JP2021170981A - Method for producing useful substance using livestock manure burning ash and plant biomass, and useful substances produced by this manufacturing method - Google Patents

Method for producing useful substance using livestock manure burning ash and plant biomass, and useful substances produced by this manufacturing method Download PDF

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健 徳安
Takeshi Tokuyasu
賢治 山岸
Kenji Yamagishi
正和 池
Masakazu Ike
章浩 田中
Akihiro Tanaka
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Abstract

To provide a method for producing a useful substance from livestock manure burning ash and plant biomass and to provide a useful substance produced by the method.SOLUTION: A method for producing a useful substance comprises mixing and reacting livestock manure burning ash and plant biomass in the presence of water. The useful substance is produced by the method for producing the useful substance.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、家畜糞燃焼灰と植物バイオマスとを用いた有用物質の製造法とこの製造法により製造される有用物質とに関し、家畜糞燃焼灰と植物バイオマスとから有用物質を製造する技術に関する。
さらに詳しくは、本発明の技術は、鶏糞、豚糞、牛糞等の家畜糞バイオマスの減量処理(兼エネルギー回収)後に得られる副産物としての家畜糞燃焼灰に対して、その主成分であるリンの改質・純度向上及びカルシウムの高度利用に関する。また、本発明の技術は、稲わら等の農業残渣やセルロース系資源作物を中心とした植物バイオマスの用途拡大を目的とした湿式貯蔵・前処理技術に関する。
The present invention relates to a method for producing a useful substance using livestock manure burning ash and plant biomass and a useful substance produced by this production method, and relates to a technique for producing a useful substance from livestock manure burning ash and plant biomass.
More specifically, the technique of the present invention relates to livestock manure burning ash as a by-product obtained after weight reduction treatment (and energy recovery) of livestock manure biomass such as chicken manure, pig manure, and cow manure. Regarding modification / purity improvement and advanced utilization of calcium. Further, the technique of the present invention relates to a wet storage / pretreatment technique for the purpose of expanding the use of agricultural residues such as rice straw and plant biomass mainly for cellulosic resource crops.

鶏、豚、牛などに由来する家畜糞は、放置すると窒素源の変質等による悪臭及び一酸化二窒素等の温室効果ガス発生の原因となり、また、飼育時に日常的に排出されるために廃棄物が大量となってしまうことから、悪臭抑制と減量も兼ねて、必要に応じて炭酸カルシウムや木質等を混合した上で、燃焼による熱エネルギー等の生産に供されるケースが増えつつある。
この処理によって得られる家畜糞燃焼灰は、カリウム、カルシウム及びリンを豊富に含むことから、肥料価値や飼料価値が期待される。
特に、糞尿中のリンのリサイクルは、資源循環上の重要なプロセスとして注目されており、得られる家畜糞燃焼灰からの効果的なリンのリサイクル技術に関する開発が進められている。
その際には、灰中におけるカリウムの共存が、リンの肥効を安定化させる際の問題となる(非特許文献1参照)。そして、灰に存在するリンを回収する際には、酸処理によって溶解することが一般的であるが、灰中に共存するカルシウム塩が酸を浪費する。
Livestock manure derived from chickens, pigs, cows, etc., if left untreated, causes foul odors due to alteration of the nitrogen source and greenhouse gases such as dinitrogen monoxide, and is discarded because it is routinely discharged during breeding. Since a large amount of substances are produced, there are an increasing number of cases in which calcium carbonate, wood, etc. are mixed as necessary and then used for the production of thermal energy, etc. by combustion, in order to suppress malodor and reduce the weight.
Since the livestock manure burning ash obtained by this treatment is rich in potassium, calcium and phosphorus, it is expected to have fertilizer value and feed value.
In particular, the recycling of phosphorus in feces and urine is attracting attention as an important process in resource recycling, and the development of effective phosphorus recycling technology from the obtained livestock manure burning ash is underway.
In that case, the coexistence of potassium in the ash becomes a problem in stabilizing the fertilizing effect of phosphorus (see Non-Patent Document 1). When the phosphorus present in the ash is recovered, it is generally dissolved by acid treatment, but the calcium salt coexisting in the ash wastes the acid.

その一方で、家畜糞燃焼灰は、アルカリ性を示すことから、直接、肥料利用する際の環境影響が懸念される。このアルカリ性は、主に存在量の多いカルシウムに起因するものと考えられている。
このため、炭酸カルシウムから酸化カルシウムへの変化を抑制することでアルカリ度の向上を抑えるような、比較的低温での家畜糞燃焼工程が提案されている(特許文献1参照)。
さらに、地域での高度な資源循環に貢献するような、本アルカリの利用技術が求められている。
On the other hand, since livestock manure burning ash is alkaline, there is a concern about environmental impact when directly using fertilizer. This alkalinity is thought to be mainly due to the abundance of calcium.
Therefore, a livestock manure burning step at a relatively low temperature has been proposed in which the improvement of alkalinity is suppressed by suppressing the change from calcium carbonate to calcium oxide (see Patent Document 1).
Furthermore, there is a need for technology for using this alkali that contributes to advanced resource recycling in the region.

一方、稲わら、麦わら、コーンストーバー、サトウキビバガス等の農産廃棄物・食品製造副産物として得られる植物バイオマスに関しては、有機資源として、肥料、飼料用途以外の高度利用が求められている。特に、化石資源への依存度を低減するため、バイオ燃料またはプラスチック代替素材への変換に期待が寄せられている。21世紀初頭には、第二世代の燃料用エタノール製造原料としても注目され、各国で技術開発競争が繰り広げられた。
このような植物バイオマスは、繊維性多糖としてセルロース等の多糖を含む。
そこで、これらを低分子化することで得られる水溶性のオリゴ糖や単糖を回収してエタノールや乳酸などの有価物に変換するための取組がなされている。
On the other hand, plant biomass obtained as agricultural waste and food production by-products such as rice straw, straw, corn stover, and sugar cane bagasse is required to be highly utilized as an organic resource other than fertilizer and feed. In particular, there are high expectations for conversion to biofuels or plastic alternatives to reduce dependence on fossil resources. At the beginning of the 21st century, it attracted attention as a raw material for producing ethanol for second-generation fuels, and competition for technological development was fought in each country.
Such plant biomass contains polysaccharides such as cellulose as fibrous polysaccharides.
Therefore, efforts have been made to recover water-soluble oligosaccharides and monosaccharides obtained by reducing the molecular weight of these substances and convert them into valuable resources such as ethanol and lactic acid.

植物バイオマスは、リグニンを含む強固な細胞壁から成り、細胞壁中に存在する多糖を低分子化するためには、酸、アルカリ、高温水処理等による前処理が必要となる。
それに加えて、収穫期に一度に生産されるような農産廃棄物の場合、変換システムを効率的に稼働させるためには、原料貯蔵・周年供給が必要となる。天日乾燥又は強制乾燥が困難な地域で、湿潤状態で得られる原料を貯蔵するためには、簡素な湿式貯蔵技術の導入が重要となる。
易分解性糖質を多く含む植物バイオマスの場合、乳酸発酵によってpH低下を誘導するサイレージ技術を用いた湿式貯蔵が行われているが、易分解性糖質を多く含まないような原料に対しても適用可能な、簡素な湿式貯蔵技術の開発が求められている。
Plant biomass is composed of a strong cell wall containing lignin, and in order to reduce the molecular weight of polysaccharides existing in the cell wall, pretreatment with acid, alkali, high-temperature water treatment or the like is required.
In addition, in the case of agricultural waste that is produced all at once during the harvest season, raw material storage and year-round supply are required to operate the conversion system efficiently. In order to store raw materials obtained in a wet state in areas where sun drying or forced drying is difficult, it is important to introduce a simple wet storage technique.
In the case of plant biomass containing a large amount of easily degradable sugar, wet storage is performed using silage technology that induces a decrease in pH by lactic acid fermentation, but for raw materials that do not contain a large amount of easily decomposable sugar. There is a need to develop a simple wet storage technology that can also be applied.

さらに、植物バイオマスは、わら半紙などで知られるような稲わら、麦わら、バガス、竹などがパルプとして、そして、麻は繊維として古くから利用されてきた。近年、セルロースナノファイバー等の高機能繊維素材が注目されている。
現在、我が国を中心として、セルロースナノファイバーの用途開発が精力的に進められていることから、各地域における多様な植物バイオマスを個性的な繊維原料として用いることができるよう、その供給範囲を拡大することが重要となる。
Furthermore, as for plant biomass, rice straw, straw, bagasse, bamboo, etc., which are known as straw paper, have been used as pulp, and hemp has been used as fiber for a long time. In recent years, high-performance fiber materials such as cellulose nanofibers have been attracting attention.
Currently, the development of applications for cellulose nanofibers is being energetically promoted mainly in Japan, so the supply range will be expanded so that various plant biomass in each region can be used as a unique fiber raw material. Is important.

ところで家畜糞燃焼灰からリンを回収するために、燃焼灰と硫酸水溶液とを反応させることで、リン酸を可溶化させると共にカルシウムを石膏として十分に洗浄除去した上で、水酸化カルシウムを添加して再度沈殿させる方法が開発されている(例えば、特許文献2、3参照)。
また、鶏糞等の燃焼灰を塩酸と反応させた溶液に対して、ジルコニウム化合物で架橋したポリビニルアルコールをビニロン製不織布に塗布したリン酸捕集材に接触させてリンを吸着・回収する方法が提案されている(特許文献4参照)。
By the way, in order to recover phosphorus from livestock manure combustion ash, the combustion ash is reacted with an aqueous sulfuric acid solution to solubilize the phosphoric acid, and after sufficiently washing and removing calcium as a plaster, calcium hydroxide is added. A method of precipitating again has been developed (see, for example, Patent Documents 2 and 3).
In addition, a method has been proposed in which a solution obtained by reacting combustion ash such as chicken manure with hydrochloric acid is brought into contact with a phosphoric acid collecting material coated with polyvinyl alcohol crosslinked with a zirconium compound to adsorb and recover phosphorus. (See Patent Document 4).

一方、植物バイオマスに関しては、古くは、コウゾ、ミツマタなどの原料からパルプを製造する際に、木灰で煮る工程が採用されていたが、家畜糞燃焼灰のパルプ製造工程については検討されていない。
また、植物バイオマスの糖化性を向上するための前処理の一つである、水酸化カルシウム前処理は、水酸化カルシウムが水酸化ナトリウムやアンモニアと比べて廉価で、取扱いが容易であることが利点となる。
特に、植物バイオマスと水酸化カルシウムとを混合し、密封後に常温で貯蔵することで、高いpHによって腐敗が抑制されて湿潤状態での貯蔵が可能となるとともに、その構造を変質させることができる。例えば、特許文献5に示すように、pH調整後の酵素糖化効率が向上することが知られている。
On the other hand, regarding plant biomass, in the old days, when producing pulp from raw materials such as mulberry and mitsumata, a process of boiling with wood ash was adopted, but a process of producing pulp of livestock manure burning ash has not been studied.
In addition, calcium hydroxide pretreatment, which is one of the pretreatments for improving the saccharification property of plant biomass, has an advantage that calcium hydroxide is cheaper than sodium hydroxide and ammonia and is easy to handle. It becomes.
In particular, by mixing plant biomass and calcium hydroxide and storing them at room temperature after sealing, putrefaction is suppressed by high pH, storage in a wet state becomes possible, and the structure can be altered. For example, as shown in Patent Document 5, it is known that the enzyme saccharification efficiency after pH adjustment is improved.

これらのリン回収方法は、家畜糞燃焼灰中の全てのアルカリを硫酸又は塩酸で中和した上で、リン酸を溶出して再沈殿又は吸着を通じて回収するが、その際には、家畜糞燃焼灰中で炭酸カルシウム又は酸化カルシウムの様態を示すと考えられる大量のカルシウム塩も酸と反応することとなる。
この反応後には、硫酸カルシウムは水不溶の石膏になり、塩化カルシウムは電解質となり可溶化するが、リン回収に係る上記の先行技術の中では、これらの生成物の高度利用技術には言及されていないことから、他の産業技術と同様に、高度利用されずに廃棄されることになるものと考えられる。
In these phosphorus recovery methods, all alkalis in livestock manure combustion ash are neutralized with sulfuric acid or hydrochloric acid, and then phosphoric acid is eluted and recovered through reprecipitation or adsorption. In that case, livestock manure burning Large amounts of calcium salts that are thought to exhibit the appearance of calcium carbonate or calcium oxide in the ash will also react with the acid.
After this reaction, calcium sulfate becomes water-insoluble gypsum and calcium chloride becomes an electrolyte and solubilizes, but in the above-mentioned prior arts related to phosphorus recovery, advanced utilization technology of these products is mentioned. Since there is no such technology, it is considered that it will be discarded without being highly utilized, as with other industrial technologies.

このように、上記の先行技術では、家畜糞燃焼灰中のリン酸を溶解する前に、大量に含まれるカルシウム塩を中和するために、その量に合わせた大量の酸を投入する必要があるだけなく、中和物に含まれる石膏や塩化カルシウムなどの塩のもつ産業利用価値が低いことが問題となる。
家畜糞燃焼灰中のカルシウム塩としては、主にリン酸と結合したカルシウム、炭酸カルシウム及び酸化カルシウムが存在するものと考えられる。
As described above, in the above-mentioned prior art, it is necessary to add a large amount of acid corresponding to the amount in order to neutralize the calcium salt contained in a large amount before dissolving the phosphoric acid in the livestock manure burning ash. Not only that, but the problem is that the industrial utility value of salts such as gypsum and calcium chloride contained in the neutralized product is low.
It is considered that calcium salts bound to phosphoric acid, calcium carbonate and calcium oxide are mainly present as calcium salts in livestock manure burning ash.

この家畜糞燃焼灰を水に懸濁すると、カリウム塩の多くは溶解することから、家畜糞燃焼灰を肥料として使う際に、カリウムとリンの二種類の肥料の混在により総施肥量の調整が必要となる問題は、家畜糞燃焼灰を水に懸濁した後に不溶性画分をリン酸に富む画分として改善され(例えば特許文献6参照)、また、水溶液画分をカリウムに富む画分として回収することで改善される(例えば特許文献7参照)。
その一方で、カルシウム塩は、炭酸塩も水酸化物も水溶性が極めて低いことから、水懸濁及び洗浄工程によるカルシウム/リン比の大幅な低減は極めて困難である。
When this livestock manure burning ash is suspended in water, most of the potassium salts dissolve, so when using livestock manure burning ash as fertilizer, the total amount of fertilizer applied can be adjusted by mixing two types of fertilizers, potassium and phosphorus. The required problem is that after suspending livestock manure burning ash in water, the insoluble fraction is improved as a phosphate-rich fraction (see, for example, Patent Document 6), and the aqueous fraction is potassium-rich. It is improved by collecting (see, for example, Patent Document 7).
On the other hand, since calcium salts have extremely low water solubility in both carbonates and hydroxides, it is extremely difficult to significantly reduce the calcium / phosphorus ratio by the water suspension and washing steps.

家畜糞燃焼灰の示す強いアルカリ度を低減しつつ、効果的に肥料価値を持たせるための家畜糞燃焼灰の処理方法として、リン酸又はケイ酸を添加する方法が提案されている(例えば特許文献8、9参照)。
しかしながら、これらの方法では、肥料調製時に外部から酸を持ち込む必要があり、生成物の成分特性及び用途が限定される。家畜糞燃焼灰の産生地域でフレキシブルにリン酸を使用するためには、アルカリ度を低減した上で、酸抽出などの既往の方法によるリン酸精製工程における適用性を向上する必要がある。
A method of adding phosphoric acid or silicic acid has been proposed as a method for treating livestock manure burning ash in order to effectively give fertilizer value while reducing the strong alkalinity of livestock manure burning ash (for example, patent). Refer to Documents 8 and 9).
However, these methods require the acid to be brought in from the outside when preparing the fertilizer, which limits the component properties and uses of the product. In order to flexibly use phosphoric acid in the production area of livestock manure combustion ash, it is necessary to reduce the alkalinity and improve the applicability in the phosphoric acid purification process by the conventional method such as acid extraction.

また、水酸化カルシウムを用いた植物バイオマスの湿式貯蔵・前処理技術(前記特許文献5参照)では、両者の混合物を密封した状態で長期間静置することとなる。
大規模な変換プロセスを想定した場合には、原料貯蔵設備を建設して、空気中の二酸化炭素を遮断した条件で貯蔵することができる。
それに対して、屋外での簡易な密封貯蔵を行う場合には、サイレージ製造と同様に、サイロの中に詰め込んで圧密する方法、積み上げ後にバンカーサイロ用のシートで覆う方法、或いはラッピサイロ状の可搬性が高いもの等による方法、を採用することになる。
Further, in the wet storage / pretreatment technique of plant biomass using calcium hydroxide (see Patent Document 5 above), a mixture of both is left to stand for a long period of time in a sealed state.
Assuming a large-scale conversion process, a raw material storage facility can be constructed to store carbon dioxide in the air under conditions that are blocked.
On the other hand, when performing simple sealed storage outdoors, as in silage manufacturing, a method of stuffing into a silo and consolidating it, a method of covering it with a sheet for a bunker silo after stacking, or a rappy silo-like portability. The method by the one with a high price will be adopted.

しかしながら、これらの被覆・梱包素材は、二酸化炭素の遮断性が高くない。そして、空気中の二酸化炭素と水酸化カルシウムが徐々に反応することで、pHは迅速に中性付近まで低下し、カビの繁殖を招く原因となる。また、被覆・梱包時の隙間部分からも空気の交換が起こり、同様の問題が懸念される。 However, these coating / packaging materials do not have high carbon dioxide blocking properties. Then, the gradual reaction between carbon dioxide in the air and calcium hydroxide causes the pH to rapidly drop to near neutrality, which causes the growth of mold. In addition, air is exchanged from the gaps during coating and packaging, and there is concern about the same problem.

このような中で、貯蔵時におけるアルカリ度の低下リスクを低減できる湿式貯蔵・前処理技術が求められている。
また、工業的に化石資源から合成されている水酸化カルシウムは、製造時の環境負荷が大きく、これを継続的に運搬調達・使用する際に、製品の環境価値を高める上での支障となる。
Under these circumstances, there is a demand for wet storage / pretreatment technology that can reduce the risk of a decrease in alkalinity during storage.
In addition, calcium hydroxide, which is industrially synthesized from fossil resources, has a large environmental load during manufacturing, and when it is continuously transported, procured and used, it becomes an obstacle in increasing the environmental value of the product. ..

特開2012−92270号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-92270 特開2014−117241号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-117241 特開2012−201722号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-201722 特開2011−78870号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-78870 特開2011−4730号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-4730 特開2005−126252号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-126252 特開2019−147717号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-147717 特開2013−253000号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-253000 特開2010−202491号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-202491

千葉行雄ら著、「鶏糞焼却灰の利用」、東北農業研究、39、139-140(1986).Yukio Chiba et al., "Use of incinerated chicken manure ash", Tohoku Agricultural Research, 39, 139-140 (1986).

本発明は、家畜糞燃焼灰と植物バイオマスとから、有用物質を製造する方法を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、前記方法により製造される有用物質を提供することを目的とするものである。
換言すると、本発明は、家畜糞燃焼灰について、その主成分であるリンの改質・純度向上及びカルシウムを高度利用した技術を提供することを目的とするものである。
また、本発明の技術は、稲わら等の農業残渣やセルロース系資源作物を中心とした植物バイオマスの用途拡大を目的とした湿式貯蔵・前処理技術を提供することを目的とするものである。
An object of the present invention is to provide a method for producing a useful substance from livestock manure burning ash and plant biomass.
Another object of the present invention is to provide a useful substance produced by the above method.
In other words, it is an object of the present invention to provide a technique for modifying and improving the purity of phosphorus, which is the main component of the combustion ash of livestock manure, and highly utilizing calcium.
Another object of the present invention is to provide a wet storage / pretreatment technique for expanding the use of agricultural residues such as rice straw and plant biomass mainly for cellulosic resource crops.

本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討を進めた結果、水への溶解度が低い家畜糞燃焼灰中のカルシウムが、植物バイオマスの共存下で、その植物バイオマス又は溶液中に移行する現象を確認した。
そして、(1)この処理後の、家畜糞燃焼灰由来の成分を主成分とする画分の回収・乾燥後に、元の家畜糞燃焼灰と比較してカルシウム/リン比及びカリウム/リン比が低下し、それに伴いアルカリ度が低下すること、及び、(2)この処理後の植物バイオマス由来の成分を主成分とする画分の回収・pH調整後に、元の植物バイオマスと比較してその酵素糖化効率及び繊維の解離性が高くなることを確認することで、一つの移行現象によって、灰と植物バイオマスの改質が起こることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors transfer calcium in livestock manure combustion ash, which has low solubility in water, into the plant biomass or solution in the coexistence of plant biomass. I confirmed the phenomenon.
Then, (1) after recovery and drying of the fraction containing the component derived from livestock manure burning ash as the main component after this treatment, the calcium / phosphorus ratio and the potassium / phosphorus ratio are higher than those of the original livestock manure burning ash. It decreases, and the alkalinity decreases accordingly, and (2) after recovery and pH adjustment of the fraction containing the component derived from the plant biomass after this treatment as the main component, the enzyme is compared with the original plant biomass. By confirming that the saccharification efficiency and the dissociability of the fibers are increased, it was found that the ash and the plant biomass were modified by one migration phenomenon, and the present invention was completed based on this finding.

即ち、本発明は、次の(1)から(14)に関する。
(1)家畜糞燃焼灰と植物バイオマスとを水の存在下で混合し、反応させることを特徴とする、有用物質の製造法に関する。

(2)前記反応を、家畜糞燃焼灰と植物バイオマスと水との混合物を加熱する方法、又は前記混合物を加熱せずに1日以上保持する方法のうち、少なくとも一つの方法によって行う、前記(1)に記載の有用物質の製造法に関する。

(3)前記反応により得られる反応物中から有用物質を回収する工程を含む、前記(1)又は前記(2)に記載の有用物質の製造法に関する。

(4)有用物質を回収する工程が、前記反応後に加水し、前記家畜糞燃焼灰由来の水不溶性無機物を主成分とする画分と、前記植物バイオマス由来の水不溶性成分を主成分とする画分とを固−固分離する工程を含む、前記(3)に記載の有用物質の製造法に関する。

(5)前記有用物質が、前記反応後に生じた、前記家畜糞燃焼灰由来の水不溶性無機物を主成分とする画分である、前記(1)乃至前記(4)のいずれかに記載の有用物質の製造法に関する。

(6)前記有用物質が、前記反応後に生じた、前記植物バイオマス由来の水不溶性成分を主成分とする画分である、前記(1)乃至前記(4)のいずれかに記載の有用物質の製造法に関する。

(7)前記(1)乃至前記(6)のいずれかに記載の有用物質の製造法により製造される有用物質に関する。

(8)前記有用物質のうちの前記家畜糞燃焼灰由来の水不溶性無機物を主成分とする画分の乾燥物が、反応前の家畜糞燃焼灰の値と比較して、低いカルシウム/リン比を示す、前記(7)に記載の有用物質に関する。

(9)前記有用物質のうちの前記家畜糞燃焼灰由来の水不溶性無機物を主成分とする画分の乾燥物が、反応前の家畜糞燃焼灰の値と比較して、低いカリウム含有率を示す、前記(7)又は前記(8)に記載の有用物質に関する。

(10)前記有用物質のうちの前記家畜糞燃焼灰由来の水不溶性無機物を主成分とする画分の乾燥物が、それを水に懸濁して酸を添加した際に、同じリン量をもつ、反応前の家畜糞燃焼灰での値と比較して、より少量の酸添加量でリンを溶解する特性を示す、前記(7)乃至前記(9)のいずれかに記載の有用物質に関する。

(11)前記有用物質のうちの前記家畜糞燃焼灰由来の水不溶性無機物を主成分とする画分の乾燥物が、それを水に懸濁して酸を添加した際に、同じリン量をもつ、反応前の家畜糞燃焼灰での値と比較して、より高いpHでリンを溶解する特性を示す、前記(7)乃至前記(10)のいずれかに記載の有用物質に関する。

(12)前記有用物質のうちの前記家畜糞燃焼灰由来の水不溶性無機物を主成分とする画分又はその乾燥物が、リン供給源として用いられる、前記(7)に記載の有用物質に関する。

(13)前記有用物質のうちの前記植物バイオマス由来の水不溶性成分を主成分とする画分又はその乾燥物が、反応前の植物バイオマスの値と比較して、pH調整後の細胞壁多糖の酵素糖化効率が向上している、前記(7)に記載の有用物質に関する。

(14)前記有用物質のうちの前記植物バイオマス由来の水不溶性成分を主成分とする画分又はその乾燥物が、反応前の植物バイオマスと比較して、植物組織を構成する繊維質の解離性が向上している、前記(7)又は前記(13)に記載の有用物質に関する。
That is, the present invention relates to the following (1) to (14).
(1) The present invention relates to a method for producing a useful substance, which comprises mixing livestock manure burning ash and plant biomass in the presence of water and reacting them.

(2) The reaction is carried out by at least one of a method of heating a mixture of livestock manure burning ash, plant biomass and water, or a method of holding the mixture without heating for 1 day or more. 1) Regarding the method for producing a useful substance described in 1).

(3) The method for producing a useful substance according to (1) or (2) above, which comprises a step of recovering a useful substance from the reaction product obtained by the reaction.

(4) The step of recovering useful substances is a fraction in which water is added after the reaction and the main component is a water-insoluble inorganic substance derived from the livestock manure combustion ash, and a fraction containing the water-insoluble component derived from the plant biomass as a main component. The present invention relates to the method for producing a useful substance according to (3) above, which comprises a step of solid-solid separation of biomass.

(5) The usefulness according to any one of (1) to (4) above, wherein the useful substance is a fraction produced after the reaction and containing a water-insoluble inorganic substance derived from the combustion ash of livestock manure as a main component. Regarding the manufacturing method of substances.

(6) The useful substance according to any one of (1) to (4) above, wherein the useful substance is a fraction generated after the reaction and containing a water-insoluble component derived from the plant biomass as a main component. Regarding the manufacturing method.

(7) The present invention relates to a useful substance produced by the method for producing a useful substance according to any one of (1) to (6) above.

(8) Among the useful substances, the dried product of the fraction containing the water-insoluble inorganic substance derived from the livestock manure burning ash as the main component has a low calcium / phosphorus ratio as compared with the value of the livestock manure burning ash before the reaction. The useful substance according to (7) above.

(9) Among the useful substances, the dried product of the fraction containing the water-insoluble inorganic substance derived from the livestock manure burning ash as the main component has a low potassium content as compared with the value of the livestock manure burning ash before the reaction. It relates to the useful substance according to (7) or (8) above.

(10) Among the useful substances, the dried product of the fraction containing the water-insoluble inorganic substance derived from the combustion ash of livestock manure as the main component has the same phosphorus amount when it is suspended in water and an acid is added. The useful substance according to any one of (7) to (9) above, which exhibits the property of dissolving phosphorus with a smaller amount of acid added as compared with the value in the combustion ash of livestock manure before the reaction.

(11) Of the useful substances, the dried product of the fraction containing the water-insoluble inorganic substance derived from the combustion ash of livestock manure as the main component has the same phosphorus amount when it is suspended in water and an acid is added. The useful substance according to any one of (7) to (10) above, which exhibits the property of dissolving phosphorus at a higher pH as compared with the value in the combustion ash of livestock manure before the reaction.

(12) The useful substance according to (7) above, wherein a fraction of the useful substances containing a water-insoluble inorganic substance derived from the combustion ash of livestock manure or a dried product thereof is used as a phosphorus supply source.

(13) Of the useful substances, the fraction containing the water-insoluble component derived from the plant biomass as the main component or a dried product thereof is compared with the value of the plant biomass before the reaction, and the enzyme of the cell wall polysaccharide after pH adjustment. The useful substance according to (7) above, which has improved saccharification efficiency.

(14) Of the useful substances, the fraction containing the water-insoluble component derived from the plant biomass as a main component or a dried product thereof has a dissociative property of the fibrous constituents of the plant tissue as compared with the plant biomass before the reaction. (7) or the useful substance according to the above (13), wherein the above (7) or (13) is improved.

本発明によれば、家畜糞燃焼灰と植物バイオマスとから、有用物質を得ることができる。
即ち、本発明によれば、鶏糞、豚糞、牛糞等の家畜糞バイオマスの減量処理(兼エネルギー回収)後に得られる副産物としての家畜糞燃焼灰に対して、その主成分であるリンの改質・純度向上を図ることができ、また、カルシウムを高度に利用することができる。
また、本発明によれば、稲わら等の農業残渣やセルロース系資源作物を中心とした植物バイオマスについて、湿式貯蔵・前処理技術を提供し、その用途拡大を図ることができる。
According to the present invention, useful substances can be obtained from livestock manure burning ash and plant biomass.
That is, according to the present invention, the main component of phosphorus is modified with respect to livestock manure burning ash as a by-product obtained after weight reduction treatment (and energy recovery) of livestock manure biomass such as chicken manure, pig manure, and cow manure. -Purity can be improved and calcium can be highly utilized.
Further, according to the present invention, it is possible to provide a wet storage / pretreatment technique for agricultural residues such as rice straw and plant biomass centered on cellulosic resource crops, and to expand the applications thereof.

試験例4において、鶏糞燃焼灰と稲わら粉末との反応時における熱処理前のアルカリ濃度と反応後に生成する稲わら処理物の酵素糖化収率との関係を示すグラフである。In Test Example 4, it is a graph which shows the relationship between the alkali concentration before heat treatment at the time of reaction of chicken manure burning ash and rice straw powder, and the enzyme saccharification yield of the treated rice straw produced after reaction. 実施例4において、各条件下で鶏糞燃焼灰により処理を行った後に回収した稲わらを用いた酵素糖化試験(48 h)結果を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the results of an enzyme saccharification test (48 h) using rice straw recovered after treatment with chicken manure burning ash under each condition in Example 4. 実施例5において、鶏糞燃焼灰A(PA)又は処理灰A(PTA)の懸濁液への塩酸添加時におけるリン酸可溶化率(図3A)及び各処理条件における懸濁液のpH実測値とリン酸可溶化率との関係(図3B)をそれぞれ示すグラフである。In Example 5, the phosphoric acid solubilization rate (FIG. 3A) when hydrochloric acid was added to the suspension of chicken manure burning ash A (PA) or treated ash A (PTA) and the measured pH value of the suspension under each treatment condition. It is a graph which shows the relationship between and a phosphate solubilization rate (FIG. 3B), respectively.

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
第1の実施形態は、有用物質の製造法に関する。
第1の実施形態に係る有用物質の製造法は、家畜糞燃焼灰と植物バイオマスとを水の存在下で混合し、反応させることを特徴とするものである。
第1の実施形態に係る有用物質の製造法によれば、家畜糞燃焼灰が改質されると共に植物バイオマスも改質される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The first embodiment relates to a method for producing a useful substance.
The method for producing a useful substance according to the first embodiment is characterized in that livestock manure burning ash and plant biomass are mixed and reacted in the presence of water.
According to the method for producing a useful substance according to the first embodiment, livestock manure burning ash is reformed and plant biomass is also reformed.

ここで家畜糞燃焼灰の原料となる家畜糞は、鶏、豚、牛、羊及び馬由来の糞が好ましいが、これらに限定されない。
家畜糞としては、燃焼特性の向上、貯蔵等を目的として、必要に応じて、天日乾燥、強制乾燥、発酵処理等を経て含水率を低減し減容化しておいたものを用いることができる。
家畜糞は、天日乾燥、発酵及び堆肥化が進むことで一酸化二窒素等の温室効果ガスを発生するため、燃焼させて熱エネルギーとし、更に家畜糞燃焼灰を利活用することにより、環境負荷を低減させることができる。
また、家畜糞燃焼灰には、必要に応じて、燃焼開始時、水分・燃焼特性調整のため等の目的で、おがくず等の木質等の成分を加えたり、燃焼特性調整のため炭酸カルシウム等の調整剤を加えたり、複数種類の家畜糞を混合したりすることができる。
このように、家畜糞の燃焼時に望ましい燃焼特性を確保するために添加する物質に由来する灰分や、それらの不完全燃焼に伴い混入する可能性がある炭化物などを含む灰についても、第1の実施形態における家畜糞燃焼灰に含まれる。
Here, the livestock manure used as a raw material for the livestock manure burning ash is preferably, but is not limited to, manure derived from chicken, pig, cow, sheep and horse.
As livestock manure, for the purpose of improving combustion characteristics, storage, etc., if necessary, it is possible to use livestock manure whose water content has been reduced and its volume has been reduced through sun drying, forced drying, fermentation treatment, etc. ..
Livestock manure generates greenhouse gases such as dinitrogen monoxide as sun drying, fermentation and composting progress, so it is burned to generate heat energy, and livestock manure burning ash is utilized to create an environment. The load can be reduced.
In addition, if necessary, at the start of combustion, woody components such as sawdust may be added to the livestock manure combustion ash for the purpose of adjusting the water content and combustion characteristics, or calcium carbonate or the like may be added to adjust the combustion characteristics. Conditioners can be added and multiple types of livestock manure can be mixed.
As described above, the first ash also contains ash derived from substances added to ensure desirable combustion characteristics during combustion of livestock manure and charcoal-containing substances that may be mixed due to incomplete combustion thereof. Included in livestock manure burning ash in embodiments.

そして、複数種類の家畜糞燃焼灰を混合した灰(例えば、鶏糞燃焼灰と牛糞燃焼灰といったように異なる家畜の糞の燃焼灰を二種以上混合したものや、鶏糞燃焼灰でも、鶏の種類が異なるものの燃焼灰を二種以上混合したものなど)も用いることができる。
なお、この本明細書中に示すカリウム、カルシウム、リン等の元素に関する記述については、これらがイオン状態または塩としての形態のものも含める。
Then, an ash in which a plurality of types of livestock manure burning ash are mixed (for example, a mixture of two or more kinds of different livestock manure burning ash such as chicken manure burning ash and cow manure burning ash, and chicken manure burning ash are also chicken manure types. However, a mixture of two or more types of combustion ash) can also be used.
The description of elements such as potassium, calcium, and phosphorus shown in the present specification includes those in the ionic state or in the form of salts.

家畜糞燃焼灰の製造に用いられる装置としては、ロータリーキルン炉、流動床炉、ストーカ炉、旋回式焼却炉、固定床炉などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
家畜糞燃焼灰の製造に用いられる装置は、有機物の炭化を抑制するために、理論空気量の1.0倍以上の空気を材料に供給し、完全燃焼させることが好ましい。
また、家畜糞燃焼灰の製造に用いられる装置は、大気汚染防止法、場合によっては廃棄物処理法などの規制基準や構造条件などを満たす必要がある。
特に、ダイオキシン類の発生を抑制するために、燃焼ガス温度800℃以上で燃焼する必要があり、産廃物焼却炉扱いになった場合には助燃装置を有する炉としなければならない。
また、家畜糞燃焼灰の製造に用いられる装置については、燃焼時の熱エネルギーを回収し、暖房、乾燥等に利用するためのシステム、さらに熱エネルギーを電気エネルギーに変換するためのシステムを併設することができる。
Examples of the device used for producing livestock manure combustion ash include, but are not limited to, a rotary kiln furnace, a fluidized bed furnace, a stoker furnace, a swivel incinerator, and a fixed bed furnace.
In the device used for producing livestock manure combustion ash, it is preferable to supply 1.0 times or more of the theoretical air amount to the material and completely burn it in order to suppress carbonization of organic matter.
In addition, the equipment used to produce livestock manure combustion ash must meet regulatory standards and structural conditions such as the Air Pollution Control Act and, in some cases, the Waste Management Law.
In particular, in order to suppress the generation of dioxins, it is necessary to burn at a combustion gas temperature of 800 ° C. or higher, and if it is treated as an industrial waste incinerator, it must be a furnace equipped with a combustion assisting device.
In addition, for the equipment used for the production of livestock manure combustion ash, a system for recovering the heat energy at the time of combustion and using it for heating, drying, etc., and a system for converting the heat energy into electric energy will be installed. be able to.

このように、家畜糞は、800℃以上、望ましくは900℃以上の条件で燃焼することで、炭酸カルシウムの大部分を酸化カルシウムに変換することが望ましい。
但し、家畜糞燃焼灰を900℃での燃焼によって調製しても、温度ムラなどの反応条件の不均一性により炭酸カルシウムが完全には分解しない可能性を考慮する必要がある。
As described above, it is desirable that most of the calcium carbonate is converted into calcium oxide by burning the livestock manure under the conditions of 800 ° C. or higher, preferably 900 ° C. or higher.
However, even if livestock manure combustion ash is prepared by burning at 900 ° C, it is necessary to consider the possibility that calcium carbonate may not be completely decomposed due to non-uniformity of reaction conditions such as temperature unevenness.

また、家畜糞燃焼灰を長期保存し、水や二酸化炭素を吸収するうちに、酸化カルシウムの力価が下がる可能性がある。
従って、得られた家畜糞燃焼灰は、その少量を蒸発皿に取り、900℃で1時間加熱した後の重量減少が10%以下となることが望ましく、それ以上の値となった場合には、再度加熱処理することで、水や二酸化炭素などを除去し、再加熱試験での重量減少を10%以下に低減することが望ましい。炭酸塩を除去して酸化物の比率を上げることで、家畜糞燃焼灰から除去可能なカルシウム量が増すことになる。
In addition, the titer of calcium oxide may decrease as livestock manure burning ash is stored for a long period of time and absorbs water and carbon dioxide.
Therefore, it is desirable that a small amount of the obtained livestock manure combustion ash is placed in an evaporating dish and heated at 900 ° C. for 1 hour, and then the weight loss is preferably 10% or less. It is desirable to remove water, carbon dioxide, etc. by heat treatment again and reduce the weight loss in the reheating test to 10% or less. By removing carbonates and increasing the proportion of oxides, the amount of calcium that can be removed from livestock manure burning ash will increase.

第1の実施形態では、このような家畜糞燃焼灰と植物バイオマスとを水の存在下で(好ましくは水中で)混合し反応させることを特徴としており、家畜糞燃焼灰を植物バイオマスと水を含む混合物で反応させることで、カルシウムを家畜糞燃焼灰内から、植物バイオマス又は溶液中に移行させている。 The first embodiment is characterized in that such livestock manure burning ash and plant biomass are mixed and reacted in the presence of water (preferably in water), and livestock manure burning ash is mixed with plant biomass and water. By reacting with the containing mixture, calcium is transferred from the livestock manure burning ash into the plant biomass or solution.

次に、第1の実施形態で用いる植物バイオマスとしては、
農産廃棄物である稲わら、麦わら、コーンストーバー(トウモロコシ茎葉部)、ソバ茎葉部、野菜茎葉部等;
食品等の一次加工残渣であるサトウキビバガス、ソルガムバガス、テンサイ絞りかす、ミカン絞りかす、もみ殻、フスマ等;
食品等の製造残渣である茶殻、コーヒーかす、おから、焼酎残渣等;
資源作物であるエリアンサス、ミスカンサス、ジャイアントミスカンサス(オギススキ)、スイッチグラス、ネピアグラス等;
その他の草本系残渣としての、雑草、芝草、河川脇、道路横、荒地等に植えられているススキ、葦、竹等;
ブナ、カシ、ナラ、カバ、ケヤキ、ヤナギ、ポプラ等の広葉樹由来の材、樹皮、枝葉;
スギ、ヒノキ、マツ等の針葉樹由来の材、樹皮、茎葉;
ホンダワラ、コンブ、ワカメ、テングサ、アオサ、カサノリ等の藻類;
さらに水草、微細藻類;
など広く用いることができる。
Next, as the plant biomass used in the first embodiment,
Agricultural waste such as rice straw, straw, corn stover (corn foliage), buckwheat foliage, vegetable foliage, etc.;
Sugar cane bagasse, sorghum bagasse, sugar beet pomace, pomace pomace, rice husk, bran, etc., which are the primary processing residues of foods, etc.;
Tea leaves, coffee grounds, okara, shochu residue, etc., which are manufacturing residues of foods, etc.;
Resource crops such as Erianthus, Miscanthus, Giant Miscanthus (Ogisski), Switchgrass, Napiergrass, etc.;
Other herbaceous residues such as weeds, turfgrass, riversides, roadsides, wastelands, etc.
Woods derived from broad-leaved trees such as beech, oak, oak, hippopotamus, zelkova, willow, poplar, bark, branches and leaves;
Materials derived from coniferous trees such as sugi, cypress, and pine, bark, foliage;
Algae such as sargassum, kelp, wakame seaweed, gelidiaceae, sea lettuce, and acetabularia ryu;
Furthermore, aquatic plants and microalgae;
Can be widely used.

特に第1の実施形態で用いる植物バイオマスとしては、イネ科の植物バイオマス、具体的には例えば、稲、麦、トウモロコシ等のイネ科作物の植物体地上部全体、又は、その可食部となる子実部を回収した後の、農産廃棄物としての茎葉部が挙げられる。また、イネ科植物であるサトウキビ植物体全体、収穫時に切除される茎上部、葉部、製糖工場に運ばれている茎部、搾汁後のバガスを原料として挙げられる。さらに、イネ科のセルロース系資源作物であるエリアンサス、ミスカンサス、ジャイアントミスカンサス、ネピアグラス、スイッチグラスの茎葉部を用いることができる。そして、河川脇、道路横、荒地等に栽培されているか自生しているススキ、葦、竹などのイネ科植物茎葉等を用いることが望ましい。この他、おがくず、木チップ等を用いることが好ましい。 In particular, the plant biomass used in the first embodiment is a plant biomass of the Gramineae family, specifically, the entire above-ground part of the plant body of a Gramineae crop such as rice, wheat, and corn, or an edible portion thereof. Examples include foliage as agricultural waste after collecting grain. In addition, the whole sugarcane plant, which is a gramineous plant, the upper part of the stem and leaves that are excised at the time of harvest, the stem part that is transported to a sugar factory, and bagasse after squeezing can be mentioned as raw materials. Furthermore, the foliage of Erianthus, Miscanthus, Giant Miscanthus, Napiergrass, and Switchgrass, which are cellulosic resource crops of the Gramineae family, can be used. Then, it is desirable to use grasses, reeds, bamboo and other gramineous plants that are cultivated or grow naturally on riversides, roadsides, wastelands, etc. In addition, it is preferable to use sawdust, wood chips and the like.

第1の実施形態で用いる植物バイオマスとしては、細胞壁にカルシウムを含む成分が十分に浸透・反応するように、長さ数センチメートル程度に裁断してあるものが望ましい。
また、その際には、植物バイオマスをすり潰して組織に裂け目を導入するなどの方法により、内部への液の浸透や内外の液の交換の能力を高めることが望ましい。例えば、この能力を高めるため、植物バイオマスを裁断後に、ディスクリファイナー状の装置を通過させたり、突起物に接触させたり、植物バイオマスの裁断物と上記した家畜糞燃焼灰とを、必要に応じて乾燥し過ぎによる不都合を防ぐ観点から水を加えた上で、家畜糞燃焼灰を研磨剤のように使用し、植物バイオマスを磨砕したりすることができる。
その一方で、細かく粉砕しすぎると、処理後の灰と植物バイオマスとを両者の形状の違いによって、篩などを活用した固−固分離により別々に回収することが困難となるため、注意を要する。
As the plant biomass used in the first embodiment, it is desirable that the plant biomass is cut to a length of about several centimeters so that a component containing calcium sufficiently permeates and reacts with the cell wall.
In that case, it is desirable to enhance the ability of the liquid to permeate into the inside and exchange the liquid inside and outside by a method such as grinding plant biomass to introduce a crevice into the tissue. For example, in order to enhance this ability, after cutting the plant biomass, it is passed through a discifier-like device, brought into contact with protrusions, or the cut product of the plant biomass and the above-mentioned livestock manure burning ash are mixed as needed. From the viewpoint of preventing inconvenience due to overdrying, after adding water, livestock manure burning ash can be used like an abrasive to grind plant biomass.
On the other hand, if it is crushed too finely, it will be difficult to collect the treated ash and plant biomass separately by solid-solid separation using a sieve or the like due to the difference in shape between the two, so caution is required. ..

家畜糞燃焼灰と植物バイオマスを水の存在下で混合することで、家畜糞燃焼灰由来の成分、特にカルシウムについて、植物バイオマスへの移行が起こるが(換言すると、家畜糞燃焼灰の中にあったカルシウムが植物バイオマスの方に移動してこれに吸着されることが起こるが)、この際には、ただ混合するだけでなく、混合後に熱処理又は長期間の静置処理によって移行及び反応を促進することが望ましい。
この処理は、原料特性に応じた好ましい条件、例えば、草本系の農産廃棄物の一つ、稲わらでは、95℃で10分以上の熱処理を行うことで、又は加熱せずに外気温で1日以上、より好ましくは一週間以上の静置を行うことで、植物バイオマスへの家畜糞燃焼灰由来の成分の移行、そして植物バイオマスの変質(改質)を伴う化学反応が進むが、この反応条件は、原料品質、アルカリ力価、製造物に求められる品質によって異なるため、加熱と非加熱静置の組み合わせを含めて、任意の条件を採用することができる。
加熱を行わない場合には、混合物が外気中の二酸化炭素と反応し、アルカリ力価が低下する現象を抑制するため、外気と遮断するためにポリオレフィン系シート等のシートで覆う、混合物を十分に圧密して空気の流通を最小限に抑える、等の措置を講じることが望ましい。
従って、第1の実施形態では、家畜糞燃焼灰と植物バイオマスとを水の存在下で(好ましくは水中で)混合し反応させるが、前記(2)に記載したように、この反応を、家畜糞燃焼灰と植物バイオマスと水との混合物を加熱する方法、又は前記混合物を加熱せずに1日以上保持する方法のうち、少なくとも一つの方法によって行うことが好ましい。
By mixing livestock manure burning ash and plant biomass in the presence of water, the components derived from livestock manure burning ash, especially calcium, are transferred to plant biomass (in other words, in livestock manure burning ash. (Although it happens that the calcium moves toward the plant biomass and is adsorbed on it), in this case, not only mixing but also heat treatment or long-term standing treatment after mixing promotes the migration and reaction. It is desirable to do.
This treatment is performed under favorable conditions according to the characteristics of the raw material, for example, for rice straw, which is one of the herbaceous agricultural wastes, by heat treatment at 95 ° C. for 10 minutes or more, or at outside temperature without heating. By allowing the mixture to stand for more than a day, more preferably for a week or more, the chemical reaction accompanied by the transfer of the components derived from the combustion ash of livestock manure to the plant biomass and the alteration (modification) of the plant biomass proceeds. Since the conditions differ depending on the raw material quality, the alkali titer, and the quality required for the product, any conditions can be adopted, including a combination of heating and non-heating and standing.
When not heating, the mixture reacts with carbon dioxide in the outside air, and in order to suppress the phenomenon that the alkali titer decreases, cover the mixture with a sheet such as a polyolefin sheet to block it from the outside air. It is desirable to take measures such as consolidation to minimize air flow.
Therefore, in the first embodiment, livestock manure burning ash and plant biomass are mixed and reacted in the presence of water (preferably in water), and as described in (2) above, this reaction is carried out on livestock. It is preferable to carry out by at least one of a method of heating a mixture of manure burning ash, plant biomass and water, or a method of holding the mixture without heating for 1 day or more.

これらの条件で起こる反応に関しては、植物バイオマスからのエタノール製造工程における水酸化カルシウム前処理条件と同様の反応条件を含み、アルカリの消費に伴い、液相pHの低下が起こることが反応の目安となる。
その際には、植物バイオマスの変質が起こっていることから、反応後に植物バイオマスを主成分とする画分を回収し、pH調整後にセルラーゼ及びキシラナーゼを含む酵素製剤を用いて酵素糖化することで、その糖化性向上が確認できる。
この点に関し、pHの低下を特徴とするようなアルカリの消費は、酵素糖化効率の向上が見られなくなるような高濃度のアルカリ条件下での反応後にも起こる(後記試験例2参照)ことから、両者は似ているように思われるが、前処理とカルシウム吸着とは別の最適点をもつ、全く別の現象である。
Regarding the reactions that occur under these conditions, the reaction conditions include the same reaction conditions as the calcium hydroxide pretreatment conditions in the ethanol production process from plant biomass, and it is a guideline for the reaction that the liquid phase pH decreases with the consumption of alkali. Become.
At that time, since the alteration of the plant biomass has occurred, the fraction containing the plant biomass as the main component is recovered after the reaction, and after the pH is adjusted, it is enzymatically saccharified using an enzyme preparation containing cellulase and xylanase. The improvement in saccharification can be confirmed.
In this regard, the consumption of alkali, which is characterized by a decrease in pH, occurs even after the reaction under high-concentration alkaline conditions such that the improvement in enzyme saccharification efficiency is not observed (see Test Example 2 below). , Both seem to be similar, but they are completely different phenomena with different optimum points for pretreatment and calcium adsorption.

植物バイオマスとの反応が可能なカルシウムの量は、植物バイオマスの化学構造、反応可能な表面積等に依存する。
家畜糞燃焼灰に含まれる水酸化カルシウム当量は、家畜糞の種類、助燃剤、調整剤等の添加量、燃焼条件などに依存する。
カルシウム元素の一部は、リン酸との塩となっている可能性があり、酸可溶性のカルシウム元素として評価される量の一部のみが、水酸化カルシウムと同様のアルカリとして反応する。
水酸化カルシウムとしての力価は、水懸濁物の上澄部のもつアルカリ力価を、水酸化カルシウムに由来する力価と仮定して換算することができるが、共存する水酸化カリウム、その他のカリウム塩は、水溶液中で高いアルカリ性を示すことから注意が必要となる。
The amount of calcium that can react with plant biomass depends on the chemical structure of the plant biomass, the surface area that can react, and the like.
The calcium hydroxide equivalent contained in livestock manure combustion ash depends on the type of livestock manure, the amount of combustion improver, modifier, etc. added, and the combustion conditions.
Some of the calcium elements may be salts with phosphoric acid, and only some of the amounts evaluated as acid-soluble calcium elements react as alkalis similar to calcium hydroxide.
The titer as calcium hydroxide can be converted by assuming that the alkaline titer of the supernatant of the water suspension is the titer derived from calcium hydroxide, but coexisting potassium hydroxide, etc. It should be noted that the potassium salt of is highly alkaline in an aqueous solution.

家畜糞燃焼灰と植物バイオマスとの反応時における家畜糞燃焼灰の投入量としては、植物バイオマスの乾燥重量に対して、0.1〜8重量、望ましくは0.15〜4重量である。
家畜糞燃焼灰の投入量が少なすぎると、pHの向上が不十分となるため反応が非効率となると共に、熱処理を行わずに常温処理する場合には、反応が進むにつれてpHが低下する結果、微生物が増殖しやすいpHにまで低下することで、植物バイオマスの生物学的反応による変敗が進むリスクが向上する。
逆に、家畜糞燃焼灰の投入量が多すぎると、残存する水酸化カルシウムの量が増し、処理後の灰におけるカルシウム/リン比の低減効果が鈍くなる。
The amount of livestock manure burning ash input during the reaction between livestock manure burning ash and plant biomass is 0.1 to 8 weight, preferably 0.15 to 4 weight, based on the dry weight of plant biomass.
If the amount of livestock manure combustion ash input is too small, the pH will not be improved sufficiently, resulting in inefficiency of the reaction. In addition, if the treatment is performed at room temperature without heat treatment, the pH will decrease as the reaction progresses. By lowering the pH to a pH at which microorganisms can easily grow, the risk of deterioration of plant biomass due to biological reactions increases.
On the contrary, if the amount of livestock manure combustion ash input is too large, the amount of residual calcium hydroxide increases, and the effect of reducing the calcium / phosphorus ratio in the treated ash becomes dull.

また、この反応の際に加えるべき水の量は、家畜糞燃焼灰の中のアルカリが移行するために十分な量であれば良いが、アルカリ濃度が高い方が、植物バイオマスとの反応が進行する点で望ましい。
具体的には、この反応の際に加えるべき水の量は、植物バイオマスの乾燥重量に対して、約三分の一以上100倍以下、望ましくは等量以上10倍以下である。
In addition, the amount of water to be added during this reaction may be sufficient for the transfer of alkali in livestock manure combustion ash, but the higher the alkali concentration, the more the reaction with plant biomass proceeds. It is desirable in that it does.
Specifically, the amount of water to be added during this reaction is about one-third or more and 100 times or less, preferably equal or more and 10 times or less, based on the dry weight of the plant biomass.

この反応の際に加える水としては、蒸留水、イオン交換水、水道水、再処理水、雨水等が利用可能で、好ましくは中性からアルカリ性(pH6以上)の範囲のものを使用する。
但し、第1の実施形態では、家畜糞燃焼灰と植物バイオマスとを水の存在下で混合し、反応させればよいことから、一般的には水を添加するが、水分含量の高いバイオマスを使用する場合には水の存在下となることから、水を添加しない場合もある。また、反応後の固形物の洗浄及び固−固分離の際に生じるアルカリ性の水を植物バイオマスに添加した上で、必要に応じて余分な水を除去することで、植物バイオマスへの水添加を行いつつ、植物バイオマスの洗浄、アルカリ性の水のアルカリ力価の低減及び水使用量の節減を図ることができる。
そして、水存在下でのアルカリの移行を促すため、攪拌、圧密、圧密・圧力解放の繰り返しなどの操作を行うことが望ましい。
As the water added during this reaction, distilled water, ion-exchanged water, tap water, retreated water, rainwater and the like can be used, and those in the neutral to alkaline (pH 6 or higher) range are preferably used.
However, in the first embodiment, since the livestock manure combustion ash and the plant biomass may be mixed and reacted in the presence of water, water is generally added, but the biomass having a high water content is used. When used, it is in the presence of water, so water may not be added. In addition, alkaline water generated during washing of solids and solid-solid separation after the reaction is added to the plant biomass, and if necessary, excess water is removed to add water to the plant biomass. While doing so, it is possible to wash plant biomass, reduce the alkaline titer of alkaline water, and reduce the amount of water used.
Then, in order to promote the transfer of alkali in the presence of water, it is desirable to perform operations such as stirring, consolidation, consolidation and pressure release repeatedly.

反応後には、これらの混合物から、反応後の家畜糞燃焼灰(以下、「処理灰」ということがある。)を、反応後の植物バイオマス及び水溶液から固―固分離することで、処理灰を回収し、そのカルシウム/リン比を測定することで、カルシウムの溶出除去、換言すれば植物バイオマス中へのカルシウム移行を確認することができる。
この処理灰の回収時には、反応後の植物バイオマスとの比重差(沈降速度の差)による分離又は粒度差による分離の少なくとも一つの分離法を使うことができる。
その際には、必要に応じて加水し、攪拌、衝撃等の方法によって、処理灰と反応後の植物バイオマスの両方が水相中で分散し、篩別や分別沈降等のうちから適切な操作を行うことが望ましい。
浮遊性が高い処理灰画分が共存する際には、沈降槽内での自然沈降物、或いは凝集剤を加えて強制的に沈殿として回収できる。
また、遠心分離法によって回収を促進することもできる。
その逆に、乾燥工程の導入が可能な場合には、完全に乾燥するか又は部分的に乾燥し、家畜糞燃焼灰由来の成分と植物バイオマス由来の成分のそれぞれを固形物として、必要に応じて振動、衝撃等の方法で双方の分離を促しつつ、気相中で分散させ、風力選別により分離することが可能となる。
After the reaction, the treated livestock manure burning ash (hereinafter, sometimes referred to as "treated ash") is solid-solid-separated from the reaction-reacted plant biomass and aqueous solution from these mixtures to obtain treated ash. By recovering and measuring the calcium / phosphorus ratio, it is possible to confirm the elution and removal of calcium, in other words, the transfer of calcium into plant biomass.
At the time of recovery of this treated ash, at least one separation method can be used, that is, separation due to the difference in specific gravity (difference in sedimentation rate) from the plant biomass after the reaction or separation due to the difference in particle size.
In that case, if necessary, water is added, stirring, impact, etc. are used to disperse both the treated ash and the plant biomass after the reaction in the aqueous phase, and an appropriate operation is performed from among sieving and fractional sedimentation. It is desirable to do.
When the treated ash fraction with high floating property coexists, it can be forcibly recovered as a sediment by adding a natural sediment in the sedimentation tank or a coagulant.
Recovery can also be facilitated by centrifugation.
On the contrary, when the drying process can be introduced, it is completely dried or partially dried, and each of the component derived from livestock manure combustion ash and the component derived from plant biomass is made into a solid, if necessary. It is possible to disperse in the vapor phase and separate by wind power sorting while promoting the separation of both by methods such as vibration and impact.

得られた処理灰は、少量の植物バイオマス由来の繊維質などを含むことがある。
処理灰から植物バイオマス由来の有機物を除く必要がある場合には、有機物の燃焼分解、乾燥粉砕後の再度の固−固分離による繊維質の除去等の方法が適用できる。
The obtained treated ash may contain a small amount of plant biomass-derived fiber and the like.
When it is necessary to remove organic matter derived from plant biomass from the treated ash, methods such as combustion decomposition of organic matter and removal of fiber by solid-solid separation again after drying and crushing can be applied.

第1の実施形態では、家畜糞燃焼灰と植物バイオマスとを水の存在下で(好ましくは水中で)混合し反応させるが、前記(3)に記載したように、前記反応により得られる反応物中から有用物質を回収する工程を含む。
ここで有用物質を回収する工程としては、前記(4)に記載したように、前記反応後に加水し、前記家畜糞燃焼灰由来の水不溶性無機物を主成分とする画分と、前記植物バイオマス由来の水不溶性成分を主成分とする画分とを固−固分離する工程を含む。
In the first embodiment, livestock manure burning ash and plant biomass are mixed and reacted in the presence of water (preferably in water), but as described in (3) above, the reaction product obtained by the reaction. Includes a step of recovering useful substances from the inside.
Here, as a step of recovering the useful substance, as described in (4) above, a fraction obtained by adding water after the reaction and containing a water-insoluble inorganic substance derived from the combustion ash of livestock manure as a main component and the plant biomass-derived Includes a step of solid-solid separation from the fraction containing the water-insoluble component as the main component.

このようにして得られた処理灰は、湿潤状態で保存し、散布性や混合性に優れるスラリーの状態で使用することができるが、析出した粒子が共存する場合には、特性均質化のため、適宜、それらの粒子を粉砕することが望ましい。
また、部分的又は完全に脱水することで、重量を低減させ、取扱性を向上させることが可能である。但し、脱水物が凝集して塊状になることがあるので、これを再度粉砕することで、散布性、混合・成形性や化学的加工性を向上させることができる。
さらに、粉末状の処理灰のハンドリング性を向上させるため、湿潤状態又は乾燥状態の処理灰に対して、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、澱粉、リグノスルホン酸塩、糖蜜などのバインダーを添加し成形することができ、これにより粒としての安定性が向上する。
The treated ash thus obtained can be stored in a wet state and used in the state of a slurry having excellent dispersibility and mixability, but when precipitated particles coexist, it is necessary to homogenize the characteristics. It is desirable to grind those particles as appropriate.
Further, by partially or completely dehydrating, it is possible to reduce the weight and improve the handleability. However, since the dehydrated product may agglomerate into a lump, it is possible to improve the dispersability, mixing / moldability, and chemical processability by pulverizing the dehydrated product again.
Further, in order to improve the handleability of the powdered treated ash, a binder such as polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, starch, lignosulfonate, molasses is added to the treated ash in a wet state or a dry state for molding. This improves the stability as a grain.

家畜糞燃焼灰の主成分であるカルシウムは、水酸化カルシウムの状態での水溶性が低いが、植物バイオマスに移行して反応することで吸着し、処理灰中のカルシウム量が減少する。
また、カリウムの一部は水溶性を示すことから、処理灰中のカリウム量も減少する。
このように、カリウム/リン比が低下することで、肥料化した際の施肥設計が容易になる。
それに対して、大部分のリンは、リン酸カルシウム等のアルカリ不溶性の状態となっていると考えられることから、家畜糞燃焼灰から移行しにくい。
Calcium, which is the main component of livestock manure combustion ash, has low water solubility in the state of calcium hydroxide, but it is adsorbed by migrating to plant biomass and reacting, and the amount of calcium in the treated ash decreases.
In addition, since part of potassium is water-soluble, the amount of potassium in the treated ash also decreases.
As described above, the reduction of the potassium / phosphorus ratio facilitates the fertilizer application design when fertilized.
On the other hand, most of phosphorus is considered to be in an alkali-insoluble state such as calcium phosphate, so that it is difficult to transfer from livestock manure burning ash.

このことから、処理灰では、カルシウム/リン比が低くなり、元の家畜糞燃焼灰と比較して、水懸濁時のアルカリ度が低くなる。
従って、リン給源として処理灰を使う場合には、元の家畜糞燃焼灰と比較して、アルカリの環境影響が低減して、作業安全性が高まる。
また、アルカリ度が低くなることに伴い、少量の酸添加でもリン酸の遊離が起こるようになり、リン酸の抽出が容易である。
そして、より高pHでのリン溶出が観察される。この現象が起こる原因は不明であるが、鶏糞燃焼灰よりも処理灰でカルシウム/リン比が低いことにより、酸添加に伴う遊離カルシウム濃度の上昇が穏やかになり、リン酸カルシウムの溶解性が増すことが関係している可能性がある。
For this reason, the treated ash has a lower calcium / phosphorus ratio and a lower alkalinity when suspended in water than the original livestock manure burning ash.
Therefore, when treated ash is used as a phosphorus source, the environmental impact of alkali is reduced and work safety is improved as compared with the original livestock manure burning ash.
Further, as the alkalinity becomes lower, the liberation of phosphoric acid occurs even if a small amount of acid is added, and the extraction of phosphoric acid is easy.
Then, phosphorus elution at a higher pH is observed. The cause of this phenomenon is unknown, but the lower calcium / phosphorus ratio in the treated ash than in the chicken manure burning ash may moderate the increase in free calcium concentration associated with acid addition and increase the solubility of calcium phosphate. May be related.

このように、カルシウム/リン比の低下に伴い機能性が向上した家畜糞燃焼灰(処理灰)は、化石資源であるリン鉱石から得られたリン肥料と比較して、低環境負荷の新規素材として、リン酸回収・精製用原料、カルシウムの残存性が低いリン肥料又はその給源としての価値を有する。 In this way, livestock manure burning ash (treated ash), whose functionality has improved as the calcium / phosphorus ratio decreases, is a new material with a lower environmental load than phosphorus fertilizer obtained from phosphorus ore, which is a fossil resource. As a raw material for phosphoric acid recovery / purification, phosphorus fertilizer with low residual calcium or its value as a source thereof.

一方、家畜糞燃焼灰から移行したカルシウム等の成分と反応した植物バイオマスは、その細胞壁構造が変質することで、回収後に新たな価値が付与される。
反応・回収後の植物バイオマスは、繊維の解離性が増し、繊維質原料としての価値を有することに加えて、pH調整後の酵素糖化性が向上し、堆肥原料、飼料、酵素糖化原料、キノコ培地等への適用性が向上する。
また、植物バイオマスのアルカリ処理に伴い、フェルラ酸、p-クマル酸等の有機酸が水中に遊離することが知られている(例えば、特開2013-220067号公報参照)。
家畜糞燃焼灰由来のアルカリが植物バイオマスと反応することで、この先行技術と同様に、これらの有機酸などの有価物が水中に抽出される。
On the other hand, plant biomass that has reacted with components such as calcium transferred from livestock manure combustion ash is given new value after recovery due to alteration of its cell wall structure.
After the reaction and recovery, the plant biomass has increased fiber dissociability and has value as a fibrous raw material. In addition, the enzymatic saccharification property after pH adjustment is improved, and the compost raw material, feed, enzyme saccharified raw material, mushrooms. The applicability to a medium or the like is improved.
Further, it is known that organic acids such as ferulic acid and p-coumaric acid are liberated in water with the alkaline treatment of plant biomass (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-220067).
By reacting the alkali derived from livestock manure combustion ash with plant biomass, valuable resources such as these organic acids are extracted into water as in this prior art.

前記した特許文献9(特開2010−202491号公報)の例に示すような、水酸化カルシウムによる常温での植物バイオマス貯蔵・前処理技術と比較して、第1の実施形態に係る方法は、空気中の二酸化炭素によるpH低減が、水酸化カルシウムによる処理と比較して遅く、pH低下度も小さくなっている点が優位性となる。
このことにより、二酸化炭素の遮断性が極めて高い、アルミニウムバッグ等の特殊な被覆材料を用いたり、脱二酸化炭素処理した空気で置換したりせずに、ポリオレフィン系シートやラッピサイロなどを用いても、水酸化カルシウム処理法と比較して、pH低下による腐敗のリスクを低減でき、簡素な湿式貯蔵技術として一層高度な役割を果たすことができるものと期待される。
このような簡易型の植物バイオマス貯蔵システムでは、そのカバーする表面に近い部分で、空気中の二酸化炭素が接することで、pHが低下してしまい、その部分の植物バイオマスに対する貯蔵品質低下が避けられない。しかしながら、その内側の、直接空気が流通しない部分は、高いpHが維持されるものと期待される。貯蔵物のpH低下が緩やかとなることで、表面に近い部分の品質低下が抑制されるとともに、その内側に対する影響も抑制されるものと期待される。
Compared with the plant biomass storage / pretreatment technique at room temperature using calcium hydroxide as shown in the example of Patent Document 9 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-202491), the method according to the first embodiment is The advantage is that the pH reduction by carbon dioxide in the air is slower than the treatment with calcium hydroxide, and the degree of pH reduction is also small.
As a result, even if a polyolefin sheet or rappi silo is used without using a special coating material such as an aluminum bag, which has extremely high carbon dioxide blocking property, or by replacing with decarbonized air. Compared with the calcium hydroxide treatment method, it is expected that the risk of putrefaction due to a decrease in pH can be reduced and that it can play a more advanced role as a simple wet storage technique.
In such a simple plant biomass storage system, the pH is lowered due to the contact with carbon dioxide in the air near the surface to be covered, and the deterioration of the storage quality of the plant biomass in that part can be avoided. No. However, it is expected that a high pH will be maintained in the inner part where air does not flow directly. It is expected that the gradual decrease in pH of the stored product will suppress the deterioration of the quality of the portion near the surface and also the influence on the inside thereof.

植物バイオマスの多くは、繊維質を主成分としており、その繊維質を分散状態にして、パルプ又は繊維として活用することができる。
それに加えて、例えばセルロースナノファイバーのような特性をもつ繊維に加工することで、付加価値を一層向上することができる。
植物バイオマスをグラインダーやリファイナーなどによる機械的解離方法を用いて解離し、砕木パルプを製造する工程では、亜硫酸ソーダ・炭酸ソーダ処理によって効率化する。
このようにして製造されたパルプは、薬品処理砕木パルプ、セミケミカルパルプ、ケミカルメカニカルパルプ等と呼ばれる[例えば、紙パルプ製造技術シリーズ(2)「メカニカルパルプ」(1997年初版発行、紙パルプ技術協会編、新日本印刷株式会社)参照]。
Most plant biomass contains fiber as a main component, and the fiber can be dispersed and used as pulp or fiber.
In addition to that, the added value can be further improved by processing into fibers having characteristics such as cellulose nanofibers.
In the process of producing crushed wood pulp by dissociating plant biomass using a mechanical dissociation method such as a grinder or refiner, efficiency is improved by treatment with sodium sulfite and sodium carbonate.
The pulp produced in this way is called chemical-treated crushed wood pulp, semi-chemical pulp, chemical mechanical pulp, etc. [For example, pulp pulp manufacturing technology series (2) "mechanical pulp" (first edition published in 1997, Pulp Technology Association). Hen, Shin Nihon Printing Co., Ltd.)].

第1の実施形態に係る方法で得られる、処理後の植物バイオマスは、このようなアルカリ処理と同様の効果をもち、繊維への解離を容易に行うことが可能な繊維質素材として、有価性をもつ。この繊維質素材は、機械的繊維化によるメカニカルパルプ化、また、アルカリ、酸化剤等での処理によるケミカルパルプ化などの方法によってパルプとした後、機械的方法、化学的方法等によるさらなる繊維の破壊を経て紙、不織布、セルロースナノファイバー等の有用物質に加工することができる。 The treated plant biomass obtained by the method according to the first embodiment has the same effect as such alkaline treatment, and is valuable as a fibrous material capable of easily dissociating into fibers. Has. This fibrous material is made into pulp by a method such as mechanical pulping by mechanical fiberization or chemical pulping by treatment with an alkali, an oxidizing agent, etc., and then further fiber is obtained by a mechanical method, a chemical method, or the like. After being broken, it can be processed into useful substances such as paper, non-woven fabric, and cellulose nanofibers.

従って、第1の実施形態に係る方法で得られる有用物質は、家畜糞燃焼灰と植物バイオマスとを水の存在下で混合し、反応させることによって、前記反応後に生じた、前記家畜糞燃焼灰由来の水不溶性無機物を主成分とする画分であり、また、前記反応後に生じた、前記植物バイオマス由来の水不溶性成分を主成分とする画分であり、これを回収すればよい。 Therefore, the useful substance obtained by the method according to the first embodiment is the livestock manure burning ash produced after the reaction by mixing and reacting livestock manure burning ash and plant biomass in the presence of water. It is a fraction containing a water-insoluble inorganic substance derived from the main component, and a fraction generated after the reaction and containing a water-insoluble component derived from the plant biomass as a main component, which may be recovered.

次に、第2の実施形態は、前記(7)に記載したように、前記(1)乃至前記(6)のいずれかに記載の有用物質の製造法により製造される有用物質に関する。 Next, the second embodiment relates to a useful substance produced by the method for producing a useful substance according to any one of (1) to (6) above, as described in (7) above.

第2の実施形態に係る有用物質は、いわゆるプロダクトバイプロセス(PBP)クレームについてのものである。
第2の実施形態において、有用物質について、PBPクレームで規定したのは、例えば、家畜糞の種類(鶏糞、牛糞など;家畜の年齢;性別など)、燃焼条件、燃焼施設などによって、燃焼灰の組成が異なっていることから、有用物質について、一義的に組成などによって規定することが困難であるばかりか、その測定のために、考え得る全ての家畜糞燃焼灰を作成し、それらについて調べる作業を、出願前に行うことは、不可能かつ非現実的であると考えられるからである。
また、例えば処理灰に含まれる有用物質自体、少量の植物バイオマス由来の繊維質などを含むことがある。
さらに、有用物質は、上記したように処理後の植物バイオマスにも存在している。
してみれば、有用物質について、一義的に組成などによって規定することが困難であるばかりか、その測定のために、それらについて調べる作業を、出願前に行うことは、不可能かつ非現実的であると考えられることから、いわゆるプロダクトバイプロセス(PBP)クレームとしたものである。
The useful substance according to the second embodiment is for a so-called product-by-process (PBP) claim.
In the second embodiment, the useful substances are defined in the PBP claim, for example, depending on the type of livestock manure (chicken manure, cow manure, etc.; livestock age; sex, etc.), combustion conditions, combustion facility, etc. Not only is it difficult to unambiguously define useful substances by composition, etc. due to their different compositions, but also the work of creating all possible livestock manure burning ash and investigating them for its measurement. This is because it is considered impossible and unrealistic to do this before filing an application.
In addition, for example, the useful substance itself contained in the treated ash may contain a small amount of fiber derived from plant biomass.
Furthermore, useful substances are also present in the treated plant biomass as described above.
Therefore, not only is it difficult to unambiguously define useful substances by composition, etc., but it is impossible and unrealistic to carry out the work of investigating them before filing for their measurement. Therefore, it is a so-called product-by-process (PBP) claim.

ここで有用物質とは、基本的に、反応後の処理灰に主に含まれるものと、反応後の植物バイオマスに主に含まれるものとがある。
従って、第2の実施形態における有用物質は、前記第1の実施形態で示したような、家畜糞燃焼灰と植物バイオマスとを水の存在下で混合し、反応させることによって、前記反応後に生じた、前記家畜糞燃焼灰由来の水不溶性無機物を主成分とする画分であり、また、前記反応後に生じた、前記植物バイオマス由来の水不溶性成分を主成分とする画分である。
それ故、これらの内容については、前記第1の実施形態における説明がそのまま引用される。
Here, the useful substances are basically those mainly contained in the treated ash after the reaction and those mainly contained in the plant biomass after the reaction.
Therefore, the useful substance in the second embodiment is generated after the reaction by mixing and reacting the livestock manure burning ash and the plant biomass in the presence of water as shown in the first embodiment. Further, it is a fraction containing a water-insoluble inorganic substance derived from the combustion ash of livestock manure as a main component, and a fraction containing a water-insoluble component derived from the plant biomass generated after the reaction as a main component.
Therefore, with respect to these contents, the description in the first embodiment is quoted as it is.

そして、前記第1の実施形態において説明し、前記(8)に記載したように、前記有用物質のうちの前記家畜糞燃焼灰由来の水不溶性無機物を主成分とする画分の乾燥物は、反応前の家畜糞燃焼灰の値と比較して、低いカルシウム/リン比を示している。 Then, as described in the first embodiment and described in (8) above, the dried product of the fraction containing the water-insoluble inorganic substance derived from the combustion ash of livestock manure as the main component among the useful substances is used. It shows a low calcium / phosphorus ratio compared to the value of livestock manure burning ash before the reaction.

次に、前記第1の実施形態において説明し、前記(9)に記載したように、前記有用物質のうちの前記家畜糞燃焼灰由来の水不溶性無機物を主成分とする画分の乾燥物は、反応前の家畜糞燃焼灰の値と比較して、低いカリウム含有率を示している。 Next, as described in the first embodiment and described in (9) above, the dried product of the fraction containing the water-insoluble inorganic substance derived from the combustion ash of livestock manure as the main component among the useful substances , Shows a low potassium content compared to the value of livestock manure burning ash before the reaction.

また、前記第1の実施形態において説明し、前記(10)に記載したように、前記有用物質のうちの前記家畜糞燃焼灰由来の水不溶性無機物を主成分とする画分の乾燥物は、それを水に懸濁して酸を添加した際に、同じリン量をもつ、反応前の家畜糞燃焼灰での値と比較して、より少量の酸添加量でリンを溶解する特性を示している。 Further, as described in the first embodiment and described in (10) above, the dried product of the fraction containing the water-insoluble inorganic substance derived from the combustion ash of livestock manure as the main component among the useful substances is used. When it was suspended in water and acid was added, it showed the property of dissolving phosphorus with a smaller amount of acid addition compared to the value of livestock manure burning ash before the reaction, which had the same amount of phosphorus. There is.

さらに、前記第1の実施形態において説明し、前記(11)に記載したように、前記有用物質のうちの前記家畜糞燃焼灰由来の水不溶性無機物を主成分とする画分の乾燥物は、それを水に懸濁して、酸、とりわけ塩酸を添加した際に、同じリン量をもつ、反応前の家畜糞燃焼灰での値と比較して、より高いpHでリンを溶解する特性を示している。 Further, as described in the first embodiment and described in (11) above, the dried product of the fraction containing the water-insoluble inorganic substance derived from the combustion ash of livestock manure as the main component among the useful substances is used. When it is suspended in water and acid, especially hydrochloric acid, is added, it has the same phosphorus content and exhibits the property of dissolving phosphorus at a higher pH compared to the value in pre-reaction livestock manure burning ash. ing.

そして、前記第1の実施形態において説明し、前記(12)に記載したように、前記有用物質のうちの前記家畜糞燃焼灰由来の水不溶性無機物を主成分とする画分又はその乾燥物は、リン供給源として用いられる。 Then, as described in the first embodiment and described in (12) above, the fraction of the useful substances containing the water-insoluble inorganic substance derived from the combustion ash of livestock manure as a main component or a dried product thereof is used. , Used as a phosphorus source.

前記第1の実施形態において説明したように、家畜糞燃焼灰の主成分であるカルシウムは、水酸化カルシウムの状態での水溶性が低いが、植物バイオマスに移行して反応することで吸着し、処理灰中のカルシウム量が減少する。
また、カリウムの一部は水溶性を示すことから、処理灰中のカリウム量も減少する。
それに対して、大部分のリンは、リン酸カルシウム等のアルカリ不溶性の状態となっていると考えられることから、家畜糞燃焼灰から移行しにくい。
このことから、処理灰では、カルシウム/リン比が低くなり、元の家畜糞燃焼灰と比較して、水懸濁時のアルカリ度が低くなる。
従って、リン給源として処理灰を使う場合には、元の家畜糞燃焼灰と比較して、アルカリの環境影響が低減して、作業安全性が高まる。
また、アルカリ度が低くなることに伴い、少量の酸添加でもリン酸の遊離が起こるようになり、リン酸の抽出が容易である。
そして、より高pHでのリン溶出が観察される。
このように、カルシウム/リン比の低下に伴い機能性が向上した家畜糞燃焼灰(処理灰)は、新規素材として、リン酸回収・精製用原料、カルシウムの残存性が低いリン肥料又はその給源としての価値を有し、低環境負荷資材として、肥料、化学工業分野などにおいて有効に用いることができる。
As described in the first embodiment, calcium, which is the main component of livestock manure combustion ash, has low water solubility in the state of calcium hydroxide, but is adsorbed by migrating to plant biomass and reacting. The amount of calcium in the treated ash is reduced.
In addition, since part of potassium is water-soluble, the amount of potassium in the treated ash also decreases.
On the other hand, most of phosphorus is considered to be in an alkali-insoluble state such as calcium phosphate, so that it is difficult to transfer from livestock manure burning ash.
For this reason, the treated ash has a lower calcium / phosphorus ratio and a lower alkalinity when suspended in water than the original livestock manure burning ash.
Therefore, when treated ash is used as a phosphorus source, the environmental impact of alkali is reduced and work safety is improved as compared with the original livestock manure burning ash.
Further, as the alkalinity becomes lower, the liberation of phosphoric acid occurs even if a small amount of acid is added, and the extraction of phosphoric acid is easy.
Then, phosphorus elution at a higher pH is observed.
As a new material, livestock manure combustion ash (treated ash) whose functionality has improved as the calcium / phosphorus ratio decreases can be used as a raw material for phosphoric acid recovery / purification, phosphorus fertilizer with low residual calcium, or a source thereof. As a low environmental load material, it can be effectively used in the fields of fertilizer, chemical industry, etc.

また、前記第1の実施形態において説明し、前記(13)に記載したように、前記有用物質のうちの前記植物バイオマス由来の水不溶性成分を主成分とする画分又はその乾燥物は、反応前の植物バイオマスの値と比較して、pH調整後の細胞壁多糖の酵素糖化効率が向上しているものである。 Further, as described in the first embodiment and described in (13) above, the fraction of the useful substances containing the water-insoluble component derived from the plant biomass as a main component or a dried product thereof reacts. Compared with the previous value of plant biomass, the enzymatic saccharification efficiency of the cell wall polysaccharide after pH adjustment is improved.

即ち、家畜糞燃焼灰から移行した成分と反応した植物バイオマスは、その細胞壁構造が変質することで、回収後に新たな価値が付与される。
反応・回収後の植物バイオマスは、繊維の解離性が増し、繊維質原料としての価値を有することに加えて、pH調整後の酵素糖化性が向上し、堆肥原料、飼料、酵素糖化原料、キノコ培地等への適用性が向上する。
また、植物バイオマスのアルカリ処理に伴い、フェルラ酸、p-クマル酸等の有機酸が水中に遊離することが知られているが、家畜糞燃焼灰由来のアルカリが植物バイオマスと反応することで、この先行技術と同様に、これらの有機酸などの有価物が水中に抽出される。
That is, the plant biomass that has reacted with the components transferred from the combustion ash of livestock manure is given new value after recovery by deteriorating its cell wall structure.
After the reaction and recovery, the plant biomass has increased fiber dissociability and has value as a fibrous raw material. In addition, the enzymatic saccharification property after pH adjustment is improved, and the compost raw material, feed, enzyme saccharified raw material, mushrooms. The applicability to a medium or the like is improved.
In addition, it is known that organic acids such as ferulic acid and p-kumalic acid are liberated in water due to the alkali treatment of plant biomass. However, the alkali derived from livestock manure combustion ash reacts with plant biomass. Similar to this prior art, these valuable resources such as organic acids are extracted into the water.

前記第1の実施形態において説明したように、水酸化カルシウムによる常温での植物バイオマス貯蔵・前処理技術と比較して、第1の実施形態に係る方法は、空気中の二酸化炭素によるpH低減が、水酸化カルシウムによる処理と比較して遅く、pH低下度も小さくなっている点が優位性となる。
このことにより、二酸化炭素の遮断性が極めて高い、アルミニウムバッグ等の特殊な被覆材料を用いたり、脱二酸化炭素処理した空気で置換したりせずに、ポリオレフィン系シートやラッピサイロなどを用いても、水酸化カルシウム処理法と比較して、pH低下による腐敗のリスクを低減でき、簡素な湿式貯蔵技術として一層高度な役割を果たすことができるものと期待される。
As described in the first embodiment, the method according to the first embodiment has a pH reduction due to carbon dioxide in the air, as compared with the plant biomass storage / pretreatment technique using calcium hydroxide at room temperature. The advantage is that it is slower than the treatment with calcium hydroxide and the degree of pH decrease is small.
As a result, even if a polyolefin sheet or rappi silo is used without using a special coating material such as an aluminum bag, which has extremely high carbon dioxide blocking property, or by replacing with decarbonized air. Compared with the calcium hydroxide treatment method, it is expected that the risk of putrefaction due to a decrease in pH can be reduced and that it can play a more advanced role as a simple wet storage technique.

植物バイオマスの多くは、繊維質を主成分としており、その繊維質を分散状態にして、パルプ又は繊維として活用することができる。
それに加えて、例えばセルロースナノファイバーのような特性をもつ繊維に加工することで、付加価値を一層向上することができる。
植物バイオマスをグラインダーやリファイナーなどによる機械的解離方法を用いて解離し、砕木パルプを製造する工程では、亜硫酸ソーダ・炭酸ソーダ処理によって効率化する。
Most plant biomass contains fiber as a main component, and the fiber can be dispersed and used as pulp or fiber.
In addition to that, the added value can be further improved by processing into fibers having characteristics such as cellulose nanofibers.
In the process of producing crushed wood pulp by dissociating plant biomass using a mechanical dissociation method such as a grinder or refiner, efficiency is improved by treatment with sodium sulfite and sodium carbonate.

さらに、前記第1の実施形態において説明し、前記(14)に記載したように、前記有用物質のうちの前記植物バイオマス由来の水不溶性成分を主成分とする画分又はその乾燥物は、反応前の植物バイオマスと比較して、植物組織を構成する繊維質の解離性が向上しており、アルカリ処理と同様の効果をもつことから、繊維への解離を容易に行うことが可能な繊維質素材としての価値をもつ。 Further, as described in the first embodiment and described in (14) above, the fraction of the useful substances containing the water-insoluble component derived from the plant biomass as a main component or a dried product thereof reacts. Compared with the previous plant biomass, the dissociability of the fibrous material constituting the plant tissue is improved, and since it has the same effect as the alkaline treatment, the fibrous material can be easily dissociated into fibers. It has value as a material.

本発明は、上記したとおりのものである。
上記した如き本発明の効果としては、地域での小規模な新産業創出の加速、そして農畜連携を通じた資源循環の高度化が見込まれる。
本発明における移行技術を活用することで、アルカリ供与・反応後の家畜糞燃焼灰を主成分とした画分を、新たなリン給源として供給することが可能となる。
そして、反応後に生成する、アルカリ受容後の植物バイオマスを主成分とした画分を、糖化効率または解繊性が向上した素材として供給することが可能となる。
このような、地域での取り組みは、家畜糞の堆肥化や乾燥工程におけるメタンや一酸化二窒素などの温室効果ガスの発生抑制及び再生可能エネルギー製造のための家畜糞燃焼への取組を加速し、農産廃棄物のすき込みによる温室効果ガス発生を抑制するための圃場からの持ち出しを促すのみならず、バイオ燃料やプラスチック代替品などの化石資源代替物の製造への取組、リン鉱石の輸入・加工による環境負荷の高いリン肥料の代替品製造への取組、環境負荷が高い石灰の代替への取組などを通じて、地域からの多様な環境価値創出に道を拓くものである。
The present invention is as described above.
As the effects of the present invention as described above, the acceleration of the creation of small-scale new industries in the region and the sophistication of resource recycling through agricultural and livestock cooperation are expected.
By utilizing the transition technique in the present invention, it becomes possible to supply a fraction containing livestock manure combustion ash after alkali donation / reaction as a main component as a new phosphorus supply source.
Then, it becomes possible to supply a fraction containing plant biomass after alkali reception as a main component, which is produced after the reaction, as a material having improved saccharification efficiency or defibration.
Such regional efforts will accelerate efforts to control the generation of greenhouse gases such as methane and dinitrogen monoxide in the composting and drying processes of livestock manure and to burn livestock manure for the production of renewable energy. In addition to encouraging exports from the field to curb greenhouse gas generation due to the introduction of agricultural waste, efforts to manufacture fossil resource substitutes such as biofuels and plastic substitutes, import of phosphorus ore, Through efforts to produce alternatives to phosphorus fertilizers, which have a high environmental load through processing, and alternatives to lime, which has a high environmental load, we will pave the way for the creation of diverse environmental value from the region.

以下に実施例、及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.

[試験例1:家畜糞燃焼灰の製造]
(1)鶏糞燃焼灰の製造
1週間風を当てて乾燥させた後の採卵鶏糞(含水率10.7%、高位発熱量12.78 MJ/kg)を、ロータリーキルン炉(型式:Joule-R、エム・アイ・エス社製)に供することで鶏糞燃焼灰を得た。
即ち、ロータリーキルン炉では、木質(3.6 kg)で着火及び燃焼炉の加温を行った後に、原料投入速度9 kg/h、燃焼温度807℃、1次空気67 m3/h、2次空気30 m3/hの条件で、鶏糞の燃焼を処理時間4.85 h行い、得られた鶏糞燃焼灰は空冷して常温保存した。投入鶏糞量43.7 kg、木質投入量3.6 kgに対して、鶏糞燃焼灰10.3 kgを得た。
[Test Example 1: Production of livestock manure burning ash]
(1) Manufacture of burning ash from chicken manure Egg-collected chicken manure (moisture content 10.7%, high calorific value 12.78 MJ / kg) after being dried by blowing air for one week is put into a rotary kiln furnace (model: Joule-R, MI. Combustion ash from chicken manure was obtained by using it for use (manufactured by S).
That is, in the rotary kiln furnace, after ignition and heating of the combustion furnace with wood (3.6 kg), the raw material input speed is 9 kg / h, the combustion temperature is 807 ° C, the primary air is 67 m 3 / h, and the secondary air is 30. Combustion of chicken manure was carried out for a treatment time of 4.85 h under the condition of m 3 / h, and the obtained burning ash of chicken manure was air-cooled and stored at room temperature. For the input chicken manure amount of 43.7 kg and the wood input amount of 3.6 kg, chicken manure burning ash 10.3 kg was obtained.

(2)牛糞燃焼灰の製造
肉牛ふん堆肥、オガクズ、溶融防止のための炭酸カルシウムを乾物重量比で5:5:1の割合で混合し、直径8 mm、長さ10 mmのペレットに加工したもの(含水率9.4%、高位発熱量14.52 MJ/kg)を固形燃料として、ロータリーキルン炉(型式:Joule-R、エム・アイ・エス社製)に供することで牛糞燃焼灰を得た。
即ち、ロータリーキルン炉では、木質(32.6 kg)で着火後に燃焼炉を十分加温し、1次空気71m3/h、2次空気25 m3/h、原料投入速度8.0〜13.3 kg/hの条件で、処理時間7.53 h、牛糞の燃焼を行った結果、燃焼ガス温度は864〜916℃であった。
得られた牛糞燃焼灰は空冷後常温保存した。投入牛糞固形燃料量43.9 kg、木質投入量32.6 kgに対して牛糞燃焼灰5.1 kgを得た。
そのカルシウム元素含有率(Ca含有率:%)、リン元素含有率(P含有率:%)、Ca/P(重量比)を表1に示す。
表1に示すように、そのカルシウム元素含有率は26.0%であり、リン元素含有率は4.48%であった。
(2) Production of combustion ash from cow dung Manure from cow dung, ogakuzu, and calcium carbonate to prevent melting were mixed at a dry matter weight ratio of 5: 5: 1 and processed into pellets with a diameter of 8 mm and a length of 10 mm. Cow dung combustion ash was obtained by using a solid fuel (moisture content 9.4%, high calorific value 14.52 MJ / kg) as a solid fuel in a rotary kiln furnace (model: Joule-R, manufactured by MIS).
That is, in the rotary kiln furnace, the combustion furnace is sufficiently heated after ignition with wood (32.6 kg), and the conditions are that the primary air is 71 m 3 / h, the secondary air is 25 m 3 / h, and the raw material input speed is 8.0 to 13.3 kg / h. As a result of burning cow dung for a treatment time of 7.53 h, the combustion gas temperature was 864 to 916 ° C.
The obtained cow dung combustion ash was air-cooled and then stored at room temperature. Cow dung burning ash 5.1 kg was obtained for 43.9 kg of solid fuel input and 32.6 kg of wood input.
Table 1 shows the calcium element content (Ca content:%), phosphorus element content (P content:%), and Ca / P (weight ratio).
As shown in Table 1, the calcium element content was 26.0% and the phosphorus element content was 4.48%.

[試験例2:二度焼き灰(鶏糞燃焼灰A、鶏糞燃焼灰B、及び鶏糞燃焼灰C)の製造]
鶏糞燃焼灰は、場所によって不均質であったり、保存中に水やCO2を吸収してアルカリ力価などの特性が変わることから、使用前に(もう一度)加熱(燃焼)処理して、水や炭酸ガスを抜く操作を行い、二度焼き灰を製造した。
即ち、試験例1で得られた鶏糞燃焼灰を100 g取り、蒸発皿に載せて、小型プログラム電気炉(MMF-1、アズワン社製)中で900℃、2時間の加熱処理を行い、二度焼き灰を製造した。
その後、デシケータ内で静置・冷却し、室温で重量減少を測定した。
その結果、20%以上の重量減が観察された。
また、この二度焼き灰を再度、900℃、1時間の加熱処理を行ったが、重量減は5%以下 であった。
この方法により、別々に用時調製した、二度焼きの鶏糞燃焼灰3種(鶏糞燃焼灰A、鶏糞燃焼灰B、及び鶏糞燃焼灰C)について、それぞれカルシウム元素含有率(Ca含有率:%)、リン元素含有率(P含有率:%)、Ca/P(重量比)、カリウム元素含有率(K含有率:%)、K/P比(重量比)を調べた結果を表1に示す。
[Test Example 2: Production of double-baked ash (chicken manure burning ash A, chicken manure burning ash B, and chicken manure burning ash C)]
Since chicken manure burning ash is inhomogeneous depending on the location and absorbs water and CO2 during storage and changes its characteristics such as alkaline titer, it is heated (burned) before use (again) to make water or The operation of removing carbon dioxide was performed to produce double-baked ash.
That is, 100 g of the chicken manure combustion ash obtained in Test Example 1 was taken, placed on an evaporating dish, and heat-treated at 900 ° C. for 2 hours in a small program electric furnace (MMF-1, manufactured by AS ONE Corporation). Manufactured ashes.
Then, it was allowed to stand and cooled in a desiccator, and the weight loss was measured at room temperature.
As a result, a weight loss of 20% or more was observed.
In addition, this double-baked ash was heat-treated again at 900 ° C for 1 hour, but the weight loss was 5% or less.
Calcium element content (Ca content:%) for each of the three types of double-baked chicken manure burning ash (chicken manure burning ash A, chicken manure burning ash B, and chicken manure burning ash C) prepared separately at the time of use by this method. ), Phosphorus element content (P content:%), Ca / P (weight ratio), potassium element content (K content:%), K / P ratio (weight ratio) are shown in Table 1. show.

Figure 2021170981
Figure 2021170981

なお、固体試料中の塩酸可溶性のリンについては、リン酸(H3PO4)を標準物質としてマラカイトグリーン−モリブデン酸−オルトリン酸の複合体形成による発色に基づく定量キット(Malachite Green Phosphate Assay Kit, Sigma Aldrich社)を用いて分析した。
また、塩酸水溶液に対して可溶性を示すカルシウムは、塩化カルシウムを標準物質として、Chlorophosphonazo-IIIとカルシウムとのキレート錯体形成による可視部の発色に基づく定量キット(メタロアッセイ カルシウム測定 LS, Metallogenics社)を用いて分析した。
さらに、水溶性のカリウムは、塩化カリウムを標準物質として、カリウム電極(型式6582、堀場製作所製)を付けたpH/イオンメーター(F-53、堀場製作所製)を用いて分析した。
For phosphorus soluble in hydrochloric acid in solid samples, a quantification kit based on color development by forming a complex of malachite green-molybdic acid-orthric acid using phosphoric acid (H 3 PO 4) as a standard substance (Malachite Green Phosphate Assay Kit, Analysis was performed using Sigma Aldrich).
For calcium, which is soluble in aqueous hydrochloric acid, a quantitative kit (Metalloassay Calcium Measurement LS, Metallogenics) based on the coloration of the visible part by forming a chelate complex between Chlorophosphonazo-III and calcium, using calcium chloride as a standard substance. Analyzed using.
Further, water-soluble potassium was analyzed using a pH / ion meter (F-53, manufactured by HORIBA, Ltd.) equipped with a potassium electrode (model 6582, manufactured by HORIBA, Ltd.) using potassium chloride as a standard substance.

[試験例3:家畜糞燃焼灰からのアルカリ移行試験]
植物バイオマスとして、稲わら[コシヒカリ乾燥物。乾燥物中のグルカン、キシラン含量は各31.9 %、14.1 %であった。この含量は、「Shiroma R. et al., Bioresour. Technol. 102, 2943-2949 (2011)」に記載の分析方法に基づくものである。]をウィレーミル(型式MF-10、IKA社)、及びボールミル(型式MM301、レッチェ社)で粉砕した。
[Test Example 3: Alkali transfer test from livestock manure burning ash]
As plant biomass, rice straw [Koshihikari dried product. The contents of glucan and xylan in the dried product were 31.9% and 14.1%, respectively. This content is based on the analytical method described in "Shiroma R. et al., Bioresour. Technol. 102, 2943-2949 (2011)". ] Was pulverized with a willley mill (model MF-10, IKA) and a ball mill (model MM301, Lecce).

それとは別に、水13.5 mL及び試験例1で得た鶏糞燃焼灰(二度目の加熱処理の前の試料)を0.15 gから6.0 gの範囲で一定量を投入し、攪拌後pHを測定した(稲わら添加前の濃度)。
その後、これに上記の稲わら粉末を1.5 g投入して室温で攪拌後、pHを測定した(稲わら添加後の濃度)。
さらに、この混合物を95℃で1時間加熱し室温に放冷した後、pHを測定した(熱処理後の濃度)。
これらの結果を水酸化物イオン濃度として表2に示す。
Separately, 13.5 mL of water and the chicken manure combustion ash (sample before the second heat treatment) obtained in Test Example 1 were added in a fixed amount in the range of 0.15 g to 6.0 g, and the pH was measured after stirring (). Concentration before adding rice straw).
Then, 1.5 g of the above-mentioned rice straw powder was added thereto, and the mixture was stirred at room temperature and then the pH was measured (concentration after addition of rice straw).
Further, the mixture was heated at 95 ° C. for 1 hour and allowed to cool to room temperature, and then the pH was measured (concentration after heat treatment).
These results are shown in Table 2 as hydroxide ion concentrations.

Figure 2021170981
Figure 2021170981

表2の結果からは、灰の懸濁物が示すアルカリ度は、稲わらの添加により低減し、さらに、熱処理を施すことで一層低減することが確認された。
そして、熱処理を施した後のアルカリ度の低減は、試験した濃度範囲内の全ての濃度条件下で起こり、その差は添加アルカリ濃度の増加に伴い増大した。
From the results in Table 2, it was confirmed that the alkalinity of the ash suspension was reduced by the addition of rice straw, and further reduced by heat treatment.
The reduction in alkalinity after the heat treatment occurred under all concentration conditions within the test concentration range, and the difference increased as the added alkali concentration increased.

[試験例4:灰からのアルカリ試験後に生成する植物バイオマスの酵素糖化性]
試験例2において加熱処理した後の試料に対して、5規定塩酸を加えて灰を溶解し、沈殿部に存在する固形物を水で洗浄した後、酢酸ナトリウム緩衝液 (最終濃度 50 mM)を加えてpHを5.0に調整した。
その後、酵素液[製品名Cellic CTec2, ノボザイム・ジャパン社(6 FPU(濾紙分解活性)/g-固形物(乾燥重量))及びNovozyme 188 [ノボザイム・ジャパン社、12 CbU(セロビアーゼ活性)/g-固形物(乾燥重量))]を加えて50℃で48時間振盪することで酵素糖化を行った。
その後、上澄み液を取り、Ike M. et al., J. Appl. Glycosci. 60, 177-185 (2013)の方法にならい、グルカンの遊離率[水相から回収されるグルコース残基量を稲わら処理物中に含まれていたグルコース残基量で割ったもの]又はキシランの遊離率[水相から回収されるキシロース残基量を稲わら処理物中に含まれていたキシロース残基量で割ったもの]をそれぞれ測定した。
[Test Example 4: Enzymatic saccharification of plant biomass produced after alkali test from ash]
To the sample after heat treatment in Test Example 2, add 5N hydrochloric acid to dissolve the ash, wash the solids present in the precipitate with water, and then add sodium acetate buffer (final concentration 50 mM). In addition, the pH was adjusted to 5.0.
After that, the enzyme solution [Product name Cellic CTec2, Novozyme Japan (6 FPU (filter paper decomposition activity) / g-solid (dry weight)) and Novozyme 188 [Novozyme Japan, 12 CbU (cellobiase activity) / g- Solid matter (dry weight))] was added and shaken at 50 ° C. for 48 hours for enzymatic saccharification.
Then, take the supernatant and follow the method of Ike M. et al., J. Appl. Glycosci. 60, 177-185 (2013). Divided by the amount of glucose residue contained in the treated straw product] or the liberation rate of xylan [the amount of xylose residue recovered from the aqueous phase by the amount of xylose residue contained in the treated rice straw product] Divided] was measured respectively.

その結果を、熱処理前のアルカリ濃度(表2参照)を横軸にしてプロットしたものを図1に示す。なお、アルカリ濃度は、表2では「μM」にて示したが、図1では、作図上から「M」にて示した。
即ち、図1は、試験例4において、鶏糞燃焼灰と稲わら粉末との反応時における熱処理前のアルカリ濃度と反応後に生成する稲わら処理物の酵素糖化収率との関係を示すグラフである。
図1によれば、このように、鶏糞燃焼灰を用いて稲わらを熱処理することで、稲わらの酵素糖化性が向上することが明らかとなった。
さらに、図1で遊離率がプラトーに近くなる、熱処理前(表2では「稲わら添加後」と表記)のアルカリ濃度(0.158 M及び0.251 M)においても、熱処理後にアルカリが減少(表2、それぞれ減少濃度が0.133 M及び0.172 M)したことから、鶏糞燃焼灰から稲わらへのアルカリの移行については、糖遊離率の変化とは同一の傾向は示していないことが示唆された。
The results are plotted with the alkali concentration before heat treatment (see Table 2) on the horizontal axis, which is shown in FIG. The alkali concentration is indicated by "μM" in Table 2, but is indicated by "M" in FIG. 1 from the drawing.
That is, FIG. 1 is a graph showing the relationship between the alkali concentration before the heat treatment and the enzymatic saccharification yield of the rice straw processed product produced after the reaction in the reaction between the chicken manure burning ash and the rice straw powder in Test Example 4. ..
According to FIG. 1, it was clarified that the enzymatic saccharification property of rice straw was improved by heat-treating rice straw using chicken manure burning ash in this way.
Furthermore, even at the alkali concentration (0.158 M and 0.251 M) before the heat treatment (indicated as “after adding rice straw” in Table 2), where the liberation rate is close to the plateau in FIG. 1, the alkali decreases after the heat treatment (Table 2, Table 2). The reduced concentrations were 0.133 M and 0.172 M), respectively, suggesting that the transfer of alkali from chicken manure burning ash to rice straw did not show the same tendency as the change in sugar release rate.

[試験例5:家畜糞燃焼灰を用いた植物バイオマス貯蔵時におけるpH低下挙動]
植物バイオマスとして、稲わら(コシヒカリ)を長軸方向に対して長さ4 cmに切断したもの320 g(乾物重量相当)に対して、水614 mLと鶏糞燃焼灰B 89.0 g(反応性カルシウム量が消石灰換算で32グラム。)とアルミバッグ中で混合し、密封後に95℃で1時間の加熱処理を行った(鶏糞燃焼灰処理試料)。
対照区として、稲わら320 gに対して水528 mLと消石灰32.0 gとを混合し、上記と同じ加熱処理を行った(消石灰処理試料)。
反応後に室内で常温に戻した後に開封し、ガラス広口瓶6本(直径85 mm、高さ100 mm)に各々乾重量12.5 g相当(湿重量31.3 g)の上記試料をそれぞれ入れ、直径18 mmの通気孔を持つ蓋を被せた。通気孔には通気性を持つタイペスト紙を貼付して乾燥を防止した。湿度を保つため、水を貯めた大皿を入れたインキュベーター(25℃)に静置し、静置直後(0日)、7日、14日後に瓶内の試料を取り出し、不織布で包んだ後、プレス機で搾汁して浸出液5〜10 mLを回収後、pHを測定した。
その結果、0日目には、鶏糞燃焼灰処理試料及び消石灰処理試料において、それぞれpH12.1及びpH11.4であったのに対して、7日目には、それぞれpH11.0及びpH9.6、14日目には、それぞれpH9.6及びpH8.2となった。
このように、密閉貯蔵時に外気との接触が起こることで試料のpHが低下したが、鶏糞燃焼灰処理試料でのpHの低下がより緩やかであった。
この結果から、鶏糞燃焼灰を用いた試料の方が、カビの生育pH域の上限とされるpH 8.5にまで低下するために長時間を要し、カビ汚染に対する耐性が高いことが示唆される(文部科学省のホームページ参照;https://www.mext.go.jp/b_menu/shingi/chousa/sonota/003/houkoku/08111918/002.htm)。
[Test Example 5: pH lowering behavior during storage of plant biomass using livestock manure burning ash]
As plant biomass, rice straw (Koshihikari) cut to a length of 4 cm in the longitudinal direction is 320 g (equivalent to the weight of dry matter), 614 mL of water and 89.0 g of chicken manure burning ash B (reactive calcium amount). Was mixed with 32 grams in terms of calcium in an aluminum bag, and after sealing, it was heat-treated at 95 ° C for 1 hour (chicken manure burning ash-treated sample).
As a control group, 528 mL of water and 32.0 g of slaked lime were mixed with 320 g of rice straw, and the same heat treatment as above was performed (slaked lime treated sample).
After the reaction, the sample was returned to room temperature in the room, opened, and each of the above samples with a dry weight equivalent to 12.5 g (wet weight 31.3 g) was placed in 6 glass wide-mouthed bottles (diameter 85 mm, height 100 mm), and the diameter was 18 mm. Covered with a lid with ventilation holes. Breathable typest paper was attached to the ventilation holes to prevent drying. To maintain humidity, leave the sample in an incubator (25 ° C) containing a platter containing water, take out the sample in the bottle immediately after standing (0 days), 7 days, and 14 days later, wrap it in a non-woven fabric, and then wrap it in a non-woven fabric. After squeezing the juice with a press to collect 5 to 10 mL of exudate, the pH was measured.
As a result, on the 0th day, the pH of the chicken manure burnt ash-treated sample and the decalcified sample were pH 12.1 and pH 11.4, respectively, whereas on the 7th day, the pH was 11.0 and pH 9.6, respectively. On the 14th day, the pH was 9.6 and pH 8.2, respectively.
As described above, the pH of the sample decreased due to the contact with the outside air during the closed storage, but the decrease in pH of the chicken manure burnt ash-treated sample was more gradual.
This result suggests that the sample using chicken manure burning ash takes a long time to drop to pH 8.5, which is the upper limit of the growth pH range of mold, and is more resistant to mold contamination. (Refer to the website of the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology; https://www.mext.go.jp/b_menu/shingi/chousa/sonota/003/houkoku/08111918/002.htm).

[実施例1]
稲わら(コシヒカリ)を長軸方向に対して長さ4 cmに切断したもの40.7 g(乾物重量相当)に対して、水79.4 mLと鶏糞燃焼灰A12.2 gとをアルミバッグ中で混合し、密封後に95℃で1時間の加熱処理を行った。
これを空冷後に開封し、2.1 Lの水に懸濁しつつ、目開き約5 mmのステンレスメッシュ3枚を用いて処理後の稲わらを洗浄・濾別し回収した。メッシュ通過画分は、水中の灰を十分に沈殿させた後、デカンテーションにより上澄みを除き、さらに水画分の遠心分離(8,000 x g、5分)後の沈殿部分を回収し、合わせて沈殿物としてアルミ皿に回収して105℃で恒量になるまで乾燥した。
乾燥物(処理灰A)の重量を秤り、粉砕した後に、100 mgに10 mLの1 N塩酸を添加した際に遊離するカルシウムイオン及びリン酸イオンの量を全カルシウム量・全リン量と定義して定量し、試験例1と同様にして分析した、カルシウム元素含有率(Ca含有率:%)、リン元素含有率(P含有率:%)、Ca/P(重量比)、カリウム元素含有率(K含有率:%)、K/P比(重量比)を表3に示す。
また、灰/稲わら(重量比)とP回収率(%)を表3に示す。
ここで灰/稲わら(重量比)は、処理時における比率を示している。また、P回収率(%)は、投入した鶏糞燃焼灰中のP量に対する処理物として回収した画分中のP量の比を示している。
なお、表3中、「/」は、「該当せず」、或いは「計測せず」の意味である。
また、表3には、前記した表1の結果も併せて示した。
[Example 1]
79.4 mL of water and 12.2 g of chicken manure burning ash A are mixed in an aluminum bag with 40.7 g (equivalent to the weight of dry matter) cut from rice straw (Koshihikari) to a length of 4 cm in the longitudinal direction. After sealing, heat treatment was performed at 95 ° C. for 1 hour.
This was opened after air cooling, and while suspended in 2.1 L of water, the treated rice straw was washed, filtered and collected using three stainless meshes with an opening of about 5 mm. For the mesh-passing fraction, after sufficiently precipitating the ash in the water, the supernatant is removed by decantation, and the precipitated portion of the water fraction after centrifugation (8,000 xg, 5 minutes) is collected, and the precipitate is combined. It was collected in an aluminum dish and dried at 105 ° C. until it became constant.
After weighing and crushing the dried product (treated ash A), the amount of calcium ions and phosphate ions released when 10 mL of 1 N hydrochloric acid is added to 100 mg is defined as the total amount of calcium and total phosphorus. Calcium element content (Ca content:%), phosphorus element content (P content:%), Ca / P (weight ratio), potassium element, which were defined, quantified, and analyzed in the same manner as in Test Example 1. Table 3 shows the content rate (K content rate:%) and the K / P ratio (weight ratio).
Table 3 shows the ash / rice straw (weight ratio) and the P recovery rate (%).
Here, ash / rice straw (weight ratio) indicates the ratio at the time of treatment. The P recovery rate (%) indicates the ratio of the amount of P in the fraction recovered as the treated product to the amount of P in the charged chicken manure burning ash.
In Table 3, "/" means "not applicable" or "not measured".
Table 3 also shows the results of Table 1 described above.

その結果、表3に示すとおり、添加した鶏糞燃焼灰A中のリン元素は、植物バイオマスとの反応後に回収した沈殿物(処理灰A)中にその75.5%が回収された。鶏糞燃焼灰Aのカルシウム/リンの重量比(Ca元素の重量/P元素の重量)は、6.00であったのに対して、処理灰Aでは2.82に大幅に低下した。
また、鶏糞燃焼灰(1)を重量比10倍量の水に懸濁した際の上澄部のpHが13.3であったのに対して、処理灰A-3でのpHは11.0となり、見かけ上のアルカリ濃度が1/200に低下した。
さらに、鶏糞燃焼灰Aのカリウム/リンの重量比(K元素の重量/P元素の重量)は、0.926であったのに対して、処理灰Aでは0.494に低下した。
As a result, as shown in Table 3, 75.5% of the phosphorus element in the added chicken manure burning ash A was recovered in the precipitate (treated ash A) recovered after the reaction with the plant biomass. The calcium / phosphorus weight ratio of chicken manure burning ash A (weight of Ca element / weight of P element) was 6.00, whereas that of treated ash A was significantly reduced to 2.82.
In addition, the pH of the supernatant when the chicken manure burning ash (1) was suspended in 10 times the weight of water was 13.3, whereas the pH of the treated ash A-3 was 11.0, which is apparent. The above alkali concentration decreased to 1/200.
Furthermore, the potassium / phosphorus weight ratio of chicken manure burning ash A (weight of K element / weight of P element) was 0.926, whereas that of treated ash A decreased to 0.494.

[実施例2]
実施例1と同様の方法で調製した稲わらの裁断物56 g(乾物重量相当)に鶏糞燃焼灰B16.8 gと水を加え、最終含水率を60%に調整した。
本混合物をアルミバッグ内で密封して25℃で10日間静置後、これを開封し、実施例1の方法にならいメッシュで分離して稲わらと沈殿物(処理灰B)と洗浄液に分離した。
処理灰Bは、実施例1の方法にならい乾燥後に粉砕して、カルシウム量及びリン量を測定した。
[Example 2]
Chicken manure burning ash B 16.8 g and water were added to 56 g of cut rice straw (equivalent to the weight of dry matter) prepared in the same manner as in Example 1 to adjust the final moisture content to 60%.
This mixture is sealed in an aluminum bag and allowed to stand at 25 ° C. for 10 days, then opened, separated by a mesh according to the method of Example 1, and separated into rice straw, a precipitate (treated ash B) and a cleaning solution. bottom.
The treated ash B was dried and pulverized according to the method of Example 1, and the amount of calcium and phosphorus was measured.

その結果、表3に示すとおり、鶏糞燃焼灰Bに存在するリンの88.6%を処理灰B中に回収した。鶏糞燃焼灰Bのカルシウム/リンの重量比は、5.18であったのに対して、処理灰Bでは2.05に低下した。 As a result, as shown in Table 3, 88.6% of phosphorus present in the chicken manure burning ash B was recovered in the treated ash B. The calcium / phosphorus weight ratio of chicken manure burning ash B was 5.18, whereas that of treated ash B decreased to 2.05.

[実施例3]
ポプラ由来の木チップ50 g(乾燥物相当)に対して、水97.5 mLと鶏糞燃焼灰Cを15.0 gとをアルミバッグ中で混合し、密封後に95℃で1時間の加熱処理を行った。
これを空冷後に開封し、その一部(乾燥物重量46.0 g相当量)を1.6 Lの水に懸濁しつつ、目開き約5 mmのステンレスメッシュ1枚、及び目開き2 mmのステンレスメッシュ2枚を用いて処理後の木チップを洗浄、濾別によって回収した。
メッシュ通過画分は、水中の灰を主成分とする不溶物を十分に沈殿させた後、デカンテーションによって上澄部を除き、さらに、上澄部については遠心分離(8,000 × g、5分)を行うことで沈殿部分を回収し、灰を主成分とする不溶物と合わせて沈殿物としてアルミ皿に回収し、105℃で恒量になるまで乾燥した。
この乾燥物(処理灰C)中のカルシウム量及びリン量を実施例1と同様にして測定した。
[Example 3]
To 50 g of poplar-derived wood chips (equivalent to dried product), 97.5 mL of water and 15.0 g of chicken manure burning ash C were mixed in an aluminum bag, and after sealing, heat treatment was performed at 95 ° C. for 1 hour.
This is opened after air cooling, and while suspending a part (equivalent to a dry matter weight of 46.0 g) in 1.6 L of water, one stainless mesh with an opening of about 5 mm and two stainless mesh with an opening of 2 mm are used. The treated wood chips were washed and collected by filtration.
For the mesh-passing fraction, after sufficiently precipitating the insoluble matter mainly composed of ash in water, the supernatant is removed by decantation, and the supernatant is centrifuged (8,000 x g, 5 minutes). The precipitated part was recovered, combined with an insoluble matter containing ash as a main component, and recovered as a precipitate in an aluminum dish, and dried at 105 ° C. until the amount became constant.
The amount of calcium and the amount of phosphorus in this dried product (treated ash C) were measured in the same manner as in Example 1.

その結果、表3に示すとおり、カルシウム/リンの重量比は、それぞれ元の鶏糞燃焼灰Cの値である5.63から3.22に低下し、処理灰Cへのリンの回収率は96.1%となった。 As a result, as shown in Table 3, the weight ratio of calcium / phosphorus decreased from the original value of chicken manure burning ash C of 5.63 to 3.22, and the recovery rate of phosphorus in treated ash C was 96.1%. ..

Figure 2021170981
Figure 2021170981

[実施例4]
実施例1で処理灰と分離された稲わら処理物(95℃で1時間の加熱処理を行ったもの)、実施例2で処理灰と分離された稲わら処理物(25℃で10日間静置後したもの)、並びに実施例2の条件で鶏糞燃焼灰を加えずに水と混合して4℃で10日間保存後に回収した稲わら(無処理)について、それぞれ乾燥重量換算して5 g相当量を用い、これらにそれぞれ水25 mL、含有カルシウム元素の二倍モル当量の塩酸を添加し、pHが4-5の範囲内で安定したことを確認後、酢酸ナトリウム緩衝液(最終濃度 50 mM)、アジ化ナトリウム 0.05%(最終濃度)、クロラムフェニコール50 μg/mL (最終濃度))酵素製剤[Cellic CTec2(6 FPU/g-稲わら処理物(乾燥重量))及びNovozyme 188[12 CbU/g-稲わら処理物(乾燥重量)]、いずれもノボザイム・ジャパン社)を添加した。
その後、それぞれ総重量が50 gになるよう加水し、基質(稲わら処理物)濃度を10%(w/w)とした。
50℃、48時間振盪後、グルカンの遊離率[水相から回収されるグルコース残基量を稲わら処理物中に含まれていたグルコース残基量で割ったもの]又はキシランの遊離率[水相から回収されるキシロース残基量を稲わら処理物中に含まれていたキシロース残基量で割ったもの]を測定した。
[Example 4]
The treated rice straw separated from the treated ash in Example 1 (heat-treated at 95 ° C. for 1 hour), and the treated rice straw separated from the treated ash in Example 2 (still at 25 ° C. for 10 days). 5 g of rice straw (untreated) recovered after mixing with water without adding chicken manure burning ash and storing at 4 ° C for 10 days under the conditions of Example 2 Using an equivalent amount, add 25 mL of water and twice the molar equivalent of hydrochloric acid of the contained calcium element to each of them, and after confirming that the pH is stable within the range of 4-5, sodium acetate buffer (final concentration 50). mM), sodium azide 0.05% (final concentration), chloramphenicol 50 μg / mL (final concentration)) Enzyme preparation [Cellic CTec2 (6 FPU / g-treated rice straw (dry weight)) and Novozyme 188 [ 12 CbU / g-Rice straw processed product (dry weight)], both of which were added by Novozyme Japan.
After that, water was added so that the total weight of each was 50 g, and the concentration of the substrate (processed rice straw) was set to 10% (w / w).
After shaking at 50 ° C for 48 hours, the release rate of glucan [the amount of glucose residue recovered from the aqueous phase divided by the amount of glucose residue contained in the rice straw processed product] or the release rate of xylose [water] The amount of xylose residue recovered from the phase divided by the amount of xylose residue contained in the processed rice straw product] was measured.

結果を図2に示す。図2は、実施例4において、上記各条件下で鶏糞燃焼灰により処理を行った後に回収した稲わらを用いた酵素糖化試験(48 h)結果を示すグラフである。
即ち、図2では、繊維質グルカン及びキシランのうち、酵素糖化後に可溶化物として回収されたグルコース・キシロース当量を、基質中のグルコース・キシロース含量に対する比として示した。
The results are shown in FIG. FIG. 2 is a graph showing the results of an enzyme saccharification test (48 h) using rice straw recovered after treatment with chicken manure burning ash under each of the above conditions in Example 4.
That is, in FIG. 2, among the fibrous glucan and xylan, the glucose / xylose equivalent recovered as a solubilized product after enzymatic saccharification is shown as a ratio to the glucose / xylose content in the substrate.

その結果、図2に示すとおり、無処理の稲わらと比較して、鶏糞燃焼灰を用いた処理によって、鶏糞燃焼灰による処理後に稲わらの酵素糖化性が向上することを確認した。 As a result, as shown in FIG. 2, it was confirmed that the enzyme saccharification property of the rice straw was improved after the treatment with the chicken manure burning ash by the treatment with the chicken manure burning ash as compared with the untreated rice straw.

[実施例5]
実施例1で用いた鶏糞燃焼灰A(850 mg、リン元素54.0 mg相当)及び処理灰A(686 mg、リン元素48.2 mg相当)を秤量して100 mL容ビーカーに入れ、水50 mLを加えた。
これをマグネチックスターラーで3分間攪拌後、0.5 mLを取り出してpH及びリン濃度を測定した。
その後、5 N塩酸水溶液を用いて、塩酸濃度0.05 Mとなるように添加し、3分間攪拌後に同様にサンプリングを行い、pH及びリン濃度の測定を行った。
順次同様に、塩酸濃度が0.1 M、0.15 M、0.2 M、0.3M、0.4 M、0.5 Mとなるように操作を繰り返した。
[Example 5]
Weigh the chicken manure burning ash A (850 mg, equivalent to 54.0 mg of phosphorus element) and treated ash A (equivalent to 686 mg, equivalent to 48.2 mg of phosphorus element) used in Example 1, put them in a 100 mL beaker, and add 50 mL of water. rice field.
After stirring this with a magnetic stirrer for 3 minutes, 0.5 mL was taken out and the pH and phosphorus concentration were measured.
Then, using a 5 N aqueous hydrochloric acid solution, the mixture was added to a hydrochloric acid concentration of 0.05 M, and after stirring for 3 minutes, sampling was performed in the same manner to measure the pH and phosphorus concentration.
In the same manner, the operation was repeated so that the hydrochloric acid concentrations were 0.1 M, 0.15 M, 0.2 M, 0.3 M, 0.4 M, and 0.5 M.

結果を図3(図3Aと図3B)に示す。
図3Aは、実施例5において、鶏糞燃焼灰A(図では「PA」と表記した。)又は処理灰A(図では「PTA」と表記した。)の懸濁液への塩酸添加時におけるリン酸可溶化率を示すグラフである。
また、図3Bは、同じく鶏糞燃焼灰Aと処理灰Aとについて、懸濁液のpH実測値とリン酸可溶化率との関係を示すグラフである。
The results are shown in FIG. 3 (FIGS. 3A and 3B).
FIG. 3A shows phosphorus in Example 5 when hydrochloric acid was added to the suspension of chicken manure burning ash A (denoted as “PA” in the figure) or treated ash A (denoted as “PTA” in the figure). It is a graph which shows the acid solubilization rate.
Further, FIG. 3B is a graph showing the relationship between the measured pH value of the suspension and the phosphoric acid solubilization rate for the chicken manure burning ash A and the treated ash A.

その結果、図3Aに示すとおり、鶏糞燃焼灰Aと比べて処理灰Aでは、低い塩酸濃度下でリンを遊離したことが分かる。
また、図3Bに示すとおり、各段階でのpH実測値とリン遊離率との関係を見ると、処理灰A(PTA)の方が鶏糞燃焼灰A(PA)と比較して高いpH条件下でリンの遊離が起こっていることが示された。
As a result, as shown in FIG. 3A, it can be seen that the treated ash A liberated phosphorus under a lower hydrochloric acid concentration than the chicken manure burning ash A.
Further, as shown in FIG. 3B, looking at the relationship between the measured pH value at each stage and the phosphorus release rate, the treated ash A (PTA) has a higher pH condition than the chicken manure burning ash A (PA). It was shown that phosphorus release was occurring in.

[実施例6:反応後の植物バイオマスの繊維解離性の検討]
植物バイオマスとして、稲わら(コシヒカリ)を長軸方向に対して長さ4 cmに切断したもの492 g(乾物重量相当)に対して、水960 mLと鶏糞燃焼灰B 148 gとをアルミバッグ中で混合し(含水率60%)、密封後に95℃で1時間の加熱処理を行った。
これを空冷後に開封し、その一部(乾物重量50 g相当)を2.0 Lの水に懸濁しつつ、目開き約5 mmのステンレスメッシュ1枚、目開き約2 mmのステンレスメッシュ2枚を用いて処理後の稲わらを洗浄・濾別し回収した(鶏糞燃焼灰処理後稲わら)。
対照区として、同じ稲わらの切断物320 g(乾物重量相当)に対して水320 mLを混合し(含水率50 %)、上記と同じ加熱処理を行った(対照稲わら)。
鶏糞燃焼灰処理後稲わら及び対照稲わらを各5 g(乾物重量相当)取り、それぞれ250 mLの水に懸濁してミキサー(日立、VA-G15)を用いて15秒×4回解繊処理を行った。
解繊物を3 Lの水に再懸濁し、目開き2.36 mm、直径 20 cmのふるい(野中理化器製作所)を通過させた。通過液を全量回収し、再度同一のふるいを通過させ、ふるい上にトラップされた試料を回収後、105℃の乾燥オーブンで重量が一定になるまで乾燥させた。
[Example 6: Examination of fiber dissociation of plant biomass after reaction]
As plant biomass, 960 mL of water and 148 g of burning ash from chicken manure were placed in an aluminum bag for 492 g (equivalent to the weight of dry matter) obtained by cutting rice straw (Koshihikari) to a length of 4 cm in the longitudinal direction. (Moisture content 60%), and after sealing, heat treatment was performed at 95 ° C. for 1 hour.
This is opened after air cooling, and while suspending a part (equivalent to 50 g of dry matter weight) in 2.0 L of water, one stainless mesh with an opening of about 5 mm and two stainless meshes with an opening of about 2 mm are used. The treated rice straw was washed, filtered and collected (rice straw after treatment with chicken manure burning ash).
As a control group, 320 mL of water was mixed with 320 g (equivalent to the weight of dry matter) of the same cut rice straw (moisture content 50%), and the same heat treatment as above was performed (control rice straw).
After the chicken manure burning ash treatment, take 5 g each of rice straw and control rice straw (equivalent to the weight of dry matter), suspend them in 250 mL of water, and defibrate them 4 times for 15 seconds using a mixer (Hitachi, VA-G15). Was done.
The defibrated product was resuspended in 3 L of water and passed through a sieve with a mesh size of 2.36 mm and a diameter of 20 cm (Nonaka Rikaki Seisakusho). The entire amount of the passing liquid was collected, passed through the same sieve again, the sample trapped on the sieve was collected, and then dried in a drying oven at 105 ° C. until the weight became constant.

この乾燥物を、試験例2で用いたウィレーミル、及びボールミルによって粉砕し、Ike M. et al., J. Appl. Glycosci. 60, 177-185 (2013)の方法にならい、試料中全グルカン含量を測定した(A)。
同様に、鶏糞燃焼灰処理後稲わら及び対照稲わら5 g(乾物重量相当)中に含まれる全グルカン重量(B)をそれぞれ測定し、ふるい上にトラップされた試料中に含まれる全グルカン重量を差し引いた値(B-A)を、解繊が進んだ通過画分のグルカン重量の全グルカン量として、全量に対する比率((B−A)/B×100(%))を短繊維回収率とした。
This dried product was pulverized by the Willey mill and ball mill used in Test Example 2, and the total glucan content in the sample was followed by the method of Ike M. et al., J. Appl. Glycosci. 60, 177-185 (2013). Was measured (A).
Similarly, the total glucan weight (B) contained in 5 g (equivalent to dry matter weight) of rice straw after treatment with chicken manure burning ash was measured, and the total glucan weight contained in the sample trapped on the sieve was measured. The value (BA) minus ..

その結果、鶏糞燃焼灰処理後稲わらの解繊物、そして対照稲わらの解繊物は、短繊維回収率がそれぞれ41.3%及び17.9%となった。
この結果から、本発明による鶏糞燃焼灰処理後稲わらは、解繊を容易に行うことができたことが分かる。
As a result, the short fiber recovery rates of the defibrated rice straw after the treatment with the burning ash of chicken manure and the defibrated product of the control rice straw were 41.3% and 17.9%, respectively.
From this result, it can be seen that the rice straw after the chicken manure burning ash treatment according to the present invention could be easily defibrated.

以上、本発明の実施形態及び実施例を詳述してきたが、上記実施形態及び実施例は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記実施形態及び実施例の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれる。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described in detail above, the above-described embodiments and examples are merely examples of the present invention, and the present invention is limited to the configurations of the above-described embodiments and examples. It is not something that is done. Even if there is a design change or the like within a range that does not deviate from the gist of the present invention, it is included in the present invention.

本発明は、家畜糞燃焼灰に含まれる元素及びその移行性に注目し、利用価値を向上したリン含有物を製造するとともに、カルシウム元素等の作用によって植物バイオマスの特性を改変して糖化原料または繊維質として供給することで、地域資源循環の高度化及び新産業創出に貢献する。また、本発明における反応は、熱処理を必要としない条件下で放置するだけでも有効性を発揮することから、湿潤状態での植物バイオマスの腐敗を抑制するための貯蔵技術としての役割も果たすことができる。 The present invention pays attention to the element contained in the combustion ash of livestock manure and its transferability, produces a phosphorus-containing substance having improved utility value, and modifies the characteristics of plant biomass by the action of calcium element or the like to prepare a saccharified raw material or By supplying it as fiber, it will contribute to the sophistication of regional resource recycling and the creation of new industries. In addition, since the reaction in the present invention is effective even when left under conditions that do not require heat treatment, it can also serve as a storage technique for suppressing the decay of plant biomass in a wet state. can.

Claims (14)

家畜糞燃焼灰と植物バイオマスとを水の存在下で混合し、反応させることを特徴とする、有用物質の製造法。 A method for producing a useful substance, which comprises mixing livestock manure burning ash and plant biomass in the presence of water and reacting them. 前記反応を、家畜糞燃焼灰と植物バイオマスと水との混合物を加熱する方法、又は前記混合物を加熱せずに1日以上保持する方法のうち、少なくとも一つの方法によって行う、請求項1に記載の有用物質の製造法。 The first aspect of the present invention, wherein the reaction is carried out by at least one of a method of heating a mixture of livestock manure burning ash, plant biomass and water, or a method of holding the mixture without heating for 1 day or more. How to make useful substances. 前記反応により得られる反応物中から有用物質を回収する工程を含む、請求項1又は2に記載の有用物質の製造法。 The method for producing a useful substance according to claim 1 or 2, which comprises a step of recovering the useful substance from the reaction product obtained by the reaction. 有用物質を回収する工程が、前記反応後に加水し、前記家畜糞燃焼灰由来の水不溶性無機物を主成分とする画分と、前記植物バイオマス由来の水不溶性成分を主成分とする画分とを固−固分離する工程を含む、請求項3に記載の有用物質の製造法。 The step of recovering the useful substance is to add water after the reaction to obtain a fraction containing the water-insoluble inorganic substance derived from the livestock manure combustion ash as a main component and a fraction containing the water-insoluble component derived from the plant biomass as the main component. The method for producing a useful substance according to claim 3, which comprises a step of solid-solid separation. 前記有用物質が、前記反応後に生じた、前記家畜糞燃焼灰由来の水不溶性無機物を主成分とする画分である、請求項1乃至4のいずれかに記載の有用物質の製造法。 The method for producing a useful substance according to any one of claims 1 to 4, wherein the useful substance is a fraction produced after the reaction and containing a water-insoluble inorganic substance derived from the combustion ash of livestock manure as a main component. 前記有用物質が、前記反応後に生じた、前記植物バイオマス由来の水不溶性成分を主成分とする画分である、請求項1乃至4のいずれかに記載の有用物質の製造法。 The method for producing a useful substance according to any one of claims 1 to 4, wherein the useful substance is a fraction generated after the reaction and containing a water-insoluble component derived from the plant biomass as a main component. 請求項1乃至6のいずれかに記載の有用物質の製造法により製造される有用物質。 A useful substance produced by the method for producing a useful substance according to any one of claims 1 to 6. 前記有用物質のうちの前記家畜糞燃焼灰由来の水不溶性無機物を主成分とする画分の乾燥物が、反応前の家畜糞燃焼灰の値と比較して、低いカルシウム/リン比を示す、請求項7に記載の有用物質。 Among the useful substances, the dried product of the fraction containing the water-insoluble inorganic substance derived from the livestock manure burning ash as the main component shows a low calcium / phosphorus ratio as compared with the value of the livestock manure burning ash before the reaction. The useful substance according to claim 7. 前記有用物質のうちの前記家畜糞燃焼灰由来の水不溶性無機物を主成分とする画分の乾燥物が、反応前の家畜糞燃焼灰の値と比較して、低いカリウム含有率を示す、請求項7又は8に記載の有用物質。 A claim that the dried fraction of the useful substances, which is mainly composed of a water-insoluble inorganic substance derived from the livestock manure burning ash, shows a low potassium content as compared with the value of the livestock manure burning ash before the reaction. Item 7. Useful substance according to Item 7. 前記有用物質のうちの前記家畜糞燃焼灰由来の水不溶性無機物を主成分とする画分の乾燥物が、それを水に懸濁して酸を添加した際に、同じリン量をもつ、反応前の家畜糞燃焼灰での値と比較して、より少量の酸添加量でリンを溶解する特性を示す、請求項7乃至9のいずれかに記載の有用物質。 Of the useful substances, the dried product of the fraction containing the water-insoluble inorganic substance derived from the combustion ash of livestock manure as the main component has the same phosphorus content when suspended in water and acid is added, before the reaction. The useful substance according to any one of claims 7 to 9, which exhibits a property of dissolving phosphorus with a smaller amount of acid added as compared with the value of livestock manure burning ash. 前記有用物質のうちの前記家畜糞燃焼灰由来の水不溶性無機物を主成分とする画分の乾燥物が、それを水に懸濁して酸を添加した際に、同じリン量をもつ、反応前の家畜糞燃焼灰での値と比較して、より高いpHでリンを溶解する特性を示す、請求項7乃至10のいずれかに記載の有用物質。 Of the useful substances, the dried product of the fraction containing the water-insoluble inorganic substance derived from the combustion ash of livestock manure as the main component has the same phosphorus content when suspended in water and acid is added, before the reaction. The useful substance according to any one of claims 7 to 10, which exhibits the property of dissolving phosphorus at a higher pH as compared with the value in livestock manure burning ash. 前記有用物質のうちの前記家畜糞燃焼灰由来の水不溶性無機物を主成分とする画分又はその乾燥物が、リン供給源として用いられる、請求項7に記載の有用物質。 The useful substance according to claim 7, wherein a fraction containing a water-insoluble inorganic substance derived from the combustion ash of livestock manure or a dried product thereof as a main component is used as a phosphorus supply source. 前記有用物質のうちの前記植物バイオマス由来の水不溶性成分を主成分とする画分又はその乾燥物が、反応前の植物バイオマスの値と比較して、pH調整後の細胞壁多糖の酵素糖化効率が向上している、請求項7に記載の有用物質。 Of the useful substances, the fraction containing the water-insoluble component derived from the plant biomass as the main component or a dried product thereof has an enzymatic saccharification efficiency of the cell wall polysaccharide after pH adjustment as compared with the value of the plant biomass before the reaction. The useful substance according to claim 7, which is improved. 前記有用物質のうちの前記植物バイオマス由来の水不溶性成分を主成分とする画分又はその乾燥物が、反応前の植物バイオマスと比較して、植物組織を構成する繊維質の解離性が向上している、請求項7又は13に記載の有用物質。 Of the useful substances, the fraction containing the water-insoluble component derived from the plant biomass as the main component or a dried product thereof has improved the dissociative property of the fibrous constituents of the plant tissue as compared with the plant biomass before the reaction. The useful substance according to claim 7 or 13.
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