JP2015013263A - 廃棄物処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い撹拌性能を有し、発酵不良が起こりにくく、有機性廃棄物の乾燥・堆肥化の処理時間を短縮でき、悪臭物質の発生量を軽減できる廃棄物処理装置および廃棄物処理方法を提供する。【解決手段】廃棄物処理装置１は、縦型の容器２と、容器２内に縦方向に設けられた回転軸３と、回転軸３周りに固定された複数枚の撹拌翼４と、容器２内に外気を送るための送気手段６とを備えてなり、撹拌翼４は、回転軸３の下部から上部にかけて離間して３段以上の位置で、各段に１枚以上、回転軸３から容器２の内壁側に向けて直線的に延設されており、最下段の撹拌翼に、送気手段６と連通された通気孔４ｄを有し、各撹拌翼は、その回転方向前側に所定の傾斜角度の傾斜面を有し、最上段の傾斜角度が９０度未満であり、かつ最下段の傾斜角度の２倍以上であり、最上段および最下段以外の傾斜角度が、最下段の傾斜角度以上、かつ、最上段の傾斜角度以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、家畜排泄物や食品残渣などの有機性廃棄物を処理するための廃棄物処理装置（密閉型発酵乾燥装置）および該装置を用いた廃棄物処理方法に関する。

畜産経営体から排出される家畜排泄物や食品産業事業所などから排出される食品残渣などの有機性廃棄物は、その種類および排出量が近年増大して、その処理が大きな社会的課題となっている。これらの廃棄物を焼却処理する場合、コストが高く、ダイオキシン発生の問題もある。また、埋め立て処理する場合、排気場所の確保や悪臭被害の問題がある。加えて、近年では、食品リサイクル法などの法整備により有機性廃棄物の再利用の促進が求められている。これらの点に鑑みて、有機性廃棄物を堆肥化し、循環資源としてリサイクルすることが行われている。堆肥化する場合でも、食品残渣などの有機性廃棄物は含水量が多いことから、乾燥や発酵が十分でないと、体積および重量が大きく腐敗のおそれもある。

このため、近年では、微生物の発酵作用を利用した密閉型発酵乾燥装置（「コンポ」とも呼ぶ）を用いて、有機性廃棄物を乾燥および堆肥化することが行なわれている。このコンポは、円筒縦型のタンク形状であり、投入された廃棄物が外気と接触しにくい密閉縦型構造の堆肥化装置である。

従来、通気性に優れた、食品残渣の発酵処理装置として、気密性を有する縦型容器に、食品残渣と好気性微生物とを混入して、上記容器内を通気撹拌しながら好気性微生物の作用により食品残渣を発酵させる装置が提案されている（特許文献１参照）。この発酵処理装置では、縦型容器内に立設された回転軸周りに上下複数段の撹拌翼が放射状に延在されており、最下段の撹拌翼の下部に複数の通気孔が穿設され、この通気孔から容器内に通気がなされている。この装置における撹拌翼の形状としては、羽根状や棒状が例示され、特に撹拌効率の点から羽根状の撹拌翼を持つスクリュー型が記載されている。さらに、この特許文献１では、単位時間当たりの通気量を通常より多くする発酵処理方法が記載されている。

また、発酵槽内で有機性廃棄物を嫌気発酵させた後、嫌気発酵後の発酵残渣をそのまま好気発酵処理が可能なバイオガスを得るための有機性廃棄物処理装置が提案されている（特許文献２参照）。この有機性廃棄物処理装置では、特許文献１と同様に、発酵槽内に立設された回転軸周りに上下複数段の撹拌翼が設けられ、最下段の撹拌翼に複数の通気孔が穿設され、この通気孔から発酵槽内に通気がなされている。この装置における撹拌翼の形状は、回動方向前方側に斜板を有する略山型形状である。

特開２０１０−６９４７７号公報 特開２０１１−１２１０４２号公報

特許文献１や特許文献２のように密閉型発酵乾燥装置において撹拌翼を含む撹拌手段は必須である。しかしながら、撹拌翼の形状や運転方法によっては、撹拌翼や回転軸などに掛かる負荷が大きくなりすぎて、これらが一部破損する等のおそれがある。また、十分な撹拌性能が得られず、発酵不良などが発生するおそれや、乾燥および堆肥化に要する時間が長くなるおそれがある。特許文献１や特許文献２の装置では、撹拌翼毎（段毎）の形状に関して、撹拌性能に与える影響についての検討はなされていない。また、このような密閉型発酵乾燥装置の撹拌手段は、極めて低速運転（４０〜６０分で１回転程度）であり、また、処理物である有機性廃棄物が固形物、液状物、および半液状物などを含む複雑な混合物であるため、撹拌性能の予測は容易ではない。

また、堆肥化処理で発生するアンモニアなどの悪臭物質は、有機物の分解によるものとされ、その発生は制御不可能である。このため、密閉型発酵乾燥装置に脱臭装置や脱臭槽を付帯しなければならず、畜産農家などにおいて設備投資による生産コスト増の一因となっている。特許文献１では通気量を上げることで、乾燥速度を早めることが記載されているが、その通気量範囲や、撹拌翼形状などの他の要因によっては、十分な効果が得られないばかりか、処理物の温度低下により発酵不良となるおそれもある。

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、高い撹拌性能を有し、発酵不良が起こりにくく、有機性廃棄物の乾燥・堆肥化の処理時間を短縮でき、悪臭物質の発生量を軽減できる廃棄物処理装置および廃棄物処理方法を提供することを目的とする。

本発明の廃棄物処理装置は、縦型の容器と、該容器内に縦方向に設けられた回転軸と、該回転軸周りに固定された複数枚の撹拌翼と、該容器内に外気を送るための送気手段とを備えてなり、上記容器内に該容器上部から投入される有機性廃棄物を上記撹拌翼で通気撹拌しながら発酵および乾燥させて堆肥化して該容器下部から取り出す廃棄物処理装置であって、上記撹拌翼は、上記容器内において上記回転軸の下部から上部にかけて所定間隔で離間して少なくとも３段以上の位置で、各段に少なくとも１枚以上、上記回転軸から上記容器内壁側に向けて直線的に延設されており、最下段の撹拌翼に、上記送気手段と連通され、該送気手段から送られる外気を容器内に導入するための通気孔を有し、上記撹拌翼は、その回転方向前側に傾斜面を有し、最上段の撹拌翼の上記傾斜面における該撹拌翼の回転面に対する傾斜角度が、９０度未満であり、かつ、最下段の撹拌翼の上記傾斜面における該撹拌翼の回転面に対する傾斜角度の２倍以上であり、最上段および最下段以外の撹拌翼の上記傾斜面における該撹拌翼の回転面に対する傾斜角度が、最下段の撹拌翼の上記傾斜面における該撹拌翼の回転面に対する傾斜角度以上、かつ、最上段の撹拌翼の上記傾斜面における該撹拌翼の回転面に対する傾斜角度以下であることを特徴とする。

ここで、本発明における有機性廃棄物の「撹拌」は、種々の構成物からなる有機性廃棄物（固形物、液状物、半液状物などを含む）を、発酵と乾燥を伴いつつ混ぜ合わせる撹拌混合動作を意味する。

上記最上段の撹拌翼は、上記回転軸の垂直上側から見て、該撹拌翼の幅中央線が上記回転軸の軸芯を通らないことを特徴とする。

最上段の撹拌翼の上記傾斜面における該撹拌翼の回転面に対する傾斜角度が５５度〜６５度であり、最下段の撹拌翼の上記傾斜面における該撹拌翼の回転面に対する傾斜角度が１５度〜２５度であることを特徴とする。

本発明の廃棄物処理方法は、有機性廃棄物を本発明の廃棄物処理装置を用いて堆肥化することを特徴とする。また、上記廃棄物処理装置において、上記送気手段により上記容器内に導入する１分当たりの通気量（ｍ^３）を上記容器の内容積（ｍ^３）の１／４〜１／２に調整して通気撹拌を行なうことを特徴とする。また、上記送気手段の静圧が２５ｋＰａ以上であることを特徴とする。また、上記送気手段から送られる外気を６０℃以上に加温して容器内に導入することを特徴とする。

本発明の廃棄物処理装置は、気密性の縦型の容器と、該容器内に縦方向に設けられた回転軸と、該回転軸周りに固定された複数枚の撹拌翼と、該容器内に外気を送るための送気手段とを備え、この撹拌翼が容器内において回転軸の下部から上部にかけて所定間隔で離間して少なくとも３段以上の位置で、各段に少なくとも１枚以上、回転軸から容器内壁側に向けて直線的に延設され、最下段の撹拌翼に、送気手段からの外気を容器内に導入するための通気孔を有する構成を前提として、その撹拌翼の回転方向前側の傾斜面の傾斜角度について、最上段を最下段の２倍以上（９０度未満）とし、最上段および最下段以外を最下段以上、最上段以下としている。この構成により、最上段の高い傾斜角度を有する撹拌翼により、処理物（廃棄物）を平らにのばしやすくなり、外気との接触面積を増加させることができ、最上段および最下段以外の段の撹拌翼により、最上段にて発酵熱で温度上昇した処理物を積極的に撹拌することができる。また、最下段の低い傾斜角度を有する撹拌翼により、掛かる負荷を小さくしながら、処理物全体に均一に通気を行なうことができる。これらの結果、高い撹拌性能を有し、発酵不良が起こりにくく、装置の故障および製品不良（発酵不良の堆肥）が少なく、有機性廃棄物の乾燥・堆肥化の処理時間を短縮できる。また、乾燥時間の短縮により、悪臭物質の発生量も軽減できる。

また、上記最上段の撹拌翼は、回転軸の垂直上側から見て、該撹拌翼の幅中央線が回転軸の軸芯を通らない（芯ずれしている）ので、最上段の撹拌翼の傾斜角度が大きい場合でも、処理物が外側へ均等に広がり、容器の内壁側に寄りにくく発酵不良などを防止できる。

本発明の廃棄物処理方法は、上記本発明の廃棄物処理装置を用いるので、発酵不良が起こりにくく、有機性廃棄物の乾燥・堆肥化の処理時間を短縮でき、悪臭物質の発生量も軽減できる。また、通気量を容器容積（ｍ^３）の１／４〜１／２に調整して通気撹拌を行ない、さらに必要に応じて、送気手段の静圧を２５ｋＰａ以上とする、または、送気手段から送られる外気を６０℃以上に加温することで、より発酵不良を防止でき、より乾燥・堆肥化処理を短縮でき、アンモニアなどの悪臭物質の発生量を著しく軽減できる。

本発明の廃棄物処理装置の一例を示す縦断面図である。 図１における撹拌翼の断面図である。 図１における最下段の撹拌翼の拡大図である。 上段の撹拌翼を回転軸の垂直上側から見た概略図（芯ずれ無）および廃棄物処理装置の縦断面図である。 上段の撹拌翼を回転軸の垂直上側から見た概略図（芯ずれ有）および廃棄物処理装置の縦断面図である。 容器内に導入された外気の流れを示す模式図である。

本発明の廃棄物処理装置の一例を図１に基づいて説明する。図１は廃棄物処理装置の構成を示す縦断面図である。図１に示すように、廃棄物処理装置１は、円筒縦型の容器２と、容器２内に縦方向に設けられた回転軸３と、回転軸３周りに固定された複数枚の撹拌翼４と、容器２内への送気手段６とを備えてなる密閉型発酵乾燥装置（コンポ）である。最下段の撹拌翼の下部に通気孔４ｄを有し、送気手段６から送られる外気を回転軸内に設けられた配管６ａを介して該通気孔より容器内に導入している。発酵槽である容器２は、金属製外層と断熱層とを有する断熱容器であり、かつ、通気孔から導入される以外の外気とは接触しにくい気密性容器である。また、容器２の上部に有機性廃棄物の投入口２ａと、ガスなどの排気口２ｃとを有し、底部に堆肥（処理後の有機性廃棄物）の取出口２ｂを有する。投入口２ａおよび取出口２ｂには、容器の気密性を確保するための開閉可能な蓋などが設けられている。

本発明の廃棄物処理装置において、処理する有機性廃棄物（以下、単に「廃棄物」または「処理物」ともいう）としては、有機質成分を多く含む、家畜排泄物、食品廃棄物、浄化槽汚泥、またはこれらの混合物が挙げられる。具体的には、家畜排泄物として、鶏糞、豚糞、牛糞、馬糞等が挙げられ、食品廃棄物として生ごみ、食品製造副産物等が挙げられ、浄化槽汚泥として、家庭用浄化槽、食品工場の余剰汚泥浄化槽等から抜き取られる汚泥が挙げられる。また、廃棄物の堆肥化は、容器内において、好気性発酵菌の存在下で通気しながら好気発酵させて行なう。好気性発酵菌としては、３０〜９０℃程度で活性化する発酵菌が好ましく、例えば、ジオバチスル属やバチルス属などが挙げられる。

容器２の下方に機械室５が設けられ、この機械室内に回転軸３の駆動手段８と、上述の送気手段６が設けられている。回転軸３は、機械室５内に貫通しており、駆動手段８により所定回転数で回転させられる。また、送気手段６から送られる外気を加温するためのヒータ７が設けられている。

この装置において、投入口２ａから処理物を容器２の内部に投入し、該処理物を容器内で発酵・堆肥化後に容器下部の取出口２ｂより取り出す。発酵・堆肥化は、最下段の撹拌翼の通気孔４ｄから外気を導入しつつ各撹拌翼４を低速で回転させて、処理物を通気撹拌し、好気発酵させることで行なう。また、通気により同時に乾燥もされる。最下段の撹拌翼の通気孔４ｄから容器内に導入された外気は、処理物中を通過しながら上方へ流れ、処理物より生じたガスや水蒸気とともに排気口２ｃから排気される。この排気は、排気口２ｃに連結された排気ブロワ（図示省略）により強制的に行なう。

撹拌翼４は、容器内おいて回転軸３の下部から上部にかけて所定間隔で離間して複数段の位置で各段に所定枚数設けられている。図１に示す形態では、段数は５段であり、撹拌翼枚数は、下部から１段目に３枚（うち１枚は図示せず）、２段目に２枚、３段目に１枚、４段目に１枚、５段目に２枚の計９枚が設けられている。撹拌翼４の段数は図１に示す例に限定されず、少なくとも３段以上の位置に設けることが好ましい。図１においては、下部から１段目を「下段」、２段目と３段目を「中段」、４段目と５段目を「上段」として分類する。ここで、段数を３段以上で任意の段数とする場合、最上段は必ず「上段」に分類され、最下段は必ず「下段」に分類される。最上段と最下段以外については、少なくとも１段を「中段」とし、残りをその位置に応じて「上段」「中段」「下段」に分類する。なお、「上段」は容器２の縦方向中央位置より上の領域にあり、「下段」は容器２の縦方向中央位置より下の領域にある。

また、各段における撹拌翼の枚数についても図１に示す例に限定されず、少なくとも１枚設ければよい。最下段の撹拌翼（通気孔有）については、全体に対して通気を均一かつ十分に行なうため、３枚以上を円周方向等間隔で設けることが好ましい。なお、撹拌翼は、上段から下段にいくほど掛かる負荷が大きくなり、各撹拌翼においては、主軸に近い部分ほど掛かる負荷が小さくなる。

廃棄物（処理物）は、後述するように容器２に満載せずに１０〜２０％程度の空間の余裕を設けて投入する。撹拌翼４は、容器２の底部から処理物の高さＨまでの範囲に配置し、最上段の撹拌翼の位置が処理物の略最上部に位置する。また、最下段の撹拌翼の位置は、容器２の底部から若干上方とし、該底部との間に隙間を設けることが好ましい。また、各段の距離は、この最上段と最下段を基準にして段数に応じて任意に決定できる。

従来の密閉型発酵乾燥装置では、撹拌翼を複数段に設けるものはあるが、撹拌翼はどの段においても撹拌（最下段は通気も）のみに供されるとの認識であり、すべての段で同様の形状の撹拌翼が使用され、段毎の役割については十分な検討がなされていない。これに対して、本発明では各段（特に、下段、中段、上段の３段階の位置）における撹拌翼の役割を明確化し、これを元にその形態について検討している。

それぞれの役割については以下の通りである。上段は、処理物を平らにのばし、外気（撹拌翼から通気されたもの）との接触面積を増やすことで、発酵を促進することに供される。中段は、上段にて発酵熱で温度上昇した処理物を積極的に撹拌することに供される。下段（特に最下段）は、撹拌が上段および中段で完結しているため、主に全体に通気を行なうことに供される。

全ての撹拌翼４の形状は、回転軸３から容器２の内壁側に向けて直線的に延設されたピッチドパドル形状であり、その回転方向前側に傾斜面を有している。これら撹拌翼４の傾斜面は、該撹拌翼の回転面（水平面）に対して９０度未満（鋭角）の傾斜角度で傾斜した平面である。すなわち、回転方向後側方向と傾斜面上側方向とのなす角が９０度未満である。撹拌翼が回転するに従い処理物が該傾斜面に沿って乗り上げる形で撹拌される。

撹拌翼の形状を図２に基づいて詳細に説明する。図２は、図１における各段における撹拌翼の回転軸方向の断面図である。図２に示すように、各撹拌翼４は、該撹拌翼の回転面に平行（水平）な底板４ｂと、底板４ｂに接合された斜板４ａと、底板４ｂと斜板４ａとに接合された断面Ｌ字の屈曲板４ｃとから構成される。斜板４ａの外表面（平面）が上述の「撹拌翼の傾斜面」であり、該斜板４ａは底板４ｂにおける回転方向前側に接合されている。なお、撹拌翼の形状は、上述の傾斜面を有していれば、その他の具体的構造は特に図２に示す形状に限定されない。ただし、最下段の撹拌翼については、後述の外気経路が必要となる。

本発明の廃棄物処理装置において、上段（最上段を含む）の撹拌翼４の傾斜面の傾斜角度θ_１は、下段（最下段を含む）の撹拌翼４の傾斜面の傾斜角度θ_３の２倍以上である。上段については、傾斜角度を高くすることで、処理物を平らにのばしやすくなり、外気との接触面積を増加させることができる。また、処理物の上部であるため撹拌抵抗が小さく、高い傾斜角度でも負荷が大きくなりにくい。一方、下段については、処理物の下部であるため撹拌抵抗が大きいが、傾斜角度を低くする（最上段の１／２未満）ことで負荷を小さくできる。また、撹拌が上段および中段で完結しているため、傾斜角度を低くして該部分の撹拌性能を低下させても装置全体として十分な撹拌性能を発揮できる。さらに、最下段の撹拌翼の傾斜角度は、該撹拌翼の役割である通気性能に悪影響を与えない。

また、中段の撹拌翼４の傾斜面の傾斜角度θ_２は、下段（最下段を含む）の撹拌翼４の傾斜面の傾斜角度θ_３以上、かつ、上段（最上段を含む）の撹拌翼４の傾斜面の傾斜角度θ_１以下である。すなわち、θ_３≦θ_２≦θ_１である。撹拌翼に掛かる負荷を小さくしつつ撹拌性能を確保するため、θ_２は、好ましくはθ_３＜θ_２＜θ_１とする。中段は、上段にて発酵熱で温度上昇した処理物を積極的に撹拌することに供される。中段において、下方への流動が多い場合には外気との接触時間や接触量の減少に繋がるが、上記のような傾斜角度を有する撹拌翼とすることで、この下方への流動を極力なくすことができる。また、中段の傾斜角度が大きいほど、撹拌性能は向上するが、負荷は大きくなる。

具体的な傾斜角度として、上段（最上段を含む）の撹拌翼４の傾斜面の傾斜角度θ_１は、４５度〜７５度が好ましく、５５度〜７５度がより好ましく、６０度〜７０度がさらに好ましく、６２〜６７度が特に好ましい。下段（最下段を含む）の撹拌翼４の傾斜面の傾斜角度θ_３は、１０度〜３０度が好ましく、１５度〜２５度がより好ましく、１８度〜２２度が特に好ましい。なお、傾斜角度選択の際には、いずれの場合も、θ_１≧θ_３×２を満たすようにする。中段の撹拌翼４の傾斜面の傾斜角度θ_２は、２５度〜７５度が好ましく、２５度〜６５度がより好ましく、２５度〜５５度がさらに好ましく、２５度〜４５度が特に好ましい。撹拌性能や撹拌翼に掛かる負荷を考慮すれば、図１に示す構成（全５段）において、θ_１＝６５度、θ_２＝３２度、θ_３＝２０度とすることが最も好ましい。

各撹拌翼４は、斜板４ａと底板４ｂと屈曲板４ｃとで囲まれた中空部分４ｅを有する。最下段の撹拌翼４の中空部分４ｅが、回転軸３内の配管６ａ（図１参照）に連通し、屈曲板４ｃ下部等に設けられた通気孔４ｄ（貫通孔）までの外気経路を形成している。通気孔４ｄが設けられる屈曲板４ｃ下部は、回動方向後側に位置するので、処理物による目詰まりが起こりにくい。また、図１に示す形態では、最下段の撹拌翼のみに通気孔を形成しているが、これに限定されず、例えば、さらに１段上の撹拌翼にも通気孔を形成してもよい。

また、図３に示すように、通気孔４ｄは、撹拌翼４の長手方向に複数個設けられており、撹拌翼の長手方向の外側（容器の内壁側）ほどその間隔が段階的に密になるように形成されている。このように通気孔４ｄを配置することで、容器２の内壁側に寄って設けられた取出口２ｂ（図１参照）から堆肥を取り出す際に、十分に通気され乾燥された状態で取り出すことができる。

図４（ａ）および図５（ａ）に最上段の撹拌翼を回転軸の垂直上側から見た概略図を示す。図４（ａ）は撹拌翼が芯ずれなく設けられている場合を、図５（ａ）は撹拌翼を芯ずれで設けた場合をそれぞれ示す。各図において、図中黒矢印は撹拌翼の回転方向である。図４（ａ）に示す形態では、上段の撹拌翼４を回転軸３に固定する際に、該撹拌翼の幅中央線（図中点線）が回転軸３の軸芯３ａを通るように芯ずれなく設けている。これは、一般的な密閉型発酵乾燥装置における通常の形態である。この場合において、上段の撹拌翼の傾斜角度が大きすぎると、処理物が外側へ広がって容器２の内壁側に寄りやすくなる（図中点線矢印）。これにより、図４（ｂ）に示すように、外側に寄った処理物が容器２の内壁に沿って下部に移動しやすくなる。この結果、処理物の上部を平らにできず、通気との接触面積が少なくなり、また、内壁沿って下部に移動するため通気との接触時間も短くなり、発酵が十分に行われないおそれがある。

一方、図５（ａ）に示す形態では、上段の撹拌翼４を回転軸３に固定する際に、該撹拌翼の幅中央線（図中点線）が回転軸３の軸芯３ａを通らないように芯をずらして設けている。この場合、上段の撹拌翼の傾斜角度が大きい場合でも、処理物が外側へ均等に広がり、容器２の内壁側には寄りにくい（図中点線矢印）。このため、図５（ｂ）に示すように、外側へ寄った処理物が容器２の内壁に沿って下部に移動する等の現象が起こらず、発酵を十分に行なうことができる。

本発明においては、図４（ａ）および図５（ａ）のいずれの形態も採用可能であるが、上段の撹拌翼の傾斜角度を、一般的な密閉型発酵乾燥装置におけるものよりも高くしていることから、特に図５（ａ）に示すように、芯ずれで設けることが好ましい。なお、撹拌翼の回転方向幅中央線と、回転軸の軸芯とのずれ幅は、回転軸直径の２〜６０％程度とする。

本発明の廃棄物処理方法は、有機性廃棄物を上記した本発明の廃棄物処理装置を用いて堆肥化することを特徴としている。具体的な処理手順は、以下のとおりである。

（１）まず、廃棄物処理装置に、該装置の内容積に対して１０〜２０％の空間を残して、廃棄物（処理物）を投入する。１０〜２０％の空間を残して処理物を投入することにより、処理物の撹拌が十分になされるため、発酵および乾燥が効率よくなされる。

（２）処理物を所定条件下で発酵および乾燥する。
運転方法には、「バッチ運転」と「連続運転」との２つの方法がある。
（ａ）「バッチ運転」の場合、処理物を廃棄物処理装置に投入して、撹拌翼を低速で回転させ、最下段の撹拌翼の通気孔より通気しながら、５日間程度発酵および乾燥する。この５日間は、取り出しも投入も行なわない。その後、３０質量％程度の発酵および乾燥された処理物（堆肥）を装置内に残して、残りの７０質量％程度の堆肥を取り出す。取り出された堆肥が製品となる。必要に応じて、これを造粒してもよい。廃棄物処理装置内に残された堆肥は、新たに投入される処理物と共に、先と同条件で撹拌されながら、５日間程度発酵および乾燥されて堆肥となる。
（ｂ）「連続運転」の場合、処理物を廃棄物処理装置に投入して、２４時間発酵および乾燥して、運転開始２４時間後に２０質量％程度の堆肥を取り出す。その後、取り出した分の新たな処理物を投入する。このように、２４時間サイクルで処理物投入と堆肥取り出しを繰り返す。

いずれの運転の場合においても、廃棄物処理装置を最初に使用するときは、発酵されてこの装置から取り出された前回の堆肥を処理物全体の３０質量％程度予め投入しておくことが好ましい。順養化された発酵菌を使用するためである。

また、いずれの運転の場合においても、撹拌翼の回転数は、処理物の水分量で調整し、具体的には該水分量が３５％未満となるように調整する。通常、４０〜６０分で１回転する程度の回転数に調整する。処理物の水分量は、撹拌翼の回転数にも依存し、早すぎる場合または遅すぎる場合のいずれにも該水分量が３５％以上となるおそれがある。また、該水分量が３５％以上の場合、容器からの取出しが困難となるおそれがある。

また、いずれの運転の場合においても、容器内に導入する１分当たりの通気量（ｍ^３）を容器の内容積（ｍ^３）の１／８〜１程度とする。通気は処理期間中継続して行なう。乾燥時間の短縮と悪臭物質の発生量の軽減を図り得ることから、本発明では積極的に通気量を増やすことが好ましい。具体的には、一般的に該通気量は容器の内容積（ｍ^３）の１／８〜１／６程度であるが、本発明では該通気量を１／４〜１／２の範囲とすることが好ましい。すなわち、例えば容器容積が３６ｍ^３である場合、通気量は９〜１８ｍ^３／分とすることが好ましい。

通気量が少ない場合、図６（ａ）に示すように、最下段の撹拌翼４の通気孔４ｄから導入された外気の流れ（図中点線矢印）が、容器２の内壁側に偏り、回転軸３側の通風が十分でない場合がある。これは回転軸側の部分における発酵不良に繋がるため好ましくない。また、単純に通気量を増やすだけでも、送気手段の態様によっては、やはり外側に外気の流れが偏る場合があり、該部分で温度低下となり、発酵不良となるおそれがある。運転コストよりも処理時間を優先する等の場合は、ヒータ７により外気を加温して導入することで、上記温度低下に対処できる。導入する外気を加温する場合、好気性発酵菌との関係から６０℃以上にすることが好ましい。

従来から一般的に使用されている中圧ブロワ（送気手段）であると、その静圧が１０〜１５ｋＰａであり、通気量を上記好適範囲（容器の内容積（ｍ^３）の１／４〜１／２）とすることが困難である。また、通気量を増加できるとしても上述の偏りのおそれがある。このため、通気量を上記好適範囲（容器の内容積（ｍ^３）の１／４〜１／２）とするためには、静圧が２５ｋＰａ以上である高圧ブロワ（送気手段）を用いることが好ましい。このような高圧ブロワを用いることで、図６（ｂ）に示すように、容器２の全体に十分な通気量を確保できるとともに、回転軸３側の通風が十分に行なわれ、容器２の内壁側への偏りを防止できる。

図１に示す本発明の廃棄物処理装置を模擬した小型実験機を用いて、撹拌翼の形状の差異が及ぼす効果について検証した。これを以下に示す。

参考例１〜参考例５
底面の直径が１９０ｍｍであり、内容積３．６Ｌの円筒容器内の中央に回転軸を回転可能に立設し、図１に示すように、回転軸周りに５段で計９枚の撹拌翼を固定した。撹拌翼が２枚以上の段については、円周方向等間隔で設けた。撹拌翼の態様（傾斜面角度および芯ずれの有無）は表１に示すとおりである。回転軸の軸径は１２ｍｍであり、撹拌翼の回転方向幅は９ｍｍであり、長手方向長さは８５ｍｍである。表１中の「芯ずれ」は、撹拌翼を回転軸の垂直上側から見て、該撹拌翼の幅中央線が回転軸の軸芯と６．５ｍｍずらして固定した。この容器に水を最上段の撹拌翼が浸る位置まで入れて、本発明の廃棄物処理装置を模擬した小型実験機とした。表１中の参考例１〜４が本発明の廃棄物処理装置の撹拌翼に相当する例であり、参考例５が従来の廃棄物処理装置の撹拌翼に相当する例である。

この小型実験機を用いて、回転軸の回転数を１回転あたり０．２分に調整して回転させ、上段（水面）および中段（水位中央）からインクを投入して、３分経過後のインクの拡散の様子を複数方向から写真撮影し、そこから色付き面積および体積を概算で算出した。なお、この面積および体積のみでは、撹拌性能を正確には評価できないため、試験時の目視による経過観察結果を表１の「効果」の欄に記載する。また、表１中の負荷は、撹拌所要動力について、参考例５を１００％とし、これに対する相対値として算出した。結果を表１に併記する。

表１に示すように、撹拌翼の傾斜角度を高くすると、撹拌・混合能力は上がるが、偏った流動を起こすと下方向への流動が発生する。よって、上段の撹拌翼は下への流動がなく処理物をより広げることができる形状、中段はより撹拌性能の高い形状が好ましいといえる。

参考例６および参考例７
豚生糞を原料とし、内容積３６ｍ^３の図１に示す廃棄物処理装置（Ｓ３６）を用いて悪臭低減効果について検証を行った。装置構成は図１に示すとおりである。撹拌翼は、回転軸周りに５段で計９枚の撹拌翼を固定し、２枚以上の段については、円周方向等間隔で設けた。撹拌翼の傾斜面角度はθ_１＝６５度、θ_２＝４０度、θ_３＝２５度であり、回転方向幅は１９０ｍｍであり、長手方向長さは１９００ｍｍであり、芯ずれなしとした。撹拌翼の回転を１回転あたり４０〜６０分に調整し、所定の通気量で１４日間継続的に通気を行なった。具体的には、参考例６では通気量を１２ｍ^３／分（送気ブロワの静圧２５ｋＰａ以上）とし７０℃に加温し、参考例７では通気量を６ｍ^３／分（送気ブロワの静圧１０〜１５ｋＰａ）とし加温していない（試験時の外気温は平均１５℃）。

表２に試験条件および全窒素等の測定結果を示す。表２において、強熱減量は肥料分析法（農林水産省農業環境技術研究所法、１９９２年）の３．２．１強熱灰化法により測定した値である。原料の項目内における参考例６と７はそれぞれ試験前の製品の分析値である。投入量は１日に処理する豚糞の重量を表す。水分とはその含水率を示す。強熱減量とは有機物量の割合を示し、有機物の分解を表す指標となる。全窒素は窒素の量であり、（乾物）％は原料もしくは各処理製品を含水率０％としたときの窒素量である。さらに（重量）（体積）はそれぞれ窒素の重量と体積を明記した。Ｃ／Ｎ比とはそれぞれの炭素と窒素の比率を表す。

参考例７（通気量：通常）と参考例６（通気量：通常の２倍）では、全窒素で約１％の差がみられる。これを数値的に解析すると、参考例６の処理による原料内の窒素放出量は（８０．６−７６．８）＝３．８ｍ^３となる。参考例７の処理による原料内の窒素放出量は（３５．３−２６．１）＝９．２ｍ^３となり、参考例６の投入量は、参考例７の投入量の２．２９倍であるにもかかわらず、原料内窒素の放出量は４１．３％と大幅に減少していることが分かる（体積比では２１．１ｍｍ^３の放出量となる 約１８％）。よって、この試験において、アンモニアなどの窒素系悪臭物質の放出量が約８２％軽減されたといえる。また、排気口より排出されるアンモニア濃度は、参考例７が９００ｐｐｍであるのに対して、参考例６では３５０ｐｐｍに軽減されていた。

この大きな要因として挙げられるのは、時間当たりの投入量（処理量）で、それは［２４ｈ／３５００ｋｇ］から［２４ｈ／８０００ｋｇ］、すなわち０．４１ｍｉｎ／ｋｇから０．１８ｍｉｎ／ｋｇとなっており、４４％の時間短縮になっている。窒素系悪臭物質は水分に溶け込み放出されるため、溶け込む時間が４４％になったともいえる。時間という観点から推察すると、「溶け込む時間」が短縮された分、放出量が減少したといえる。参考例６の堆肥製品は、窒素量が４．４３％と高窒素であり、強熱減量の減少も約１５％と適度な有機物を有していることから、肥料としてかなり有効なものであると推測される。

本発明の廃棄物処理装置は、高い撹拌性能を有し、発酵不良が起こりにくく、有機性廃棄物の乾燥・堆肥化の処理時間を短縮でき、悪臭物質の発生量を軽減できるので、畜産経営体から排出される家畜排泄物や食品産業事業所などから排出される食品残渣などの有機性廃棄物を堆肥化するための密閉型発酵乾燥装置（コンポ）として好適に利用できる。

１ 廃棄物処理装置
２ 容器
３ 回転軸
４ 撹拌翼
５ 機械室
６ 送気手段
７ ヒータ
８ 駆動手段

Claims (7)

1. 気密性の縦型の容器と、該容器内に縦方向に設けられた回転軸と、該回転軸周りに固定された複数枚の撹拌翼と、該容器内に外気を送るための送気手段とを備えてなり、前記容器内に該容器上部から投入される有機性廃棄物を前記撹拌翼で通気撹拌しながら発酵および乾燥させて堆肥化して該容器下部から取り出す廃棄物処理装置であって、
   前記撹拌翼は、前記容器内において前記回転軸の下部から上部にかけて所定間隔で離間して少なくとも３段以上の位置で、各段に少なくとも１枚以上、前記回転軸から前記容器内壁側に向けて直線的に延設されており、
   最下段の撹拌翼に、前記送気手段と連通され、該送気手段から送られる外気を容器内に導入するための通気孔を有し、
   前記撹拌翼は、その回転方向前側に傾斜面を有し、
   最上段の撹拌翼の前記傾斜面における該撹拌翼の回転面に対する傾斜角度が、９０度未満であり、かつ、最下段の撹拌翼の前記傾斜面における該撹拌翼の回転面に対する傾斜角度の２倍以上であり、
   最上段および最下段以外の撹拌翼の前記傾斜面における該撹拌翼の回転面に対する傾斜角度が、最下段の撹拌翼の前記傾斜面における該撹拌翼の回転面に対する傾斜角度以上、かつ、最上段の撹拌翼の前記傾斜面における該撹拌翼の回転面に対する傾斜角度以下であることを特徴とする廃棄物処理装置。
2. 前記最上段の撹拌翼は、前記回転軸の垂直上側から見て、該撹拌翼の幅中央線が前記回転軸の軸芯を通らないことを特徴とする請求項１記載の廃棄物処理装置。
3. 最上段の撹拌翼の前記傾斜面における該撹拌翼の回転面に対する傾斜角度が５５度〜６５度であり、最下段の撹拌翼の前記傾斜面における該撹拌翼の回転面に対する傾斜角度が１５度〜２５度であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の廃棄物処理装置。
4. 有機性廃棄物を廃棄物処理装置を用いて堆肥化する廃棄物処理方法であって、
   前記廃棄物処理装置が、請求項１、請求項２または請求項３記載の廃棄物処理装置であることを特徴とする廃棄物処理方法。
5. 前記廃棄物処理装置において、前記送気手段により前記容器内に導入する１分当たりの通気量（ｍ^３）を前記容器の内容積（ｍ^３）の１／４〜１／２に調整して通気撹拌を行なうことを特徴とする請求項４記載の廃棄物処理方法。
6. 前記廃棄物処理装置において、前記送気手段の静圧が２５ｋＰａ以上であることを特徴とする請求項５記載の廃棄物処理方法。
7. 前記廃棄物処理装置において、前記送気手段から送られる外気を６０℃以上に加温して容器内に導入することを特徴とする請求項５または請求項６記載の廃棄物処理方法。

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