(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固液混合の腐敗性廃棄物に、(1)酸化カルシウムの含有率が９５％以上で水酸化カルシウム、炭酸カルシウム及びその他の物質の含有率が５％以下であり、(2)多孔性を有し、表面積及び比表面積が広大で、細孔組織が高度に発達しており、(3)水に少量を接触させたときに、全方向に広く速やかに分散する性質を有し、(4)水に中量を添加したときに、激しくかつ速やかに反応して水蒸気を発生させ、(5)水に一定量を添加したときに充分に反応し、理論値に近似した温度上昇が認められる、高活性な酸化カルシウムを主成分とする添加材を添加して急激な水和反応による反応生成物を得、
この反応生成物に珪酸質有機資材を混合し、適度の水分と空気を供給することにより、珪酸質有機資材中の珪酸質を可溶化して珪酸質有機資材を堆肥化させる、
ことを特徴とする珪酸質有機資材の堆肥化法。
【請求項２】
前記反応生成物は、前記水和反応によって酸化カルシウム中のカルシウムイオンが解離されると共に腐敗性廃棄物中のアミノ酸から蟻酸を含む低級脂肪酸が生成され、
この低級脂肪酸並びに腐敗性廃棄物中に元々含まれている上記低級脂肪酸を含む脂肪酸及びアミノ酸を含む酸類と、解離された上記カルシウムイオンとによってカルシウム塩が生成されているものである、
ことを特徴とする請求項１に記載の珪酸質有機資材の堆肥化法。
【請求項３】
前記反応生成物は水和反応熱と高アルカリ性とによる殺菌によって特定の微生物のみが生息する環境が形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の珪酸質有機資材の堆肥化法。
【請求項４】
反応生成物に珪酸質有機資材を混合し、適度の水分と空気を供給することにより、前記特定微生物が珪酸質有機資材中の珪酸質を可溶化して珪酸質有機資材を堆肥化させる、
ことを特徴とする請求項３に記載の珪酸質有機資材の堆肥化法。
【請求項５】
前記特定微生物が好アルカリ性微生物である、
ことを特徴とする請求項３もしくは請求項４に記載の珪酸質有機資材の堆肥化法。
【請求項６】
前記珪酸質有機資材がもみがらである
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の珪酸質有機資材の堆肥化法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、モミガラのように外皮が珪化組織によって覆われている有機資材を分解するのに有効な珪酸質有機資材の堆肥化法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
イネ科、トクサ科、あるいは珪藻類の植物のように、外皮が珪化細胞によって覆われている珪酸質有機資材は、珪化組織が不溶性であるために分解されにくい。例えば、稲作農家や各地のライスセンターで多量に排出されるモミガラは、イナワラやムギワラなどと同様に十分堆肥化資材として利用できる資質を有するものの、珪酸含有量が多いために腐りにくく処分困難な産業廃棄物となっている。モミガラの一般的な処理方法としては、燃料にするか、微生物資材と混合して堆肥化する手段が採られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料にする場合には熱源として利用されるだけで、上記した堆肥化資材としての有効利用が図れない。、
微生物資材を利用して堆肥化する従来の技術の場合、処理費用がかさむわりには珪酸質を十分には可溶化しにくい。
【０００４】
本発明の目的は、珪酸質の可溶化を促進し、しかも腐敗性廃棄物の処理物を用いてこれを行うことができる、珪酸質有機資材の堆肥化法を提供することにある。
【０００５】
【課題を達成するための手段】
本発明は、上記した目的を達成するために、固液混合の腐敗性廃棄物に、(1)酸化カルシウムの含有率が９５％以上で水酸化カルシウム、炭酸カルシウム及びその他の物質の含有率が５％以下であり、(2)多孔性を有し、表面積及び比表面積が広大で、細孔組織が高度に発達しており、(3)水に少量を接触させたときに、全方向に広く速やかに分散する性質を有し、(4)水に中量を添加したときに、激しくかつ速やかに反応して水蒸気を発生させ、(5)水に一定量を添加したときに充分に反応し、理論値に近似した温度上昇が認められる、高活性な酸化カルシウムを主成分とする添加材を添加して急激な水和反応による反応生成物を得、この反応生成物に珪酸質有機資材を混合し、適度の水分と空気を供給することにより、珪酸質有機資材中の珪酸質を可溶化して珪酸質有機資材を堆肥化させる点に特徴を有する。
【０００６】
珪酸質有機資材が混合される反応生成物の原料としては腐敗性廃棄物が有効利用される。腐敗性廃棄物には、豚し尿（糞を含む）、鶏糞その他の家畜糞尿、動物血液、上下水余剰汚泥、焼酎カス等の食品製造工場から排出される腐敗性残渣などがある。例えば豚し尿の場合には通常８６．５％〜９４．５％、乾燥鶏糞の場合には通常１５〜３０％、上下水余剰汚泥の場合には通常７５〜９７％、食品工場の腐敗性残渣の場合には通常７５〜９５％の水分をそれぞれ含んでいるが、本発明に用いるには水分を７５〜９７％の状態に調整することが望ましい。
【０００７】
上記腐敗性廃棄物に高活性な酸化カルシウムを主成分とする添加剤を添加し、混合撹拌することによって反応生成物が得られる。具体的には、上記した腐敗性の産業廃棄物１００重量部に対して添加剤を５〜２５重量部加え、両者を反応させる。
【０００８】
高活性な酸化カルシウムを主成分とする添加剤は、次の条件を具備するのが望ましい。
酸化カルシウムの含有率が高く（望ましくは９５％以上）、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム及びその他の物質の含有率が低いこと。尚、組成成分として酸化マグネシウムが少量（例えば５％以下）含まれていても良い。
多孔性を有し、表面積及び比表面積が広大で、細孔組織が高度に発達していること。
水に少量を接触させたときに、優れた分散性、例えば全方向に広く速やかに分散する性質を有すること。
水に中量を添加したときに、激しくかつ速やかに反応して水蒸気を発生させること。
水に一定量を添加したときに充分に反応し、理論値に近似した温度上昇が認められること。
更に必要によっては、  水と接触後の消石灰を主成分とするスラリーにおいて、沈降速度が小で、沈降現象が認められないこと。
【０００９】
上記添加材（イ）が水に添加されたときの昇温速度を、市販の生石灰と比較した結果を図１に示す。市販の生石灰は、空気接触していない開封直後のもの（ロ）と、開封後、湿度９０％の環境下に１時間放置したもの（ハ）と、開封後、同様の環境下に４時間放置したもの（ニ）の３種類を用意した。同図は、初期水温２０度Ｃの水１００ｍｌに本添加材（イ）と上記３種類の市販生石灰（ロ）〜（ニ）をそれぞれ２０ｇ添加したときの昇温速度（度Ｃ／秒）の違いをグラフで示してある。
【００１０】
この図から明らかなように、本添加材（イ）は他の市販品（ロ）から（ニ）に比べて昇温速度が著しく大、即ち、極めて短時間（１秒前後）で高い温度まで急上昇していることがわかる。このことは、水和反応によって添加材中の酸化カルシウムからカルシウムのほとんどが瞬間的にイオン化して解離されることと、腐敗性廃棄物中に含まれている有機物を熱分解するのに必要な局部的高熱状態が創りだされることを意味している。
【００１１】
この急激な水和反応によって酸化カルシウム中のカルシウムイオンが解離されると共に腐敗性廃棄物中のアミノ酸から蟻酸を含む低級脂肪酸が生成され、この低級脂肪酸並びに腐敗性廃棄物中に元々含まれている低級脂肪酸を含む脂肪酸及びアミノ酸を含む酸類と、解離された上記カルシウムイオンとによってカルシウム塩が生成される。
【００１２】
即ち、添加材を腐敗性廃棄物中に添加すると、同廃棄物中のセルローズ、リグニン、高分子量蛋白質、リン脂質などがアルカリ性の下で励起され、酸化カルシウムと水との反応による局部的高熱によって低分子化合物に分解される。そして、急速に解離されたカルシウムイオンが、上記分解された低分子化合物の端末基あるいは上記リン脂質、高級脂肪酸のみならず、蟻酸や酢酸といった低級脂肪酸とも結合して、反応生成物中に難溶性の安定したカルシウム塩を生じさせる。この化学反応、特に低級脂肪酸との錯塩反応によって生成されたカルシウム化合物は、例えば消石灰や前記市販の生石灰を添加した場合の凝集作用によって生成される物理的にのみ安定な物質とは全く異質のものとなる。これらの場合には、カルシウムイオンの解離度も低くあるいは解離する速度も緩やかで、また腐敗性廃棄物中の有機物の分解も不十分なために、カルシウム塩を生成し得ない。
【００１３】
図２は、腐敗性廃棄物中に含まれるこうした可溶性有機酸及びアミノ酸等の酸類が、上記反応生成物中に難溶性のカルシウム塩として固定されていることを示すための実験結果のグラフである。
【００１４】
同図（Ａ）〜（Ｅ）は、豚糞尿を原料とする反応生成物（Ａ）〜（Ｃ）と、乾燥した豚糞尿（Ｄ）と、豚糞尿の従来技術による堆肥化物（Ｅ）とを、それぞれ４回の水洗浄をした後に塩酸で洗浄したときの各洗浄時の有機物の溶出量を計測したものである。同図（Ａ）は上記原料に対して前記添加材を２０％添加したときの反応生成物の結果を、同図（Ｂ）は添加材が１０％の場合の反応生成物の結果を、また同図（Ｃ）は添加材が５％の場合の反応生成物の結果をそれぞれ示している。
【００１５】
この図から明らかなように、乾燥豚糞尿及びその堆肥化物では水洗浄後の酸洗浄によっては有機物の溶出量が僅かであるのに対し、反応生成物では、いずれの場合においても水洗浄によっては溶出しなくなった後で、酸洗浄によって有機物が著しく溶出しているのが分かる。このことは、反応生成物以外のもの（Ｄ），（Ｅ）については、これらに含まれる有機物のほとんどが水溶性のものであるのに対して、本発明に係る反応生成物は、有機物が水に難溶性で酸に可溶性のカルシウム化合物として存在していることを示すものである。
【００１６】
本発明でカルシウム塩として固定される上記蟻酸は、本来、比較的に不安定であって揮散し易い物質である。しかしながら、本発明では上記した反応によって瞬間的に多量に解離されたカルシウムイオンが、蟻酸とすばやく結合してこれを蟻酸カルシウムとして固定する。蟻酸等の低級脂肪酸は、腐敗性廃棄物中に元々含まれているだけでなく、前記した反応熱によって腐敗性廃棄物中の蛋白質やアミノ酸が熱分解されることによっても生成される。新たに生成されたこの蟻酸等を含む低級脂肪酸も、前記カルシウムイオンによってカルシウム塩として固定される。ちなみに水酸化カルシウムを添加材として使用した場合には、蟻酸の固定、即ちカルシウム塩の形成は極めて困難で、蟻酸は残存して空中に揮散するか、雨水などの水分により流出することになる。
【００１７】
反応生成物中に蟻酸が蟻酸カルシウムとして固定されていることを示すため、次のような試験を行った。
豚糞尿を主原料とするスラリーに前記添加剤を添加撹拌後、乾燥させたもの（スラリーと添加剤との比率が２：１のものを試料１，同比率が１：１のものを試料２，同比率が１：２のものを試料３とする）と、上記スラリーに消石灰を１：１の割合で添加撹拌後、乾燥させたもの（試料４）  と、上記スラリーのみを乾燥させたもの（試料５）とのそれぞれについて、水に浸漬させて所定時間経過後の上澄み中に含まれる蟻酸の有無を高速液体クロマトグラフ法により検定した。次いで、引き続いてこれらの試料１〜５を塩酸溶液に浸漬させてその浸漬中に含まれる蟻酸の有無を再度調べた。その検定結果を総括して表２に示す。
【表１】
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【００１８】
以上の結果から明らかなように、試料１から３はいずれも酸溶液中に蟻酸の存在が認められているのに対し、消石灰及び未処理スラリーでは酸溶液中には蟻酸が存在せず、むしろ水溶液中に多量に存在している。このことは、試料１から３の場合に蟻酸が酸化カルシウムと反応して錯塩化し、水には溶出しない蟻酸カルシウムが酸によって溶出しており、一方、消石灰の場合には単に凝集作用によって蟻酸が水酸化カルシウムと結合しているにすぎない結果を示す。
【００１９】
図３は、図２（Ｂ）の反応生成物においてカルシウム塩として固定された低級脂肪酸の種類（同図Ａ）と、同量の豚糞尿に水酸化カルシウムを添加して混合撹拌したときの低級脂肪酸の種類（同図Ｂ）とを量的なグラフで示したものである。
本発明中の反応生成物は、水酸化カルシウム添加の場合に比べて約２倍の量の低級脂肪酸を含み、またその内に３％強の蟻酸を含んでいる。水酸化カルシウム添加の場合には低級脂肪酸の量も少なく、蟻酸が検出されていない。このことは、腐敗性廃棄物中に含まれていた低級脂肪酸が上記反応過程で酸化カルシウムと反応してカルシウム塩化されるばかりでなく、腐敗性廃棄物中に含まれている蛋白質等が分解されて生成された低級脂肪酸が同様にカルシウム塩化されていることを示すものである。
【００２０】
上記の化学反応によって、腐敗性廃棄物中に含まれる高級脂肪酸も同様にカルシウム塩として形成される。
また腐敗性廃棄物中に含まれる他の有機物、例えば水溶性リン酸は、その約９８％が有効態のリン酸カルシウムとして固定される。有効態のリン酸カルシウムは、腐敗性廃棄物中に含まれるリン酸及びリン脂質中に含まれるリン酸と添加材との反応によって生成されるので、反応生成物中からは、原材料たる腐敗性廃棄物中に含まれていた水溶性リン酸及び脂質が著しく減少する。
グリセライドを比較的に多量に含有する腐敗性廃棄物の場合には、このグリセライドも活性力の強い酸化カルシウムによって安定した難溶性のカルシウム塩となる。このため、上記反応生成物自体は嫌気性醗酵やガスあるいは害虫の発生等を生じることがない。
【００２１】
カルシウム塩の生成に寄与しないカルシウムイオンの残部は、消和反応によって水酸化カルシウムに、また炭酸ガスと接触して炭酸カルシウムにそれぞれ変換されて反応生成物中に混在する。カルシウム塩を含めたこれらのカルシウム化合物の割合の一例を示すと、添加した酸化カルシウムの量を１００とした場合、水酸化カルシウムが約１８％、炭酸カルシウムが約４８％、カルシウム塩が約３４％である。
【００２２】
酸化カルシウムを添加することによって、カルシウム化合物が生成されるだけでなく、腐敗性廃棄物中に含有されているアンモニアやアミン類などの塩基性成分がガス状となって除去される。すなわち、水和反応時に脱窒現象が行われる。この結果、反応生成物中の窒素含有量を適量に調整することが可能となる。従って、本発明方法を実施して得られる堆肥では、窒素過多現象や後醗酵による経時変化や嫌気性環境の形成が防止される。
【００２３】
添加材による反応時間は、長すぎると練り現象（ペースト化、微細化）を呈し、生成物が団粒構造になりにくく、また乾燥しにくくなることから、一般的には１５分以内が望ましい。但し、原料中に、例えばリン脂質、液状油分、塩基性物質、難分解性の高分子化合物などの反応しにくい物質が含まれている場合には反応時間は適宜延長される。
添加材は、一回で上記量を添加せずに、多回に分割して添加するようにしても良い。
【００２４】
このようにして反応生成物は、上記したカルシウム化合物と、未反応の有機物及び無機物とが混在し、特にカルシウム化合物が酸化カルシウムの前記した活性により物理的に全方向（立体的全方位）に均一に分散した物質となる。
【００２５】
また、前記反応生成物は、水和反応熱と高アルカリ性とによる殺菌によって好アルカリ性微生物などの特定の微生物のみが生息する環境が形成され、この微生物が珪酸質有機資材の珪酸質可溶化に寄与する。
【００２６】
反応過程での反応熱は図１に示した通り、瞬間的に急激に上昇しており、また結果物としての反応生成物は、酸化カルシウム添加によりｐＨが１２から１３（１２．６）の間の強アルカリ状態にある。従って、反応生成物が生成される過程で腐敗性廃棄物中に含まれていた大部分の微生物は滅菌され、この環境変化に生き残った好アルカリ性微生物あるいは耐アルカリ性微生物のみが生息する。即ち、糸状菌は１０２／ｇレベルでは検出されず、放線菌は１０３／ｇレベルでは検出されない。また、細菌だけは１０３〜１０４／ｇレベルで検出された。ここで検出された細菌は、全てが耐熱胞子を形成し、好気的に生育するものであり、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属に所属した。この細菌群は、成育可能なｐＨ範囲として、６〜９、７〜９、７〜１１の範囲を持つ４グループであった。
【００２７】
珪酸質有機資材は、こうした滅菌過程を経て生き残った僅かな特定微生物を有するカルシウム化合物分散物質と混合される。そして、水と空気とが供給されることにより、上記特定微生物が図４に見られるように増殖してｐＨとＥＣを下げると共にアルカリ醗酵を開始する。これにより悪臭等を発生させることなく醗酵が行われる。
【００２８】
そして、反応生成物中の特定微生物の働きによってモミガラ等の珪酸質が可溶化し、モミガラ等中のケイ酸、セルローズ、リグニン、蛋白質、リン脂質などが同微生物によって加水分解され、低分子化してゆく。
珪酸質有機資材に添加される反応処理物の量は、別段制限されるものではないが、経済効率を考え、モミガラ１００重量部に対して、ＧＭ４０重量部くらいが適当である。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明によるモミガラの可溶化率に関する実施例を説明する。
処理区は、モミガラと前記反応生成物を容積比で６０：４０に調整したものを１０Ｌの容器に充填し、これに水分４２％を加えて良く撹拌し、通気しながら醗酵させた。
【００３０】
一方、対照区は、市販の微生物資材を用い、その取扱い説明書に従って行った。即ち、モミガラ１００重量部に対して石灰窒素１重量部、微生物資材０．１重量部を加えた後、処理区と同様によく撹伴し、通気性のある袋に充填して発酵させた。
【００３１】
処理区を２カ月発酵させたときと対照区を６カ月発酵させたときの珪酸の可溶化率を比較したところ、次の結果が得られた。
全珪酸中の水溶性及びコロイド状珪酸の割合を測定したところ、２カ月発酵後の処理区では、水溶性のものが７．５７％、コロイド状のものが１．３０％であったのに対して、６カ月間発酵処理した対照区では、水溶性のものが３．４７％、コロイド状のものが０．４８％であった。
【００３２】
対照区に比較して処理区は、１／３の期間で、水溶性珪酸については２．２倍、コロイド状珪酸については３．３倍、可溶化が促進されているのが解る。
【００３３】
図５は、上記実施例と同一の条件で処理区と対照区の昇温速度の割合を経時的に比較したものである。
対照区の温度は、試験期間中、外気温と同等もしくはそれ以下であるので、発酵が全く起こっていないと判断される。一方、処理区は、通気を行っていた最初の１０日間は温度の上昇は認められなかったが、通気を止めた直後から温度が上昇し始め、２０日目には５０゜Ｃまで上昇した。この温度はその後、次の通気開始まで維持された。通気開始により、温度は急速に低下したが、通気停止とともに、再び上昇し、モミガラは約２カ月間で堆肥化した。このことは、処理区の処理物中に混在する炭酸カルシウムによって珪酸質がアルカリ加水分解されたのではなく、資材中に生存する耐熱性菌あるいは好熱性菌によりモミガラが加水分解を受け、その際に発生した発酵熱により温度が上昇したことを示唆している。
【００３４】
また、図６は発酵前後の処理区の処理物中の菌数の変化を示している。この図から明らかなように、醗酵前には僅かであった細菌が約数万倍、放線菌が数十万倍に増殖しており、上記醗酵に細菌と放線菌が少なからず関与しているのが解る。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、腐敗性廃棄物と高活性な酸化カルシウムとの反応生成物に珪酸質有機資材を混合し、適度の水分と空気を供給することで、上記反応過程中で生き残った微生物の活性化を図ることによってモミガラ等の珪酸質を可溶化させるものであるから、腐敗性の産業廃棄物の有効利用を図ることができるばかりでなく、コストをそれほどかけることなく微生物を利用した珪酸質有機資材の迅速な堆肥化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法に使用される酸化カルシウムの消化反応速度を示すグラフ。
【図２】腐敗性廃棄物中の可溶性有機酸及びアミノ酸等の酸類が、本発明方法における反応生成物中に難溶性のカルシウム塩として固定されていることを示すための実験結果のグラフで、（Ａ）〜（Ｅ）は、豚糞尿を原料とする反応生成物（Ａ）〜（Ｃ）と、乾燥した豚糞尿（Ｄ）と、豚糞尿の堆肥化物（Ｅ）とを、それぞれ４回の水洗浄をした後に塩酸で洗浄したときの各洗浄時の有機物の溶出量を計測したものであり、（Ａ）は原材料に対して添加材を２０％添加したときの反応生成物の結果を、（Ｂ）は添加材が１０％の場合の反応生成物の結果を、また（Ｃ）は添加材が５％の場合の反応生成物の結果を示す。
【図３】図２（Ｂ）の反応生成物においてカルシウム塩として固定された低位脂肪酸の種類（Ａ）と、同量の豚糞尿に水酸化カルシウムを添加して混合攪拌したときの低位脂肪酸の種類（Ｂ）とを量的なグラフで示したものである。
【図４】本発明方法に用いられる反応生成物の生成直後と水分及び空気が供給された後の菌数、ｐＨ及びＥＣ値の変化を示すグラフ。
【図５】本発明方法を使用した処理区と対照区における昇温速度を比較したグラフ。
【図６】本発明方法を使用した処理区における醗酵前後の処理物中の菌数の変化を示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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