(57)【要約】【課題】従来の微生物を用いた生ごみ処理装置において、脂肪などの生ごみ中の一部成分や微生物分解過程で生成される物質が処理槽に残留蓄積し、それが菌床への酸素供給能や水分移動能などの微生物生育環境を悪化させ、微生物の活性度が低下し、生ごみの分解効率を低下させる課題があった。【解決手段】微生物の活性度を測定する手段と、処理槽内に残留している脂肪や菌床等の固形物質に付着している微生物分解過程で生成される物質を溶解し、除去するための溶液を処理槽内容物に供給する溶解・分離手段を設け、微生物の活性度が低下すると、該溶解・分離手段を作動させるよう構成し、生ごみの分解効率を回復させ、且つ、生ごみの分解効率を長期間に亘り維持可能とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生ごみ処理装置において、処理槽内に残留している生ごみ成分中の脂肪や処理槽内の菌床等に付着している微生物分解過程で生成される物質を溶解・分離する溶液を処理槽内容物に供給する溶解・分離手段を備えたことを特徴とする生ごみ処理装置
【請求項２】
請求項１記載の生ごみ処理装置において、処理槽中の微生物活性度を測定する微生物活性度測定手段と、該微生物活性度測定手段による微生物活性度に基づき、前記の溶解・分離手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とする生ごみ処理装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生ごみの廃棄処分方法として、微生物を用いて分解処理する生ごみ処理装置に関する。特に生ごみである有機物を好気性雰囲気で微生物により分解処理する生ごみ処理装置に関わる。
【背景技術】
【０００２】
一般家庭や学校や病院やその他各種施設などから排出される食品廃棄物、食品製造・加工業や中食、外食産業から排出される食品廃棄物、養殖業から排出される魚介類廃棄物など、所謂生ごみの廃棄処理の方法の１つとして、微生物の有機物分解作用を利用した生ごみ分解処理方法があり、これを応用した生ごみ処理装置が実用化されている。
従来の生ごみ処理装置において、微生物で生ごみを分解処理する場合、それに用いる微生物は、その生育環境を保持するため例えば、木チップのような多孔質構造の微生物担体に定着させて用いる（例えば、特許文献１参照）。微生物を定着させた微生物担体を予め生ごみ処理装置の処理槽に入れておいて、そこに処理対象物である生ごみを投入し、処理槽の中で両者を攪拌し生ごみを分解処理する。（例えば、特許文献２参照）
生ごみの代表的なものとして、野菜、魚肉類、穀類などがあり、その主成分は、水分、たんぱく質、脂肪、炭水化物、灰分などである。したがって、微生物による生ごみの分解過程では、アミノ酸や脂肪酸などの中間生成物を経て、大部分は水、二酸化炭素、アンモニア、硫化水素などの無機質に分解される。
また、処理槽内で生ごみと微生物担体とを攪拌し生ごみを分解していく過程で、微生物担体に使われる木チップなどの一部は細断化され、さらに粉末化されていき微小な物質となって分解されずに残留していく。また、さらに、生ごみに含まれる難分解性物質も分解されずに処理槽内に残留していく。ここではこれらを難分解残留物と呼ぶ。
従って、分解処理過程においては、処理槽の中には、生ごみと微生物担体と分解により生成された生成物と難分解残留物の混合が存在している。この処理槽の内容物を以降、処理槽内容物と呼称する。
前述のように、生ごみの分解処理を繰り返していくと、難分解残留物が処理槽に蓄積されていく。処理槽内においては、この難分解残留物もまた、微生物を生育、増殖させる培地として働く。即ち、難分解残留物も微生物担体と同様、微生物を担持する働きをする。従って、ここでは、微生物担体および難分解残留物を含めて処理槽内で微生物を担持する働きをする物質を総称して菌床と呼称する。
一般に生ごみ処理装置では、微生物による生ごみの分解の効率を高め、維持するために、微生物の生育環境を適正に維持する必要がある。好気性微生物の育成環境因子の中でも特に重要なものに、酸素、水分、温度などがある。酸素、水分については、微生物の棲家である菌床の孔隙や表面に微生物の生育に適した酸素と水分を維持することが必要である。この点において、木チップのような微生物担体は、多孔質物質であり、微小な孔隙を多数有しており、微生物の生育に必要な酸素と水分の保持、供給に勝れた性質を有している。
微生物担体を含む菌床への酸素は、外気を処理槽内に送り込み処理槽内容物を攪拌することにより処理槽内容物の持つ通気性により供給される。
また、菌床への水分は、処理槽内容物中に含まれる水分が重力と毛管力による水分移動により菌床の表面や孔隙に供給される。この水分移動により水分中に溶出した有機物も菌床の表面や孔隙に移動し、微生物による分解が促進される点においても水分移動は重要である。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２９０６９
【特許文献２】特開平９−８５２１６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術においては以下に述べる課題がある。
以上の生ごみ処理装置で説明してきたように、処理槽内容物中には、生ごみの分解で生成されるアミノ酸や脂肪酸など中間生成物が含まれる。生ごみ処理装置の中でも業務用などの１つの処理槽で大量の生ごみの分解処理を行う場合には、これらの中間生成物も大量に生成される。
処理槽内での生ごみの分解過程におけるアミノ酸や脂肪酸などの中間生成物は菌床の表面や孔隙に付着する。このように菌床に付着した中間生成物の一部は、微生物により分解されるが、一部は分解されずに残る。
処理槽に生ごみの投入を繰り返していくと、このように分解されずに残った中間生成物が蓄積されていき、所謂、菌床の孔隙に目詰まりが起こり、また、菌床の表面が中間生成物で覆われてしまい、菌床への酸素供給や水分移動が行われ難くなり、微生物の生育を低下させたり、増殖が阻害されたりして、その結果、生ごみ分解効率を低下させるという課題がある。
投入された生ごみの大部分は分解されるが、脂肪などの一部の成分は菌床などの固形物質に付着し、残留する。特に投入される生ごみの中に多くの魚肉類等を含む場合は、その中に脂肪成分が多く含まれる。生ごみ中に含まれる脂肪や生ごみの分解過程で生成される中間生成物である脂肪酸などは粘着性を持っている。従って、処理槽で生ごみの分解処理を繰り返していくと、処理槽内容物は、生ごみ中に含まれる脂肪や生成される脂肪酸などの粘着性物質により粘性をもった物質になっていく。即ち、処理槽内において、粘着性物質は、処理槽内容物中の微細な固形物質と混ぜ合わされることにより微小な団粒をつくり、また、この微小な団粒同士や数ミリメートル程度の微生物担体など処理槽内容物中の大小様々な固形物質が粘着性物質により団粒塊を作り、処理槽内の菌床は、粘性を持った団粒塊を形成する。
粘性をもった団粒や団粒塊中に存在する菌床は、その表面や孔隙への酸素供給や水分移動が行われ難くなり、その結果、微生物の生育が低下したり、増殖が阻害されたりして、生ごみ分解効率が低下するという課題がある。
そこで本発明は、上記の課題を解決するもので団粒や団粒塊中に蓄積した脂肪や中間生成物である脂肪酸等の粘着性物質を溶解し粘着性を低下させて団粒や団粒塊を崩壊させ、また、菌床の表面や孔隙に付着した中間生成物を溶解・分離し、菌床における微生物生育環境を改善し、生ごみ分解性能を回復させることを可能とし、また、長期間に亘り分解効率を持続させることを可能とした生ごみ処理装置を実現することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記目的を以下のように達成する。請求項１記載発明は、生ごみ処理装置において、団粒や団粒塊、および菌床に付着した疎水性物質および親水性物質を溶解・分離する溶液を処理槽内容物に供給する溶解・分離手段を備えたことを特徴とするものである。
本発明は上記構成によって、処理槽中の団粒や団粒塊中に含まれる脂肪や脂肪酸や一部のアミノ酸のような疎水性の物質と一部のアミノ酸のような親水性の物質の両者を溶液中に溶解、溶出し、団粒や団粒塊の粘着性を低下させ、団粒や団粒塊を崩壊させることができる。また、菌床の孔隙や表面に付着している脂肪酸や一部のアミノ酸のような疎水性の物質と一部のアミノ酸のような親水性の物質の両者を溶液中に溶解、溶出し、それらの付着固形物質を菌床から分離することができる。これにより菌床の表面を覆っている固形物質や孔隙の目詰まりを起こしている固形物質が取り除かれ、菌床の表面や孔隙に酸素や水分の移動が可能となり、即ち、微生物生育環境が回復するため、微生物の代謝、増殖が高まり、生ごみ分解効率の回復が可能となる。
また、請求項２記載発明は、請求項１記載の生ごみ処理装置において、処理槽内の微生物活性度を測定する微生物活性度測定手段と該微生物活性度測定手段による微生物活性度に基づき前記溶解・分離手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とするものである。
本発明は上記構成によって、処理槽内の微生物の活性度の低下を検出すると、前記の溶解・分離手段を働かせて処理槽内の菌床の微生物生育環境を改善し、微生物の活性度を自動的に回復させる。このことにより、上記構成によれば、生ごみの投入を繰り返し行うことにより生じる生ごみ分解効率の低下を自動的に回復させ、生ごみ処理装置の生ごみ分解効率を長期間に亘り維持させることが可能となる。
【発明の効果】
【０００６】
上記のように本発明にあっては、団粒や団粒塊中に存在する脂肪や粘着性の中間生成物を溶解、溶出させることにより、団粒・団粒塊の粘性を低下させ、団粒・団粒塊を崩壊しやすくすることにより、菌床への酸素供給能や水分移動能を回復させる効果がある。
さらに、また、菌床の孔隙や表面に付着した中間生成物を溶解、溶出することにより、菌床への酸素供給能や水分移動能を回復させる効果がある。
これにより、菌床の微生物の生育環境が回復され、微生物の活性度を回復させる効果がある。これにより微生物の活性度低下を回復することを可能とする生ごみ処理装置を提供できる。さらに、また、長期間に亘り生ごみ分解効率を維持させることを可能とする生ごみ処理装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態を示す生ごみ処理装置の構成図を示す。図において、１は生ごみ処理装置の全体を示し、２は生ごみを分解処理する処理槽、３は生ごみ、微生物担体、分解で生じた生成物、難分解残留物の混合物からなる処理槽内容物、４は処理槽内容物を攪拌する攪拌機構、５は該攪拌機構を駆動して攪拌機構４に回転力を与える駆動モータ部、６は微生物担体に付着した固形物を溶解、分離させるための溶液を入れる溶解溶液容器、７は溶解溶液容器６中の溶液を処理槽内容物３に供給する溶解溶液散布部、８は該溶解溶液容器中の溶液の溶解溶液散布部７への導通を制御するバルブ、９は処理槽内の微生物の活性度を測定する微生物活性度測定部、１０は微生物活性度を測定するためのセンサ部、１１は生ごみ処理装置全体を制御するマイクロコンピュータを内蔵した制御部で、駆動モータ部５、バルブ８、微生物活性度測定部９等を制御する。
以下、上記構成の動作の概要を説明する。
生ごみ処理装置１の処理槽２には、予め微生物を定着した微生物担体が適量入れられている。生ごみを処理する場合は、生ごみを処理槽２に投入する。生ごみ処理装置１の制御部１１は生ごみの分解を促進させるため、駆動モータ部５を制御して処理槽内容物３を攪拌しながら、図示していないが、処理槽に外気を送り込み、また、処理槽内容物を加熱したり、処理槽２中の空気を外部に排出したりして、処理槽内容物中の酸素量、水分を適正に保ち、且つ、処理槽内容物の温度を適正な温度に保つよう制御する。
つぎに溶解・分離手段の動作について説明する。溶解溶液容器６の中には、団粒や団粒塊中に存在する脂肪や中間生成物および菌床の孔隙や表面に付着した中間生成物を溶解する溶液が入れられている。以下、これを溶解溶液と呼称する。この溶解溶液としては、前記の脂肪や中間生成物のアミノ酸、脂肪酸などを溶解させるものが望ましい。
また、溶解溶液としては、殺菌性の無い、あるいは殺菌性の弱い溶液、あるいは、微生物活性抑制の低い溶液が望ましい。
このような溶解溶液として、極性溶媒を含む水溶液がある。
このような極性溶媒を含む水溶液は、脂肪や脂肪酸や一部のアミノ酸などの疎水性物質と一部のアミノ酸などの親水性物質の両方の物質を溶解させることができる。
さらにまた、このような溶解溶液として、揮発性の極性溶媒を含む水溶液がある。極性溶媒は溶解作用が終わった後は不要である。また、極性溶媒は一般的には殺菌作用をもつので、処理槽に残留しない方が望ましい。このような溶解溶液としては、揮発性を有する極性溶媒、例えばエタノールやメタノールあるいはイソプロパノールなどの低級アルコールを含む水溶液などがある。
エタノール、メタノールやイソプロパノールは殺菌作用があるが、ある程度の濃度以下であれば殺菌作用が弱く、且つ、揮発性であるので長時間処理槽内容物中に残留しないので殺菌作用の持続時間が限定され、処理槽内容物中の微生物の菌数の減少量を抑えることができる。
バルブ８が開かれると、溶解溶液容器６の溶解溶液が溶解溶液散布部７に導かれ、溶解溶液が処理槽内容物３に供給される。溶解溶液散布部７の先端は、溶解溶液が処理槽内容物全体に散布されるよう溶解溶液を噴霧するように作られていても良いし、また、菌床表面を溶解溶液で洗浄する効果も加えるため、溶解溶液を加圧して噴射するように作られていても良い。
処理槽内容物３に供給された溶解溶液は、攪拌により処理槽内容物３と混合され、団粒や団粒塊中に含まれる脂肪や中間生成物のアミノ酸や脂肪酸などを溶解、溶出し、団粒や団粒塊の粘性を低下させ、団粒や団粒塊を崩壊しやすくする。さらに、菌床に付着しているアミノ酸や脂肪酸を溶解、溶出していき、これにより菌床からその孔隙やその表面に付着している物質を洗い流す。
溶解溶液中の揮発性極性溶媒は、一定時間経過すると気化し処理槽外に排出され、それが持っている殺菌作用も無くなる。また、溶解溶液中の水分は、生ごみ処理装置１の加熱機能や排気機能（いづれも図示していない）により、水蒸気として装置外に排出される。さらに、余分な水分を短時間に排出するために、処理槽底部に排水機構（図示していない）を設け、不要な水分を外部に排水する手段を講じても良い。従って、処理槽内容物３の水分量も一定時間経過後には適正な範囲に回復する。
以上の構成により、団粒や団粒塊の粘性が低下し団粒や団粒塊が崩壊しやすくなり、菌床への酸素、水分移動が改善される。さらにまた、菌床の孔隙や表面に付着している中間生成物が溶解、分離され、菌床への酸素、水分移動が改善される。以上により微生物の生育環境が改善され、微生物の活性度が高まる効果を発揮する。
また、団粒や団粒塊並びに菌床に付着し、分解されずに残っていたアミノ酸や脂肪酸は溶解溶液中に溶解され、その一部は微生物により分解され、処理槽内の中間生成物の蓄積量が減少して、これによってもさらに微生物生育環境が改善される効果を発揮する。
次に微生物活性度測定手段と制御手段の動作について説明する。
処理槽内の微生物活性度測定には微生物の活性度と相関のある観測量を用いる。例えば、そのような微生物活性度と相関を持つ観測量として、処理槽内容物の温度がある。微生物による有機物の分解過程で熱が生じるので、微生物による分解が活発であれば処理槽内容物の温度は上昇する。逆に、微生物による分解が活発でない場合は分解による発熱が少ないので、処理槽内容物は周囲温度や外部から与える熱量に応じた温度に近い温度になる。このように生ごみ処理装置における生ごみの分解過程での温度上昇特性を測定し、この実測データとの対比により、処理槽内容物の温度測定データから処理槽内の微生物活性度を推定することができる。
センサ部１０は、微生物活性度と相関のある観測量である処理槽内容物の温度を測定する温度センサである。微生物活性度測定部９には、マイクロコンピュータが内蔵されており、プログラム制御により、センサ部１０を制御して、一定時間間隔で処理槽内容物の温度を測定し、その測定データを記録する。
通常、生ごみが投入された後、生ごみの分解が進むにつれ、処理槽内容物の温度は分解過程で生じる温度で上昇していき、分解のピークの時に処理槽内容物の温度もほぼ最高を示し、分解のピークが過ぎると、その後は、処理槽内容物の温度は徐々に低下していき、分解がほぼ終るころには、処理槽内容物の温度は分解ピーク後の期間において最も低い温度を示す。従って、このような生ごみ投入から分解終了までの分解サイクルにおいて、処理槽内容物のピーク温度から微生物活性度を推定することができる。
微生物活性度測定部９では、生ごみ分解効率の高いとき、即ち、微生物活性度の高い時、あるいはまた、生ごみ分解効率が平均的なとき、即ち、微生物活性度が平均的な時、あるいはまた、生ごみ分解効率が低いとき、即ち、微生物活性度が低いときの観測データを蓄積しておき、この蓄積データと測定データを比較して、微生物活性度が「高い」、「普通」、「低い」を判定し、その信号を制御部１１に出力する。
制御部１１は、微生物活性度測定部９から受けた信号が、微生物活性度が「低い」状態であった場合は、バルブ８に開栓の指示を出力し、バルブ８が開栓されることにより、溶解溶液容器中の溶解溶液を予め定められた量だけ処理槽内容物３に供給する。
以上の構成により、処理槽内で、団粒化や団粒塊化が起こり、また、菌床の孔隙や表面に中間生成物等の固形物質が付着して、微生物活性度が低下するとそれを自動的に検出して菌床の微生物生育環境の回復処理を行い微生物活性度を回復させるため、生ごみ分解効率を長期間維持持続を可能とする効果を発揮する。
なお、本発明の実施例では、微生物活性度測定部９において微生物活性度の判定に用いる観測量としては、処理槽内容物の温度を用いているが、微生物活性度の判定に用いる観測量としては、これに限らず、微生物活性度と相関がある観測量であれば、温度以外の観測量でも用いることができる。
そのような他の観測量として、処理槽内の二酸化炭素濃度がある。微生物が生ごみを分解すると二酸化炭素を生成する。投入した生ごみの量とその成分構成（たんぱく質、脂肪、炭水化物など）から生成される二酸化炭素濃度とは相関をもっている。従って、処理槽内の二酸化炭素濃度を測定することにより、微生物活性度を観測することができる。
さらにまた、微生物活性度の判定に用いることができる他の観測量としては、微生物の生育環境の劣化に関する観測量がある。例えば、処理槽内容物の粘性は、処理槽内容物の通気性と関係する。通気性は処理槽内容物中の菌床に対する酸素供給能や水分移動能と関係する。このことから処理槽内容物の粘性が高まれば、微生物の生育環境が劣化し、それに伴って微生物の活性度が低下していると見ることができる。
処理槽内容物の粘性は、処理槽内容物を攪拌している攪拌機構が受けるトルクと関係し、攪拌機構が受けるトルクは、それを駆動している駆動モータ部５の電流値と関係する。このことから駆動モータ部５の電流値を測定することにより、微生物活性度を観測することができる。
以上より、センサ部１０は、温度センサの代わりに二酸化炭素濃度センサを用いても良い。また、微生物活性度測定部９で用いる測定データとしては、駆動モータ部５の電流値を測定し、その電流値を用いても良い。
さらにまた、微生物活性度の判定に用いることができる他の観測量としては、処理槽内の残渣量がある。即ち、微生物活性度が低下すると、生ごみの分解効率が低下し、その結果、処理槽内に分解されずに残る残渣が増量する。従って、処理槽内の残渣の増量情報を、目視や処理槽内を撮像する映像モニター画面等視覚的情報を用いて測定し、人手による測定の場合は操作ボタンの押下により電気的な信号に変換し、また、映像のパターン認識から機械的に行う場合は当該装置から残渣の増量信号に変換して、微生物活性度測定部９で用いる測定データとして、残渣の増量信号を用いても良い。
以上の発明の実施例では、溶解・分離手段として、溶解溶液と溶解溶液が入っている溶解溶液容器とバルブと溶解溶液散布部とで構成したが、前記溶解・分離手段の代わりに溶解溶液をポリ容器などに入れておき、団粒や団粒塊中の脂肪や中間生成物や菌床に付着している中間生成物を溶解・分離するときに処理槽に人手で溶解溶液を供給する手段を用いても良い。
また、以上の本発明の実施例では、処理槽に溶解・分離手段を設けて、処理槽の中で団粒や団粒塊中の脂肪や中間生成物や菌床に付着している中間生成物を溶解・分離する処理を行っているが、処理槽とは別に溶解・分離処理槽を設け、前記処理槽から処理槽内容物を溶解・分離処理槽に移し、溶解・分離処理槽で団粒や団粒塊中の脂肪や中間生成物や菌床に付着している中間生成物を溶解・分離する処理を行い、処理後の処理槽内容物を再び処理槽に戻すよう構成しても良い。
また、上記、構成において、溶解・分離処理槽で、溶解・分離処理を行い、中間生成物等が溶解されている溶解溶液を取り除き、主に微生物担体のみを前記処理槽に戻しても良い。また、取り除かれた溶液には、高濃度の脂肪酸やアミノ酸などがふくまれており、新たな生産物を生産する資源として再生処理するよう構成しても良い。
また、本発明の生ごみ処理装置において、溶解・分離手段を有する処理槽を複数台設け、１つの処理槽で溶解・分離処理をしている間、その処理槽での生ごみ分解処理は停止していても、残りの処理槽で生ごみ分解処理を継続して使用できるよう構成し、常に生ごみを連続的に分解処理できるように生ごみ処理装置を構成しても良い。
本発明の実施例では、溶解・分離手段に用いた溶解溶液中の溶媒は、生ごみ処理装置外に排出させたが、使用した溶媒を回収する手段を付加し、溶媒を再利用するよう生ごみ処理装置を構成しても良い。
本発明の実施例では、微生物活性度測定手段や溶解・分離手段を制御する制御部を生ごみ処理装置に組み込む構成としているが、微生物活性度を計る観測情報を生ごみ処理装置から遠隔地にある当該生ごみ処理装置の監視センタに通信手段を用いて伝送し、当該監視センタにおいて、微生物活性度を判定し、その結果、当該生ごみ処理装置に対して制御情報を伝送し、当該生ごみ処理装置は受信した当該制御情報により、溶解・分離手段を制御するように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態を示す生ごみ処理装置の構成図
【符号の説明】
【０００９】
１  生ごみ処理装置の全体
２  処理槽
３  処理槽内容物
４  攪拌機構
５  駆動モータ部
６  溶解溶液容器
７  溶解溶液散布部
８  バルブ
９  微生物活性度測定部
１０  センサ部
１１  制御部
【図１】
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