JP2011031217A - 有機廃棄物の処理方法並びに有機物分解活性を有する複合菌群の培養方法及び該複合菌群が培養された培地 - Google Patents

Abstract

【課題】有機廃棄物中の有機物を分解消滅させる能力に優れ、悪臭の発生を抑制した微生物を利用した有機廃棄物の処理方法を提供する。
【解決手段】有機物分解活性を有する好気性菌群と、有機物分解活性を有する通性嫌気性菌群とを含む複合菌群を有機廃棄物に混合し、有機廃棄物を分解する有機廃棄物の処理方法。該処理方法によると、有機廃棄物中の有機物をムラなく分解処理できるため、悪臭が少なく有機廃棄物の減量化が達成でき、分解後の処理物を肥料や飼料に再利用できる。
【選択図】なし

Description

本発明は、有機廃棄物の処理方法並びに有機物分解活性を有する複合菌群の培養方法及び該複合菌群が培養された培地に関する。更に詳しくは、有機物分解活性を有する複合菌群を利用した有機廃棄物の処理方法並びに該処理方法に適した複合菌群の培養方法及び該複合菌群が培養された培地に係るものである。

生ごみや食品加工製造業などにおける動植物性残渣などの有機廃棄物の処理方法として、微生物による発酵を利用して廃棄物中の有機物を分解する方法があり、焼却処理や埋め立てと比較してエネルギーの点で有利であり、環境に優しい技術である。

このような微生物を利用した有機廃棄物の処理方法に使用される微生物として、例えばシュードモナス属、アシゾバクター属等の好気性菌が一般的に使用されている。そして、微生物方式の生ごみ処理装置において主流となっているのは、木材チップなど有機基材と生ごみとを好気性条件下で混合させ、基材に担持させた好気性菌によって生ごみを好気性分解するようにした方式のものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２６３６１５号公報

しかしながら、このような好気性菌の好気性分解を利用した有機廃棄物の処理方法では、生ごみの有機物の分解が活発であるほど、分解に伴って多くのガスが発生するが、好気性分解は一般にアルカリ性領域で行なわれるので、タンパク質の分解によって多量のアンモニアが放出され、アンモニアガスによって悪臭が発生し易いという問題がある。また、有機廃棄物の処理量が多すぎる場合や油分、糖類の割合が極めて高い有機廃棄物を処理する場合には、分解に必要な酸素の消費量が特に増加するため、酸素不足状態となって好気性菌の活動が低下する。その結果、分解処理能力が大幅に低下してしまう。また、偏性嫌気性菌が増え、腐敗臭を発生するという問題もある。

このような問題を回避するために、換気ファンなどによって空気を有機廃棄物に供給するエアレーションが行われる。しかしながら、小規模業務用処理槽などでは、エアレーション設備が備えられていないことも多い。また、エアレーションを行った場合でも、有機廃棄物中の局所的な酸素不足を回避することは容易ではなく、上述の問題が発生する場合がある。

従って、若干の酸素不足の条件下においても、短時間に効率的に有機廃棄物を分解でき、分解処理中の臭気の発生および分解産物の臭気の少ない有機廃棄物分解処理方法が望まれている。

かかる状況下、本発明の目的は、有機廃棄物中の有機物をムラなく分解消滅させる能力に優れ、悪臭の発生を抑制した微生物を利用した有機廃棄物の処理方法を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、下記の発明が上記目的に合致することを見出し、本発明に至った。

すなわち、本発明は、以下の発明に係るものである。
＜１＞ 有機物分解活性を有する好気性菌群と、有機物分解活性を有する通性嫌気性菌群とを含む複合菌群を有機廃棄物に混合し、有機廃棄物を分解する有機物分解活性を有する複合菌群を利用した有機廃棄物の処理方法。
＜２＞ 好気性菌群が、シュードモナス属ＦＫ９１６菌を含む前記＜１＞記載の有機廃棄物の処理方法。
＜３＞ 通性嫌気性菌群が、乳酸菌、酵母及び光合成細菌からなる群より選ばれた少なくとも１種を含む前記＜１＞または＜２＞記載の有機廃棄物の処理方法。
＜４＞ 複合菌群が、さらにブロメライン酵素を含む前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の有機廃棄物の処理方法。
＜５＞ 有機物分解活性を有する好気性菌群と、有機物分解活性を有する通性嫌気性菌群とを培地にて培養する、有機物分解活性を有する好気性菌群と有機物分解活性を有する通性嫌気性菌群とからなる複合菌群の培養方法。
＜６＞ 培地が、米糠と杉チップを混合した培地である前記＜５＞記載の複合菌群の培養方法。
＜７＞ 培地が、塩化ナトリウムを添加されてなる前記＜５＞または＜６＞記載の複合菌群の培養方法。
＜８＞ 好気性菌群が、シュードモナス属ＦＫ９１６菌を含む前記＜５＞から＜７＞のいずれかに記載の複合菌群の培養方法。
＜９＞ 通性嫌気性菌群が、乳酸菌、酵母及び光合成細菌からなる群より選ばれた少なくとも１種を含む前記＜５＞から＜８＞のいずれかに記載の複合菌群の培養方法。
＜１０＞ 複合菌群が、さらにブロメライン酵素を含む前記＜５＞から＜９＞のいずれかに記載の複合菌群の培養方法。
＜１１＞ 前記＜５＞から＜１０＞のいずれかの方法で得られる、有機物分解活性を有する好気性菌群と有機物分解活性を有する通性嫌気性菌群とからなる複合菌群が培養された培地。

本発明によると、有機廃棄物中の有機物をムラなく分解処理できるため、悪臭が少なく有機廃棄物の減量化が達成でき、分解後の処理物を肥料や飼料に再利用できる。

以下、本発明につき詳細に説明する。
本発明は、有機物分解活性を有する好気性菌群と、有機物分解活性を有する通性嫌気性菌群とを含む複合菌群を有機廃棄物に混合し、有機廃棄物を分解する有機廃棄物の処理方法（以下、「本発明の処理方法」と称す。）に係るものである。
なお、本発明において、「菌群」とは、一種類の菌類からなる集合体および複数の菌類を含む集合体を意味する。

本発明の処理方法の特徴の一つは、有機物分解活性が高いが酸素を必須する好気性菌群と、嫌気性条件下で酸素存在下でも生存可能である有機物分解活性を有する通性嫌気性菌群を併用した複合菌群（以下、「本発明の複合菌群」と呼ぶ場合がある。）を使用したことにある。
そのため、攪拌やエアレーション等により、有機廃棄物中に空気が十分に存在する状況下においては、好気性菌群が主に有機廃棄物中の有機物を分解する。そして、若干不足する条件下においても菌類が死滅することなく、有機物分解活性を保つことができる。そのため、本発明の処理方法では、小型生ゴミ処理装置などで、特別な攪拌設備がなく、全体に空気が十分に行き渡らなくても有機廃棄物が分解できるという利点がある。

本発明の複合菌群における好気性菌群は、少なくとも一種の有機物分解活性を有する好気性菌を含む１種または２種以上の好気性菌からなる菌群である。
有機物分解活性を有する好気性菌として、これに該当するいかなる菌を使用してもよいが、シュードモナス属ＦＫ９１６菌を含むことが好ましい。

シュードモナス属ＦＫ９１６菌は、２５℃程度の温度で充分な水分及び酸素が存在すると好気的分解作用にて有機廃棄物中の有機物を低分子有機物に転換し、最終的には二酸化炭素、水にまで分解する。また、シュードモナス属微生物は、酸素共存下において、アンモニアを窒素まで分解することができる。

そのため、シュードモナス属ＦＫ９１６菌株は、他の微生物と共同して、悪臭ガス成分であるＮＨ₃を変換し、脱窒過程を経由してアンモニアの悪臭及び刺激臭成分を除去することができる。また、シュードモナス属ＦＫ９１６菌は、悪臭成分のリン、硫化水素、アセトンを生成しない特性を持っている。シュードモナス属ＦＫ９１６菌株は生ゴミ、産業排水の活性汚泥脱水ケーキ、下水処理場の脱水ケーキ、濃縮汚泥、等の有機廃棄物の処理に利用できる。

また、本発明の複合菌群における通性嫌気性菌群は、少なくとも一種の有機物分解活性を有する通性嫌気性菌を含む１種または２種以上の通性嫌気性菌からなる菌群である。通性嫌気性菌群によって分解された有機廃棄物から生成する有機酸などの処理生成物をさらに好気性細菌により分解することによって、無機物にまで分解することができるため、有機廃棄物の減量率がより大きくなる。

有機物分解活性を有する通性嫌気性菌として、該当するいかなる菌を使用してもよいが、乳酸菌および／または酵母が好適に使用される。
乳酸菌や酵母は有機物の過大投入や成分に偏りのある有機物の投入によってｐＨが低下したり、酸素不足になっても、分解処理能力には殆ど影響がなく、安定して有機物を分解処理することができるものであり、また、乳酸菌の場合には、生成される乳酸によって腐敗菌や雑菌の繁殖を抑制することができる。また、同時に芳香物質が生成されるため、分解臭をより低減させることができる。

乳酸菌の中でも、有胞子乳酸菌バチルスコアグランスを含むことが特に好ましい。
有胞子乳酸菌バチルスコアグランスは、有機物の分解安定性が高く、温度、水分、ｐＨなど環境の変化に強く、保存・貯蔵・運搬が容易であり、有機物の分解安定性をさらに高めることができるため特に好適である。また、従って、有胞子性であるため、保存・貯蔵・運搬が容易であるという利点があるため特に好適である。

また、酵母としては、あらゆる酵母などを用いることができるものであり、入手性の観点からはビール酵母、味噌酵母などが好ましく使用される。
酵母は、乳酸菌と共存可能であるため、同一環境内で乳酸菌と酵母の両者を併用して有機廃棄物を処理すると、酵母の生成するエタノールなどのアルコール成分が分解ガス中に含まれ、分解臭を緩和することが可能である。乳酸菌に対する酵母の混合割合は、特に限定されないが、好適には２０〜５０質量％程度である。

また、通性嫌気性菌群として、光合成細菌も増殖速度が比較的大きく、培養が容易であるため好適に使用される。光合成細菌は好気的条件下では酸素を利用して有機物を同化して増殖し、嫌気条件下では光合成が可能な細菌である。光合成細菌としては、紅色硫黄菌、紅色無硫黄菌がより好ましい。

なお、本発明の複合菌群が、さらにブロメライン酵素を含むことが好ましい。ブロメライン酵素は、本発明の複合菌群を活性化し、有機物の分解を促進する作用がある。ブロメライン酵素は例えば、パイナップル果汁から抽出することができる。

以下、本発明の複合菌群の培養方法の好適な実施形態を説明する。なお、該複合菌群の培養方法は以下に述べる実施方法に限定されるものではない。

上述の好気性菌群や通性嫌気性菌群は、培地にて培養されて、本発明の複合菌群となる。ここで培地としては、これらの菌群が好適であればよく、いかなるものを培地として使用でき、液体培養、固体培養のいずれでもよい。なお、菌群の成長性や、有機廃棄物の処理槽へ直接添加できることから、米糠と杉チップを混合した培地が好適に使用される。特に培地に米糠が含まれると乳酸菌が培養しやすくなる。

なお、培地の培養初期ｐＨは、４．５〜６．５であることが好ましい。このｐＨ範囲であると腐敗菌や病原性細菌を抑制して本発明の複合菌群が優先的に成長する。また、ｐＨ調整に糖類を用いると、ｐＨ４．５〜６．５に調整することが容易であり、また、菌群の栄養となるため好適である。

さらに、培地が塩化ナトリウムを含むと、耐塩性のない腐敗菌や病原性細菌などの増殖を防ぐことができるため好ましい。なお、特に乳酸菌は、耐塩性が強いため、塩化ナトリウムを含む培地における優先成長性が高い。

次に、本発明の処理方法について、実施形態に基づき、具体的に説明する。なお、該処理方法は以下に述べる実施方法に限定されるものではない。

適当な大きさの処理槽の中に処理対象となる生ゴミなどの有機廃棄物を入れ、次いで本発明の複合菌群を添加する。複合菌群の添加量は、有機廃棄物の種類や量、さらに温度などの条件を勘案して適宜決定されるが、通常、有機廃棄物１００重量部に対して、０．１〜３０重量部程度である。

処理対象となる有機廃棄物は、所定サイズ（例えば、１ｍｍ以下）以下に破砕処理したのちに、攪拌手段によって攪拌することにより、微細化された有機廃棄物の表面をムラ無く複合菌群が覆うことになり、複合菌群による分解反応の迅速化が可能となる。
なお、複合菌群は、そのまま処理槽内に添加してもよいが、攪拌性を向上させるために、菌床として多孔質のセラミックや木材などの担体に着床して添加することもできる。

処理槽内の条件（温度、酸素濃度など）を適切に制御することで処理時間を１０〜４８時間程度に設定することが可能となる。すなわち、生ゴミなどの有機廃棄物を短時間でほぼ完全に分解させることが可能であり、分解後の処理物は、有害な物質を含まないので肥料や飼料に再利用できる。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明の要旨を越えない限り以下の実施例に限定されるものではない。

「複合菌群の培養」
好気性菌として、シュードモナス属ＦＫ９１６菌、通性嫌気性菌として、有胞子乳酸菌バチルスコアグランス、ビール酵母および光合成細菌である紅色硫黄菌を使用した。また、追加酵素として、ブロメライン酵素を使用した。
培養に用いた培地は、米糠と杉チップをそれぞれ３０：７０（重量比）で混合し、塩酸にてｐＨを４．５〜６．５に調整し、坂口フラスコに５０ｍｌ仕込み、２０分蒸気滅菌したものに、１重量％塩化ナトリウムおよび５重量％ブドウ糖水溶液を添加したものである。
この試験用培地に、下記に示すように好気性菌および通性嫌気性菌を単独あるいは２種以上組み合わせて、それぞれの培地に接種して５０℃で３日間振とう培養することにより、複合菌群（あるいは単独菌群）が培養した培地１〜６を得た。なお、それぞれの菌類の接種量は、培地に対して、１重量％ずつである。

培地１：シュードモナス属ＦＫ９１６菌 ＋ 有胞子乳酸菌バチルスコアグランス
培地２：シュードモナス属ＦＫ９１６菌 ＋ ビール酵母
培地３：シュードモナス属ＦＫ９１６菌 ＋ 紅色硫黄菌
培地４：シュードモナス属ＦＫ９１６菌 ＋ 有胞子乳酸菌バチルスコアグランス ＋ ブロメライン酵素
培地５：シュードモナス属ＦＫ９１６菌
培地６：有胞子乳酸菌バチルスコアグランス ＋ 紅色硫黄菌

「有機廃棄物の処理」
（実施例１）
培地１を水中に分散し、１００００ｒｐｍ、１０分間遠心分離して得られた沈降物をｐＨ７のリン酸バッファーで洗浄することによって、培地から複合菌群１を得た。
次いで、容積１００リットルの処理槽（通気孔あり、攪拌機なし）に有機廃棄物として生ゴミを６０リットル投入し、必要十分な量の複合菌群１を多孔質セラミック製の菌床とともに投入し、破砕・混合をしたのちに分解反応を開始させた。２日後、処理槽内部を確認すると、有機廃棄物はほぼ完全に分解されていた。特に強い悪臭もなかった。

（実施例２）
培地１に代わり、培地２を使用した以外は、実施例１と同様にして、複合菌群２を得た。次いで、容積１００リットルの処理槽（通気孔あり、攪拌機なし）に有機廃棄物として生ゴミを６０リットル投入し、必要十分な量の複合菌群２を多孔質セラミック製の菌床とともに投入し、破砕・混合をしたのちに分解反応を開始させた。２日後、処理槽内部を確認すると、有機廃棄物はほぼ完全に分解されていた。特に強い悪臭もなかった。

（実施例３）
培地１に代わり、培地３を使用した以外は、実施例１と同様にして、複合菌群３を得た。次いで、容積１００リットルの処理槽（通気孔あり、攪拌機なし）に有機廃棄物として生ゴミを６０リットル投入し、必要十分な量の複合菌群３を多孔質セラミック製の菌床とともに投入し、破砕・混合をしたのちに分解反応を開始させた。２日後、処理槽内部を確認すると、有機廃棄物はほぼ完全に分解されていた。特に強い悪臭もなかった。

（実施例４）
培地１に代わり、培地４を使用した以外は、実施例１と同様にして、複合菌群３を得た。次いで、容積１００リットルの処理槽（通気孔あり、攪拌機なし）に有機廃棄物として生ゴミを６０リットル投入し、必要十分な量の複合菌群４を多孔質セラミック製の菌床とともに投入し、破砕・混合をしたのちに分解反応を開始させた。２日後、処理槽内部を確認すると、有機廃棄物はほぼ完全に分解されていた。特に強い悪臭もなかった。

（比較例１）
培地１に代わり、好気性菌群のみの培地５を使用した以外は、実施例１と同様にして、複合菌群５を得た。次いで、容積１００リットルの処理槽（通気孔あり、攪拌機なし）に有機廃棄物として生ゴミを６０リットル投入し、必要十分な量の複合菌群５を多孔質セラミック製の菌床とともに投入し、破砕・混合をしたのちに分解反応を開始させた。２日後、処理槽内部を確認すると、有機廃棄物は、処理層上部では大部分が分解されていたが、処理層下部では分解があまり進行しておらず、また、強い悪臭を発生していた。また、処理層上部においても顕微鏡で拡大観察すると、未分解の有機物がまだらに確認された。

（比較例２）
培地１に代わり、通性嫌気性菌のみの培地６を使用した以外は、実施例１と同様にして、複合菌群６を得た。次いで、容積１００リットルの処理槽（通気孔あり、攪拌機なし）に有機廃棄物として生ゴミを６０リットル投入し、必要十分な量の複合菌群６を多孔質セラミック製の菌床とともに投入し、破砕・混合をしたのちに分解反応を開始させた。２日後、処理槽内部を確認すると、有機廃棄物の分解は不十分であり、特に強い悪臭を発生させていた。

本発明の有機廃棄物の処理方法は、有機廃棄物中の有機物の分解活性に優れ、有機廃棄物の減量化が達成でき、分解後の処理物を肥料や飼料に再利用できるため、工業的に有望である。

Claims (11)

1. 有機物分解活性を有する好気性菌群と、有機物分解活性を有する通性嫌気性菌群とを含む複合菌群を有機廃棄物に混合し、有機廃棄物を分解することを特徴とする有機廃棄物の処理方法。
2. 好気性菌群が、シュードモナス属ＦＫ９１６菌を含む請求項１記載の有機廃棄物の処理方法。
3. 通性嫌気性菌群が、乳酸菌、酵母及び光合成細菌からなる群より選ばれた少なくとも１種を含む請求項１または２記載の有機廃棄物の処理方法。
4. 複合菌群が、さらにブロメライン酵素を含む請求項１から３のいずれかに記載の有機廃棄物の処理方法。
5. 有機物分解活性を有する好気性菌群と、有機物分解活性を有する通性嫌気性菌群とを培地にて培養することを特徴とする、有機物分解活性を有する好気性菌群と有機物分解活性を有する通性嫌気性菌群とからなる複合菌群の培養方法。
6. 培地が、米糠と杉チップを混合した培地である請求項５記載の複合菌群の培養方法。
7. 培地が、塩化ナトリウムを添加されてなる請求項５または６記載の複合菌群の培養方法。
8. 好気性菌群が、シュードモナス属ＦＫ９１６菌を含む請求項５から７のいずれかに記載の複合菌群の培養方法。
9. 通性嫌気性菌群が、乳酸菌、酵母及び光合成細菌からなる群より選ばれた少なくとも１種を含む請求項５から８のいずれかに記載の複合菌群の培養方法。
10. 複合菌群が、さらにブロメライン酵素を含む請求項５から９のいずれかに記載の複合菌群の培養方法。
11. 請求項５から１０のいずれかの方法で得られることを特徴とする有機物分解活性を有する好気性菌群と有機物分解活性を有する通性嫌気性菌群とからなる複合菌群が培養された培地。