JP2010017695A - 含水有機物の乾燥固形化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】含水有機物を適切且つ低コストで乾燥及び固形化できる含水有機物の乾燥固形化方法を提供すること。
【解決手段】粉状や粒状又はそれらの集合物の雑菌に汚染されていない含水有機物に、好気性菌を接種する菌付け工程と、前記含水有機物を、前記好気性菌の繁殖による乾燥作用によって、該好気性菌の生長が鈍化する含水率まで乾燥させる乾燥工程と、前記乾燥工程によって水分調整がなされた前記含水有機物を、加圧による成形機によって固形状に成形する成形工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、農業副産物、生ゴミ、畜産廃棄物等の含水有機物を適切且つ効率的に乾燥及び固形化処理し、低コストで土壌活性化材やバイオマス燃料等を生産するための含水有機物の乾燥固形化方法に関する。

キノコ生産工場や食品工場から大量に排出される有機廃棄物、家庭から排出される生ゴミ、畜産業界で発生する大量の畜糞等の含水有機物は、主に堆肥化されて利用されている。しかし、堆肥化は一般的に原料を腐敗させて減量化するため、有用な有機物資源の大半を失う結果となっている。一方、原油価格が高騰し、燃料の価格が大幅に上昇してきている。

このような背景のもとで、ＣＯ_２を削減して地球温暖化の防止を図るためにも、前記の含水有機物を減量化せずにバイオマス資源としてより有効に活用することが望まれている。
しかしながら、それらの有機物（バイオマス資源）は大量の水分を含んでおり、有効に利用するためには適切且つ低コストで乾燥する必要がある。そして、それらのバイオマス資源を取り扱い易いものにするためには、固形化することが望まれる。
そこで、その乾燥と固形化を適切且つ低コストで行う方法が課題となっている。

これに対して、本発明者は既に、微生物を有効利用した含水有機物の高速発酵乾燥法について提案してある（特許文献１参照）。これによれば、石油エネルギーを使用せずに短時間で大量に乾燥できるため、コストの削減になる。なお、ここでは固形化については検討がなされていなかった。
特開２００６−１１６５２９号公報（第１頁）

また、先行技術として、有機汚泥を脱水し、脱水された有機汚泥を円筒状の汚泥成形体に成形・固形化し、その円筒状の汚泥成形体を乾燥および炭化処理する方法が開示されている（特許文献２）。
特開２００１−１７９９７号公報（第１頁）

含水有機物の乾燥固形化方法に関して解決しようとする問題点は、先行技術の乾燥固形化方法では、脱水による水分調整を行うことで汚水が発生すると共に、その乾燥工程においては原料自体に起因する悪臭が発生するため、それらの対策が必要となるなど適切且つ低コストで処理ができない点にある。
そこで、本発明の目的は、含水有機物を適切且つ低コストで乾燥及び固形化できる含水有機物の乾燥固形化方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために次の構成を備える。
本発明にかかる含水有機物の乾燥固形化方法の一形態によれば、粉状や粒状又はそれらの集合物の雑菌に汚染されていない含水有機物に、好気性菌を接種する菌付け工程と、前記含水有機物を、前記好気性菌の繁殖による乾燥作用によって、該好気性菌の生長が鈍化する含水率まで乾燥させる乾燥工程と、前記乾燥工程によって水分調整がなされた前記含水有機物を、加圧による成形機によって固形状に成形する成形工程とを有する。

また、本発明にかかる含水有機物の乾燥固形化方法の一形態によれば、前記含水有機物がキノコ廃菌床であって、前記菌付け工程が、菌床栽培キノコの収穫が終わった後にキノコの栽培瓶から掻き出されることなどによって、菌糸が切断されてキノコの生長力が失われた直後の雑菌の侵入が少ない段階で、好気性菌の種菌を投入することで行われることを特徴とすることができる。

また、本発明にかかる含水有機物の乾燥固形化方法の一形態によれば、前記乾燥工程の前に、前記含水有機物の容量比重を０．３〜０．７に調整することを特徴とすることができる。
また、本発明にかかる含水有機物の乾燥固形化方法の一形態によれば、前記乾燥工程によって、前記含水有機物の含水率を２５〜４５％まで調整することを特徴とすることができる。

また、本発明にかかる含水有機物の乾燥固形化方法の一形態によれば、前記乾燥工程が、網状或いは格子状等の通気性に富む材料によって形成された乾燥用箱体によってなされていることを特徴とすることができる。
また、本発明にかかる含水有機物の乾燥固形化方法の一形態によれば、前記乾燥用箱体には、前記通気性に富む材料によって中空の壁状に形成されて通気がなされる仕切壁が設けられていることを特徴とすることができる。

また、本発明にかかる含水有機物の乾燥固形化方法の一形態によれば、前記成形工程の前に、前記好気性菌が繁殖した前記含水有機物を攪拌してほぐすことを特徴とすることができる。
また、本発明にかかる含水有機物の乾燥固形化方法の一形態によれば、前記成形工程の後、通気性に富む袋に詰めて自然乾燥させることを特徴とすることができる。
また、本発明にかかる含水有機物の乾燥固形化方法の一形態によれば、前記含水有機物の少なくとも一部が、キノコ廃菌床、食品残渣、生ゴミ、畜糞、有機汚泥のうち少なくとも一種を含むことを特徴とすることができる。

また、本発明にかかる土壌活性化材又は固形燃料によれば、前記の含水有機物の乾燥固形化方法によって製造されたことを特徴とする。

本発明にかかる含水有機物の乾燥固形化方法によれば、含水有機物を適切且つ低コストで乾燥及び固形化できるという特別有利な効果を奏する。

以下、本発明の含水有機物の乾燥固形化方法にかかる最良の形態例を図面（図１〜３）に基づいて以下に詳細に説明する。
図１は本発明にかかる含水有機物の乾燥システムの形態例を示す説明図である。図２は本発明にかかる乾燥工程に用いる乾燥用箱体の形態例を示す斜視図である。また、図３は本発明にかかる乾燥工程に用いる乾燥用箱体の他の形態例を示す斜視図である。

ここでは、主に、含水有機物の原材料の一例であるキノコの廃菌床を発酵乾燥させて固形化する場合について説明する。この含水有機物の乾燥固形化方法では、基本的に、好気性菌の菌付け工程と、発酵を利用した乾燥工程と、加圧による成形工程とを有する。

先ず、菌付け工程では、粉状や粒状又はそれらの集合物の雑菌に汚染されていない含水有機物に、好気性菌を接種する。
含水有機物がキノコ廃菌床である場合、その菌付け工程が、菌床栽培キノコの収穫が終わった後にキノコの栽培瓶から掻き出されることなどによって、菌糸が切断されてキノコの生長力が失われた直後の雑菌の侵入が少ない段階で、好気性菌の種菌を投入することで行われるとよい。キノコの菌糸によって占有されていたキノコ培地は、そのキノコの生長力が失われることで他の菌にとっては無菌状態の培地となり、特定の菌を接種することでその菌を爆発的に繁殖させることができる。
なお、キノコの菌床栽培は袋詰めされた培地によって行われる場合があり、その栽培袋から出したキノコ廃菌床を含水有機物として利用することもある。

この菌付け工程は、例えば図１の上段に示すような装置システムによって行うことができる。このシステムでは、掻き出し装置２１によって、キノコの菌床栽培で使用済みの培地であるキノコ廃菌床を、キノコ栽培瓶から自動的に掻き出すことができる。掻き出されたキノコ廃菌床は、水平なコンベア２２によって移送される間に、菌投入装置２３によって好気性菌の種菌が投入される。菌投入装置２３は、スクリュウ式やロータリー式の粉状体供給装置によって構成でき、好気性菌の種菌を自動的に均一に投入できる。好気性菌が接種されたキノコ廃菌床はコンベア２４によって貯留槽２５へ移送され、一時的に保管される。

ここで接種する菌としては、好気性菌であって且つ低温菌の菌群であるとよい。好気性菌であることで、乾燥を促進する利点がある。また、低温菌であることで、発酵の際の熱として消費されることによるエネルギーロスが小さい。さらに、好気性菌や低温菌であることで悪臭を出さないばかりか、発酵によって除臭する効果もある。

ところで、菌付け工程の前に含水有機物を、リボンミキサーなどを用いてほぐすとよい。これによれば、種菌を均一に接種し易くなり、菌回りを促進させて発酵時間を短縮できる。また、キノコ廃菌床の場合は、菌糸をバラバラにして生長力を低下させることができ、接種した菌の生長を促進できる。

また、含水有機物の水分量が多い場合は、コーンコブの粉砕物等を用いて水分調整を行うとよい。例えば、含水率が７０％以上であると発酵に時間がかかり、エネルギーを損耗するため、水分調整材を混合して含水率を調整すればよい。なお、キノコ廃菌床の場合は、通常は含水率が６０％前後であり、その調整を要しない。水分調整材としては、コーンコブの粉砕物の他に、紙、オガ屑、乾燥草質材等を用いることができる。

また、含水有機物が生ゴミなどの雑菌が入っている材料の場合、過熱蒸気等で加熱殺菌して菌付けを行うと、菌回りを促進できて発酵時間を短縮できる。

次に、乾燥工程では、含水有機物を、好気性菌の繁殖による乾燥作用によって、その好気性菌の生長が鈍化する含水率まで乾燥させる。好気性菌の発酵熱と、菌自体の生長による水分の消費によって、含水有機物の乾燥を好適に促進できる。
乾燥の度合いは、次の成形工程で好適に固化できる範囲で、且つ、例えば後述するような押し出し成形機の摩擦抵抗が過大にならないような適切な含水率まで行うとよい。この乾燥の度合いは、好気性菌の生長が鈍化する含水率とほぼ同等になっている。このため、好気性菌の繁殖による乾燥を行った後、直ぐに次の成形工程に進むことができる。従って、効率的な生産システムを構築できる。

実際的には、この乾燥工程によって、含水有機物の含水率を２５〜４５％まで調整するとよい。例えば、キノコ廃菌床の使用済み直後の含水率は６０％前後であり、その含水率が２５〜４５％まで低下するように発酵を利用して乾燥させるとよい。これにより、含水有機物に充分な粘着力を生じさせ、次の成形工程で所要の形態に固形化することができるようになる。なお、この含水有機物の含水率は、好ましくは３０〜４０％であるとよい。これにより、最も強い粘着力を生じさせることができ、より良い成形が可能になる。

また、この乾燥工程の前に、容量比重が高い場合は、含水有機物の容量比重を０．３〜０．７に調整するとよい。好ましくは０．４〜０．６にするとよい。それによって、空気の流通を高めることができ、好気性菌の繁殖を促進させて乾燥時間を短縮でき、生産効率を向上できる。なお、容量比重の測定方法は、原料（含水有機物）を発酵槽に投入した時のその容積当たりの重量から計算する。
さらに、菌付け後、図１に示すように、貯留槽２５に一旦堆積させて発酵を促進させ、その後で後述する乾燥用箱体１０によって乾燥させることで、菌回りを早め、乾燥時間を短縮できる。
なお、冬季などに発酵や乾燥を促進させるためには、図１に示すように本システムで得られた乾燥物などを燃料として、加温装置２６によって乾燥用箱体１０の中の含水有機物を加温してもよい。

また、この乾燥工程が、網状或いは格子状等の通気性に富む材料によって形成された乾燥用箱体１０（図２又は図３参照）によってなされることで、乾燥時間をより短縮できる。これは、通気性が良く、材料（含水有機物）が接触する部分を極力小さくできるため、発酵を促進できると共に、空気の流動による自然乾燥を促進できるためである。
乾燥用箱体１０の各構成面を形成する網状或いは格子状等の通気性に富む材料としては、ラス網、金網、有孔板、或いは紐を編んだ状態の網目材などを用いることができる。

そして、その乾燥用箱体に、前記と同様の通気性に富む材料によって中空の壁状に形成されて通気がなされる仕切壁１２が設けられていることで、乾燥速度をより速めることができる。なお、図２の乾燥用箱体１０は仕切壁１２が左右方向に固定されたもので、図３の乾燥用箱体１０は仕切壁１２が前後方向に固定されたものである。また、乾燥用箱体の骨組みは棒材で形成され、その骨組みに網が張られた構造であり、軽量化が図られている。
この仕切壁１２の中空内は、含水有機物が入らないようにされ、空気が流通できる空間となっている。そこで、仕切壁１２の上面部は、通気性が充分にあると共に内部に含水有機物が入らないように、前述の通気性に富む材料で覆った形態にすればよい。

また、本形態例の乾燥用箱体１０は、水平軸を中心に反転できる爪部を備えるフォークリフトによって反転可能に、フォークリフトの爪が入る角筒１５が底部に固定されている。そして、その乾燥用箱体の仕切壁１２の断面形状は、上側が先細りのテーパ状になっている（図２又は図３参照）。
これによれば、含水有機物を収容する際には間口が広くて入れ易い。そして、乾燥用箱体を反転した際には、含水有機物を落下させて容易に排出できる（図１参照）。従って、作業性を高め、生産効率を向上できる。

また、この乾燥用箱体１０によれば、図１に示すように積み重ねて保管することが可能であり、狭い面積の場所でも高さ空間を有効に利用して発酵乾燥を行うことができ、生産性を向上できる。
ところで、この乾燥用箱体は、全面網張りの合理的な形態の網かごであり、本発明では発酵乾燥槽として用いているが、発酵作用を利用しない他の乾燥槽として用いてもよい。例えば、木材チップなど他の含水有機物の乾燥に用いることもできる。

次に、成形工程では、乾燥工程によって水分調整がなされた含水有機物を、加圧による成形機３０（図1参照）によって固形状に成形する。
これによれば、粘着性の添加物を加えることなく、加圧効果によって所要の含水率まで乾燥した含水有機物を固形化できる。このように粘着性の添加物を要しないのは、原料に含まれる糖質や他の栄養素、及び茸や菌類の菌糸（細胞壁）に存在するキトサンが、粘着材としての効果を発揮するためと考えられる。

そして、成形の形態としてペレット状にする場合、その成形機３０としては、例えばスクリュウによって加圧する押し出し成形機を用いることができる。そのような押し出し成形機によれば、加圧状態での練りによって、含水有機物に粘着性を発現させることができる。これは、含水有機物を練ることによって、その含水有機物を構成する細胞を破壊して粘着成分を引き出すことができ、それらの粘着成分が水分とよく混合されることで強い粘着性が生じるためと考えられる。

また、押し出し成形機としては、一軸片持ち式のスクリュウで圧縮しつつ押し出し口から柱状の成形物を押し出す構造からなるものを使用できる。この押し出し成形機の押し出し口としては、例えば起立面板に多数の孔が開いた形態になっているものを用いることができる。
これによれば、多数の孔から例えば直径６ｍｍ前後の細柱状の乾燥固形物を多数の筋状に押し出すことができる。押し出された筋状の乾燥固形物は、その自重によって所定の長さの範囲で自然に割れるように切れてペレット状になる。これによれば、簡単な装置構成で、ペレット状の乾燥固形物を効率よく大量に生産できる。
なお、含水有機物からなる乾燥固形物の成形形態はこれに限定されず、様々な形状やサイズの乾燥固形物を成形できるのは勿論である。

また、本発明にかかる成形工程によれば、好気性菌（有用菌）が繁殖した含水有機物を圧迫して固形化することになり、その外的な力によって有用菌が極めて活性化する。このため、発酵されたキノコ廃菌床がペレット状に成形された固形物では、有用菌が爆発的に繁殖し、その菌糸が固形物の表面全面を真っ白に覆うまで成長した。
これによれば、そのペレット状の固形物を、優れた有用菌の種菌として活用できる。

また、成形工程の前に、好気性菌が繁殖した含水有機物をリボンミキサーなどを用いて攪拌してほぐすとよい。好気性菌が繁殖すると、その性質上、含水有機物が塊りになりやすい。このため、その塊りを一旦ほぐして粉粒状にすることで、含水有機物からなる材料について、水分の均一化を図ることができる。これにより、より均質化した乾燥固形物を得ることができる。
なお、含水有機物の成形時に粉粒状の破片が生じるが、これはふるいにかけるなどして分離し、再度水分調整の原料などとして、含水有機物に混ぜればよい。

さらに、以上に説明した成形工程の後、通気性に富む袋に詰めて自然乾燥させると、効率的に乾燥を進めることができる。通気性に富む袋としては、織物状の生地から作られた袋を用いることができる。
なお、乾燥固形物は、上記のようなさらなる乾燥によって乾燥度が高くなると、締まって硬くなり、保形性が向上する。

以上では、キノコ廃菌床を原料（含水有機物）とした場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。つまり、本発明は、含水有機物の少なくとも一部が、キノコ廃菌床、食品残渣、生ゴミ、畜糞、有機汚泥のうち少なくとも一種を含む場合、それを乾燥固形化する際に好適に適用できる。

また、本発明は、以上に記載の含水有機物の乾燥固形化方法によって製造された土壌活性化材又は固形燃料にもある。なお、固形燃料として利用する場合、好気性菌の繁殖によって材料が分解されるため、その燃焼性が向上する。
さらに、本発明にかかる含水有機物の乾燥固形化方法によって製造された物は、他の乾燥有機物資材、或は発酵基材や有効菌の種菌としても有効に利用できる。特に、発酵基材や有効菌の種菌としては、生ゴミを堆肥化処理するためのボカシとして好適に利用できる。

以上、本発明につき好適な実施例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。

本発明にかかる含水有機物の乾燥システムの形態例を示す説明図である。 本発明にかかる乾燥用箱体の形態例を示す斜視図である。 本発明にかかる乾燥用箱体の他の形態例を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 乾燥用箱体
１２ 仕切壁
１５ 角筒
２１ 掻き出し装置
２２ コンベア
２３ 菌投入装置
２４ コンベア
２５ 貯留槽
２６ 加温装置
３０ 成形機

Claims (10)

1. 粉状や粒状又はそれらの集合物の雑菌に汚染されていない含水有機物に、好気性菌を接種する菌付け工程と、
   前記含水有機物を、前記好気性菌の繁殖による乾燥作用によって、該好気性菌の生長が鈍化する含水率まで乾燥させる乾燥工程と、
   前記乾燥工程によって水分調整がなされた前記含水有機物を、加圧による成形機によって固形状に成形する成形工程とを有することを特徴とする含水有機物の乾燥固形化方法。
2. 前記含水有機物がキノコ廃菌床であって、前記菌付け工程が、菌床栽培キノコの収穫が終わった後にキノコの栽培瓶から掻き出されることなどによって、菌糸が切断されてキノコの生長力が失われた直後の雑菌の侵入が少ない段階で、好気性菌の種菌を投入することで行われることを特徴とする請求項１記載の含水有機物の乾燥固形化方法。
3. 前記乾燥工程の前に、前記含水有機物の容量比重を０．３〜０．７に調整することを特徴とする請求項１又は２記載の含水有機物の乾燥固形化方法。
4. 前記乾燥工程によって、前記含水有機物の含水率を２５〜４５％まで調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の含水有機物の乾燥固形化方法。
5. 前記乾燥工程が、網状或いは格子状等の通気性に富む材料によって形成された乾燥用箱体によってなされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の含水有機物の乾燥固形化方法。
6. 前記乾燥用箱体には、前記通気性に富む材料によって中空の壁状に形成されて通気がなされる仕切壁が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の含水有機物の乾燥固形化方法。
7. 前記成形工程の前に、前記好気性菌が繁殖した前記含水有機物を攪拌してほぐすことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の含水有機物の乾燥固形化方法。
8. 前記成形工程の後、通気性に富む袋に詰めて自然乾燥させることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の含水有機物の乾燥固形化方法。
9. 前記含水有機物の少なくとも一部が、キノコ廃菌床、食品残渣、生ゴミ、畜糞、有機汚泥のうち少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の含水有機物の乾燥固形化方法。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の含水有機物の乾燥固形化方法によって製造されたことを特徴とする土壌活性化材又は固形燃料。

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