(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発酵槽内に開閉自在の仕切りを槽内上下に複数配置し、有機固形廃棄物またはその好気発酵物を、真上に位置する仕切りの下に気相空間部が形成されるよう充填して多段の充填床を形成し、該充填床を好気発酵する有機固形廃棄物の好気発酵方法において、各充填床上の気相空間部の気圧が、最下段から最上段に向かって減少する勾配を保持しながら各充填床に給気および前記気相空間部から排気する有機固形廃棄物の好気発酵方法。
【請求項２】
各充填床の気相空間部の気圧調節を各充填床への給気量と前記気相空間部からの排気量とを調節することにより行う請求項１に記載の有機固形廃棄物の好気発酵方法。
【請求項３】
発酵槽内に有機固形廃棄物またはその好気発酵物からなる充填物の通過を制御する開閉自在の仕切りを槽内に複数段配置し、各仕切り上に充填された充填物と、その上に位置する仕切りとの間に気相空間部を形成できるよう充填物を充填して発酵槽内に多段の充填床を形成し、有機固形廃棄物を好気発酵する好気発酵装置において、前記仕切りの複数段のうちの一つは、前記開閉自在の仕切りを複数の回転棚板から構成し、該複数の回転棚板は、上面に酸素供給手段を備え、一端が回転軸として固定され、同一方向に回転して当該段の仕切りを開閉できるように配置し、かつ当該段の仕切りの上下に位置する仕切りは、開閉時の回転方向が当該段の仕切りの回転方向とは逆向きとなるように配置したことを特徴とする有機固形廃棄物の好気発酵装置。
【請求項４】
発酵槽内に有機固形廃棄物またはその好気発酵物からなる充填物の通過を制御する開閉自在の仕切りを槽内に複数段配置し、各仕切り上に充填された充填物と、その上に位置する仕切りとの間に気相空間部を形成できるよう充填物を充填して発酵槽内に多段の充填床を形成し、有機固形廃棄物を好気発酵する好気発酵装置において、前記開閉自在の仕切りが、回転軸にその一部を固定した複数の回転棚板で構成され、該回転棚板の上面に酸素供給手段を備え、前記仕切りと充填床により形成される気相空間部の気圧が、発酵槽の上部に対して下部が高くなる気圧分布を形成させるための各段に排気量を調節する排気手段または／および給気量を調節する給気手段を有する有機固形廃棄物の好気発酵装置。
【請求項５】
各仕切りにより分画された発酵槽の各段に形成される気相空間部の気圧を計測する気圧計測手段を設けた請求項３または４に記載の有機固形廃棄物の好気発酵装置。
【請求項６】
槽内に設けた仕切りにより２以上に分画した発酵槽と、前記仕切り上に有機固形廃棄物またはその好気発酵物を充填して充填床を形成し、該充填床の有機固形廃棄物を好気発酵する縦型コンポスト化装置において、前記仕切りがその一部を回転軸に固定した複数の回転棚板で構成され、かつ、該回転棚板の上表面に酸素供給手段を配し、前記仕切りにより分画された発酵槽の各段に排気量調節手段を具備した排気管路を設け、発酵槽上部に有機固形廃棄物またはその好気発酵物の供給手段と、発酵槽下部に好気発酵物を発酵槽外に排出する排出手段と、発酵槽外に排出された好気発酵物を発酵槽上部に移送する移送手段と、好気発酵物に供給する水分供給手段を備え、前記充填床と仕切りとで形成される各気相空間部の気圧が、発酵槽の下部側より上部側に行くに従って低くなる気圧分布を発酵槽内に形成させるための気圧計測手段、気圧調節手段を備えたことを特徴とする有機固形廃棄物を好気発酵する縦型多段コンポスト化装置。
【請求項７】
前記仕切り上の充填床に給，排気する給，排気手段を配置した請求項６に記載の有機固形廃棄物を好気発酵する縦型多段コンポスト化装置。
【請求項８】
仕切り上の充填床の温度と、該充填床の上に形成された気相空間部から排気するガスの流量と酸素濃度を計測し、混合操作の実施時期を判定し、前記仕切りを開いて下段に落下移送する請求項１または２に記載の有機固形廃棄物の好気発酵方法。
【請求項９】
充填床の温度を計測する手段と、該充填床の上に形成された気相空間部から排気するガスの流量と酸素濃度を計測する手段と、該充填床の酸素消費速度を算出して、混合操作の実施時期を判定し、前記仕切りを開いて下段に落下移送する制御手段とを備えた請求項３から５のいずれかに記載の有機固形廃棄物の好気発酵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機固形廃棄物のコンポスト化方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ、畜産廃棄物、下水汚泥等の生物性固形有機廃棄物を原料とし、各原料を、内部に構造物等が無い筒状の発酵槽中に充填して連続した充填床を形成し、槽底のみから空気を供給して床上面から排気するコンポスト化方法が特開昭５４−１０１７６９号公報、並びに特開昭５５−１２１９９０号公報に記載されている。
【０００３】
また、発酵槽内に固定した棚を複数間隔をおいて上下に配置し、該棚は水平棚の一部に充填床を落下させるための孔を有し、さらに各段には自転、公転自在の撹拌手段を有し、最上段の棚に供給する充填床を順次下方の棚へ移送する過程で、棚段上面に配置する給気口から空気を床中に供給して発酵する方法が特開昭５４−５４８７７号公報に記載されている。
【０００４】
さらに発酵槽内部に、横軸を中心に回転し、水平に仕切る機能と充填床を流下させる機能とを有する仕切りを上下に間隔をおいて複数段配置して、原料を各段の仕切り上に空間を残して充填し、最下段から上の段に向かって各空間部を排気用、給気用に交互に配置して発酵し、その発酵過程もしくは発酵終了後に仕切りを回転して床を下降もしくは排出する方法が、特開昭６０−１５５５８９号公報と実開昭５５−９０９９７号公報に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に普及しているプール形の平面堆積撹拌式発酵槽では、広く浅く充填した充填床を、床上面を大気に解放下で機械撹拌して発酵する。このため、広い面積を必要とすると同時に臭気の捕集が困難になる恐れがある。従って、面積が少なくて済み、排気の捕集が容易で、かつ、槽内に強制的撹拌手段等の複雑な構造のない発酵槽が望まれている。
【０００６】
面積を小さくし臭気を捕集し易くするには、槽高を高くする方法が考えられる。前記のように、槽内部に構造物が無い縦形サイロ式の発酵槽に原料を充填しただけでは、床高のみならず槽径の増加に伴い、床が圧密化して給気が妨げられるため、発酵活性が低下する恐れがある。
【０００７】
こうした課題を解決するため、前述のように槽内に強制的撹拌手段を有し、水平棚面の一部に充填床を下段に落下させるための孔を備えた固定棚を、上下に複数段間隔をおいて配置し、最上段の棚に供給する原料床を順次下方の棚へ移送する過程で、棚段上面に配置した給気ノズルから給気して発酵する方法がある。しかし、固定棚先端と槽内壁面との隙間の分だけ充填量が減るため、省面積の効果を十分に発揮しにくく、各棚に強制的撹拌手段が必要になり構造が複雑になる恐れがある。
【０００８】
また、発酵槽内部に、横軸を中心に回転して水平に仕切る機能と、床を流下させる機能とを有する仕切りを上下に間隔をおいて複数段配置し、原料を各段の仕切り上に空間を残して充填し、最下段の空間部から上の段に向かって各空間部を排気用、給気用に交互に配置し、その発酵過程もしくは発酵終了後に仕切りを回転して床を下降もしくは排出する方法では、気相空間部に供給した空気の流れは二方向に分配される。
【０００９】
即ち、一方は給気用気相空間部直下の充填床の表面から下方に浸透し、その下の仕切りの間隙を通り、さらにその下の排気用気相空間部に出る。他方は給気用気相空間部の真上の床中を上昇し、その上の排気用気相空間部に出る。両気流の流量は両床の通気抵抗によって変化する。特に、給気用気相空間部の下面と接する充填床は給気の圧力により圧縮され易い。
【００１０】
このため、充填床の単位容積当たりの給気量を同一にすることが困難になり、段により活性に差が生じる恐れがある。さらに、後者の気流は充填床の圧縮により仕切りの間隙を閉塞させる恐れも生ずる。
【００１１】
本発明の目的は、発酵槽内に複数段に分割充填した各充填床に酸素を過不足なく供給し、かつ、充填床を簡素な機構で移動して混合することにより、高速で発酵し良質のコンポストを得る有機固形廃棄物の好気発酵方法、並びに、その装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する本発明の要旨は次のとおりである。
【００１３】
〔１〕  発酵槽内に開閉自在の仕切りを槽内上下に複数配置し、有機固形廃棄物またはその好気発酵物を、真上に位置する仕切りの下に気相空間部が形成されるよう充填して多段の充填床を形成し、該充填床を好気発酵する有機固形廃棄物の好気発酵方法において、
前記各仕切りの上面から給気し、各充填床の上面から排気し、発酵途上または発酵終了後、該充填床を前記仕切りを開いて下段に落下移送することを特徴とする有機固形廃棄物の好気発酵方法。
【００１４】
〔２〕  発酵槽内の各充填床上の気相空間部の気圧が、最下段から最上段に向かって減少する勾配を保持しながら各充填床に給気および排気する前記の有機固形廃棄物の好気発酵方法。
【００１５】
〔３〕  最上段の充填床の気相空間部が大気圧となるよう給気および排気を調節する前記の有機固形廃棄物の好気発酵方法。
【００１６】
〔４〕  各充填床の気相空間部の気圧調節を各充填床への給気量と排気量とを調節することで行う前記の有機固形廃棄物の好気発酵方法。
【００１７】
〔５〕  発酵槽内に有機固形廃棄物またはその好気発酵物からなる充填物の通過を制御する開閉自在の仕切りを槽内に複数段配置し、各仕切り上に充填された充填物と、その上に位置する仕切りとの間に気相空間部を形成できるよう充填物を充填して発酵槽内に多段の充填床を形成し、有機固形廃棄物を好気発酵する好気発酵装置において、
前記開閉自在の仕切りが、回転軸にその一部を固定した複数の回転棚板で構成され、該回転棚板の上面に酸素供給手段を備えていることを特徴とする有機固形廃棄物の好気発酵装置。
【００１８】
〔６〕  前記仕切りと充填床により形成される気相空間部の気圧が、発酵槽の上部に対して下部が高くなる気圧分布を形成させるための各段に排気量を調節する排気手段または／および給気量を調節する給気手段を有する前記の有機固形廃棄物の好気発酵装置。
【００１９】
〔７〕  各仕切りにより分画された発酵槽の各段に形成される気相空間部の気圧を計測する気圧計測手段を設けた前記の有機固形廃棄物の好気発酵装置。
【００２０】
〔８〕  槽内に設けた仕切りにより２以上に分画した発酵槽と、前記仕切り上に有機固形廃棄物またはその好気発酵物を充填して充填床を形成し、該充填床の有機固形廃棄物を好気発酵する縦型コンポスト化装置において、
前記仕切りがその一部を回転軸に固定した複数の回転棚板で構成され、かつ、該回転棚板の上表面に酸素供給手段を配し、前記仕切りにより分画された発酵槽の各段に排気量調節手段を具備した排気管路を設け、
発酵槽上部に有機固形廃棄物またはその好気発酵物の供給手段と、発酵槽下部に好気発酵物を発酵槽外に排出する排出手段と、発酵槽外に排出された好気発酵物を発酵槽上部に移送する移送手段と、好気発酵物に供給する水分供給手段を備え、
前記充填床と仕切りとで形成される各気相空間部の気圧が、発酵槽の下部側より上部側に行きに従って低くなる気圧分布を発酵槽内に形成させるための気圧計測手段、気圧調節手段を備えたことを特徴とする有機固形廃棄物を好気発酵する縦型多段コンポスト化装置。
【００２１】
〔９〕  前記仕切り上の充填床に給，排気する給，排気手段を配置した前記の有機固形廃棄物を好気発酵する縦型多段コンポスト化装置。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の有機固形廃棄物の好気発酵方法は、発酵槽内の有機固形廃棄物の充填物の通過を制御する仕切りを槽内上下に複数配置し、各仕切りと充填物とで気相空間部を形成し、該充填床を多段に有する縦型多段発酵槽を用いて有機固形廃棄物を好気発酵するものである。上記仕切りの上面から給気し、必要に応じて発酵途上または発酵完了後に仕切りを開いて前記有機固形廃棄物もしくはその好気発酵物からなる充填物を下の段に移送することができる。
【００２３】
各段の充填床の底面、即ち、仕切りの上面には複数の通気ノズルを配置し、充填床中に酸素含有ガスを均一供給する。なお、供給酸素含有ガスは充填量に応じて酸素の過不足が生じないよう制御する。
【００２４】
上記のように、充填床内に均一に酸素の供給が可能となるが、仕切り上面に設けた酸素供給手段から供給された酸素含有ガスの一部が、水平仕切りの隙間から下の段に漏れ、その分だけ発酵に利用されることなく排出される。
【００２５】
これを防ぐため、本発明では下式（１）で示すように、下段の気相空間部の気圧Ｐｄを、その上段の気相空間部の気圧Ｐｕより差圧αだけ大きくすることにより、仕切りの隙間から下段へのガス漏れを防ぐことができ、発酵槽に供給される酸素含有ガスの利用率を向上することができる。
【００２６】
【数１】
Ｐｄ  ≧  Ｐｕ＋α  …………………（１）
上記の気圧調整方法は、当該段が最下段である場合は仕切りの下の空間を密閉する。当該段の下に別の充填床が存在する場合には、下の段の充填床への酸素含有ガスの供給量と当該段の仕切りの下の気相空間部からの排気量とが同量になるように調節する。
【００２７】
発酵槽内に多段の充填床を形成する縦型多段発酵槽の場合には、各段毎に仕切り上面からの給気と気相空間部からの排気を行い、槽底部側の気相空間部の気圧が槽頂部側の気相空間部の気圧より大きくなるよう各段の気相空間部の気圧が順次傾斜する分布となるようにする。
【００２８】
また、最上段の気相空間部は、実質的に大気圧としてもよい。この際、最上段の気相空間部の気圧を大気圧とし、かつ、該最上段での給気量と排気量が一致するように、直下の段の気相空間部の気圧を調節する。
【００２９】
また、各段に形成される気相空間部の気圧が発酵槽頂部側の段に対して底部側の段が高くなるように発酵槽内部に気圧分布を形成させるために、各段に排気ガス流量を調節する調節手段を備えた排気管路を設ける。
【００３０】
コンポスト化での好気発酵を効率よく行わせるためには、充填床を適度に混合することが好ましい。混合が不足すると発酵の活発な部分での反応基質の欠乏や、発酵中間生成物の蓄積により発酵速度が低下する。
【００３１】
本発明のコンポスト化装置では、有機固形廃棄物またはその発酵物を最上段に供給して仕切り上に充填し、これを下段に落下させることにより発酵物の混合と破砕とを行なう。発酵槽底に落下した発酵物は、コンポスト化が目標とする分解度に達している場合にはこれを槽外に排出し、途上にある場合には、再び、最上段に移送し、発酵を継続させる。
【００３２】
本発明が対象とする原料は、コンポスト化の対象となり得る成分を含むものであれば特に限定されないが、一般的には生ゴミ、畜産廃棄物、食品加工廃棄物、農産廃棄物、林産廃棄物、水産廃棄物、微生物性汚泥等有機固形廃棄物全般に適用される。
【００３３】
また、上記原料に鋸屑、籾殻、バーク等の他、発酵後回収再利用する前提でプラスチック、セラミック等の非発酵物を水分吸収材または空隙保持材に、また、発酵種菌として中間発酵物、製品コンポスト、発酵菌濃縮物を添加してもよい。
【００３４】
粒径や水分も発酵槽の大きさ、原料の発酵特性、原料の物理特性から適宜選定する。必要に応じ、粒径や水分、ｐＨ等の調節を行ってもよい。
【００３５】
仕切りの方法やその構造も特に限定されず、横軸周りに回転し、弁的機能を有するものなど適宜選択する。即ち、仕切り面の形状として平面、曲面、屈折した複数の平面等で形成される合成面が用いられる。また、仕切りの形状として片翼、両翼、仕切りの横方向の配置方法と数、単位仕切りの大きさ、仕切りの縦方向の配置と数等の条件は、原料の特性、発酵槽の大きさと形状、槽内滞留期間、発酵条件により適宜選択する。
【００３６】
仕切り上面に設ける給気孔の配置、構造、槽内の給気経路も特に限定されず、配置密度、孔径、閉塞防止のための孔の部分的遮蔽手段も充填物、仕切りの大きさ、形状により適宜選択される。例えば、仕切り板上面に多数の単孔ノズルを分散してもよいし、網板や多孔質材を配置してもよい。仕切り板の大きさ、即ち、水平幅は開いた際に充填物が落下するように充填物粒径、粘性等の物理特性を考えて選定する。
【００３７】
仕切り板の開閉の駆動機構も特に限定されず、油圧駆動、ギヤ駆動等の駆動手段から適宜選択する。
【００３８】
有機固形廃棄物またはその好気発酵物は、好気性微生物による好気発酵によって分解される。酸素が欠乏すると発酵速度が低下するだけでなく、好気性発酵から嫌気性発酵に移行して有機酸の蓄積が生じ、悪臭発生や酸性化によりコンポスト製品の品質低下を招く恐れがある。
【００３９】
好気発酵を効率よく行わせるためには、原料、有機固形廃棄物またはその好気発酵物に過不足なく酸素を供給し、かつ、充填床全体に酸素を均一に供給する酸素供給手段が特に重要である。各充填床が必要とする酸素量は、原料の有機固形廃棄物の種類、充填量、有機物の分解され易さ等によって異なり、発酵分解の経過に伴って変化する。
【００４０】
一方、酸素含有ガスの必要以上の供給は、充填床を冷却して発酵速度を低下させるほかに充填床に注入するための酸素含有ガスの加圧用エネルギーの浪費となる。効率よく好気発酵を行うための排気中の酸素濃度は、５％以上、好ましくは１０％以上にすることが望ましい。このため、各充填床の排気管路に酸素濃度計測手段を設け、排気中の酸素濃度が上記になるよう酸素含有ガスの供給量を調節する。
【００４１】
空の発酵槽に原料を投入するには次の方法で行う。最下段の仕切りを閉じ、その上の各仕切りを全て開いておき、槽上から原料を投入し、最下段に所定量集積した時点でその上の段の仕切りを閉じる。同じ要領で更に上の段に順次充填して行く。または、全ての仕切りを閉じ、最上段に原料を所定量集積した時点で最上段の仕切りを開き、下方の段に順次原料を落下させて移送する。次いで再び最上段の仕切りを閉じて再び原料を所定量集積する。これを各段毎に繰り返して最上段まで原料を充填する。
【００４２】
原料の有機固形廃棄物またはこれらの好気発酵物を必ずしも全部の段に充填する必要はなく、負荷、発酵速度に応じて一部の段を使用してもよい。充填床には、仕切りの上面からその充填床の発酵に必要な酸素を供給して発酵させる。
【００４３】
発酵中、充填床を槽外に排出し、再度発酵槽上部から供給して循環することにより、充填床の破砕と混合を行い、発酵物粒子間の結着を防止する。その際には、最底部の仕切りを開いて空にしてから仕切りを閉じ、その上の段の仕切りを開き、上の段の充填床を受け入れる。同じ要領で充填床を順次段階的に下方に移送して最上段を空にしてから最上部に返送する。
【００４４】
上記において、最上段に返送する空間部が不足する場合には、発酵中は最上段を空にした状態で運転してもよい。
【００４５】
上記充填床の排出方法や構造も特に限定されず、回転スクリュー、無限軌道掻取り式、ロータリーフィーダー、プランジャー式、ターンテーブル式等、充填床の物性、設定移送運転時間に適したものを適宜選択して使用する。移送手段も、エンドレス式、例えば、ベルトフィーダ、パンフィーダ、エプロンフィーダ、チェーンフィーダ、バッケトコンベア、回転スクリュー式等の定量移送手段を適宜選択することができる。
【００４６】
次に、本発明を実施例により具体的に説明する。
【００４７】
〔実施例  １〕
図１は、本発明の生物性有機固形廃棄物のコンポスト化装置の一実施例を示す模式図である。発酵槽１を３段に分画する仕切り２―１〜２―３が設けられており、有機固形廃棄物（またはその好気発酵物）を発酵槽最上段に供給するコンベア１０、充填床５―１〜５―３を発酵槽１の外に排出するスクリュー排出機１１、空気供給用のブロワ１２、制御装置２６を備えている。
【００４８】
有機固形廃棄物３は、家庭から排出される生ゴミ、食品製造工程から排出される食品残渣、牛糞等の各種動物排泄物、生物処理法による廃水処理施設から排出される汚泥等、またはこれらの一次発酵処理物で、農薬や重金属等の有害物を含まず、生物が分解し得る有機物であれば原料として利用できる。
【００４９】
有機固形廃棄物３の性状によっては、金属片や瓦礫等の異物除去、粗大物の破砕、および、好気発酵微生物を含む種コンポストの混合等の処理を行うことがある。原料の有機固形排気物３を次の手順で発酵槽１に充填する。最下段の回転棚板１３―１ａ〜１３―１ｃを水平にして仕切り２―１を閉じ、その上の仕切り２―２、２―３の回転棚板１３―２ａ〜１３―２ｃ、１３―３ａ〜１３―３ｃを開く。
【００５０】
原料投入口１４、コンベア１０を経て有機固形廃棄物３を投入する。最下の充填床５―１が所定量集積した時点で、その上の回転棚板１３―２ａ〜１３―２ｃを水平にし、仕切り２―２を閉じる。以下同じ要領でその上の段まで順次充填し、充填床５―２、５―３を形成する。
【００５１】
充填床５―１〜５―３は、上部の仕切り２―２，２―３の下に気相空間部４―１〜４―３を形成するように充填される。充填床５−１〜５―３の充填高さは、原料の物理性、槽径等から給気可能な床圧に対応する高さ以下になるが、更に、容積効率、運転条件、気相空間部の必要な厚さ等を勘案して設定する。好ましくは０．５〜２ｍの範囲にする。
【００５２】
気相空間部は、少なくとも充填床５が回転して傾斜した仕切りから下の段に落下するに足る角度、即ち安息角がとれる厚さが必要である。
【００５３】
充填終了後、酸素含有ガス９をブロワ１２により、酸素含有ガス供給管１８―１〜１８―３、弁１６―１〜１６―３、流量計側手段２０―１〜２０―３を経て各回転棚板１３―１ａ〜１３―１ｃ、１３―２ａ〜１３―２ｃ、１３―３ａ〜１３―３ｃ上に供給して発酵を開始する。また、発酵期間中、発酵途上の充填床５―１〜５―３は適時スクリュー排出機１１により発酵槽１の外に抜き出し、コンベア１０により発酵槽最上段に供給して循環し、発酵を続行する。
【００５４】
目標分解度に到達した充填床５―１〜５―３は、必要に応じ仕切り２―１〜２―３を開閉し、スクリュー排出機１１、コンベア１０を経て充填床排出口２７から系外に製品コンポストとして排出する。
【００５５】
充填床５―１〜５―３の有機固形廃棄物またはその好気発酵物は、好気性微生物による好気発酵によって分解される。
【００５６】
好気発酵を効率よく行わせるためには、充填床５―１〜５―３に酸素を過不足なく供給することが重要である。酸素が欠乏すると発酵速度が低下するだけでなく、好気性発酵から嫌気性発酵に移行して有機酸の蓄積が起り、悪臭の発生や酸性化によるコンポスト製品の品質の低下を招く恐れがある。このため、充填床５―１〜５―３全体に、酸素を均一に供給する酸素供給手段が特に重要である。
【００５７】
本実施例では、上面に複数の通気ノズルを付設した仕切り２―１〜２―３を用いている。図２は、仕切り２―１の平面図で、図３は、その側面図である。仕切り２―１は、３組の回転棚板１３―１ａ〜１３―１ｃにより構成されている。仕切り２―２、２―３も同様に、それぞれ３組の回転棚板１３―２ａ〜１３―２ｃおよび１３―３ａ〜１３―３ｃにより構成されている。
【００５８】
図４は、回転棚板１３―１ａの概要を示す斜視図である。回転棚板１３―１ａは回転軸７に固定され回転可能に構成されている。回転棚板１３―１ａ上面には、側面に通気ノズル６を有する棚板通気管路８Ｂが設けられている。棚板通気管路８Ａおよび８Ｂに酸素含有ガス９を通し、通気ノズル６より充填床５―１中に吹き出させ、発酵に必要な酸素を供給する。
【００５９】
棚板通気管路８Ｂは、回転棚板１３―１ａ〜１３―１ｃを開いて充填床５―１を下段へ落下させる流れと並流になるように配置し、かつ、通気ノズル６が図５に示すように断面が矩形の棚板通気管路８Ｂの側面に設けている。これにより、充填床５―１や、充填床５―１からの滲出する液による通気ノズル６の閉塞を防止できる。
【００６０】
図６〜図９は、棚板通気管路８Ｂの断面と通気ノズル６の位置を示す他の一例である。図６に示す棚板通気管路８Ｂも矩形の管を使用し、その１つの角部分を回転棚板１３―１ａに溶接したもので、通気ノズル６は上方から落下してくる好気発酵物の死角となる部分に設置されているため、さらに目詰まりしにくい構成となっている。
【００６１】
図７に示す棚板通気管路８Ｂは二つの平面を結合させた逆Ｖ字形の傾斜板２４が覆っており、目詰まりを起こしにくい。通気ノズル６から供給された酸素含有ガス９は、傾斜板２４の切り欠き部分から充填床５内に供給される。
【００６２】
図８に示す棚板通気管路８Ｂは円管２５を用いたもので、その加工が容易である。また、図９に示す棚板通気管路８Ｂは図８と同様に円管２５を用いているが、その一部を切断して回転棚板１３―１ａとの溶接面積を拡大した点に特徴がある。この溶接面積の拡大により、回転棚板１３―１ａの剛性を補強することができる。
【００６３】
充填床５―１内に酸素含有ガスを均一に供給するためには、通気ノズル６を回転棚板１３―１ａ〜１３―１ｃ上面に分散して配置することが望ましい。通気ノズル６の設置密度は、充填床の物理性、発酵活性、充填床高等を勘案して適宜選択する。
【００６４】
通気ノズル６から充填床５―１〜５―３内に供給された酸素含有ガス９は、充填床５―１〜５―３中を上昇して気相空間部４―１〜４―３に排出され、排気管路１５―１〜１５―３から発酵槽１外に排出される。
【００６５】
充填床５―１〜５―３内部に供給する酸素含有ガス９としては、通常空気を用いるが、通気量を低減したい場合には酸素富化ガスを用いてもよい。各充填床５―１〜５―３が必要とする酸素量は、原料の有機固形廃棄物の成分、充填量、床温度、菌濃度、粒径、空隙密度、水分濃度等によって異なり、発酵の経過に伴って変化するが、酸素濃度が低いと好気発酵の速度が低下する。
【００６６】
また、酸素含有ガス９を必要以上に供給することは充填床５―１〜５―３を冷却して発酵速度を低下させるほか、充填床に注入するための酸素含有ガス９の加圧用エネルギーの浪費となる。従って、効率よく好気発酵を行うためには、排気中の酸素濃度は５％以上好ましくは１０％以上にするのがよい。このため、各充填床５―１〜５―３への酸素含有ガス９の供給量は、予め設定した排気酸素濃度に対し、排気管路１５―１〜１５―３に設けた酸素濃度計測手段１７―１〜１７―３により求めた排気中の酸素濃度が、設定値になるように制御装置２６により、酸素含有ガス供給管路１８―１〜１８―３に設けた弁１６―１〜１６―３を制御開閉して、酸素含有ガスの供給量を調節する。
【００６７】
本実施例では、各段の気相空間の気圧が、発酵槽底部側の段に対して頂部側の段が低くなるように、発酵槽内部に気圧分布を形成し、各段に供給された酸素含有ガスが下段に流出することなく、確実に充填床５―１〜５―３を通過して気相空間部に排出され、酸素が十分に供給されるように図っている。
【００６８】
発酵槽内部に気圧分布を形成させる手段として、各段の酸素含有ガス供給管路１８―１〜１８―３の途中に、流量計測手段２０―１〜２０―３、当該段の排気管路１５―１〜１５―３の途中に弁１９―１〜１９―３、および、流量計測手段２１―１〜２１―３を設けている。
【００６９】
槽内部に気圧分布を形成させる制御装置２６は、当該段の酸素含有ガス供給管路１８―１〜１８―３の途中に設けた流量計測手段２０―１〜２０―３により計測した酸素含有ガス供給量に対し、排気管路１５―１〜１５―３の途中に設けた弁１９―１〜１９―３を制御して流量計測手段２１―１〜２１―３により計測される排気量との割合を９０〜１００％、好ましくは９５〜９９％になるように調節する。これにより各段の気相空間の気圧が発酵槽底部側の段に対して頂部側の段が低くなるよう発酵槽内部に気圧分布が形成される。
【００７０】
なお、最上段の気相空間４―３の気圧は大気圧とし、最上段への給気量に対する排気量の割合が１００〜１１０％となるよう最上段より下の段の気相空間４―２の気圧を調節する。これにより、最上段の排気管路１５―３へは流量計測手段２１―３を設置するだけでよく、排気量調節のための弁１９―３が不要となる。
【００７１】
また、最下段では、発酵槽底部を密閉して発酵槽外への流出を防止しているが、予め、仕切り２―１から発酵槽底部に流出する量に相当する分を増量して、酸素含有ガス９を供給してもよい。
【００７２】
発酵槽内部に気圧分布を形成させる方法としては、前記の排気の流量を監視する代わりに、各段の気相空間部４―１〜４―３に気圧計測手段２３―１〜２３―３を設け、該計測値に基づき給気量と排気量とを調節し、必要な気圧に調整することもできる。
【００７３】
なお、上記の発酵槽内の気圧および流量調整操作は、制御装置２６の代わりに、運転操作員が手動で調節してもよい。
【００７４】
コンポスト化を効率よく行わせるためには、充填床を適度に混合することが好ましい。
【００７５】
本実施例のコンポスト化装置では、充填床を支持している仕切り２―１〜２―３を開放して充填床５―１〜５―３を下の段に落下，移送する操作により、充填物の破砕と混合とを行う。混合が不足すると発酵の活発な部分での反応基質の欠乏や発酵生産物の過剰蓄積により発酵速度が低下する。
【００７６】
しかし、必ずしも上記の混合を多くすれば発酵速度が向上するものではなく、原料の有機固形廃棄物の種類、充填量、有機物の分解し易さ、分解の進行度によって最適な混合頻度がある。本実施例では、適切な混合時期、即ち、充填床５―１〜５―３の下の段への移送時期を充填床の温度、酸素消費速度および前回の混合操作からの経過時間により判定する。
【００７７】
上記の混合時期判定については、図１０に示す処理フローによって説明する。制御装置２６は予め設定された所定時間毎に、前回の混合操作からの経過時間ｔを算出する。そして制御装置２６はｔが予め設定された最大許容静置時間ｔＨ以下であるかを判定する。
【００７８】
ｔＨは、充填床を静置した状態で発酵させた場合に発酵物同士が結着して充填床全体の固化を起こさず、仕切り２―１〜２―３を開放した際に充填床を下の段に移送できる性状を維持できる時間であり、原料、充填の高さ、充填床の水分濃度、分解の程度等によって異なる。通常、２４〜１００時間、好ましくは２４〜７２時間である。
【００７９】
ｔＨを超える場合には直ちに混合操作実施時期と判定する。ｔＨ以下の場合には、次に各段に設けた温度計測手段２２―１〜２２―３により充填床の温度Ｔを計測し、制御装置２６に蓄積されている充填床最高温度Ｔｍ以下であるかどうかを判定する。Ｔｍを超える場合には、Ｔｍの情報をＴの情報と入れ替え、後述する酸素消費速度の判定に進む。
【００８０】
ＴがＴｍ以下である場合には、次に制御装置２６で算出される充填床の温度下限値ＴＬと比較する。ＴＬはＴｍから予め定めた温度を差し引いた数値であり、特に限定されるものではないが、通常は５〜１０℃を差し引いた数値とする。
【００８１】
ＴがＴＬ以上である場合には、酸素消費速度の判定に進む。酸素消費速度の判定工程では、流量計測手段２０―１〜２０―３および酸素濃度計測手段１７―１〜１７―３より計測される酸素含有ガスの給気量と、排気ガス中の酸素濃度の情報に基づき酸素消費速度Ｏｒを算出し、制御装置２６に蓄積されている酸素消費速度Ｏｒｍ以下であるか否かを判定する。Ｏｒｍを超える場合には、Ｏｒｍの情報をＯｒの情報と入れ替えを行った後、次の判定時間まで待機する。
【００８２】
Ｏｒｍ以下の場合には、次に制御装置２６で算出される酸素消費速度下限値ＯｒＬと比較する。ＯｒＬはＯｒｍに予め定めた割合を乗じた数値であり、特に限定されるものではないが、通常はＯｒｍに１／３、好ましくは１／２を乗じた数値とする。ＯｒがＯｒＬ以上である場合には、次の判定時間まで待機する。
【００８３】
ＯｒがＯｒｍ以下の場合、およびＴがＴＬ以下である場合には、次にｔが制御装置２６に予め設定された最少静置時間ｔＬ以上であるかを判定する。ｔＬ以上である場合には、混合操作実施時期と判定する。ｔＬ以下である場合には、次の判定時間まで待機する。本判定で用いた各種の情報は、制御装置２６に経時的なデータベースとして蓄積する。
【００８４】
発酵槽１内に複数の充填床を設けた本実施例の場合には、各段について上記の判定操作を繰り返し、半数以上の段で混合操作実施時期と判定された場合に、装置全体で混合操作を行うようにすることが好ましい。なお、原料が同一のもので、発酵槽内の充填床のコンポスト化の度合いがほぼ均一と考えられる場合には、一段分の判定で装置全体の混合時期を決定することもできる。
【００８５】
充填床の混合操作の実施は、制御装置２６の指令に基づいて仕切り２―１〜２―３の駆動機構を作動させて行う。なお、制御装置２６によって自動的に混合操作を行うこともでき、混合操作の実施時期を表示または通知する手段によって運転操作員に認知させ、手動で混合操作を行う方法もある。
【００８６】
混合操作を実施後は、前記Ｔｍ、ＴＬ、Ｏｒｍ、ＯｒＬの各数値を０にクリアする。
【００８７】
本実施例のコンポスト化装置を使用して好気発酵を継続することにより、充填床容積および重量が減少し、原料中の有機物が分解されて、有機物濃度が徐々に低下する。それに伴って、好気発酵速度の低下と酸素消費速度の減少も起こり、好気発酵による発熱量の減少に伴ない充填床の温度も低下する。これらの状況を勘案して、コンポスト化の終了を判定する。判定に当たっては、特に有機物分解率と酸素消費速度の経時変化を指標とすることが好ましい。また、電気伝導度、陽イオン交換容量、ｐＨ等も指標として利用できる。
【００８８】
なお、コンポストを農産物生産のための肥料として有効利用する場合には、有機物を極限まで分解する必要はなく、目的とする農産物に生育阻害等の悪影響を与えないレベルまで分解すればよいことは述べるまでもない。
【００８９】
コンポストが目標とする分解度に達していると判定された場合は、スクリュー排出機１１およびコンベア１０により発酵物を槽外に排出し、必要に応じて水分量の調節や肥料成分の調整を行ってコンポスト製品とする。
【００９０】
複数の発酵槽での発酵には、単槽における原料供給、充填床の循環並びに系外排出の各移送経路を共有する以下の移送手段が必要になる。
【００９１】
▲１▼  各発酵槽底部の排出口と縦方向移送経路の下部とを接続する横方向移送経路。
【００９２】
▲２▼  上方に移送可能な縦移送経路。
【００９３】
▲３▼  縦方向移送経路の上部と、各発酵槽上部の供給口とを接続する横方向移送経路。
【００９４】
なお、移送経路は複数発酵槽のバッチ処理、連続処理等の運転方式、発酵槽の配置、移送手段、原料の物理性、搬送能力等により適宜選択する。
【００９５】
〔実施例  ２〕
次に、複数の発酵槽を含む発酵系による発酵方法の例を説明する。本実施例は、１本の縦方向移送経路を含む発酵系によるバッチ発酵の順送り方式で、図１１はそのフローを示す図である。
【００９６】
原料有機固形廃棄物３が原料供給用枝経路３２、下部横方向移送経路４２−１、下部経路接続部３７を経て縦方向移送経路４０により上昇し、上部経路接続部４５を経て図の左側の上部横方向移送経路４３−１を移送し、発酵槽供給経路４４−１を経て発酵槽１−１に導入する。
【００９７】
発酵の加速が必要な場合には、必要に応じ種用充填床３５を種用充填床移送用枝経路３６を経て原料有機固形廃棄物３に添加する。発酵槽１−１に導入後、充填床５―１１中に給気して発酵を開始する。
【００９８】
その間、任意の時間間隔で発酵槽１−１中に有効容積が飽和または設定容積に達するまで間欠的、例えば、１日１回の頻度で原料固形有機廃棄物３を導入する。また、間欠的に任意の間隔、例えば、１〜３日の頻度で、発酵槽１−１中の充填床５―１１の一部または全量を発酵槽排出経路４１−１を経て排出して、前述と同じ経路を図中反時計回りに循環し発酵を続行する。
【００９９】
発酵槽に集積中または集積後に滞留して、発酵が設定発酵度まで進行または発酵が終了した時点で、充填床５―１１を図の右方向に下部横方向移送経路４２−１により移送し、下部横方向移送経路３７から充填床排出用の系外排出用枝経路３９を経て系外排出充填床３８として排出する。
【０１００】
一方、発酵槽１−１の有効容積が飽和または設定した不飽和状態において、前述した処理の過程と並行して、発酵槽１−１への原料有機固形廃棄物３の導入を停止し、他槽、例えば発酵槽１−３に向け原料供給用枝経路３２、下部横方向移送経路４２−１、縦方向移送経路４０、上部横方向移送経路４３−２、発酵槽供給経路４４−３を経て移送し、発酵槽１−３に導入して発酵を開始する。
【０１０１】
以下、同じ要領で未使用の発酵槽および発酵が終了して空になった発酵槽に順次、原料有機固形廃棄物３の導入、発酵、循環、系外排出を繰り返すことにより、バッチ発酵の順送り式で連続処理する。
【０１０２】
図１１では横方向移送経路が一本の連続した経路からなるのに対し、図１２に示すように、下部横方向移槽経路４２、上部横方向移送経路４３が各々一本のコンベア等からなる例を示す。図１１での下部横移送経路の４２−１の右方向、４２−２の左方向および上部横移送経路４３−１の右方向、４３−２の左方向への移送の代わりに、図１２の下部横方向移送経路４２、上部横方向移送経路４３の移送方向を反転させることにより、目的方向に移送する。図中、上部経路接続件移送方向切換え部４６、下部経路接続件移送方向切換え部４７は経路接続機能のほか、移送方向切り替え機能を合わせ持つ。
【０１０３】
なお、移送手段としてはコンベアやスクリュー等の強制移送式の一部を傾斜管や傾斜溝を用いた重力移送で代替できる。
【０１０４】
その例として、図１４，１５に独立槽４基の中心にバッケト式コンベア等の縦方向移送経路、底部に複数のベルトコンベア等の組み合わせによる横方向移送経路を設け、上部横方向移送経路として傾斜管を用いる例を示す。
【０１０５】
図１４は下部横方向移送経路の一部をベルトコンベア等の強制移送式とし、それ以外を重力移送式にした例を示す。
【０１０６】
〔実施例  ３〕
本実施例は、１本の縦方向移送経路を含む循環付発酵による押出し流れ式連続発酵の例で、図１２を用いて説明する。
【０１０７】
原料有機固形廃棄物３が原料供給用枝経路３２、下部横方向移送経路４２を経て縦方向移送経路４０により上昇する。次いで、上部横方向移送経路４３により左側に移送し、発酵槽供給経路４４―１を経て発酵槽１―１に導入し発酵が開始する。その間、任意の時間間隔で発酵槽１―１中の充填床５−１１の一部または全量を、発酵槽１―１から発酵槽排出経路４１−１を経て排出し、実施例２と同じ経路を経て図中反時計回りに循環する。
【０１０８】
発酵が設定進行度まで進行した時点で、充填床５−１１を下部横方向移送経路４２により右方向に移送する。次いで、縦方向移送経路４０、上部横方向移送経路４３、発酵槽供給経路４４−２を経て発酵槽１−２に導入し、さらに発酵が進行する。
【０１０９】
同じ要領で充填床５−１２を発酵槽１−３に間欠循環下で設定期間滞留する。さらに同じ要領で充填床５−１３を排出し発酵槽１−４に導入し発酵する。
【０１１０】
最終の設定発酵度に達した充填床５−１４を下部水平移送経路４２、下部経路接続部４７、系外排出用枝経路３９を経て系外排出充填床３８として系外に排出する。
【０１１１】
なお、循環せずに他発酵槽に順次移送することによっても連続発酵できる。
【０１１２】
〔実施例  ４〕
本実施例は、複数本の縦方向移送経路を含む発酵系によるバッチ式順送り発酵について説明する。
【０１１３】
図１３は２本の縦方向移送経路を含む発酵系のフロー図である。実施例２と同じ要領で発酵するが、原料の導入、発酵、循環、排出に際して、当該発酵槽に近い方の縦方向移送経路、例えば、発酵槽１−１では縦方向移送経路４０−１を用い時計回りに、発酵槽１−ｎでは縦方向移送経路４０−２を用い反時計回りで充填床を移送し循環する。
【０１１４】
本実施例により、短期間の好気発酵によりで品質のよいコンポストを生産することができる。
【０１１５】
〔実施例  ５〕
本実施例の特徴は、図１６に示すように、実施例１における発酵槽内の各段の充填床への酸素供給手段として、充填床内に通気ノズル６を有する通気格子５０を付加したものである。
【０１１６】
通気格子５０は図１７に示すように、傾斜した２平面を山形に接続し、その断面が逆Ｖ字形の傾斜板２４と、表面に通気ノズル６を設けた格子通気管路５３とで構成されており、これを同一平面上で直行させて格子状に形成したものを用いる。
【０１１７】
充填床中への酸素供給は、仕切り２の上面に設けた通気ノズル６および通気格子５０に設けた通気ノズル６より行う。通気格子５０の形状、設置数、設置位置等は特に限定されず、原料の有機固形廃棄物と充填量、床温度、菌濃度、粒径、空隙密度、水分濃度を勘案して選択する。
【０１１８】
通気格子５０を、仕切り２が開いて充填床が上段から落下してくる経路の途中に設置すれば、充填床の破砕効果をさらに向上し、充填高さの平準化できる。
【０１１９】
また、充填床高が高い場合や、酸素消費速度の大きい原料の発酵等、底面からの酸素含有ガスのみの供給では酸素が不足するような場合に、特に効果が大きい。
【０１２０】
なお、発酵槽の槽径が小さい場合には、通気格子５０は直交したものではなく、平行配置したものでもよい。
【０１２１】
〔実施例  ６〕
本実施例の特徴は、図１８に示すように、実施例５の発酵槽内の各段に、充填床の排気ガス排出手段として排気格子５４を充填床内に付加したものである。
【０１２２】
排気格子５４の形状、設置数、設置位置等は特に限定されず、原料の有機固形廃棄物とその充填量、床温度、菌濃度、粒径、空隙密度、水分濃度を勘案して選択する。通常は前記の通気格子５０と同形状のものを用いる。
【０１２３】
発酵床に多量の酸素含有ガスの供給が必要な場合に、通気差圧を小さくすることができ、酸素ガス供給用ブロワの供給気圧を下げることができ、省エネルギーに有効である。
【０１２４】
〔実施例  ７〕
実施例１のコンポスト化装置を用いて、発酵原料として食堂より排出された生ゴミを粉砕、乾燥した一次処理生ゴミ５００ｋｇと、バークを重量比で２０％添加した牛糞２０００ｋｇとを混合し、好気条件下５０日間発酵させてコンポストを調製した。コンポストを乾燥処理して含水率１０％の乾燥コンポスト６００ｋｇを得た。
【０１２５】
上記コンポストの１０ｇに純水２００ｇを加えた抽出水を用いて、小松菜の発芽試験を実施した。その結果、９５％の発芽率が得られ、発芽に対する阻害は認められず、良質のコンポストであることが確認された。
【０１２６】
【発明の効果】
本発明により、槽内横方向に隙間なく充填でき、各段充填床それぞれに発酵に必要な酸素を均一に供給できる。
【０１２７】
また、簡素な機構による混合により効率よく迅速な好気発酵を行うことができ、良質のコンポストを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による有機固形廃棄物のコンポスト化装置の模式縦断面図である。
【図２】本発明の一実施例に用いた仕切りの概要を示す平面図である。
【図３】本発明の一実施例に用いた仕切りの概要を示す側面図である。
【図４】本発明の一実施例に用いた回転棚板の概要を示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施例に用いた通気管路と通気ノズルの概要を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施例に用いた通気管路と通気ノズルの概要を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施例に用いた通気管路と通気ノズルの概要を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施例に用いた通気管路と通気ノズルの概要を示す断面図である。
【図９】本発明の一実施例に用いた通気管路と通気ノズルの概要を示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施例における混合時期判定方法のフロー図である。
【図１１】本発明の一実施例における複数発酵槽の好気発酵物の移送フローを示す図である。
【図１２】本発明の一実施例における複数発酵槽の好気発酵物の移送フロー示す図である。
【図１３】本発明の一実施例における複数発酵槽の好気発酵物の移送フロー示す図である。
【図１４】本発明の一実施例における複数発酵槽の好気発酵物の移送フロー示す図である。
【図１５】本発明の一実施例における複数発酵槽の好気発酵物の移送フロー示す図である。
【図１６】本発明の一実施例における有機固形廃棄物コンポスト化装置の酸素供給方法を示す模式断面図である。
【図１７】本発明の一実施例に用いた通気格子の模式斜視図である。
【図１８】本発明の一実施例における有機固形廃棄物コンポスト化装置の酸素供給方法を示す模式断面図である。
【符号の説明】
１…発酵槽、２…仕切り、３…有機固形廃棄物、４…気相空間部、５…充填床、６…通気ノズル、７…回転軸、８…棚板通気管路、９…酸素含有ガス、１０…コンベア、１１…スクリュー排出機、１２…ブロワ、１３…回転棚板、１４…原料投入孔、１５…排気管路、１６，１９…弁、１７…酸素濃度計測手段、１８…酸素含有ガス供給管路、２０，２１…流量計測手段、２２…温度計測手段、２３…気圧計側手段、２４…傾斜板、２５…円管、２６…制御装置、２７…充填床排出口、３２…原料供給用枝経路、３５…種用充填床、３６…種用充填床移送用枝経路、３７…下部経路接続部、３８…系外排出充填床、３９…系外排出充填床排出用枝経路、４０…縦方向移送経路、４１…発酵槽排出経路、４２…下部横方向移送経路、４３…上部横方向移送経路、４４…発酵槽供給経路、４５…上部経路接続部、４６…上部経路接続兼移送方向切り替え部、４７…下部経路接続兼移送方向切り替え部、５０…通気格子、５３…格子通気管路、５４…排気格子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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