JP2018070386A - 有機肥料の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来よりも短期間で有機廃棄物から有機肥料を製造することが可能な方法を提供することを目的とする。【解決手段】有機廃棄物を発酵して有機肥料を製造する方法であって、当該方法は、有機廃棄物を前処理する工程と、前処理された有機廃棄物を発酵する工程とを含み、前処理工程は、有機廃棄物を１５〜４０気圧かつ２００〜２５０℃の高温高圧下で加熱しながら撹拌し、その後急激に減圧する工程である有機肥料の製造方法によって解決する。【選択図】図１
Description
本発明は、有機廃棄物を発酵して有機肥料を製造する方法に関する。
食品等に由来する有機廃棄物を利用して有機肥料を製造する試みが従来から行われている。
例えば、特許文献１には、食品に由来する廃棄物や下水処理施設から排出される汚泥から有機肥料を製造する方法が記載されている。
一方、特許文献２には、敷き藁や医療廃棄物を高温高圧下で撹拌して、無菌化する方法が記載されている。
特許公報１の方法では、汚泥に対しておが屑と微生物とを混合して、水分率を調節しながら発酵、熟成して有機肥料を製造する。この方法では、有機肥料が得られるまでに４カ月もの期間が必要になる。
一方で、スーパーマーケットなど食品の小売店からは、野菜くずや魚のアラなどの生ごみが大量に排出される。下水処理施設では、下水を処理した際に発生する汚泥が大量に排出される。畜産場からは、家畜の糞尿が大量に排出される。これらの廃棄物の主な処理方法としては焼却が挙げられる。しかしながら、上記のような廃棄物は含水率が高いため、燃焼させるのに多大なエネルギーを要する。さらに、上記のような廃棄物を燃焼させると燃焼炉の内壁に含水率が高い廃棄物が付着して炉を傷める原因となるため処理業者から敬遠される傾向がある。上記のような廃棄物をより短期間で肥料にすることができれば、焼却処分を行わなくてもよくなり、環境負荷を低減することも可能になる。
特許文献２には、病原体が付着している可能性がある医療廃棄物を高温、高圧で処理して無害化する方法が主に記載されているに過ぎず、無害化された処理物を発酵することまでは記載されていない。
以上のような問題点に鑑みて、本発明は、従来よりも短期間で有機廃棄物から有機肥料を製造することが可能な方法を提供することを目的とする。
有機廃棄物を発酵して有機肥料を製造する方法であって、当該方法は、有機廃棄物を前処理する工程と、前処理された有機廃棄物を発酵する工程とを含み、前処理工程は、有機廃棄物を１５〜４０気圧かつ２００〜２５０℃の高温高圧下で撹拌して、その後急激に減圧する工程である有機肥料の製造方法によって、上記の課題を解決する。すなわち、従来法では有機廃棄物から有機肥料を製造するのに４カ月もの期間を要していたところ、この方法によってより短い期間で有機肥料を製造することが可能になる。
有機廃棄物は、汚泥、生ゴミ、及び、動物又は人間の排泄物からなる群より選ばれる少なくとも１種以上の有機物を含む廃棄物であることが好ましい。これらの廃棄物は、含水率が高く、焼却処分するには困難を伴う。高温かつ高圧で前処理することによって、焼却によらず廃棄物を処理して、しかも発酵した有機肥料を得ることが可能になる。有機物を多く含むので肥効も高くすることができる。
有機廃棄物を発酵する工程は、前処理した有機廃棄物と木質廃材との混合物を堆積して、温度と含水率とを管理しながら好気条件下で固体培養する工程とすることが好ましい。これによって、有機廃棄物に含まれる高分子を低分子化して肥効を向上させると共に、施肥しやすい粉末状の有機肥料を得ることができる。
前処理した有機廃棄物に対して、前処理を行う前の有機廃棄物を配合した後、好気条件下で固体培養することが好ましい。比較的に含水率の高い処理前の有機廃物を配合することによって、微生物が繁殖するのに適した含水率に調節することができる。
前処理工程は耐圧容器の中で行われるものであって、減圧する際には、耐圧容器に設けられた複数の圧力解放弁を同時に開放することによって、急激に減圧することが好ましい。これによって、急激に減圧を行うことが可能になる。
本発明によれば、従来よりも短期間で有機廃棄物から有機肥料を製造することが可能である。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。以下に挙げる有機肥料の製造方法は本発明の実施形態の一例に過ぎず、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。
本実施形態の方法では、有機廃棄物を発酵して有機肥料を製造する。原料とする有機廃棄物としては、汚泥、生ゴミ、及び動物又は人間の排泄物からなる群より選ばれる少なくとも１種以上の有機物を使用することが好ましい。
汚泥としては、下水の処理施設から排出される汚泥が挙げられる。生ゴミとしては、スーパーマーケットなどの食料品の小売店や家庭から排出される野菜くずや魚のアラなどが挙げられる。動物又は人間の排出物としては、それらの屎尿が挙げられる。
本実施形態の方法では、高温かつ高圧下で有機廃棄物を処理して含水率を低下させることができるため、含水率の高い有機廃棄物であっても、問題なく処理して有機肥料とすることが可能である。有機廃棄物の含水率は、例えば、４０〜９０質量％であってもよく、４０〜６０質量％であってもよい。
本実施形態の方法では、有機廃棄物を発酵する工程を行う前に前処理工程を行う。前処理工程では、有機廃棄物を１５〜４０気圧かつ２００〜２５０℃の高温高圧下で加熱しながら撹拌し、その後急激に減圧する。高圧下で加熱状態にある有機廃棄物を急激に減圧することで、有機廃棄物の体積を急激に膨化させて砕くことができる。詳細な機構は不明であるが、有機廃棄物の体積が適度に小さくなり、有機廃棄物の粒子に亀裂が入って、微生物の繁殖が繁殖しやすくなると考えられる。このようにして処理した有機廃棄物を発酵させると、発酵期間を従来よりも短縮することが可能になる。
前処理工程において、有機廃棄物を高温かつ高圧下で処理するには、例えば、図１に示した加熱装置１を使用すればよい。この加熱装置１は、スクリュー１２を駆動する駆動源１１と、回転可能に支持されたスクリュー１２と、スクリュー１２を内蔵し、耐圧容器として設計された耐圧シリンダー１３と、熱媒体の供給源１４と、複数の圧力解放弁１５と、耐圧シリンダー１３の外周に配置される加熱ジャケット１６と、熱媒体の排出口１７とを有する。耐圧シリンダー１３には有機廃棄物の投入口１３１と、処理後の有機廃棄物の排出口１３２が設けられている。
加熱装置１で有機廃棄物を処理するには、投入口１３１から有機廃棄物を耐圧シリンダー１３内に投入した後、投入口１３１と排出口１３２とを閉じて耐圧シリンダー１３内を気密にする。そして、熱媒体の供給源１４から飽和水蒸気や過熱水蒸気等の蒸気を熱媒体としてシリンダー１３内に供給しつつ、駆動源１１によってスクリューを回転させて、有機廃棄物を撹拌しながら加圧及び加熱する。加熱ジャケット１６の内部に、熱媒体を供給し熱交換を行うことによって、耐圧シリンダー１３やその中に供給された有機廃棄物を間接的に加熱したり乾燥したりすることも可能である。発熱コイルやバーナーにより間接的に加熱してもよい。加圧と加熱が終了すると熱媒体の供給を止めて、複数の圧力解放弁１５を開けて急激に減圧する。加熱装置１では、複数の圧力解放弁１５を同時に開けることで急激に減圧をすることが可能である。図１の装置では、圧力解法弁の数は２つであるが、例えば、２〜１０個とすることが好ましい。
圧力解放弁１５を複数設けることによって、例えば、圧力解放弁１５の内の一つが故障等によって動作しなかった場合でも、圧力を耐圧シリンダー１３の外に逃がすことが可能になるので安全性が向上する。また、圧力解放弁１５を複数設けることによって、迅速に圧力を開放することが可能になり、一つ当たりの圧力解放弁１５から排出される熱媒体の量を小さくして安全性を高めることが可能になる。
耐圧シリンダー１３内の圧力は、絶対圧で、１５〜４０気圧に設定することが好ましく、２５〜３５気圧に設定することがより好ましい。耐圧シリンダー１３内の温度は、２００〜２５０℃に設定することが好ましく、２２５〜２４５℃に設定することがより好ましい。これによって、短時間で有機廃棄物の含水率を低下させることができる。また、有機廃棄物に含まれる高分子を加水分解させて低分子化したり、α化したりすることで、微生物によって資化されやすい状態とすることができると推測される。減圧の程度は、減圧前と減圧後の圧力差が１４〜３９気圧であることが好ましく、２４〜３４気圧であることがより好ましい。解放後の絶対圧は約１気圧とすることが簡易であり、好ましい。
加熱処理と加圧処理とを行う時間は、有機廃棄物の含水率によって決定すればよく、例えば、処理後の有機廃棄物の外観が褐色になる程度まで処理すればよい。さらに例を挙げると、例えば、加熱処理と加圧処理を２０〜１８０分間を行うことが好ましく、２０〜６０分間行うことがより好ましい。加熱処理と加圧処理を短めにすることで有機廃棄物の含水率を高めにすることができる。有機廃棄物の含水率が高い場合は、加熱処理と加圧処理とを行った後に、含水率の低い熱風を当てたり加熱ジャケット１６で加熱することで乾燥処理を行ってもよい。また、有機廃棄物の含水率が高い場合は、加熱水蒸気を熱媒体として使用してもよい。
有機廃棄物を発酵する際には、微生物によって発酵する。本実施形態の方法では、有機廃棄物に含まれる高分子の有機物を低分子に分解することができる微生物を使用している。そのような微生物としては好気条件で繁殖する微生物が挙げられる。好気条件で繁殖する微生物としては、Bacillus subtilis、Bacillus stearothermophilus、Bacillus coagulans、Clostridium thermocellum、Aspergillus oryzae、Aspergillus niger、Aspergillus fumigatus、Lactobacillus sp.1、Lactobacillus sp.2、Lactobacillus sp.３、Pediococcus sp.、Pseudomonas sp、Chaetomium thermophile、Humicola lanuginosa、Rhizopus javanicus、Candida glabrata、Debaryomyces hansenii、Hansenula anomala、Pichia membranaefaciens、Rhodotorula glutinis、Saccharomyces cerevisiae、Actinobifida dichotom、Streptomyces griseus、Streptomyces thermophilus、Thermoactinomyces vulgaris、Thermomonospora glaucus及びMonascus sp.からなる群より選ばれる少なくとも１種以上の微生物が挙げられる。
有機廃棄物を発酵する際には、加熱処理と加圧処理を行った有機廃棄物を堆積して温度と含水率とを管理しながら好気条件下で固体培養することが好ましい。本実施形態の方法では、水分率が４０〜７５質量％となり、有機廃棄物内部の温度が５５〜８５℃となるように管理を行った。温度の管理は、例えば、有機廃棄物を堆積する高さや幅によって発酵熱を調節したり、切り返しを行う頻度によって調節することができる。発酵は、例えば、発酵槽の中に有機廃棄物と微生物とを混合したものを投入し、手入機を使用して切り返しを行うことで発行に要する労力を減らすことができる。
有機廃棄物を発酵する際には、おが屑、木の削りかす、藁、枝、樹皮、木チップなどの木質廃材を前処理した有機廃棄物に混合することが好ましい。有機廃棄物は発酵が進むと体積が小さくなり、有機肥料として扱いにくくなることがある。木質廃材を前処理した有機廃棄物に混合することで、木質廃材の表面に有機廃棄物を付着させて、扱いやすい粉末状の有機肥料とすることができる。
加熱処理を行った後の有機廃棄物の含水率が低い場合は、処理前の有機廃棄物を配合した後に、好気条件下で固体培養することが好ましい。処理前の有機廃棄物は、含水率が比較的に高いので、これを配合することによって有機廃棄物の含水率を微生物が繁殖するのに適した状態に調節することができる。処理前の有機廃棄物を配合すれば、工水などを使用する必要がなくなるので好ましい。また、余剰の有機廃棄物を減らすことができるので好ましい。
以下、本発明の有機肥料の製造方法の実施例を挙げてさらに具体的に説明する。以下に挙げる有機肥料の製造方法は本発明の一例に過ぎず、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。
スーパーマーケットから排出されたキャベツの外葉などの産業廃棄物を引き取り、これを有機廃棄物として使用した。この有機廃棄物を、図１に示した加熱装置で加熱と加圧とを行いながらスクリューで撹拌した。加圧処理と加熱処理の時間は４０分とし、熱媒体として飽和水蒸気を使用した。温度と圧力は表１に示した実施例１ないし３及び比較例１及び２のようにした。加熱処理と加圧処理を終えた後、２つの圧力解放弁を同時に開けて急激に大気圧下まで減圧した。
前処理を終えた有機廃棄物に対して下水処理施設から排出された汚泥と木質廃材としておが屑を加えて、有機廃棄物の含水率が６０質量％となるように調節した。これに微生物を加えたのち発酵槽に投入して、固体培養を行った。微生物は、Bacillus subtilisとLactobacillus sp.1とAspergillus oryzaeとを使用した。
培養槽内に堆積した有機廃棄物の水分率が４０〜７５質量％となり、有機廃棄物内部の温度が５５〜８５℃となるように管理を行いつつ１カ月にわたって固体培養を行った。含水率の調節は、含水率の高い汚泥を追加することにより行った。温度の調節は、切り返しの頻度によって調節した。表１に微生物の繁殖状態と、得られた有機肥料の肥効とを示す。肥効の確認は、各実施例及び各比較例の方法で得られた有機肥料を圃場に散布して、小松菜の生育の程度を比較することにより行った。結果を表１に示す。
表１における生物の繁殖の欄において〇を付したものは、視覚、嗅覚、触覚による官能試験によって、微生物の繁殖が認められたものであり、◎を付したものは同様の官能試験において、微生物の繁殖が旺盛であったものであり、×を付したものは、同様の官能試験において微生物の繁殖がほとんど確認できなかったものである。表１における肥効の欄において〇を付したものは、小松菜の生重量の増加が認められたものであり、◎を付したものは、小松菜の生重量がとくに大きく増加したものであり、×を付したものは、小松菜の製重量の増加がほとんど見られなかったものである。
表１に示したように、実施例１ないし実施例３の方法では、前処理後の有機廃棄物は褐色に変化しており、粒状であった。これを原料として発酵した有機肥料は、従来よりも短い期間であるわずか１カ月の発酵期間にもかかわらず、微生物が十分に繁殖しており、優れた肥効を発揮した。
一方、比較例１では高圧のためか、前処理後の有機廃棄物は粉砕されて粉状になっていた。そして、粉状の物質が高温で加熱されたためか、前処理後の有機廃棄物の表面は黒く焦げた状態となっていた。有機物が炭化したことによる影響のためか、ほとんど微生物も繁殖せず、ほとんど肥効も発揮されなかった。比較例２では、前処理が不十分なためか、前処理後の有機廃棄物の外観は薄い褐色の粒状であった。粒の大きさは各実施例のものと比較して大きいものであった。比較例１の方法で準備した有機廃棄物を原料とした場合、１カ月の発酵期間では不十分であり、微生物が十分に繁殖せず、十分な肥効も得られなかった。
Claims (5)
- 有機廃棄物を発酵して有機肥料を製造する方法であって、
当該方法は、有機廃棄物を前処理する工程と、前処理された有機廃棄物を発酵する工程とを含み、
前処理工程は、有機廃棄物を１５〜４０気圧かつ２００〜２５０℃の高温高圧下で撹拌して、その後急激に減圧する工程である有機肥料の製造方法。 - 有機廃棄物は、汚泥、生ゴミ、及び、動物又は人間の排泄物からなる群より選ばれる少なくとも１種以上の有機物である請求項１に記載の有機肥料の製造方法。
- 有機廃棄物を発酵する工程は、前処理した有機廃棄物と木質廃材との混合物を堆積して温度と含水率とを管理しながら好気条件下で固体培養する工程である請求項１又は２に記載の有機肥料の製造方法。
- 前処理した有機廃棄物に対して、前処理を行う前の有機廃棄物を配合して有機廃棄物の含水率を調節した後、好気条件下で固体培養する請求項３に記載の有機肥料の製造方法。
- 前処理工程は耐圧容器の中で行われるものであって、
減圧する際には、耐圧容器に設けられた複数の圧力解放弁を同時に開放することによって、急激に減圧する請求項１ないし４のいずれかに記載の有機肥料の製造方法。
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