(57)【要約】【課題】バイオプラントから排出する消化脱離液などのスラリー状の有機物質を好気性発酵により効率よく堆肥化する。【構成】加圧混連手段１にスラリー状の有機物質と吸水性を有する生分解性の有機物を供給し、正方向の加圧混連部３と逆方向の加圧混連部４で繰り返し加圧混連することにより、所望の含水率の固形化した有機物質混合物８を得る。この有機物質混合物８をベルトコンベア９で排出して発酵手段２０内に堆積し、上方から溶存酸素を富化した水溶液を散布して堆肥化する。【選択図】　　　　図１
2004002063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリー状の有機物質を好気性発酵により堆肥化する方法において、前記スラリー状の有機物質に吸水性を有する生分解性の有機物質を混連することにより固形化した有機物質混合物とし、その有機物質混合物を好気性発酵することを特徴とする有機物質の堆肥化方法。
【請求項２】
請求項１において、スラリー状の有機物質に吸水性を有する生分解性の有機物質を加圧下で混連することを特徴とする有機物質の堆肥化方法。
【請求項３】
請求項２において、有機物質混合物の温度が５０℃以上になるまで加圧下で混連することを特徴とする有機物質の堆肥化方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、有機物質混合物を堆積して好気性発酵する際に、溶存酸素を富化した水溶液を堆積した有機物質混合物に散布し、好気性発酵に必要な酸素と水分の補給を行うことを特徴とする有機物質の堆肥化方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、有機物質混合物を堆積して好気性発酵する際に、有機物質混合物の温度が好気性発酵に適した温度を維持するように、堆積した有機物質混合物に散布する水溶液量を調整することを特徴とする有機物質の堆肥化方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、有機物質混合物を堆積して好気性発酵する際に、堆積した有機物質混合物の上に陽イオン交換性を有するゼオライトおよび椰子殻繊維の少なくとも１種を被覆し、その被覆層の上方から水溶液を散布することを特徴とする有機物質の堆肥化方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、有機物質混合物を堆積して好気性発酵する際に、堆積した有機物質混合物の上に肥料成分を添加した水溶液を散布することを特徴とする有機物質の堆肥化方法。
【請求項８】
請求項７において、肥料成分が酸化沈殿性を有する金属を含む場合に、その金属を生分解性のキレート化剤でキレート化してから水溶液に添加することを特徴とする有機物質の堆肥化方法。
【請求項９】
スラリー状の有機物質を好気性発酵により堆肥化する装置において、スラリー状の有機物質と吸水性を有する生分解性の有機物質を加圧下で混連し固形化した有機物質混合物を生成する加圧混連手段１と、生成した有機物質混合物８を堆積状態で好気性発酵を行う発酵手段２０と、発酵手段２０における堆積した有機物質混合物８に水溶液を散布する水溶液供給手段２１を備えていることを特徴とする有機物質の堆肥化装置。
【請求項１０】
請求項９において、加圧混連手段１における有機物質混合物８の温度が予め設定された値に上昇するまで加圧混連を行うように制御する混連制御手段１０と、発酵手段２０における有機物質混合物８の温度が好気性発酵に適した温度を維持するように堆積した有機物質混合物８に散布する水溶液を制御する発酵温度制御手段４２を設けたことを特徴とする有機物質の堆肥化装置。
【請求項１１】
請求項９または１０において、水溶液供給手段２１に肥料成分添加手段４０および溶存酸素富化手段４１を設けたことを特徴とする有機物質の堆肥化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は比較的水分の多いスラリー状の有機物質を水分調整して固形化し、それを好気性発酵して堆肥化する方法およびその方法を実施する堆肥化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
家畜の糞尿や食品工場等からは大量のスラリー状の有機物質が排出される。またその有機物質をバイオガスプラントで嫌気性発酵してメタンガスを生成し、生成したメタンガスを脱離回収した残りの消化脱離液もスラリー状の有機物として大量に排出される。
これらスラリー状の有機物質は、通常排水処理装置で浄化してから外部に放出されるが、排水処理装置は設置コストおよび運転コストが高く、大きな設置面積を必要とする。しかも処理に際して二次廃棄物が副生するのでその処理も必要になる。
【０００３】
これらスラリー状の有機物質は一般に含水率が８０％以上あるが、窒素成分が多く含まれているので液肥として活用できる。しかし消化脱離液は有機酸等を主体とする難分解性物質を多く含むので、土壌への散布後に土壌微生物による窒素の無機化、植物の育成過程を勘案しながら、その散布量、散布時期、散布方法などを決定しなければならない。それ故、極めて高い経験的技術が必要になり、判断を誤ると農産物の生産性を大幅に低下させる危険性もある。さらにスラリー状の有機物質はほぼ液体と同性状であるため、備蓄タンク、輸送タンクなどの設備が必須となり、しかも液肥として土壌に散布する時期が限られているので、巨大な備蓄設備が必要になる。
【０００４】
一方、牛などの家畜の糞尿が混合したスラリー状の有機物質は、消化脱離液と異なり分解し易い有機物質を多く含むので、消化脱離液ほど土壌への散布方法は難しくはないが、備蓄タンク、輸送タンクなどの設備が必須になることには代わりがない。
【０００５】
スラリー状の有機物質を肥料として利用する場合、そのまま液肥として土壌に施肥する方式では上記のような種々の問題があるので、これを固化処理して固形肥料として土壌散布する方法もある。固化処理の方法としては、アンモニアの揮発損失を防ぎながらスラリー状の有機物質を噴霧して急速乾燥する方法、ゼオライト鉱物に噴霧しそれに吸着させて固化する方法等が提案されている。しかしこれらの方法は高度の技術と設備が必要であり、且つ、粗大な有機物が多く含まれている場合にはその粉砕処理に手間がかかり、処理に際しての窒素成分の損失も多く経済的でないという問題がある。
【０００６】
さらに、水分吸収性の高い樹脂に吸収して固化する吸着法なども提案されているが、使用する樹脂の水分吸収性能はそれ程大きくないので樹脂の使用量が多くなり、輸送コストや備蓄コストが大きいという問題がある。さらに樹脂は土壌中で分解しないという大きな問題がある。
【０００７】
他方、スラリー状の有機物質の有効な利用形態として、堆肥化してから土壌に散布する方法がある。一般的な堆肥化方法として、スラリー状の有機物質の水分をある程度蒸発させて流動性を低くし、或いはゼオライトなどにより水分調整し、それらを広い敷地に堆積して好気性発酵する方法である。
【０００８】
しかし前者の方法は蒸発に時間がかかるという問題があり、後者の方法は高価なゼオライトを多量に消費するという問題がある。さらにいずれの方法においても、堆積したまま好気性発酵させる場合は堆積中心部への酸素補給が殆ど行われないので、やがて酸素不足になって発酵が停止してしまう。そのため手作業やシャベルローダなどの重機により随時切り返しを行って酸素を補給しており、その際、好気性発酵に必要な水分補給も行っている。
【０００９】
このように一般的な堆肥化方法は手間と時間がかかる重労働な作業を必要とする上に、発酵途中で発生するアンモニア等のガスは悪臭を伴うので作業環境も良くないという問題がある。一方、切り返しなどの作業を軽減し、作業環境を良くするために自動強制通気（酸素の供給）、自動散水（水分の供給）、発酵中の有機物質環境を加熱・冷却し、温度コントロールするシステム、有機物全体を自動攪拌する機械装置の導入なども試みられてきた。しかしいずれの方法も大規模堆肥製造設備向けであり、小規模生産にはコスト的に採用しにくい方法であった。
【００１０】
さらに、好気性発酵に際して発生する熱、水蒸気、アンモニアガス等を回収し利用するにはコストがかかるので、そのまま外部へ自然放出させることが多い。
しかしアンモニアガスなどの悪臭は周囲の環境に悪影響を与えるので、場合によっては脱臭装置を設けて悪臭を取り除く必要もあったが、その場合には設備コストが高くなり、採算性を低下させることになる。さらにアンモニアガスは金属類を腐蝕する性質があるので、長期間の堆肥化操作を続けると周囲の設備や構造物に被害を与えることになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、これら堆肥化における従来の問題を解決することを課題とし、そのための新しい有機物質の堆肥化方法、及びその方法を実施するための堆肥化装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の堆肥化方法は、スラリー状の有機物質を好気性発酵により堆肥化する方法である。そして本方法は、前記スラリー状の有機物質に吸水性を有する生分解性の有機物質を混連することにより固形化した有機物質混合物とし、その有機物質混合物を好気性発酵することを特徴とする。（請求項１）
【００１３】
上記堆肥化方法において、スラリー状の有機物質と吸水性を有する生分解性の有機物質は加圧下で混連することができる。（請求項２）
【００１４】
上記加圧下で混連する場合において、有機物質混合物の温度が５０℃以上になるまで混連することができる。（請求項３）
【００１５】
上記いずれかの堆肥化方法において、有機物質混合物を堆積して好気性発酵する際に、溶存酸素を富化した水溶液を堆積した有機物質混合物に散布し、好気性発酵に必要な酸素と水分の補給を行うことができる。（請求項４）
【００１６】
上記いずれかの堆肥化方法において、有機物質混合物を堆積して好気性発酵する際に、有機物質混合物の温度が好気性発酵に適した温度を維持するように、堆積した有機物質混合物に散布する水溶液量を調整することができる。（請求項５）
【００１７】
上記いずれかの堆肥化方法において、有機物質混合物を堆積して好気性発酵する際に、堆積した有機物質混合物の上に陽イオン交換性を有するゼオライトおよび椰子殻繊維の少なくとも１種を被覆し、その被覆層の上方から水溶液を散布することができる。（請求項６）
【００１８】
上記いずれかの堆肥化方法において、有機物質混合物を堆積して好気性発酵する際に、堆積した有機物質混合物の上に肥料成分を添加した水溶液を散布することができる。（請求項７）
【００１９】
上記肥料成分を添加する際に、肥料成分が酸化沈殿性を有する金属を含む場合には、その金属を生分解性のキレート化剤でキレート化してから水溶液に添加することができる。（請求項８）
【００２０】
また、前記課題を解決する本発明の堆肥化装置は、スラリー状の有機物質を好気性発酵により堆肥化する装置である。そして本装置は、スラリー状の有機物質と吸水性を有する生分解性の有機物質を加圧下で混連し固形化した有機物質混合物を生成する加圧混連手段と、生成した有機物質混合物を堆積状態で好気性発酵を行う発酵手段と、発酵手段における堆積した有機物質混合物に水溶液を散布する水溶液供給手段を備えていることを特徴とする。（請求項９）
【００２１】
上記堆肥化装置において、さらに、加圧混連手段における有機物質混合物の温度が予め設定された値に上昇するまで加圧混連を行うように制御する混連制御手段と、発酵手段における有機物質混合物の温度が好気性発酵に適した温度を維持するように堆積した有機物質混合物に散布する水溶液を制御する発酵温度制御手段を設けることができる。（請求項１０）
【００２２】
上記いずれかの堆肥化装置において、水溶液供給手段にはさらに肥料成分添加手段および溶存酸素富化手段を設けることができる。（請求項１１）
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面により説明する。図１は本発明の堆肥化方法における混連工程を実施する装置のプロセスフロー図である。本実施の形態における混連工程は加圧混連手段１により行われる。加圧混連手段１はスラリー状の有機物質と吸水性を有する生分解性の有機物質を加圧しながら混連して固形化した有機物質混合物８を生成するものである。なお、後者の有機物質は主として前者のスラリー状の有機物質の水分調整用として機能する。
本発明でいう固形化とは、含水率が高く流動性の大きいスラリー状のものを含水率が低く堆積可能な程度まで流動性を低下させることを意味する。
【００２４】
前者のスラリー状の有機物質は前述した家畜の糞尿やバイオガスプラントから排出する消化脱離液などを使用することができる。
後者の吸水性および生分解性を有する有機物質についてより具体的に説明すると、先ず吸水性を有することによりスラリー状の有機物質に含まれている多量の水分を吸収して水分調整することができる。
【００２５】
そして吸水性の高いものは通常保水性も高いことが多いので、得られた有機物質混合物の保水性を向上させ、好気性発酵の過程において発酵に必要な水分を徐々に補給する機能を高めることができる。そのため不足する水分を長期間確実に補給できるので、好気性発酵を連続的に行う場合に有効である。
【００２６】
次に生分解性を有することにより、土壌微生物によって短期間で分解し土壌環境に悪影響を及ぼさない。また有機物質に含まれる有機態窒素は分解されて無機態窒素すなわち肥料成分になって有効に利用される。
本発明に使用できる高い吸水性および生分解性を有する有機物質として植物繊維を挙げることができる。植物繊維の中でも椰子殻繊維、オガクズ、木材チップ、古紙などは通常産業廃棄物になるものであるが、これらを使用することはリサイクルの観点から好ましく、コスト的にも有利になる。
【００２７】
これら植物繊維は内部に多数の微細な網目状の連通空隙を有しており、その連通空隙の毛細管作用および水分蓄積作用により高い吸水性および保水性が発揮される。さらに植物繊維をスラリー状の有機物質と混合することにより、植物繊維がスラリー構成粒子間に入り込み、有機物質混合物の粘性を低下させ、通気性を高めることができ、その結果好気性発酵の効率をより向上させることがきる。
【００２８】
次に図１に示す加圧混連手段１の構成について説明する。加圧混連手段１はホッパ状の原料投入口２、正方向の加圧混連部３、逆方向の加圧混連部４、遠隔制御可能な自動開閉弁からなる開閉部５を備えている。加圧混連部３、４は筒状の混連室内に回転スクリューを配置して構成され、図１の上側に配置された加圧混連部３は、スラリー状の有機物質と吸水性および生分解性を有する有機物質の混連物、すなわち有機物質混合物を左から右へ加圧しながら攪拌して移動させ、図１の下側に配置された加圧混連部４は加圧混連部３の出口側から排出した有機物質混合物を右から左へ加圧しながら攪拌して移動させる。そして加圧混連部４の出口側は加圧混連部３の入口側に連通しているので、有機物質混合物は２つの加圧混連部３，４を循環しながら加圧混連される。
【００２９】
原料投入口２から所定割合で投入されるスラリー状の有機物質と吸水性および生分解性を有する有機物質は、加圧混連部３および加圧混連部４の回転スクリューにより攪拌されると共に、その切断力や押圧力の作用によってあらゆる方向から加圧される。そのため従来のシャベルローダ等の攪拌に比べると有機物質混合物の粉砕、均一化の程度を大幅に高めることができる。このような加圧混連により、例えば植物繊維を混合した場合において、その植物繊維は長さ１ｍｍ以下の微細な細片に粉砕される。
【００３０】
上記のように加圧混連することにより、吸水性および生分解性を有する有機物質への水分吸収率を上げ、スラリー状の有機物質に含まれる塊と吸水性および生分解性を有する有機物質を粉砕して均一化する。そしてこのような粉砕と均一化により得られた有機物質混合物は、後工程の発酵が速やかになると共に、生産された堆肥は土壌へ散布したときに微生物により容易に分解される。
【００３１】
加圧混連手段１の変形例として、回転スクリュー式の加圧混連部とプレス式の加圧部を併用し、それらに有機物質混合物を交互に供給して加圧混連操作を行う方式としてもよい。なお、加圧能力や攪拌能力が高いほど吸水速度、有機物質混連物の均一化は良好になるが、それら能力をそれ程高めることが出来ない場合は、混連状態を観察しながら適宜処理時間を延長して解決することができる。
【００３２】
加圧混連部３，４で有機物質混合物を加圧混連すると摩擦熱が発生する。そして加圧混連を続けると適当な含水率をもったまま次第に固形化してくるが、ある程度固形化しても更に加圧混連を続けると、摩擦熱により内部温度が次第に上昇する。内部温度が例えば５０℃以上になるまで加圧混連を行うと、その過程で好気性発酵に適する菌の増殖と嫌気性菌の減少が起こり、好気性菌の占有率が高まる。その結果、次の好気性発酵を短時間で立ち上げることが可能になることが分かった。
【００３３】
本実施の形態では、加圧混連部３と加圧混連部４の中間部分に有機物質混合物の温度を検出する温度検出器６の検出部が配置され、その検出信号はセンサーケーブルＡにより制御器７に伝送される。制御器７はマイクロコンピュータ装置などにより構成することができ、検出温度が予め設定された温度、例えば５０℃に達したとき、開閉部５を開けて有機物質混合物８をベルトコンベア９に排出し、その排出が完了したら加圧混連部３および加圧混連部４における回転スクリューの駆動モータ（図示せず）を停止する制御を行う。そしてこれら温度検出器６および制御器７により本発明における混連制御手段１０が構成される。なおベルトコンベア９に排出された有機物質混合物８は後の発酵工程に供給される。
【００３４】
次に上記加圧混連手段１により好気性発酵に適する水分含有率および温度を有する有機物質混合物を生成する方法について説明する。先ず原料投入口２からスラリー状の有機物質と、吸水性および生分解性を有する有機物質としての植物繊維を同時に供給する。その際スラリー状の有機物質と植物繊維の含水率を測定し、固形化した後の有機物質混合物の含水率が６５〜７０％になるように植物繊維の供給割合を決定する。
【００３５】
有機物質混合物は加圧混連部３と加圧混連部４との間を循環しながら加圧混連を繰り返され、発生する摩擦熱でその温度が次第に上昇していく。加圧混連は有機物質混合物の固形化が進行し、その含水率が６５〜７０％、温度が５０℃以上になるまで行うことが望ましいが、前記のように水分調整用の有機物質の供給割合を、温度が５０℃に達した時点で含水率が６５％以上になるように調整することにより、温度の管理のみで加圧混連時間を決定することもできる。
【００３６】
そこで本実施の形態では前記のように温度管理を基本とする混連制御手段１０により加圧混連時間の制御を行っている。すなわち温度検出器６の検出温度が例えば５０℃に達したとき、制御器７はその記憶部に格納された制御プログラムにより、開閉部５を開ける制御信号を出力して、内部の有機物質混合物８をベルトコンベア９上に排出する。なお制御器７の温度設定値は５０℃に限定されるものではなく、所望により５０℃より高い温度に設定することもできる。また吸水性および生分解性を有する有機物質としての植物繊維の供給割合も、発酵工程での堆積可能な範囲において、固形化後の含水率が６５％より低い値になるように設定することもできる。
【００３７】
図２は本発明の堆肥化方法における発酵工程を実施する装置のプロセスフロー図であり、図３は図２における水溶液の散水状態を拡大して示す説明図である。
好気性発酵は発酵手段２０で行う。発酵手段２０は上部が開放された有底円筒形の発酵槽であり、図１のベルトコンベア９により上方から供給される有機物質混合物８を内部に落下し堆積して発酵させるようになっている。
【００３８】
発酵手段２０には堆積した有機物質混合物に水溶液を散布する水溶液供給手段２１が設けられる。水溶液供給手段２１は原水貯水槽２２、原水貯水槽２２に配管ａで接続されたカスケードポンプ２３、カスケードポンプ２３に設けた空気吸入管２４、カスケードポンプ２３の出口側に接続された加圧タンク２５、加圧タンク２５に配管ｂで接続した散水主管ｃ、および散水主管ｃから分岐した複数の散水枝管ｄにより構成される。各散水枝管ｄにはその途中に調整弁２６が設けられ、先端部に散水ノズルが取り付けられる。なお各散水枝管ｄは散水管固定器２７により発酵手段２０の上方に所定間隔で着脱自在に固定もしくは設置される。
【００３９】
さらに配管ｂには所望により濃縮肥料成分槽２８の濃縮肥料成分を混合するための負圧式混合器（例えばエジェクターを使用）２９が設けられる。そして濃縮肥料成分槽２８と負圧式混合器２９により本発明における肥料成分添加手段４０が構成され、カスケードポンプ２３およびそれに設けた空気吸入管２４と加圧タンク２５により本発明における溶存酸素富化手段４１が構成される。
【００４０】
発酵手段２０で有機物質混合物を好気性発酵させるには、適当な含水率を維持することが重要になる。発酵開始時は所望の含水率を有していても発酵進行に伴いその含水率が次第に低下していく。そこで本実施の形態では発酵手段２０に水溶液供給手段２１を設けて、発酵進行中における有機物質混合物の含水値を好適な範囲に維持できるようにしている。また、好気性発酵には好適な含水率と共に発酵に必要且つ十分な酸素を常に補給する必要がある。
【００４１】
この酸素補給は従来法のようにシャベルローダ等で随時切り返すことによってもある程度可能であるが、切り返し操作は前記のように手間と時間を要する重労働なので、本実施の形態では切り返し操作を行う代わりに、水溶液供給手段２１に溶存酸素富化手段４１を設けて、発酵に必要な水分と共に酸素を堆積中心部まで十分に補給できるようにしている。
【００４２】
すなわち溶存酸素富化手段４１を構成するカスケードポンプ２３は、原水貯水槽２２からの原水を移送する際に、空気吸入管２４から空気を吸入して気液混合物とし、それを加圧タンク２５内に送り込んで原水中に空気中の酸素を強制的に溶かし込み、原水の溶存酸素濃度を過飽和まで高める。そしてこの高い溶存酸素濃度を有する水溶液を発酵手段２０に供給して散水すると、水溶液は有機物質混合物の内部に浸透しながら、溶解した酸素を有機物質分解菌（好気性細菌や放線菌）へ継続的に補給することができる。なおカスケードポンプ２３としては、高い圧力で気液混合が可能な渦流ポンプが適している。
【００４３】
一方、発酵手段２０に水分が必要以上に供給されると有機物質混合物が水分過多になり、内部温度が低下して発酵不良を起こすことがある。発酵不良を起こすと堆積物の底面から溶液が沁み出てくるが、この溶液中には肥料として有効な成分が多量に含まれているので資源の流出になる。そして温度が極端に低下した場合には好気性発酵の停止が起こる。そのため発酵手段２０の適切な水分環境管理が重要になる。
【００４４】
発酵が順調に進行しているか否かは、堆積した有機物質混合物の中心部もしくはそれより下部における温度を測定することにより確認できる。例えば８時間おきに所定量の水溶液を発酵手段２０に供給し散水している場合に、その８時間おきに測定した温度が最適な発酵温度曲線に沿って変化していれば順調に発酵が進行しているものとして、そのまま同じ間隔で水分補給操作を続ける。しかし温度測定値が前記発酵温度曲線から下方にずれた場合には温度が回復するまで水分補給操作を一時的に停止する。
【００４５】
本実施の形態では発酵手段２０に堆積した有機物質混合物の中心部もしくは該中心部より下方位置、すなわち水分過不足による温度反応が最も顕著に表れる部分の温度を温度検出器３０で検出し、その検出信号をセンサーケーブルＢで制御器４３に伝送している。制御器４３の記憶部に格納された制御プログラムには予め最適な発酵温度曲線が設定値として入力されており、温度測定値がその設定値から許容範囲以上にずれた場合には、カスケードポンプ２３を停止して水分補給操作を中止するようにしている。そしてこれら温度検出器３０および制御器４３により発酵温度制御手段４２が構成される。
【００４６】
なお発酵の進行に伴い発酵温度は自然に低下していくが、例えば発酵温度が上昇しないまま外気温を５℃以上下回るか、発酵開始から３０日経過後に外気温と同じ温度が５日以上連続した場合には、発酵が終了し堆肥化が十分に完了したものと判断して発酵操作を停止する。
【００４７】
一般に高品質な肥料といえるためには、窒素成分、リン成分、カリ成分およびその他有用な鉄、銅、亜鉛、カルシウムなどの肥料成分をバランスよく含んでいる必要がある。しかし原料となるスラリー状の有機物質にこれら各肥料成分がバランスよく含まれていない場合も多いので、本実施の形態ではそれを補償するために、前記のように水溶液供給手段２１に肥料成分添加手段４０を附加している。肥料成分添加手段４０を構成する濃縮肥料成分槽２８には不足する肥料成分が濃縮状態で貯留され、その肥料成分が負圧式混合器２９により原水供給量に比例して原水中に添加される。
【００４８】
添加する肥料成分の必要量は、使用する有機物質混合物の種類や発酵の進行状況によって変化するので、予め正確に予測するのは困難な場合も多い。そこで、原料となる有機物質混合物を例えば同じ堆肥化装置を使用して２回程度発酵を繰り返し、生成した堆肥中の各肥料成分の平均的な分析値から必要な肥料成分の添加量を決定することが望ましい。
【００４９】
なお、スラリー状の有機物質の肥料成分が特定できない場合には、発酵開始より発酵期間満了までの間に、所望する肥料成分を全て添加できるようにして、それら肥料成分を水溶液中に溶かし込んで随時肥料成分の濃度調整をする方法などにより有効に対処できる。
【００５０】
また、カルシウム化合物を肥料成分として添加する場合には、それを濃縮肥料成分槽２８において高濃度で他の肥料成分に溶解させると、他の肥料成分と沈殿反応を起こす場合がある。そのような場合にはカルシウム化合物を他の肥料成分濃縮液に少なくとも２回に分けて添加することが望ましい。
【００５１】
添加する肥料成分が酸化沈殿性を有する場合には、それをキレート化剤でキレート化してから水溶液に添加することが望ましい。酸化沈殿し易い性状を有する肥料成分の代表的なものは鉄およびマンガンである。キレート化剤としてはクエン酸、グルコン酸、ＥＤＤＳ（エチレンジアミン２コハク酸）などの生分解性のものを使用することが望ましい。
【００５２】
生分解性のキレート化剤でキレート化した肥料成分は、有機物質混合物に添加されて好気性発酵工程に入ると、発酵中に好気性細菌により分解されて再び金属イオンに戻る。イオン状態の金属は有機物質混合物の塩基置換作用により、該有機物質混合物に静電吸着されるので、土壌に散布したときに容易に逸散せず、有効な肥料成分として作用させることができる。
【００５３】
なお、土壌菌では分解が遅い難分解性のキレート化剤も場合によっては使用することができる。そのようなキレート化剤としては、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン４酢酸）やＤＴＰＡ（ジエチルトリアミン５酢酸）などがある。
【００５４】
発酵手段２０により有機物質混合物を堆積して好気性発酵する場合、有機物質混合物の上面を例えば陽イオン交換性を有するゼオライトおよび椰子殻繊維の少なくとも１種で被覆し、その被覆層の上方から水溶液を散布することができる。図３には有機物質混合物８の上面に陽イオン交換性を有するゼオライトまたは椰子殻繊維の被覆層３１を設けた状態が示されている。
【００５５】
このような被覆層３１を設けて好気性発酵を行うと、従来の切り返し操作で得られるような効果も発揮させることができる。それと共にゼオライトや椰子殻繊維を層状に堆積すると、堆積物からの発酵熱が上方へ逃げにくくなる保温効果もあるので、長期間好適な発酵状態を維持することが容易になる。さらに有機物質混合物から蒸発する水分がこの被覆層３１と有機物質混合物８との境界面で捕捉されて結露するという効果もある。このように堆積した有機物質混合物から蒸発する水分が捕捉されて自然に回収されるので、発酵手段２０への水溶液補給量を低減することができる。
【００５６】
また、ゼオライトや椰子殻繊維はアンモニアを吸収固定する機能があるので、発酵に伴い生成するアンモニアガスを効果的に吸着し回収することができる。そのためアンモニア拡散による悪臭がなくなり作業環境が改善され、アンモニアガスによる周囲の金属材料の腐蝕問題も解決される。
なおゼオライトは一般に土壌改良剤としても利用されるので、被覆層３１に使用したゼオライトを生成した堆肥とそのまま混合し、ゼオライト入り堆肥として機能させることができる。また椰子殻繊維の場合は、これ自体が土壌微生物により分解され無機態窒素になるため、そのまま混合しても肥料として有効に利用できる。
【００５７】
被覆層３１についてさらに具体的に説明すると、有機物質混合物８の堆積物中から上昇する熱、水蒸気およびアンモニアガス等を捕捉するに十分な厚さで被覆層３１を形成し、その含水率を６０〜１００％程度に調整しておく。被覆層３１の厚さの最適値は散水による水溶液の広がりと散水部分の数により変わるが、通常は５ｃｍもしくはそれ以上の厚さとすることが望ましい。
【００５８】
散水ノズルより滴下した水溶液は被覆層３１を湿潤しながら拡散し、さらにその下側の有機物質混合物８の内部に拡散していく。図３にその拡散状態を模式的に示す。図３において、散水ノズルから滴下した水溶液は散水部を頂点として被覆層３１内を円錐状に拡散して有機物質混合物８の上面に達する。次いでその浸透水は有機物質混合物８内をさらに面積を広げて円錐状に拡散浸透して行く。そして散水部の間隔を適当に設定することにより、被覆層３１およびその下の有機物質混合物８内を均一に湿潤することができる。
【００５９】
被覆層３１に使用するゼオライトは市販されているものの中で、最も細かな粉体で且つ塩基置換容量が１５０ｍｅｑ／１００ｇ程度のものを選択することが望ましく、また椰子殻繊維の場合は塩基置換容量が２００ｍｅｑ／１００ｇ程度のできるだけ目の細かいものを選択することが望ましい。なお被覆層３１で生成するアンモニアガスを全量捕捉するには、有機物質混合物の種類にもよるが、通常有機物質混合物に対して重量比で２割以上の被覆量とすることが望ましい。
【００６０】
次に図２の発酵手段２０により有機物質混合物を堆肥化する方法を説明する。先ずベルトコンベア９上に排出された有機物質混合物８を発酵手段２０内に堆積していく。発酵手段２０の８割程度まで有機物質混合物８を堆積したら、温度検出器３０の検出部を堆積物の中心部付近もしくはそれより僅かに下方の範囲に差し込んで温度検出の準備を整える。
【００６１】
次に堆積した有機物質混合物８の上面をゼオライトまたは椰子殻繊維の少なくとも一方を被覆層３１として所定厚さで被覆する。ゼオライトと椰子殻繊維を併用する場合は、予め両者を均一に混合して１層に形成するか、或いはどちらか一方を下側にして２層形成することができる。
一方、原水貯水槽２２には井戸水、雨水もしくは水道水などの原水を貯水しておく。カスケードポンプ２３を運転すると、原水貯水槽２２の原水は配管ａから移送され、加圧タンク２５に吐出される。
【００６２】
その際、空気吸入管２４から外部の空気を吸入して原水と混合し、その気液混合物を加圧タンク２５に導入する。加圧タンク２５の内圧はカスケードポンプ２３で高圧状態が維持され、吸引した空気中の酸素が原水中に高濃度で溶かし込まれ、高い溶存酸素濃度を有する水溶液となって配管ｂに送り出される。なお配管ｂにおける加圧タンク２５出口付近に調整弁（図示せず）を設け、それを調整することにより加圧タンク２５の内圧を所望のレベルに設定することができる。
【００６３】
配管ｂを通過する水溶液中にはその流速に比例した量の濃縮肥料成分が負圧混合器２９により添加され、次いで散水主管ｃ、散水枝管ｄを経て各散水ノズルから発酵手段２０内に散水される。なお水溶性に対する肥料成分の重量割合は負圧混合器２９による設定、または濃縮肥料成分の濃度調整により行うことができる。
【００６４】
各散水ノズルから散水される水溶液の流量は、それぞれの散水枝管ｄに設けた調整弁２６の開度を変えることにより調整できる。散水ノズルの先端は被覆層３１の上面から１〜２ｃｍ程度上方になるように、散水固定器２７で調整することが望ましい。なお散水固定器２７を発酵手段２０に支持させる方法としては、散水固定器２７を図３に示すような三角形を有する管締結部付きの板片で構成し、三角形の頂点部分を被覆層３１に突き刺して保持させる簡便法を採用することができる。
【００６５】
被覆層３１に滴下した水溶液は図３のように被覆層３１から有機物質混合物８内に順次拡散浸透し、発酵に適した均一な水分環境を作り出す。有機物質混合物８内の温度は温度検出器３０で監視され、その検出信号が制御器４３に伝送される。前記のように温度検出値が制御器４３に予め設定された値から下がってその許容範囲を越えたときは、制御器４３はカスケードポンプ２３に運転停止の制御信号を出力し、それによって発酵手段２０への散水が停止される。また温度測定値が正常な範囲に戻ったときには、制御器４３からカスケードポンプ２３に運転開始の制御信号が出力される。
【００６６】
【実施例】
次に図１の加圧混連手段１と図２の発酵手段２０を使用してスラリー状の有機物から堆肥を製造した実施例を示す。
図１の加圧混連手段１にバイオプラントから排出した含水率９５％の消化脱離液３００Ｋｇと含水率５％の椰子殻繊維４１Ｋｇを供給して加圧混連した。
【００６７】
５分間の加圧混連で内部温度が５０℃以上になったところで開閉部５を開け、固形化した有機物質混合物８をベルトコンベア９上に排出した。有機物質混合物８の排出量は３４１Ｋｇでその容積は５２５ｍ３であった。固形化した有機物質混合物８の含水率は７０％であり、椰子殻繊維は長さ１ｍｍ以下に細かく粉砕されていた。上記有機物質混合物８を１０００ｋｇ容量の発酵手段２０内に堆積し、その上に１００メッシュ以下に篩い分けした市販のゼオライト粉体を６８．２Ｋｇ使用して厚さ５ｃｍの被覆層３１を形成した。
【００６８】
発酵手段２０には２５本の散水枝管ｄが均等な間隔で配置され、制御器４３によりカスケードポンプ２３の１回の運転時間を約２分に設定し、さらに各調整弁２６で水溶液の流量を６．０ｍｌ／分に調整することにより、散水量を９００ｍｌ／日（３００ｍｌ／回）に設定した。
【００６９】
発酵開始時点の有機物質混合物８の肥料成分を分析したところ、重量比％で窒素６．０、リン１．０、カリウム５．６、カルシウム１．５、マグネシウム０．３、鉄０．１であった。所望する標準的な肥料成分は重量比％で窒素６．０、リン２．０、カリウム６．６、カルシウム２．０、マグネシウム０．８、鉄０．５であり、窒素以外の全ての肥料成分が不足することが分かった。
【００７０】
そこで、不足する肥料成分を肥料成分添加手段４０で添加することにした。発酵手段２０に供給した有機物質混合物８の重量は３４１Ｋｇ（含水率７０％）であるから、所望する肥料成分に調整するためにはリンを１．０２ｇ、カリウムを１．０２ｇ、カルシウムを０．５１ｇ、マグネシウムを０．５１ｇ、鉄を０．４１ｇそれぞれ濃縮肥料成分槽２８に添加して溶かし込んだ。
なお鉄０．４１ｇはキレート化するため、生分解性キレート化剤であるクエン酸１水和物を１．７２ｇ一緒に溶かし込んだところ、濃縮液中での沈殿発生はなかった。
【００７１】
負圧式混合器２９は水溶液（原水）流量１３２ｍｌ／分に対して濃縮肥料１５ｍｌ／分になるように設定した。なお濃縮肥料成分槽２８には散水開始より３０日間で内容物を全て水溶液中に添加混入できるように１２００ｍｌの内容積の槽を使用した。発酵手段２０の運転開始後、滴下する水溶液の溶存酸素濃度を測定したところ、水溶液１ｃｍ３あたり０．０７ｃｍ３の濃度で溶解していた。これは通常の地下水等が１ｃｍ３あたり０．０３１ｃｍ３程度の溶存酸素濃度であるから、かなり高濃度で溶解していることが分かる。
【００７２】
図４は発酵開始から４５日間までの発酵温度の変化であり、参考までに各時点における外気温も併せて示す。切り返し操作等を特に行わなくても発酵開始から短期間で発酵温度が急速に上昇し、発酵の進行にしたがって最高温度から緩やかに低下していく理想的な発酵が行われたことが分かる。
なお、発酵手段２０の底面における水たまりの発生もなかった。また被覆層３１の作用により４５日間に発酵手段２０に供給した水分総量は２．７リットルと極めて少量であり、被覆層３１による優れた保水機能が確認された。
【００７３】
さらに、被覆層３１の下部におけるゼオライト中に捕捉されたアンモニアガスの総量を測定したところ、発酵開始時には０ｍｍｇ／１００ｇ（乾土）であったものが、４５日後の値は９０ｍｍｇ／１００ｇ（乾土）になった。なお発酵手段２０の周辺にアンモニアガス検出器を設置して漏洩するアンモニアガスを７日ごとに測定したが、いずれの時点でもアンモニアガスは検出されなかった。これにより被覆層３１による優れたアンモニアガス吸収機能が確認された。
【００７４】
図４に示す温度状態から４５日目に発酵が完了したものと認識し、有機物質混合物８の堆肥化されたものと被覆層３１を混合した堆肥完成品を取り出した。肥料成分を分析した結果、重量比％で窒素６．０、リン２．０、カリウム６．６、カルシウム２．０、マグネシウム０．８、鉄０．５であり、所望する肥料成分を十分に含有していた。また、濃縮肥料成分槽２８の底部、負圧式混合器２９の内部、それより下流側の配管ｂ、ｃ、ｄ等の内部に酸化沈殿物は存在しなかったので、キレート化による沈殿防止効果が確認され、且つ、堆肥製品中には前記のように所望量の鉄分が含有されていた。
【００７５】
【発明の効果】
以上のように本発明の堆肥化方法は、スラリー状の有機物質に吸水性を有する生分解性の有機物質を混連することにより固形化した有機物質混合物とし、その有機物質混合物を好気性発酵することを特徴とする。このように前工程として含水率が大きく取扱い性が悪いスラリー状の有機物質を特定性状の前記有機物質で水分調整し、含水率の低い固形化した有機物質混合物にすることにより、後工程の好気性発酵による堆肥化を連続的に且つ容易に行うことが可能になる。
【００７６】
しかも前記水分調整用の有機物質と混連することにより保水性の高い有機物質混合物が形成されるので、安定した発酵操作を高い効率で行うことができる。さらに水分調整用として使用する有機物質は生分解性であるため、製造された堆肥を土壌に散布したとき該有機物質は土壌菌により分解され、土壌の環境汚染を生じることがない。
【００７７】
上記堆肥化方法において、スラリー状の有機物質と吸水性を有する生分解性の有機物質の混連を加圧下で行うことができる。このように加圧混連を行うことにより吸水性および生分解性を有する有機物質への水分吸収率を上げ、スラリー状の有機物質に含まれる塊と吸水性および生分解性を有する有機物質を共に粉砕して均一化することができる。そしてこのような粉砕と均一化により後工程の発酵が速やかになると共に、生産した堆肥を土壌へ散布したときの微生物による分解効率も向上する。
【００７８】
上記加圧下で混連する場合において、有機物質混合物の温度が５０℃以上になるまでその混連を続けることができる。このように有機物質混合物の温度が５０℃以上になるまで混連を続けることにより、その過程で好気性発酵に適する菌の増殖と嫌気性菌の減少が起こって好気性菌の占有率が高まる。その結果、後工程の好気性発酵を短時間で立ち上げることが可能になり、発酵における生産性を高めることができる。
【００７９】
上記いずれかの堆肥化方法において、有機物質混合物を堆積して好気性発酵する際に、溶存酸素を富化した水溶液を堆積した有機物質混合物に散布し、好気性発酵に必要な酸素と水分の補給を行うことができる。このように溶存酸素を富化した水溶液を堆積した有機物質混合物に散布することにより、従来法のように堆積物に随時切り返し操作を施さなくても、堆積した有機物質混合物に必要な水分と酸素を十分に且つ均一に供給することができる。そのため最適な好気性発酵が容易に実現でき、運転コストも低く抑えることができる。
【００８０】
上記いずれかの堆肥化方法において、有機物質混合物を堆積して好気性発酵する際に、有機物質混合物の温度が好気性発酵に適した温度を維持するように、堆積した有機物質混合物に散布する水溶液量を調整することができる。このようにすると、最適な発酵状態を維持した状態で連続的に且つ効率よく好気性発酵を行うことができる。
【００８１】
上記いずれかの堆肥化方法において、有機物質混合物を堆積して好気性発酵する際に、堆積した有機物質混合物の上に陽イオン交換性を有するゼオライトおよび椰子殻繊維の少なくとも１種を被覆し、その被覆層の上方から水溶液を散布することができる。このような被覆層を設けて発酵を行うことにより、従来の切り返し操作と同様な効果を十分に発揮させることができる。
【００８２】
また上記のようにゼオライトや椰子殻繊維を層状に堆積することにより、上方への発酵熱を逃げにくくする保温効果も発揮するので、長期間好適な発酵を維持することが容易になる。さらに、有機物質混合物から蒸発する水分がこの被覆層と有機物質混合物との境界面で捕捉されて結露するという効果もある。このように蒸発水分を捕捉して回収することにより、水溶液補給量を低減することができる。
【００８３】
また、ゼオライトや椰子殻繊維はアンモニアを吸収固定する機能があるので、発酵に伴って生成するアンモニアガスを吸着し自動的に回収することができる。そのためアンモニア拡散による悪臭も抑制され、作業環境が改善されると共に、アンモニアガスによる周囲の金属材料の腐蝕問題も解決される。
【００８４】
上記いずれかの堆肥化方法において、有機物質混合物を堆積して好気性発酵する際に、堆積した有機物質混合物の上に肥料成分を添加した水溶液を散布することができる。このように水溶液に肥料成分を添加することにより、有機物質混合物中には不足している肥料成分を水分と同時に効率よく補給することができる。
【００８５】
上記肥料成分を添加する際に、肥料成分が酸化沈殿性を有する金属を含む場合には、その金属を生分解性のキレート化剤でキレート化してから水溶液に添加することができる。このようにキレート化することにより、水溶液供給用の配管などに不要な沈殿物が発生することを有効に防止できる。
【００８６】
また、前記課題を解決する本発明の堆肥化装置は、スラリー状の有機物質と吸水性を有する生分解性の有機物質を加圧下で混連し固形化された有機物質混合物を生成する加圧混連手段と、生成した有機物質混合物を堆積状態で好気性発酵を行う発酵手段と、発酵手段における堆積した有機物質混合物に水溶液を散布する水溶液供給手段を備えていることを特徴とする。このように構成された堆肥化装置を使用することにより、前記堆肥化方法を効率的に実施することができる。
【００８７】
上記堆肥化装置において、さらに、加圧混連手段における有機物質混合物の温度が予め設定された値に上昇するまで加圧混連を行うように制御する混連制御手段と、発酵手段における有機物質混合物の温度が好気性発酵に適した温度を維持するように堆積した有機物質混合物に散布する水溶液を制御する発酵温度制御手段を有することができる。
【００８８】
上記混連制御手段を設けることにより、後工程の好気性発酵を短時間で立ち上げることが可能になり、発酵における生産性を高めることができる。また上記発酵温度制御手段を設けることにより、最適な発酵状態を維持しながら連続的に効率よく好気性発酵を行うことができる。
【００８９】
上記いずれかの堆肥化装置において、水溶液供給手段にはさらに肥料成分添加手段および溶存酸素富化手段を設けることができる。このように構成することにより、堆積物に随時切り返し操作を行わなくても、堆積した有機物質混合物に必要な水分と酸素を十分に且つ均一に供給することができる。そのため発酵操作が簡単になりコストも低くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の堆肥化方法における混連工程を実施する装置のプロセスフロー図。
【図２】本発明の堆肥化方法における発酵工程を実施する装置のプロセスフロー図。
【図３】図２における水溶液の散水状態を拡大して示す説明図。
【図４】実施例における発酵開始から４５日間までの発酵温度及び外気温の変化を示す図。
【符号の説明】
１　加圧混連手段
２　原料投入口
３，４　加圧混連部
５　開閉部
６　温度検出器
７　制御器
８　有機物質混合物
９　ベルトコンベア
１０　混連制御手段
２０　発酵手段
２１　水溶液供給手段
２２　原水貯水槽
２３　カスケードポンプ
２４　空気吸入管
２５　加圧タンク
２６　調整弁
２７　散水管固定器
２８　濃縮肥料成分槽
２９　負圧式混合器
３０　温度検出器
３１　被覆層
４０　肥料成分添加手段
４１　溶存酸素富化手段
４２　発酵温度制御手段
４３　制御器
ａ，ｂ　配管
ｃ　散水主管
ｄ　散水枝管
Ａ　センサーケーブル
Ｂ　センサーケーブル
【図１】
2004002063.tif 000003
【図２】
2004002063.tif 000004
【図３】
2004002063.tif 000005
【図４】
2004002063.tif 000006