(57)【要約】【課題】固体発酵・固体培養中のｐＨを精度良く計測し、処理物の分解率を高める。【解決手段】処理槽１内に個体処理物を充填して発酵処理あるいは培養処理する際の個体処理物のｐＨ制御方法において、ｐＨの変化によって膨張または収縮する高分子電解質ゲル９を個体処理物に混入し、処理槽１内の体積変化を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理槽内に個体処理物を充填して発酵処理あるいは培養処理する際の前記個体処理物のｐＨ制御方法において、
ｐＨの変化によって膨張または収縮する高分子電解質ゲルを前記個体処理物に混入し、前記処理槽内の体積変化を検出することを特徴としたｐＨ制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載のものにおいて、前記高分子電解質ゲルは高分子鎖中にアニオンとカチオンの官能基を含む両性ゲルであることを特徴とするｐＨ制御方法。
【請求項３】
処理槽内に有機性廃棄物を充填して好気性発酵分解処理する有機性廃棄物処理装置において、
酸性化することによって膨脹する高分子電解質ゲルを前記有機性廃棄物に混入し、前記処理槽内の体積変化を検出し、検出された値に基づいて前記処理槽内にｐＨ調整剤を添加することを特徴とする有機性廃棄物処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載のものにおいて、前記高分子電解質ゲルは高分子鎖中にアニオンとカチオンの官能基を含む両性ゲルであることを特徴とする有機性廃棄物処理装置。
【請求項５】
請求項３に記載のものにおいて、前記体積変化の検出は、前記処理槽内に充填された有機性廃棄物及び前記高分子電解質ゲルの表面位置を検出することによって行われることを特徴とする有機性廃棄物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生ゴミ、食品加工残渣などの有機性廃棄物の発酵分解処理、炭水化物の同時糖化発酵処理、納豆などの食品製造分野、薬品等の有用物質生産分野などの固体発酵・固体培養におけるｐＨの制御方法及び有機物廃棄装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、溶液の状態で処理が行われる液体培養ではガラス電極法によるｐＨセンサを利用して溶液中のｐＨを制御する方法が広く用いられている。しかし、固体発酵・固体培養するものでは、原料をほとんど希釈しない状態で発酵処理するので、処理物のｐＨを直接計測することができず、処理物からサンプルを取出し、それを水で希釈した水溶液の状態でｐＨを計測し、ｐＨ調整剤などによって処理物のｐＨ制御を行っていた。また、生ゴミなどの有機性廃棄物の発酵分解処理では、処理装置の発酵槽内の空気を冷却して得られた凝縮水のｐＨを自動計測して処理物のｐＨを間接的に制御することが知られ、例えば特開平１１−６４０号公報、特開２０００−３４４５９０号公報に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術においては、固体発酵・固体培養中のｐＨを直接計測することが出来ないため、ｐＨの自動制御は困難であった。また、固体発酵・固体培養ではサンプルを採取する場所によってｐＨのバラツキが生じるため、処理物全体の平均的なｐＨ値は把握できなかった。
さらに、空気を冷却して得られた凝縮水のｐＨを計測するものでは、凝縮水のｐＨと実際の処理物のｐＨが処理条件によって一致するとは限らず、精度が悪かった。
【０００４】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、固体発酵・固体培養中のｐＨを精度良く計測し、生ゴミなどの有機性廃棄物の発酵分解処理、炭水化物を発酵させてエタノールや乳酸などを製造する同時糖化発酵処理、薬品・有用物質生産などにおいて、処理物の分解率を高めることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、処理槽内に個体処理物を充填して発酵処理あるいは培養処理する際の個体処理物のｐＨ制御方法において、ｐＨの変化によって膨張または収縮する高分子電解質ゲルを個体処理物に混入し、処理槽内の体積変化を検出するものである。
【０００６】
また、上記のものにおいて、高分子電解質ゲルは高分子鎖中にアニオンとカチオンの官能基を含む両性ゲルであることが望ましい。
さらに、本発明は、処理槽内に有機性廃棄物を充填して好気性発酵分解処理する有機性廃棄物処理装置において、酸性化することによって膨脹する高分子電解質ゲルを有機性廃棄物に混入し、処理槽内の体積変化を検出し、検出された値に基づいて処理槽内にｐＨ調整剤を添加するものである。
さらに、上記のものにおいて、両性ゲルは高分子鎖中にアニオンとカチオンの官能基を含む両性ゲルであることが望ましい。
さらに、上記のものにおいて、体積変化の検出は、処理槽内に充填された有機性廃棄物及び前記両性ゲルの表面位置を検出することによって行われることが望ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
生ゴミなどの有機性廃棄物の好気性発酵分解処理ではｐＨが中性から弱アルカリ性の範囲で発酵微生物の働きが促進されることが知られている。そして、処理過程では有機酸の蓄積によって酸性化することがあり、ｐＨが５以下になると発酵微生物の活性は低下し、発酵分解がほとんど進まなくなるため、処理物のｐＨを最適範囲に制御する必要がある。また、炭水化物を発酵させてエタノールや乳酸などを製造する同時糖化発酵処理においても乳酸の生成によって酸性化が引き起こり、発酵効率が悪くなるためｐＨ制御が必要となってくる。納豆などの食品製造や薬品等の有用物質生産における培養処理においても同様である。
【０００８】
以下、本発明の一実施の形態を、生ゴミ、食品加工残渣などの有機性廃棄物の発酵分解処理分野として説明する。図１は、固体発酵・固体培養におけるｐＨの制御方法を有機性廃棄物処理装置に適用した例を示し、有機性廃棄物を発酵分解処理する処理槽１、処理物を攪拌するための攪拌器２、発酵を促進させるための加熱ヒータ（図示せず）、処理物の体積変化を検知する表面検出手段３、ｐＨ調整剤であるアルカリ性物質の貯留容器４、ｐＨ調整剤供給手段５、ｐＨ制御手段６などを有している。
【０００９】
アルカリ性物質の貯留容器４はｐＨ調整剤供給配管７、ｐＨ調整剤供給手段を介して処理槽１の上部に接続されている。処理槽１内には木材チップやオガクズなどの水分調整剤８と共に高分子電解質ゲル９が充填されている。高分子電解質ゲルはアニオンとカチオンを等モル含んでおり、ｐＨが５以下になると膨張する特性をもったものである。高分子電解質ゲル９として具体的には、高分子鎖中にアニオンとカチオンの両官能基を同時に含む両性ゲルが良く、ｐＨ、温度、溶媒組成、イオン組成などの変化によって１０００倍近く可逆的、不連続に膨潤・収縮する体積相転移現象と呼ばれる特性を持っているものが望ましい。また、その特性は、高分子電解質ゲル９中のアニオンとカチオンの各官能基の組成比率によって決定し、処理槽１内に高分子電解質ゲル９を添加する量は、その最大膨張時の体積増加を考慮して、処理槽内に全体が収まる程度に設定しておく。
【００１０】
高分子電解質ゲル９を固体発酵・固体培養処理する原料に混入しておくと、処理物のｐＨが最適範囲から外れた場合に高分子電解質ゲル９の体積が膨張または収縮するために、処理物全体として体積変化が生じ、これを検知すると共に、ｐＨ調整剤等を添加する手段を設ける。これにより、処理物のｐＨを最適範囲に制御することが可能となる。また、高分子電解質ゲル９は処理物中に均一に混入しておけば、処理物中にｐＨのバラツキが生じた場合でも、平均的なｐＨ値の変化として検知することが可能となる。
【００１１】
また、処理槽内には発酵分解を促進させるための微生物が存在する種菌や微生物製剤を添加しておいてもよい。木材チップやオガクズなどの水分調整剤は水分調整としての役割の他に微生物の生息・増殖場所になる。発酵分解を行う微生物は、好気条件下でかつ通常の微生物より高い温度条件下で働くことのできる好気性・好熱性のバチルス属細菌が支配的になることが多い。
【００１２】
次に、発酵分解処理過程について説明する。まず、有機性廃棄物である生ごみ等が処理装置の発酵分解槽の投入口１０から投入される。処理装置内の攪拌器２はその軸がモータ１１と連結されており、処理物は攪拌器２によって水分調整材８と混合される。この攪拌器２の働きにより、処理物の含水率が微生物の働きやすい５０〜６０％の含水率に水分調整されるとともに、攪拌によって処理物全体に空気が供給されて好気条件を作り出す。さらに、攪拌と同時に処理槽１の周囲に設けられた加熱ヒータにより、処理槽１内が発酵分解を行う微生物の最適温度と言われる６０℃前後に均一に調整され、発酵分解が活発となる温度帯に調節される。さらに、処理物中に病原性などを有した有害微生物が生息していた場合、この加熱処理により死滅または不活性化させることができる。
【００１３】
処理槽１内で進行する有機物の発酵分解処理では、初期段階において酢酸などの有機酸が生成して酸性化しやすい。図２は、有機物の発酵分解処理におけるｐＨと有機物分解率との関係を示した実験結果であり、発酵分解の初期段階ではｐＨが低下していき、５以下になると分解率の増加が無くなり、発酵分解が阻害されて有機物の分解がほとんど停止してしまうことが分かる。
【００１４】
処理物のｐＨが低下して５以下になると、処理物中の高分子電解質ゲル９は図３に示すようにその体積が膨張し、処理物全体の体積変化が生じて表面位置が上昇する。この時の処理物の体積変化を、表面位置が上昇として処理槽内に設けたレーザーセンサ等が用いられる表面検出手段３によって検知し、ｐＨ制御手段６に信号を送る。ｐＨ制御手段６はｐＨ調整剤供給手段に信号を送り、貯留容器４からｐＨ調整剤であるアルカリ性物質１２を処理槽内に供給する。ｐＨ調整剤としてのアルカリ性物質１２としては、顆粒状や粉末状の水酸化カルシウム、炭酸カルシウムなどを用いること良く、その供給量は適宜設定できるものとし、あらかじめ実験により求めた設定量にしておく。また、処理物中に局所的なｐＨの酸性化が生じた場合でも、高分子電解質ゲル９は処理物中に均一に混入されているので、処理物の平均的なｐＨ値の変化として検出することが可能となる。
【００１５】
以上のようにして、処理物中に添加した高分子電解質ゲル９の体積変化により処理物全体の酸性化を検知することができ、ｐＨ調整手段によってｐＨ制御が行われ、良好な発酵分解が進むようになる。
【００１６】
なお、有機性廃棄物処理装置は、その処理槽内の処理物の含水率を５０〜６０％に水分調整し、処理物の温度を６０℃前後（５５〜６５℃程度）に調整するとより効果的に有機性廃棄物を発酵分解処理できる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、ｐＨの変化によって膨張または収縮する高分子電解質ゲルを個体処理物に混入し、その体積変化を検出するので、固体発酵あるいは固体培養中のｐＨを精度良く計測でき、生ゴミなどの有機性廃棄物の発酵分解処理、炭水化物を発酵させてエタノールや乳酸などを製造する同時糖化発酵処理、薬品・有用物質生産などにおいて、処理物の分解率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による有機性廃棄物処理装置を示す断面図。
【図２】有機物の発酵分解処理における処理日数に対するｐＨと有機物分解率との関係を示すグラフ。
【図３】一実施の形態による有機性廃棄物処理装置において高分子電解質ゲルの膨張した状態を示す断面図。
【符号の説明】
１…処理槽、２…攪拌器、３…表面検出手段、４…アルカリ性物質の貯留容器、５…ｐＨ調整剤供給手段、６…ｐＨ制御手段、７…ｐＨ調整剤供給配管、８…水分調整剤、９…高分子電解質ゲル、１０…投入口、１１…モータ、１２…アルカリ性物質。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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