汚泥の堆肥化方法
【課題】エネルギーコストを抑え、発酵熱サイクルを維持しながら、脱水汚泥の含水率を低下させると共に、好気雰囲気を形成することができ、さらに、装置内における結露発生を防止して、良質な堆肥を製造できる汚泥の堆肥化方法を提供すること。
【解決手段】汚泥を、脱水手段により脱水して脱水汚泥を生成する脱水工程と、上部に脱水汚泥の投入口と排気口を備え、下方には下部空気供給部を備える発酵槽を用いて、前記脱水汚泥を発酵して堆肥を製造する堆肥化工程とを有する汚泥の堆肥化方法において、前記脱水手段は、汚泥の細胞内有機物を直接分解する電気浸透脱水機であり、堆肥化工程において、発酵槽の上部に設けた上部空気供給部から送風を行うことを特徴とする汚泥の堆肥化方法。
【解決手段】汚泥を、脱水手段により脱水して脱水汚泥を生成する脱水工程と、上部に脱水汚泥の投入口と排気口を備え、下方には下部空気供給部を備える発酵槽を用いて、前記脱水汚泥を発酵して堆肥を製造する堆肥化工程とを有する汚泥の堆肥化方法において、前記脱水手段は、汚泥の細胞内有機物を直接分解する電気浸透脱水機であり、堆肥化工程において、発酵槽の上部に設けた上部空気供給部から送風を行うことを特徴とする汚泥の堆肥化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥の堆肥化方法に関し、詳しくは、発酵熱サイクルを維持しながら、脱水汚泥の含水率を低下させると共に、好気雰囲気を形成することができる汚泥の堆肥化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水処理場や農村集落排水処理場などから発生した汚泥は、脱水処理した後、焼却されていたが、近年の資源リサイクル化の背景下で、コンポストとして農作物肥料や公園植物肥料などに再利用されている。
【０００３】
特許文献１には、完熟した高品質の堆肥を簡単で且つ耐用性の高い設備でしかも低コストで製造できる有機性廃棄物の堆肥化装置が提案されている。
【０００４】
一般に、汚泥は、濃縮された後、脱水機によって脱水して、脱水汚泥（脱水ケーキ）の状態で堆肥化工程に供される。
【０００５】
従来、脱水機に関しては、遠心分離式、プレス式、真空式などさまざまな脱水技術が開発されているが、脱水汚泥の含水率は８０〜８５％程度が限界とされている。
【０００６】
脱水汚泥の含水率が８０〜８５％程度であると、これを堆肥化すると、切り返しを行っても、水分過多によって、堆肥層内部の嫌気化が起こり、完熟した堆肥は製造できない。このため水分を６０％程度に調整するために水分調整材としておがくずなどが混合使用されている。しかし、これらの水分調整材の使用はコスト増を招くので好ましくない。
【０００７】
特許文献２には、堆肥化する有機質汚泥脱水ケーキの性状を改善するため、有機質汚泥を電気浸透脱水法により脱水する方法が開示されている。
【０００８】
この電気浸透脱水方法によって、温度７０℃程度の脱水ケーキを得ることができ、含水率６４％（特許文献２の第１表参照）を実現している。
【０００９】
また、電気浸透脱水機は、汚泥中の細胞の細胞膜を破壊し、細胞内の水分（これを内部水という）までをも除去して、高度な脱水を実現することが知られている（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−４７９４１号公報
【特許文献２】特公平８−９５１４号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】“電気浸透脱水機”、［online］、［平成２０年１２月１５日検索］、インターネット＜URL：http://www.aweng.jp/denki_dassui/＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明者は、この特許文献１に記載の技術を実用化に向けて研究を重ねる過程で、汚泥の堆肥化方法において、以下の要求を満たすことが重要であることを見出した。
【００１３】
まず、発酵槽において発酵を継続的に進行するためには、（１）発酵により発酵熱を生成し、（２）発酵熱により次の発酵を行う、という「発酵熱サイクル」を維持する必要がある。
【００１４】
更に、これと同時に、堆肥の品質向上のためには、脱水汚泥の含水率を低下させると共に、好気雰囲気を形成する必要がある。
【００１５】
特許文献１では、発酵槽の下部に、圧力空気を吹き込む手段及び好気性発酵用の空気（または加熱空気）を吹き込む手段を備え、発酵槽の下部から空気供給を行って発酵を行う技術が開示されているが、これは以下に詳述するように、上記の要求を満たすものではなかった。
【００１６】
まず、発酵槽において、脱水汚泥の温度は５０〜７５℃程度にまで達するが、このような高温下では、脱水汚泥中の水は大量に蒸発し、脱水汚泥層中に飽和水蒸気が充満した状態を形成する。
【００１７】
発酵槽の下部から脱水汚泥の温度以下の空気を送風した場合、この飽和水蒸気が冷やされ、液化が生じる。液化した水は、脱水汚泥に再吸収されると共に、気化熱を奪って再び気化する。このとき、発酵熱サイクルの維持に必要な熱エネルギーが気化熱として奪われると、発酵は停止する。外部から熱エネルギーを供給することにより、発酵熱サイクルを再始動させ、発酵を再開することも可能であるが、このような断続的な発酵は効率が非常に悪く、更にエネルギーコストが増大する。送風を発酵熱サイクルの維持が可能な範囲に止める場合は、脱水汚泥の含水率低下、及び、好気雰囲気の形成が不十分となる問題を生じる。
【００１８】
一方、発酵槽の下部から脱水汚泥の温度以上の空気を送風して、飽和水蒸気の液化を防止することも考えられるが、コンポスト菌の発酵至適温度を超える温度過剰温状態が形成されやすい問題が生じる。また、上述したように、脱水汚泥の温度は５０〜７５℃程度にまで達するのであるから、この温度以上の空気を供給することは、エネルギーコストを著しく増大させることになる。
【００１９】
従って、特許文献１の技術は、発酵熱サイクルを維持しながら、脱水汚泥の含水率を低下させると共に、好気雰囲気を形成するものではなかった。
【００２０】
その一方で、本発明者は、電気浸透脱水機によって得られる脱水汚泥が、内部水の除去により、活性汚泥中の細胞内有機物がコンポスト菌による分解を受けやすい状態を形成することに着目し、係る脱水汚泥を用いて良質なコンポストを製造することを検討した。
【００２１】
即ち、細胞内有機物の多くは、その分子構造の保持に水分子を必須とする。従って、上記のように、細胞膜が破壊され内部水が電気浸透作用によって除去された場合、例えばタンパク質の高次構造が崩壊し、複雑に折りたたまれた構造から、線形構造へと変性するように、細胞内有機物の多くは直接分解される。かかる細胞内有機物の直接分解によって、コンポスト菌による発酵分解を受けるのに好適な状態が形成される。
【００２２】
しかるに、実際に、係る脱水汚泥を発酵槽において発酵に供した際、以下に説明するような問題が生じ、実用化できないことを本発明者は見出した。
【００２３】
まず、電気浸透脱水機により得られた脱水汚泥を発酵槽に投入した場合、一次発酵における発酵が急速に進行し、それに伴って大量の発酵熱が発生した。この発酵熱は、脱水汚泥中の水分を急速に蒸発し、発酵槽の内部に結露を生じた。この結露は、発酵の副生成物であるアンモニアガスを溶解し、更に微生物の作用により硝酸を生じ、コンポスト製造装置を腐食し、耐久性を低下する問題を生じた。
【００２４】
なお、この原因について、本発明者は以下のように考えている。
【００２５】
まず、堆肥化発酵は、通常、易分解性の有機物が分解される一次発酵と、一次発酵で分解されなかった難分解性の有機物が分解される二次発酵とから構成される。本発明では、電気浸透脱水機を用いることにより、脱水汚泥中の難分解性あるいは分解不可能だった細胞内有機物の多くが直接分解されるため、一次発酵において分解可能な一次発酵基質の濃度が大幅に増大するものと考えられる。
【００２６】
そこで、本発明の課題は、エネルギーコストを抑え、発酵熱サイクルを維持しながら、脱水汚泥の含水率を低下させると共に、好気雰囲気を形成することができ、さらに、装置内における結露発生を防止して、良質な堆肥を製造できる汚泥の堆肥化方法を提供することにある。
【００２７】
また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００２９】
（請求項１）
汚泥を、脱水手段により脱水して脱水汚泥を生成する脱水工程と、
上部に脱水汚泥の投入口と排気口を備え、下方には下部空気供給部を備える発酵槽を用いて、前記脱水汚泥を発酵して堆肥を製造する堆肥化工程とを有する汚泥の堆肥化方法において、
前記脱水手段は、汚泥の細胞内有機物を直接分解する電気浸透脱水機であり、
堆肥化工程において、発酵槽の上部に設けた上部空気供給部から送風を行うことを特徴とする汚泥の堆肥化方法。
【００３０】
（請求項２）
前記上部空気供給部から送風を行うことにより、発酵槽上部空間の高湿度空気を、送風された空気に置換して、脱水汚泥上層の水を気化すると共に、温度勾配による自然対流により、脱水汚泥中層乃至下層から脱水汚泥上層に熱エネルギーを供給して、脱水汚泥全体の発酵を継続することを特徴とする請求項１記載の汚泥の堆肥化方法。
【００３１】
（請求項３）
前記上部空気供給部から、湿度６０％以下の低湿度空気を送風することを特徴とする請求項１又は２記載の汚泥の堆肥化方法。
【００３２】
（請求項４）
前記発酵槽は、一次発酵槽と二次発酵槽とを備え、前記一次発酵槽の上部に前記上部空気供給部を有し、前記二次発酵槽の上部に前記排気口を備えてなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の汚泥の堆肥化方法。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、エネルギーコストを抑え、発酵熱サイクルを維持しながら、脱水汚泥の含水率を低下させると共に、好気雰囲気を形成することができ、さらに、装置内における結露発生を防止して、良質な堆肥を製造できる汚泥の堆肥化方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】堆肥化装置の一例を示す概略断面図
【図２】堆肥化装置の一例を示す概略平面図
【図３】下部空気供給部の一例を示す概略断面図
【図４】実施例の結果を示す図
【図５】実施例の結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００３６】
図１は、本発明の汚泥の堆肥化方法に用いられる堆肥化装置の一例を示す概略断面図であり、図２は概略平面図である。
【００３７】
図１において、１００は堆肥化装置本体である。堆肥化装置１００の形態は特に限定されず、方形状又は円筒状のいずれでもよい。
【００３８】
堆肥化装置１００は、１又は２以上の槽を備えることができ、本態様では６つの槽１〜６を備えている（図２参照）。
【００３９】
本発明において、１又は２以上の槽は、完熟堆肥が完成するまでに必要な槽であり、発酵と成熟を別々の槽で行ってもよく、一つの槽で発酵と成熟を行ってもよい。また、発酵のみを複数の槽に分けて行ってもよい。
【００４０】
堆肥化装置において、発酵と成熟は、予備発酵、易分解性の有機物が分解される一次発酵、一次発酵で分解されなかった難分解性の有機物が分解される二次発酵等のように、脱水汚泥が完熟堆肥に向かい製品化されるように進行する。
【００４１】
本態様では、槽１〜４を一次発酵槽、槽５〜６が二次発酵槽を構成している。
【００４２】
堆肥化装置１００は、槽１の上部に脱水汚泥の投入口１１を備えている。
【００４３】
本発明において、脱水汚泥の投入口１１に投入される脱水汚泥は、下水処理場、し尿処理場や農村集落排水処理場などから発生した汚泥を、該汚泥の細胞内有機物を直接分解する電気浸透脱水機で脱水して得られる脱水汚泥である。
【００４４】
前記「汚泥の細胞内有機物を直接分解する」とは、汚泥中の細胞の細胞膜が破壊され、更に内部水が除去され、これにより、例えばタンパク質の高次構造が崩壊し、複雑に折りたたまれた構造から、線形構造へと変性するように、細胞内有機物をコンポスト菌による発酵分解を受けるのに好適な状態に変性せしめることである。
【００４５】
上記のように汚泥の細胞内有機物を直接分解するために、本発明では、電気浸透脱水機の使用により、脱水汚泥の含水率を、５０〜７５％にまで脱水することが好ましい。
【００４６】
また、電気浸透脱水機の機能によるジュール熱の発生により、別途加熱を行うことなく、好ましくは５０〜７０℃の高温の脱水汚泥を得ることができる。このような高温の脱水汚泥は、後段の堆肥化工程における立ち上げに必要な加熱エネルギーを低減する、又は不要にする効果がある。
【００４７】
なお、電気浸透脱水機によって生成される脱水汚泥は、高度に圧縮された状態にあるため、そのままの状態で堆肥工程に供給すると、塊状体が形成され、その内部において好気発酵の進行が滞る問題を生じる。
【００４８】
そのため、粉砕手段を用いて脱水汚泥を粉砕してから発酵に供することが好ましい。粉砕手段の設置位置は、特に限定されないが、脱水汚泥の投入口１１よりも槽１の内部側に設置することが好ましい。粉砕に伴って脱水汚泥の内部の熱は放散するが、槽１の内部側で粉砕を行えば、この熱を発酵槽に供給することができる。
【００４９】
活性汚泥を構成する細菌・微生物の細胞膜は非常に強固であるため、加圧・減圧などの物理的方法により細胞膜を破壊し、細胞内の水分を除去するには、通常、大きなエネルギーを必要とする。これに対して、本発明で用いる電気浸透脱水機は、比較的小さなエネルギーで、細胞膜を破壊することが可能であるため、エネルギーコストの削減に寄与する。
【００５０】
堆肥化装置１００は、槽１の上部に上部空気供給部１２を備え、また、槽６の上部に、排気口１３を備えている。上部空気供給部１２は、空気供給の為の送風機３１に接続されている。上部空気供給部１２は、槽に脱水汚泥が充填された状態で、少なくとも充填層よりも上方に設けられている。
【００５１】
本発明では、上部空気供給部１２から空気を連続的又は間欠的に送風することが重要である。
【００５２】
前記空気としては、通常の外気を用いることができるが、好ましくは、湿度が６０％以下、より好ましくは湿度４０％以下（相対湿度として）の低湿度空気を用いることである。低湿度空気を用いることで、以下に説明する上部空気供給部からの送風の効果がより顕著となる。低湿度空気は、上部空気供給部１２に空気を供給する配管上に除湿機（図示しない）を設けることで、生成することができる。
【００５３】
また、槽１〜６は、各々の槽内の下方に、１又は２以上の下部空気供給部２１〜２６を備えている。下部空気供給部２１〜２６は、空気供給の為の送風機３１に接続されている。図の例では、上部空気供給部１２と下部空気供給部２１〜２６とが、同一の送風機３１に接続される態様を示しているが、これに限定されず、上部空気供給部１２用と下部空気供給部２１〜２６用で２つの送風機を設けてもよい。
【００５４】
更にまた、槽６は、完熟堆肥を排出する排出口（図示しない）を備えている。
【００５５】
排気口１３からの排出空気は排気脱臭装置（図示しない）に導入され、該排気脱臭装置からの脱臭空気は、再度、上部空気供給部１２又は下部空気供給部２１〜２６から堆肥化装置１００に供給されるようにしてもよい。
【００５６】
脱水汚泥の投入口１１から投入された脱水汚泥は、各々の槽１〜６中において堆肥化発酵に供される。
【００５７】
下部空気供給部２１〜２６から送風された空気は、槽内で脱水汚泥層を通過することにより、脱水汚泥からの水分を含んだ状態で、脱水汚泥層の表面側、つまり、堆肥化装置１００の上部空間に抜ける。
【００５８】
一方、上部空気供給部１２から供給された空気は、堆肥化装置１００の上部空間に存在する上述した脱水汚泥からの水分を含んだ高湿度空気を置換し、排気口１３から排気する。
【００５９】
堆肥化装置１００の上部空間の高湿度空気が、上部空気供給部からの空気に置換されることにより、脱水汚泥上層の飽和水蒸気が上部空間の空気中に速やかに拡散する。更に、脱水汚泥上層の水が新たに気化されて、上部空間の空気中に蒸発することができるようになる。
【００６０】
本発明では、このような水の気化が、脱水汚泥上層において発現する点に、重要な意味がある。即ち、水が気化する際に、発酵熱を気化熱として消費すると、脱水汚泥上層中に介在する空気の温度が低下する。すると、空気の温度勾配による自然対流により、脱水汚泥中層乃至下層の高温空気が上方に流動し、脱水汚泥上層の低温空気と入れ替わる。また、空気は湿度が低いほど密度が高いため、上部空気供給部から比較的低湿度な空気を供給した場合は、脱水汚泥層中に拡散しやすく、このことも上記自然対流の形成に寄与すると考えられる。
【００６１】
この自然対流により、脱水汚泥上層に、発酵熱サイクルに必要な熱エネルギーが供給され、一方、脱水汚泥中層乃至下層には、上層からの比較的高濃度の酸素を含有する空気が供給され、脱水汚泥の好気雰囲気の形成に寄与する。
【００６２】
以上に説明した作用により、上部空気供給部からの送風は、発酵熱サイクルの維持、脱水汚泥の含水率低下、及び、好気雰囲気の形成に大きく寄与する。また、脱水汚泥上層には、自然対流により熱エネルギーが随時供給されて発酵熱サイクルが維持されるので、上部空気供給部からの送風量は、下部空気供給部からの送風量と比較して、大きく設定することが可能となる。通常、発酵熱サイクルにおいては、発酵により消費される熱量よりも、発酵により生成する熱量の方が大きい。本発明では、この差分の熱量が、脱水汚泥中層乃至下層から脱水汚泥上層に、自然対流によって流動するため、脱水汚泥全体として発酵熱サイクルを維持できるのである。
【００６３】
従来のように、下部空気供給部からのみ送風を行った場合は、脱水汚泥下層において生じた温度低下は、低温空気が下部に留まる性質により、上述した自然対流による熱エネルギー供給を受けることができなかった。そのため、脱水汚泥下層において発酵熱サイクルの維持が困難であった。また、送風を発酵熱サイクルの維持が可能な範囲に止めた場合、脱水汚泥の含水率低下、及び、好気雰囲気の形成が不十分となる問題を生じた。
【００６４】
本発明では、下部空気供給部からの送風と、上述した上部空気供給部からの送風とが協働することにより、下部空気供給部からの送風を発酵熱サイクルの維持が可能な範囲に止めても、上部空気供給部からの送風により、脱水汚泥の含水率低下、及び、好気雰囲気の形成が補完され、問題は解決される。また、このように発酵熱サイクルが好適に維持されることにより、加温手段の使用量を低減し、好ましくは、加温手段を用いず、エネルギーコストを抑えることが可能となる。
【００６５】
更に、下部空気供給部から、通常の送風の他に、圧力空気による空気攪拌を行うことで、上述した上部空気供給部を用いた場合の自然対流を好適に発現させて、脱水汚泥の含水率低下、及び、好気雰囲気の形成を促進することができる。空気攪拌により、脱水汚泥が圧密状態から開放されて、脱水汚泥の粒子間に、自然対流のための流路を形成することができるためである。
【００６６】
さらに、本発明では、上部空気供給部からの空気の供給により高湿度空気が置換されるため、装置内部の結露防止効果が得られる。結露は、脱水汚泥に滴下して、含水率を上昇させる問題や、上述したように、発酵の副生成物であるアンモニアが溶け込み、アンモニアは生物反応により酸化して硝酸になり、装置の腐食を起こす問題を生じるため、これを防止することでコンポスト製造装置の耐久性の向上に寄与する。特に、上述したように、電気浸透脱水機を用いるが故に水蒸気の発生量が多い本発明において、結露の発生は実用化の妨げとなっていたため、この効果は極めて大きい。
【００６７】
本態様では、堆肥化装置１００が１つの上部空気供給部１２を備える態様を示しているが、２以上の上部空気供給部を設けることもでき、その場合は、槽１と槽２の上部に設けることが好ましい。このように、一次発酵槽の上部に上部空気供給部を設けると、脱水汚泥からの蒸発量が多い発酵の初期段階における高湿度空気を優先的に置換することができる。
【００６８】
また、排気口を二次発酵槽の上部に設けることで、二次発酵槽からの放出量が多いアンモニアガスを、装置内に拡散することなく、速やかに排出できる。
【００６９】
上部空気供給部は、送風方向が一次発酵槽側から二次発酵槽側に向かうように配向して設けてもよいし、送風方向が脱水汚泥に対して下降流となるように配向して設けてもよい。前者の場合、コンポスト製造装置上部の高湿度空気の排出を効率的に行うことができ、後者の場合、特に槽に充填された脱水汚泥の上面付近の高湿度空気を効率的に排出できる効果が得られる。より好ましくは、２以上の上部空気供給部を設けて、上記した２つの配向を各々有する上部空気供給部を併設することである。
【００７０】
上部空気供給部の形状は方形状、円形状等、特に限定されるものではないが、好ましくは、噴射管の円周方向に形成した複数のスリットからなることが好ましい。具体的には、例えば、噴射管を槽１の上部から槽２の上部にかけて設置し、二次発酵槽側に向けて複数のスリットを設けることで、堆肥化装置の上部全体に、一次発酵槽側から二次発酵槽側に向かう空気の並行流を形成することができ、空気の置換効率が向上する。
【００７１】
本発明において、上部空気供給部及び下部空気供給部からの空気供給は、常時行う必要はなく、間欠的に行ってもよい。例えば、タイマーによって制御してもよいし、装置内の湿度又は特定のガス濃度が一定値以上になった場合に空気供給を行うように制御してもよい。
【００７２】
本発明において、上部空気供給部及び下部空気供給部は、加温空気供給の為のヒーターに接続されていてもよい。特に、上部空気供給部から加温空気を供給することにより、より多くの水分を空気内に取り込めるため、高湿度空気の置換効率が向上する。
【００７３】
発酵槽において発酵により生成する発酵熱の量は、発酵基質濃度に大きく依存する。発酵基質濃度が高い発酵初期段階では、発酵熱の生成量が大きく、脱水汚泥の温度は高温域を推移する。脱水汚泥からの水の蒸発量が最も多いのも、この段階である。一方、発酵収束段階では、既に大部分の発酵基質が消費されているため、発酵基質濃度が低く、発酵熱の生成量は少ない。そのため、脱水汚泥の温度は低温域を推移する。また、前段において含水率が低下しているため、脱水汚泥からの水の蒸発量も少ない。この段階では、上記した発酵初期段階と比べて、下部空気供給部からの送風の必要性は低く、送風を止める又は弱めることにより、脱水汚泥に発酵熱を維持させることが好ましい。
【００７４】
従って、本発明においては、発酵の各段階で送風量の調節が可能であることが好ましく、そのためには、各々の槽における下部空気供給部は、バルブ等の調節手段を有することが好ましい。また、必ずしも全ての槽が下部空気供給部を備える必要はなく、例えば、一次発酵の収束段階を担う槽３〜４では、下部空気供給部を設けないようにしてもよい。これに対して、二次発酵の収束段階では、発酵熱サイクルの維持よりも、コンポスト製品としての含水率調整が重要となる場合もあり、下部空気供給部を設けて送風を行うことが好ましい。
【００７５】
図３は、下部空気供給部の一例を示す概略断面図である。
【００７６】
図３において、下部空気供給部２０１は、噴射管２０２の側面に設けられた複数の開口として形成されている。
【００７７】
下部空気供給部２０１の形状は方形状、円形状等、特に限定されるものではないが、図示するように、噴射管２０２の円周方向に形成したスリット状であることが好ましい。
【００７８】
また、下部空気供給部２０１は、槽の底面に向けて開口するように形成されていることが好ましい。これにより、空気供給時に、槽の底面の隅々まで供給空気が行き渡り、乾燥や切り返しの効率が向上し、良質なコンポストの製造が可能になる。更に、噴射管の内部に、硝酸を含む結露や粉塵等の腐食因子が侵入することが防止されるため、装置の耐久性が向上する。
【００７９】
特に、駆動装置（図示せず）や加熱装置２０３をすべて槽の外部に設置することにより、上述した腐食因子や高湿度ガスから隔離することができるため、耐久性の更なる向上を図ることが可能である。
【００８０】
また、少量の加温空気を供給するだけでも、噴射管自体が加熱され放熱することができるため、噴射管自体を熱源として作用させることができる効果も生じる。この効果を好適に得るため、及び、耐食性の面から、噴射管はステンレス鋼によって形成することが好ましい。
【００８１】
本態様において、脱水汚泥は、まず槽１に供給された後、槽１→槽２→槽３→槽４→槽５→槽６の順番で、発酵と成熟が順次進行するように移送される。
【００８２】
槽間の移送方法は、限定されるものではないが、好ましくは、コンプレッサー（図示せず）に接続された下部空気供給部から圧力空気を供給して空気攪拌することによって成される。
【００８３】
また、その際、これら槽１〜６のうち順位が隣り合う槽間の仕切壁は、脱水汚泥が空気攪拌によって互いの槽間を移動可能な高さを有しており、該複数の槽のうち順位が２以上離れる槽間の仕切壁は、脱水汚泥が空気攪拌によって短絡して移動出来ない高さを有していることが好ましい。
【００８４】
この場合、例えば槽１と槽２の間の仕切壁は低いので、空気攪拌によって槽１の原料の一部は槽２に移送され、その逆に槽２の原料の一部は槽１に移送され、互いに混合する現象が起きるため槽毎の熟成の差は生じない。
【００８５】
槽２の原料は、順次槽３、槽４〜槽６に向かって送られ、半熟堆肥が完熟堆肥になるように発酵と熟成が進む。
【００８６】
なお、槽１から槽２に送られた分は槽１で減量しているので、その分を導入口４１から原料補給する。順次発酵が進むに従って各槽には原料、堆肥が満たされていく。
【００８７】
下部空気供給部による空気攪拌は、通常の送風と交互に、適宜行うことができる。
【００８８】
上述した空気攪拌の好ましい方法として、以下に説明する方法を好ましく用いることができる。この方法を用いることで、腐熟の進行による良質な堆肥の製造が可能になる。
【００８９】
まず、下部空気供給部から圧力空気が供給されると、槽内の脱水汚泥は層状に浮遊する。さらに、浮遊層が装置の天井に達しない範囲で空気圧を一時的に強めることによって、層破壊が起こる。
【００９０】
層浮遊と層破壊の効果的な組み合わせによって、脱水汚泥の塊ができにくく、また層浮遊後に層破壊を行っているので、空気が十分に行き渡り、嫌気化する恐れがない。
【実施例】
【００９１】
以下に、本発明の実施例を説明するが、本発明はかかる実施例によって限定されない。
【００９２】
（実施例１）
図１及び図２に示したものと同様の構成を有する堆肥化装置に、し尿処理場から発生した汚泥を電気浸透脱水機を用いて脱水した含水率７０％、温度６０℃の脱水汚泥を、１週間に２日、１日あたり５時間の投入頻度で供給した。１日あたりの合計投入量は、９０．０ｋｇ−ｗｅｔ／週とした。
【００９３】
脱水汚泥の空気攪拌を、１週間に２日、１日に２回の頻度で行った。堆肥化装置における脱水汚泥の滞留日数は約３０日とした。
【００９４】
脱水汚泥の加温は行わず、常温の空気を常時送風した。送風は、下部空気供給部（槽１、２、５、６のみ）及び槽１の上部に設けた上部空気供給部において行った。送風量は、下部空気供給部（槽１、２、５、６の合計として）を０．５ｍ３／ｍｉｎ、上部空気供給部を１．０ｍ３／ｍｉｎとした。
【００９５】
＜堆肥化装置＞
外形寸法：１４００Ｗ×２２００Ｌ×３１００Ｈ
各槽寸法：６００Ｗ×６００Ｌ×１５００Ｈ（有効１４００Ｈ）×６室（一次発酵槽４槽、二次発酵槽２槽）
有効容量：３０２４ｍ２
【００９６】
＜評価方法＞
【００９７】
・強熱減量
発酵槽に投入した脱水汚泥、及び、得られた堆肥について、強熱減量（％）を測定した。結果を表１に示す。
【００９８】
・発酵槽の温度の経時変化
一次発酵及び二次発酵における発酵槽の温度の経時変化を観察した。結果を図４に示す。
【００９９】
・消費電力量及びＣＯ２排出量
堆肥化装置での１週間あたりの消費電力量を測定し、更に、消費電力量に相当するＣＯ２排出量を算出した。結果を表２に示す。
【０１００】
・結露発生
発酵装置内における結露発生の有無を表３に示す。
【０１０１】
（実施例２）
実施例１と同様の堆肥化装置に、し尿処理場から発生した汚泥を電気浸透脱水機を用いて脱水した含水率７０％、温度６０℃の脱水汚泥を、１週間に２日、１日あたり５時間の投入頻度で供給した。１日あたりの合計投入量は、９０．６ｋｇ−ｗｅｔ／週とした。
【０１０２】
脱水汚泥の空気攪拌を、１週間に７日、１日に２回の頻度で行った。堆肥化装置における脱水汚泥の滞留日数は約３０日とした。
【０１０３】
下部空気供給部（槽１、２、５、６のみ）及び槽１の上部に設けた上部空気供給部から、それぞれ１日に８回、１回につき１時間の送風を行った。その際、送風時間の前半３０分のみ３０℃の温風を送風するように、供給空気を加温した。
【０１０４】
＜評価方法＞
実施例１と同様の評価を行った。
【０１０５】
強熱減量測定の結果を表１に示す。
【０１０６】
発酵槽の温度の経時変化を図５に示す。
【０１０７】
消費電力量及びＣＯ２排出量の結果を表２に示す。
【０１０８】
発酵装置内における結露発生の有無を表３に示す。
【０１０９】
（比較例１）
実施例１と同様の堆肥化装置に、し尿処理場から発生した汚泥を遠心分離機により脱水した含水率８５％、温度２５℃の脱水汚泥を供給し、上部空気供給部からの送風を行わずに堆肥化発酵を行った。
【０１１０】
＜評価方法＞
実施例１と同様の評価を行った。
【０１１１】
強熱減量測定の結果を表１に示す。
【０１１２】
発酵槽の温度の経時変化を図５に示す。
【０１１３】
消費電力量及びＣＯ２排出量の結果を表２に示す。
【０１１４】
発酵装置内における結露発生の有無を表３に示す。
【０１１５】
【表１】
【０１１６】
【表２】
【０１１７】
【表３】
【０１１８】
＜評価＞
表１から、実施例１と実施例２では、強熱減量の変化が認められたが、これに対すて、上部空気供給部からの送風を行わなかった比較例１では、強熱減量の変化が見られず、有機物分解が起こっていないことがわかる。
【０１１９】
さらに、表２から、実施例１と実施例２では、比較例１と比べて、消費電力量が少なく、エネルギーコストの低減に寄与することが分かる。また、実施例１と実施例２の消費電力量を比較すると、加熱を行わない実施例２では、消費電力量を低減できることがわかる。
【符号の説明】
【０１２０】
１００：堆肥化装置本体
１〜６：槽
１１：投入口
１２：上部空気供給部
１３：排気口
２１〜２６、２０１：下部空気供給部
２０２：噴射管
２０３：加熱装置
３１：送風機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥の堆肥化方法に関し、詳しくは、発酵熱サイクルを維持しながら、脱水汚泥の含水率を低下させると共に、好気雰囲気を形成することができる汚泥の堆肥化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水処理場や農村集落排水処理場などから発生した汚泥は、脱水処理した後、焼却されていたが、近年の資源リサイクル化の背景下で、コンポストとして農作物肥料や公園植物肥料などに再利用されている。
【０００３】
特許文献１には、完熟した高品質の堆肥を簡単で且つ耐用性の高い設備でしかも低コストで製造できる有機性廃棄物の堆肥化装置が提案されている。
【０００４】
一般に、汚泥は、濃縮された後、脱水機によって脱水して、脱水汚泥（脱水ケーキ）の状態で堆肥化工程に供される。
【０００５】
従来、脱水機に関しては、遠心分離式、プレス式、真空式などさまざまな脱水技術が開発されているが、脱水汚泥の含水率は８０〜８５％程度が限界とされている。
【０００６】
脱水汚泥の含水率が８０〜８５％程度であると、これを堆肥化すると、切り返しを行っても、水分過多によって、堆肥層内部の嫌気化が起こり、完熟した堆肥は製造できない。このため水分を６０％程度に調整するために水分調整材としておがくずなどが混合使用されている。しかし、これらの水分調整材の使用はコスト増を招くので好ましくない。
【０００７】
特許文献２には、堆肥化する有機質汚泥脱水ケーキの性状を改善するため、有機質汚泥を電気浸透脱水法により脱水する方法が開示されている。
【０００８】
この電気浸透脱水方法によって、温度７０℃程度の脱水ケーキを得ることができ、含水率６４％（特許文献２の第１表参照）を実現している。
【０００９】
また、電気浸透脱水機は、汚泥中の細胞の細胞膜を破壊し、細胞内の水分（これを内部水という）までをも除去して、高度な脱水を実現することが知られている（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−４７９４１号公報
【特許文献２】特公平８−９５１４号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】“電気浸透脱水機”、［online］、［平成２０年１２月１５日検索］、インターネット＜URL：http://www.aweng.jp/denki_dassui/＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明者は、この特許文献１に記載の技術を実用化に向けて研究を重ねる過程で、汚泥の堆肥化方法において、以下の要求を満たすことが重要であることを見出した。
【００１３】
まず、発酵槽において発酵を継続的に進行するためには、（１）発酵により発酵熱を生成し、（２）発酵熱により次の発酵を行う、という「発酵熱サイクル」を維持する必要がある。
【００１４】
更に、これと同時に、堆肥の品質向上のためには、脱水汚泥の含水率を低下させると共に、好気雰囲気を形成する必要がある。
【００１５】
特許文献１では、発酵槽の下部に、圧力空気を吹き込む手段及び好気性発酵用の空気（または加熱空気）を吹き込む手段を備え、発酵槽の下部から空気供給を行って発酵を行う技術が開示されているが、これは以下に詳述するように、上記の要求を満たすものではなかった。
【００１６】
まず、発酵槽において、脱水汚泥の温度は５０〜７５℃程度にまで達するが、このような高温下では、脱水汚泥中の水は大量に蒸発し、脱水汚泥層中に飽和水蒸気が充満した状態を形成する。
【００１７】
発酵槽の下部から脱水汚泥の温度以下の空気を送風した場合、この飽和水蒸気が冷やされ、液化が生じる。液化した水は、脱水汚泥に再吸収されると共に、気化熱を奪って再び気化する。このとき、発酵熱サイクルの維持に必要な熱エネルギーが気化熱として奪われると、発酵は停止する。外部から熱エネルギーを供給することにより、発酵熱サイクルを再始動させ、発酵を再開することも可能であるが、このような断続的な発酵は効率が非常に悪く、更にエネルギーコストが増大する。送風を発酵熱サイクルの維持が可能な範囲に止める場合は、脱水汚泥の含水率低下、及び、好気雰囲気の形成が不十分となる問題を生じる。
【００１８】
一方、発酵槽の下部から脱水汚泥の温度以上の空気を送風して、飽和水蒸気の液化を防止することも考えられるが、コンポスト菌の発酵至適温度を超える温度過剰温状態が形成されやすい問題が生じる。また、上述したように、脱水汚泥の温度は５０〜７５℃程度にまで達するのであるから、この温度以上の空気を供給することは、エネルギーコストを著しく増大させることになる。
【００１９】
従って、特許文献１の技術は、発酵熱サイクルを維持しながら、脱水汚泥の含水率を低下させると共に、好気雰囲気を形成するものではなかった。
【００２０】
その一方で、本発明者は、電気浸透脱水機によって得られる脱水汚泥が、内部水の除去により、活性汚泥中の細胞内有機物がコンポスト菌による分解を受けやすい状態を形成することに着目し、係る脱水汚泥を用いて良質なコンポストを製造することを検討した。
【００２１】
即ち、細胞内有機物の多くは、その分子構造の保持に水分子を必須とする。従って、上記のように、細胞膜が破壊され内部水が電気浸透作用によって除去された場合、例えばタンパク質の高次構造が崩壊し、複雑に折りたたまれた構造から、線形構造へと変性するように、細胞内有機物の多くは直接分解される。かかる細胞内有機物の直接分解によって、コンポスト菌による発酵分解を受けるのに好適な状態が形成される。
【００２２】
しかるに、実際に、係る脱水汚泥を発酵槽において発酵に供した際、以下に説明するような問題が生じ、実用化できないことを本発明者は見出した。
【００２３】
まず、電気浸透脱水機により得られた脱水汚泥を発酵槽に投入した場合、一次発酵における発酵が急速に進行し、それに伴って大量の発酵熱が発生した。この発酵熱は、脱水汚泥中の水分を急速に蒸発し、発酵槽の内部に結露を生じた。この結露は、発酵の副生成物であるアンモニアガスを溶解し、更に微生物の作用により硝酸を生じ、コンポスト製造装置を腐食し、耐久性を低下する問題を生じた。
【００２４】
なお、この原因について、本発明者は以下のように考えている。
【００２５】
まず、堆肥化発酵は、通常、易分解性の有機物が分解される一次発酵と、一次発酵で分解されなかった難分解性の有機物が分解される二次発酵とから構成される。本発明では、電気浸透脱水機を用いることにより、脱水汚泥中の難分解性あるいは分解不可能だった細胞内有機物の多くが直接分解されるため、一次発酵において分解可能な一次発酵基質の濃度が大幅に増大するものと考えられる。
【００２６】
そこで、本発明の課題は、エネルギーコストを抑え、発酵熱サイクルを維持しながら、脱水汚泥の含水率を低下させると共に、好気雰囲気を形成することができ、さらに、装置内における結露発生を防止して、良質な堆肥を製造できる汚泥の堆肥化方法を提供することにある。
【００２７】
また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００２９】
（請求項１）
汚泥を、脱水手段により脱水して脱水汚泥を生成する脱水工程と、
上部に脱水汚泥の投入口と排気口を備え、下方には下部空気供給部を備える発酵槽を用いて、前記脱水汚泥を発酵して堆肥を製造する堆肥化工程とを有する汚泥の堆肥化方法において、
前記脱水手段は、汚泥の細胞内有機物を直接分解する電気浸透脱水機であり、
堆肥化工程において、発酵槽の上部に設けた上部空気供給部から送風を行うことを特徴とする汚泥の堆肥化方法。
【００３０】
（請求項２）
前記上部空気供給部から送風を行うことにより、発酵槽上部空間の高湿度空気を、送風された空気に置換して、脱水汚泥上層の水を気化すると共に、温度勾配による自然対流により、脱水汚泥中層乃至下層から脱水汚泥上層に熱エネルギーを供給して、脱水汚泥全体の発酵を継続することを特徴とする請求項１記載の汚泥の堆肥化方法。
【００３１】
（請求項３）
前記上部空気供給部から、湿度６０％以下の低湿度空気を送風することを特徴とする請求項１又は２記載の汚泥の堆肥化方法。
【００３２】
（請求項４）
前記発酵槽は、一次発酵槽と二次発酵槽とを備え、前記一次発酵槽の上部に前記上部空気供給部を有し、前記二次発酵槽の上部に前記排気口を備えてなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の汚泥の堆肥化方法。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、エネルギーコストを抑え、発酵熱サイクルを維持しながら、脱水汚泥の含水率を低下させると共に、好気雰囲気を形成することができ、さらに、装置内における結露発生を防止して、良質な堆肥を製造できる汚泥の堆肥化方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】堆肥化装置の一例を示す概略断面図
【図２】堆肥化装置の一例を示す概略平面図
【図３】下部空気供給部の一例を示す概略断面図
【図４】実施例の結果を示す図
【図５】実施例の結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００３６】
図１は、本発明の汚泥の堆肥化方法に用いられる堆肥化装置の一例を示す概略断面図であり、図２は概略平面図である。
【００３７】
図１において、１００は堆肥化装置本体である。堆肥化装置１００の形態は特に限定されず、方形状又は円筒状のいずれでもよい。
【００３８】
堆肥化装置１００は、１又は２以上の槽を備えることができ、本態様では６つの槽１〜６を備えている（図２参照）。
【００３９】
本発明において、１又は２以上の槽は、完熟堆肥が完成するまでに必要な槽であり、発酵と成熟を別々の槽で行ってもよく、一つの槽で発酵と成熟を行ってもよい。また、発酵のみを複数の槽に分けて行ってもよい。
【００４０】
堆肥化装置において、発酵と成熟は、予備発酵、易分解性の有機物が分解される一次発酵、一次発酵で分解されなかった難分解性の有機物が分解される二次発酵等のように、脱水汚泥が完熟堆肥に向かい製品化されるように進行する。
【００４１】
本態様では、槽１〜４を一次発酵槽、槽５〜６が二次発酵槽を構成している。
【００４２】
堆肥化装置１００は、槽１の上部に脱水汚泥の投入口１１を備えている。
【００４３】
本発明において、脱水汚泥の投入口１１に投入される脱水汚泥は、下水処理場、し尿処理場や農村集落排水処理場などから発生した汚泥を、該汚泥の細胞内有機物を直接分解する電気浸透脱水機で脱水して得られる脱水汚泥である。
【００４４】
前記「汚泥の細胞内有機物を直接分解する」とは、汚泥中の細胞の細胞膜が破壊され、更に内部水が除去され、これにより、例えばタンパク質の高次構造が崩壊し、複雑に折りたたまれた構造から、線形構造へと変性するように、細胞内有機物をコンポスト菌による発酵分解を受けるのに好適な状態に変性せしめることである。
【００４５】
上記のように汚泥の細胞内有機物を直接分解するために、本発明では、電気浸透脱水機の使用により、脱水汚泥の含水率を、５０〜７５％にまで脱水することが好ましい。
【００４６】
また、電気浸透脱水機の機能によるジュール熱の発生により、別途加熱を行うことなく、好ましくは５０〜７０℃の高温の脱水汚泥を得ることができる。このような高温の脱水汚泥は、後段の堆肥化工程における立ち上げに必要な加熱エネルギーを低減する、又は不要にする効果がある。
【００４７】
なお、電気浸透脱水機によって生成される脱水汚泥は、高度に圧縮された状態にあるため、そのままの状態で堆肥工程に供給すると、塊状体が形成され、その内部において好気発酵の進行が滞る問題を生じる。
【００４８】
そのため、粉砕手段を用いて脱水汚泥を粉砕してから発酵に供することが好ましい。粉砕手段の設置位置は、特に限定されないが、脱水汚泥の投入口１１よりも槽１の内部側に設置することが好ましい。粉砕に伴って脱水汚泥の内部の熱は放散するが、槽１の内部側で粉砕を行えば、この熱を発酵槽に供給することができる。
【００４９】
活性汚泥を構成する細菌・微生物の細胞膜は非常に強固であるため、加圧・減圧などの物理的方法により細胞膜を破壊し、細胞内の水分を除去するには、通常、大きなエネルギーを必要とする。これに対して、本発明で用いる電気浸透脱水機は、比較的小さなエネルギーで、細胞膜を破壊することが可能であるため、エネルギーコストの削減に寄与する。
【００５０】
堆肥化装置１００は、槽１の上部に上部空気供給部１２を備え、また、槽６の上部に、排気口１３を備えている。上部空気供給部１２は、空気供給の為の送風機３１に接続されている。上部空気供給部１２は、槽に脱水汚泥が充填された状態で、少なくとも充填層よりも上方に設けられている。
【００５１】
本発明では、上部空気供給部１２から空気を連続的又は間欠的に送風することが重要である。
【００５２】
前記空気としては、通常の外気を用いることができるが、好ましくは、湿度が６０％以下、より好ましくは湿度４０％以下（相対湿度として）の低湿度空気を用いることである。低湿度空気を用いることで、以下に説明する上部空気供給部からの送風の効果がより顕著となる。低湿度空気は、上部空気供給部１２に空気を供給する配管上に除湿機（図示しない）を設けることで、生成することができる。
【００５３】
また、槽１〜６は、各々の槽内の下方に、１又は２以上の下部空気供給部２１〜２６を備えている。下部空気供給部２１〜２６は、空気供給の為の送風機３１に接続されている。図の例では、上部空気供給部１２と下部空気供給部２１〜２６とが、同一の送風機３１に接続される態様を示しているが、これに限定されず、上部空気供給部１２用と下部空気供給部２１〜２６用で２つの送風機を設けてもよい。
【００５４】
更にまた、槽６は、完熟堆肥を排出する排出口（図示しない）を備えている。
【００５５】
排気口１３からの排出空気は排気脱臭装置（図示しない）に導入され、該排気脱臭装置からの脱臭空気は、再度、上部空気供給部１２又は下部空気供給部２１〜２６から堆肥化装置１００に供給されるようにしてもよい。
【００５６】
脱水汚泥の投入口１１から投入された脱水汚泥は、各々の槽１〜６中において堆肥化発酵に供される。
【００５７】
下部空気供給部２１〜２６から送風された空気は、槽内で脱水汚泥層を通過することにより、脱水汚泥からの水分を含んだ状態で、脱水汚泥層の表面側、つまり、堆肥化装置１００の上部空間に抜ける。
【００５８】
一方、上部空気供給部１２から供給された空気は、堆肥化装置１００の上部空間に存在する上述した脱水汚泥からの水分を含んだ高湿度空気を置換し、排気口１３から排気する。
【００５９】
堆肥化装置１００の上部空間の高湿度空気が、上部空気供給部からの空気に置換されることにより、脱水汚泥上層の飽和水蒸気が上部空間の空気中に速やかに拡散する。更に、脱水汚泥上層の水が新たに気化されて、上部空間の空気中に蒸発することができるようになる。
【００６０】
本発明では、このような水の気化が、脱水汚泥上層において発現する点に、重要な意味がある。即ち、水が気化する際に、発酵熱を気化熱として消費すると、脱水汚泥上層中に介在する空気の温度が低下する。すると、空気の温度勾配による自然対流により、脱水汚泥中層乃至下層の高温空気が上方に流動し、脱水汚泥上層の低温空気と入れ替わる。また、空気は湿度が低いほど密度が高いため、上部空気供給部から比較的低湿度な空気を供給した場合は、脱水汚泥層中に拡散しやすく、このことも上記自然対流の形成に寄与すると考えられる。
【００６１】
この自然対流により、脱水汚泥上層に、発酵熱サイクルに必要な熱エネルギーが供給され、一方、脱水汚泥中層乃至下層には、上層からの比較的高濃度の酸素を含有する空気が供給され、脱水汚泥の好気雰囲気の形成に寄与する。
【００６２】
以上に説明した作用により、上部空気供給部からの送風は、発酵熱サイクルの維持、脱水汚泥の含水率低下、及び、好気雰囲気の形成に大きく寄与する。また、脱水汚泥上層には、自然対流により熱エネルギーが随時供給されて発酵熱サイクルが維持されるので、上部空気供給部からの送風量は、下部空気供給部からの送風量と比較して、大きく設定することが可能となる。通常、発酵熱サイクルにおいては、発酵により消費される熱量よりも、発酵により生成する熱量の方が大きい。本発明では、この差分の熱量が、脱水汚泥中層乃至下層から脱水汚泥上層に、自然対流によって流動するため、脱水汚泥全体として発酵熱サイクルを維持できるのである。
【００６３】
従来のように、下部空気供給部からのみ送風を行った場合は、脱水汚泥下層において生じた温度低下は、低温空気が下部に留まる性質により、上述した自然対流による熱エネルギー供給を受けることができなかった。そのため、脱水汚泥下層において発酵熱サイクルの維持が困難であった。また、送風を発酵熱サイクルの維持が可能な範囲に止めた場合、脱水汚泥の含水率低下、及び、好気雰囲気の形成が不十分となる問題を生じた。
【００６４】
本発明では、下部空気供給部からの送風と、上述した上部空気供給部からの送風とが協働することにより、下部空気供給部からの送風を発酵熱サイクルの維持が可能な範囲に止めても、上部空気供給部からの送風により、脱水汚泥の含水率低下、及び、好気雰囲気の形成が補完され、問題は解決される。また、このように発酵熱サイクルが好適に維持されることにより、加温手段の使用量を低減し、好ましくは、加温手段を用いず、エネルギーコストを抑えることが可能となる。
【００６５】
更に、下部空気供給部から、通常の送風の他に、圧力空気による空気攪拌を行うことで、上述した上部空気供給部を用いた場合の自然対流を好適に発現させて、脱水汚泥の含水率低下、及び、好気雰囲気の形成を促進することができる。空気攪拌により、脱水汚泥が圧密状態から開放されて、脱水汚泥の粒子間に、自然対流のための流路を形成することができるためである。
【００６６】
さらに、本発明では、上部空気供給部からの空気の供給により高湿度空気が置換されるため、装置内部の結露防止効果が得られる。結露は、脱水汚泥に滴下して、含水率を上昇させる問題や、上述したように、発酵の副生成物であるアンモニアが溶け込み、アンモニアは生物反応により酸化して硝酸になり、装置の腐食を起こす問題を生じるため、これを防止することでコンポスト製造装置の耐久性の向上に寄与する。特に、上述したように、電気浸透脱水機を用いるが故に水蒸気の発生量が多い本発明において、結露の発生は実用化の妨げとなっていたため、この効果は極めて大きい。
【００６７】
本態様では、堆肥化装置１００が１つの上部空気供給部１２を備える態様を示しているが、２以上の上部空気供給部を設けることもでき、その場合は、槽１と槽２の上部に設けることが好ましい。このように、一次発酵槽の上部に上部空気供給部を設けると、脱水汚泥からの蒸発量が多い発酵の初期段階における高湿度空気を優先的に置換することができる。
【００６８】
また、排気口を二次発酵槽の上部に設けることで、二次発酵槽からの放出量が多いアンモニアガスを、装置内に拡散することなく、速やかに排出できる。
【００６９】
上部空気供給部は、送風方向が一次発酵槽側から二次発酵槽側に向かうように配向して設けてもよいし、送風方向が脱水汚泥に対して下降流となるように配向して設けてもよい。前者の場合、コンポスト製造装置上部の高湿度空気の排出を効率的に行うことができ、後者の場合、特に槽に充填された脱水汚泥の上面付近の高湿度空気を効率的に排出できる効果が得られる。より好ましくは、２以上の上部空気供給部を設けて、上記した２つの配向を各々有する上部空気供給部を併設することである。
【００７０】
上部空気供給部の形状は方形状、円形状等、特に限定されるものではないが、好ましくは、噴射管の円周方向に形成した複数のスリットからなることが好ましい。具体的には、例えば、噴射管を槽１の上部から槽２の上部にかけて設置し、二次発酵槽側に向けて複数のスリットを設けることで、堆肥化装置の上部全体に、一次発酵槽側から二次発酵槽側に向かう空気の並行流を形成することができ、空気の置換効率が向上する。
【００７１】
本発明において、上部空気供給部及び下部空気供給部からの空気供給は、常時行う必要はなく、間欠的に行ってもよい。例えば、タイマーによって制御してもよいし、装置内の湿度又は特定のガス濃度が一定値以上になった場合に空気供給を行うように制御してもよい。
【００７２】
本発明において、上部空気供給部及び下部空気供給部は、加温空気供給の為のヒーターに接続されていてもよい。特に、上部空気供給部から加温空気を供給することにより、より多くの水分を空気内に取り込めるため、高湿度空気の置換効率が向上する。
【００７３】
発酵槽において発酵により生成する発酵熱の量は、発酵基質濃度に大きく依存する。発酵基質濃度が高い発酵初期段階では、発酵熱の生成量が大きく、脱水汚泥の温度は高温域を推移する。脱水汚泥からの水の蒸発量が最も多いのも、この段階である。一方、発酵収束段階では、既に大部分の発酵基質が消費されているため、発酵基質濃度が低く、発酵熱の生成量は少ない。そのため、脱水汚泥の温度は低温域を推移する。また、前段において含水率が低下しているため、脱水汚泥からの水の蒸発量も少ない。この段階では、上記した発酵初期段階と比べて、下部空気供給部からの送風の必要性は低く、送風を止める又は弱めることにより、脱水汚泥に発酵熱を維持させることが好ましい。
【００７４】
従って、本発明においては、発酵の各段階で送風量の調節が可能であることが好ましく、そのためには、各々の槽における下部空気供給部は、バルブ等の調節手段を有することが好ましい。また、必ずしも全ての槽が下部空気供給部を備える必要はなく、例えば、一次発酵の収束段階を担う槽３〜４では、下部空気供給部を設けないようにしてもよい。これに対して、二次発酵の収束段階では、発酵熱サイクルの維持よりも、コンポスト製品としての含水率調整が重要となる場合もあり、下部空気供給部を設けて送風を行うことが好ましい。
【００７５】
図３は、下部空気供給部の一例を示す概略断面図である。
【００７６】
図３において、下部空気供給部２０１は、噴射管２０２の側面に設けられた複数の開口として形成されている。
【００７７】
下部空気供給部２０１の形状は方形状、円形状等、特に限定されるものではないが、図示するように、噴射管２０２の円周方向に形成したスリット状であることが好ましい。
【００７８】
また、下部空気供給部２０１は、槽の底面に向けて開口するように形成されていることが好ましい。これにより、空気供給時に、槽の底面の隅々まで供給空気が行き渡り、乾燥や切り返しの効率が向上し、良質なコンポストの製造が可能になる。更に、噴射管の内部に、硝酸を含む結露や粉塵等の腐食因子が侵入することが防止されるため、装置の耐久性が向上する。
【００７９】
特に、駆動装置（図示せず）や加熱装置２０３をすべて槽の外部に設置することにより、上述した腐食因子や高湿度ガスから隔離することができるため、耐久性の更なる向上を図ることが可能である。
【００８０】
また、少量の加温空気を供給するだけでも、噴射管自体が加熱され放熱することができるため、噴射管自体を熱源として作用させることができる効果も生じる。この効果を好適に得るため、及び、耐食性の面から、噴射管はステンレス鋼によって形成することが好ましい。
【００８１】
本態様において、脱水汚泥は、まず槽１に供給された後、槽１→槽２→槽３→槽４→槽５→槽６の順番で、発酵と成熟が順次進行するように移送される。
【００８２】
槽間の移送方法は、限定されるものではないが、好ましくは、コンプレッサー（図示せず）に接続された下部空気供給部から圧力空気を供給して空気攪拌することによって成される。
【００８３】
また、その際、これら槽１〜６のうち順位が隣り合う槽間の仕切壁は、脱水汚泥が空気攪拌によって互いの槽間を移動可能な高さを有しており、該複数の槽のうち順位が２以上離れる槽間の仕切壁は、脱水汚泥が空気攪拌によって短絡して移動出来ない高さを有していることが好ましい。
【００８４】
この場合、例えば槽１と槽２の間の仕切壁は低いので、空気攪拌によって槽１の原料の一部は槽２に移送され、その逆に槽２の原料の一部は槽１に移送され、互いに混合する現象が起きるため槽毎の熟成の差は生じない。
【００８５】
槽２の原料は、順次槽３、槽４〜槽６に向かって送られ、半熟堆肥が完熟堆肥になるように発酵と熟成が進む。
【００８６】
なお、槽１から槽２に送られた分は槽１で減量しているので、その分を導入口４１から原料補給する。順次発酵が進むに従って各槽には原料、堆肥が満たされていく。
【００８７】
下部空気供給部による空気攪拌は、通常の送風と交互に、適宜行うことができる。
【００８８】
上述した空気攪拌の好ましい方法として、以下に説明する方法を好ましく用いることができる。この方法を用いることで、腐熟の進行による良質な堆肥の製造が可能になる。
【００８９】
まず、下部空気供給部から圧力空気が供給されると、槽内の脱水汚泥は層状に浮遊する。さらに、浮遊層が装置の天井に達しない範囲で空気圧を一時的に強めることによって、層破壊が起こる。
【００９０】
層浮遊と層破壊の効果的な組み合わせによって、脱水汚泥の塊ができにくく、また層浮遊後に層破壊を行っているので、空気が十分に行き渡り、嫌気化する恐れがない。
【実施例】
【００９１】
以下に、本発明の実施例を説明するが、本発明はかかる実施例によって限定されない。
【００９２】
（実施例１）
図１及び図２に示したものと同様の構成を有する堆肥化装置に、し尿処理場から発生した汚泥を電気浸透脱水機を用いて脱水した含水率７０％、温度６０℃の脱水汚泥を、１週間に２日、１日あたり５時間の投入頻度で供給した。１日あたりの合計投入量は、９０．０ｋｇ−ｗｅｔ／週とした。
【００９３】
脱水汚泥の空気攪拌を、１週間に２日、１日に２回の頻度で行った。堆肥化装置における脱水汚泥の滞留日数は約３０日とした。
【００９４】
脱水汚泥の加温は行わず、常温の空気を常時送風した。送風は、下部空気供給部（槽１、２、５、６のみ）及び槽１の上部に設けた上部空気供給部において行った。送風量は、下部空気供給部（槽１、２、５、６の合計として）を０．５ｍ３／ｍｉｎ、上部空気供給部を１．０ｍ３／ｍｉｎとした。
【００９５】
＜堆肥化装置＞
外形寸法：１４００Ｗ×２２００Ｌ×３１００Ｈ
各槽寸法：６００Ｗ×６００Ｌ×１５００Ｈ（有効１４００Ｈ）×６室（一次発酵槽４槽、二次発酵槽２槽）
有効容量：３０２４ｍ２
【００９６】
＜評価方法＞
【００９７】
・強熱減量
発酵槽に投入した脱水汚泥、及び、得られた堆肥について、強熱減量（％）を測定した。結果を表１に示す。
【００９８】
・発酵槽の温度の経時変化
一次発酵及び二次発酵における発酵槽の温度の経時変化を観察した。結果を図４に示す。
【００９９】
・消費電力量及びＣＯ２排出量
堆肥化装置での１週間あたりの消費電力量を測定し、更に、消費電力量に相当するＣＯ２排出量を算出した。結果を表２に示す。
【０１００】
・結露発生
発酵装置内における結露発生の有無を表３に示す。
【０１０１】
（実施例２）
実施例１と同様の堆肥化装置に、し尿処理場から発生した汚泥を電気浸透脱水機を用いて脱水した含水率７０％、温度６０℃の脱水汚泥を、１週間に２日、１日あたり５時間の投入頻度で供給した。１日あたりの合計投入量は、９０．６ｋｇ−ｗｅｔ／週とした。
【０１０２】
脱水汚泥の空気攪拌を、１週間に７日、１日に２回の頻度で行った。堆肥化装置における脱水汚泥の滞留日数は約３０日とした。
【０１０３】
下部空気供給部（槽１、２、５、６のみ）及び槽１の上部に設けた上部空気供給部から、それぞれ１日に８回、１回につき１時間の送風を行った。その際、送風時間の前半３０分のみ３０℃の温風を送風するように、供給空気を加温した。
【０１０４】
＜評価方法＞
実施例１と同様の評価を行った。
【０１０５】
強熱減量測定の結果を表１に示す。
【０１０６】
発酵槽の温度の経時変化を図５に示す。
【０１０７】
消費電力量及びＣＯ２排出量の結果を表２に示す。
【０１０８】
発酵装置内における結露発生の有無を表３に示す。
【０１０９】
（比較例１）
実施例１と同様の堆肥化装置に、し尿処理場から発生した汚泥を遠心分離機により脱水した含水率８５％、温度２５℃の脱水汚泥を供給し、上部空気供給部からの送風を行わずに堆肥化発酵を行った。
【０１１０】
＜評価方法＞
実施例１と同様の評価を行った。
【０１１１】
強熱減量測定の結果を表１に示す。
【０１１２】
発酵槽の温度の経時変化を図５に示す。
【０１１３】
消費電力量及びＣＯ２排出量の結果を表２に示す。
【０１１４】
発酵装置内における結露発生の有無を表３に示す。
【０１１５】
【表１】
【０１１６】
【表２】
【０１１７】
【表３】
【０１１８】
＜評価＞
表１から、実施例１と実施例２では、強熱減量の変化が認められたが、これに対すて、上部空気供給部からの送風を行わなかった比較例１では、強熱減量の変化が見られず、有機物分解が起こっていないことがわかる。
【０１１９】
さらに、表２から、実施例１と実施例２では、比較例１と比べて、消費電力量が少なく、エネルギーコストの低減に寄与することが分かる。また、実施例１と実施例２の消費電力量を比較すると、加熱を行わない実施例２では、消費電力量を低減できることがわかる。
【符号の説明】
【０１２０】
１００：堆肥化装置本体
１〜６：槽
１１：投入口
１２：上部空気供給部
１３：排気口
２１〜２６、２０１：下部空気供給部
２０２：噴射管
２０３：加熱装置
３１：送風機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥を、脱水手段により脱水して脱水汚泥を生成する脱水工程と、
上部に脱水汚泥の投入口と排気口を備え、下方には下部空気供給部を備える発酵槽を用いて、前記脱水汚泥を発酵して堆肥を製造する堆肥化工程とを有する汚泥の堆肥化方法において、
前記脱水手段は、汚泥の細胞内有機物を直接分解する電気浸透脱水機であり、
堆肥化工程において、発酵槽の上部に設けた上部空気供給部から送風を行うことを特徴とする汚泥の堆肥化方法。
【請求項２】
前記上部空気供給部から送風を行うことにより、発酵槽上部空間の高湿度空気を、送風された空気に置換して、脱水汚泥上層の水を気化すると共に、温度勾配による自然対流により、脱水汚泥中層乃至下層から脱水汚泥上層に熱エネルギーを供給して、脱水汚泥全体の発酵を継続することを特徴とする請求項１記載の汚泥の堆肥化方法。
【請求項３】
前記上部空気供給部から、湿度６０％以下の低湿度空気を送風することを特徴とする請求項１又は２記載の汚泥の堆肥化方法。
【請求項４】
前記発酵槽は、一次発酵槽と二次発酵槽とを備え、前記一次発酵槽の上部に前記上部空気供給部を有し、前記二次発酵槽の上部に前記排気口を備えてなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の汚泥の堆肥化方法。
【請求項１】
汚泥を、脱水手段により脱水して脱水汚泥を生成する脱水工程と、
上部に脱水汚泥の投入口と排気口を備え、下方には下部空気供給部を備える発酵槽を用いて、前記脱水汚泥を発酵して堆肥を製造する堆肥化工程とを有する汚泥の堆肥化方法において、
前記脱水手段は、汚泥の細胞内有機物を直接分解する電気浸透脱水機であり、
堆肥化工程において、発酵槽の上部に設けた上部空気供給部から送風を行うことを特徴とする汚泥の堆肥化方法。
【請求項２】
前記上部空気供給部から送風を行うことにより、発酵槽上部空間の高湿度空気を、送風された空気に置換して、脱水汚泥上層の水を気化すると共に、温度勾配による自然対流により、脱水汚泥中層乃至下層から脱水汚泥上層に熱エネルギーを供給して、脱水汚泥全体の発酵を継続することを特徴とする請求項１記載の汚泥の堆肥化方法。
【請求項３】
前記上部空気供給部から、湿度６０％以下の低湿度空気を送風することを特徴とする請求項１又は２記載の汚泥の堆肥化方法。
【請求項４】
前記発酵槽は、一次発酵槽と二次発酵槽とを備え、前記一次発酵槽の上部に前記上部空気供給部を有し、前記二次発酵槽の上部に前記排気口を備えてなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の汚泥の堆肥化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２０８９３１（Ｐ２０１０−２０８９３１Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１６５２（Ｐ２０１０−２１６５２）
【出願日】平成２２年２月２日（２０１０．２．２）
【出願人】（５９２１４１９２７）三井造船環境エンジニアリング株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２日（２０１０．２．２）
【出願人】（５９２１４１９２７）三井造船環境エンジニアリング株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
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