JP5525533B2 - 脱臭材及び脱臭装置 - Google Patents

Description

本願発明は、堆肥舎や畜舎などから発生する（アンモニアを主体とする）悪臭や油を含む生ゴミなどから発生する悪臭等を生物脱臭法により取り除く脱臭装置に使われる脱臭材（以下、単に「脱臭材」という）に関するものである。

従来の脱臭材は、主として６ｍｍ未満の細かな粒径に形成された「ロックウール粒状綿（細粒綿）」に対し、通気抵抗を軽減する目的の「ウレタンチップ」、家畜ふん尿・堆厩肥・余剰汚泥などの微生物活性物質、微生物活性（微生物による悪臭物質の分解除去）を維持する目的の炭素源として「籾殻」、微生物活性が発現するまでの間に悪臭物質を吸着する目的の「ゼオライト」などを混合して製造されている。

例えば、特許文献１では、細粒綿（粒径２．３６ｍｍ以上５．６０ｍｍ未満の粒状物を５０％以上含むロックウール集合体）に「微生物活性物質」と「硬質ウレタンフォーム片」、さらに「籾殻」や「ゼオライト」を混合した脱臭材が開示されている。
また、特許文献２では、細粒綿に「微生物活性物質」と、「ゼオライト」または「籾殻」を混合した脱臭材が開示されている。

特許第３８２９９６１号公報 特開２００６−１５０１３５号公報

しかしながら、上記のような従来の脱臭材には、以下のような課題を有している。
（１）市販されているウレタンチップ（新品のウレタンチップ）は、原材料費を含む加工費用が高騰しているという課題があるとともに、ウレタンチップに経年変化による劣化が生じ、通気が不均等になったり、通気抵抗が増大したりすることがあった。
（２）また、籾殻は生産に季節性があり、年間を通じて安定的に確保することが難しい。
（３）さらに、ロックウール粒状綿に混合する資材であるウレタンチップ、籾殻、ゼオライトの３資材の混合は製造工程を煩雑にするという課題があり、また、混合する資材の比重が異なるため、無機繊維製粒状綿と分離しやすく、比重の軽い資材は上部に、比重の重い資材は下部に偏る傾向があって均一な混合が困難になるとともに、脱臭槽に均等に充填できず、通気が不均等になったりして十分な脱臭効果を発揮できないという課題もあった。

そこで、本願発明者は、このような従来の課題に着目し、当該課題を解決すべく鋭意試験・研究の結果、無機繊維製中粒綿と木質系チップを或いは無機繊維製中粒綿とウレタンチップ（産業廃棄物となるウレタン発泡弾性体を特定の大きさに破砕したもの）を主体に配合した脱臭材（本願発明）を完成させるに至った。

本願発明の要旨は、通気抵抗の軽減、炭素源及び初期吸着効果を付加するための安価な資材として、環境負荷を軽減できる「木質系チップ」を主材料として使用したこと、或いは産業廃棄物となるウレタン発泡弾性体を破砕した「ウレタンチップ」を主材料として使用したことにある。
すなわち、第１の発明は、粒状物の粒径が１ｍｍ以上４０ｍｍ以下の粒が混在する無機繊維製粒状綿と木質系チップの混合物を主体とし、家畜ふん尿・堆厩肥・余剰汚泥の単独あるいは２以上の混合物からなる微生物活性物質を混合してなり、前記無機繊維製粒状綿がロックウール粒状綿であり、粒径５．６ｍｍ以上の粒状物を５０％以上含んだ中粒綿を主体とするものであることを特徴とする脱臭材である。
ここで、木質系チップには、例えば、杉チップ，シュロの木のチップ，クヌギの木のチップ，桜の木のチップ，ココナッツチップなどの樹木木部のチップや樹皮チップ等がある。なお、木質系チップは、その中に含まれる油分及びリグニンが分解しにくいため腐敗しにくいという利点がある。
また、通常、微生物活性物質は、加工工程を簡略化するために単独で使用されることがあるが、微生物活性物質が単独で十分な量を入手できない場合には、２つ以上の微生物活性物質を混合して用いても、効果に大きな差異はなく、差し支えない（第６の発明においても同じ）。
ここで、以後、粒径５．６ｍｍ以上の粒状綿を５０％以上含んだ無機繊維製粒状綿を「中粒綿」と表記する。
また、無機繊維製粒状綿には、ロックウール粒状綿以外に、例えば、セラミックファイバー製粒状綿、ガラス繊維製粒状綿，等がある。
第２の発明は、前記木質系チップの長径が１０〜５０ｍｍであることを特徴とする同脱臭材である。
ここで、本願では、チップおよび小片の径・幅・高さ・長さのうちもっとも大きい値を示す箇所の長さを「長径」と定義する。
第３の発明は、前記木質系チップの割合が、無機繊維製粒状綿１００容積部に対し、２０〜１２０容積部（好ましくは２５〜８０容積部、さらに好ましくは４０〜７０容積部）であることを特徴とする同脱臭材である。
第４の発明は、前記微生物活性物質の乾燥重量が、前記無機繊維製粒状綿と前記木質系チップの混合物１００重量部に対し、５〜３０重量部（好ましくは５〜２０重量部、さらに好ましくは５〜１５重量部、特に好ましくは５〜１０重量部）であることを特徴とする同脱臭材である。
第５の発明は、前記木質系チップが悪臭吸着機能と栄養供給機能を備えたことを特徴とする同脱臭材である。
前記木質系チップが悪臭吸着機能と栄養供給機能を備えることで、脱臭材が初期段階（微生物活性の発現前）から脱臭効果を発揮できるとともに、微生物に栄養を供給して微生物の活性を促進できる。

第６の発明は、粒状物の粒径が１ｍｍ以上４０ｍｍ以下の無機繊維製粒状綿と産業廃棄物として廃棄されるウレタン発泡弾性体を長径１０ｍｍ〜５０ｍｍに破砕したウレタンチップとの混合物を主体とし、家畜ふん尿・堆厩肥・余剰汚泥の単独あるいは２以上の混合物からなる微生物活性物質を混合してなることを特徴とする脱臭材である。
ここでの「ウレタンチップ」は、市販されるウレタン製品ではなく、産業廃棄物として廃棄されるウレタン発泡弾性体を使用するものである。例えば、製造工程で製品基準を満足しない状態のものとして廃棄されるウレタン発泡弾性体を長径５０ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ〜５０ｍｍ以下、より好ましくは２０ｍｍ〜３０ｍｍに破砕加工したものである。これにより、産業廃棄物を有価物として使用できる。なお、産業廃棄物の範囲としては、建築廃材に限らず、ＬＮＧタンカーや工場・プラント用配管保温材などから出るウレタン発泡弾性体もその対象となる。
第７の発明は、前記ウレタンチップの割合が、前記無機繊維製粒状綿１００容積部に対して、２５〜６６容積部であることを特徴とする同脱臭材である。
これは、前記無機繊維製粒状綿と前記ウレタンチップとの混合比率を、前記無機繊維製粒状綿６０乃至８０容積％、前記ウレタンチップ４０乃至２０容積％にしたものであるが、前記無機繊維製粒状綿の混合比率を脱臭槽の容積に対して６０容積％より低くすると脱臭性能が低下する。また、前記無機繊維製粒状綿の混合比率を脱臭槽の容積に対して８０％より高くすると、脱臭槽内における通風（悪臭送風）に支障が出る。一方、前記ウレタンチップの混合比率を脱臭槽の容積に対して４０容積％より高くすると空隙が多くなり、図５に示す実験結果の通り、脱臭性能が低下する。また、前記ウレタンチップの混合比率を脱臭槽の容積に対して２０容積％より低くすると、親水性を有する前記無機繊維製粒状綿がふやけて密着し、脱臭槽内における通風（悪臭送風）が閉塞するなどの支障が出る。

なお、上記した第１の発明から第７の発明に係る脱臭材を備えた脱臭装置を本願発明とすることも可能である。

また、上記した第１の発明における「中粒綿」を主体とした無機繊維製粒状綿としては、例示１〜４の配合割合のものが考えられるが、これに限定されるものではない。なお、配合割合のピークは必ずしも、例示１のように配合範囲の中心になくても良い。
［例示１］１．７０〜３７．５０ｍｍ粒径のものが５０重量％以上（※合計９０％）
粒径 １．００〜 １．７０ｍｍ … ５％
粒径 １．７０〜 ２．３６ｍｍ … ５％※
粒径 ２．３６〜 ３．３５ｍｍ … ３０％※
粒径 ３．３５〜 ５．６０ｍｍ … １０％※
粒径 ５．６０〜１１．２０ｍｍ … １０％※
粒径１１．２０〜１９．００ｍｍ … １０％※
粒径１９．００〜３１．５０ｍｍ … ２０％※
粒径３１．５０〜３７．５０ｍｍ … ５％※
粒径３７．５０〜４０．００ｍｍ … ５％
［例示２］２．３６〜３１．５０ｍｍ粒径のものが５０重量％以上（※合計８５％）
粒径 １．００〜 １．７０ｍｍ … ０％
粒径 １．７０〜 ２．３６ｍｍ … ５％
粒径 ２．３６〜 ３．３５ｍｍ … ５％※
粒径 ３．３５〜 ５．６０ｍｍ … ５％※
粒径 ５．６０〜１１．２０ｍｍ … ２５％※
粒径１１．２０〜１９．００ｍｍ … ３５％※
粒径１９．００〜３１．５０ｍｍ … １５％※
粒径３１．５０〜３７．５０ｍｍ … ５％
粒径３７．５０〜４０．００ｍｍ … ５％
［例示３］３．３５〜１９．００ｍｍ粒径のものが５０重量％以上（※合計７５％）
粒径 １．００〜 １．７０ｍｍ … ０％
粒径 １．７０〜 ２．３６ｍｍ … ０％
粒径 ２．３６〜 ３．３５ｍｍ … １５％
粒径 ３．３５〜 ５．６０ｍｍ … ４０％※
粒径 ５．６０〜１１．２０ｍｍ … ３０％※
粒径１１．２０〜１９．００ｍｍ … ５％※
粒径１９．００〜３１．５０ｍｍ … ５％
粒径３１．５０〜３７．５０ｍｍ … ０％
粒径３７．５０〜４０．００ｍｍ … ５％
［例示４］５．６０〜１１．２０ｍｍ粒径のものが５０重量％以上（※合計５５％）
粒径 １．００〜 １．７０ｍｍ … ０％
粒径 １．７０〜 ２．３６ｍｍ … ５％
粒径 ２．３６〜 ３．３５ｍｍ … ５％
粒径 ３．３５〜 ５．６０ｍｍ … １５％
粒径 ５．６０〜１１．２０ｍｍ … ５５％※
粒径１１．２０〜１９．００ｍｍ … １５％
粒径１９．００〜３１．５０ｍｍ … ５％
粒径３１．５０〜３７．５０ｍｍ … ０％
粒径３７．５０〜４０．００ｍｍ … ０％

本願発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）無機繊維製粒状綿が粗すぎると材料の詰め込み具合により、悪臭が脱臭材全体に対して均等に通過しなくなり、脱臭材に悪臭の通り道ができて十分な性能を発揮できない場合があり、また、無機繊維製粒状綿が細かすぎると悪臭は均等に通過するが、通気抵抗が高すぎてランニングコストが高くなったり（大型のブロワーを必要とするため）、単位面積当たりの悪臭処理量が少なくなるために、脱臭装置の性能を効率良く発揮できない場合がある。これに対して、本願発明のように粒状物の粒径が１ｍｍ以上４０ｍｍ以下の粒を「混在」させた無機繊維製粒状綿を使用することにより、これらの不具合を回避できる。
（２）また、無機繊維製粒状綿としてロックウール粒状綿の「中粒綿」を多く使用することで、加工度合いが少なく、細粒綿を使用する場合に比べて製造コストを安く抑えることができる。
（３）無機繊維製粒状綿と、無機繊維製粒状綿と比べて大きな形状を有する木質系チップを混合使用することにより空隙が確保されて、通気抵抗は軽減される。また、木質系チップは炭素源としても利用できるため籾殻の混入も必要なくなった。
（４）木質系チップが持つ悪臭吸着効果により微生物活性が発現するまでの脱臭もできるため、ゼオライトの混入も必要なくなった。
（５）木質系チップや産業廃棄物として廃棄されるはずのウレタン発泡弾性体廃材を利用することで、環境に優しくリサイクルができ、脱臭効果も優れ、材料費も安価である。
（６）木質系チップの場合は、混合する資材の種類が従来技術と比較して少なくなるため、各資材間の比重の差を小さくできて均一な混合を容易にするとともに、脱臭材の製造費用も低減できる。また、従来の資材である籾殻と比べて一般的に年間を通じて入手しやすく、資材の安定供給に優れている。
（７）新たに製造されたウレタン発泡弾性体などの従来の資材と比較して木質系チップは比重の差が小さいために混合時や脱臭槽への充填時に無機繊維製粒状綿から分離しにくく、均一に混合された状態で脱臭槽を構成しやすい。これに加えて木質系チップが持つ微生物用の担体としての性能も活用することができるため、従来品と比較して脱臭性能は同等以上となる。
（８）産業廃棄物として廃棄されるウレタン発泡弾性体は、成型時の温度及び圧力により組成変形が生じており、脱臭材の材料として使用するときの圧密等による形状変化が少なく、従来品と比較してその強度は同等以上となり、悪臭の通気性を確保できる。
（９）木質系チップの場合は、樹皮繊維等に含まれる油分及びリグニンが分解しにくいため、散水による湿潤や、散水がない時の乾燥の繰り返しにも腐敗しにくいため、耐久性がある。
（１０）杉チップ，シュロの木のチップ，クヌギのチップ，桜の木のチップ，ココナッツチップなどの樹木木部のチップや樹皮チップは好気性菌の活性化を抑制する「モノテルペンおよびその化合物」が微量のため、好気性菌を殺菌することがなく、むしろ堆肥槽等から悪臭を分解する好気性菌が増殖・活性化しやすい環境を実現できる。

本願発明に係る実施例の構成を示す説明図。 本願発明に係る実施例と従来例を比較した実験結果。 脱臭効果の比較試験１の試験結果を示す表およびグラフ。 脱臭効果の比較試験２の試験結果を示す表およびグラフ。 脱臭効果の比較試験３の試験結果を示す表およびグラフ。 脱臭効果の比較試験４の試験結果を示す表およびグラフ。 脱臭効果の比較試験５の試験結果を示す表およびグラフ。 脱臭効果の比較試験６の試験結果を示す表およびグラフ。

以下、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示す実施形態は、本願発明の一実施例を示すものである。

図１に示す脱臭装置１０は、高密度ポリエチレン製の容器（脱臭槽）２０に脱臭材３０を詰め、脱臭槽２０上部の送気口２１から悪臭を送り込み、脱臭槽２０下部の排気口２２から脱臭された空気を取り出す構造となっている（なお、図示省略するが、脱臭槽２０下部から悪臭を送り込み、脱臭槽２０上部から脱臭された空気を取り出す構造としても可能である）。また、微生物の活性を確保するために脱臭槽２０上部から散水し、脱臭槽２０下部の排気口２２から排水沈殿槽（排水タンク）４０へ排出する。排水タンク４０にたまった水は再び散水に使用される。なお、容器（脱臭槽）２０の大きさは、直径１０００ｍｍ、高さ１４２０ｍｍ、送気口の径５０ｍｍとなっている。

脱臭材３０には、無機繊維製粒状綿として「ロックウール中粒綿１６０ｋｇ（１ｍ³）」と木質系チップとして長径１０〜５０ｍｍになるように調整した「杉チップ２００ｋｇ（０．５ｍ³）」に、微生物活性物質として「鶏ふん３０ｋｇ（含水率１５％）」（乾燥重量２５．５ｋｇ）を混合する。さらに杉チップが乾いている場合は散水し、微生物の活性を高めるようにする。なお、ここで使用する「ロックウール中粒綿」は、粒径５．６ｍｍ以上１１．２ｍｍ未満の粒状物が５０％以上、かつ、粒径１１．２ｍｍ以上の粒状物が２０％以下のものである。
従来例の試料は、「ロックウール中粒綿１６３ｋｇ（約１ｍ³）」に「ゼオライト４１ｋｇ」、微生物活性物質として「鶏ふん３２ｋｇ（含水率１５％）」（乾燥重量２７．２ｋｇ）、「籾殻１３ｋｇ」、「ウレタンチップ４８．６ｋｇ」（長径１０〜５０ｍｍ）および水を混合し、調整した。

この脱臭材３０を図１に示す脱臭装置１０の容器（脱臭槽）２０に詰め、アンモニア濃度が２００ｐｐｍ程度の悪臭を毎秒２０ｍｍ程度の速度で脱臭材３０の中を通過させるようにする。
また、湿度を保つため一日に数回１５分程度散水する。余った水は排水沈殿槽（排水タンク）４０に溜まり、再度散水に使用される。

図２は、図１に示す脱臭装置１０による運転開始後１カ月目のアンモニアガスの脱臭効果を実施例と従来例で比較した一覧表である。
図２に示す一覧表によれば、本願発明に係る脱臭材３０を使用した実施例が、従来例と比較して２／３に悪臭濃度（出口濃度）を減少させていることが証明された。脱臭装置を替えずに、単に脱臭材を替えただけで、１／３も出口濃度を低減させたことは極めて大きな効果である。

図３〜図８は、従来の脱臭材と本願発明に係る脱臭材の脱臭効果に関する比較試験を行った試験結果を示す表およびグラフである。
この比較試験では、寸法が直径８００ｍｍ、高さ４０００ｍｍの脱臭装置を用いて（図示省略）、以下のような脱臭効果の比較試験１〜６を行った。なお、比較試験１〜６に用いた試料は、「ロックウール中粒綿１６０ｋｇ（１ｍ³）」に対して、微生物活性物質として「鶏ふん４０ｋｇ（含水率１５％）」（乾燥重量３４ｋｇ）の割合で配合してあるが、すべての比較試験で同一量を用いたため、微生物活性物質を除いた容積を１００％として各混合物の容積量を表す。また、比較試験１〜４に用いたウレタンチップは、長径１０〜５０ｍｍに調整したものであり、比較試験５及び６に用いた木質系チップ２種は、長径１０〜５０ｍｍに調整したものである。
図３（比較試験１）：従来の市販のウレタンチップ２０容積％とロックウール中粒綿８０容積％の脱臭材
図４（比較試験２）：従来の市販のウレタンチップ３５容積％とロックウール中粒綿６５容積％の脱臭材
図５（比較試験３）：従来の市販のウレタンチップ４１容積％とロックウール中粒綿５９容積％の脱臭材
図６（比較試験４）：産業廃棄物のウレタンチップ３５容積％とロックウール中粒綿６５容積％の脱臭材
図７（比較試験５）：ココナッツ（木質系）チップ３５容積％とロックウール中粒綿６５容積％の脱臭材
図８（比較試験６）：シュロの木（木質系）チップ３５容積％とロックウール中粒綿６５容積％の脱臭材

比較試験１〜３は、従来の脱臭材の混合比率を変えたものである。
これによると、比較試験１では、試験開始から約２カ月後に通気路が閉塞し、その後通気路を確保して試験を継続したが、約１カ月後に再度通気路が閉塞した。このことから、脱臭槽の容積に対して、ロックウール中粒綿を８０容積％以上充填した場合、散水された水とその水に濡れたロックウールの親水性が要因となり通気路が閉塞して、継続運転できなことが判明した。
一方、比較試験２では、脱臭槽入口のアンモニア濃度は最大で７５ｐｐｍであり、脱臭槽出口のアンモニア濃度は最大で２ｐｐｍであった。また、比較試験３では、脱臭槽入口のアンモニア濃度は最大で７５ｐｐｍであり、脱臭槽出口のアンモニア濃度は最大で２０ｐｐｍであった。
以上より、比較試験１〜３の結果を考察すると、従来の市販のウレタンチップ３５容積％とロックウール中粒綿６５容積％を混合した脱臭材（比較試験２）が最も優れた脱臭効果を備えていることが判明した。

次に、従来の脱臭材の中で最も脱臭効果の優れたもの（比較試験２の脱臭材）と、本願発明に係る脱臭材（比較試験４の脱臭材：産業廃棄物のウレタンチップ３５容積％とロックウール中粒綿６５容積％の脱臭材）とを比較する。
比較試験４では、脱臭槽入口のアンモニア濃度は最大で６７ｐｐｍであり、脱臭槽出口のアンモニア濃度は最大で１ｐｐｍであった。
以上により、比較試験２の「従来の市販のウレタンチップ３５容積％」と、比較試験４の「産業廃棄物のウレタンチップ３５容積％」との比較では、産業廃棄物のウレタンチップを用いても従来の市販のウレタンチップと同じ脱臭効果の得られることが判明した。

さらに、「ウレタンチップ」に代えて「木質系チップ」を用いたもの（混合比率は３５容積％のまま）と比較する。
比較試験５では、木質系チップとして「ココナッツチップ」とロックウール中粒綿の混合した脱臭材を用いた結果、脱臭槽入口のアンモニア濃度は最大で７５ｐｐｍであり、脱臭槽出口のアンモニア濃度は最大で０．５ｐｐｍ以下であった。
以上により、ココナッツチップとロックウール中粒綿によるアンモニアガスの吸着能力が、ウレタンチップを用いる場合と比較して優れていることが判明した。

また、同様に比較試験６では、木質系チップとして「ココナッツチップ」に代えて「シュロの木のチップ」を用いて試験した。シュロの木もヤシ科の植物であり、木質系チップとして「シュロの木のチップ」とロックウール中粒綿の混合した脱臭材を用いた結果、脱臭槽入口のアンモニア濃度は最大で７２ｐｐｍであり、脱臭槽出口のアンモニア濃度は最大で０．２ｐｐｍ以下であった。
以上により、シュロの木のチップとロックウール中粒綿によるアンモニアガスの吸着能力が、ウレタンチップを用いる場合と比較して優れていることが判明した。

上記した比較試験の結果により、高価なウレタン発泡弾性体をチップ状にした市販のウレタンチップを用いなくても、産業廃棄物として廃棄されるウレタンチップを用いても、同様の脱臭効果が得られることが判明した。また、産業廃棄物として廃棄されるウレタンチップの代替として、ココナッツチップやシュロの木のチップなどの木質系チップを用いても、アンモニアガスを脱臭できることが判明した。

本願発明は、以下に例示するような悪臭を生物脱臭法により取り除く脱臭装置に使用される脱臭材として、幅広く利用できるものである。
（１）堆肥舎や畜舎などから発生する（アンモニアを主体とする）悪臭
（２）油を含む生ゴミなどから発生する悪臭（業務用・家庭用の両方を含む）
（３）その他の悪臭

１０ 脱臭装置
２０ 容器（脱臭槽） ２１ 送気口 ２２ 排気口
３０ 脱臭材
４０ 排水沈殿槽（排水タンク）

Claims (8)

1. 粒状物の粒径が１ｍｍ以上４０ｍｍ以下の粒が混在する無機繊維製粒状綿と木質系チップの混合物を主体とし、家畜ふん尿・堆厩肥・余剰汚泥の単独あるいは２以上の混合物からなる微生物活性物質を混合してなり、
   前記無機繊維製粒状綿がロックウール粒状綿であり、粒径５．６ｍｍ以上の粒状物を５０％以上含んだ中粒綿を主体とするものであることを特徴とする脱臭材。
2. 前記木質系チップの長径が１０〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の脱臭材。
3. 前記木質系チップの割合が、無機繊維製粒状綿１００容積部に対し、２０〜１２０容積部であることを特徴とする請求項１又は２記載の脱臭材。
4. 前記微生物活性物質の乾燥重量が、前記無機繊維製粒状綿と前記木質系チップの混合物１００重量部に対し、５〜３０重量部であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の脱臭材。
5. 前記木質系チップが悪臭吸着機能と栄養供給機能を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の脱臭材。
6. 粒状物の粒径が１ｍｍ以上４０ｍｍ以下の無機繊維製粒状綿と産業廃棄物として廃棄されるウレタン発泡弾性体を長径１０ｍｍ〜５０ｍｍに破砕したウレタンチップとの混合物を主体とし、家畜ふん尿・堆厩肥・余剰汚泥の単独あるいは２以上の混合物からなる微生物活性物質を混合してなることを特徴とする脱臭材。
7. 前記ウレタンチップの割合が、前記無機繊維製粒状綿１００容積部に対して、２５〜６６容積部であることを特徴とする請求項６記載の脱臭材。
8. 請求項１，６又は７記載の脱臭材を備えたことを特徴とする脱臭装置。

Images