JP4627718B2 - シーディング剤を固形化する方法および固形化されたシーディング剤 - Google Patents

Description

本発明は一般に、シーディング剤を固形化する方法および固形化されたシーディング剤に関する。ここで、「シーディング剤」とは、浄化槽処理分野においては「種付剤」等とも呼ばれているものであり、発酵促進のための有効微生物添加剤や化学物質添加剤等を意味する。なお、本発明において使用される語「シーディング剤」には、栄養促進剤、栄養剤等と称されるものも含まれる。

水洗施設を利用できない地域に設置される浄化槽では、その使用開始当初に槽内の生物相を迅速かつ効果的に安定させるため、浄化槽内にシーディング剤を投入することがある。シーディング剤としては、種々のものが市販されているが、液状又は粉末状であるため、浄化槽内での滞留時間が短く、シーディング剤を効果的に使用することが困難であった。特に、シーディング剤は比較的高価なものであるため、滞留時間が短いことは、重大な欠陥となっていた。換言すると、液状又は粉末状のシーディング剤を浄化槽内に投入しても、浄化槽内に短時間に多量の汚水が流入すると、シーディング剤は、槽内の汚水と十分に接触しないまま、槽外に流出してしまい、シーディング剤の効果を殆ど享受することができないという問題点があった。

このような状況に鑑みて、本発明者は、シーディング剤を固形化する方法および固形化されたシーディング剤を開発した（特許文献１参照）。

特開２００３−３３４５７３号公報

上述のシーディング剤を固形化する方法および固形化されたシーディング剤は、幸いにも好評を博したが、特許文献１に記載されたシーディング剤には、以下のような改善すべき点が依然として存在していた。
（１）硬度が十分ではなく、取り扱いを慎重にしないとシーディング剤が崩れてしまう。
（２）シーディング剤の硬さが均一ではない。
（３）多量の水を含有しているため、カビが発生し易い。
（４）７２時間以内に溶解するように硬度が調整されていたが、浄化槽内の水温（０°Ｃ〜２８°Ｃ）が微生物の増殖に適した温度（２０°Ｃ〜３０°Ｃ）よりも低いため、浄化槽の浄化効率を上昇させるには、シーディング剤が１２０〜１７０時間程度で溶解する程の硬度が望ましいことが新たに分かった。
本発明は、これらの点を改善して、一層使い勝手の良いシーディング剤を提供するために、案出されたものである。

したがって、本発明は、崩れにくく、硬さが均一であって、しかもカビが発生しにくく、さらに浄化槽への投入後１２０〜１７０時間程度で溶解する程度を硬度を有するシーディング剤を固形化する方法および固形化されたシーディング剤を提供することを目的とする。

本発明者は、シーディング剤と結着剤とを混合した後、シーディング剤と結着剤の混合物（以下「シーディング剤混合物」という）に水を複数回に分けて添加し、水を添加する毎にシーディング剤混合物と水が均一になるように練ることによって、良好な溶出性と硬度とを備えた固形化されたシーディング剤が形成されることを見い出した。

本願請求項１に記載の、少なくとも家畜糞尿と水分調整材とを混合して好気発酵させることによって作られる含水比が２０重量％〜２５重量％のシーディング剤を固形化する方法は、前記シーディング剤に５重量％〜１０重量％の米粉を添加して混合する段階と、前記混合されたシーディング剤に、２５重量％〜２７．５重量％の水を１５回〜３０回に分けて添加し、水を添加する毎に前記混合されたシーディング剤と水が均一になるように練る段階と、水が添加された前記シーディング剤を型枠に入れ、１５ｋｇ〜５０ｋｇの圧力で加圧する段階とを含むことを特徴とするものである。

本願請求項２に記載の固形化されたシーディング剤は、少なくとも家畜糞尿と水分調整材とを混合して好気発酵させることによって作られる含水比が２０重量％〜２５重量％の原材料となるシーディング剤に、５重量％〜１０重量％の米粉を添加して得られた混合物に、２５重量％〜２７．５重量％の水を１５回〜３０回に分けて添加し、水を添加する毎に前記混合物と水が均一になるように練り、型枠に入れて１５ｋｇ〜５０ｋｇの圧力で加圧することによって形成されることを特徴とするものである。

本発明によれば、所要の溶出能力と硬度を備えたシーディング剤を得ることができる。なお、水を複数回に分けて添加することにより、上述のように、所要の溶出能力と硬度が得られるとともに、シーディング剤中の水分の偏在を回避することができるので、シーディング剤全体で硬さが均一になるとともに、水分量を少なくすることができるので、カビの発生を防止することができるという効果が得られる。また、シーディング剤中にある休眠状態の微生物の発芽・増殖を抑えることができるとともに、シーディング剤中の微生物相の変化を防ぐこともできるという効果も得られる。

次に図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係るシーディング剤を固形化する方法について詳細に説明する。

まず、シーディング剤の原料を準備する。シーディング剤としては、以下の方法によって得られるものを使用する他、特開２００３−３３４５９８号公報に記載されているような家畜糞尿を原料としたものを使用してもよい。最初に、水分調整材と、種菌（例えば、バチルス菌）と下水汚泥の一方又は両方とを容器内に投入し、２週間程度かけて容器底部から空気を入れて好気発酵させる。この際、種菌、下水汚泥、及び水分調整材に加えて、家畜糞尿や水産系廃棄物（例えば、ヒトデの死骸等）を投入してもよい。発酵により、容器内の温度は６０°Ｃ〜８０°Ｃ程度に達し、下水汚泥に含まれる種子は死滅する。以上の工程を一次発酵工程という。なお、水分調整材としては、木くずの他、オガグズ、籾殻、廃材木くず等が用いられる。

一次発酵工程においてアンモニアガス、揮発性有機酸が発生するが、排気を外部に放出する場合には、これらのガスを微生物脱臭剤で脱臭し、或いは活性炭に吸着させて脱臭する。一次発酵工程の排気は、発酵のため温度が上昇しているが、この排気を後述する二次発酵工程及び／又は仕上げ工程に利用するのがよい。

次いで、一次発酵させたシーディング剤原料の水分を調整し、２〜３週間程度かけて容器底部から空気を入れて好気発酵させ、微生物を増殖させる。この際、含水比が約４０重量％〜約５０重量％となるように、水分調整する。発酵により、容器内の温度は５０°Ｃ〜６０°Ｃ程度に達する。以上の工程を二次発酵工程という。

次いで、二次発酵させたシーディング剤原料の水分を調整し、１週間程度かけて容器底部から空気を入れて好気発酵させ、微生物が活性するのを抑制する。この際、含水比が約３５重量％〜約４５重量％となるように、水分調整する。発酵により、容器内の温度は１５°Ｃ〜２５°Ｃ程度に達する。以上の工程を仕上げ工程という。

以上のようにして得られたシーディング剤は、粒状であり、その含水比は、約２０重量％〜約２５重量％となる。

上述のようにして得られたシーディング剤を固形化する。まず、粒状のシーディング剤に結着剤（シーディング剤混合物）を添加して十分に混合する。結着剤としては、米ぬか、米粉、でんぷん、又は小麦粉（穀物類の製粉残滓）が好ましい。本発明者は、後述するように種々の実験を行った結果、結着剤の添加量は、シーディング剤１００グラムに対して、約５重量％〜約１０重量％であるのが好ましいことを見い出した。結着剤の添加量が５重量％未満の場合には、シーディング剤が固まりにくい。

次いで、シーディング剤混合物に水を複数回に分けて添加し、水を添加する毎にシーディング剤混合物と水が均一になるように練る。水を添加する回数は、後述するように、１５回又はそれ以上であるのが好ましい。また、添加する水の全量（即ち、複数回添加される水の総量）は、後述するように、約２５重量％〜約２７．５重量％であるのが好ましい。

水を複数回に分けて添加し、水を添加する毎にシーディング剤混合物と水が均一になるように練ることは、下記のような技術的意義を有する。

（１）シーディング剤混合物中にある休眠状態の微生物の発芽・増殖を抑える。
一般的に、好気発酵法を用いたシーディング剤の発酵工程においては、汚水処理に有効に作用する多種多様な胞子形成細菌が優占化しており、発酵終了後の発酵産物の乾燥に伴い、実際に生存している生菌数が減少し、胞子を形成した菌（休眠状態）が数多く存続している。これらの胞子形成細菌は、熱や乾燥による環境変化に応答して、休眠状態に入り、次の生存可能な環境になるまで、この休眠状態を保持し続ける。また、胞子を優占的に存続させることは、微生物相を保持する点においても有効である。したがって、シーディング剤混合物に一度に多量の水を添加して練ると、含水率の高い部分においては、時間の経過とともに、休眠状態の細胞が増殖可能な栄養細胞に時期早尚に発芽・増殖してしまい、シーディング剤投入後の所望時間に有効に作用させることができなくなるおそれがある。このような事態の招来を防止するため、本発明では、水を複数回に分けて添加し、水を添加する毎にシーディング剤混合物と水が均一になるように練ることとした。
（２）シーディング剤混合物中の微生物相の変化を防ぐ。
一般的に、好気性微生物は、乾燥状態（材料含水率４０重量％以下）になると、増殖・生命活動が抑制されるということが知られている（有機物資源リサイクル研究会，No.10,2005.8，第１頁〜第１７頁）。したがって、シーディング剤混合物に一度に多量の水を添加して練ると、局部的に含水率が４０重量％以上の状態が形成されるため、シーディング剤混合物中の微生物相（雑菌の混入によるものを含めて）に急激な変化を与えるおそれがある。このような微生物相の変化を防止するため、一度に４０重量％以上の含水率に至らないように、水を複数回に分けて添加する。
（３）シーディング剤混合物中に水を均一に行渡らせるのに要する時間を短縮させる。
このことは、作業時間の短縮化を実現するとともに、（１）に記載した休眠状態の微生物の発芽・増殖の抑制を実現するのにも寄与する。
（４）適当な溶出速度を得る。
水を一度に添加して練ると、シーディング剤混合物中に水が一度に取り込まれて凝集するが、水を複数回に分けて添加して練ると、過度の凝集がなくなり、適当な溶出速度が得られる。
（５）適当な硬化強度を得る。
水を複数回に分けて添加して練ると、シーディング剤混合物中の水分が均一になり、粒子同士も馴染んでくるため、固形化が容易になるうえ、硬化強度が大きくなる。

次いで、シーディング剤混合物に水を添加して練ったものを、所定の型枠に入れる。加圧装置（図示せず）を用いて、型枠に入れたシーディング剤に圧力を加え、シーディング剤を固形化する。後述するように、種々の実験の結果、シーディング剤に加える圧力は、１平方センチメートル当たり、約１５ｋｇ又はそれ以上であるのが好ましいことを見い出した。

次に、本発明の有効性を検証するために行われた試験について説明する。図２は、加圧力と練り回数による硬度試験、溶出試験の評価（評価は、５が最も良く、数値が小さくなるに従って評価が悪くなる）を示した表である。加圧力が５０ｋｇｆ以上では硬度試験、溶出試験とも殆どの条件で加圧力が大きくなると評価が小さくなっているが、加圧力が１５ｋｇｆと３０ｋｇｆとの間では、練り回数毎に加圧力による評価の傾向が異なっている。したがって、本試験では、加圧力を１５ｋｇｆと３０ｋｇｆとの間に設定し、その際における練り回数による影響を調べることとした。

図３は、練り回数１５回、加圧力１５ｋｇｆにおける水と結着剤の添加条件を変えたときの溶出試験の評価を示した表である。図３より、水の好適な添加条件が２５重量％〜２７．５重量％、結着剤の好適な添加条件が５重量％〜１５重量％であることが分かる。この傾向は、他の練り回数、加圧力においても同様である。したがって、本試験では、水の添加条件を２５重量％〜２７．５重量％、結着剤の添加条件を５重量％〜１５重量％の範囲内で行うこととした。

試験に用いる供試材料として、株式会社静内衛生社製の合併浄化槽用シーディング剤を使用した。また、結着剤として、米をミキサーで粉砕し粉末状にしたもの（以下「米粉」という）を使用した。初期水分が２５重量％になるようにシーディング剤に蒸留水を添加し、調整した。米粉は、無調整で水分は約１２重量％であった。シーディング剤混合物を練る際には、これらの材料の他、水道水を混合した。

試験においては、添加水量を２５重量％、２７．５重量％の２条件、結着剤添加量を５重量％、１０重量％、１５重量％の３条件、練り回数を１５回、２０回、３０回の３条件、加圧力を１５ｋｇｆ、２２．５ｋｇｆ、３０ｋｇｆとした。

試験手順を説明する。まず、シーディング剤、結着剤、水を所定の割合で所定の回数（時間）練った。練り時間は、１５秒／回とした。練り作業は、エムケー精工株式会社製の粉ねり機ＫＮ−６０Ｗを用いて行った。シーディング剤混合物は、約３０ｇに分けた（即ち、固形化サンプルの乾燥前重量を１個当たり約３０ｇとした）。固形化用型に入れたシーディング剤混合物の上方から加圧することによって、固形化した。この際、固形化用型の下部に作用する荷重を測定した。荷重の測定は、株式会社協和電業製ＬＭ−Ａ型小型圧縮式ロードセルによって行った。また、ＭＡＳＡＤＡ ＳＥＩＳＡＫＵＳＨＯ ＭＰ−１０ ＨＡＮＤ ＰＵＭＰにより加圧した。固形化したサンプルを、６０°Ｃで２４時間静置して乾燥させた。

固形化し乾燥させたサンプルに対して、貫入硬度と水への溶出時間の２項目を測定した。貫入硬度は、ＦＵＤＯＨ ＲＨＥＯ ＭＥＴＥＲ ＮＲＭ２００２Ｊ（以下「レオメータ」という）によって測定した。その際、固形化サンプルをレオメータにセットし、レオメータのアタッチメントによりサンプルが貫入・破砕されたときの最大抵抗を求め、貫入硬度（ｇｆ）とした。また、固形化サンプルを（当該サンプルに対して十分多い量の）水の中に静置し、固形化サンプルが自然に水を吸収して崩壊するまでの時間を測定し、溶出時間（ｈ）とした。

試験の結果は、図４〜図６に示す表のとおりである。図４は、練り回数３０回、２０回、１５回において水と結着剤の添加量を所定範囲内で変えた場合の硬度試験の結果を示した表である（そのうち図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は硬度試験数値を示した表、図４（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は対応する硬度試験の評価値を示した表である）。また、図５は、練り回数３０回、２０回、１５回において水と結着剤の添加量を所定範囲内で変えた場合の溶出試験の結果を示した表である（そのうち図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は溶出試験数値を示した表、図５（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は対応する溶出試験の評価値を示した表である）。これらの表を見ると、硬度試験、溶出試験とも、練り回数が多くなる程、試験数値および評価値が高くなっている。また、各表の左上の欄ほど（すなわち、結着剤の添加量、水の添加量が少ないほど）評価値が高くなっていることが分かる。

図６は、練り回数、加圧力ごとの試験数値と評価値の各平均値を示した表である（図６（ａ）は硬度試験数値の平均値、図６（ｂ）は溶出試験数値の平均値、図６（ｃ）は硬度試験評価の平均値、図６（ｄ）は溶出試験評価の平均値を示した表である）。これらの表を見ると、硬度試験数値の平均値では、練り回数２０回においては２２．５ｋｇｆが最も良く（１９３７．５ｇｆ）、練り回数１５回においては２２．５ｋｇｆ（１８５２．２ｇｆ）が他の２条件（１５ｋｇｆ、３０ｋｇｆ）よりも低くなっている。しかしながら、９条件全てを見渡すと、硬度試験数値の平均値が最も低い場合でも、約１６００ｋｇｆ以上であって実用的に十分高い値を示しているため、硬度試験数値ではこれらの９条件は殆ど差がなく高い値を示しているといえる。次に、溶出試験では、練り回数が多くなるほど、溶出時間の平均値、評価値とも大きくなった。また、溶出時間の平均値は、練り回数３０回では加圧力２２．５ｋｇｆで最も長く（１６８．０ｈ）、練り回数２０回では加圧力が大きいほど長くなったが、いずれの場合においても加圧力毎の値はほぼ同程度である。また、さらに、練り回数１５回では、加圧力１５ｋｇｆの場合に最も長くなったが（１４０．２ｈ）、加圧力毎の値はほぼ同程度である。

以上から、硬度試験、溶出試験とも、加圧力が１５ｋｇｆ以上であれば、差はそれほどないのが分かった。これにより、最適な条件の範囲は、結着剤の添加量５重量％〜１０重量％、水の添加量２５重量％〜２７．５重量％、練り回数１５回以上、加圧力１５ｋｇｆ又はそれ以上であると結論づけられる。

次に、図７を参照して、固形化されたシーディング剤１０の配置の仕方の一例について説明する。図７において、１２は処理水槽、１４は逆洗管、１６は散気装置、１８は逆洗散気装置、２０は担体、２２は担体流出防止網を表す。固形化されたシーディング剤１０は、図７に示されるように、浄化槽の担体流出防止網２２上に配置してもよく、或いはフック部材２４を用いて担体流出防止網２２から吊り下げてもよい。

本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

本発明のシーディング剤を固形化する方法を概略的に示したフロー図である。 加圧力と練り回数による硬度試験、溶出試験の評価を示した表である。 練り回数１５回、加圧力１５ｋｇｆにおける水と結着剤の添加条件を変えたときの溶出試験の評価を示した表である。 練り回数３０回、２０回、１５回において水と結着剤の添加量を所定範囲内で変えた場合の硬度試験の結果を示した表である。 練り回数３０回、２０回、１５回において水と結着剤の添加量を所定範囲内で変えた場合の溶出試験の結果を示した表である。 練り回数、加圧力ごとの試験数値と評価値を示した表である。 シーディング剤の配置状態の一例を示した概略図である。

Claims (2)

1. 少なくとも家畜糞尿と水分調整材とを混合して好気発酵させることによって作られる含水比が２０重量％〜２５重量％のシーディング剤を固形化する方法であって、
   前記シーディング剤に５重量％〜１０重量％の米粉を添加して混合する段階と、
   前記混合されたシーディング剤に、２５重量％〜２７．５重量％の水を１５回〜３０回に分けて添加し、水を添加する毎に前記混合されたシーディング剤と水が均一になるように練る段階と、
   水が添加された前記シーディング剤を型枠に入れ、１５ｋｇ〜５０ｋｇの圧力で加圧する段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 少なくとも家畜糞尿と水分調整材とを混合して好気発酵させることによって作られる含水比が２０重量％〜２５重量％の原材料となるシーディング剤に、５重量％〜１０重量％の米粉を添加して得られた混合物に、２５重量％〜２７．５重量％の水を１５回〜３０回に分けて添加し、水を添加する毎に前記混合物と水が均一になるように練り、型枠に入れて１５ｋｇ〜５０ｋｇの圧力で加圧することによって形成される固形化されたシーディング剤。

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