JP2019011227A - 有機廃棄物を堆肥化する方法及び堆肥化システム - Google Patents

Abstract

【目的】有機廃棄物から臭気の発生を抑えつつ堆肥化する方法が望まれている。【解決手段】有機廃棄物を堆肥化する方法であって、前処理用撹拌装置８の撹拌室内へ有機廃棄物を投入するステップと、撹拌室内へ水蒸気を噴射させることにより、有機廃棄物を撹拌・殺菌処理するステップと、撹拌・殺菌処理済みの有機廃棄物を発酵装置まで搬送するステップと、発酵装置９において、撹拌・殺菌処理済みの有機廃棄物を、戻し堆肥を使って発酵させるステップと、を含み、前処理用撹拌装置８の撹拌室内に筒状の回転軸が延在し、筒状の回転軸内に軸内導管が延在し、筒状の回転軸から外側へ撹拌羽根が延在し、筒状の回転軸及び撹拌羽根のうちの少なくとも一方に形成された１つ又は複数の孔から撹拌室内へ水蒸気を噴射させることができるように、軸内導管と水蒸気発生源とが流体的に連通していることを特徴とする、堆肥化する方法を提示する。【選択図】 図２

Description

本発明は、有機廃棄物を堆肥化する方法及び堆肥化システムに関し、詳しくは、有機廃棄物へ向けて水蒸気を噴射しつつ撹拌・殺菌処理を施すことにより、悪臭を抑えながら有機廃棄物を堆肥化する方法及び堆肥化システムに関する。

ホテルのレストラン、学校給食センターなどから出る食品廃棄物（有機廃棄物）や、食品工場において数量調整のために余った果物や野菜等の食品廃棄物の多くが堆肥化処理されている。堆肥化される原料としては、白菜、キャベツ、レタス、人参、大根などの種々の野菜や、リンゴ、オレンジ及びバナナ等の果物がある。果菜類以外に堆肥化され得る有機廃棄物としては、牛肉、豚肉、羊肉、鶏肉及び魚肉等の肉類や、コーヒー豆の出し殻等がある。

食品廃棄物の処理施設においては、１日に約１００ｔの有機廃棄物を処理することもある。これだけの量の有機廃棄物について、例えば特許文献１の処理システムを使用する場合には、当該処理システムへ投入された有機廃棄物が賦活化されるまで単一の反応容器で処理するので、後から投入される有機廃棄物は処理待ち状態となり、堆肥化処理が滞ることとなってしまう。加えて、密閉空間内で処理されて嫌気性細菌が増殖すると、後続の好気性発酵処理において好気性細菌が活発に働くことができなくなるので、堆肥化するまでに長期間を要することとなってしまう。

特許文献２は、本願の出願人の一方による従来技術を示す。

特許第４７８９５９５号公報 特許第４０８４７１６号公報

従来の堆肥化プロセスにおいては、有機廃棄物を堆肥化するまでに約３〜４か月を要していたが、この堆肥化までの期間を短縮することが望まれている。

食品廃棄物の処理施設においては、性質の不安定な有機廃棄物を取り扱うので、有機廃棄物を発酵処理する前の嫌気性処理において、嫌気性細菌が増殖すると臭気が強くなる。例えば、硫化水素、メチルメルカプタン、アンモニア、及び揮発性脂肪酸などが生じて悪臭が発生する。この悪臭を抑えつつ堆肥化する方法及び堆肥化システムを構築することが重要な課題となっている。

本発明の一実施例においては、有機廃棄物を堆肥化する方法において、前処理用撹拌装置の撹拌室内へ有機廃棄物を投入するステップと、撹拌室内へ水蒸気を噴射させることにより、有機廃棄物を撹拌・殺菌処理するステップと、撹拌・殺菌処理済みの有機廃棄物を発酵装置まで搬送するステップと、発酵装置において、撹拌・殺菌処理済みの有機廃棄物を、戻し堆肥を使って発酵させるステップと、を含み、前処理用撹拌装置の撹拌室内に筒状の回転軸が延在し、筒状の回転軸内に軸内導管が延在し、筒状の回転軸から外側へ撹拌羽根が延在し、筒状の回転軸及び撹拌羽根のうちの少なくとも一方に形成された１つ又は複数の孔から撹拌室内へ水蒸気を噴射させることができるように、軸内導管と水蒸気発生源とが流体的に連通していることを特徴とする、堆肥化する方法を提示する。

また、前処理用撹拌装置の撹拌室の外周面に近接した位置に、熱交換媒体を通流させるための流路が設けられており、撹拌・殺菌処理するステップは、撹拌室内の有機廃棄物と熱交換させるために、流路に熱交換媒体を通流させることをさらに含む、堆肥化する方法を提示する。

また、前処理用撹拌装置の撹拌室内に、有機廃棄物へ向けて紫外線を照射することができるように構成された紫外線照射デバイスが設けられており、撹拌・殺菌処理するステップは、有機廃棄物へ向けて紫外線照射デバイスを使って紫外線を照射するステップを含む、堆肥化する方法を提示する。

また、紫外線照射デバイスは、照射する紫外線の波長を変化させることができるように構成されており、紫外線を照射するステップは、堆肥化すべき有機廃棄物の種類や量に応じて照射する紫外線の波長を変化させることをさらに含む、堆肥化する方法を提示する。

本発明の他の実施例においては、有機廃棄物を堆肥化するための堆肥化システムにおいて、有機廃棄物を撹拌・殺菌処理するための撹拌室を有する前処理用撹拌装置であって、撹拌室内に筒状の回転軸が延在し、筒状の回転軸内に軸内導管が延在し、筒状の回転軸から外側へ撹拌羽根が延在し、筒状の回転軸及び撹拌羽根のうちの少なくとも一方に形成された１つ又は複数の孔から撹拌室内へ水蒸気を噴射させることができるように、軸内導管と水蒸気発生源とが流体的に連通している、前処理用撹拌装置と、撹拌・殺菌処理済みの有機廃棄物を発酵させるための発酵装置であって、戻し堆肥を使って発酵させる機能を有する発酵装置と、を備える、堆肥化システムを提示する。

また、前処理用撹拌装置の撹拌室の外周面に近接した位置に、熱交換媒体を通流させるための流路が設けられていることを特徴とする、堆肥化システムを提示する。

また、前処理用撹拌装置の撹拌室内に、有機廃棄物へ向けて紫外線を照射することができるように構成された紫外線照射デバイスが設けられていることを特徴とする、堆肥化システムを提示する。

また、紫外線照射デバイスは、照射する紫外線の波長を変化させることができるように構成されていることを特徴とする、堆肥化システムを提示する。

本発明の堆肥化システムの基本構成を示す図。 本発明の堆肥化システムの主要な構成を示す図。 一実施例における前処理用撹拌装置を示す図。 前処理用撹拌装置における回転軸と撹拌羽根を拡大して示す図（（ａ）は水蒸気８ｃ、（ｂ）は乾燥用空気８ｄを噴射している様子を示す）。

本発明の堆肥化する方法及び堆肥化システムについて、添付の図面を参照しつつ説明する。

図１は、一実施例における堆肥化システムの基本構成を示している。堆肥化システムは、有機廃棄物処理施設に搬入された原料１０を破砕装置６まで搬送するための第１の搬送装置１と、破砕装置６と、破砕装置６から水槽７まで搬送するための第２の搬送装置２と、水槽７と、水槽７から前処理用撹拌装置８まで搬送するための第３の搬送装置３と、前処理用撹拌装置８と、前処理用撹拌装置８から発酵装置９まで搬送するための第４の搬送装置４と、発酵装置９と、発酵装置９で製造された堆肥１０ａを搬送するための第５の搬送装置５と、を備える。一実施例においては、破砕装置６において細断された原料１０から搾り出される水分が、水槽７へ集められる場合がある。他の実施例においては、原料１０から搾り出される水分を貯留するための水槽７は、堆肥化システムから除外されている場合もある。

搬入された原料１０を順次搬送するための第１の搬送装置１、第２の搬送装置２、第３の搬送装置３、第４の搬送装置４、及び第５の搬送装置５としては、堆肥化システムにおける各装置の配置態様などに応じて種々の型式の搬送装置が用いられ得る。例えば、オーガ搬送装置が用いられるとよい。

図２は、堆肥化システムの主要な構成を示している。図２に示される堆肥化システムは、破砕装置６、第２の搬送装置２、水槽７（除外される場合もある）、第３の搬送装置３、前処理用撹拌装置８、第４の搬送装置４、発酵装置９を備える。有機廃棄物処理施設の破砕装置６へ投入された原料１０は、破砕装置６から第２の搬送装置２を介して水槽７まで運ばれ、水槽７から第３の搬送装置３を介して前処理用撹拌装置８まで運ばれ、前処理用撹拌装置８から第４の搬送装置４を介して発酵装置９まで運ばれる。

破砕装置６においては、投入口６ａから投入された原料１０が破砕刃などを使って細かく破砕され、続いての前処理用撹拌装置８における撹拌・殺菌処理に適した寸法（例えば１ｃｍ以下の寸法）にされる。破砕装置６において原料１０が細かくされると有機廃棄物の表面積が増えるので、有機廃棄物から水分が放出され易くなる。しかし、破砕されただけではまだ水分を多く含むので、撹拌・殺菌処理の過程へ移る前に、水槽７において水抜きがされるとよい。他の実施例においては、破砕装置６において破砕された原料１０は、水槽７を介すことなく、破砕装置６から前処理用撹拌装置８まで搬送される場合もある。

図３に示される前処理用撹拌装置８は、破砕済みの原料１０を殺菌しつつ撹拌する装置である。この前処理用撹拌装置８は、筒状の回転軸８ａを備え、この筒状の回転軸８ａから外側へ１つ又は複数の撹拌羽根８ｂが延在している。原料１０（有機廃棄物）は、前処理用撹拌装置８の上方に配置された投入口８ｅから投入され、螺旋形の形状に形成された撹拌羽根８ｂが回転することにより撹拌される。また、前処理用撹拌装置８は気体供給装置８ｉをさらに備え、この気体供給装置８ｉと、筒状の回転軸８ａ内に延在する軸内導管とが流体的に連通していることにより、軸内導管へ水蒸気８ｃ又は乾燥用空気８ｄを供給することができる。さらなる実施例においては、撹拌羽根８ｂの内側に中空部が形成されており、該中空部と軸内導管とが流体的に連通している場合もある。

図４（ａ）に示される実施例においては、筒状の回転軸８ａ及び撹拌羽根８ｂのうちの少なくとも一方に形成された１つ又は複数の孔から撹拌室８ｆ内へ水蒸気８ｃが噴射されている。また、図４（ｂ）に示される実施例においては、（水蒸気８ｃの代わりに）乾燥用空気８ｄが噴射されている。他の実施例においては、回転軸８ａ及び撹拌羽根８ｂのうちの少なくとも一方に形成された１つ又は複数の孔から空気以外の別の乾燥用の気体が噴射される場合もある。

この構成を有する前処理用撹拌装置８において、有機廃棄物へ向けて水蒸気が噴射されると、有機廃棄物の温度が上昇して軟化するとともに、殺菌処理される。有機廃棄物に含まれる細菌やウィルス等を死滅させるためには、７０℃で３０分以上、又は８０℃で３分以上の加熱処理を行うことが必要とされているが、本発明の一実施例においては、前処理用撹拌装置８の撹拌室８ｆ内で、１００℃の温度の水蒸気を使って３分以上の殺菌処理をする。他の実施例においては、１００℃よりも高温の過熱水蒸気を使って殺菌処理をする場合もある。

本発明の一実施例においては、前処理用撹拌装置８の撹拌室８ｆの外周面に近接した位置に、（蛇行）流路８ｊが配置されており、（蛇行）流路８ｊ内に熱交換媒体を通流させることにより、撹拌室８ｆ内の原料１０と熱交換をさせて、原料１０の温度を高くすることができる。一実施例においては、熱交換媒体として、気体供給装置（ボイラー）８ｉから供給される水蒸気が利用される場合もあれば、二酸化炭素などの他の種々の熱交換媒体が利用される場合もある。利用される熱交換媒体は、原料１０の種類や量に応じて様々に異なり得る。

本発明の他の実施例においては、撹拌室８ｆ内における殺菌処理を支援するために、或いは原料１０中に残存している種子等を発芽させないために、前処理用撹拌装置８内の撹拌室内に、有機廃棄物へ向けて紫外線を照射することができるように構成された紫外線照射デバイス８ｇが設けられている。一実施例においては、ＬＥＤからなる紫外線照射デバイス８ｇが設けられている。紫外線照射デバイス８ｇの表面に配置されている紫外線放出部８ｈは、高温耐性を有するガラス等の部材から形成されているとよい。

本発明のさらなる実施例においては、有機廃棄物の種類や量に応じて適切な波長の紫外線を照射することができるように、紫外線照射デバイス８ｇは、照射する紫外線の波長を変化させることができるように構成されている。例えば、堆肥化すべき有機廃棄物の種類や量に応じて、波長の短い深紫外線（波長約２００ｎｍ〜約３５０ｎｍ）を有機廃棄物へ向けて照射することにより、有機廃棄物中の大腸菌、黄色ブドウ球菌（病原菌）や寄生虫を充分に死滅させることができる。

また、前処理用撹拌装置８の撹拌室８ｆ内に水分が残っていると悪臭が発生し易いので、撹拌室８ｆ内の有機廃棄物の原料１０から効率よく水分を分離させる必要がある。一実施例においては、前処理用撹拌装置８の下部に排水口１２が設けられており、この排水口１２を介して水分が排出される。また、本発明の堆肥化システムは、排出口１２と流体的に連通した水処理施設を備え得る。

発酵装置９は、撹拌・殺菌処理済みの原料１０を発酵させる装置である。一実施例においては、発酵装置９の投入口９ａから投入された原料１０は、発酵装置９内で、戻し堆肥を使って発酵処理され得る。発酵装置９において原料１０を撹拌しつつ発酵させることにより、好気性細菌による発酵が進む。このとき硫黄化合物は無臭の硫酸塩へと変化し、炭素化合物は無臭の二酸化炭素へと変化するので悪臭の発生は少ない。戻し堆肥を使って発酵処理を行うと、原料１０の体積が小さくなって、（濃度の高い）高品質の堆肥１０ａをつくることができる。

最後に切り返し（下にある物を上にする作業）を行うことにより二次発酵をさせると、適度な水分含有率のパラパラとした土粒状の堆肥１０ａとなる。良質な堆肥１０ａをつくるためには、切り返しを頻繁に行って好気性細菌を増やす必要がある。こうしてつくられた堆肥１０ａは、畑に散布して野菜の栽培に使うことができる。また、一部を堆肥化システムに戻して水分調整剤として使用することもできる。

以上のように、本発明の堆肥化する方法及び堆肥化システムによれば、前処理用撹拌装置８において有機廃棄物へ向けて水蒸気を噴射しつつ撹拌・殺菌処理を行い、続いて発酵装置９において戻し堆肥を使って発酵処理をすることにより、悪臭の発生を最小限に抑えることが可能となる。また、前処理用撹拌装置８の撹拌室内８ｆにおいて、有機廃棄物に向けて水蒸気を噴射することに加えて選択的に紫外線照射を施すことにより、発酵処理の前に嫌気性細菌を充分に死滅させることができるので、続いての発酵処理において好気性細菌が活発に働くことができる。よって、本発明の堆肥化する方法又は堆肥化システムを用いることにより、これまで約３〜４か月を費やしていた堆肥化までの期間を、数週間（例えば、３〜５週間）の期間に短縮することが可能となる。

１…第１の搬送装置
２…第２の搬送装置
２ａ…（第２の搬送装置の）排出口
３…第３の搬送装置
３ａ…（第３の搬送装置への）投入口
４…第４の搬送装置
５…第５の搬送装置
６…破砕装置
６ａ…（破砕装置への）投入口
７…水槽
８…前処理用撹拌装置
８ａ…回転軸
８ｂ…撹拌羽根
８ｃ…水蒸気
８ｄ…気体（乾燥用空気）
８ｅ…（前処理用撹拌装置の）投入口
８ｆ…撹拌室
８ｇ…紫外線照射デバイス
８ｈ…紫外線放出部
８ｉ…気体供給装置
８ｊ…（蛇行）流路
９…発酵装置
９ａ…（発酵装置への）投入口
１０…（堆肥の）原料（有機廃棄物）
１０ａ…堆肥
１２…排水口

Claims (8)

1. 有機廃棄物を堆肥化する方法において、
   前処理用撹拌装置の撹拌室内へ有機廃棄物を投入するステップと、
   上記撹拌室内へ水蒸気を噴射させることにより、有機廃棄物を撹拌・殺菌処理するステップと、
   撹拌・殺菌処理済みの有機廃棄物を発酵装置まで搬送するステップと、
   上記発酵装置において、上記撹拌・殺菌処理済みの有機廃棄物を、戻し堆肥を使って発酵させるステップと、
   を含み、
   上記前処理用撹拌装置の撹拌室内に筒状の回転軸が延在し、上記筒状の回転軸内に軸内導管が延在し、上記筒状の回転軸から外側へ撹拌羽根が延在し、上記筒状の回転軸及び上記撹拌羽根のうちの少なくとも一方に形成された１つ又は複数の孔から上記撹拌室内へ水蒸気を噴射させることができるように、上記軸内導管と水蒸気発生源とが流体的に連通していることを特徴とする、堆肥化する方法。
2. 上記前処理用撹拌装置の撹拌室の外周面に近接した位置に、熱交換媒体を通流させるための流路が設けられており、
   上記撹拌・殺菌処理するステップは、上記撹拌室内の有機廃棄物と熱交換させるために、上記流路に熱交換媒体を通流させることをさらに含む、請求項１に記載の堆肥化する方法。
3. 上記前処理用撹拌装置の撹拌室内に、有機廃棄物へ向けて紫外線を照射することができるように構成された紫外線照射デバイスが設けられており、
   上記撹拌・殺菌処理するステップは、上記紫外線照射デバイスを使って有機廃棄物へ向けて紫外線を照射するステップを含む、請求項１に記載の堆肥化する方法。
4. 上記紫外線照射デバイスは、照射する紫外線の波長を変化させることができるように構成されており、
   上記紫外線を照射するステップは、堆肥化すべき有機廃棄物の種類や量に応じて上記照射する紫外線の波長を変化させることをさらに含む、請求項３に記載の堆肥化する方法。
5. 有機廃棄物を堆肥化するための堆肥化システムにおいて、
   有機廃棄物を撹拌・殺菌処理するための撹拌室を有する前処理用撹拌装置であって、上記撹拌室内に筒状の回転軸が延在し、上記筒状の回転軸内に軸内導管が延在し、上記筒状の回転軸から外側へ撹拌羽根が延在し、上記筒状の回転軸及び上記撹拌羽根のうちの少なくとも一方に形成された１つ又は複数の孔から上記撹拌室内へ水蒸気を噴射させることができるように、上記軸内導管と水蒸気発生源とが流体的に連通している、前処理用撹拌装置と、
   撹拌・殺菌処理済みの有機廃棄物を発酵させるための発酵装置であって、戻し堆肥を使って発酵させる機能を有する発酵装置と、
   を備える、堆肥化システム。
6. 上記前処理用撹拌装置の撹拌室の外周面に近接した位置に、熱交換媒体を通流させるための流路が設けられていることを特徴とする、請求項５に記載の堆肥化システム。
7. 上記前処理用撹拌装置の撹拌室内に、有機廃棄物へ向けて紫外線を照射することができるように構成された紫外線照射デバイスが設けられていることを特徴とする、請求項５に記載の堆肥化システム。
8. 上記紫外線照射デバイスは、照射する紫外線の波長を変化させることができるように構成されていることを特徴とする、請求項７に記載の堆肥化システム。
   
   

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