(57)【要約】【課題】高水準の有機分解性能を発揮し、生ごみの一次発酵を確実にできるようにした生ごみの処理方法を提供すること。【解決手段】ロータリー型の処理槽を回転させて投入した分解処理済みのごみと生ごみとを攪拌しつつ、これに加温と送風とを行って投入ごみがその有機分解発酵に適した含水率及び温度に調整するようにした攪拌工程と、加温と送風とを停止し、かつ該処理槽を緩速回転させつつ、処理槽内に酸素を供給するとともに、投入ごみの有機分解発酵に適したｐＨ値に調節するようにした発酵工程と、酸素の供給を停止し、かつ処理槽を攪拌工程における回転よりも早く回転させつつ、加温と送風を行い適正な含水率まで乾燥させるようにした乾燥工程との一連の工程からなる。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
抗微生物成分を有しない杉材を所要粒径に破砕し、空隙率を５０％程度とした杉チップ材と、粒状の竹炭とを混合し、竹炭の含有量を全体の重量換算で２０％以上となるようにして竹炭含有の培養母材を構成したことを特徴とする生ごみ処理機用培養母材。
【請求項２】
杉チップ材の粒径を、５〜３０ｍｍとしたことを特徴とする請求項１記載の生ごみ処理機用培養母材。
【請求項３】
竹炭を、土釜を用いて７００℃以上で精錬炭化して形成し、その粒径を２０ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１記載の生ごみ処理機用培養母材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生ごみ処理機用培養母材に関し、特に、杉チップ材と竹炭とを混合した竹炭含有培養母材を使用することにより、竹炭と杉材チップの相乗効果から微生物の活動を活発化させて好気性分解の効率を高め、また周辺環境が、好気性分解が起きにくい悪条件下においても微生物の活動を維持できるようにし、コンポスト化を早めるようにした生ごみ処理機用培養母材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
環境負荷の軽減を目的として、循環型社会の構築のため、家庭、事業所などより排出される生ごみの減容化と堆肥化を図って、有機分解にて処理する方法が提案されており、確かに生ごみを有機分解処理することで、化学肥料よりの脱却と有機性廃棄物の有効利用（土壌還元）をとおして、土壌環境を保全し、かつ植物に適した有機肥料（堆肥）を提供することができる。
また、酸素を必要とする好気性分解（有機分解）は、酸素を必要としない嫌気性分解（強烈な悪臭成分を生成する）に比べ、有機物の分解能力は約２０倍となり、生ごみ等の処理には好気性分解が適している。
しかし現状では、素材が雑多である生ごみの処理後の食品残渣を土壌還元するに際して、一部ではあるが、難分解性の有機物が残り、分解が不十分となる。このため、土壌中の微生物による二酸化炭素やアンモニアガスの発生によって、作物が根腐れを起こし、枯れる現象が発生している。
また、生ごみ処理機は、分解減容型、コンポスト型等の型式に限らず、ほとんど毎日生ごみが投入され、生ごみ処理機内の状態は、生ごみの投入時、また投入する生ごみの成分によって大きく変化する。したがって、生ごみが有機分解に適した条件を、常に保持されているという状態は少なく、生ごみ処理機内で継続的に、効率良く好気性分解処理することは難しいのが現状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の生ごみ処理機は、生ごみを好気性分解（呼吸）するに適した環境、例えば、好気性分解するに必要な酸素の供給量、温度の調節、含水率の調整など、機能としては制御できる。
しかし、好気性分解に適した条件で生ごみ処理機を稼働していても、生ごみ処理機内に、新たな生ごみを投入すると、その直後の含水率は適正含水率よりも非常に高くなり、微生物による好気性分解が極端に弱まり、再び好気性分解に適した条件の含水率になるまで活発な分解が行われなくなってしまう。このため、再び好気性分解に適した条件の含水率に下がった後、再び微生物が活動し始めるまで、現状ではその立ち上がりが遅く、分解の効率が良くないという問題点があった。
また、投入する生ごみの種類によっては、例えば、ｐＨ値の低い生ごみ等が投入されると、若しくは有機分解に伴って生じる炭酸ガスによりｐＨ値の低下が起きた場合にも微生物による有機分解が停止してしまうという問題点があった。
【０００４】
本発明は、生ごみ処理機で微生物による有機分解が起きる場合の重要な要素となる含水率、酸素供給、ｐＨ値、温度等が適した状態でなければ効率の良い分解（呼吸）が行われないことに着目し、上記従来の生ごみ処理機の有する問題点に鑑み、生ごみ投入において一時的に上昇する含水率にて極端に低下する好気性分解を再び活発化するように含水率を速やかに適正に下げるよう調整し、またｐＨ値の低下等により好気性分解のための条件が悪化した場合においても、再び好気性分解が行われるに適した条件を整えて微生物の活動の立ち上がりを高くし、かつ炭水化物に対する粘性の緩和（空隙調整）を行い、酸素供給を助ける等の調整機能を持ち、微生物による効率の良い分解が継続的に行われるようにした生ごみ処理機用培養母材を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の生ごみ処理機用培養母材は、抗微生物成分を有しない杉材を所要粒径に破砕し、空隙率を５０％程度とした杉チップ材と、粒状の竹炭とを混合し、竹炭の含有量を全体の重量換算で２０％以上となるようにして竹炭含有の培養母材を構成したことを特徴とする。
【０００６】
この生ごみ処理機用培養母材は、抗微生物成分を有しない杉材を所要粒径に破砕して空隙率を５０％程度とした杉チップ材に、粒状の竹炭を全体の重量換算で２０％以上となるように混合して構成しているため、これを生ごみ処理機内にて生ごみと混合することにより、生ごみの含水率の調整が容易となり、また供給酸素との接触率が向上するとともに、竹炭との相乗効果により生ごみを好気性分解する微生物にとって活動しやすい環境を形成することができるので、生ごみを継続的に投入しても、継続的に生ごみの好気性分解を促進させ、コンポスト化を早めることができる。
【０００７】
この場合、杉チップ材の粒径を、５〜３０ｍｍとすることができる。
【０００８】
これにより、粒径を５〜３０ｍｍとした杉チップ材を生ごみと混合することで、生ごみには、好気性分解する微生物にとって活動しやすい空隙を有する環境を醸し出されるので、生ごみの好気性分解を促進させることができる。
【０００９】
また、この場合、竹炭を、土釜を用いて７００℃以上で精錬炭化して形成し、その粒径を２０ｍｍ以下とすることができる。
【００１０】
これにより、土釜を用いて７００℃以上で精錬炭化し、粒径を２０ｍｍ以下とした竹炭を用いるため、竹炭の有する微細なパイプを束ねたようなハニカム状になっている孔に、糸状菌、放線菌、細菌（バクテリア）等多種の自然菌（微生物）が付着し、この多種の自然菌による微生物膜を容易に形成でき、生ごみを好気性分解（呼吸）する微生物にとって活動しやすい状態に持続して形成され、継続して生ごみの好気性分解を促進させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の生ごみ処理機用培養母材の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１〜図３に、本発明の生ごみ処理機用培養母材と、従来の木材単独母材とをそれぞれ単独で用いて生ごみを処理した状態を比較して示した。
【００１３】
本発明に使用される生ごみ処理機としては、分解減容型、コンポスト型等、特に限定されるものではないが、生ごみ処理機内に、生ごみと共に杉チップ材に粒形の竹炭を混合してなる竹炭含有の培養母材を投入して使用する。これにより、微生物の活動を活発化させ、また含水率の上昇、ｐＨ値の低下等、好気性分解が起きにくい悪条件においても微生物の活動を活発になるよう維持することができる。これは、竹炭と杉チップ材との相乗効果によるものである。
本発明にかかる培養母材は、生ごみ間に空隙を作るため、また生ごみの破砕効果を得るため、ある程度の大きさと強度を持ち、水分調整材として吸水性に優れ、かつ抗微生物成分を有しない材料である杉のチップ材と竹炭とを選択し、これらを混合して構成する。また、これらを併用することで生ごみ処理機内における微生物による好気性分解の効率を高めることができる。
【００１４】
本発明の培養母材にかかる杉は、例えば、加熱処理等を施すことにより抗微生物成分を蒸散させた抗微生物成分を有しない杉材で、その粒径を３０ｍｍ以下、５ｍｍ以上とし、好ましくは１０ｍｍ以下の杉チップ材とする。
また、この杉チップ材と混合する竹炭は、土釜を用いて７００℃以上で炭化した、好ましくは８００℃以上で精錬炭化したもので、生ごみ処理機内に投入して用いるため、その粒径を２０ｍｍ以下、１ｍｍ以上とし、好ましくは１０ｍｍ以下とする。
この竹炭の含有量は、母材全体の重量に対して２０％以上とする。なお、竹を竹炭にすると体積は約３分の１に収縮するが、この孔の横断面は微細なパイプを束ねたようなハニカム状（蜂の巣状）になっており、そのハニカム状の孔も均一ではなく、１０００万分の１ｍｍ（オングストローム）単位のものから１０００分の１ｍｍ（ミクロン）単位のものまで、大小さまざま分布している。
さらに、このハニカム状のすべての孔が、外界に通じているために空気や水を通しやすく、またそれだけ外から栄養分も取り入れやすくなり、孔に付着する微生物が増殖するうえでも好適な環境を作っている。
孔径の大きな孔には糸状菌、小さな孔には放線菌、もっと微細な孔には細菌（バクテリア）など様々な種類の微生物が付着する特性を有する。増殖した微生物は、竹炭の孔の表面に着生し微生物膜を作るため、ある程度の環境の変化に対応できる状態になる。
【００１５】
杉チップ材に竹炭を、母材全体の重量に対して２０％以上を混合してなる竹炭含有の培養母材は、ｐＨ値が低い条件においても、その生ごみの有機分解を持続させることができ、これによりアンモニアの生成によりｐＨ値を上昇させ、微生物による好気性分解をより活発化に導くことができる。
【００１６】
次に、本発明の生ごみ処理機用培養母材を用いて生ごみの有機分解処理を行った実験例に付いて説明する。
生ごみ処理機として、特に限定されるものではないが、処理能力５０ｋｇ／日の能力を有し、投入する生ごみの含水率の調整、培養母材温度の調整、空気供給を行うことができる生ごみ処理機を用いた。
培養母材温度は、ヒーター等で加熱し、好気性分解に適した温度、６０℃前後を維持し、酸素供給は、ファンを駆動することにより外気を取り入れて行い、また含水率は、投入した生ごみにより一度高くなるので、熱を加えて水分を蒸発させることで脱水を行い、２４時間で含水率を３０％台まで下げるようにするが、含水率が６５％以下になると、好気性分解が生じる。
【００１７】
本発明による竹炭含有の培養母材としては、１ｃｍ角の杉チップ材（含水率２０％）１５ｋｇ（１００Ｌ）、竹炭４ｋｇ（１０Ｌ）を混合したものを使用した。
本発明による竹炭含有の培養母材と比較する培養簿材としては、杉チップ材のみの木材単独母材（含水率２０％）１６．５ｋｇ（１１０Ｌ）を用いることにした。
生ごみの原料は、実際の生ごみに代えてモデル的な生ごみとして性状が均質で再現性のあるデータを得ることができるドックフードを用いた。
まず竹炭含有の培養母材の効果を比較するために、ドックフード２２ｋｇ（含水率９％より実質乾き重量、約２０ｋｇ）、水２８ｋｇを加え、培養母材を含めた含水率が５０％となるように予め調節した。また、この初期段階におけるｐＨ値は共に６であった（用いた水道水のｐＨ値が６のため）。
【００１８】
好気性分解に伴う酸素と二酸化炭素の変化を観察するために、図１〜図２では、空気供給を停止している。しかし、継続的に好気性分解が行われているかを見るための図３では、１時間に一度、若干（５％）外気との交換を行っている。したがって、好気性分解が起きていない、若しくは弱い場合には、徐々に酸素濃度が上昇し、外気と同様な値を示すことになる。
【００１９】
上記の条件の下での実験において、酸素、二酸化炭素、総重量の経時変化を、本発明と従来例とを比較したものを図１に示す。なお、この図１において、（Ａ）は、本発明による竹炭含有の培養母材を用いた場合を、また（Ｂ）は、杉チップ材の木材単独母材を用いた場合をそれぞれ示した。
好気性分解による二酸化炭素の軌跡を比較すると、竹炭含有の培養母材は、木材単独母材に比べて明らかに酸素、二酸化炭素の変化傾向が大きいことが分かる。これは竹炭含有の培養母材の方が、木材単独母材に比べて強く好気性分解が起きているためであり、竹炭含有の培養母材の効果、竹炭の好気性分解への作用が識別できる。
最も微生物の活動が活発に起きるところでは、時間あたり二酸化炭素検出量の増加は、木材単独母材が２％／ｈであるのに対し、竹炭含有の培養母材では８％／ｈと、その差が顕著に現れた。
【００２０】
急激な好気性分解が見られた後、酸素、二酸化炭素の傾向に逆転が生じている。この理由は、ｐＨ値が酸性側に陥ったために好気性分解が低下したことが原因である。ｐＨ値の低下の理由として、二つの要因が挙げられる。まず、好気性分解における発生物質である二酸化炭素が水に溶けたためである。もう一つは急激に好気性分解が進行したために、局所的に酸素が急激に減少し、乳酸菌等による嫌気的発酵が起こり、乳酸や酢酸のようなｐＨ値を下げる低級脂肪酸が発生したためである。
今回の場合、酸素供給を行っておらず、また急激な好気性分解現象が現れていたことから、後者の要因が強いと考えられる。したがって、好気性分解（呼吸）が急激に起きている竹炭含有の培養母材においても木材単独母材においても酸素供給を行わない場合、同様に好気性分解の低下が起こるのである。このように今回の実験のｐＨ値低下は、好気性分解のデータを得るために酸素供給を停止したことが原因であり、実際には、装置を運転する際に酸素供給を行って急激に嫌気性部分が発生することはないので好気性分解は継続する。
【００２１】
次に、生ごみ処理機における好気性分解の阻害条件は、槽内におけるｐＨ値の低下である。よって今回故意に空気供給を行わず、二酸化炭素や低級脂肪酸によりｐＨ値を４程度まで低下させた。この悪条件に陥った生ごみの酸素濃度を大気と同様な値まで一度戻し、竹炭含有の培養母材の効果を比較検討するため、酸素、二酸化炭素とｐＨ値の経時変化を調べ、その結果を図２に示した。
酸素、二酸化炭素とｐＨ値の経時変化を示す図２においては、図２（Ｂ）に示すように、木材単独母材では、ほとんど好気性分解現象が見られなくなったのに対し、竹炭含有の培養母材を用いた本発明では、図２（Ａ）に示すように、一度好気性分解現象は弱まるが、継続していることが確認された。これは、竹炭内部、または竹炭付近が生ごみよりｐＨ値が若干高い状態を保たっているため、その領域に於いて好気性分解現象が継続するためと考えられる。
また、竹炭によるタンパク質の良好な好気性分解によってアンモニアを生じるため、徐々にではあるがｐＨ値の上昇も起こり、好気性分解の傾向（酸素濃度の低下、二酸化炭素濃度の増加）をより明確にした。
【００２２】
このような悪条件においても、竹炭含有の培養母材の効果、竹炭の好気性分解現象への作用が現れており、またｐＨ値の上昇にも関係していることから、分解減容型、コンポスト型生ごみ処理機における分解持続に関する問題点を解決することができる。
一般的に、竹炭や木炭は土壌改良材として知られているが、竹炭や木炭の土壌改良材としての用い方は、炭に存在するカリウム、リン等の微量成分を得る目的と、酸性を示す土壌に、アルカリ性である炭を混ぜ土壌の酸性を中和することである。
土壌改良材として使用する場合は、炭によるｐＨ値の調整は、炭の表面上に存在するＫ２ＨＰＯ４等の成分によるものである。しかし、このＫ２ＨＰＯ４は、炭の表面を洗浄するだけで簡単に取り除かれるため、酸性土壌のｐＨ値を一旦上げる効果はあるが、Ｋ２ＨＰＯ４等の存在しない竹炭は、ｐＨ値を継続的に調整することはできない。
【００２３】
本発明の培養母材は、酸性側に傾いている生ごみ処理機内部において、竹炭独自の構造と杉チップ材の空隙作用との相乗効果により、含水率の高い状態やｐＨ値の低い状態においても好気性分解を維持することができるようになる。
この好気性分解を維持することで、タンパク質等の分解によるアンモニア発生を導き、ｐＨ値の調整（上昇）ができるものである。この点で、土壌改良材としてのｐＨ値調整とは根本的に異なっている。
【００２４】
次に、生ごみの連続投入における好気性分解の継続を調べ、その結果を図３に示した。
生ごみを投入し、生ごみ処理機の機能、例えば、培養母材温度調節、空気供給を通常通りにして運転した。上記と同様生ごみ含水率を５０％となるように調節したため、通常通り好気性分解現象が起きている。ここに含水率６０％の生ごみ（ドックフード４．５ｋｇ＋水５．５ｋｇ）を毎日１回投入した。
【００２５】
連続投入における好気性分解の傾向を示す図３においても、酸素（外気）供給を行うと、好気性分解（呼吸）の要因である酸素、二酸化炭素の変化を確認できないため、一時外気供給を停止して確認している。しかし、このままでは酸欠状態になり嫌気性分解によるｐＨ値の低下を招くため、酸素濃度が１５％まで低下したらファンによる外気供給を行うようにしたため、酸素濃度は２０％程度、二酸化炭素濃度は０％まで戻ることになる。また、生ごみ投入の際にも外気が入り込むため酸素濃度は２０％程度、二酸化炭素濃度は０％まで戻ることになる。
【００２６】
竹炭含有の培養母材は、木材単独母材に比べ長期間の好気性分解が確認できた。共に初期には生ごみ投入後に起こる好気性分解による酸素濃度の低下が生じていた。しかし、酸素濃度が１５％まで低下するまでにかかる時間は、投入ごとに伸びていることから、好気性分解の生じる条件は、徐々に悪くなっていると考えられる。１５％まで低下しない状況になるまで、木材単独母材が２日であったのに対し、竹炭含有の培養母材は７日間この状況を維持した。
したがって、竹炭含有の培養母材は、生ごみ処理機における日々の連続投入においても、木材単独母材と比べ、かなり効果的な好気性分解を促すことが可能であることが分かった。
【００２７】
したがって、この培養母材によれば、現状の生ごみ処理機内部における微生物による好気性分解よりも、４倍程度効率の良い分解を生じさせることができ、本来、生ごみ処理機内部の含水率が高い状態においては微生物による好気性分解がほとんど起きない状態であるにも関わらず、竹炭独自の構造と杉チップの空隙作用との相乗効果により好気性分解を維持することができる。
微生物の活動が極端に弱まる酸性側に傾いている生ごみ処理機内部においても、好気性分解を維持することで、タンパク質等の分解によるアンモニア発生を導くため、ｐＨ値の上昇が起こり、さらに効率の良い好気性分解へ導く。
また、好気性分解に対して生ごみ処理機内部が悪条件にある場合においても、好気性分解を継続できる。
これらの効果により、現在問題とされている生ごみ処理機における一次発酵を効率良く行うことが可能となり、堆肥化までの過程を短縮できる新しい培養母材である。
【００２８】
以上、本発明の生ごみ処理機用培養母材について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、抗微生物成分を有しない杉材を所要粒径に破砕して空隙率を５０％程度とした杉チップ材に、粒状の竹炭を全体の重量換算で２０％以上となるように混合して構成しているため、これを生ごみ処理機内にて生ごみと混合することにより、生ごみの含水率の調整が容易となり、また供給酸素との接触率が向上するとともに、竹炭との相乗効果により生ごみを好気性分解する微生物にとって活動しやすい環境を形成することができるので、生ごみを継続的に投入しても、継続的に生ごみの好気性分解を促進させ、コンポスト化を早めることができる。
【００３０】
また、請求項２記載の発明によれば、粒径を５〜３０ｍｍとした杉チップ材を生ごみと混合することで、生ごみには、好気性分解する微生物にとって活動しやすい空隙を有する環境を醸し出されるので、生ごみの好気性分解を促進させることができる。
【００３１】
また、請求項３記載の発明によれば、土釜を用いて７００℃以上で精錬炭化し、粒径を２０ｍｍ以下とした竹炭を用いるため、竹炭の有する微細なパイプを束ねたようなハニカム状になっている孔に、糸状菌、放線菌、細菌（バクテリア）等多種の自然菌（微生物）が付着し、この多種の自然菌による微生物膜を容易に形成でき、生ごみを好気性分解（呼吸）する微生物にとって活動しやすい状態に持続して形成され、継続して生ごみの好気性分解を促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】酸素、二酸化炭素、総重量の経時変化を示すグラフ図で、（Ａ）は本発明の培養母材を用いた場合、（Ｂ）は従来の木材単独母材を用いた場合をそれぞれ示す。
【図２】酸素、二酸化炭素、ｐＨ値の経時変化を示すグラフ図で、（Ａ）は本発明の培養母材を用いた場合、（Ｂ）は従来の木材単独母材を用いた場合をそれぞれ示す。
【図３】連続投入における好気性分解を示すグラフ図で、（Ａ）は本発明の培養母材を用いた場合、（Ｂ）は従来の木材単独母材を用いた場合をそれぞれ示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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