有机废弃物的处理方法、 处理装置以及热能利用方法 技术领域 本发明涉及一种有机废弃物的处理方法及处理装置， 更详细而言， 涉及一种将氧 容易地导入静置的状态下氧不易渗透到其内部且不易发生微生物引起的生化反应的有机 废弃物内， 从而促使其自身放热而能够实现堆肥化及减量化等的有机废弃物的处理方法及 处理装置。进而， 本发明涉及一种将通过有机废弃物的处理方法产生的自身放热作为热源 进行利用的方法。
背景技术 随着对生物资源的循环利用意识的提高， 近年来， 更多的有机废弃物被堆肥化， 并 作为资源进行土壤还原。其中， 作为最理想进行堆肥化·资源化的畜产排泄物的家畜粪便 及厨余垃圾等食品废弃物 ( 以下将这些统称为 “家畜粪便等” 。)， 在产生时多为高水分， 形 成所谓的泥泞状。该种家畜粪便等由于成为泥泞状而不易使空气 ( 氧 ) 进入到内部， 不易 发生通常的由微生物分解而引起的生化反应， 存在不易进行堆肥化的问题。 因此， 目前采用 降低含水率使氧容易进入到内部的方法。
作为降低含水率的一种方法， 虽然有对有机废弃物供给热能及送风等来降低含水 率的方法， 但因存在成本方面的问题因而不现实。 另外， 作为其它方法， 包括下述方法 ： 正如 作为畜产排泄物的家畜粪便的情况一样， 将锯屑、 稻杆、 稻壳等农业副产品和有机废弃物混 合来降低水分， 其结果容易使空气流通并促进由微生物分解而引起的生化反应。但在该情 况下， 存在如下难点， 即， 存在难以供应上述农业副产品的地域， 或者即使能够供应， 加上农 业副产品的加工作业， 会造成成本增大， 另外， 这样进行的农业副产品的混合反而会造成总 处理量增加， 成本增大。
另外， 在下述专利文献 1 中， 提出的技术方案是通过将家畜粪便等在容器内加热、 搅拌进行堆肥化的废弃物循环再利用方法。 但是， 在该方法中， 必须对含水率高的有机废弃 物供给与上述相同的热能等而使含水率降低， 依然存在成本方面的问题。
现有技术文献
专利文献 1 ： 日本特开 2003-171195 号公报
另一方面， 也考虑不使有机废弃物堆肥化·资源化， 进行减量化然后返回自然界。 但是在该情况下， 必须使泥泞状有机废弃物的含水率降低， 产生和上述同样的问题。另外， 仅通过单一降低泥泞状有机废弃物的含水率进行干燥不会产生微生物分解引起的堆肥化 反应， 当干燥后的有机废弃物重新返回自然界， 则会恢复成最初的泥泞状的有机废弃物。 另 外， 该方法也不会花费进行与人类排泄物相同的污水处理所需的成本。
发明内容
发明要解决的问题
本发明是为了解决上述问题而设立的， 其目的在于提供有效的有机废弃物的处理 方法及处理装置， 其无需进行如目前的利用热能及通风的干燥， 另外， 无需混入锯屑等农业副产品， 即使为含水率高的有机废弃物也可以在原有状态下促进微生物分解而实现堆肥化 及减量化。
另外， 本发明的另一目的在于， 提供有效利用由该种有机废弃物的处理方法以及 处理装置进行的处理而产生的热的方法。
解决问题的方法
本发明者在研究能够将含水率高的有机废弃物堆肥化再利用、 能够将其进行减量 化废弃的有效的处理方法及处理装置的过程中， 发现即使是含水率高的泥泞状的有机废弃 物， 若有效地向其内部供给氧， 则也能够促进由微生物分解引起的生化反应， 进而实现堆肥 化。而且经过进一步研究后， 惊讶地发现下述现象 ： 温度上升到 100℃、 200℃这样的超过了 微生物分解带来的自身放热结束时达到的温度 ( 约 70℃左右 ) 的现象。并且发现， 即使是 含水率低的有机废弃物也需要放置在特定的环境中才能产生同样的温度上升。在此， 根据 这些发现， 提出与下述第一～第三观点相关的发明。
即， 为了解决所述课题， 本发明的第一观点涉及的有机废弃物的处理方法特别用 于实现泥泞状的有机废弃物等的堆肥化· 资源化。其要点是涉及一种对在静置的状态下氧 不易向内部渗透且不易发生微生物引起的生化反应的有机废弃物进行处理的方法， 其特征 在于， 强制性地向所述有机废弃物的内部供给氧， 通过所述生化反应使供给了氧的所述有 机废弃物的内部温度上升， 保持上升后的温度并继续进行所述生化反应， 使所述有机废弃 物堆肥化。 根据该发明， 即使是在静置的状态下氧不易向内部渗透且不易发生微生物引起的 生化反应的泥泞状的有机废弃物， 通过强制性地向其内部供给氧， 也能够促进有机废弃物 的生化反应且使其继续进行， 能够实现有机废弃物的堆肥化·资源化。该种处理方法和现 有技术中进行利用加热及通风的干燥、 或者是混入锯屑等农业副产品的方法有所不同， 其 能够促进含水率高的有机废弃物的微生物分解而实现堆肥化， 另外， 能够实现干燥导致的 减量化。
为了解决所述课题， 本发明的第二观点的有机废弃物的处理方法， 特别涉及用于 实现泥泞状的有机废弃物等的减量化· 废弃化的方法。其要点是涉及对在静置的状态下氧 不易向内部渗透且不易发生微生物引起的生化反应的有机废弃物进行处理的方法， 其特征 在于， 具有第一反应阶段和第二反应阶段， 其中， 第一反应阶段是强制性地向所述有机废弃 物的内部供给氧， 通过所述生化反应使供给有氧的所述有机废弃物的内部温度上升， 保持 上升后的温度并继续所述生化反应 ； 第二反应阶段是将第一反应阶段后的有机废弃物在氧 和一氧化碳的存在下保持并使其发生放热反应， 使所述有机废弃物减量化或碳化。
根据该发明， 作为上述第一观点涉及的处理方法的第一反应阶段之后的第二反应 阶段， 令人惊讶是通过在氧和一氧化碳的存在下保持该有机废弃物并使其发生放热反应， 能够使温度上升到 100 ℃、 200 ℃， 超过了微生物分解引起的自身放热结束时达到的温度 ( 约 70℃左右 )。其结果能够充分地使有机废弃物堆肥化， 进而能够进行干燥而实现减量 化， 另外， 通过该温度进一步上升能够碳化， 能够以低成本实现进一步减量化。根据第二观 点的处理方法， 由于能够在充分地堆肥化后的状态下使其干燥或碳化， 因此， 即使重新废弃 在自然界也不会如现有技术那样恢复到最初的泥泞状的有机废弃物。
在本发明的第一及第二观点涉及的有机废弃物的处理方法中， 就在静置的状态下
氧不易向内部渗透且不易发生微生物引起的生化反应的有机废弃物而言， 其构成如下 ： 为 家畜排泄物或农产废弃物时， 该废弃物整体或局部的含水率为 80％以上， 为食品废弃物时， 该废弃物整体或局部的含水率为 40％以上。
所谓的 “在静置的状态下氧不易向内部渗透且不易发生微生物引起的生化反应的 有机废弃物” 是指 ： 泥泞化且通气性差的有机废弃物， 具体包括 ： 在有机废弃物为家畜排泄 物或农产废弃物的情况下， 其整体含水率为 80％以上、 或整体含水量不高但局部存在含水 率为 80％以上的部分， 或者在有机废弃物为厨余垃圾等食品废弃物的情况下， 其整体含水 率为 40％以上、 或整体含水量不高但局部存在含水率为 40％以上的部分。这些是整体或局 部地泥泞化， 在静置的状态下氧不易向内部渗透且不易发生微生物引起的生化反应的废弃 物。 根据该发明， 对于这样的有机废弃物， 通过适用本发明的第一及第二观点涉及的处理方 法， 能够促进微生物分解引发的生化反应。
在本发明的第一及第二观点涉及的有机废弃物的处理方法中， 对所述有机废弃物 的内部进行氧的强制供给通过如下方式进行 ： 通过在含有氧的微加压环境中放置所述有机 废弃物， 或者通过向所述有机废弃物的内部直接注入氧进行。
由于通过该发明的具体方法可以向有机废弃物内强制性地供给氧， 因此， 能够促 进微生物分解引起的生化反应。
在本发明的第一及第二观点涉及的有机废弃物的处理方法中， 具有下述构成 ： 使 所述微加压环境中的压力超过大气压、 且为 15 个气压以下。
根据该发明， 只要在所述压力范围内， 就能够向有机废弃物内强制性地供给氧， 而 且不使用价格高的压力容器等也能够实现。
在本发明的第二观点涉及的有机废弃物的处理方法中， 所述第二反应阶段按照如 下方式构成 ： 将所述有机废弃物的温度至少设为 55℃以上， 所述一氧化碳以所述经过第一 反应阶段后得到的有机废弃物作为产生源， 使其浓度设为在 50ppm 以上， 在上述环境中进 行反应。
根据该发明， 将有机废弃物的温度至少设为 55℃以上且将以经过第一反应阶段后 得到的有机废弃物作为产生源的一氧化碳浓度设为 50ppm 以上， 在上述环境中可容易且高 效地进行第二反应阶段。 其结果能够容易地使温度上升到 100℃、 200℃的高温， 超过了通过 微生物分解引起的自身放热结束时达到的温度 ( 约 70℃左右 )。
为了解决所述课题， 本发明的第三观点涉及的有机废弃物的处理方法的特征在 于： 是一种特别用于实现有机废弃物的减量化·废弃化的方法， 所述有机废弃物不限于泥 泞状， 对于通过在氧和一氧化碳的存在下保持而发生放热反应的有机废弃物， 该方法在该 有机废弃物的温度至少设为 55℃以上且所述一氧化碳的浓度设为 50ppm 以上的环境中进 行放置， 使其发生放热反应， 使所述有机废弃物减量化或碳化。
根据该发明， 令人惊讶的是， 通过将在氧和一氧化碳的存在下保持而发生放热反 应的有机废弃物置于上述温度和一氧化碳浓度氛围中， 能够显著地促进该放热反应， 使温 度上升到 100℃、 200℃。其结果能够使有机废弃物充分地进行干燥减量化， 另外， 通过该温 度进一步上升能够进行碳化， 能够以低成本进一步实现减量化。根据第三观点涉及的处理 方法， 由于能够充分地进行干燥及碳化， 因此， 即使重新废弃到自然界也不会恢复到如以往 的最初泥泞状有机废弃物。在本发明的第三观点涉及的有机质污泥的处理方法中， 所述一氧化碳按照以所述 有机废弃物作为产生源的方式构成。
根据该发明， 正如因微生物分解引起的生化反应而放热的有机废弃物， 优选为产 生一氧化碳的有机废弃物。
用于解决所述课题的本发明的有机废弃物的处理装置的特征在于， 具备可取放地 收纳有机废弃物的可密闭容器、 和能够将所述容器内的压力控制在超过大气压、 且为 15 个 气压以下的压力控制装置。
根据本发明， 由于具备可密闭容器和压力控制装置， 因此， 例如将静置状态下氧不 易向内部渗透且不易发生微生物引起的生化反应的泥泞状有机废弃物放入该容器内， 在密 闭后， 通过施加上述范围内的压力， 能够强制性地向有机废弃物内供给氧。 结果能够在有机 废弃物内发生因微生物分解而引起的生化反应， 可以促进例如堆肥化及干燥。特别是由于 控制的压力不会很高， 因此没有必要采用价格高的压力容器。 因此， 本发明的处理装置能够 容易且低成本地实施第一～第三观点涉及的有机废弃物的处理方法。
在本发明的有机废弃物的处理装置中， 所述容器以进一步具备一氧化碳浓度计和 温度计的方式构成。 用于解决上述课题的本发明的热能的利用方法的特征在于， 将通过实施构成上述 本发明的第二观点涉及的有机废弃物的处理方法的第二反应阶段产生的热作为热源利用， 或者将通过实施所述本发明的第三观点涉及的有机废弃物的处理方法产生的热作为热源 利用。
发明的效果
根据本发明的第一观点的有机废弃物的处理方法， 即使是在静置的状态下氧不易 向内部渗透且不易发生微生物引起的生化反应的泥泞状有机废弃物， 通过强制性地向其内 部供给氧， 也能够促进有机废弃物的生化反应且能够使其继续， 进而实现有机废弃物的堆 肥化·资源化。这样的处理方法不同于现有技术中进行加热及通风、 混入锯屑等农业副产 品的方法， 能够促进含水率高的有机废弃物的微生物分解实现堆肥化， 而且能够实现利用 干燥的减量化。
根据本发明的第二观点的有机废弃物的处理方法， 在第一观点涉及的处理方法的 第一反应阶段之后， 通过在氧和一氧化碳的存在下保持该有机废弃物并引发化学反应， 可 以使温度上升到 100℃、 200℃， 超过了微生物分解的自身放热结束时达到的温度 ( 约 70℃ 左右 )。 其结果能够使有机废弃物充分地堆肥化， 进而能够进行干燥减量化， 另外， 通过该温 度的进一步上升能够碳化， 并能够以低成本进一步实现减量化。
根据本发明的第三观点涉及的有机废弃物的处理方法， 通过将在氧和一氧化碳的 存在下保持并产生放热反应的有机废弃物放置在所述温度和一氧化碳浓度氛围下， 能够显 著地促进该放热反应， 并能够使温度上升到 100℃、 200℃。 其结果能够使有机废弃物充分地 进行干燥、 减量化， 另外， 通过该温度进一步上升能够进行碳化， 并能够以低成本进一步实 现减量化。
根据本发明的有机废弃物的处理装置， 例如将静置的状态下氧不易向内部渗透且 不易发生微生物引起的生化反应的泥泞状有机废弃物放入该容器内， 在密闭后施加所述范 围内的压力， 由此能够强制性地向有机废弃物内供给氧。其结果能够在有机废弃物内引发
微生物分解引起的生化反应， 能够促进例如堆肥化及干燥。
根据本发明的热能的利用方法， 由于将利用所述本发明的有机废弃物处理方法产 生的热作为热源利用， 因此能够有效利用热能。特别是通过将这样的热能作为畜产事业等 的能源利用， 能够实现事业成本的节约， 能够提高竞争力。 附图说明
图 1 是坐标图， 其模式性地示出了使用静置状态下氧不易向内部渗透且不易发生 微生物引起的生化反应的泥泞状有机废弃物强制性地向其内部供给氧时的时间和容器内 的温度之间的关系。
图 2 是结构图， 其示出了本发明有机废弃物的处理装置的一个例子。
图 3 是坐标图， 其示出了实验 1( 微高压反应实验 ) 和实验 2( 常压反应实验 ) 导 致的温度变化。
图 4 是坐标图， 其示出了解析实验 1 和实验 2 中获得的温度曲线得到的放热速度 的结果。
图 5 是坐标图， 其示出了实验 1 的微高压反应实验中温度和气体浓度的变化。 图 6 是坐标图， 其示出了实验 2 的常压反应实验中温度和气体浓度的变化。
图 7 是坐标图， 其示出了仅空气和一氧化碳的气体反应实验的温度变化结果。
图 8 是坐标图， 其示出了将干燥的奶牛粪便加热至约 50℃～约 70℃后， 进行微高 压反应时的温度变化。
图 9 是坐标图， 其示出了除奶牛粪便以外的干燥系生物物质 ( 木屑、 糙米 ) 的微高 压反应的温度变化。
符号说明
1 高压储气瓶
2 容器
3 进气管
4 第一阀
5 排气管
6 第二阀
7 隔热室
A 微高压反应
B 常压反应 ( 堆肥化 + 反应槽密闭 )
C 密闭反应槽 ( 堆肥化 )
具体实施方式
下面， 根据实施方式对本发明进行详细地说明。 另外， 以下的实施方式为本发明优 选的例子， 不限定解释于该实施方式。
图 1 是坐标图， 其模式性地示出了使用静置状态下氧不易向内部渗透且不易发生 微生物引起的生化反应的泥泞状有机废弃物强制性地向其内部供给氧时的时间和容器内 的温度之间的关系。其结果 ： 本发明者在研究能够将含水率高的泥泞状有机废弃物进行堆肥化再利用、 减量化废弃的有效处理方法的过程中， 将含水率高的有机废弃物放入密闭容 器内稍微加压时， 与未加压的情况相比， 大量的氧进入有机废弃物内， 显示出促进微生物分 解引起的自身放热的 “生化反应领域” ( 第一反应阶段 )， 并且显示出 “化学反应领域” (第 二反应阶段 )， 即温度上升到 100℃、 200℃， 超过了微生物分解的自身放热结束时达到的温 度 ( 约 70℃左右 )。
[ 有机废弃物的处理方法 ]
本发明的有机废弃物的处理方法可大致区分为三种方式。第一方式为利用了图 1 所示生化反应领域中的现象的处理方法， 第二方式为利用了图 1 所示生化反应领域中的现 象和化学反应领域中的现象的处理方法， 第三方式为利用了图 1 所示化学反应领域中的现 象的处理方法。
( 第一处理方法 )
首先， 对第一处理方法进行说明。 第一处理方法为， 对于静置状态下氧不易向内部 渗透且不易发生微生物引起的生化反应的有机废弃物， 以促进其生化反应的方式进行处理 的方法， 该方法尤其对于泥泞的有机废弃物等能够高效地实现堆肥化· 资源化。详细而言， 该方法是强制性地向该有机废弃物的内部供给氧， 通过所述生化反应使供给有氧的有机废 弃物的内部温度上升， 保持上升后的温度并继续所述生化反应， 使有机废弃物堆肥化。 作为有机废弃物， 可以列举出可发生由微生物分解引起的生化反应的家畜排泄物 ( 粪尿 )、 人类排泄物 ( 粪尿 )、 农产废弃物、 污水污泥、 厨余垃圾等食品废弃物 ( 食品残渣 ) 等。家畜可以列举牛、 猪、 马等。特别是在第一处理方法中， 将含水率高、 静置状态下氧不易 向内部渗透且不易发生微生物引起的生化反应的有机废弃物作为对象。特别是， 将全体或 局部泥泞化且通气性差的有机废弃物作为对象会更有效。
在有机废弃物为含有较多纤维质的家畜排泄物 ( 粪尿 ) 及农产废弃物等情况下， 其含水率为该有机废弃物整体的 80％以上或整体含水率不高但局部为 80％以上。由于这 样的高含水率的有机废弃物为泥泞状， 因此用于微生物引起的生化反应的氧不易从泥泞状 的表面进入内部。 因此， 不易进行微生物引起的生化反应， 基于该生化反应的内部温度的提 高会减慢， 结果在所谓的堆肥化上花费较长时间。但是， 就该第一处理方法而言， 由于强制 性地向这样的有机废弃物的内部供给氧， 因此， 通过所述生化反应能够使供给氧的所述有 机废弃物的内部温度迅速上升。 另外， 为了能够保持上升后的温度， 若将放入有机废弃物的 反应容器的周围通过隔热材料等进行保温， 则能够使活跃的生化反应继续， 且能够进一步 促进有机废弃物的堆肥化。 另外， 有机废弃物的含水率越高的情况， 本发明的处理方法越有 效， 例如在含水率为 83％以上、 为 87％以上的情况下， 特别优选适用于高含水率的有机废 弃物。
在整体或者局部含水率不到 80％的情况下， 由于氧不易向有机废弃物的内部进入 的现象稍微减弱， 因此， 强制性地向该有机废弃物的内部供给氧的必要性减弱， 即使在静置 状态下氧也会进入内部引起生化反应， 从而使温度慢慢上升。 因此， 在含水率不到 80％的情 况下， 不一定有必要适用强制性地向内部供给氧的第一处理方法的特有手段。 但是， 从进一 步促进生化反应的观点看也可适用。
另外， 在有机废弃物为厨余垃圾等食品废弃物的情况下， 其含水率为该有机废弃 物整体的 40％以上或整体含水率不高但局部含水率为 40％以上。在为上述的家畜排泄物
( 粪尿 ) 及农产废弃物等含有较多纤维质的情况下， 整体或局部含水率在 80％以上会发生 泥泞化， 但在不含有那么多纤维质的厨余垃圾等情况下， 即使含水率不到 80％也会泥泞化， 通常在 40％以上即存在泥泞化的倾向。 因此， 就该第一处理方法而言， 即使在具有这样的含 水率的泥泞化食品废弃物中， 也可以与上述同样地强制性地向其内部供给氧， 通过所述生 化反应能够使内部温度迅速上升， 能够进一步促进有机废弃物的堆肥化。
“整体含水率” 是指， 有机废弃物中均匀或比较均匀地含有水分的情况下的比例。 另一方面， “局部含水率” 是指， 即使有机废弃物的整体含水率不到 80％ ( 畜产排泄物等的 情况 ) 或不到 40％ ( 厨余垃圾等食品废弃物的情况 )， 部分地看也存在含水率为 80％以上 或 40％以上的泥泞状部分的情况。
有机废弃物整体含水率的测定， 采取一定程度量的有机废弃物作为试样， 通过该 试样干燥前后的质量测定来进行评价。另一方面， 有机废弃物局部含水率通过局部采取少 量的试样， 测定其干燥前后的质量来进行评价。
强制性地向有机废弃物内进行氧供给。通过这样的强制性供给， 能够促进氧不易 进入内部的有机废弃物的生化反应。供给的氧可以为氧气本身， 也可以为氧和其它载体混 合而成的气体， 但通常使用含有约 20％左右氧的普通空气。
作为氧的强制性供给装置的具体例子， 可以列举例如， 在含有氧的微加压环境中 放置有机废弃物， 或者向有机废弃物的内部直接注入氧等的装置。
作为前一种氧供给装置， 如图 2 所示， 向可加压的密闭容器内放入有机废弃物， 并 向该容器内注入空气来获得微加压环境。就该装置而言， 容器内的压力优选高于大气压 (1 个气压 ) 且为 15 个气压以下。只要在所述压力范围内， 就能够容易地向有机废弃物内导入 氧， 另外， 也可以不使用价格高的压力容器等。另外， 从更有效地进行氧供给来看， 优选为 2 个气压以上且 10 个气压以下， 进而， 从更加低廉的容器的观点看， 更加优选为 2 个气压以 上、 且为 5 个气压以下。
另一方面， 作为后一种氧供给装置， 无论是密闭型容器还是敞开型容器都没有关 系， 向这样的容器中放入有机废弃物， 直接向该有机废弃物供给氧。更具体而言， 可以列举 例如将多根管插入有机废弃物中， 在该管内流通空气 ( 氧 ) 并向有机废弃物内注入的装置。 另外， 只要为同样的原理也可以为具备其它特别构成形式的装置。
在存在氧的气氛中， 在有机废弃物中存在的微生物发生因有机物分解引起的生化 反应。该生化反应产生代谢热， 引起有机废弃物的温度上升， 有机废弃物达到约 70℃左右。 在第一处理方法中， 对于在静置状态下氧不易向内部渗透且不易发生微生物引起的生化反 应的泥泞状有机废弃物， 强制性地供给氧， 由此， 生化反应受到促进， 温度上升， 受水分蒸发 的影响而发生适度的水分状态变化， 更进一步地促进微生物的有机物分解， 也促进堆肥化 等。
另外， 通过该处理方法， 在氧存在下进行在有机废弃物内的微生物引起的生化反 应。通过作成密闭型， 通过微生物反应， 使附属地产生的氨的捕捉变得容易， 因此可实现有 效的臭氧对策， 也能够减轻有机废弃物处理所容易附带的对周围环境的恶臭公害。
根据以上说明的第一处理方法， 即使是在静置状态下氧不易向内部渗透且不易发 生微生物引起的生化反应的泥泞状的有机废弃物， 通过强制性地向其内部供给氧， 也能够 促进有机废弃物的生化反应且使其继续， 并能够实现有机废弃物的堆肥化· 资源化。 这样的处理方法不同于现有技术中进行利用热能及通风的干燥、 混入锯屑等农业副产品的方法， 能够促进含水率高的有机废弃物的微生物分解， 实现堆肥化， 另外， 能够实现通过干燥的减 量化。
( 第二处理方法 )
以下， 针对第二处理方法进行说明。 第二处理方法与上述的第一处理方法相同， 该 处理方法包括第一反应阶段和第二反应阶段， 所述第一反应阶段对于在静置的状态下氧不 易向内部渗透且不易发生微生物引起的生化反应的有机废弃物 ( 特别为泥泞状 )， 促进该 生化反应使之堆肥化· 资源化， 所述第二反应阶段进一步使所述有机废弃物减量化或碳化。 详细而言， 该方法具有强制性地向该有机废弃物的内部供给氧， 通过所述生化反应使供给 有氧的有机废弃物的内部温度上升， 保持上升后的温度并使所述生化反应继续的第一反应 阶段 ； 将该第一反应阶段后的有机废弃物在氧和一氧化碳的存在下保持并产生放热反应， 使该有机废弃物减量化或碳化的第二反应阶段。
在该第二处理方法中， 由于第一反应阶段和上述第一处理方法的第一反应阶段相 同， 因此关于上述第一处理方法的说明栏说明的技术事项 ( 有机废弃物、 其含水率、 氧的供 给等 ) 及作用效果的说明在此省略。 第二反应阶段为引起第一反应阶段后的反应的步骤， 在该反应阶段， 将第一反应 阶段后、 即通过第一处理方法处理后的有机废弃物在氧和一氧化碳的存在下保持并发生放 热反应， 使所述有机废弃物减量化或碳化。
第二反应阶段的有机废弃物在第一反应阶段中必须至少成为 55 ℃以上的温度。 另外， 含水率不特别限定， 通常为与第一反应阶段开始时相同， 也可以为水分稍微减少的程 度。例如， 多数情况下在不到 30％～ 80％的范围。
本发明者发现通过将这样的有机废弃物保持在存在氧和一氧化碳的条件下， 其会 发生放热。该第二反应阶段为产生这样的放热反应的阶段， 结果能够使有机废弃物减量化 或碳化。
虽然该放热反应的详情不是很明了， 但认为其包含氧与有机废弃物反应产生二氧 化碳时的放热反应、 氧与有机废弃物反应产生一氧化碳的放热反应、 以及一氧化碳和氧反 应产生二氧化碳的放热反应中的至少一种以上的反应。
第二反应阶段可以在密闭环境中进行， 也可以在大气敞开环境中进行， 只要存在 至少与大气中相同程度的氧即可。 另外， 第一反应阶段在密闭环境中进行的情况下， 第二反 应阶段也可继续在与第一反应阶段相同的密闭环境中进行， 第二反应阶段也可以在大气敞 开环境中进行。只要满足第一反应阶段和第二反应阶段的反应环境， 也可以在与该顺序相 反的环境中进行。
在第二反应阶段中必须存在一氧化碳。 一氧化碳是在第一反应阶段获得的有机废 弃物和氧不完全地反应生成的。这样生成的一氧化碳的浓度为 50ppm 以上， 优选为 100ppm 以上。通过使一氧化碳的浓度为 50ppm 以上， 在第二反应阶段的放热反应可以活跃地进行， 温度显著地上升， 能够进行有机废弃物的干燥及碳化。一氧化碳的浓度在不到 50ppm 时， 与 存在 50ppm 以上的情况相比放热反应稍微不充分， 温度也可能几乎没有上升， 有机废弃物 的干燥及碳化的进行变得缓慢。
一氧化碳是有机废弃物和氧反应而生成的， 这样的一氧化碳也可以作为进行第二
反应阶段的环境整体的浓度含有。 该情况的有机废弃物优选放置在一氧化碳不对大气敞开 的密闭环境中。
另一方面， 在有机废弃物的内部产生的一氧化碳， 几乎不向有机废弃物的外部放 出， 在其内部进而和氧反应也可以产生放热反应。 因此， 此时的有机废弃物也可以放置在大 气敞开环境中。当然在密闭环境中也没关系。另外， 如上所述， 所谓在内部产生的一氧化 碳几乎不向有机废弃物的外部放出的状态， 可以列举有机废弃物内部的一部分部分通气性 差， 局部产生一氧化碳的情况等。
优选在第二反应阶段的有机废弃物的温度至少为 55℃以上， 更优选为约 70℃左 右以上。 该温度变得特别地重要是在从第一反应阶段向第二反应阶段过渡的情况下。 即， 在 第一反应阶段， 通过微生物引起的生化反应使温度提高， 通常， 该温度上升至约 70℃左右。 只要为该约 70℃左右的温度， 第二反应阶段就较容易开始， 容易引起有机废弃物和氧乃至 一氧化碳的放热反应、 一氧化碳和氧的放热反应。在另一方面， 即使没有到达这样的温度， 有机废弃物至少变成 55℃以上的温度， 在此若供给氧和一氧化碳， 就会引起上述的各放热 反应， 使温度上升， 进而容易引起放热反应。
有机废弃物的处理所需要的时间 ( 期间 )， 由作为处理对象的有机废弃物的种类 及含水率等状况决定， 作为上述第一处理方法及该第二处理方法的第一反应阶段的升温至 约 70℃左右所需要的天数， 通常为 0.5 天以上、 3 天以下程度， 作为该第二处理方法的第二 反应阶段的例如达到 100℃、 200℃的高温的天数为 3 天以上、 14 天以下程度。因此， 通过与 有机废弃物的处理量之间的关系， 优选准备多台处理容器乃至后述的处理装置来进行。 根据以上说明的第二处理方法， 作为上述第一处理方法的第一反应阶段后的第 二反应阶段， 通过在氧和一氧化碳的存在下保持该有机废弃物使其发生化学反应， 可以使 温度上升到 100℃、 200℃， 超过微生物分解引起的自身放热结束时达到的温度 ( 约 70℃左 右 )。 其结果， 能够使有机废弃物充分地堆肥化， 进而能够进行干燥、 减量化， 另外， 通过该温 度进一步上升能够使之碳化、 能够以低成本实现进一步减量化。 根据该第二处理方法， 能够 使其在充分进行堆肥化的状态下干燥乃至碳化， 因此， 即使重新废弃到自然界也不会恢复 到如目前的最初泥泞状有机废弃物。
另外， 特别优选将有机废弃物的温度至少设为 55℃以上， 将以第一反应阶段后的 有机废弃物作为产生源的一氧化碳的浓度设为在 50ppm 以上， 通过在该环境中， 能够容易 且高效地进行第二反应阶段。 其结果能够容易地使温度上升至 100℃、 200℃的高温， 超过微 生物分解的自身放热结束时达到的温度 ( 约 70℃左右 )。
( 第三处理方法 )
其次， 对第三处理方法进行说明。 第三处理方法与上述第二处理方法相同， 也是涉 及到第二反应阶段的处理方法， 与上述第一及该第二处理方法不同的是其用于实现有机废 弃物的减量化· 废弃化， 所述有机废弃物不限于泥泞状的。详细而言， 该方法与第二处理方 法中的第二反应阶段相同， 对于因保持在存在氧和一氧化碳的条件下而发生放热反应的有 机废弃物， 将其置于该有机废弃物的温度至少设为 55℃以上、 上述一氧化碳的浓度设为在 50ppm 以上的环境中， 使其发生放热反应， 使上述有机废弃物减量化或碳化。
在该第三处理方法中， 与有机废弃物的含水率无关， 可以是泥泞状也可以不为泥 泞状。因此， 也适用于不经过第一处理方法及该第二处理方法的第二反应阶段的有机废弃
物。例如， 可以使用已经堆肥化的有机废弃物， 另外， 也可以将含水率低的奶牛粪便、 木屑、 糙米等基质中具有碳的干燥系生物物质材料作为有机废弃物使用。 全都适用该第三处理方 法， 能够进一步减量化及碳化。另外， 一氧化碳优选将这样的有机废弃物作为产生源。
另外， 在第三处理方法中的有机废弃物的温度及一氧化碳的浓度由于与第二处理 方法的第二反应阶段相同， 因此在此省略该说明。
根据以上说明的第三处理方法， 通过将因保持在氧和一氧化碳存在的条件下而发 生放热反应的有机废弃物 ( 生物物质材料 ) 置于上述温度和一氧化碳浓度氛围下， 可以发 生放热反应且该放热反应被显著地促进， 能够使温度上升到 100℃、 200℃。 结果能够充分地 使有机废弃物 ( 生物物质材料 ) 干燥并减量化， 另外， 通过该温度进一步上升能够碳化， 能 够以低成本实现进一步减量化。 而且， 根据该第三观点的处理方法， 由于能够进行充分地干 燥乃至碳化， 因此， 即使重新废弃到自然界也不会恢复到如目前的最初泥泞状的有机废弃 物。
( 处理装置 )
然后， 对有机废弃物的处理装置进行说明。图 2 是表示本发明的有机废弃物的处 理装置的一个例子的结构图。图 2 所示的处理装置是将有机废弃物放置在密闭环境中， 使 该环境成为微加压状态， 从而适用上述本发明的处理方法的装置。详细而言， 如图 2 所示， 备有可取放地收纳有机废弃物的可密闭容器 2、 能够使该容器 2 内的压力高于大气压并控 制压力在 15 个气压以下的压力控制装置。 容器 2 可以收纳有机废弃物， 能够承受例如高于大气压、 且为 15 个气压以下的内 压。 容器 2 备有能够使有机废弃物进出的开关部 ( 未图示 )， 该开关部没有特别限定可以为 盖状也可以为门扇状， 没有特别限定。 容器的材质没有特别限定， 只要是由对有机废弃物具 有耐腐蚀性、 并且具有耐热性的材质构成的即可， 可以列举例如不锈钢等。
优选在该容器上设置一氧化碳浓度计及温度计 ( 都未图示 )。温度计用于测定进 行上述本发明处理方法中说明的生化反应时或者是化学反应时的温度， 方便确认各反应的 进行状况等。另外， 一氧化碳计用于测定进行上述本发明处理方法中说明的化学反应时的 一氧化碳浓度， 方便确认各化学反应的进行状况等。 这样的装置可以使用市售的装置， 其安 装位置也随意。
另外， 还优选设置压力计 ( 未图示 )。压力计用于测定容器内部的压力， 用于调整 容器 2 内的压力。
压力控制装置用于将容器 2 内的压力调整至指定压力。在图 2 所示的装置 10 中， 备有 ： 高压储气瓶 1、 连接储气瓶 1 和容器 2 的进气管 3， 进气管 3 的途中装有 ： 设置在储气 瓶 1 或容器 2 上用于调整进入容器内的气体量的第一阀 4、 排出容器 2 内的气体的排气管 5、 设置在容器 2 或排气管 5 上调整容器 2 内的气体量的第二阀 6。
高压储气瓶 1 可以列举充入压缩空气的储气瓶等。第一阀 4 和第二阀 6 可以为旋 塞式的手动控制阀， 优选为根据来自压力计的数据驱动的自动控制阀。若能够正确地控制 容器 2 内的压力， 则能够使有机废弃物稳定地进行。
另外， 图 2 所示的装置 10 为本发明的处理装置的一个例子， 并不限定于图示的结 构方式。代替储气瓶 1， 也可适用压缩泵及压缩器等压力施加装置。另外， 即使容器内的压 力伴随内部温度的上升而上升， 也可以在进气管 3 上设置防止向储气瓶侧逆流的压力单向
阀 ( 未图示 )。另外， 优选在容器 2 的周围设置隔热室 7。该隔热室 7 能够保温容器 2 的温 度， 起到不降低第一反应阶段的生化反应 ( 容器内的有机废弃物因微生物引起的 ) 速度及 第二反应阶段的化学反应速度的作用。
根据这样的装置 10， 由于具备可密闭容器和压力控制装置， 因此， 例如将静置状态 下氧不易向内部渗透且不易发生由微生物引起的生化反应的泥泞状有机废弃物放入该容 器内， 在密闭后通过施加一定压力能够强制性地向有机废弃物内供给氧。结果在有机废弃 物内产生微生物分解引起的生化反应， 能够促进例如堆肥化及干燥。特别是由于控制的压 力不会很高， 因此没有必要采用价格高的压力容器。 因此， 本发明的处理装置能够容易且低 成本地实施上述的有机废弃物的处理方法。
( 热能的利用方法 )
然后， 对灵活应用了上述本发明的处理方法中的放热原理的热能利用方法进行说 明。 本发明的热能的利用方法是将通过实施构成上述本发明的第二观点的有机废弃物处理 方法的第二反应阶段产生的热、 或者通过实施构成所述本发明的第三观点的有机废弃物的 处理方法产生的热作为热源来利用。
该热能的利用方法是在上述第二处理方法的第二反应阶段、 第三处理方法中， 将 有机废弃物置于存在氧和一氧化碳并且在一定温度以上的环境中时， 该有机废弃物发生化 学反应并放热， 温度上升至高温， 使其得以利用。
作为具体的利用方法， 可以列举例如在容器内进行有机废弃物的处理， 将该容器 内产生的水蒸气作为热源进行热交换的方法。该情况下可以使用热交换器， 该热交换器以 从容器导入高温水蒸气作为高温侧热源向外部供给热能的方式直接或经由配管设置在容 器上。
另外， 还可以举出以下方法 ： 在容器内进行有机废弃物的处理， 使用该容器内产生 的水蒸气作为制冷剂用热源将其用于冷暖气设备。
由于温度达到例如所述的 100℃、 200℃的高温的天数为 3 天以上、 14 天以下左右， 因此在利用化学反应产生的热作为热源的情况下， 例如并设多台图 2 所示的处理装置， 通 过依次错开有机废弃物的投入时期来进行运转， 能够作为连续的热源利用。
在这样的利用中， 优选使经过热交换机冷却的水蒸气再次回流到处理容器内循环 利用水分。 通过这样的处理， 可以抑制有机废弃物的碳化， 将有机废弃物作为放热用材料来 较长时间地持续利用。
实施例
下面， 通过具体的实施例对本发明的有机废弃物的处理方法进行更加详细地说 明。
( 实施例 1)
作为实验 1， 在微高压下进行反应实验。作为实验试样， 使用从宇都宫大学农学部 附属农场采集的奶牛粪便， 将其调整至约 50 ～ 60％ w.b. 的含水率， 在 30℃下静置约 15 小 时后供给实验。实验装置使用由与图 2 所示相同结构方式构成的微高压反应装置， 向 1L 的 反应槽内加入试样 220g( 含水率 ： 51.6 ％ w.b.)。关闭反应槽的排气口， 从空气储气瓶向 反应槽内输送空气， 使槽内的压力保持在 1MPa。考虑使用的实验装置的特征， 在温度从约 110℃达到 120℃的时刻结束该实验。对实验 1 反应中的气体进行分析。反应中的气体浓度使用气体检测器 (GASTEC、 Japan) 测量。 在微高压反应中， 用 1L 的气体采集袋采集气体后进行测定， 在常压反应中， 由 反应槽的排气反应槽的排气计直接进行测定。作为分析对象的气体， 设为氧、 一氧化碳、 二 氧化碳及氨。
( 实验 2)
作为实验 2， 在常压下进行反应实验。将与上述实验 1 相同的实验试样供给实验。 实验装置也使用与实验 1 相同的装置， 向 1L 的反应槽内加入试样 250g( 含水率 ： 61.0 ％ -1 -1 w.b.)。向反应槽通入约 0.6L·min ·kg-vm 的空气。达到约 70℃左右的堆肥化温度后， 将反应槽的入气口和排气口关闭， 在常压下密闭反应槽。该实验也考虑使用的实验装置的 特征， 在温度从 110℃达到 120℃的时刻结束。另外， 在实验 2 中也进行与实验 1 相同的气 体分析。
( 温度变化的结果 )
图 3 是表示实验 1( 微高压反应实验 ) 和实验 2( 常压反应实验 ) 的温度变化图。 图 3 中， 符号 A 是指实验 1 的微高压反应实验， 符号 B 是指实验 2 的常压反应 ( 堆肥化 + 反 应槽密闭 )， 符号 C 是指在实验 2 中密闭反应槽 ( 堆肥化 ) 的约 75℃的时刻。在实验 1 的微 高压反应实验中， 从约 70℃至约 90℃附近温度几乎直线上升， 之后温度以指数函数上升。 另外， 在实验 2 的常压反应实验中， 温度从密闭反应槽的约 75℃直线上升至实验结束。 无论 在哪个实验中， 双方温度都达到了通常堆肥化中不能达到的约 120℃的高温。另外， 使用耐 高温的容器进行确认后发现， 虽双方温度达到的天数存在差异， 但无论哪一种都确认已达 到 200℃。
( 放热速度的结果 )
在实验 1 和实验 2 中， 分析获得的温度曲线计算放热速度， 其结果如图 4 所示。在 图 4 中， 符号 A 是指实验 1 的微高压反应实验， 符号 B 是指实验 2 的常压反应 ( 堆肥化 + 反 应槽密闭 )。 在从常温至约 70℃的范围内， 双方都在约 40℃和约 60℃观察到放热速度的峰， 明显地可以理解为在通常的堆肥化中也可观察到的中温微生物和高温微生物的活性峰值。 其中， 可以说常压反应实验中达到约 70℃的微生物活性较高。
另一方面， 约 70℃以上的反应在通常的堆肥化中不能考虑， 且很难考虑为由微生 物引起的反应。因此可以说微高压反应实验、 常压反应实验都伴随温度的上升进行两个种 类的反应。即， 如图 4 所示， 从常温至约 70℃附近 (A 相 ) 的反应和在约 70℃以上 (B 相 ) 产生的反应。 在 A 相的反应可以理解为下述生化反应 ： 与堆肥化相同的反应， 由微生物引起 的有机物分解的结果， 产生代谢热， 温度上升。另一方面， 在 B 相的反应可以理解为在通常 的堆肥化中几乎见不到的反应， 化学反应使温度上升。
( 实验 1 的气体分析结果 )
图 5 为示出了在实验 1 的微高压反应实验中温度和气体浓度变化的坐标图。在反 应刚刚开始后， 微生物的活动消耗氧， 氧气浓度下降、 二氧化碳浓度上升。直至温度达到约 80℃附近， 氧气浓度、 二氧化碳浓度都几乎平稳地推移， 但在约 80℃以上， 转变为氧气浓度 下降、 二氧化碳浓度上升。
另一方面， 一氧化碳浓度随时间上升， 在约 80 ℃以上一氧化碳的上升显著。在 约 90 ℃以上氧气浓度的下降， 推测是由于构成试样 ( 奶牛粪便 ) 的碳和氧反应 (C+O2 ＝CO2+94.1kcal、 C+1/2O2 ＝ CO+26.4kcal)、 及一氧化碳和氧反应 (C+1/2O2 ＝ CO2+67.6kcal) 消耗氧引起的。同样地， 认为是上述反应导致的二氧化碳浓度上升。另外， 由于上述反应为 放热反应， 因此认为 B 相的温度上升是由这样的化学反应引起的。
( 实验 2 的气体分析结果 )
图 6 是表示在实验 2 的常压反应实验中温度和气体浓度变化的坐标图。在反应刚 刚开始之后， 与微高压反应同样， 微生物活动的结果为氧气浓度下降、 二氧化碳浓度上升。 但是， 常压反应实验进行通气直至约 75℃， 由于和通常的堆肥化没有区别， 因此一度下降的 氧气浓度再次上升， 同样地二氧化碳浓度也下降。 另一方面， 一氧化碳浓度即使在通常的堆 肥化反应中也排出 10 ～ 50pmm 左右的一氧化碳。 另外， 氨在温度约 70℃以上显示高排出浓 度。
在常压反应中， 在堆肥化 (A 相 ) 过程中的最高温度为约 75℃， 从该时刻开始将反 应槽的入气口和排气口关闭并密闭。自此之后氧浓度急剧下降， 下降至气体检测管的检测 范围即 6％以下。 伴随于此， 认为通过和微高压反应时相同的化学反应， 二氧化碳浓度上升。 另一方面， 一氧化碳在密闭反应槽后开始急剧增加， 在约 100℃上升至 1500ppm。但是， 尽管 在约 80℃～约 100℃氧气浓度推移到检测界限以下， 一氧化碳浓度及二氧化碳浓度仍会大 幅度升高。 这样对于生成一氧化碳和二氧化碳， 需要有与碳或二氧化碳结合的氧， 由于在分 析结果中氧气浓度非常低， 因此还未明确， 但推测为该氧气由有机废弃物成分供给。 常压反应中温度上升的机理认为也与微高压反应相同， 在常温～约 70℃的 (A 相 ) 中， 在微生物引起的生化反应中温度上升至超过约 70℃～约 120℃的高温， 认为温度上升 是由于 C+O2 ＝ CO2+94.1kcal、 C+1/2O2 ＝ CO+26.4kcal、 CO+1/2O2 ＝ CO2+67.6kcal 化学反应 导致的。另外， 已经明确无论有无压力， 温度都会上升至非常高的温度。但是， 在常压反应 中， 在 B 相中的温度上升为直线， 在微高压反应中温度及放热速度从约 90℃呈指数函数地 上升， 推测在约 90℃以上压力有利于温度呈指数函数地上升。
(B 相中一氧化碳效果的验证 )
图 7 是坐标图， 其示出了仅填充空气和一氧化碳的气体反应实验的温度变化结 果。B 相的反应若是仅由以一氧化碳为中心的气体引起的反应， 则应该是仅通过向空的反 应槽中填充空气和一氧化碳， 温度就会上升。 向反应槽中填充空气和一氧化碳， 强制性地将 温度从约 60℃升温至约 80℃， 结果确认无论在常压还是微高压下仅通过空气和一氧化碳 温度就能上升。 当然， 以仅通过空气进行微高压反应的情况作为对照区时， 温度的确没有上 升。但是， 在反应槽中混合空气和 “奶牛粪便的微高压反应后的气体” 进行实验， 结果是一 氧化碳浓度在 100pmm 时温度上升， 而一氧化碳浓度在 25pmm 以下时温度下降。推测为使温 度上升需要最低限的一氧化碳浓度。
另一方面， 从常温开始进行空气和一氧化碳的反应的情况下， 无论在常压还是微 高压都观察不到温度的上升。 因此， 为了使空气和一氧化碳开始反应， 认为需要某种程度的 温度。通过以上结果， 验证了 B 相的反应为通过气体进行的化学反应， 与一氧化碳有关。而 且已经明确了为使反应开始， 需要最低限的温度和一氧化碳浓度。
( 干燥系生物物质的微高压反应 )
图 8 是表示将干燥的奶牛粪便加热至约 50℃～约 70℃后进行微高压反应时的温 度变化图。从 70℃开始进行微高压反应的情况下， 即使含水率为 0％ w.b. 的情况温度也会
上升。因此， 确认试样的含水率与 B 相的气体反应无关。另一方面， 在常压下开始进行微高 压反应的对照区 ( 含水率为 69.5％ w.b.) 的情况下， 温度下降。认为该种情况是由于温度 上升反应所需的一氧化碳浓度在常压下没有充分地被排出。因此， 推测压力具有从基质试 样容易产生一氧化碳的效果。
另外， 虽然在将微高压反应实验的开始温度设定为 55 ℃的情况下温度也确认上 升， 但从 50℃开始进行微高压反应实验的情况下， 没有发现温度上升。因此， 利用以 B 相的 一氧化碳为中心的气体的化学反应， 认为最低在 55℃以上开始反应。
图 9 是表示除奶牛粪便以外的干燥系生物物质 ( 木屑、 糙米 ) 的微高压反应温度 变化的图。 从约 70℃开始进行微高压反应的情况下， 木屑、 糙米温度都上升。 这意味着只要 存在用于产生一氧化碳的有机物 ( 含有 C 的物质 )， 就有使温度上升的可能。另一方面， 使 木质木屑从 53℃进行微高压反应的情况下， 温度下降。与干燥的奶牛粪便相同， 这是对在 55℃以上开始 B 相的气体反应结果的补充。
(B 相中的有机物分解 )
表 1 用于表示 B 相中气体反应前后 VM 率 ( 有机物含有率 ) 的变化。在 B 相中， 在 反应前后 VM 率几乎没有变化， 不能期望有机物进行分解。可以理解为 ： 就从常温开始的微 高压反应·常压反应中有机物的分解而言， A 相中的微生物的有机物分解占大部分。
[ 表 1] 表 1 B 相中气体反应前后的 VM 率的变化从以上图 3 ～图 9 及表 1 的结果可得出以下结论。
(1) 微高压反应、 常压反应 ( 堆肥化 + 反应槽密闭 ) 二者都能够产生 120 ℃以上 ( 已确认至约 200℃左右 ) 的高温。
(2) 微高压反应、 常压反应二者都通过以下两种类型的反应使温度上升。
反应 1(A 相 ： 常温、 约 70℃ ) ： 通过微生物的有机物分解产生代谢热的生化反应 ；
反应 2(B 相 ： 约 70℃～ ) ： 与由有机物产生的一氧化碳有关的以下气体化学反应，
C+O2 ＝ CO2+94.1kcal
C+1/2O2 ＝ CO+26.4kcal
CO+1/2O2 ＝ CO2+67.6kcal
(3)B 相的气体化学反应推测在存在一氧化碳 (50pmm 以上 )、 温度 55℃以上的条件 下开始反应。但是， 要实现微生物引起的放热的情况下， 温度上升至 70℃前， 利用放热量大 的微生物的生化反应是有效的。
(4)B 相的气体化学反应不依赖含水率， 而且只要是基质中具有碳的物质， 无论何 种都有可能使温度上升。
(5) 通常的堆肥化反应也能排出一氧化碳。