JP4565878B2

JP4565878B2 - 生ごみからの培土の製造方法

Info

Publication number: JP4565878B2
Application number: JP2004123142A
Authority: JP
Inventors: 則之笹原
Original assignee: 株式会社天地恩
Priority date: 2004-04-19
Filing date: 2004-04-19
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2024-04-19
Also published as: JP2005304335A

Description

本発明は生ごみを変性することによる、植物の生育に適した培土の製造方法に関する。

一般に人々の生活活動の結果として家庭、事業所より発生する、多大な労力と資源がつぎ込まれて生産された食料の残滓、即ち、生ごみはその過半が、再度貴重な炭素資源を投入し、環境的に問題となっている二酸化炭素を放出しながら、焼却処分されている。

このような環境汚染、資源の無駄使いを避けることは環境的に必須のこととされて久しいが、未だ、合理的、効率的な処理方法が無いのが現状である。一部、その試みとして生ごみを堆肥化し、肥料として自然環境へリサイクルすることがなされている。ただ、この生ごみ堆肥化については幾つかの問題点があり十分普及するまでには至っていない。

堆肥化に関する問題点として下記のことが挙げられている。
イ．堆肥化のためには長時間と広い場所を要する。
ロ．堆肥化のためには分別収集が必要である。
ハ．各家庭・事業所、季節、地方により排出される生ごみに均一性が少ない。
ニ．特有の臭気があり、堆肥化施設の立地が困難な場合があり、又、堆肥化後も臭気が残り使用者に歓迎されない場合がある。

このため、生ごみを堆肥化せずに、即ち、発生後時間を置かずに変性し、植物の生育に適した培土として活用する技術が望まれている。
特許文献１は、投入ホッパ（１）に投入された生ごみを破砕する破砕機構（２）と、この破砕機構（２）で破砕された生ごみの水分を絞って減量する絞り機構（５）とを備えてなる生ごみ減量処理機を開示している。この文献によると、このような減量処理機から生じた減量ごみは石灰、貝殻粉などのアルカリ分と混合し、これを乾燥すると肥料が得られることが開示されている。

特開２０００−１２６７４５号公報

従来技術では、１つの手段としては堆肥化肥料としてリサイクルしていたが、製造に時間と場所を要するほか、臭気の問題があり、市場性の確立は困難であった。一方、生ごみの水分を除去し、アルカリ分と混合することで肥料を製造することも知られているが、生ごみの臭気の問題を必ずしも完全に解決することはできない。また、かかる肥料と、土を構成する無機成分を混合しても、必ずしも植物の生育に良好な環境の培土を容易にえることができない。

本発明は、生ごみの臭気が抑制できかつ植物の生育に適した培土として、生ごみを自然環境にリサイクルする方法を提供することを目的とする。

本発明は、植物の生育に適した土壌成分が粘土及び腐食有機物からなること、及び、その腐食有機物が落葉、落枝、枯死植物及び諸動物遺骸等の新鮮有機物からの土壌微生物（微小動物も含む）の食物連鎖の結果として形成されることに注目し、更に、この食物連鎖が新鮮有機物の種の不均一性に拘わらず、多種多様な土壌微生物によりなされていることに注目して、生ごみを新鮮有機物の供給源として培土を製造するものである。

また、生ごみと粘土質の無機成分との混合物を高分子凝集剤で処理することで、生ごみを培土の内部に取り込み、無機成分が団粒反応することにより、適度な空隙を持った土壌微生物の生活に適当な環境となり得る形状の培土が得られる。

本発明は、１つの態様によると、生ごみと、粘土質の無機成分とを混合・破砕し、その後に、得られた混合物に対して高分子凝集剤を混合撹拌することで、固形分を団粒化して培土を形成することを特徴とした培土の製造方法が提供される。
また、本発明は別の態様によると、生ごみと、粘土質の無機成分と、高分子凝集剤を混合・破砕することで、固形分を団粒化して培土を形成することを特徴とした培土の製造方法が提供される。

１．生ごみを減容化して自然循環系に還元することができる。
２．生ごみを多様な土壌微生物が繁殖する、植物の生育に適した団粒構造を有する培土とすることができる。
３．後述するような簡易な容器・装置で、一般家庭でも容易に生ごみを培土にリサイクルできる。

以下において、本発明について、適切な実施形態を例としてさらに説明する。
生ごみは非常に新鮮有機物に富むものであり、人々の生命活動を維持するために利用された残滓であり、基本的に動植物に必要な栄養価を十分に残している。本発明において使用する生ごみは学校、病院、食堂、給食センターなどの事業所又は家庭から発生する残飯などの水分を包含するごみであってよいが、特に限定されない。本発明において、生ごみは土壌微生物が迅速に利用出来るようにするために、無機成分と混合されそして粉砕される。生ごみと無機成分とを含む混合物は、例えば、荏原製作所ＳＰＣ−２型、モギ製作所Ｍ０４２型などの通常の破砕機を用いて、好ましくはペースト状になるまで粉砕される。

混合・破砕された生ごみ及び粘土質の無機成分とを含む混合物は、高分子凝集剤の作用で団粒化する。結果として、これらの混合物は大小様々な空隙を有する高次な団粒構造を形成し、それにより、土壌微生物が効果的に利用でき且つ多種多様な生活の場が提供される。混合方法は、生ごみと粘土質の無機成分を破砕・混合した後に、高分子凝集剤を加えて団粒化させても、又は、生ごみと粘土質の無機成分及び高分子凝集剤を共に破砕・混合して団粒化しても良い。

本発明で用いられる粘土質の無機成分は団粒構造の骨格となり、且つ、生ごみの成分を吸収貯蔵する役割を有する。粘土質の無機成分は、より詳細には、ペースト状となった新鮮有機物を吸収・貯蔵すること、及び土壌微生物の住処となる大小様々な空隙を与える団粒構造の骨格を形成することを目的として加えられる。

本目的に使用される粘土質の無機成分は、上記の目的に適うものであれば特に限定はないが、高分子凝集剤と反応し団粒構造を形成出来、且つ、ペースト状生ごみを吸収・貯蔵できるような多孔性を有する無機成分が好ましい。

粘土質の無機成分としては、浄水場脱水ケーキ、河川・湖沼・港湾の浚渫土、土木・建設工事発生土、採石場廃土、石炭灰、及び粘土鉱物であるベントナイト、ゼオライト、カオリンからなる群より選ばれた少なくとも１種又はその組み合わせを用いることができる。浄水場脱水ケーキ、河川・湖沼・港湾の浚渫土、土木・建設工事発生土、採石場廃土、石炭灰などは、産業上排出され、そして生ごみと同様に処分が困難な材料であるから、このような材料を培土としてリサイクルすることができることは本発明の利点である。

粘土質の無機成分の使用量は、生ごみの含水量にもよるが、通常、生ごみ１００Ｋｇに対して１０〜１００Ｋｇの範囲である。無機成分の使用量が生ごみ１００Ｋｇに対して１００Ｋｇを超えると過剰となり、高分子凝集剤を不必要に多量に要することがあり、又、１０Ｋｇ以下では団粒構造形成が不充分となり、且つ、ペースト状生ごみの吸収・貯蔵効果が量的に不足となり、生ごみの腐敗の進行が速く、悪臭を発生することがある。

ここで言う粘土質の無機成分とは、土壌を粘土的性状、砂質土的性状と分けたとき、粘土的という意味合いであり、例えば、国際土壌学会などで規定されている、粒径組成によって決められているような、厳密な意味での粘土を表しているのではない。

上記のとおり、高分子凝集剤は無機成分を骨格として団粒化させて、微生物の住み処を与え、結果として植物の生育に好適な培土を提供するように作用する。本発明の方法で有用な高分子凝集剤としては、カチオン性高分子凝集剤が挙げられる。カチオン性高分子凝集剤としてはポリアクリル酸ジメチルアミノ系、ポリメタアクリル酸ジメチルアミノ系、ポリアミジン系等が好適に使用される。

ポリメタアクリル酸ジメチルアミノ系としては、例えば、ダイヤニトリックス社製、商品名ダイヤフロックＫＰ２０１Ｈ、三洋化成工業社製、商品名サンフロックＣ−００９Ｐポリアクリル酸ジメチルアミノ系としては、例えば、第一工業製薬社製、商品名ハイセットＣＥ８８５、三洋化成工業社製、商品名サンフロックＣＥ−６８２Ｐ、ポリアミジン系としては第一工業製薬社製、商品名Ｃ−２３７１、ハイモ社製、商品名ＺＰ７００等が挙げられる。

カチオン系高分子凝集剤の添加量は、適宜決定されるが、通常、生ごみ１００Ｋｇに対して５０〜５００ｇである。生ごみ１００Ｋｇに対して５０ｇより少ないと団粒構造形成に十分でない場合があり、又５００ｇを超えると過剰となり、過剰分の粘性により粘着性が生じ、培土として好ましくなくなることがある。

又、カチオン性高分子凝集剤は通常は約１重量％の溶液として添加され、生ごみと粘土質の無機成分の粉砕・混合物に添加、混合しても、生ゴミと粘土に添加した後、粉砕混合を行っても良い。

また、必要に応じて、高分子凝集剤による無機成分の団粒反応を補助するために、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロースからなる群より選ばれた少なくとも１種又はその組み合わせなどの団粒補助剤を添加しても良い。カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロースに特に限定はないが、カルボキシメチルセルロースとして、第一工業製薬社製、商品名セロゲンＭＰ−５０，ＭＰ−６０が好適に使用できる。

団粒補助剤は粘土質の無機成分に含まれる多価金属イオンとゲル化反応を生じるためか、団粒化物の非流動化を促進する。添加量は、適宜決定され、通常、生ごみ１００Ｋｇ当たり最大２０Ｋｇ添加される。２０Ｋｇを超えると粘性のため団粒反応を換えって阻害する場合がある。

図１のミキサー及び図２の粉砕分別機を用いて本発明の実施態様を説明する。図１はミキサー（混合装置）の断面略図を示し、図２は粉砕分別機の斜視図を示す。図１において、ミキサー１は容器２、回転シャフト３を有し、回転シャフト３から放射状に複数のアーム４がのびており、その先端に混合デバイス５がある。モータ（図示せず）の駆動力により回転シャフト３が回転することで混合が行なわれる。図２において、粉砕分別機１０は投入口１１、回転スクリーン１２、掻板１３、駆動部１４、排出口１５（Ａ，Ｂ，Ｃ）を備えている。回転スクリーン１２と掻板１３との磨砕作用で成分の粉砕が行なわれる。

生ごみと粘土質の無機成分は、先ず、図１のミキサー１で所定の混合割合に混合し、図２の粉砕分別機１０の投入口１１より投入する。掻板１３及び回転スクリーン１２にて破砕・混合され、回転スクリーンの目より押し出される。破砕・混合された生ごみと粘土質の無機成分は排出口１５Ａより排出される。又、分別が不充分のため混入していたプラスチック類等は排出口１５Ｂ及び１５Ｃより排出される。
排出口１５Ａより排出された破砕・混合された生ごみと粘土質の無機成分は、さらに図１と同様のミキサーにて高分子凝集剤及び必要に応じて団粒化助剤と混合され団粒化された土塊状となる。
又、別の態様において、生ごみと粘土質の無機成分と高分子凝集剤及び必要に応じて団粒化助剤とを所定の割合で図１のコンクリートミキサーで混合後、図２の粉砕装置の投入口１１より同時に投入する。上記と同様に粉砕・混合後、排出口１５Ａより排出され、団粒化された土塊状となる。

生ごみ及び無機成分の混合物を上記のとおりにペースト状とし、その後、高分子凝集剤で脱水して団粒構造を形成した土では、ミミズ類、ムカデ類、トビムシ類、ダニ類等の土壌微生物としては大型の動物より食物連鎖が開始され、土壌中に数億／ｇ存在すると言われる多種多様の細菌、糸状菌、放線菌などの食物連鎖を経ながら腐食有機物への変性を容易にすることが出来る。古来より農業で田畑の維持のため行われてきた有機物の投入はこのような土壌微生物の繁殖を目的としたものであり、土壌微生物が旺盛に繁殖することにより、保水、排水、通気性に優れた土壌の団粒化が進行し、結果、植物の生育に適した土壌構造を有する田畑が形成される。本発明では、土壌微生物の繁殖に適した、豊富な餌と住処を同時に提供出来る培土を、生ごみの発生後、時間を置かずに製造することが出来る。又、このような多種多様で膨大な数存在する土壌微生物は、餌、即ち、生ごみの性状に応じて、多種多様な土壌微生物の内、適者がその食物連鎖の主体となり食物連鎖を進めるため、与えられた有機物の不均一性に関係なく分解していくことが可能である。従って、堆肥化に見られるような、原料となる生ごみの不均一性により製品が不均一となるようなことは克服できる。更に、ペースト状とすることにより生ごみの減容化が可能となり、概ね、収集時の１／２とする事ができる。

又、生ごみ中の水分含量が低下するためか、その原因は明確ではないが、このように粘土質の無機成分に吸収・貯蔵されたペースト状生ごみは、所謂腐敗の進行が遅く、不快臭の発生を抑制する効果を有している。また、ペースト状生ごみを吸収・貯蔵した粘土成分を団粒構造中に取り込むためか、水中に浸漬しても生ごみ成分が溶出しないようになる。

生ゴミと粘土質の無機成分と高分子凝集剤及び、必要に応じて含まれる団粒補助剤の混合物はそのままでも土塊状となるが、必要に応じて、押し出し造粒機等の装置により造粒しても良い。又、長期間の保存を考慮して乾燥しても良い。

本発明によって製造された培土の用途は特に限定はないが、そのままプランター、花壇などに培土として用いることが出来ると共に、土壌と混合し、土壌を肥沃化する土壌改良材としても使用できる。

生ごみ９０Ｋｇ（約１００Ｌ）に、粘土質の無機成分として浄水場ケーキの粉砕物１５Ｋｇ（約２０Ｌ）をコンクリートミキサーに入れ混合し、生ごみにまぶした後、荏原製作所ＳＰＣ−２型で破砕混合してペースト状にした。次いで、約１／２の容積に減量化された生ごみと粘土のペースト状の破砕混合物に高分子凝集剤（ハイモ社製、商品名ＺＰ７００）１％水溶液を１０Ｌ混合撹拌して団粒化した。
分離液は殆ど見られず、ペースト状の生ごみと粘土の破砕混合物はバサツキのある土塊となった。この土塊を水の入った透明容器に少量入れ容器を数回反転して土塊の団粒状態を確認した。若干濁ったが、すぐに沈澱し清水化した。水層分析の結果を下記の表１に示す。

一方、生ごみだけをＳＰＣ−２型で破砕したものを同じように水の入った透明容器に少量入れ数回反転して確認したところ水は濁り、沈澱が遅いばかりでなく、水は変色した（対照１）。水層分析の結果を下記の表１に示す。

又、粘土を添加せず生ごみ粉砕物に高分子凝集剤を添加混合すると、一部団粒化の傾向は見られたが団粒塑性化はできなかった（対照２）。団粒塑性化とは、凝集し、流動性がなくなった状態を意味する。水層分析結果を下記の表１に示す。
水浸漬試験での各々の水層を分析した結果は以下の通りであり、本発明による培土は生ごみに含まれる成分の大半を、混合した粘土質の無機成分に吸着させて、生ごみの成分を保持することが判明した。なお、炭素、窒素成分の分析はＣＮ分析計（住化分析センター製スミグラフＮＣ−２２Ａ）、及びイオウ成分の分析は肥料分析法、ＪＩＳＫ１０２の硫酸イオン分法に準拠して行った。
水層を乾燥して測定し、生ごみの各成分の含量を１００として表した。

表１：水層分析結果
炭素窒素イオウ
対照１生ごみ粉砕物５４４８４５
対照２生ごみ粉砕物凝集物３９４１３７
実施例１０．５０．８０．３

尚、対照１，２は団粒化が出来ておらず、水層に相当量の生ごみ成分をそのまま含んでいると考えられる。

実施例１の粘土質の無機成分と共に少量のカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を混合することにより団粒化が促進され、水に浸漬した土塊は水を濁すことなく、又、水層に含まれる生ごみの成分も少なかった。

以下にその配合割合と実施例１と同条件で行った水層の分析結果を記す。
（配合割合）
生ゴミ９０Ｋｇ（約１００Ｌ）
粘土（浄水場ケーキ粉砕物）１５Ｋｇ
ＣＭＣ５Ｋｇ

表２：水層分析結果
炭素窒素イオウ
対照１生ごみ粉砕物５４４８４５
実施例１０．５０．８０．３
実施例２０．１０．１以下０．１
（注）実施例１及び２の生ごみ破砕方法は実施例に記す方法に限らず、又、生ごみ破砕後に、粘土及びＣＭＣを混合しても効果は変わらない。

実施例３では、一般家庭で毎日発生する生ごみを毎日家庭で処理することを想定して実施した。
先ず、ジューサーミキサーに水０．８Ｌを入れ、生ごみ０．９Ｋｇ（約１Ｌ）を入れ粉砕し、続いて粘土（浄水場ケーキ粉砕物）１５０ｇと高分子凝集剤（ハイモ社製、商品名ＺＰ７００）０．８ｇを入れ、再び混合してスラリー状とした。
スラリー内に混合した高分子凝集剤は徐々に溶解し１０分ほど放置したスラリーは撹拌することで凝集しスラリーは団粒化された。
次に団粒化した、生ごみ、粘土、カルボキシメチルセルロースの混合物を野菜ストレーナーでさらに脱水し、その後、ミートチッパーでペレット化した。
径２ｍｍ程度にペレット化した上記粉砕混合物は水に浸漬しても崩れること無く形状を維持し、実施例１と同条件で行った、水層の分析結果は以下の通りであった。

表３：水層分析結果
炭素窒素イオウ
対照１生ごみ粉砕物５４４８４５
実施例２０．１０．１以下０．１
実施例３０．１０．２０．１

本発明の方法に使用できるミキサーの略断面図を示す。本発明の方法に使用できる粉砕分別機の斜視図を示す。

符号の説明

１…ミキサー
２…容器
３…回転シャフト
４…アーム
５…混合デバイス
１０…粉砕分別機
１１…投入口
１２…回転スクリーン
１３…掻板
１４…駆動部
１５…排出口

Claims

生ごみと、粘土質の無機成分とを混合・破砕し、その後に、得られた混合物に対して高分子凝集剤と混合撹拌することで、固形分を団粒化して培土を形成する培土の製造方法であって、団粒化助剤としてカルボキシメチルセルロース及びカルボキシエチルセルロースからなる群より選ばれた少なくとも１種又はその組み合わせを添加することを特徴とする培土の製造方法。
生ごみと、粘土質の無機成分と、高分子凝集剤を混合・破砕することで、固形分を団粒化して培土を形成する培土の製造方法であって、団粒化助剤としてカルボキシメチルセルロース及びカルボキシエチルセルロースからなる群より選ばれた少なくとも１種又はその組み合わせを添加することを特徴とする培土の製造方法。