(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルプ繊維および高吸水性ポリマーを含む使用済み吸収性物品からグルコースを生産する方法であって、該方法が、
使用済み吸収性物品に、高吸水性ポリマーを膨潤させるための水を付与する工程、
使用済み吸収性物品を一対のローラーの間に通して、使用済み吸収性物品の外包体からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を搾り出すことにより、使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出す工程、
パルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物に、一対の電極を用いて電圧を印加して、高吸水性ポリマーを不活化する工程、および
パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物を、酵素と共存させて、パルプ繊維を酵素により糖化し、グルコースを含む糖化液を得る工程
を含む、方法。
【請求項２】
使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出した後の残渣を濾過または脱水し、尿由来の成分を含む排液を回収する工程をさらに含むか、
高吸水性ポリマーを不活化する工程において高吸水性ポリマーから排出される尿由来の成分を含む排液を回収する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
尿由来の成分を含む排液から尿由来の栄養塩を回収する栄養塩回収工程をさらに含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
パルプ繊維および高吸水性ポリマーを含む使用済み吸収性物品からグルコースを生産する方法であって、該方法が、
使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出す工程、
パルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物に、一対の電極を用いて電圧を印加して、高吸水性ポリマーを不活化する工程、
パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物を、酵素と共存させて、パルプ繊維を酵素により糖化し、グルコースを含む糖化液を得る工程、及び
高吸水性ポリマーを不活化する工程において高吸水性ポリマーから排出される尿由来の成分を含む排液、又は使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出した後の残渣を濾過または脱水して回収される尿由来の成分を含む排液を微生物燃料電池に投入して排水中のＴＯＣ濃度を低減するとともに発電による電力を回収する微生物燃料電池工程
を含む、方法。
【請求項５】
使用済み吸収性物品に水を付与する工程が、使用済み吸収性物品を５０℃以上１００℃未満の温水に浸漬する工程である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
使用済み吸収性物品に水を付与する工程において、水を付与した後の使用済み吸収性物品の重量が使用済み吸収性物品の最大吸収重量の９０％以上である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
高吸水性ポリマーを不活化する工程の後、糖化液を得る工程の前に、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物の水分量を調整する工程をさらに含む請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
高吸水性ポリマーを不活化する工程の後、糖化液を得る工程の前に、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物のｐＨを調整する工程をさらに含む請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
糖化液を得る工程の前に、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物を殺菌する殺菌工程をさらに含む請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
殺菌工程後の混合物の生菌数が１×１０３以下である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
高吸水性ポリマーがアクリル酸由来の高吸水性ポリマーである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法により得られたグルコースを発酵させてエタノールまたは乳酸を生産する方法。
【請求項１３】
グルコースを含む糖化液と不活化した高吸水性ポリマーを分離する工程をさらに含む請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出した後の残渣または不活化した高吸水性ポリマーを固体燃料化する工程をさらに含む請求項１〜１１および１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
電圧印加工程の後、糖化工程の前に、高吸水性ポリマーから離脱したＮａ＋イオン、水の電離により生じたＯＨ−イオン、尿由来の塩類、または排泄物由来の有機物が含まれる排液を脱水する脱水工程をさらに含む請求項１〜１１、１３および１４のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルプ繊維および高吸水性ポリマーを含む使用済み吸収性物品からグルコースを生産する方法に関する。特に、本発明は、紙おむつ等のパルプ繊維および高吸水性ポリマーを含む使用済み吸収性物品に含まれるパルプ繊維を糖化し、グルコースを含む糖化液を得る方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
紙おむつ等の吸収性物品は、通常、パルプ繊維および高吸水性ポリマーを含む吸収体と、それを包む不織布やプラスティックフィルムなどの外包体とからなる。これらの吸収性物品は、使用後は廃棄され焼却処分されているが、近年、環境面への配慮から、吸収性物品を構成する素材を回収し再資源化することが検討されている。たとえば、使用済み吸収性物品に含まれるパルプ繊維を酵素で糖化してグルコースを含む糖化液を得ようとする試みがある。しかし、吸収性物品には、パルプ繊維とともに高吸水性ポリマーが含まれるが、高吸水性ポリマーの分離除去は容易ではなく、使用済み吸収性物品を糖化原料として使用するのに問題があった。
【０００３】
この問題を解決するために、たとえば、特許文献１は、紙おむつ等の高吸水性ポリマーを含むセルロース含有廃棄物の糖化方法において、糖化液から高吸水性ポリマーおよびその他の異物（プラスティックフィルム、不織布）の除去を容易とするために、糖化液に塩化カルシウムを添加して高吸水性ポリマーを塩析させ、高吸水性ポリマーを除去する方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２０２０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された方法は、糖化工程の後に塩化カルシウムを添加して高吸水性ポリマーを塩析させるものなので、糖化工程において高吸水性ポリマーが水を吸収することにより体積が膨張して糖化槽に占める糖化反応可能な容積が減ってしまうため糖化効率が低下するという問題がある。
また、糖化工程の前に塩化カルシウムを添加して高吸水性ポリマーを塩析させることも考えられるが、その場合は塩類が酵素の活性を低下させるというという問題がある。
本発明は、糖化を阻害することなく、使用済み吸収性物品に含まれるパルプ繊維の糖化効率を上げることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、パルプ繊維および高吸水性ポリマーを含む使用済み吸収性物品からグルコースを生産する方法であって、該方法が、
使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出す工程、
パルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物に、一対の電極を用いて電圧を印加して、高吸水性ポリマーを不活化する工程、および
パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物を、酵素と共存させて、パルプ繊維を酵素により糖化し、グルコースを含む糖化液を得る工程
を含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明は、次の態様を含む。
［１］パルプ繊維および高吸水性ポリマーを含む使用済み吸収性物品からグルコースを生産する方法であって、該方法が、
使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出す工程、
パルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物に、一対の電極を用いて電圧を印加して、高吸水性ポリマーを不活化する工程、および
パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物を、酵素と共存させて、パルプ繊維を酵素により糖化し、グルコースを含む糖化液を得る工程
を含む、方法。
［２］使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出す工程の前に、使用済み吸収性物品に水を付与する工程をさらに含む［１］に記載の方法。
［３］高吸水性ポリマーを不活化する工程において高吸水性ポリマーから排出される尿由来の成分を含む排液を回収する工程をさらに含む［１］または［２］に記載の方法。
［４］使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出した後の残渣を濾過または脱水し、尿由来の成分を含む排液を回収する工程をさらに含む［１］〜［３］のいずれかに記載の方法。
［５］高吸水性ポリマーを不活化する工程の後、糖化液を得る工程の前に、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物の水分量を調整する工程をさらに含む［１］〜［４］のいずれかに記載の方法。
［６］高吸水性ポリマーを不活化する工程の後、糖化液を得る工程の前に、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物のｐＨを調整する工程をさらに含む［１］〜［５］のいずれかに記載の方法。
［７］尿由来の成分を含む排液から尿由来の栄養塩を回収する栄養塩回収工程をさらに含む［３］〜［６］のいずれかに記載の方法。
［８］尿由来の成分を含む排液を微生物燃料電池に投入して排水中のＴＯＣ濃度を低減するとともに発電による電力を回収する微生物燃料電池工程をさらに含む［３］〜［７］のいずれかに記載の方法。
［９］糖化液を得る工程の前に、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物を殺菌する殺菌工程をさらに含む［１］〜［８］のいずれかに記載の方法。
［１０］殺菌工程後の混合物の生菌数が１×１０３以下である、［９］に記載の方法。
［１１］高吸水性ポリマーがアクリル酸由来の高吸水性ポリマーである、［１］〜［１０］のいずれかに記載の方法。
［１２］使用済み吸収性物品に水を付与する工程が、使用済み吸収性物品を５０℃以上１００℃未満の温水に浸漬する工程である、［２］〜［１１］のいずれかに記載の方法。
［１３］使用済み吸収性物品に水を付与する工程において、水を付与した後の使用済み吸収性物品の重量が使用済み吸収性物品の最大吸収重量の９０％以上である、［２］〜［１２］のいずれかに記載の方法。
［１４］使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出す工程が、使用済み吸収性物品を一対のローラーの間に通して、使用済み吸収性物品の外包体からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を搾り出す工程である、［１］〜［１３］のいずれかに記載の方法。
［１５］［１］〜［１４］のいずれかに記載の方法により得られたグルコースを発酵させてエタノールまたは乳酸を生産する方法。
［１６］グルコースを含む糖化液と不活化した高吸水性ポリマーを分離する工程をさらに含む［１］〜［１４］のいずれかに記載の方法。
［１７］使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出した後の残渣または不活化した高吸水性ポリマーを固体燃料化する工程をさらに含む［１］〜［１４］および［１６］のいずれかに記載の方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、糖化工程に先立ち、パルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物に一対の電極を用いて電圧を印加して高吸水性ポリマーを不活化するので、高吸水性ポリマーが水を吸収することによる体積膨張により糖化槽で糖化反応が可能な容積が減ることによる糖化効率の低下がない。また、電圧印加による高吸水性ポリマーの不活化により、高吸水性ポリマーが保持していた塩類および水が脱塩脱水され排出されるので、次工程の糖化工程において塩類による酵素活性の低下や体積膨張した高吸水ポリマーによる糖化反応が可能な容積の減少がない。さらに、高吸水性ポリマーの不活化のために塩化カルシウム等の添加物を加えないので、塩による酵素活性の低下がない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の方法を実施するための装置の一例の模式図である。
【図２】図２は、最大吸収重量の測定方法を説明するための図である。
【図３】図３は、微生物燃料電池の構成の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、パルプ繊維および高吸水性ポリマーを含む使用済み吸収性物品からグルコースを生産する方法である。
【００１１】
吸収性物品としては、パルプ繊維および高吸水性ポリマーを含むものであれば、特に限定されず、使い捨ておむつ、失禁パッド、尿取りパッド、生理用ナプキン、パンティーライナー等を例示することができる。なかでも、施設等でまとめて回収される失禁パッドや使い捨ておむつが分別の手間がなくパルプ量が比較的多い点で好ましい。
【００１２】
パルプ繊維としては、特に限定するものではないが、フラッフ状パルプ繊維、化学パルプ繊維などを例示することができる。
【００１３】
高吸水性ポリマーとは、ＳＡＰ（Superabsorbent Polymer）とも呼ばれ、水溶性高分子が適度に架橋された三次元網目構造を有するもので、数十倍〜数百倍の水を吸収するが、本質的に水不溶性であり、一旦吸収された水は多少の圧力を加えても離水しないものであり、たとえば、アクリル酸系、デンプン系、アミノ酸系の粒子状または繊維状のポリマーを例示することができる。本発明においては、不活化によりポリアクリル酸となり糖化工程においてｐＨを下げる効果が期待でき、酵素が働き易いｐＨに近づける点で、アクリル酸系の高吸水性ポリマーであることが好ましい。アクリル酸系の高吸水性ポリマーは、ナトリウム置換されたカルボキシル基−ＣＯＯＮａを有し、水を吸収すると−ＣＯＯＮａは−ＣＯＯ−とＮａ＋に電離して、Ｎａ＋イオンを解離し、高吸水性ポリマー中の解離イオン濃度が増大し、高吸水性ポリマー内外の浸透圧差により高吸水性ポリマーの外の水は高吸水性ポリマーの中に入り込み、その結果、高吸水性ポリマーは膨潤し、多量の水を保持することになる。
【００１４】
本発明の方法は、使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出す工程（以下、単に「取り出し工程」ともいう。）を含む。使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出す方法は、限定されないが、使用済み吸収性物品を一対のローラーの間に通して（ローラープレスにより）、使用済み吸収性物品の外包体（不織布、フィルム、ゴムなど）からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を搾り出すという方法が好ましい。その場合は、使用済み吸収性物品を一対のローラーの間に通す前に、外包体からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を搾り出すのを容易にするために、使用済み吸収性物品を短冊状に切断したり、外包体の破砕や穿孔を目的とした一対のロール間を通してもよい。
【００１５】
本発明の方法は、パルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物に、一対の電極を用いて電圧を印加して、高吸水性ポリマーを不活化する工程（以下、単に「電圧印加工程」ともいう。）を含む。高吸水性ポリマーがナトリウム置換されたカルボキシル基（−ＣＯＯ−Ｎａ＋）を有する場合、この工程では、高吸水性ポリマー中のＮａ＋イオンが、電圧印加により形成される電場により、電気泳動によってマイナス電極に向かって移動するので、高吸水性ポリマーからＮａ＋イオンが離脱し、高吸水性ポリマー中の解離イオン濃度が低下するので、浸透圧差により高吸水性ポリマー中の水は外に出ていき、高吸水性ポリマーは脱水し、収縮する。高吸水性ポリマー中の−ＣＯＯ−は水の電離により生じるＨ＋イオンと結合して−ＣＯＯＨを形成するが、その構造は水素結合による内部架橋が強すぎ網目を広げることができなくなり、高吸水性ポリマーは不活化する。
【００１６】
電圧を印加する方法は、限定されないが、たとえば、水平に配置した２枚の金網の間にパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を挟み、２枚の金網の間に電圧を印加すればよい。印加する電圧は、高吸水性ポリマーを不活化することができる限り限定されない。
【００１７】
電圧の印加により、高吸水性ポリマーから排出された排液は、重力により、金網を通過して、金網の下に落ちる。金網の下に落ちた排液は、金網の下に配置した排液回収用容器の中に、回収する。排液には、高吸水性ポリマーから離脱したＮａ＋イオン、水の電離により生じたＯＨ−イオン、尿由来の塩類、排泄物由来の有機物などが含まれる。
【００１８】
電圧印加工程は、回分式（バッチ式）で実施してもよいし、流通式で実施してもよい。流通式で実施するときは、たとえば、図１に示すような装置で実施することができる。
【００１９】
本発明の方法は、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物を、酵素と共存させて、パルプ繊維を酵素により糖化し、グルコースを含む糖化液を得る工程（以下、単に「糖化工程」ともいう。）を含む。本発明の方法によれば、糖化工程に高吸水性ポリマーが共存するが、高吸水性ポリマーはすでに不活化されているので、糖化反応を阻害しない。また、高吸水性ポリマーから脱離されたＮａ＋イオンおよび水の電離により生じたＯＨ−イオンは、排液とともに除去されているので、糖化工程におけるパルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物をアルカリ性にすることはなく、酵素が働きやすい酸性を保つことができる。
【００２０】
酵素としては少なくともセルラーゼを含むものを使用する。セルラーゼは特に限定されないが、たとえば、トリコデルマ属、アスペルギルス属、アクレモニウム属等の微生物が生産する加水分解能の高いセルラーゼを用いることが好ましい。なかでも、アクレモニウム属由来のセルラーゼには、リグニン存在下であっても非常に高い加水分解能を有するものが見出されていることから、これを用いることが特に好ましい。また、セルラーゼには、セルロース鎖をランダムに切断していくエンドグルカナーゼと、セルロース鎖の末端からセロビオースを遊離するエキソグルカナーゼ（セロビオヒドロラーゼ）と、セロビオースをグルコースに分解するβ−グルコシダーゼとがあるが、これらの分解様式の異なるセルラーゼを組み合わせて用いてもよい。
【００２１】
糖化の際のセルラーゼの使用量は、特に限定されるものではなく、糖化槽の容量や処理対象物の量、使用するセルラーゼの活性等に応じて適宜設定することができる。より具体的には、パルプ繊維の量に対するセルラーゼの使用量は、０．１〜３０重量％が好ましい。パルプ繊維の量に対するセルラーゼの添加量が少なすぎると、酵素処理に長時間を要し、能力的に問題がある。逆に多すぎると、酵素の使用量が多くなる割には糖化率がそれほど向上しないので、費用の観点から不利である。
【００２２】
糖化工程におけるパルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物中の固形分濃度は、糖化反応が進行する限り限定されないが、好ましくは１〜５０重量％であり、より好ましくは５〜２０重量％である。
糖化工程におけるパルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物中のパルプ繊維の含有量は、使用するセルラーゼの活性等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、好ましくは０．５〜２５重量％であり、より好ましくは２．５〜１０重量％である。
【００２３】
糖化工程における温度やｐＨについても、使用するセルラーゼの種類等に応じて適宜設定すればよいが、セルラーゼが充分に機能し、かつ失活しない範囲で設定する必要がある。たとえば、温度については１０〜７０℃の範囲内で設定することが好ましく、ｐＨについては３．０〜８．０が好ましい。処理時間は５〜７２時間程度が好ましい。
【００２４】
本発明の方法は、使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出す工程の前に、使用済み吸収性物品に水を付与する工程（以下、単に「水付与工程」ともいう。）をさらに含んでもよい。使用済み吸収性物品に水を付与し、高吸水性ポリマーを充分に膨潤させることによって、使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーを取り出すのが容易になるとともに、電圧印加工程においてパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物と電極との間の接触抵抗を低減させることができ、かつ水が存在することでパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物の中に電気が流れやすくなり電圧印加処理の効率が上がる。紙おむつ等の吸収性物品は、通常、パルプ繊維と高吸水性ポリマーからなる吸収体が上下の被覆層（外包体）で挟まれており、上下の被覆層で挟まれているので吸収体を押し出しやすい。また、水を付与することにより使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーを取り出すのが容易になる結果、回収すべきパルプ繊維の量の目減りが少ないので効率よく回収できる。
【００２５】
付与する水の量は、電圧印加工程において高吸水性ポリマーの不活化ができる限り限定されないが、水を付与した後の使用済み吸収性物品の重量が使用済み吸収性物品の最大吸収重量の９０％以上であることが好ましい。使用済み吸収性物品の最大吸収重量の９０％以上に膨潤させると、使用済み吸収性物品がパンパンに膨れるので、パルプ繊維と高吸水性ポリマーからなる吸収体押し出しやすく効率よく取り出せる。
【００２６】
ここで、最大吸収重量とは、以下の手順で、吸収性物品を水道水に浸漬させた後の重量に相当する。
［最大吸収重量の測定方法］
（１）図２（ａ）に示すように、吸収性物品６１について、吸収体６２に達しないように、ポケットを形成しうる伸縮材料６３，６４に切り込み６５を入れ、平らにする。
（２）十分な水道水で満たされた水浴に、吸収面を下にして浸漬し、３０分間放置する。
（３）放置後、網６６の上に、吸収面６７を下にして置き、２０分水切りした後の重量を最大吸収重量とする（図２（ｂ）参照）。
【００２７】
水を付与する方法は、限定されないが、使用済み吸収性物品を水に浸漬するという方法が好ましい。水に浸漬するという方法によれば、高吸水性ポリマーを膨潤させると同時に、洗浄することができる。使用済み吸収性物品が大便などの夾雑物を含む場合には、大便などの夾雑物も取り除くことができる。
水の温度は、限定されないが、好ましくは５５℃以上１００℃未満であり、より好ましくは６０℃以上１００℃未満であり、さらに好ましくは７０℃以上１００℃未満である。５５℃以上の温水を使用することにより、高吸水性ポリマーへの吸水効率を上げ、また、一部の菌を一次殺菌し、さらに、吸収性物品に使用されているホットメルト接着剤を軟化させ、吸収体を押し出しやすくするので、パルプ繊維の回収効率が上がる。
浸漬時間は、電圧印加工程において高吸水性ポリマーの不活化ができる限り限定されないが、好ましくは１分以上であり、より好ましくは５分以上であり、さらに好ましくは１０分以上である。
【００２８】
本発明の方法は、さらに、高吸水性ポリマーを不活化する工程において高吸水性ポリマーから排出される尿由来の成分を含む排液を回収する工程（以下、単に「排液回収工程」ともいう。）を含んでもよい。排液には、高吸水性ポリマーから離脱したＮａ＋イオン、水の電離により生じたＯＨ−イオン、尿由来の塩類、排泄物由来の有機物などが含まれる。この工程は、不活化工程と同時に行なうことができる。回収された排液は、後述する栄養塩回収工程および／または微生物燃料電池工程に送られて有効活用することができる。パルプ繊維以外も回収し再利用することで使用済み吸収性物品のリサイクル率が上がる。
【００２９】
本発明の方法は、さらに、使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出した後の残渣を濾過または脱水し、尿由来の成分を含む排液を回収する工程（以下、単に「濾過または脱水工程」ともいう。）を含んでもよい。排液には、尿由来の塩類、排泄物由来の有機物などが含まれる。回収された排液は、後述する栄養塩回収工程および／または微生物燃料電池工程に送り、有効活用することができる。パルプ繊維以外も回収し再利用することで使用済み吸収性物品のリサイクル率が上がる。
【００３０】
本発明の方法は、さらに、高吸水性ポリマーを不活化する工程の後、糖化液を得る工程の前に、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物の水分量を調整する工程（以下、単に「水分量調整工程」ともいう。）を含んでもよい。この工程は、糖化工程において糖化反応が効率的に進行するような水分量に調整することを目的とする。ここで、水分量（重量％）とは、１００重量％から固形分濃度（重量％）を引き算した値に等しい。
【００３１】
本発明の方法は、さらに、高吸水性ポリマーを不活化する工程の後、糖化液を得る工程の前に、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物のｐＨを調整する工程（以下、単に「ｐＨ調整工程」ともいう。）を含んでもよい。この工程は、糖化工程において糖化反応が効率的に進行するようなｐＨに調整することを目的とする。パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物は大気に接触した状態で放置すると大気中の二酸化炭素を吸収してｐＨが変化するので、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物のｐＨ調整は糖化反応を開始する直前に行うのが好ましい。
【００３２】
本発明の方法は、さらに、尿由来の成分を含む排液から尿由来の栄養塩を回収する栄養塩回収工程を含んでもよい。栄養塩とは、肥料として利用可能な窒素、リンまたはカリウムを含む塩をいい、より具体的には、アンモニウム塩、リン酸塩等が挙げられる。回収した栄養塩は、肥料として利用することができる。
栄養塩を回収する方法は、限定するものではないが、排液中のリンをヒドロキシアパタイトとして晶析することによりリンを含む栄養塩を回収する方法（以下、「ＨＡＰ法」ともいう。）、排液中のリンおよび／または窒素をリン酸マグネシウムアンモニウムとして晶析することによりリンおよび／または窒素を含む栄養塩を回収する方法（以下、「ＭＡＰ法」ともいう。）を例示することができる。
【００３３】
ＨＡＰ法は、排液中のＰＯ43-とＣａ2+およびＯＨ−の反応によって生成するヒドロキシアパタイト（Ｃａ10（ＯＨ）2（ＰＯ4）6）の晶析現象を利用した方法である。反応式は次式のとおりである。
10Ca2+＋2OH-＋6PO43-  →  Ca10(OH)2(PO4)6      （１）
ＨＡＰ法は、リンを含む水溶液にＣａ2+およびＯＨ−を添加し、過飽和状態（準安定域）で種晶と接触させることで、種晶表面にヒドロキシアパタイトを晶析させ排液中のリンを回収するものである。種晶には、リン鉱石、骨炭、珪酸カルシウム水和物などを用いることができる。
この方法においてＣａ2+濃度は５ミリモル／リットル以上、ｐＨは８以上、より好ましくはＣａ2+濃度は１０ミリモル／リットル以上、ｐＨは９以上が必要である。
【００３４】
ＭＡＰ法は、排液中のＰＯ43-とＮＨ4+、Ｍｇ2+の反応によって生成するリン酸マグネシウムアンモニウム（ＭｇＮＨ4ＰＯ4・６Ｈ2Ｏ）の晶析現象を利用した方法である。反応式は次式のとおりである。
Mg2+＋NH4+＋PO43-＋6H2O  →  MgNH4PO4・6H2O      （２）
この方法において、Ｍｇ2+濃度は３０〜６０ミリモル／リットルが好ましく、ｐＨは６．８〜７．７が好ましい。
【００３５】
本発明の方法は、さらに、尿由来の成分を含む排液を微生物燃料電池に投入して排水中のＴＯＣ濃度を低減するとともに発電による電力を回収する微生物燃料電池工程を含んでもよい。
ここで、微生物燃料電池とは、微生物を利用して、燃料としての有機物を電気エネルギーに変換する装置をいう。微生物燃料電池は、燃料である有機物の溶液に負極と正極を浸し、負極では有機物が微生物により酸化分解されるときに発生する電子を回収し、その電子は外部回路を経由して正極に移動し、正極では電子が酸化剤の還元反応により消費される。負極で起こる化学反応と正極で起こる化学反応の酸化還元電位の差により電子が流れ、両極の電位差と外部回路を流れる電流の積に相当するエネルギーが外部回路において得られる。
微生物燃料電池工程では、排液を微生物燃料電池に投入して排水中のＴＯＣ濃度を低減するとともに発電による電力を回収する。微生物燃料電池内では、微生物が排液に含まれる汚物、微細パルプ等の有機物を酸化分解することにより、排水中のＴＯＣ濃度が低減され、かつ発電が行われる。
【００３６】
微生物燃料電池に使用される微生物としては、有機物を酸化分解するとともに電気エネルギーを発生するのに寄与し得る限り、特に限定されないが、主に水素産生微生物が用いられ、その中でも偏性嫌気性菌、通性嫌気性菌が好ましく用いられる。
【００３７】
微生物燃料電池の構成の一例を図３に示す。図中、１０１は排液槽、１０２はポンプ、１０３は負極反応槽、１０４は負極、１０５はプロトン交換膜、１０６は正極槽、１０７は正極、１０８はテスター、１０９はパソコン、１１０は汚泥沈降槽、１１１はポンプ、１１２は浄化水槽である。
【００３８】
微生物燃料電池工程からの排水のｐＨは８．０未満であることが好ましい。微生物燃料電池工程からの排水のｐＨが高すぎると、微生物燃料電池工程の発電効率が低下する。
微生物燃料電池工程からの排水のＴＯＣ濃度は２０００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。微生物燃料電池工程からの排水のＴＯＣ濃度が２０００ｍｇ／Ｌ以下であれば、次工程の一般的な浄化槽等で簡単に浄化処理が可能である。また、微生物燃料電池工程から直接排水する場合は、排水のＴＯＣ濃度が３０ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。
【００３９】
本発明の方法は、さらに、糖化液を得る工程の前に、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物を殺菌する殺菌工程を含んでもよい。殺菌工程後、糖化工程に供給される処理液の生菌数は１×１０３以下であることが好ましい。
しかし、本発明の方法によれば、電圧印加工程において、電圧の印加により細菌の細胞膜が破壊され、細菌が死滅するので、電圧印加工程は殺菌機能も有し、殺菌工程も兼ねる。電圧印加工程前の生菌数が１×１０９の場合、電圧印加工程後には、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物の生菌数を１×１０３以下に下げることができる。したがって、電圧印加工程とは別に、殺菌工程を設ける必要は必ずしもない。
殺菌は、発酵工程における発酵の効率の向上にも寄与する。
【００４０】
本発明の方法は、さらに、グルコースを含む糖化液と不活化した高吸水性ポリマーを分離する工程（以下、単に「分離工程」ともいう。）を含んでもよい。この工程により、糖化液から不活化した高吸水性ポリマーその他の固体の夾雑物を分離・除去することにより、高吸水性ポリマーその他の固体の夾雑物を含まない糖化液を得ることができる。糖化液と不活化した高吸水性ポリマーを分離する方法は、限定されないが、濾過、沈降分離、遠心分離等が挙げられる。なかでも、濾過が好ましい。高吸水性ポリマーは不活化しているので、濾過を容易に行うことができる。
分離工程により得られたグルコースを含む糖化液は、そのまま、後述する発酵工程で使用してもよいし、グルコースを含む糖化液からグルコースを単離してもよい。
【００４１】
本発明の方法は、さらに、使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出した後の残渣または不活化した高吸水性ポリマーを固体燃料化する工程（以下、単に「固体燃料化工程」ともいう。）を含んでもよい。使用済み吸収性物品からパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物を取り出した後の残渣には、不織布、プラスチックフィルム、ゴムなどが含まれる。使用済み吸収性物品から回収されたプラスチック素材は固形燃料化することによって再資源化することができる。パルプ繊維以外も回収し再利用することで使用済み吸収性物品のリサイクル率が上がる。固体燃料化は、いわゆるＲＰＦ化手法によって行なうことができる。
【００４２】
本発明の方法は、さらに、電圧印加工程の後、糖化工程の前に、高吸水性ポリマーから離脱したＮａ＋イオン、水の電離により生じたＯＨ−イオン、尿由来の塩類、排泄物由来の有機物などが含まれる排液を脱水する脱水工程を含んでもよい。糖化工程の酵素活性の低下を抑制し、栄養塩回収工程、微生物燃料電池工程でのリサイクル率が上がる。
【００４３】
本発明の方法により得られたグルコースを発酵させてエタノールまたは乳酸を生産してもよい。エタノールまたは乳酸を生産するには、糖化工程に続き、発酵工程を実施する。
エタノールを生産するには、本発明の方法により得られたグルコースを酵母により発酵させればよい。より具体的には、本発明の方法により得られたグルコースを含む糖化液に酵母を添加し発酵させてもよいし、本発明の方法により得られたグルコースを含む糖化液からグルコースを分離した後に、分離したグルコースを酵母により発酵させてもよい。不活化した高吸水性ポリマーを含んだままの糖化液に酵母を添加し発酵させてもよい。エタノール発酵のために用いられる酵母は特に限定されず、天然酵母、遺伝子組み換え酵母を問わず用いることができる。代表的なものとしては、たとえばサッカロミセス属の酵母等が挙げられる。エタノール発酵の際の酵母の使用量は特に制限されるものではなく、発酵槽の容量や糖液の量、使用する酵母の活性等に応じて適宜設定することができる。エタノール発酵工程における温度やｐＨについては特に限定されるものではなく、エタノール発酵に供する糖の量や酵母の種類に応じて適宜設定することができる。
また、酵母に代えて、乳酸産生菌などを用いることで、乳酸などの化成品を得ることが可能となる。
【００４４】
糖化と発酵を１つの工程で同時に行なってもよい。すなわち、糖化・発酵工程において、セルラーゼおよび酵母を、パルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物に添加して、セルラーゼによりパルプ繊維を糖化してグルコースを生成させた後に、酵母によりグルコースを発酵させてエタノールを生成させてもよい。この方法によれば、同じ処理槽で、パルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物からエタノールを生産することができる。酵素糖化法を利用したエタノール生産は、たとえば、パルプ繊維を含む反応前液に、緩衝液等の溶媒にセルラーゼ粉末を溶解させて調製されたセルラーゼ溶液を加えて糖化処理をした後、酵母を加えてエタノール発酵させることによって行うことができる。
【００４５】
以下、図面を参照しながら、本発明をさらに説明するが、本発明は図面に示される形態に限定されるものではない。
図１は、本発明を実施するための装置１の一例の模式図である。
装置１は、取り出し工程２、電圧印加工程３および糖化工程４からなる。
【００４６】
取り出し工程２は、コンベアー２１、カッター２２および一対のローラー２３を有する。使用済み吸収性物品１１はコンベアー２１の上に載せられて搬送され、カッター２２によって、たとえば所定の幅の短冊状に、切断される。切断された使用済み吸収性物品は、一対のローラー２３に送られる。そこで、使用済み吸収性物品を構成する外包体１２は一対のローラー２３の間を通過するが、パルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物が一対のローラー２３によって外包体から搾り出され、一対のローラー２３の手前に溜まる。一対のローラー２３の手前に溜まったパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物１３は定期的に掻き出され、電圧印加工程３に送られる。
【００４７】
電圧印加工程３は、第一の電極３１および第二の電極３２を有する。第二の電極３２は第一の電極３１の上部に設置されている。第一の電極３１は金網で作られたベルトコンベアーである。第二の電極３２もベルト状であり、電導性の材料で作られていればよく、金網である必要はないが、金網であってもよい。第一の電極３１と第二の電極３２の間には所定の電圧が印加されている（図示せず）。第一の電極３１と第二の電極３２のいずれをプラス電極にしてもよい。第二の電極３２を構成するベルトの下半分は、第一の電極３１を構成するベルトコンベアーの上半分と同じ速度で（図面の左から右へ）移動する。第一の電極３１と第二の電極３２の間の隙間は調節できるようにしておき、好ましくは左から右へ移動するにつれて隙間が狭くなるように調節しておく。取り出し工程において使用済み吸収性物品から取り出されたパルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物１３は、第一の電極３１の上に載せられて搬送され、第一の電極３１と第二の電極３２の間に挟まれ、電圧が印加される。電圧が印加された高吸水性ポリマーからは、Ｎａ＋イオン、ＯＨ−イオン、尿由来の塩類、排泄物由来の有機物などを含む排液１４が排出される。排出された排液１４は、第一の電極３１を構成する金網を通過して、第一の電極３１の下に設置された排液回収用容器３３の中に落ち、貯められる。電圧印加工程３の出口からは、パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物１５が排出され、糖化工程４へ送られる。
【００４８】
糖化工程４は、糖化槽４１を有する。糖化槽４１には電圧印加工程３から送られてきたパルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物１５が投入される。所定量の混合物１５が投入されたら、糖化槽４１を交換し、それ以降に電圧印加工程３から送られてくる混合物１５は交換した糖化槽に投入される。所定量の混合物１５が投入された糖化槽４１に、水を投入して固形分濃度を調整し、ｐＨ調整剤などを添加してｐＨを調製し、さらに、緩衝液等の溶媒にセルラーゼ粉末を溶解させて調製されたセルラーゼ溶液を加えて、糖化処理を行う。パルプ繊維が充分に糖化したら、糖化液を濾過し、糖化液から不活化した高吸水性ポリマーその他の固体の夾雑物を取り除く。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の方法は、紙おむつ等の使用済み吸収性物品の再資源化に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１    装置
２    取り出し工程
３    電圧印加工程
４    糖化工程
１１    使用済み吸収性物品
１２    外包体
１３    パルプ繊維と高吸水性ポリマーと水の混合物
１４    排液
１５    パルプ繊維と不活化した高吸水性ポリマーと水の混合物
２１    コンベアー
２２    カッター
２３    一対のローラー
３１    第一の電極
３２    第二の電極
３３    排液回収用容器
４１    糖化槽
１０１    排液槽
１０２    ポンプ
１０３    負極反応槽
１０４    負極
１０５    プロトン交換膜
１０６    正極槽
１０７    正極
１０８    テスター
１０９    パソコン
１１０    汚泥沈降槽
１１１    ポンプ
１１２    浄化水槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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