JP4401472B2 - コンポスト製造用副資材およびコンポスト製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セルロース系原料を使用したコンポスト製造用副資材およびそれを用いたコンポスト製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
日本で消費される古紙は上質古紙であり、古紙から作成される製品のほとんどが紙製品である。板紙（段ボール、紙器用板紙、建築原紙など）ではその８７．８％が、また紙（新聞用紙、印刷情報用紙、包装用紙、衛生用紙など）ではその２７．２％が、古紙を原料としている（１９９６年古紙再生促進センター調べ）。紙として再生困難な雑古紙やシュレッダーで細断された紙は、再利用先が無く、せっかく回収されたものも焼却処分に回されることが多い。また、行政のリサイクル推進と市民意識の高まりにより、古紙回収量が増加しているが、古紙の需要は変わらないので在庫が増える一方であり、余剰在庫の問題が深刻化している。そのうえ、包装用紙製品は、２０００年度に施行される容器包装リサイクル法の対象となるので、古紙、特に雑古紙の発生量が増えることは確実であり、紙以外の古紙利用先の開発が望まれている。
【０００３】
紙以外の古紙利用先として、パルプモールド、紙型パレット、紙製シートパレット、セルロースファイバー、コンクリート型枠、再生紙マルチ、家畜敷料、固形燃料、熱圧成形材、覆土代替材などがある。これら、紙以外への古紙利用は、紙への再利用率に比べると、わずかであり、古紙の紙以外への利用の可能性を広げることが求められている。
【０００４】
古紙の再利用先の一つとして、雑古紙やシュレッダーで細断された紙をコンポスト化、もしくは、コンポスト製造用副資材として用いることが試みられている（Biocycle,vol.33,54-58,1992、コンポスト化技術 p89技報堂出版）。一般にコンポスト用副資材として、おがくず、木材チップ、稲わら、もみ殻などが、使われているが、これらは、最近入手が困難になっているため、その代替物としても、注目されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コンポスト製造用副資材として紙を用いる場合、水分調整材、炭素資材として優れているが、保形性が弱く、通気性改良材としての効果が乏しいという欠点を持っている。特開平７−１９５４８０号公報、特開平７−１９５４８１号公報には、雑古紙を解繊して綿状にすることで、吸水性、通気性に優れたコンポスト製造用副資材を得られることが開示されている。これにおいても、綿状のため、保形性に弱く、吸水後は、その通気性能力が低下するという問題点があった。
【０００６】
また、紙自体は生分解性であるが、コンポスト製造においては、主発酵（一次発酵）では、ほとんど分解せず、後発酵（二次発酵）での分解に時間がかかることが知られている。従って、紙をコンポスト製造用副資材として用いる場合には二次発酵の時間を十分にとる必要があり、処理期間が長くなっていた。処理期間を短くするためには、一次発酵した後に副資材を取り除く方法がある。しかし、紙や紙の綿状物では、保形性がないので、処理された廃棄物との分離ができず、結果として、処理期間を短くすることができなかった。
【０００７】
本発明は、通気性と保形性に優れるコンポスト製造用副資材およびそれを用いたコンポスト製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、このような課題を解決するために鋭意検討した結果、ミクロフィブリル化セルロースを含有した粒形物が、保形性がよく、処理された廃棄物と分離が可能なコンポスト製造用副資材となることを見いだし、本発明に到達した。
【０００９】
すなわち、本発明の第一は、ミクロフィブリル化セルロースを含有し、粒径が２〜５０ｍｍの粒形物であることを特徴とするコンポスト製造用副資材を要旨とするものである。また、本発明の第二は、前記コンポスト製造用副資材を用いることを特徴とするコンポスト製造方法を要旨とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明におけるミクロフィブリル化セルロースとは、パルプ繊維を微細繊維化し、高い懸濁液安定性（非常に低い固形分濃度でも安定な分散性を示す）と高い粘性を示す状態のセルロースのことを言う。
ここでいう、パルプは、クラフトパルプ、サルファイトパルプなど木材から化学処理して得られる化学パルプ、また、レファイナー、グラインダーなどの機械的処理によってパルプ化されたセミケミカルパルプ、古紙から再生された再生パルプなどが例示できる。これらの中で、コスト面および古紙のリサイクル促進の面からも再生パルプを用いることが望ましい。
【００１１】
再生パルプとは、ダンボール、茶模造紙、雑誌、台紙、地券、ボール、新聞、上白、カード、特白、中白、白マニラ、切符、模造などの古紙から、一般的な再生紙製造工程を経て得られる。古紙は、まず、パルパーなどによる離解工程、ついで、スクリーン、クリーナーなどによる粗選、精選工程、さらに、フローテーション法などによる脱墨工程を経たのち、脱水される。これらの工程において利用される方法は、古紙の種類や品質に応じて、適宜選択使用される。
【００１２】
本発明におけるミクロフィブリル化セルロースを得るには、上記したパルプ繊維を微細繊維化することで得ることができるし、また市販されているものを利用してもよい。市販されているものとしては、ダイセル化学工業社製のセリッシュ（商標名）などが挙げられる。
【００１３】
パルプ繊維を微細繊維化する方法としては、特に限定されないが、パルプ繊維から媒体攪拌ミル処理、振動ミル処理、高圧均質化装置での処理、石臼式粉砕処理などが挙げられる。
【００１４】
媒体攪拌ミル処理は、固定した粉砕容器に挿入した攪拌機を高速で回転させて、容器内に入れたガラスビーズやアルミナビーズのような媒体と再生パルプ繊維を攪拌し、再生パルプ繊維をミクロフィブリル化する方法である。また、振動ミル処理は、粉砕容器を高速振動させて、容器内のビーズ、ボール、ロッド等によって、再生パルプ繊維をミクロフィブリル化する方法である。高圧均質化装置による処理は、再生パルプ繊維をスラリー状にし、これに高い圧力をかけて小径オリフィスの間を通過させて、粉砕、分散化させる方法である。石臼式粉砕処理は、少なくとも一方が回転する一対の砥石で構成される石臼式粉砕機を用い、砥石の対向間隙を処理対象が通過するときに発生する衝撃、遠心力、剪断力により処理対象物をする砕く原理のものであり、パルプ繊維は、砥石の対向間隙を通過するときに切断されてミクロフィブリル化することになる方法である。
【００１５】
いずれの方法を用いても、パルプ繊維をミクロフィブリル化することが可能であるが、これらの中で石臼式粉砕機を用いる方法が好ましい。媒体攪拌ミルおよび振動ミルを用いる方法では、ガラスビースやアルミナビーズ、ボール等の媒体を必要とするので、粉砕後に媒体を取り除くという手間がかかる。また、高圧均質化装置を用いる方法では、パルプをスラリー状態にする必要があるため、前処理として、一度、パルプを粉砕しなければならない。石臼式粉砕機を用いる方法では、再生パルプを粉砕することなく、水で離解した状態で処理することが可能であり、また、粉砕後も脱水のみで媒体と分離する手間を必要としない。
【００１６】
本発明で用いられるミクロフィブリル化セルロースは、粘度が２００ｍＰａ・ｓ以上で、懸濁液の安定性が７０以上となることが好ましく、粘度が４００ｍＰａ・ｓ以上で、懸濁液の安定性が９５以上となることがさらに好ましい。ここで、粘度は、（株）トキメックのＢ型粘度計Ｂ８Ｌ形を用いて、２重量％水懸濁液濃度、室温２５℃、ローター回転数３０ｒｐｍで測定した値であり、また懸濁液の安定性は、０．５重量％懸濁液を調製して１００ｍＬメスシリンダーに入れ減圧により脱気し、２５℃で１時間静置した後に沈降しないで懸濁状態となっている容量の割合をパーセントで表した値である。粘度が２００ｍＰａ・ｓ未満、懸濁液安定性が７０未満であればミクロフィブリル化が不充分となり、その結果、得られるミクロフィブリル化セルロースの吸水量が劣るので好ましくない。
【００１７】
得られたミクロフィブリル化セルロースは、必要に応じて、水分率を測定し、乾燥処理を行った後に粒径が２〜５０ｍｍとなるように造粒する。
水分率は、粒形物が形成できる範囲であればよく、具体的には５０〜９９％が好ましく、さらに８５〜９５％が好ましい。水分率が５０％未満では水分が少なく、ぱさくつので粒形物が作りにくい。また９９％を超えると水分が多過ぎ柔らか過ぎてべとついたり粒形を保持するのが難しくなったりするので好ましくない。水分率を調整するには、遠心分離機、フィルタープレスなどで行えばよい。
【００１８】
粒形物の粒径が２ｍｍ未満であると発酵処理後に処理物との分離が困難であり、５０ｍｍを超えると通気性の改良という面で良好ではないために好ましくない。造粒方法はとくに限定するものではないが、ペレタイザーや揺動式造粒機などにより造粒して、乾燥固化する。乾燥は、自然乾燥、減圧乾燥、加温乾燥などで行えばよく、特に限定されるものではない。
【００１９】
粒形物中のミクロフィブリル化セルロースの含有量は、５０ｗｔ％以上にする必要がある。５０ｗｔ％未満では保形性が保てなくなる。好ましくは７０ｗｔ％以上である。
ミクロフィブリル化セルロースの他には、吸水力を強化するために、カルボキシメチルセルロース架橋体、アミノ酸重合体、セルロースグラフト重合体、ポリアクリル酸塩、デンプンアクリルニトリル重合体、ＰＶＡ無水マレイン酸、イソブチレンマレイン酸重合体架橋物などの吸水剤を混合してもよい。またその他に、絹、羊毛、レーヨン、木綿、麻、ポリーε―カプロラクタム、ポリ乳酸などの繊維や、紙を綿状に解繊したものを造粒時に混合してもよい。また、これらの繊維シートの両面にミクロフィブリル化セルロースを積層し、細断することで粒形物としてもよい。
【００２０】
また、コンポスト過程において、一次発酵後に副資材と処理廃棄物を分離する際に、副資材がコンポストへ混入することがあり得るので、ミクロフィブリル化セルロースに混合するものとしては、生分解性であることが望ましい。
【００２１】
上記した造粒方法の他に、ミクロフィブリル化セルロースを発泡形成した後、細断し、２〜５０ｍｍの粒形物としてもよい。発泡体を得る方法としては、例えば、ゲル状化したミクロフィブリル化セルロースに、水溶液に不溶もしくは難溶性の結晶物、ワックス類やＨＬＢ（親水性親油性比）化の低い界面活性剤、昇華物質などを添加し、金型に注入後、加熱凝固させ、適宜添加物を除去する方法を用いることができる。
【００２２】
本発明の第一のコンポスト製造用副資材は、前記した粒形物からなるものである。次に本発明の第二のコンポスト製造方法について説明する。
ミクロフィブリル化セルロースを含有した粒形物を用いたコンポスト製造方法は、副資材としてミクロフィブリル化セルロースを含有した粒形物を使用する以外は、従来どおり副資材を用いて行われるコンポスト製造方法と同様に行えばよい。
処理を行う発酵槽の形式としては、特に限定されるものではなく、野積、ロータリーキルン、オーガー、多段、サイロ、ビン式などの形式の堆肥化装置の他、小型の撹拌装置付きの堆肥化装置などが好適に使用できる。例えば、発酵処理に関しては、廃棄物中に、通常多量の微生物が付着しているため、種菌や種コンポストを加えなくても処理することができる。特に、副資材として、ミクロフィブリル化セルロースを含有した粒形物を繰り返し、用いる場合には、付着した発酵菌によって速やかに処理が進む。しかし、発酵菌の付着が少ない時点では、種菌や種コンポストを加えることにより処理速度を上げることができる。
【００２３】
発酵槽内の含水率は、極端に低くなると、微生物活性が低下するため、散水などをして発酵槽内の含水率を常に４０〜８０％に保っておくことが好ましい。発酵が進行すると、処理物の温度上昇が起こり、５０〜６０℃前後にまで達し、その後しだいに処理物の温度は下降してくる。
【００２４】
本発明のコンポスト製造方法においては、この一次発酵が終了した時点でミクロフィブリル化セルロースを含有した粒形物を分離することが可能である。処理物からミクロフィブリル化セルロースを含有した粒形物を分離する方法としては、特に限定されるものではないが、振動ふるいによって行うことが最も容易である。分離されたミクロフィブリル化セルロースを含有した粒形物は、再利用することができる。セルロースで出来ているため、すべてを分離する必要はないが、多量の粒形物が残ると、次に行う２次発酵の期間が長くなったり、施肥後に土中の窒素飢餓を引き起こしたりする可能性があるため好ましくない。また、再利用することにより処理コストの抑制が可能となるため、分離することが望ましい。
【００２５】
本発明の副資材と分離された廃棄処理物は、含水率を４０〜６０％に調整し、さらに二次発酵させることが好ましい。こうして得られたコンポストは、堆肥、飼料あるいは土壌改良材として有用である。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
なお、ミクロフィブリル化セルロースの粘度および懸濁液安定性は、上述した方法により測定し、粒形物についての吸水量は以下の方法で測定した。
【００２７】
参考例１〔吸水量の測定〕
試料０．５ｇを９．５ｃｍ×７ｃｍの２５０メッシュのナイロン製袋に入れ、これを純水１Ｌ中に浸漬した。３時間後、これを引き上げてつり上げ、１０分間水切りを行った後、試料の重量を測定した。試料１ｇ当たり吸水した純水の重量（ｇ）をもって、吸水量とした。
【００２８】
実施例１
雑古紙より再生したパルプを５ｋｇを５００Ｌのイオン交換水中で沸騰してから一時間放置した。室温に戻した後、石臼式粉砕機（セレンディピターＭＫＣＡ６−３型：増幸産業株式会社製）で、炭化珪素製の直径１５０ｍｍの砥石を使用し、砥石回転数１６００ｒｐｍ、砥石間隙０．０５ｍｍの条件で処理を行った。この処理により、得られたミクロフィブリル化セルロースの粘度は、６００ｍＰａ・ｓであり、懸濁液安定性は、９８であった。得られたスラリーを遠心分離機により脱水した。このミクロフィブリル化セルロースの水分率は９０％であり、乾燥後直径１０ｍｍとなるように（乾燥後重量が１ｇ）ペレタイザーを用いて造粒し、６０℃で一晩乾燥後、直径約１０ｍｍのミクロフィブリル化セルロースを含有した粒形物を得た。この粒形物の吸水量は、０．５ｇ／ｇであった。
【００２９】
おから（含水率約８０％）５ｋｇと種堆肥１ｋｇに、上記の方法によって調製したミクロフィブリル化セルロースを含有した粒形物（直径約１０ｍｍ）を５ｋｇ加え、含水率を７０％に調整した。これを家庭用生ゴミ処理機（三洋電機社製、商品名：ゴミナイス）を用いて、２４時間発酵処理した。処理物を投入後、温度の上昇が起こり、８時間後に最大６０℃まで到達し、良好な発酵が進行した。温度はその後、５０〜６０℃の間を３日間保った後、徐々に下降し６日後には、４０℃となった。４ｍｍ径のふるいにて、ミクロフィブリル化セルロースを含有した粒形物を分離した。分離されたミクロフィブリル化セルロースを含有した粒形物は、形が良く保たれていた。
分離後、処理物は二次発酵槽にて下部より通気を行い発酵処理を行った。処理物の温度は、３日後には最大温度である４０℃となり、その後徐々に低下して３日後には、３２℃となった。また、分離されたミクロフィブリル化セルロースを含有した粒形物を用いて再度おからの処理を行ったところ、一回目と同様に良好に処理を行うことが可能であった。
【００３０】
実施例２
雑古紙より再生したパルプを３ｋｇを３００Ｌのイオン交換水中で沸騰してから一時間放置した。室温に戻した後、石臼式粉砕機（セレンディピターＭＫＣＡ６−３型：増幸産業株式会社製）で、炭化珪素製の直径１５０ｍｍの砥石を使用し、砥石回転数１６００ｒｐｍ、砥石間隙０．２００ｍｍの条件で処理を行った。得られたスラリーを遠心分離により脱水した。この脱水されたミクロフィブリル化セルロースの水分率は９０％であった。また粘度は、４００ｍＰａ・ｓであり、懸濁液安定性は、９５であった。
【００３１】
一方、カルボキシメチルセルロース架橋体を以下のようにして調製した。
雑古紙より再生したパルプ１００ｇを、４．５Ｌイソプロパノール、０．５Ｌ純水に加え、溶液が均一になるまで攪拌した。５５ｇの水酸化ナトリウムを１００ｍＬの純水で溶かしてから、反応溶液に少しずつ、攪拌しながら添加した。反応溶液を７２℃に昇温後、３時間カルボキシメチル化反応を行った。架橋剤として、エピクロルヒドリンを１０．３ｍＬ加え、さらに３．５時間反応した。反応後、反応溶液を酢酸で中性としてから、８０％メタノールで洗浄し、次いで１００％メタノールで洗浄した。充分な洗浄後、減圧乾燥したのち、家庭用ミキサーで粉砕し、カルボキシメチルセルロース架橋体を得た。
【００３２】
このカルボキシメチルセルロース架橋体を、上記したミクロフィブリル化セルロースを乾燥後、１ｗｔ％となるように均一に混合した。混合後、ペレタイザーを用いて、乾燥後に直径約１０ｍｍとなるよう（乾燥後重量が１ｇ）造粒し、６０℃で３晩乾燥して粒形物を得た。この粒形物の吸水力は、３．０ｇ／ｇあった。
【００３３】
おから（含水率約８０％）５ｋｇと種堆肥１ｋｇに、上記の方法によって調製したミクロフィブリル化セルロースを含有した粒形物（直径約１０ｍｍ）を３ｋｇ加え、含水率を７０％に調整した。これを家庭用生ゴミ処理機（三洋電機社製、商品名：ゴミナイス）を用いて、２４時間発酵処理した。処理物を投入後、温度の上昇が起こり、８時間後に最大６０℃まで到達し、良好な発酵が進行した。温度はその後、５０〜６０℃の間を３日間保った後徐々に下降し、４日後には、４０℃となった。４ｍｍ径のふるいにて、ミクロフィブリル化セルロースを含有した粒形物を分離した。分離されたミクロフィブリル化セルロースを含有した粒形物は、形が良く保たれていた。
分離後、処理物は二次発酵槽にて下部より通気を行い、発酵処理を行った。処理物の温度は、３日後には最大温度である４０℃となり、その後徐々に低下して２日後には、３２℃となった。また、分離されたミクロフィブリル化セルロースを含有した粒形物を用いて再度おからの処理を行ったところ、一回目と同様に良好に処理を行うことが可能であった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明のコンポスト製造用副資材は、通気性改良性および保形性に優れており、一次発酵後に廃棄物と分離できるので二次発酵の時間を短縮することができる。一次発酵後に廃棄物と分離されたミクロフィブリル化セルロースを含有した粒形物は、再利用することが可能である。

Claims (2)

1. ミクロフィブリル化セルロースを５０ｗｔ％以上含有し、粒径が２ｍｍ〜５０ｍｍの粒形物であることを特徴とするコンポスト製造用副資材。
2. 請求項１記載のコンポスト製造用副資材を用いることを特徴とするコンポスト製造方法。