have a shortage of BOD relative to ammonia nitrogen, and the nitrification reaction by nitrifying bacteria (ammonia oxidizing bacteria, nitrite oxidizing bacteria) may not proceed sufficiently, but by adding the nitrification promoter according to the present embodiment, the organic carbon source is supplemented, achieving a good balance between NH 4 -N and BOD, making it easier for the nitrification reaction by nitrifying bacteria to proceed satisfactorily.
Examples of such water to be treated include water having a ratio of NH 4 -N (mg/L):BOD (mg/L) of 50:100 or more, or even 100:100 or more. By adding the nitrification promoter according to the present embodiment to such water to adjust the ratio of NH 4 -N (mg/L):BOD (mg/L) to, for example, 30:100 or less, or even 20:100 or less, the nitrification reaction can be more suitably promoted.
上述したグリセリン含有液は、脱窒処理工程または硝化処理工程のいずれか一方に添加してもよく、両工程に添加してもよい。これらは、脱窒反応および硝化反応の程度に応じて適宜調整することができる。The glycerin-containing liquid may be added to either the denitrification process or the nitrification process, or to both processes. These can be adjusted appropriately depending on the degree of the denitrification reaction and the nitrification reaction.
当該グリセリン含有液は、従属栄養性の微生物を用いた生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として短時間に分解されるので、有機汚濁物質が残存しにくい。The glycerin-containing liquid is decomposed in a short period of time as an organic carbon source for biological nitrification/denitrification treatment using heterotrophic microorganisms, so organic pollutants are less likely to remain.
このように、生物学的硝化脱窒法の脱窒処理工程で有機炭素源として大量のメタノール等を添加する代わりに、脂肪酸メチルエステルの製造工程で副生される廃グリセリン等のグリセリン含有廃棄物や、高酸価油や油滓等の脂肪酸グリセリンエステル含有廃棄物を有効利用することで、メタノール分の薬品コストを削減することができるとともに、化石燃料由来のメタノールを使用しないことによる温室効果ガスの排出量を抑制することができるようになる。In this way, instead of adding large amounts of methanol or the like as an organic carbon source in the denitrification treatment step of the biological nitrification denitrification method, by effectively utilizing glycerin-containing waste materials such as waste glycerin produced as a by-product in the fatty acid methyl ester manufacturing process, and fatty acid glycerin ester-containing waste materials such as high acid value oils and oil cakes, it is possible to reduce the chemical costs for methanol and suppress greenhouse gas emissions by not using methanol derived from fossil fuels.
〔脱窒剤/硝化促進剤の製造システム〕
上述した実施形態に係る脱窒剤/硝化促進剤の製造方法を実現することのできる、本発明の一実施形態に係る脱窒剤/硝化促進剤の製造システムについて説明する。
[Denitrification agent/nitrification promoter manufacturing system]
A system for producing a denitrifying agent/nitrification promoter according to one embodiment of the present invention, which can realize the method for producing a denitrifying agent/nitrification promoter according to the above-mentioned embodiment, will be described below.
図4に示すように、脱窒剤/硝化促進剤の製造システム1は、第一の分離装置11と、中和装置12と、第二の分離装置13とを備えて構成されている。なお、図4に図示される脱窒剤/硝化促進剤の製造システム1は、さらにアルコール分離装置14と、貯留タンク15と、第二のエステル化装置21とを備えている。As shown in Fig. 4, the denitrification agent/nitrification promoter production system 1 is configured to include a first separation device 11, a
原料である、グリセリンまたは脂肪酸グリセリンエステルを含む組成物は、無機酸とともに、第一の分離装置11に投入され、酸触媒エステル交換反応等が行われる。一定時間が経過すると、反応液は酸性グリセリン相(第一のグリセリン液)と油相(第一の油分)とに相分離する。
第一のグリセリン液には、グリセリン、無機塩、1価アルコール等が含まれており、第一のグリセリン液は中和装置12に供給され、アルカリ性物質が投入されて中和される。
The raw material, a composition containing glycerin or a fatty acid glycerin ester, is introduced into a first separation device 11 together with an inorganic acid, where an acid-catalyzed transesterification reaction or the like is carried out. After a certain period of time has passed, the reaction liquid undergoes phase separation into an acidic glycerin phase (first glycerin liquid) and an oil phase (first oil component).
The first glycerin liquid contains glycerin, inorganic salts, monohydric alcohol, etc., and is supplied to a
中和装置12にて中和して得られた中和グリセリン液は、第二の分離装置13に供給され、第二のグリセリン液、油分(第二の油分)、および無機塩に分離される。第二の分離装置13としては、三相分離型遠心分離機などを好適に用いることができ、その前段にデカンタ型などの固液分離可能な遠心分離機などを設けても良い。
なお、第二の分離装置13より分離された無機塩は、肥料などに用いることができる。
The neutralized glycerin liquid obtained by neutralization in the
The inorganic salt separated by the second separator 13 can be used as fertilizer or the like.
第二の分離装置13で分離された第二のグリセリン液には、1価アルコールが残存しており、これをアルコール分離装置14にて分離する。希釈されたグリセリン含有液(脱窒剤/硝化促進剤)は、貯留タンク15に送られ貯留される。
なお、アルコール分離装置14、および脱窒剤/硝化促進剤貯留タンク15は、同じ敷地に設けられている必要はない。例えば、アルコール分離装置14で1価アルコールが分離されたグリセリン液である脱窒剤/硝化促進剤を、車載タンク等により距離が離れた貯留タンク15に輸送してもよい。
The second glycerin liquid separated in the second separation device 13 contains remaining monohydric alcohol, which is separated in the alcohol separation device 14. The diluted glycerin-containing liquid (denitrification agent/nitrification promoter) is sent to and stored in a
The alcohol separation device 14 and the denitrification agent/nitrification
さらに、本実施形態の好ましい一態様においては、脱窒剤/硝化促進剤の製造システム1は、さらに第二のエステル化装置21を備えている。第二のエステル化装置21は、アルカリ触媒法以外の方法を用いて脂肪酸アルキルエステルを製造するためのエステル化反応槽で構成されている。第二のエステル化装置21には、第一の分離装置11で分離された油分(第一の油分)、および/または、第二の分離装置13で分離された油分(第二の油分)が供給され、さらに、アルコール分離装置14で分離された1価アルコールが供給される。
第二のエステル化装置21においては、アルカリ触媒法以外の方法、より具体的には、酸触媒法、酸アルカリ触媒法、生体触媒法、イオン交換樹脂法、超臨界法、亜臨界法または固体触媒法が実施される。これらのいずれかの方法によりエステル化反応(エステル交換反応を含む)が行われ、脂肪酸アルキルエステルを含む油分と、グリセリン液とが分離される。副生されたグリセリン液は、例えば、上述した中和装置12に供給され、中和および分離を経て脱窒剤/硝化促進剤の原料として再資源化することができる。
なお、第二のエステル化装置21において酸触媒法によりエステル化反応が行われる場合は、脂肪酸アルキルエステルを含む油分は酸性となっている。かかる酸性の油分は、廃グリセリンを貯留したタンク等(図示しない)の下部から注入してグリセリン相の上部にオーバーフローさせることで、中和・脱水・脱アルコール化を同時に行ってもよい。
Furthermore, in a preferred embodiment of the present invention, the denitrification agent/nitrification promoter production system 1 further includes a second esterification apparatus 21. The second esterification apparatus 21 is configured as an esterification reaction tank for producing fatty acid alkyl esters by a method other than the alkali catalyst method. The second esterification apparatus 21 is supplied with the oil separated in the first separation apparatus 11 (first oil) and/or the oil separated in the second separation apparatus 13 (second oil), and is further supplied with the monohydric alcohol separated in the alcohol separation apparatus 14.
In the second esterification device 21, a method other than the alkali catalyst method, more specifically, an acid catalyst method, an acid-alkali catalyst method, a biocatalyst method, an ion exchange resin method, a supercritical method, a subcritical method, or a solid catalyst method is carried out. An esterification reaction (including an ester exchange reaction) is carried out by any of these methods, and an oil component containing fatty acid alkyl esters is separated from a glycerin liquid. The by-produced glycerin liquid is supplied to the above-mentioned
In addition, the oil containing fatty acid alkyl esters is acidic when the esterification reaction is carried out by an acid catalyst method in the second esterification device 21. Such acidic oil may be injected from the bottom of a tank (not shown) storing waste glycerin and allowed to overflow to the top of the glycerin phase, thereby simultaneously carrying out neutralization, dehydration, and dealcoholization.
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。The above-described embodiments are described to facilitate understanding of the present invention, and are not described to limit the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiments is intended to include all design modifications and equivalents that fall within the technical scope of the present invention.
以下、実施例等を示すことにより本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例等に何ら限定されるものではない。The present invention will be explained in more detail below by showing examples, but the present invention is not limited to the following examples.
(廃グリセリンの準備)
水酸化カリウムを触媒とするアルカリ触媒法により、廃食油とメタノールとをエステル交換させてバイオディーゼル燃料を製造した。このとき生成したグリセリンを含む副生成物を廃グリセリンとして回収した。
(Preparation of waste glycerin)
Biodiesel fuel was produced by transesterification of waste edible oil with methanol using an alkaline catalyst method with potassium hydroxide as a catalyst. The by-products produced during this process, including glycerin, were collected as waste glycerin.
この廃グリセリンにゼオライトを廃グリセリン1kgあたり20g添加して水分を除去した。ゼオライトが添加された廃グリセリンは、250メッシュのフィルターを通過させて、ゼオライトおよび固体状の不純物を除去した。
こうして得られた原料としての廃グリセリン(以下、「原料廃グリセリン」という。)の組成および物性は表1に示すとおりであった。
Zeolite was added to this waste glycerin in an amount of 20 g per kg of waste glycerin to remove moisture. The waste glycerin to which zeolite had been added was passed through a 250 mesh filter to remove the zeolite and solid impurities.
The composition and physical properties of the waste glycerin thus obtained as a raw material (hereinafter referred to as "raw material waste glycerin") are shown in Table 1.
(第一の分離工程)
加温冷却機能を有する容量1000Lの反応タンクに、原料廃グリセリン500kg、高酸価油(150mgKOH/g)300kgを投入し、攪拌(120rpm)しながら55℃まで加温した。この状態で、濃硫酸32Lを反応容器中に15分かけて添加した。濃硫酸の添加にあたり、反応容器中の混合物の温度が65℃を超えないように留意した。濃硫酸を全量添加した後の反応液のpHは1であった。濃硫酸の添加終了後、240分間攪拌を継続した。その後10時間静置し、油相(第一の油分)と酸性グリセリン相(第一のグリセリン液)とに分離させ、第一のグリセリン液(酸性グリセリン相,析出した硫酸カリウムを含む)を回収した。以上の操作を繰り返すことにより、第一のグリセリン液5000kgを得た。
(First separation step)
500 kg of raw waste glycerin and 300 kg of high acid value oil (150 mgKOH/g) were put into a 1000 L reaction tank with heating and cooling functions, and heated to 55° C. while stirring (120 rpm). In this state, 32 L of concentrated sulfuric acid was added to the reaction vessel over 15 minutes. When adding concentrated sulfuric acid, care was taken to ensure that the temperature of the mixture in the reaction vessel did not exceed 65° C. The pH of the reaction liquid after the entire amount of concentrated sulfuric acid was added was 1. After the addition of concentrated sulfuric acid was completed, stirring was continued for 240 minutes. Then, the mixture was left to stand for 10 hours, separated into an oil phase (first oil) and an acidic glycerin phase (first glycerin liquid), and the first glycerin liquid (acidic glycerin phase, containing precipitated potassium sulfate) was collected. By repeating the above operations, 5000 kg of the first glycerin liquid was obtained.
(中和工程)
容量15000Lの反応タンクに、攪拌しながら第一のグリセリン液5000kg、廃グリセリン5000kgを投入した。pHは5.0であった。その後も4時間攪拌を継続し、その後24時間静置した。
(Neutralization process)
Into a reaction tank having a capacity of 15,000 L, 5,000 kg of the first glycerin liquid and 5,000 kg of waste glycerin were charged with stirring. The pH was 5.0. Stirring was continued for another 4 hours, and then the mixture was allowed to stand for 24 hours.
(第二の分離工程)
中和されたグリセリンを、デカンタ型遠心分離機(製品名:Z18H-V,タナベウィルテック社製)にて5500rpm、180分間処理し、析出した硫酸カリウムを分離回収した。液相について、さらに三相分離型遠心分離機(アルファ・ラバル社製)にて8000rpm、180分間処理し、第二の油分、第二のグリセリン液、硫酸カリウムをそれぞれ分離回収した。
(Second Separation Step)
The neutralized glycerin was treated at 5,500 rpm for 180 minutes in a decanter centrifuge (product name: Z18H-V, manufactured by Tanabe Wiltec Co., Ltd.), and the precipitated potassium sulfate was separated and collected. The liquid phase was further treated at 8,000 rpm for 180 minutes in a three-phase separation centrifuge (manufactured by Alfa Laval Co., Ltd.), and the second oil, second glycerin liquid, and potassium sulfate were each separated and collected.
(アルコール除去工程,希釈工程)
三相分離により得られたグリセリン含有液を蒸留してメタノールおよび水を除去し、純度99質量%(ガスクロマトグラフィーにて測定)の精製グリセリンを得た。
得られた精製グリセリンを、水で希釈し1週間静置し、分離した油相を除き、得られた希釈グリセリン相について、バグフィルター5ミクロンおよび活性白土を充填したカラム内を通過させ油分(および夾雑物)を除去し、脱窒剤/硝化促進剤Aを得た。また、脱窒剤/硝化促進剤Aに界面活性剤(製品名:ソフタノール,日本触媒社製)0.1質量%を投入し、脱窒剤/硝化促進剤Bを得た。
(Alcohol removal process, dilution process)
The glycerin-containing liquid obtained by the three-phase separation was distilled to remove methanol and water, thereby obtaining purified glycerin having a purity of 99% by mass (measured by gas chromatography).
The resulting purified glycerin was diluted with water and allowed to stand for one week, the separated oil phase was removed, and the resulting diluted glycerin phase was passed through a 5 micron bag filter and a column packed with activated clay to remove the oil (and impurities) to obtain a denitrifying agent/nitrifying agent A. In addition, 0.1 mass % of a surfactant (product name: Softanol, manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) was added to the denitrifying agent/nitrifying agent A to obtain a denitrifying agent/nitrifying agent B.
(脱窒処理試験)
以上のようにして得られた脱窒剤AおよびBについて、以下のようにして脱窒効果を試験した。
(Denitrification test)
The denitrifying effects of the thus obtained denitrifying agents A and B were tested as follows.
既存設備における生物処理後の活性汚泥を採取してビーカーに2Lずつ分取し、スターラーで撹拌しながら30℃で24時間放置し、残存するアンモニア等を全て硝酸まで硝化させた。かかる前処理の後における硝酸性窒素(NO3-N)は10.2mg/Lであり、亜硝酸性窒素(NO2-N)は検出されなかった。次に、前処理後の活性汚泥2Lに10%硝酸カリウムを5mL添加し、前処理後に残存するNO3-Nと合わせた初期NO3-Nを44.5mg/Lに設定した。 Activated sludge after biological treatment in the existing facility was collected and divided into 2L portions in beakers and left to stand at 30°C for 24 hours while stirring with a stirrer, to nitrify all remaining ammonia and other substances to nitrate. After this pretreatment, the nitrate nitrogen (NO 3 -N) was 10.2 mg/L, and no nitrite nitrogen (NO 2 -N) was detected. Next, 5 mL of 10% potassium nitrate was added to 2 L of activated sludge after pretreatment, and the initial NO 3 -N, including the NO 3 -N remaining after pretreatment, was set to 44.5 mg/L.
硝酸カリウムを添加して10分後に、脱窒剤AおよびBをそれぞれ2mLずつ添加し、脱窒素試験を開始した。なお、対照として水2mLを添加した試験区と、比較例として比較例として50%メタノール2mLを添加した試験区を設定した。各試験区の設定、炭素源の比重およびTOC量を表2に示す。なお、TOC量はポータブル吸光光度計(DR900,HACH社製)およびメーカー提供の測定試薬により測定した。 Ten minutes after adding potassium nitrate, 2 mL each of denitrifiers A and B were added, and the denitrification test was started. As a control, a test area was set up where 2 mL of water was added, and as a comparative example, a test area was set up where 2 mL of 50% methanol was added. The settings of each test area, the specific gravity of the carbon source, and the TOC amount are shown in Table 2. The TOC amount was measured using a portable spectrophotometer (DR900, manufactured by HACH) and measuring reagents provided by the manufacturer.
脱窒素試験においては、試験開始後0h、3h、6h、9h、12hおよび24hにサンプリングを行い、直ちに遠心分離(3500rpm×15分)およびろ紙(No.5C)によりろ過した。得られたろ液について、アニオン用イオンクロマトグラフィーにより硝酸性窒素(NO3-N)および亜硝酸性窒素(NO2-N)を測定し、これら2種の合計としてNOX-Nを算出した。 In the denitrification test, samples were taken 0, 3, 6, 9, 12 and 24 hours after the start of the test, and immediately centrifuged (3500 rpm x 15 min) and filtered using filter paper (No. 5C). The filtrate was measured for nitrate nitrogen (NO 3 -N) and nitrite nitrogen (NO 2 -N) using anion ion chromatography, and NO x -N was calculated as the sum of these two species.
試験区2および3では、NOX-Nが試験開始後3時間後に16~17mg/Lにまで減少し、6時間後にはNOX-Nがほぼ消滅していた。これに対し、比較例である試験区4では6時間後には約30mg/LのNOX-Nが残存し、24時間後にほぼ消滅していた。なお、対照である試験区1では、6時間後で約40mg/L、24時間後でも32mg/L程度のNOX-Nが残存していた。
これらの結果より、本発明品である脱窒剤AおよびBが、優れた脱窒効果を有することが確認された。なお、ソフタノールの添加(脱窒剤B)による脱窒効果への影響は認められなかった。
In test plots 2 and 3, NOX -N had decreased to 16-17mg/L 3 hours after the start of the test, and had almost completely disappeared after 6 hours. In contrast, in test plot 4, which is a comparative example, about 30mg/L of NOX -N remained after 6 hours, and had almost completely disappeared after 24 hours. In test plot 1, which is the control, about 40mg/L of NOX - N remained after 6 hours, and about 32mg/L even after 24 hours.
From these results, it was confirmed that the denitrifying agents A and B of the present invention have excellent denitrifying effects. However, no effect on the denitrifying effect was observed due to the addition of Softanol (Denitrifying Agent B).
(硝化処理試験)
以上のようにして得られた硝化促進剤Bについて、以下のようにして硝化促進効果を試験した。
(Nitrification treatment test)
The nitrification promoter B thus obtained was tested for its nitrification promoting effect as follows.
硝化処理試験においては、既存設備における生物処理後の活性汚泥および膜分離後の透過液を用いた。かかる活性汚泥および膜透過液の分析結果は以下のとおりであった。 In the nitrification treatment test, activated sludge after biological treatment in the existing facility and permeate after membrane separation were used. The analysis results of the activated sludge and membrane permeate were as follows.
上記活性汚泥2.5L、上記透過液2.5Lおよび水道水5Lの合計10Lの試験区1および2を設定した。また、上記活性汚泥1Lおよび上記透過液3Lの合計4Lをブランク区として設定した。これらはいずれも浮遊物質(SS)が2300mg/Lとなるよう調整されたものとなる。Test areas 1 and 2 were set up with a total of 10 L, consisting of 2.5 L of the above activated sludge, 2.5 L of the above permeate, and 5 L of tap water. A blank area was set up with a total of 4 L, consisting of 1 L of the above activated sludge and 3 L of the above permeate. All of these were adjusted to have a suspended solids (SS) of 2,300 mg/L.
上記の各試験区を容器に入れて27℃の恒温室内でエアレーションを行うことにより、硝化試験を開始した。
試験区1(実施例)には、炭素源としての硝化促進剤B(BOD:400,000mg/L)を7.5mL/日ずつ添加した。かかる試験区1におけるBOD/SS負荷は0.13kg/kg・日となる。
一方、試験区2(比較例)には、50%メタノールを7.5mL/日ずつ添加した。ブランクには炭素源を添加しなかった。
なお、7日、13日、18日後においてpHが6を下回った試験区については、0.3M NaOHを添加してpH調整を行った。また、試験過程で適宜溶存酸素濃度を測定し、溶存酸素不足がないことを確認した。
Each of the above test plots was placed in a container and aeration was performed in a thermostatic chamber at 27° C., and then the nitrification test was started.
In the test area 1 (Example), nitrification promoter B (BOD: 400,000 mg/L) was added as a carbon source at a rate of 7.5 mL/day. The BOD/SS load in the test area 1 was 0.13 kg/kg/day.
On the other hand, 7.5 mL/day of 50% methanol was added to test group 2 (comparison example), and no carbon source was added to the blank.
For the test plots in which the pH fell below 6 after 7, 13, and 18 days, 0.3 M NaOH was added to adjust the pH. In addition, the dissolved oxygen concentration was measured appropriately during the test to confirm that there was no shortage of dissolved oxygen.
硝化試験においては、試験開始後4日、8日、14日および19日後に40mLずつサンプリングを行い、直ちに遠心分離(3500rpm×5分)およびろ紙(No.5C)によりろ過した。得られたろ液について、HACH社製簡易分析計にてNH4-N(mg/L)を測定した。 In the nitrification test, 40 mL samples were taken 4, 8, 14, and 19 days after the start of the test, and immediately centrifuged (3500 rpm x 5 min) and filtered using filter paper (No. 5C). The NH 4 -N (mg/L) of the obtained filtrate was measured using a simple analyzer manufactured by HACH.
ブランクでは、NH4-Nが試験開始時の1200mg/L程度から徐々に増加していった。これは、本試験で用いた活性汚泥のBODが僅少であって硝化反応が進行せず、さらに馴化期間中に炭素源(BOD源)を加えていないため、自己分解が進みアンモニアが増加したものと考えられる。
試験区1(硝化促進剤B)では、NH4-Nが試験開始時の600mg/Lから4日後、8日後までは大きな変化が見られなかったものの(500~700mg/L)、14日後には大きく減少して検出限界以下となり、19日後も同様であった。この結果は、この活性汚泥で不足していたBODが、硝化促進剤Bを加えることに補われ、硝化細菌による硝化反応が促進されて、NH4-Nが減少したものと認められる。なお、各試験区を入れた容器内において、汚泥が滞留する嫌気ゾーンの存在が目視で確認されたことから、硝化反応とともに脱窒反応も進んだものと考えられる。
一方、試験区2(50%メタノール)では、NH4-Nが試験開始時の600mg/Lから4日後、8日後、14日後および19日後に至っても、大きな変化が見られなかった(500~700mg/L)。すなわち、メタノールを炭素源として用いても、硝化促進効果は乏しいものと認められた。
これらの結果より、本発明品である硝化促進剤が、優れた硝化促進効果を有することが確認された。
In the blank, NH4 -N gradually increased from about 1200 mg/L at the start of the test. This is thought to be because the BOD of the activated sludge used in this test was so small that the nitrification reaction did not proceed, and because no carbon source (BOD source) was added during the acclimation period, self-decomposition proceeded and ammonia increased.
In test area 1 (nitrification promoter B), NH 4 -N did not change significantly from 600 mg/L at the start of the test until 4 and 8 days later (500-700 mg/L), but after 14 days it had dropped significantly to below the detection limit, and the same was true after 19 days. This result indicates that the BOD deficiency in this activated sludge was compensated for by adding nitrification promoter B, promoting the nitrification reaction by nitrifying bacteria and reducing NH 4 -N. Furthermore, since the presence of anaerobic zones where sludge was retained was visually confirmed in the containers containing each test area, it is believed that denitrification reactions also progressed along with nitrification reactions.
On the other hand, in test area 2 (50% methanol), no significant change was observed in NH 4 -N concentration (500-700 mg/L) even after 4, 8, 14 and 19 days from 600 mg/L at the start of the test. In other words, it was recognized that the use of methanol as a carbon source had little effect on promoting nitrification.
From these results, it was confirmed that the nitrification promoter of the present invention has an excellent nitrification promoting effect.
本発明によれば、生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として脱窒効果および硝化促進効果に優れた脱窒剤/硝化促進剤を製造することができるとともに、グリセリン含有廃棄物を、生物学的硝化脱窒処理における有機炭素源として好適に利用することができる処理方法を提供することができ、グリセリン含有廃棄物を有効に再資源化することができる。さらに、従来は利用価値が低いとされていた廃グリセリンや高酸価油等を利用することができ、産業上の利用価値は大なるものがある。According to the present invention, it is possible to produce a denitrifying agent/nitrification promoter that has excellent denitrification and nitrification promotion effects as an organic carbon source for biological nitrification/denitrification treatment, and to provide a treatment method that can suitably use glycerin-containing waste as an organic carbon source in biological nitrification/denitrification treatment, thereby enabling glycerin-containing waste to be effectively recycled. Furthermore, it is possible to utilize waste glycerin and high acid value oils, which have traditionally been considered to have low utility value, and this has great industrial utility value.
1:脱窒剤/硝化促進剤の製造システム
11:第一の分離装置
12:中和装置
13:第二の分離装置
14:アルコール分離装置
15:貯留タンク
21:第二のエステル化装置
1: Denitrification agent/nitrification promoter manufacturing system 11: First separation device 12: Neutralization device 13: Second separation device 14: Alcohol separation device 15: Storage tank 21: Second esterification device
Claims (20)
グリセリンおよび脂肪酸グリセリンエステルの少なくとも1種を含む原料と、無機酸とを混合し、第一の油分と第一のグリセリン液とを分離する第一の分離工程と、
前記第一のグリセリン液を、アルカリ性物質により中和する中和工程と、
中和されたグリセリン液から、第二の油分および析出した無機塩を分離する第二の分離工程と、
前記第二の油分および前記無機塩が分離されたグリセリン液から1価のアルコールを分離するアルコール分離工程と、
により、グリセリン含有液を製造し、
得られたグリセリン含有液を、前記生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として添加する脱窒処理工程および/または硝化処理工程を備えるとともに、
アルカリ触媒法以外の方法であって、酸触媒法、酸アルカリ触媒法、生体触媒法、イオン交換樹脂法、超臨界法、亜臨界法および固体触媒法からなる群より選択される少なくとも一つの方法により、脂肪酸アルキルエステルを製造する第二のエステル化工程を備え、
前記第二のエステル化工程においては、前記第一の分離工程で分離された第一の油分および/または前記第二の分離工程で分離された第二の油分と、前記アルコール分離工程で分離された1価のアルコールとを、原料として用いる、
水処理方法。 A water treatment method for carrying out biological nitrification/denitrification treatment by adding an organic carbon source, comprising the steps of:
a first separation step of mixing a raw material containing at least one of glycerin and a fatty acid glycerin ester with an inorganic acid and separating a first oil component and a first glycerin liquid;
a neutralization step of neutralizing the first glycerin liquid with an alkaline substance;
a second separation step of separating a second oil component and precipitated inorganic salts from the neutralized glycerin liquid;
an alcohol separation step of separating a monohydric alcohol from the glycerin liquid from which the second oil component and the inorganic salt have been separated;
A glycerin-containing liquid is produced by
The glycerin-containing liquid thus obtained is added as an organic carbon source for the biological nitrification/denitrification treatment, and a denitrification treatment step and/or a nitrification treatment step are provided.
a second esterification step of producing a fatty acid alkyl ester by at least one method selected from the group consisting of an acid catalyst method, an acid-alkali catalyst method, a biocatalyst method, an ion exchange resin method, a supercritical method, a subcritical method, and a solid catalyst method, which is a method other than an alkali catalyst method;
In the second esterification step, the first oil fraction separated in the first separation step and/or the second oil fraction separated in the second separation step and the monohydric alcohol separated in the alcohol separation step are used as raw materials.
Water treatment methods.
脂肪酸グリセリンエステルを含む原料と、無機酸とを、1価アルコールの存在下で反応させ、第一の油分と第一のグリセリン液とを分離する第一の分離工程と、a first separation step of reacting a raw material containing a fatty acid glycerin ester with an inorganic acid in the presence of a monohydric alcohol and separating a first oil component and a first glycerin liquid;
前記第一のグリセリン液を、アルカリ性物質により中和する中和工程と、a neutralization step of neutralizing the first glycerin liquid with an alkaline substance;
中和されたグリセリン液から、第二の油分および析出した無機塩を分離する第二の分離工程と、a second separation step of separating a second oil component and precipitated inorganic salts from the neutralized glycerin liquid;
により、グリセリン含有液を製造し、A glycerin-containing liquid is produced by
得られたグリセリン含有液を、前記生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として添加する脱窒処理工程および/または硝化処理工程を備え、The glycerin-containing liquid thus obtained is added as an organic carbon source for the biological nitrification/denitrification treatment, and/or the nitrification treatment step is provided.
前記第一の分離工程における前記反応は、反応液のpHが3以下であり、反応時間が4時間以上である、The reaction in the first separation step has a reaction solution having a pH of 3 or less and a reaction time of 4 hours or more.
水処理方法。Water treatment methods.
グリセリンおよび脂肪酸グリセリンエステルの少なくとも1種を含む原料と、無機酸とを混合し、第一の油分と第一のグリセリン液とを分離する第一の分離工程と、
前記第一のグリセリン液を、アルカリ性物質により中和する中和工程と、
前記中和されたグリセリン液から、第二の油分および析出した無機塩を分離する第二の分離工程と、
前記第二の油分および前記無機塩が分離されたグリセリン液から1価のアルコールを分離するアルコール分離工程と、
により、グリセリン含有液を製造し、
得られたグリセリン含有液を、前記生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として前記脱窒剤または前記硝化促進剤に含有させるとともに、
アルカリ触媒法以外の方法であって、酸触媒法、酸アルカリ触媒法、生体触媒法、イオン交換樹脂法、超臨界法、亜臨界法および固体触媒法からなる群より選択される少なくとも一つの方法により、脂肪酸アルキルエステルを製造する第二のエステル化工程を備え、
前記第二のエステル化工程においては、前記第一の分離工程で分離された第一の油分および/または前記第二の分離工程で分離された第二の油分と、前記アルコール分離工程で分離された1価のアルコールとを、原料として用いる
ことを特徴とする、製造方法。 A method for producing a denitrifying agent or a nitrification promoter used as an organic carbon source in a biological nitrification and denitrification treatment, comprising the steps of:
a first separation step of mixing a raw material containing at least one of glycerin and a fatty acid glycerin ester with an inorganic acid and separating a first oil component and a first glycerin liquid;
a neutralization step of neutralizing the first glycerin liquid with an alkaline substance;
a second separation step of separating a second oil component and precipitated inorganic salts from the neutralized glycerin liquid;
an alcohol separation step of separating a monohydric alcohol from the glycerin liquid from which the second oil component and the inorganic salt have been separated;
A glycerin-containing liquid is produced by
The obtained glycerin-containing liquid is added to the denitrification agent or the nitrification promoter as an organic carbon source for the biological nitrification/denitrification treatment ,
a second esterification step of producing a fatty acid alkyl ester by at least one method selected from the group consisting of an acid catalyst method, an acid-alkali catalyst method, a biocatalyst method, an ion exchange resin method, a supercritical method, a subcritical method, and a solid catalyst method, which is a method other than an alkali catalyst method;
In the second esterification step, the first oil fraction separated in the first separation step and/or the second oil fraction separated in the second separation step and the monohydric alcohol separated in the alcohol separation step are used as raw materials.
A manufacturing method comprising:
脂肪酸グリセリンエステルを含む原料と、無機酸とを、1価アルコールの存在下で反応させ、第一の油分と第一のグリセリン液とを分離する第一の分離工程と、a first separation step of reacting a raw material containing a fatty acid glycerin ester with an inorganic acid in the presence of a monohydric alcohol and separating a first oil component and a first glycerin liquid;
前記第一のグリセリン液を、アルカリ性物質により中和する中和工程と、a neutralization step of neutralizing the first glycerin liquid with an alkaline substance;
前記中和されたグリセリン液から、第二の油分および析出した無機塩を分離する第二の分離工程と、a second separation step of separating a second oil component and precipitated inorganic salts from the neutralized glycerin liquid;
により、グリセリン含有液を製造し、A glycerin-containing liquid is produced by
得られたグリセリン含有液を、前記生物学的硝化脱窒処理の有機炭素源として前記脱窒剤または前記硝化促進剤に含有させ、The obtained glycerin-containing liquid is added to the denitrification agent or the nitrification promoter as an organic carbon source for the biological nitrification/denitrification treatment;
前記第一の分離工程における前記反応は、反応液のpHが3以下であり、反応時間が4時間以上であるThe reaction in the first separation step is carried out with a reaction solution having a pH of 3 or less and a reaction time of 4 hours or more.
ことを特徴とする、製造方法。A manufacturing method comprising:
前記第二のエステル化工程においては、前記第一の分離工程で分離された第一の油分および/または前記第二の分離工程で分離された第二の油分と、前記アルコール分離工程で分離された1価のアルコールとを、原料として用いる、
請求項4、5または8に記載の脱窒剤または硝化促進剤の製造方法。 a second esterification step of producing a fatty acid alkyl ester by at least one method selected from the group consisting of an acid catalyst method, an acid-alkali catalyst method, a biocatalyst method, an ion exchange resin method, a supercritical method, a subcritical method, and a solid catalyst method, which is a method other than an alkali catalyst method;
In the second esterification step, the first oil fraction separated in the first separation step and/or the second oil fraction separated in the second separation step and the monohydric alcohol separated in the alcohol separation step are used as raw materials.
A method for producing a denitrifying agent or a nitrification promoter according to claim 4, 5 or 8 .
グリセリンおよび脂肪酸グリセリンエステルの少なくとも1種を含む原料と、無機酸とを混合し、第一の油分と第一のグリセリン液とを分離する第一の分離装置と、
前記第一のグリセリン液を、アルカリ性物質により中和する中和装置と、
前記中和されたグリセリン液から、第二の油分および析出した無機塩を分離する第二の分離装置と、
前記第二の油分および前記無機塩が分離されたグリセリン液から1価のアルコールを分離するアルコール分離装置と、
を備えるとともに、
アルカリ触媒法以外の方法であって、酸触媒法、酸アルカリ触媒法、生体触媒法、イオン交換樹脂法、超臨界法、亜臨界法および固体触媒法からなる群より選択される少なくとも一つの方法により、脂肪酸アルキルエステルを製造する第二のエステル化装置を備え、
前記第二のエステル化装置には、前記第一の分離装置で分離された第一の油分および/または前記第二の分離装置で分離された第二の油分と、前記アルコール分離装置で分離された1価のアルコールとが供給される
ことを特徴とする、脱窒剤または硝化促進剤の製造システム。 A system for producing a denitrifying agent or a nitrification promoter used as an organic carbon source in a biological nitrification/denitrification process, comprising:
a first separation device for mixing a raw material containing at least one of glycerin and a fatty acid glycerin ester with an inorganic acid and separating the raw material into a first oil component and a first glycerin liquid;
a neutralization device for neutralizing the first glycerin liquid with an alkaline substance;
a second separation device for separating a second oil component and precipitated inorganic salts from the neutralized glycerin liquid;
an alcohol separation device that separates a monohydric alcohol from the glycerin liquid from which the second oil component and the inorganic salt have been separated;
In addition to providing
a second esterification apparatus for producing a fatty acid alkyl ester by at least one method other than an alkali catalyst method selected from the group consisting of an acid catalyst method, an acid-alkali catalyst method, a biocatalyst method, an ion exchange resin method, a supercritical method, a subcritical method, and a solid catalyst method;
The second esterification unit is supplied with the first oil fraction separated in the first separation unit and/or the second oil fraction separated in the second separation unit, and the monohydric alcohol separated in the alcohol separation unit.
A system for producing a denitrifying agent or a nitrification promoter, comprising:
脂肪酸グリセリンエステルを含む原料と、無機酸とを、1価アルコールの存在下で反応させ、第一の油分と第一のグリセリン液とを分離する第一の分離装置と、a first separation device that reacts a raw material containing a fatty acid glycerin ester with an inorganic acid in the presence of a monohydric alcohol and separates a first oil component and a first glycerin liquid;
前記第一のグリセリン液を、アルカリ性物質により中和する中和装置と、a neutralization device for neutralizing the first glycerin liquid with an alkaline substance;
前記中和されたグリセリン液から、第二の油分および析出した無機塩を分離する第二の分離装置と、a second separation device for separating a second oil component and precipitated inorganic salts from the neutralized glycerin liquid;
を備え、Equipped with
前記第一の分離装置における前記反応は、反応液のpHが3以下であり、反応時間が4時間以上であるThe reaction in the first separation device has a reaction liquid having a pH of 3 or less and a reaction time of 4 hours or more.
ことを特徴とする、脱窒剤または硝化促進剤の製造システム。A system for producing a denitrifying agent or a nitrification promoter, comprising:
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