JP3946939B2 - 生分解処理装置とこれらを用いた有機廃棄物分解処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機物の生分解を促進する生分解促進ブロック及び生分解処理装置と、これらを用いてホテル、旅館、飲食店や家庭から排出される生ごみ、有機産業廃棄物、海産物残渣、下水汚泥、糞尿汚泥やその他有機性廃棄物(以下、有機廃棄物で総称する)を生分解する有機廃棄物分解処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機廃棄物は、直接的には自然を害しないものが多いため、廃棄処分も焼却、埋立又は海洋投棄等、様々な態様が利用できる。しかし、焼却処分ではダイオキシンの発生が問題視されたり、埋立処分では埋立地確保が現実的に難しく、海洋投棄では海の汚染防止の観点から、条約により前面禁止されるに至っている。そこで、注目され始めた処分態様が、微生物の働きを利用した生分解処分である。
【０００３】
上記生分解処分では、密閉容器内へ投入した有機廃棄物を一定温度に保つことで、有機廃棄物に付着したり、大気中にいた微生物を、有機廃棄物内で繁殖させたり、有機廃棄物の生分解を促し、有機廃棄物を水と二酸化炭素に分解する。前記微生物の生分解による処分をよりよく実施するには、(1)微生物が最も活動しやすい温度の維持、(2)微生物が生分解しやすい大きさまでの有機廃棄物の物理的破砕、そして(3)有機廃棄物に対する微生物の均一な分散が重要となる。
【０００４】
上記の点について、基本的には密閉容器の加温と密閉容器内に設けた攪拌羽根とによって解決してきたが、近年では、更に補助的に有機廃棄物と共に密閉容器に投入する補助部材が用いられるようになってきている。例えば、特開平08-109086号では、微生物を付着させた多孔質の木片等を有機廃棄物と共に密閉容器に投入、攪拌、混合する技術を、また特開平11-347526号では、内部に有機廃棄物の出入りを可能にする中空構造とした充填材を有機廃棄物と共に密閉容器内へ投入し、攪拌、混合する技術を、それぞれ開示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平08-109086号と特開平11-347526号とは、有機廃棄物と共に多孔質の木片を密閉容器内へ投入するか、耐摩耗性を備えたプラスチック又は金属製中空構造成形品を投入するかに相違点がある。前者は、木片が有する微少な孔に、後者は中空構造を具現化するパイプ内に、それぞれ微生物を潜ませる。働きとして両者は等価であるが、木片は分解途中の廃液を吸収して保持してしまうために異臭を放ちやすく、強度の点からもプラスチック又は金属製中空構造成形品には劣る違いがある。しかし、金属製中空構造成形品は強度があり過ぎて、密閉容器を傷つける虞れがあるので好ましくない。
【０００６】
生分解処分で重要なのは、密閉容器内の環境を整えること、すなわち上記(1),(2)及び(3)の条件をよりよく満たすことにある。例えば、(1)微生物が最も活動しやすい温度の維持については、単純に密閉容器を暖めるだけでは、密閉容器内へ投入する有機廃棄物の量が増えるほど部分的に温度差が生じてしまう。こうした温度分布のばらつきは、微生物の働きを妨げる要因になりかねない。特開平11-347526号では、攪拌羽根に設けた多数の通気孔を設け、この通気孔から満遍なく温風を吹き出すようにしているが、この通気孔については、次の(2)の条件(有機廃棄物の破砕)との絡みで、有機廃棄物を微細化するほど通気孔が塞がれる可能性が増大するという問題が発生する。
【０００７】
微生物による生分解はミクロ的な働きであり、有機廃棄物をよりよく分解するには、まず物理的に有機廃棄物をできる限り細かく破砕しておく方が好ましい(上記(2)の条件)。このため、従来は、多数の羽根や突起を備えた攪拌羽根を回転させて有機廃棄物を破砕するようにしている。更に、特開平08-109086号や特開平11-347526号では、有機廃棄物と共に密閉容器に投入した木片やプラスチック又は金属製中空構造成形品の衝突又は摺り合わせ等によって、有機廃棄物の破砕を試みているが、木片では破砕力が低く、また円筒状のプラスチック又は金属製中空構造成形品では、摩擦力は期待できるが、破砕力はそれほど期待できない。
【０００８】
(3)有機廃棄物に対する微生物の均一な分散については、特開平08-109086号及び特開平11-347526号のいずれも、木片やプラスチック又は金属製中空構造成形品に付着して微生物が分散するため、期待できる。しかし、木片では水分を吸収して微生物が潜むべき微細孔を防いでしまう。また、プラスチック又は金属製中空構造成形品では、中空構造部位が大きすぎると破砕した有機物の出入りが多くなって微生物が排出されてしまうし、小さすぎると有機物が目詰まりを起こす等、中空構造だけでは微生物の分散が確実ではないと推察される。こうした問題点を鑑み、より効率的に微生物による生分解が可能となるように、分解処理全般の見直しを進め、検討した。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記検討により、まず分解処理の効率化を図る補助部材として、密閉容器内に有機物と共に投入して攪拌、混合することでこの有機物の微生物による生分解を促進するブロックであって、耐摩耗性を備えた合成樹脂の一体成形品からなり、この一体成形品は外面に凹凸を形成し、この凹凸により衝突する有機物に対して点又は線状に破砕力を加えることができるようにした生分解促進ブロックを開発した。この生分解促進ブロックは、主として有機廃棄物の分解処理に用いるが、性能的には有機物全般に作用できる。
【００１０】
耐摩耗性を備えた合成樹脂としては、ポリアセタール、ナイロン12、ポリプロピレン、ポリカーボネートやFRP等、いわゆるエンジニアリングプラスチックが好ましく、例えば廃棄された自動車用同プラスチックを再生利用できる。外面に凹凸を形成する一体成形品の構造としては、複数の凹凸からなる多面体や多角柱形状の成形品があり、とりわけ断面星形の柱状成形品が好ましい。この凹凸のうち凸部位が、有機物に対して点又は線状に接触して局部的な破砕力を加える。生分解促進ブロックは、多数個投入するため、前記点又は線状に加える破砕力は、各個ばらばらの大きさ及び方向を有し、これが有機物の微細化に適している。また、凹凸のうち凹部位は、微生物の付着部位として微生物の分散を助ける。本発明の生分解促進ブロックは必ずしも中空構造にする必要はないが、微生物の分散性を高めるには、微生物が待避して潜り込める部位を確保する意味から、中空構造を採用しても構わない。
【００１１】
次に、装置構成を見直して、投入した有機物を攪拌、混合しながら微生物により生分解する処理装置であって、投入した有機物を攪拌、混合する攪拌羽根を内蔵した密閉容器からなり、この密閉容器壁面に断熱ジャケットを覆設して加温空間を形成し、攪拌羽根の下り方向及び上り方向それぞれに向けた一対の温風供給口を前記加温空間に連通して設け、前記加温空間に連通しない位置に排気口を設けて、加温空間へ供給する温風によって密閉容器全体を加温して間接的に有機物を加温すると共に、温風供給口から密閉容器内の有機物に向けて温風を吹き出して直接的に有機物を加温し、また前記温風により密閉容器内へ新鮮な空気の供給を図り、発生したガス又は古い空気を排気口から排出して一連の空気の循環経路を構成した生分解処理装置を開発した。
【００１２】
加温空間へ温風を送り込む密閉容器全体の加温は、分解処理中に外部へ逃げる熱を補い、有機廃棄物の降温を防ぐ意味がある。これに対して、温風供給口から吹き出す温風は、直接的に有機物を加温する。密閉容器内で攪拌羽根に巻き込まれるように攪拌、混合される有機物は、攪拌羽根回転方向の一方では巻き込んで押さえ込まれ(下り方向)、他方では巻き込んで持ち上げられる(上り方向)。仮に温風供給口が１基のみであれば、下り方向又は上り方向いずれかに向くことになり、下り方向と上り方向とで温度差が生じる虞れがある。このため、本発明の生分解処理装置では、攪拌羽根の下り方向及び上り方向それぞれに向けた一対の温風供給口を設け、攪拌羽根の巻き込みによる有機物の温度低下を招かないようにし、もって有機物における温度分布を略均一にしている。この場合、下り方向では攪拌羽根による有機物の巻き上げは起こらないが、上り方向では有機物の跳ね上げの虞れがあるため、温風供給口を高い位置に設けて有機物による目詰まりを防止できるようにするとよい。この結果、下り方向に対する温風供給口と上り方向に対する温風供給口とは、段違いとなる。
【００１３】
また、温風供給口から吹き出す温風は、密閉容器内へ新鮮な空気を送り込む役割を果たし、攪拌羽根の下り方向及び上り方向それぞれに向けた一対の温風供給口を設けることで、密閉容器内全域に広く新鮮な空気を供給できる。生分解を発揮する微生物は好気性菌であり、生分解によって発生する二酸化炭素や水蒸気を適宜排出し、代わって新鮮な空気を送り込むことで、微生物の活発な働きを確保できる。本発明では、温風供給口と排気口とを組み合わせることで、一連の空気の循環経路を構成し、微生物の活発な働きを確保できる換気を実現する。このため、温風の供給は加圧、排気は吸引による負圧にすると、より好ましい。排気は同時に水蒸気を排出するが、液化して溜まる水については、別途密閉容器に排水口を設けて排出するとよい。
【００１４】
こうして、上記生分解処理装置の密閉容器に本発明の生分解促進ブロックと共に有機廃棄物を投入し、密閉容器全体の加温と温風の吹き出しとにより間接的及び直接的に有機廃棄物を加温して、この有機廃棄物の温度を微生物の繁殖に適した温度範囲に維持した状態で、生分解促進ブロックが外面によって有機廃棄物を物理的に粉砕しながらこの生分解促進ブロックに付着して微生物が均一に分散することで、微生物による有機廃棄物の生分解を促進する有機廃棄物分解処理方法を実現できる。本発明の生分解処理装置と生分解促進ブロックとの組み合わせにより、生分解処理に必要な条件(1),(2)及び(3)がすべて充足され、従来に比べて短時間でほぼ完全な生分解が可能となる。生分解促進ブロックは、連続的な使用においても磨耗することなく、定期的に水洗して繰り返し使用する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図を参照しながら説明する。図１は本発明の一例を示す生分解処理装置の部分破断正面図、図２は同生分解処理装置の処理開始前を表す断面図、図３は同生分解処理装置の密閉容器１内に予め投入しておく生分解促進ブロック２の一例を示す斜視図、図４は処理中を表す図２相当断面図であり、図５は処理完了を表す図２相当断面図である。
【００１６】
本例に示す生分解処理装置は、外観や基本的な構造は従来見られる同様の装置と変わりはない。生分解処理装置は、図１又は図２に見られるように、処理対象となる有機廃棄物３と生分解を促進する生分解促進ブロック２(図３参照)とを投入する密閉容器１を中心に構成し、図示を省略するが、回転軸５の電源部又は動力部、制御部や脱臭装置等を付設する。密閉容器１は、攪拌羽根４を半径方向に突設した回転軸５を内蔵し、底部６は前記回転羽根４の回転軌跡外縁に沿う円弧状に形成している。密閉容器１上部前面には投入口７を、同密閉容器１下部背面には排出口８を設けている。投入口７からは、有機廃棄物３や生分解促進ブロック２を投入する。有機廃棄物３は生分解を受けて殆ど残らないが、定期的に生分解促進ブロック２を回収する際に排出口８を利用する。
【００１７】
密閉容器１は、壁面９に対して断熱ジャケット10を覆設しており、内部に貫通する排気口11、排水口12及び回転軸５と、投入口７及び排出口８を除く範囲に加温空間Ｓを形成している。この加温空間Ｓには外部の加熱送風部(図示略)より温風供給パイプ13を通じて温風Ｆが供給され、加温空間Ｓ全域を加温して、密閉容器１に投入した有機廃棄物３を間接的に加温する。また、温風Ｆは密閉容器１側面に設けた一対の温風供給口14,15から吹き出し、密閉容器１に投入した有機廃棄物３を直接的に加温する。本例の密閉容器１における温風供給口14,15は、図２に見られるように、投入口７下縁に沿って並べた下位供給口14と、対向面上方に並べた上位供給口15とからなる。回転軸５は投入口７に向かって回転しているので、下位供給口14が攪拌羽根４の下り方向、上位供給口15が攪拌羽根４の上り方向に対応している。下位供給口14には温風Ｆの吹出方向を斜め下に規制する偏向板16を付設し、上位供給口15には攪拌羽根４が跳ね上げた有機廃棄物３が飛び込まないように仕切板17を内部に設け、併せて温風Ｆの吹出方向を斜め下に規制している。
【００１８】
本例に用いる生分解促進ブロック２は、図３に見られるような、ギア又は星形状断面を有する中空の柱体構造で、耐磨耗性を備えたエンジニアリングプラスチックにより一体成形している。外面に突出する歯18(凸部位)が有機廃棄物に衝突すると線状に破砕力を加えて、生分解を受けてもろくなりつつある有機廃棄物を破砕し、微細化していく。微生物は、歯と歯との間19(凹部位)に付着したり、中空構造を形作る横断孔20内に潜り込んで、生分解促進ブロック２の攪拌と共に密閉容器内部全域へ略均一に拡散する。この生分解促進ブロック２は、小型であるほど有機廃棄物との接触延べ面積が大きくなるので好ましいが、小さすぎると前記破砕力が小さくなる。本発明においては、生分解性ブロック２の構造が重要であるため、大きさについて限定はないが、およそ外形７〜20mm、長さ７〜20mmを例示できる。また、材料となるエンジニアリングプラスチックは、新規に製造してもよいし、廃材利用、例えば廃車から回収された同素材を再利用できる。
【００１９】
次に、本発明による有機廃棄物３の分解処理の手順について説明する。まず、図２に見られるように、予め多数の生分解促進ブロック２を投入しておいた密閉容器１内に対し、投入口７から処理対象となる有機廃棄物３を投入する。本発明による生分解は、有機廃棄物３の種類を問わないので、ホテル、旅館、飲食店や家庭から排出される生ごみ、有機産業廃棄物、海産物残渣、下水汚泥、糞尿汚泥らを混在させて処理できる。生分解を担う微生物は、有機廃棄物３自身に付着していたり、大気中に浮遊しているので、補給する必要はない。本発明では、こうした微生物が最大限能力を発揮できる環境を作り出し、有機廃棄物３を短時間に生分解処分する。
【００２０】
投入口７を閉鎖した後、図４に見られるように攪拌羽根４を回転させて、生分解促進ブロック２と有機廃棄物３とが混在する状態で攪拌、混合していく。同時に、温風供給パイプ13から加温空間Ｓへ温風Ｆが供給され、一対の温風供給口14,15から有機廃棄物３に向けて温風Ｆを吹出すことで、間接的及び直接的に有機廃棄物３を加温する。温風供給口14,15からの温風Ｆの吹出しは新鮮な空気の供給の意味も有するが、主たる目的は有機廃棄物３の加温である。本発明の生分解処理において利用する微生物は、概ね好気性高温菌であり、生分解に必要な環境温度は40〜70℃、好ましくは45〜55℃である。このため、温風Ｆは専ら前記環境温度を実現するのに用い、別途密閉容器１に吸気口を設けて、新鮮な空気の補充を図るようにしてもよい。
【００２１】
図４から明らかなように、有機廃棄物３及び生分解促進ブロック２は、攪拌羽根４の攪拌により、攪拌羽根４の下り方向で圧縮されて低く、同上り方向で盛り上がって高くなる。この結果、一対の温風供給口14,15の有機廃棄物３に対する距離はほぼ等しくなり、加温作用も等しくできる。このように、温風供給口14,15に高低差を設けることは、密閉容器１内での温度分布を均一にする。このような環境のもと、有機廃棄物３は下位供給口14からの温風Ｆによって直接的に加温され、攪拌羽根４により下り方向に押し込まれる。加温空間Ｓによる間接的な加温は有機廃棄物３の温度低下を防ぎ、持続的な微生物の生分解を助ける。しかし、下位供給口14から遠くなる位置、例えば攪拌羽根４の上り方向では有機廃棄物３の温度低下が起きやすい。そこで、上位供給口15から温風Ｆを吹出して前記温度低下を防ぐ。本発明では、このようにして、密閉容器内１の温度分布は略均一に保ち、生分解に適した環境を構築している。
【００２２】
有機廃棄物３の生分解処理を迅速にするもうひとつの要素は、生分解促進ブロック２による物理的な破砕である。微生物は、有機廃棄物３を生分解して二酸化炭素と水(多くは水蒸気として発生する)とに生分解するが、この生分解はミクロ的なものであり、単純に生分解を実施すると、有機廃棄物３全体を生分解して消去してしまうには時間がかかる。そこで、本発明では、生分解促進ブロック２の外面に設けた凹凸18,19により有機廃棄物３を物理的に破砕し、ミクロ的な生分解によって逐次有機廃棄物３を消去できるようにしている。こうして、本発明によれば、およそ６時間程度で投入した有機廃棄物を生分解して、ほとんど固形物が残らない程度に消去できる。
【００２３】
処理後は、図５に見られるように、密閉容器１内には生分解促進ブロック２のみが残り、二酸化炭素及び水蒸気は排気口11から、水は排水口12からそれぞれ排出される。生分解に適した環境維持のため、温風供給口14,15から新鮮な空気を供給するのに対して、排気口11には吸引装置を接続し、一連の空気の循環経路を構成するとよい。また、生分解促進ブロック２は吸水性を有していないため、有機廃棄物３が出す汚水等を吸着することなく、この汚水も生分解してしまうため、例えば木片を利用した生分解に比べて異臭を発する虞れが少ない。しかし、当初より異臭を発する有機廃棄物も処理することも考えられるから、排気口11に対しては脱臭装置(図示略)を接続するとよい。
【００２４】
【発明の効果】
本発明により、異臭を発生させることなく、短時間に有機廃棄物の生分解処理を実現できるようになる。上述した通り、生分解処理は有機廃棄物を二酸化炭素と水とに分解するため、二次処理すべき残渣もなく、廃棄物処理手段としては優れている。しかも、従来装置では処理時間が比較的長く必要としていたために異臭を発していたが、本発明では処理時間を大幅に短縮できるのでほとんど異臭を発生させずに済む利点がある。これらは、物理的破砕能力を付加した生分解促進ブロックと、適切な環境、とりわけ温度維持を図る生分解処理装置との組み合わせによるところが大きい。それぞれ、単独にて利用可能であるが、本発明は両者を併用することによって、最も理想的な有機廃棄物の生分解処理を実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例を示す生分解処理装置の部分破断正面図である。
【図２】同生分解処理装置の処理開始前を表す断面図である。
【図３】同生分解処理装置の密閉容器内に予め投入しておく生分解促進ブロックの一例を示す斜視図である。
【図４】処理中を表す図２相当断面図である。
【図５】処理完了を表す図２相当断面図である。
【符号の説明】
１ 密閉容器
２ 生分解促進ブロック
３ 有機廃棄物
４ 攪拌羽根
14 下位供給口(温風供給口)
15 上位供給口(温風供給口)
Ｓ 加温空間
Ｆ 温風

Claims (2)

1. 投入した有機物を攪拌、混合しながら微生物により生分解する処理装置であって、投入した有機物を攪拌、混合する攪拌羽根を内蔵した密閉容器からなり、該密閉容器壁面に断熱ジャケットを覆設して加温空間を形成し、前記密閉容器に内蔵した水平回転軸により回転される攪拌羽根の下り方向及び上り方向それぞれに向けた一対の温風供給口を前記加温空間に連通して設け、前記加温空間に連通しない位置に排気口を設けて、加温空間へ供給する温風によって密閉容器全体を加温して間接的に有機物を加温すると共に、温風供給口から密閉容器内の有機物に向けて温風を吹き出して直接的に有機物を加温し、また前記温風により密閉容器内へ新鮮な空気の供給を図り、発生したガス又は古い空気を排気口から排出して一連の空気の循環経路を構成してなる生分解処理装置。
2. 請求項１記載の生分解処理装置の密閉容器に、耐摩耗性を備えた合成樹脂製で外面に凹凸を形成した一体成形品からなる生分解促進ブロックと共に有機廃棄物を投入し、密閉容器全体の加温と温風の吹き出しとにより間接的及び直接的に有機廃棄物を加温して、該有機廃棄物の温度を微生物の繁殖に適した温度範囲に維持した状態で、生分解促進ブロックが外面によって有機廃棄物を物理的に粉砕しながら該生分解促進ブロックに付着して微生物が均一に分散することで、微生物による有機廃棄物の生分解を促進する有機廃棄物分解処理方法。

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