JP6573256B2 - 有機性廃棄物の堆肥化における通気システム - Google Patents

Description

本発明は、有機性廃棄物の堆肥発酵を促進させる技術に関するものである。

家畜糞尿、食物残渣、汚泥等の有機性廃棄物から良質な堆肥を生産するためには好気的環境で原料を発酵させることが重要である。したがって、堆肥化施設には、堆肥原料内部の通気性を確保するための通気手段が設けられるのが一般的である。特に、堆肥化における悪臭対策やエネルギ利用を目的とした吸引通気式を採用した場合や、生ゴミや水産残渣など高含水率の原料を用いた場合は、排汁や原料による通気孔（通気口）の詰まりを抑制して通気を確実に行うことが必要不可欠である。

従来では、堆肥舎の底部に通気孔を複数有する多孔通気管を配設し、ブロワを用いて該通気孔から空気を堆肥原料に供給することで通気性を確保する通気方法が主流であり（例えば、特許文献１及び非特許文献１）、さらに空気と共に適切な熱量を供給可能な温風を送風する方法がある（例えば、特許文献２）。そして、通気管の通気孔の目詰まりによる通気効率の低下を改善するために、エアコンプレッサ等を用いて通気孔から高圧空気を噴出させる方法が提案されている（例えば、特許文献３及び特許文献４）。また、吸引通気式の堆肥化処理において、堆肥原料底部（デッドスペース）に所定間隔で木質チップが充填された通気口（吸引口）を配置し、吸引口に吸い込み口が接続されるよう通気管を配設する方法が提案されている（例えば、非特許文献２）。その他には、通気性を有した素材で構成されるバックに堆肥原料を封入し、静置することで受動的に通気を行う方法がある（例えば、特許文献５）。

ここで、図４を参照して、非特許文献１の通気システムについて説明する。

従来の通気システム１００は、堆肥舎床１に形成される溝２と、空気を圧送又は吸引するブロア３と、溝２に配設され、複数の通気孔４ａが所定間隔で下向きに設けられる通気管４と、溝２の底面２ｃと通気管４との間に設けられ、通気性の良い資材を充填可能な充填空間Ｓａとで構成される。そして、ブロア３から強制的に通気（図中点線矢印）を行う。通気システム１００は、ブロア３から圧送又は吸引される空気によって、堆肥原料を微生物の作用で好気的に分解・腐熟させる。

特許第５２４９５６７号公報 特開２００６−１７８２号公報 特許第４９６１５１９号公報 特開２００７−１７６７５６号公報 特許第５０７８３０８号公報

中央畜産会、「堆肥化施設設計マニュアル」、第４版、中央畜産会、２００５年３月、p.36 阿部佳之、外３名、「吸引通気式堆肥化処理技術の開発（第３報）‐吸引通気式堆肥化処理技術の実証‐」、農業施設、農業施設学会、２００８年３月、38巻、4号、p.249‐262

しかしながら、特許文献１〜４及び非特許文献１に開示された通気方法では、多孔通気管の通気孔の孔径が小さいので堆肥化過程で分解された原料や排汁が詰まりやすく、安定した通気の継続に懸念がある。また、特許文献３及び４に開示された高圧空気の圧送は、常時通気を行う場合に施設規模に応じて十分に大きなコンプレッサと高圧空気を貯留するタンクが必要であり、コスト面での負担が大きい。また、特許文献５に開示された通気方法は、バック容積に対して原料の表面積が大きい場合には単位容積あたりの通気量は確保される。しかし、原料更新（切り返し）及び取り出し作業を機械で自動化したり軽労化したりするのは困難であり、雑草等の小規模に発生する廃棄物の処理に限定される。また、非特許文献２に開示された通気方法は、副資材の添加や予備乾燥などの前処理を経て通気性が改善された堆肥原料であることを前提としており、高含水率の堆肥原料を対象とするには新たな検討が必要である。さらに従来技術では、機械による堆肥原料の切り返しによって通気口（通気孔）や通気管が破損して通気機能に不具合が生じる懸念がある。このように、堆肥化において安定した通気を行うことが可能な技術が確立されているとは言い難い状況であった。

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、通気の安定性を向上させることが可能な通気システムの提供を目的とする。

本発明に係る通気システムは、駆動源によって空気を強制的に供給可能な空気供給手段と、堆肥原料が堆積される堆肥舎の床に凹設され直方体空間を形成する凹部と、一端が前記空気供給手段に接続され、他端が前記直方体空間に突出して前記凹部に接続され、当該一端と当該他端以外には開口部を有さない通気管と、前記凹部の上端に配設され、当該凹部の開口面の開口面積よりも平面積が小さい遮蔽板と、前記遮蔽板の外周と前記凹部の内周の間に形成される通気口と、当該遮蔽板の下面に配置され、前記遮蔽板の上面が前記凹部の開口面と同程度の高さで保持される寸法からなる保持部材と、を備え、前記通気口の面積は、前記直方体空間に突出している前記通気管の他端の開口面積よりも大きい、ことを特徴とする。

本発明によれば、上記課題を解決し、通気の安定性を向上させることが可能となる。

本発明の実施の形態の通気システムの説明図であり、全体の上面配置図である。 本発明の実施の形態の通気凹部の側面配置図である。 本発明の実施の形態の吸引通気式における通気経路を示す図である。 従来の通気システムの説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施の形態の通気システム１００の説明図であり、全体の上面配置図である。また、図２は本発明の実施の形態の通気凹部の側面配置図である。図３は、通気経路を示す図である。

本発明の実施の形態の通気システム１００は、堆肥舎床１に形成される通気凹部２（通気空間Ｓ）と、駆動源によって強制的に通気を行うブロア３（空気供給手段）と、堆肥舎床１に埋設され、一方の開口端４ａが通気凹部２に接続されるとともに他方の開口端４ｂがブロア３に接続される通気管４と、堆肥舎床１に埋設され、通気管４の下方に配置される排汁排出管５と、通気凹部２の開口面２ａを大部分遮蔽可能な遮蔽板６と、遮蔽板６を保持する保持部材７と、通気凹部２の上面開口のうち遮蔽板６によって遮蔽されていない間隙ｃ（非遮蔽領域）からなる通気口８と、を有する。

本実施の形態の堆肥舎床１は、コンクリート材、もしくは同等の耐久性及び強度を備えた材料で造られる。通気凹部２は、堆肥舎床１を造る際、上面が開口した直方体空間となるように形成される。具体的に、後述の遮蔽板６が一辺９０ｃｍの正方形×厚さ５ｍｍである場合は、一辺９４ｃｍ〜９６ｃｍ程度の正方形の上下面×深さ１５ｃｍの空間が形成される。なお、通気凹部２の開口面２ａ（上面）は、遮蔽板６の上面が開口面２ａと一致するように遮蔽板６を空間内に収容したときに、遮蔽板６との間に指が入る程度（２〜３ｃｍ）の間隙ｃが形成されるように設けられる（図１参照）。また、通気凹部２の深さ２ｂは、遮蔽板６を収容しても、側面に通気管４及び排汁排出管５を配設可能に設けられる。このとき、通気管４は排汁排出管５よりも上方の位置に設けられる（図２参照）。

本実施の形態のブロア３は、堆肥舎床１に堆積された堆肥原料Ｔ内の通気を行う。吸引通気式の場合、ブロア３は、通気凹部２（通気管４の開口端４ｂ）から空気を吸引することで堆肥原料Ｔの表面から内部へと空気を供給する。また、圧送通気式の場合、ブロア３は、通気凹部２（通気管４の開口端４ｂ）から空気を圧送することで堆肥原料Ｔの底面から表面へと空気を供給する。

本実施の形態の通気管４は、管径７．５ｃｍ程度の中空管であり、堆肥舎床１に埋設される。なお、通気管４は、堆肥化施設の規模に応じて５〜１０ｃｍ程度の管径のものが選定される。また、通気管４は、堆肥舎床１に凹設した溝に敷設されてもよく、堆肥舎床１の床面から突出しなければ問題ない。通気管４は、通気凹部２の側面から通気空間Ｓに突出する開口端４ａとブロア３に接続される開口端４ｂとを有し、その他には開口部（通気孔）を有さない。通気管４の開口端４ａは、通気空間Ｓの遮蔽板６の下方に位置するように設けられ、間隙ｃから開口端４ａへの堆肥原料Ｔや排汁の流入を防止する。通気管４には、ブロア３によって吸引又は圧送される空気が通る。

本実施の形態の排汁排出管５は、堆肥舎床１に埋設される。排汁排出管５は、通気凹部２の側面から通気空間Ｓに突出する開口端５ａと堆肥舎外部に設けられる回収部（雨水マスのようなもの、図示省略）に排汁を排出可能な開口端５ｂとを有し、その他には開口部を有さない。排汁排出管５の開口端５ａは、通気空間Ｓの遮蔽板６の下方に位置するように設けられ、間隙ｃから開口端５ａへの堆肥原料Ｔの流入を防止する。また、排汁排出管５の開口端５ａは、通気管４の開口端４ａよりも通気空間Ｓの底部に近い位置に設けられる。このため、堆肥化過程で発生し、間隙ｃから通気空間Ｓに流入した排汁を、通気管４ではなく排汁排出管５の開口端５ａに流入させることができる。そして、排汁排出管５は、堆肥舎外部の開口端５ｂに向かって下降する勾配を設けることで、排出に機械的作業を要しない。排汁排出管５は、排汁の重力によって回収部に流れる。ここで、吸引通気式の場合は、通気中は堆肥舎が負圧となるので排汁は排出されない。このため、吸引通気式の場合は、所定の間隔（３０分に５分程度の間隔）でブロア３による通気を停止し、排汁が自重によって外部に排出される時間を確保する。

なお、通気管４と排汁排出管５を一体化した共用管を設けてもよい。共用管は、一方の開口端が通気空間Ｓに設けられ、他方の開口端が堆肥舎外部に新たに設けられる共用箱に接続される。共用箱は、塩化ビニル樹脂等の合成樹脂材で形成される閉塞空間を有する。そして、共用箱の上部とブロア３とを接続する。共用箱の底に排汁を溜め、共用箱の上方の空間を空気通路とすることで、一本の配管によって通気機能と排汁排出機能とを両立させることができる。

本実施の形態の遮蔽板６は、一辺９０ｃｍの正方形×厚さ５ｍｍの鋼鈑である。この場合、鋼板の厚さは５ｍｍから１５ｍｍが好ましい。なお、遮蔽板６は、鋼板以外にも、耐腐食性や強度が高い材質であれば問題ない。ここでは樹脂系は不適である。また、遮蔽板６は、堆肥舎床１の通気凹部２（通気空間Ｓ）内に間隙ｃを有して完全に収容される。遮蔽板６は、通気凹部２の開口面２ａの大部分を遮蔽可能に設けられる。遮蔽板６は、ホイールローダーによる堆肥原料の撹拌・排出動作やクレーン作業の掴み動作による引っ掛け等によって通気空間Ｓから外に出てしまうことがないよう後述の保持部材７が裏面に設けられる。

本実施の形態の保持部材７は、遮蔽板６の下方に配設され、通気凹部２の深さ２ｂと同程度の直径を有する支柱である。保持部材７は、遮蔽板６の四隅に溶接して設けられる。また、遮蔽板６の内部に適宜設けられる保持部材７は、遮蔽板６に溶接されないが遮蔽板６の凹み変形防止の補強材として配設される。なお、保持部材７は、前述したように遮蔽板６の位置ずれを防止するためのものであり、通気凹部２の深さ２ｂに対して十分安定性を保てる太さ（直径）であれば問題ない。保持部材７は、遮蔽板６が堆肥化処理（ホイールローダーの撹拌・排出動作、クレーンの掴み動作、高圧空気の通気）の影響を受けることなく所定の配置を維持可能にする構成であればよい。

本実施の形態の通気口８は、通気凹部２の開口面２ａのうち遮蔽板６によって遮蔽されない非遮蔽領域、すなわち間隙ｃからなる開口部分を示す。ここで、通気口８の面積が通気管４の開口端４ａの開口面積よりも大きくなるように間隙ｃが設けられる。本実施の形態では、管径７．５ｃｍの開口端４ａに対し、遮蔽板６の外周に２〜３ｃｍの間隙ｃが設けられるので、通気口８は通気管４の約１６〜２５倍の開口面積を有する。従来の多孔通気管では、通気むらを起こさないために通気管内の圧力を均一に保つ必要があり、多数設けられる通気孔の合計面積は通気管の管径面積と同等が限度であった。したがって、通気口８は、堆肥原料Ｔとの間に通気に十分な領域を確保することができ、効率よく安定した通気を行うことができる。

なお、通気口８は、通気管４の開口端４ａよりも大きい開口面積であれば問題ない。本実施の形態の通気口８は、通気凹部２と遮蔽板６との間に生じる間隙ｃにより形成されたが、これに限らない。通気凹部の開口面２ａよりも大きい遮蔽板６を堆肥舎床１に嵌め込み可能に設け、遮蔽板６に通気凹部に臨む通気口８を形成してもよい。この場合、遮蔽板６のうち堆肥舎床１に嵌め込まれる部分が保持部材７に該当する。

次に、図３を参照して、本実施の形態の通気方法について説明する。図３は、本発明の実施の形態の吸引通気式における通気経路を示す図である。ここでは、図１に示した通気システム１００の上面配置説明図と、図２に示した通気空間Ｓの一例の側面配置説明図とに、吸引通気式における空気の流れを点線で表した。

吸引通気式では、ブロア３の駆動によって堆肥舎内の空気が吸引される。このとき、堆肥原料Ｔの表面から内部へと空気が供給される。そして、堆肥原料Ｔの内部の空気は、通気凹部２と遮蔽板６との間の間隙ｃから通気空間Ｓ内に誘導され、開口端４ａから通気管４へと導かれる。遮蔽板６の外周には一律して間隙ｃが設けられているので、通気空間Ｓには、通気むらを起こすことなく周辺の堆肥原料Ｔから空気が均一して流れ込む。

また、通気管４の開口端４ａは、遮蔽板６の下方に位置するように設けられている。このため、遮蔽板６の外周から通気空間Ｓに流れ込んだ空気は、遮蔽板６の下方に入り込んで開口端４ａへと辿り着く。このとき、空気は重力方向（間隙ｃの下方）に逆らって経路変更するので、空気中の堆肥原料や排汁等の重量物は重力落下する。そして、不純物の選別が行われた後の空気が開口端４ａに流れ込む。このように、通気空間Ｓでは、開口端４ａを重力方向に逆らう方向に開口するように配置することで、通気管４の目詰まりを抑制する。

なお、圧送通気式では、図中の空気の流れを示す点線の矢印が逆方向となるだけなので、図示及び説明を省略する。

なお、堆肥化の方法に応じて、通気空間Ｓの上方（遮蔽板６の上）を木材チップなどの通気性の良い資材で被覆してもよい。一週間に一回程度、ホイールローダーなどで完全に堆肥原料を入れ替えるような方式の堆肥化施設に適用すれば、より通気性の安定作用効果が見込める。これに対し、クレーン切り返しの吸引通気式の堆肥化施設や、通気空間Ｓの清掃頻度が低く、排汁が出やすい高含水率の堆肥原料である場合は、資材の間に粘度の高い排汁が溜まり、却って通気性が悪化する可能性がある。

（実施の形態の効果）
本発明の実施の形態の通気システム１００によれば、従来技術のような多孔通気管の細孔ではなく、無孔通気管４及び十分な開口面積を有した通気口８を介してブロア３から堆肥原料Ｔに空気を供給するので、高含水率の材料や吸引通気方式で堆肥化を行った場合でも安定した通気を行うことが可能である。よって、従来よりも通気の安定性を向上させることができる。具体的には、従来の多孔通気管では堆肥原料との通気面積として多孔通気管の管径の開口面積を確保するのが限度であったのに対し、本発明の実施の形態の通気口８は、通気管４の開口面積の１６倍以上の通気面積を有する。そして、通気口８は、通気凹部２の開口面２ａの非遮蔽領域であり、占める割合は１３％以下なので、堆肥原料Ｔが通気凹部２に入らない程度の短辺（隙間）からなる開口形状を設けやすい。このように、従来のような目詰まりを発生しやすい細孔を有しない通気経路を構成するので、通気の安定性を向上させることができる。

また、通気空間Ｓには、特に吸引通気式の場合に空気とともに堆肥原料Ｔや排汁等が流入する。ここで、通気空間Ｓは、通気口８（間隙ｃ）から取り込んだ空気中の不純物を取り除く機能も有するので、通気管４の開口端４ａが目詰まりを起こす可能性を低減することができる。よって、さらに安定した通気を行うことができる。

また、通気空間Ｓ（通気凹部２）は、開口面２ａを鋼板の遮蔽板６によって遮蔽している。また、遮蔽板６は、通気空間Ｓ内に収められており、配置がずれないように保持部材７によって支えられている。そして、通気空間Ｓは、上面を鋼板の遮蔽板６で構成し、側面及び底面をコンクリート材の堆肥舎床１で構成するので、強度に優れている。したがって、堆肥舎床１に堆積される堆肥原料Ｔをホイールローダー方式及び自動切り返し方式のいずれで切り返しても、遮蔽板６が位置ずれを起こすことがない。通気空間Ｓは、いかなる堆肥化処理が行われても通気凹部２と遮蔽板６との間に間隙ｃを保持する、すなわち通気経路を確保することが可能なので、安定した通気を行うことができる。さらに、通気システム１００は、配管が堆肥舎床１に埋設されるので、堆肥原料の運搬や堆肥舎内の清掃に重機を用いても破損等の不具合が生じる懸念がない。よって、作業の自動化及び労働の軽労化に寄与することができる。

また、通気空間Ｓに排汁排出管５を設けることで、空間内に流入した排汁を外部に排出することができる。また、排汁排出管５は通気管４よりも下方に配設され、自重によって排汁を排出可能に構成される。これにより、通気機能の安定化を図るとともに通気空間Ｓのメンテナンスの頻度を減らして維持負担を軽減することができる。

また、本実施の形態の通気システム１００は、通気用のブロア３以外に動力機械を必要としない安価な技術であり、実施に係る費用に対して得られる通気性の効果が高い。さらに、その他の通気性改善機能を付加することが容易な拡張性を有する。例えば、通気空間Ｓに高圧空気を圧送する配管を追加してもよい。よって、本通気システムの利用の促進が期待できる。

また、堆肥化における安定的な通気を行う結果、良好な堆肥化過程となるので、高品質堆肥生産に寄与することができる。さらに、良好な堆肥化過程を経ることで堆肥化物の含水率が低下するので、該堆肥化物はオガクズ等に代わる家畜敷料・ふん尿水分調整資材として用途を拡大することができる。

なお、本発明は上述した実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施の形態では、家畜ふん尿等の畜産廃棄物の堆肥化処理を例に挙げたが、一般廃棄物処理や産業廃棄物にも適用することができる。

１００ 通気システム
１ 堆肥舎床
２ 通気凹部（凹部）
２ａ 開口面
３ ブロア（空気供給手段）
４ 通気管
４ａ 開口端（開口部）
５ 排汁排出管
６ 遮蔽板
７ 保持部材
８ 通気口
ｃ 間隙（非遮蔽領域）
Ｓ 通気空間
Ｔ 堆肥原料

Claims (3)

1. 駆動源によって空気を強制的に供給可能な空気供給手段と、
   堆肥原料が堆積される堆肥舎の床に凹設され直方体空間を形成する凹部と、
   一端が前記空気供給手段に接続され、他端が前記直方体空間に突出して前記凹部に接続され、当該一端と当該他端以外には開口部を有さない通気管と、
   前記凹部の上端に配設され、当該凹部の開口面の開口面積よりも平面積が小さい遮蔽板と、
   前記遮蔽板の外周と前記凹部の内周の間に形成される通気口と、
   当該遮蔽板の下面に配置され、前記遮蔽板の上面が前記凹部の開口面と同程度の高さで保持される寸法からなる保持部材と、
   を備え、
   前記通気口の面積は、前記直方体空間に突出している前記通気管の他端の開口面積よりも大きい、
   ことを特徴とする通気システム。
2. 前記通気口は、前記凹部の開口面の内周において所定の寸法で設けられた隙間である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通気システム。
3. 前記遮蔽板は鉄鋼材料で形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の通気システム。