JP2003251318A

JP2003251318A - 有機廃棄物の発酵処理装置

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Publication number: JP2003251318A
Application number: JP2002059934A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hirata; 博史平田; Takahiro Matsushita; 隆洋松下; Hiroshi Akutagawa; 宏芥川; Koji Shimizu; 巧治清水
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2003-09-09

Abstract

(57)【要約】【課題】有機廃棄物のバクテリア菌による好気発酵が
適切に行われるように、そのコンポスト化の発酵効率を
最大限に高める処理装置を提供する。本発明は、特に発
酵槽の発酵初期段階を重点として、発酵分解が活発に行
われる適切な環境を現出するものである。【解決手段】発酵槽上部の空気を好気発酵分解用に発
酵槽下部に戻し、同時に外気を一部取入れ混合して循環
送風する有機廃棄物の発酵処理装置であって、温度セン
サによって測定された有機廃棄物の発酵温度と、酸素濃
度センサによって測定された有機廃棄物の上部の酸素ガ
ス濃度変化率とによって、有機廃棄物の負荷に対応して
発酵槽内へ循環送風するブロアによる適切な送風量を制
御するＣＰＵを備えたものである。従って、２４時間監
視の自動化による発酵処理が可能となり、大幅な保守コ
ストダウンを図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、好気性バクテリア
菌を利用して有機廃棄物を効率よく発酵させる処理装置
について、その有機廃棄物の負荷に対応して送風手段の
送風量を適切に制御し、その発酵分解を活性化させる制
御手段を有してなる有機廃棄物の発酵処理装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の好気性バクテリア菌を利
用して有機廃棄物を発酵分解する技術については多種多
様のものが知られている。例えば、その一つに密閉され
たコンテナの中で有機廃棄物の一次発酵の全てのプロセ
スが行われるものが従来から実施されている。これは別
名「バイオコンテナ」とも称され、その制御方法は、コ
ンテナ出口の排気中の残留酸素濃度を一定にするため
に、コンピュータによりコンテナへの給気間隔を間欠的
に自動制御し、即ち有機廃棄物への通気量を制御するこ
とにより、発酵分解の経過に応じた最適温度を維持する
ことができるものがある。この一次発酵槽をコンテナと
するコンテナ式コンポスト化装置の構成は、コンテナの
給気側に給気ブロアと給気バルブを備え、コンテナには
温度計を備え、コンテナの排気側に排気バルブ、酸素濃
度計及び排気ブロアを備えているものである。また他の
従来例には、家畜の糞尿を有効に堆肥原料として利用す
る製造施設「コンポスト製造システム」があり、これは
好気性土壌菌を中心とするバイオの力で堆肥化するもの
で、遠隔運転制御やファジィ制御による省力化が可能と
されるものがある。即ち、まず糞と尿とに分離し、糞の
水分濃度を６０％程度に調整し、さらに強制通気及び攪
拌機により土壌菌を活性化し、好気発酵による有機質の
分解等を起こさせるものである。この際、尿から生成し
た酵素水を糞に散布して、無臭環境を維持する。このフ
ァジィの制御規則は、前件部変数は、温度、及び湿度
で、後件部変数は、送風量、送風温度、盛り替え間隔、
酵素水散布量、及び戻り堆肥量とされているものであ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の有機廃棄物を好気発酵分解する技術例は、発酵槽内
で刻々変化する実際のフィールドデータからの計測や反
応分析をし、評価がなされているものの、有機廃棄物の
負荷による適切な自動制御運転条件をリアルタイムに維
持していないので、より高度な処理効率や生産性、経済
性の点で更なる改善が望まれていた。本発明は、この問
題点に鑑みなされたもので、その課題とするところは、
如何なる種類や性状の有機廃棄物であっても発酵温度、
及び酸素（ガス）濃度変化率を計測して、その負荷に対
応した適切な送風量を制御して、そのコンポスト化の発
酵効率を常に最大限に高めて、その発酵状態を維持する
ことができる有機廃棄物の発酵処理装置を提供するもの
である。本発明がとくに着目したのは、発酵温度と酸
素濃度の計測がともに連続的かつリアルタイムに計測で
きることと、原料槽での事前調整を十分適切に処理す
れば、続く発酵槽（有機廃棄物）では単に送風量を制御
するだけで適切かつ簡単に適切な発酵環境が得られるこ
とにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解消するため
の請求項１に記載の本発明に係る有機廃棄物の発酵処理
装置は、有機廃棄物を発酵処理する発酵槽と、前記発酵
槽内の前記有機廃棄物の発酵温度を計測する温度計測手
段と、前記発酵槽内の前記有機廃棄物の上部の酸素濃度
変化率を計測する酸素濃度計測手段と、前記発酵槽内の
前記有機廃棄物の下部から送風する送風手段とを備え、
前記温度計測手段によって計測された前記発酵温度と前
記酸素濃度計測手段によって計測された前記酸素濃度変
化率とから、前記発酵槽内の前記有機廃棄物の負荷に対
応し前記送風手段により適切な送風量を制御する制御手
段を備えているものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の本発明によれ
ば、好気性バクテリア菌を用いて有機廃棄物を発酵させ
る発酵処理装置において、発酵温度と酸素濃度変化率を
計測し、その有機廃棄物の負荷に対応して送風量を制御
するので、発酵が適切に活性化できる環境を現出させる
ことができるものである。請求項２に記載の本発明によ
れば、発酵初期段階において、送風量を推論制御規則に
基づいて制御するので、有機廃棄物の発酵分解を生態活
動的にとらまえて高効率の発酵処理によりコンポスト化
が促進できるものである。請求項３に記載の本発明によ
れば、発酵初期段階において、送風量をファジィ制御規
則に基づいて制御するので、有機廃棄物の発酵分解を生
態活動的にとらまえて高効率の発酵処理によりコンポス
ト化が促進できるものである。請求項４に記載の本発明
によれば、発酵中期段階において、有機廃棄物を高効率
に発酵分解してコンポスト化が促進できるものである。
請求項５に記載の本発明によれば、発酵後期段階におい
て、有機廃棄物を高効率に発酵分解してコンポスト化が
促進できるものである。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を用い
て説明する。図１は、本発明の一実施例の概略構成を説
明する概要図である。図１において、１は原料槽を示
し、その原料槽１内部で、被処理物（一般家庭の排水、
生ゴミ、下水汚泥、食品工場等の廃棄物や、し尿処理汚
泥、動物の糞尿などの有機成分を含む廃棄物をいう）、
戻し材（コンポスト）、おが粉類、タネ菌、発酵促進剤
（微生物酵素や有機酸、核酸、ミネラル等）、肥料成分
等を必要に応じて添加・混合・攪拌（必要なら破砕も行
う）し、さらに水分率やｐＨ等の計測も行い、有機廃棄
物２として事前に調整・加工する装置である。

【０００７】そしてこのようにして予め調整された有機
廃棄物２は、次の発酵槽３へ移送し、バクテリア菌によ
る好気的発酵分解処理を施して、有機質肥料、水処理
剤、土地改良剤等として有用に再利用されることにな
る。なお、本実施例の実験結果（記述しないが）によれ
ば、原料槽１での有機廃棄物２の含水率は、標準は６０
％以下、好ましくは３５％であり、またｐＨ値は、標準
が６．５〜１０、好ましくは７．５である。発酵槽３に
は、発酵槽３内の有機廃棄物２の下部から送風する外気
ブロア４と循環ブロア５（これらの両ブロア４、５を送
風手段と総称する。以下同じ）とを備え、ともにインバ
ータ（周波数の可変装置で、ＩＮＶと略称する。以下同
じ）によって駆動される。外気ブロア４は、外気６を吸
入し、循環ブロア５は、発酵槽３内を循環気７が循環
し、この両者の経路は発酵槽３下部で結合（この結合部
でダンパー８を構成する）されて発酵槽３下部に接続さ
れる。９は、循環ブロア５の経路の途中に接続された熱
交換器を示し、循環気７を冷却したり、除湿したりす
る。なお、ダンパー８は、循環気７と外気６の送風量比
を標準として４：１に設定される。また、循環ブロア５
は省略されることもある。また、本実施例の実験結果
（記述しないが）によれば、発酵槽３での有機廃棄物２
の温度は、標準は５０〜７０℃、好ましくは６０℃であ
り、発酵槽３内の送風量は、標準が２００リットル／分
・ｍ³である。

【０００８】１０は、発酵槽３内の有機廃棄物２の発酵
温度を計測・監視する発酵温度センサ（温度計測手段と
総称する。以下同じ）を示し、１１は、有機廃棄物２の
上部の酸素（ガス）濃度を計測・監視する酸素（ガス）
濃度センサ（酸素濃度変化率の演算手段も含めて酸素濃
度計測手段と総称する。以下同じ。図では３個設けてい
る）を示す。１２，１３は、送風経路の途中に設けた風
量センサ、１４，１５，１６は、送風経路の途中に設け
た温度センサ、１７は、有機廃棄物２の上部に設けた炭
酸ガスセンサをそれぞれ示し、いずれも省略されること
がある。１８は、吸入する外気を加熱する加熱器を示
し、１９は、発酵槽３内の有機廃棄物２を加熱する加熱
器を示し、いずれも省略されることがある。２０は、制
御手段を示し、発酵温度センサ１０により計測された発
酵温度、および酸素濃度センサ１１により計測された酸
素濃度（正確には単位時間当りの酸素ガス濃度の変化量
であって、次記の酸素濃度変化率により求める）とか
ら、有機廃棄物２の負荷（好気バクテリアの発酵分解の
活性度合いを表すもので、発酵温度・酸素濃度変化率の
他に、水分率・種別・体積や重量によって決まる）を算
定し、その負荷に対応した規定値（または設定値）との
「ずれ」を検出し、その「ずれ」を正す制御をなすもの
である。

【０００９】酸素濃度変化率＝（Ｏ_T2−Ｏ_T1）／（Ｔ₂−Ｔ₁）但し、Ｏ_T2＝時刻Ｔ₂時における酸素濃度（％）Ｏ_T1＝時刻Ｔ₁時における酸素濃度（％）したがって、制御手段２０は、発酵温度と酸素濃度変化
率とから、有機廃棄物２の負荷に対応し、外気ブロア４
と循環ブロア５の各インバータによりその送風量を制御
するものである。

【００１０】図２は、本発明の一実施例の実験結果を示
すグラフで、（ａ）は発酵温度の変化を示す図、（ｂ）
は酸素（ガス）濃度の変化を示す図である。但し、実験
に使用した発酵槽３の内容積は１．３ｍ³、供した有機
廃棄物２は、生ゴミ５５０Ｋｇ／０．８ｍ³である。
（ａ）の発酵温度℃は、発酵槽３内の生ゴミの層内を計
測し、（ｂ）の酸素濃度％は、発酵槽３内の生ゴミの上
部で計測したものである。ここに生ゴミの発酵温度の変
化の状況、および酸素濃度の変化（率）の状況を勘案し
て、大まかに発酵初期、中期、後期にそれぞれ区分する
ことができる。なお、図示は省略したが、別に計測した
炭酸ガス濃度の変化（率）の実験によれば、炭酸ガス濃
度の変化も併せて勘案すれば、この各区分はより明確に
なることが判る。すなわち発酵初期は、発酵温度は急激
に上昇し、酸素濃度は下降（好気性バクテリアの繁殖・
培養と有機廃棄物２の発酵・分解とのために温度が上昇
し、酸素を消費し、水蒸気とアンモニアガス、炭酸ガス
等を発生する）する。したがって、適切な負荷に対応さ
せて各ブロア（４，５）の送風量を例えばファジィ制御
し、適切な活性的発酵分解環境を維持・促進させる。発
酵中期は、初期の発酵温度のピークを過ぎて漸減または
平衡状態となり、酸素濃度も漸増から平衡状態（発酵分
解が全体的に終了したが、残っている部分的な発酵分解
が酸素を消費し続け、炭酸ガスも漸減状態となる）に移
る。したがって、発酵温度と酸素濃度とがともに平衡状
態を維持できるように各ブロア（４，５）の送風量を制
御し、最適な発酵分解環境をさらに維持する。発酵後期
は、発酵温度が漸減状態となり、酸素濃度は漸増（発酵
分解が低調となって、酸素の消費が悪く、炭酸ガス濃度
も少なくなる）となる。したがって、酸素濃度が平衡状
態を維持できるように各ブロア（４，５）の送風量を制
御し、最適な発酵分解環境をさらに維持する。なお、発
酵のために使用されるバクテリア菌（微生物）は、主と
して放線菌群のような高温発酵型の浄化菌であり、好気
的に発酵・培養する。この発酵過程でバクテリア菌が発
する熱によって有機廃棄物の温度は高温となり、病原菌
や線虫、草の種などは死滅し、乾燥も進んで衛生的な生
成物（微生物資材）を得ることができる。このようにし
て、植物の養分となる低分子量化された分解生成物（コ
ンポスト、堆肥）ができるが、この後さらに熟成加工工
程を重ねて生産がなされる。図３は、本発明の一実施例
に係る制御系を示すブロック図である。すなわち図３
は、制御装置２０の回路構成を示したもので、ＣＰＵ３
０と、ＣＰＵ３０に対してパス３１を介して接続された
ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、発酵温度センサ１０、温度セ
ンサ１４、酸素濃度センサ１１、ブロア（外気ブロア
４、循環ブロア５）およびそのインバータＩＮＶによる
基本構成と成している。ＣＰＵ３０は、この制御装置２
０全体の制御をつかさどり、ＲＯＭ３２にはＣＰＵ３０
のプログラムなどのスタティックな情報が格納され、Ｒ
ＡＭ３３はＣＰＵ３０のワークエリアとして機能すると
ともに、ＣＰＵ３０によって処理すべきデータなどダイ
ナミックな情報が格納される。つまり制御装置２０によ
る制御は、発酵温度と酸素濃度変化率の両者をパラメー
タとしてファジィ推論（又はファジィ理論）に基づいて
発酵処理を行うもので、有機廃棄物２の発酵温度は発酵
温度センサ１０によって計測され、有機廃棄物２の上部
の酸素濃度（変化率）は酸素濃度センサ１１によって計
測され、これらの計測値に基づいて、ＣＰＵ３０による
ファジィ推論が実行され、次の図４のように制御され
る。図４は、本発明の一実施例のファジィ推論の制御規
則および実験結果を示す表である。すなわち、本実施例
のファジィ推論ルールは、「有機廃棄物２の発酵温度
（前件部変数）が低いときには、好気性バクテリア菌の
培養・繁殖（発酵・分解）が不活発で、有機廃棄物２の
発酵温度が高いときには、好気性バクテリア菌（高温
菌）の培養・繁殖（発酵・分解）が活発である。また、
有機廃棄物２の酸素濃度変化率（前件部変数）が高いと
き、および中間のときには、好気性バクテリア菌の培養
・繁殖（発酵・分解）が活発で、有機廃棄物の酸素濃度
変化率が低いときには、好気性バクテリアの培養・繁殖
（発酵・分解）が不活発（熟成状態も含む）である」と
いった好気性バクテリア菌の培養・繁殖、および有機廃
棄物２の発酵・分解についての一般的な認識に基づいて
いる。なお、このファジィ推論ルールにおける発酵温度
の「低い」、「普通」、「高い」という定性的な概念、
および酸素濃度変化率の「低い」、「中間」、「高い」
という定性的な概念はメンバーシップ関数によって定量
的に表され、これらの関数に基づいて、公知のファジィ
推論によって最適な好気性バクテリア菌の培養・繁殖・
発酵・分解条件となるように、言い換えれば、最短の時
間で処理できる発酵処理条件になるよう発酵槽３内の環
境の最適化が図られる。メンバーシップ関数は、あらか
じめＲＯＭ３２に格納され、ＣＰＵ３０は格納されたメ
ンバーシップ関数を参照してファジィ制御を行う。この
ようにファジィ推論に基づいてメンバーシップ関数を設
定し、外気ブロア４、循環ブロア５の送風量（後件部変
数）制御（インバータＩＮＶの周波数制御）を行ってい
る。本実施例の実験結果によれば、図４のとおりの周波
数となり、インバータＩＮＶによる外気ブロア４、循環
ブロア５の送風量がファジィ制御されることとなる。フ
ァジイ制御による送風（状態）の現出は、有機廃棄物の
負荷に対応した好気性バクテリア菌の生態的に「優し
い」生活環境（培養・繁殖）状態の設定・維持・促進が
なされることとなる。即ち本発明は、送風の給気間隔を
間欠的（入・切）に制御するのではなく、連続的に送風
量を制御することで得られるものである。

【００１１】以上、制御装置２０の制御対象について、
主にファジィ制御についてのみ説明してきたが、他の各
種センサ（説明を省略した各センサ１２〜１７など）の
計測に基づくＣＰＵ３０制御についても、同様に制御で
きることは明白で、あえて言及するまでもない。さらに
制御装置２０は、複数の制御方式（比例制御・ＰＩ制御
・ＰＩＤ制御・ファジィ制御）を有し、各制御方式の適
性の関係を記憶し、この記憶した関係を基に各時点の制
御対象の状態における各制御方式の適性を判定する制御
方式切替装置を設け、制御対象の状態が変った場合、常
に最適な制御方式を選定して切替えることもできる。も
ちろん本発明は、以上の一実施例に限定されるものでは
なく、その細部において様々な態様が可能である。ま
た、バクテリア菌の発酵・培養の活性化の度合いを検知
する計測装置も、同様に種々に異なり、必ずしも前記実
施例に限定されるものではない。ことに発酵槽３でのフ
ァジイ制御は、発酵・培養効率を最大限に高め、その適
切な環境状態の維持を図るために、実験データからの特
性分析、あるいは実際の発酵槽３での発酵・培養のフィ
ールドテストの分析に基づいたファジイ制御規則及びメ
ンバーシップ関数を設定することで、２４時間適切な自
動制御運転を行うことが可能となり、大幅な保守コスト
ダウンを図ることができる。また、ファジイ制御規則あ
るいはメンバーシップ関数は簡易に変更することがで
き、現場あるいは遠隔にて変更することも可能であり、
保守性能を飛躍的に向上することができる。

【００１２】

【発明の効果】本発明によれば、発酵槽内の有機廃棄物
の発酵温度と、有機廃棄物の上部の酸素濃度変化率を勘
案して、実際の各種有機廃棄物の負荷に対応した適切な
送風量を制御することにより、その発酵分解をより活性
化させる環境を整えることができ、コンポスト化の高効
率を得た発酵処理が可能になる。したがって、省力・省
エネルギー、無公害・低公害の観点での有機廃棄物処理
が可能となり、その結果、有機質肥料等に再変換・再活
用することができ、環境保全に役立つこととなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概略構成を説明する概要図

【図２】本発明の一実施例の実験結果を示すグラフで、
（ａ）は、発酵温度の変化を示す図（ｂ）は、酸素濃度の変化を示す図

【図３】本発明の一実施例に係る制御系を示すブロック
図

【図４】本発明の一実施例のファジィ推論の制御規則お
よび実験結果を示す表をあらわす図

【符号の説明】

１…原料槽２…有機廃棄物３…発酵槽４…外気ブロア（送風手段）５…循環ブロア（送風手段）６…外気７…循環気８…ダンパー１０…発酵温度センサ（温度計測手段）１１…酸素濃度センサ（酸素濃度計測手段）１２，１３…風量センサ１４，１５，１６…温度センサ１７…炭酸ガスセンサ１８，１９…加熱器２０…制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者芥川宏大阪府吹田市垂水町３丁目28番33号松下環境空調エンジニアリング株式会社内 (72)発明者清水巧治大阪府吹田市垂水町３丁目28番33号松下環境空調エンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 4D004 AA02 AA03 AA04 BA04 BA10 CA04 CA15 CA19 CB04 CC07 CC20 DA01 DA02 DA06 DA09 DA10 DA20 4D059 AA01 AA03 AA07 BA03 BA48 BJ00 BK11 CC01 CC10 DB33 DB40 EA01 EA05 EA06 EA09 EB15 4H061 AA03 CC47 GG10 GG49 GG69 GG70

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機廃棄物を発酵処理する発酵槽と、前
記発酵槽内の前記有機廃棄物の発酵温度を計測する温度
計測手段と、前記発酵槽内の前記有機廃棄物の上部の酸
素濃度変化率を計測する酸素濃度計測手段と、前記発酵
槽内の前記有機廃棄物の下部から送風する送風手段とを
備え、前記温度計測手段によって計測された前記発酵温
度と前記酸素濃度計測手段によって計測された前記酸素
濃度変化率とから、前記発酵槽内の前記有機廃棄物の負
荷に対応し、前記送風手段により適切な送風量を制御す
る制御手段を備えていることを特徴とする有機廃棄物の
発酵処理装置。
【請求項２】前記有機廃棄物の発酵初期段階におい
て、前記制御手段は、前記有機廃棄物の発酵状態として
前記発酵温度が低い状態、普通の状態、および高い状態
の少なくとも３つの状態を設定するとともに、前記有機
廃棄物への通気状態として前記有機廃棄物の上部の前記
酸素濃度変化率が低い状態、中間の状態、および高い状
態の少なくとも３つの状態を設定し、前記有機廃棄物の
前記発酵温度が低く、かつ前記酸素濃度変化率が高いほ
ど前記送風手段の前記送風量を小さくするように制御す
ることを特徴とする請求項１に記載の有機廃棄物の発酵
処理装置。
【請求項３】前記制御手段は、ファジィ理論に基づい
て制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記
載の有機廃棄物の発酵処理装置。
【請求項４】前記有機廃棄物の発酵中期段階におい
て、前記制御手段は、前記有機廃棄物の発酵状態として
の前記発酵温度と、前記有機廃棄物への送風状態として
の前記有機廃棄物の上部の前記酸素濃度変化率とが、と
もに平衡状態を維持できるように前記送風手段の前記送
風量を加減して制御することを特徴とする請求項１に記
載の有機廃棄物の発酵処理装置。
【請求項５】前記有機廃棄物の発酵後期段階におい
て、前記制御手段は、前記有機廃棄物への送風状態とし
て前記有機廃棄物の上部の前記酸素濃度変化率が、平衡
状態を維持できるように前記送風手段の前記送風量を加
減して制御することを特徴とする請求項１に記載の有機
廃棄物の発酵処理装置。