JP4787920B2 - 醗酵処理方法。 - Google Patents

Description

本発明は、醗酵槽内に貯溜した有機性廃棄物を効率良く連続的に醗酵処理する醗酵処理方法に関するものである。

糞尿や食物残渣あるいは汚泥といった有機性廃棄物を醗酵槽内で醗酵処理する場合、通常、有機性廃棄物中あるいは空気中に含まれる微生物を利用した自然発酵によって行われる。微生物は、醗酵時における悪臭の発生を極力回避するため、好気性のものが利用される。
これら好気性の微生物群を効率良く増殖させて有機物を短時間で分解させるためには、醗酵槽内に堆積する有機性廃棄物内に十分な空気を供給する必要がある。例えば、ピット状の醗酵槽の始端側に設けた投入口から有機性廃棄物を投入し、この有機性廃棄物を終端側の排出口に向けて移送する間に徐々に自然醗酵させる連続的醗酵装置の場合、一般的には、醗酵槽の長さ方向への自走手段を有する台車に、有機性廃棄物を掻上げ攪拌するコンベア式切返し手段を取付け、台車が醗酵槽上方を終端側から始端側に移動する間に、切返し手段のコンベアに取付けた掻上げ部材によって切返し手段前方の有機性廃棄物を掻き揚げる一方、切返し手段後方の醗酵槽内に掻上げ部材内の有機性廃棄物を落下させ、有機性廃棄物を、空気との接触を図りつつ醗酵槽始端側から終端側に移送する。また、醗酵槽の底部には、醗酵槽内に堆積された有機性廃棄物に空気を供給する散気管が配置される。

醗酵槽に投入される有機性廃棄物は、その種類によって成分や含水率、粘性などの物性その他の性状が大きく異なる。また、同じ種類の有機性廃棄物であっても、季節や採集場所によって性状が相違する。したがって、醗酵処理を効率良く行うためには、有機性廃棄物を、醗酵槽に投入する前に予め醗酵に適した性状、すなわち醗酵に寄与する微生物群が増殖し易い環境に調整するのが望ましい。

特許文献１には、有機性廃棄物を醗酵槽に投入する前に、植物性スラッジと、必要に応じてスラッジ焼却灰や凝集材を有機性廃棄物に混入する前処理を行って、有機性廃棄物を保形性調整廃棄物とする技術が開示されている。

特公平８−７４４号公報

特許文献１によれば、混入される植物性スラッジとは、「例えば製紙工場などからでる植物性汚泥を脱水したもので、急速醗酵が可能なように水分や溶分を調整し、醗酵槽の中に入れられるようにしたものである」（上記公報５欄３９行から４２行）。植物性スラッジは、「有機性成分を吸着する性質があるうえ、繊維質でもあるので、保形効果が大きく、含水率が９８％以上の汚泥でも効率良く凝集させる」（同公報６欄３４行から３８行）。また「バクテリア菌等の土壌微生物を繁殖させる媒体として優れ」（同公報６欄３７行から３８行）る。
スラッジ焼却灰を必要に応じて混入するのは、「悪臭の強い場合の脱臭のためと、肥料として土壌改良効果が期待できるからである」（同公報６欄４１行から４２行）。
凝集剤は、「含水率が特に多いときや水溶性蛋白等が多いときなどこれら有機成分を更に効率良く凝集させるため」（同公報６欄４３行から４５行）に混入される。

したがって、これらの記載を総合するに、特許文献１記載の技術は、基本的には、醗酵槽への投入に先立って、各種凝集材によって有機性廃棄物を保形可能な程度の水分量に調整するという水分調整技術の一種と考えられ、凝集材として土壌微生物を繁殖させる媒体となり得る植物性スラッジを使用したものに過ぎない。

ところで、連続醗酵槽に投入される有機性廃棄物には、上記したように種々のものがあり、その物性もさまざまである。下水汚泥や特殊な食品残渣のように粘性の高い有機性廃棄物の場合、醗酵が進行していない初期段階のものをコンベア式切返し手段の掻き揚げ部材によって掻き揚げようとしても容易でなく、場合によっては掻き揚げ部材に大きな負荷がかかり、継続稼動により切返し手段の破損を招く。このことは、切返し手段としてコンベア式でない掻き揚げ部材あるいは他の切返し手段を用いた場合にも同様である。

特許文献１記載の技術は、植物性スラッジを始めとする凝集材に水分が凝集されるに過ぎないため、こうした事態を改善できない。凝集材添加により、有機性廃棄物中の含有水分量は変わらず、むしろ凝集材の添加量分だけ容積重が増えることから、含有水分率が低下するに過ぎないからである。
また、特許文献１記載の技術は、醗酵時間を短縮できたとしても、上記した容積重の増加によって、単位時間当たりの有機性廃棄物自体の処理量は減る可能性がある。

本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑み、連続式醗酵法において、醗酵槽に投入される前に有機性廃棄物を有効に前処理することにより、有機性廃棄物の性状いかんにかかわらず、切返し手段に負荷を生じさせることなく確実な切返しを行わせることができ、醗酵処理槽内での醗酵処理時間を著しく短縮し、単位時間当たりの処理量を増加させることのできる、醗酵処理法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は次の構成を備える。
すなわち、本発明方法は、醗酵槽内に収容した有機性廃棄物から成る被処理物を、醗酵槽の一端に設けた投入口から他端に設けた排出口に向けて移行させる間に、切返し手段による切返しを行いながら順次醗酵させる、有機性廃棄物の連続式醗酵法において、被処理物を所定の前処理を行って醗酵槽に投入する点に特徴がある。前処理は、被処理物を、固相と液相と気相の三相分布が固相３０％前後、液相３０％前後、気相４０％前後の割合にあり、物性が湿潤した粒子状になるように調整する。

醗酵槽を用いた従来の醗酵法では、醗酵槽に投入される被処理物は、未処理のままのものか、せいぜい水分調整したもの（水分調整材を同時投入するものや、特許文献１記載の技術を含む）がほとんどで、一部、リターン材を所要量、混合したものが散見されるだけであった。
本発明者は、水分量ではなく、被処理物の液相、固相、気相の三相分布に着目し、特に気相割合を重視し、三相分布が所定の割合になるような前処理を行うことで、醗酵槽内での醗酵処理を迅速かつ無理なく行うことが可能であることを見出した。

三相分布における上記調整数字は、それぞれ指定された数字の前後数％の状態を含む。特に、この数字は、連続式醗酵法において、例えば下水汚泥を対象に通常の醗酵処理を行った場合の１０日から１２日前後の醗酵状態における被処理物の三相分布状況にほぼ相当し、この段階で被処理物の物性は、湿潤した荒い粒子状を成すような状態にある。この醗酵状態に至る日数は、醗酵処理の対象物によって異なる。
湿潤した荒い粒子状とは、水分が３０％前後で、泥状や塊状の状態を脱した状況にある物理的性状をいう。醗酵を完了した被処理物は、液相が２０％前後、固相が２５％前後、気相が５５％前後の三相分布を示し、物理的性状として乾燥した粒子状を示す。

被処理物を上記三相分布になるようにするための前処理は、例えば物理的手法あるいは事前醗酵によって行われる。
物理的手法としては、被処理物をある程度水分調整した後に攪拌しながら破砕するなどの手法が採られる。例えば、特許第２９２９５７１号公報に見られるように、処理筒内で被処理物に対して圧縮と破砕及び混練を行う醗酵装置などを用いても良い。
事前醗酵による場合、床面に水分の排出手段を備えたヤードに被処理物を堆積し、被処理物中散気管を挿通して被処理物内部に空気を送り込むなどの手法が採られる。
ヤードには、被処理物を複数の山に分けて載置し、時間的に早くヤードに置かれたものから順次状醗酵槽に投入させるようにすると良い。

本発明は、次の効果を奏する。
被処理物を、固相と液相と気相の三相分布が固相３０％前後、液相３０％前後、気相４０％前後で、物性が湿潤した粒子状になるように調整する前処理を行った後で醗酵槽内に投入するようにしたので、被処理物の本来の性状いかんにかかわらず、醗酵槽内の切返し手段に当初から負荷を生じさせることがなく、しかも醗酵槽内での醗酵処理時間を著しく短縮して処理槽内での単位時間当たりの処理量を増加させることができる。
醗酵槽内での醗酵時間を短縮できることから、醗酵槽を短くすることができる。
醗酵槽に投入される時点で、被処理物が所定の三相分布割合に調整されているので、醗酵槽内での醗酵を均質化することができる。

以下、本発明の実施形態を、図１を参照しつつ詳説する。
図１は、本発明を適用した連続醗酵システムの概念構成図である。
図中符合１は、前処理工程を行う処理ヤードで、床板として、多数の通水孔を有する水切板4が用いられている。水切板の下方には、通水孔から流れ落ちる水分の排出路3が設けられている。また、水切板4の上には、外部に設けたブロワ5と連通する散気管2が敷設され、水切板上に堆積された有機性廃棄物中に外気を導入して醗酵を促す。
発生源から運搬された有機性廃棄物は、運搬された日にちごとに区別されて水切板上に山状に堆積される。図中Ｓ１〜Ｓ３は、処理ヤードに堆積された有機性廃棄物を示す、Ｓ１が最も早く運搬された有機性廃棄物を示し、以降、順にＳ２、Ｓ３と続く。

図中符合6は、所要の長さと幅を有する連続式の醗酵槽で、一端を上記前処理物の投入口6aとし、他端を醗酵処理物の排出口6bとする。醗酵槽6は、醗酵の全工程を行う従来のものに比べて約６０％程度の長さに設定されている。
醗酵槽6の上部両側には軌道が敷設され、この軌道上を切返し装置7が醗酵槽6の幅方向に移動可能な状態で、上記一端から他端間を走行する。
切返し装置7には、掻き揚げ式のコンベア8が設けられている。切返し装置8は、バケットに進行方向前方の被処理物を掬い上げて進行方向後方に払い落とすことにより、切返しを行いながら被処理物を順次投入口6aがわから排出口6b側に移行させる。
処理槽6には、底部に処理ヤードと同様な図示しない散気管が設けられ、被処理物に空気を供給する。

図２は、気相、液相、及び固相の三相分布の相関関係を示す図である。
処理ヤードでは、有機性廃棄物をその三相分布が図２中、Pの領域に含まれる段階まで醗酵調整する。Pの領域は、被処理物の三相分布が、気相４０％前後、固相３０％前後、液相３０％前後の領域である。この領域に達した有機性廃棄物は、物性が当初の汚泥状や塊状から変質して湿潤した粒子状になっている。

連続醗酵槽では、醗酵程度の異なる被処理物が槽内で長さ方向に順次存在する。処理ヤードでの前処理物に相当する被処理物の連続醗酵槽内におけるおおよその位置を、表１を参照しつつ説明する。
図３は、有機性廃棄物（下水汚泥）を１００ｍ長の連続醗酵槽に投入し、切返し装置によって切返しを行いながら醗酵させたときの層の長さ方向所定位置ごとの、温度（℃）と、気相割合（％）と、液相割合（％）と、固相割合（％）と、目視状態での物性とを測定した結果を表に表したものである。三相分布の測定は、土壌三相計によって行った。
測定は、２００４年５月１６日に投入したものと同年６月１５日に投入したもの２例について行った。それぞれの投入日における被処理物を対象物１、対象物２とする。

図３の表によれば、対象物１の場合、投入口近辺（０から４ｍ）では、気相割合が１０％、液相割合が５８％、固相割合が３２％と、他に比して液相割合の多い汚泥の塊状を成している。したがって、この時点では、切返し装置の稼動中、掻き揚げ部材に大きな負荷がかかることになり、切返し装置の進行速度も緩やかにならざるを得ない。
８〜１４ｍの地点に切り返しつつ移行された対象物１は、醗酵が開始されることにより、気相割合が４２％と一旦大幅に増え、その分、液相割合が３５％に減少するとともに固相割合が２３％に低下している。このときの対象物１の物性は、粗塊と中塊が入り混じった状態にある。
その後、２８ｍから３２ｍの地点に至るまで、対象物１は、切返しによる繰り返し粉砕と醗酵とが行われ、気相割合が３５％から４９％の間で、液相割合が２３％から３７％の間で、また固相割合が２３％から３４％の間で推移するものの、物性としては全体的に中塊が目立つ状態になる。

そして、３６ｍから４０ｍの地点に至ると、対象物１は、更に粉砕と醗酵が進んで、気相割合が３９％、液相割合が２９％、固相割合が３２％になり、物性も湿潤粒子の状態になる。
この状態になった対象物１は、以降、切返しが順調に行われ、切返し装置の進行速度も速まり、醗酵も迅速にすすむ。ちなみに、切返し装置の速度は、投入口から４０ｍまでは約１００分を要し、平均で２．５分／ｍの速度であったのに対して、それ以降の６０ｍは３０分程度で足り、平均で０．５分／ｍの速度であった。対象物１は、この６０ｍを移行する間に、気相割合が増加する一方、液相と固相の割合が低下し、最終的には約１ヶ月程度で粒子状の醗酵産物となった。

対象物２を見るに、投入時点での対象物２は、４〜８ｍの地点でも気相割合が７％、液相割合が６３％、固相割合が３０％と、気相割合が極端に少ない状態にある。この時点での対象物２は、おおきな塊状になっており、対象物１と同様に切返し装置の切返し動作に大きな負荷がかかる。
対象物２は、８ｍ〜１４ｍの地点では、切返しによる空気混入の効果が現れて気相割合が上昇するものの、１週間程度は、固相割合が低く、液相割合の高い状態にあり、この時点では、物性も拳大あるいは半拳大の塊から中拳大の塊が目立つ。
そして、３６ｍ〜４０ｍの地点で、気相割合が４１％、液相割合が３２％、固相割合が２７％となり、物性も粒子状に変質している。

前記した図２のPの領域にある被処理物は、従来の連続醗酵槽に投入された対象物１と２が４０ｍ前後の地点に至ったものに相当する。
したがって、前処理された被処理物は、醗酵槽に投入された際に、既に図３の表におけるおよそ３６ｍから４０ｍの醗酵段階における被処理物になっている。このため、投入時点から層の長さ方向所定距離に達するところまで、本来ならば切返し装置にかかる大きな負荷を負担させることなく、当初より迅速で効率の良い醗酵を開始させることができる。

図２におけるP領域に属する被処理物は、上記したような処理ヤードでの醗酵に頼ることなく、物理的手法によって本発明の三相分布になる状態に変質させることが可能である。

本発明の一実施例を示す連続醗酵システムの概念構成図。 三相分布の相関関係を示す図。 連続醗酵槽における醗酵経過日数ごとの被処理物の三相分布の関係と物性を示す表。

符号の説明

１ 前処理槽
２ 散気管
３ 排水溝
６ 醗酵槽
６ａ 投入口
６ｂ 排出口
７ 切返し装置

Claims (3)

1. 醗酵槽内に収容した有機性廃棄物から成る被処理物を、醗酵槽の一端に設けた投入口から他端に設けた排出口に向けて移行させる間に、切返し手段による切返しを行いながら順次醗酵させる、有機性廃棄物の連続式醗酵法において、
   上記被処理物を、固相と液相と気相の三相分布が固相２７％〜３２％、液相２９％〜３２％前後、気相３９％〜４１％の割合で湿潤した粗粒状になるように前処理を行った後、醗酵槽内に投入することを特徴とする有機性廃棄物の連続醗酵法。
2. 前記前処理は、被処理物を物理的手法によって上記三相分布になるように調整する、請求項1記載の有機性廃棄物の連続醗酵法。
3. 前記前処理は、被処理物を事前醗酵させることによって上記三相分布になるように調整する、請求項１記載の有機性廃棄物の連続醗酵法。