(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生ゴミ、食品加工残渣、家畜糞尿などの有機性廃棄物を微生物により発酵・分解処理を行ないかつ気密構造に構成された処理槽を備える有機性廃棄物処理装置と、炭酸ガスを固定化するための炭酸ガス固定化手段を有しかつ気密構造に構成された炭酸ガス固定化装置と、前記有機性廃棄物の処理過程で発生する炭酸ガスを含む有機性廃棄物処理装置内のガスを前記炭酸ガス固定化装置に供給するための手段と、前記炭酸ガス固定化装置で処理された空気を含むガスを前記有機性廃棄物処理装置の処理槽に戻すための手段とを備え、前記炭酸ガス固定化手段は、化学的に炭酸ガスを固定する装置であることを特徴とする有機性廃棄物処理システム。
【請求項２】
請求項１において、前記炭酸ガス固定化装置は、水酸化カルシウム溶液を充填した固定化槽と、この固定化槽内下部に設けられ、前記有機性廃棄物処理装置からのガスを微細気泡として吐出させるエアレーション管とを備えることを特徴とする有機性廃棄物処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生ゴミ、食品加工残渣、家畜糞尿等の有機性廃棄物を微生物により発酵・分解処理を行なう有機性廃棄物処理システム及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生ゴミ、食品加工残渣、家畜糞尿等の有機性廃棄物は焼却または埋立による処理がほとんどであった。近年、処分場の不足、ダイオキシン問題等により、廃棄物の減量化や資源リサイクルが進みつつあり、一般にバイオ式生ごみ処理機と呼ばれる、微生物の働きを利用した有機性廃棄物処理装置が、家庭用や業務用向けに普及し始めている。
【０００３】
バイオ式生ごみ処理装置としては、処理後の生成物をコンポスト（堆肥）として再利用するタイプ（コンポスト化型）と、処理物をほとんど残さない超減量タイプ（消滅型）がある。しかし、コンポスト化型によって作られたコンポストは性状が不安定であったり、堆肥として完熟していないため、有効に利用されないことが多い。このため、業務用の廃棄物処理装置としては、上記消滅型のニーズが高まってきている。
【０００４】
上記各有機性廃棄物処理装置において、生ごみ等の有機物が処理されると、多くは水と炭酸ガスに分解される。その分解過程で発生する炭酸ガスは処理されずに大気排出されていることが多い。現在、地球温暖化対策が緊急の課題とされており、温暖化の原因の一つである炭酸ガスについては削減または固定化することが要求されている。
【０００５】
また、微生物による有機性廃棄物の発酵・分解によって発生するアンモニア、硫化水素やメチルメルカプタンなどの硫黄系物質などについては悪臭として問題となるため、例えば特開平６−２７１３７８号公報に記載されているように、脱臭装置等による臭気対策が施された処理装置が開発されてきている。しかし、このような処理装置においても、処理物や処理条件によっては脱臭が不完全になってしまうこともあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
有機性廃棄物の好気性微生物による発酵分解型処理装置において、特に処理物を水と炭酸ガスに分解する消滅型（超減量型）処理装置では、処理過程で処理物の炭素元素がすべて炭酸ガスに変換されたとすると、標準的な生ゴミ１トンあたり約１８０ｋｇの炭酸ガスが発生すると推定される。ちなみに穀類１００％の生ゴミでは１トン当り約６００ｋｇの炭酸ガスを発生する。日本での家庭・事業系生ゴミの年間排出量は約５，０００万トン（平成８年）と言われており、これがすべて消滅型の処理装置によりすべて分解されたとすると、約９００万トンの炭酸ガスが排出される。これは、日本での炭酸ガスの年間排出量（約３億トン）の３％分に相当するため、地球温暖化に対する影響が懸念される。
【０００７】
また、平成８年には改正悪臭防止法が施行され、臭気指数規制に関する制度、及び悪臭の防止等についての関係者の責務が新たに規制され、処理過程で発生する臭気対策が重要な課題となってきている。
【０００８】
本は発明の目的は、有機性廃棄物を微生物により発酵・分解処理すると共にその処理過程で発生する炭酸ガスの大気への排出を抑制でき、さらに前記処理過程で発生する臭気成分の外部への排出も抑制できる有機性廃棄物処理システム及び処理方法を得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の特徴は、生ゴミ、食品加工残渣、家畜糞尿などの有機性廃棄物を微生物により発酵・分解処理を行ないかつ気密構造に構成された処理槽を備える有機性廃棄物処理装置と、炭酸ガスを固定化するための炭酸ガス固定化手段を有しかつ気密構造に構成された炭酸ガス固定化装置と、前記有機性廃棄物の処理過程で発生する炭酸ガスを含む有機性廃棄物処理装置内のガスを前記炭酸ガス固定化装置に供給するための手段と、前記炭酸ガス固定化装置で処理された空気を含むガスを前記有機性廃棄物処理装置の処理槽に戻すための手段とを備え、炭酸ガス固定化手段は、化学的に炭酸ガスを固定する装置である。
【００１０】
上記のものにおいて、炭酸ガス固定化装置は、水酸化カルシウム溶液を充填した固定化槽と、この固定化槽内下部に設けられ、有機性廃棄物処理装置からのガスを微細気泡として吐出させるエアレーション管とを備えることが望ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図１及び図２を参照して説明する。
図は生物的炭酸ガス固定化装置を備えた有機性廃棄物処理システムであり、図において１は微生物による有機性廃棄物処理装置、２は有機性廃棄物処理装置１の処理過程で発生した炭酸ガスを固定化するための生物的炭酸ガス固定化装置である。
【００１７】
有機性廃棄物処理装置１は、有機性廃棄物を発酵・分解処理する処理槽（発酵・分解槽）３、処理物（有機性廃棄物）の投入扉４、処理物を攪拌するための攪拌器５、処理を促進させるための加熱ヒーター６、処理槽３内の温度を検出するサーミスタ７、該サーミスタ７からの検出温度を基に処理槽内の温度を調節する温度調節器８などから構成される。
【００１８】
処理槽３内には、処理物の水分調整材としての木材チップやおがくず等の基材（または母材）９及び発酵・分解に関与する複数の微生物が存在する種菌が充填されている。基材９は水分調整材としての役割の他、微生物の生息・増殖場所にもなる。また、発酵・分解を行う支配的な微生物としては、一般に、有酸素条件下で、かつ通常の微生物が増殖を行う温度範囲より高い温度条件下で働くことのできる好気性・好熱性のバチルス属微生物が使用される。
【００１９】
発酵・分解処理の過程を説明する。まず、有機性廃棄物である生ごみ等が処理装置１の投入扉４から投入される。処理装置内の攪拌器５はその軸がチェーンベルト５ａによってモーター５ｂと連結されており、処理物は攪拌器によって基材９と混合される。この攪拌器５の働きにより、処理物の含水率が、微生物の働きやすい  ５０〜６０％程度となるように水分調整されると共に、攪拌により処理物全体に空気が供給されて好気条件を作り出す。さらに、攪拌と同時に処理槽３の周囲に設けられた加熱ヒータ６と、サーミスタ７及び温度調節器８により、槽内が発酵・分解を行う微生物の最適温度といわれる６０℃前後（５５〜６５℃程度）に均一に調整され、微生物の発酵・分解が活発となる。また、処理物中に病原性などを有した有害微生物が生息していた場合、この加熱処理により死滅または不活性化させることができる。
【００２０】
微生物による発酵・分解の反応過程は処理物の成分により異なるが、生ごみ中の炭水化物やタンパク質である有機物は、微生物から分泌された酵素により、それぞれブドウ糖やアミノ酸に変化し、微生物によって吸収されるか、または炭酸ガスと水等に分解される。ただし、アミノ酸の分解過程では、アンモニアや硫黄系物質が生成されることもあり、これが臭気成分となる。これら反応の一例は下記で表すことが出来る。
（炭水化物）→（ブドウ糖）：Ｃ６Ｈ１２Ｏ６＋  ６Ｏ２  →    ６ＣＯ２  ＋  ６Ｈ２Ｏ
（タンパク質）→（アミノ酸）：ＣｘＨｙＮｚＯｐ＋ａＯ２→ＣｕＨｖＮｗＯｑ＋ｂＣＯ２＋ｄＨ２Ｏ＋ｅＮＨ３
この処理後、分解されにくい有機物や分解後に残った無機物などはコンポスト（堆肥）として利用できる。また、発酵・分解に関与した微生物が上記有機物や無機物中に生息していることからこれを種菌として使う場合もある。
【００２１】
上記のように、処理後の残渣をコンポストとして再利用するタイプがコンポスト化型処理装置であり、処理後の残渣（コンポスト）がほとんど残らないまでに発酵・分解処理を行うタイプが消滅型処理装置である。両タイプとも処理過程において攪拌、加熱操作を行う点では同じある。なお、発酵・分解処理により発生した水は排水管１１を通して外部に排水される。
【００２２】
次に、生物的炭酸ガス固定化装置２について説明する。有機性廃棄物処理装置１内で発生した炭酸ガスを含んだガスは、エアポンプ１２や給気管１３などの供給手段を介して固定化装置２の培養槽１４に供給される。培養槽１４の材質は透明アクリルやガラスなど光透過性のあるものを使用している。培養槽１４内には、炭酸ガスを固定することが可能な光合成微生物（緑色硫黄細菌、へリオバクテリア等）を存在させるか、または藻類（クロレラ、スピルリナ等）などの固定化生物を生息させる。本実施例では、培養槽１４内に固定化生物１５を、生長を促進させる栄養剤を含んだ液体培地（培養液）１６の中に培養する構成としている。培養槽１４内に導かれた給気管１３の先端にはエアレーション管１７を設け、このエアレーション管から微細気泡を吐出させることにより培養槽内の培養液を循環、攪拌させ、炭酸ガスを培養液中に溶解させることができる構成としている。培養槽内の固定化生物は、この炭酸ガスを利用して光合成を行う。この固定化反応は次式で示されるものが代表的であり、有機物の生産と同時に酸素も生成する。
６ＣＯ２  ＋  ６Ｈ２Ｏ  →  Ｃ６Ｈ１２Ｏ６＋  ６Ｏ２
培養槽１４内の上部には排気管１８が設けられており、固定化処理によって生成した酸素や培地に溶解しきれなかった炭酸ガスを含むガスは、この排気管１８を通して外部に排気される。
【００２３】
また、培養槽１４内の培養液や固定化生物１５の排出や供給は、それぞれ培養槽の下部および上部に接続した排液管１９、或いは給液管２０を通して各バルブ１９ａ，２０ａの開閉により行なわれる。排液管１９から回収した固定化生物は飼料として利用したり、固定化生物により生産された有用物質（例えば微細藻類を使用した場合に生産される、抗菌物質、紫外線吸収物質、不飽和脂肪酸、多糖類など）をスクリーニングして利用する。
【００２４】
さらに、培養槽１４内では、発酵・分解処理過程において発生したアンモニアや硫黄系物質などの臭気成分が、培養槽内の培養液（液体培地）との気液接触、及び光合成微生物や藻類などの固定化生物による吸収により除去することができ、このため大きな脱臭効果が得られる。
【００２５】
図３は上記本発明の一実施例における有機性廃棄物の処理フローを示した図である。
本実施例では、生ゴミ、食品加工残渣、家畜糞尿などの有機性廃棄物は、気密構造に構成された有機性廃棄物処理装置１の処理槽内に投入される。処理槽内では、処理物（廃棄物）が基材や種菌等と共に攪拌され、処理物の含水率が、微生物の働きやすい  ５０〜６０％程度となるように水分調整されると共に、攪拌により処理物全体に空気が供給されて好気条件を作り出す。さらに、攪拌と同時に処理槽の周囲に設けられた加熱ヒータ等により槽内が発酵・分解を行う微生物の最適温度といわれる６０℃前後に均一に調整し、微生物の発酵・分解が活発となるようにする。この処理後、分解されにくい有機物や分解後に残った無機物などはコンポスト（堆肥）として利用することもできる。本実施例では処理後の残渣（コンポスト）がほとんど残らないまでに発酵・分解処理を行う消滅型処理装置であり、処理過程で多量の炭酸ガスが発生するのでこの炭酸ガスを含むガスは気密構造とされた炭酸ガス固定化装置の培養槽１４に供給される。培養槽内では、培養液を循環、攪拌させて、炭酸ガスを培養液中に溶解させ、培養槽内の光合成微生物や藻類などの固定化生物はこの炭酸ガスを利用して光合成を行い、炭酸ガスを固定化する。培養槽内では、発酵・分解処理過程において発生したアンモニアや硫黄系物質などの臭気成分も、培養槽内の培養液（液体培地）との気液接触、及び光合成微生物や藻類などの固定化生物による吸収により除去できる。このようにして臭気成分が除去されたガスは排気ガスとして固定化装置外（外気等）へ排出される。
【００２６】
なお、臭気成分が除去された排気ガス（炭酸ガス固定化装置で処理された空気を含むガス）を外気に排出せずに、有機性廃棄物を処理している処理槽に戻すようにしても良く、このように構成すれば、外気への臭気成分の漏洩をほぼ完全に抑制することが可能となる。
【００２７】
上記実施例では生物的固定化装置を使用しているが、炭酸ガスを炭酸カルシウムにすることで炭酸ガスを固定化する化学的炭酸ガス固定化装置としても良い。すなわち、有機性廃棄物の処理装置内で発生した炭酸ガスを含んだガスは、エアポンプ１２により給気管１３を介して固定化装置２の固定化槽（培養槽１４に相当）に供給される。固定化槽内には、水酸化カルシウム溶液を充填させておき、固定化槽内下部に導かれた給気管の先端にはエアレーション管１７を設け、このエアレーション管から微細気泡を吐出させる。このようにすることにより、炭酸ガスを固定化槽内の水酸化カルシウム溶液に溶解させ、化学反応させることにより固定化することができる。炭酸ガス固定化の反応は次式で表わすことができる。
Ｃａ（ＯＨ）２＋  ＣＯ２  →    ＣａＣＯ３  ＋  Ｈ２Ｏ
化学的炭酸ガス固定化装置とした場合にも図１と同様に、固定化槽内の上部に排気管１８を接続し、固定化処理によって炭酸ガスが除去されたガスを、この排気管を通して外部に排気する。また、固定化槽内の水酸化カルシウム溶液の供給や炭酸カルシウムの排出は、それぞれ培養槽の上部および下部に接続した給液管２０および排液管１９を通して行うことができる。
【００２８】
本発明の他の実施例を図４及び図５により説明する。この実施例は、炭酸ガス固定化装置内で処理された空気を、発酵・分解処理を行なっている処理槽３内に戻す通路（排気管）１８を設け、処理過程で発生する臭気を外部へ放出せずに処理システム内に閉じ込めるようにしたものである。
【００２９】
本実施例においても、炭酸ガスの固定化には生物的炭酸ガス固定化装置を用いている。システム構成は、微生物による有機性廃棄物処理装置１、処理過程で発生した炭酸ガスを固定化する生物的炭酸ガス固定化装置２、有機性廃棄物処理装置１において発酵・分解処理をする処理槽３と生物的炭酸ガス固定化装置２の培養槽１４とを互いに連通する給気管１３及び排気管１８等から構成されている。
【００３０】
有機性廃棄物処理装置および生物的炭酸ガス固定化装置の構成は、前記一実施例と同様であるが、固定化装置は気密構造とされ、また培養槽内で炭酸ガス固定化処理および臭気成分が除去されたガスは外部に排気されず、排気管１８を通して有機性廃棄物処理装置１内の処理槽３内に再び戻される構成としている。さらに、発酵・分解を行なう処理槽も気密構造とすることにより、有機性廃棄物の発酵・分解処理過程と炭酸ガスの固定化処理過程においてガスが循環するため、固定化処理で除去できなかった炭酸ガスの固定化をより完全にすることができ、臭気の外部への排出も抑制することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、有機性廃棄物処理装置により発酵・分解過程で発生した炭酸ガスを、固定化装置により固定化するので、炭酸ガスの大気への排出量を削減することができる。また、固定化処理と同時に脱臭が行われるので、処理過程で発生する臭気を含む空気を外部へ排出されるのも抑えることができる効果がある。
【００３２】
さらに、炭酸ガス固定化装置で処理された空気を含むガスを前記有機性廃棄物処理装置の処理槽に戻すための手段を備える本発明によれば、発酵・分解処理過程で発生する臭気を含むガスが外部に放出されず、臭気漏洩をより完全に抑制できるばかりでなく、炭酸ガスの固定化をより完全にすることができる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機性廃棄物処理システムの一実施例を示す断面図である。
【図２】図１の斜視図である。
【図３】本発明の有機性廃棄物処理における処理フローの例を示す図である。
【図４】本発明の有機性廃棄物処理システムの他の実施例を示す断面図である。
【図５】図４の斜視図である。
【符号の説明】
１…有機性廃棄物処理装置、２…炭酸ガス固定化装置、３…処理槽（発酵・分解槽）、４…投入扉、５…攪拌器、５ａ…チェーンベルト、５ｂ…モータ、６…加熱ヒータ、７…サーミスタ、８…温度調節器、９…基材（母材）、１１…排水管、１２，１３…供給手段（１２…エアポンプ、１３…給気管）、１４…培養槽（固定化槽）、１５…固定化生物、１６…液体体培地（培養液）、１７…エアレーション管、１８…排気管（処理槽に戻す手段）、１９…排液管、１９ａ…排液管バルブ、２０…給液管、２０ａ…給液管バルブ。
【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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