JP2016506295A - 有機集合体を処理する装置およびシステム - Google Patents

Abstract

有機集合体を処理する装置である。装置は、処理チャンバと、チャンバ内に設けられる、有機集合体を撹拌するための撹拌手段（１２０）とを備える。撹拌手段（１２０）は、チャンバ内に延在する回転可能シャフト（１１４）と、シャフト（１１４）から延在する複数の撹拌アーム（１１６）と、各撹拌アーム（１１６）に連結されるパドル（１１８）とを備える。パドル（１１８）は、撹拌アーム（１１６）の長手軸に対して第１の角度をなし、シャフト（１１４）の長手軸に対して第２の角度をなすように配置される。装置による有機集合体の処理から発生するアンモニアをリサイクルするシステムも提供される。

Description

本発明は、有機集合体を処理する装置に関する。より詳細には、本発明は、有機集合体の処理から発生するアンモニアをリサイクルするシステムに関する。

農園、飼育場、製造所、食品加工場、および工場から毎年大量の有機廃棄物が生じている。生じる有機廃棄物の量は、農業食品産業が拡大するにつれて年々増加している。その結果、これらの廃棄物の処分が近年の大きな関心事となっている。

堆肥化は、有機廃棄物の処分問題に対処する効果的な方法として認識されている。堆肥化は、有機廃棄物を微生物学的処理法により肥料へと変換する。しかし、自然に発生する微生物によって有機廃棄物を自然に堆肥にしようとすると、熟成に数か月、または数年かかることがあり、一般的に、比較的低い窒素、リンおよびカリウム（ＮＰＫ）値を有する製品になる。というのも、堆肥にされる間、大量のアンモニア、アンモニウムイオン、リン、カリウムおよび必須微量元素が環境内で失われるからである。そうした損失によって、最終的な堆肥製品における必須元素の量が減少する。ＮＰＫ値が低い有機肥料は、有用性に乏しく、商品価値が低い。

堆肥化の速度を上げるには、廃棄物を撹拌するか廃棄物に空気を供給するかのどちらかによって、有機廃棄物の通気を行う。自然通気か送風機のどちらかが一緒に供給される、撹拌ドラムまたは回転ドラムから構成される、当技術分野で知られている家庭用堆肥化システムが数多く存在する。また、堆肥化の速度を上げるためにぜん虫または微生物を含む他の家庭用システムもある。通気は、有機廃棄物の好気性消化を助け、それによって、嫌気性状態が作られるときの悪臭の発生が防止される。しかし、これらのシステムは、堆肥になるまでの期間を数週間に短縮するが、均質な通気を確実にすることができず、嫌気性の微細環境（ｍｉｃｒｏ−ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）のポケットが存在する傾向がある。

工業用としては、ウインドロウ式コンポスタ（ｗｉｎｄｒｏｗ ｃｏｍｐｏｓｔｅｒ）およびトンネル式コンポスタ（ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｍｐｏｓｔｅｒ）を含む、既知の工業用堆肥化システムが数多く存在する。ウインドロウ式および静的堆積式（ｓｔａｔｉｃ ｐｉｌｅ）堆肥化システムは、大量の有機廃棄物を扱うことができるが、それと同時に、それらには広大な土地が必要であり、したがってそれらの使用は市街地の郊外に限定される。

その一方で、トンネル式堆肥化システムおよびベッセル内システム（ｉｎ−ｖｅｓｓｅｌ ｓｙｓｔｅｍ）は、大規模な運転を達成することができない。これらのシステムは、密閉された空間内でのせいぜい中規模の分解は可能だが、エネルギー消費量が高いので相対的により費用がかかる。さらに、製造される有機肥料は、一貫しない品質のものである。既知のベッセル式堆肥化システムは、３トンまでの小さい体積では良好な混合能力を発揮することができる。しかし、ベッセルが３トンより大きくなると、嫌気性微細環境のポケットの存在が増加するので、スケールアップには問題点が多い。これらのデッド・スペースは、悪臭の発生をまねくだけでなく、製造される有機肥料の品質を落とすことにもなる。

堆肥材料の混合を助ける複数のパドルを備えるさらに他の既知のコンポスタもある。しかし、そうしたコンポスタは大量のエネルギーを消費し、経済的ではない。

したがって、上述の欠点のうちの１つ以上を解消するまたは少なくとも改善する、有機廃棄物を処理する装置およびシステムの提供が必要とされている。

有機廃棄物などの有機集合体を堆肥にする改善された装置によって、上記その他の問題は解決され、当技術分野における進歩がもたらされる。本装置による有機集合体の処理から発生するアンモニアをリサイクルするシステムも開示される。

装置およびシステムの利点としては、特に限定されないが、以下のものが挙げられる。装置は、堆肥化運転をスケールアップする手段を提供する。しかし、処理量の増加に合わせて空間量を大きくする必要はない。装置によって、有機廃棄物全体の均質な通気が可能になり、それによって悪臭が減る。有機廃棄物は、比較的短い継続期間内、例えば１日未満で処理されて、良く熟成されたものになり得る。装置およびシステムは、高いＮＰＫ値、例えば６よりも高いＮＰＫ値の有機肥料を製造する。装置およびシステムは、有機集合体からの栄養素の浸出を防止する。装置およびシステムは、有機廃棄物を有用な有機肥料に変換することによって、廃棄物処分問題についての解決策を提供する。

本発明の第１の態様によれば、有機集合体を処理する装置が提供される。装置は、有機集合体と有機集合体を分解するために選択された１以上の微生物との混合物を含むチャンバと、チャンバ内に設けられる、混合物を撹拌するための撹拌手段とを備える。撹拌手段は、チャンバの中央ボアを通って延在する回転可能シャフトと、シャフトから延在する複数の撹拌アームと、複数の撹拌アームのそれぞれに連結されるパドルとを備える。パドルは、連結されている撹拌アームの長手軸に対して第１の角度をなし、シャフトの長手軸に対して第２の角度をなすように配置される。第１の角度および第２の角度に傾けられたパドルとそれぞれ連結された複数の撹拌アームは、シャフトの回転に応答して、チャンバからの流失なしに混合物を均質に混合することを可能にする。

撹拌手段は、有機集合体の均質な混合を可能にし、それによって酸素に触れる有機集合体の表面積が増加する。したがって、有機集合体の好気性分解の速度が増加され、有利には、有機集合体の嫌気性分解の速度が減少され得る。有利には、嫌気性分解の速度が減少することで、有機集合体の処理の間の悪臭の発生が減少する。

処理後の有機集合体の品質は、最終製品中の窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）およびカリウム（Ｋ）（すなわち、略してＮＰＫ）である必須元素の量によって決まる。一般的に、ＮＰＫ値が高いほど、処理後の有機集合体の品質がより良好であり、すなわち処理後の有機集合体がより栄養豊富である。例えば、本発明によって、ＮＰＫ値６以上の処理後の有機集合体を１日以内で得ることが可能になる。

好ましくは、パドルの第２の角度は、約０°〜約１８０°の範囲内である。好ましくは、複数の撹拌アームのそれぞれのパドルの第２の角度は、混合物を様々な方向に誘導するように異なる角度に構成される。好ましくは、複数の撹拌アームのそれぞれのパドルの第２の角度は、０°から１８０°まで、順次及ぶ。好ましくは、複数の撹拌アームのそれぞれのパドルの第２の角度は、０°、４５°、９０°、１３５°から１８０°まで、順次及ぶ。

好ましくは、第１の角度は、約７０°〜約１１０°の範囲内である。好ましくは、複数の撹拌アームのそれぞれのパドルの第１の角度は、異なる角度に構成される。

好ましくは、撹拌手段は、パドルに連結される、混合物の誘導手段を形成する部材をさらに備える。好ましくは、部材は、実質的にＴ字形の形態をなして平面内に前記パドルに実質的に垂直に配置されている。好ましくは、部材は、実質的にＬ字形の形態をなして平面内に前記パドルの縁に配置されている。

好ましくは、複数の撹拌アームは、シャフトの長さに沿って等間隔に配置される。好ましくは、チャンバの中央ボアは、地面に対して実質的に平行である。

好ましくは、チャンバは、混合物に耐え得る材料で作られる。好ましくは、チャンバは、４，０００Ｌ〜８０，０００Ｌの範囲内の容量を有する。好ましくは、チャンバの内壁は、スタッド様構造を備える。

好ましくは、パドルは、複数の撹拌アームのそれぞれと一体に形成される。好ましくは、複数の撹拌アームのそれぞれは、シャフトと一体に形成される。

好ましくは、撹拌手段は、複数の撹拌アームのそれぞれに連結される複数のパドルをさらに備える。

本発明の実施形態によれば、装置は、チャンバ内の環境を制御する手段をさらに備える。環境制御手段は、温度制御手段、ｐＨ制御手段、水分制御手段および／または通気手段を含む。好ましくは、温度制御手段は、チャンバの外周の少なくとも一部を被包する加熱用オイルを含む。

好ましくは、１以上の微生物は、バチルス属微生物、シュードモナス属微生物、ビフィドバクテリウム属微生物、ラクトバチルス属微生物、ストレプトマイセス属微生物、コリネバクテリウム属微生物およびその混合物からなる群から選択される。

好ましくは、装置は、有機集合体の処理から発生するアンモニアをリサイクルするシステムをさらに備える。システムは、有機集合体の処理から発生するアンモニアを収集する手段と、収集手段に流体連結される、収集手段によって収集されたアンモニアを分配する手段とを含む。

好ましくは、収集されたアンモニアは、チャンバに再循環される。好ましくは、収集されたアンモニアは、装置の外で処理後の有機集合体にリサイクルされる。好ましくは、収集手段は、アンモニアに耐え得るパイプである。好ましくは、分配手段は、アンモニアに耐え得るパイプである。

リサイクルされたアンモニアによって、最終製品中に存在する必須窒素量が増加する。処理後の有機集合体は、高いＮＰＫ値を有し、したがって、栄養分を多量に含んでいる。このように、処理後の有機集合体は、有利には、高品質の有機肥料として使用可能である。

〔定義〕
本明細書において使用する以下の単語および用語は、以下に示すような意味を有する。

「実質的に」という単語は、「完全に」を排除するものではない。例えば、Ｙを「実質的に含まない」組成物とは、Ｙを完全に含まないものであってもよい。必要であれば、「実質的に」という単語は本発明を定義する際に省略することもできる。

特に明記しない限り、「備えている」および「備える」という用語およびその文法上の変化形は、「オープン（ｏｐｅｎ）」または「包括的な（ｉｎｃｌｕｓｉｖｅ）」語を表し、列挙した要素だけでなく、列挙していない他の要素を含んでもよいことを意図している。

本明細書で使用されるような、配合中の成分の濃度を表す際の用語「約」は、典型的には記載した値の±５％以内、より典型的には記載した値の±４％以内、より典型的には記載した値の±３％以内、より典型的には記載した値の±２％以内、さらにより典型的には記載した値の±１％以内、さらにより典型的には記載した値の±０．５％以内を意味する。

本開示全体を通して、ある実施形態は、範囲として示す形式（ｒａｎｇｅ ｆｏｒｍａｔ）により開示される場合がある。範囲として示す形式での説明は単に便宜上のものおよび簡潔さを目的としたものであって、開示された範囲は柔軟性のない限定として理解されるべきものではない。したがって、範囲の記載は、具体的に開示された全ての考えられ得る下位の範囲ならびにその範囲内の個々の数値を含んでいるものと考えられるべきである。例えば１〜６のように範囲が記載されている場合、１〜３、１〜４、１〜５、２〜４、２〜６、３〜６などの具体的に開示された下位の範囲、ならびに、その範囲内に含まれる個々の数字、例えば１、２、３、４、５および６などを共に含んでいるものと考えられるべきである。これは範囲の広さに関わらず適用される。

添付の図面は、開示の実施形態を示しており、開示の実施形態の原理を説明する助けとなる。しかし、図面は例示を目的として描かれているにすぎず、本発明の限定を定義するものとして理解すべきではない。

本発明による、有機集合体を処理する装置の一実施形態の内部斜視図である。 本発明による、有機集合体を処理する装置の実施形態の斜視図である。 図２ａに示される装置の内部斜視図である。 図２ａに示される装置の反対側の斜視図である。 図３ａに示される装置の内部斜視図である。 本発明による撹拌手段の一実施形態の斜視図である。 図４ａに示される撹拌手段の側面端面図である。 図４ａに示される撹拌手段の上面図である。 パドルと部材が連結されている、図４ａに示される撹拌アームの拡大図である。 本発明による、アンモニアをリサイクルするシステムの一実施形態の概略図である。

本発明の装置によって処理することができる有機集合体としては、特に限定されないが、農業廃棄物、食品廃棄物、有機性廃物、工場排水、都市ごみ、下水、汚泥、動物性廃棄物および産業廃棄物などが挙げられる。農業廃棄物の例としては、特に限定されないが、油やしの空果房（ＥＦＢ）、オリーブ殻、トウモロコシの穂軸、コーヒー豆殻、もみ殻、稲わら、キノコ廃菌床、ヤシの葉、ヤシの幹、ヤシの殻、ヤシ繊維、農場排水、屠殺場からの廃棄物、バイオガスを含む汚泥、廃水汚泥、皮革くず、花の切りくず、使用済みの花の堆肥、麦わら、果実ごみおよび野菜ごみなどが挙げられる。動物性廃棄物の例としては、特に限定されないが、動物の死骸、動物の羽根、ならびに鶏糞、牛糞、ヤギ糞、馬糞、羊糞および豚糞などの動物の糞尿などが挙げられる。鶏糞は、ニワトリの糞であることがある。動物性廃棄物には、人間の汚物も含まれる。工場排水としては、例えば、パーム油工場からの排水（ＰＯＭＥ）およびＰＯＭＥ汚泥などが挙げられる。

処理される有機集合体は、例えば、地理的な変動または季節変動による入手容易性、費用、適合性、所望の製品および製品の性質などの基準に基づいて選択することができる。例えば、パーム油を生産する地域では、年間約８００万トンの空果房（ＥＦＢ）が生み出されることから、ＥＦＢを有用な有機肥料に少なくとも部分的に変換するために処理され得る有機廃棄物の豊富な供給源が提供される。同様に、典型的な食品加工工場においては、１日当たり約１．５〜約２万トンの汚泥が出る可能性があり、一方、鶏屠殺場では約３００ｍ^３／日の排水が出る可能性がある。これらは結果として、本開示のシステムで使用される有機廃棄物の豊富な供給源となる。

理解され得るように、有機集合体は、湿っているおよび／または高密度であることがある。したがって、混合物の密度を減少させ、混合物に空気が行き渡るようにするために、増量材料を装置の処理領域内で混合物に加えることができる。増量材料は、典型的には、乾燥しており、多孔質であり、有利には、処理領域内で嫌気性発酵が起こらないようにする。増量材料の例としては、特に限定されないが、おが屑、もみ殻、ＥＦＢ、コーヒーの出し殻、脱穀された麦わらおよび稲わら、キノコ廃菌床ならびに乾燥葉が挙げられる。

図１は、本発明の一実施形態による有機集合体を処理する装置１００の内部斜視図である。装置１００は、有機集合体と有機集合体の分解のために選択された１以上の微生物との混合物を含む、チャンバ１０６を備える。チャンバ１０６は、処理領域とも呼ばれ、有機集合体を処理する場所である。好ましくは、チャンバ１０６は、Ｕ字形の円筒形容器である。混合物は、チャンバ１０６内に設けられた撹拌手段１２０によって撹拌される。撹拌手段１２０は、回転可能シャフト１１４と、複数の撹拌アーム１１６と、各撹拌アーム１１６に連結されたパドル１１８とを備える。シャフト１１４は、チャンバ１０６の中央ボアを通って延在し、モータ１０８によって駆動されてその長手軸ｘ１周りに回転することができる。好ましくは、チャンバ１０６の中央ボアは、実質的に、地面に平行である。シャフト１１４の回転速度は、ギヤボックス１０７によって調節され得る。モータ１０８とギヤボックス１０７は、Ｖベルト１１３によって連結されている。パドル１１８は、チャンバ１０６内の混合物を誘導する手段を形成する部材１１９を含むことができる。

処理されるべき有機集合体は、コンベヤベルト１０１によってチャンバ１０６へと投入される。有機集合体は、コンベヤベルト１０１により入口１０３へと運ばれ、チャンバ１０６に入れられる。有機集合体の分解に使用される微生物も入口１０３からチャンバ１０６に投入される。装置１００は、有機集合体の好気性分解を加速させるように混合物に酸素を送る１つまたは複数の送風機１０５を有することができる。有機集合体の処理中に発生するあらゆる過剰なガスまたは副産ガスは、通気口１０４を通ってチャンバ１０６から排出され得る。チャンバ１０６内の混合物は、オイル循環ポンプ１０９によりチャンバ１０６の外周の全体または少なくとも一部を被包する加熱用オイルによって加熱される。加熱用オイルの温度は、加熱要素１１２によって熱媒オイルタンク１０２内で保持される。処理後の有機集合体は、空気弁によって動作され得る出口１１０を通ってチャンバ１０６から排出される。排出された肥料（処理後の有機集合体）は、コンベヤベルト１１１によって装置１００から輸送される。

図１（または、図４ａおよび図４ｃ）に示されるように、撹拌アーム１１６は、シャフト１１４の長手軸ｘ１から延在する。撹拌アーム１１６は、シャフト１１４の長手軸ｘ１に対して任意の適切な角度で延在することができる。好ましくは、撹拌アーム１１６は、シャフト１１４の長手軸ｘ１に対して実質的に垂直である。いくつかの実施形態では、撹拌アーム１１６は、シャフト１１４から、シャフト１１４の長手軸ｘ１に対して約７０°〜約１１０°、約７０°〜約１００°、約７０°〜約９０°、約８０°〜約１１０°、または約９０°〜約１１０°の角度で延在することができる。シャフト１１４から延在する撹拌アーム１１６は、２本以上であってよい。図４ａに示される一実施形態では、１０本の撹拌アーム１１６がシャフト１１４から延在する。

パドル１１８は、各撹拌アーム１１６に連結され、チャンバ１０６内の混合物を撹拌し移動させる。パドル１１８は、任意の適切な形状および寸法のものであってよく、例えば、実質的に矩形の平坦なブレードであってよい。いくつかの実施形態では、各撹拌アーム１１６は、それに連結される１よりも多いパドル１１８を有することができる。例えば、各撹拌アーム１１６は、２つのパドル１１８を有することができる。パドル１１８は、混合物の撹拌または移動に適したパドル１１８の任意の部分のところで各撹拌アーム１１６に連結され得る。例えば、パドル１１８は、その中間部分あたりで撹拌アーム１１６に連結される（図４ｄ参照）。さらに、パドル１１８は、撹拌アーム１１６の長手軸ｘ２に沿った任意の部分に連結されてもよい。好ましくは、パドル１１８は、撹拌アーム１１６の、シャフト１１４に連結される端部とは反対の端部部分に近接して連結される。パドル１１８が撹拌アーム１１６の端部部分にチャンバ１０６の内壁に近接するように連結されることによって、均質な混合が促進される。パドル１１８とチャンバ１０６の内壁との間隙は、１５ｍｍであってよい。

パドル１１８（または図４ｃ、４ｄに示されるようなパドル３１８）は、撹拌アーム１１６（または撹拌アーム３１６）の長手軸ｘ２に対して第１の角度αをなし、シャフト１１４（またはシャフト３１４）の長手軸ｘ１に対して第２の角度βをなすように配置される。パドル１１８の第１の角度αは、約７０°〜約１１０°の範囲内である。第１の角度αは、約９０°であり、すなわちパドル１１８は撹拌アーム１１６の長手軸ｘ２に対して実質的に垂直であるのが好ましい。いくつかの実施形態では、第１の角度αの値は、約７０°〜約１１０°、約７０°〜約１００°、約７０°〜約９０°、約８０°〜約１１０°、または約９０°〜約１１０°であってよい。各撹拌アーム１１６のパドル１１８の第１の角度αは、同じまたは異なる角度にすることができる。

パドル１１８の第２の角度βは、約０°〜約１８０°の範囲内である。第２の角度βが０°の場合、パドル１１８の長手軸は、シャフト１１４の長手軸ｘ１に対して実質的に平行である。各パドル１１８は、混合物が様々な方向に誘導されて十分に混合され得るように、異なる第２の角度βに傾けられ得る。いくつかの実施形態では、各撹拌アーム１１６のパドル１１８の第２の角度βは、同じ角度にされ得る。いくつかの実施形態では、第２の角度βは、０°から１８０°まで、順次及ぶ。いくつかの実施形態では、第２の角度βは、０°、４５°、９０°１３５°から１８０°まで、順次及ぶ。したがって、１つのパドルによる移動経路に沿って誘導された混合物は、次の順次角度が付けられたパドルによってすくい上げられ得る。したがって、順次角度が付けられたパドルによって、有利には、混合物が確実に常に撹拌されるようになる。

パドル１１８は、チャンバ１０６内で混合物を誘導する手段を形成する、パドル１１８に連結される部材１１９を有することができる。部材１１９は、実質的に矩形の平坦構造のような任意の適切な形状および寸法のものであってよい。部材１１９は、パドル１１８と一体となって単一片を形成することができ、またはパドル１１８に結合／取り付けられてもよい。使用の際、パドル１１８および部材１１９は、回転可能シャフト１１４と一緒に回転運動しながら混合物の一部を移動方向に沿って案内する。部材１１９は、パドル１１８の平面上に配置され、混合物がパドル１１８および部材１１９によって捕えられて移動方向に沿って誘導されるように、パドル１１８の平面に対して角度が付けられる。したがって、部材１１９によって、パドル１１８のすくい効果が高まる。部材１１９は、パドル１１８上において、パドル１１８に対して約７０°〜約１１０°、約７０°〜約１００°、約７０°〜約９０°、約８０°〜約１１０°または約９０°〜約１１０°の角度の平面内に配置され得る。部材１１９は、パドル１１８に対して実質的に垂直な、パドル１１８と部材１１９とで実質的にＴ字形の構造構成（図４ｄ参照）を形成するような平面内にあるのが好ましい。いくつかの実施形態では、部材１１９は、パドル１１８の縁において、実質的にＬ字形の構造を形成する平面内に配置される。

好ましくは、パドル１１８は、チャンバ１０６の内面（壁）に近接して配置され、チャンバ１０６の側部近くの未混合の混合物ポケットを動かすのを助ける。パドル１１８によって、チャンバ１０６の側部または上部に混合物が押し付けられないようになる。したがって、パドル１１８によって、有利には、混合中の混合物のチャンバ１０６からの流出を防止することができる。パドル１１８は、撹拌アーム１１６と一体に形成されてよく、撹拌アーム１１６は回転可能シャフト１１４と一体に形成されてよい。いくつかの実施形態では、回転可能シャフト１１４、撹拌アーム１１６およびパドル１１８は、互いに連結され得る。例えば、撹拌アーム１１６は、回転可能シャフト１１４に溶接されてよく、パドル１１８は、撹拌アーム１１６に溶接されてよい。

チャンバ１０６内の動物性廃棄物や汚泥などの有機集合体は、粘性を有するおよび／または高密度であることがある。したがって、チャンバ１０６内の有機集合体の処理に最適な微生物および状態に触れる有機集合体の表面積を最大にするように、そうした高密度の有機集合体を十分に混合するのが難しいことがある。したがって、撹拌手段１２０は、高密度材料の混合または撹拌に耐え得る材料で作られる。例えば、撹拌手段１２０は、ＳＵＳ３０４グレードのステンレス鋼のようなステンレス鋼で作られ得る。

撹拌アーム１１６は、回転可能シャフト１１４の長さに沿って規則正しく／均等に間隔を置いて配置され得る、または所定の間隔λを置いて配置され得る。この構造により、有利には、チャンバ１１６内の混合物の混合を最大にすることができる。回転可能シャフト１１４の長さに沿って配置されるそれぞれの撹拌アーム１１６間の距離は、装置１００のチャンバ１０６の容積に応じて決まる。一般的に、それぞれの撹拌アーム１１６間の距離λは、約２００ｍｍ〜約４５０ｍｍであってよい。チャンバ１０６の容量が４，０００リットルの例では、それぞれの撹拌アーム間の距離は約２５２．５ｍｍである。チャンバ１０６の容量が２２，０００リットルまたは８０，０００リットルの他の例では、それぞれの撹拌アーム１１６間の距離は約４１５ｍｍである。他の実施形態では、２２，０００リットルのチャンバでは、距離λは約２７７ｍｍ、２２，０００リットルのチャンバでは、約３６７ｍｍである。シャフト１１４の長手方向の長さは、（例えば、２２，０００Ｌのチャンバでの）約３．８ｍから（例えば、８０，０００Ｌのチャンバでの）約５ｍの範囲内であってよい。シャフト１１４の直径は、（例えば、２２，０００Ｌのチャンバでの）約２６ｃｍから（例えば、８０，０００Ｌのチャンバでの）約３５ｃｍの範囲内であってよい。

撹拌アーム１１６を回転可能シャフト１１４の円周まわりに等間隔に配置すれば、チャンバ１０６内の混合物の混合を最大にすることができる。いくつかの実施形態では、中央ボアに垂直に回転可能シャフト１１４の断面を見てみると、２本の撹拌アーム１１６は、互いに約７０°〜約１１０°オフセットされ得る。図４ｂに示される一実施形態では、撹拌アーム３１６は、互いに約９０°オフセットされている。

撹拌アーム１１６は、チャンバ１０６内の混合物の移動または撹拌に十分な任意の適切な形状および寸法のものであってよい。例えば、図面に示されるように、撹拌アーム１１６は、ロッド様形状である。他の実施形態では、撹拌アーム１１６は、フィン様形状である。いくつかの実施形態では、混合物の混合を最大にするように、撹拌アーム１１６の縁は、鋭いまたは先細りしており、有機集合体を切断することができる。有利には、混合によって、微生物にさらされる有機集合体の表面積が増加し、したがって、有機集合体と微生物との接触が増加する。

回転可能シャフト１１４は、モータなど、当技術分野で知られているあらゆる手段によって回転され得る。モータの動力は、シャフト１１４を回転させてチャンバ１０６内の混合物を十分に撹拌または混合するのに十分なものでなければならない。有機集合体は、粘性を有するおよび／または高密度であることがあるので、混合が困難なことがある。したがって、シャフト１１４の回転速度は、混合物の十分な撹拌を確実にするように構成されなければならない。回転速度は、使用する有機集合体のタイプに応じて調節可能である。

有利には、（回転可能シャフト１１４と、撹拌アーム１１６とパドル１１８とを備える）撹拌手段１２０は、処理領域内に複数の独立した撹拌機またはパドルが配置されるものよりも費用効果が高い。有利には、装置１００の建築費用は、複数の独立した撹拌機またはパドルがある装置よりも安い。さらに、装置１００には可動部品がより少ないことからエネルギー消費およびメンテナンス費用をより低く抑えることができるので、装置１００の運転費用は、複数の独立した撹拌機またはパドルがある装置よりも安く済む。

図１、２ａには、チャンバ１０６が密閉された円筒形チャンバであることが示されている。しかし、チャンバ１０６は、あらゆる他の適切な形状であってよい。有利には、円筒形チャンバによって、とがった角のあるチャンバに存在することがあるデッド・スペース、すなわち未混合ポケットができる可能性が減少され得る。チャンバ１０６は、約４，０００リットル（Ｌ）〜約８０，０００リットル（Ｌ）の範囲のあらゆる容量のものであってよい。例えば、チャンバ１０６の容量は、４，０００Ｌ、２２，０００Ｌ、６０，０００Ｌまたは８０，０００Ｌであってよい。有機集合体の処理は、装置１００を使用して工業規模で実施することができ、したがって過度の空間は必要ない。さらに、あらゆる悪臭または気体排出物の周囲への放出が防止され得る。したがって、人間に対して呼吸器またはアレルギー性の問題を引き起こす恐れがあるあらゆる悪臭または気体排出物を減少させるまたは防止することができる。装置１００の使用は、その場所に限定されない。例えば、装置１００は、利便性および微生物の入手しやすさを高めるために、廃棄物の発生場所近くに建てることができる。あるいは、装置１００は、市街地に建てることもできる。装置１００の容量は、１０リットルまでスケールダウンすることができ、４００，０００リットルまでスケールアップすることができる。

チャンバ１０６は、油やしの空果房（ＥＦＢ）のｐＨが約ｐＨ６、柑橘系果実の皮のｐＨが約ｐＨ４、および鶏堆肥のｐＨが約ｐＨ９であるように、酸性またはアルカリ性の混合物に耐え得る任意の適切な材料で製作され得る。例えば、チャンバ１０６は、ＳＵＳ３０４グレードのステンレス鋼のようなステンレス鋼で作られ得る。あるいは、チャンバ１０６は、特に限定されないが、エポキシ樹脂、ビニルエステル、ポリエステル熱硬化性プラスチックまたはフェノールホルムアルデヒド樹脂を含むポリマー材料で作られてもよい。ポリマー材料は、繊維で強化された複合材料であってよい。使用可能な繊維の例としては、特に限定されないが、ガラス、炭素、アラミド、紙、木または石綿が挙げられる。いくつかの実施形態では、チャンバ１０６は、繊維強化プラスチックで作られる。

チャンバ１０６の内壁は、処理領域内の方に延在するスタッド様構造を含むことができる。スタッド様構造は、スパイクであってよい。スタッド様構造は、チャンバ１０６内の撹拌手段１２０によって撹拌された有機集合体をばらばらにすることができ、それによって微生物に触れる有機集合体の表面積が増加する。したがって、有機集合体と微生物との接触が確実に最大になる。

装置１００は、チャンバ１０６内の環境を制御する手段をさらに備えることができる。環境制御手段は、温度制御手段、ｐＨ制御手段、水分制御手段および／または通気手段を含むことができる。装置１００は、チャンバ１０６内の環境を制御する制御ユニットを備えることもできる。温度制御手段は、チャンバ１０６と熱的に連通しており、混合物の温度を制御する。温度制御手段は、チャンバ１０６内に入っている有機集合体と微生物との混合物の温度を制御するように構成され得る。一般的に、温度制御手段は、例えば約２０°〜約１５０°の温度範囲に混合物の温度を制御することができる。有利には、温度制御手段は、チャンバ１０６の正確な温度制御を実現する。チャンバ１０６の温度を正確に制御することにより、微生物の代謝活性が有機集合体を処理するのに最適なレベルで確実になされるようになる。いくつかの実施形態では、有利には、４８時間未満、または３６時間未満、２４時間未満または１２時間未満に、ＮＰＫ値が高い（例えば、６よりも大きい）処理後の有機集合体、すなわち有機肥料を獲得することができる。

温度制御手段は、加熱手段と、冷却手段とを備えることができる。加熱手段は、当技術分野で知られている任意の適切な手段であってよい。加熱手段は、１つもしくは複数の電熱要素、または例えば加熱用オイルがその中を循環する１つもしくは複数の熱交換器を備えることができる。加熱手段は、電熱器、ガスヒータ、または特にチャンバ１０６へと誘導され得る高温の空気噴流から構成されてもよい。加熱手段は、蒸気発生器であってもよい。加熱手段は、廃熱源、太陽熱源または地熱源であってもよい。例示的な廃熱源としては、発電所および焼却炉におけるガスタービンからの燃料ガス、化学操作および冶金操作のプロセスガス、ならびに他の工業的プロセスからの廃熱が挙げられる。加熱手段は、さらに、熱損失を最低限に抑えるように、当技術分野で知られている任意の適切な断熱技術を使用して断熱され得る。一般的に、加熱手段は、有機集合体を約８０℃から約１５０℃加熱することができる。

冷却手段は、当技術分野で知られている任意の適切な手段であってよい。冷却手段は、低温の窒素ガス流であってよい。冷却手段は、１つまたは複数の熱交換器から構成されてもよい。一般的に、冷却手段は、有機集合体の温度を約３５℃から約７５℃低下させることができる。

ｐＨ制御手段は、混合物のｐＨを調節することができる。ｐＨは、約３〜約１０の値に制御され得る。ｐＨが所望の値よりも高いまたは低い場合、リン酸緩衝液、酢酸緩衝液、トリス緩衝液などの適切なｐＨ緩衝液を添加してもよい。

水分制御手段は、有機集合体と微生物との混合物中の水分量を適切な量に維持する。微生物による有機集合体の分解は、混合物中の水分量が約１０ｗｔ％〜約２２ｗｔ％のときに促進される。混合物中の水分量は、当業者には周知の手段によって調節され得る。例えば、混合物の水分含量が高すぎる場合、送風機を用いて高温の空気を混合物に送ることができる。あるいは、所望の水分含量になるように、有機集合体に、もみ殻、稲わらまたはおが屑などの水分含量がより低い他の有機集合体を混ぜてもよい。逆に、混合物の水分含量が低すぎる場合、放水管から混合物に水を噴霧してもよい。

有機集合体の嫌気性分解によって、悪臭が発生する。さらに、二酸化炭素濃度が上昇すると微生物の代謝活性が低下する。したがって、装置１００は、有機集合体の処理中にチャンバ１０６に通気するための通気手段を備えることができる。チャンバ１０６内の有機集合体に通気すると、好気性分解の速度が速くなり、有機集合体の嫌気性分解の速度が遅くなる。有利には、大部分が好気性状態になると、微生物の活動によって有機集合体の分解速度が加速する。さらに有利には、メタンのような嫌気性分解プロセスからの悪臭副生成物の排出が減少する。一般的に、メタン排出は国の環境庁によって規制されているので、メタン排出の減少は、排出規制基準を満たす助けとなる。

通気手段は、送風機であってよい。送風機は、空気が有機集合体に迅速かつ簡単に達するのを確実にするのに十分な圧力で空気を送ることができる。明らかなように、必要な空気圧は、装置１００の容量に応じて決まる。必要な空気圧の達成に使用する送風機の数は、２〜８つの範囲内であってよい。さらに、空気は、処理中、連続的に供給される、または所定の計画に従って周期的に供給されてもよい。特定の一実施形態では、装置１００は、３７水柱ミリメートル（ｍｍＡｑ）の空気圧をそれぞれもたらす４つの送風機１０５を備えることができる。例えば、送風機１０５は、２０分間隔で、１０分の継続時間の間動作するように構成され得る。装置１００は、さらに、装置１００からの余分なガスを放出する１つまたは複数の通気口１０４を備えることもできる。

装置１００は、処理されるべき有機集合体を受ける入口１０３を有する。有機集合体は、チャンバ１０６に手動で投入されてよく、またはコンベヤベルト１０１によってチャンバ１０６に自動的に投入されてもよい。装置は、処理後の有機集合体、すなわち有機肥料がそこから搬出される出口１１０を有する。処理後の有機集合体は、装置１００から手動で搬出されてよく、またはコンベヤベルト１１１によって装置１００から自動的に搬出されて移送されてもよい。

有機集合体の処理および／または分解に有用な微生物は、炭素化合物を分解するまたは窒素化合物を固定する能力を有する微生物である。分解または固定の範囲が広範囲となるように、微生物の混合培養を用いるのが有利である。微生物の選択は、処理予定の有機集合体のタイプに応じて決まる。有機集合体の分解に選ばれる微生物は、バチルス属微生物、シュードモナス属微生物、ビフィドバクテリウム属微生物、ラクトバチルス属微生物、ストレプトマイセス属微生物およびコリネバクテリウム属微生物からなる群から選択され得る。いくつかの実施形態では、１以上の微生物は、バチルス属微生物、シュードモナス属微生物、ビフィドバクテリウム属微生物、ラクトバチルス属微生物、ストレプトマイセス属微生物、コリネバクテリウム属微生物およびその混合物からなる群から選択される。

処理後の有機集合体、すなわち有機肥料は６よりも高いＮＰＫ値を有することができる。ＮＰＫ値は、有機肥料中に存在する窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）およびカリウム（Ｋ）の量を決定するものである。これらの栄養素は、一般的に、従来からの堆肥化の方法およびシステムを使用すると、環境内で失われる。したがって、高いＮＰＫ値は、豊富な量の栄養素を含む有機肥料であり、したがって高品質の肥料であることを示す。有利には、装置１００は、１日以内でＮＰＫ値が高い（６以上の）熟成された有機肥料を製造することができる。

装置１００は、脚またはスタンドなどの高架支持体上に配置され得る。支持体は、装置の全重量を支えるように設計され得る。したがって、支持体の寸法は、装置の寸法に応じて決まる。装置１００は、例えば入口１０３にアクセスし易くするためのはしごおよび作業台を備えることができる。装置１００は、非常停止装置などの安全機能をさらに備えることができる。非常停止装置は、例えば暴走反応または撹拌手段が動かなくなった場合などの非常の際に装置１００への電力供給を停止することができる。他の安全機能は、はしごおよび作業台に沿った安全のための手すりを含むことができる。

装置１００は、処理後の有機集合体から発生するアンモニアをリサイクルするシステムをさらに備えることができる。システムは、有機集合体の処理で発生するアンモニアを収集する手段と、収集されたアンモニアを分配する手段とを備える。分配手段は、収集されたアンモニアを分配するために収集手段に流体連結される。したがって、このシステムによって、アンモニアとしての窒素の損失が防止される。有利には、アンモニア排出量は、一般的に、国の環境庁によって規制されているので、アンモニア排出の減少は、排出規制基準を満たす助けとなる。

収集されたアンモニアは、処理後の有機集合体のＮＰＫ値を引き上げるためにチャンバ１０６に再循環され得る。あるいは、収集されたアンモニアは、装置１００の外で処理後の有機集合体にリサイクルされてもよい。有利には、リサイクルされたアンモニアによって、有機集合体のＮＰＫ値が引き上げられる。さらに有利には、排出されたアンモニア副生成物が再利用される。収集手段および分配手段は、任意の適切な手段であってよい。例えば、収集手段および分配手段は、パイプである。パイプは、アンモニアに耐え得る材料で作られなければならない。例えば、パイプは、ＳＵＳ３０４グレードのステンレス鋼のようなステンレス鋼で作られる。あるいは、パイプは、特に限定されないが、エポキシ樹脂、ビニルエステル、ポリエステル熱硬化性プラスチックまたはフェノールホルムアルデヒド樹脂を含むポリマー材料で作られてもよい。ポリマー材料は、繊維で強化された複合材料であってよい。使用可能な繊維の例としては、特に限定されないが、ガラス、炭素、アラミド、紙、木または石綿が挙げられる。いくつかの実施形態では、パイプは、繊維強化プラスチックで作られる。システムは、アンモニアの回収率を監視する検査手段をさらに備えることができる。検査手段は、当技術分野で知られている任意の適切な手段であってよい。例えば、システムは、バイオフィルタを備えることができる。バイオフィルタは、当技術分野で知られているものであってよい。システムは、有機集合体の分解で排出されるアンモニアの８０％以上を回収する。

装置１００は、中に２つ以上のチャンバ１０６を備える、モジュール式であってもよい。２つ以上のチャンバ１０６は、互いに並列に配置され得る、またはあらゆる他の配置であってよい。２つ以上のチャンバを使用すれば、処理される有機集合体の量を増加させることができる。図２ａ、２ｂ、３ａおよび図３ｂには、処理される有機集合体の量を増加させるように互いに並列に配置された２つのチャンバ２０６を備える装置２００が示されている。装置２００にある構成要素は、装置１００にある構成要素に類似している。処理される有機集合体は、コンベヤベルト２０１によって装置２００のそれぞれのチャンバ２０６に投入される。コンベヤベルト２０１の２つの端部は、有機集合体をチャンバ２０６内へと送るようにそれぞれのチャンバ２０６の入口２０３の上にある。コンベヤベルト２０１は、Ｔ字形構成を有する。有機集合体を入口２０３に移動させる他の適切な形状および手段も可能である。各チャンバ２０６は、撹拌手段２２０を有する。撹拌手段１２０と同様に、撹拌手段２２０は、回転可能シャフト２１４と、撹拌アーム２１６とパドル２１８とを備える。回転可能シャフト２１４は、チャンバ２０６の一方側においてモータ２０８によりその長手軸周りに回転され、軸受２１７によってチャンバ２０６の他方側に固定される（図３ａ、３ｂ参照）。チャンバ２０６内の有機集合体と微生物との混合物は、チャンバ２０６の外周の全体または少なくとも一部分を被包する加熱用オイルによって加熱される。加熱用オイルは、熱媒オイルタンク（図示せず）によって加熱される。処理後の有機集合体は、出口２１５から搬出され、コンベヤベルト２１１によって輸送される。

図４ａ、４ｂおよび図４ｃは、本発明の一実施形態による撹拌手段３２０の様々な図である。図４ａには、回転可能シャフト３１４から延在する１０本の撹拌アーム３１６を備える撹拌手段３２０が示されている。撹拌手段３２０は、処理チャンバの容量に応じて決まる任意の適切な数の撹拌アーム３１６を有することができる。例えば、２２，０００Ｌのチャンバは、１０〜１４本の撹拌アーム３１６を有することができ、８０，０００Ｌのチャンバは、１４〜１６本の撹拌アーム３１６を有することができる。各撹拌アーム３１６にはパドル３１８が連結される。各撹拌アーム３１６は、回転可能シャフト３１４の長手軸から実質的に垂直方向に延在する。回転可能シャフト３１４の２つの端部は、フランジ３２４によって処理領域の外側に結合される。

図４ｂは、撹拌手段３２０の側面端面図である。図４ｂから、撹拌アーム３１６が互いに約９０°オフセットしていることが見られる。図４ｃは、撹拌手段３２０の上面図である。回転可能シャフト３１４の長さに沿った２本の撹拌アーム３１６間の距離λは、装置の容量に応じて決まる。例えば、チャンバの容量が４，０００Ｌである開示の装置の場合、距離λは約２５２．５ｍｍである。装置のチャンバの容量が２２，０００Ｌまたは８０，０００Ｌである他の例では、距離λは約４１５ｍｍである。

図４ｄは、撹拌アーム３１６の端部部分に配置されたパドル３１８の拡大図である。部材３１９は、パドル３１８に連結され、混合物を誘導するためのＴ字形構造を形成している。部材３１９は、さらに、パドル３１８の縁に連結されてＬ字形構造を形成することもできる。

図５は、上述した装置による有機集合体の処理から発生するアンモニアをリサイクルするシステム５００の概略図である。パイプ５０２、５０４および５０６は、装置１００（または装置２００）のチャンバ１０６（またはチャンバ２０６）と他の領域を結んでいる。例えば、パイプ５０２は、処理領域１０６と検査手段４００とを結び、パイプ５０４はチャンバ１０６と完成した肥料製品３００とを結び、パイプ５０６は、発生したアンモニアをチャンバ１０６に再循環させる。

有機集合体の処理から排出されたアンモニアは、チャンバ１０６からパイプ５０２、５０４および５０６を通って出る。アンモニアは、パイプ５０２によって検査手段４００に誘導され、そこで回収されたアンモニアの量が監視され得る。また、アンモニアは、製品３００のＮＰＫ値を引き上げるために、パイプ５０４によって完成した肥料製品３００に誘導される。さらに、アンモニアは、パイプ５０６によって、有機集合体の処理のための栄養源としてチャンバ１０６に再循環される。

本発明の他の様々な改変および変更は、以上の開示を読めば、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、当業者にとっては明らかであることに加え、そのような改変および変更はいずれも添付の特許請求の範囲の範囲内であると意図していることは明らかであろう。

Claims (26)

1. 有機集合体を処理する装置であって、
   有機集合体と該有機集合体を分解するために選択された１以上の微生物との混合物を含むチャンバと、
   該チャンバ内に設けられる、前記混合物を撹拌するための撹拌手段であり、
   前記チャンバの中央ボアを通って延在する回転可能シャフト、
   該シャフトから延在する複数の撹拌アーム、および
   該複数の撹拌アームのそれぞれに連結され、連結されている前記撹拌アームの長手軸に対して第１の角度をなすように配置され、前記シャフトの長手軸に対して第２の角度に配置されるパドル、を備える撹拌手段と
   を備え、
   前記第１の角度および前記第２の角度に傾けられた前記パドルとそれぞれ連結された前記複数の撹拌アームが、前記シャフトの回転に応答して、前記チャンバからの流出なしに前記混合物を均質に混合することを可能にする装置。
2. 前記パドルの前記第２の角度が、約０°〜約１８０°の範囲内である請求項１に記載の装置。
3. 前記複数の撹拌アームのそれぞれの前記パドルの前記第２の角度が、前記混合物を様々な方向に誘導するように異なる角度に構成されている請求項１または２に記載の装置。
4. 前記複数の撹拌アームのそれぞれの前記パドルの前記第２の角度が、０°から１８０°まで、順次及ぶ請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記複数の撹拌アームのそれぞれの前記パドルの前記第２の角度が、０°、４５°、９０°、１３５°から１８０°まで、順次及ぶ請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記第１の角度が、約７０°〜約１１０°の範囲内である請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記複数の撹拌アームのそれぞれの前記パドルの前記第１の角度が、異なる角度に構成されている請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記撹拌手段が、前記パドルに連結される、前記混合物の誘導手段を形成する部材をさらに備える請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記部材が、実質的にＴ字形の形態をなして平面内に、前記パドルに実質的に垂直に配置されている請求項８に記載の装置。
10. 前記部材が、実質的にＬ字形の形態をなして平面内に、前記パドルの縁に配置されている請求項８に記載の装置。
11. 前記複数の撹拌アームが、前記シャフトの長さに沿って等間隔に配置されている請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記チャンバの前記中央ボアが、地面に対して実質的に平行である請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記チャンバが、前記混合物に耐え得る材料で作られている請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記チャンバが、４，０００Ｌ〜８０，０００Ｌの範囲内の容量を有する請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 前記チャンバの内壁が、スタッド様構造を備える請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 前記パドルが、各撹拌アームと一体に形成されている請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 各撹拌アームが、前記シャフトと一体に形成されている請求項１から１６のいずれか一項に記載の装置。
18. 前記撹拌手段が、前記複数の撹拌アームのそれぞれに連結される複数のパドルをさらに備える請求項１から１７のいずれか一項に記載の装置。
19. 温度制御手段、ｐＨ制御手段、水分制御手段および／または通気手段を含む、前記チャンバ内の環境を制御する手段
    をさらに備える請求項１から１８のいずれか一項に記載の装置。
20. 前記温度制御手段が、前記チャンバの外周の少なくとも一部を被包する加熱用オイルを含む請求項１９に記載の装置。
21. 前記１以上の微生物が、バチルス属微生物、シュードモナス属微生物、ビフィドバクテリウム属微生物、ラクトバチルス属微生物、ストレプトマイセス属微生物、コリネバクテリウム属微生物およびその混合物からなる群から選択されている請求項１から２０のいずれか一項に記載の装置。
22. 前記有機集合体の処理から発生するアンモニアを収集する手段、および
    該収集手段に流体連結される、前記収集されたアンモニアを分配する手段、
    を含む前記有機集合体の処理から発生するアンモニアをリサイクルするシステム
    をさらに備える請求項１から２１のいずれか一項に記載の装置。
23. 前記収集されたアンモニアが、前記チャンバに再循環される請求項２２に記載の装置。
24. 前記収集されたアンモニアが、前記装置の外で処理後の有機集合体にリサイクルされる請求項２２または２３に記載の装置。
25. 前記収集手段が、アンモニアに耐え得るパイプである請求項２２から２４のいずれか一項に記載の装置。
26. 前記分配手段が、アンモニアに耐え得るパイプである請求項２２から２５のいずれか一項に記載の装置。

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