JP2003259859A - 微生物、微生物を用いた有機化合物処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率的に有機性化合物を処理することを目的
とする。 【解決手段】 特定の種類のバチルス属細菌を種菌と
し、これを有機性廃棄物とともに有機物処理装置の発酵
槽に投入し、撹拌羽で一定時間継続して撹拌を行う。こ
れにより、外部から加温することなく、発酵槽内の温度
が摂氏９０度まで上昇する。また、このバチルス属細菌
は、摂氏８０度〜１１０度の温度下でも代謝機能を損な
わないため、残渣に含まれるこのバチルス属菌は代謝機
能を有しており、次回の種菌として繰り返し使用するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微生物、微生物を
用いた有機化合物処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の環境保護思想の下ではゴミの処理
が大きな課題の一つとなっており、これに向けた多種の
取り組みがなされている。この取り組みの一つに微生物
を利用した生ゴミの処理がある。

【０００３】この微生物を利用した生ゴミの処理方法に
は大きく分れて２通りの方法があり、その一つが微生物
の代謝による有機物の分解（生ゴミの堆肥化）である。
これは、自然界の分解者たる微生物の分解能力を利用し
て生ゴミ、排泄物等の有機物を有機肥料にすること（た
い肥化）を目的としている。

【０００４】そして、もう一つは、微生物の代謝熱を利
用した水分の蒸発（生ゴミの減量化）である。これは、
前記有機物の分解を前提として分解の際に生ずる代謝熱
を利用して生ゴミ等に含まれる水分を蒸発させ、生ゴミ
等の絶対量の低減を図るものである。

【０００５】ところで、生ゴミに代表される家庭ゴミは
その重量に占める水分率が高く、生ゴミ全体の８０〜９
０重量パーセントが水分である。このため、生ゴミから
水分のみを取り除くことにより８〜９割の減量が可能と
なる。

【０００６】ここで、水分の蒸発には温度環境の影響が
大きく作用し、温度が高ければ蒸発量も増加する。した
がって、微生物を利用してゴミ中の水分を蒸発させるた
めには、生ゴミの温度が高くなるように設定することが
合理的となる。このため、従来からは、微生物による代
謝熱のみならず、ヒーター等の加温手段で処理槽を積極
的に加温し、水分の蒸発を図っていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、有機物
処理に用いられる土壌細菌は常温を生育範囲としてお
り、高温下での代謝機能を有していない。また、土壌細
菌の中でも、バチルス属細菌には、高温性バチルスとよ
ばれ比較的高温を好む生理学的特性を有する一群が存在
するが、これら生育温度も一般的に摂氏約６５度を上限
とし、７０度を越える温度で６０分程度加熱すればほと
んど全ての微生物は死滅する。

【０００８】したがって、生ゴミ処理において加温によ
る水分の蒸発を行う場合でも、微生物の生育温度の上限
である摂氏７５度程度を上限として処理を行う必要があ
り、処理効率も限られていた。

【０００９】上記事情に鑑みて、本発明は、効率的に有
機性化合物を処理することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、摂氏８０度から摂氏１１
０度までの温度範囲において代謝機能を損なわない微生
物を要旨とする。

【００１１】また、請求項２に記載の発明は、前記代謝
機能は、有機化合物に対する分解機能であることを要旨
とする。請求項３に記載の発明は、前記微生物は、細菌
であることを要旨とする。

【００１２】請求項４に記載の発明は、前記微生物を用
いて有機性廃棄物を分解する有機化合物処理方法を要旨
とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した微生物
を利用した生ゴミ、排泄物等処理の一実施形態を説明す
る。

【００１４】本実施形態では、図示しない有機物処理装
置に設けられ、有機化合物の発酵に用いる１次発酵槽
（以下、単に「発酵槽」という。）１を用いる。この発
酵槽１は、断熱材（図示しない）を内部に備えた内部中
空の本体２とそり上を覆う蓋部３とから構成され、発酵
槽１全体として高い保温性、気密性を備えている。

【００１５】図１に発酵槽１の部分断面図を示す。ま
た、図２に発酵槽１の蓋部３を取り外した状態の平面図
を示す。発酵槽１内の下部には、回転軸４を中心として
相対向する位置に、２枚の撹拌羽５が前記回転軸４に連
結されて回転可能に備えられている。図示しないモータ
が回転軸４を回転駆動させると撹拌羽５も回転し、本体
２内に貯留された生ごみは前記撹拌羽５によってすくい
上げられるように撹拌される。このため、撹拌に伴って
生ゴミ等の混合とともにその中に多量の空気を送り込む
ことができる。

【００１６】したがって、好気性の微生物による発酵効
率が促進され、より多くの呼吸熱を発生させることがで
きる。また、撹拌羽５等により摩擦熱が生じ、生ゴミ等
の温度を上昇させる。さらに、波動熱による発熱も生
じ、これらが相俟って密閉された本体内の生ゴミの温度
を上昇させる。ここでいう発酵とは、広義の発酵をい
い、微生物により有機化合物が分解されることをいう。

【００１７】なお、本体２には断熱材が貼りつけられて
いることから本体２内で生じた熱が発酵槽１の外部に漏
洩しにくく、加温設備等は特に設けられていない。一
方、発酵槽１内に投入される被撹拌物は、微生物によっ
て分解可能な有機性化合物を対象としており、家庭や学
校、飲食店、食品工場等から排出される食品残渣等の生
ゴミ、或いは病院、ケアセンター、一般家庭等から排出
される排泄物等に代表される有機性廃棄物を対象とす
る。

【００１８】また、本実施形態に係る廃棄物処理に用い
る微生物は、好熱性細菌として知られているバチルス属
の中でも特に新規な種であると考えられる。この細菌
は、出願人が各地において数多くの土壌細菌を採取、実
験を繰り返した結果に有用性を見いだしたものである。
なお、同菌が高温下で代謝機能を損なわない機構の詳細
は明かではなく、発酵に関与する酵素を含め、このバチ
ルス属細菌のＤＮＡレベルの解析が今後の研究課題であ
る。

【００１９】この菌は、長桿状をなし芽胞形成能を有し
ていることからもバチルス属に属する細菌と考えられ
る。この細菌に関して、具体的な種の同定はいまだなさ
れていないが、他の細菌（特に、バチルス属細菌）と異
なるところは、生理学特性として比較的高温でも代謝活
性能を有している点である。

【００２０】なお、一般的にバチルス属に属する細菌
は、例えば自然界では枯れ草の自然発火等を引き起こす
原因の一つとして知られている。すなわち、細菌が有機
物を分解する過程（発酵過程）において生じた代謝熱に
より槽内温度全体の上昇を生じさせる。したがって、バ
チルス属細菌であっても好熱性細菌のカテゴリーに含め
られているものもあるが、本実施形態において使用する
バチルス属細菌は従来のバチルス属細菌と比較してもよ
り高温下でも優れた代謝機能を有していることが特徴で
ある。

【００２１】本実施形態において使用するバチルス属細
菌に関して、その酵素、代謝経路等の詳細はあきらかで
はないが、処理後の残渣から推測して一般的なバチルス
属細菌と略同様の発酵作用があるものと認められる。ま
た、同菌において代謝活性が認められる上限は摂氏１１
０度程度であることが実験によって確認されている。

【００２２】ところで、土壌細菌として普遍的に土壌中
に存在する一般のバチルス属細菌は、菌体外にアミラー
ゼ、プロテアーゼ、セルラーゼ等の酵素を分泌し、この
酵素によりタンパク質、でんぷん等を分解（発酵）し、
最終的に炭酸ガス、水、窒素、リン酸、カリ等のたい肥
が生産されることとなる。

【００２３】本実施形態では、上記発酵作用の効率面を
考慮し、菌を廃棄物処理用のバイオ基材にとともに使用
する。バイオ基材は一般にホームセンターやスーパー等
の一般小売店において市販されているものをはじめとし
ておがくず、コーヒーガラ等を使用することができる。
なお、菌は繰り返し使用を前提としているため、２回目
以降の使用においては前回の有機物処理後の残渣自体が
種菌となる。この点からも、用いるバイオ基材として
は、繰り返し分解処理に耐えられるものが好ましい。

【００２４】以下に、有機性廃棄物の種類、細菌投入の
有無等の諸条件を変更させて実験を行った実験例、及び
その実験結果について説明する。 （実験１）発酵槽１内に、使用済みオムツ３０ｋｇと菌
３０ｋｇの計６０ｋｇを投入して撹拌を行いながら撹拌
開始から１０分毎の温度変化を調べた（実験例１）。使
用済みオムツとは、オムツ内の吸収体に対してほぼ飽和
状態となる程度に糞尿等の排泄物が吸着され、また吸収
体に吸収しきれない排泄物、特に固形物は吸収体表面上
に載置された状態で残っている。また、用いられるオム
ツは使い捨てオムツであり、使用されている部材（カバ
ー、吸収体等）はセルロースを主成分とする生分解性の
ものである。

【００２５】なお、実施において菌とは、繰り返し使用
した菌を用いており、前回処理時における残渣に対し
て、水分を適度に含ませたもみガラを基材として混合し
合計３０ｋｇとした。

【００２６】一方、コントロール（比較例１）として、
発酵槽１内に上記同様の使用済みオムツ３０ｋｇともみ
ガラ３０ｋｇとの計６０ｋｇを投入して撹拌を行いなが
ら実験例１と同様に温度変化を調べた。なお、いずれの
場合においても発酵槽１に対する加温は行っていない。

【００２７】これらの温度変化の結果を図３に示す。同
図に示すように撹拌開始から８０分経過時付近までは両
者間に大きな相違はなく時間経過とともに緩やかに一定
（約０．５℃／ｍ）して温度上昇を続けている。

【００２８】８時間続けて撹拌を行った場合には、菌入
りが８７．２℃まで上昇したのに対して、コントロール
では７５．７℃の上昇に止まった。比較例１に使用した
オムツやもみガラにも他種のバチルス属等の一般細菌が
含まれていることを考慮すると、一般細菌では処理時の
温度が８０度を越えることはない。したがって、実験例
１と比較例１との温度差（１１．５℃）は、実験例１に
用いた特定のバチルス属細菌の代謝熱によるものと考え
ることが妥当である。

【００２９】なお、菌入りについて撹拌した後の残渣を
種菌として、再度実験を行った場合も同様の結果が得ら
れた。一方、残渣を感熱滅菌機において滅菌処理（１８
０℃・８時間）した後にこれを種菌として同様の実験を
行ったところ、菌入り時に見られたような温度上昇は見
られなかった。したがって、菌入りにおける温度上昇は
バチルス属細菌の代謝熱に依拠しているといえる。

【００３０】（実験２）発酵槽１内に、土壌６０ｋｇ
と、菌液１ｋｇとを投入して撹拌を行いながら上記実験
１と同様に温度変化を調べた（実験例２）。用いた土壌
は、一般的な花卉、蔬菜類の栽培に使用される農地から
採集した土壌である。また、菌液とは、前回の有機物処
理の残渣（約３ｋｇ）を蒸留水（約１０００ｍｌ）に混
合、撹拌した後、混合液をろ過し液体のみを分離したも
のである。これにより、前回の有機物処理の残渣内に含
まれていた特定のバチルス属細菌の多くがろ過後の液体
中に存在することとなる。

【００３１】一方、実験例１と同じ場所から採集した土
壌６０ｋｇのみを発酵槽１内に投入、撹拌を行いながら
実験例２と同様に温度変化を調べた（比較例２）。これ
らの温度変化の結果を図４に示す。同図に示すように撹
拌開始から２０分経過時付近までは両者間に大きな相違
はなく時間経過とともに比較的急激に温度上昇を続けて
いる（約１．５℃／ｍ）。

【００３２】その後、実験例２がほぼ同程度の温度上昇
を続け、１３０分後には１０１．１℃にまで至るのに対
して、比較例２の温度上昇の伸びは鈍化し１３０分経過
後には７２．７℃に至るに過ぎない。土壌中には一般細
菌（特に、バチルス属細菌等）が当然に含まれているこ
とから、比較例１と同様に一般細菌では処理時の温度が
８０度を越えることはない。したがって、実験例２と比
較例２との温度差（２８．４℃）は実験例２に用いた特
定のバチルス属細菌の代謝熱によるものと考えることが
妥当である。

【００３３】（実験３）発酵槽１内に、過去の処理の際
に生じた残渣のみを６０ｋｇ投入して撹拌を行い、上記
実験例１，２と同様に温度変化を調べた（実験例３）。
また、実験例３の比較対照とするために比較例３〜７を
準備した。各比較例について説明すると、生ゴミともみ
ガラ（稲の実を包んでいる外皮）とを等量ずつ合計６０
ｋｇとなるように調整し比較例３とし、もみガラのみ６
０ｋｇを比較例４とし、土壌と生ゴミを等量ずつ合計６
０ｋｇとなるように調整し比較例５とした。また、食品
残渣として排出された生ゴミのみ６０ｋｇを比較例６と
し、さらに実験２と同条件で採集した土壌のみ６０ｋｇ
を比較例７とした。これらの各比較例をそれぞれ個別に
発酵槽１内で撹拌を行いながら上記各実験例と同様に温
度変化を調べた。

【００３４】これらの温度変化の結果を図５に示す。同
図に示すように、実験例３は、ほぼ一定（約０．８℃／
ｍ）して温度上昇を続け撹拌開始から９０分後には８
９．１℃に達している。

【００３５】一方、比較例３〜７については、いずれも
ほぼ一定して温度上昇を続けているが、実験例３と比較
して温度の上昇率は低く、撹拌開始から９０分経過後に
おいても実験例３に見られたような高温には至らなかっ
た。

【００３６】比較例３〜７の中では、比較例３が相対的
に高温となるものの９０分経過した時点で６５℃程度で
あり、これは、もみガラ中に含まれている一般のバチル
ス属細菌をはじめとする土壌細菌が生ゴミを発酵、分解
する際に生じた代謝熱に依拠するものと推測される。し
かしながら、その上限は６５℃程度であり、一般細菌で
は８０℃を越えて継続して代謝が行われることはなかっ
た。

【００３７】上記実施形態の有機性廃棄物処理方法によ
れば、以下のような特徴を得ることができる。 （１）上記実施形態では、特定のバチルス属細菌を使用
することにより発酵槽１内が高温となる。このため、生
ゴミ等からの水分の蒸発効率が極めて高くなり、ゴミの
絶対量の低減が可能なる。

【００３８】（２）上記バチルス属細菌は、高温下でも
代謝機能を有している。したがって、高温下でも水分の
蒸発に併せて有機物の分解が可能となる。 （３）また、このバチルス属細菌は、高温下でも死滅し
ないことから繰り返して使用することができ、処理の毎
に発酵槽１内に新たに菌を投入する必要がなくなり経済
的である。

【００３９】（４）このバチルス属細菌の代謝熱等によ
って高温処理が可能となるため、発酵槽１に対してヒー
ター等の加温設備を要せず、有機物処理装置が簡素かつ
安価なものとなる。

【００４０】（５）高温で処理を行うため他の雑菌等は
死滅し、処理中の生ゴミ等の腐敗に伴う異臭等の問題が
生じにくい。 （６）廃棄物処理の結果、代謝産物としてたい肥が生じ
るため、処理後の残渣の二次的利用も可能となる。

【００４１】（７）このバチルス属細菌が有している高
温下で代謝機能を損なわない機構を解明することによ
り、今後のバイオテクノロジー分野における実験、研
究、事業の進歩が期待される。

【００４２】（８）また、例えば耐熱性酵素が得られた
場合、他の細菌に同酵素を導入することにより従来耐熱
性を備えていなかった細菌も耐熱性を得ることが可能に
なり利用分野が拡大する。

【００４３】なお、上記実施形態は以下のように変更し
てもよい。 ○発酵槽１として、他の種類の有機物処理槽を使用して
もよい。この場合、処理時に加温装置等による加温は不
要である。

【００４４】○処理対象となるものとしては、生ゴミ、
排泄物等に限らず他の有機物（動植物の死体、体液、代
謝産物等）でもよい。 ○上記バチルス菌に他種の細菌を一種以上ブレンドして
発酵槽１に投入してもよい。これにより相乗的な効果が
期待できる。

【００４５】○高温条件下において同様の代謝機能を備
えているものであれば、上記実施形態に示したバチルス
属細菌に限られず他の種類の細菌であってもよい。次に
上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想につい
て、それらの効果とともに以下に追記する。

【００４６】（１）前記有機化合物は、有機性廃棄物で
ある請求項１乃至４に記載の微生物、微生物を用いた有
機性廃棄物処理装置、有機性廃棄物処理方法。従って、
この（１）に記載の発明によれば、有機性廃棄物を処理
することができる。

【００４７】（２）前記微生物は、バチルス属細菌であ
る請求項１乃至４、上記技術的思想（１）に記載の微生
物、微生物を用いた有機性廃棄物処理装置、有機性廃棄
物方法。この（２）に記載の発明によれば、有機性廃棄
物を処理することができる。

【００４８】（３）前記微生物を用いて有機性廃棄物を
分解する請求項１乃至４、上記技術的思想（１）又は
（２）のいずれかに記載の有機化合物処理装置。

【００４９】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明では、効
率的に有機性化合物を処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施形態に係る有機性廃棄物処理装置の発
酵槽の部分断面図。

【図２】 図１に示した発酵槽の蓋部を取り外した状態
での平面図。

【図３】 実験１の温度変化を示すグラフ。

【図４】 実験２の温度変化を示すグラフ。

【図５】 実験３の温度変化を示すグラフ。

【符号の説明】

１‥発酵槽、２‥本体、３‥蓋部、４‥回転軸、５‥撹
拌羽。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4B065 AA01X AA15X AC02 AC20 BB04 BB22 BC31 CA55 4D004 AA02 AA03 AB01 BA04 CA18 CB04 CB27 CC07 4H061 AA02 CC47 CC55 EE66 GG18 GG48 LL02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 摂氏８０度から摂氏１１０度までの温度
   範囲において代謝機能を損なわない微生物。
2. 【請求項２】 前記代謝機能は、有機化合物に対する分
   解機能である請求項１に記載の微生物。
3. 【請求項３】 前記微生物は、細菌である請求項１又は
   ２に記載の微生物。
4. 【請求項４】 前記微生物を用いて有機性廃棄物を分解
   する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の有機化合物
   処理方法。