(57)【要約】【目的】生ゴミ等の有機物を微生物により処理させる装置において、微生物が繁殖し易い環境を整えることにより、分解を促進させ短時間に生ゴミ等の処理を行う。【構成】生ゴミ等の有機物を微生物により処理させる装置内の内容物の含水率が５０ＷＴ％〜７０ＷＴ％の間を保つ水分調整機構と、この装置内の温度を５０〜７０℃の間に保つ調整機構と、空気を供給する機構を備えている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪酸塩鉱物及び粘土を含有する鉱物質と保水性を有する床材と水とを配合して含水率が３０〜８０ｗｔ％の分解床を調整し、有機物を分解床に加えて５０〜７０℃で分解床及び有機物を攪拌しながら空気を供給して有機物を微生物の作用により好気的に分解する有機物の分解方法であって、該分解床の含水率が７０ｗｔ％以上の値と５０ｗｔ％以下の値との間を往復変動するように該分解床の含水率を調整することを特徴とする有機物の分解方法。
【請求項２】
前記分解床の調整は、該分解床を３５〜４５℃の温度で０．５時間以上インキュパートすることを含む請求項１に記載された有機物の分解方法。
【請求項３】
珪酸塩鉱物及び粘土を含有する鉱物質と保水能を有する床材と水とが配合された含水率が３０〜８０ｗｔ％の分解床を収容する分解室と、該分解室の温度を調節する温度調節機構と、該分解室に投入される有機物と分解床と混合するための攪拌装置と、該分解床の含水率を調整するための水分調整機構とを有することを特徴とする有機物の分解装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生ゴミ等の有機物の分解方法に関し、特に、乾燥による減容ではなく微生物による分解を促進する有機物の分解方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、家庭及び食品加工業から排出される生ゴミ等の有機廃棄物の処理が問題となっている。ホテルやレストラン等から排出される食品廃棄物については、有機堆肥化して農作物の育成に再利用する試みが進行しつつある。また、家庭から排出される生ゴミについては、家庭用生ゴミ処理機を用いた処理が広がりつつある。家庭用生ゴミ処理機においては、簡便に短時間で生ゴミを処理することが求められ、様々なタイプの処理機が試みられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このなかで、短時間で生ゴミが処理可能とする家庭用生ゴミ処理機では、生ゴミを加熱し、数時間〜１日後には処理が終了する。しかし、このタイプの場合の多くは、生ゴミの加熱処理による減縮にとどまる。他方、家庭菜園等に使用可能な程度に生ゴミを堆肥化する生ゴミ処理機もあるが、生ゴミの処理完了までにかなりの時間を必要とする。
【０００４】
本発明は、生ゴミや食品廃棄物などの有機廃棄物の分解を促進し、分解残渣の量が極めて少ない有機物の分解方法及び装置を提供することを課題とする。また、本発明は、有害ガスや悪臭を発することなく有機廃棄物を迅速に分解処理できる有機物の分解方法及び装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明によれば、有機物の分解方法は、珪酸塩鉱物及び粘土を含有する鉱物質と保水能を有する床材と水とを配合して含水率が３０〜８０ｗｔ％の分解床を調整し、有機物を該分解床に加えて５０〜７０℃で分解床及び有機物を攪拌しながら空気を供給して有機物を微生物の作用により好気的に分解する有機物の分解方法であって、該分解床の含水率が７０ｗｔ％以上の値と５０ｗｔ％以下の範囲の値との間を往復変動するように該分解床の含水率を調整することを要旨とする。
また、本発明によれば、有機物の分解装置は、珪酸塩鉱物及び粘土を含有する鉱物質と保水能を有する床材と水とが配合された含水率が３０〜８０ｗｔ％の分解床を収容する分解室と、該分解室の温度を調節する温度調整機構と、該分解室に投入される有機物を分解床と混合するための攪拌装置と、該分解床の含水率を調整するための水分調整機構とを有することを要旨とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明らは鋭意研究をした結果、野生種の微生物を用いて有機物の迅速な好気的分解が可能であり、その際の水分量の調整が有効であることを見出し、本発明に係る有機物の分解方法及び装置をなすに至った。本発明に置いては、床材、鉱物質及び水分を混合して分解床を調整し、この分解床に生ゴミ等の有機廃棄物を加えて温度を調整しながら水分及び空気の供給と攪拌とを行うことにより、有機物の分解が進行する。
【０００７】
分解床を構成する床材は、微生物の生育に必要な水分を保持するためのもので、保水能を有するものが用いられる。例えば、おが屑、籾殻等の植物繊維や腐食土等の土類などから適宜選択して用いることができ、組み合わせて使用してもよい。これらの床材には、通常、野生種の微生物が存在するので、用いる床材に滅菌処理を施さない限り、調整した分解床で微生物が有効に作用して分解処理が進行する。従って、分解床の調整に用いる床材には滅菌等の処理は施さない。
【０００８】
鉱物質は、微生物の生育を活性化するためのものであって、珪酸塩鉱物を粘土に配合したものを用いる。好ましくは、珪酸塩鉱物と粘土との混合物を焼成したセラミックが用いられる。珪酸塩鉱物としては、例えば、ザクロ石族鉱物、角閃石、輝石等が挙げられる。粘土としては、例えばベントナイト等が用いられる。ベントナイトは、スメクタイト群粘土鉱物であるモンモリロナイトを主成分とする粘土で、陽イオン交換能があり、水により著しく膨潤するので保水材としても有効である。上記のような珪酸塩鉱物と粘土とを重量比で９０：１０〜５０：５０程度の割合で混合して、１４０〜８５０℃程度で焼成したものを破砕して、鉱物質として用いる。
【０００９】
分解床の調整は、具体的には以下のように行う。まず、攪拌器及び温度調整機構を備え空気の供給が可能な分解装置に、上述の床材及び鉱物質を重量比で１００：０．０４５〜１００：０．１程度の割合で投入し、更に、分解床の含水率で［１００×水／（床材＋鉱物質＋水）］が３０〜８０ｗｔ％になるように水分を添加し、分解槽の設定温度を約３５〜４５℃で好ましくは３９℃前後に設定して、空気を供給しながら攪拌する。これによりインキュベーションが進み、約５時間後には、微生物の活動等による発熱によって分解床の温度が１０℃程度上昇しても４９〜５０℃となり、このようにして分解床が調整される。有機物の分解処理に用いる分解床、より好ましくは調整開始から１日程度経過したものが適している。上記のように調整した分解床に生ゴミ等の有機廃棄物を加えて分解処理を開始する。有機廃棄物の量は分解床の重量の１０〜３０％程度が好ましい。分解処理は、装置温度を約５０〜７０℃、好ましくは６０℃前後に設定して、微生物の好気的活動が可能なように空気を適切な分解槽内に供給しながら分解及び有機廃棄物を常に攪拌することによって進行する。供給した空気を排気する際、排気に水分が含まれるため、分解床の乾燥を防止するためには、分解床に供給する空気の流速を適度に抑制し、更に空気に常に適度の加湿を行うか適切な割合で加水を行う必要がある。好ましくは、分解処理温度で飽和水蒸気を含む空気を供給するのがよい。
【００１０】
分解処理中の分解床では、分解の進行によって分解床の含水率が次第に低下する。これに従って、含水率が高含水値と低含水値との間を往復変動すように、適宜含水率を調整する。つまり、分解の進行によって含水率が低下して低含水率に至ったら分解床に水分を加えて含水率を高含水値に上昇させ、これを繰り返し行う。高含水値は、含水率が約７０ｗｔ％以上、好ましくは約７０〜８０ｗｔ％の範囲の値であり、低含水値は、含水率が約５０ｗｔ％以下、好ましくは約３０〜５０ｗｔ％の範囲の値である。含水率の調整は、加湿又は加水によって行うことができ、水蒸気で過飽和した空気の送気又は上記鉱物質の含んだ水の散布によって行うことが好ましい。微生物の活動に伴う発熱によって分解床の温度は序々に７０℃程度まで上昇する。
【００１１】
上述の分解床においては、床材、空気及び有機廃棄物に含まれる糸状菌類や酵母、細菌類が好気的に活動して、複合多糖等の有機炭素化合物の加水分解やタンパク質の加水分解、アミノ酸の酸化及び硝化が進行して、炭酸ガスや硝酸を生じる。有機炭素化合物の分解には、アスベルギルス、ペニシリウス、トリコデルマ等の菌類や、シュードモナス菌、バチルス菌、コリネ型菌、シトファーガ群滑走細菌などが関与し、有機窒素化合物の分解には、アスベルギルス等の糸状菌、バチルス菌、硝化細菌（アンモニア酸化細菌及び亜硝酸酸化細菌）等が関与する。また塩基、アミノ酸、脂肪酸、グリセリン等は微生物に取り込まれて代謝される。
【００１２】
一般に、微生物の活性は系の水分量によって変化し、微生物のなかで細菌類が最も水分を必要とする。酵母及び糸状菌は、細菌よりも低水分に耐えることができ、糸状菌が最も低水分環境に強い。従って、分解床の含水率が移行して高水分状態と低水分状態との間を変動すると、生育微生物の繁殖バランスが変化する。つまり、分解床の含水率の低下によって生育主体微生物は細菌類から酵母、糸状菌へ移行し、含水率の増加によって糸状菌から酵母、細菌類へ移行し得る。
【００１３】
また、微生物の生育は、水素イオン濃度によって影響され、一般的に、糸状菌はｐＨ４〜６程度、酵母はｐＨ５〜７程度、細菌類はｐＨ７〜８程度を好む。有機窒素化合物の分解ではタンパク質からアミノ酸を経てアンモニア、亜硝酸、硝酸へと分解が進行することにより系の水素イオン濃度が大きく変化する。また、有機炭素化合物の分解でも、多糖類が単小糖類を経て有機酸が生成すると水素イオン濃度が変化する。従って、有機物の分解の進行も生育主体微生物の移行を誘導することになる。
【００１４】
従って、高含水率の分解床において生育主体微生物が活動すると、細菌類の生育により生じるブロテアーゼの作用及び分解作用によってアミノ酸及びアンモニアが生成する。これに続いて硝化細菌による亜硝酸及び硝酸への酸化が起こると、水素イオン濃度が上昇し、生育適正が酵母、糸状菌及び一部の耐酸性細菌（酢酸菌等）へ移行し始める。同時に、微生物の代謝及び有機物の分解反応によって分解床の含水率が低下すると、更に生育適正の移行が促進される。これに従って、酵母及び糸状菌による多糖類の分解が進行して、微生物全般の栄養源となる糖類や有機酸が供給され、好気的呼吸により二酸化炭素に分解される。分解床の鉱物質には、鉄、マグネシウム、カルシウム、マンガン、ナトリウム、カリウム、アルミニウム、クロム等の金属類が含まれ、その一部は硝酸、亜硝酸や有機酸に溶出し、微生物の生育にも利用され、微生物の活動を活性化させる。この状態において、分解床の含水率を意図的に増加させると、生育主体微生物が細菌類側へ再度移行する。細菌類の生育が進むと、再度タンパク質の分解によりアンモニアが生成する。これは酸性物質に補足される。
【００１５】
このように、分解床の含水率の制御によって生育主体微生物の移行が繰り返されて微生物の生育サイクルが循環し、有機物の分解が好気的に移行することにより、様々な微生物の好気的作用が発揮されて有機物の無機化が完全におこなわれる。従って、分解床の含水率の調整は、上記の生育主体微生物の移行が好適に行われるようにすればよく、測定により得られる分解床の含水率に基づいて、低含水値まで低下したら加湿または加水により高含水率付近まで含水率を増加させる。含水率の変化の速度は、投入する有機廃棄物の分解床に対する割合や分解の進行速度によって異なるが、概して、含水率の変動周期は０．５〜６時間／サイクル．程度となる。酵母及び糸状菌の生育時間が過剰であると、酸性物質の増加によって生育主体微生物を細菌へ移行させるのが難しくなる。
【００１６】
分解床は、分解処理中の有機廃棄物を粉砕する作用も有する。攪拌による有機廃棄物と分解床の床材及び鉱物質との摩擦により、有機廃棄物は表面から除々に削られ、粉砕される。分解処理に要する時間は、有機廃棄物の組成、分解床に投入される有機廃棄物の割合、有機廃棄物の含水量等によって異なる。有機廃棄物の含水量について、例えば、生サンマ１尾を処理する場合は、約１５分で視覚的に確認できない程度に分解することも可能であるが、これを乾燥した干物の状態で処理すると、多少残留物が確認される程度に分解されるまでに約３時間以上を要する。つまり、含水量が多く軟質のものは、早く処理できるが、含水量が少なく硬質のものは処理し難い。従って、含水量の低いゴミ、硬質のゴミは細かく粉砕して処理するのが望ましい。
【００１７】
分解床の鉱物質に含まれる粘土の陽イオン交換能は、触媒としての作用や分解床のｐＨの急激な変化に対する緩衝作用に有効であり、鉱物質は、微生物が生成する酵素との結合による協同で活性中心を形成する金属の供給源となる。また、珪酸塩鉱物には珪酸塩バクテリアが含まれ、これが活動すると他の微生物の増殖が活性化される。分解処理においては、微生物が好気的な活動が十分に行われることが重要で、酸素の供給が不足すると嫌気的活動が可能になり、嫌気発酵により生成する水素からメタンが生じたり、アンモニアの酸化が進行しないことによる臭気の問題が発生する。従って、常に新鮮な空気を供給し、効率よく分解床を攪拌する必要がある。排気は水分を含んでいるため、分解床の乾燥を防止するためには、分解床に供給する空気に常に適度の加湿を行うか、適切な割合で加水を行う必要がある。
【００１８】
上記分解床において生ゴミが分解された後の分解残渣は非常に少量であり、分解残渣に含まれるものは、主として植物繊維及び酸化鉄等の鉱物質である。
【００１９】
図１は、有機廃棄物を分解する分解装置の一例を示す概略構成図である。この分解装置１は、外槽３及び内槽５によって構成される本体と、蓋体７とを有し、外槽３と内槽５との間に液体を保持可能な空間が設けられ、この空間に湿度制御のための媒体として水を供給することによって水槽９が形成される。本体上部を蓋体７で覆って閉じることにより、分解室１１が内槽５及び蓋体７により区画される。分解室１１には、二つの攪拌ロール１３が水平且つ互いに平行に軸支され、互いに反対方向に回転する。内槽５の底部は、攪拌ロール１３の中心を軸とする二つの半円側面に沿った形状に湾曲し、分解室１１に投入されたものが攪拌ロール１３の回転によって効率よく攪拌されるように構成されている。更に、分解室１１に空気を供給するための送気孔１５及び排気を排出する排気穴（図示せず）が設けられる。分解室１１の温度は、装置外部で温度を調整した水をポンプ等を用いて水槽９に循環供給することにより、適宜制御することができる。また、必要に応じて分解室１１に水を散布するための噴霧器（図示せず）が取り付けられる。
【００２０】
前述した分解床に適した比率で床材、硬質及び水を分解室１１に投入し、水槽９に３９℃程度に調整した水を循環して、分解室１１に空気を供給しながら攪拌して微生物を活動させることにより分解床が調整される。調整した分解床に生ゴミ等の有機廃棄物を加えて蓋体７を閉じ、循環水の温度を６０℃程度に設定する。送気孔１５から分解室１１内に空気を供給しながら攪拌ロール１３を回転して分解床及び有機廃棄物を常に攪拌することによって分解処理が進行する。分解処理中の分解床において約７０〜８０ｗｔ％と約３０〜５０ｗｔ％との間での含水率の上下変動が繰り返し行われるように、加熱水蒸気を用いた空気の加湿及び分解床への水の散布によって調整する。分解床の含水率は、排気管に取り付けられた湿度センサーによって検知される排気の湿度から近似的に算出して判断することが可能であり、例えば、予め分解床の含水率と排気湿度との関係を調べたり、供給空気の湿度との差を計算することによって決められる。
【００２１】
【実施例】
以下、実験結果に基づいて、本発明を更に詳細に説明する。図１の分解装置１を用いて以下の操作を行った。分解室１１に床材として籾殻５４ｋｇ、鉱質（花崗班岩１Ｋｇにベントナイト０．２ｋｇを混合して１８０℃にて６時間焼成し粉砕したもの）１．２ｋｇ及び水５０ｋｇを投入し、３９℃に調節した水を水槽９に循環して、送気孔１５から加湿空気（加熱により生成した水蒸気を外気に混合した湿度３８％前後の空気）供給しながら攪拌ロール１３を回転して１日間攪拌して分解床（含水率７６〜７７ｗｔ％）を調整した。調整した分解床に有機廃棄物として生サンマ１尾を加えて、蓋体７を閉じ、循環水の温度を６０℃に設定して、送気孔１５から分解質１内に加湿空気（飽和水蒸気６０℃）を十分に供給しながら攪拌ロール１３を回転して分解床及び有機廃棄物を常に攪拌することにより分解処理を進めた。約３０分の分解処理後、分解床の含水率は４１〜４２ｗｔ％になり、過飽和水蒸気を分解室１１に送気して加湿し、分解床の含水率を約７０ｗｔ％に上昇させて、さらに分解処理を継続した。約１５分経過後、処理を終了したところ、分解床には魚片と認識されるものは視覚的に認められなかった。
【００２２】
図２には図１の攪拌ロール１３の詳細が示されている。軸２２には攪拌羽根２１が取り付けられている支軸２０が設けられている。攪拌羽根２１の表面は生ゴミの表面を傷つけるために細かい凹凸が形成されている。回転ロール１３が回転をすることにより、生ゴミを攪拌するだけでなく、攪拌羽根２１が生ゴミを擦って傷つけ分解がより促進されることとなる。
【００２３】
比較例として分解処理中に含水率を上昇させるための加湿を行わなかったことを除いては実施例と同様の操作を繰り返し、約４５分の分解処理後の分解床を観察したところ、生ゴミ（魚片）等は認識されるものは視覚的に認められず、分解床の含水率は７０ｗｔ％だった。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明をしたように、本発明によれば、悪臭などを発生することなく、生ゴミや食品加工残等の有機廃棄物を迅速に分解することができる。従ってその工業的価値は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る有機物の分解装置を示す概略構成図
【図２】攪拌ロールの詳細を示した図
【符号の説明】
１・・分解装置    ３・・外槽    ５・・内槽    ７・・蓋体
１１・・分解室    １３・・攪拌ロール    １５・・送気孔  ２０・・支軸
２１・・攪拌羽根
【図１】
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【図２】
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