(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料の生ゴミ又は汚泥と、幅２〜２０ｍｍ、長さ３〜５０ｍｍ、厚さ２〜５ｍｍの所定表面積を有する木材チップ、おが屑からなる水分５０％以下の木質チップを、全体の水分が５０〜７５％になるように混合して加圧混練し、摺り潰された生ゴミ又は汚泥から発生した水分が前記木質チップに吸収されることにより、水分低下した生ゴミ又は汚泥の混練生成有機物を前記木質チップの表面に薄い被膜状に吸付着させ、しかる後、木質チップ表面に面積を広げて薄い被膜状に付着させた前記生ゴミ又は汚泥の混練生成有機物を空気と接触させながら発酵させることにより好気性菌の働きで酸化分解させることを特徴とする生ゴミ又は汚泥の発酵分解処理方法
【請求項２】
生ゴミ又は汚泥から発生した水分を吸収し、表面に生ゴミ又は汚泥の発酵分解生成物を付着させた前記木質チップを、水分５０％以下に低下させた後、原料の生ゴミ又は汚泥と混合する前記木質チップの一部又は全部として還元利用することをさらに特徴とする請求項１記載の生ゴミ又は汚泥の発酵分解処理方法
【請求項３】
木質チップ、又は生ゴミと木質チップの混合物に枯草菌、糸状菌、放線菌などの好気性菌を添加することを特徴とする請求項１又は２記載の生ゴミの発酵分解処理方法
【請求項４】
原料の生ゴミ又は汚泥を幅２〜２０ｍｍ、長さ３〜５０ｍｍ、厚さ２〜５ｍｍの所定表面積を有する木材チップ、おが屑からなる水分５０％以下の木質チップと混合して水分５０〜７５％に調整する工程と；
生ゴミ又は汚泥と木質チップの混合物を加圧混練し、摺り潰された生ゴミ又は汚泥から発生した水分を前記木質チップに吸収させながら、水分低下した生ゴミ又は汚泥の混練生成有機物を前記木質チップの表面に薄い被膜状に付着させる工程と；
生ゴミ又は汚泥から発生した水分を吸収し、外表面に生ゴミ又は汚泥の混練生成有機物を付着させた前記木質チップを、空気と接触させながら表面の混練生成有機物を発酵分解させる工程と；
生ゴミ又は汚泥から発生した水分を吸収し、表面に生ゴミ又は汚泥の発酵分解生成物を付着させた前記木質チップを、その水分を５０％以下に低下させた後、原料の生ゴミ又は汚泥と混合する木質チップの一部又は全部として反復して還元利用することにより前記木質チップを発酵分解させる工程と；を含むことを特徴とする生ゴミ等と木質チップの堆肥化方法
【発明の詳細な説明】
【００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生活雑廃物あるいは食品工場の廃棄物として発生する生ゴミや下水道、食品工場、畜糞処理施設糖の排水から生じる汚泥の発酵分解処理方法に関する。
【００２】
【発明の背景】
増え続けるゴミの減量対策として、焼却やリサイクルなどの方策が講じられるなかで、畜産廃棄物や生ゴミなどの有機質廃棄物はリサイクルの一環として堆肥化が試みられてきた。
【００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、畜産廃棄物の堆肥化は著しい進歩を遂げ、好ましい成果が見られるのに対し、生ゴミの堆肥化に以下のような諸々の問題があった。
生ゴミを堆肥化しようとすると、非常に強い悪臭と多量の汚水が発生するとともに、生成物が腐敗状態であるため、肥料としての使い勝手が悪く、さらには、嫌気菌分解による中間代謝物が有害物質を生成して作物に障害を及ぼす。このため、現状では、生ゴミ堆肥化処理は行き詰まった状態にあり、新しい技術の開発が緊急課題となっている。
【００４】
一方、汚泥の浄化処理には、分解効率のよい酸化分解を促すために、汚泥水を瀑気処理して排水中の有機物を水中微生物で分解する方法がとられているが、水に溶け込む容存酸素が少ないため嫌気分解がなされる。汚泥にはこの時に発生する悪臭要因物質を多く含むため悪臭の発生がさけられなかった。また、酸素不足から分解困難なセルロース等の難分解物質が残っているため発酵しにくい状態にある。
【００５】
したがって、本発明の第１の目的は、悪臭や汚水の発生を抑制して生ゴミや汚泥を短時間に発酵分解させる生ゴミ処理方法を提供することにある。
【００６】
本発明の第２の目的は、悪臭や汚水の発生を抑制して生ゴミや汚泥を発酵分解させた後、堆肥として使用できるようにした処理方法を提供することにある。
【００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記第１の目的を達成するための本発明の生ゴミ等の処理方法は、原料の生ゴミ又は汚泥と、幅２〜２０ｍｍ、長さ３〜５０ｍｍ、厚さ２〜５ｍｍの所定表面積を有する木材チップ、おが屑からなる水分５０％以下の木質チップを、全体の水分が５０〜７５％、好ましくは５５〜７０％、さらにこのましくは６０〜６５％になるように混合して加圧混練し、摺り潰された生ゴミ又は汚泥から発生した水分が前記木質チップに吸収されることにより、水分低下した生ゴミ又は汚泥の混練生成有機物を前記木質チップの表面に薄い被膜状に吸付着させ、しかる後、木質チップ表面に面積を広げて薄い被膜状に付着させた前記生ゴミ又は汚泥の混練生成有機物を空気と接触させながら発酵させることにより好気性菌の働きで酸化分解させることを特徴とする。
【００８】
この場合、生ゴミ又は汚泥から発生した水分を吸収し、表面に生ゴミ又は汚泥の発酵分解生成物を付着させた前記木質チップを、水分５０％以下に低下させた後、原料の生ゴミ又は汚泥と混合する前記木質チップの一部又は全部として還元利用するのがより好ましい。
【００９】
また、木質チップ、又は生ゴミ（汚泥を含む）と木質チップの混合物に、枯草菌、糸状菌、放線菌などの好気性菌を添加して前記の処理を行ってもよい。
【０１０】
上記第２の目的を達成するための本発明の生ゴミ等処理方法は、原料の生ゴミ又は汚泥を幅２〜２０ｍｍ、長さ３〜５０ｍｍ、厚さ２〜５ｍｍの所定表面積を有する木材チップ、おが屑からなる水分５０％以下の木質チップと混合して水分５０〜７５％、好ましくは６５〜７５％、さらに好ましくは６０〜６５％に調整する工程と；生ゴミ又は汚泥と木質チップの混合物を加圧混練し、摺り潰した生ゴミ又は汚泥から発生した水分を前記木質チップに吸収させながら、水分低下した生ゴミ又は汚泥の混練生成有機物を前記木質チップの表面に薄い被膜状に付着させる工程と；生ゴミ又は汚泥から発生した水分を吸収し、外表面に生ゴミ又は汚泥の混練生成有機物を付着させた前記木質チップを、空気と接触させながら表面の混練生成有機物を発酵分解させる工程と；生ゴミ又は汚泥から発生した水分を吸収し、表面に生ゴミの発酵分解生成物を付着させた前記木質チップを、その水分を５０％以下に低下させた後、原料の生ゴミ又は汚泥と混合する木質チップの一部又は全部として反復して還元利用することにより前記木質チップを発酵分解させる工程と；を含むことを特徴とする。
【０１１】
【発明の実施の形態】
生ゴミや下水・排水汚泥の堆肥化で直面する前記諸問題を解決するにあたり、発明者は先ず、生ゴミと畜産廃棄物の成分、組織を検討し、両原料は栄養成分、分解難易性、保有する菌の種類と量、水分の分布形態に以下のような大きな違いがあることに着目した。
【０１２】
畜産廃棄物は、食物の栄養分が消化吸収された残りの畜糞と敷料等が主体であるため、栄養分の少ない難分解性の有機物であるのに対し、生ゴミは野菜、魚肉、加工食品等の廃棄物であるため栄養が豊富で栄養バランスがよく、組成が柔らかな易分解性有機物である。
【０１３】
また、発酵に関わる菌については、家畜の餌である牧草や飼料等には土壌菌が多く付着しており、家畜の体内を経て大腸菌とともに排泄されるため畜糞廃棄物には多種、多量の菌が棲息している。これに対し、生ゴミは発生源が人間の食品であるところから内部には菌がほとんど存在せず、分解に働く菌は大気中の浮遊菌が侵入した腐敗菌が主であるため、畜糞に比べ菌の種類、量は圧倒的に少ない。
【０１４】
さらに水分については、畜糞と生ゴミはいずれも８０％以上の高い水分を含んでいるが、両原料は水分の含み方が大いに異なる。すなわち、畜糞は、食物が家畜の体内を通ることでセルロースやリグニン等の分解されない繊維質を含んでおり、水分はこの繊維質間に毛細現象の形態で保有されているので外へ流れ出易い。これに対し、生ゴミの水分は動植物の細胞内や加工食品の内部に閉じ込められている水分であるため、外部に流れ出にくい。生ゴミから垂れ落ちる水は主として原料の間に介在していた水で量は多くない。
【０１５】
以上のような違いから、畜産廃棄物は、発酵の初めは未吸収栄養分が細胞によって分解されるが、未吸収栄養分の量が少ないため直ぐ消化される。畜産廃棄物の主成分であるセルロースは細菌によっては分解されないため、糸状菌がこれにとって変り分解することになるが、糸状菌は好気性菌であるため分解中に悪臭が発生せず、昇温と共に水分が抜けて表面に酸素が供給される。その結果、好気性菌による酸化分解が進み、悪臭の発生が少なく高温度の下で発酵する。
【０１６】
これに対し、生ゴミはセルロースが少なく高栄養分の炭水化物、蛋白質、水溶性糖類が多いため、細菌による分解が中心となり、しかも水分が多いことから、酸素と接触しにくく、嫌気性細菌による腐敗的分解となる。このため温度が上昇しないことに加えて、分解により水分が発生するため水没状態となり、ほとんどが嫌気分解となり、強い悪臭と汚水を発生させることになる。また、生ゴミは易分解有機物が主成分であるため、分解残はほんの僅かで嫌気分解による中間代謝物が有害物質を生成することから堆肥も悪臭が強い上に作物に障害をもたらす。
【０１７】
そこで本発明は、野菜、肉、魚、加工食品など雑廃である生ゴミを木材チップ、おが屑などの木質チップと混合して破砕し、破砕したこれら生ゴミと木質チップの混合物を加圧混練し、摺り潰された生ゴミから発生した水分を前記木質チップに吸収させるとともに、水分の低下した生ゴミの混練生成有機物を前記木質チップの表面に薄い被膜状に吸付着させ、しかる後、木質チップ表面に面積を広げて薄い被膜状に付着させた前記生ゴミの混練生成有機物を空気と接触させながら発酵させることにより好気性菌の働きで酸化分解させることを特徴とする。
【０１８】
よく成熟した堆肥はＣ／Ｎ比が１５〜３０で安定し、悪臭を発生させない。
木質チップはＣ／Ｎ比が４００〜７００と高く難分解性である。これに発酵菌体を加えて発酵させると、長時間かかるが菌は木質を分解して炭酸ガスとして炭素（Ｃ）を放出してＣ／Ｎ比を下げながら、同時に、周囲から窒素（Ｎ）を奪うため、アンモニアなどの悪臭を発生させない。
他方、生ゴミはＣ／Ｎ比の低い成分が多く、余分のＮ源をアンモニアなどとして放出するため、これが悪臭の一因になる。
したがって、本発明は、第１に、Ｃ／Ｎ比の高い木質チップとＣ／Ｎ比の低い生ゴミを組み合わせることが悪臭の発生を抑制するうえで重要な働きをしているのである。
【０１９】
第２に、上記のように、生ゴミの混練生成有機物を前記木質チップの表面に薄い被膜状に吸付着させることにより、生ゴミ混練生成有機物の表面積が広がるとともに、木質チップ間の間隙が大きくなり、空気との接触効率がきわめて良好となる。このため、嫌気性菌が働くことができず、好気性菌のみが活発に増殖して活性化する条件が作り出される。好気性菌は嫌気性菌に比べ分解熱量は１６倍程度と多いため高温度になり、汚水が発生せず、また、悪臭成分が生成されない。
【０２０】
図１は上記の処理方法に使用する装置の概略を示すもので、生ゴミホッパ１からの生ゴミ２と木質チップホッパ３からの原料木質チップ４を加圧混練機５のホッパ６から加圧混練機５の内部に送り込む。
木質チップ４は好ましくは水分が５０％以下のものを使用し、生ゴミとの混合物全体の水分が５０〜７５％、好ましくは５５〜７０％、さらに好ましくは６０〜６５％になるように混合比を調整する。
【０２１】
加圧混練機５はホッパ６に連通する内部軸方向にモータ７で回転する混合・加圧用のスクリュー８と混練羽根群９を同軸回転可能に配置し、その下流側端部付近に排出口１０を備えている。
かくして、加圧混練機５に送られた生ゴミ２と木質チップ４はスクリュー８によって混合されることにより、生ゴミ２成分は木質チップ４との摩擦により細かく破砕された後、混練羽根群９によって混練されることにより生ゴミ２は摺り潰され内部の水分が絞り出されて木質チップ４と加圧混練されるとともに、加圧混練の過程で生ゴミの水分が木質チップ４の個体内部に吸収され、水分の低下した生ゴミ混練生成物が木質チップ４の外表面に薄い被膜状に付着する。
【０２２】
以上の処理工程により、加圧混練機５の排出口１０から排出される処理成品は、図２に示すように、個体内部に水分を吸収し、外表面が生ゴミ混練生成物（練り状の生ゴミ成分）２´で覆われた木質チップ４´になる。
【０２３】
木質はセルロースを中心にベンゼン核が蜂の巣耕造の集合体で厚くおおわれているために菌による分解が困難な代表例であると同時に、物理的構造も強度や硬度がおおきい。したがって、生ゴミ２を木質チップ４と混合する目的は、上記に述べたＣ／Ｎ比の調整に加え、混合の際に生ゴミ２がこれよりも硬度の高い木質チップ４との摩擦で破砕されることと、生ゴミ２と木質チップ４を加圧混練する際に、破砕した生ゴミ２から発生する水分を木質チップ４の内部に吸収させるとともに水分が吸収された生ゴミ混練生成物２´を木質チップ４の表面に付着させることにある。従って、木質チップ４は原料生ゴミ２よりも硬く、生ゴミとの硬度差があるとともに、水分を内部まで効率よく吸収し且つ所定の表面積をもっている必要がある。
これらの条件を充たす木質チップとしては、木材チップ、おが屑を使用することが可能であり、就中、幅２〜２０mm、長さ３〜５０mm、厚さ２〜５mm程度、より好ましくはの幅５〜１０mm、長さ１０〜２０mm、厚さ２〜３mm程度の木材チップが最も好適である。
【０２４】
以上の工程を経た中間生成物、すなわち、生ゴミ２から発生した水分を内部に吸収し、表面に生ゴミ混練生成物２´を付着した木質チップ４´は、次いで、図３に示すように、発酵槽１１に堆積させ、好気性菌の働く条件下で空気と接触させながら発酵処理を行う。
空気との接触は従来と同様に、発酵槽１１の底部から発酵槽１１内の中間生成物に空気を送るエアレーション装置１２によって行われるが、図３のように、スクレーバー１３を使用して中間生成物の切り返しを併用するようにしてもよい。
【０２５】
発酵槽１１内の中間生成物は、前記のように内部に生ゴミの水分を吸収し、外表面が生ゴミ混練生成物２´で覆われた木質チップ４´である。
従って、生ゴミ混練生成物２´は水分が抜かれた状態で木質チップ４の表面に被膜のように広く分布するとともに、図４のように、木質チップ４´間の隙間１４が広がって空気の通りがよくなるので木質チップ４´の表面の生ゴミ混練生成物２´は好気性菌の活性化により、悪臭を出さずに短期間（約３日）で発酵分解が完了する。
【０２６】
生ゴミ２と木質チップ４の配合比率は生ゴミ２の含水量、木質チップ４の粒の大きさや吸収性によって異なるが、好ましくは、生ゴミから発生した水分が木質チップに吸水され、水分を抜いた生ゴミ混練生成物が木質チップ４の表面に付着した状態で水分が５０〜６５％になるように各々の原料の混合比を調整する。
【０２７】
上記の説明では、処理の初期において、原料木質チップ４に前記好気性菌を添加する場合を説明したが、好気性菌を発酵槽１１で投入・添加してもよく、要は発酵処理開始までの任意の時点で添加すればよい。
【０２８】
生ゴミから生成される発酵完了成分は生ゴミ量の３％程度であり、しかも木質チップ４に一体化しているので生ゴミの発酵処理後は、あたかも生ゴミが消失した状態を呈する。従って、生ゴミの減量という観点からすれば、この時点でも悪臭と汚水を発生させずに生ゴミを分解処理するという目的は達成される。
【０２９】
ところで、この状態では、木質チップ４の表面の生ゴミ成分は発酵が完了しているけれども、木質チップ４自体は未分解の状態にある。従って、このままで堆肥として使用するのは不適当である。
【０３０】
そこで、本発明の他の実施例は、発酵させた生ゴミ成分を表面に付着させた上記木質チップ４´をスクレーバー１３で切り返し、回転羽根１５で空中にはね上げながら空気と接触させることにより、内部水分とこの水分に含まれている塩分を放出させた後、原料生ゴミ２と混合する木質チップ４の一部又は全部としてフィードバック（還元）して、前記処理工程を行うことを特徴とする。これは、一般に生ゴミは塩分があるため、発酵生成物のリターンを繰り返すと塩分が高くなり発酵が停止してしまうことを防ぐためである。
【０３１】
この方法では、フィードバックされる木質チップ４´には発酵に必要な好気性菌が充分に含まれているので、木質チップなどの原料や中間生成分に発酵のための前記好気性菌を添加する必要がない。
【０３２】
生ゴミの発酵生成物が付着した木質チップ４´をフィードバックさせて上記処理を反復すると、木質チップ４も最終的に発酵分解する。
従って、本発明のさらに他の実施例は木質チップ４´のフィードバックによる上記処理工程を反復することにより生ゴミと木質チップの原料全体を発酵分解させて堆肥化することを特徴とする。
【０３３】
この方法は、一方で、木質チップの特性を利用して悪臭や汚水を発生させずに生ゴミを発酵分解させ、他方で生ゴミ発酵成分を利用して分解しにくい木質チップを効率よく発酵させるものである。
【０３４】
以上は生ゴミの分解処理方法について述べたが、本発明者は、同じ原因で強い悪臭と汚水を発生させる下水道や排水の汚泥についてもこれと同じ方法で分解処理ことができることを確認した。
【０３５】
【効果】
以上のように本発明は、これまで困難とされていた生ゴミや汚泥の発酵分解処理を可能にしたもので、強い悪臭や汚水を発生させずに生ゴミを処理することができる
。
【０３６】
生ゴミや汚泥の発酵生成物と一体化した木質チップをフィードバックして原料に混合することにより、その後の発酵菌の添加が不要になるとともに、入手が困難な木質チップを有効に利用し、少ない木質チップで大量の生ゴミ等を処理することができる。この場合に、生ゴミ等の発酵生成物と一体化した木質チップを切り返して水分を発散させることにより塩分濃度の上昇が押さえられ、塩分上昇による発酵停止が解消する。
【０３７】
木質チップの特性を利用して生ゴミ等を発酵処理するとともに、発酵生成物によって木質チップの分解が促進されるので、生ゴミ等と木質チップの相互作用を利用して、原料の全量を堆肥化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法に使用される装置の概略構成図
【図２】生ゴミと混合して圧縮混練した木質チップ断面図
【図３】図２の木質チップの集合状態図
【図４】生ゴミ混練生成物が付着した木質チップ群断面図
【符号の説明】
１…生ゴミホッパ
２…原料生ゴミ
２´…生ゴミ混練生成物
３…木質チップホッパ
４…原料木質チップ
４´…木質チップ（中間生成物）
５…加圧混練機
６…ホッパ
７…モータ
８…スクリュー
９…混練羽根群
１０…排出口
１１…発酵槽
１２…エアレーション装置
１３…スクレーバー
１４…隙間
１５…回転羽根
【整理番号】ＰＡＳ００２―００２
【図１】
0003778500.tif 000002
【図２】
0003778500.tif 000003
【図３】
0003778500.tif 000004
【図４】
0003778500.tif 000005