(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一有機残渣を熱風乾燥して含水率を調整する前処理ユニットと、前処理した有機残渣を破砕して粒度を調整する粒度調整ユニットと、乾燥工程を上段に熱処理工程を下段に二層に配置した乾熱炭化処理ユニットと、前記前処理ユニット及び前記乾熱炭化処理ユニットから排出されるガスを燃焼処理するガス燃焼処理ユニットと、前記乾熱炭化処理ユニットにより処理された炭化物に微生物資材が混和された第二有機残渣を混入して発酵処理する高速発酵ユニットを備えた有機物処理装置であって、前記ガス燃焼処理ユニットにおいて、前記乾熱炭化処理ユニットの熱処理工程から発生する乾留ガスを燃焼する第一次燃焼工程と、前記前処理ユニット及び前記乾熱炭化処理ユニットの乾燥工程から発生する水蒸気に、前記第一次燃焼工程において燃焼させた乾留ガスを混合してエマルジョン燃焼処理する第二次燃焼工程を行うことを特徴とする有機物処理装置。
【請求項２】
前記第二有機残渣が、低温菌、中温菌及び高温菌から構成される所定の微生物資材によって処理されたことを特徴とする請求項１記載の有機物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多種類の廃棄物を肥料としてリサイクルするための炭化技術に関し、更に詳細には、農林水産業等により発生する有機残渣、例えば、椎茸栽培に使用されたオガクズ等、精米時に発生する籾殻、果樹枯木や森林伐採時の残渣、魚アラ類等の残渣、更には、食品工業生産、特に豆腐製造、酒類製造、コーヒー飲料製造時に発生する残渣などの有機残渣の炭化処理技術及びその炭化物に微生物処理を施した炭化肥料生産技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鶏糞、牛糞等の畜産廃棄物を肥料化する技術として、乾熱式による炭化技術が知られている。
この乾熱式炭化技術としては、図７に示すような炭化処理装置（特開平６−１６６５８５）がある。即ち、天日乾燥された畜産廃棄物１７を乾燥器１８に投入し水分濃度を調整した後、粉砕機１９により細粒化する。この細粒化した畜産廃棄物１７をスクリューフィーダー２０により流動層炭化炉２１に供給する。そして、流動層炭化炉２１に供給された畜産廃棄物１７を流動用ブロア２２により送り込まれる空気により吹き上げ浮遊させ、炭化物排出口２３より排出する。
また、分解ガス等に混合するより微細化された炭化物は集塵器２４で回収し、炭化物排出口２３より排出した炭化物に混合され製品ビット２５に貯蔵する。
一方、分解ガス等は脱臭炉２６に送られて熱交換器２７を経て大気に放出するという技術である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術には以下のような問題がある。
上記従来技術は、装置全体が大規模なものであり、広い敷地面積を必要とする上に、高コストな装置となっている。このため専門の産業廃棄物処理業者に適した装置となっている。
しかし、現在、農業事業者や食品加工業者自身が、事業者責任の下に産業廃棄物処理をするという社会的要請が強まっている。特に、腐敗や悪臭等の問題を抱える有機残渣についてはその要請が強くなっている。
そこで、本発明の第一の目的は、農業や工業の過程において排出される有機残渣を事業者が自己処分でき、かつ該有機残渣を有効にリサイクルできる有機物処理装置を提供することにある。
また、現在、農業等により発生する有機残渣を上記従来技術のような炭化処理を施して生産された炭化物は、家畜の飼養の際に排出される生糞尿やその乾燥物に比較して、異臭がない、発芽や植物の成長障害となる易分解性物質成分が除去されている、含水率が低くて変質しにくい等の利点があるため取扱いが容易である。そのため、農用肥料を主体に利用されている。
また、炭化肥料は、肥料有効成分である窒素、燐酸、カリウム、マグネシウム、カルシウム等を含む上に、その構成が多孔質であるため保水性に優れる。また、その表面や内部に形成される細孔は各種肥料成分の吸着を促進し、微生物の成育を活性化するため、土壌改良材としても用いられている。上記した従来技術も、その目的は畜産廃棄物を炭化して農用肥料や土壌改良材として役立てようとするものである。
しかし、反面、この多孔質で通気性に優れる炭化肥料自体が、土壌に有害な好気性細菌等にも好適な成育環境を提供してしまうという新たな問題が生じている。
そこで、本発明は上記従来技術では解決できない問題を解消するために創作されたもので、その第二の目的は、炭化物の上記利点を生かしながら、土壌に有害な細菌等の繁殖を抑え、土壌における微生物環境をコントロールできる炭化肥料、即ち土壌浄化機能を備えた炭化肥料及び該炭化肥料を生産できる有機物処理装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、以下の手段を採用する。
即ち、請求項１では、第一有機残渣を熱風乾燥して含水率を調整する前処理ユニットと、前処理した有機残渣を破砕して粒度を調整する粒度調整ユニットと、乾燥工程を上段に熱処理工程を下段に二層に配置した乾熱炭化処理ユニットと、前記前処理ユニット及び前記乾熱炭化処理ユニットから排出されるガスを燃焼処理するガス燃焼処理ユニットと、前記乾熱炭化処理ユニットにより処理された炭化物に微生物資材が混和された第二有機残渣を混入して発酵処理する高速発酵ユニットを備えた有機物処理装置手段であって、前記ガス燃焼処理ユニットにおいて、前記乾熱炭化処理ユニットの熱処理工程から発生する乾留ガスを燃焼する第一次燃焼工程と、前記前処理ユニット及び前記乾熱炭化処理ユニットの乾燥工程から発生する水蒸気に、前記第一次燃焼工程において燃焼させた乾留ガスを混合してエマルジョン燃焼を行なう第二次燃焼工程を行う有機物処理装置手段である。
更に、請求項２では、前記記第二有機残渣が、低温菌、中温菌及び高温菌から構成される所定の微生物資材によって処理されたことを特徴とする請求項１記載の有機物処理装置手段である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好適な実施例について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る有機物処理装置の一実施例の全体フローを示している。図１に基づいて、本実施例の処理工程の概略を説明すると、有機物処理装置の処理対象となる第一有機残渣１は、処理ヤード４に集積されている。この第一有機残渣１は、水分含量調整等を行なう前処理ユニット５と粒度調整ユニット６を経て、乾熱炭化処理ユニット７に投入されて炭化処理される。この炭化物３は冷却後、微生物資材１０により前処理された第二有機残渣２と混入され高速発酵ユニット９で処理され、目的物たる炭化物肥料１６を得る。また、前処理ユニット４から排出される水蒸気及び乾熱炭化処理ユニット７から排出される水蒸気及び乾留ガスは、ガス燃焼処理ユニット８で再燃焼処理され無公害化される。
ここに、第一有機残渣１は、椎茸栽培に使用された培養基材残渣やオガクズ等、精米時に発生する籾殻類、果樹枯木や森林伐採時の残渣、魚アラ類等の残渣、野菜類の乾燥材、雑草類等の資材、農用建物資材、食品工業生産、特に豆腐製造、酒類製造、コーヒー飲料製造時に発生する残渣などから構成される。
以下、本実施例を炭化処理工程までの前半の工程部分（以下「一次工程部分」という。）と炭化処理後の後半の工程部分（以下「二次工程部分」という。）のそれぞれを構成する各ユニットごとにその内容を説明する。
図２は、同実施例に係る有機物処理装置の一次工程部分を構成する装置の全体概略図を示している。
図２に示すように、有機物処理装置の一次工程部分は、前処理ユニット５と、粒度調整ユニット６と、乾熱炭化処理ユニット７と、ガス燃焼処理ユニット８とから概略構成されている。
まず、前処理ユニット５は、その後の工程の乾熱炭化処理ユニット７における炭化効率を上げるために必要な工程であって、処理対象である第一有機残渣１を加熱して主に含水率を調整するためのユニットである。
前処理ユニット５は、投入ホッパー５１と、破砕スクリュー装置５２と、温度センサーを備えた熱風室５３と、熱風室５３に配置されたコンベアー５４と、コンベアー５４の駆動部５５と、送熱室５６と、水蒸気誘導路５７と、熱風導通路５８と、排気ユニット（図示せず）と、からなる。
第一有機残渣１は、投入ホッパー５１から縦置きされた破砕スクリュー装置５２を経て熱風室５３に投入される。また、熱風室５３に送り込まれる熱風は、乾熱炭化処理ユニット７で発生する熱を熱源として利用する。即ち、乾熱炭化処理ユニット７の熱処理工程室７３で発生する熱を熱風導通路５８、送熱室５６を経て熱風室５３内に送りこまれる。
熱風室５３の温度は、温度センサー（図示せず）とその検出信号をマイクロコンピューターで処理し温度を制御する制御部（図示せず）により設定温度に保たれる。
熱風室５３内の温度は、通常２５０℃に設定される。熱風の暴露時間は、前処理ユニット５から資材が排出される時点で水分含量２０％程度になるように第一有機残渣１の水分含量に応じて設定する。
また、前処理ユニット５の燃焼処理により発生する多量の水蒸気は、排気ユニットにより、水蒸気誘導路５７を経て、ガス燃焼処理ユニット８に誘導され最燃焼される（後述）。
次に、前処理ユニット５によって、水分含量が略２０％調整された資材は、駆動部５５により駆動するベルトコンベアー５４を介して粒度調整ユニット６に移動される。
ここで、処理資材の粒度をコントロールする理由は、次の工程である炭化処理ユニット７における、乾熱に要する時間と温度を極小のものとすることにより、ランニングコストの低減を図ることと未炭化防止のためである。即ち、炭化処理時点に於いて処理対象資材が固形物化していると、未炭化状態のままで出炭されることが多くなる。また、それを防止するには過剰な熱エネルギーを要することになるので経済的でない。
そこで、予め、粒度調整ユニット６により処理資材を微粒化して表面積を大きくし、乾熱処理が処理資材全体に有効に作用するようにする。
図２に示すように、粒度調整ユニット６は、資材投入口（図示せず）と、攪拌機６１と、資材集積部６２と、排出量調整スクリュー６３と、ベルトコンベアー６４と、からなる。
前処理ユニット５で水分含量が調整された処理対象資材は、資材投入口（図示せず）から粒度調整ユニット６の内部に投入され、ハンマーミル方式の攪拌機６１により攪拌されて、資材集積部６２に集積される。そして、排出量調整スクリュー６３により略一定の量の資材がベルトコンベアー６４により乾熱炭化処理ユニット７へ移動する。
ここで、粒度調整ユニット６からの排出時の粒度は、約６ｍ／ｍ以下に抑えられている。
尚、前処理ユニット５及び粒度調整ユニット６については、処理対象である第一有機残渣１の量が少量である場合には、省略可能な工程である。従って、本実施例は、第一有機残渣１の量によっては、装置全体の構成が、以下に述べる乾熱炭化処理ユニット７以降の装置だけでも目的の炭化肥料１６（図４参照）を得ることができるので、更に、コンパクトかつ経済的な有機残渣処理装置とすることも可能である。言い換えれば、事業規模に合った有機残渣処理装置の構成を選択できる有機残渣処理装置の実施例である。
次に、乾熱炭化処理ユニット７（図２参照）は、投入口７１と乾燥工程室７２と、熱処理工程室７３と、出炭口７４と、蒸気排出路７５と、乾留ガス排出路７６と、からなる。
粒度調整ユニット６により粒度調整された処理対象資材は、投入口７１から投入される。投入口７１には、攪拌スクリュー（図示せず）が設けられており、該攪拌スクリューの効果により処理資材の水蒸気を飛ばし、該水蒸気を蒸気排出路７５を介してガス燃焼処理ユニット８に送り込む。
乾熱炭化処理ユニット７内部は、上段に乾燥工程室７２が、下段に熱処理工程室７３が配置されている。このように上下に配置することで、少ない敷地面積でも有効に活用できるものとなる。
投入口７１で水蒸気が一部除去された資材は、まず、乾燥工程室７２を移動しながら乾燥処理される。この乾燥工程の際に発生する水蒸気も、蒸気排出路７５を通じて、ガス燃焼処理ユニット８に誘導される。
続いて、乾燥処理を終えた資材は、乾熱炭化処理ユニット７内下段に配置された熱処理工程室７３を移動して熱処理される。この熱処理時においては、熱分解の化学反応により、乾留ガスが多量に発生するが、上記したように、処理資材から発生する水蒸気は、既にガス燃焼処理ユニット８に誘導されているため、熱処理工程室７３においては水蒸気煙の発生を抑えることができる。
乾熱炭化処理ユニット７内部の温度条件は、約４３０℃前後に設定される。但し、外気温度によっては設定温度を変える必要が生じるの注意を要する。実験では、寒冷地に於ける−５℃の外気温度の場合は、約５５０℃の温度設定が最適であった。
炭化処理を施された資材、即ち、炭化物３は出炭口７４から自動的に排出されバケットに収納される。この時点での資材の含水率は５％以下に抑えられている。
図１、図２及び本実施例に係るガス燃焼処理ユニットの拡大図である図３を参照して、ガス燃焼処理ユニット８について説明する。
本実施例における有機物処理装置の第一次工程部分においては、燃焼又は乾燥工程が存在するのでガスが発生する。即ち、前処理ユニット５で発生する水蒸気、乾熱炭化処理ユニット７の乾燥工程室７２から排出される水蒸気、乾熱炭化処理ユニット７の熱処理工程室７３から排出される乾留ガスである。
これらのガスを無公害化して大気に排出するための装置がガス燃焼処理ユニット８である。
ガス燃焼処理ユニット８は、第一次燃焼室８１と、第二次燃焼室８２と、乾留ガス導入口８３と、水蒸気導入口８４と、空気取込口８５と、バーナー８６と、スプレースクラバ８７と、排出口８８と、環境検出器８９と、から概略構成されている。
まず、第一次燃焼室８１においては、乾熱炭化処理ユニット７から排出される乾留ガス（ＳＯｘ，ＮＯｘ，ＣＯｘ等からなる混合ガス）を空気取込口８５から誘導される空気を利用し、バーナー８６の火力で再燃焼する。温度条件は、第一次燃焼室８１内で３００〜３５０℃、一次燃焼室８１の出口温度は約１４０℃に設定される。また、一次燃焼室８１においては、酸化パナジウム一酸化チタン系の触媒による反応及び石灰を用いた化学反応により脱硫化、脱硝化を行なう。
次に、第二次燃焼室８２内においては、一次燃焼室８１内で発生している燃焼ガスに水蒸気導入口８４から導入される水蒸気を暴露して再加熱、いわゆるエマルジョン燃焼による二次燃焼を行う。
ここに、エマルジョン燃焼は、水蒸気の爆発作用を利用して粒子を微粒化させることにより、粒子と空気との接触面積を増大させ、低酸素濃度下においての完全燃焼を容易化する。即ち、残留炭素分を完全燃焼化する。
又、エマルジョン燃焼は、熱効率を向上させて燃焼温度の均一化を図り全体の燃焼温度を低下させる作用があるので、燃焼された乾留ガス中の窒素や硫黄を起因とするＮＯｘ、ＳＯｘの発生を抑制することができる。
更に、エマルジョン燃焼によって二次燃焼されたガスは、スプレースクラバ８７により高圧蒸気が噴霧され、限りなく蒸気煙に近い状態に処理され、環境検出器８９による検査を経て大気に放出される。
以下、図１、図２及び本実施例に係る高速発酵ユニットの処理工程フローを示す図４、同高速発酵ユニットの内部構造を示す図５を参照して、炭化処理後における二次工程部分の中心となる高速発酵ユニット９について説明する。
乾熱炭化処理ユニット７で、炭化された資材、即ち、炭化物３は出炭口７４から自動的に排出され、バケットに収納される。
次に、炭化物３は、冷却された後、発酵処理を行なうために必要な水分調整１１が施される。そして、所定（図６参照）の微生物資材１０が混和２８（図１参照）された第二有機残渣２が炭化物３に混合される。ここに、第二有機残渣２は第一有機残渣１と産業同系列の畜産糞尿資材からなる。なお、炭化物３を冷却するのは、特に安全面、防火面からの配慮である。即ち、出炭直後の炭化物３は熱エネルギーを大量に含むので発火等する可能性があるので、この事態を回避するために行う必要があるからである。
第二有機残渣２は、微生物資材１０の発酵資材としての役割を果たす。一方、炭化物３は、そのポーラスな構造により、空気の補給が充分になされる環境を微生物資材１０に提供して、迅速な発酵と有効な好気性細菌増殖を促進する役割を果たす。
ここで、微生物資材１０は、人畜無害の有効土壌微生物であり１００種類以上の菌群からなる。現在まで判明した２６種の菌の分類、温度分布、種類、作用物質、作用温度、作用内容を図６に示す。
図６に従い、微生物資材１０を構成する菌の内容を説明すると、菌の構成は、主に１０℃前後で作用する低温菌（フラムバクテリア、アクロモバクター、スプードモナダーレス、シュードモナス、プレビバクテリウム、スプレプトミセスなど），主に４０℃前後で作用する中温菌（アースロパクター、テバリオミセス、アクチノミセス、ノカルジャー、ニトロソモナス、ニトロバクター、ムコール、ピキア、ブヒリオルシアロサイテス、ミクロボビラス、アクチノマイセス、アスペルギルスなど）、主に５０℃以上で作用する高温菌（サッカロミセス、バチルス、テルモアクチノミセス、シイイオオキシダッス、ラクトバチラス、シイオバチラスデントリフィカンス、セルモナス、クロストリジウムなど）からなり、これらの低温菌、中温菌、高温菌が５℃から８０℃の温度帯で菌交代を行なう。
また、作用物質は、タンパク（フラムバクテリア、アクロモバクターなど）、デンプン（アクロモバクター、スプレプトミセス，バチルスなど），有機物（シュードモナス、プレビバクテリウムなど）、糖類（アースロパクター、テバリオミセス、アクチノミセスなど），アミノ酸（ニトロソモナス、ニトロバクターなど）、核酸（ノカルジアなど）、硫酸化（ピキア、ブヒリオルシアロサイテス、ミクロボビラス、アクチノマイセスなど）、センイ素（バチルス、テルモアクチノミセス、シイイオオキシダッス、ラクトバチラス、シイオバチラスデントリフィカンス、セルモナス、クロストリジウムなど）と多岐にまたがる。
作用内容は、糖化作用（スプードモナダーレス、プレビバクテリウム、スプレプトミセス、バチルスなど）、リグニン分解（テバリオミセス、アクチノミセス、ノカルジア、ムコールなど）、酸化作用（ピキア、ブヒリオルシアロサイテス、アクチノマイセス、シイイオオキシダッス、ラクトバチラスなど）、分解作用（テルモアクチノミセス、セルモナスなど）、脱窒作用（シイオバチラスデントリフィカンスなど）、亜硝酸化・硝酸化（ニトロソモナス、ニトロバクター、ミクロボビラスなど）等からなる。
これらの微生物資材１０は、畜産糞尿資材からなる第二有機残渣２の悪臭を除去する役割を果たすと同時に、土壌環境をコントロールする重要な役割を果たす。即ち、図６に記載された土壌有効菌が既に炭化肥料内の生息環境を専有しているので、施肥後に植物の成長に有害な細菌の繁殖を抑える役割を果たす。
尚、微生物資材１０はＮＴＮＳ式微生物群（日本特殊農水産株式会社製）として市販されており、入手可能なものである。
以上のような微生物資材１０及び第二有機残渣２が混和２８された炭化物３は、高速発酵ユニット９に投入される。
高速発酵ユニット９は、全体として二槽式のボックス型の形成されており、資材投入口（図示せず）と、発酵槽９１と、熟成及び乾燥槽９２と、攪拌装置９３と、資材搬送装置９４と、排出口９５と、から概略なる。
まず、発酵槽９１においては、処理対象資材である微生物資材１０及び第二有機残渣が混合された炭化物３を回転スクリュー式の攪拌装置９３により攪拌しながら発酵１２を行なう。そして、処理対象資材は資材搬送装置９４により熟成及び乾燥槽９２に送り込まれ熟成１３、完熟１４の工程を経て最終生産物である炭化肥料１６を得る。
発酵１２、熟成１３、完熟１４の過程において発生するアンモニアガス、アミンガス、硫化水素等が原因の悪臭は、微生物資材１０の働きにより除去１５される。
ここに、椎茸栽培に使用されたオガクズを第一有機残渣１として使用した場合に得られた炭化肥料１６を蛍光Ｘ線法による定性分析を行なった結果以下の分析結果を得た。
即ち、水分４７．２３％，窒素全量１．５４％、りん酸全量２．８７％，カリウム全量１．６３％、石灰全量３．５２％，マグネシウム全量２．５９％，有機炭素１３．６８％，粗灰分２６．２２％、ｐＨ８．１である。
【０００６】
【発明の効果】
そこで、本願によって開示される発明の効果を説明すれば、以下のとおりである。
（１）本願発明に係る有機物処理装置は、農業や工業の過程において排出される有機残渣を事業者が自己処分するのに適したコンパクトかつ低コストの有機物処理装置である。
（２）土壌に有害な細菌等の繁殖を抑え、土壌における微生物環境をコントロールできる炭化肥料、即ち土壌浄化機能を備えた炭化肥料及び該炭化肥料を生産できる有機物処理装置である。
（３）有機物処理工程で発生する乾留ガスをエマルジョン燃焼することで、効率よく無公害化できる有機物処理装置である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る有機物処理装置の一実施例の全体フロー図
【図２】同実施例に係る有機物処理装置の一次工程部分を構成する装置の全体概略図
【図３】同本実施例に係るガス燃焼処理ユニットの拡大図
【図４】本実施例に係る高速発酵ユニットの処理工程フロー図
【図５】同ユニットの内部構造を示す概略図
【図６】本実施例に使用する微生物資材の菌の分類、温度分布、種類、作用物質、作用温度、作用内容を示す図。
【図７】従来の技術を示す炭化処理装置の全体概略図
【符号の説明】
１  第一有機残渣
２  第二有機残渣
３  炭化物
５  前処理ユニット
６  粒度調整ユニット
７  乾熱炭化処理ユニット
８  ガス燃焼処理ユニット
９  高速発酵ユニット
１０  微生物資材
１６  炭化肥料
２８  混和
７２  乾燥工程
７３  熱処理工程
８１  第一次燃焼室
８２  第二次燃焼室
【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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【図６】
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【図７】
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