CN1531468A - 利用物质循环系统的有机物处理方法及有机物处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在有机性废弃物的处理中，能把残渣量降低到极少且能提高处理的持续性和稳定性的处理方法和处理系统。把固相分解部内的物质输送到液相分解部I，在固相分解部III中利用陆上微生物进行分解。此时蓄积的高粘性生成物输送到液相分解部I，使其溶解于水中，利用水中微生物使其污泥化。新投入的有机性废弃物在液相分解部I内洗净，与生成的污泥一道输送到固相分解部III，再由陆上微生物进行分解。固相分解部内的物质往液相分解部I的输送以及有机性废弃物往固相分解部III的输送都采用了具有双螺旋结构的固液物质循环装置II。另外，在除湿部IV，从固相分解部III产生的气体中分离出水分，再使该水分返回液相分解部。另外，把所需最低限量的气体送到脱臭部V，脱臭后作为一般的空气排放。

Description

利用物质循环系统的有机物处理方法及有机物处理系统

技术领域

本发明涉及一种处理有机物尤其是有机性废弃物的处理方法和处理系统。特别涉及利用微生物对有机性废弃物(包括住宅、医院、宾馆、饮食中心等设施排出的生活垃圾等有机物、动物残骸等有机物、附着在港湾设施和船舶等上的生物等有机物和在水中不分解的污泥等有机物等)(以下有时统称为生活垃圾等)进行分解的安全、稳定且能连续处理上述生活垃圾等的方法和处理系统。

背景技术

首先，对现有的有机性废弃物的处理方法及存在的问题进行阐述。

(1)焚烧处理

日本的有机性废弃物处理(生活垃圾处理)以卫生处理事业为代表，其大部分几乎都一直是通过燃烧垃圾来进行处理的。近年来有报道称，因燃烧而产生的二氧芑(dioxin)类会造成问题，其产生的主要原因是聚氯乙烯等有机氯系化合物的不完全燃烧。近年来还有报道称，国立环境研究所的研究组通过实验确认，垃圾焚烧时二氧芑类的产生量与含有食盐等的氯的物质量成正比。由此表明，不含有机氯系化合物的生活垃圾等的垃圾焚烧也会产生二氧芑，事实表明，用焚烧法处理垃圾会产生危及人体的有害化学物质。尤其指出，即使生活垃圾焚烧本身与二氧芑类的产生不太相关，但会引起焚烧炉内的局部燃烧不完全，由占其成分大部分的水分所引起的不完全燃烧是二氧芑类产生的间接原因。

(2)填埋、炭化、干燥处理

除焚烧处理之外的处理方法有填埋处理、炭化处理和干燥处理等。填埋处理不仅不卫生，而且被填埋土壤中的微生物会产生甲烷气体。甲烷气体具有20倍于二氧化碳的暖化效应，促进地球的暖化。本来，能取代填埋处理的处理方法首推焚烧处理，由于现在出现了二氧芑类的问题，所以处于不能倒退的状态。另外，炭化处理是在不生成二氧化碳的状态下残留碳分，所以在作为废弃物处理的目的的减容化和减量化的本质方面还存在问题。另外，干燥处理仅仅是驱除水分，不能说是一种完全的处理方法。

如上所述，处理有机性废弃物的方法多种多样，但都各自存在不同的问题点。所谓有机性废弃物处理是指通过焚烧、填埋造成的厌气分解、炭化、干燥、堆肥(compost)化、用垃圾处理机(disposer)粉碎之后再进行水处理等，不论采取何种方法，上述方法都不能说是在处理有机物(生活垃圾等)。

(3)用微生物处理有机物

在所有方法中，近年来最引人注目的处理机理是利用微生物来处理垃圾。有机物的处理系统可以说是最安全的处理，它是利用自然的生态系引起的处理原理。利用自然微生物分解的方法之所以引人注目，是因为它具有完全解决其他方法所存在问题的潜在可能性。

从原理上考虑，利用微生物处理有机物的方法具有以下三大特点。

第一，因为是用自然的微生物进行处理，所以不会产生二氧芑类等对人类有害的物质。

第二，因为是利用微生物的分解能量，所以不消耗额外的燃料和电能。

第三，因为生成物只是二氧化碳和水以及能为植物利用的各种营养成分，所以不仅不会产生二次问题，还能非常理想地达到处理本来所追求的减容化和减量化。

利用微生物进行处理的垃圾处理机，采用将有机物进行堆肥化处理的技术。所谓堆肥技术是依靠堆肥反应，将有机固体废弃物进行堆肥，转换成富含植物等农作物可以利用的氮磷钾等营养成分的混合肥料的技术。

堆肥反应是经过如下两个过程而完成的。一个是将蛋白质、脂质、碳水化物等早期腐蚀性有机物在短时间(几天～几个星期)内分解，实现无机化的一次发酵过程；另一个是难分解的纤维素、半纤维素、木质素等有机物，经过长时间(3～6个月)分解而稳定化的二次发酵过程。

在一次发酵过程中，陆地微生物的增殖分解过程会产生热能。这种热能虽然因材料的材质不同而异，但是如果以含一定量的水和通风速度来控制发酵槽，则发酵槽内温度越能维持在60℃左右就越能产生热能，这就可能将占生活垃圾中将近90％的水分蒸发掉。该一次发酵过程是利用生活垃圾的垃圾处理机的处理原理的工艺，用此工艺可能减量90％以上。

但是，目前销售的生活垃圾的垃圾处理机，其处理过程在一次发酵处理过程后就结束，不具备进行二次发酵过程的功能。另外，在处理生活垃圾这样含水率高的处理物的情况下，在投料时与称为基质的锯屑和稻壳等一起混合，再调节水分进行处理。这些基质基本上是由难分解的有机物构成的，所以在一次发酵过程中不分解。因此，生活垃圾的垃圾处理机最终必须排出的残渣是因不分解而原封不动地残存下来的基质和减量90％以上的生活垃圾，这些垃圾都作为大量的未熟堆肥排出。

目前销售的生活垃圾的垃圾处理机一般分为消灭型和堆肥型两类，生活垃圾的垃圾处理机以这两类作为主导机型问世以来，一直销售着各种各样的生活垃圾的垃圾处理机。

但是，这些生活垃圾的垃圾处理机的原理都与前面所述的完全相同，没有解决根本性问题，没有一种机型是完美的。

在此，详细叙述现有生活垃圾处理技术所存在的问题。

生活垃圾处理技术作为将生活有机性废弃物转换成称为堆肥的有价物的技术近年来越来越被人们注目。但是，在技术上没有达到实用水平，购入设备的用户不得不蒙熏臭气和为频繁检修而操劳。

作为以往生活垃圾处理所存在的问题，一种是将生活垃圾转换成堆肥这一技术本身存在的问题，一种是生活垃圾的垃圾处理机所具有的问题，这些问题的存在形式都不相同。以下分别加以叙述。

1、堆肥本身存在的问题

(1)从城市排放的生活垃圾不能生产堆肥

从城市排出的生活垃圾多为含盐分物质，而盐分是蓄积在土壤中引起盐害的原因，还混有塑料和玻璃等夹杂物。像重金属这样危及农作物的物质被浓缩，直接给农作物带来不良影响。因此，从城市排放的生活垃圾等不适合于做堆肥原料。

实际上，作为堆肥工厂成功之处仅在于确保优质原料，即便在城镇的垃圾堆场设置生活垃圾的垃圾处理机也不可能收集到质量好的垃圾。作为堆肥工厂成功的条件，《堆肥技术》一书的作者东京大学的藤田教授认为，“堆肥设施应列为生产设施，关于废弃物处理必须当作辅助体系分开来考虑”，可见堆肥工厂的成功，取决于是否确保80％以上为优质材料。

(2)生产堆肥要有辽阔的土地

堆肥的施用期都集中在春秋两季。在堆肥工厂，每天要有作为原料的废弃物源源不断地运进来，所以消费量少的冬夏两季要有贮藏堆肥的设施。然而实际上在生产堆肥的附近也好，在利用堆肥的附近也好，几乎都没有贮存堆肥的富余空间。另外，堆肥装置生产的生活垃圾都是未熟堆肥，实际上不能直接用作堆肥，必须经过二次发酵这一漫长处理过程才能变成堆肥。因此，存在要建设二次发酵设施等问题，还要有费用和土地。

(3)堆肥生产地和消费地相距遥远，运输成本高

用城市排出的生活垃圾等废弃物进行堆肥制造的情况下，使用消费堆肥的农田都相距遥远，运输成本相当高。

从以上所列举的问题可知，利用堆肥技术处理城市生活垃圾是非常困难的，所以要重新审视该项技术的利用思路。也就是说，堆肥技术是一项对人类社会失去价值的技术，但作为堆肥原料是将有价有机性废弃物转换成堆肥的技术，要将城市和生活中排出的有机性废弃物做成堆肥是根本不现实的。

2、生活垃圾的垃圾处理机存在的问题

生活垃圾的垃圾处理机本身所存在的问题有(1)处理的稳定性和(2)处理的持续性两大问题。所谓处理的稳定性是指作为处理生活垃圾的机械，每天都确实有一定处理量的生活垃圾。可以说，既然是生活垃圾的垃圾处理机，确实有生活垃圾处理是理所当然的事情，但是，现在的生活垃圾的垃圾处理机，很遗憾在实现这一功能上是不成功的。另一方面，所谓处理的持续性，是在排除第一个处理稳定性问题的情况下，如何能长期连续处理的问题。目前销售的生活垃圾的垃圾处理机每1～6个月需要检修一次，而且，此时排出的未熟堆肥也是个大问题。另外，给下水处理加重负担的洗净型生活垃圾的垃圾处理机和垃圾粉碎机带来的生活垃圾处理也造成大量污泥的生成，即便采用水中微生物分解处理的方法，也会带来二次问题。

另外，臭气的产生也是个大问题。利用微生物的垃圾处理机，为了获得高分解速度，都设计成利用氧气来促进分解生活垃圾的需氧性微生物群的状态。也就是说，这种垃圾处理机存在着不得不总是把含氧空气引入处理装置内，把含有分解过程产生的臭气的气体排出到外部的问题。

以往的许多堆肥工厂都采用一种叫土壤吸附法的脱臭法来进行处理。所谓土壤吸附法是把恶臭气体通到数10cm深的土壤中，利用吸附分解和微生物分解来进行脱臭的方法，因此需要具备脱臭性质的辽阔土地，并进行定期维护。土壤吸附法对于作为生活垃圾的垃圾处理机卖出的制品是不合适的，因此必须确立适合于现有处理机的脱臭方法。

(1)关于处理的稳定性

为了提高处理的稳定性，重要的是稳定温度和pH等环境条件。但是以往的生活垃圾的垃圾处理机都不具备稳定这些环境条件的机能，所以存在如下所示的问题。

①由于一次性直接大量投入，造成发酵槽温度急剧下降。②蛋黄酱和蛋白质等显示极强酸性的物质不加任何前处理就投入。③剩饭等生活垃圾中盐分含量大，蓄积在发酵槽内会急剧降低微生物活性。④堆肥处理必须维持一次发酵过程最佳温度55～60℃，但处理机都是小型的，热量全都散失掉。⑤没有什么办法能控制送气量和送气温度，在冬季大量的热量将被夺取，出现与④同样的热量散失的情况。⑥冬季垃圾里所含水分即使蒸发也会在处理机内结露，无法将水分排除到处理机外。

(2)关于处理的持续性

如前所述，一般的生活垃圾的垃圾处理机在投入垃圾时，是将生活垃圾和称为基质的水分调整剂进行混合来处理的。所谓基质是在堆肥过程中处理水分含量极高的原料(生活垃圾等)时、预先将锯屑等含水量低的有机物一道投入发酵槽、为了调节水分而采用的水分调节剂。如果不进行水分的调节，很难往原料中送入氧气，所以采用这种方法。另外，锯屑等多孔质的构造还可成为微生物的寄居处。

旨在制造堆肥的堆肥工厂，通过将这种基质和原料混合调节水分，投入到发酵槽。投入的混合物的上述一次发酵过程在数日内即可完成而排出，再进入到二次发酵的工艺流程。但是生活垃圾的垃圾处理机不允许这样，常常是在同一个发酵槽中连续不断地投入含水量大的原料，最终蓄积陆上微生物的残骸及其生成的高粘度物质。高粘度生成物的粘性大，属于难分解性物质，其蓄积量达到一定之后，处理机内的基质和生活垃圾等发酵槽内的固形物发生球团化(所谓球团化是指蓄积的高粘性生成物与发酵槽内物质互相结合，使处理中的物质固化变成不能处理的状态而言)。球团化以后的发酵槽内的固形物，不能供给分解所必要的氧气，使生活垃圾变成完全不能处理的状态。因此，必须在1～6个月这样的短期间内进行发酵槽内基质的替换，使维护成本增加。另外，该维修间隔也随原料与使用状况变化，准确的维修间隔无法预测，这样处理机稳定性就成为问题。

因此，不管是堆肥型也好，消灭型也好，都必须定期地排除未熟堆肥，没有能使用户感到是真正意义上的消灭型生活垃圾的垃圾处理机，所以不能说是达到了处理机应有的水平。

以上综述了基于有机物微生物处理的技术现状，目前已从多种突破口获得大量解决和改进上述问题的提案，下面列举若干有代表性的提案。

如日本专利特开平7-124538号公报所述，不把从生活垃圾蒸发的水分排出到周围而加以回收，由于具有通过液体净化装置进行净化的功能和粉碎固体有机物的功能，所以能快速分解。提供了强化加温功能、不用水分调节剂、可以降低未熟堆肥排出量的固体有机物的处理装置。

在日本专利特开2000-37683号公报中，提供了一种采用如下方法进行处理的处理装置。其特点是，具有用水对固相处理槽内生成的恶臭气体进行脱臭的功能，该水同时淋洗在处理槽内的由陆上微生物处理而蓄积的高粘性生成物，通过构成处理槽底部的冲孔金属，使溶解于贮水槽的有机物沉降，在贮水槽中依靠水中微生物将水净化。

但是，在日本专利特开平7-124538号公报中，虽然考虑到减少在处理废弃物时产生的未熟堆肥等残渣(指在固相有机物分解过程的最后，残存于处理机内必须取出排除的蓄积产物。尤其是指用以往的生活垃圾的垃圾处理机排出的未熟堆肥)，但是存在处理的持续性问题，结果还是要把未熟堆肥排出。也就是说，在有机性废弃物的处理中，不是消灭生活垃圾等有机性废弃物，而是增加未熟堆肥等的生成物，只不过是变更物体的形态而已。另外，在日本专利特开2000-37683号公报中，不是降低未熟堆肥的排出量，而相反存在因水中微生物而大量排出污泥的问题。

关于这一点，日本专利特开2000-189932号公报中提供了一种能消灭生活垃圾和污泥等有机性废弃物的装置，其特点是，在多孔质微生物处理介质中使需氧性和厌氧性微生物(需氧微生物和厌氧微生物)共存，如果对其搅拌同时鼓气，可以通过需氧微生物消化可以作为需氧微生物营养源的有机性废弃物，如果停止鼓气和搅拌，通过厌氧微生物分解和消化可以作为厌氧微生物营养源的有机性废弃物，在第二个反应槽以后，通过同样的处理消灭生活垃圾和污泥等机性废弃物。

该装置是一种通过只重复操作设置好了的反应部来消灭有机性废弃物的装置，其对生活垃圾等的处理方法与日本专利特开平7-124538号公报和特开2000-37683号公报提供的一样。但是，从需氧微生物转变成厌氧微生物的微生物相需要时间，存在处理分解时间极慢的问题。另外反应部多段相连，导致装置大型化，设置也随之变得困难。

概括以上的现有技术，可以说以往的生活垃圾的垃圾处理机，只不过是利用陆上微生物和水中微生物单独或分别进行分解处理的机器。

发明的揭示

本发明就是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能极大程度降解生活垃圾等有机性废弃物，换言之，通过提高有机性废弃物处理的稳定性和持续性，降解生活垃圾等有机物的有机物处理方法和有机物处理系统。

为了达到上述目的，本发明的有机物处理方法是一种利用微生物来处理有机物的方法，该方法的特征是，使有机物及其分解生成物的全部或者部分依次通过利用陆上微生物进行分解的固相分解部和利用水中微生物进行分解的液相分解部。

另外，为了达到上述目的，本发明的有机物处理系统是一种利用微生物来处理有机物的系统，它具备利用陆上微生物分解上述有机物及其分解生成物的固相分解部，利用水中微生物分解上述有机物及其分解生成物的液相分解部，位于上述固相分解部和液相分解部之间的使上述有机物及其分解生成物的全部或者一部分进行循环的循环装置。

本发明者对作为理论上安全而又理想的有机物处理方法的微生物处理技术的整体及其细节进行了详细的探索、考察和实验研究。结果发明了被称为“固相·液相微生物相互利用”的全新的处理方法。首先概述本发明的技术思想的梗概。

作为污水处理方法而被广泛利用的活性污泥法是利用自然微生物的处理方法，已广泛用于世界各地。但是存在会产生大量污泥的社会问题。

所谓污泥指是随着活性污泥法处理的进展而增多的微生物及微生物残骸。这里重要的一点是，要将所有的有机物处理只利用水中微生物来处理是很困难的。也就是说，采用在水这一液体处理介质中的微生物处理方法会导致污泥这一固体产生的问题。

另一方面，在利用陆上微生物进行堆肥处理的技术中，在发酵槽内会引起分解物的蓄积。这些分解物蓄积之后，起着与发酵槽内的固形处理物(有机性废弃物、处理过程的有机性废弃物、基质、陆上微生物等)粘合的粘合剂作用，导致球团化。

一旦球团化后的固形处理物用生活垃圾的垃圾处理机所具有的动力便无法搅拌了，因为引起往微生物供氧的停止而导致处理的停止。目前虽然不限定能起粘合剂作用的物质，但可以预料它们是被称为腐殖质的富烯酸、腐殖酸等无定形的胶体状高分子物质群。

从以上所述可知，液相的微生物处理(活性污泥法)也好，固相的微生物处理(堆肥处理)也好，在利用微生物的增殖分解的处理中，产生液固两相的物质，它们都会给处理带来问题。也就是说，采用在固相中进行处理和在液相中进行处理的方法，在处理工艺过程中都会出现与产生问题的物质不同的形态。

本来，在地球的生态系中不会发生上述问题。在森林中，动物一旦死亡，微生物就分解之，其营养分被用作森林里树木的生长或被雨水冲刷掉，永远也不会出现哪一种物质滞留在某处不动的情况。被雨水冲刷的营养经河流带入大海，形成贵重的水产资源之源。

另外，不论是水系或者陆上生态系，动物的残骸、粪尿、落叶等有机性废弃物都被微生物分解，变成无机物。无机化后的营养又再次被作为原生产者的植物转变成有机物，在生态系的食物链中物质循环往复。正是这种物质的循环，不会引起森林被落叶和动物残骸掩埋之类的情况，而自然而然地按照称为生态系的物质循环途径进行循环。

本发明思考上述物质循环过程，把从液相分解工艺产生的固体状“污泥”输送到固相，把从固相分解工艺产生的溶解性高粘性生成物(提供给基质之间进行球团化的物质)输送到液相，通过连续不断地使它们互相循环，解决以往存在的问题点，提供一种能实现兼具持续性和稳定性的有机物处理的手段。

也就是说，本发明是利用微生物来处理有机物的方法，该方法的特征是，使有机物及其分解生成物的全部或者部分顺次通过固相分解部(在此称为陆上微生物分解处理区)和液相分解部(在此称为水中微生物分解处理区)。

使有机性废弃物顺次通过是指根据有机性废弃物的状态和量的多少，按最佳条件选择顺序、次数、速度和时间等通过固相分解部和液相分解部。此时，即使不是让有机性废弃物的全部通过，而是让其中一部分通过，只要有达到目标效果的条件即可，所以说成“全部或部分”。

在本发明的处理中，许多情况下，需要处理的有机物都是累积的。也就是说，不是在处理分解完成之后，重新追加下一批有机物，而是在处理分解完成之前逐渐追加累积新的有机物。所以，在固相分解部处理的固相分解部内的物质的一部分或者全部移入液相分解部，溶解于液相而蓄积的高粘性生成物经洗净除去之后再次移入固相分解部进行处理。在液相分解部溶解除去该物质才能实现分解处理的稳定性和持续性。在此，所谓溶解于液相的高粘性生成物是指上述“提供给基质之间进行球团化的物质”。权利要求2表述的意思就是指此内容。

所谓固相分解部内的物质是指待处理而投入的有机性废弃物、作为水分调节剂而投入的基质、陆上微生物、高粘性生成物、水分、从液相分解部运来的污泥等在固相分解部内被搅拌的全部物质。

作为液相分解部的水中微生物分解处理的结果，生成以微生物的残骸等为主成分的固体状物质(称为污泥)。在本发明中，全部污泥或者一部分污泥移入固相分解部，利用陆上微生物进行分解处理，该污泥采用与其他有机性废弃物同样的分解处理方法进行处理。

也就是说，本发明的处理方法的特征是，把固相分解部内的物质移入液相分解部，把液相分解部内的固体状物质移入液相分解部这样的在处理装置内进行循环，籍此达到稳定性和持续性都高的处理效果，实现有机性废弃物减量化的飞跃。

附图的简要说明

图1是有机物处理设备结构的分段图。

图2是表示有机物处理设备详细结构的构成图。

图3是表示往固相方向输送物质的螺旋输送轴的结构图。

图4是表示循环装置的停止主轴的示意图。

图5是表示往液相方向输送物质的螺旋输送轴的结构图。

图6是表示搅拌螺浆轴的示意图。

图7是表示相对于有机性废弃物内的实验天数的温度变化的曲线图，7A表示以往机型中市售生活垃圾的垃圾处理机的机内温度变化和残骸产生量的图，7B是表示本发明的生活垃圾的垃圾处理机内的温度变化的示意图。

图8是表示固相、液相和气相中的本发明处理概念的示意图。

图9是表示实施例2的处理机内容物的总湿量随时间变化的曲线图。

图10是表示实施例2的处理机内容物的总干量随时间变化的曲线图。

图11是表示实施例2的处理机内容物的总有机物重量随时间变化的曲线图。

图12是表示实施例2的处理机内容物的有机物分解速度随时间变化的曲线图。

实施发明的最佳方式

按照图1所示的分段图，说明本发明的实施方式之一的实践本发明时比较理想的处理系统(设备)的基本构成。

本实施方式的有机物处理设备具有液相分解部I、固液物质循环装置II、固相分解部III、除湿部IV及脱臭部V。

液相分解部I是在液相中洗净有机性废弃物，再利用水中微生物分解液体状的有机物，并进行净水的部分或装置。

固液物质循环装置II是具备把固相分解部III内的物质输送到液相分解部I、把新投入的固体状有机性废弃物和生成的污泥等液相分解部I的固体状物质输送到固相分解部III的功能的部分或装置。

固相分解部III是在固相中，利用陆上微生物分解固体状有机性废弃物的部分或装置。

除湿部IV是除去顺次投入到固相分解部III的高含水率有机性废弃物蒸发而气化生成的水蒸气、使固相分解部III内的物质保持在低含水率的部分或装置。

脱臭部V是为了利用陆上微生物和水中微生物而从处理装置外插入的随时对空气进行脱臭排放处理的部分或装置。

在这样构成的处理系统(设备)中，有机性废弃物的处理按以下的顺序进行。

首先，有机性废弃物按箭头S1所示，投入到液相分解部I而得到洗净。

然后，有机性废弃物按箭头S2所示，从液相分解部I送到固液物质循环装置II。再按箭头S3所示从固液物质循环装置II送到固相分解部III。固相分解部III中有机性废弃物被陆上微生物分解。

在固相分解部III内，不能作为固体分解的物质或者分解速度极慢的物质的蓄积量极微。当蓄积量增多的情况下，如箭头S4所示，将它们从固相分解部III取出到外部，对设备进行维修。

为了去除固相分解部III中随着分解的进行而蓄积的高粘性生成物，固相分解部III内不能以固体形式分解的物质按箭头S5、S6所示，通过固液物质循环装置II输送到液相分解部I被洗净。

然后，与再次投入的有机性废弃物一道按上述箭头S2、S3所示的通道，输送到固相分解部III。

另一方面，按箭头S7所示，通过鼓气等手段使空气插入到液相分解部I中，插入的空气按箭头S8所示被送到除湿部IV。

包含较多固相分解部III的水蒸气的空气按箭头S9所示被送入除湿部IV。

送到除湿部IV的空气就地被除湿，按箭头S10所示，再次送到固相分解部III。此时有时也用H(加热器)对气体加温。

另外，按箭头S11所示，仅将流入到除湿部IV的空气移入脱臭部V，在脱臭部之后，按箭头S12所示排放到外部。

另外，自来水等按箭头S13所示引入到脱臭部V，用于脱臭之后按箭头S14所示移入到除湿部IV，用于除湿时的冷却。

另外，按箭头S15所示，在除湿部IV溢流的水分被输送到液相分解部I，用于各种有机性废弃物的洗净，按箭头S16所示，在液相分解部I净化并排水。

以下，参照图2～图8说明使用本发明处理方法的具体处理装置。

另外，图8作为理解本发明内容的参考资料，是依照本发明的处理方法用文字方式来表述图2的一个说明图。

不限于本发明的处理装置，所有的物质都会随温度变化成固体、液体和气体这三种状态而存在。在本发明的处理方法中，有机性废弃物被陆上微生物和水中微生物分解，转变成“气化的物质”、“液化或以液体形式存在的水溶性物质”、“以固体形式存在未被分解的难分解物质”等三种状态的物质。然后，通过本发明的处理装置所具有的功能分别被运送到“气相”、“液相”和“固相”中，进行相应处理后再排出到装置外。

以下，以物质循环为中心，就图2所示的有机性废弃物处理设备的具体构成、操作和特征加以说明。

(1)处理装置内的固相中的物质循环

固相中的物质循环从有机性废弃物投入口开始的有机性废弃物投入(箭头a)开始。

投入的有机性废弃物在液相分解部B中被洗净。在此，投入生活垃圾等有机性废弃物的情况下，附着在其表面的蛋黄酱、辣椒油等pH极低的物质和盐分等妨碍微生物的增殖的液状物质被漂洗到液相，使pH趋于稳定。

pH采用后述的pH传感器35来测定。

洗过的有机性废弃物沉淀在沉淀槽里，通过固液物质循环装置D按箭头c、d的方向输送到固相分解部A。

此时的固液物质循环装置D的操作的详细情况如后所述。

在投入了有机性废弃物的固相分解部A中，由于陆上微生物的分解产生分解热，占有机性废弃物的大部分的水分被蒸发，水变成水蒸气。同时，伴随分解恶臭分子也变成气体，被陆上微生物分解转变成二氧化碳浓度高的气体。

利用固相分解部A内的搅拌浆叶12，把空气送到固相分解部A内促进分解。

陆上微生物在分解有机性废弃物的同时进行增殖，随着增殖的进行，蓄积引发球团化的高粘性生成物。高粘性生成物是陆上微生物的残骸，也是陆上微生物生理上排出的物质，目前对其细节尚不明了。不管怎么说，高粘性生成物达到一定浓度就会引起球团化。

为了洗净这些物质，固相分解部A内的物质由液相方向物质输送螺浆按箭头e聚拢，通过液相方向物质输送间隙13沿箭头f输送到液相分解部B。然后，被输送的物质在沉淀槽C内被洗净。

洗净后的固相分解部A内的物质与沿箭头a重新再投入的有机性废弃物一起，通过固相方向物质输送间隙5再次输送到固相分解部A。此时它们作为微生物的寄居处和水分调节剂继续起作用，分解途中的有机性废弃物进一步得到分解。

另外，在液相分解部产生的活性污泥沿箭头h方向被回收在沉淀槽内，与有机性废弃物一道输送到固相分解部A，与其他有机性废弃物同样被分解。

陆上微生物的分解速度，在固相分解部A的温度为55℃～65℃时最大。该分解速度随陆上微生物的主组成和有机性废弃物的种类而变化，所以固相分解部A内部的温度至少要能控制在40℃以上80℃以下。

为了使产生的分解热尽可能利用于水分的蒸发，固相分解部A用热导率低的绝热材料17覆盖，抑制热能发散。

另外，通过设置第二固相分解部将温度控制在40℃以下，分解在固相分解部A内不能分解的有机物，也可能进一步减少残渣的量。

另外，为了促进陆上微生物的分解，必须使固相分解部A内的含水率保持在50％左右。为此至少必须将固相分解部A内物质的水分含量控制在30％以上70％以下。

在固相分解部A内有机物的分解连续进行，一般认为，蓄积的物质以固体的形式存在，是很难分解的物质，即难分解的有机物(木质素、纤维素、半纤维素)或勺、叉等混入物。这些物品从固形处理物取出口26沿箭头b方向排出。

(2)处理装置内的液相中的物质循环

液相中的物质循环从液体摄入口27起的自来水等新水沿箭头o方向流入开始。

在固相分解部A分解过的有机性废弃物变成含有大量恶臭分子和水蒸气的气体。新水从脱臭部F内28的脱臭部喷淋管29开始，传到促进脱臭用气液接触的填充材料表面，同时沿箭头q的方向自上至下流动。籍此，自下方上升的含有大量恶臭分子和水蒸气的待排气体与喷淋状的新水接触，水蒸气被冷却而结露。另外，恶臭分子溶解于水中沿箭头y方向完成脱臭。

经脱臭的含较多二氧化碳的无臭无害气体沿箭头z方向排出本发明的设备之外。

新水在脱臭部含有恶臭分子，为脱臭发挥了其一部分作用之后，沿箭头r方向送入除湿部E。脱臭用过的水在除湿部E用于冷却固相分解部A内的气体。

除湿部E的冷凝水沿箭头u方向通过除湿部30的喷淋管，并沿箭头v的方向通过促进除湿用气液接触的填充材料31，使气体接触沿箭头k方向冷却下来。

在除湿部E用过的冷凝水通过冷凝液循环泵33使之循环，沿箭头t方向作为冷凝水再次利用。

冷却后的气体所含的水蒸气通过结露可以排除气体内的水分。水经过脱臭部F、除湿部E，用于有机性废弃物的洗净和为除去高粘性生成物而进行的洗净，为此从液相流入口20沿箭头s方向移入液相分解部B。

最后，洗净后的污水通过活性污泥法转变成净水，从排出口22沿箭头w方向排放。

这样，在本系统中把水所具有的吸附能力和热容量等性质充分加以利用。

(3)处理装置内的气相中的物质循环

气相中的物质循环从往液相分解部B的空气入口19沿箭头g方向送气开始。

沿箭头g方向送入的空气使氧气溶解在液相分解部B内的水中，通过活性污泥处理，将氧气供给活跃的微生物。通过鼓气从液相分解部B的液相抽取的空气从液相吸气口21，沿箭头i方向送入除湿部内，转变成处理装置内的气相。这时，因为外部气体温度低于固相分解部A内的温度，所以能促进除湿作用。

由于新空气送入气相，气相的氧气浓度上升。因为气相都是连通的，所以固相分解部A内的氧气也得到补充。

在固相分解部A，利用此空气中的氧气，引起需氧性微生物群的分解增殖，排出二氧化碳和各种气体。另外占生活垃圾的大部分的水分在此变成水蒸气而气化。

含有大量水蒸气和恶臭气体的气体，从固相排气口15沿箭头n方向被送入除湿部，并沿箭头j方向进入除湿部E。

进入除湿部E内的空气中的水蒸气冷却后结露，沿箭头k方向除湿。

除湿后的空气的大部分通过气体循环风机32返回到固相分解部A，沿箭头1方向循环。

除湿部E具有的气体除湿功能与现有的除湿方法并用或单独使用均可。

因为送入到液相分解部B的量的气体必须排出到处理装置之外，所以把与该送气量等量的气体送入到脱臭部进行脱臭处理。在脱臭部沿箭头x方向送入的气体通过与新水进行气液接触，使气体状的恶臭分子溶解于水中，进行排气的脱臭。气相的最终产物是二氧化碳浓度高、氧气浓度低的无害气体，在稳定性方面也完全没有问题。

脱臭部F具有的气体脱臭功能既可以与吸附、燃烧等脱臭技术并用，也可以单独使用，根据需要还可以进一步进行更完全的脱臭。

(4)固液物质循环装置D

以下参照图3～图6，对本发明的以具有双螺旋结构为特征的固液物质循环装置D加以说明。

图3是固相方向物质输送螺浆的局部图(包含图2的3)，图4是循环装置停止主轴的局部图(包含图2的2、4、6、7)，图5是液相方向物质输送螺浆轴(包含图2的8、10、14)的局部图，图6是搅拌螺浆轴(包含图2的9、11、12)的局部图。

双螺旋结构的装置中，把固相方向物质输送螺浆轴配置在中心，其外侧配置液相方向物质输送螺浆轴，其外侧即双螺旋结构的最外侧配置搅拌螺浆轴。

在液相分解部B内，潴留在沉淀槽C内的固体状物质(投入的有机性废弃物、洗净的固相分解部A内的物质、活性污泥法产生的污泥)从循环装置停止主轴(图4)的固形处理物摄入口2，通过固相方向物质输送螺浆3聚拢。

聚拢的固体状物质通过固相方向物质输送间隙5沿箭头c方向输送到固相分解部A。刚洗净的固体状物质中含有许多水分。在输送的时候，从开设在循环装置停止主轴的下部的停止轴下部孔4滴下多余的水分而排除。

另一方面，在固相分解部A引起连续的陆上微生物对有机物的分解，为了洗净蓄积的高粘性生成物，从开设在搅拌螺浆轴的侧面的搅拌轴处理物入口11，经过开设在液相方向物质输送螺浆轴(图5)的上侧面的输送轴处理物入口10送入待洗净的固相分解部内的物质，通过液相方向物质输送间隙13，从上向下输送。此时，为了调低被输送的固相分解部内的物质的含水率，通过固相方向物质输送螺浆输送到上方的物质中所含的多余水分被停止轴上部孔6吸收，低含水率的固相分解部内的物质起到类似海绵的作用。

因此，输送到固相分解部A的物质越往上方越吸收水分，可以把多余的水分吸干。通过进一步花时间慢慢地输送，在达到固相分解部A内的时候，调节固相分解部A内的温度，不破坏固相分解部A内的微生物的条件，便可以进行有机性废弃物的投入。

通过固相方向物质输送螺浆运送到上方的固体上的物质，经过开设在循环装置停止主轴的最上部的停止轴处理物出口7、输送轴处理物出口8，从搅拌轴处理物出口9投入到固相分解部内。此时，循环装置停止主轴经常停止，因为液相方向物质输送螺浆轴和搅拌螺浆轴在旋转，所以处理物在通过各自出口的时候被粉碎，使分解速度加快。

(5)固相分解部内的物质的pH测定

如前所述，在本实施方式的有机物处理设备中，要控制固相物质或液相物质的循环和处理使pH稳定，需在液相分解部B内设置pH传感器35。因为必须监控pH的固相分解部内的物质被输送到液相分解部B(包括沉淀槽C)，所以通过测定该液相物质的pH就可测定固相物质的pH，控制在所希望的状态。

该pH传感器35可以是通常使用了玻璃电极的传感器、使用了锑电极的传感器、使用了ISFET(Ion Selective Field Effect Transister)的传感器，也可以是组合使用玻璃电极和比较电极的传感器中的任一种。

大家知道，在这样的堆肥装置和生活垃圾处理装置等有机物处理设备中，作为发酵槽的固体分解部内的固形物质的pH与分解速度直接相关(Kitawaki和Fujita 1984，Fujita等，1985)。作为反应中间生成物的醋酸等低级脂肪酸使pH下降，在pH为5时分解就完全停止。相反，pH在8～9附近时，分解速度最高。

作为重要的控制因素的pH的测定必须要经过萃取、搅拌、离心分离、过滤等复杂的工序，很难简单地测定出来。因此，虽然有人采用从排气冷凝水的pH预测固相分解部内的物质的pH，利用它来进行控制的方法(Fujita等，1985)，但是该方法很难准确预测用实验方法得到的pH值。

本实施方式的有机物处理设备中的pH测定方法与由冷凝水得到的pH值相比，能以高得多的精度推测到pH值。

(6)最终排出物和能量

从本实施方式的有机物处理设备排出的最终残余物变成如下的物质。

固体：在发酵槽内不能分解的有机物(木质素、纤维素、半纤维素)和混入的异物(匙、叉等)，

液体：通过活性污泥法净化的水，

气体：经脱臭的二氧化碳浓度高的无臭无害气体。

另外，对本实施方式的有机物处理设备中使用的能量可以考虑如下。

在本系统中，有机物的无机化是利用基于微生物体内的呼吸的生物燃烧反应，所以对于无机化来说不需要能量。因此，仅利用维持如下微生物的增殖分解的环境用能量就可以了。

1、用于维持陆上微生物活性用的加热器的电能(夏季不需要，冬季也只是弥补微生物的分解热)，

2、用于物质输送的电能(螺浆，泵等)，

3、脱臭、除湿用的水。

我们迄今为止一直主要采用焚烧法来处理垃圾。所谓焚烧是籍燃烧反应氧化垃圾的反应，即垃圾中所含的碳(C)和氧气(O₂)结合，生成二氧化碳(CO₂)和灰。该燃烧反应利用了大量的燃料，仅在数100℃这一温度条件下发生反应。

另一方面，有在最高数10℃的温度条件下燃烧的反应存在。这就是被称为呼吸的生物体内发生的燃烧反应。该燃烧反应通过在生物体内生成的酶这一蛋白质，能使通常必须在数100℃这一超高温度下进行的反应在数10℃温度下就能使碳变为二氧化碳。

所以，本实施方式的有机物处理装置的固相分解部是一种靠基于微生物呼吸的燃烧反应而使有机物无机化的燃烧炉，可以说本发明提出了以稳定的高燃烧速度持续进行燃烧的方法。

也就是说，我们提议的本发明的有机物处理装置是利用微生物的呼吸这一燃烧反应使有机性废弃物燃烧的“有机物低温燃烧炉”。

(7)控制

在本实施方式的有机物处理设备中，控制项目比以往的处理设备多，其控制形式也很复杂。因此，整个设备的操作是由计算机控制管理的。另外，还可以通过网络进行遥控管理和控制。具体来说，单纯的命令的自动化当然不用说，温度、pH、臭气的发生状况等通过远距离的监控、维修等记时器的检测及其实行等完全从远距离控制或能自动地进行。

实施例1

在实验中，将日本料理店排出的厨房垃圾作为有机性废弃物利用。投入量为每天7kg，分2次每次3.5kg，每天都投入。投入基质利用大小约2mm的锯屑60升。准备两台实验机，一台是作为现有技术的不经洗净连续投入的现有机，另一台是利用本发明方法的本实施方式的有机处理设备(以下称为本发明机)进行比较。另外，本发明机采用每天各洗净3升并将洗净后产生的污泥回收后再投入的方法实践本发明的处理方法。其结果如图7所示。

按现有方法进行处理的现有机(结果示于图7A)与采用本发明方法的本发明机(结果示于图7B)这两台设备的分解都顺利进行的时候，由于微生物的分解热使处理机的温度上升，在32℃～45℃的幅度内变化。如果出现球团化而使处理不能进行的时候，处理机内温度下降到与外部气温相等(22℃～23℃)。市售机器几乎每30天左右处理的内容物就会出现球团化，直到不可能再进行处理时便替换内容物。每次替换的时候，都以未熟堆肥的形式产生残渣，到第3次替换的时候总残渣量为197.8升。

另一方面，在实践本发明的方法的本发明机中，不出现球团化现象，可以连续进行分解。虽然实验到3个月告停，但在实际使用时并不限于这段时间，一般认为可能在半永久状态下使用。因为处理内容物没有必要替换，所以不会产生未熟堆肥。

本实验表明，通过用洗净法除去高粘性生成物发挥了飞跃的持续性，同时利用本发明的处理方法仅产生极少量的残渣量。这是因为陆上微生物产生酶，在液相分解部产生的污泥与其他的有机性废弃物一样被分解。对在固相分解部分解活跃的陆上微生物生成的这种酶进行了各种研究，研究结果证明了它的存在，这在理论上也是十分有益的结果。

另外，此时从本实施方式的废弃物处理设备排出的气体的臭气成分示于表1。可以确认，采用本实施方式的废弃物处理设备所用的脱臭装置，足以达到规定值。

                        表1    排气的臭气成分

恶臭物质	脱臭装置入口侧气体的恶臭物质浓度(ppm)	脱臭装置出口侧气体的恶臭物质浓度(ppm)	规定值(ppm)
				氨	300	0.6	2～5
胺类	5	0.01	0.02～0.07
				硫化氢	0.2	0.06	0.06～0.2
甲基硫醇	0.1	0.002	0.002～0.01
				二甲硫	0.1	0.05	0.05～0.2
二甲二硫	0.1	0.03	0.03～0.1
				乙醛	0.1	0.01	0.1～0.5

实施例2

在实验中，采用狗食200g和蒸馏水800g的混合物作为人工生活垃圾。投入量为每天1kg。投入基质采用大小约2mm的锯屑5升。准备三台实验机，一台不经洗净连续投入人工生活垃圾的机器(以下称为现有机)，另一台作为实践本发明方法的有机物处理机1的每3天进行一次750mL的洗净、不再投入污泥的处理机(以下称为本发明机1)，还准备一台作为实践本发明方法的有机物处理机2的每3天进行一次750mL的洗净、再投入产生的污泥的处理机(以下称为本发明机2)，进行比较。

实验测定了3台处理机内容物的总质量，求得其湿量、干量和有机物重量。湿重从包含处理机内容物的实验机的总质量减去处理机本体的质量求得。干重从各处理机采集部分样品，在温度60℃下干燥48小时求得。另外，有机物质量通过将干燥过的部分样品在马弗炉内600℃下燃烧4小时，将气化的质量作为有机物质量求得。

图9是现有机、本发明机1和本发明机2的处理机内容物的总湿重随时间变化的曲线图。

，在实验开始后24天左右，现有机的湿重开始增加，发生凝聚，因此不能正常进行分解，投入的生活垃圾继续蓄积。另一方面，实施本发明的方法的本发明机1以及本发明机2，不出现凝聚现象，分解正常进行。

图10是表示现有机、本发明机1和本发明机2的处理机内容物的总干重随时间变化的曲线图。

在实验开始后10～15天左右，现有机已经确认开始发生处理机内容物的蓄积，凝聚比根据湿重随时间的变化确认的时期要来得早。另一方面，实施本发明的方法的本发明机1以及本发明机2不产生凝聚，分解正常进行。

图11是表示现有机、本发明机1和本发明机2的处理机内容物的总有机物质量随时间变化的曲线图。

在实验开始后10～15天左右，现有机已经确认开始发生处理机内容物的蓄积，凝聚与根据干重随时间的变化确认的时期相同。另一方面，实施本发明的方法的本发明机1以及本发明机2不产生凝聚，分解正常进行。

图12是表示现有机、本发明机1和本发明机2的处理机内容物的有机物分解速度随时间变化的曲线图。有机物分解速度的单位是(g-有机物/天)，即以每天分解的有机物质量以克为单位表示。

现有机中，有机物分解速度随实验天数的增加而下降，到第48天下降到50(g-有机物/天)。另一方面，实施本发明的方法的本发明机1以及本发明机2的有机物分解速度可维持在160(g-有机物/天)。通过本实验明确用现有机仅能分解1天投入的有机物量(180g)的1/3以下。另外还明确，采用本发明机1以及本发明机2的情况下，分解速度不下降，可连续分解至接近90％。

因此，本实施方式的有机性废弃物处理系统(设备)在处理有机性废弃物时，与排出大量未熟堆肥的现有技术相比，可将残渣量减到极低。

另外，将采用现有技术时的极不稳定的使用微生物的有机物处置提高到实用的稳定化水平，可以说是本发明的重要效果。

本发明的方法不会生成恶臭和对人体带来有害影响的病原菌和化学物质，是一种极其安全的处理方法。

另外，从社会效益来看，因为可以利用垃圾粉碎机把生活垃圾排出到家庭之外，所以能够将人们从原来的烦琐工作中解放出来。

在日本，因为利用垃圾粉碎机的生活垃圾处理会产生大量污泥，所以禁止使用。但是由于它的便利性，跟大企业仅利用水中微生物的现有有机物处理技术相配合，使垃圾粉碎机现在得以为各家庭所利用。

但是，这些方法如前所述没有从根本上解决问题，小型的下水处理机大量增加，仅仅是减轻了现有下水处理场的负担。另外，这些下水处理的维修等作业必须要有庞大的劳力，而且成为全国性的大量污泥再次产生的原因。

从这点看，本发明的处理方法从根本上使有机物无机化，由此排出的水不会产生污泥。

本发明的有机物处理方法是每个普通家庭利用垃圾粉碎机把以生活垃圾为代表的有机物排出到家庭之外，然后通过本发明的处理方法和设备，将数百户单位的垃圾收集在一起进行连续处理，成为了非常方便的垃圾处理方式。

产业上利用的可能性

本发明并不限于本实施方式，也可以加以任意合适的改变。可以任意合适的对象物作为处理对象。

以往的活性污泥法的有机物处理只不过是将水的污染变换成污泥(微生物的残骸)这一其他有机物而已。因此，大量污泥的产生带来蓄积的问题。现有的污泥处理耗费巨大的处理费用，从这一侧面来看，不让生活垃圾产生污泥这一本发明的处理方法的概念是很重要的。

本系统并不是仅仅把“水的污染和生活垃圾这一有机物”变换成“污泥这一其他有机物”，而是着眼于“无机化”上。也就是说，本发明的处理原理是利用液固两相的微生物，最大限度地进行微生物分解增殖过程中的无机化反应。因此，采用本系统分解、无机化后的物质直接流入到地球的物质循环，以对地球的生态系无害的形式排放循环到江河湖海和大气中。

日本的污泥产生量不是生活垃圾量的一个小比例，而是占所有有机性废弃物的大部分，作为本发明的将来的展望，也可以说是这些污泥问题的解决。

因此，本发明可以极大地减少生活垃圾等有机性废弃物，换言之，本发明提供一种通过提高有机性废弃物处理的稳定性和持续性，能够减少生活垃圾等有机物的有机物处理方法和有机物处理系统。

Claims (9)

1.有机物处理方法，它是利用微生物来处理有机物的方法，其特征在于，使有机物及其分解生成物的全部或部分依次通过利用陆上微生物进行分解的固相分解部和利用水中微生物进行分解的液相分解部。

2.如权利要求1所述的有机物处理方法，其特征还在于，将在上述固相分解部被处理的固相分解部内的物质的一部分或全部移入液相分解部，洗净除去溶解于液相的物质之后，再次移入固相分解部进行处理。

3.如权利要求1所述的有机物处理方法，其特征还在于，将在上述液相分解部生成的固体状物质的一部分或全部供给上述固相分解部进行分解处理。

4.如权利要求1所述的有机物处理方法，其特征还在于，将上述有机物及其分解生成物的全部或一部分在液相分解部洗净之后，移入固相分解部进行分解处理。

5.有机物处理系统，它是利用微生物进行有机物处理的系统，其特征在于，具备利用陆上微生物分解上述有机物及其分解生成物的固相分解部，利用水中微生物分解上述有机物及其分解生成物的液相分解部，位于上述固相分解部和上述液相分解部之间的使上述有机物及其分解生成物的全部或部分进行循环的循环装置。

6.如权利要求5所述的有机物处理系统，其特征还在于，上述物质循环装置是具备将固相分解部内的物质输送到上述液相分解部的功能和将上述液相分解部的固体状物质输送到上述固相分解部的功能的双螺旋结构的装置。

7.如权利要求5所述的有机物处理系统，其特征还在于，还具备往上述固相分解部供给加热到40℃～80℃的气体的装置。

8.如权利要求5所述的有机物处理系统，其特征还在于，还具备从上述固相分解部产生的气体回收水分的除湿部和对除湿后气体进行脱臭的脱臭部。

9.如权利要求8所述的有机物处理系统，其特征还在于，借助上述除湿部的除湿功能排除水分，使固相分解部内的物质的含水率维持在30％～70％。

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