JP3921544B2

JP3921544B2 - 生ごみ処理装置

Info

Publication number: JP3921544B2
Application number: JP2004028711A
Authority: JP
Inventors: 孝昭前川; 敏島田; 伝平馮
Original assignee: 国立大学法人筑波大学
Priority date: 2004-02-04
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2024-02-04
Also published as: JP2005218945A

Description

本発明は、生活廃棄物、産業廃棄物として大量に排出される生ごみ類を細かく潰砕してスラリー化し、メタン発酵原料として利用可能にするための装置に関するものである。

家庭廃棄物や産業廃棄物として多量に排出される生ごみは、通常、粉砕して下水に流したり、焼却する外、脱水してコンポスト原料に用いたり、微生物により分解してメタンのような有用物質を生成させる方法によって処分されている。

ところで、生ごみ処理においては、下水に投棄する場合は、下水管を閉塞しない程度のサイズまで細分化することが必要であり、焼却する場合には減容して燃焼エネルギーを節約するために、またコンポスト原料とする場合や、微生物で分解して有用物質を生成させる場合には発酵効率を高めるために細分化して脱水することが行われている。

このように、生ごみの処理に際しては、固形分を５ｍｍ以下のサイズに細分化し、さらに必要に応じ脱水することが必要となる。そして、このような生ごみの細分化は主として摩砕や潰砕によって行われ、また脱水のような固液分離はスクリュープレス等による圧搾によって行われており、そのために多種多様の摩砕、潰砕方法や固液分離方法が提案されている。

例えば、これまでに、上面が開放された収納容器、下方固定円板と上方回転円板とからなる対向円板対及び上方回転円板を回転させる駆動機構とから構成され、上記の対向円板対の対向面中央部が上方回転円板に穿設された生ごみ導入口に通じる粗砕部に、かつ対向円板対の対向面周辺部が摩砕部に形成され、収納容器の底部に排出口を設けた生ごみ処理装置（特許文献１参照）、含水廃棄物を投入するホッパーを備えたケーシングと、該ケーシング内に設けられ前記ホッパーから投入された前記含水廃棄物を加圧・混練しながら前記ケーシングの先端側に圧送するスクリューと、前記ケーシングの先端に取り付けられ前記スクリューによって圧送される前記含水廃棄物を排出する排出孔を有するトップカバーとを有し、前記排出孔に開口面積の異なる複数の孔が不均一に配置されているものである含水廃棄物の減容化装置（特許文献２参照）、生ゴミを粉砕するためのディスポーザと、該ディスポーザにより粉砕された生ゴミと台所排水との混合物をいったん溜めるための流量調整槽と、該流量調整槽から供給された、前記混合物を固体分と液体分とに固液分離するための固液分離装置と、該固液分離装置により分離された固体分を堆肥にするためのコンポスト装置と、前記固液分離装置から供給された液体分中の微粒子を沈殿させるための沈殿分離槽と、該沈殿分離槽から供給された液体分を分配するための分流装置と、該分流装置から供給された前記液体分に生物処理を施して処理水を得るための排水処理装置を具備した生ごみ処理装置（特許文献３参照）、嫌気性雰囲気のもとで残滓を処理してバイオガスを生成するメタン発酵処理槽と、残滓を一時的にストックする残滓溜からなる装置を用い、残滓溜に一時的にストックされた残滓をメタン発酵処理槽に搬送される前に遠心分離機構によって脱水し、固形物濃度を高めた残滓をメタン発酵処理槽に搬送するメタン発酵処理方法（特許文献４参照）、生ゴミを粉砕する生ゴミ処理工程と、その生ゴミ処理工程で生成した生ゴミ粉砕物を生活排水に混合する混合工程と、その混合工程で混合された前記生ゴミ粉砕物を同伴する生活排水を、固液分離設備により固液分離する固液分離工程と、その固液分離工程で分離した分離液を嫌気性微生物処理槽において固定化微生物により処理する嫌気性微生物処理工程とからなる生ゴミ・排水の同時処理方法（特許文献５参照）、生ごみの投入口を有し、該投入口へ投入される生ごみに給水して粉砕する粉砕装置）と、該粉砕装置から排水管を通して供給された粉砕生ゴミと排水を移送する搬送部と該搬送部で粉砕生ゴミを水切りする固液分離装置と、前記固液分離装置から供給された粉砕生ゴミを微生物により処理する多角形筒型回転式処理槽と、該多角形筒型回転式処理槽の下部に処理液を保留する受け皿槽と、前記固液分離装置から流下した排水と前記受け皿槽からの処理液を排水管へ移行途中で曝気して処理する好気処理槽と沈澱槽と第２好気処理槽と最終沈澱槽とトラップ構造を備えた生ゴミ処理装置（特許文献６参照）などが提案されている。

しかしながら、これらの方法又は装置は、単位時間当りの処理能力を大きくすることができないため、処理に長時間を要する上に、生ごみ中の大きい塊状物や生ごみに混入してくる割り箸、プラスチック片などにより摩砕が阻害され、操作を中断しなければならないなどのトラブルを生じ、効率的に十分に満足できるものはまだ見当らない。

特開平１１−２３９７３５号公報（特許請求の範囲その他）特開２００１−６２４２５号公報（特許請求の範囲その他）特開２００１−７０９２１号公報（特許請求の範囲その他）特開２００１−２２５０４７号公報（特許請求の範囲その他）特開２００１−２５９５８２号公報（特許請求の範囲その他）特開２００２−１３６９６０号公報（特許請求の範囲その他）

本発明は、生ごみ中の固形分を効率よく細分化して水に分散し、ペーストを形成させ、下水中に放流するのはもちろん、微生物発酵にも好適な状態までサイズを制御することができ、しかも生ごみ中に混入している箸、スプーン、ナイフ、ハサミ、プラスチック片などの夾雑物によるトラブルを発生することがない生ごみの処理に用いる装置を提供することを目的としてなされたものである。

本発明者らは、生ごみを効率よくかつ簡単に細分化し、ペースト化しうる装置を開発するために鋭意研究を重ねた結果、下ろし金の原理を利用することにより、生ごみ中の大きい固形分を所望のサイズ、例えば５ｍｍ以下に細分化し得ること及びこれを水中で行うことにより細分化した固形分を分散したペーストが得られることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。

すなわち、本発明は、（Ａ）円胴部壁面全体にわたって多数の切削用突起刃及び水抜き細孔を有し、一方の側板に原料投入口を、他方の側板に取り出し口を設けた回転ドラムと、（Ｂ）該回転ドラム内部の中心部よりも下方であって、かつその表面と回転ドラム円胴部壁面と接触する位置に回転ドラム軸と平行かつ上下揺動可能に固定された回転軸を有する粉砕ローラと（Ｃ）（Ａ）の回転ドラムと（Ｂ）の粉砕ローラをそれぞれ同一方向に回転させるための駆動機構から構成された生ごみ処理装置において、上記円胴部の回転軸両端近傍にそれぞれ生ごみを内側に向けて寄せ集めるための円錐体を付設するとともに、ペースト形成のために上記回転ドラムを半円筒ケース内に配置し、その上方に、下方に向って散水管を配置したこと又は（Ａ）円胴部壁面全体にわたって多数の切削用突起刃と水及び切削物通過孔を有し、一方の側板に原料投入口を、他方の側板に取り出し口を設けた回転ドラムと、（Ｂ）該回転ドラム内部の中心部よりも下方であって、かつその表面と回転ドラム円胴部壁面と接触する位置に回転ドラム軸と平行かつ上下揺動可能に固定された回転軸を有する粉砕ローラと（Ｃ）（Ａ）の回転ドラムと（Ｂ）の粉砕ローラをそれぞれ同一方向に回転させるための駆動機構から構成された生ごみ処理装置において、上記円胴部の回転軸両端近傍にそれぞれ生ごみを内側に向けて寄せ集めるための円錐体を付設するとともに、全体をペースト形成用水槽内に配置したことを特徴とする生ごみ処理装置を提供するものである。

次に本発明装置を添付図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明装置の１例を示す側面図、図２はそのＡ−Ａ線に沿った平面断面図であり、これは回転ドラム１とその内部に収容された粉砕ローラ２から構成されている。図３はこの回転ドラム１の円胴部壁面の部分側面図であり、これに示されているように、円胴部壁面には多数の切削用突起刃３，…及び水抜き細孔４，…が設けられている。また、上記の回転ドラム１は、無段変速機付きモータ５によって、駆動される外設ギヤ６及び支持ギヤ７によって支持され、かつ矢印方向に回転している。

一方、粉砕ローラ２は固定軸８によって、ローラ表面が回転ドラム１の内壁面から５ｍｍ以内になる位置に回転自在に支持され、これはベルト９により、回転ドラム１の回転方向と同じ方向に回転している。

回転ドラム１の一方の側板に開口された原料投入口１０から供給された生ごみ原料は、回転ドラム１内で矢印方向に移動し、固形分はその壁面と粉砕ローラ２の表面との間に噛み込まれ、回転ドラム１の壁面に設けられた切削用突起刃３，…によって、押し潰し切断され又は擦り下ろされて微細片となり、水抜き細孔４，…を通って水とともに分離され、外筒ケース１１に捕集される。

この際、所定のサイズ以下に擦り下ろされなかったまま、回転ドラム１の内壁と粉砕ローラ２の表面の間をすり抜けた固形分は、粉砕ローラ２の上部に設けた邪魔板１２に遮られ、元の位置に返送され、再び擦り下ろしの原料に加えられる。図４は上記の邪魔板１２の作用を示す横断面図である。

このようにして、上記の水抜き細孔４，…を通過可能なサイズになった生ごみと水との混合物が得られるが、このサイズは水抜き細孔４，…の径に依存するから、この径を任意に調整することにより、例えば０．１〜５ｍｍの大きさの生ごみを形成させることができる。

次に図５は、例えばメタン製造の際の発酵用原料として好適なペーストを形成するための装置の例の横断面図であり、前記した回転ドラム１と粉砕ローラ２とから成る生ごみ粉砕、分離用の装置を水槽１３内に配置した構造を有している。この装置によると、擦り下ろされ、微細化した生ごみは水とともに水抜き細孔４，…（図示せず）を通って水槽１３内の水に移行し、次第に濃化してペーストが形成される。

このペーストは水槽１３を用いる代わりに、図６に示すように回転ドラム１を半円筒ケース内に配置し、その上方に複数の散水管１４，…を付設し、散水により回転ドラム１の内側に付着する生ごみ微細片を洗い落とし、分散させながら、半円筒ケース内に捕集することによっても調製することができる。

本発明装置における粉砕ローラ２には、供給される生ごみ原料を寄せ集め、粉砕しやすくするために、その表面に山形溝を刻設するのが好ましい。図７は、この山形溝の作用を示す説明図であって、（イ）最初均一に分布していた生ごみは、粉砕ローラ２が回転するに従って山形の頂部に向って移動し、（ロ）各中央部に寄せ集められることが分る。

また、前記の回転ドラム１には、図８に示すように、円胴部の回転軸両端近傍にそれぞれ円錐体１５、１６を付設して、生ごみが外側に逸散するのを防ぎ、内側に向けて寄せ集めやすくなっている。

さらに生ごみ中には往々にして、スプーン、ナイフ、クギなどの金属が混入し、装置を損傷することがあるので、これを防止するため、図９に示すように、回転ドラム１の回転方向を基準として、粉砕ローラ２の前方位置に、電磁石付き回転ローラ１７を付設することもできる。このようにすれば、この電磁石付き回転ローラ１７により生ごみ中の金属夾雑物は除かれるので、作業中に装置が損傷されることはない。

本発明装置における回転ドラム１は、防食性高強度の硬質材料、例えばステンレス鋼、超硬合金などで作製することが必要である。その大きさは、処理すべき生ごみ量に依存するが、通常直径３００〜２０００ｍｍ、長さ１〜５ｍ、厚さ１〜５ｍｍの範囲が適当である。

また、回転ドラム１の壁面に設けられる切削用突起刃としては幅０．５〜５ｍｍ、高さ０．５〜５ｍｍの範囲が適当であるが、所望ならば、より小さくすることもできるし、またより大きくすることもできる。

一方、水及び切削物通過孔としては幅１〜５ｍｍ、長さ１〜５０ｍｍの範囲が好ましい。これよりも小さいと細分化するのに長時間を要する上に、目詰まりを生じやすいし、これよりも大きくすると生ごみの細分化の目的が達成されなくなる。

次に粉砕ローラの材質としては、通常回転ドラムと同様なものを選ぶこともできるが、自重により生ごみを圧しつける役割を果たすために、できるだけ比重の大きい金属、鉄又はその合金、ニッケル又はその合金、銅、鉛などを用いるのが好ましい。
この粉砕ローラの大きさとしては直径３０〜５００ｍｍ、長さ１〜１０ｍの範囲が適当である。

生ごみには、通常、箸、楊枝のような木片、スプーン、ハサミ、クギのような金属片、ポリ袋のようなプラスチック片やプラスチックシートなどが混入しているため、従来の摩砕型、エキストルーダ型、ディスポーザ型の生ごみ処理装置では、作業の中断や機械の故障の原因となっていたが、本発明によると、このようなトラブルを生じない。

また、従来の摩砕型やディスポーザ型の生ごみ処理装置では、水と生ごみの比率が５：１程度になるため、固形分を粉砕して水に懸濁する場合、その濃度が１質量％以下というように著しく低くなるのを免れない。そして、このような懸濁液をメタン発酵などの微生物処理の原料として用いると、効率の低下、エネルギー収支の不利をもたらすという欠点があるが、本発明においては水と生ごみの比率が１．５：１ないし３：１程度のペーストを生成することができるので、上記のような欠点を防ぐことができる。

次に実施例により本発明を実施するための最良の形態を説明する。

実施例
直径５６０ｍｍ、長さ８９０ｍｍのステンレス鋼製回転ドラム（切削用突起刃の幅２ｍｍ、高さ２ｍｍ、水抜き細孔の縦５ｍｍ、横５ｍｍ、開口率４．９％）及び直径１１４ｍｍ、長さ６００ｍｍのステンレス鋼製山形溝付き粉砕ロールから成り、かつ回転ドラムの下半分が水没する槽に浸漬したごみ処理装置を用い、回転ドラムの回転数７３ｒｐｍで長ネギ（直径２５ｍｍ、長さ８０ｍｍ）４．７ｋｇの粉砕実験を行った。この際の経時的残量を表１に示す。

本発明方法を行うのに好適な装置の１例を示す側面図図１のＡ−Ａ線に沿った平面断面図。回転ドラムの円胴部壁面の部分側面図。邪魔板の作用を示す横断面図。ペーストを形成するための装置の例の横断面図。回転ドラムを半円筒ケース内に配置した図。粉砕ローラの表面の山形溝の作用を示す説明図。円胴部の回転軸両端近傍に円錐体を付設した図。粉砕ローラの前方位置に、電磁石付き回転ローラを付設した図。

符号の説明

１回転ドラム
２粉砕ローラ
３切削用突起刃
４水抜き細孔
５無断変速機付きモータ
６外設ギヤ
７支持ギヤ
８固定軸
９ベルト
１０原料投入口
１１外筒ケース
１２邪魔板
１３水槽
１４散水管
１５、１６円錐体
１７電磁石付き回転ローラ

Claims

（Ａ）円胴部壁面全体にわたって多数の切削用突起刃及び水抜き細孔を有し、一方の側板に原料投入口を、他方の側板に取り出し口を設けた回転ドラムと、（Ｂ）該回転ドラム内部の中心部よりも下方であって、かつその表面と回転ドラム円胴部壁面と接触する位置に回転ドラム軸と平行かつ上下揺動可能に固定された回転軸を有する粉砕ローラと（Ｃ）（Ａ）の回転ドラムと（Ｂ）の粉砕ローラをそれぞれ同一方向に回転させるための駆動機構から構成された生ごみ処理装置において、上記円胴部の回転軸両端近傍にそれぞれ生ごみを内側に向けて寄せ集めるための円錐体を付設するとともに、ペースト形成のために上記回転ドラムを半円筒ケース内に配置し、その上方に、下方に向って散水管を配置したことを特徴とする生ごみ処理装置。
（Ａ）円胴部壁面全体にわたって多数の切削用突起刃と水及び切削物通過孔を有し、一方の側板に原料投入口を、他方の側板に取り出し口を設けた回転ドラムと、（Ｂ）該回転ドラム内部の中心部よりも下方であって、かつその表面と回転ドラム円胴部壁面と接触する位置に回転ドラム軸と平行かつ上下揺動可能に固定された回転軸を有する粉砕ローラと（Ｃ）（Ａ）の回転ドラムと（Ｂ）の粉砕ローラをそれぞれ同一方向に回転させるための駆動機構から構成された生ごみ処理装置において、上記円胴部の回転軸両端近傍にそれぞれ生ごみを内側に向けて寄せ集めるための円錐体を付設するとともに、全体をペースト形成用水槽内に配置したことを特徴とする生ごみ処理装置。
回転ドラムの回転方向を基準として粉砕ローラの前方位置に、さらに電磁石付き回転ローラを固設する請求項１又は２記載の生ごみ処理装置。