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JPWO2011024507A1 - 脱臭材及び脱臭装置 - Google Patents

脱臭材及び脱臭装置 Download PDF

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Abstract

細粒綿とウレタンチップ(産業廃棄物として廃棄されるウレタン発泡弾性体によるウレタンチップを除く)を主材料にした従来の脱臭材に代わる新規脱臭材を提供することにある。粒状物の粒径が1mm以上40mm以下の粒が混在する無機繊維製粒状綿と木質系チップの混合物を主体とし、家畜ふん尿・堆厩肥・余剰汚泥の単独あるいは2以上の混合物からなる微生物活性物質を混合してなることを特徴とする脱臭材である。

Description

本願発明は、堆肥舎や畜舎などから発生する(アンモニアを主体とする)悪臭や油を含む生ゴミなどから発生する悪臭等を生物脱臭法により取り除く脱臭装置に使われる脱臭材(以下、単に「脱臭材」という)に関するものである。
従来の脱臭材は、主として6mm未満の細かな粒径に形成された「ロックウール粒状綿(細粒綿)」に対し、通気抵抗を軽減する目的の「ウレタンチップ」、家畜ふん尿・堆厩肥・余剰汚泥などの微生物活性物質、微生物活性(微生物による悪臭物質の分解除去)を維持する目的の炭素源として「籾殻」、微生物活性が発現するまでの間に悪臭物質を吸着する目的の「ゼオライト」などを混合して製造されている。
例えば、特許文献1では、細粒綿(粒径2.36mm以上5.60mm未満の粒状物を50%以上含むロックウール集合体)に「微生物活性物質」と「硬質ウレタンフォーム片」、さらに「籾殻」や「ゼオライト」を混合した脱臭材が開示されている。
また、特許文献2では、細粒綿に「微生物活性物質」と、「ゼオライト」または「籾殻」を混合した脱臭材が開示されている。
特許第3829961号公報 特開2006−150135号公報
しかしながら、上記のような従来の脱臭材には、以下のような課題を有している。
(1)市販されているウレタンチップ(新品のウレタンチップ)は、原材料費を含む加工費用が高騰しているという課題があるとともに、ウレタンチップに経年変化による劣化が生じ、通気が不均等になったり、通気抵抗が増大したりすることがあった。
(2)また、籾殻は生産に季節性があり、年間を通じて安定的に確保することが難しい。
(3)さらに、ロックウール粒状綿に混合する資材であるウレタンチップ、籾殻、ゼオライトの3資材の混合は製造工程を煩雑にするという課題があり、また、混合する資材の比重が異なるため、無機繊維製粒状綿と分離しやすく、比重の軽い資材は上部に、比重の重い資材は下部に偏る傾向があって均一な混合が困難になるとともに、脱臭槽に均等に充填できず、通気が不均等になったりして十分な脱臭効果を発揮できないという課題もあった。
そこで、本願発明者は、このような従来の課題に着目し、当該課題を解決すべく鋭意試験・研究の結果、無機繊維製中粒綿と木質系チップを或いは無機繊維製中粒綿とウレタンチップ(産業廃棄物となるウレタン発泡弾性体を特定の大きさに破砕したもの)を主体に配合した脱臭材(本願発明)を完成させるに至った。
本願発明の要旨は、通気抵抗の軽減、炭素源及び初期吸着効果を付加するための安価な資材として、環境負荷を軽減できる「木質系チップ」を主材料として使用したこと、或いは産業廃棄物となるウレタン発泡弾性体を破砕した「ウレタンチップ」を主材料として使用したことにある。
すなわち、第1の発明は、粒状物の粒径が1mm以上40mm以下の粒が混在する無機繊維製粒状綿と木質系チップの混合物を主体とし、家畜ふん尿・堆厩肥・余剰汚泥の単独あるいは2以上の混合物からなる微生物活性物質を混合してなることを特徴とする脱臭材である。
ここで、木質系チップには、例えば、杉チップ,シュロの木のチップ,クヌギの木のチップ,桜の木のチップ,ココナッツチップなどの樹木木部のチップや樹皮チップ等がある。なお、木質系チップは、その中に含まれる油分及びリグニンが分解しにくいため腐敗しにくいという利点がある。
また、通常、微生物活性物質は、加工工程を簡略化するために単独で使用されることがあるが、微生物活性物質が単独で十分な量を入手できない場合には、2つ以上の微生物活性物質を混合して用いても、効果に大きな差異はなく、差し支えない(第7の発明においても同じ)。
第2の発明は、前記無機繊維製粒状綿がロックウール粒状綿であり、粒径5.6mm以上の粒状物を50%以上含んだ「中粒綿」を主体とするものであることを特徴とする同脱臭材である。
ここで、以後、粒径5.6mm以上の粒状綿を50%以上含んだ無機繊維製粒状綿を「中粒綿」と表記する。
また、無機繊維製粒状綿には、ロックウール粒状綿以外に、例えば、セラミックファイバー製粒状綿、ガラス繊維製粒状綿,等がある。
第3の発明は、前記木質系チップの長径が10〜50mmであることを特徴とする同脱臭材である。
ここで、本願では、チップおよび小片の径・幅・高さ・長さのうちもっとも大きい値を示す箇所の長さを「長径」と定義する。
第4の発明は、前記木質系チップの割合が、無機繊維製粒状綿100容積部に対し、20〜120容積部(好ましくは25〜80容積部、さらに好ましくは40〜70容積部)であることを特徴とする同脱臭材である。
第5の発明は、前記微生物活性物質の乾燥重量が、前記無機繊維製粒状綿と前記木質系チップの混合物100重量部に対し、5〜30重量部(好ましくは5〜20重量部、さらに好ましくは5〜15重量部、特に好ましくは5〜10重量部)であることを特徴とする同脱臭材である。
第6の発明は、前記木質系チップが悪臭吸着機能と栄養供給機能を備えたことを特徴とする同脱臭材である。
前記木質系チップが悪臭吸着機能と栄養供給機能を備えることで、脱臭材が初期段階(微生物活性の発現前)から脱臭効果を発揮できるとともに、微生物に栄養を供給して微生物の活性を促進できる。
第7の発明は、粒状物の粒径が1mm以上40mm以下の無機繊維製粒状綿と産業廃棄物として廃棄されるウレタン発泡弾性体を長径10mm〜50mmに破砕したウレタンチップとの混合物を主体とし、家畜ふん尿・堆厩肥・余剰汚泥の単独あるいは2以上の混合物からなる微生物活性物質を混合してなることを特徴とする脱臭材である。
ここでの「ウレタンチップ」は、市販されるウレタン製品ではなく、産業廃棄物として廃棄されるウレタン発泡弾性体を使用するものである。例えば、製造工程で製品基準を満足しない状態のものとして廃棄されるウレタン発泡弾性体を長径50mm以下、好ましくは10mm〜50mm以下、より好ましくは20mm〜30mmに破砕加工したものである。これにより、産業廃棄物を有価物として使用できる。なお、産業廃棄物の範囲としては、建築廃材に限らず、LNGタンカーや工場・プラント用配管保温材などから出るウレタン発泡弾性体もその対象となる。
第8の発明は、前記ウレタンチップの割合が、前記無機繊維製粒状綿100容積部に対して、25〜66容積部であることを特徴とする同脱臭材である。
これは、前記無機繊維製粒状綿と前記ウレタンチップとの混合比率を、前記無機繊維製粒状綿60乃至80容積%、前記ウレタンチップ40乃至20容積%にしたものであるが、前記無機繊維製粒状綿の混合比率を脱臭槽の容積に対して60容積%より低くすると脱臭性能が低下する。また、前記無機繊維製粒状綿の混合比率を脱臭槽の容積に対して80%より高くすると、脱臭槽内における通風(悪臭送風)に支障が出る。一方、前記ウレタンチップの混合比率を脱臭槽の容積に対して40容積%より高くすると空隙が多くなり、図5に示す実験結果の通り、脱臭性能が低下する。また、前記ウレタンチップの混合比率を脱臭槽の容積に対して20容積%より低くすると、親水性を有する前記無機繊維製粒状綿がふやけて密着し、脱臭槽内における通風(悪臭送風)が閉塞するなどの支障が出る。
なお、上記した第1の発明から第8の発明に係る脱臭材を備えた脱臭装置を本願発明とすることも可能である。
また、上記した第2の発明における「中粒綿」を主体とした無機繊維製粒状綿としては、例示1〜4の配合割合のものが考えられるが、これに限定されるものではない。なお、配合割合のピークは必ずしも、例示1のように配合範囲の中心になくても良い。
[例示1]1.70〜37.50mm粒径のものが50重量%以上(※合計90%)
粒径 1.00〜 1.70mm … 5%
粒径 1.70〜 2.36mm … 5%※
粒径 2.36〜 3.35mm … 30%※
粒径 3.35〜 5.60mm … 10%※
粒径 5.60〜11.20mm … 10%※
粒径11.20〜19.00mm … 10%※
粒径19.00〜31.50mm … 20%※
粒径31.50〜37.50mm … 5%※
粒径37.50〜40.00mm … 5%
[例示2]2.36〜31.50mm粒径のものが50重量%以上(※合計85%)
粒径 1.00〜 1.70mm … 0%
粒径 1.70〜 2.36mm … 5%
粒径 2.36〜 3.35mm … 5%※
粒径 3.35〜 5.60mm … 5%※
粒径 5.60〜11.20mm … 25%※
粒径11.20〜19.00mm … 35%※
粒径19.00〜31.50mm … 15%※
粒径31.50〜37.50mm … 5%
粒径37.50〜40.00mm … 5%
[例示3]3.35〜19.00mm粒径のものが50重量%以上(※合計75%)
粒径 1.00〜 1.70mm … 0%
粒径 1.70〜 2.36mm … 0%
粒径 2.36〜 3.35mm … 15%
粒径 3.35〜 5.60mm … 40%※
粒径 5.60〜11.20mm … 30%※
粒径11.20〜19.00mm … 5%※
粒径19.00〜31.50mm … 5%
粒径31.50〜37.50mm … 0%
粒径37.50〜40.00mm … 5%
[例示4]5.60〜11.20mm粒径のものが50重量%以上(※合計55%)
粒径 1.00〜 1.70mm … 0%
粒径 1.70〜 2.36mm … 5%
粒径 2.36〜 3.35mm … 5%
粒径 3.35〜 5.60mm … 15%
粒径 5.60〜11.20mm … 55%※
粒径11.20〜19.00mm … 15%
粒径19.00〜31.50mm … 5%
粒径31.50〜37.50mm … 0%
粒径37.50〜40.00mm … 0%
本願発明によれば、以下のような効果を有する。
(1)無機繊維製粒状綿が粗すぎると材料の詰め込み具合により、悪臭が脱臭材全体に対して均等に通過しなくなり、脱臭材に悪臭の通り道ができて十分な性能を発揮できない場合があり、また、無機繊維製粒状綿が細かすぎると悪臭は均等に通過するが、通気抵抗が高すぎてランニングコストが高くなったり(大型のブロワーを必要とするため)、単位面積当たりの悪臭処理量が少なくなるために、脱臭装置の性能を効率良く発揮できない場合がある。これに対して、本願発明のように粒状物の粒径が1mm以上40mm以下の粒を「混在」させた無機繊維製粒状綿を使用することにより、これらの不具合を回避できる。
(2)また、無機繊維製粒状綿としてロックウール粒状綿の「中粒綿」を多く使用することで、加工度合いが少なく、細粒綿を使用する場合に比べて製造コストを安く抑えることができる。
(3)無機繊維製粒状綿と、無機繊維製粒状綿と比べて大きな形状を有する木質系チップを混合使用することにより空隙が確保されて、通気抵抗は軽減される。また、木質系チップは炭素源としても利用できるため籾殻の混入も必要なくなった。
(4)木質系チップが持つ悪臭吸着効果により微生物活性が発現するまでの脱臭もできるため、ゼオライトの混入も必要なくなった。
(5)木質系チップや産業廃棄物として廃棄されるはずのウレタン発泡弾性体廃材を利用することで、環境に優しくリサイクルができ、脱臭効果も優れ、材料費も安価である。
(6)木質系チップの場合は、混合する資材の種類が従来技術と比較して少なくなるため、各資材間の比重の差を小さくできて均一な混合を容易にするとともに、脱臭材の製造費用も低減できる。また、従来の資材である籾殻と比べて一般的に年間を通じて入手しやすく、資材の安定供給に優れている。
(7)新たに製造されたウレタン発泡弾性体などの従来の資材と比較して木質系チップは比重の差が小さいために混合時や脱臭槽への充填時に無機繊維製粒状綿から分離しにくく、均一に混合された状態で脱臭槽を構成しやすい。これに加えて木質系チップが持つ微生物用の担体としての性能も活用することができるため、従来品と比較して脱臭性能は同等以上となる。
(8)産業廃棄物として廃棄されるウレタン発泡弾性体は、成型時の温度及び圧力により組成変形が生じており、脱臭材の材料として使用するときの圧密等による形状変化が少なく、従来品と比較してその強度は同等以上となり、悪臭の通気性を確保できる。
(9)木質系チップの場合は、樹皮繊維等に含まれる油分及びリグニンが分解しにくいため、散水による湿潤や、散水がない時の乾燥の繰り返しにも腐敗しにくいため、耐久性がある。
(10)杉チップ,シュロの木のチップ,クヌギのチップ,桜の木のチップ,ココナッツチップなどの樹木木部のチップや樹皮チップは好気性菌の活性化を抑制する「モノテルペンおよびその化合物」が微量のため、好気性菌を殺菌することがなく、むしろ堆肥槽等から悪臭を分解する好気性菌が増殖・活性化しやすい環境を実現できる。
本願発明に係る実施例の構成を示す説明図。 本願発明に係る実施例と従来例を比較した実験結果。 脱臭効果の比較試験1の試験結果を示す表およびグラフ。 脱臭効果の比較試験2の試験結果を示す表およびグラフ。 脱臭効果の比較試験3の試験結果を示す表およびグラフ。 脱臭効果の比較試験4の試験結果を示す表およびグラフ。 脱臭効果の比較試験5の試験結果を示す表およびグラフ。 脱臭効果の比較試験6の試験結果を示す表およびグラフ。
以下、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1に示す実施形態は、本願発明の一実施例を示すものである。
図1に示す脱臭装置10は、高密度ポリエチレン製の容器(脱臭槽)20に脱臭材30を詰め、脱臭槽20上部の送気口21から悪臭を送り込み、脱臭槽20下部の排気口22から脱臭された空気を取り出す構造となっている(なお、図示省略するが、脱臭槽20下部から悪臭を送り込み、脱臭槽20上部から脱臭された空気を取り出す構造としても可能である)。また、微生物の活性を確保するために脱臭槽20上部から散水し、脱臭槽20下部の排気口22から排水沈殿槽(排水タンク)40へ排出する。排水タンク40にたまった水は再び散水に使用される。なお、容器(脱臭槽)20の大きさは、直径1000mm、高さ1420mm、送気口の径50mmとなっている。
脱臭材30には、無機繊維製粒状綿として「ロックウール中粒綿160kg(1m3)」と木質系チップとして長径10〜50mmになるように調整した「杉チップ200kg(0.5m3)」に、微生物活性物質として「鶏ふん30kg(含水率15%)」(乾燥重量25.5kg)を混合する。さらに杉チップが乾いている場合は散水し、微生物の活性を高めるようにする。なお、ここで使用する「ロックウール中粒綿」は、粒径5.6mm以上11.2mm未満の粒状物が50%以上、かつ、粒径11.2mm以上の粒状物が20%以下のものである。
従来例の試料は、「ロックウール中粒綿163kg(約1m3)」に「ゼオライト41kg」、微生物活性物質として「鶏ふん32kg(含水率15%)」(乾燥重量27.2kg)、「籾殻13kg」、「ウレタンチップ48.6kg」(長径10〜50mm)および水を混合し、調整した。
この脱臭材30を図1に示す脱臭装置10の容器(脱臭槽)20に詰め、アンモニア濃度が200ppm程度の悪臭を毎秒20mm程度の速度で脱臭材30の中を通過させるようにする。
また、湿度を保つため一日に数回15分程度散水する。余った水は排水沈殿槽(排水タンク)40に溜まり、再度散水に使用される。
図2は、図1に示す脱臭装置10による運転開始後1カ月目のアンモニアガスの脱臭効果を実施例と従来例で比較した一覧表である。
図2に示す一覧表によれば、本願発明に係る脱臭材30を使用した実施例が、従来例と比較して2/3に悪臭濃度(出口濃度)を減少させていることが証明された。脱臭装置を替えずに、単に脱臭材を替えただけで、1/3も出口濃度を低減させたことは極めて大きな効果である。
図3〜図8は、従来の脱臭材と本願発明に係る脱臭材の脱臭効果に関する比較試験を行った試験結果を示す表およびグラフである。
この比較試験では、寸法が直径800mm、高さ4000mmの脱臭装置を用いて(図示省略)、以下のような脱臭効果の比較試験1〜6を行った。なお、比較試験1〜6に用いた試料は、「ロックウール中粒綿160kg(1m3)」に対して、微生物活性物質として「鶏ふん40kg(含水率15%)」(乾燥重量34kg)の割合で配合してあるが、すべての比較試験で同一量を用いたため、微生物活性物質を除いた容積を100%として各混合物の容積量を表す。また、比較試験1〜4に用いたウレタンチップは、長径10〜50mmに調整したものであり、比較試験5及び6に用いた木質系チップ2種は、長径10〜50mmに調整したものである。
図3(比較試験1):従来の市販のウレタンチップ20容積%とロックウール中粒綿80容積%の脱臭材
図4(比較試験2):従来の市販のウレタンチップ35容積%とロックウール中粒綿65容積%の脱臭材
図5(比較試験3):従来の市販のウレタンチップ41容積%とロックウール中粒綿59容積%の脱臭材
図6(比較試験4):産業廃棄物のウレタンチップ35容積%とロックウール中粒綿65容積%の脱臭材
図7(比較試験5):ココナッツ(木質系)チップ35容積%とロックウール中粒綿65容積%の脱臭材
図8(比較試験6):シュロの木(木質系)チップ35容積%とロックウール中粒綿65容積%の脱臭材
比較試験1〜3は、従来の脱臭材の混合比率を変えたものである。
これによると、比較試験1では、試験開始から約2カ月後に通気路が閉塞し、その後通気路を確保して試験を継続したが、約1カ月後に再度通気路が閉塞した。このことから、脱臭槽の容積に対して、ロックウール中粒綿を80容積%以上充填した場合、散水された水とその水に濡れたロックウールの親水性が要因となり通気路が閉塞して、継続運転できなことが判明した。
一方、比較試験2では、脱臭槽入口のアンモニア濃度は最大で75ppmであり、脱臭槽出口のアンモニア濃度は最大で2ppmであった。また、比較試験3では、脱臭槽入口のアンモニア濃度は最大で75ppmであり、脱臭槽出口のアンモニア濃度は最大で20ppmであった。
以上より、比較試験1〜3の結果を考察すると、従来の市販のウレタンチップ35容積%とロックウール中粒綿65容積%を混合した脱臭材(比較試験2)が最も優れた脱臭効果を備えていることが判明した。
次に、従来の脱臭材の中で最も脱臭効果の優れたもの(比較試験2の脱臭材)と、本願発明に係る脱臭材(比較試験4の脱臭材:産業廃棄物のウレタンチップ35容積%とロックウール中粒綿65容積%の脱臭材)とを比較する。
比較試験4では、脱臭槽入口のアンモニア濃度は最大で67ppmであり、脱臭槽出口のアンモニア濃度は最大で1ppmであった。
以上により、比較試験2の「従来の市販のウレタンチップ35容積%」と、比較試験4の「産業廃棄物のウレタンチップ35容積%」との比較では、産業廃棄物のウレタンチップを用いても従来の市販のウレタンチップと同じ脱臭効果の得られることが判明した。
さらに、「ウレタンチップ」に代えて「木質系チップ」を用いたもの(混合比率は35容積%のまま)と比較する。
比較試験5では、木質系チップとして「ココナッツチップ」とロックウール中粒綿の混合した脱臭材を用いた結果、脱臭槽入口のアンモニア濃度は最大で75ppmであり、脱臭槽出口のアンモニア濃度は最大で0.5ppm以下であった。
以上により、ココナッツチップとロックウール中粒綿によるアンモニアガスの吸着能力が、ウレタンチップを用いる場合と比較して優れていることが判明した。
また、同様に比較試験6では、木質系チップとして「ココナッツチップ」に代えて「シュロの木のチップ」を用いて試験した。シュロの木もヤシ科の植物であり、木質系チップとして「シュロの木のチップ」とロックウール中粒綿の混合した脱臭材を用いた結果、脱臭槽入口のアンモニア濃度は最大で72ppmであり、脱臭槽出口のアンモニア濃度は最大で0.2ppm以下であった。
以上により、シュロの木のチップとロックウール中粒綿によるアンモニアガスの吸着能力が、ウレタンチップを用いる場合と比較して優れていることが判明した。
上記した比較試験の結果により、高価なウレタン発泡弾性体をチップ状にした市販のウレタンチップを用いなくても、産業廃棄物として廃棄されるウレタンチップを用いても、同様の脱臭効果が得られることが判明した。また、産業廃棄物として廃棄されるウレタンチップの代替として、ココナッツチップやシュロの木のチップなどの木質系チップを用いても、アンモニアガスを脱臭できることが判明した。
本願発明は、以下に例示するような悪臭を生物脱臭法により取り除く脱臭装置に使用される脱臭材として、幅広く利用できるものである。
(1)堆肥舎や畜舎などから発生する(アンモニアを主体とする)悪臭
(2)油を含む生ゴミなどから発生する悪臭(業務用・家庭用の両方を含む)
(3)その他の悪臭
10 脱臭装置
20 容器(脱臭槽) 21 送気口 22 排気口
30 脱臭材
40 排水沈殿槽(排水タンク)

Claims (9)

  1. 粒状物の粒径が1mm以上40mm以下の粒が混在する無機繊維製粒状綿と木質系チップの混合物を主体とし、家畜ふん尿・堆厩肥・余剰汚泥の単独あるいは2以上の混合物からなる微生物活性物質を混合してなることを特徴とする脱臭材。
  2. 前記無機繊維製粒状綿がロックウール粒状綿であり、粒径5.6mm以上の粒状物を50%以上含んだ中粒綿を主体とするものであることを特徴とする請求項1記載の脱臭材。
  3. 前記木質系チップの長径が10〜50mmであることを特徴とする請求項1又は2記載の脱臭材。
  4. 前記木質系チップの割合が、無機繊維製粒状綿100容積部に対し、20〜120容積部であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の脱臭材。
  5. 前記微生物活性物質の乾燥重量が、前記無機繊維製粒状綿と前記木質系チップの混合物100重量部に対し、5〜30重量部であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の脱臭材。
  6. 前記木質系チップが悪臭吸着機能と栄養供給機能を備えたことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の脱臭材。
  7. 粒状物の粒径が1mm以上40mm以下の無機繊維製粒状綿と産業廃棄物として廃棄されるウレタン発泡弾性体を長径10mm〜50mmに破砕したウレタンチップとの混合物を主体とし、家畜ふん尿・堆厩肥・余剰汚泥の単独あるいは2以上の混合物からなる微生物活性物質を混合してなることを特徴とする脱臭材。
  8. 前記ウレタンチップの割合が、前記無機繊維製粒状綿100容積部に対して、25〜66容積部であることを特徴とする請求項7記載の脱臭材。
  9. 請求項1,2,7又は8記載の脱臭材を備えたことを特徴とする脱臭装置。
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