(57)【要約】【課題】  人間の生活残渣である有機系廃棄物の処理において反応後の残渣が生じる故に、その残渣の更なる処理に窮するという従来技術の問題点を、本発明では、残渣を究極的には生じさせないという根本において改善した固形有機物質の生物処理方法を提供する。【解決手段】  微生物による分解反応に対して低活性成分と高活性成分を含む固形有機物質を、微生物により処理する方法において、原料である有機混合物質を回分反応システム１内で１回の回分分解反応に付した後に残る、低活性成分である未分解反応残渣２の全量を次の回の回分操作による処理物３に混合し、同一の回分反応システム１内で分解反応に付す操作を順次、回分操作毎に繰り返すことにより、回分反応システム系外には未分解反応残渣を実質的に生じせしめない。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物による分解反応に対して低活性成分と高活性成分を含む固形有機物質を、微生物により処理する方法であって、
原料である有機混合物質を回分反応システム内で１回の回分分解反応に付した後に残る、低活性成分である未分解反応残渣の全量を次の回の回分操作による処理物に混合し、
同一の回分反応システム内で分解反応に付す操作を順次、回分操作毎に繰り返すことにより、回分反応システム系外には未分解反応残渣を実質的に生じせしめないことを特徴とする固形有機物質の生物処理方法。
【請求項２】
回分反応システムの最初の回分分解反応に付する処理物中の低活性成分の一部として、主処理物の発生起源とその発生起源を異にする副処理物を、主処理物に加えることを特徴とする請求項１に記載の固形有機物質の生物処理方法。
【請求項３】
前記主処理物と発生起源を異にする副処理物が、おが屑、木材の皮等の木質物質、又は、麦、稲等の藁であることを特徴とする請求項２に記載の固形有機物質の生物処理方法。
【請求項４】
前記主処理物と発生起源を異にする副処理物が、他の微生物処理設備より生じる反応残渣又は堆肥であることを特徴とする請求項２に記載の固形有機物質の生物処理方法。
【請求項５】
処理物中に生物処理反応に全く不活性な物質が含まれる場合、
回分操作の回数の増加につれ、回分反応システム中に当該不活性物質が十分濃縮してきたときに、回分反応システム中の反応物質から当該不活性物質を除去することを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の固形有機物質の生物処理方法。
【請求項６】
１回の回分操作終了時における固形有機物質の未分解反応残渣の量を求め、
回分操作終了時における前記未分解反応残渣の量及び次の回の回分操作に投入される処理物の量を合算して、回分反応システム中の全反応物量を求め、
回分反応システム中の全反応物量に基づいて、回分反応システムの容積を設計することを特徴とする請求項１に記載の固形有機物質の生物処理方法。
【請求項７】
日数と消化率との関係を表す反応速度式（１−（１−ｘ）1/3＝ａ・ｔ）から、固形有機物質の未分解反応残渣の量を求めることを特徴とする請求項６に記載の固形有機物質の生物処理方法。
ここで、ｘは固形有機物質の消化率、ｔは日数、ａは反応毎に特有の定数。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固形有機物質を微生物による分解反応に付するための生物処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固形有機物質を微生物処理する技術においては、原料である家畜糞、生ゴミ、有機系廃棄物、その他の固形有機物質を微生物による醗酵もしくは分解/酸化反応に付し、堆肥等の有用な資源に変換するか、取り扱い易い形態に変換させるが、反応後の残渣物質の排出を実質的に無にするシステムは知られていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、有機物の微生物処理反応は極めて緩やかに進行するため、生物分解反応に付す固形有機質中の分解可能物質の分解反応率を１００％にまで反応させるためには、非実用的なまでの長期にわたる反応時間が要求される。そのため、上記の従来技術にあっては、分解反応の反応率としては、５０〜６０％と低い状態で止めても、微生物処理をすれば、そのままでは取り扱いにくく、汚物感の強い家畜糞や有機系廃棄物を、取り扱い易く、有用な堆肥に変換し、あるいは減容させることが出来る点にのみ着目し、残渣物質を堆肥等として利用することにとどまっている。
【０００４】
しかし、有機系廃棄物の中には、その成分上、堆肥として植物に必要な栄養素を十分含まない物も有り、又、他の例では、食塩、重金属、その他の、生物により全く分解されない物質を含んでいる場合がある。生物処理残渣が肥料として必要な栄養素を含んでいても、食塩、その他の植物の生育に有害な物質が残留し、かつ、濃縮することにより、この残渣をそのままでは、植物の肥料として使用できず、有害物質を除去するか、もしくは希釈等の更なる処理が必要になる場合が少なくない。
【０００５】
又、一方では原料である生ゴミ、その他の有機系廃棄物の排出量と堆肥の需要量が合致しないために、堆肥の、市場への過剰供給が起こるという問題も深刻である。すなわち、生ゴミ、その他の有機系廃棄物の生物処理では、焼却処理のように、ダイオキシン等の有害物質の排出が無い、燃料が必要にならないという長所があるにも拘らず、製品堆肥の品質と需給バランスの両面において、従来技術のままでは行き詰ってしまっているのが現状である。
【０００６】
人間の生活残渣である有機系廃棄物の処理において反応後の残渣が生じる故に、その残渣の更なる処理に窮するという従来技術の問題点を、本発明では、残渣を究極的には生じさせないという根本において改善した固形有機物質の生物処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、微生物による分解反応に対して低活性成分と高活性成分を含む固形有機物質を、微生物により処理する方法であって、原料である有機混合物質を回分反応システム内で１回の回分分解反応に付した後に残る、低活性成分である未分解反応残渣の全量を次の回の回分操作による処理物に混合し、同一の回分反応システム内で分解反応に付す操作を順次、回分操作毎に繰り返すことにより、回分反応システム系外には未分解反応残渣を実質的に生じせしめないことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の固形有機物質の生物処理方法において、回分反応システムの最初の回分分解反応に付する処理物中の低活性成分の一部として、主処理物の発生起源とその発生起源を異にする副処理物を、主処理物に加えることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２に記載の固形有機物質の生物処理方法において、前記主処理物と発生起源を異にする副処理物が、おが屑、木材の皮等の木質物質、又は、麦、稲等の藁であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項２に記載の固形有機物質の生物処理方法において、前記主処理物と発生起源を異にする副処理物が、他の微生物処理設備より生じる反応残渣又は堆肥であることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１〜４いずれかに記載の固形有機物質の生物処理方法において、処理物中に生物処理反応に全く不活性な物質が含まれる場合、回分操作の回数の増加につれ、回分反応システム中に当該不活性物質が十分濃縮してきたときに、回分反応システム中の反応物質から当該不活性物質を除去することを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１に記載の固形有機物質の生物処理方法において、１回の回分操作終了時における固形有機物質の未分解反応残渣の量を求め、回分操作終了時における前記未分解反応残渣の量及び次の回の回分操作に投入される処理物の量を合算して、回分反応システム中の全反応物量を求め、回分反応システム中の全反応物量に基づいて、回分反応システムの容積を設計することを特徴とする。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項６に記載の固形有機物質の生物処理方法において、日数と消化率との関係を表す反応速度式（１−（１−ｘ）1/3＝ａ・ｔ）から、固形有機物質の未分解反応残渣の量を求めることを特徴とする。ここで、ｘは固形有機物質の消化率、ｔは日数、ａは反応毎に特有の定数である。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、低活性成分である未分解反応残渣を同一の回分反応システムに何回も循環させることができる。したがって、長時間分解反応に付したときと同様に、未分解反応残渣を実質的に消滅させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の固形有機物質の生物処理方法について説明する。
【００１６】
図１は、回分反応システムの一例の概略図を示す。この回分反応システム１は細長い槽から構成される。回分反応システム１の細長い槽の一端部には、例えば一日分の固形有機物質が原料としてショベルローダ等で投入され、その次の日にまたほぼ同量の固形有機物質が投入される。また、図示しないが、槽の上部には攪拌機が取り付けられる。該攪拌機は、固形有機物質を一日分細長い槽の長手方向に移動させ、また空気に触れることができるように固形有機物質をかき混ぜる。
【００１７】
例えば、初日（ｔ＝０）に投入された容量Ｖ＝１の固形有機物質は、２日目（ｔ＝１）に細長い槽の奥の方に移動させられる。２日目の固形有機物質は、反応してその容量Ｖが０．９８に減容される。この動作を３日目、４日目…と繰り返し、最終的には固形有機物質がｔ＝４５日目で容量Ｖが０．４まで減容されることになる。４５日が経過すると回分反応システムにおける１回の回分分解反応が終了する。なお、回分反応システムは、この図に示されるような水平な横型に形成されなくても、垂直な縦型に形成されてもよく、また単一槽ではなく、複数の槽を直列に繋げた構成になっていてもよい。
【００１８】
ところで、色々な物質の混合物である固形有機物質の組成において、全く生物分解反応に不活性である不活性物質(例えば、食塩、重金属)をひとまず考慮外に措けば、全反応活性成分を微生物による分解反応に対して反応速度の比較的早い高活性成分と比較的遅い低活性成分とに分けることができる。
【００１９】
低活性の成分は何度も繰り返し、回分反応システムに戻して反応させることにより漸次反応し、ついには分解・消滅する。一方、高活性の成分は、分解されやすく、同一の回分反応システム中に１回だけ通すと完全分解する。
【００２０】
本実施形態では、図１に示されるように、原料である有機混合物質を回分反応システム１内で１回の回分分解反応に付した後に残る、低活性成分である未分解反応残渣２の全量をピット４に溜め、ショベルローダ、コンベヤ等の搬送手段で搬送した後、次の回の回分操作による処理物３に混合する（混合するのは、反応を均一に進めるためである）。そして、同一の回分反応システム１内で回分分解反応に付す操作を順次、回分操作毎に繰り返す。
【００２１】
すなわち、低活性成分である未分解反応残渣２を何度も繰り返し、回分反応システムに戻して反応させることにより、低活性成分を分解・消滅している。また、同時に分解されやすい高活性成分も、同一の回分反応システム中に１回だけ通して完全分解させる。これにより、１回の回分操作による回分反応システムへの供給量に対する分解反応率については、従来技術と同じで低いままに保ちながら、実質的に新たに回分反応システムに供給する原料の量と同じだけの反応物質量を１回の回分操作で完全分解・処理出来るシステムを実現し、実質的に全ての活性原料を分解・消滅せしめると同時に、食塩等の不活性物質をシステム内に極限まで濃縮させる。
【００２２】
ある適切な反応時間(反応システム内滞留時間)を選択し、分解速度の色々に異なる有機物質の混合物である原料を生物処理反応に付すと、この選択された反応時間が完全分解に必要な反応時間より短い成分は分解されて消滅する一方、反応時間の不足した成分は１回の回分操作の終了時に未反応物質として残留する。この未反応物質も、繰り返し、回分反応システム内に戻して処理すれば、いずれは分解されて消滅することになる。
【００２３】
本発明においては、スタート時を除き、ある回の回分反応物の量はその回に初めて反応に付される新原料と前回の回分反応の残渣を併せたものの総和である。一方、スタート時には、特別に外部から加えない限り処理物中には回帰残渣が含まれないので、２回目の回分操作では初回の回分反応の残渣量だけ処理量が多くなる。一定の回分反応システムの容積においては、システム内での滞留時間(すなわち反応時間)は初回のそれに比べ、２回目は短くなる。すなわち、分解率は１回目より減少し、残渣量はさらに増加する。しかし、新たに加える処理物の量が一定であり、ある程度以上の回分反応システム容積が選択されていれば、当初、増加する全反応物の量も、繰り返し行われる回分操作の回数がある値に達すると、分解残渣の量は減少に転じ、ついには、新たに加える処理物の量と１回の回分反応による分解量が一致する点に達し、その後は変化せずに定常状態となる。このような回分反応システムにおいては、１回の回分反応の分解反応率は低いままに、全体の処理システム系の外には反応残渣が生じないシステムを提供することが出来る。
【００２４】
また、特に含水率の高い固形有機廃棄物を好気性生物処理しようとする場合、原料の含水率をある範囲に調節することが必要になる。この含水率の調整には、含水率が原料のそれより低い副処理物を原料（主処理物）に均一混合して全体の含水率を下げ、混合した処理物を堆積したときに堆積層間隙に空気が通り易くすることが要求される。この水分調整材としての副処理物を主処理物に混合して水分を調整した後、回分反応システムへ供給し、処理する。各回分反応による残渣中の水分を水分調整材のそれと同一に選び、また、スタート時の水分調整材の量と定常状態到達後の回分反応残渣の量が同一になるように反応時間(１回の回分反応のシステム内滞留時間)を選択し、第２回目以降の水分調整材として、前回の回分反応残渣の全量を使用すれば、初回より反応物の全量も水分も大きく変わることなく、各回分操作において、安定した操業を行うことが出来る。
【００２５】
スタート時に使う水分調整材として、おが屑、木材の皮等の木質物質、または、麦、稲等の藁を使用することができる。また、設備のスタート時の水分調整材として他の生物処理設備より生じる反応残渣もしくは堆肥を用いることもできる。
【００２６】
特に、食塩、重金属、その他の、生物により分解されない不活性物質が原料の固形有機物質に含まれる場合に本発明を適用すると、回分操作の回数の増加につれて、当該不活性物質が反応槽（回分反応システム）中に濃縮される。これらの不活性物質が反応を推進している生物群の生存、あるいは、構成に悪影響を与えるまでの高濃度に達した時、または、設備の保全上その他の点で、なんらかの悪影響を与えるまでの高濃度に達した時は、反応槽中の反応物質から、各種の方法により当該不活性物質を取り除くことが必要である。しかし、この場合でも、不活性物質の濃度が高く、処理すべき反応物の質量も一回の回分反応量に限られるので、経済的かつ高効率で、不活性物質の除去処理をすることが可能なシステムを提供できる。なお、塩・重金属等の不活性成分の他に、反応の結果生じた安定生成物も、これから先に反応が進まない分解反応残渣として残ることになる。
【００２７】
次に、回分反応システムの容積の設計方法について説明する。回分反応システムの容積を設計するにあたり、まず、１回の回分操作終了時における固形有機物質の未分解反応残渣の量を求める。未分解反応残渣の量は、日数と固形有機物質の消化率との関係を表す反応速度式から求める。
【００２８】
固形有機物質の表面に存在する好気性微生物が固形有機物質を消化／分解する反応のメカニズムとして、固体表面反応速度が空気量（酸素量）に比例する一方、反応の進行により固形有機物の粒子径が減少するというモデルに基づく考察の結果、次の表現が反応速度式として適用できることが予想された。
【００２９】
１−（１−ｘ）1/3＝ａ・ｔ
ここで、ｘは固形有機物質の消化率、ｔは日数、ａは反応毎に特有の定数である。次に、実験により実際の反応日数と消化率の関係を求めて、上式にあてはめることができるかどうかを検討した結果、あてはまることがわかった。この実験の結果を用いて、反応毎に特有の定数ａを求めることができた。
【００３０】
次に、日数と固形有機物質の消化率との関係を表す反応速度式（１−（１−ｘ）1/3＝ａ・ｔ）に１回の回分操作の日数及び各反応の定数を入力して、１回の回分操作終了時における固形有機物質の消化率を求め、この消化率から未分解反応残渣の量を求める。
【００３１】
次に、回分操作終了時における未分解反応残渣の量と及び次の回の回分操作に投入される処理物の量を合算して、回分反応システム中の全反応物量を求める。回分反応システムの容積は、全反応物量が所定反応時間滞留できるように設計される。
【実施例】
【００３２】
缶飲料製造の際、排出されるコーヒー滓、茶殻を生物処理により分解する例について、反応槽を設計した例について説明する。
【００３３】
含水率６７％の茶殻１重量部（無水ベース）と、含水率６３％のコーヒー滓１．０７重量部（無水ベース）と、更に水分調整材として、おが屑０．６４重量部（無水ベース）の混合物を調整し、好気性菌による生物処理に付した。
【００３４】
以下の表１は、固形有機物質の一例である、おが屑、茶、コーヒー、戻し堆肥の各反応の定数を実験により求めた結果を示す。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
図２は、おが屑、茶、コーヒーの反応速度式から、日数ｔと消化率ｘとの関係を求めたグラフである。また、表２は、各反応の定数から、４５日経過したときのおが屑、茶、コーヒー、戻し堆肥の消化率を求めた値を示す。
【００３７】
【表２】
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【００３８】
図２及び表２から、無水おが屑は４５日たっても５％しか減らないのに対し、無水茶、消石灰、米糠は７８％減り、無水コーヒーは７４％なくなり、全体としては、４５日経てば無水反応物の６０％ぐらいが消化されていることがわかる。
【００３９】
次に、一回の回分反応時間として４５日間を当て、１回分の終了時に排出される残渣を次の回の回分処理原料のための水分調整材兼低反応性有機資材として、循環使用した。この時の反応残渣量（無水ベース）を回分毎に表３に示す。
【００４０】
【表３】
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【００４１】
この場合は初回の全反応物量２．７１重量部が第２回目の回分反応時には、前回の残渣を加えて全反応物量が３．１７重量部に増大するが、その後は、回分数を重ねると共に全反応物量は減少に転ずる。回分数１１回以降はほぼ一定の値２．９４３になる。すなわち定常状態に達する。したがって、常用で２重量部の茶殻、コーヒー滓の混合物（重量比１：１混合）の処理物を処理するために、反応槽の容積は最大３．１７重量部の反応物が所定反応時間である４５日間滞留できる容量に設計すれば目的を達することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】回分反応システムを示す概略図。
【図２】おが屑、茶、コーヒーの反応速度式から、日数ｔと消化率ｘの関係を求めたグラフ。
【符号の説明】
【００４３】
１…回分反応システム
２…未分解反応残渣
３…次の回の回分操作による処理物
【図１】
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【図２】
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