JP2006206678A - ライムケーキを主成分とする土壌改良材、水質浄化中和剤、及びそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製糖工場から排出されるライムケーキの有効利用を図ることが可能であるとともに、土壌改良材、及び水質浄化中和剤としての機能のみならず、植物の成長を促進させる土壌改良材としての作用を併せ持ち、且つ製造に要するコストが安価ですむライムケーキを主成分とする土壌改良材、水質浄化中和剤、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 ビート糖の製造過程で生じるライムケーキに、貝化石を混合した後、８０°Ｃ〜２００°Ｃの温度でロータリーキルン１４内で乾燥し、含有する水分を１５重量％以下とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ライムケーキを主成分とする土壌改良材、及び水質浄化中和剤、及びその製造方法に係わり、詳しくは甜菜（ビート）から砂糖を製造する過程で生じるライムケーキを主成分とする土壌改良材、水質浄化中和剤、及びそれらの製造方法に関する。

甜菜（ビート）から砂糖を製造する過程では、ビートの滲出汁から不純物を除去して、純度の高い砂糖を回収するために生石灰を添加し、炭酸ガスと反応させることにより非糖分を吸着、除去する。具体的には、ビートを細かく裁断し、温水中に糖分を滲出させ、この滲出汁に石灰乳を加えるとともに、炭酸ガスを吹き込んで生成する炭酸カルシウムの沈殿物に、不純物を吸着させて濾過することにより生じた残渣がいわゆるライムケーキである。

このライムケーキは、北海道地域を例にとると、年間２０万トンから３０万トンほど発生しており、石灰（炭酸カルシウム）を多く含むことから、土壌の酸性化を防止する土壌改良材として利用されているが、多くは廃棄物として埋め立て処分され、その有効利用は今なお喫緊の課題である。
再利用が進展しない原因としては、ライムケーキは、脱水処理した後もなお３０重量％前後の水分を含んでいるため、農作業の際、散布機などの農機具を利用した土壌散布に適さないなど、その取り扱いに手間がかかると言った点が理由として挙げられる。また、ライムケーキ独特の好ましくない臭い、不快な臭いがあることも再利用を妨げる要因である。

従来、ライムケーキの再利用方法として、特開2002-223800号公報記載の発明が公知である。同公報には、ライムケーキ（ＣａＣＯ_３）に炭酸ナトリウム又は水酸化ナトリウムを添加した後、脱水、造粒、焼成を行うことによってライムケーキを生石灰化して再利用する旨、開示されている。
特開2002-223800号公報

また、特開2002-331300号公報には、含水ライムケーキに、乾燥粉を添加することで、水分含有量を２５〜３０重量％の範囲で調整し、得られた水分調整ライムケーキを押出造粒した後、８０〜２００°Ｃの温度で乾燥してなる脱水ライムケーキ造粒乾燥品に関する発明が開示されている。同発明によれば、土壌改良材としては最適な粒度、強度を有することとなり、ライムケーキの有効利用に資するとされている。
特開2002-331300号公報

しかしながら、前述した特開2002-223800号記載のライムケーキを石灰化する方法は、脱水、造粒、焼成の各工程が必要なため、石灰化に要する費用が非常にかかる。つまり、石灰化に要する費用が、通常の石灰の販売価格を大幅に上回り、費用対効果という点からは現実的な方法とは言えない。

特開2002-331300号公報記載の脱水ライムケーキ造粒乾燥品に関する発明では、含水量が依然として２５重量％〜３０重量％であり、土壌改良材としての取り扱いに不便さが残る。また、同公報記載の発明は、含水ライムケーキに乾燥粉を添加した後、ダイスを利用した押し出し造粒を行い、その上で乾燥処理を行うと言う複雑な工程を必要とし、製造に要するコスト高を招くと言う問題があった。さらに、同公報には、土壌改良材としての具体的な成分については明示されておらず、植物の成長促進という点からは不十分な点がある。

本発明は、このような諸事情に対処するために提案されたものであって、製糖工場から排出されるライムケーキの有効利用を図ることが可能であるとともに、土壌改良材としての機能のみならず、植物の成長を促進させる肥料としての作用を併せ持ち、且つ製造に要するコストが安価ですむライムケーキを主成分とする土壌改良材、及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、土壌改良材としての用途のみならず、水質を浄化し中和剤としても使用可能なライムケーキを主成分とする水質浄化剤、及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ビート糖の製造過程で生じるライムケーキに、貝化石を混合してなることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、ビート糖の製造過程で生じるライムケーキに、貝化石を混合した後、８０°Ｃ〜２００°Ｃの温度で乾燥し、含有する水分を１５重量％以下とすることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２において、前記ライムケーキが約５０〜８０重量％に対し、前記貝化石が５０〜２０重量％であることを特徴とする

請求項４記載の発明は、請求項１〜３において、前記貝化石は、アラゴナイトであることを特徴とする。アラゴナイトとは、二枚貝（例えばホタテ）、巻き貝などの各種貝類、海藻類の魚介類、珊瑚、有機物、海水中の微量成分、微生物などが埋没堆積して地層化したものを採掘加工したものである。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４において、ビート糖の製造過程で生じるライムケーキと貝化石との混合物に、更に鉱滓を加えてなることを特徴とする。鉱滓とは製鉄等、金属の精錬の過程で生じる廃棄物を指し、珪酸、マグネシウム、アルミナ、亜鉛などの各種の元素を含む。

上述のように、請求項１乃至４記載の発明によれば、ビート糖の製糖工場で排出されるライムケーキの有効利用に資することが可能である。

特に、請求項２記載の発明によれば、含有する水分を１５重量％以下としたので、土壌に散布する際の取り扱いが容易となる。また、ライムケーキ独特の好ましくない臭いを除去することができる。

請求項４記載の発明によれば、ライムケーキに、同じ炭酸カルシウムでも、通常の石灰（カルサイト）とは異なる結晶構造を有するアラゴナイトを添加することにより、土壌改良材としての適した成分を有することとなり、植物の成長促進作用が向上する。また、貝化石のアラゴナイトは、水分中のヘドロを吸着し、凝固させる性質を有するので、水質を浄化し、中和する作用を同時に併せ持ち、ライムケーキのアルカリ成分とも相まって水質を中性化する効果がある。

請求項５記載の発明によれば、ライムケーキ並びに貝化石との混合物に、鉱滓を加えている。鉱滓は、珪酸、マグネシウム、アルミナ、亜鉛などの各種の元素を含み、土壌改良材としての活性を高めることができる。

以下、本発明に係るライムケーキを主成分とする土壌改良材、水質浄化中和剤、及びそれらの製造方法の好適な実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るライムケーキを主成分とする土壌改良材、及び水質浄化中和剤の製造を行う製造装置の構成機器を示すブロック図である。

まず、本実施形態における土壌改良材、及び水質浄化中和剤の製造方法の各工程について説明する。図１に示される土壌改良材、及び水質浄化中和剤の製造装置は、混練機１０と、ベルトコンベア１２と、ロータリーキルン（乾燥機）１４等とを備えて構成されている。混練機１０は、ライムケーキと貝化石とが投入されるホッパであり、投入されたライムケーキと貝化石とは、ホッパの内側に設けられた図示しない攪拌翼によって均一に混練された後、ベルトコンベア１２によってロータリーキルン１４の投入口１５へと移送される。

ロータリーキルン１４の側端部には、熱風を吹き出す燃焼バーナ１６が設置されており、ロータリーキルン１４内に熱風を送り込むようになっている。図２の断面図に示されるように、ロータリーキルン１４は、外筒１４Ａ、内筒1４Ｂとを備えた二重構造となっており、ロータリーキルン１４内に移送されたライムケーキと貝化石とは、まず、内筒１４Ｂ内に投入され、一点鎖線で示す矢印Ａのように、内筒１４Ａを移動しながら外筒１４Ａへと導かれていく。

この過程で、ライムケーキと貝化石とは、ロータリーキルン１４内で熱風による乾燥が施され、水分含有量が１５重量％以下に調整される。この際、ロータリーキルン１４内の温度は、８０°Ｃ〜２００°Ｃの範囲であり、目的とする水分含有量に応じて適切な温度となるように乾燥作業が実施される。ここで、ロータリーキルン１４内の温度は、外筒１４Ａに挿し込まれた熱電対等の温度計１９によって計測されており、この温度計１９により検出された温度に基づいて焼成温度をコントロールする。

ロータリーキルン１４には、煙を排出する煙突１８、ロータリーキルン１４内で発生する煙を浄化するクリーナ２０が設置されている。ロータリーキルン１４内を流動して乾燥されたライムケーキ及び貝化石は、粉末状となって排出口２２より外部へ導かれた後、袋詰めされ、土壌改良材、及び水質浄化中和剤の最終製品となる。

前述したように、ライムケーキは、甜菜（ビート）糖を製造する過程で、ビートの滲出汁から不純物を除去する際に添加された生石灰が沈殿して生成された残渣であり、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）が主な成分である。貝化石は、いわゆるアラゴナイトが代表的なものであり、アラゴナイトは石灰石と同様に炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）を主な成分としている。一方で、通常の石灰（カルサイト）が三方晶系の結晶構造を採るのに対し、アラゴナイトは斜方晶系（アラレ石型構造・硝酸カリウム型構造）の結晶構造をもつとともに、動物由来の腐植フミン酸と結合したカリウムなどの塩基類を多く含み、酸性を中和すると同時に地中における浸透力が非常に強く、持続時間が長いという特徴を有している。このため、土壌の通気性を高めて植物の根の発育を促進する性質があり、また、アラゴナイトの炭酸カルシウムは、動物体のタンパク質より形成された極めて微細な粒子の集合なため、通常の石灰と比較して酵素類の活性化に非常に優れ、土壌改良材として極めて有用なことが知られている。

このような貝化石（アラゴナイト）とライムケーキとを混合するのは、本発明者が、ライムケーキの有効利用を図ることを意図したことに加えて、従来のライムケーキの再利用品とは異なる優れた効果を有することを見いだしたところにある。つまり、アラゴナイトをライムケーキに混合することで、ライムケーキに含まれている炭酸カルシウムと、異なる結晶構造であるアラゴナイトの炭酸カルシウムとが相乗効果をもたらし、土壌中で有効に作用するようになる。

また、高価なアラゴナイトをライムケーキに混合することで、単なる炭酸カルシウム系の肥料とは異なる優れた土壌改良材を、安価に提供することが可能となった。さらに、ライムケーキをアラゴナイトと混合してロータリーキルンで水分含有量を１５重量％以下に乾燥させることで、農機具を利用した機械散布が可能になるなど、取り扱いが非常に容易となり、且つライムケーキ独特の臭いを除去することができる。

なお、ライムケーキ並びにアラゴナイトに鉱滓を加えてもよい。鉱滓とは製鉄等、金属の精錬の過程で生じる廃棄物を指し、珪酸、マグネシウム、アルミナ、亜鉛などの各種の元素を含み、土壌中に有用に作用する。

以下、本実施形態のライムケーキを主成分とする土壌改良材、及び水質浄化中和剤の実際の実施例について説明する。
（実施例１）
表１は、ライムケーキ７０重量％に対し貝化石（アラゴナイト）を３０重量％、混合したもの、又、ライムケーキ５０重量％に対し貝化石（アラゴナイト）を５０重量％ずつ混合したものを、それぞれロータリーキルン１４内で１００°Ｃで熱風乾燥の処理を施してなる土壌改良材の成分の分析結果を示している。

表１に示されるように、ライムケーキ７０重量％に対し貝化石（アラゴナイト）を３０重量％混合した各土壌改良材1は、水分含有量が約１３重量％となっている。また、ライムケーキ５０重量％に対し貝化石（アラゴナイト）を５０重量％ずつ混合し、乾燥処理を行った土壌改良材2では、水分含有量３．７重量％と従来のライムケーキ再利用品に比較して大幅に低減されていることが分かる。
さらに、土壌改良材1、2は、とともに窒素、リン酸、加里、マグネシウムと言った栄養素を含み、ｐＨ９前後でアルカリ分が３５重量％と土壌改良材としての適当な成分比を有している。

また、土壌改良材1、2は、他の用途として、水質浄化中和剤として利用することもできる。水中でのアラゴナイトは、水質中のヘドロから発生するアンモニア、メタン、硫化水素等、汚染の原因となる元素群を貝化石構造に再配位させ、ヘドロの汚れを分解して沈殿させる作用があるとともに、ヘドロを吸着し、凝固させる資質を有しているためである。つまり、アラゴナイト及びライムケーキは、その成分である炭酸カルシウムの作用によって、ヘドロを方解石化し、水底に沈めて固めるように働くとともに、重金属や油、亜硫酸ガス等を吸収し、水質を浄化する。更に、表１に示されるように、土壌改良材1、2のそれぞれのｐＨは９前後であり、土壌改良材としての用途に加えて、工場廃水などの中和剤として最適な性質を有していることが分かる。

以上説明したように、本実施形態のライムケーキを主成分とする土壌改良材によれば、ライムケーキにアラゴナイトを混合した上で乾燥処理を行うことにより、異なる結晶構造を有するアラゴナイトの炭酸カルシウムが、ライムケーキの炭酸カルシウムに対して相乗効果をもたらし、含有する水分量を低下させ、且つ栄養面でも従来のライムケーキ利用の土壌改良材とは異なる優れた効果を奏する。また、本実施形態の水質浄化中和剤は、アラゴナイトにライムケーキを混合することによってｐＨが９前後と強アルカリ性になるので、アラゴナイトが元々有する水質浄化能に加え、工場廃水などの中和剤として有用な性質を付与することが可能となっている。

なお、本実施形態では、ライムケーキと貝化石との混合物の乾燥処理を、ロータリーキルンを利用して行っているが、これに限らず、流動乾燥炉、ドライヤー等、各種の乾燥装置を利用することが可能である。また、貝化石の一例として、アラゴナイトを挙げたが、これに限らず、古代海底の堆積物であれば、ライムケーキに混合して土壌改良材、及び水質浄化中和剤として利用することが可能である。

以上説明したように、本発明によれば、ビート糖の製糖工場で排出されるライムケーキの有効利用に資することが可能である。また、含有する水分を１５重量％以下としたので、土壌に散布する際の取り扱いが容易となる。また、ライムケーキ独特の不快な臭いを除去することができる。さらに、ライムケーキにアラゴナイトを添加することにより、土壌改良材及び水質浄化中和剤としての適した成分を有することとなる。

本発明の一実施形態に係るライムケーキを主成分とする土壌改良材、及び水質浄化中和剤の製造を行う際に使用される製造装置の構成機器を示すブロック図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図である。

符号の説明

１０ 混練機
１２ ベルトコンベア
１４ ロータリーキルン
１４Ａ 外筒
１４Ｂ 内筒
１５ 投入口
１６ 燃焼バーナ
１８ 煙突
１９ 温度計
２０ クリーナ
２２ 排出口

Claims (5)

1. ビート糖の製造過程で生じるライムケーキに、貝化石を混合してなることを特徴とするライムケーキを主成分とする土壌改良材、及び水質浄化中和剤。
2. ビート糖の製造過程で生じるライムケーキに、貝化石を混合した後、８０°Ｃ〜２００°Ｃの温度で乾燥し、含有する水分を１５重量％以下とすることを特徴とするライムケーキを主成分とする土壌改良材、水質浄化中和剤、及びそれらの製造方法。
3. 前記ライムケーキが約５０〜８０重量％に対し、前記貝化石が５０〜２０重量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載のライムケーキを主成分とする土壌改良材、水質浄化中和剤、及びそれらの製造方法。
4. 前記貝化石は、アラゴナイトであることを特徴とする請求項１〜３に記載のライムケーキを主成分とする土壌改良材、水質浄化中和剤、及びそれらの製造方法。
5. ビート糖の製造過程で生じるライムケーキと貝化石との混合物に、更に鉱滓を加えてなることを特徴とする請求項１〜４に記載のライムケーキを主成分とする土壌改良材、及びその製造方法。
   
   

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