JP2009112998A - 有機系廃棄物の発酵処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発酵処理による生ゴミ処理装置において生ゴミ処理により発生する排ガス中の悪臭を効率よく除去できる処理装置を提供する。
【解決手段】 発酵室１において生ゴミＴを発酵処理する過程で生じる悪臭成分を有する排気ガスＧ１を脱臭・冷却槽９に導き、ここで微粒子ノズル１８から噴射される循環水の超微粒子により排気ガスＧ１中の悪臭成分を吸着除去すると共に、排気ガスＧ１中の水蒸気の凝結に基づく潜熱放出による排気ガスＧ１の温度再上昇によって再度悪臭成分が気化しないよう超微粒子の噴出量を調整して、この脱臭・冷却槽９で悪臭成分の殆ど全てを除去する。一次処理ガスＧ２として脱臭・冷却槽９を出た排気ガスは冷却・気液分離槽１３において含有水分を除去され、補助脱臭装置１４により残留する悪臭成分が除去された後、最終処理ガスＧ３とし大気放出される。
【選択図】 図１

Description

本発明は生ゴ等の有機系の廃棄物を処理する装置に係り、特に悪臭の発生を抑えてこれら有機系廃棄物を効率的に発酵処理する廃棄物処理装置に関する。

近年、家庭や飲食店等を始めとして大量の生ゴミが発生し、その処分が問題となってい。生ゴミは大量の水分を含んでおり、特に夏期等の気温の高い時には短時間で腐敗して悪臭を発生する。生ゴミ処理については埋め立て等の処理方法は衛生上問題であり、かつこのような処分場を確保することも困難となっている。また腐敗等を考慮すれば生ゴミの処理は、大量集積、プラントにおける大量処理という方法よりも、生ゴミ発生場所に近いところに生ゴミ処理装置を個々に配置し、生ゴミ発生時点から比較的短時間で処理することが望ましい。つまり比較的小規模の装置を多点的に配置して、これらの装置によりそれぞれ生ゴミ発生源の比較的近くで迅速に処理することが望ましい。

このような観点から、大規模なゴミ処理プラントとは別に、生ゴミを処理する装置が各種提案されている。この場合、生ゴミは水分を多量に含む有機系の廃棄物であるため、焼却処理には大きな熱的エネルギーが必要であり、かつ焼却に伴う排気ガスの処理も必要となって、焼却処理は生ゴミの処理としては不経済な方法であると言える。このため下記特許文献に示されるように生ゴミを生物学的に分解処理する装置、方法が少なからず提案されいている。
特開平７−１２４５３８ 特開平８−１６８７４２ 特開２００１−３４０８７９ 特開２００７−００１７７８

上記特許文献記載の発明も含めて、この種の装置は発酵室（通常は攪拌手段を有する）と、発酵室で発生した臭気を伴うガスを処理する手段と、発酵室に空気を供給する手段とを有し、更に多くの場合、発酵室で発生した悪臭ガスを無臭化する手段を有している。

このような発酵処理装置においてもその構成の相違により一長一短がある。ここで、生ゴミと一口に言っても、野菜屑等の植物性のゴミ、魚や肉等の動物性のゴミ、調理済の残飯等、大きさ、含水量、攪拌時の挙動等は全くまちまちである。この結果、発酵室に空気を供給し、かつ投入された生ゴミを攪拌しても空気は生ゴミ全体に均一には行き渡らず、空気の通過が極端に少ないか、或いは全く空気が供給されない部分が発生する。このような部分では好気性の発酵菌は増殖せず嫌気性の腐敗菌が発生してしまい、極端な場合には処理装置に投入された生ゴミ全体が腐敗してしまう可能性もある。

上述のような点も含めて実際には、発酵室から発生するガス中から悪臭成分を完全に排除することは困難であるため、この種の装置を実機として使用する場合には発生したガスの脱臭処理が必ず必要となる。つまり装置として脱臭処理が適切に行われなければ、上述のような比較的小規模の装置を多点的に配置するという生ゴミ処理システムの採用は不可能となってしまう。

脱臭処理の方法としては活性炭等による悪臭成分の吸着、悪臭成分の熱分解、微生物を利用した悪臭成分の分解等の方法がある。
このうち、活性炭等による悪臭成分の吸着方式は、発酵分解で発生するガスが比較的多量であるため大型或いは多段の吸着手段を必要とし、しかも発酵過程で多量に発生した水蒸気が処理対象ガスに含まれるため活性炭などの吸着材の性能が短期間で大幅に低下してしまうという問題がある。

また悪臭成分を熱分解する熱分解方法では、高温を発生させるために燃料費等のエネルギー費用がかかり、特に上述のとおり処理対象ガスには多量の水蒸気が含まれるためエネルギー使用量はより大きくなる。つまりこの脱臭方法は個々の処理装置に設けるには不経済であり、場合によっては熱分解したガスの再処理も行う必要が発生する等コスト的に見合わない方法と言える。更に、生物的脱臭は本来大規模施設が必要であって比較的小規模の生ゴミ処理装置では採用は事実上不可能である。

本発明は上記従来技術の問題点に鑑み構成したものである。
即ち本発明では生ゴミの発酵処理を行う発酵室で発生したガス（処理対象ガス）が通過する空間或いは脱臭用空間部対して水の微粒子を噴霧する手段を配置し、この水の微粒子により処理対象ガスの悪臭成分を吸着するとともに、悪臭成分が残っていても処理対象ガスが再度悪臭を発生させる温度以下に当該ガス温度を低下させるよう構成したことを特徴とする生ゴミの処理装置である。

発酵室で発生した悪臭成分を含むガスに水の微粒子を噴霧することにより悪臭を効果的に処理することが可能となり、しかも水の微粒子を発生させる手段は小型かつ安価に構成することが可能であるため、装置全体を小型かつ安価に提供することができ、従って上記のように生ゴミ発生源近くに多点的に処理装置を配置するシテステムを構築することができる。

処理対象ガスは水の微粒子により冷却されるため、悪臭成分が残留していても再度悪臭が揮発することはなく、然も実際には悪臭成分の大半は微粒子の噴霧により除去されているため、後段に別の脱臭手段を配置するにしても、小型の吸着材を補助的に設置するだけで十分である。

発酵室に脱臭・冷却槽を接続し、発酵室で発生したガスを脱臭・冷却槽に流入させるよう構成し、ガス通路及び脱臭・冷却槽のうち少なくとも脱臭・冷却槽に対して水の微粒子を噴霧する手段を設置する。また水の微粒子は例えば粒径５μｍ以下の極めて微細な粒子とする。以下本発明の実施例を図面を参考に具体的に説明する。

図１乃至図３は本発明の実施例を示す。
先ず主として図１において、符号１は発酵室を示し、符号２はこの発酵室１内に配置された攪拌装置を示している。この攪拌装置２は図２及び図３において符号２Ａ、２Ｂで示すように発酵室２内に２基平行に配置されている。

攪拌装置２の構成を主として符号２Ａで示す装置で具体的に示すと、符号２ａは回転軸であって電動モータ３（３Ａ）等の駆動手段により回転するよう構成され、かつこの回転軸２ａに対しては複数の攪拌羽根（以下単に「羽根」とする）２ｂが回転軸２ａを中心として放射状に取り付けられている。またこれら羽根２ｂは回転軸２ａの軸心に対して一定の角度（ピッチ）で取り付けられていため、回転軸２ａの回転により生ゴミＴを攪拌すると共に回転軸２ａの軸心方向に沿って一定方向に移動させるよう構成されている。

攪拌装置２Ｂも上記攪拌装置２Ａと同一の構造となっている。即ち回転軸２ａに対して羽根２ｂが取り付けられかつ回転軸２は別の電動モータ３Ｂにより回転駆動されるよう構成されている。

上記の構成において、各攪拌装置２Ａ、２Ｂにおける回転軸２ａに対する羽根２ｂのピッチが同じである場合には図３の如く電動モータ３Ａ、３Ｂを逆回転することにより、例えば攪拌装置２Ａでは、生ゴミＴは電動モータ３Ａの配置側から発酵室１の後壁に向かって移動し、かつ攪拌装置２Ｂでは逆に発酵室１の後壁から電動モータ３Ｂ側に移動する。これにより図２の矢印で示すように、生ゴミＴは個々の攪拌装置２Ａ、２Ｂで攪拌されながら発酵室１内を順次移動するよう構成されている。なお、攪拌装置２Ａ、２Ｂにおける羽根２ｂのピッチを逆にしておけば、電動モータ３Ａ、３Ｂを同一方向に回転させることにより生ゴミの挙動を上記と同様にすることは当然可能である。

次に符号４は発酵室１の底部に配置された空気供給装置である。４ａは後述するブロワ等の空気供給手段から供給される空気が流入する空間部を構成する容器（以下「分岐ヘッダ」と称する）であり、箱状、パイプ状等の形状に構成されている。この分岐ヘッダ４ａに対しては多数の空気穴４ｂが形成され、発酵室１内に均一に空気を流出するように構成されている。

符号５は分岐ヘッダに空気Ａを供給するブロワ、６はブロワ５から吐出された空気を一定温度まで昇温させる昇温室、７は昇温室６に流入した空気を加熱するヒータであり、適宜通電することにより発酵室１内の温度が所定の温度となるよう空気を加熱する。

符号９は脱臭・冷却槽であって排気通路８を介して発酵室１に接続している。符号１０は循環水タンク、１１は循環水ポンプ、１２はコンプレッサー、１３は冷却・気液分離槽、１９は冷却・気液分離槽１３内の処理ガスを排気する排気ブロワ、１４は補助脱臭装置、１５はこれら各機器を制御する制御部である。

次に生ゴミ処理の工程に沿って本装置をより具体的に説明する。
先ず発酵室１に対して生ゴミＴが投入さるれ。投入量は図示の如く攪拌装置２Ａ、２Ｂの羽根２ｂが隠れる程度に投入される。発酵室１における生ゴミＴの上部には、例えば生ゴミＴの投入体積とほぼ等しい体積を有する空間１ａが形成され、後述のようにこの空間１ａが生ゴミＴの発酵時に発生する水蒸気の分圧を調整するバッファ空間としても利用される。続いて生ゴミＴに対して発酵菌（実際には発酵菌を有する発酵菌担任）が投入される。

生ゴミＴが所定量投入されたならば２基の攪拌装置２Ａ、２Ｂを作動させて生ゴミＴ を攪拌すると同時に図２の矢印で示すように発酵室１内を移動させ、生ゴミＴの底部の空気供給装置４のノズル４ｂから供給される空気Ａが生ゴミＴに対して満遍なく接触するようにする。なお各攪拌装置２Ａ、２Ｂの回転数は２ｒｐｍ程度である。

生ゴミＴの発酵を効果的に促進させるためには、生ゴミＴの温度は７０℃乃至８０℃程度の温度が必要であるが、生ゴミＴの投入直後では発酵が未熟であるため、ヒータ７を作動させて発酵室１に供給する空気Ａの温度を例えば５０℃程度に昇温音させ、発酵室１内に供給して生ゴミＴの温度を上昇させて発酵を促進させる。なお、ブロワ５から吐出される空気は圧縮されているため空気Ａはこの圧縮によって予め温度が上昇しており（１３ｋｐａで約３０℃）、この分ヒータ７加熱用の電気エネルギーは削減され、かつ発酵が安定した通常運転の場合には基本的にはヒータ７を使用する必要はなくなる。

発酵の促進により生ゴミＴの雰囲気温度が効率的に発酵を継続する前記温度となったならばヒータ７の電源を切って常温の空気Ａを供給する。制御部１５を用いるときは温度センサＳ２により生ゴミＴの雰囲気温度を検知し、この検知結果に基づいてヒータ７の電源スイッチＳＷをＯＮ、ＯＦＦ動作させて上記の制御を自動的に行うことができる。以下制御部１５により制御を自動的に行うことを前提として説明する。

発酵が進むにつれて生ゴミＴが含有する水分が蒸発し、気体となることによりその体積が約１０００倍に増加する。このため発酵室１内の圧力が上昇するが、圧力の上昇は蒸気の発生を抑圧し結果的に発酵を抑圧することになるため、発酵室１内の圧力は一定値以下に抑えておくことが望ましい。前述のように発酵室１の上部に大きな体積の空間１ａを形成してあるのはこの空間１ａを、圧力上昇のバッファ空間として利用することが目的の一つである。

制御部１５は圧力センサＳ１で空間１ａの圧力（気圧）を検知し、発酵室１の後段の脱臭・冷却槽９の処理状態と比較しながら排気通路８のダンパ１６の開度を調整して発酵室１内の圧力が一定値以下となるよう制御する。この場合、脱臭・冷却槽９の処理状態との兼ね合いでダンパ１６の開度を設定値まで開けない場合が一時的に生じても、前述のとおり空間１ａがバッファ機能を有するため、発酵室１内の圧力が急激に増加する事態は免れることができる。

発酵が進むに連れて生ゴミＴと発酵菌担体は乾燥粉体となり、一部は排気ガスＧ１と共に粉塵として排気通路８に飛散してくる。この粉塵は排気通路８の内面に付着して排気通路８を最終的には閉塞させてしまう恐れがあるため粉塵の付着を防止することを目的として洗浄ノズル１７が設けられ、排気通路８内の粉塵を洗浄除去し、粉塵を除去した排水は排気通路８を経て脱臭・冷却槽９に流入するよう構成されている。。なお、この洗浄ノズル１７から噴出する水滴は粉塵除去のための比較的大きな粒径の水滴を噴出する通常型ノズルであってもよいが、後述する微粒子の水滴を噴射するノズルを利用することも可能である。

発酵により発生するガス（排気ガス）Ｇ１は多量の水蒸気を含む外、低沸点のアンモニア等の悪臭成分も含有している。生ゴミの発酵による発熱量は平均５０００ｋｃａｌ／ｋｇ程度であり、この熱量は主として水蒸気の潜熱として排気ガスＧ１と共に発酵室１外に排出されることになる。

ここにおいて、ガス中の悪臭成分を除去する脱臭方法としては水吸着が有効な方法であることが知られているが、特別な考慮なく単に排気ガスに水を噴霧すると排気ガス中の水蒸気の凝縮により潜熱が放出され、この結果噴霧水等の水分の温度が上昇し、前記低沸点の悪臭物質であるアンモニア等が再度蒸発してまた悪臭を発するという問題がある。

つまり、排気ガスＧ１の脱臭に当たっては、脱臭と、水蒸気を含む排気ガスの冷却（直接的には排気ガスに噴霧する水の冷却）とを同時並行的に行う必要がある。符号１８はこの目的を達成するために脱臭・冷却槽９に設けられた微粒子ノズルである。

微粒子ノズル１８から噴出ささる水の粒子は５μｍ以下の小径の微粒子（以下「超微粒子」とする）を噴射するノズルである。水を超微粒子化することにより水の表面積が増加し、排気ガスＧ１中の悪臭成分の吸着効率を高めることができる。また、超微粒子の水の蒸発による吸熱と、排気ガスＧ１中の水蒸気の凝縮による潜熱の放出による発熱とをバランスさせることにより悪臭成分の吸着と、排気ガスＧ１の冷却を同時に実施することができる。

具体的には排気ガスＧ１の温度が３０℃以上であると悪臭成分が蒸発して悪臭が発生するため、コンプレッサー１２から供給される微粒化用空気と、循環タンク１０から供給される超微粒子用循環水の供給量を適宜調整して排気ガスＧ１の温度が上記温度以下となるよう調整する。因みに循環水は冷却・気液分離槽１３において所定の温度に冷却されている。これらの制御は脱臭・冷却槽９内に配置された温度センサＳ３の温度情報に基づき制御部１５が自動制御する。

排気ガスＧ１の温度を調整しながら超微粒子の水を噴射することにより排気ガス中の悪臭成分の大半は除去され、一次処理ガスＧ２としてに冷却・気液分離槽１３に流入し、同冷却・気液分離槽１３で気液分離された一次処理ガスＧ２は補助脱臭装置１４において残留する悪臭成分が除去され、最終処理ガスＧ３として大気開放される。なお、前述のとおり脱臭・冷却槽９において超微粒子を用いて脱臭成分の大半が除去されているため、この一次処理ガスＧ２は、多くの場合気液分離後に直接大気開放してもよい状態となっているため、この補助脱臭装置１４はあくまでも補助的に私用するものであり、従って小容量のもので十分である。例えは活性炭であれば、小面積の活性炭マットを少数段配置するだけで十分である。

一方、洗浄ノズル１７、微粒子ノズル１８から噴射されかつ脱臭・冷却槽９の底部に溜まった水は循環タンク１０に流入し、冷却・気液分離槽１３において一次処理ガスＧ２から分離された水は直接循環タンク１０に流入し、洗浄ノズル１７、微粒子ノズル１８に供給さるれ循環水として利用される。また、不要な水は循環タンク１０から排出された後、浄化処理を施されて系外に排出される。一方系内で使用する循環水も、図示されていはいないが、沈殿、濾過等による固形物の除去、中和剤の投入等の適切な処理を施されて循環水として系内で循環利用される。

上記の排ガス処理と並行して発酵室１では生ゴミＴの発酵が進行し、最終的には乾燥した残渣となる。このようにして発酵処理が終了したならば残渣を発酵室１ら排出し、次の処理に当たる。

以上、本発明を特定地域内に複数配置して生ゴミ発生源から近い場所で生ゴミを処理するため、処理装置を小型に構成することを前提としているが、この構成をスケールアップしてより大型の装置として構成することももとより可能である。

本発明に係る生ゴミ処理装置の全体構成を示す系統図である。 図１における発酵室１に設けられた攪拌装置の平面図である。 図２のＡ−Ａ線による断面図である。

符号の説明

１ 発酵室
１ａ（発酵室の）上部空間
２、２Ａ、２Ｂ 攪拌装置
２ａ （攪拌装置の）回転軸
２ｂ （攪拌装置の）攪拌羽根
３、３Ａ、３Ｂ （攪拌装置駆動用）電動モータ
４ 空気供給装置
４ａ （空気供給装置の）分岐ヘッダ
４ａ （空気供給装置の）空気穴
５ ブロア
６ （供給空気の）昇温室
７ ヒータ
８ 排気通路
９ 脱臭・冷却槽
１０ 循環水タンク
１１ 循環水ポンプ
１２ （微粒子ノズル用）コンプレッサー
１３ 冷却・気液分離槽
１４ 補助脱臭装置
１５ 制御装置
１６ ダンパ
１７ 洗浄ノズル
１８ 微粒子ノズル
１９ 排気ブロワ
Ａ 空気
Ｇ１ 排気ガス
Ｇ２ 一次処理ガス
Ｇ３ 最終処理ガス
Ｓ１ 温度センサ
Ｓ２ 圧力センサ
Ｓ３ 温度センサ
ＳＷ ヒータ用スイッチ
Ｔ 生ゴミ

Claims (7)

1. 発酵室内に投入された生ゴミ等の有機系廃棄物を発酵菌により発酵処理するものにおいて、発酵室で発生した排気ガスを外部に排出する経路に対して水の超微粒子を噴霧する手段を配置し、この水の超微粒子の噴霧量を調整することにより排気ガス中の悪臭成分の吸着と排気ガスの温度調整をするよう構成したことを特徴とする有機系廃棄物の発酵処理装置。
2. 発酵室は排気通路を介して脱臭・冷却槽と接続し、発酵室で発生した排気ガスは脱臭・冷却槽に流入するよう構成され、当該脱臭・冷却槽には超微粒子の水を噴射する微粒子ノズルが設けられ、排気ガスに対して噴霧されるた超微粒子の水と排気ガス中の水蒸気が凝縮した水は脱臭・冷却槽底部に循環水として溜まるよう構成したことを特徴とする請求項１記載の有機系廃棄物の発酵処理装置。
3. 脱臭・冷却槽の後段には冷却・気液分離槽が設けられ、かつ冷却・気液分離槽の後段には補助脱臭装置が設けられることにより、脱臭・冷却槽により脱臭された排気ガスは一次処理ガスとして冷却・気液分離槽に流入し、水分除去後補助脱臭装置において残留する悪臭成分を除去されたのち最終処理ガスとして大気開放されるよう構成したことを特徴とする請求項２記載の有機系廃棄物の発酵処理装置。
4. 発酵室と脱臭・冷却槽を結ぶ排気通路には洗浄ノズルが設けられ、発酵室から飛散する塵埃を洗浄除去するよう構成したことを特徴とする請求項２又は３記載の有機系廃棄物の発酵処理装置。
5. 発酵室には回転軸とこの回転軸に設けられた攪拌羽根と回転軸を回転駆動させる駆動手段とを有する攪拌装置が一対設けられ、この一対の攪拌装置の作動により有機系廃棄物は攪拌され、かつ当該有機系廃棄物は各攪拌装置の回転軸の軸心方向に沿って発酵室内を一定方向に移動するよう構成したたとを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の有機系廃棄物の発酵処理装置。
6. 発酵室底部には攪拌中の有機系廃棄物に対して空気を供給する空気供給装置が配置されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の有機系廃棄物の発酵処理装置。
7. 空気供給装置に対して空気を供給する経路において、空気を加熱する手段が配置されていることを特徴とする請求項６記載の有機系廃棄物の発酵処理装置。

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