JP6099076B2 - 消臭生分解促進材および消臭生分解促進方法 - Google Patents

Description

本発明は、主に家畜の糞尿からなる処理対象物中に浸漬するだけで、効率よく処理対象物を消臭及び生分解させることができる消臭生分解促進材および消臭生分解促進方法に関する。

従来、畜産や酪農業において家畜から出る糞尿は、植物の栽培に使用する有機質肥料（堆肥）の原料となり有用であった。
通常、家畜から出る糞尿は、生分解が進むと悪臭を放たなくなる上、良質の有機肥料として利用可能であるので、最終的には牧草地や農耕地への散布という形で処分される場合が多い。
また、家畜から出る糞尿の簡易な処理方法の一例として、家畜から出た糞尿を、畜舎近傍に設置される枡状の貯留槽（開放型）に２〜３日間一時貯留した後、大型の排水調整槽（開放型）に移して、長期間貯留して脱水しつつ、微生物による生分解を進行させて、最終的には堆肥として牧草地や、農耕地に散布して処理する方法が知られている。
この場合、家畜から出る糞尿を一時貯留する貯留槽や、長期貯留する排水調整槽を開放型にすると、処理対象物の貯留時に悪臭が発生して近隣住民の迷惑になるという課題があった。
このような課題に対し、貯留設備に脱臭又は消臭設備を設けることが有効な対策であると考えられるが、脱臭又は消臭設備の設置には莫大なコストがかかるため、中小規模の畜産又は酪農家では導入が難しく、コストのかからない何らかの対策を早急に講ずることが求められていた。

また、家畜から出る糞尿の生分解には、好気的呼吸による生分解が最も効率がよい。このため、悪臭の発生という課題を抱えながらも、家畜から出る糞尿を開放系の設備にて貯留するという方法が採用されているという実情がある。
その一方で、家畜から出る糞尿を閉鎖系において管理する場合は、別途、処理対象物に酸素（空気）を送るための送気手段や撹拌手段が必要となり、設備投資のためのコストが一層嵩むという課題があった。
他方、家畜から出る糞尿の生分解を促進して、不快な悪臭が発生する期間そのものを短くするという考え方もあり、この場合、開放型の貯留設備に貯留される糞尿に、微生物資材や、生分解を促進するための何らかの資材を投入することが有効であるとも考えられる。
しかしながら、後者の場合、微生物資材等の投入用資材をその都度購入する必要があるのでその分のコストがかかる上、資材を投入するための労力も必要であり、費用対効果の観点から、脱臭又は消臭設備を設ける場合と比較して、コスト的に必ずしも有利になるとは言えなかった。
また、糞尿を主成分とする処理対象物に投入される資材が処理対象物から分離可能でない場合は、最終段階において、牧草地や農耕地に堆肥とともにその資材が散布されることを考えると、これらの資材が育生作物や、牧草地又は耕地に与える影響についても詳細に検討する必要がある。従って、糞尿を主成分とする処理対象物に投入される有効成分以外の資材は、使用後に処理対象物から分離できることが望ましかった。
有機性廃棄物の処理に関しては様々な技術が知られているが、本願発明に関連する先行技術としては以下に示すようなものが知られている。

特許文献１には「水浄化用成形体及びその製造方法」という名称で、水に接触させてその水を浄化する水浄化用成形体及びその製造方法に関する発明が開示されている。
特許文献１に開示される水浄化用成形体は、炭粉と、水中の有害物質を消費する菌と、接着剤とを含む複合物であり、前記炭粉の粒子が前記接着剤を介して連結されて多孔質体が形成されてなるものである。
上記構成の特許文献１に開示される発明によれば、水との接触により長期にわたり優れた水浄化能力を発揮する水浄化用成形体を提供できる。

特許文献２には「水処理用炭−金属複合体及び炭−金属複合体用成型体」という名称で、排水等に含まれる有害物質を除去するために最適な水処理用炭−金属複合体に関する発明が開示されている。
特許文献２に開示される水処理用炭−金属複合体は、金属（Ｍ）及び炭（Ｃ）を含有してなり、金属（Ｍ）と炭（Ｃ）とが接触していることを特徴とするものである。
上記構成の特許文献２に開示される発明によれば、水中に効率良く金属イオンを供給することができ、この金属イオンと有害物質との化学反応により、使用量が少なくても多量の有害物質を除去することができる。

特許文献３には「金属酸化物混和構成による汚泥臭気の分解消臭法並びに汚泥分解法」という名称で、汚泥臭気の分解消臭法並びに海底等の汚泥分解法に関する発明が開示されている。
特許文献３に開示される汚泥臭気の分解消臭法は、生産工程の作業での熱を全く必要とせずに、酸化珪素，酸化アルミニュウム，酸化鉄，酸化カリウム，酸化チタン，酸化カルシウム，酸化マグネシウム，酸化ナトリウム，酸化マンガン更に、微量の酸化バリウム，酸化クロム，酸化リンの金属酸化物を混和して組成を構成して所謂ジオポリマーとしたものを、メッシュ筒体内に充填して悪臭発生物内に投入するもので、ジオポリマーの混和成分の各金属酸化物が、廃棄物汚泥や家畜の糞尿から発生する悪臭及び汚泥を簡単に分解してバイオガスと水分にすることを特徴とするものである。
特許文献３に開示される発明によれば、汚泥及び臭気を分解除去して消臭するもので、廃棄物より発生する汚泥及び臭気を激滅し、海底汚泥や汚水の分解速度を飛躍的に向上せしめ、硬化汚泥を汚水処理可能までに分解軟化させ、沈殿汚泥の固着を防止する上、コンパクトで設置が極めて簡単で、設置費用が低廉で、すべての汚水処理装置に対応が可能であり、ランニングコストを極めて少なくするという効果を有する。

特開２００９−９５７３８号公報 特開２０１１―２５１６０号公報 特開２０１１−６２６８９号公報

上述の特許文献１に開示される発明によれば、水浄化用成形体を処理対象物中に浸漬するだけで、悪臭の元となる成分を分解して消臭しつつ、有機質成分を堆肥化するための生分解を促進できると考えられる。すなわち、特許文献１に開示される発明のみで、本願発明の課題を解決できるとも考えられる。
しかしながら、特許文献１に開示される微生物資材を用いた場合、有機質成分の生分解を、微生物資材によって供給される特定の微生物の生分解能力のみに依存して行うものであり、処理対象物中に普遍的に存在する他の微生物の生分解能をも促進して有効に活用するという技術思想に基づくものではない。
また、微生物資材は、通常、高価であるため、長期間使用する場合には、その使用量を可能な限り少なくしてランニングコストを抑えることができることが望ましかった。

特許文献２に開示される発明の場合は、水分を含有する処理対象物中に水処理用炭−金属複合体を浸漬することで、速やかに金属イオンを溶出させ、この金属イオンと悪臭成分とが反応して錯体が形成されることにより悪臭成分を無臭化できる。
すなわち、特許文献２に開示される発明によれば、処理対象物から速やかに消臭できると考えられるものの、処理対象物の生分解をして堆肥化するという効果を発揮するものではなかった。

特許文献３に開示される技術内容は、特許文献２に開示される発明の場合と同様に、金属イオンと悪臭成分とを反応させて錯体を形成させ汚泥を消臭することを目的としていると考えられる。しかしながら、特許文献３に開示される発明の場合、金属酸化物を単に混合して容器に収容しただけなので、特許文献２に開示される発明のように効率よく金属イオンを発生させることは難しいと考えられる。
また、特許文献３に開示される発明によれば、その詳細な機構は不明であるが、汚泥を分解してバイオガスと水分にできる可能性がある。
ただし、特許文献３に開示される発明を利用してバイオガスを生成させる際に利用されるのは嫌気性微生物であり（特許文献３中の明細書段落００２０の記載を参照）、しかも、特許文献３に開示される発明の場合、汚泥の生分解を担う微生物を積極的に供給するという構成にはなっていない。従って、処理対象物中に目的とする微生物が偶然に存在していれば十分に有利な効果が発揮されると考えられるものの、そうでない場合は、特許文献３に開示される発明による効果は限定的なものになる可能性が高かった。
加えて、特許文献３に開示される発明において汚泥の生分解を担う微生物は嫌気性微生物であるため、本願発明が用いられるような開放系の設備（処理対象物中に溶存酸素が存在する環境）の、特に大気と恒常的に接触していて溶存酸素濃度の比較的高い領域では、効率よく有機質成分を生分解できないことが予想される。

本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものでありその目的は、処理対象物中に浸漬するだけで処理開始後間もない時点から即効的な消臭効果を発揮させることができ、処理対象物中の溶存酸素量によらず有機質成分及び臭気成分を効率よく生分解して堆肥化することができ、さらに、処理対象物中に普遍的に存在する偏性好気性菌を活性化してそれにより有機質成分及び臭気成分の生分解を促進することができ、併せて、植物の生育の好ましい肥料分である鉄分を処理対象物中にしっかりと供給することができ、しかも、処理対象物中に不必要な不純物を残存させることのない消臭生分解促進材および消臭生分解促進方法を提供することにある。

上記目的を達成するため請求項１記載の発明である消臭生分解促進材は、液状又はスラリー状又はセミソリッド状の有機性廃棄物である処理対象物中に浸漬されて用いられる消臭生分解促進材であって、この消臭生分解促進材は固形物であり、かつ、粒状の炭と鉄とが接触してなる複合体からなる第１の機能材と、粒状の担体を接着してなる多孔質体に通性嫌気性菌を担持させてなる第２の機能材と、４〜２４μｍの波長域の遠赤外線を放射する遠赤外線放射材そのものからなる、又は、この遠赤外線放射材を含んでなる第３の機能材とを有し、処理対象物は、家畜の糞尿に加えて、畜舎の清掃排水、敷き藁として使用された乾燥植物体、飼料残渣のうちの少なくとも１つを含有することを特徴とするものである。
上記構成の発明において、第１の機能材は、炭と鉄のイオン化傾向の差（標準電極電位の差）を利用して、処理対象物中に２価の鉄イオン（Ｆ^２＋）を効率よく供給するという作用を有する。なお、請求項１記載の発明における「鉄」は、酸化鉄を含む概念である。また、そもそも炭（炭素：Ｃ）がイオン化することはないが、イオン化傾向をイオン化し易さの指標として捉えた場合は、鉄は炭よりもイオン化傾向が大きいといえる。
そして、処理対象物中に供給された２価の鉄イオンは、臭気成分であるアンモニアや、トリメチルアミンと反応して、鉄アミン錯体を生成して、臭気成分を無臭化するという作用を有する。また、２価の鉄イオンは、臭気成分であるメチルメルカプタンや、硫化水素と反応して、硫化鉄及び無臭の気体を生成して、臭気成分を無臭化するという作用を有する。加えて、２価の鉄イオンは、臭気成分である低級脂肪酸と反応して、低級脂肪酸塩を生成して、臭気成分を無臭化するという作用を有する。
また、第２の機能材は、処理対象物中に通性嫌気性菌を供給するという作用を有する。そして、通性嫌気性菌は、処理対象物中に溶存酸素が存在する場合は、この酸素を利用して好気呼吸を行って有機質成分及び臭気成分を生分解して、無臭化及び堆肥化するという作用を有する。他方、処理対象物中が、溶存酸素が少ない又はない嫌気状態になると、通性嫌気性菌は、酸素を利用しない嫌気呼吸を行って有機質成分及び臭気成分を生分解して、無臭化及び堆肥化するという作用を有する。
他方、第１の機能材から供給される２価の鉄イオンは、第２の機能材から供給される通性嫌気性菌、及び、処理対象物中に普遍的に存在する偏性好気性菌及び通性嫌気性菌（処理対象物中に普遍的に存在する偏性好気性菌及び通性嫌気性菌を総称して「他の微生物」と呼ぶ）に栄養素として取り込まれ、特に、好気呼吸を行う際のエネルギー合成経路において重要な役割を果たし、その増殖を促進するという作用を有する。
従って、請求項１記載の発明では、第１の機能材から供給される２価の鉄イオンが処理対象物中において即効性の消臭材として機能する一方で、この２価の鉄イオンは通性嫌気性菌及び偏性好気性菌（他の微生物）の増殖に寄与するという作用を有する。
また、第２の機能材から供給される通性嫌気性菌、及び、処理対象物中に存在する偏性好気性菌（他の微生物）は、第１の機能材から供給される２価の鉄イオンを養分として取り込むことでその増殖が促進されるとともに、その増殖に伴って、処理対象物中の有機質成分及び臭気成分を生分解（消費）して、堆肥化及び無臭化するという作用を有する。特に、通性嫌気性菌は、処理対象物中が好気状態であっても、嫌気状態であっても有機質成分及び臭気成分を、生分解するという作用を有する。
なお、本願明細書に記載される通性嫌気性菌は、酸素が存在する環境においては好気呼吸を行ってエネルギーを獲得する一方で、酸素が存在しない環境になると嫌気呼吸を行ってエネルギーを獲得する微生物の総称であり、通性好気性菌ともいう。また、偏性好気性菌は、好気的な細胞の呼吸のために、酸素を要求する微生物の総称である。
また、請求項１記載の発明における第３の機能材は、４〜２４μｍの波長域の遠赤外線を放射するという作用を有する。
そして、第３の機能材から放射される４〜２４μｍの波長域遠赤外線は、長い水のクラスターを切断して短くすることで、水分子の比重を高めるという作用を有する。そして、比重が増加した水が細胞の表面に付着すると、浸透圧により水が細胞の中まで容易に浸透する。この時、水とともに細胞の外から細胞の中にカルシウムイオン（Ｃａ^２＋）が流入して、細胞内の、特に細胞膜のＣａ^２＋濃度が増加する。そして、このＣａ^２＋濃度の増加が、phospholipase Ａ_２，Ｃなどの膜酵素とともに人間を含む動植物の細胞を賦活、活性化するという作用を有する。
すなわち、４〜２４μｍの波長域遠赤外線は、第２の機能材から供給される通性嫌気性菌、及び、処理対象物中に普遍的に存在する偏性好気性菌を活性化して、有機質成分及び臭気成分の生分解を促進し、処理対象物を効率よく堆肥化及び消臭するという作用を有する。
また、遠赤外線放射により、切断されて短くなった水のクラスターは、臭気成分である分子の表面を被覆して、臭気成分そのものを直接無臭化するという作用も有する。

請求項２記載の発明である消臭生分解促進材は、請求項１記載の消臭生分解促進材であって、遠赤外線放射材は、８〜１０μｍの波長域において，理想黒体の８０％以上の放射率を示すセラミックス又は鉱石であることを特徴とするものである。
一般に、８〜１０μｍの波長域の遠赤外線は、細胞の活性化に特に大きく寄与していることが知られている。従って、請求項２記載の発明では、遠赤外線放射材として、８〜１０μｍの波長域において、理想黒体の８０％以上の放射率を示すセラミックス又は鉱石を使用することで、遠赤外線放射材による微生物（第２の機能材から供給される通性嫌気性菌、及び、処理対象物中に普遍的に存在する偏性好気性菌）の活性化作用を顕著にするという作用を有する。
すなわち、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の作用を一層顕著化させるという作用を有する。

請求項３記載の発明である消臭生分解促進方法は、家畜の糞尿に加えて、畜舎の清掃排水、敷き藁として使用された乾燥植物体、飼料残渣のうちの少なくとも１つを含有する液状又はスラリー状又はセミソリッド状の有機性廃棄物である処理対象物中において粒状の炭と鉄を接触させて処理対象物中に鉄イオンを供給するとともに、通性嫌気性菌を処理対象物中に供給し、さらに、４〜２４μｍの波長域の遠赤外線を放射する遠赤外線放射材により処理対象物に４〜２４μｍの波長域の遠赤外線を照射することを特徴とするものである。
上記構成の請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明を方法の発明として捉えたものであり、その作用は請求項１に記載される発明の作用と同じである。

上記構成の請求項１記載の発明によれば、消臭生分解促進材を処理対象物中に浸漬することで、処理対象物中に２価の鉄イオンと、通性嫌気性菌を併せて効率よく供給できる。そして、これらが供給されることにより、処理対象物の処理開始直後から、高い消臭効果、及び、堆肥化促進効果を発揮させることができる。
さらに、請求項１記載の発明では、第３の機能材を備えているので、特に、含水率が高い液状又はスラリー状又はセミソリッド状の処理対象物の消臭効果及び生分解促進効果を高めることができる。
また、第３の機能材は、表面を洗浄するなどの簡単なメンテナンスを時々行うだけで、その効果を持続させながら繰り返し使用可能である。このため、請求項１記載の発明を用いて処理対象物の消臭生分解処理を行う際のランニングコストを安価にできるという効果を有する。
さらに、請求項１記載の消臭生分解促進材においては、２価の鉄イオン及び通性嫌気性菌を供給する際に使用する担体（第１，第２の機能材）及び遠赤外線を放射する第３の機能材を全て固形物とし、これらを処理対象物から分離可能に収容しておいてもよい。この場合、使用済みの第１〜３の機能材を処理対象物中から、分離して除去することが容易である。このため、処理対象物からなる最終産物を、堆肥として牧草地や耕作地に散布するにあたり、第１〜３の機能材が堆肥に混ざって牧草地や耕作地に散布されるのを防止できる。また、この場合は、第１〜３の機能材を処理対象物から確実に除去できるので、処理対象物から生成される堆肥を不純物が含有されない高品質なものにすることができる。
また、処理対象物中に供給される鉄分（２価の鉄イオン）は、牧草や作物の栽培の際に、有用な肥料成分としても機能して、主に植物体の葉緑素の生成に寄与する。これにより、２価の鉄イオンを含有する堆肥を供給することで、植物の生育を効率的に促進し、大気中の二酸化炭素の固定に寄与できる。したがって、処理対象物中への２価の鉄イオンの供給は、高品質な堆肥の生成にも寄与できる。すなわち、請求項１記載の発明によれば、処理対象物の消臭及び生分解の促進に有効な成分（２価の鉄イオン）を、処理対象物の最終産物である堆肥の有効成分としても利用できるというメリットを有している。
加えて、請求項１記載の発明では、処理対象物に通性嫌気性菌と併せて２価の鉄イオンを供給してやることで、第２の機能材により供給される通性嫌気性菌のみならず、処理対象物中に普遍的に存在する偏性嫌気性菌の増殖をも促進できる。これにより、処理対象物中の有機質成分及び臭気成分を極めて効率よく生分解できる。これにより、目的とする処理対象物の消臭及び生分解促進効果を発揮させるために必要な微生物資材である第２の機能材の使用量を少なくできるという効果を有する。
また、処理対象物中に供給する微生物を、特に、通性嫌気性菌とすることで、処理対象物中の溶存酸素量に関わらず、効率よく有機質成分及び臭気成分を生分解させることができる。
したがって、請求項１記載の発明によれば、処理対象物中に有効成分（２価の鉄イオン及び通性嫌気性菌）を効率的に供給しつつ、処理対象物の生分解の促進に寄与する遠赤外線を照射することで、これらの効果が複合的に機能してより優れた消臭能と堆肥化能を発揮させることができる消臭生分解促進材を提供することができる。
加えて、請求項１記載の発明によれば、処理対象物の処理開始直後から高い消臭効果と、有機質成分の生分解促進効果が発揮されるので、請求項１記載の消臭生分解促進材を投入する処理槽を大気中に開放したままででも、悪臭の被害を発生させることなく処理対象物の処理を実施できるという効果を有する。
これにより、請求項１記載の消臭生分解促進材を投入する処理槽に別途脱臭又は消臭設備を設ける必要がなくなるので、設備を簡素にするとともに、その建設にかかるコストを廉価にできる。
さらに、請求項１記載の発明では、消臭生分解促進材を浸漬しておくだけで処理対象物を効率よく消臭しつつ堆肥化を促進できるので、処理対象物を撹拌したり通気したりする必要がない。このため、請求項１記載の発明を使用する設備のランニングコストを安価にできる。
また、第１，第２の機能材は、消耗品であるものの、数年単位で使用可能であるため、この点からも請求項１記載の発明を使用する設備のランニングコストを安価にできる。
さらに、請求項１記載の消臭生分解促進材を使用して処理された、処理対象物の最終産物である堆肥は、生分解が十分に進行し、かつ、植物の生育に有用な肥料成分として鉄分をふんだんに含んでいると言う点で良質であり、しかも、臭気の発生が極めて少ないという点で人に優しく、品質として極めて優れたものである。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果を一層確実に発揮させることができる。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明を方法の発明として捉えたものであり、その効果は、請求項１に記載される発明の効果と同じである。

本発明の実施の形態に係る消臭生分解促進材の作用及び効果を説明するためのフロー図である。

本発明の実施の形態に係る消臭生分解促進材、および、消臭生分解促進方法について図１を参照しながら詳細に説明する。

本発明の実施の形態に係る消臭生分解促進材は、家畜から出る糞尿等の強い臭気（悪臭）を放つ液状又はスラリー状又はセミソリッド状の有機性廃棄物を主成分とする処理対象物に対して、即効的な消臭効果を発揮しつつ、微生物による生分解を促進して、堆肥化及び臭気成分を無臭化を促進するために使用される、２価の鉄イオン（Ｆｅ^２＋）を供給する資材、及び、微生物資材、及び、遠赤外線を放射する資材の３種類の組合せからなる複合資材である。より具体的には、本発明の実施の形態に係る消臭生分解促進材は、処理対象物中に浸漬された際に処理対象物を構成する溶液中に効率よく２価の鉄イオン（Ｆｅ^２＋）を供給する第１の機能材と、処理対象物中に浸漬された際に処理対象物を構成する溶液中に効率よく通性嫌気性菌を供給する第２の機能材と、４〜２４μｍの波長域の遠赤外線を放射する遠赤外線放射材そのものからなる、又は、この遠赤外線放射材を含んでなる第３の機能材により構成されるものである。

本実施の形態に係る第１の機能材は、粒状の炭と、同じく粒状の鉄（この鉄は、酸化鉄を含む概念である）とを混合して、例えば、セメント等の接着材（この接着材は粒状体同士を互いに接着する材質の総称であり、合成樹脂製でもよい）により接着して、例えば、固形状に成形したものである。
このような、第１の機能材では、イオン化することなく電気を通す物質である炭（炭素（Ｃ））に、金属の鉄を直接接触させておくことで、鉄の有する電子が炭（炭素（Ｃ））を介して処理対象物を構成する溶液中に存在する電解質に移動することにより鉄がより電気的に安定した２価の鉄イオン（Ｆｅ^２＋）となって処理対象物を構成する溶液中に溶出される。
このような本実施の形態に係る第１の機能材によれば、処理対象物を構成する溶液中に効率良く２価の鉄イオン（Ｆｅ^２＋）を供給することができる。
なお、第１の機能材は、粒状体（炭及び鉄）を固形化してなる多孔質体状としてもよい。この場合、第１の機能材の接触面を大きくしながらその形態をコンパクトにできるというメリットがある。さらに、この場合、この第１の機能材を、後述の第２の機能材と併用する際に、第１の機能材を微生物の住処である担体としても使用できるというメリットがある。

また、本実施の形態に係る消臭生分解促進材を構成する第２の機能材は、例えば、粒状の担体を接着材（この接着材も粒状体同士を互いに接着する材質の総称である）により接着してなる、例えば、固形状の多孔質体に、通性嫌気性菌を担持させた微生物資材である。
なお、担体に担持される通性嫌気性菌としては、好気条件下においては好気呼吸を行って有機質成分を生分解する一方で、嫌気条件下においては嫌気呼吸を行って有機質成分を生分解できる微生物であればどのようなものでも使用可能であるが、例えば、有機性廃棄物の高い分解能力を有するEmpedobactor属細菌のSIID２９２６−１b株（FERM AP−２０１０８）などを用いることによれば、効率よく処理対象物を生分解できる。なお、通性嫌気性菌は、乾燥などにより休眠状態になったものを担体に添加しておくことが望ましい。
また、担体に通性嫌気性菌を担持させる方法としては、粒状の担体に通性嫌気性菌を添加したものを接着材により接着して固形状に成形する方法や、粒状の担体を接着材により接着して固形状に成形したものに通性嫌気性菌を添加する方法があるが、いずれの方法を用いてもよい。
なお、第２の機能材を構成する担体の材質としては、処理対象物中に長期間浸漬し続けた場合でも容易に腐食することのない多孔質体であればどのようなものでも使用可能であり、たとえば、炭、竹炭、ゼオライト、バーミキュライト、パーライト、セラミック、軽石などから選ばれる多孔質の材料を単体で、あるいは、複数種類組み合わせて使用してもよい。

上述のような第１，２の機能材を処理対象物中に浸漬すると、以下に記載するような作用、効果が発揮される。
図１は本発明の実施の形態に係る消臭生分解促進材の作用及び効果を説明するためのフロー図である。
家畜から出る有機性廃棄物である処理対象物中に含まれて、悪臭のもととなる臭気成分の代表的なものとしては、アンモニア（化学式：ＮＨ_３）、トリメチルアミン（化学式：(ＣＨ_３)_３Ｎ）、メチルメルカプタン（化学式：ＣＨ_３ＳＨ）、硫化水素（化学式：Ｈ_２Ｓ）、硫化メチル（化学式：(ＣＨ_３)_２Ｓ）、二硫化メチル（化学式：ＣＨ_３ＳＳＣＨ_３）、低脂肪酸（化学式：Ｒ−ＣＯＯＨ、ただしＲ−は比較的短い炭素鎖からなるアルキル基を意味している）などがある。また、動物から出る糞尿に含まれ悪臭のもととなる低級脂肪酸としては、プロピオン酸（化学式：ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＯＯＨ）、ノルマル酪酸（化学式：ＣＨ_３(ＣＨ_２) _２ＣＯＯＨ）、ノルマル吉草酸（化学式：ＣＨ_３(ＣＨ_２) _３ＣＯＯＨ）、イソ吉草酸（化学式：ＣＨ_３ＣＨ_２)ＣＯＯＨ）などがある。
先にも述べたとおり、処理対象物中に本実施の形態に係る消臭生分解促進材を浸漬すると、第１の機能材から２価の鉄イオン（Ｆｅ^２＋）が溶出し、この２価の鉄イオンと上述の臭気成分とが反応して、それぞれ、鉄アミン錯体、硫化鉄及び無臭気体、低級脂肪酸塩を生成して上記臭気成分を無臭化することができる（図１を参照）。
より具体的には、以下に示す化学反応式（１），（２）に示すように、２価の鉄イオン（Ｆｅ^２＋）１つは、６分子のアンモニア又はトリメチルアミンと反応して、１分子の鉄アミン錯体を生成して無臭化する。
また、以下に示す化学反応式（３）〜（５）に示すように、２価の鉄イオン（Ｆｅ^２＋）１つは、１分子のメチルメルカプタン又は硫化水素又は硫化メチルと反応して、１分子の硫化鉄及び無臭の気体を生成して無臭化する。
さらに、以下に示す化学反応式（６）に示すように、２つの２価の鉄イオン（Ｆｅ^２＋）は、１分子の二硫化メチルと反応して、２分子の硫化鉄と２分子のメタンを生成して無臭化する。
そして、以下に示す化学反応式（７）に示すように、２価の鉄イオン（Ｆｅ^２＋）１つと、低級脂肪酸のカルボキシル基２つが結びついて低級脂肪酸塩を形成して無臭化する。

〈化学反応式〉
・Ｆｅ^２＋＋６ＮＨ_３→〔Ｆｅ(ＮＨ_３)_６〕^２＋ …（１）
・Ｆｅ^２＋＋６(ＣＨ_３)_３Ｎ→〔Ｆｅ[Ｎ(ＣＨ_３)_３]_６〕^２＋ …（２）
・Ｆｅ^２＋＋ＣＨ_３ＳＨ→ＦｅＳ＋ＣＨ_４↑ …（３）
・Ｆｅ^２＋＋Ｈ_２Ｓ→ＦｅＳ＋２Ｈ^＋（又は、Ｈ_２↑）
…（４）
・Ｆｅ^２＋＋(ＣＨ_３)_２Ｓ→ＦｅＳ＋２ＣＨ_４↑ …（５）
・２Ｆｅ^２＋＋ＣＨ_３ＳＳＣＨ_３→２ＦｅＳ＋２ＣＨ_４↑
…（６）
・Ｆｅ^２＋＋２Ｒ−ＣＯＯＨ→(Ｒ−ＣＯＯ)_２Ｆｅ＋２Ｈ^＋（又は、Ｈ_２↑） …（７）

従って、悪臭の元となる臭気成分の大部分は、２価の鉄イオン（Ｆｅ^２＋）との反応又は結合により無臭化することができる。よって、処理対象物中に第１の機能材を浸漬することで２価の鉄イオンが供給され、この２価の鉄イオンが処理対象物中において即効的な消臭効果を発揮するのである（図１を参照）。
また、鉄は、生体中において好気呼吸を行ってエネルギーを生産する際に重要な役割を果たす元素の一つであることが知られている。
より具体的には、生体のエネルギー物質であるＡＴＰ(アデノシン三リン酸)は、細胞内にあるミトコンドリアで生成される。このとき、鉄を含む酵素であるシトクロムなどが、糖類や脂質から電子を奪ったり、受け渡すなど、連続的に電子の移動を行う電子伝達系と呼ばれる酸化還元反応をすることで、ＡＤＴ(アデノシン２リン酸)とリン酸からＡＴＰ(アデノシン三リン酸)が生成される。
従って、第１の機能材から処理対象物中に供給される鉄分（２価の鉄イオン）は、処理対象中に第２の機能材により供給される通性嫌気性菌、及び、処理対象中に普遍的に存在して好気呼吸を行う生物（微生物）である偏性好気性菌及び通性嫌気性菌（他の微生物）に栄養素として消費され、その増殖に寄与する（図１を参照）。
すなわち、処理対象物中の微生物の増殖が好適に進行することは、処理対象物を構成する有機質成分や臭気成分が生分解されて消費されることを意味している。よって、第１の機能材により２価の鉄イオンを供給することで、処理対象物中において特に好気呼吸による生分解が促進されて、堆肥化および無臭化を好適に促進させることができる（図１を参照）。
さらに、鉄分（２価の鉄イオン）は、植物体の生育時に、葉緑素をつくったり、葉の白化を防止するなど効果を有していることから、植物の生育を活性化する肥料成分としても有効である（図１を参照）。
従って、本実施の形態に係る消臭生分解促進材においては、第１の機能材により２価の鉄イオンを供給することで、処理対象物がその最終形態である堆肥となって牧草地や農耕地に散布された際に、植物を活性化して大気中の二酸化炭素の固定を促進するという効果も有している。

他方、本実施の形態に係る消臭生分解促進材を構成する第２の機能材から処理対象物中に供給される通性嫌気性菌は、溶存酸素が存在している好気環境では好気呼吸を行って有機質成分の生分解を行う一方で、溶存酸素の少ない又はない嫌気環境下においても嫌気呼吸を行って有機質成分の生分解を行うことができる。ただし、嫌気呼吸を行う場合は、好気呼吸を行う場合よりも有機質成分の生分解効率は低くなる。
この結果、処理対象物が大気と接触していない、溶存酸素量が低い又はない領域においても、有機質成分の生分解を確実に進行させることができる。
このことは、本実施の形態に係る消臭生分解促進材を使用するに当たり、消臭生分解促進材を浸漬した処理対象物を、必ずしも積極的に撹拌したり、曝気したりする必要がないことを意味している。
もちろん、消臭生分解促進材を浸漬した処理対象物を、積極的に撹拌したり曝気してもよく、この場合、処理対象物中において好気呼吸による有機質成分の生分解が促進されるので、処理対象物の堆肥化と消臭を一層効率よく進行させることができる。

上述のような第１の機能材及び第２の機能材のみにより消臭生分解促進材を構成した場合でも、十分な処理対象物の堆肥化及び消臭効果が発揮されるが、この場合、処理対象物の消臭生分解処理能力は、処理対象物中に添加される２価の鉄イオン（Ｆｅ^２＋）及び通性嫌気静菌の量に比例するので、処理対象物の増加は、第１，第２の機能材の使用量の増加を意味し、このことは、ランニングコストの増加を意味している。
このような事情に鑑み、発明者らは、上述のような第１，第２の機能材に加えて、遠赤外線を放射する第３の機能材を併用することで、第１，第２の機能材による作用、効果を一層促進できることを見出した。
すなわち、上述のような第１，第２の機能材に加えて第３の機能材を付加して使用することで、同等の機能を発揮させるために必要な第１，第２の機能材を大幅に少なくできることを見出したのである。
この結果、上述のような第１，第２の機能材を用いて処理対象物を消臭生分解する際のランニングコストを大幅に軽減することが可能になった。

この第３の機能材は、４〜２４μｍの波長域の遠赤外線を放射する遠赤外線放射材そのもの、又は、この遠赤外線放射材を含んでなるものである。なお、本実施の形態において用いる遠赤外線放射材とは、４〜２４μｍの波長域の，少なくとも９０％の領域において，理想黒体の８０％以上の放射率を示すものである。より好ましくは、上記遠赤外線放射体は、特に８〜１０μｍの波長域において，理想黒体の８０％以上の放射率を示すセラミックス又は鉱石（天降石）であることが望ましい。あるいは、上述のようなセラミックス又は鉱石を粉砕したものを含んでなる新たなセラミックスや、これらの粉砕物とセメント等との混練体も同等の機能を有する。

上述のような第３の機能材から発せられる４〜２４μｍの波長域の電磁波（遠赤外線）は、人体を含む動植物細胞を賦活、活性化することが知られており、特に、８〜１０μｍの波長域の電磁波（遠赤外線）は、有機物に吸収され易く、生体活動に好ましい影響を及ぼすことが知られている。
そして、上述のような第３の機能材としては、花崗岩、セラミックス、トルマリン石、及び、天降石等が知られており、これらはいずれも天然の岩石や鉱石、あるいは、人工的に製造されたセラミックスである。なお、これらの遠赤外線放射体から放射される遠赤外線の放射率の測定結果については、非特許文献である「遠赤外線放射体のヒト白血球機能，過酸化脂質値，マウス移植癌，ラット薬物肝炎および慢性関節リウマチ患者に及ぼす影響」，丹波靱負他，炎症，vol,１６,No.６，p４２５−４３６(１９９６年１１月)に記載されている。

上述のような第３の機能材を、第１の機能材及び第２の機能材とともに処理対象物中に浸漬した場合の作用、効果について先の図１を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施の形態に係る第３の機能材から放射される遠赤外線は、上述の通り生体を活性化する作用を有するので、この作用により、第２の機能材から処理対象物中に供給される通性嫌気性菌、及び、処理対象物中に普遍的に存在する他の微生物（主に、通性嫌気性菌及び偏性好気性菌）の生体活動が直接活性化される。この結果、処理対象物中における有機質成分及び臭気成分の生分解を促進することができる。
また、第３の機能材から放射される遠赤外線は、長い水のクラスターを切断して水の比重を増加させ、これにより水の浸透圧が増加して微生物細胞膜への水の浸入が増加する。この時、水とともに細胞の外から細胞の中にカルシウムイオン（Ｃａ^２＋）が流入して、細胞内の、特に細胞膜のＣａ^２＋濃度が増加する。そして、このＣａ^２＋濃度の増加が、phospholipase Ａ_２，Ｃなどの膜酵素とともに細胞を賦活、活性化させるという作用を有する。
従って、遠赤外線は、上述の直接的な機構とは別に、間接的に微生物細胞を賦活、活性化することもできる。そして、この点からも処理対象物中における有機質成分及び臭気成分の生分解を促進することができる。
さらに、遠赤外線により細かく切断された短い水のクラスターは、臭気成分を包み込んで無臭化するという効果も有している。
従って、本実施の形態に係る消臭生分解促進材によれば、第１の機能材及び第２の機能材に加えて、第３の機能材を併せて処理対象物中に浸漬することにより、処理対象物の堆肥化及び消臭を一層効率よく進行させることができる。

また、本実施の形態に係る消臭生分解促進材は、その構成要素である第１の機能材及び第２の機能材を、例えば、固形状に成形しておいてもよい。この場合、処理対象物中に、堆肥化及びその消臭に有効な、２価の鉄イオン及び通性嫌気性菌を供給した後は、処理対象物から固形状の第１の機能材及び第２の機能材を完全に（略完全の概念も含む）分離して取り除くことができる。この結果、処理対象物が生分解されてなる最終産物としての堆肥中に、担体である炭や多孔質体が混入することがないので、不純物の少ない高品質な堆肥にすることができるという効果も有する。
特に、本実施の形態に係る第１の機能材及び第２の機能材の担体を、両者とも炭とした場合は、万一、処理対象物中に混入してしまっても、堆肥の一部として支障なくかつ有効に作用させることができる。
また、上述のような第３の機能材の形態についても、固形状にしておくことで、他の第１，第２の機能材と同様に、処理対象物からの分離が容易になるというメリットがある。
さらに、第１〜３の機能材を粉状又は粒状とし，これらの粒子が通過しないような収容容器（例えば、袋体など）に個別に、あるいは、第１〜３の機能材から選択される少なくとも２種類を収容して、処理対象物中に浸漬して使用してもよい。この場合も、処理対象物から第１〜３の機能材を容易に分離でき、しかも、その効果が持続する限り繰り返し使用することができる。

さらに、本実施の形態に係る消臭生分解促進材の形態について、第１の機能材及び第２の機能材と別体に、第３の機能材を備えてもよいし、第３の機能材を、例えば、細かい粒状にして、第１の機能材又は第２の機能材のいずれか一方、あるいは、これらの両方に混ぜ込んで供給してもよい。
なお、本実施の形態に係る消臭生分解促進材における第１の機能材，第２の機能材はいずれも、長期間使用可能であるものの消耗品である。これに対して、消臭生分解促進材における第３の機能材は、定期的にその表面を洗浄するなどのメンテナンスを施すことが好ましいものの、耐用品であるため、実用性を考えると、第１の機能材及び第２の機能材とは別体に第３の機能材を備えることが望ましい。
なお、本実施の形態における処理対象物は、家畜から出る糞尿のみからなるものではなく、畜舎を清掃する際に使用する水や、畜舎において使用される敷き藁等の乾燥植物体、さらには、家畜によって食べ散らかされた飼料等が含まれる有機性廃棄物の概念である。

本発明の実施の形態に係る消臭生分解促進方法について説明する。
本実施の形態に係る消臭生分解促進方法は、例えば、液状又はスラリー状又はセミソリッド状の処理対象物中に２価の鉄イオン及び通性嫌気性菌を処理対象物中に併せて供給しつつ、この処理対象物に４〜２４μｍの波長域の遠赤外線を照射することを特徴とするものである。
なお、処理対象物中への２価の鉄イオン及び通性嫌気性菌の供給は、例えば上述のような第１及び第２の機能材を用いてもよいし、これ以外の方法（例えば、鉄イオン供給材及び通性嫌気性菌の直接添加等）でも良い。さらに、処理対象物への遠赤外線の照射は、上述のような第３の機能材を処理対象物中へ浸漬することにより行ってもよいし、これ以外の方法（例えば、処理対象物を収容する処理槽を構成する壁面に遠赤外線放射材を埋め込むなど）でも良い。
本実施の形態に係る消臭生分解促進方法によれば、家畜から出る糞尿を主成分とする有機性廃棄物である処理対象物を、処理開始後間もない時点からしっかりと消臭しつつ、効率よく生分解して堆肥化することができる。
なお、処理対象物中に供給される２価の鉄イオン及び通性嫌気性菌の作用、並びに、遠赤外線の効果については、先の図１に記載されるものと同じであるため、ここでの詳細な説明は省略する。

本発明に係る消臭生分解促進材の効果を確認する目的で以下の試験を行った。
（１）供試材料について
本試験においては、本発明に係る消臭生分解促進材の第１の機能材として、株式会社アオヤマエコシステム製の「生物再生ブロック」（炭−鉄）を、また、第２の機能材として株式会社アオヤマエコシステム製の製品名「バイオ炭ブロック」（添加される通性嫌気性菌：Empedobactor属細菌のSIID２９２６−１b株（FERM AP−２０１０８））を、また、第３の機能材としてオンリー株式会社販売の天降石（大分県佐伯市宇目付近にて産出）をそれぞれ使用した。以下、この生物再生ブロックを市販品Ａと、バイオ炭ブロックを市販品Ｂと、天降石を市販品Ｃと呼ぶことにする。
また、上記市販品Ａは、直径５０ｍｍ、高さ３０ｍｍの円柱状のブロック体であり、１個当たりの重量は約１００ｇである。上記市販品Ｂは、直径５０ｍｍ、高さ３０ｍｍの円柱状のブロック体であり、１個当たりの重量は約２５ｇである。市販品Ａ，Ｂはともにブロックを砕いて使用した。また、市販品Ｃは粉末状のものと粒状のものと２種類を使用した。

（２）試験方法について
各サンプル毎に使用する供試材料をそれぞれ秤量してガラス瓶に移し、それぞれのガラス瓶に豚ふん尿試料を１００ｍＬずつ充填した。この後、それぞれのガラス瓶の上部開口をアルミホイルで覆い、その中央にガス抜きのための微細孔を開けて、常温条件下に２週間放置した。この後、各サンプルの臭気の状態を官能試験により判定し、その結果を表１に示した。また、比較対照として、供試材料を一切添加しない豚ふん尿試料のみからなるサンプルを準備した（サンプルＮｏ.１，２）。なお、臭気の判定は３名の試験者の合意により行った。

（３）試験結果について
下記表１に示すように、サンプルＮｏ.１０，１２，１４，１５では、試験開始後２週間経過した時点の臭気は、微量のふん尿臭程度であり、高い脱臭・消臭効果が確認された。また、本試験ではブランクの臭気を１００％とし、他のサンプルの臭気程度を３名の試験者の合意により相対的に数値化して評価したものを臭気の残存率と定義し、この残存率の測定についても併せて行なったところ、サンプルＮｏ.１０，１２，１４，１５では残存率は６０％以下であった。
また、下表１に示す通り、市販品Ｂの使用のみでも十分な効果が期待できるが、市販品Ｂは、他の供試材料に比べて特に高価であるため、実用の際には市販品Ｂの使用量が少ないことが好ましい。
これに対して、下表１に示すサンプルＮｏ.１４の結果を参照すると、他の供試材料との併用により市販品Ｂの添加量が０.６ｇでも十分な効果が認められた。従って、経済的に消臭処理を行うためには、第１〜３の機能材を併用することが望ましいといえる。

以上説明したように本発明は、主に家畜の糞尿からなる液状又はスラリー状又はセミソリッド状の処理対象物中に浸漬するだけで、効率よく処理対象物を消臭及び生分解させることができる消臭生分解促進材および消臭生分解促進方法であり、畜産業や有機性廃棄物の処理に関する分野において利用可能である。

Claims (3)

1. 液状又はスラリー状又はセミソリッド状の有機性廃棄物である処理対象物中に浸漬されて用いられる消臭生分解促進材であって、
   この消臭生分解促進材は固形物であり、かつ、
   粒状の炭と鉄とが接触してなる複合体からなる第１の機能材と、
   粒状の担体を接着してなる多孔質体に通性嫌気性菌を担持させてなる第２の機能材と、
   ４〜２４μｍの波長域の遠赤外線を放射する遠赤外線放射材そのものからなる、又は、この遠赤外線放射材を含んでなる第３の機能材とを有し、
   前記処理対象物は、家畜の糞尿に加えて、畜舎の清掃排水、敷き藁として使用された乾燥植物体、飼料残渣のうちの少なくとも１つを含有することを特徴とする消臭生分解促進材。
2. 前記遠赤外線放射材は、８〜１０μｍの波長域において，理想黒体の８０％以上の放射率を示すセラミックス又は鉱石であることを特徴とする請求項１記載の消臭生分解促進材。
3. 家畜の糞尿に加えて、畜舎の清掃排水、敷き藁として使用された乾燥植物体、飼料残渣のうちの少なくとも１つを含有する液状又はスラリー状又はセミソリッド状の有機性廃棄物である処理対象物中において粒状の炭と鉄を接触させて前記処理対象物中に鉄イオンを供給するとともに、通性嫌気性菌を前記処理対象物中に供給し、さらに、４〜２４μｍの波長域の遠赤外線を放射する遠赤外線放射材により前記処理対象物に４〜２４μｍの波長域の遠赤外線を照射することを特徴とする消臭生分解促進方法。

Images