(57)【要約】【課題】生ごみ処理工程において、生ごみの減容、分解、水分除去を速やかに行うことにより短時間での処理を可能にする。【解決手段】生ごみと生ごみより硬い材料よりなる塊状物とを混在させた状態で連続的に強制撹拌して前記生ごみを物理的に粉砕する工程と、この工程と同時に、前記撹拌中の生ごみに常時空気を接触させて前記生ごみから自然発生する微生物により前記生ごみの微生物分解を行う工程と、前記空気を排気することにより前記微生物分解時に発生する水分と臭気を排出する工程とを含む生ごみ処理方法。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生ごみと生ごみより硬い材料よりなる塊状物とを混在させた状態で連続的に強制撹拌して前記生ごみを物理的に粉砕する工程と、この工程と同時に、前記撹拌中の生ごみに常時空気を接触させて前記生ごみから自然発生する微生物により前記生ごみの微生物分解を行う工程と、前記空気を排気することにより前記微生物分解時に発生する水分と臭気を排出する工程とを含む生ごみ処理方法。
【請求項２】
前記塊状物が耐摩耗性を有するものであることを特徴とする請求項１記載の生ごみ処理方法。
【請求項３】
前記塊状物は、セラミックボールであることを特徴とする請求項１または２記載の生ごみ処理方法。
【請求項４】
前記空気が３０〜４５℃に加温した外気である請求項１〜３いずれかに記載の生ごみ処理方法。
【請求項５】
前記空気が４５〜６０℃に加温した外気である請求項１〜３いずれかに記載の生ごみ処理方法。
【請求項６】
前記空気が除湿工程を経た外気である請求項１〜５いずれか記載の生ごみ処理方法。
【請求項７】
前記微生物分解工程の後段において、高温での乾燥・殺菌工程を実施する請求項１〜６いずれか記載の生ごみ処理方法。
【請求項８】
前記生ごみの微生物分解工程において排出された前記水分と臭気を除去する工程を含む請求項１〜７いずれか記載の生ごみ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は生ごみ処理方法に関し、さらに詳しくは、大量の生ごみを短時間で効率的に処理するための処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生ごみを分解処理し、得られた被処理物を乾燥して排出する生ごみ処理方法としては、従来、次のような方法が使用されている。すなわち、特殊な微生物を担体に担持させ、この担体と生ごみとを接触させると同時に、上記特定の微生物が生ごみを分解するのに最適な温度の処理環境を形成することにより、生ごみの微生物分解を行う方法である。
【０００３】
この方法において、微生物の担体としては多孔質難分解性有機物、例えば、ウッドチップや籾殻などが使用されている。このウッドチップなどは、高い吸水性を有するため、生ごみ処理中の水分調整材の機能を有するという利点がある。
しかしながら、その一方で、以下に述べるような問題がある。
すなわち、上述したように担体に水分調整材の機能を持たせているため、生ごみに対し相当量の担体を必要とし、その結果、装置が大型化する。また、担体と処理物との分離が困難であるため、処理物と共に担体を排出しなければならず、大量の残渣が排出されることになる。しかも、この残渣に多量に含有される担体は難分解性であるため、残渣が必ずしも良好な堆肥原料にならない。
【０００４】
さらに、担体と処理物との混合物を排出した後には新たな担体を補充しなくてはならず、コストが増大する。このコストの増大を防ぐために、とくに大型装置では数ヶ月に亘り処理物の排出をせずに連続処理を続けると、処理槽内の環境はｐＨ値が低下するなど微生物の活動を妨げるような状態となってしまう。そして、この方法では、生ごみ中、大きなものや果物など外皮を持つもの、あるいは、繊維質などの処理に長時間を要するという問題もある。
【０００５】
このような問題を解決するために、最近、特殊な微生物を担持するための担体として、無機多孔質体、例えば、多孔質セラミックボールを使用した方法が提案されている。このような多孔質セラミックボールは、処理後の残渣との分離が容易であるため、ランニングコストの上昇を抑えることができるという利点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この多孔質セラミックボールを使用した方法にも次のような問題がある。すなわち、第一に多孔質セラミックボールには水分調整能力が低いため、処理中に系内が水分過多になった結果、嫌気性発酵の状態に陥りやすく、また、処理物の乾燥に長時間を要する。第二に、微生物の担持量を増大するために多孔度を上げると、耐摩耗性が低下するため、使用時のセラミックボールの摩耗が激しく、摩耗した分のセラミックボールの補充をしなくてはならず、結果としてコストが上昇する。
【０００７】
本発明は上記の問題を解消し、生ごみの処理中に生じる水分を速やかに除去し、短時間で生ごみの減容および処理物の乾燥が可能な処理方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者は、従来のように特殊な微生物を担体に担持させて使用するのではなく、生ごみを物理的に粉砕しつつ、その生ごみに自然発生する微生物を活性化するとともに、処理中に生じる水分を除去しうる環境を形成すればよいとの着想を得た。
【０００９】
すなわち、本発明によれば、生ごみと生ごみより硬い材料よりなる塊状物とを混在させた状態で連続的に強制撹拌して前記生ごみを物理的に粉砕する工程と、この工程と同時に、前記撹拌中の生ごみに常時空気を接触させて前記生ごみから自然発生する微生物により前記生ごみの微生物分解を行う工程と、前記空気を排気することにより前記微生物分解時に発生する水分と臭気を排出する工程とを含む生ごみ処理方法が提供される。
【００１０】
上記の構成において、前記生ごみより硬い材料よりなる塊状物は、特にその外形形状を限定するものではなく、球形、多面体、板状物等、あるいはそれらの表面に突起や角、凹みを有する定形、不定形の塊であって、例えば、セラミックボールでもよいが、多孔質である必要がなく、耐摩耗性を有するものであることが好ましい。なお、塊状物の大きさについては、撹拌による生ごみの物理的粉砕、生ごみ処理後の残渣と塊状物との例えばメッシュによる分離などの要素を考慮して適切に設定する。
【００１１】
また、前記空気は３０〜４５℃に加温した外気、または、４５〜６０℃に加温した外気であることが好ましい。さらに、これらの外気は除湿工程を経たものであってもよい。
そして、前記微生物分解工程の後段において、乾燥時間の短縮、残渣の殺菌を目的として、高温での乾燥・殺菌工程を実施してもよい。さらに、前記生ごみの微生物分解工程において排出された前記水分と臭気を除去する工程を含むことが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の生ごみ処理方法およびそれを実施するための処理装置について詳述する。
図１は本発明の生ごみ処理方法の第１の実施形態である中温処理の各工程を模式的に示したものであり、まず、外気を除湿工程Ａを経て除湿したのち、加熱工程Ｂ−１により３０〜４５℃に加温する。工程Ａ，Ｂ−１を経て加温された除湿空気は処理工程Ｃ−１に連続的に導入されて生ごみと接触した後排気され、ここで生ごみの分解処理が行われる。
【００１３】
このとき、除湿空気の絶対湿度は、例えば、６ｇ／ｋｇＤ．Ａ．（Ｄ．Ａ．はＤｒｙ　Ａｉｒ）以下とすることが好ましい。このような除湿空気を生ごみと接触させることにより、処理物から生じる水分の除去と、生ごみから自然発生する微生物への酸素供給を行い、さらに、この除湿空気を３０〜４５℃に加温することにより、上記自然発生した微生物を活性化することができる。
【００１４】
具体的には、処理工程Ｃ−１において生ごみと、生ごみより硬い材料よりなる塊状物として、例えば、セラミックボールとが混在した状態で連続的に強制撹拌される。この工程において、生ごみはセラミックボールとの強制撹拌により物理的に粉砕され、微細化される。この結果、生ごみの減容が短時間で進行する。
また、それと同時に、処理系は３０〜４５℃の温度範囲に維持されているので、生ごみから自然発生する微生物、例えば、中温好気性微生物による生ごみの微生物分解が進行する。この処理温度が３０℃未満の場合は、処理物からの水分除去速度が低下して嫌気性反応が生じやすく、それに伴い臭気の問題が発生して、特別の配慮をする必要が生じる可能性がある。
【００１５】
この生ごみの微生物分解が進行する過程で、上記のように生ごみを物理的に粉砕して微細化することによりその表面積が増大すると、微生物の反応点を増加させることになるため、この微生物分解をさらに促進するという効果もある。
このような処理工程Ｃ−１において使用されうるセラミックボールは、とくに限定されるものではないが、長期にわたり処理効果を発揮するために、耐磨耗性に優れたものであることが望ましく、具体的には、例えば６０％Ａｌ２Ｏ３−４０％ＳｉＯ２、９９％　Ａｌ２Ｏ３−１％ＳｉＯなどよりなるものをあげることができる。
【００１６】
また、セラミックボールの代わりにスチールボール、硬質樹脂等も好適に使用できる。
なお、この処理工程Ｃ−１における微生物分解工程で発生する水分および臭気は、続く水分除去／脱臭工程Ｄにより除去されることが好ましい。この工程Ｄとしては、例えば、水分および臭気を水中にバブリングして水分および水溶性の臭気を除去したのち、余剰の非水溶性の臭気を例えば活性腐植土などの層を通過させることにより吸着除去する工程などを採用することができる。
【００１７】
さらに、このような工程により得られた処理物すなわち残渣は肥料原料として有効利用が可能であるが、この中温処理においては、当該温度で活性な常温活性病原菌などの混入の可能性を考慮して、残渣の乾燥工程Ｅにおいて、最終的に得られた残渣の排出前に処理系の温度を例えば５５〜６５℃に上昇させ、この温度で３〜８時間保持することにより残渣の乾燥と懸念される病原菌の殺菌とを同時に行ってもよい。
【００１８】
図２は本発明の生ごみ処理方法の第２の実施形態である高温処理の各工程を模式的に示したものであり、図中、図１と同一の工程には同一の符号を付してある。
この実施形態において、上記第一の実施形態と異なる点は、除湿工程Ａを省き、外気を直接加温工程Ｂ−２に導入する点である。この加温工程Ｂ−２において、外気は４５〜６０℃の温度に加温される。加温工程Ｂ−２を経て加温された空気は処理工程Ｃ−２に連続的に導入されて生ごみと接触した後排気され、ここで上記と同様に生ごみの分解処理が行われる。
【００１９】
すなわち、４５〜６０℃に加温された空気はそれ自体で高い水分除去能力を有しているため、予め除湿せずに使用することができるが、処理時の諸条件に応じて必要があれば除湿してもよい。この高温空気を生ごみと接触させることにより、生ごみに当初含有されている水分を速やかに除去することができる。
処理工程Ｃ−２では、上記と同様に生ごみより硬い材料よりなる塊状物（例えば、耐摩耗性に優れたセラミックボール）と生ごみとを混在させた状態で強制撹拌を行う。この工程において、生ごみが微細化され、その減容が速やかに進行すると同時に、４５〜６０℃に加温された空気を撹拌中の生ごみに絶えず接触させて排気することにより処理物の水分除去と、微生物への酸素供給を行う。さらに、処理系が常時４５〜６０℃の高温に保持されるため、生ごみから自然発生する高温好気性微生物を活性化させて生ごみの微生物分解が促進される。
【００２０】
上記の実施形態において、加温された空気の温度が６０℃を超えた状態で処理を続けた場合には、加温に必要な消費電力を浪費し続けるばかりか、処理物の堆肥原料への再利用を考慮して処理物が焦げないように配慮する必要が生じる可能性がある。なお、この高温処理工程においても、生ごみ分解時に生じる水分および臭気については、処理工程Ｃ−２から排出された後、上記と同様に水分除去／脱臭工程Ｄにより除去することが好ましい。
【００２１】
以上の工程により、短時間で生ごみの減容、分解、乾燥を行うことが可能であり、それと同時に、高温処理であるため、常温において活性な病原菌の活性化が抑制されるため、処理後の残渣へこれらの常温活性病原菌の混入を懸念する必要がないという点でさらに有利である。
なお、この高温処理においても、処理温度が比較的低い場合などには、前述の中温処理工程と同様に残渣の高温乾燥・殺菌工程を実施することが好ましい。
【００２２】
さらに、本発明の処理方法においては、処理工程で自然発生する生ごみ由来の微生物を分解処理に使用しており、従来のように、特殊な微生物を担体に積極的に担持させて使用する必要がないため、コスト面でも有利である。また、撹拌に、耐磨耗性に優れたセラミックボールを使用した場合には、長期間の生ごみの粉砕に使用することができるため、従来の多孔質セラミックボールのように摩耗による補充などの必要がないという利点がある。
【００２３】
本発明の生ごみ処理方法は、例えば、以下のような装置により実施することができる。
図３は生ごみ処理装置の構成の一例を示し、処理装置１は処理槽２、処理槽２内に配設され、生ごみ１４と生ごみより硬い材料よりなる塊状物であるセラミックボール１５とを一緒に撹拌するための撹拌手段３，外気を除湿するための除湿機４，処理槽２に外気を加温して供給するための加熱手段例えば給気ブロワ５および給気加熱ヒータ６，処理槽内２で発生する水分および臭気を排出するための排気ブロワ７、この排気ブロワ７に接続された水分除去／脱臭機８から構成されている。
【００２４】
撹拌手段３は処理槽２内に軸架された回転軸３１とこの回転軸に取り付けられた例えばペダル式撹拌羽根３２と、回転軸３１を駆動する駆動装置例えばモータ３３から構成される。
また、処理槽２内には、上記の給気ブロワ５に接続された給気パイプ９，および排気ブロワ７に接続された排気パイプ１０が配設されている。これらの各パイプ９，１０には複数の小孔９ａ，１０ａが形成されており、処理槽２内で均一に給気および排気が行われるようになっている。
【００２５】
そして、処理槽２の下部には処理物の温度を保持するための処理槽加熱ヒータ１１が配設され、この処理槽２の底部２ａに取り付けられた処理物温度センサ１２により処理槽加熱ヒータ１１の温度制御が行われる。一方、処理槽２内の上部には処理槽内温度センサ１３が配設され、これにより給気加熱ヒータ６の温度制御が行われる。
【００２６】
図４は処理槽２の要部断面を模式的に示したものであり、図３と同一の構成要素には同一の符号を付してある。
処理槽２の上部には、図示しない生ごみ投入口が形成され、この投入口はハッチ（図示せず）などにより気密に保持されている。処理槽２の底部２ａは図示のように例えば半円筒形状に形成されており、撹拌羽根３２がこの底部２ａ内壁と微少な間隙Ｇを保って回転するように設計されている。これにより、生ごみ１４とセラミックボール１５とが撹拌され、生ごみ１４を微細化することにより減容が進行する。
【００２７】
さらに、底部２ａには残渣排出口１７が形成され、この排出口１７はハッチ１８により気密に密閉されている。残渣排出口１７は、例えば、メッシュ状に形成されており、その開口寸法が処理後の残渣（図示せず）より大きく、セラミックボール１５の直径より小さくなっているため、残渣とセラミックボール１５との分離が容易であり、処理後に残渣のみを外部に排出することが可能となる。
【００２８】
上記の処理槽２の構成において、撹拌羽根３２の先端と処理槽底部２ａ内壁との間隙Ｇと、セラミックボール１５の直径ｄとの関係、例えばＧ／ｄを適切に選択することが、稼働率を向上させる上で好ましい。つまり、Ｇ／ｄが大きすぎると、処理槽２内壁に付着する残渣量が増大し、残渣排出ができなくなる場合があり、逆に、Ｇ／ｄが小さすぎると、セラミックボール１５が撹拌羽根３２と処理槽２の内壁との間に挟まり、ボール割れが多発し、装置に損傷を与える場合がある。
【００２９】
なお、Ｇ／ｄが最適な範囲内であっても、セラミックボール１５が撹拌羽根３２と処理槽２の内周面２ａとの間に挟まった場合に、装置に負荷をかける以前にセラミックボール１５が破壊される程度に、当該セラミックボール１５の破壊強度を設定することが好ましい。このような適切な破壊強度は、例えば、セラミックボール１５を６０％Ａｌ２０３−４０％ＳｉＯ２により形成する場合、その密度を２．５〜３．２ｇ／ｍＬの範囲に選択することにより実現することができる。
【００３０】
このような構成の生ごみ処理機１を使用して、生ごみの中温処理を行う場合は、まず、除湿機４から得られる除湿空気の絶対湿度を６ｇ／ｋｇＤ．Ａ．以下、処理槽内温度センサ１３および処理物温度センサ１２の設定温度を３０〜４５℃として、給気加熱ヒータ６および処理槽加熱ヒータ１１の温度制御を行う。
この状態で、生ごみ１４を処理槽２内に投入して、撹拌羽根３２を回転させることにより、既に処理槽２内に収容されているセラミックボール１５と共に混合撹拌を行い、生ごみ１４の水分除去、物理的粉砕、および、生ごみ由来の自然発生微生物による微生物分解を実施する。
【００３１】
この処理工程で発生した水分および臭気ガスは、水分除去／脱臭機８へ導入されて、ここで、水分除去および脱臭が行われる。処理槽２内に残留した処理物すなわち残渣は当該処理槽内で乾燥を行った後、残渣排出口１７でセラミックボール１５と分離されて排出される。
なお、この中温工程において、外気の絶対湿度が上記の条件を満足している場合は除湿機４を使用せず、外気を直接給気加熱ヒータ６に導入してもよい。
【００３２】
また、生ごみ処理機１により生ごみの高温処理を行う場合は、除湿機４は使用せず、処理槽内温度センサ１３と処理物温度センサ１２の設定温度を４５〜６０℃に設定して給気加熱ヒータ６および処理槽加熱ヒータ１１の温度制御を行いながら、外気を直接給気加熱ヒータ６に導入する。この状態で上記中温処理工程と同様に生ごみ１４とセラミックボール１５との撹拌を行い、生ごみを処理する。
【００３３】
図５は、上記の処理装置１に使用される水分除去／脱臭機８の具体的構成の一例を模式的に示したものである。
図において、水分除去／脱臭機８は曝気部８１と脱臭部８２との２段構成とされており、曝気部８１には水９３が所定の水位となるように満たされている。この水９３の水位は曝気部８１の給水口８３からの給水量および排水ドレン口８５からの排水量により一定に保たれる。
【００３４】
曝気部８１には多数の小孔８４ａが形成された散気管８４が水中に埋設され、この散気管８４の上部開口は前記処理槽２からの臭気ガス取入口８６となる。散気管８４の近傍には排水ドレン口８５からの排水がスムーズに行われるようにガス抜き孔８７が設けられている。
水分除去／脱臭機８の脱臭部８２は脱臭層８８およびこれらの上部に形成された排気口９０より構成される。この脱臭層８８としては、例えば、活性腐食質の充填層を使用することができる。
【００３５】
上記の構成の水分除去／脱臭機８において、処理槽２から排出される臭気ガスおよび水分（水蒸気）は臭気ガス取入口８６から散気管８４に導入され、散気管８４の小孔８４ａから水中に曝気される。この曝気により、臭気ガス中の臭気成分のうちの水溶性のものは水中にとけ込み、同時に、水分も水中に取り込まれる。この水中に取り込まれた臭気成分および水分は給水口から導入される水が排水ドレン口８５から排出される過程で水分除去／脱臭機８から排水として外部へ排出される。
【００３６】
この排水中には水溶性の臭気成分が溶け込んでいるので、環境排出基準を満たした濃度で排水を排出するように考慮する必要があり、排水基準値を満たしていない場合は、別途排水を浄化する手段を設けることが好ましい。
そして、臭気ガス中の非水溶性の臭気成分および水に溶けきれない臭気成分は脱臭部８２を上昇し、脱臭層８８を通過する過程で、活性腐食質に吸着されて微生物分解が行われる。その結果、臭気ガスは排気口９０から完全に脱臭された状態で排気される。
【００３７】
上記のような生ごみ処理機１において、図３に点線で囲まれた各構成要素を一体化して装置内に組み込むことが、装置を小型化する上で好ましい。
【００３８】
【実施例】
実施例１（生ごみの中温処理）
図３〜５に示した生ごみ処理装置を使用し、以下の条件で生ごみの中温処理を実施した。
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このような条件で、標準的生ごみを１日に５０ｋｇ処理槽内に投入して５日間の連続処理を行い、続く２日間で処理後の残渣の乾燥および排出を行った。つまり、７日間で１サイクルの生ごみ処理を終了した。生ごみの減量率は約８３％であった。また、５日間の処理工程中の残渣の水分率の推移は３５〜４５％程度であり、終始嫌気性発酵は進行しない状態で処理を行うことができた。乾燥後７日目に排出された残渣の水分率は約２０％であった。また、この残渣は臭気も少なく、取り扱いが容易な砂状のものであった。
【００３９】
このような処理工程が可能な生ごみ処理機は、例えば給食が実施されている学校、社員食堂を持つ会社など、平日５日間処理を行い、週末２日間は処理を行わないというような稼働パターンの施設に好適である。
実施例２（生ごみの高温処理）
除湿機を使用せず、設定温度を４５〜６０℃（処理槽内温度センサ、処理物温度センサ）としたことを除いては上記と同様にして生ごみの連続処理を行った。
【００４０】
その結果、上記と同様の５日間の連続処理を行ったのち、処理槽内の残渣を別途乾燥処理することなく、乾燥状態で排出することができた。つまり、５日間で１サイクルの生ごみ処理を完了し、６日目から再び生ごみを投入して処理を開始することが可能であった。
この処理工程においても、処理槽２内に４５〜６０℃において活性な生ごみ由来の自然発生微生物の存在を確認することができた。この処理工程における生ごみの減量率は約８６％であった。また、５日間の処理工程中の残渣の水分率の推移は１０〜４０％程度であり、終始嫌気性発酵は進行しない状態で処理を行うことができた。５日目に排出された残渣の水分率は約９％であった。なお、この残渣は臭気も少なく、取り扱いやすい砂状のものであった。
【００４１】
この実施例によれば、処理を停止して乾燥を行う必要が無く、短時間サイクルでの運転が可能であるため、例えば、病院、各種養護施設、および各種宿泊施設など連日の生ごみ処理を必要とされる施設にとくに好適である。
以上の結果から明らかなように、本発明の生ごみ処理工程においては、耐磨耗性に優れたセラミックボールと生ごみとを一緒に強制撹拌するため、セラミックボールによる生ごみの機械的粉砕が進行し、通常の微生物分解のみでは処理が困難な物質例えば繊維質や肴の骨、果物の皮などの減容が容易となり、それと同時に処理系が生ごみから自然発生する微生物の活性化に適した環境に保たれるため、生ごみの微生物分解も同時に進行することが確認された。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の生ごみ処理方法によれば、生ごみより硬い材料よりなる塊状物（例えばセラミックボール）を使用した物理的粉砕による生ごみの減容と、生ごみから自然発生する微生物の活性化とが同時かつ速やかに進行し、短時間で乾燥状態の残渣を排出することが可能となる。また、従来のように特殊な微生物を必要とせず、また、消耗の激しい微生物の担体も必要としないので、装置の稼働コストも低減することが可能となる。さらに、大量の生ごみを短時間で効率よく処理することが可能であるため、とくに各種施設における業務用の生ごみ処理方法として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の生ごみ処理方法の第１の実施形態を示すフローチャートである。
【図２】本発明の生ごみ処理方法の第２の実施形態を示すフローチャートである。
【図３】本発明の生ごみ処理方法を実施するための装置の構成の一例を示す概念的構成図である。
【図４】図３の生ごみ処理装置に使用される処理槽の要部概念図である。
【図５】図３の生ごみ処理装置に使用される水分除去／脱臭機の構成の一例を示す概念的断面構成図である。
【符号の説明】
１　生ごみ処理装置
２　処理槽
３　撹拌手段
４　除湿機
５，７　　ブロワ
６　給気加熱ヒータ
８　水分除去／脱臭機
１２，１３　　温度センサ
１４　生ごみ
１５　セラミックボール（生ごみより硬い材料よりなる塊状物）
３２　撹拌羽根
８４　散気管
８６　臭気ガス取入口
８８　脱臭層（活性腐食質層）
９０　排気口
９３　水
【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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