JP4051958B2 - Greenhouse with bioreactor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイオリアクター付き温室に関し、更に詳細には、バイオマスを高度好熱菌により分解再合成させるバイオリアクターと温室とを組み合わせた装置であって、生ごみなどのバイオマスを肥料化し、且つ発生する炭酸ガス、熱を温室内の植物の生育に利用するようにして、物質循環に有効な貢献し得る装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
観賞用または生産用の各種植物を育てるのに温室が使用されていること、また農家などでは従来、落ち葉、藁、馬糞など発酵性の廃物を土に鋤き込み、土中の微生物による有機質肥料化と、その際発生する発酵熱を利用して苗などの促成栽培をする温床が用いられていたことは知られている。
【0003】
また地球内における物質は有限であり、有史以来人口の急激な膨張による各種の弊害が発生し、循環型社会への移行が各地で試みられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、周知のように都市化が進むと共に家庭やレストランなどから出る生ゴミ対策が行政上の重要課題になって来ており、その処理手段が、従来から各種提案され、また実際に実施することが試みられ、その結果微生物により容積を減少させながら肥料化して再利用を図る方向に集約される指向にあると認識される。
【0005】
本発明者は、かつて流し台で発生した生ゴミをシンクの下で圧縮・脱水して生乾き状にし、廃棄する際の腐敗を抑制するプロジェクトに参加し、その後に独自に検討を重ね、生ゴミ容積をほぼ20〜50%にまで圧縮できる装置(特許第2120653号)を開発した。しかしながらこの圧縮物は、このままでは焼却または埋め立てするしかないものであった。
【0006】
そこで本発明者は、前記圧縮・脱水物が微生物の繁殖に適していることに着目し、微生物反応により生ゴミを肥料化する検討を独自に開始した。その結果、土壌中に通常休眠状態で僅かに存在する高度好熱菌(70℃以上の温度で増殖する菌、中には200℃以上でも増殖する菌がある)を、例えば70〜85℃の温度に保持した生ゴミ中で培養すると、生ゴミ中の窒素分など、有機物分子を高度好熱菌の遺伝子情報により無機質レベルにまで分解再合成させ得ることを見出し、バイオマス分解再合成方法およびその装置(以下バイオリアクターという)として平成13年6月15日に特許出願した。
【0007】
この高度好熱菌による生ゴミ処理方法は、一般家庭で出る生ゴミの場合、流し台の下の空間に収まる小型の装置で処理し、2〜4ヶ月程度の間に、水分が付着した生ゴミ容積を3〜5%にまで減容させ、且つ腐敗菌などの雑菌を含まず、無機化しやすい有機質肥料とすることができるという特徴がある。
【0008】
前記バイオリアクターは、高度好熱菌を増殖させるために加温する必要があり、また生ゴミも分解再合成反応の進行に伴い発熱するので温度管理をする必要があるが、オンオフ制御程度の簡単な制御手段で、ほぼ完全な自動運転が可能である。
【0009】
以上のような特徴のあるバイオリアクターを温室と結び付けることにより、生ゴミを一切外部に廃棄しないで、発生する熱、炭酸ガス等、肥料を利用して清潔な無農薬野菜を自給することが可能であることが考えられた。
【0010】
即ち本発明の目的は、前記バイオリアクターを大型厨房から出る生ゴミ処理のような大型のものから一般家庭用の小型のものまで利用可能で、発生した生ゴミを全て肥料として野菜を栽培し、 生ゴミを廃棄しないようにし、循環型システムを培養、栽培などにより実践し得るバイオリアクターを備えた温室を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するための本発明のバイオリアクターを備えた温室は、温室およびバイオリアクターからなり、該バイオリアクターは、加熱手段および攪拌機を備え、湿潤状態のバルク状バイオマスを空気の存在下に高度好熱菌によって分解再合成させ、生成した炭酸ガスを含む排気の少なくとも一部を前記温室内に供給し、前記攪拌機は、攪拌軸方向を向く送りと、半径方向を向く送りとを行う攪拌羽根を設けており、該バイオリアクター内を前記回転軸方向及び該軸と交差する方向に緩い速度で前記バイオマスを循環させると共に、該バイオリアクター内に、前記加熱手段に近い部分に生じる高温部分と、供給される前記空気に接する低温部分とを生じさせ、少なくとも間欠的に前記湿潤状態のバルク状バイオマスを新たに供給しながら前記分解再合成を行わせるようにしたものである。
【0012】
本発明において高度好熱菌とは、前記高度好熱菌が、土壌を採取し、おが屑などのバルク状バイオマスに混入して70℃以上、好ましくは85℃またはそれ以上の高温に保持することにより、前記土壌中に存在する菌群中、生き残ることのできる菌を意味する。
前記土壌は、何処で採取したものでもよいが、通常落ち葉の下など肥沃な土壌から採取したものが好ましいと思われる。また前記殺菌処理をする土壌菌(前記土壌中の菌)は、採取したまま添加してもよいが、おが屑などの木材チップ、ピートモスなどの担体に移したものは、周囲を汚さないなどの点で好ましい。なお、土壌菌内に含まれる高度好熱菌の菌株は、バイオマスを分解再合成反応を行うDNAプログラムを備えたものであれば、どのような種類のものであってもよい。
【0013】
本発明に使用する前記バイオマスには特に限定はないが、例えば調理屑、食事などの残滓などの生ゴミ、畑、集荷場などで切り落とされたり選別落ちしたりした農産物屑、家畜や魚などの解体残滓、家畜の糞などである。但し本発明の対象はこれに限定されるものではなく、高度好熱菌に必要な栄養バランスを欠いたバイオマスに適用することもできる。この場合、高度好熱菌の生存率が低下するなどの問題が生じるときには不足する栄養を補給することが好ましい。その点栄養的にバランスの取れた献立から出る生ゴミは、菌に対する栄養バランスも満たしうると考えることができる。
【0014】
本発明において温室とは、ガラスの外、ポリカーボネート、ビニールなどの合成樹脂板又はシートなどで空間を区画した中で植物を育てる、いわゆる通常的な意味での温室の外、ビニ―ルハウスのような簡易温室、住宅などと併設した温室、サンルームなど、住宅、ビルの屋上などの一部に太陽光が十分差し込むようにした部屋、比較的急勾配の一般住宅などの屋根の一部をガラス屋根とした屋根裏部屋や、ベランダ、 テラスなどに作った仮設的なものも含まれる。
【0015】
高度好熱菌による分解再合成反応は、当然空気を必要とする。したがってバイオリアクターには新鮮な空気を供給する必要がある。そのバイオリアクターに供給する空気として、全供給空気の少なくとも一部に温室内の空気を取り込み、特に寒冷期の電力節約、加温経費節約を図ることができる。
【0016】
前記温室内に供給する前記排気には、バイオマスとして生ゴミを投入した直後や、特に臭いのきつい生ゴミなどを使用した場合はもとより、一般に前記例示のバイオマスにある特有の臭いや、分解再合成の過程で発生する臭いが着く場合がある。そこで、排気ガスは、脱臭してから温室に供給するようにすることができる。
【0017】
前記脱臭方法には特に限定はなく、例えばオゾンなどによる化学的方法の外、活性炭、木炭、その他の多孔質体、例えば軽石、珪藻土、おが屑なども使用することができる。またアンモニア臭などは酸性液上を通過させることにより取り除くことができる。なお、ごく僅かな臭いに対しては香料による臭い付けも有効な場合もある。
【0018】
温室は寒冷期など暖房を必要とし、また前記説明のとおり、本発明のバイオリアクターは、内容物のバイオマスの一部を部分的に70℃以上、好ましくは85℃以上に昇温させておくため加熱手段を必要としている。そのため排気温度を更に高い温度に保つ蓄熱装置をバイオリアクターと温室との間に配置し、 蓄熱装置を通過させた後バイオリアクタおよび温室に供給するようにすることができる。
【0019】
また前記脱臭剤として固体を使用する場合には、蓄熱装置と類似の構造体とすることができる。したがって、脱臭装置と蓄熱装置とを一体とし、設置面積を小さくするために縦型とすることができる。
【0020】
そして蓄熱装置は、おが屑、落ち葉など湿潤空気によって発酵し、堆肥となるバイオマスを充填し、この充填層の中をバイオリアクターを出た排気を通過させ、前記充填物が発酵する熱で排気および温室を暖め得ることができる。
【0021】
即ち、本発明のバイオリアクターおよび蓄熱装置の少なくともいずれか一つから放散する熱によって温室内の空気を暖めうるようにし、前記温室内気温が低下した際の暖房用に使用することができる。この場合の具体的方法として、 温室内にバイオリアクターおよび蓄熱装置を配置する余裕のある温室では、温室内に設備し、 カーテン、可動式仕切りなどを使用して暖房不要時には、温室に供給する排気中に含まれる余分の熱が植物栽培領域に伝わらないようにすることができる。
【0022】
更に、 温室の傍らにバイオリアクター、脱臭装置および蓄熱装置を内装した小屋または容器のようなもの(保温室)を設置し、蓄熱装置を出た排気、 バイオリアクターに供給する温室内空気は、配管などにより供給するようにすることができる。また、脱臭装置および蓄熱装置は電熱器などによる加熱もできる。
【0023】
バイオリアクターに新たに供給するバイオマスが生ゴミの場合、 付着水のままの状態で投入しても、最初の内は1日でほぼ1/2減容し、10日でほぼ1/5に減容し、最終的にほぼ3〜5%の容積に減容する。したがって、生ゴミは、業務用の場合でも食事時間のサイクルで発生するため、バイオマスの供給は一般に間歇的に行われる。それに対し取り出しは、前記のとおり最終的減容率が極めて高いので、オーバーフローさせるようにすることから、反応室が満杯となるまで滞留させるなど各種の方法で実施できる。
【0024】
また、本発明の高度好熱菌によりバイオマスの分解再合成は、例えば、調理した魚の骨をそのままバイオリアクターに投入した場合、ほぼ1週間で原形がなくなるまで分解されることを確認している。しかしながら、バイオマスがバイオリアクター内に滞留する平均滞留時間を、30日、好ましくは60日、更に好ましくは90〜120日となるようにする。減容の程度、肥料としての品質の求め方によって適宜滞留日数を選定できる。
【0025】
しかしながら、温度低下、 特に加熱器の付近の温度が低下すると、 低温で増殖する雑菌が増殖するおそれが増し、 高度好熱菌の活性が低下する可能性が増大する。したがって、前記した特許第2120653号に開示した装置によって、生ゴミを圧縮脱水したのちバイオリアクターに投入することができる。
【0026】
バイオリアクターに取り付ける攪拌機は、前記のとおり攪拌軸方向を向く送りと、半径方向を向く送りとを行う攪拌羽根を設けており、該バイオリアクター内を前記回転軸方向及び該軸と交差する方向に緩い速度で前記バイオマスを循環させると共に、反応の進行と共に一定方向に送りをかけると、処理を終わったバイオマスと処理中のバイオマスとを自然に分けることができる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下添付の図面を参照する一実施の形態を示し、本発明を更に具体的に説明する。
【0028】
図1に示す一実施の形態によるバイオリアクターを備えた温室1は、露地2に立てた温室3にバイオリアクター4を設けたものである。なお温室3内の熱が床3aから外部に放散されないように、断熱材3bを使用している。また、図1に示す符号5はカーテン、6は換気用の天窓、7は換気扇、8は保温カーテン、9はプランター、10はプランターラックである。
【0029】
本実施の形態で使用したバイオリアクター4は、図2および3に示すように脱臭器11および蓄熱器12と組合せて使用した。なお脱臭器11および蓄熱器12は、図2に示すように重ねて保温室13内に収容し、保温室13と温室3とはシャッター13a付きの窓13bによって相互に連通するようにした。
【0030】
バイオリアクター4は半円筒状の底部4aを有し、円筒軸上に2個の回転軸14を配置し、それぞれに横型の攪拌機15a、15b(以下攪拌機を総称するときには単に符号15によって表す)を配置した。
【0031】
各攪拌機15は、それぞれ軸方向と半径方向に送りを与える攪拌羽根15cを取り付けており、制御装置16(図4)によって正回転・逆回転させ、バイオマス17に、軸に並行方向の送りと、軸の周りを回転する送りとを与えて混合させながら、全体として図2に示す白抜矢印18の方向に移動させるようにした。なお攪拌機15a、15bの駆動装置は、図4に示すように制御装置16によって制御される電動機16a、16bによってそれぞれ独立して駆動するようにした。なお図4に示す符号15dは中間軸受、16cはそれぞれの回転軸14に取り付けたスプロケットであり、2点鎖線で示す符号16dはスプロケット16cに取り付けたチェーンを表す。。なお図2に示す4bは断熱材、15dは中間軸受けである。
【0032】
新たなバイオマス(本実施の形態の場合は生ごみ)は、バイオリアクター4の天井からなる蓋19(図2)に設けた投入口20(図3)から投入するようにした。またその反対側には取出し口21を設け、同様の蓋19(同じ符号で表す)を設けている。
【0033】
バイオリアクター4の底部4aには電気ヒーターからなる面状の加熱装置22(図2)を全面に配置し内部温度を所定温度に保てるようにしている。更に投入口20側には生ごみが投入された際の温度低下を補うため発熱量を増強するようにすることもできる。その場合取出し口21側から生ごみを投入しないように鍵その他で容易に蓋が開かないようにすることが推奨される。
【0034】
高度好熱菌(図示せず)によりバイオマス17の分解再合成反応には酸素の供給が必要である。そのため本実施の形態ではバイオリアクター4と前記脱臭器11との間に排気管23を接続し、バイオリアクター4から排出される排気(実質的には炭酸ガス含有量が僅かに増えた空気)25を、脱臭器11に導入し、蓄熱器12から保温室13内に排出され、保温室13内から給気管26に取り入れ、バイオリアクター4内に吸気するようにした。なお図2, 3に示す符号25aは排気ファン、26aは給気ファン、26bは給気管26のフードである。
【0035】
次に脱臭器11および蓄熱器12について説明する。脱臭器11および蓄熱器12は、いずれも同じ形のプラスチック製の底が浅い容器を積み上げたものであり、最下段の脱臭器11は、排気管端部23bを二股状に加工し(図3)、下向きに複数の排出口11aを開口し(図2)、脱臭器11内に充填した脱臭剤(図示せず)に排気25を流通させ、蓄熱器12の底面に開けた開口12a(図2)から蓄熱器12内に流入させるようにした。
【0036】
脱臭剤には活性炭、軽石などの他、おが屑(いずれも図示せず)などを使用することができる。おが屑などを使用した場合は、脱臭作用の外に、アンモニアなどの低分子化合物などの微生物による捕捉、そして微生物のDNA遺伝子複製作用による有機高分子に変換し、無機化しやすい有機質肥料に変換される。
【0037】
なお脱臭器11には、図2に示すようにドレンパイプ27aおよびドレン捕集容器27を設けている。これは、バイオリアクター4内のバイオマス17の上部空間は、新たに投入されたバイオマスの付着水分などの外、再合成(生合成)時の反応水が温められて蒸発するため、排気25には水蒸気が多く含まれている。この水蒸気が排気管23および脱臭器11の中で冷やされて結露した水を捕集するためのものである。
【0038】
また図3示す排気ファン23aおよび給気ファン26aのバイオリアクター4側には、前記結露によるドレンを捕集するため、図5に示すよう排気管23の内部に邪魔板23bを取り付け、その下にカップ27bを取り付けている(給気管26も同様)。
【0039】
蓄熱器12は、内部に落ち葉(図示せず)などのバイオマスを充填したものであり、その中を水蒸気を含む暖かい排気25の通過で落ち葉、その他のバイオマス中の微生物による捕捉、そして微生物DNA遺伝子複製情報作用による有機高分子化により無機質化し易い有機質肥料となる。また保温室13は、バイオリアクター4および脱臭器11、蓄熱器12から発生する炭酸ガスなどの温室効果ガスと太陽光の入射とによって内部温度が上昇し、蓄熱器12を温めることができる。
【0040】
したがって蓄熱器12内では、昼間は前記微生物反応が加速され吸熱して平衡に達するまで蓄熱され、夜間には太陽光によるエネルギー供給が止まり、平衡に達するまで放熱して温室3を温めることができる。
【0041】
温室3内の空気と炭酸ガス等の温室効果ガスとを含む排気25とは保温室13に取り付けた窓13bを通じて温室内空気と混ざり合い、保温室13内の炭酸ガスの希釈と、温室3側への炭酸ガス供給およびバイオリアクター4内、脱臭器11、蓄熱器12に分配されることにより、それぞれの反応作用による効果を発揮し、それぞれの機器及び装置全体にエネルギーを蓄積する。また日中、または夏など温室内の温度が上昇した際はカーテン5を引いて保温室13の周囲の熱が温室内に伝わりにくいようにすることができる。
【0042】
上記説明のバイオリアクター4、脱臭器11、蓄熱器12、保温室13などの形状および配置、それに伴う配管の仕方、ドレンを捕集するか放流するかなどは、本発明の本質を変更しない限り実際に即して任意の形態で実施することができる。
【0043】
以上説明した温室3は、床面積約100m2 で、2枚のポリカーボネート板の間に空隙を設けて張り合わせた透明板で屋根および周囲壁面を形成した温室ないしサンルーム状のものを使用した。またバイオリアクターは、生ゴミ(庭の雑草も含む。この場合高度好熱菌の補給にもなる。)処理3kg/D、ピーク5kg/Dを目標に設計したもので、幅・長さ・全体高さがそれぞれ960・580・700で、容積90リットル、ヒーター容量300W、消費電力100W/hのステンレス製防滴型のものを使用した。脱臭機11の容量は100リットル、蓄熱器12の容量は200リットル、保温室13の容積は1.3m3 で、屋根および壁面は市販ガラス板で覆った。また、排気25の脱臭器11ー蓄熱器12を通過する平均滞留時間が90秒となるように設計した。
【0044】
次に、バイオリアクター4の操作方法を説明する。先ずバイオリアクター4内におが屑など容易に入手できるバイオマスを充填し、これにできるだけ肥沃な土壌を採取し、バイオリアクター4内に投入する。本実施の形態において使用した土壌は、本発明者の住所に隣接する林の土壌を採取した。この際の量は特に限定はないが、余り少ないと高度好熱菌の増殖に時間が掛かり好ましくなく、前記容量のバイオリアクター4の場合、1kg程度が経験的に適当である。
【0045】
次いで加熱装置22をオンし、内容物の高温部分が 70℃以上、好ましくは85℃以上、低温部分が40℃以上、含水率が15〜30%となるように管理する。バイオマス(この場合おが屑)の色は日増しに赤褐色から黒褐色に変化する。なお、前記おが屑は取り扱いに不潔感が無く容易に入手できるバイオマスとして使用したものであり、その他高度好熱菌を培養できるものであればよく、原理的には生ゴミであってもよい。
【0046】
稼動準備ができたら処理対象のバイオマス(本実施の形態の場合は家庭で出る生ゴミ、取り除いた雑草など)を、平成13年9月12日から、原則として1日1回の割合で、適宜投入し現在も継続している。最近各部温度を測定した内の2日分のデータを表1に例示する。なお使用した温度計は各測定部に取り付けた棒状アルコール温度計を使用した。
【0047】
【表1】
表1に示すとおり、外気温度がー3〜 10℃に対し温室内温度を明け方でも14℃以上、日照時には最高37℃に達することができる保温効果が得られることが分かった。したがって、生ゴミその他廃棄するしかないようなバイオマスから有用な肥料を製造すると共に発生する熱および炭酸ガスを温室3内に放出することで利用可能とすることができる。
【0048】
なおプランター9内には別の温室で育てたホウレン草(図示せず)の外に、平成14年1月5日にアブラナ、エンドウ豆、ホウレン草、ニラ、ワケギ、パセリ、アシタバを播種した。播種した種はその後1月11日にアブラナが発芽した後、順次発芽がはじまり、最終的に65〜97%の発芽率で全てが発芽した。
【0049】
図6に示す第2実施の形態によるバイオリアクターを備えた温室は1戸建の2階部分の一部を温室3に改造したものであり、実質的構成は図1に示した温室3と同様の構成としたので、同様の部材には同じ符号を付し説明を省略する。なお図6に示す符号30は1階の壁、31は1階の床、32は1階部分の庇を兼ねる通路、33はパラペットである。
【0050】
以上説明の趣旨とは別に、前記バイオリアクターを単に減容機として利用することができる。その場合は完全防水型とし、攪拌機を傷める金属、食器や、高度好熱菌によって分解されないプラスチック類をより分けた生ゴミなどのバイオマスを投入し、少なくとも30日程度反応させることにより容積を10分の1以下に減容することができる。このものは、量が少なくなっているために、毎日廃棄する必要が無く、廃棄処理も容易になるので、からす対策も行いやすくなり、循環型社会環境を構築しにくい市街地の生ゴミ対策として有効であると考える。
【0051】
この場合、冬季など外気温度が低く給気によるバイオリアクターの温度低下が起こる場合には、加熱装置の容量を大きくすることで対応できるが、別の方法として給気と排気とを交流させて熱交換を行わせることが有効であり、その際発生するドレンは蒸留水であるのでそのまま排出させることができる。
【0052】
また虫対策としては開口部に小バエが通過しないような目の細かい網を張り、また猫対策としては近寄れないように金網などでガードすれば、不用意にこぼした生ゴミを漁るとか、冬バイオリアクターの上で暖を採るのを防止するなどの対策となる。
【0053】
また間歇的に取り出し口を開けて減容した生ゴミ等を取り出すこともできるが、前記平成13年6月15日出願明細書図面に記載したように、オーバーフローセルに常時内容物の増加と共に処理済分を溢れ出させると、廃棄処理を行い易くすることができる。
【0054】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のバイオリアクターを備えた温室は、土壌中に存在する高度好熱菌を活性化させることにより、生ゴミ等のように従来廃棄処分するしかないバイオマスを肥料化しながら発生する熱および炭酸ガスを温室の暖房や植物の生育に利用することができという効果に止まらず、今後ますます要求の高まる循環型社会形成に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態によるバイオリアクターを備えた温室の縦断面図による概要説明図である。
【図2】図1に示すバイオリアクター、脱臭部および蓄熱部の縦断面図である。
【図3】図2の横断面図である。
【図4】図2, 3に示すバイオリアクター4の縦断面図である。
【図5】図3に示す排気ファン25a部分の縦断面図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態によるバイオリアクターを備えた温室の縦断面図による概要説明図である。
【符号の説明】
1 バイオリアクターを備えた温室
3 温室
4 バイオリアクター
11 脱臭器
12 蓄熱器
13 保温室
14 攪拌軸
15a 攪拌機
15b 攪拌機
15c 攪拌羽根
17 バイオマス
22 加熱手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a greenhouse with a bioreactor, and more particularly, an apparatus that combines a bioreactor that decomposes and re-synthesizes biomass with highly thermophilic bacteria and a greenhouse, fertilizes and generates biomass such as food waste The present invention relates to an apparatus that can effectively contribute to material circulation by utilizing carbon dioxide gas and heat for growing plants in a greenhouse.
[0002]
[Prior art]
Greenhouses are used to grow various ornamental or production plants, and farmers have traditionally planted fermentable waste such as fallen leaves, straw and horse dung into the soil, and organic fertilizers by microorganisms in the soil It has been known that a hotbed that uses forcing cultivation such as seedlings using the fermentative heat generated at that time is known.
[0003]
In addition, the materials on the earth are finite, and various evils due to the rapid expansion of the population have occurred since history, and attempts to shift to a recycling society have been made in various places.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as is well known, urbanization has progressed, and measures to deal with garbage from households and restaurants have become an important administrative issue. Various processing methods have been proposed and implemented in the past. As a result, it is recognized that there is a tendency to concentrate in the direction of fertilizer while reducing the volume by microorganisms and to recycle.
[0005]
The present inventor participated in a project to reduce the decay when the garbage generated in the sink was compressed and dehydrated under the sink into a dry state, and then discarded. Has been developed (Japanese Patent No. 2120653) capable of compressing up to 20-50%. However, this compressed product can only be incinerated or landfilled as it is.
[0006]
Accordingly, the inventor has focused on the fact that the compressed / dehydrated product is suitable for the propagation of microorganisms, and has independently started the study of fertilizing raw garbage by a microbial reaction. As a result, highly thermophilic bacteria that are slightly present in a dormant state in the soil (bacteria that grow at a temperature of 70 ° C. or higher, and some bacteria that grow at 200 ° C. or higher) are, for example, 70 to 85 ° C. When cultivating in raw garbage kept at temperature, we found that organic matter such as nitrogen in raw garbage can be decomposed and re-synthesized to the inorganic level by genetic information of highly thermophilic bacteria. A patent application was filed on June 15, 2001 as a device (hereinafter referred to as a bioreactor).
[0007]
This method of treating garbage with highly thermophilic bacteria is to treat garbage in a household with a small device that fits in the space under the sink, and to which moisture has adhered for about 2 to 4 months. The volume is reduced to 3 to 5%, and there is a feature that organic fertilizer that is easy to be mineralized can be obtained without containing bacteria such as spoilage bacteria.
[0008]
The bioreactor needs to be heated in order to grow highly thermophilic bacteria, and the garbage also generates heat as the decomposition and resynthesis reaction progresses. With a simple control means, almost complete automatic operation is possible.
[0009]
By linking the bioreactor with the above characteristics to the greenhouse, it is possible to self-suffice clean organic vegetables using generated fertilizers such as heat, carbon dioxide gas, etc., without discarding any garbage to the outside. It was thought that.
[0010]
That is, the object of the present invention is to use the bioreactor from a large one such as a garbage disposal from a large kitchen to a small one for general households, cultivating vegetables using all the generated garbage as a fertilizer, The purpose of the present invention is to provide a greenhouse equipped with a bioreactor capable of practicing a circulation system by culturing, cultivating and the like so as not to dispose of raw garbage.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A greenhouse equipped with the bioreactor of the present invention for achieving the above object comprises a greenhouse and a bioreactor, and the bioreactor is provided with a heating means and a stirrer, and wet bulk biomass in the presence of air. At least a part of the exhaust gas containing carbon dioxide generated by decomposition and resynthesis by highly thermophilic bacteria is supplied into the greenhouse, and the stirrer performs stirring that feeds in the direction of the stirring axis and feeds in the radial direction. A blade is provided, and the biomass is circulated in the bioreactor at a slow speed in the direction of the rotation axis and in a direction crossing the axis, and a high temperature portion generated in a portion close to the heating means in the bioreactor; A low-temperature portion in contact with the supplied air, and at least intermittently supplying the wet bulk biomass anew It is obtained so as to perform the decomposition resynthesis.
[0012]
In the present invention, the extreme thermophile means that the extreme thermophile collects soil, mixes it with bulk biomass such as sawdust, and keeps it at a high temperature of 70 ° C or higher, preferably 85 ° C or higher. In the group of fungi existing in the soil, it means a fungus that can survive.
The soil may be collected anywhere, but it is usually preferable to collect it from fertile soil such as under fallen leaves. In addition, soil fungi that are subjected to the sterilization treatment (fungi in the soil) may be added as collected, but those that have been transferred to a carrier such as wood chips such as sawdust or peat moss will not stain the surroundings. Is preferable. In addition, as long as the strain of the extreme thermophile contained in a soil microbe is equipped with the DNA program which decomposes | disassembles and re-synthesizes biomass, what kind of thing may be sufficient.
[0013]
The biomass used in the present invention is not particularly limited. For example, cooking waste, food waste such as meals, agricultural waste that has been cut off or sorted out in fields, collection areas, etc., livestock and fish, etc. Such as demolition residues and livestock droppings. However, the subject of the present invention is not limited to this, and can also be applied to biomass lacking the nutritional balance required for highly thermophilic bacteria. In this case, when a problem such as a decrease in the survival rate of the extreme thermophile occurs, it is preferable to supplement the lack of nutrients. In that respect, it can be considered that the garbage generated from the nutritionally balanced menu can satisfy the nutritional balance for the bacteria.
[0014]
In the present invention, the greenhouse refers to the outside of a greenhouse in a normal sense, such as a vinyl house, where plants are grown in a space partitioned with a synthetic resin plate or sheet such as polycarbonate or vinyl outside of glass. A glass roof covering a part of the roof of a simple greenhouse, a greenhouse attached to a house, a solarium, etc., a room where sunlight is sufficiently inserted into a part of the house, the rooftop of a building, a relatively steep ordinary house, etc. Temporary things made on the attic, veranda, terrace, etc. are also included.
[0015]
The decomposition and resynthesis reaction by highly thermophilic bacteria naturally requires air. Therefore, it is necessary to supply fresh air to the bioreactor. As the air supplied to the bioreactor, the air in the greenhouse can be taken into at least a part of the total supply air, and in particular, it is possible to save power during the cold season and save heating costs.
[0016]
In the exhaust gas supplied to the greenhouse, not only immediately after the raw garbage is input as biomass, but also particularly when the odorous raw garbage is used, in general, the specific odor and decomposition / resynthesis of the exemplified biomass are used. Odors that occur during the process may arrive. Therefore, the exhaust gas can be supplied to the greenhouse after deodorizing.
[0017]
The deodorizing method is not particularly limited. For example, activated carbon, charcoal, and other porous materials such as pumice, diatomaceous earth, sawdust, etc. can be used in addition to a chemical method using ozone or the like. Ammonia odor and the like can be removed by passing over an acidic liquid. In addition, for a very slight odor, scenting with a fragrance may be effective.
[0018]
The greenhouse requires heating such as in the cold season, and as described above, the bioreactor of the present invention partially heats a part of the biomass in the contents to 70 ° C. or higher, preferably 85 ° C. or higher. Requires heating means. Therefore, a heat storage device that keeps the exhaust temperature at a higher temperature can be arranged between the bioreactor and the greenhouse, and can be supplied to the bioreactor and the greenhouse after passing through the heat storage device.
[0019]
Moreover, when using solid as said deodorizing agent, it can be set as a structure similar to a thermal storage apparatus. Therefore, the deodorizing device and the heat storage device can be integrated, and a vertical type can be used to reduce the installation area.
[0020]
The heat storage device is fermented with moist air such as sawdust and fallen leaves, filled with biomass that becomes compost, passes through the packed bed through the exhaust from the bioreactor, and exhausts and greenhouses with the heat that the packing ferments. Can get warm.
[0021]
That is, the air in the greenhouse can be warmed by the heat dissipated from at least one of the bioreactor and the heat storage device of the present invention, and can be used for heating when the temperature in the greenhouse is lowered. As a specific method in this case, in a greenhouse where there is room for placing a bioreactor and a heat storage device in the greenhouse, exhaust is supplied to the greenhouse when it is installed in the greenhouse and curtains, movable partitions, etc. are not used for heating. It is possible to prevent excess heat contained therein from being transmitted to the plant cultivation area.
[0022]
Furthermore, a hut or container (household room) equipped with a bioreactor, deodorizing device and heat storage device is installed beside the greenhouse (exhaust from the heat storage device), and the greenhouse air supplied to the bioreactor is piped. Etc. can be supplied. The deodorizing device and the heat storage device can also be heated by an electric heater or the like.
[0023]
If the biomass newly supplied to the bioreactor is raw garbage, even if it is put in the state of adhering water, the volume is reduced by almost 1/2 in the first day and reduced to almost 1/5 in 10 days. To a final volume of approximately 3-5%. Therefore, since garbage is generated in a meal time cycle even for business use, biomass is generally supplied intermittently. On the other hand, since the final volume reduction rate is extremely high as described above, the removal can be performed by various methods such as allowing the reaction chamber to become full because overflowing is performed.
[0024]
In addition, it has been confirmed that the decomposition and resynthesis of biomass by the highly thermophilic bacterium of the present invention is decomposed until the original shape disappears in approximately one week, for example, when cooked fish bone is directly put into a bioreactor. However, the average residence time for the biomass to stay in the bioreactor is 30 days, preferably 60 days, and more preferably 90-120 days. The number of days of residence can be selected appropriately depending on the degree of volume reduction and the quality of the fertilizer.
[0025]
However, a decrease in temperature, particularly in the vicinity of the heater, increases the risk of miscellaneous bacteria growing at low temperatures, and increases the possibility that the activity of highly thermophilic bacteria will decrease. Therefore, the garbage disclosed in the above-mentioned Japanese Patent No. 2120653 can be put into the bioreactor after the garbage is compressed and dehydrated.
[0026]
As described above, the stirrer attached to the bioreactor is provided with the stirring blades that perform the feed in the direction of the stirring axis and the feed in the radial direction as described above, and the bioreactor in the direction of the rotation axis and the direction crossing the axis. When the biomass is circulated at a slow speed and sent in a certain direction as the reaction proceeds, the processed biomass and the biomass being processed can be separated naturally.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment with reference to the accompanying drawings will be described to describe the present invention more specifically.
[0028]
A greenhouse 1 equipped with a bioreactor according to an embodiment shown in FIG. 1 is a
[0029]
The
[0030]
The
[0031]
Each
[0032]
New biomass (in the case of the present embodiment, garbage) was introduced from an inlet 20 (FIG. 3) provided in a lid 19 (FIG. 2) formed from the ceiling of the
[0033]
A planar heating device 22 (FIG. 2) made of an electric heater is arranged on the entire surface of the bottom 4a of the
[0034]
Supply of oxygen is required for the decomposition and resynthesis reaction of the
[0035]
Next, the
[0036]
In addition to activated carbon, pumice and the like, sawdust (both not shown) can be used as the deodorizer. When sawdust is used, in addition to deodorizing action, it is captured by microorganisms such as ammonia and other low-molecular compounds, and converted to organic polymers by the DNA gene replication action of microorganisms, and converted to organic fertilizers that are easily mineralized. .
[0037]
The
[0038]
Further, on the side of the
[0039]
The
[0040]
Therefore, in the
[0041]
The
[0042]
As long as the essence of the present invention is not changed, the shape and arrangement of the
[0043]
The
[0044]
Next, a method for operating the
[0045]
Next, the
[0046]
When ready for operation, the biomass to be treated (in the case of this embodiment, raw garbage from the home, removed weeds, etc.) will be appropriately selected from September 12, 2001, once a day in principle. It has been introduced and continues today. Table 1 shows data for two days among the temperatures measured for each part recently. In addition, the thermometer used used the rod-shaped alcohol thermometer attached to each measurement part.
[0047]
[Table 1]
As shown in Table 1, it has been found that a warming effect that can reach a maximum temperature of 37 ° C. in the daylight can be obtained at 14 ° C. or higher even when the temperature inside the greenhouse is -3 to 10 ° C. outside. Therefore, it can be made available by producing useful fertilizer from raw garbage and other biomass that can only be discarded and releasing the generated heat and carbon dioxide into the
[0048]
The
[0049]
The greenhouse equipped with the bioreactor according to the second embodiment shown in FIG. 6 is obtained by remodeling a part of the second floor part of a detached house into the
[0050]
Apart from the purpose described above, the bioreactor can be used simply as a volume reducer. In that case, it will be a completely waterproof type, and it will be charged with biomass such as metal, tableware and plastics that are not decomposed by highly thermophilic bacteria, and will react for at least 30 days. The volume can be reduced to 1 or less. As this quantity is small, there is no need to dispose of it every day, and it becomes easy to dispose of it. I think it is effective.
[0051]
In this case, if the temperature of the bioreactor decreases due to supply air, such as in the winter, when the temperature of the bioreactor decreases, it can be dealt with by increasing the capacity of the heating device. It is effective to perform the exchange, and since the drain generated at that time is distilled water, it can be discharged as it is.
[0052]
In addition, as a measure against insects, a fine net that prevents small flies from passing through the opening is provided, and as a measure against cats, guarding with a wire net etc. prevents catching spilled garbage, or winter bio This is a measure such as preventing warming on the reactor.
[0053]
It is also possible to intermittently open the outlet and remove the reduced garbage, etc., but as described in the drawing of the application specification on June 15, 2001, the overflow cell is always treated with an increase in contents. When the finished portion overflows, it is possible to facilitate the disposal process.
[0054]
【The invention's effect】
As explained above, the greenhouse equipped with the bioreactor of the present invention is activated while fertilizing biomass that has conventionally only been disposed of, such as garbage, by activating highly thermophilic bacteria present in the soil. In addition to the effect that the heat and carbon dioxide gas that can be used for heating the greenhouse and the growth of plants, it can contribute to the formation of a recycling-oriented society that will be increasingly demanded in the future.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a greenhouse provided with a bioreactor according to a first embodiment of the present invention by a longitudinal sectional view.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the bioreactor, deodorization unit, and heat storage unit shown in FIG.
3 is a cross-sectional view of FIG.
4 is a longitudinal sectional view of the
5 is a longitudinal sectional view of an exhaust fan 25a portion shown in FIG.
FIG. 6 is a schematic explanatory view of a greenhouse provided with a bioreactor according to a second embodiment of the present invention, in a longitudinal sectional view.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Greenhouse provided with
15a Stirrer
15b Stirrer
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