JP6248249B2 - バイオマス（有機質物）無臭醗酵分解処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、微生物を用いて、バイオマス（有機質物）を短期間に無臭醗酵分解処理する技術に関する。

従来、農家が生ゴミや農作業から出る野菜クズ、家畜糞尿等の畜産廃棄物（バイオマス）を醗酵・腐熟させ、堆肥化する技術は、古くから知られている。近年、バイオマス（有機質物）を醗酵分解し、メタンガスを発生させ、これを集捕し、燃料等に利用したり、家畜糞尿を主原料とし、稲藁、籾殻、おが屑、バーク、木材チップなどを副原料として混合・醗酵させ、堆肥（コンポスト）として、利用している。しかし、これらのバイオマスの醗酵分解技術は、メタンガスの生成・利用や堆肥（コンポスト）として利用する目的で研究され、発展して来たものであり、バイオマス（有機質物）そのものを分解処理する事を目的とした技術として利用されて来た訳ではありません。一方、現在、大都市には大規模な活性汚泥法による下水処理施設が完備され、日々膨大な量の下水が微生物により分解処理され、浄化されています。しかし、分解処理の対象バイオマス（有機質物）は、水に溶解したバイオマス（有機質物）であり、下水中の、原形を保った有機質浮遊固形物ではありません。また、現在の微生物の利用技術は、遺伝子関連技術の飛躍的発展の成果もあって、ＤＮＡ解析による微生物の同定を急ぐ傾向にあり、同定された単菌を純粋培養し、厳密に管理された、高価な無菌室内での微生物利用が主流となりつつあります。しかし、屋内、屋外又は開放建屋内などの開放空間での作業を伴う場合には、常在菌群の影響を受け、純粋培養した単菌は、その効果を十分発揮出来ない恐れがあります。

本発明が解決しようとする課題は、バイオマス（有機質物）を、室内、室外及び解放建屋内などの開放空間においても、極めて短期間に、安価に、簡便・容易に、衛生的に、しかも効率的に、微生物により醗酵分解処理することであり、また、同時に、バイオマス（有機質物）を微生物により醗酵分解処理する際に、通常発生する腐敗菌や雑菌の活動に起因する悪臭を大幅に抑制し、無臭化することです。即ち、バイオマス（有機質物）無臭醗酵分解処理方法を提供する事です。

課題を解決するための手段は、本発明を適用することであり、具体的には、以下の通りです。

最初に、穀類から抽出した乳酸菌を主とする常在菌の菌体群からなる酸性の醗酵分解促進液（ＰＨ４．０以下）を用い、好ましい醗酵環境を創出し、易分解性の家畜糞などの有機質物と難分解性の籾殻などの有機質物を原料として、（１）嫌気醗酵工程、（２）好気醗酵（１次醗酵）工程、（３）熟成（２次醗酵）工程と、好ましい醗酵を、順次・連鎖的に継続させ、悪臭の発生を大幅に削減しつつ、種菌母材（菌床）を製造する。

次に、分解対象のバイオマス（有機質物）に適量の醗酵分解促進液を撒布・混合し、弱酸性雰囲気に変え、好ましい醗酵環境を創出した後、堆積する。この堆積したバイオマスを適量の種菌母材（菌床）で包むように覆い、悪臭の発生を大幅に抑制しつつ、１日〜７日間静置し、嫌気醗酵をさせる。その後、このバイオマスと種菌母材（菌床）を良く撹拌・混合し、十分曝気した後、堆積・静置し、好気醗酵に導く。この好気醗酵の操作を繰り返す事により、種菌母材（菌床）に囲まれたバイオマス（有機質物）は、悪臭の発生を大幅に抑制されつつ、極めて短期間（２週間〜８週間）に、醗酵分解処理される。即ち、バイオマス（有機質物）は、好気醗酵分解により、主として二酸化炭素（ＣＯ２）と水（Ｈ２Ｏ）の分子レベルにまで分解される。

また、現在の微生物の利用技術は、遺伝子関連技術の飛躍的発展の成果もあって、ＤＮＡ解析による微生物の同定を急ぐ傾向にあり、同定された単菌を純粋培養し、厳密に管理された、高価な無菌室内での微生物利用が主流となりつつあります。しかし、屋内、屋外又は開放建屋内での作業を伴う場合には、常在微生物群の影響を受けるため、純粋培養した単菌は、その効果を十分発揮出来ない恐れがあります。本発明は、開放空間での作業環境を考慮して、取り扱う微生物を微生物の集合体、即ち、微生物群として捉え、システムを構築しており、通常の注意レベルの作業での実施が可能であり、厳密に管理された高価な無菌室などは不要で、安価で、簡便・容易、しかも衛生的で、効率的な分解処理を可能にしております。また、同時に、バイオマス（有機質物）を微生物により醗酵分解処理する際に、通常発生する腐敗菌や雑菌の活動に起因する悪臭を大幅に抑制し、しかも、種菌母材（菌床）の微生物脱臭効果も加わり、無臭醗酵分解処理を可能にしております。

また、本発明では、バイオマスは高温域（６０℃〜９０℃）で醗酵分解処理されますが、７５℃以上の温度域での操業も可能であり、通常の病原菌、腐敗菌及び雑菌等は死滅し、植物の種子なども、不活化され、衛生的にも、極めて優れた処理が可能です。

屠畜場に於いて、屠殺した家畜の内臓やその内容物、獣脂や血液など種々のバイオマスが排出される。しかし、これらの処理は、活性汚泥法による廃水処理の一部として、処理・浄化されている。下水道や食品加工工場の廃水も同様な浄化・処理方法を採用している。活性汚泥法は、溶解したバイオマス（有機質物）を微生物により分解処理し、浄化する事を得意としていますが、有機質浮遊物（ＳＳ）、特に油脂類、血液、野菜屑などの分解処理は、むしろ、不得意です。通常は、これらの有機質浮遊物（ＳＳ）は、スクリーンや遠心分離機などにより、物理的に分離され、焼却処理されます。しかし、この焼却処分されるバイオマス（有機質物）は、通常は、含水比が高いため、自燃せず、燃料を使って焼却しています。本発明を採用すれば、これらの有機質浮遊物（ＳＳ）は、短期間で、安価に、簡便・容易に、衛生的に、しかも効率的に醗酵分解処理する事ができる。

：種菌母材（菌床）を製造する製造工程図（フロー図）です。 ：バイオマス（有機質物）を無臭醗酵分解処理する工程図（フロー図）です。

本発明は、屋内、屋外又は解放建屋内などの開放空間での作業環境を考慮して、取り扱う微生物（菌など）を菌の集合体、即ち、菌体群として捉え、システムを構築しており、通常の注意レベルの作業により実施出来ます。まず最初に、種菌母材（菌床）を製造する。主原料である易分解性有機質物（家畜糞など）に、適量の醗酵分解促進液を撒布・混合し、次に副原料である籾殻などの難分解性有機質物を加え、撹拌・混合し、堆積し、静置して嫌気醗酵を発現させる。このように、（１）嫌気醗酵工程、（２）好気醗酵（１次醗酵）工程、（３）熟成（２次醗酵）工程と、好ましい醗酵を、順次・連鎖的に発現・継続させ、悪臭の発生を大幅に抑制しつつ、種菌母材（菌床）を製造する。通常は、十分な量の種菌母材（菌床）を、あらかじめ、製造・保管して置く事が望ましい。

主原料である易分解性有機質物は、バイオマス（有機質物）を無臭醗酵分解する微生物群を増殖させる餌となるものです。そのため、分解対象のバイオマスが、穀類であれば、米糠やフスマ（麦糠）を易分解性原料として使う事が望ましい。また、植物油脂を分解対象のバイオマス（有機質物）とする場合には、大豆、菜種などの油粕を使う事が望ましい。また、落ち葉などを分解対象バイオマス（有機質物）とする場合は、枯草菌の増殖を図る事が、大切です。しかし、通常は、分解しにくい植物性有機質物の分解を念頭に、入手し易い家畜糞を用いています。

副原料である難分解性有機質物は、菌類等の微生物群を高密度に保持・包蔵する担体の機能を担っております。従って、分解され難い、損耗の少ない、多孔質な籾殻などが最適と考えています。

次に、分解しようとするバイオマス（有機質物）に、適量の醗酵分解促進液（ＰＨ４．０以下）を撒布・混合し、堆積（積高１ｍ〜２ｍ）する。この堆積したバイオマス（有機質物）を、適量の種菌母材（菌床）で包むように覆い、悪臭の発生を大幅に抑制しつつ、１〜７日間静置し、嫌気醗酵させる。その後、堆積したバイオマス（有機質物）と種菌母材（菌床）を良く撹拌・混合し、十分曝気し、含水比を調整した後、再び、堆積（積高１．５ｍ〜２ｍ）し、好気醗酵に導き、１〜７日間静置する。その後、原料のバイオマス（有機質物）の醗酵分解処理が完了するまで、この操作（撹拌・堆積・静置）を繰り返す。

通常４〜８週間で、分解対象のバイオマス（有機質物）は、種菌母材（菌床）中の微生物群により、高温域（６０〜９０℃）で無臭醗酵分解処理される。

この高温域醗酵分解処理を行う際、処理時間の短縮や処理の安定化を求める場合には、堆積中の原料にエアレーション（曝気）を行い、十分な酸素を供給する事が望ましい。また、分解するバイオマス（有機質物）は、微粉砕した状態で使用する事が望ましい。

また、本発明は、斃死牛・馬・豚などの巨大な個体をそのまま、容易に醗酵分解処理できる事が特徴の一つでもあります。この場合は、まず、分解する牛などの大きな個体に、醗酵分解促進液（ＰＨ４．０以下）を適量撒布し、醗酵環境を整えた後、分解処理する牛などの大きな個体を、大量（個体の体積の３〜１０倍程度の量）の種菌母材（菌床）で包むようにして覆い、静置する。この際、処理対象バイオマス（有機質物）が大きな牛などの個体の場合は、牛（バイオマス）と種菌母材（菌床）との撹拌・混合は困難なため、通常は、そのまま静置しますが、好気醗酵を促す手段として、エアーレーション（曝気）を行なう事は、大変効果的です。勿論、エアレーション（曝気）に関しては、空気の代わりに、純酸素や酸素富化空気、更には、オゾンの使用も十分効果が望めます。

本発明のもう一つの特徴は、残飯などの食品残渣、獣畜類、家禽類及び魚類の本体は勿論、内臓やその内容物、獣脂、血液など、多種多様なバイオマス（有機質物）に対応出来る事であり、対象バイオマス（有機質物）を短期間に、悪臭の発生を大幅に抑制しつつ、安価で、簡便・容易に、衛生的に、しかも効率的に無臭醗酵分解処理が可能な事です。また、高温域（６０℃〜９０℃）での醗酵分解処理が可能なため、通常の病原菌の殺滅が、可能です。勿論、分解対象バイオマス（有機質物）の形態は、粉砕しない場合、粗粉砕する場合、微粉砕する場合、いずれの場合にも容易に対応が可能な事です。

本発明の、種菌母材（菌床）の製造方法により製造された高品質な種菌母材（菌床）は、いわゆる無臭・完熟高温醗酵堆肥（コンポスト）と同じであります。即ち、本発明の一部の技術を使用して、高品質の無臭・完熟高温醗酵堆肥（コンポスト）を製造する事が、当然に、可能なのです。また、本発明の種菌母材（菌床）を醗酵分解促進液（ＰＨ４．０以下）を用いて、バイオマス（有機質物）を短期間に分子レベルに醗酵分解する技術を適用すれば、一層短期間（３〜５週間）に、高品質の無臭・完熟高温醗酵堆肥（コンポスト）を作る事が出来ます。即ち、分解対象のバイオマス（有機質物）を適量の家畜糞と適量の籾殻に置き換えるだけで、無臭・完熟・高温醗酵堆肥（コンポスト）が、簡単に製造できます。

種菌母材（菌床）の製造は、最初は、（１）嫌気醗酵工程、次に（２）好気醗酵工程、最後に（３）熟成工程を経て、極めて短期間（６〜１２週間）に完了する。この間、易分解性の家畜糞を完全に分解する事は勿論、籾殻などの難分解性有機質物をも脆化させ、一部を分解すると共に、家畜糞中に生息する消化菌類や周辺環境に生息する土壌菌類、枯草菌類、納豆菌類、放線菌類及び糸状菌類等の常在菌体群で構成する菌体群を、必要に応じて、扶植・増殖させ、分解対象のバイオマス（有機質物）の醗酵分解処理に必要な種菌群を、特異、選択的に、高密度に、包蔵する種菌母材（菌床）を製造する事が出来る。従って、特定のバイオマス（有機質物）を特異・選択的に分解処理する種菌母材（菌床）を製造する事が可能です。なお、実際に、本発明を実施する場合には、種菌母材（菌床）は、通常、前もって製造・保管し、使用時に即応出来るよう準備しておく事が望ましい。

醗酵分解促進液は、穀類から抽出した乳酸菌を主とした菌体群により構成され、通常、醗酵スターターなどとも呼ばれる酸性（ＰＨ４．０以下）の液体です。また、本発明の醗酵分解促進液の機能は、弱酸性の好ましい醗酵環境を創出し、腐敗菌や雑菌の活動を抑制し、腐敗菌や雑菌の活動に由来する悪臭の発生を大幅に抑制しつつ、醗酵分解処理に必要な、一連の醗酵工程を、好ましい醗酵のみを順次・連鎖的に発現・継続させ、すべての醗酵工程を好ましい醗酵工程のまま終了させる事です。即ち、本発明の中核である醗酵管理技術を具現化する機能です。また、本発明の醗酵分促進液に変えて、既存の特許第４８８７５４３号記載の、「有機質の無臭醗酵分解促進液」なども、使用可能であり、酒造業界などでは、乳酸菌の代替として、乳酸を使用する場合があります。本発明も同様に、乳酸菌群に替えて乳酸やクエン酸など、他の酸類の使用も可能です。しかし、１〜７日間程度の嫌気醗酵工程の存在を考慮すると、乳酸を作り続ける生きた乳酸菌を主とした本発明の「醗酵分解促進液」の使用が、最も望ましいものと考えます。また、生きた乳酸菌を使うもう一つの効果は、嫌気醗酵工程後の好気醗酵（１次醗酵）工程は、高温域（６０℃〜９０℃）での醗酵が主となり、高熱に弱い乳酸菌の多くは死滅し、他の高温醗酵菌の餌となり、高温醗酵菌の活動を支える事である。

米国では、広く普及している家庭生ゴミのディスポーザー処理に関しては、日本の下水道の現在の能力では対応が困難として、わが国では、ディスポーザーは、使用できない状況にあります。即ち、もし、現状のまま、大都市の全ての家庭にディスポーザーを設置し、各家庭が生ゴミを微粉砕して下水に放流した場合、ディスポーザー残滓（家庭生ゴミの微粉砕屑）は、多量な有機質浮遊物（ＳＳ）となって、下水処理場に流入し、現在の下水処理場の処理能力を遥かに超えてしまい、対応出来ないとの理由です。本発明の最大の目的の一つは、上記の問題を解決し、家庭の生ゴミ処理を米国のようにディスポーザー粉砕処理に変えることです。
本発明によれば、下水処理場へ流入したディスポーザー残滓をスクリーンや遠心分離機などにより物理的に分離し、簡単な設備を追加するだけで、ディスポーザー残滓を短期間に、安価に、簡便・容易に、衛生的に、しかも効率的に、無臭醗酵分解処理することが可能です。このように、本発明の採用により、下水処理場の処理能力の問題の一つは、解決出来ます。その結果、もし、ディスポーザーが各家庭で使えるようになれば、家庭での生ゴミ処理は、簡単になり、生ゴミの悪臭問題も無くなり、収集・運搬の手間もなくなり、既存の下水道の利用効率（糞尿・汚水＋生ゴミ処理と多機能化するため）を高め、自燃しない生ゴミの焼却処理に大金を払う必要もなくなります。従って、本発明の効果は、経済上の効果だけではなく、わが国、特に大都市での家庭生活の利便性の向上、衛生上の波及効果などを考えると、その効果は、計り知れないものがあります。

本発明は、バイオ・トイレとして利用することが出来ます。便壷に、適量の種菌母材（菌床）を敷き、簡単な撹拌手段（掻き回す板切れか、棒１本でも可）を付ければ良い。使用頻度が適切で、撹拌をこまめに行えば、長期間使い続けることが出来ます。災害用の仮設トイレには、最適です。

本発明の悪臭抑制メカニズムは、まず、▲１▼分解しようとするバイオマス（有機質物）に醗酵分解促進液（ＰＨ４．０以下）を適量撒布する事により、アルカリ性のアンモニアなどは、中和により脱臭し、▲２▼中性ないしアルカリ性雰囲気で活動する腐敗菌や雑菌の活動を抑制し、腐敗菌や雑菌の活動に起因する悪臭の発生を大幅に抑制し、更に、▲３▼常在微生物類、例えば土壌菌類、枯草菌類、納豆菌類、放線菌類、糸状菌類など多種・多量の菌類、いわゆる善玉菌類を多量に包蔵する種菌母材（菌床）で、分解しようとするバイオマス（有機質物）を包むように覆うため、この種菌母材（菌床）が、微生物脱臭のバイオ・フィルターの役目を果たし、発生する悪臭を吸着・分解処理するため、悪臭の放散を大幅に抑制・削減する。このように、本発明は、３段階の悪臭抑制機構（メカニズム）を組み込んであるため、醗酵分解処理の全工程にわたり、安定的に悪臭抑制・削減効果を発揮する事が出来ます。従って、本発明の悪臭抑制・削減効果は、性能面でも、コスト面でも非常に優れた、画期的なものとなっています。

本発明は、活性汚泥法による廃水処理が最も苦手とする、屠畜場や食鶏（ブロイラー）加工工場、水産加工場などの食品工場から排出される家畜（家禽を含む）・魚貝類などの本体や内臓及び内蔵の内容物、また、獣（家畜・家禽を含む）脂、魚油、食料油脂、血液など各種の油脂、蛋白質、澱粉質などの固形有機質物や廃水中の有機質浮遊物（ＳＳ）の分解処理に適用する事が、性能面でもコスト面でも、最良の形態と考えています。また、種菌母材（菌床）の損耗は少ないため、繰り返し使用できる長所があり、本発明の全体の運転・維持・管理費用は、極めて少ない。また、醗酵分解促進液（ＰＨ４．０以下）の製造については、散布量が、分解処理対象バイオマス（有機質物）の１重量％（１トン当り１０ｌ）と少量であり、自動培養装置により容易に、大量に培養・製造できるため、大規模処理施設への適応も容易です。

本発明は、バイオマス（有機質物）を大規模・大量処理する場合にも、その効果を発揮します。従って、本発明は、将来、わが国が、生ゴミ処理の切り札として、家庭へのディスポーザーの導入を可能にする基幹技術・基幹システムとなる可能性があります。もし、実現した場合、本発明は、大規模な下水処理場の流入ディスポーザー残滓の分解処理にその効果を最大限に発揮し、その効果は、多方面に及ぶため、測り知れません。

Ａ：「醗酵分解促進液」＝穀物由来の乳酸菌を主とした菌体群からなる酸性（ＰＨ４．０以下）の液体
Ｂ：家畜糞などの易分解性のバイオマス（有機質物）。種菌母材（菌床）を製造する主原料。
Ｃ：籾殻などの難分解性のバイオマス（有機質物）。種菌母材（菌床）を製造する副原料。
Ｘ：種菌母材（菌床）＝醗酵分解処理に必要な菌体群を、高密度に扶植・包蔵する担体・菌床。
Ｙ：分解対象のバイオマス（有機質物）。（形状は、大きな牛・馬などの個体そのものから、微細な粉体、獣脂、油脂、魚油、血液まで、種々多様。）

Claims (3)

1. 穀物由来の乳酸菌などの常在微生物群を中心に、個々の単一の純菌として分離・使用するのではなく、通常の環境中に存在する、あるがままの常在菌群として捉え、活用することを特徴とし、厳密に管理された高価な無菌室内での作業を必要としない、通常の注意レベルの作業により、屋内、屋外又は開放建屋内などの開放空間でも、容易に実施できる事を特徴とし、以下に示す２つの工程により構成され、分解対象のバイオマス（有機質物） １倍量を体積量３乃至１０倍量の種菌母材（菌床）により、無臭醗酵分解する事を特徴とするバイオマス（有機質物）無臭醗酵分解処理方法。
   工程１：乳酸、クエン酸又は乳酸菌を含むＰＨ４以下の醗酵分解促進液を用いて、弱酸性の醗酵環境を創出し、腐敗菌や雑菌の活動を抑制し、腐敗菌や雑菌の活動に起因する悪臭の発生を大幅に抑制しつつ、分解対象のバイオマス（有機質物）を特異・選択的に醗酵分解する菌体群を、高密度に、増殖・保持・包蔵する事を特徴とする前記種菌母材（菌床）の製造工程
   工程２：分解対象のバイオマス（有機質物）１倍量に対して、適量の乳酸、クエン酸又は 乳酸菌を含むＰＨ４以下の前記醗酵分解促進液を、分解対象バイオマス（有機質物）に散 布し、弱酸性に変え、体積量３乃至１０倍量の前記種菌母材（菌床）を用いて、分解対象バイオマス（有機質物）を短期間に、悪臭の発生を大幅に抑制しつつ、分子レベルに分解する事を特徴とするバイオマス（有機質物）無臭醗酵分解処理工程
2. 前記工程１は、家畜糞などの易分解性有機質物（主原料）に、乳酸、クエン酸又は乳酸菌 を含むＰＨ４以下の前記醗酵分解促進液を撒布した後、撹拌・混合し、易分解性有機質物（主原料）を弱酸性に変え、更に、籾殻などの難分解性有機質物（副原料）を加え、撹拌・堆積・静置し、弱酸性の醗酵環境を創出し、悪臭の発生を大幅に抑制しつつ、嫌気醗酵、好気醗酵（１次醗酵）、熟成（２次醗酵）を、順次、連鎖的に発現・継続させる事を特徴とし、同時に、分解対象のバイオマス（有機質物）を特異・選択的に醗酵分解する菌体群を、高密度に、増殖・保持・包蔵する事を特徴とする種菌母材（菌床）の製造方法であ る請求項１記載のバイオマス（有機質物）無臭醗酵分解処理方法。
3. 前記工程２は、分解対象のバイオマス（有機質物）１倍量に、適量の乳酸、クエン酸又は 乳酸菌を含むＰＨ４以下の前記醗酵分解促進液を撒布・撹拌し、弱酸性の醗酵環境を創出した後、このバイオマス（有機質物）を堆積し、体積量３乃至１０倍量の前記種菌母材（菌床）で、包むように覆い、静置し、悪臭の発生を抑制しつつ、嫌気醗酵させ、嫌気醗酵終了後、バイオマス（有機質物）と種菌母材（菌床）とを撹拌・混合し、十分曝気した後、堆積・静置し、好気醗酵を発現・促進させ、次に、バイオマス（有機質物）の分解処理が完了するまで、この操作を繰り返し、悪臭の発生を大幅に抑制しつつ、極めて短期間にバイオマス（有機質物）を醗酵分解処理する事を特徴とする請求項１記載のバイオマス（有機質物）無臭醗酵分解処理方法

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