JP2007045661A

JP2007045661A - 建築廃木材の無害堆肥化方法

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Publication number: JP2007045661A
Application number: JP2005231466A
Authority: JP
Inventors: Seiji Taira; 政治平良
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2025-08-10
Also published as: JP5053529B2

Abstract

【課題】建築廃木材などの有害有機廃棄物の重金属除去と堆肥化は別々に行う必要があり、コスト及び時間の無駄となる。これらを同時に行うことで、有害有機廃棄物を短時日、低コストで無害な堆肥とすることが必要とされている。
【解決手段】フェリハイドライトは重金属とキレート結合をし、重金属を不活性化させる作用があるとともに、微生物の活動を活性化させる作用も有する。フェリハイドライトは、鉄イオン含有液と有機廃棄物とを混合することにより生成される。このようにして生成された混合物を、温度と水分率とを調整しながら発酵させることで、重金属の除去と堆肥化を短時日で行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は有機廃棄物に含まれる有害な重金属を無害化するとともに、短時日で発酵堆肥化して有機廃棄物の有効利用を図る技術に関する。

建築廃木材などの有機廃棄物は、処分場の容量が不足していることから埋設することが困難となってきており、焼却処分をするには二酸化炭素やダイオキシンが発生し環境負荷が大きい。したがって建築廃木材などの有機廃棄物をリサイクルして大地に還元再利用する技術が必要とされている。

建築廃木材は、銅、水銀、鉛など有害重金属を含むことが多い。これらの重金属は、生態系に深刻な悪影響を及ぼすことが知られている。これらの有害重金属類を低害化する方法は、特許文献１、２などに開示されている。これらの方法は有害重金属の捕集や低害化処理に関するもので、建築廃木材の低害化にも適用可能と考えられる。

また建築廃木材はリグニンやセルロースのような難分解性物質を含むため、有害有機物を分解し堆肥化するには通常約２年を要する。この問題を解決するため、特許文献３ではより短時日で堆肥化する方法を開示している。この方法によると、リグニンやセルロースを含む植物発生材に小麦フスマ及びその末粉を加え発酵させることで、３０から９０日で窒素含有物の少ない堆肥を得ることができる。

また建築廃木材を含む有機廃棄物の堆肥化及び重金属の低害化を同時に行う方法として、特許文献４または５に示されているように、フェリハイドライトを用いる方法がある。フェリハイドライトは表面で変異荷電特性をもつＯＨ基が、プラスのイオンを持つ重金属を吸着、キレート結合し、固定、不活性化させる性質を有するため、有機廃棄物の有害な重金属成分を減少させることができる。またフェリハイドライトは、微生物の活動を活性化する作用があるため、有機物の発酵を促進させることもできる。さらにフェリハイドライトは有機廃棄物を吸着する作用があることもわかっている。
特開平１０−２４２７６号公報特開平２００１−１４５８５９号公報特開２００２−１２６０号公報 WO０２／０７８８７１号公報特開２００３−３３５７９２号公報

しかし以上のような方法を用いても、有害重金属を含む有機廃棄物の堆肥化と重金属の低害化を同時にかつ短時日で行うことは不可能だった。堆肥化及び重金属の低害化を別々に行う場合や長時日を要する場合は、処理効率が悪くなり、さらに処理コストの増大を招く結果となっていた。

そこで本発明者らは、フェリハイドライトを用いて重金属を含む有機廃棄物を堆肥化及び低害化する場合に、温度と水分率を調整することで、重金属を含む有機廃棄物の低害化と堆肥化を同時かつ短時日で行う方法を完成するに至った。

すなわち、第一の発明は、有機廃棄物をチップ化し、チップ状有機廃棄物とするチップ化ステップと、前記チップ状有機廃棄物をｐH２以上３以下の強酸性液に浸漬する浸漬ステップと、前記浸漬ステップ後に取り出したチップ状有機廃棄物、土壌菌、土壌菌の栄養分、及び鉄イオン含有液とを混合して混合物を生成する混合物生成ステップと、前記混合物の温度と水分率を調整しながら前記チップ状有機廃棄物を発酵させる発酵ステップとからなる、有機廃棄物無害堆肥化方法を提供する。前記チップ状有機廃棄物の大きさは１ｍｍ^３以上２００ｍｍ^３以下とするのが好ましい。また、前記発酵ステップにおける水分率は６０％以上７０％以下であるのが好ましい。また、前記発酵ステップは、７０℃以上８５℃以下で前記チップ状有機廃棄物を発酵させる第一発酵ステップと、５０℃以上６０℃以下で前記チップ状有機廃棄物を発酵させる第二発酵ステップと、からなるのが好ましい。また、前記鉄イオン含有液は、ｐHが5以上7以下であるのが好ましい。また、前記鉄イオン含有液は、前記チップ状有機廃棄物と反応してフェリハイドライトを生成可能であるのが好ましい。また、前記有機廃棄物は、建築廃木材であっても良い。また、前記有機廃棄物は、さらに蓄糞、生ごみ、食品汚泥、のいずれか一以上を含んでいても良い。また、前記土壌菌の栄養分は、糖蜜を含んでいても良い。

第二の発明は、鉄イオン含有液と、土壌菌と、土壌菌の栄養分と、からなる有機廃棄物と混合するための堆肥製造用混合物を提供する。前記鉄イオン含有液は、ｐHが5以上7以下であるのが好ましい。また、前記鉄イオン含有液は、有機廃棄物と反応してフェリハイドライトを生成可能であっても良い。また、前記有機廃棄物は、重金属を含む有機廃棄物原料から、フェリハイドライトと重金属とのキレート結合により重金属の全部又は一部を無害化した後の残渣であっても良い。また、前記有機廃棄物は、建築廃木材であるのが好ましい。また、前記有機廃棄物は、さらに蓄糞、生ごみ、食品汚泥、のいずれか一以上を含んでいても良い。また、前記土壌菌の栄養分は、糖蜜を含んでいても良い。

本発明により、有機廃棄物に含まれる重金属の低害化と、有機廃棄物の堆肥化を同時にかつ短時日で行うことができる。その結果有機廃棄物の処理効率を向上させ、さらに処理費用を抑制することができる。

以下に本発明を実施するために最適な実施形態を説明する。

<本実施形態の概念>
図１に本実施形態の概念を表した。本実施形態は、鉄イオンと有機物との反応により生成されたフェリハイドライトのキレート効果により、建築廃木材などの有機廃棄物に含まれる重金属を低害化し、かつ有害廃棄物の堆肥化を同時に行うための堆肥製造用混合物及び有機廃棄物の低害化と堆肥化を同時に行う方法に関する。

<本実施形態の構成>
図２に本実施形態の堆肥製造用混合物（０２００）の構成を示した。堆肥製造用混合物（０２００）は、有機廃棄物を低害化及び堆肥化するための混合物である。本実施形態の堆肥製造用混合物は、鉄イオン含有液（０２０１）と、土壌菌（０２０２）と、土壌菌の栄養分（０２０３）と、からなる。

「鉄イオン含有液」（０２０１）は、主にＦｅ^２＋とＦｅ^３＋を含む。その他の成分として、硝酸根、亜硝酸根、リン、カルシウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、塩素、鉛、銅、亜鉛、マンガン、コバルト、ニッケル、総クロム、バナジウム、及びチタンなどを含んでいても良い。

鉄イオン含有液に含まれる鉄は、ｐＨによって異なる形態で存在する。ｐH３以下では、鉄はＦｅ^３+、ｐＨ３から４では、Ｆｅ^３+とＦｅ(ＯＨ)^２+、ｐＨ４から５では、Ｆｅ^３+、Ｆｅ(ＯＨ)^２+及びＦｅ(ＯＨ)_２ ⁺、ｐＨ５以上では、Ｆｅ(ＯＨ)^２+、Ｆｅ(ＯＨ)_２ ⁺及びＦｅ(ＯＨ)_３として存在する。また鉄イオンと有機化合物が反応してフェリハイドライトを形成するには鉄イオン含有液のｐＨが5以上であることが好ましい。

「鉄イオン含有液」（０２０１）は、ｐHが5以上7以下であるのが好ましい。ｐＨがこの範囲で、土壌菌が最も活発となり、堆肥化の効率が良くなるからである。

「鉄イオン含有液」（０２０１）は、有機廃棄物と反応してフェリハイドライトを生成可能であることが好ましい。フェリハイドライトは、化学式５Ｆｅ_２Ｏ_３・９Ｈ_２Ｏで表される非晶質鉄水和酸化物である。ただし、フェリハイドライトはこの化学式に限定されず、他の形態で存在することもある。フェリハイドライトは水酸化鉄、２価及び３価鉄イオンから化学式１〜３のような反応により生成されると考えられている。以下の式は例であって、この例に限られるものではない。

フェリハイドライトは、重金属を吸着、キレート化合物を形成し、重金属を不活性化させる性質を有することがわかっている。キレート化合物とは、１個の分子またはイオンの持つ２個以上の配位原子が、金属イオンを挟むようにしてできた環構造である。重金属と結合してキレート化合物を形成する多座配位子をキレート剤といい、フェリハイドライトの他に、ジメチルグリオキシム、ジチゾン、オキシン、アセチルアセトン、グリシンなどがある。フェリハイドライトは比表面積が１８０から２００m^２／ｇと大きく、重金属を吸着できる面積が広いため、重金属を含む有機廃棄物の低害化を行うのに適している。

重金属とは、一般に単体の密度が４．０ｇ/ｃｍ^３以上の金属元素をいう。スカンジウム以外の遷移金属、スズ、鉛、ビスマス、亜鉛、カドミウム、水銀などはいずれも重金属である。重金属は生態系にさまざまな悪影響を及ぼすことがわかっている。したがって重金属を含んだまま有機廃棄物を堆肥化すると、土壌が重金属で汚染され、近隣の生態系に悪影響を与える。本発明では重金属を低害化することでこのような被害を避けることができる。

またフェリハイドライトは、負電荷を持つ有機化合物の官能基とキレート結合して凝集する性質、及び鉄水和酸化物による有機化合物の分解を触媒する性質を有するため、有機化合物の吸着分解、不活性化により、ホルムアルデヒドなどの有害な有機化合物を含む有機廃棄物の浄化を行うことが可能となる。

鉄イオンはフェリハイドライトの原料となるだけでなく、微生物の活動を活発にさせる効果もある。したがって、鉄イオン含有液を土壌菌と混合することで、土壌菌の活動を活発にし、発酵を促進させ、より短時日で堆肥化を行うことができる。

「土壌菌」（０２０２）は有機廃棄物を堆肥化するために用いられるものであり、硫黄細菌群、麹菌群、枯草菌群、乳酸菌群、酵母菌群、担子菌群、放線菌群のいずれか一種以上からなる。これらの土壌菌を用いることにより、有機廃棄物に含まれるホルムアルデヒド、クロルピリホス、ダイアノジン、フェノルカルプなどの有害化学物質を無害な有機物に分解することができる。土壌菌は好気性菌と通性嫌気性菌とをそれぞれ約５０％ずつ含有するのが好ましい。好気性菌は酸素の多い環境で活動し、通性嫌気性菌は酸素の少ない環境で活動する菌である。このような配合率にすることで、有機物の酸化分解と還元分解をスムーズに行うことができる。

「土壌菌の栄養分」（０２０３）は、「土壌菌」（０２０２）の活動を活性化させるための物質である。土壌菌の栄養分の例として、でんぷん、窒素化合物、リン化合物、種皮類、搾油かす、コーヒーかすなどが挙げられる。

「土壌菌の栄養分」（０２０３）としては糖蜜を含むことが好ましい。糖蜜とは、甘しゃ(サトウキビ)の糖汁から原糖(粗糖)を製造、または原糖を精製する際や、甜菜から甜菜糖を生産する際に発生する副産物で比重１．４の、粘着性のある茶褐色の液体である。砂糖製造の副産物であり、その中には４０％から６０％の糖分が含まれている。糖蜜はこのように自然物から精製されるので、環境に悪影響を与えることがない。

有機廃棄物は、土壌菌が分解できる有機物であれば全て含まれる。具体的には、生ごみ、蓄糞、食品汚泥、古紙、汚泥などが挙げられる。

本発明においては、有機廃棄物として建築廃木材とすることができる。建築廃木材とは、木造住宅の使用後の柱、床、壁等に用いられている木材であって、このような木造住宅を破壊して得た廃木材を指す。建築廃木材はリグニンやセルロースなどの難分解物質を多く含むため、従来の技術では堆肥化に約２年の時日を必要としていたが、本実施形態では、約６ヶ月で堆肥化を行うことができ、かつ重金属の低害化を同時に行うことができる。

有機廃棄物は、さらに蓄糞、生ごみ、食品汚泥、のいずれか一以上を含んでいても良い。蓄糞とは、牛、豚、鶏などの糞である。生ごみとは、家庭や食品工場から廃棄される食品の廃棄物である。食品汚泥とは、家庭や食品工場から廃棄される有機物である。これらの有機廃棄物は、土壌菌の栄養分ともなり、土壌菌の活動を活発にさせるため、堆肥化をより短時日で行うことができる。

十分な時日が経過した後の堆肥製造用混合物における有機廃棄物は、重金属を含む有機廃棄物原料から、フェリハイドライトと重金属とのキレート結合により重金属の全部又は一部を無害化した後の残渣となる。この残渣は、重金属が生態系に害を及ぼさない程度に低害化されたものである。

<本実施形態の処理の流れ>
図３に本実施形態の有機廃棄物無害堆肥化方法の具体的な処理の流れの一例を表した。本実施形態の有機廃棄物無害堆肥化方法は、チップ化ステップ（Ｓ０３０１）と、浸漬ステップ（Ｓ０３０２）と、混合物生成ステップ（Ｓ０３０３）と、発酵ステップ（Ｓ０３０４）とからなる。

チップ化ステップ（Ｓ０３０１）は、有機廃棄物をチップ化し、チップ状有機廃棄物とする。このようにチップ化するのは、有機廃棄物の比表面積を増やすことで、フェリハイドライトや土壌菌との接触機会を増やし、堆肥化及び重金属の低害化を促進させるためである。

チップ状有機廃棄物は、大きさを１ｍｍ^３以上２００ｍｍ^３とするのが好ましい。チップ状有機廃棄物の大きさを１ｍｍ^３以下とすると、有機廃棄物の体積が増加し、処理効率が悪くなるため好ましくない。また、チップ状有機廃棄物の大きさを２００ｍｍ^３以上とすると、有機廃棄物の比表面積が小さく、堆肥化及び重金属の低害化が十分に行われないおそれがあるため好ましくない。

浸漬ステップ（Ｓ０３０２）では、前記チップ状有機廃棄物をｐH２以上３以下の強酸性液に浸漬する。このステップでは、強酸性の溶液によりにチップ状有機廃棄物に含まれる土壌菌以外の雑菌を死滅させることを目的とする。ｐＨをこのように限定したのは、ｐＨ２以下では、チップ状有機廃棄物が強酸性溶液と反応するおそれがあり、ｐＨ３以上では雑菌が死滅しないからである。浸漬時間は３０分から１時間であることが好ましい。この程度の時間で雑菌は死滅するからである。

浸漬ステップ（Ｓ０３０２）で用いる強酸性液は、鉄イオン含有液としても良い。鉄イオン含有液は有機廃棄物と反応してフェリハイドライトを生成し、生成されたフェリハイドライトと重金属とのキレート反応により、重金属が低害化される。

混合物生成ステップ（Ｓ０３０３）では、浸漬ステップ（Ｓ０３０２）後に取り出したチップ状有機廃棄物、土壌菌、土壌菌の栄養分、及び鉄イオン含有液とを混合して混合物を生成する。土壌菌、土壌菌の栄養分及び鉄イオン含有液については、前述したとおりである。

発酵ステップ（Ｓ０３０４）では、前記混合物の温度と水分率を調整しながら前記チップ状有機廃棄物を発酵させる。このステップでは、チップ状有機廃棄物を発酵させるだけでなく、温度と水分率を調整することで、堆肥化及び重金属の低害化を促進し、処理効率が向上する。発酵ステップは約６ヶ月の時日を要する。

発酵ステップ（Ｓ０３０４）における水分率は６０％以上７０％以下であることが好ましい。さらに好ましくは、水分率は６５％である。水分率をこのように調整すると土壌菌の活動が最も活発となるからである。

図４に、発酵ステップがさらに、第一発酵ステップ（Ｓ０４０４）と第二発酵ステップ（Ｓ０４０５）の２つのステップに分かれている場合の処理の流れを示す。チップ化ステップ（Ｓ０４０１）、浸漬ステップ（Ｓ０４０２）、混合物生成ステップ（Ｓ０４０３）については、図３と同様である。

第一発酵ステップ（Ｓ０４０４）は、７０℃以上８５℃以下で前記チップ状有機廃棄物を発酵させる。このステップでは、鉄イオン含有液を散布しながら水分率を調整して堆積発酵させ、これを数回繰り返す。このステップは約５〜７日を要する。

第二発酵ステップ（Ｓ０４０５）では、５０℃以上６０℃以下で前記チップ状有機廃棄物を発酵させる。このステップは５０日〜６ヶ月を要する。このように発酵ステップを２つに分けることで、堆肥化をより効率的に行うことができ、処理に要する時日を短縮することができる。

以下、本実施形態の実施例を説明する。鉄イオン含有液として用いた株式会社テクノ大地製「テクノ大地X」の成分を表１に示す。また土壌菌として同社製「テクノブレンド」、土壌菌の栄養分として糖蜜を用いた。

建築廃木材２００ｋｇを、シュレッダーにより破砕して細分化した後、テクノ大地Xに約３０分浸漬し、建築廃木材に付着している雑菌を死滅させた。その後取り出した建築廃木材を水切りして、テクノ大地Ｘ２０ｌ、糖蜜０．２?、テクノブレンド０．２ｋｇ、鶏糞４０ｋｇを混合して混合物とした。混合物に水分を加え、水分率が６５％、温度が７５℃となるように調整して一次発酵を行った。一次発酵を開始してから７日間でテクノ大地Ｘ及び水分の散布を数回行って、温度と水分率の調整を行った。

次に混合物の温度を６０℃、水分率を６５％として二次発酵を行った。二次発酵を開始してから、６ヶ月経過後、建築廃木材は堆肥化され、重金属も生態系に害を及ぼさない程度に低害化された。

本発明の概念を表した図。本発明の堆肥製造用混合物の構成を表した図。本発明の処理の流れの一例を表した図。本発明の処理の流れの別の一例を表した図。

Claims

有機廃棄物をチップ化し、チップ状有機廃棄物とするチップ化ステップと、
前記チップ状有機廃棄物をｐH2以上3以下の強酸性液に浸漬する浸漬ステップと、
前記浸漬ステップ後に取り出したチップ状有機廃棄物、土壌菌、土壌菌の栄養分、及び鉄イオン含有液とを混合して混合物を生成する混合物生成ステップと、
前記混合物の温度と水分率を調整しながら前記チップ状有機廃棄物を発酵させる発酵ステップとからなる、有機廃棄物無害堆肥化方法。
前記チップ状有機廃棄物の大きさが１ｍｍ^３以上２００ｍｍ^３以下である、請求項１に記載の有機廃棄物無害堆肥化方法。
前記発酵ステップにおける水分率は６０％以上７０％以下である、請求項１または２に記載の有機廃棄物無害堆肥化方法。
前記発酵ステップが、
７０℃以上８５℃以下で前記チップ状有機廃棄物を発酵させる第一発酵ステップと、
５０℃以上６０℃以下で前記チップ状有機廃棄物を発酵させる第二発酵ステップと、からなる請求項１から３のいずれか一に記載の有機廃棄物無害堆肥化方法。
前記鉄イオン含有液は、ｐHが5以上7以下である、請求項１から４のいずれか一に記載の有機廃棄物無害堆肥化方法。
前記鉄イオン含有液は、前記チップ状有機廃棄物と反応してフェリハイドライトを生成可能である、請求項１から５のいずれか一に記載の有機廃棄物無害堆肥化方法。
前記有機廃棄物は、建築廃木材である、請求項１から６のいずれか一に記載の有機廃棄物無害堆肥化方法。
前記有機廃棄物は、さらに蓄糞、生ごみ、食品汚泥、のいずれか一以上を含む、請求項７に記載の有機廃棄物無害堆肥化方法。
前記土壌菌の栄養分は、糖蜜を含む、請求項１から８のいずれか一に記載の有機廃棄物無害堆肥化方法。
鉄イオン含有液と、土壌菌と、土壌菌の栄養分と、からなる有機廃棄物と混合するための堆肥製造用混合物。
前記鉄イオン含有液は、ｐHが5以上7以下である請求項１０に記載の堆肥製造用混合物。
前記鉄イオン含有液は、有機廃棄物と反応してフェリハイドライトを生成可能である、請求項１０または１１に記載の堆肥製造用混合物。
前記有機廃棄物は、重金属を含む有機廃棄物原料から、フェリハイドライトと重金属とのキレート結合により重金属の全部又は一部を無害化した後の残渣である請求項１２に記載の堆肥製造用混合物。
前記有機廃棄物は、建築廃木材である請求項１０から１３のいずれか一に記載の堆肥製造用混合物。
前記有機廃棄物は、さらに蓄糞、生ごみ、食品汚泥、のいずれか一以上を含む請求項１４に記載の堆肥製造用混合物。
前記土壌菌の栄養分は、糖蜜を含む請求項１０から１５のいずれか一に記載の堆肥製造用混合物。