固形燃料及びその製造方法
【課題】短時間の微生物発酵により、有機性廃棄物から得られる発熱量の高い固形燃料及びその製造方法を提供する。
【解決手段】有機性廃棄物を原料として、好気性微生物により発酵処理することにより得られ、合成樹脂がさらに混合されている固形燃料において、前記有機性廃棄物に多糖類分解酵素が配合されて前記発酵処理が行なわれることを特徴とする。合成樹脂としては、例えばアクリル樹脂から構成される吸水性樹脂が適用される。
【解決手段】有機性廃棄物を原料として、好気性微生物により発酵処理することにより得られ、合成樹脂がさらに混合されている固形燃料において、前記有機性廃棄物に多糖類分解酵素が配合されて前記発酵処理が行なわれることを特徴とする。合成樹脂としては、例えばアクリル樹脂から構成される吸水性樹脂が適用される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、農場、食品加工業、及び産業排水処理場等の事業所、並びに一般家庭から大量に排出される食品廃棄物、家畜排泄物、及び下水余剰汚泥等の有機性廃棄物から好気性発酵により得られる発熱量の高い固形燃料及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各事業所及び一般家庭から排出される家畜排泄物、下水余剰汚泥、及び食品廃棄物等の有機性廃棄物は、排出量が大量であるばかりではなく、含水率が約５０％以上と非常に高く、腐敗の進行が早く、悪臭が発生し易いため、単なる燃焼処理や埋め立て処分することは、環境の観点から適切ではなかった。
【０００３】
近年、家畜排泄物、下水余剰汚泥、食品廃棄物等は、生物起源由来の有機物資源（バイオマス）として、再利用を図ることができる点で注目されている。従来より、バイオマスを例えば、固形燃料として利用する方法が知られている。しかしながら、例えば、家畜排泄物、下水余剰汚泥、食品廃棄物等の廃棄物は、そのままでは固形燃料として再利用することは困難で、水分含有量の低減等の処理により発熱量を上昇させることが必要となる。従来より、高含水性の有機性廃棄物を固形燃料化する方法として特許文献１〜３に記載されるような処理方法が知られている。
【０００４】
特許文献１，２は、発熱量の高く、難生分解性の合成樹脂からなるプラスチック系廃棄物を含む高含水性の有機性廃棄物を粉砕処理した後、微生物処理して含水率を低下させた後、さらに含水率を低下させるために石灰を加えることにより得られる固形燃料の製造方法について開示する。特許文献３は、脱水処理した湿汚泥をさらに減圧乾燥処理した乾汚泥とした後、発熱量の高いプラスチックと混合し、さらに添加剤として生石灰、酸化カリウム等を配合することにより製造される固形燃料について開示する。
【特許文献１】特開平１１−２５６１７２号公報
【特許文献２】特開平１０−１３０６７２号公報
【特許文献３】特開平８−１７６５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１，２に開示される製造方法は、有機性廃棄物を微生物により発酵処理して含水率を低下させる工程において、長時間を要するという問題があった。尚、水分含有率を低減させるために、単にオガ屑等の天然の吸水性繊維質材料を混合させる方法では、水分を十分に吸収させるために有機性廃棄物の数倍量を混合させる必要があり、廃棄物全体の嵩の増加を招くという問題があった。また、特許文献３に開示される製造方法は、減圧乾燥するため製造コストが上昇するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、本発明者らの鋭意研究の結果、固形燃料の製造において、多糖類分解酵素及び合成樹脂を使用することにより、短時間で発酵でき、高い発熱量を付与できることを見出したことによりなされたものである。本発明の目的とするところは、短時間の微生物発酵により、有機性廃棄物から得られる発熱量の高い固形燃料及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために請求項１に記載の固形燃料は、有機性廃棄物を原料として、好気性微生物により発酵処理することにより得られるとともに、さらに合成樹脂が配合されている固形燃料において、前記有機性廃棄物に多糖類分解酵素が配合されて前記発酵処理が行なわれることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の固形燃料において、前記合成樹脂は、吸水性樹脂であり、前記発酵処理前に有機性廃棄物に混合されることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の固形燃料において、前記吸水性樹脂は、アクリル樹脂、アミド樹脂、及びウレタン樹脂から選ばれる少なくとも一種より構成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の固形燃料において、前記多糖類分解酵素は、少なくとも中性領域から塩基性領域で活性を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の固形燃料において、前記多糖類分解酵素は、セルロース分解酵素及びヘミセルロース分解酵素から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の固形燃料において、前記多糖類分解酵素は、糖鎖の末端から特定数の糖単位を切断するエキソ型分解酵素であることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の固形燃料において、前記好気性微生物は、好熱性の好気性菌及び中温性の好気性菌の少なくとも一方を含有する戻し堆肥又は種菌資材が由来であることを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の固形燃料において、前記有機性廃棄物は、家畜排泄物、下水余剰汚泥及び食品廃棄物から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の固形燃料において、さらにパルプ、コットンリタ、バーク、オガ屑、もみ殻、稲わら、コーン粕、バガス、大豆粕、フスマ、菜種粕、及び米糠から選ばれる少なくとも一種の吸水性繊維質材料が前記有機性廃棄物に配合されて発酵処理されることを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、有機性廃棄物から好気性微生物による発酵処理により固形燃料を得るための固形燃料の製造方法において、前記有機性廃棄物、多糖類分解酵素、及び合成樹脂が混合される原料調製工程、次に、好気性微生物による好気性発酵が行なわれる発酵処理工程からなることを特徴とする。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の固形燃料の製造方法において、前記合成樹脂は、吸水性樹脂であることを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、請求項１０又は請求項１１に記載の固形燃料の製造方法において、前記発酵処理工程後、さらに乾燥処理が行なわれることを特徴とする。
【００１７】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の固形燃料の製造方法において、前記乾燥処理後、ペレット状に成形される成形工程が行なわれることを特徴とする。
請求項１４に記載の発明は、有機性廃棄物から好気性微生物による発酵処理により固形燃料を得るための固形燃料の製造方法において、前記有機性廃棄物、及び多糖類分解酵素が混合される原料調製工程、次に、好気性微生物による好気性発酵が行なわれる発酵処理工程、次に、合成樹脂が添加される合成樹脂添加工程からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、短時間の微生物発酵により、有機性廃棄物から得られる発熱量の高い固形燃料及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を固形燃料に具体化した実施形態について詳細に説明する。本実施形態における固形燃料は、有機性廃棄物を原料として、該有機性廃棄物が好気性微生物により高温発酵処理されることにより得られる。有機性廃棄物には、好気性微生物による発酵処理前に、多糖類分解酵素が配合される。本実施形態の固形燃料は、さらに合成樹脂が配合されている。
【００２０】
本実施形態において使用される有機性廃棄物は、有機質原料であれば特に限定されず、例えば、大量に排出される牛、豚、羊、馬、鶏等の家畜排泄物（糞尿）、下水余剰汚泥、生ごみ等の食品廃棄物等に好ましく適用することができる。尚、下水余剰汚泥とは、下水として例えば家庭から排出される有機性廃棄物を生物処理することにより得られる汚泥のことである。本実施形態においては従来オガ屑等の天然の吸水性繊維質材料を大量に用いて水分を十分に吸水させる必要が生じる高含水性の有機性廃棄物であっても好適に用いることができる。
【００２１】
合成樹脂は、好ましくは難生分解性の樹脂が適用される。合成樹脂が有機性廃棄物中に混合されることにより、天然高分子、例えばデンプン及びセルロースと異なり、固形燃料の高カロリ化に寄与することができる。したがって、合成樹脂の有機性廃棄物への配合時期は、微生物による発酵処理前、発酵処理途中、及び発酵処理後のいずれでもよい。合成樹脂として、好ましくは吸水性樹脂が適用される。吸水性樹脂を適用することにより、有機性廃棄物中の水分バランスを行ない、微生物による高カロリ化処理の時間を短縮することができる。合成樹脂として吸水性樹脂を適用する場合、有機性廃棄物中の水分バランスを行なうため、好ましくは微生物による発酵処理前に有機性廃棄物中に混合される。
【００２２】
吸水性樹脂は、例えば、アクリル樹脂、アミド樹脂、及びウレタン樹脂から選ばれる少なくとも一種からなる合成高分子体が好ましく使用される。これらの中で、吸水性及び入手容易の観点からアクリル樹脂がより好ましく使用される。アクリル樹脂として、例えばポリアクリル酸、ポリアクリル酸塩、ポリアクリルアミド、スターチポリアクリル酸、アクリル酸塩とビニルアルコールの共重合体、及び酢酸ビニルとアクリル酸の共重合体が挙げられる。アミド樹脂として、例えばナイロン樹脂、ポリエーテルアミド樹脂、ポリエーテルイミドアミド樹脂、及びポリエーテルエステルアミド樹脂が挙げられる。ナイロン樹脂としては、例えば６−ナイロン及び６，６−ナイロンが挙げられる。ウレタン樹脂として、例えば多価アルコールとジイソシアナートとの重付加物が挙げられる。多価アルコールとしては、例えばポリエチレングリコール及び１，４−ブタンジオールが挙げられる。ジイソシアナートとしては、例えば４，４’−ジフェニルメタンジイソシアナートが挙げられる。これらの吸水性樹脂は１種類を単独で使用してもよく、２種類以上を組み合わせて使用してもよい。
【００２３】
多糖類分解酵素は、有機性廃棄物に含有されている多糖類を分解し、好気性微生物による発酵を促進させるために配合される。多糖類分解酵素としては、例えばデンプン又はその誘導体を加水分解するための酵素としてアミラーゼ（デンプン分解酵素）、セルロース又はその誘導体を加水分解するための酵素としてセルラーゼ（セルロース分解酵素）、ヘミセルロース又はその誘導体を加水分解するヘミセルラーゼ（ヘミセルロース分解酵素）、キシロース又はその誘導体を加水分解するためのキシラナーゼ（キシロース分解酵素）、ペクチン又はその誘導体を加水分解するペクチナーゼ（ペクチン分解酵素）、キチン又はその誘導体を加水分解するための酵素としてキチナーゼ（キチン分解酵素）等が挙げられる。多糖類分解酵素は、上記のように有機性廃棄物中に含有されている多糖類の成分に応じて，分解可能な酵素が選択・適用される。例えば、有機性廃棄物として家畜排泄物、食品廃棄物等が使用される場合は、植物由来の多糖類が多く含有されるため、セルロース分解酵素及びヘミセルロース分解酵素が好ましく適用される。
【００２４】
多糖類分解酵素は、糖鎖の末端から特定数の糖単位を切り離していくエキソ型の分解酵素（例えばβ−アミラーゼ、及びセロビオヒドロラーゼ）、及び切断様式がランダムのエンド型の分解酵素（例えばα−アミラーゼ、及びエンドグルカナーゼ）のいずれを使用してもよい。これらのうち有機性廃棄物の過剰な分解を抑制して水分過多を防止する効果が高く、且つ微生物による分解を促進することができるエキソ型分解酵素が好ましく使用される。また、微生物による処理は、通常、有機性廃棄物中の塩基性物質、例えばアンモニアの存在により、塩基性領域で行なわれるため少なくとも中性領域から塩基性領域において活性を有する酵素が好ましく使用される。
【００２５】
有機性廃棄物中に配合される吸水性樹脂や多糖類分解酵素の配合量は化合物の種類、酵素の力価、有機性廃棄物の成分・水分含有量等により適宜設定される。
有機性廃棄物には、発酵に必要な微生物（種菌）を混合するために戻し堆肥（家畜糞尿等の発酵処理より完熟した堆肥）又は種菌資材をさらに配合してもよい。戻し堆肥又は種菌資材には好熱性の好気性菌及び中温性の好気性菌の少なくとも一方が含有されることが好ましい。好熱性の好気性菌及び中温性の好気性菌を使用することにより、発酵処理中における水分の蒸発を促進し、固形燃料中の水分率を低下させることができる。好熱性の好気性菌及び中温性の好気性菌としては自然界に存在する公知の細菌が適用される。本実施形態に係る中温性の好気性菌、即ち中温菌として、有機性廃棄物を常温（２０℃）から中温域（３０〜４５℃の温域）へ導くために２０℃〜４５℃の範囲で少なくとも増殖可能な菌であることが好ましい。本実施形態に係る好熱性の好気性菌、即ち好熱菌として、有機性廃棄物を中温から高温域（約５０〜８５℃の温域）へ導くために約５０℃以上の温度で少なくとも増殖可能な菌であることが好ましい。中温性又は好熱性の好気性菌として具体的には、バチルス.アルヴェイ（B. alvei）、バチルス.アミロリチカス（B. amylolyticus）、バチルス.アゾトフィクサンス（B. azotofixans）、バチルス.サーキュランス（B. circulans）、バチルス.グルカノリチカス（B. glucanolyticus）、バチルス.ラーベー（B. larvae）、バチルス.ロータス（B. lautus）、バチルス.レンチモーバス（B. lentimorbus）、バチルス.マセランス（B. macerans）、バチルス.マッククオリエンシス（B. macquariensis）、バチルス.パバリ（B. pabuli）、バチルス.ポリミキサ（B. polymyxa）、バチルス.ポピリエー（B. popilliae）、バチルス.シクロサッカロリチカス（B. psychrosaccharolyticus）、バチルス.パルヴィフェイシェンス（B. pulvifaciens）、バチルス.チアミノリチカス（B. thiaminolyticus）、バチルス.ヴァリダス（B. validus）、バチルス.アルカロフィラス（B. alcalophilus）、バチルス.アミロリカフェイシャンス（B. amyloliquefaciens）、バチルス.アトロフェーアス（B. atrophaeus）、バチルス.カロテーラム（B. carotarum）、バチルス.ファーモス（B. firmus）、バチルス.フレクサス（B. flexus）、バチルス.ラテロスポラス（B. laterosporus）、バチルス.レンタス（B. lentus）、バチルス.リケニフォミス（B. licheniformis）、バチルス.メガテリウム（B. megaterium）、バチルス.ミコイデス（B. mycoides）、バチルス.ニアシニ（B. niacini）、バチルス.パントテニチカス（B. pantothenticus）、バチルス.パミラス（B. pumilus）、バチルス.シンプレックス（B. simplex）、バチルス.サブチリス（B. subtilis）、バチルス.サリンジェンシス（B. thuringiensis）、バチルス.スフェリカス（B. sphaericus）、ジオバチルス.サーモデニトリフィカンス(Geobacillus thermodenitrificans)、ジオバチルス.ステアロサーモフィルス(Geobacillus stearothermophilus)、ジオバチルス.コーストフィルス(Geobacillus kaustophilus)、ジオバチルス.サブテルラネンス (Geobacillus subterranens、ジオバチルス.サーモルーボランス(Geobacillus thermoleovorans)及びジオバチルス.カルドキシオシリチカス(Geobacillus caldoxylosilyticas)等が挙げられる。本実施形態において、戻し堆肥としては市販の堆肥を使用してもよく、本実施形態において発酵処理が完了した固形燃料を種菌として使用してもよい。市販品の種菌資材としては例えばメニコン社製（商品名：サーモマスター）を使用することができる。
【００２６】
有機性廃棄物には、本発明の効果を損なわない範囲内において微生物の発酵・増殖を促進するとともに、水分バランスを調整するためにさらに吸水性繊維質材料を配合してもよい。吸水性繊維質材料は入手が容易で且つ発酵処理後に生分解される天然の有機質材料が好ましく使用される。具体的には、パルプ、コットンリタ、バーク、オガ屑（おが粉）、もみ殻、稲わら、コーン粕、バガス、大豆粕、フスマ、菜種粕、米糠等の有機質材料が挙げられる。これらの有機質材料を餌として中温性の好気性菌の増殖が促進される。これらの有機質材料は、単独種類で使用してもよく、複数種類を組み合わせて使用してもよい。
【００２７】
本発明による発酵開始時における有機性廃棄物中の水分含有量は特に限定されないが、好ましくは３０〜９０質量％、より好ましくは４０〜８５質量％である。３０質量％以下であると中温性の好気性菌等の微生物が十分に増殖機能しないおそれがある。有機性廃棄物中の水分含有量が高い場合であっても、吸水性樹脂を配合させることによって原料をゲル化又は固化させることができる。それによって高含水有機性廃棄物の通気性を高め、微生物の好気的代謝を維持又は向上させることができる。
【００２８】
その他、有機性廃棄物には、通気性を確保するためにそば殻等の有機質廃材、パーライト等の多孔質鉱物等を配合することができる。
次に、上記のように構成された本実施形態の発酵処理方法を用いて製造された固形燃料の作用を説明する。
【００２９】
有機性廃棄物として例えば家畜排泄物を使用するとともに、家畜排泄物に吸水性樹脂として例えばポリアクリル系樹脂及び多糖類分解酵素として例えばエキソ型セルラーゼを配合した場合、家畜排泄物は以下のような反応作用によって分解される。まず、上記家畜排泄物、ポリアクリル系樹脂及びエキソ型セルラーゼを配合することにより原料調製工程が行なわれる。次に、好気性微生物による好気性発酵が行なわれる発酵処理工程が行なわれる。まず、家畜排泄物にポリアクリル系樹脂が配合された際、家畜排泄物中の過剰の水分がポリアクリル系樹脂により捕捉され有機性廃棄物はゲル化又は固化される。それにより有機性廃棄物中の通気性が確保される。一次分解としてまず家畜排泄物中の多糖類としてのセルロース等がセルラーゼ等の分解酵素により低分子化されて糖類が遊離する。それに伴い低分子化されたセルロース（セロオリゴ糖、グルコース等）を餌とする微生物が増殖する。微生物の増殖に伴い有機性廃棄物中の温度は約２〜３日で最高温度（中温域〜高温域（５０〜８５℃））へ上昇する。
【００３０】
次に、攪拌又はブロアー等の空気混入作業により積極的に原料に空気を混合させて好気的発酵を誘導する。空気混入作業は処理完了まで連続的に繰り返すことが好ましい。発酵処理により、水分含有率の低下、有機物の低分子化、高分子繊維やタンパク質等の低分子化等が行なわれる。
【００３１】
有機性廃棄物の発酵は、空気の供給量、外気温、水分率等にも左右されるが、通常２〜３ヶ月、堆肥化に長期間を要する場合には約６ヶ月で完了する。処理の完了は有機性廃棄物中の高分子有機物の低分子化及び水分含有率の低下により温度の低下を伴う。処理が完了することにより製造された固形燃料は、水分含有量も著しく減少している。
【００３２】
上記のように発酵処理を行なうことにより得られた固形燃料を適宜さらに乾燥処理を施してもよい。かかる乾燥処理を行なうことにより、さらに水分含有量を減少させ、高カロリ化を図ることができる。
【００３３】
本実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（１）本実施形態において、有機性廃棄物を原料として好気性微生物により発酵処理することにより得られる固形燃料において、多糖類分解酵素が配合されて発酵処理される。したがって、短時間で発酵処理を完了し、高カロリ化した固形燃料を得ることができる。
【００３４】
（２）本実施形態において、有機性廃棄物に合成樹脂が配合される。したがって、発酵処理後の固形燃料に対し高カロリ化に寄与することができる。
（３）本実施形態において、有機性廃棄物に好ましくは吸水性樹脂を配合して発酵処理を行なった。したがって、有機性廃棄物中の水分バランスを容易に行なうことができ、さらに発酵処理時間の短縮化を図ることができる。
【００３５】
（４）本実施形態において、有機性廃棄物に好ましくは吸水性樹脂を配合して発酵処理を行なった。この場合、全体として固形燃料化には過剰な水分含有率であっても、バーク、オガ屑、もみ殻等の天然の吸水性繊維質材料を配合しない条件下又は通常量より配合量を減量した条件下において発酵処理することができる。よって、有機性廃棄物全体の嵩の増加をかなりの部分抑制することができる。さらに、発酵処理によって低容量化を図ることができる。
【００３６】
（５）本実施形態において、吸水性樹脂としてアクリル樹脂、アミド樹脂、及びウレタン樹脂から選ばれる少なくとも一種から構成される樹脂が好ましく使用される。したがって、他の吸水性樹脂に比べ吸水性が高く且つ容易に入手することができる。
【００３７】
（６）本実施形態において、多糖類分解酵素として糖鎖の末端から特定数の糖単位を切断するエキソ型分解酵素が好ましく用いられる。したがって、エキソ型分解酵素を使用した場合、有機性廃棄物中の多糖類の急速な低分子化が抑制されるため、発酵処理中において有機性廃棄物が水分過多になるおそれがない。
【００３８】
（７）本実施形態において、好ましくは好熱性の好気性菌及び中温性の好気性菌の少なくとも一方を含有する戻し堆肥又は種菌資材が有機性廃棄物に配合されて発酵処理される。したがって、有機性廃棄物に安価に好気性微生物を配合することができ、容易に発酵処理を行なうことができる。
【００３９】
（８）本実施形態の発酵処理を用いた固形燃料の製造方法は、微生物を用いた分解・発酵処理であるため、物理的・化学的な処理方法に比べ、複雑な装置、大量の石灰等を必要とせず、副産物（更なる処理を必要とする二次処理物）も少なく、また化石燃料等のエネルギー消費量を抑制することができる。したがって、低コストで有機性廃棄物を固形燃料に処理することができる。
【００４０】
（９）本実施形態の固形燃料は、化石燃料の一部を代替することにより、温暖化の原因となる二酸化炭素の排出増加を抑制することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
【００４１】
・上記実施形態において、有機性廃棄物、及び多糖類分解酵素が混合される原料調製工程、次に、好気性微生物による好気性発酵が行なわれる発酵処理工程、最後に、合成樹脂が添加される合成樹脂添加工程が行なわれてもよい。この製造方法を用いても、合成樹脂を最初に配合した場合と同様に、高カロリ化した固形燃料を得ることができる。
【００４２】
・上記実施形態において、有機性廃棄物、及び多糖類分解酵素が混合される原料調製工程において、さらに水分調整をするために天然高分子由来のカルボキシメチルセルロース等の生分解性の吸水性樹脂が混合されてもよい。そして、その次に好気性微生物による好気性発酵が行なわれる発酵処理工程、最後に、合成樹脂が添加される合成樹脂添加工程が行なわれてもよい。この製造方法を用いた場合、高カロリ化した固形燃料を得ることができるとともに、吸水性樹脂を最初に配合したことにより、発酵処理を短時間で終了させることができる。
【００４３】
・上記実施形態において、有機性廃棄物の処理方法を固形燃料の製造方法として適用した。単にそのまま廃棄することが環境の悪化等を招く家畜排泄物、下水余剰汚泥等の廃棄物を、環境を悪化させるおそれのない処理物に処理する方法として適用することもできる。
【００４４】
・上記実施形態において、固形燃料の形状は特に限定されることはない。乾燥処理後の成形工程により、粉末状、粒状、ペレット状、ブロック体等に成形してもよい。これらの中で取り扱い性の観点から、ペレット状に成形されることが好ましい。
【００４５】
・上記実施形態として、好気性微生物として戻し堆肥又は種菌資材を由来とした。しかしながら、それらに限定されるものではなく、それ以外の好気性微生物を含有するものを使用してもよい。
【００４６】
・上記実施形態において、吸水性樹脂を発酵処理工程後に配合してもよい。それにより、乾燥工程を行なう場合は、その作業性が向上する。
【実施例】
【００４７】
次に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態を更に具体的に説明する。
各実施例及び比較例に示されるように、原料としての有機性廃棄物（各例によっては、吸水性樹脂及び／又は多糖類分解酵素を配合）について発酵処理を行なった場合における有機性廃棄物中の温度変化及び発酵処理後の発熱量について評価を行なった。温度変化は有機性廃棄物の表層より２５ｃｍ下部における温度変化について測定した。結果を図１に示す。
【００４８】
発熱量は、低位発熱量（総発熱量から水蒸気の凝縮潜熱を差し引いた熱量）を測定することにより行なった。日本の工業規格であるＪＩＳ Ｚ ７３０２−２：１９９９に従って、発酵処理後の固形燃料の低位発熱量を測定した。結果を表１に示す。
【００４９】
（実施例１）
有機性廃棄物として乳牛糞を用いた。該乳牛糞は、吸水性繊維質材料としておが粉を加えて混合することにより含水率を約８０％に調整した。次に、水分含有率が調整された乳牛糞１３Ｌに吸水性樹脂としてアクリル樹脂５００ｇ（ダイヤニトリックス社製、サンフレッシュＳＴ−５００Ｄ）、多糖類分解酵素としてエキソ型セルラーゼを含有する酵素資材（メニコン社製）約５ｇ、好気性微生物源として種菌資材（メニコン社製：製品名サーモマスター）６５ｍＬを加えて混合した。次に、有機性廃棄物の処理用機器（富士平工業社製：商品名かぐやひめ）を用いて発酵処理を行なうことにより実施例１の固形燃料を得た。
【００５０】
（比較例１）
有機性廃棄物として乳牛糞を用いた。該乳牛糞は、吸水性繊維質材料としておが粉を加えて混合することにより含水率を約７０％に調整した。次に、有機性廃棄物の処理用機器（富士平工業社製：商品名かぐやひめ）を用いて発酵処理を行なうことにより比較例１の固形燃料を得た。
【００５１】
（比較例２）
有機性廃棄物として乳牛糞を用いた。該乳牛糞は、吸水性繊維質材料としておが粉を加えて混合することにより含水率を約８０％に調整した。次に、水分含有率が調整された乳牛糞１３Ｌに多糖類分解酵素としてエキソ型セルラーゼを含有する酵素資材（メニコン社製）約５ｇ、好気性微生物源として種菌資材（メニコン社製：製品名サーモマスター）６５ｍＬを加えて混合した。次に、有機性廃棄物の処理用機器（富士平工業社製：商品名かぐやひめ）を用いて発酵処理を行なうことにより比較例２の固形燃料を得た。
【００５２】
（比較例３）
有機性廃棄物として乳牛糞を用いた。該乳牛糞は、吸水性繊維質材料としておが粉を加えて混合することにより含水率を約８０％に調整した。次に、水分含有率が調整された乳牛糞１３Ｌに吸水性樹脂としてアクリル樹脂５００ｇ（ダイヤニトリックス社製、サンフレッシュＳＴ−５００Ｄ）、好気性微生物源として種菌資材（メニコン社製：製品名サーモマスター）６５ｍＬを加えて混合した。次に、有機性廃棄物の処理用機器（富士平工業社製：商品名かぐやひめ）を用いて発酵処理を行なうことにより比較例３の固形燃料を得た。
【００５３】
（比較例４）
有機性廃棄物として乳牛糞を用いた。該乳牛糞は、吸水性繊維質材料としておが粉を加えて混合することにより含水率を約８０％に調整した。次に、水分含有率が調整された乳牛糞１３Ｌに吸水性樹脂として天然高分子（生分解性高分子）由来の架橋カルボキシメチルセルロース樹脂１３０ｇ（ティエヌケイ東日本社製）、多糖類分解酵素としてエキソ型セルラーゼを含有する酵素資材（メニコン社製）約８ｇ、好気性微生物源として種菌資材（メニコン社製：製品名サーモマスター）６５ｍＬを加えて混合した。次に、有機性廃棄物の処理用機器（富士平工業社製：商品名かぐやひめ）を用いて発酵処理を行なうことにより比較例４の固形燃料を得た。
【００５４】
（実施例２）
比較例４に記載される方法で製造した固形燃料５００ｇに廃パルプ及び廃プラスチック（主としてポリアクリル酸及びポリエチレン）等からなるＲＰＦ（Refuse Paper and Plastic Fuel）ペレット５００ｇを加え、混合することにより実施例２の固形燃料を得た。
【００５５】
【表１】
図１に示される結果より、実施例１においては処理開始から約２０時間まで急激に上昇し、さらに処理開始から約５０時間まで温度は上昇し続けた。発酵温度は、処理開始から約５０時間で最高温度の約６０℃に達した。その後、徐々に温度は低下して約１４０時間後に３０℃以下となった。比較例１は処理開始から約２０時間で発酵温度が最高温度の約４８℃に達した。その後、処理開始から約５０時間まで最高温度を維持した後、徐々に温度は低下して約１５０時間後に常温に戻った。比較例２は処理開始から約２０時間で発酵温度が最高温度の約４０℃に達した。その後、処理開始から約４０時間まで最高温度を維持した後、徐々に温度は低下して約１５０時間後に常温に戻った。比較例３は処理開始から約２０時間で発酵温度が最高温度の約５０℃に達した。その後、処理開始から約７０時間まで最高温度を維持した後、徐々に温度は低下して約１５０時間後に常温に戻った。以上により、多糖類分解酵素、吸水性の合成樹脂及び種菌資材により発酵が促進されることが確認された。これらのいずれの材料が欠けても発酵温度を十分に高めることができないことが確認される。比較例１〜３は、発酵処理における最高温度が実施例１に比べ１０℃以上低く、水分含有率の低下、有機物の低分子化、高分子繊維やタンパク質等の低分子化による高カロリ化した固形燃料を得るためには、さらに長時間を要するものと思料される。
【００５６】
また、表１に示したように、アクリル樹脂を吸水性樹脂として配合した方が（実施例１）、合成樹脂を配合しない場合（比較例１）より高い低位発熱量を示すことが確認された。有機性廃棄物を発酵させるのみでは、発熱量を十分に高めることはできないことが確認された。また、比較例４の結果より、配合する樹脂が生分解性の樹脂では固形燃料の高カロリ化に寄与することはできないことが確認された。これは、天然化合物由来の架橋カルボキシメチルセルロース樹脂が微生物により分解してしまうことによるものと推認される。また、表１に示されるように実施例２の結果から、発酵処理後の比較例４の固形燃料に合成樹脂を含有するＲＰＦを加えることで、最終的な発熱量を上昇させることができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】各実施例及び比較例における発酵処理物の発酵処理中における温度と時間の関係を示すグラフ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、農場、食品加工業、及び産業排水処理場等の事業所、並びに一般家庭から大量に排出される食品廃棄物、家畜排泄物、及び下水余剰汚泥等の有機性廃棄物から好気性発酵により得られる発熱量の高い固形燃料及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各事業所及び一般家庭から排出される家畜排泄物、下水余剰汚泥、及び食品廃棄物等の有機性廃棄物は、排出量が大量であるばかりではなく、含水率が約５０％以上と非常に高く、腐敗の進行が早く、悪臭が発生し易いため、単なる燃焼処理や埋め立て処分することは、環境の観点から適切ではなかった。
【０００３】
近年、家畜排泄物、下水余剰汚泥、食品廃棄物等は、生物起源由来の有機物資源（バイオマス）として、再利用を図ることができる点で注目されている。従来より、バイオマスを例えば、固形燃料として利用する方法が知られている。しかしながら、例えば、家畜排泄物、下水余剰汚泥、食品廃棄物等の廃棄物は、そのままでは固形燃料として再利用することは困難で、水分含有量の低減等の処理により発熱量を上昇させることが必要となる。従来より、高含水性の有機性廃棄物を固形燃料化する方法として特許文献１〜３に記載されるような処理方法が知られている。
【０００４】
特許文献１，２は、発熱量の高く、難生分解性の合成樹脂からなるプラスチック系廃棄物を含む高含水性の有機性廃棄物を粉砕処理した後、微生物処理して含水率を低下させた後、さらに含水率を低下させるために石灰を加えることにより得られる固形燃料の製造方法について開示する。特許文献３は、脱水処理した湿汚泥をさらに減圧乾燥処理した乾汚泥とした後、発熱量の高いプラスチックと混合し、さらに添加剤として生石灰、酸化カリウム等を配合することにより製造される固形燃料について開示する。
【特許文献１】特開平１１−２５６１７２号公報
【特許文献２】特開平１０−１３０６７２号公報
【特許文献３】特開平８−１７６５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１，２に開示される製造方法は、有機性廃棄物を微生物により発酵処理して含水率を低下させる工程において、長時間を要するという問題があった。尚、水分含有率を低減させるために、単にオガ屑等の天然の吸水性繊維質材料を混合させる方法では、水分を十分に吸収させるために有機性廃棄物の数倍量を混合させる必要があり、廃棄物全体の嵩の増加を招くという問題があった。また、特許文献３に開示される製造方法は、減圧乾燥するため製造コストが上昇するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、本発明者らの鋭意研究の結果、固形燃料の製造において、多糖類分解酵素及び合成樹脂を使用することにより、短時間で発酵でき、高い発熱量を付与できることを見出したことによりなされたものである。本発明の目的とするところは、短時間の微生物発酵により、有機性廃棄物から得られる発熱量の高い固形燃料及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために請求項１に記載の固形燃料は、有機性廃棄物を原料として、好気性微生物により発酵処理することにより得られるとともに、さらに合成樹脂が配合されている固形燃料において、前記有機性廃棄物に多糖類分解酵素が配合されて前記発酵処理が行なわれることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の固形燃料において、前記合成樹脂は、吸水性樹脂であり、前記発酵処理前に有機性廃棄物に混合されることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の固形燃料において、前記吸水性樹脂は、アクリル樹脂、アミド樹脂、及びウレタン樹脂から選ばれる少なくとも一種より構成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の固形燃料において、前記多糖類分解酵素は、少なくとも中性領域から塩基性領域で活性を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の固形燃料において、前記多糖類分解酵素は、セルロース分解酵素及びヘミセルロース分解酵素から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の固形燃料において、前記多糖類分解酵素は、糖鎖の末端から特定数の糖単位を切断するエキソ型分解酵素であることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の固形燃料において、前記好気性微生物は、好熱性の好気性菌及び中温性の好気性菌の少なくとも一方を含有する戻し堆肥又は種菌資材が由来であることを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の固形燃料において、前記有機性廃棄物は、家畜排泄物、下水余剰汚泥及び食品廃棄物から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の固形燃料において、さらにパルプ、コットンリタ、バーク、オガ屑、もみ殻、稲わら、コーン粕、バガス、大豆粕、フスマ、菜種粕、及び米糠から選ばれる少なくとも一種の吸水性繊維質材料が前記有機性廃棄物に配合されて発酵処理されることを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、有機性廃棄物から好気性微生物による発酵処理により固形燃料を得るための固形燃料の製造方法において、前記有機性廃棄物、多糖類分解酵素、及び合成樹脂が混合される原料調製工程、次に、好気性微生物による好気性発酵が行なわれる発酵処理工程からなることを特徴とする。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の固形燃料の製造方法において、前記合成樹脂は、吸水性樹脂であることを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、請求項１０又は請求項１１に記載の固形燃料の製造方法において、前記発酵処理工程後、さらに乾燥処理が行なわれることを特徴とする。
【００１７】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の固形燃料の製造方法において、前記乾燥処理後、ペレット状に成形される成形工程が行なわれることを特徴とする。
請求項１４に記載の発明は、有機性廃棄物から好気性微生物による発酵処理により固形燃料を得るための固形燃料の製造方法において、前記有機性廃棄物、及び多糖類分解酵素が混合される原料調製工程、次に、好気性微生物による好気性発酵が行なわれる発酵処理工程、次に、合成樹脂が添加される合成樹脂添加工程からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、短時間の微生物発酵により、有機性廃棄物から得られる発熱量の高い固形燃料及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を固形燃料に具体化した実施形態について詳細に説明する。本実施形態における固形燃料は、有機性廃棄物を原料として、該有機性廃棄物が好気性微生物により高温発酵処理されることにより得られる。有機性廃棄物には、好気性微生物による発酵処理前に、多糖類分解酵素が配合される。本実施形態の固形燃料は、さらに合成樹脂が配合されている。
【００２０】
本実施形態において使用される有機性廃棄物は、有機質原料であれば特に限定されず、例えば、大量に排出される牛、豚、羊、馬、鶏等の家畜排泄物（糞尿）、下水余剰汚泥、生ごみ等の食品廃棄物等に好ましく適用することができる。尚、下水余剰汚泥とは、下水として例えば家庭から排出される有機性廃棄物を生物処理することにより得られる汚泥のことである。本実施形態においては従来オガ屑等の天然の吸水性繊維質材料を大量に用いて水分を十分に吸水させる必要が生じる高含水性の有機性廃棄物であっても好適に用いることができる。
【００２１】
合成樹脂は、好ましくは難生分解性の樹脂が適用される。合成樹脂が有機性廃棄物中に混合されることにより、天然高分子、例えばデンプン及びセルロースと異なり、固形燃料の高カロリ化に寄与することができる。したがって、合成樹脂の有機性廃棄物への配合時期は、微生物による発酵処理前、発酵処理途中、及び発酵処理後のいずれでもよい。合成樹脂として、好ましくは吸水性樹脂が適用される。吸水性樹脂を適用することにより、有機性廃棄物中の水分バランスを行ない、微生物による高カロリ化処理の時間を短縮することができる。合成樹脂として吸水性樹脂を適用する場合、有機性廃棄物中の水分バランスを行なうため、好ましくは微生物による発酵処理前に有機性廃棄物中に混合される。
【００２２】
吸水性樹脂は、例えば、アクリル樹脂、アミド樹脂、及びウレタン樹脂から選ばれる少なくとも一種からなる合成高分子体が好ましく使用される。これらの中で、吸水性及び入手容易の観点からアクリル樹脂がより好ましく使用される。アクリル樹脂として、例えばポリアクリル酸、ポリアクリル酸塩、ポリアクリルアミド、スターチポリアクリル酸、アクリル酸塩とビニルアルコールの共重合体、及び酢酸ビニルとアクリル酸の共重合体が挙げられる。アミド樹脂として、例えばナイロン樹脂、ポリエーテルアミド樹脂、ポリエーテルイミドアミド樹脂、及びポリエーテルエステルアミド樹脂が挙げられる。ナイロン樹脂としては、例えば６−ナイロン及び６，６−ナイロンが挙げられる。ウレタン樹脂として、例えば多価アルコールとジイソシアナートとの重付加物が挙げられる。多価アルコールとしては、例えばポリエチレングリコール及び１，４−ブタンジオールが挙げられる。ジイソシアナートとしては、例えば４，４’−ジフェニルメタンジイソシアナートが挙げられる。これらの吸水性樹脂は１種類を単独で使用してもよく、２種類以上を組み合わせて使用してもよい。
【００２３】
多糖類分解酵素は、有機性廃棄物に含有されている多糖類を分解し、好気性微生物による発酵を促進させるために配合される。多糖類分解酵素としては、例えばデンプン又はその誘導体を加水分解するための酵素としてアミラーゼ（デンプン分解酵素）、セルロース又はその誘導体を加水分解するための酵素としてセルラーゼ（セルロース分解酵素）、ヘミセルロース又はその誘導体を加水分解するヘミセルラーゼ（ヘミセルロース分解酵素）、キシロース又はその誘導体を加水分解するためのキシラナーゼ（キシロース分解酵素）、ペクチン又はその誘導体を加水分解するペクチナーゼ（ペクチン分解酵素）、キチン又はその誘導体を加水分解するための酵素としてキチナーゼ（キチン分解酵素）等が挙げられる。多糖類分解酵素は、上記のように有機性廃棄物中に含有されている多糖類の成分に応じて，分解可能な酵素が選択・適用される。例えば、有機性廃棄物として家畜排泄物、食品廃棄物等が使用される場合は、植物由来の多糖類が多く含有されるため、セルロース分解酵素及びヘミセルロース分解酵素が好ましく適用される。
【００２４】
多糖類分解酵素は、糖鎖の末端から特定数の糖単位を切り離していくエキソ型の分解酵素（例えばβ−アミラーゼ、及びセロビオヒドロラーゼ）、及び切断様式がランダムのエンド型の分解酵素（例えばα−アミラーゼ、及びエンドグルカナーゼ）のいずれを使用してもよい。これらのうち有機性廃棄物の過剰な分解を抑制して水分過多を防止する効果が高く、且つ微生物による分解を促進することができるエキソ型分解酵素が好ましく使用される。また、微生物による処理は、通常、有機性廃棄物中の塩基性物質、例えばアンモニアの存在により、塩基性領域で行なわれるため少なくとも中性領域から塩基性領域において活性を有する酵素が好ましく使用される。
【００２５】
有機性廃棄物中に配合される吸水性樹脂や多糖類分解酵素の配合量は化合物の種類、酵素の力価、有機性廃棄物の成分・水分含有量等により適宜設定される。
有機性廃棄物には、発酵に必要な微生物（種菌）を混合するために戻し堆肥（家畜糞尿等の発酵処理より完熟した堆肥）又は種菌資材をさらに配合してもよい。戻し堆肥又は種菌資材には好熱性の好気性菌及び中温性の好気性菌の少なくとも一方が含有されることが好ましい。好熱性の好気性菌及び中温性の好気性菌を使用することにより、発酵処理中における水分の蒸発を促進し、固形燃料中の水分率を低下させることができる。好熱性の好気性菌及び中温性の好気性菌としては自然界に存在する公知の細菌が適用される。本実施形態に係る中温性の好気性菌、即ち中温菌として、有機性廃棄物を常温（２０℃）から中温域（３０〜４５℃の温域）へ導くために２０℃〜４５℃の範囲で少なくとも増殖可能な菌であることが好ましい。本実施形態に係る好熱性の好気性菌、即ち好熱菌として、有機性廃棄物を中温から高温域（約５０〜８５℃の温域）へ導くために約５０℃以上の温度で少なくとも増殖可能な菌であることが好ましい。中温性又は好熱性の好気性菌として具体的には、バチルス.アルヴェイ（B. alvei）、バチルス.アミロリチカス（B. amylolyticus）、バチルス.アゾトフィクサンス（B. azotofixans）、バチルス.サーキュランス（B. circulans）、バチルス.グルカノリチカス（B. glucanolyticus）、バチルス.ラーベー（B. larvae）、バチルス.ロータス（B. lautus）、バチルス.レンチモーバス（B. lentimorbus）、バチルス.マセランス（B. macerans）、バチルス.マッククオリエンシス（B. macquariensis）、バチルス.パバリ（B. pabuli）、バチルス.ポリミキサ（B. polymyxa）、バチルス.ポピリエー（B. popilliae）、バチルス.シクロサッカロリチカス（B. psychrosaccharolyticus）、バチルス.パルヴィフェイシェンス（B. pulvifaciens）、バチルス.チアミノリチカス（B. thiaminolyticus）、バチルス.ヴァリダス（B. validus）、バチルス.アルカロフィラス（B. alcalophilus）、バチルス.アミロリカフェイシャンス（B. amyloliquefaciens）、バチルス.アトロフェーアス（B. atrophaeus）、バチルス.カロテーラム（B. carotarum）、バチルス.ファーモス（B. firmus）、バチルス.フレクサス（B. flexus）、バチルス.ラテロスポラス（B. laterosporus）、バチルス.レンタス（B. lentus）、バチルス.リケニフォミス（B. licheniformis）、バチルス.メガテリウム（B. megaterium）、バチルス.ミコイデス（B. mycoides）、バチルス.ニアシニ（B. niacini）、バチルス.パントテニチカス（B. pantothenticus）、バチルス.パミラス（B. pumilus）、バチルス.シンプレックス（B. simplex）、バチルス.サブチリス（B. subtilis）、バチルス.サリンジェンシス（B. thuringiensis）、バチルス.スフェリカス（B. sphaericus）、ジオバチルス.サーモデニトリフィカンス(Geobacillus thermodenitrificans)、ジオバチルス.ステアロサーモフィルス(Geobacillus stearothermophilus)、ジオバチルス.コーストフィルス(Geobacillus kaustophilus)、ジオバチルス.サブテルラネンス (Geobacillus subterranens、ジオバチルス.サーモルーボランス(Geobacillus thermoleovorans)及びジオバチルス.カルドキシオシリチカス(Geobacillus caldoxylosilyticas)等が挙げられる。本実施形態において、戻し堆肥としては市販の堆肥を使用してもよく、本実施形態において発酵処理が完了した固形燃料を種菌として使用してもよい。市販品の種菌資材としては例えばメニコン社製（商品名：サーモマスター）を使用することができる。
【００２６】
有機性廃棄物には、本発明の効果を損なわない範囲内において微生物の発酵・増殖を促進するとともに、水分バランスを調整するためにさらに吸水性繊維質材料を配合してもよい。吸水性繊維質材料は入手が容易で且つ発酵処理後に生分解される天然の有機質材料が好ましく使用される。具体的には、パルプ、コットンリタ、バーク、オガ屑（おが粉）、もみ殻、稲わら、コーン粕、バガス、大豆粕、フスマ、菜種粕、米糠等の有機質材料が挙げられる。これらの有機質材料を餌として中温性の好気性菌の増殖が促進される。これらの有機質材料は、単独種類で使用してもよく、複数種類を組み合わせて使用してもよい。
【００２７】
本発明による発酵開始時における有機性廃棄物中の水分含有量は特に限定されないが、好ましくは３０〜９０質量％、より好ましくは４０〜８５質量％である。３０質量％以下であると中温性の好気性菌等の微生物が十分に増殖機能しないおそれがある。有機性廃棄物中の水分含有量が高い場合であっても、吸水性樹脂を配合させることによって原料をゲル化又は固化させることができる。それによって高含水有機性廃棄物の通気性を高め、微生物の好気的代謝を維持又は向上させることができる。
【００２８】
その他、有機性廃棄物には、通気性を確保するためにそば殻等の有機質廃材、パーライト等の多孔質鉱物等を配合することができる。
次に、上記のように構成された本実施形態の発酵処理方法を用いて製造された固形燃料の作用を説明する。
【００２９】
有機性廃棄物として例えば家畜排泄物を使用するとともに、家畜排泄物に吸水性樹脂として例えばポリアクリル系樹脂及び多糖類分解酵素として例えばエキソ型セルラーゼを配合した場合、家畜排泄物は以下のような反応作用によって分解される。まず、上記家畜排泄物、ポリアクリル系樹脂及びエキソ型セルラーゼを配合することにより原料調製工程が行なわれる。次に、好気性微生物による好気性発酵が行なわれる発酵処理工程が行なわれる。まず、家畜排泄物にポリアクリル系樹脂が配合された際、家畜排泄物中の過剰の水分がポリアクリル系樹脂により捕捉され有機性廃棄物はゲル化又は固化される。それにより有機性廃棄物中の通気性が確保される。一次分解としてまず家畜排泄物中の多糖類としてのセルロース等がセルラーゼ等の分解酵素により低分子化されて糖類が遊離する。それに伴い低分子化されたセルロース（セロオリゴ糖、グルコース等）を餌とする微生物が増殖する。微生物の増殖に伴い有機性廃棄物中の温度は約２〜３日で最高温度（中温域〜高温域（５０〜８５℃））へ上昇する。
【００３０】
次に、攪拌又はブロアー等の空気混入作業により積極的に原料に空気を混合させて好気的発酵を誘導する。空気混入作業は処理完了まで連続的に繰り返すことが好ましい。発酵処理により、水分含有率の低下、有機物の低分子化、高分子繊維やタンパク質等の低分子化等が行なわれる。
【００３１】
有機性廃棄物の発酵は、空気の供給量、外気温、水分率等にも左右されるが、通常２〜３ヶ月、堆肥化に長期間を要する場合には約６ヶ月で完了する。処理の完了は有機性廃棄物中の高分子有機物の低分子化及び水分含有率の低下により温度の低下を伴う。処理が完了することにより製造された固形燃料は、水分含有量も著しく減少している。
【００３２】
上記のように発酵処理を行なうことにより得られた固形燃料を適宜さらに乾燥処理を施してもよい。かかる乾燥処理を行なうことにより、さらに水分含有量を減少させ、高カロリ化を図ることができる。
【００３３】
本実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（１）本実施形態において、有機性廃棄物を原料として好気性微生物により発酵処理することにより得られる固形燃料において、多糖類分解酵素が配合されて発酵処理される。したがって、短時間で発酵処理を完了し、高カロリ化した固形燃料を得ることができる。
【００３４】
（２）本実施形態において、有機性廃棄物に合成樹脂が配合される。したがって、発酵処理後の固形燃料に対し高カロリ化に寄与することができる。
（３）本実施形態において、有機性廃棄物に好ましくは吸水性樹脂を配合して発酵処理を行なった。したがって、有機性廃棄物中の水分バランスを容易に行なうことができ、さらに発酵処理時間の短縮化を図ることができる。
【００３５】
（４）本実施形態において、有機性廃棄物に好ましくは吸水性樹脂を配合して発酵処理を行なった。この場合、全体として固形燃料化には過剰な水分含有率であっても、バーク、オガ屑、もみ殻等の天然の吸水性繊維質材料を配合しない条件下又は通常量より配合量を減量した条件下において発酵処理することができる。よって、有機性廃棄物全体の嵩の増加をかなりの部分抑制することができる。さらに、発酵処理によって低容量化を図ることができる。
【００３６】
（５）本実施形態において、吸水性樹脂としてアクリル樹脂、アミド樹脂、及びウレタン樹脂から選ばれる少なくとも一種から構成される樹脂が好ましく使用される。したがって、他の吸水性樹脂に比べ吸水性が高く且つ容易に入手することができる。
【００３７】
（６）本実施形態において、多糖類分解酵素として糖鎖の末端から特定数の糖単位を切断するエキソ型分解酵素が好ましく用いられる。したがって、エキソ型分解酵素を使用した場合、有機性廃棄物中の多糖類の急速な低分子化が抑制されるため、発酵処理中において有機性廃棄物が水分過多になるおそれがない。
【００３８】
（７）本実施形態において、好ましくは好熱性の好気性菌及び中温性の好気性菌の少なくとも一方を含有する戻し堆肥又は種菌資材が有機性廃棄物に配合されて発酵処理される。したがって、有機性廃棄物に安価に好気性微生物を配合することができ、容易に発酵処理を行なうことができる。
【００３９】
（８）本実施形態の発酵処理を用いた固形燃料の製造方法は、微生物を用いた分解・発酵処理であるため、物理的・化学的な処理方法に比べ、複雑な装置、大量の石灰等を必要とせず、副産物（更なる処理を必要とする二次処理物）も少なく、また化石燃料等のエネルギー消費量を抑制することができる。したがって、低コストで有機性廃棄物を固形燃料に処理することができる。
【００４０】
（９）本実施形態の固形燃料は、化石燃料の一部を代替することにより、温暖化の原因となる二酸化炭素の排出増加を抑制することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
【００４１】
・上記実施形態において、有機性廃棄物、及び多糖類分解酵素が混合される原料調製工程、次に、好気性微生物による好気性発酵が行なわれる発酵処理工程、最後に、合成樹脂が添加される合成樹脂添加工程が行なわれてもよい。この製造方法を用いても、合成樹脂を最初に配合した場合と同様に、高カロリ化した固形燃料を得ることができる。
【００４２】
・上記実施形態において、有機性廃棄物、及び多糖類分解酵素が混合される原料調製工程において、さらに水分調整をするために天然高分子由来のカルボキシメチルセルロース等の生分解性の吸水性樹脂が混合されてもよい。そして、その次に好気性微生物による好気性発酵が行なわれる発酵処理工程、最後に、合成樹脂が添加される合成樹脂添加工程が行なわれてもよい。この製造方法を用いた場合、高カロリ化した固形燃料を得ることができるとともに、吸水性樹脂を最初に配合したことにより、発酵処理を短時間で終了させることができる。
【００４３】
・上記実施形態において、有機性廃棄物の処理方法を固形燃料の製造方法として適用した。単にそのまま廃棄することが環境の悪化等を招く家畜排泄物、下水余剰汚泥等の廃棄物を、環境を悪化させるおそれのない処理物に処理する方法として適用することもできる。
【００４４】
・上記実施形態において、固形燃料の形状は特に限定されることはない。乾燥処理後の成形工程により、粉末状、粒状、ペレット状、ブロック体等に成形してもよい。これらの中で取り扱い性の観点から、ペレット状に成形されることが好ましい。
【００４５】
・上記実施形態として、好気性微生物として戻し堆肥又は種菌資材を由来とした。しかしながら、それらに限定されるものではなく、それ以外の好気性微生物を含有するものを使用してもよい。
【００４６】
・上記実施形態において、吸水性樹脂を発酵処理工程後に配合してもよい。それにより、乾燥工程を行なう場合は、その作業性が向上する。
【実施例】
【００４７】
次に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態を更に具体的に説明する。
各実施例及び比較例に示されるように、原料としての有機性廃棄物（各例によっては、吸水性樹脂及び／又は多糖類分解酵素を配合）について発酵処理を行なった場合における有機性廃棄物中の温度変化及び発酵処理後の発熱量について評価を行なった。温度変化は有機性廃棄物の表層より２５ｃｍ下部における温度変化について測定した。結果を図１に示す。
【００４８】
発熱量は、低位発熱量（総発熱量から水蒸気の凝縮潜熱を差し引いた熱量）を測定することにより行なった。日本の工業規格であるＪＩＳ Ｚ ７３０２−２：１９９９に従って、発酵処理後の固形燃料の低位発熱量を測定した。結果を表１に示す。
【００４９】
（実施例１）
有機性廃棄物として乳牛糞を用いた。該乳牛糞は、吸水性繊維質材料としておが粉を加えて混合することにより含水率を約８０％に調整した。次に、水分含有率が調整された乳牛糞１３Ｌに吸水性樹脂としてアクリル樹脂５００ｇ（ダイヤニトリックス社製、サンフレッシュＳＴ−５００Ｄ）、多糖類分解酵素としてエキソ型セルラーゼを含有する酵素資材（メニコン社製）約５ｇ、好気性微生物源として種菌資材（メニコン社製：製品名サーモマスター）６５ｍＬを加えて混合した。次に、有機性廃棄物の処理用機器（富士平工業社製：商品名かぐやひめ）を用いて発酵処理を行なうことにより実施例１の固形燃料を得た。
【００５０】
（比較例１）
有機性廃棄物として乳牛糞を用いた。該乳牛糞は、吸水性繊維質材料としておが粉を加えて混合することにより含水率を約７０％に調整した。次に、有機性廃棄物の処理用機器（富士平工業社製：商品名かぐやひめ）を用いて発酵処理を行なうことにより比較例１の固形燃料を得た。
【００５１】
（比較例２）
有機性廃棄物として乳牛糞を用いた。該乳牛糞は、吸水性繊維質材料としておが粉を加えて混合することにより含水率を約８０％に調整した。次に、水分含有率が調整された乳牛糞１３Ｌに多糖類分解酵素としてエキソ型セルラーゼを含有する酵素資材（メニコン社製）約５ｇ、好気性微生物源として種菌資材（メニコン社製：製品名サーモマスター）６５ｍＬを加えて混合した。次に、有機性廃棄物の処理用機器（富士平工業社製：商品名かぐやひめ）を用いて発酵処理を行なうことにより比較例２の固形燃料を得た。
【００５２】
（比較例３）
有機性廃棄物として乳牛糞を用いた。該乳牛糞は、吸水性繊維質材料としておが粉を加えて混合することにより含水率を約８０％に調整した。次に、水分含有率が調整された乳牛糞１３Ｌに吸水性樹脂としてアクリル樹脂５００ｇ（ダイヤニトリックス社製、サンフレッシュＳＴ−５００Ｄ）、好気性微生物源として種菌資材（メニコン社製：製品名サーモマスター）６５ｍＬを加えて混合した。次に、有機性廃棄物の処理用機器（富士平工業社製：商品名かぐやひめ）を用いて発酵処理を行なうことにより比較例３の固形燃料を得た。
【００５３】
（比較例４）
有機性廃棄物として乳牛糞を用いた。該乳牛糞は、吸水性繊維質材料としておが粉を加えて混合することにより含水率を約８０％に調整した。次に、水分含有率が調整された乳牛糞１３Ｌに吸水性樹脂として天然高分子（生分解性高分子）由来の架橋カルボキシメチルセルロース樹脂１３０ｇ（ティエヌケイ東日本社製）、多糖類分解酵素としてエキソ型セルラーゼを含有する酵素資材（メニコン社製）約８ｇ、好気性微生物源として種菌資材（メニコン社製：製品名サーモマスター）６５ｍＬを加えて混合した。次に、有機性廃棄物の処理用機器（富士平工業社製：商品名かぐやひめ）を用いて発酵処理を行なうことにより比較例４の固形燃料を得た。
【００５４】
（実施例２）
比較例４に記載される方法で製造した固形燃料５００ｇに廃パルプ及び廃プラスチック（主としてポリアクリル酸及びポリエチレン）等からなるＲＰＦ（Refuse Paper and Plastic Fuel）ペレット５００ｇを加え、混合することにより実施例２の固形燃料を得た。
【００５５】
【表１】
図１に示される結果より、実施例１においては処理開始から約２０時間まで急激に上昇し、さらに処理開始から約５０時間まで温度は上昇し続けた。発酵温度は、処理開始から約５０時間で最高温度の約６０℃に達した。その後、徐々に温度は低下して約１４０時間後に３０℃以下となった。比較例１は処理開始から約２０時間で発酵温度が最高温度の約４８℃に達した。その後、処理開始から約５０時間まで最高温度を維持した後、徐々に温度は低下して約１５０時間後に常温に戻った。比較例２は処理開始から約２０時間で発酵温度が最高温度の約４０℃に達した。その後、処理開始から約４０時間まで最高温度を維持した後、徐々に温度は低下して約１５０時間後に常温に戻った。比較例３は処理開始から約２０時間で発酵温度が最高温度の約５０℃に達した。その後、処理開始から約７０時間まで最高温度を維持した後、徐々に温度は低下して約１５０時間後に常温に戻った。以上により、多糖類分解酵素、吸水性の合成樹脂及び種菌資材により発酵が促進されることが確認された。これらのいずれの材料が欠けても発酵温度を十分に高めることができないことが確認される。比較例１〜３は、発酵処理における最高温度が実施例１に比べ１０℃以上低く、水分含有率の低下、有機物の低分子化、高分子繊維やタンパク質等の低分子化による高カロリ化した固形燃料を得るためには、さらに長時間を要するものと思料される。
【００５６】
また、表１に示したように、アクリル樹脂を吸水性樹脂として配合した方が（実施例１）、合成樹脂を配合しない場合（比較例１）より高い低位発熱量を示すことが確認された。有機性廃棄物を発酵させるのみでは、発熱量を十分に高めることはできないことが確認された。また、比較例４の結果より、配合する樹脂が生分解性の樹脂では固形燃料の高カロリ化に寄与することはできないことが確認された。これは、天然化合物由来の架橋カルボキシメチルセルロース樹脂が微生物により分解してしまうことによるものと推認される。また、表１に示されるように実施例２の結果から、発酵処理後の比較例４の固形燃料に合成樹脂を含有するＲＰＦを加えることで、最終的な発熱量を上昇させることができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】各実施例及び比較例における発酵処理物の発酵処理中における温度と時間の関係を示すグラフ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物を原料として、好気性微生物により発酵処理することにより得られるとともに、さらに合成樹脂が配合されている固形燃料において、
前記有機性廃棄物に多糖類分解酵素が配合されて前記発酵処理が行なわれることを特徴とする固形燃料。
【請求項２】
前記合成樹脂は、吸水性樹脂であり、前記発酵処理前に有機性廃棄物に混合されることを特徴とする請求項１に記載の固形燃料。
【請求項３】
前記吸水性樹脂は、アクリル樹脂、アミド樹脂、及びウレタン樹脂から選ばれる少なくとも一種より構成されていることを特徴とする請求項２に記載の固形燃料。
【請求項４】
前記多糖類分解酵素は、少なくとも中性領域から塩基性領域で活性を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の固形燃料。
【請求項５】
前記多糖類分解酵素は、セルロース分解酵素及びヘミセルロース分解酵素から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の固形燃料。
【請求項６】
前記多糖類分解酵素は、糖鎖の末端から特定数の糖単位を切断するエキソ型分解酵素であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の固形燃料。
【請求項７】
前記好気性微生物は、好熱性の好気性菌及び中温性の好気性菌の少なくとも一方を含有する戻し堆肥又は種菌資材が由来であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の固形燃料。
【請求項８】
前記有機性廃棄物は、家畜排泄物、下水余剰汚泥及び食品廃棄物から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の固形燃料。
【請求項９】
さらにパルプ、コットンリタ、バーク、オガ屑、もみ殻、稲わら、コーン粕、バガス、大豆粕、フスマ、菜種粕、及び米糠から選ばれる少なくとも一種の吸水性繊維質材料が前記有機性廃棄物に配合されて発酵処理されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の固形燃料。
【請求項１０】
有機性廃棄物から好気性微生物による発酵処理により固形燃料を得るための固形燃料の製造方法において、
前記有機性廃棄物、多糖類分解酵素、及び合成樹脂が混合される原料調製工程、
次に、好気性微生物による好気性発酵が行なわれる発酵処理工程からなることを特徴とする固形燃料の製造方法。
【請求項１１】
前記合成樹脂は、吸水性樹脂であることを特徴とする請求項１０に記載の固形燃料の製造方法。
【請求項１２】
前記発酵処理工程後、さらに乾燥処理が行なわれることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の固形燃料の製造方法。
【請求項１３】
前記乾燥処理後、ペレット状に成形される成形工程が行なわれることを特徴とする請求項１２に記載の固形燃料の製造方法。
【請求項１４】
有機性廃棄物から好気性微生物による発酵処理により固形燃料を得るための固形燃料の製造方法において、
前記有機性廃棄物、及び多糖類分解酵素が混合される原料調製工程、
次に、好気性微生物による好気性発酵が行なわれる発酵処理工程、
次に、合成樹脂が添加される合成樹脂添加工程からなることを特徴とする固形燃料の製造方法。
【請求項１】
有機性廃棄物を原料として、好気性微生物により発酵処理することにより得られるとともに、さらに合成樹脂が配合されている固形燃料において、
前記有機性廃棄物に多糖類分解酵素が配合されて前記発酵処理が行なわれることを特徴とする固形燃料。
【請求項２】
前記合成樹脂は、吸水性樹脂であり、前記発酵処理前に有機性廃棄物に混合されることを特徴とする請求項１に記載の固形燃料。
【請求項３】
前記吸水性樹脂は、アクリル樹脂、アミド樹脂、及びウレタン樹脂から選ばれる少なくとも一種より構成されていることを特徴とする請求項２に記載の固形燃料。
【請求項４】
前記多糖類分解酵素は、少なくとも中性領域から塩基性領域で活性を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の固形燃料。
【請求項５】
前記多糖類分解酵素は、セルロース分解酵素及びヘミセルロース分解酵素から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の固形燃料。
【請求項６】
前記多糖類分解酵素は、糖鎖の末端から特定数の糖単位を切断するエキソ型分解酵素であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の固形燃料。
【請求項７】
前記好気性微生物は、好熱性の好気性菌及び中温性の好気性菌の少なくとも一方を含有する戻し堆肥又は種菌資材が由来であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の固形燃料。
【請求項８】
前記有機性廃棄物は、家畜排泄物、下水余剰汚泥及び食品廃棄物から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の固形燃料。
【請求項９】
さらにパルプ、コットンリタ、バーク、オガ屑、もみ殻、稲わら、コーン粕、バガス、大豆粕、フスマ、菜種粕、及び米糠から選ばれる少なくとも一種の吸水性繊維質材料が前記有機性廃棄物に配合されて発酵処理されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の固形燃料。
【請求項１０】
有機性廃棄物から好気性微生物による発酵処理により固形燃料を得るための固形燃料の製造方法において、
前記有機性廃棄物、多糖類分解酵素、及び合成樹脂が混合される原料調製工程、
次に、好気性微生物による好気性発酵が行なわれる発酵処理工程からなることを特徴とする固形燃料の製造方法。
【請求項１１】
前記合成樹脂は、吸水性樹脂であることを特徴とする請求項１０に記載の固形燃料の製造方法。
【請求項１２】
前記発酵処理工程後、さらに乾燥処理が行なわれることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の固形燃料の製造方法。
【請求項１３】
前記乾燥処理後、ペレット状に成形される成形工程が行なわれることを特徴とする請求項１２に記載の固形燃料の製造方法。
【請求項１４】
有機性廃棄物から好気性微生物による発酵処理により固形燃料を得るための固形燃料の製造方法において、
前記有機性廃棄物、及び多糖類分解酵素が混合される原料調製工程、
次に、好気性微生物による好気性発酵が行なわれる発酵処理工程、
次に、合成樹脂が添加される合成樹脂添加工程からなることを特徴とする固形燃料の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２００９−１４９８１３（Ｐ２００９−１４９８１３Ａ）
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３０５６５（Ｐ２００７−３３０５６５）
【出願日】平成１９年１２月２１日（２００７．１２．２１）
【出願人】（０００１３８０８２）株式会社メニコン (150)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２１日（２００７．１２．２１）
【出願人】（０００１３８０８２）株式会社メニコン (150)
【Ｆターム（参考）】
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