油分解処理槽
【課題】油脂分解剤を用いた際に、温度、水分、外部空気の供給において菌が活動しやすい条件を作り上げ、含油廃棄物を迅速に分解する方法を提供する。
【解決手段】本発明の油分解処理槽１０は、底部に水を貯めることができ、この水を加熱する熱源を有する外殻容器２０と、外殻容器２０内に設置され、油脂分解菌を含有する腐植からなる油脂分解剤Ｍ１６および含油廃棄物Ｍ１７を貯留するための内殻容器３０とを含む二重構造であって、両容器は水の加熱により発生する蒸気が連通することを特徴とする。さらに、内殻容器２０内の油脂分解剤Ｍ１６および含油廃棄物Ｍ１７からなる菌床Ｍ１５内に蒸気を循環させるための循環手段４０を有する。さらに、循環手段４０と内殻容器３０の下部との間に設置される通気手段５０を有する。
【解決手段】本発明の油分解処理槽１０は、底部に水を貯めることができ、この水を加熱する熱源を有する外殻容器２０と、外殻容器２０内に設置され、油脂分解菌を含有する腐植からなる油脂分解剤Ｍ１６および含油廃棄物Ｍ１７を貯留するための内殻容器３０とを含む二重構造であって、両容器は水の加熱により発生する蒸気が連通することを特徴とする。さらに、内殻容器２０内の油脂分解剤Ｍ１６および含油廃棄物Ｍ１７からなる菌床Ｍ１５内に蒸気を循環させるための循環手段４０を有する。さらに、循環手段４０と内殻容器３０の下部との間に設置される通気手段５０を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含油廃棄物の油分解処理槽に関し、より詳細には使用済みの食物油や鉱油のような含油廃棄物を油分解菌で簡易に分解処理する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
学校給食、スーパーストア、ホテル、大型店舗などから一度に大量に出される廃食油はそれなりの分別と流通のシステムがあるため、回収と再利用が可能である。しかし、家庭から廃棄される廃食油は、一部で瓶、ＰＥＴボトルに詰めて石鹸・燃料製造業者に送られる場合もあるが、多くの自治体が分別ごみに廃食油を含めていないこともあって、廃食油のほとんどが生ごみとして処理されている。
【０００３】
環境保全に理解のある家庭や主婦は、廃食油を油固化剤で固めて燃えるごみとして廃棄しているが、そうでない家庭では、料理に使われた油をそのまま廃棄することもある。これでは、下水管の詰まりや、河川や土壌の汚染となって環境を悪化させる原因となる。
【０００４】
家庭で生ごみを簡易に処理する方法として、家庭用生ごみ処理機の使用が知られている。家庭用生ごみ処理機には、コンポスト型、乾燥型、炭化型、微生物分解型などがあるが、これらの中で油脂や油に対応するものは、微生物分解型である。しかし、微生物分解型であっても、油脂や油を常温で微生物処理可能な菌や菌材料（バイオチップなど）は少なく、存在しても分解効率が低くて実用性に乏しい。したがって、現状の家庭用生ごみ処理機で油脂や植物油を簡易に処理することは難しい。
【０００５】
本出願人は、これまで含油廃棄物を処理する方法の開発を続け、これに関連して２件の発明を特許出願している。その特開２００２−１８４０１（特許文献１、有機性廃棄物の処理方法）では、油脂や油を含む廃棄物を処理する方法として、油吸着剤を廃棄物中に混入させることを提案した。また、特開２００４−１４１７６６（特許文献２（油脂分解剤とその製造方法および使用方法）では、排水中の油、油脂分を分解するのに好適な油脂分解剤およびその使用方法を提案した。
【特許文献１】特開２００２−１８４０１
【特許文献２】特開２００４−１４１７６６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本出願人が提案した上記の油脂分解剤やその使用方法を、現状の家庭用生ごみ処理機に適用することはそう簡単ではない。なぜなら、油分解剤を用いて油脂や油を分解する油分解処理槽で微生物の特性を発揮させるためには、温度、水、外部空気の条件が適当でなければならないが、それを容易に作る家庭用生ごみ処理機は存在しないからである。
【０００７】
温度に関して、従来の家庭用生ごみ処理機内で菌床を加熱するには、電気式のコイルヒーター、リボンヒーター、プレートヒーターなどを菌床容器の壁の外側に設置することになる。これでは容器の壁が高温になりやすい。しかし、菌が高温壁に接することは好ましくない。加熱器を壁全体に均一に配置できないために、壁が局部的に熱くもなる。これらの欠点を改善しようとして容器壁の熱密度（単位面積あたりの貫通熱量）を平均化すると、容器の価格上昇を招く。
【０００８】
既存の各種のリアクターもまた、隔壁の外側から加熱する方式のために、菌床内に温度分布が生じやすい。リアクター内温度分布をなくすために撹拌機を付帯させても、完全な撹拌機がないので、横または縦方向に温度分布が生じる。
【０００９】
水分については、高精度で操作し易く安価な水分測定器が存在せず、菌床の水分制御が非常に難しいという問題がある。菌床に導入する外部空気中の湿度は、季節によらず一定が好ましいところ、価格の問題でそのような考慮がなされているものはない。
【００１０】
油分解処理槽への外部空気（酸素）の供給は、多ければ菌床温度の低下となって菌の活動を不活発にする。逆に少なければ嫌気状態となって悪臭が発生する。家庭の廃棄物は日々変わるために、空気要求量も変動しやすい。したがって、空気供給量の調整は相当難しい。
【００１１】
上記問題に鑑みで、本発明の目的は、本出願人が提案した油脂分解剤を用いた含油廃棄物処理の改善方法であって、温度、水分、外部空気の条件を菌が活動しやすいものにでき、その結果含油廃棄物を迅速かつ容易に分解する装置およびその使用方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、油分解菌の使用条件や油分解処理槽の在来技術の見直しから始まっていろいろな問題点を鋭意検討した結果、以下の装置により上記課題を解決できることを見出した。すなわち、本発明は、底部に水を貯めることができ、この水を加熱する熱源を有する外殻容器と、該外殻容器内に設置され、油脂分解菌を含有する腐植からなる油脂分解剤および含油廃棄物を貯留するための内殻容器とを含む二重構造の油分解処理槽であって、両容器は水の加熱により発生する蒸気が連通するように構成されていることを特徴とする前記油分解処理槽を提供する。
【００１３】
本明細書において、含油廃棄物とは、油または油脂を含有する液状または固状の廃棄物の総称をいう。含油廃棄物には、廃油そのものを含まれる。
【００１４】
前記油分解処理槽は、さらに、前記内殻容器内の前記油脂分解剤および含油廃棄物からなる菌床内を通って前記蒸気を循環させるための循環手段を有することが好ましい。
【００１５】
前記循環手段は、例えば内殻容器の上部と下部とを容器の外部で連結する通路の途中に設けた循環ファンからなる。
【００１６】
前記油分解処理槽は、さらに、前記循環手段と内殻容器下部との間に設置される通気手段を有することが好ましい。
【００１７】
前記通気手段は、例えば内殻容器下部に設置されるメッシュ管または多孔管からなる。
【００１８】
本発明の油分解処理槽の作用を説明すると、加熱源を有する外殻容器内に内殻容器を収め、両容器を上部で連通させた二重構造の油分解処理槽の内殻容器内に油脂分解菌を含有する腐植からなる油脂分解剤および含油廃棄物を投入し、該外殻容器の底部に水を投入し、前記加熱源で水を加熱する。加熱により発生する蒸気は前記内殻容器の内部を加湿する。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の油分解処理槽によれば、外殻容器内の水を加温して蒸気とし、外殻容器および内殻容器内の雰囲気を常に湿潤状態としたので、油分解菌の活動が活発となる。外殻容器と内殻容器の間に高温の蒸気が常に循環し、菌床の温度を限りなく均一化するので、分解効率が従来よりも顕著に改善される。外殻容器の熱損失を蒸気が補っており、外部温度変動の菌床への影響が緩和される。
【００２０】
請求項２に記載の油分解処理槽は、前記内殻容器内の前記油脂分解剤および含油廃棄物からなる菌床内を通って前記蒸気を循環させるための循環手段を有するようにしたので、内殻容器内の菌床に、外殻容器内へ外部空気、蒸気、分解ガスなどを含む混合気体を効率的に供給することが可能となる。
【００２１】
請求項３に記載の油分解処理槽によれば、前記循環手段を、内殻容器の上部と下部とを容器の外部で連結する通路の途中に設けた循環ファンとしたので、空気、蒸気、分解ガスなどを含む混合気体の流れる方向を、菌床の下部から上部へのアップフロー式、上部から下部へのダウンフロー式のいずれも可能にする。
【００２２】
請求項４に記載の油分解処理槽は、前記循環手段と内殻容器下部との間に設置される通気手段を有するようにしたので、混合気体の菌床内への通気が、菌床内の菌体と酵素の拡散を助け、菌床上下や横方向の温度差が少ない均一な加温を保証するとともに、菌床の湿度を所望の状態に安定に保つ。
【００２３】
請求項５に記載の油分解処理槽によれば、前記通気手段を、内殻容器下部に設置されるメッシュ管または多孔管で構成したので、メッシュ管をアップフロー式の循環ファンに連結した場合、メッシュ管から外部空気、蒸気、分解ガスなどを含む混合気体が吹き出して菌床に供給される。菌床内を通った混合気体は、菌床上面から保水カバーを通って、循環ファンの吸入口に戻る。こうして、菌床内の菌体と酵素の拡散、菌床上下や横方向の温度差の解消、菌床の湿度の適正な管理をより一層確実にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
添付の図面を用いて、本発明の実施の形態をより詳細に説明する。油分解菌が含油廃棄物中に含まれるセルロース、脂肪、蛋白質、糖、デンプンなどの餌を食べて分解するためには、含油廃棄物と油分解菌との接触面において、ある程度の温度と、水分および外部空気（酸素）の供給が必要である。
【００２５】
水分の供給と調整を容易にするために、本発明の油分解処理槽１０は、加熱蒸気を利用する。具体的には、本発明の油分解処理槽１０は、加熱源を有する外殻容器２０内に内殻容器３０を収め、両容器の上部同士を蒸気が連通するように構成された二重構造を採用する。内殻容器３０内に油脂分解剤および含油廃棄物を含む菌床を投入し、外殻容器２０の底部に水を投入し、加熱源で水を加熱することにより発生する蒸気で内殻容器内の試料を加湿する。
【００２６】
外殻容器２０の内側と内殻容器３０の外側との間に形成される空間の底部には、温水Ｍ１１を貯めるための温水貯留域２１を設ける。そして、この空間に常に湯温と平衡の蒸気Ｍ１３を存在させる。温水Ｍ１１から立ち上がる蒸気Ｍ１３によって、内殻容器３０内の菌床Ｍ１５を加熱および加湿する。蒸気Ｍ１３は、他の熱源と異なり、菌床全体をやさしく加熱する。また、内殻容器３０の保温も可能である。
【００２７】
温水Ｍ１１を貯留する温水貯留域２１には、水を加熱するための熱源として電気加熱器２２を設ける。電気加熱器２２の主たる負荷（加熱容量）は、油脂の分解が始まっている定常状態ではほぼ外殻容器２０の表面の放散熱量となる。よって、電気加熱器の加熱容量は小さくてよく、通常、３０〜１００ｋｃａｌ／ｍ２・ｈであり、好ましくは４０〜９０ｋｃａｌ／ｍ２・ｈである。
【００２８】
外殻容器２０の蓋２４には、原料投入口２５、および外部空気Ｍ１４の取り入れ、分解ガスなどの排出のための通気口２６が設けられる。発酵の速度は、いわゆる化学反応よりも遅いので、通気口２６の大きさが適度であれば、必要な外部空気の流入量、流出量が確保される。
【００２９】
外殻容器２０の蓋２４は、図１Ｂに示すように、長手方向にかまぼこ型の曲面を形成することが好ましい。かまぼこ型蓋２４の内面では、外殻容器２０内の蒸気Ｍ１３が凝縮する。その凝縮液は、かまぼこ型蓋２４に沿って周壁２３に集められ、さらに周壁２３を伝い温水貯留域２１に流下する。
【００３０】
図１Ａの例のように、外殻容器２０の温水貯留域２１の横にＵ字管式シール２７を設け、微増する水を排出するようにしてもよい。
【００３１】
外殻容器２０内には、内殻容器３０が収納される。内殻容器３０は、混合気体Ｍ１２が外殻容器２０からも流出入できるように、上部で外殻容器２０と連通している。
【００３２】
図１Ａおよび１Ｂに示すように、内殻容器３０の菌床Ｍ１５内には、撹拌手段３１を設けることが好ましい。撹拌手段３１は、含油廃棄物Ｍ１７の投入時や水の補給時に、菌床内部の均質化に寄与する。撹拌手段３１に特別な制限はなく、ニーダー式（図１Ａ）、スクリュー式、パドル式などの汎用のものでよい。
【００３３】
図１Ａおよび１Ｂに示すように、内殻容器３０の菌床Ｍ１５の上面には、布などでできた保水カバー３３で覆うことが好ましい。保水カバー３３により、菌床Ｍ１５の表面の乾燥を防止できる。さらに、保水カバー３３を支持するための格子を設けてもよい。
【００３４】
本発明の油分解処理槽１０は、内殻容器３０内の油脂分解剤Ｍ１６および含油廃棄物Ｍ１７を含む菌床Ｍ１５内を通って蒸気Ｍ１３を循環させるための循環手段４０を設けることが好ましい。循環手段４０は、内殻容器３０内の菌床Ｍ１５に、外部空気Ｍ１４、蒸気Ｍ１３、分解ガスなどを含む混合気体Ｍ１２を外殻容器へ供給する。
【００３５】
循環手段４０の例として、図１Ａでは、外殻容器２０の外側であって、内殻容器３０の上部と下部とを容器の外部で連結する通路の途中に設けた循環ファン４１が示されている。循環ファン４１は、混合気体Ｍ１２の流れ方向を菌床Ｍ１５の下部から上部へのアップフロー式、上部から下部へのダウンフロー式のいずれも可能にする。菌床Ｍ１５内の状態や分解工程に応じて、適宜、使い分けることもできる。
【００３６】
循環手段４０の別の例として、図２Ａのように、外殻容器２０の内側であって、内殻容器３０の下部に連結したエアポンプ４２でもよい。
【００３７】
本発明の油分解処理槽１０は、循環手段４０と内殻容器３０の下部との間に設置される通気手段５０を有することが好ましい。通気手段５０による混合気体Ｍ１２の菌床Ｍ１５内への通気は、菌床Ｍ１５内の菌体と酵素の拡散を助け、菌床上下や横方向の温度差の小さい均一な加温を保証するとともに、菌床の湿度を所望の状態に安定に保つ。その結果、菌床の撹拌と加湿が同時に行なわれて油分解がより効率的となる。なお、混合気体Ｍ１２は加熱されているので、通気量を増やしても、菌床が冷却されることはない。
【００３８】
通気手段５０の構造は、循環手段４０から送られてきた混合気体Ｍ１２を菌床１５方向へ一定の流速で噴出できるものであればよい。その例として、図１Ｂおよび１Ｃでは、内殻容器３０の下面を長手方向に切り欠いてそこに半割りの管３２が溶接され、その内部にメッシュ管５１（または多孔管）が設置される。メッシュ管５１には、循環ファン４１が連結される。循環ファン４１がアップフロー式の場合に、メッシュ管５１から混合気体Ｍ１２が吹き出し、菌床Ｍ１５に供給される。菌床Ｍ１５内を通った混合気体Ｍ１２は、菌床上面から保水カバー３３を通って、循環ファン４１の吸入口に戻る。
【００３９】
通気手段５０の別の例として、図２Ａでは、内殻容器３０の下部に金網５２が設置される。金網５２の孔は、菌床Ｍ１５を保持するが、通気が可能な程度の径を有する。金網５２の下には、循環手段４０としてのエアポンプ４２が連結されている。エアポンプ４２から金網５２を介して混合気体Ｍ１２が吹き出して、菌床Ｍ１５に供給される。菌床M１５内を通った混合気体Ｍ１２は、菌床上面から保水カバー３３を通って、エアポンプ４２の吸入口に戻る。
【００４０】
次に、図１Ａの油分解処理槽１０の使用方法を説明する。まず、内殻容器３０内に、油脂分解剤Ｍ１６を投入して、菌床Ｍ１５の基礎を形成する。含油廃棄物M１７の種類や形状によっては、菌床Ｍ１５の通気抵抗を改善するためのパッキング材Ｍ１８を使用することもできる。パッキング材の例として、粒状炭、木炭、パーライト、バーミキュライト、ココチップが挙げられる。
【００４１】
油脂分解剤Ｍ１６は、腐植に微生物の栄養源を加え発酵させたものである。微生物の栄養源の例は、米糠、フスマ、麦糠、大豆粕、菜種粕、綿実粕、ごま粕、ドロマイト、油脂類、無機化合物、ミネラル、ビタミンなどである。これらは、腐植に含まれるＰ２０５、Ｋ２０、ＣａＯ、ＭｇＯなどの成分を増したり、他成分を補充したりして細菌の増殖を活発にする。そして油分解酵素リパーゼの生産を高めている。これらの栄養源が細菌増殖とリパーゼ生産に役割分担しているが、例えば無機物のうちのＣａＣＯ３はこれを添加しないときに比べて添加すると大幅にリパーゼの生産が高くなる。このようにそれぞれの栄養源が複合的に活躍して細菌増殖とリパーゼ生産に寄与している。
【００４２】
前記発酵は、アルカリ液の添加によりｐＨ７〜９、および、含水率が好ましくは４０〜６０％に調整された状態で行われる。ｐＨおよび含水率を上記範囲に調整することによって、バチルス属細菌や放線菌を活発に繁殖させることができる。
【００４３】
発酵条件は、培養温度が通常、３０〜７０℃、好ましくは４０〜６０℃、発酵期間は、通常、１〜３週間、好ましくは７〜１４日である。発酵を促進させるために、一般に、通気や撹拌によって好気性条件下にすることが好ましい。
【００４４】
発酵によって得られる物質は、バチルス属細菌や放線菌および従属栄養細菌が腐植１ｇ当たり１０６個以上となり、特に好ましくは１０７個以上となり、油分解特性が向上している。油分解性だけでなく、デンプン分解性、タンパク質分解性および悪臭分解性も向上する。
【００４５】
油脂分解剤Ｍ１６は、腐植に微生物の栄養源を加え発酵させたものにさらに油脂および炭素源を加えて再発酵させたものが特に好ましい。再発酵により、油脂の分解に有機物を必要としないバチルス属細菌、放線菌のような独立栄養細菌だけでなく、油脂分解に有機物を必要とする従属栄養細菌が多く増殖することができ、油分解性をさらに高めることにつながる。再発酵は、約１週間の自然発酵でよい。温度は、通常、２０〜４０℃でよい。このような油脂分解剤は、エンザイム株式会社製から商品名「ベノ」（登録商標）が市販されており、これを本発明に用いることができる。ベノは、特に油脂分解性を強化するために上記した再発酵が行なわれた結果、油脂分解能力に極めて優れる。
【００４６】
油脂分解剤Ｍ１６の形状は、粉末、顆粒状、ペレットなどである。含油廃棄物Ｍ１７が固状の場合は粉状や顆粒状が好ましく、液状の場合はペレット状が好ましい。ペレットは、例えば直径５〜２０ｍｍ、長さ５〜３０ｍｍの円柱形、直径１〜１０ｍｍの球形、縦横長さ各５〜１０ｍｍ、厚さ２〜５ｍｍの板状に成型する。
【００４７】
油脂分解剤Ｍ１６の投入量は、内殻容器３０の容積に対して、通常、６０〜９０％であり、好ましくは７０〜８０％である。ペレットを粒状にて含油廃棄物を含む液状の廃棄物に適用する場合は、メッシュ状の袋に入れて槽内に吊るすこともできる。
【００４８】
内殻容器３０内の菌床Ｍ１５の含水率を、通常、３５〜６０重量％、好ましくは３８〜５０重量％に調整する。含水率を上記範囲に維持すると、油や油脂が良好に分解して、品温が約６０℃になる。
【００４９】
次に、内殻容器３０内に含油廃棄物Ｍ１７を投入する。含油廃棄物の例には、食品に使われる植物性や動物性の油脂、天ぷら廃油のような廃食油、グリース・トラップの油脂、廃切削油、廃マシーン油、廃モーターオイルのような鉱物系廃油、ならびにこれらの油脂を含む生ごみのような含油廃棄物や含油排水が挙げられる。
【００５０】
含油廃棄物Ｍ１７の投入量は、内殻容器３０の容積に対して、通常、５〜２５％であり、好ましくは１０〜１５％である。
【００５１】
菌床Ｍ１５のｐＨは、微生物反応の重要な因子である。ｐＨの適正範囲は、通常、６〜９であり、より好ましくは７．５〜８．５である。外部空気の供給量、水分、温度の条件が適切に選定されれば、ｐＨ変動は少ないため、アルカリ剤の添加は通常必要ない。
【００５２】
水を電気加熱器２２で加熱し、温水Ｍ１１を作るとともに、蒸気Ｍ１３を発生させる。加熱の温度は、通常、３０〜７０℃であり、好ましくは３５〜６０℃である。ｋＷ容量を一度設定したら、温度制御の必要はない。
【００５３】
外殻容器２０内の温度は、上記温水Ｍ１１と平衡の温度となる。この温度は、植物油では４５〜６０℃が適温である。容器内上部の温度を４０〜５０℃の範囲で一定として操作すると、内殻容器３０内の菌床Ｍ１５の温度は、発酵により当初温度より１０℃程度高くなる。
【００５４】
加熱で発生した蒸気Ｍ１３を循環ファン４１で内殻容器３０へ送る。循環ファン４１を運転する際、混合気体Ｍ１２の菌床内の供給量は、単位菌床量（ｍ３）当たり、通常、３〜３０ｍ３／ｍ３・分、好ましくは１０ｍ３／ｍ３・分程度にするとよい。こうすると、菌床Ｍ１５の平面、上下の全面において発酵しているのが認められ、極めて良好な状態となる。
【００５５】
内殻容器３０内の含油廃棄物Ｍ１７は、油脂分解剤Ｍ１６の存在下で、空気供給量、水分、温度、ｐＨが適正に管理される。油は、撹拌手段３１で適宜撹拌されながら、時間ととともに油脂分解菌によってグリセリンと脂肪酸になる。グリセリンと脂肪酸は、さらに生物処理によってＣＯ２とＨ２Ｏまで分解される。これらの分解ガスは、外殻容器２０の蓋２４の隙間や通気口２６から外部に拡散する。逆に、これらの場所から新鮮な外部空気Ｍ１４も流入する。
【００５６】
脂肪酸は、その分解過程で大量のエネルギーを発生する。脂肪酸の一例として、パルミチン酸は、式（１）：
Ｃ１６Ｈ３２０２十２３０２→１６ＣＯ２十１６Ｈ２０十２３３８ｋｃａｌ（１）
【００５７】
式（１）の異化反応（発エネルギー反応）で発生したエネルギーは、ＡＴＰ（アデノシン三リン酸）として取り出され、他の有機物の同化反応（吸エネルギー反応）に使われて、有機物の生合成に役立つことになる。例えば、生物処理過程におけるグリセリン→グリセリンリン酸の反応の進行に必要なエネルギーとして吸収利用される。このように、油脂分解菌による油分解と生物処理を組み合わせるによって、エネルギーバランスがとれて、油脂除去を円滑に進ませることができる。
【００５８】
本発明の油分解処理槽を用いた油分解処理方法は、外部空気（酸素）の存在と分解温度が適切に管理されるので、悪臭のもととなるノルマル酪酸、プロピオン酸、ノルマル吉草酸、イソ吉草酸などの揮発性脂肪酸が効率よく分解される。よって悪臭が発生しない。また、分解触媒も必要としない。
【００５９】
油分解後、油はなくなって、微生物が生息する菌床Ｍ１５だけが残る。含油廃棄物Ｍ１７を継続的に与えることで、微生物の増殖、酵素生産、油脂分解の連鎖反応が継続するので、菌床Ｍ１５を長期間（例えば半年〜１年間）にわたり連続使用可能である。
【００６０】
内殻容器３０に含油廃棄物Ｍ１７を一度投入したら、１〜１０日毎に、含油廃棄物を投入することを繰り返す。切り返しや空気供給を継続すると、含油廃棄物の量が内殻容器に貯まることなく、油分と廃棄物を除去できる。
【００６１】
発酵が進行すると、菌床Ｍ１５は乾燥する。菌床Ｍ１５内の含水率を維持して菌床の乾燥を防止するために、内殻容器３０に含油廃棄物を投入する毎に一定量の水を滴下する。水の滴下量は、１日２４時間操業で、通常、菌床重量の５〜１２％であり、好ましくは６〜１０％である。
【実施例】
【００６２】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。しかし、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００６３】
〔実施例１〕
市販のすし飯保温容器（表面積０．６ｍ２、容積２３Ｌ、電気加熱器の消費電力量４７Ｗｈ（４０ｋｃａ１／ｈ））を外殻容器２０として用い、その内側に内殻容器３０（径２１０ｍｍ、高さ１８０ｍｍ、容積６Ｌ）およびエアポンプ４２（風量２．９Ｌ／分）を組み込んで、図２Ａに示す油分解処理槽１０を作製した。電気加熱器の加熱容量は、６７ｋｃａｌ／ｍ２であった。
【００６４】
次に、内殻容器３０内に、油脂分解剤Ｍ１６（商品名：ベノ、形式ＥＺ−ＭＢ−５００、エンザイム株式会社製）２０００ｇを深さ１２０ｍｍとなるように敷設して、菌床Ｍ１５を形成した。油脂分解剤の特性を表１に示す。
【００６５】
【表１】
【００６６】
菌床の含水率を４５％に調整した。外殻容器内の電気加熱器をＯＮし、温水を５８℃にした。
【００６７】
次いで、市販の植物油１００ｇ（菌床の５重量％に相当）を添加した。このとき菌床と植物油を金属ヘラで撹拌した。次いで、循環ファン２３を起動し、油分解操作を開始した。
【００６８】
開始後まもなく、菌床温度は６３℃に上昇し、発酵が順調に進行した。２日後、油はなくなって、微生物が生息する菌床Ｍ１５だけが残り、油の分解はほぼ終了したことを確認した。
【００６９】
菌床の含水率が元の４５％に戻るように内殻容器内に水を滴下した。再び、２００ｇの植物油を添加した。以後、この操作を繰り返した。加湿により乾燥を防ぐことができたため、水分調整の負担が大幅に減じた。その結果、含油廃棄物の量が内殻容器に貯まることなく、油の除去ができた。
【００７０】
〔実施例２〕（グリセリンの分解処理）
実施例１の油分解処理槽を用いてグリセリン分解を２週間実施した。まず、実施例１の内殻容器３０内に油分解剤Ｍ１６（商品名ベノ）１０５０ｇ（全体の７０％相当）と粒状炭４５０ｇ（３０％相当）を混合した菌床Ｍ１５を敷設し、加熱器循環ファンをスタートさせた。粒状炭は非成型品で３メッシュ（６．７３ｍｍ）の篩下が７５％、そして篩上が２５％である。粒状炭は菌床内の外部空気の流通をよくすることと、高価なベノの使用量を低減するためである。
【００７１】
次いで、市販のグリセリンを菌床全体１５００ｇの２％に相当する３０ｇを投入した。グリセリンの投入に際しては、菌床の過乾燥防止のため投入する補給水と混ぜ合わせて投入した。
【００７２】
グリセリンと水はよく溶け合い、グリセリンの菌床への分散性を向上させ、好ましい。投入する水の量は、１日当たり、ベノ重量の５〜１０％程度（好ましくは６〜８％）であった。
【００７３】
開始後まもなく、菌床温度は上昇しはじめ、反応ピークでは湯温を追い越した。1日（２４時間）後、グリセリンはほぼ分解し、同時に菌床の乾燥も進んだ。菌床をかき混ぜるとともに、新たにグリセリン３０ｇと水８４ｇを混合して投入した。投入後、防水カバーをして蓋をした。
【００７４】
以後、この操作を２週間継続した。グリセリンおよび水の投入時期を、図２Ｂに示す。投入の間隔が不規則なのは特に理由がなく、連日投入することも可能であった。
【００７５】
〔比較例１〕（プラスチック容器型油分解処理槽）
図３Aに示す単なるプラスチック製容器（径２０ｃｍ、高さ２３ｃｍ、容積５Ｌ）を、油分解処理槽として使用した。この容器に、実施例１と同じ油分解剤２４５０ｇを入れ、菌床にサラダ油１５０ｇおよび油粕４６０ｇを一度に添加して、金属ヘラで撹拌した。以降、金属ヘラの攪拌を１日１回とした。菌床の含水率を５０％に調整した後、そのまま放置して、油分解を開始した。
【００７６】
発酵が進むと、粉末状油脂分解剤と油脂分の混合物の温度は上昇し、加温することなく３０〜７０℃となった。初期に投入した３０６０ｇの混合物は、９日後には４３０ｇ減量して２６３０ｇになった。順次、表２に示す添加工程に従って、サラダ油、野菜などを投入した。この間、油分を一定間隔で供給したので、熱発酵による蒸発量とのバランスがとれて、含水率は４０〜６０％に維持された。
【００７７】
【表２】
【００７８】
油分解処理槽を用いた含油廃棄物の減量の状況を、図３Ｂに示す。食用油と生ごみからなる含油廃棄物を順次添加して１日に１回の菌床の切返しを行なった結果、廃棄物が分解されて、含油廃棄物の重量が減少した。しかし、切り返し時に菌床が乾燥し過ぎて水分不足になっていたので、切り返し毎に水を５０〜２００ｍｌ供給した。この水分供給によって菌床含水率を約５０％に維持するように努めたが常に水分調整されているとはいえなかった。水分調整が不安定であったので、混合物分解率も不安定になり、水分調整を安定して行うことが望まれた。
【００７９】
〔比較例２〕（ドラムミキサー型油分解機）
図４に示すドラムミキサー型分解機を用いて、実施例１と同様の実験を行った。このドラムミキサーは、容積７０Ｌの外殻容器の中に容積５０Ｌの回転可能な内殻容器が収められている。
【００８０】
表３に示すように、開始日に、内殻容器内に実施例１と同様の油脂分解剤２０ｋｇを投入した。菌床の含水率は水分調整が不十分で高めの含水率６９％でスタートした。
【００８１】
次いで、内殻容器内に、食用油２．０ｋｇおよび野菜類２．１ｋｇを添加した。さらに、表３に示す日程に従って、食用油１．５ｋｇ×２回、魚類３００ｇ、すじ肉３００ｇ、牛脂１８０ｇを追加した。期間中に、食用油５．０ｋｇ、野菜類２．１ｋｇ、魚類３００ｇ、すじ肉３００ｇ、牛脂１８０ｇの合計７．８８ｋｇを加えたことになる。
【００８２】
ドラムミキサー型分解機の胴体を一日に一度３０分間回転させることにより、内部の試料を混合したが、常時は静置して発酵させた。
【００８３】
【表３】
【００８４】
総量２７．８８ｋｇの混合物の油分解と有機物分解が有効に行われた結果、試験１６日経過後には１３．６４ｋｇに減少した。この期間中、加熱無しで混合物の品温は、４５〜６０℃となった。しかし、スタート時の含水率が高いことも原因のひとつとなるが、ドラムミキサーが傾斜していたので、菌床の上部表面は乾燥し、傾斜下部の底面は結露水が貯まり、菌床全体の含水率は場所・位置により大きく異なる結果となった。全体としては分解進行したが、菌床は乾燥部分をなくし、菌床温度を平均化する必要があった。乾燥部分を防ぐとともに菌床全体の温度を均一化し、乾燥部分をなくすために加湿するのがよいことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１Ａ】本発明に従う油分解処理槽の断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの油分解処理槽のＡＡ矢視断面図である。
【図１Ｃ】図１Ａの油分解処理槽の半割り管およびメッシュ管の部分を切欠いた拡大図である。
【図２Ａ】本発明の別の実施形態の油分解処理槽の断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの油分解処理槽を用いた際の、グリセリンを分解する様子を示す図である。
【図３Ａ】比較例１の油分解処理槽の断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの油分解処理槽を用いた際の含油廃棄物の減量の様子を示す図である。
【図４】比較例２の油分解処理槽の断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０ 油分解処理槽
２０ 外殻容器
２１ 温水貯留域
２２ 熱源（電気加熱器）
２４ 蓋（かまぼこ型蓋）
２３ 周壁
２５ 原料投入口
２６ 通気口
２７ Ｕ字管式シール
３０ 内殻容器
３１ 撹拌手段
３２ 半割りの管
３３ 保水カバー
４０ 循環手段
４１ 循環ファン
４２ エアポンプ
５０ 通気手段
５１ メッシュ管（多孔管）
５２ 金網
Ｍ１１ 温水
Ｍ１２ 混合気体
Ｍ１３ 蒸気
Ｍ１４ 外部空気
Ｍ１５ 菌床
Ｍ１６ 油脂分解剤
Ｍ１７ 含油廃棄物
Ｍ１８ パッキング材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含油廃棄物の油分解処理槽に関し、より詳細には使用済みの食物油や鉱油のような含油廃棄物を油分解菌で簡易に分解処理する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
学校給食、スーパーストア、ホテル、大型店舗などから一度に大量に出される廃食油はそれなりの分別と流通のシステムがあるため、回収と再利用が可能である。しかし、家庭から廃棄される廃食油は、一部で瓶、ＰＥＴボトルに詰めて石鹸・燃料製造業者に送られる場合もあるが、多くの自治体が分別ごみに廃食油を含めていないこともあって、廃食油のほとんどが生ごみとして処理されている。
【０００３】
環境保全に理解のある家庭や主婦は、廃食油を油固化剤で固めて燃えるごみとして廃棄しているが、そうでない家庭では、料理に使われた油をそのまま廃棄することもある。これでは、下水管の詰まりや、河川や土壌の汚染となって環境を悪化させる原因となる。
【０００４】
家庭で生ごみを簡易に処理する方法として、家庭用生ごみ処理機の使用が知られている。家庭用生ごみ処理機には、コンポスト型、乾燥型、炭化型、微生物分解型などがあるが、これらの中で油脂や油に対応するものは、微生物分解型である。しかし、微生物分解型であっても、油脂や油を常温で微生物処理可能な菌や菌材料（バイオチップなど）は少なく、存在しても分解効率が低くて実用性に乏しい。したがって、現状の家庭用生ごみ処理機で油脂や植物油を簡易に処理することは難しい。
【０００５】
本出願人は、これまで含油廃棄物を処理する方法の開発を続け、これに関連して２件の発明を特許出願している。その特開２００２−１８４０１（特許文献１、有機性廃棄物の処理方法）では、油脂や油を含む廃棄物を処理する方法として、油吸着剤を廃棄物中に混入させることを提案した。また、特開２００４−１４１７６６（特許文献２（油脂分解剤とその製造方法および使用方法）では、排水中の油、油脂分を分解するのに好適な油脂分解剤およびその使用方法を提案した。
【特許文献１】特開２００２−１８４０１
【特許文献２】特開２００４−１４１７６６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本出願人が提案した上記の油脂分解剤やその使用方法を、現状の家庭用生ごみ処理機に適用することはそう簡単ではない。なぜなら、油分解剤を用いて油脂や油を分解する油分解処理槽で微生物の特性を発揮させるためには、温度、水、外部空気の条件が適当でなければならないが、それを容易に作る家庭用生ごみ処理機は存在しないからである。
【０００７】
温度に関して、従来の家庭用生ごみ処理機内で菌床を加熱するには、電気式のコイルヒーター、リボンヒーター、プレートヒーターなどを菌床容器の壁の外側に設置することになる。これでは容器の壁が高温になりやすい。しかし、菌が高温壁に接することは好ましくない。加熱器を壁全体に均一に配置できないために、壁が局部的に熱くもなる。これらの欠点を改善しようとして容器壁の熱密度（単位面積あたりの貫通熱量）を平均化すると、容器の価格上昇を招く。
【０００８】
既存の各種のリアクターもまた、隔壁の外側から加熱する方式のために、菌床内に温度分布が生じやすい。リアクター内温度分布をなくすために撹拌機を付帯させても、完全な撹拌機がないので、横または縦方向に温度分布が生じる。
【０００９】
水分については、高精度で操作し易く安価な水分測定器が存在せず、菌床の水分制御が非常に難しいという問題がある。菌床に導入する外部空気中の湿度は、季節によらず一定が好ましいところ、価格の問題でそのような考慮がなされているものはない。
【００１０】
油分解処理槽への外部空気（酸素）の供給は、多ければ菌床温度の低下となって菌の活動を不活発にする。逆に少なければ嫌気状態となって悪臭が発生する。家庭の廃棄物は日々変わるために、空気要求量も変動しやすい。したがって、空気供給量の調整は相当難しい。
【００１１】
上記問題に鑑みで、本発明の目的は、本出願人が提案した油脂分解剤を用いた含油廃棄物処理の改善方法であって、温度、水分、外部空気の条件を菌が活動しやすいものにでき、その結果含油廃棄物を迅速かつ容易に分解する装置およびその使用方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、油分解菌の使用条件や油分解処理槽の在来技術の見直しから始まっていろいろな問題点を鋭意検討した結果、以下の装置により上記課題を解決できることを見出した。すなわち、本発明は、底部に水を貯めることができ、この水を加熱する熱源を有する外殻容器と、該外殻容器内に設置され、油脂分解菌を含有する腐植からなる油脂分解剤および含油廃棄物を貯留するための内殻容器とを含む二重構造の油分解処理槽であって、両容器は水の加熱により発生する蒸気が連通するように構成されていることを特徴とする前記油分解処理槽を提供する。
【００１３】
本明細書において、含油廃棄物とは、油または油脂を含有する液状または固状の廃棄物の総称をいう。含油廃棄物には、廃油そのものを含まれる。
【００１４】
前記油分解処理槽は、さらに、前記内殻容器内の前記油脂分解剤および含油廃棄物からなる菌床内を通って前記蒸気を循環させるための循環手段を有することが好ましい。
【００１５】
前記循環手段は、例えば内殻容器の上部と下部とを容器の外部で連結する通路の途中に設けた循環ファンからなる。
【００１６】
前記油分解処理槽は、さらに、前記循環手段と内殻容器下部との間に設置される通気手段を有することが好ましい。
【００１７】
前記通気手段は、例えば内殻容器下部に設置されるメッシュ管または多孔管からなる。
【００１８】
本発明の油分解処理槽の作用を説明すると、加熱源を有する外殻容器内に内殻容器を収め、両容器を上部で連通させた二重構造の油分解処理槽の内殻容器内に油脂分解菌を含有する腐植からなる油脂分解剤および含油廃棄物を投入し、該外殻容器の底部に水を投入し、前記加熱源で水を加熱する。加熱により発生する蒸気は前記内殻容器の内部を加湿する。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の油分解処理槽によれば、外殻容器内の水を加温して蒸気とし、外殻容器および内殻容器内の雰囲気を常に湿潤状態としたので、油分解菌の活動が活発となる。外殻容器と内殻容器の間に高温の蒸気が常に循環し、菌床の温度を限りなく均一化するので、分解効率が従来よりも顕著に改善される。外殻容器の熱損失を蒸気が補っており、外部温度変動の菌床への影響が緩和される。
【００２０】
請求項２に記載の油分解処理槽は、前記内殻容器内の前記油脂分解剤および含油廃棄物からなる菌床内を通って前記蒸気を循環させるための循環手段を有するようにしたので、内殻容器内の菌床に、外殻容器内へ外部空気、蒸気、分解ガスなどを含む混合気体を効率的に供給することが可能となる。
【００２１】
請求項３に記載の油分解処理槽によれば、前記循環手段を、内殻容器の上部と下部とを容器の外部で連結する通路の途中に設けた循環ファンとしたので、空気、蒸気、分解ガスなどを含む混合気体の流れる方向を、菌床の下部から上部へのアップフロー式、上部から下部へのダウンフロー式のいずれも可能にする。
【００２２】
請求項４に記載の油分解処理槽は、前記循環手段と内殻容器下部との間に設置される通気手段を有するようにしたので、混合気体の菌床内への通気が、菌床内の菌体と酵素の拡散を助け、菌床上下や横方向の温度差が少ない均一な加温を保証するとともに、菌床の湿度を所望の状態に安定に保つ。
【００２３】
請求項５に記載の油分解処理槽によれば、前記通気手段を、内殻容器下部に設置されるメッシュ管または多孔管で構成したので、メッシュ管をアップフロー式の循環ファンに連結した場合、メッシュ管から外部空気、蒸気、分解ガスなどを含む混合気体が吹き出して菌床に供給される。菌床内を通った混合気体は、菌床上面から保水カバーを通って、循環ファンの吸入口に戻る。こうして、菌床内の菌体と酵素の拡散、菌床上下や横方向の温度差の解消、菌床の湿度の適正な管理をより一層確実にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
添付の図面を用いて、本発明の実施の形態をより詳細に説明する。油分解菌が含油廃棄物中に含まれるセルロース、脂肪、蛋白質、糖、デンプンなどの餌を食べて分解するためには、含油廃棄物と油分解菌との接触面において、ある程度の温度と、水分および外部空気（酸素）の供給が必要である。
【００２５】
水分の供給と調整を容易にするために、本発明の油分解処理槽１０は、加熱蒸気を利用する。具体的には、本発明の油分解処理槽１０は、加熱源を有する外殻容器２０内に内殻容器３０を収め、両容器の上部同士を蒸気が連通するように構成された二重構造を採用する。内殻容器３０内に油脂分解剤および含油廃棄物を含む菌床を投入し、外殻容器２０の底部に水を投入し、加熱源で水を加熱することにより発生する蒸気で内殻容器内の試料を加湿する。
【００２６】
外殻容器２０の内側と内殻容器３０の外側との間に形成される空間の底部には、温水Ｍ１１を貯めるための温水貯留域２１を設ける。そして、この空間に常に湯温と平衡の蒸気Ｍ１３を存在させる。温水Ｍ１１から立ち上がる蒸気Ｍ１３によって、内殻容器３０内の菌床Ｍ１５を加熱および加湿する。蒸気Ｍ１３は、他の熱源と異なり、菌床全体をやさしく加熱する。また、内殻容器３０の保温も可能である。
【００２７】
温水Ｍ１１を貯留する温水貯留域２１には、水を加熱するための熱源として電気加熱器２２を設ける。電気加熱器２２の主たる負荷（加熱容量）は、油脂の分解が始まっている定常状態ではほぼ外殻容器２０の表面の放散熱量となる。よって、電気加熱器の加熱容量は小さくてよく、通常、３０〜１００ｋｃａｌ／ｍ２・ｈであり、好ましくは４０〜９０ｋｃａｌ／ｍ２・ｈである。
【００２８】
外殻容器２０の蓋２４には、原料投入口２５、および外部空気Ｍ１４の取り入れ、分解ガスなどの排出のための通気口２６が設けられる。発酵の速度は、いわゆる化学反応よりも遅いので、通気口２６の大きさが適度であれば、必要な外部空気の流入量、流出量が確保される。
【００２９】
外殻容器２０の蓋２４は、図１Ｂに示すように、長手方向にかまぼこ型の曲面を形成することが好ましい。かまぼこ型蓋２４の内面では、外殻容器２０内の蒸気Ｍ１３が凝縮する。その凝縮液は、かまぼこ型蓋２４に沿って周壁２３に集められ、さらに周壁２３を伝い温水貯留域２１に流下する。
【００３０】
図１Ａの例のように、外殻容器２０の温水貯留域２１の横にＵ字管式シール２７を設け、微増する水を排出するようにしてもよい。
【００３１】
外殻容器２０内には、内殻容器３０が収納される。内殻容器３０は、混合気体Ｍ１２が外殻容器２０からも流出入できるように、上部で外殻容器２０と連通している。
【００３２】
図１Ａおよび１Ｂに示すように、内殻容器３０の菌床Ｍ１５内には、撹拌手段３１を設けることが好ましい。撹拌手段３１は、含油廃棄物Ｍ１７の投入時や水の補給時に、菌床内部の均質化に寄与する。撹拌手段３１に特別な制限はなく、ニーダー式（図１Ａ）、スクリュー式、パドル式などの汎用のものでよい。
【００３３】
図１Ａおよび１Ｂに示すように、内殻容器３０の菌床Ｍ１５の上面には、布などでできた保水カバー３３で覆うことが好ましい。保水カバー３３により、菌床Ｍ１５の表面の乾燥を防止できる。さらに、保水カバー３３を支持するための格子を設けてもよい。
【００３４】
本発明の油分解処理槽１０は、内殻容器３０内の油脂分解剤Ｍ１６および含油廃棄物Ｍ１７を含む菌床Ｍ１５内を通って蒸気Ｍ１３を循環させるための循環手段４０を設けることが好ましい。循環手段４０は、内殻容器３０内の菌床Ｍ１５に、外部空気Ｍ１４、蒸気Ｍ１３、分解ガスなどを含む混合気体Ｍ１２を外殻容器へ供給する。
【００３５】
循環手段４０の例として、図１Ａでは、外殻容器２０の外側であって、内殻容器３０の上部と下部とを容器の外部で連結する通路の途中に設けた循環ファン４１が示されている。循環ファン４１は、混合気体Ｍ１２の流れ方向を菌床Ｍ１５の下部から上部へのアップフロー式、上部から下部へのダウンフロー式のいずれも可能にする。菌床Ｍ１５内の状態や分解工程に応じて、適宜、使い分けることもできる。
【００３６】
循環手段４０の別の例として、図２Ａのように、外殻容器２０の内側であって、内殻容器３０の下部に連結したエアポンプ４２でもよい。
【００３７】
本発明の油分解処理槽１０は、循環手段４０と内殻容器３０の下部との間に設置される通気手段５０を有することが好ましい。通気手段５０による混合気体Ｍ１２の菌床Ｍ１５内への通気は、菌床Ｍ１５内の菌体と酵素の拡散を助け、菌床上下や横方向の温度差の小さい均一な加温を保証するとともに、菌床の湿度を所望の状態に安定に保つ。その結果、菌床の撹拌と加湿が同時に行なわれて油分解がより効率的となる。なお、混合気体Ｍ１２は加熱されているので、通気量を増やしても、菌床が冷却されることはない。
【００３８】
通気手段５０の構造は、循環手段４０から送られてきた混合気体Ｍ１２を菌床１５方向へ一定の流速で噴出できるものであればよい。その例として、図１Ｂおよび１Ｃでは、内殻容器３０の下面を長手方向に切り欠いてそこに半割りの管３２が溶接され、その内部にメッシュ管５１（または多孔管）が設置される。メッシュ管５１には、循環ファン４１が連結される。循環ファン４１がアップフロー式の場合に、メッシュ管５１から混合気体Ｍ１２が吹き出し、菌床Ｍ１５に供給される。菌床Ｍ１５内を通った混合気体Ｍ１２は、菌床上面から保水カバー３３を通って、循環ファン４１の吸入口に戻る。
【００３９】
通気手段５０の別の例として、図２Ａでは、内殻容器３０の下部に金網５２が設置される。金網５２の孔は、菌床Ｍ１５を保持するが、通気が可能な程度の径を有する。金網５２の下には、循環手段４０としてのエアポンプ４２が連結されている。エアポンプ４２から金網５２を介して混合気体Ｍ１２が吹き出して、菌床Ｍ１５に供給される。菌床M１５内を通った混合気体Ｍ１２は、菌床上面から保水カバー３３を通って、エアポンプ４２の吸入口に戻る。
【００４０】
次に、図１Ａの油分解処理槽１０の使用方法を説明する。まず、内殻容器３０内に、油脂分解剤Ｍ１６を投入して、菌床Ｍ１５の基礎を形成する。含油廃棄物M１７の種類や形状によっては、菌床Ｍ１５の通気抵抗を改善するためのパッキング材Ｍ１８を使用することもできる。パッキング材の例として、粒状炭、木炭、パーライト、バーミキュライト、ココチップが挙げられる。
【００４１】
油脂分解剤Ｍ１６は、腐植に微生物の栄養源を加え発酵させたものである。微生物の栄養源の例は、米糠、フスマ、麦糠、大豆粕、菜種粕、綿実粕、ごま粕、ドロマイト、油脂類、無機化合物、ミネラル、ビタミンなどである。これらは、腐植に含まれるＰ２０５、Ｋ２０、ＣａＯ、ＭｇＯなどの成分を増したり、他成分を補充したりして細菌の増殖を活発にする。そして油分解酵素リパーゼの生産を高めている。これらの栄養源が細菌増殖とリパーゼ生産に役割分担しているが、例えば無機物のうちのＣａＣＯ３はこれを添加しないときに比べて添加すると大幅にリパーゼの生産が高くなる。このようにそれぞれの栄養源が複合的に活躍して細菌増殖とリパーゼ生産に寄与している。
【００４２】
前記発酵は、アルカリ液の添加によりｐＨ７〜９、および、含水率が好ましくは４０〜６０％に調整された状態で行われる。ｐＨおよび含水率を上記範囲に調整することによって、バチルス属細菌や放線菌を活発に繁殖させることができる。
【００４３】
発酵条件は、培養温度が通常、３０〜７０℃、好ましくは４０〜６０℃、発酵期間は、通常、１〜３週間、好ましくは７〜１４日である。発酵を促進させるために、一般に、通気や撹拌によって好気性条件下にすることが好ましい。
【００４４】
発酵によって得られる物質は、バチルス属細菌や放線菌および従属栄養細菌が腐植１ｇ当たり１０６個以上となり、特に好ましくは１０７個以上となり、油分解特性が向上している。油分解性だけでなく、デンプン分解性、タンパク質分解性および悪臭分解性も向上する。
【００４５】
油脂分解剤Ｍ１６は、腐植に微生物の栄養源を加え発酵させたものにさらに油脂および炭素源を加えて再発酵させたものが特に好ましい。再発酵により、油脂の分解に有機物を必要としないバチルス属細菌、放線菌のような独立栄養細菌だけでなく、油脂分解に有機物を必要とする従属栄養細菌が多く増殖することができ、油分解性をさらに高めることにつながる。再発酵は、約１週間の自然発酵でよい。温度は、通常、２０〜４０℃でよい。このような油脂分解剤は、エンザイム株式会社製から商品名「ベノ」（登録商標）が市販されており、これを本発明に用いることができる。ベノは、特に油脂分解性を強化するために上記した再発酵が行なわれた結果、油脂分解能力に極めて優れる。
【００４６】
油脂分解剤Ｍ１６の形状は、粉末、顆粒状、ペレットなどである。含油廃棄物Ｍ１７が固状の場合は粉状や顆粒状が好ましく、液状の場合はペレット状が好ましい。ペレットは、例えば直径５〜２０ｍｍ、長さ５〜３０ｍｍの円柱形、直径１〜１０ｍｍの球形、縦横長さ各５〜１０ｍｍ、厚さ２〜５ｍｍの板状に成型する。
【００４７】
油脂分解剤Ｍ１６の投入量は、内殻容器３０の容積に対して、通常、６０〜９０％であり、好ましくは７０〜８０％である。ペレットを粒状にて含油廃棄物を含む液状の廃棄物に適用する場合は、メッシュ状の袋に入れて槽内に吊るすこともできる。
【００４８】
内殻容器３０内の菌床Ｍ１５の含水率を、通常、３５〜６０重量％、好ましくは３８〜５０重量％に調整する。含水率を上記範囲に維持すると、油や油脂が良好に分解して、品温が約６０℃になる。
【００４９】
次に、内殻容器３０内に含油廃棄物Ｍ１７を投入する。含油廃棄物の例には、食品に使われる植物性や動物性の油脂、天ぷら廃油のような廃食油、グリース・トラップの油脂、廃切削油、廃マシーン油、廃モーターオイルのような鉱物系廃油、ならびにこれらの油脂を含む生ごみのような含油廃棄物や含油排水が挙げられる。
【００５０】
含油廃棄物Ｍ１７の投入量は、内殻容器３０の容積に対して、通常、５〜２５％であり、好ましくは１０〜１５％である。
【００５１】
菌床Ｍ１５のｐＨは、微生物反応の重要な因子である。ｐＨの適正範囲は、通常、６〜９であり、より好ましくは７．５〜８．５である。外部空気の供給量、水分、温度の条件が適切に選定されれば、ｐＨ変動は少ないため、アルカリ剤の添加は通常必要ない。
【００５２】
水を電気加熱器２２で加熱し、温水Ｍ１１を作るとともに、蒸気Ｍ１３を発生させる。加熱の温度は、通常、３０〜７０℃であり、好ましくは３５〜６０℃である。ｋＷ容量を一度設定したら、温度制御の必要はない。
【００５３】
外殻容器２０内の温度は、上記温水Ｍ１１と平衡の温度となる。この温度は、植物油では４５〜６０℃が適温である。容器内上部の温度を４０〜５０℃の範囲で一定として操作すると、内殻容器３０内の菌床Ｍ１５の温度は、発酵により当初温度より１０℃程度高くなる。
【００５４】
加熱で発生した蒸気Ｍ１３を循環ファン４１で内殻容器３０へ送る。循環ファン４１を運転する際、混合気体Ｍ１２の菌床内の供給量は、単位菌床量（ｍ３）当たり、通常、３〜３０ｍ３／ｍ３・分、好ましくは１０ｍ３／ｍ３・分程度にするとよい。こうすると、菌床Ｍ１５の平面、上下の全面において発酵しているのが認められ、極めて良好な状態となる。
【００５５】
内殻容器３０内の含油廃棄物Ｍ１７は、油脂分解剤Ｍ１６の存在下で、空気供給量、水分、温度、ｐＨが適正に管理される。油は、撹拌手段３１で適宜撹拌されながら、時間ととともに油脂分解菌によってグリセリンと脂肪酸になる。グリセリンと脂肪酸は、さらに生物処理によってＣＯ２とＨ２Ｏまで分解される。これらの分解ガスは、外殻容器２０の蓋２４の隙間や通気口２６から外部に拡散する。逆に、これらの場所から新鮮な外部空気Ｍ１４も流入する。
【００５６】
脂肪酸は、その分解過程で大量のエネルギーを発生する。脂肪酸の一例として、パルミチン酸は、式（１）：
Ｃ１６Ｈ３２０２十２３０２→１６ＣＯ２十１６Ｈ２０十２３３８ｋｃａｌ（１）
【００５７】
式（１）の異化反応（発エネルギー反応）で発生したエネルギーは、ＡＴＰ（アデノシン三リン酸）として取り出され、他の有機物の同化反応（吸エネルギー反応）に使われて、有機物の生合成に役立つことになる。例えば、生物処理過程におけるグリセリン→グリセリンリン酸の反応の進行に必要なエネルギーとして吸収利用される。このように、油脂分解菌による油分解と生物処理を組み合わせるによって、エネルギーバランスがとれて、油脂除去を円滑に進ませることができる。
【００５８】
本発明の油分解処理槽を用いた油分解処理方法は、外部空気（酸素）の存在と分解温度が適切に管理されるので、悪臭のもととなるノルマル酪酸、プロピオン酸、ノルマル吉草酸、イソ吉草酸などの揮発性脂肪酸が効率よく分解される。よって悪臭が発生しない。また、分解触媒も必要としない。
【００５９】
油分解後、油はなくなって、微生物が生息する菌床Ｍ１５だけが残る。含油廃棄物Ｍ１７を継続的に与えることで、微生物の増殖、酵素生産、油脂分解の連鎖反応が継続するので、菌床Ｍ１５を長期間（例えば半年〜１年間）にわたり連続使用可能である。
【００６０】
内殻容器３０に含油廃棄物Ｍ１７を一度投入したら、１〜１０日毎に、含油廃棄物を投入することを繰り返す。切り返しや空気供給を継続すると、含油廃棄物の量が内殻容器に貯まることなく、油分と廃棄物を除去できる。
【００６１】
発酵が進行すると、菌床Ｍ１５は乾燥する。菌床Ｍ１５内の含水率を維持して菌床の乾燥を防止するために、内殻容器３０に含油廃棄物を投入する毎に一定量の水を滴下する。水の滴下量は、１日２４時間操業で、通常、菌床重量の５〜１２％であり、好ましくは６〜１０％である。
【実施例】
【００６２】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。しかし、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００６３】
〔実施例１〕
市販のすし飯保温容器（表面積０．６ｍ２、容積２３Ｌ、電気加熱器の消費電力量４７Ｗｈ（４０ｋｃａ１／ｈ））を外殻容器２０として用い、その内側に内殻容器３０（径２１０ｍｍ、高さ１８０ｍｍ、容積６Ｌ）およびエアポンプ４２（風量２．９Ｌ／分）を組み込んで、図２Ａに示す油分解処理槽１０を作製した。電気加熱器の加熱容量は、６７ｋｃａｌ／ｍ２であった。
【００６４】
次に、内殻容器３０内に、油脂分解剤Ｍ１６（商品名：ベノ、形式ＥＺ−ＭＢ−５００、エンザイム株式会社製）２０００ｇを深さ１２０ｍｍとなるように敷設して、菌床Ｍ１５を形成した。油脂分解剤の特性を表１に示す。
【００６５】
【表１】
【００６６】
菌床の含水率を４５％に調整した。外殻容器内の電気加熱器をＯＮし、温水を５８℃にした。
【００６７】
次いで、市販の植物油１００ｇ（菌床の５重量％に相当）を添加した。このとき菌床と植物油を金属ヘラで撹拌した。次いで、循環ファン２３を起動し、油分解操作を開始した。
【００６８】
開始後まもなく、菌床温度は６３℃に上昇し、発酵が順調に進行した。２日後、油はなくなって、微生物が生息する菌床Ｍ１５だけが残り、油の分解はほぼ終了したことを確認した。
【００６９】
菌床の含水率が元の４５％に戻るように内殻容器内に水を滴下した。再び、２００ｇの植物油を添加した。以後、この操作を繰り返した。加湿により乾燥を防ぐことができたため、水分調整の負担が大幅に減じた。その結果、含油廃棄物の量が内殻容器に貯まることなく、油の除去ができた。
【００７０】
〔実施例２〕（グリセリンの分解処理）
実施例１の油分解処理槽を用いてグリセリン分解を２週間実施した。まず、実施例１の内殻容器３０内に油分解剤Ｍ１６（商品名ベノ）１０５０ｇ（全体の７０％相当）と粒状炭４５０ｇ（３０％相当）を混合した菌床Ｍ１５を敷設し、加熱器循環ファンをスタートさせた。粒状炭は非成型品で３メッシュ（６．７３ｍｍ）の篩下が７５％、そして篩上が２５％である。粒状炭は菌床内の外部空気の流通をよくすることと、高価なベノの使用量を低減するためである。
【００７１】
次いで、市販のグリセリンを菌床全体１５００ｇの２％に相当する３０ｇを投入した。グリセリンの投入に際しては、菌床の過乾燥防止のため投入する補給水と混ぜ合わせて投入した。
【００７２】
グリセリンと水はよく溶け合い、グリセリンの菌床への分散性を向上させ、好ましい。投入する水の量は、１日当たり、ベノ重量の５〜１０％程度（好ましくは６〜８％）であった。
【００７３】
開始後まもなく、菌床温度は上昇しはじめ、反応ピークでは湯温を追い越した。1日（２４時間）後、グリセリンはほぼ分解し、同時に菌床の乾燥も進んだ。菌床をかき混ぜるとともに、新たにグリセリン３０ｇと水８４ｇを混合して投入した。投入後、防水カバーをして蓋をした。
【００７４】
以後、この操作を２週間継続した。グリセリンおよび水の投入時期を、図２Ｂに示す。投入の間隔が不規則なのは特に理由がなく、連日投入することも可能であった。
【００７５】
〔比較例１〕（プラスチック容器型油分解処理槽）
図３Aに示す単なるプラスチック製容器（径２０ｃｍ、高さ２３ｃｍ、容積５Ｌ）を、油分解処理槽として使用した。この容器に、実施例１と同じ油分解剤２４５０ｇを入れ、菌床にサラダ油１５０ｇおよび油粕４６０ｇを一度に添加して、金属ヘラで撹拌した。以降、金属ヘラの攪拌を１日１回とした。菌床の含水率を５０％に調整した後、そのまま放置して、油分解を開始した。
【００７６】
発酵が進むと、粉末状油脂分解剤と油脂分の混合物の温度は上昇し、加温することなく３０〜７０℃となった。初期に投入した３０６０ｇの混合物は、９日後には４３０ｇ減量して２６３０ｇになった。順次、表２に示す添加工程に従って、サラダ油、野菜などを投入した。この間、油分を一定間隔で供給したので、熱発酵による蒸発量とのバランスがとれて、含水率は４０〜６０％に維持された。
【００７７】
【表２】
【００７８】
油分解処理槽を用いた含油廃棄物の減量の状況を、図３Ｂに示す。食用油と生ごみからなる含油廃棄物を順次添加して１日に１回の菌床の切返しを行なった結果、廃棄物が分解されて、含油廃棄物の重量が減少した。しかし、切り返し時に菌床が乾燥し過ぎて水分不足になっていたので、切り返し毎に水を５０〜２００ｍｌ供給した。この水分供給によって菌床含水率を約５０％に維持するように努めたが常に水分調整されているとはいえなかった。水分調整が不安定であったので、混合物分解率も不安定になり、水分調整を安定して行うことが望まれた。
【００７９】
〔比較例２〕（ドラムミキサー型油分解機）
図４に示すドラムミキサー型分解機を用いて、実施例１と同様の実験を行った。このドラムミキサーは、容積７０Ｌの外殻容器の中に容積５０Ｌの回転可能な内殻容器が収められている。
【００８０】
表３に示すように、開始日に、内殻容器内に実施例１と同様の油脂分解剤２０ｋｇを投入した。菌床の含水率は水分調整が不十分で高めの含水率６９％でスタートした。
【００８１】
次いで、内殻容器内に、食用油２．０ｋｇおよび野菜類２．１ｋｇを添加した。さらに、表３に示す日程に従って、食用油１．５ｋｇ×２回、魚類３００ｇ、すじ肉３００ｇ、牛脂１８０ｇを追加した。期間中に、食用油５．０ｋｇ、野菜類２．１ｋｇ、魚類３００ｇ、すじ肉３００ｇ、牛脂１８０ｇの合計７．８８ｋｇを加えたことになる。
【００８２】
ドラムミキサー型分解機の胴体を一日に一度３０分間回転させることにより、内部の試料を混合したが、常時は静置して発酵させた。
【００８３】
【表３】
【００８４】
総量２７．８８ｋｇの混合物の油分解と有機物分解が有効に行われた結果、試験１６日経過後には１３．６４ｋｇに減少した。この期間中、加熱無しで混合物の品温は、４５〜６０℃となった。しかし、スタート時の含水率が高いことも原因のひとつとなるが、ドラムミキサーが傾斜していたので、菌床の上部表面は乾燥し、傾斜下部の底面は結露水が貯まり、菌床全体の含水率は場所・位置により大きく異なる結果となった。全体としては分解進行したが、菌床は乾燥部分をなくし、菌床温度を平均化する必要があった。乾燥部分を防ぐとともに菌床全体の温度を均一化し、乾燥部分をなくすために加湿するのがよいことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１Ａ】本発明に従う油分解処理槽の断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの油分解処理槽のＡＡ矢視断面図である。
【図１Ｃ】図１Ａの油分解処理槽の半割り管およびメッシュ管の部分を切欠いた拡大図である。
【図２Ａ】本発明の別の実施形態の油分解処理槽の断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの油分解処理槽を用いた際の、グリセリンを分解する様子を示す図である。
【図３Ａ】比較例１の油分解処理槽の断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの油分解処理槽を用いた際の含油廃棄物の減量の様子を示す図である。
【図４】比較例２の油分解処理槽の断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０ 油分解処理槽
２０ 外殻容器
２１ 温水貯留域
２２ 熱源（電気加熱器）
２４ 蓋（かまぼこ型蓋）
２３ 周壁
２５ 原料投入口
２６ 通気口
２７ Ｕ字管式シール
３０ 内殻容器
３１ 撹拌手段
３２ 半割りの管
３３ 保水カバー
４０ 循環手段
４１ 循環ファン
４２ エアポンプ
５０ 通気手段
５１ メッシュ管（多孔管）
５２ 金網
Ｍ１１ 温水
Ｍ１２ 混合気体
Ｍ１３ 蒸気
Ｍ１４ 外部空気
Ｍ１５ 菌床
Ｍ１６ 油脂分解剤
Ｍ１７ 含油廃棄物
Ｍ１８ パッキング材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部に水を貯めることができ、この水を加熱する熱源を有する外殻容器と、該外殻容器内に設置され、油脂分解菌を含有する腐植からなる油脂分解剤および含油廃棄物を貯留するための内殻容器とを含む二重構造の油分解処理槽であって、両容器は水の加熱により発生する蒸気が連通するように構成されていることを特徴とする前記油分解処理槽。
【請求項２】
さらに、前記内殻容器内の前記油脂分解剤および含油廃棄物からなる菌床内を通って前記蒸気を循環させるための循環手段を有する、請求項１に記載の油分解処理槽。
【請求項３】
前記循環手段は、内殻容器の上部と下部とを容器の外部で連結する通路の途中に設けた循環ファンからなる、請求項２に記載の油分解処理槽。
【請求項４】
さらに、前記循環手段と内殻容器下部との間に設置される通気手段を有する、請求項２または３に記載の油分解処理槽。
【請求項５】
前記通気手段は、内殻容器下部に設置されるメッシュ管または多孔管からなる、請求項４に記載の油分解処理槽。
【請求項１】
底部に水を貯めることができ、この水を加熱する熱源を有する外殻容器と、該外殻容器内に設置され、油脂分解菌を含有する腐植からなる油脂分解剤および含油廃棄物を貯留するための内殻容器とを含む二重構造の油分解処理槽であって、両容器は水の加熱により発生する蒸気が連通するように構成されていることを特徴とする前記油分解処理槽。
【請求項２】
さらに、前記内殻容器内の前記油脂分解剤および含油廃棄物からなる菌床内を通って前記蒸気を循環させるための循環手段を有する、請求項１に記載の油分解処理槽。
【請求項３】
前記循環手段は、内殻容器の上部と下部とを容器の外部で連結する通路の途中に設けた循環ファンからなる、請求項２に記載の油分解処理槽。
【請求項４】
さらに、前記循環手段と内殻容器下部との間に設置される通気手段を有する、請求項２または３に記載の油分解処理槽。
【請求項５】
前記通気手段は、内殻容器下部に設置されるメッシュ管または多孔管からなる、請求項４に記載の油分解処理槽。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−９４６１２（Ｐ２０１０−９４６１２Ａ）
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６８２３８（Ｐ２００８−２６８２３８）
【出願日】平成２０年１０月１７日（２００８．１０．１７）
【出願人】（５９１１７７１２９）エンザイム株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１７日（２００８．１０．１７）
【出願人】（５９１１７７１２９）エンザイム株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]