JP2001510139A5 - - Google Patents
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Description
【書類名】明細書
【発明の名称】機械的コンポストの改良
【特許請求の範囲】
【請求項1】
竪型の、断熱された、側面が平行なコンポスト装置に、バクテリア及びカビが生分解性物質を分解するための1以上の同様のチャンバーを導入したコンポストシステムであって、
空気流の速度が(これは、自然に上方へ誘導される通風として与えられ、前記断熱によりコンポスト化されるバイオマス中に保持されるエネルギーに起因する)、化学量論的に適合する生物的酸素要求量に加え3〜7%の過剰量であり、
前記のまたはそれぞれのチャンバーの底面が機械的コンポスト除去機構に適合しており、それを通じて前記空気流が誘導され、産出物が定期的に除去される、コンポストシステム。
【請求項2】
操作が連続的であることができ、コンポスト化されるバイオマスが、材料の生物的消耗に起因する制御された収縮と壁圧除去を用いて、プラグフロー法で降下し、1以上の竪型チャンバーを通じた降下の間、機械的手段による内部攪拌がなく、産出物の定期的な除去と組み合わされた、請求項1に記載のコンポストシステム。
【請求項3】
生物的活性によって発生した、自然に誘導された過剰の空気および発生ガスが、臭気の制御および発生ガス流からの凝縮物除去をを確実にするために、統合濃縮器/スクラバーを有するファンによって変化させられ、
この発生ガス流からの凝縮物除去は、処分されまたは1以上のチャンバー中で再利用され、それにより最小の平均パイル水分量45〜50%w/wを維持し、それによって、バイオフィルムまたは被覆しているマトリックス粒子水分の維持を確実にし、高温ガス相の変換可能な(高温領域内の食料源として)微生物の生育場所を与え、および低温領域中のカビの活動を支援する、請求項1または2に記載のコンポストシステム。
【請求項4】
高温ガス相の大部分のガス/バイオフィルムの境界での変換が、嫌気的に生産された臭気ガスの変換であり、通過ガス流から直接酸素を得るまたはバイオフィルム中に溶解した酸素得るピロフィリック及びサーモフィリック群の好気性バクテリアによって実施され、コンポストマス中で不快な臭気が消費され、それによって、排気ガスが放出される前に除去される、請求項3に記載のコンポストシステム。
【請求項5】
前記空気流の速度が、有効稼働高さにおいて高い熱効率を与えるように十分に低く、それによって、低温の底層中の残った有機物へのカビの攻撃が促進されるようにする、請求項1〜4のいずれか1項に記載のコンポストシステム。
【請求項6】
生分解性廃棄物をコンポスト化する方法であって、
竪型の、断熱された、側面が平行なコンポストタワーに、バクテリア及びカビが生分解性物質を分解するにに適した1以上の同様のチャンバーを有することを特徴とし、
自然に誘導した上方への通風(これは、前記断熱によりコンポスト化されるバイオマス中に保持されるエネルギーに起因する)によって、化学量論的に適合する生物的酸素要求量に加え3〜7%の過剰量の速度の空気流を誘導し、
機械的コンポスト除去機構(それを通じて前記空気流が誘導される)を与え、
前記除去機構から産出物を定期的に除去する、ことをさらに含むコンポスト化方法。
【請求項7】
バイオフィルム維持および水分含量制御を通じてコンポストパイルの上方レベル内にピロフィリック及びサーモフィリック微生物に好適な生育部分を与え、パイル中で好気性、嫌気性活性を組み合わさせ、不快な臭気の大気への抜けをなくし、
産出物特性および産出物の成熟度の程度にしたがいサイクル保持時間をもって定期的に材料を投入および除去する、工程をさらに含む、請求項6に記載の生分解性廃棄物をコンポスト化する方法。
【請求項8】
熱分解の可能性を防ぎ、高温微生物活性を促進する、投入から産出までのマトリックス被覆水分結合バイオフィルムを維持する工程を含む、請求項6または7に記載の生分解性廃棄物をコンポスト化する方法。
【請求項9】
前記空気流の速度が、有効な稼働高さにおいて高い熱効率を与えるのに十分に低く、それによって、低温の底層中の残った有機物へのカビの攻撃が促進されるようにする、請求項6〜8のいずれか1項に記載の生分解性廃棄物をコンポスト化する方法。
【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】
本発明は、コンポスト化の改良、特に改良コンポスト化機またはシステムに関する。
【0002】
【背景技術】
現在のバイオマス、特に食物廃棄物、木屑、木材チップ、下水汚泥およびさらにある種の危険廃棄物および他の物質は、特に大量の場合、取り扱いが難しい。
【0003】
多くのコンポスト化システムがこの種の物質の処理に広く利用されているが、これらのほとんどは経費がかさみ、臭気を生じ、そのためこれらの機械は都市部から離れた田舎に設置しなければならない。
【0004】
バイオマスのコンポスト化は何千年もの間、様々な形で実施されてきた。ある種のコンポスト化は、自然環境における生物学的作用による物質の腐朽で生じるような自然的なものである。人類は、手で集めた多くの有機物を利用して、そして最近では機械装置を利用して、この過程を促しかつ速める多くの試みを行ってきた。これは、人口が集中し、そして一般に埋め立て地または下水池行きの農産物からの有機廃棄物が都市に集中しているためである。埋め立て地の設置および作業、そして使用可能寿命が終わった後の下水池の補修のコスト、または都市への侵害によるそれらの不評判のための埋め立て容積の減少は、最近の需要と対立するものである。
【0005】
有機物のコンポストとしてのリサイクルは、惑星の持続可能な未来にとって重要な手段である。どのような形の施肥方法を用いても、有機物は土壌有機体によって分解されるので、必須栄養素収容力をもっており、これは成長、死および腐食のサイクルにおけるあらゆる自然のかつ乱されることのないエコシステムの特徴である。
【0006】
コンポスト化する物質を攪拌しそして大量の空気、および従ってエネルギーをこれらの過程で消費するのが一般的な機械コンポスト化の特徴である。現在の特許および従来技術の数はあまりにも多くて詳述することはできないが、Robert T.Haug,「The Practica1 Handbook of Compost Engineering」,Lewis Publishers 1933 ISBN#0-87371-373-7によるコンポスト化法に関する重要な文献を引用する。これは、加速された機械的システムを含めたコンポスト化の科学および機構に関する完全ガイドである。
【0007】
従って、本発明の目的は、バイオマスに適したおよびさらにバイオ濾過システムとして利用可能な低コストのコンポスト化を提供することである。
【0008】
本発明のさらなる目的および利点は、ほんの一例として挙げた以下の記載から明らかになるであろう。
【0009】
【発明の開示】
本発明によれば、一つ以上のコンパートメントを備えた竪型断熱コンポスト化タワーを含んでなり、各コンパートメントの底面にプレナム・格子とが取り付けられており、プレナム・格子を介して空気が自己誘導され且つ産出物が定期的に取り出されることを特徴とする、コンポスト化システムが提供される。
【0010】
本発明の別の態様によれば、プラグフロー原理を利用した生分解性廃棄物のコンポスト化方法であって、
カラムエネルギーを用いてコンポストパイルを介して低空気流量を誘導させること、
コンポストパイルにおいて、高温ピロ/サーモピリック微生物活性を利用すること、
誘導させた空気流を制御することにより、パイルエネルギーを化学量論レベルより高く保持すること、
コンポストパイルにおいて発生ガス排出を利用する工程と、
嫌気性/好気性操作を組み合わせたサイクルにより一定のバイオフィルム保持性を維持すること、
バイオマス材料を規則的な間隔で取り出すこと、
とを含んでなることを特徴とするコンポスト化法が提供される。
【0011】
コンポスト化システムの操作は、連続であり、竪型チャンバーを下降する間のバイオマス材料の収縮を制御することを利用したプラグフロー原理に基づいて行う。すなわち、チャンバーの壁に対する圧力の影響は、一般的に当該技術分野において公知のような負に傾斜した壁の代わりに直線側壁を使用できることを意味し、これにより構成法が簡単となり、コストを減少できる。
このシステムを、以下「VCU」又は「竪型コンポスト化ユニット」と称する。
【0012】
第二チャンバー(含まれる場合には)をコンポストを成熟化に用いてもよい。この第二チャンバーは、第一チャンバーと同様の方法で操作するか、モジュラー構成の場合には、数多くの個々のユニットを、一つの供給システムと並列して運転できる。
【0013】
各コンパートメントの底面には、プレナム・格子システムを取り付けて、空気の注入及び毎日の産出物の取り出しを制御するようになっている。
【0014】
パイルエネルギー(65m3VCUにおいて7.8Gジュール)を保持することにより、化学的量論レベルよりも高く空気を取り入れるようにする。自然誘導過剰空気流量と発生ガスを、一体型コンデンサ/スクラバーを備えたファンにより制御する。このファンにより、法律上必要とされたり義務付られているときにはいつでも凝縮物を除去したり、臭気制御を確実に行うようになっている。
【0015】
断熱熱パイルを備えた連続流竪型コンポスト化タワーは、地面から離して保持し、空気をタワーの底面を介して自由に、パイル中のバクテリアの代謝要求量(化学量論的に決定される酸素要求量)に近い流量で誘導できるようにするのが有利である。このタワーは、柱脚若しくは解放端支持構造体上又はオーバーキャビティの上に取り付けてこれを可能にできる。
【0016】
VCUは、耐候シールされているとともに、耐害虫性である。低排出ガス流量により、スクラバーのサイズ及びコストを減少でき、且つ臭気の除去効率が増加する。試験における臭気レベルは、典型的にはスタックにおいて1〜2DT(しきい値まで希釈)である。
【0017】
バイオマス材料は攪拌を必要とせず、臭気の潜在力をかなり減少できる。本出願人に公知のいずれかの現代的な容器内システムにおいて最低空気流量に制御すると、VCUは、同時に発生する好気性活性及び嫌気性活性を有するピロフィリック及びサーモフィリックバクテリア及びカビの高活性を促進する。嫌気性活性により産生される通常臭気を放つガスは、上区域における高温サーモフィリック及びピロフィリックバクテリアにより食物として使用され、それにより、VCUは臭気自体を濾過する。
【0018】
VCUは、活性水結合バイオフィルムを投入から排出まで維持(典型的には45〜50w/w%)させる。これにより、熱分解の可能性を防止し、微生物活性を高める。これは、生ゴミを食物廃棄物又は下水汚泥を組み合わせて処理するのにとりわけ効率的である。
【0019】
ここで、用語「バイオフィルム」とは、別個の媒体をコーティングしている水の薄膜を意味する。ガス相の有機分子を、バイオフィルムを介して媒体に吸着させ、ここで、微生物が生存でき且つ「バイオフィルトレーション」と称されるプロセスにおいて有機分子を消費できる。
【0020】
低空気流は、底層における流入空気の冷却効果を減少して、有効作用高さについて高効率とすることができる。
【0021】
一般的に使用される高誘導空気量では、竪型サーミックパイルの底レベルが無効とされ、そのため、産出物の排出のためのカラム高さが加えられる。さらに、高誘導空気量は、カラムを通過するガス速度を増加し、バイオエアロゾル粒子及び臭気オフガスの随伴及び放出を生じる。
【0022】
第二チャンバー(より大きな装置)は、コンポストの成熟用に設計され、第一チャンバーと同様の原理に基づいて操作する。モジュラー型の場合には、このシステムは、一つのチャンバーが別のチャンバーに供給してコンポストを成熟させるように運転できる。この方法は、バイオマス投入物の組み合わせが困難な場合、又は土壌改良の場合に必要なことがある。このようなスローサイクルでは、材料が過剰に緊密化するのを回避するため、直列に接続した2つのVCUの間に分割できる。
【0023】
ゲート付きウォーキング床は、制御された毎日のサイクルにおける処理から材料をパスダウンする。
【0024】
コンポスト化システムは、連続運転され、スタッフによる投入及び排出活動ができる(スタッフ2人で最大40m3/日排出)デイリーサイクルを提供する。VCUは、14日間で使用できる状態のコンポストを生産するが、ウインドロー及び続いてパイルを回転することができる加速器(7〜10日間)としても使用できる(現在の設計では、80〜200m3/日)。
【0025】
VCUの主要な利点は、都市部近郊にシステムを設置できることである。これにより、収集及び処理コストを減少できるとともに、最終製品の販売性を高めることができる。また、地域的、商工業的且つ研究機関単位で現場使用できる。
【0026】
VCUでは、「断熱」パイルエネルギーを使用して、「プラグフロー」サーミックパイルカラムに対して「通風を生じさせる」。より大きなサイズでは、パイルエネルギーは、数千ギガジュールに達する。この熱エネルギーは、入ロマニフォールドを介して「適当な通風」を誘導するのに十分である(「概略通風+3〜7%平均」に制御)。このVCUの原理は、チャンバープロセスからの発生ガスのみを、少量の自然誘導された過剰空気とともに排出することである。
【0027】
New South Wales Environmenta1 Protection Authorityでの試験では、ファンの動作なしで3〜7%の過剰空気が生じた。
【0028】
本出願人の試験結果から、竪型パイルにおける収縮/緊密化プロセス中に嫌気性の活性ポケットを生じさせることができる利点があることが判明した。これにより、気相中又はバイオフィルムに溶解した「食物」を吸着できる好気性バクテリアに余分の食物源を提供できる。メソフィリックバクテリア及び嫌気性菌により形成される具体的なガスは、H2S及びCH4、(硫化水素及びメタン)である。これらのガスは、通常コンポスト化系に臭気を発生し、不快感を生じるガスである。
【0029】
さらに、容器ルーフの内側での凝縮は、落下してコンポスト化バイオマスに戻り、コンポスト化マトリックス内の活性バイオフィルムを維持する。従来のシステムよりも排出物の水分を大きくすると、このバイオフィルムは、2つの重要な機能を果たす。第一に、嫌気性バクテリアを含むバクテリア及びカビのために活性水分/固体界面が出口まで下がる。第二に、上記した好気性バクテリアのための活性水分/ガス流界面ができる。この界面により、バイオフィルムの表面での「気相」中又はその中に溶解しているようなそれらの食物を得ることができる。この作用により、プロセスが、臭気について実質的に完全に自己濾過性とされる。
【0030】
通常のプロセスで、多量の容積の空気を用いて温度を65〜70℃に維持しようとすると、微生物プロセスを冷却し、それにより、有益な高温微生物を阻害し、中間嫌気性反応から多量の排ガスを生成する。臭気の清浄化問題をより大きくし且つ制御困難にしているのがこの作用である。多量の過剰空気を導入すると、竪型容器内コンポスト化システムの下カラム部が非能率的となるとともに、多量のエネルギーを必要とする。
【0031】
本願出願人のコンピュータモデル(表1)は、エネルギープロセスならびに必要となる空気の量を正確に予測する。これはNew South Wales EPAのプロトタイプユニット上で測定されたものである。
【0032】
【発明を実施するための最良の形態】
このような図1のユニットの詳細は下記の通りである。
典型的な商工業的詳細:
サイズ: 毎日の製造速度(m3):0.2,1.0,5.0,25,50,100
加速された製造速度(m3):0.5,2.0,10,50,200
チャンバーサイズ: 5,20,50,250,500,1000
使用空気量: 典型的には、1.25scm/min(42scfm)
用力: 空気:10ワット/m3
供給/シュレッダー:950ワット/m3
コントロール:5ワット/m3
供給システム: 加工される材料をブレンダー(1)に入れ添加物をともに混合した。ブレンドした材料をスタッフィングオーガ(2)によってバーチカルオーガ(3)、トランスバースオーガ(4)に移送した。回転ディスク(5)によって、投入物を均等に分配した。自動的量制御により供給システムに十分な空間が生じる。供給ホッパーが充填後閉じられシステムを通じて負圧が維持され残渣臭を防ぐ。ブレンダーとオーガーチューブを掘り起こし一掃するため、新鮮な生ゴミの小バッチをシステムに通す運転ができる。
【0033】
投入: 食品ゴミ、下水汚泥、有害廃棄物、バルク剤とともに(裁断した生ゴミまたは木材チップ)を最大85%の食品廃棄物/汚泥(w/w)とした。水分含量は60%〜80%の範囲であった。60ml/m3のフミン酸と、150g/m3の硝酸カルシウムアンモニウムを、食品廃棄物のパーセンテージに応じて変化させる。150g/m3の石膏、添加物を食品ストック分析によって変化させる。硫酸マグネシウム(キーゼライト)が時折推薦される。
【0034】
抽出システム: 下部の保管ビン(図示せず)に排出するために開放されたプレナム(7)の上で油圧格子(6)を振動させる。より大きい単独チャンバーアクセラレーターユニットは下部ビンにアクセスするホイールローダーを有することができる。より大きなシステムは、また、床掃引オーガー(12)とリターンオーガー(8)をスクリーニングおよびオーバーサイズリターン装置への排出のため有することができ、スクリーニングおよびオーバーサイズリターン装置および最終コンポスト保管容器を図1に示すように有することができる。
【0035】
サイクル時間: 7〜28日、製品の要求される微細さおよび熟成方法による。
【0036】
産出物: セルフマルチコンポスト(スクリーンなし)または別個のスクリーニングプラントにおいて等級化される。オーバーサイズものは追加のバルク剤として用いることができリサイクルされ、粉砕される。コンポスト収率(10mmでの)は一般に裁断した生ゴミの容量の85%である。+10mm木材チップのバルク剤はスクリーニング後リサイクルされる。第2熟成チャンバーを備えたシステムは、ウインドロー養生なしに使用準備のできたものを与える。
【0037】
図1において、バンカー(14)が示されている。このバンカーは3面を屋根によって覆われてもよい。このバンカー(14)はスクリーンまたは任意のグラインダー(15)を具備していてもよい。
【0038】
操作温度: 第1チャンバー(12)
トップ:80〜85℃
中間:60〜70℃
底部:45〜50℃
濾過: 極めて低い空気流速との併用において、コンポストベース物質を通じて大部分が自己フィルタリングされる。食物廃棄物/生ゴミを用いて操作した場合の臭気ポテンシャルはファン出口(9)で1−2DTである。(Gaussian Dispersion Distance Model)−−−したがって、結果は20メートル離れた場所で人間が感知し得る限界値より充分に低い。
【0039】
出口ガスはNaOH、NaOCl、CH3COOHおよび水を含む3重スクラバー(10)を任意に通過させる。スクラバー(10)は標準型充填スプレー塔であってもよい。活性をキヤリオ一バーにより中和するように再充填したタンク(11)にを使用してスクラバー液をポンプで循環する。経済的なタンクの大きさでは約12から18ケ月の活性を与え、密封して閉じ込める。化学物質は相互にpH7に中和されるように使用されるので、廃棄物は環境に優しい。この費用効果の高いガススクラビングシステムは潜在的に攻撃的バイオ処理法にのみ使用される必要がある。
【0040】
通常は単純な凝縮液濾過法が採用される。その理由は、他のシステムと比べてスタックスの量が少なく、大気中への放出に際して極めて大きな希釈因子を有するからである。なんらかの誤運転でも臭気ガスを発生するので、近くの人に影響を感知されることなく大気中に急速に分散されるはずである。
【0041】
凝縮液: 凝縮器には試験用トラップが設置される。凝縮液は透明で、pH5(平均)ではほとんど無味であり、病原体も窒素分もなく、灌漑用またはストーム水処理に適する(Cawthron Institute Tests and NSW EPA Tests)。
【0042】
浸出水: 投入物水分が80%を超過しなければ存在せず。浸出水は若干褐色の腐植質固体および硝酸分を伴い、pH6.5である。生物的酸素要求量(BOD)は無視できる。浸出水は投入物管理により容易に調節できるが、存在した場合には再循環により含ませることができる。
【0043】
病原体: コンポスト条件のため、少なくとも14日のコンポスト化期間においては、病原体は不存在で、病原体抵抗性であると推定できる。病原体はthe Cawthron Instituteによりスクリーニングされ、かつ、NSW EPAが病原体ゼロを確認する。
【0044】
毒性指数: 90%root length(AS3743)。
【0045】
ジャーミネーション: 99%(AS3743)(最終コンポストを製造する熟成チャンバーとともにシステムに適用)
雑草種子: 14日後にも生存率ゼロ。
【0046】
後養生時間: ユニットロケーションおよび熟成要件に応じて14日から28日間は即座に使用可能。このVCUは食物廃棄物および汚泥の崩壊を促進するのに使用できるが(7−10日)、後養生のための積み重ねに多大の敷地を必要とする。この型のシステムの使用は、操作が都市部に近接できないことを意味する。
【0047】
所要人員: 500m3モデルで2人以下。
【0048】
試験装置(典型的には図1)の運転において出願人は、大容量の食物屑または汚泥を裁断生ゴミと混合し得ることを見いだした。残飯は混合物の水分含有量を理想的水準にもたらす(生ゴミの水分量は一般的には50%未満、食物くずは90%以下)。馬鈴薯、トマト、カボチャ、玉葱等の大きな食物廃棄物は裁断する必要がある。このようにすると、嵩が低減し、表面積が増大し、全体的容積を著しく増加することなしに、80重量%食物屑/汚泥以下を含むミックスができる。この理由は、すりつぶした食物廃棄物は裁断した生ゴミ粒子間のボイド空間の大半を占拠するためである。水分が80%を超過すると、時々、底部プレナム(8)中に浸出水(pH6.5)が小量たまり、僅かに湿った生成物になる。この水分は、材料を(45−55℃)で引き抜くと速やかにフラッシュされ、かつ、自然の土壌の臭いがする。食物屑を処理した場合でさえも、硝酸アンモニウムまたは硫黄臭はコンポスト中に殆ど検出されない。投入物および添加物を調節することにより、優勢な主カチオンはカルシウムであって窒素分の損失は検出されない。栄養物分析値(AS3743)は全ての栄養物および微量元素バランスに関して高いが、これらはシステム中に仕込む材料の分析値および材料の組み合わせに依存する。
【0049】
与えられる湿気条件のために底部区域中ではカビ類の成長が急速である。出願人らは鉄および硫黄双方を消化するカビ類を識別した。出願人らは、さらに高温区域が好ましい処理条件を示すであろうこと、および未だ識別されてはいないが、ある種の高温分解性微生物が存在することを見込んで、さらに試験を実施する予定である。これらの研究計画はNSW大学で実施される予定である。
【0050】
これらのカビ類を試験することに関してCawthron Instituteと行った最初の議論では、リグノ・セルロース構造に対し激しく攻撃する従来公表されていない高温分解性微生物に対して、VCUにより提供された理想的なコンディションの中でVCUは増進された環境を作り出すことを示す。
【0051】
コンピュータモデルが使用され、表1に示されたものは図1のVCU単一チャンバーモジュールバージョンの例の物理的熱力学的モデルである。
【0052】
本発明の有利な点は以下の通りである。
断熱され囲われた竪型パイル、
プラグフロー原理、
断熱されたパイルエネルギー、
カラムパイルエネルギーによって誘導される通風、
低い空気速度、
高い温度、高温分解性微生物活動の利用、
発生ガスの抽出のみ、
定常的なバイオフィルムの保持、
低エネルギー需要/消費、
生産容量のために使う小さな足場/土地、
嫌気性/好気性操作を組み合わせたサイクル、
無視できる匂いおよび放出生成物、
モジュラーデザイン−−−1つの供給/排出システム中の幾つかのチャンバー。
【0053】
本発明で具体化した重要な原理
低い空気速度、高い温度、
低い電力消費、
低い操作コスト、
小さな足場および土地使用、
無視できる匂い(都市設置が可能)、
カラムエネルギーによる空気誘導、
発生ガスのみのファン除去、
モジュラーデザイン: 幾つかのユニットのための1つの供給システム。
【0054】
明細書には特定の機械または他のものが記載されているが、他のものもあたかも個別に記載されているように本発明に含まれることが認識される。
【0055】
本発明の特定例が記載されているが、本発明の範囲を離れずに、改良・変形をなしてもよいことが認識される。
【0056】
よって、本発明によって、改善された機械的コンポストユニットが提供される。
【0057】
【表1a】
【0058】
【表1b】
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の実施例に係る試験コンポストユニットの概念図である。
【発明の名称】機械的コンポストの改良
【特許請求の範囲】
【請求項1】
竪型の、断熱された、側面が平行なコンポスト装置に、バクテリア及びカビが生分解性物質を分解するための1以上の同様のチャンバーを導入したコンポストシステムであって、
空気流の速度が(これは、自然に上方へ誘導される通風として与えられ、前記断熱によりコンポスト化されるバイオマス中に保持されるエネルギーに起因する)、化学量論的に適合する生物的酸素要求量に加え3〜7%の過剰量であり、
前記のまたはそれぞれのチャンバーの底面が機械的コンポスト除去機構に適合しており、それを通じて前記空気流が誘導され、産出物が定期的に除去される、コンポストシステム。
【請求項2】
操作が連続的であることができ、コンポスト化されるバイオマスが、材料の生物的消耗に起因する制御された収縮と壁圧除去を用いて、プラグフロー法で降下し、1以上の竪型チャンバーを通じた降下の間、機械的手段による内部攪拌がなく、産出物の定期的な除去と組み合わされた、請求項1に記載のコンポストシステム。
【請求項3】
生物的活性によって発生した、自然に誘導された過剰の空気および発生ガスが、臭気の制御および発生ガス流からの凝縮物除去をを確実にするために、統合濃縮器/スクラバーを有するファンによって変化させられ、
この発生ガス流からの凝縮物除去は、処分されまたは1以上のチャンバー中で再利用され、それにより最小の平均パイル水分量45〜50%w/wを維持し、それによって、バイオフィルムまたは被覆しているマトリックス粒子水分の維持を確実にし、高温ガス相の変換可能な(高温領域内の食料源として)微生物の生育場所を与え、および低温領域中のカビの活動を支援する、請求項1または2に記載のコンポストシステム。
【請求項4】
高温ガス相の大部分のガス/バイオフィルムの境界での変換が、嫌気的に生産された臭気ガスの変換であり、通過ガス流から直接酸素を得るまたはバイオフィルム中に溶解した酸素得るピロフィリック及びサーモフィリック群の好気性バクテリアによって実施され、コンポストマス中で不快な臭気が消費され、それによって、排気ガスが放出される前に除去される、請求項3に記載のコンポストシステム。
【請求項5】
前記空気流の速度が、有効稼働高さにおいて高い熱効率を与えるように十分に低く、それによって、低温の底層中の残った有機物へのカビの攻撃が促進されるようにする、請求項1〜4のいずれか1項に記載のコンポストシステム。
【請求項6】
生分解性廃棄物をコンポスト化する方法であって、
竪型の、断熱された、側面が平行なコンポストタワーに、バクテリア及びカビが生分解性物質を分解するにに適した1以上の同様のチャンバーを有することを特徴とし、
自然に誘導した上方への通風(これは、前記断熱によりコンポスト化されるバイオマス中に保持されるエネルギーに起因する)によって、化学量論的に適合する生物的酸素要求量に加え3〜7%の過剰量の速度の空気流を誘導し、
機械的コンポスト除去機構(それを通じて前記空気流が誘導される)を与え、
前記除去機構から産出物を定期的に除去する、ことをさらに含むコンポスト化方法。
【請求項7】
バイオフィルム維持および水分含量制御を通じてコンポストパイルの上方レベル内にピロフィリック及びサーモフィリック微生物に好適な生育部分を与え、パイル中で好気性、嫌気性活性を組み合わさせ、不快な臭気の大気への抜けをなくし、
産出物特性および産出物の成熟度の程度にしたがいサイクル保持時間をもって定期的に材料を投入および除去する、工程をさらに含む、請求項6に記載の生分解性廃棄物をコンポスト化する方法。
【請求項8】
熱分解の可能性を防ぎ、高温微生物活性を促進する、投入から産出までのマトリックス被覆水分結合バイオフィルムを維持する工程を含む、請求項6または7に記載の生分解性廃棄物をコンポスト化する方法。
【請求項9】
前記空気流の速度が、有効な稼働高さにおいて高い熱効率を与えるのに十分に低く、それによって、低温の底層中の残った有機物へのカビの攻撃が促進されるようにする、請求項6〜8のいずれか1項に記載の生分解性廃棄物をコンポスト化する方法。
【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】
本発明は、コンポスト化の改良、特に改良コンポスト化機またはシステムに関する。
【0002】
【背景技術】
現在のバイオマス、特に食物廃棄物、木屑、木材チップ、下水汚泥およびさらにある種の危険廃棄物および他の物質は、特に大量の場合、取り扱いが難しい。
【0003】
多くのコンポスト化システムがこの種の物質の処理に広く利用されているが、これらのほとんどは経費がかさみ、臭気を生じ、そのためこれらの機械は都市部から離れた田舎に設置しなければならない。
【0004】
バイオマスのコンポスト化は何千年もの間、様々な形で実施されてきた。ある種のコンポスト化は、自然環境における生物学的作用による物質の腐朽で生じるような自然的なものである。人類は、手で集めた多くの有機物を利用して、そして最近では機械装置を利用して、この過程を促しかつ速める多くの試みを行ってきた。これは、人口が集中し、そして一般に埋め立て地または下水池行きの農産物からの有機廃棄物が都市に集中しているためである。埋め立て地の設置および作業、そして使用可能寿命が終わった後の下水池の補修のコスト、または都市への侵害によるそれらの不評判のための埋め立て容積の減少は、最近の需要と対立するものである。
【0005】
有機物のコンポストとしてのリサイクルは、惑星の持続可能な未来にとって重要な手段である。どのような形の施肥方法を用いても、有機物は土壌有機体によって分解されるので、必須栄養素収容力をもっており、これは成長、死および腐食のサイクルにおけるあらゆる自然のかつ乱されることのないエコシステムの特徴である。
【0006】
コンポスト化する物質を攪拌しそして大量の空気、および従ってエネルギーをこれらの過程で消費するのが一般的な機械コンポスト化の特徴である。現在の特許および従来技術の数はあまりにも多くて詳述することはできないが、Robert T.Haug,「The Practica1 Handbook of Compost Engineering」,Lewis Publishers 1933 ISBN#0-87371-373-7によるコンポスト化法に関する重要な文献を引用する。これは、加速された機械的システムを含めたコンポスト化の科学および機構に関する完全ガイドである。
【0007】
従って、本発明の目的は、バイオマスに適したおよびさらにバイオ濾過システムとして利用可能な低コストのコンポスト化を提供することである。
【0008】
本発明のさらなる目的および利点は、ほんの一例として挙げた以下の記載から明らかになるであろう。
【0009】
【発明の開示】
本発明によれば、一つ以上のコンパートメントを備えた竪型断熱コンポスト化タワーを含んでなり、各コンパートメントの底面にプレナム・格子とが取り付けられており、プレナム・格子を介して空気が自己誘導され且つ産出物が定期的に取り出されることを特徴とする、コンポスト化システムが提供される。
【0010】
本発明の別の態様によれば、プラグフロー原理を利用した生分解性廃棄物のコンポスト化方法であって、
カラムエネルギーを用いてコンポストパイルを介して低空気流量を誘導させること、
コンポストパイルにおいて、高温ピロ/サーモピリック微生物活性を利用すること、
誘導させた空気流を制御することにより、パイルエネルギーを化学量論レベルより高く保持すること、
コンポストパイルにおいて発生ガス排出を利用する工程と、
嫌気性/好気性操作を組み合わせたサイクルにより一定のバイオフィルム保持性を維持すること、
バイオマス材料を規則的な間隔で取り出すこと、
とを含んでなることを特徴とするコンポスト化法が提供される。
【0011】
コンポスト化システムの操作は、連続であり、竪型チャンバーを下降する間のバイオマス材料の収縮を制御することを利用したプラグフロー原理に基づいて行う。すなわち、チャンバーの壁に対する圧力の影響は、一般的に当該技術分野において公知のような負に傾斜した壁の代わりに直線側壁を使用できることを意味し、これにより構成法が簡単となり、コストを減少できる。
このシステムを、以下「VCU」又は「竪型コンポスト化ユニット」と称する。
【0012】
第二チャンバー(含まれる場合には)をコンポストを成熟化に用いてもよい。この第二チャンバーは、第一チャンバーと同様の方法で操作するか、モジュラー構成の場合には、数多くの個々のユニットを、一つの供給システムと並列して運転できる。
【0013】
各コンパートメントの底面には、プレナム・格子システムを取り付けて、空気の注入及び毎日の産出物の取り出しを制御するようになっている。
【0014】
パイルエネルギー(65m3VCUにおいて7.8Gジュール)を保持することにより、化学的量論レベルよりも高く空気を取り入れるようにする。自然誘導過剰空気流量と発生ガスを、一体型コンデンサ/スクラバーを備えたファンにより制御する。このファンにより、法律上必要とされたり義務付られているときにはいつでも凝縮物を除去したり、臭気制御を確実に行うようになっている。
【0015】
断熱熱パイルを備えた連続流竪型コンポスト化タワーは、地面から離して保持し、空気をタワーの底面を介して自由に、パイル中のバクテリアの代謝要求量(化学量論的に決定される酸素要求量)に近い流量で誘導できるようにするのが有利である。このタワーは、柱脚若しくは解放端支持構造体上又はオーバーキャビティの上に取り付けてこれを可能にできる。
【0016】
VCUは、耐候シールされているとともに、耐害虫性である。低排出ガス流量により、スクラバーのサイズ及びコストを減少でき、且つ臭気の除去効率が増加する。試験における臭気レベルは、典型的にはスタックにおいて1〜2DT(しきい値まで希釈)である。
【0017】
バイオマス材料は攪拌を必要とせず、臭気の潜在力をかなり減少できる。本出願人に公知のいずれかの現代的な容器内システムにおいて最低空気流量に制御すると、VCUは、同時に発生する好気性活性及び嫌気性活性を有するピロフィリック及びサーモフィリックバクテリア及びカビの高活性を促進する。嫌気性活性により産生される通常臭気を放つガスは、上区域における高温サーモフィリック及びピロフィリックバクテリアにより食物として使用され、それにより、VCUは臭気自体を濾過する。
【0018】
VCUは、活性水結合バイオフィルムを投入から排出まで維持(典型的には45〜50w/w%)させる。これにより、熱分解の可能性を防止し、微生物活性を高める。これは、生ゴミを食物廃棄物又は下水汚泥を組み合わせて処理するのにとりわけ効率的である。
【0019】
ここで、用語「バイオフィルム」とは、別個の媒体をコーティングしている水の薄膜を意味する。ガス相の有機分子を、バイオフィルムを介して媒体に吸着させ、ここで、微生物が生存でき且つ「バイオフィルトレーション」と称されるプロセスにおいて有機分子を消費できる。
【0020】
低空気流は、底層における流入空気の冷却効果を減少して、有効作用高さについて高効率とすることができる。
【0021】
一般的に使用される高誘導空気量では、竪型サーミックパイルの底レベルが無効とされ、そのため、産出物の排出のためのカラム高さが加えられる。さらに、高誘導空気量は、カラムを通過するガス速度を増加し、バイオエアロゾル粒子及び臭気オフガスの随伴及び放出を生じる。
【0022】
第二チャンバー(より大きな装置)は、コンポストの成熟用に設計され、第一チャンバーと同様の原理に基づいて操作する。モジュラー型の場合には、このシステムは、一つのチャンバーが別のチャンバーに供給してコンポストを成熟させるように運転できる。この方法は、バイオマス投入物の組み合わせが困難な場合、又は土壌改良の場合に必要なことがある。このようなスローサイクルでは、材料が過剰に緊密化するのを回避するため、直列に接続した2つのVCUの間に分割できる。
【0023】
ゲート付きウォーキング床は、制御された毎日のサイクルにおける処理から材料をパスダウンする。
【0024】
コンポスト化システムは、連続運転され、スタッフによる投入及び排出活動ができる(スタッフ2人で最大40m3/日排出)デイリーサイクルを提供する。VCUは、14日間で使用できる状態のコンポストを生産するが、ウインドロー及び続いてパイルを回転することができる加速器(7〜10日間)としても使用できる(現在の設計では、80〜200m3/日)。
【0025】
VCUの主要な利点は、都市部近郊にシステムを設置できることである。これにより、収集及び処理コストを減少できるとともに、最終製品の販売性を高めることができる。また、地域的、商工業的且つ研究機関単位で現場使用できる。
【0026】
VCUでは、「断熱」パイルエネルギーを使用して、「プラグフロー」サーミックパイルカラムに対して「通風を生じさせる」。より大きなサイズでは、パイルエネルギーは、数千ギガジュールに達する。この熱エネルギーは、入ロマニフォールドを介して「適当な通風」を誘導するのに十分である(「概略通風+3〜7%平均」に制御)。このVCUの原理は、チャンバープロセスからの発生ガスのみを、少量の自然誘導された過剰空気とともに排出することである。
【0027】
New South Wales Environmenta1 Protection Authorityでの試験では、ファンの動作なしで3〜7%の過剰空気が生じた。
【0028】
本出願人の試験結果から、竪型パイルにおける収縮/緊密化プロセス中に嫌気性の活性ポケットを生じさせることができる利点があることが判明した。これにより、気相中又はバイオフィルムに溶解した「食物」を吸着できる好気性バクテリアに余分の食物源を提供できる。メソフィリックバクテリア及び嫌気性菌により形成される具体的なガスは、H2S及びCH4、(硫化水素及びメタン)である。これらのガスは、通常コンポスト化系に臭気を発生し、不快感を生じるガスである。
【0029】
さらに、容器ルーフの内側での凝縮は、落下してコンポスト化バイオマスに戻り、コンポスト化マトリックス内の活性バイオフィルムを維持する。従来のシステムよりも排出物の水分を大きくすると、このバイオフィルムは、2つの重要な機能を果たす。第一に、嫌気性バクテリアを含むバクテリア及びカビのために活性水分/固体界面が出口まで下がる。第二に、上記した好気性バクテリアのための活性水分/ガス流界面ができる。この界面により、バイオフィルムの表面での「気相」中又はその中に溶解しているようなそれらの食物を得ることができる。この作用により、プロセスが、臭気について実質的に完全に自己濾過性とされる。
【0030】
通常のプロセスで、多量の容積の空気を用いて温度を65〜70℃に維持しようとすると、微生物プロセスを冷却し、それにより、有益な高温微生物を阻害し、中間嫌気性反応から多量の排ガスを生成する。臭気の清浄化問題をより大きくし且つ制御困難にしているのがこの作用である。多量の過剰空気を導入すると、竪型容器内コンポスト化システムの下カラム部が非能率的となるとともに、多量のエネルギーを必要とする。
【0031】
本願出願人のコンピュータモデル(表1)は、エネルギープロセスならびに必要となる空気の量を正確に予測する。これはNew South Wales EPAのプロトタイプユニット上で測定されたものである。
【0032】
【発明を実施するための最良の形態】
このような図1のユニットの詳細は下記の通りである。
典型的な商工業的詳細:
サイズ: 毎日の製造速度(m3):0.2,1.0,5.0,25,50,100
加速された製造速度(m3):0.5,2.0,10,50,200
チャンバーサイズ: 5,20,50,250,500,1000
使用空気量: 典型的には、1.25scm/min(42scfm)
用力: 空気:10ワット/m3
供給/シュレッダー:950ワット/m3
コントロール:5ワット/m3
供給システム: 加工される材料をブレンダー(1)に入れ添加物をともに混合した。ブレンドした材料をスタッフィングオーガ(2)によってバーチカルオーガ(3)、トランスバースオーガ(4)に移送した。回転ディスク(5)によって、投入物を均等に分配した。自動的量制御により供給システムに十分な空間が生じる。供給ホッパーが充填後閉じられシステムを通じて負圧が維持され残渣臭を防ぐ。ブレンダーとオーガーチューブを掘り起こし一掃するため、新鮮な生ゴミの小バッチをシステムに通す運転ができる。
【0033】
投入: 食品ゴミ、下水汚泥、有害廃棄物、バルク剤とともに(裁断した生ゴミまたは木材チップ)を最大85%の食品廃棄物/汚泥(w/w)とした。水分含量は60%〜80%の範囲であった。60ml/m3のフミン酸と、150g/m3の硝酸カルシウムアンモニウムを、食品廃棄物のパーセンテージに応じて変化させる。150g/m3の石膏、添加物を食品ストック分析によって変化させる。硫酸マグネシウム(キーゼライト)が時折推薦される。
【0034】
抽出システム: 下部の保管ビン(図示せず)に排出するために開放されたプレナム(7)の上で油圧格子(6)を振動させる。より大きい単独チャンバーアクセラレーターユニットは下部ビンにアクセスするホイールローダーを有することができる。より大きなシステムは、また、床掃引オーガー(12)とリターンオーガー(8)をスクリーニングおよびオーバーサイズリターン装置への排出のため有することができ、スクリーニングおよびオーバーサイズリターン装置および最終コンポスト保管容器を図1に示すように有することができる。
【0035】
サイクル時間: 7〜28日、製品の要求される微細さおよび熟成方法による。
【0036】
産出物: セルフマルチコンポスト(スクリーンなし)または別個のスクリーニングプラントにおいて等級化される。オーバーサイズものは追加のバルク剤として用いることができリサイクルされ、粉砕される。コンポスト収率(10mmでの)は一般に裁断した生ゴミの容量の85%である。+10mm木材チップのバルク剤はスクリーニング後リサイクルされる。第2熟成チャンバーを備えたシステムは、ウインドロー養生なしに使用準備のできたものを与える。
【0037】
図1において、バンカー(14)が示されている。このバンカーは3面を屋根によって覆われてもよい。このバンカー(14)はスクリーンまたは任意のグラインダー(15)を具備していてもよい。
【0038】
操作温度: 第1チャンバー(12)
トップ:80〜85℃
中間:60〜70℃
底部:45〜50℃
濾過: 極めて低い空気流速との併用において、コンポストベース物質を通じて大部分が自己フィルタリングされる。食物廃棄物/生ゴミを用いて操作した場合の臭気ポテンシャルはファン出口(9)で1−2DTである。(Gaussian Dispersion Distance Model)−−−したがって、結果は20メートル離れた場所で人間が感知し得る限界値より充分に低い。
【0039】
出口ガスはNaOH、NaOCl、CH3COOHおよび水を含む3重スクラバー(10)を任意に通過させる。スクラバー(10)は標準型充填スプレー塔であってもよい。活性をキヤリオ一バーにより中和するように再充填したタンク(11)にを使用してスクラバー液をポンプで循環する。経済的なタンクの大きさでは約12から18ケ月の活性を与え、密封して閉じ込める。化学物質は相互にpH7に中和されるように使用されるので、廃棄物は環境に優しい。この費用効果の高いガススクラビングシステムは潜在的に攻撃的バイオ処理法にのみ使用される必要がある。
【0040】
通常は単純な凝縮液濾過法が採用される。その理由は、他のシステムと比べてスタックスの量が少なく、大気中への放出に際して極めて大きな希釈因子を有するからである。なんらかの誤運転でも臭気ガスを発生するので、近くの人に影響を感知されることなく大気中に急速に分散されるはずである。
【0041】
凝縮液: 凝縮器には試験用トラップが設置される。凝縮液は透明で、pH5(平均)ではほとんど無味であり、病原体も窒素分もなく、灌漑用またはストーム水処理に適する(Cawthron Institute Tests and NSW EPA Tests)。
【0042】
浸出水: 投入物水分が80%を超過しなければ存在せず。浸出水は若干褐色の腐植質固体および硝酸分を伴い、pH6.5である。生物的酸素要求量(BOD)は無視できる。浸出水は投入物管理により容易に調節できるが、存在した場合には再循環により含ませることができる。
【0043】
病原体: コンポスト条件のため、少なくとも14日のコンポスト化期間においては、病原体は不存在で、病原体抵抗性であると推定できる。病原体はthe Cawthron Instituteによりスクリーニングされ、かつ、NSW EPAが病原体ゼロを確認する。
【0044】
毒性指数: 90%root length(AS3743)。
【0045】
ジャーミネーション: 99%(AS3743)(最終コンポストを製造する熟成チャンバーとともにシステムに適用)
雑草種子: 14日後にも生存率ゼロ。
【0046】
後養生時間: ユニットロケーションおよび熟成要件に応じて14日から28日間は即座に使用可能。このVCUは食物廃棄物および汚泥の崩壊を促進するのに使用できるが(7−10日)、後養生のための積み重ねに多大の敷地を必要とする。この型のシステムの使用は、操作が都市部に近接できないことを意味する。
【0047】
所要人員: 500m3モデルで2人以下。
【0048】
試験装置(典型的には図1)の運転において出願人は、大容量の食物屑または汚泥を裁断生ゴミと混合し得ることを見いだした。残飯は混合物の水分含有量を理想的水準にもたらす(生ゴミの水分量は一般的には50%未満、食物くずは90%以下)。馬鈴薯、トマト、カボチャ、玉葱等の大きな食物廃棄物は裁断する必要がある。このようにすると、嵩が低減し、表面積が増大し、全体的容積を著しく増加することなしに、80重量%食物屑/汚泥以下を含むミックスができる。この理由は、すりつぶした食物廃棄物は裁断した生ゴミ粒子間のボイド空間の大半を占拠するためである。水分が80%を超過すると、時々、底部プレナム(8)中に浸出水(pH6.5)が小量たまり、僅かに湿った生成物になる。この水分は、材料を(45−55℃)で引き抜くと速やかにフラッシュされ、かつ、自然の土壌の臭いがする。食物屑を処理した場合でさえも、硝酸アンモニウムまたは硫黄臭はコンポスト中に殆ど検出されない。投入物および添加物を調節することにより、優勢な主カチオンはカルシウムであって窒素分の損失は検出されない。栄養物分析値(AS3743)は全ての栄養物および微量元素バランスに関して高いが、これらはシステム中に仕込む材料の分析値および材料の組み合わせに依存する。
【0049】
与えられる湿気条件のために底部区域中ではカビ類の成長が急速である。出願人らは鉄および硫黄双方を消化するカビ類を識別した。出願人らは、さらに高温区域が好ましい処理条件を示すであろうこと、および未だ識別されてはいないが、ある種の高温分解性微生物が存在することを見込んで、さらに試験を実施する予定である。これらの研究計画はNSW大学で実施される予定である。
【0050】
これらのカビ類を試験することに関してCawthron Instituteと行った最初の議論では、リグノ・セルロース構造に対し激しく攻撃する従来公表されていない高温分解性微生物に対して、VCUにより提供された理想的なコンディションの中でVCUは増進された環境を作り出すことを示す。
【0051】
コンピュータモデルが使用され、表1に示されたものは図1のVCU単一チャンバーモジュールバージョンの例の物理的熱力学的モデルである。
【0052】
本発明の有利な点は以下の通りである。
断熱され囲われた竪型パイル、
プラグフロー原理、
断熱されたパイルエネルギー、
カラムパイルエネルギーによって誘導される通風、
低い空気速度、
高い温度、高温分解性微生物活動の利用、
発生ガスの抽出のみ、
定常的なバイオフィルムの保持、
低エネルギー需要/消費、
生産容量のために使う小さな足場/土地、
嫌気性/好気性操作を組み合わせたサイクル、
無視できる匂いおよび放出生成物、
モジュラーデザイン−−−1つの供給/排出システム中の幾つかのチャンバー。
【0053】
本発明で具体化した重要な原理
低い空気速度、高い温度、
低い電力消費、
低い操作コスト、
小さな足場および土地使用、
無視できる匂い(都市設置が可能)、
カラムエネルギーによる空気誘導、
発生ガスのみのファン除去、
モジュラーデザイン: 幾つかのユニットのための1つの供給システム。
【0054】
明細書には特定の機械または他のものが記載されているが、他のものもあたかも個別に記載されているように本発明に含まれることが認識される。
【0055】
本発明の特定例が記載されているが、本発明の範囲を離れずに、改良・変形をなしてもよいことが認識される。
【0056】
よって、本発明によって、改善された機械的コンポストユニットが提供される。
【0057】
【表1a】
【0058】
【表1b】
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の実施例に係る試験コンポストユニットの概念図である。
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