CN1147370C - 有机废弃物的处理装置及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种有机废弃物处理装置，该装置可抑制附着有微生物的处理材料之间形成团块，从而可长期使用处理材料。有机废弃物处理装置10设置有对厨房废弃物等有机废弃物进行处理的处理槽12，在该处理槽内部设有处理材料11，该处理材料附着有可使厨房废弃物进行好氧分解的微生物。在该处理槽12中设置有空气泵20，该空气泵用于降低处理材料11的含水率。借助由空气泵20送入处理槽12中的空气可使处理材料11的含水量降低，抑制处理材料11之间粘结形成团块。

Description

有机废弃物的处理装置及其处理方法

本发明涉及有机废弃物的处理装置及其处理方法，本发明特别涉及一种用附着有微生物的处理材料对厨房废弃物等有机废弃物进行处理的有机废弃物处理装置及其处理方法。

家庭排出的厨房废弃物(生垃圾)、社会团体单位产生的垃圾一般分别作为生垃圾或可燃垃圾回收，在燃烧后通过填埋方式进行一起处理。这种废弃物处理系统具有下述问题，即在回收作业中必须需要较多的劳动力，另外为了进行填埋处理需占用较大的填埋用地。

为了解决上述问题，在过去，作为可在每个家庭中对厨房废弃物进行处理的装置，下述有机废弃物处理装置正在实现产品化，该装置通过利用微生物对厨房废弃物进行堆肥处理。借助该有机废弃物处理装置，堆肥的生成物可作为比如家庭菜园等园艺用肥料再次使用。

但是，按照上述处理装置，厨房废弃物仅仅能转化为堆肥后的生成物，因此没能去除上述废弃物。因此，上述装置不适合不具有对堆肥的生成物等进行重复利用等处理能力住宅等建筑物。

于是，近年来，人们提出了一种下述装置，该装置在将厨房废弃物转化为堆肥生成物后，还将其分解为水或CO₂气体等具有较低分子量的分解物，JP实开平5-88683号文献对该装置进行了描述。按照上述方法，将具有分解能力的微生物附着在特定的木材锯屑上而形成处理材料，该处理材料的含水率保持在约63％的状态，对厨房废弃物进行混合搅拌。通过上述搅拌，对微生物进行好氧培养，随着该培养，便将厨房废弃物消化分解为水或二氧化碳等具有较低分子量的产物。因此，采用基于上述方法而形成的装置，可将全部厨房废弃物基本上去除。于是，上述装置还可适用于没有堆肥等处理能力的场合。

但是，按照上述方式，在使处理材料的含水率保持在65％的状态下对厨房废弃物进行分解消化的装置中，在使用比如3个月后，处理装置内部的处理材料之间会粘结形成团块。可认为该团块是这样形成的，即在处理材料周围附着有分解的生成物，由于在向其内添加一定量的水分后会产生粘性，这样多个处理材料之间会粘结形成团块。

当处理材料之间粘结而形成团块时，处理材料中所含有的微生物不能进行好氧生长，同时对微生物与厨房废弃物的接触造成妨碍，这样使厨房废弃物的消化分解作用降低。另外，附着于处理材料上的微生物不能进行好氧生长，而是在厌氧条件下生长。在微生物按照上述方式于厌氧条件下生长繁殖时，会产生特有的臭味。于是，在过去必需对处理材料进行定期更换。

因此本发明是针对上述问题而提出的，本发明的目的在于提供一种有机废弃物的处理装置，该装置可抑制处理材料的含水率，抑制处理材料之间粘结而产生团块，从而可长期使用处理材料。

另外，本发明还提供一种厨房废弃物处理装置，该装置可通过通风方式对处理材料的含水率进行调节，从而形成下述的pH值或盐浓度，该pH值或盐浓度可抑制处理槽内部的食物中毒细菌的繁殖。

为了实现上述目的，本发明的有机废弃物处理装置用于通过微生物对有机废弃物进行分解处理，其特征在于该装置包括：附着有微生物的处理材料，其内设置有上述处理材料并且对有机废弃物进行处理的处理槽，对上述处理材料的含水率进行调节的含水率调节元件，通过上述含水率调节元件可对上述处理材料的含水率进行调节，并且可将其控制在下述范围内，该范围指能抑制上述处理材料之间粘结而形成团块的含水率范围。

附着于上述处理材料上的微生物可预先吸附于处理材料上，也可通过自然产生的方式附着于处理材料上。在这里所称的“自然产生”指存在于有机废弃物中的微生物在处理操作过程中的繁殖。

在本发明中，最好上述处理材料的含水率在约35％～约45％的范围内。

按照上述结构，通过含水率调节元件可使处理材料的含水率保持在可抑制处理材料之间粘结而形成的团块的范围，最好保持在不形成团块的范围。其结果是，长期不用更换处理材料，可确保附着于处理材料上的微生物进行好氧生长，从而促进厨房废弃物高效率地消化分解。另外，按照上述结构，还可防止形成上述团块所产生的问题，即在厌氧条件下微生物培养时产生的臭味。

在本发明中，上述含水率调节元件通过使空气在处理槽流通的方式对含水率进行调节。

一般在厨房废弃物消化分解时，会产生一种作为生成物的水，在于该状态下对厨房废弃物连续进行处理时，处理材料的含水率会上升，但是按照本发明的上述结构，通过通风元件使空气在处理槽内部流通，去除多余的湿气，即水分，这样处理材料的含水率可保持在抑制处理材料之间粘结而形成的团块的范围，最好保持在不形成团块的范围。

另外在按照上述方式采用通风元件构成含水率调节元件时，由于通过通风仅仅去除水分，从而对含水率进行调节，这样很容易对内部的盐浓度或pH值等进行适当调节。即，由于通过通风元件所去除的仅仅为水分，这样可保留所调节的盐，其结果是，可使处理槽内部保持在具有较高盐浓度或较高pH值的状态。因此，通过对处理槽内部的pH值或盐浓度中的一种进行调节，可使处理槽内部处于可抑制食物中毒细菌繁殖的环境下，从而还可在抑制处理槽内部的食物中毒细菌的同时，进行厨房废弃物的处理。

此外，在本发明中，最好该装置还设置有在处理槽中对处理材料进行搅拌的搅拌元件。

按照上述结构，由于通过搅拌元件对处理材料进行搅拌，这样附着于处理材料上的微生物均匀地与空气相接触，从而不但可防止处理材料的含水率偏离适合的值，而且还可促进微生物的好氧生长。

下面参照附图对本发明的优选实施例进行描述。

图1为本发明实施例的有机废弃物处理装置的整体结构图。

图2为本发明实施例的有机废弃物处理装置的局部放大图。

图3为在本发明的实施例1中，在343天处理期间，进行消化处理的处理槽内部的状态曲线图。

图4为在本发明的实施例1中，在343天处理期间，进行消化处理的处理槽内部的未分解物的累积量的曲线图。

图1表示的是本发明实施例的有机废弃物处理装置10的整体结构。

在该有机废弃物处理装置10中设置有处理槽12，该处理槽12通过后面将要描述的处理材料11对有机废弃物，比如厨房废弃物进行消化分解。在该处理槽12的顶端设置有投入口13，该投入口13用于向处理槽12内部投入厨房废弃物。在该投入口13上设置有盖15，在对厨房废弃物进行分解处理过程中，上述盖15可将上述投入口13关闭。

上述处理槽12内部的处理材料11是这样构成的，在木质碎片，比如杉树木材等锯屑上附着规定的细菌。该规定的细菌具体可为可在好氧的条件下生长的细菌，或当对生垃圾在好氧条件下进行分解时自然产生的具有多种类型的复合细菌。另外，通过调节处理槽内部的环境，也可从自然产生的具有多种类型的复合细菌中排除不希望的食物中毒细菌，关于这一点将在后面进行描述。此外，在这里所述的“自然产生”具体指在不对细菌进行接种的情况下进行繁殖，它包括使附着于厨房废弃物等上的细菌进入处理装置内部，并且在处理过程中繁殖的场合。

还有，为了在对厨房废弃物进行处理时对处理槽12内部的温度进行调节，上述处理槽12中设有温度调节器14。该温度调节器14围绕处理槽12的整个四周设置，以便将处理槽12内部的温度调节到一定的温度以上。再有，对该温度调节器14的结构没有特别限定，只要温度调节器14可对处理槽12内部的温度进行均匀调节。

还有，上述温度调节器14通过控制器18连接有温度传感器16。该温度传感器16中的温度检测部件16a设置于处理槽12内部，它对处理槽12内部的温度进行测定。在这里所测定的内部温度传送给控制器18，通过接收到该温度的控制器18，对温度调节器14的操作进行调节，使处理槽12的内部温度保持在所需要的温度范围内。根据处理材料11上所附着的微生物，可将该所需要的温度设定在适合该微生物生长的温度。

为了通过通风方式对处理材料11的含水率进行调节，在上述处理槽12中设置有作为通风元件的空气泵20。该空气泵20上设置有送风管22，该管22用于将空气送入处理槽12中，该送风管22与处理槽12的底部相连接。因此，由空气泵20送出的空气通过送风管22，作为上升气流而被送入处理槽12的内部，通过此时所送入的空气，可确保附着于处理材料11上的微生物进行好氧生长，处理材料11中的部分水分得到去除，并且从排气口23排掉。

另外，为了通过上述空气泵20将处理材料11的含水率控制在可对处理材料11之间粘结形成团块或团块增大进行抑制的比例，上述空气泵20通过控制器18与含水率测定器24连接。该含水率测定器24中的含水率测定部件24a设置于与上述处理槽12内部的处理材料11相接触的位置，它对所接触的处理材料11的含水率进行测定。此时将所测定的含水率传送给控制器18，接收到该测定值的控制器18对空气泵20给出的送风量进行适当地调节。根据后面将要描述的试验结果，在上述描述中，可对处理材料11之间粘结而形成的团块进行抑制的处理材料11的含水率最好在约35％～45％的范围，其中最好为40％。

此外，虽然按照上述描述，空气泵20给出的空气通过送风管22作为上升气流而被送入处理槽12的内部，但是上述送风管22还可以与处理槽12的顶部连接，这样送入的空气还可作为下降气流而被送入处理槽12内部。

还有，作为处理材料11的含水率调节元件，除了通风元件以外，还可采用加热元件对处理材料的水分进行调节。在此情况下，将加热元件与上述空气泵20等通风元件组合，这样可通过加热元件对处理材料11的水分进行调节，通过通风元件确保微生物进行好氧生长。

在处理槽12中设置有搅拌器26，该搅拌器26用于对处理槽12内部的处理材料11进行搅拌，使每个处理材料11的环境保持均等。该搅拌器26中设置有转轴28，该转轴28架设于处理槽12内部，如图2所示，在该转轴28上设置有多个叶片状的搅拌翼30。此外，该转轴28的一端按照相对处理槽12的外部伸出的方式设置，该伸出的一端设有马达32。这样，通过驱动上述马达32，上述转轴28旋转，随着转轴28的旋转，搅拌翼30转动。

下面对上述有机废弃物处理装置10的作用进行描述。

在对厨房废弃物进行处理时，从投入口13向装有处理材料11的处理槽12中投入厨房废弃物，用盖15将该处理槽12盖住。在通过温度调节器14，使投入有厨房废弃物的处理槽12保持规定的温度，比如在20℃～70℃，最好在30℃～70℃的范围，通过空气泵20送入空气，另外，通过搅拌器26使处理材料11和厨房废弃物相混合。

在规定的温度条件下，通过空气泵20送入的空气，使附着于处理材料11上的微生物进行好氧生长，伴随该过程，与这些微生物相接触的厨房废弃物进行好氧分解。这样，当该厨房废弃物进行好氧分解时，便形成了水、二氧化碳、氨等具有较低分子量的生成物。此时产生的二氧化碳或氨等气体通过排出口23排出。处理材料11将水等吸收，其结果是，处理材料11的含水率增加。当此时处理材料的含水率增加时，含水率测定器24检测到含水率上升，从而增加空气泵20的送风量，强制地使处理材料11的含水率降低，这样可使上述含水率保持在可抑制上述团块形成的含水率水平。每次投入厨房废弃物时，均反复进行上述消化分解的整个操作过程。

如上所述，按照本实施例，由于不同于已有技术，将含水率保持在可对处理材料11之间的粘结形成团块或团块增大抑制的比例，即35％～40％，这样可反复长期地使用处理材料。另外按照上述方式，由于按照抑制团块形成的方式对处理材料的含水率进行调节，这样可防止微生物进行厌氧繁殖。因此，可防止微生物在厌氧条件下繁殖时产生的臭味。

此外，按照本实施例，由于采用通风元件以便将处理材料11中所含有的水分去除，这样可将处理槽12的内部条件，特别是盐浓度或pH值等调节到所希望的值。其结果是，通过调节处理槽12内部的盐浓度或pH值，还可抑制不希望的细菌，特别是食物中毒细菌等的繁殖。

下面通过举例的方式对本发明进行进一步说明。

实施例1

假设在下述场合使用上述有机废弃物处理装置，该场合指对一家4人一般排出的生垃圾，具体为每天平均1kg(干重约为0.15kg)的生垃圾进行处理。

具体来说，处理槽的尺寸为580×450×795mm，在该处理槽中装有干重为8kg的处理材料。另外，处理条件是：通过温度调节器使处理槽的内部温度保持在30℃以上，通过搅拌器对处理材料进行搅拌，同时在343天内每天进行1kg的消化分解处理。

图3表示出下述结果，即在343天期间进行消化分解处理的过程中，改变空气泵的供气量以改变处理材料的含水率时处理材料的状态，特别是对有无上述团块的形成进行调查而得出的结果。

如图3所示，在从最开始起的140天期间(试验期间，第1期间和第2期间)，空气泵的通气量固定在25公升/分钟，以去除消化分解而产生的吸收于处理材料中的部分水分，从而对处理材料的含水率进行调节。但是，在上述通气量为25公升/分钟的条件下，最初70％的含水率经过90天，降低到35％左右，从而显然可知按照上述通气量，不能使含水率保持恒定。此后，加入约7公升的水，然后，在1公升/分钟～25公升/分钟的范围内对通气量进行各种变换，调查此时处理材料的含水率和处理材料的状态。

在第2期间和第4期间，处理材料的含水率均超过45％，在该状态，观察到处理材料之间有团块形成。在含水率降低到30％的第6期间，在处理材料之间未形成团块，但由于厨房废弃物的分解不充分，这样观察到有未分解物的累积。

在第3期间和第5期间，含水率保持在约40％～约45％的范围，在该状态，未观察到在处理材料之间有团块形成，另外也没有残留的分解物，从而表明具有良好的结果。特别是在第5期间，在通气量为10公升/分钟时，由于含水率保持在45％左右，这样在第7期间，通气量固定在10公升/分钟，经过约100天的期间，对处理材料的含水率和此时有无团块形成进行调查。其结果是，含水率保持在约35％～约45％的范围内，在该含水率时，未观察到上述团块的形成。

因此，显然可知，在上述的处理槽的尺寸和处理材料的量情况下，为了使处理材料的含水率保持在约35％～约45％的范围内，作为上升流体，通气量为10公升/分钟较适合。另外，必须随着处理槽的尺寸，温度或处理材料的量等的不同而适当改变上述通气量。

图4为表示经过上述343天的处理期间，处理槽内部残留的未分解物的累积量的曲线图。图4表示出以干重计算的生垃圾的总投入量和生垃圾的未分解物的累积量。如图所示，无论生垃圾的投入量如何，生垃圾的分解生成物的累积量基本保持恒定。可认为上述情况是由于下述原因造成的，该原因为：所投入的全部生垃圾基本消化分解为具有较低分子量的生成物，所形成的具有较低分子量的生成物，比如氨，二氧化碳，水等从处理槽内部排走了。

根据上述实施例的结果显然可知，为了抑制在处理材料之间形成团块，必须使处理材料的含水率保持在约45％以下，另外，为了以不形成未分解物的方式进行处理，必须使处理材料的含水率在约35％以上。

按照上述方式，由于处理材料的含水率保持在约35％～约45％的范围内，这样可抑制在处理材料之间形成团块，从而可在不更换处理材料的情况下，长期地(至少343天的期间)高效率地对生垃圾进行消化分解。

实施例2

表1和表2表示下述结果，即在经过上述343天的处理过程中，对在进行了9个月(270天)处理时的处理槽内部的环境进行调查而得到的结果。

为了对处理槽内部的环境进行调查，采用从处理槽内部对处理材料取样，将该处理材料悬浮于纯净水中，对该悬浮液的电导率和pH值进行测定。

虽然在处理开始时，处理槽内部基本上不含有盐，而pH值也为中性，但是经过270天的处理操作，上述处理槽内部变化为具有较高盐浓度，较高pH值的状态。可认为此情况是由于下述原因造成的，即通过对厨房废弃物进行消化分解处理而产生的分解生成物，比如氨或各种盐类等残留于处理槽内部，并且不断累积。

接着，在上述具有较高盐浓度，较高pH值的状态下，对正在生长的细菌的特征进行调查。

表1表示下述结果，即对各种盐浓度和各种pH值进行组合制成琼脂培养基，根据每个琼脂培养基上的菌落数量，对附着于处理材料上的细菌是否在任何条件下正常生长的情况进行分类而得出结果。

如表1所示，与其它的琼脂培养基相比较，通过约270天期间的处理，特别是pH值在9以上，并且盐浓度为0.25～1.0M NaCl的琼脂培养基上，获得了更多的菌落数量。上述情况表明，尽管在处理开始时，在0.25～1.0M NaCl，pH为7的条件下正常生长的细菌量较大，但是经过约270天期间的处理，即由于处理槽内部的盐浓度和pH值发生变化，在较高盐浓度，较高pH条件下正常生长的细菌增加。

                               表1

pHNaCl/M	5	7	9	11
					0.25	3.7×108	7.5×109	2.4×1010	2.1×1010
0.5	9.1×107	1.0×1010	3.2×1010	2.2×1010
					1.0	2.6×106	8.4×109	2.8×1010	1.4×1010
2.0	＜104	1.1×109	1.1×109	2.4×108

另外，根据细菌菌落的大小，对下述情况进行调查，该情况指：分别在2种琼脂培养基(盐浓度较低，并且为pH值为中性的琼脂培养基，盐浓度较高并且pH值较高的琼脂培养基)上，接种在经过约270天处理后的处理材料上的细菌中的主要细菌，在任何条件下是否正常生长，对调查情况进行分类。表2表示该分类结果。另外，盐浓度较低并且pH值为中性的琼脂培养基采用0.085M NaCl，pH值为7的肉汤培养基，而盐浓度较高并且pH值较高的琼脂培养基采用0.5MNaCl，pH值为9的肉汤培养基。

表2表明，在盐浓度较高并且pH值较高的琼脂培养基上，形成较大菌落的细菌占84.7％，而在盐浓度较低并且pH值为中性的琼脂培养基上，则象过去厨房废弃物处理所采用的细菌那样，正常生长的细菌较少。

              表2

         菌落大小的比较

pH9，0.5MNaCl  ＞pH7，0.085MNaCl    84.7％

pH9，0.5MNaCl  ＝pH7，0.085MNaCl    3.1％

pH9，0.5MNaCl  ＜pH7，0.085MNaCl    1 2.2％

上述结果表明，在约270天以后，与过去厨房废弃物处理所采用的细菌相比较，在盐浓度较高，pH值较高的条件下正常生长的细菌增加，并且根据这样的细菌对厨房废弃物进行处理。

当采用此时所获得的结果时，则可抑制比如大肠杆菌等食物中毒细菌的繁殖，并且可进行厨房废弃物的处理，而上述结果指通过在盐浓度较高，pH值较高的条件下正常生长的细菌对厨房废弃物进行处理。

由于在大肠杆菌等食物中毒细菌中，在盐浓度较低，并且pH值为中性的条件下正常生长的细菌较多，这样通过增加处理槽内部的盐浓度与pH值中的一者，或两者，可抑制这些大肠杆菌等的繁殖。

按照上述方式，在提高处理槽内部的盐浓度或pH值的情况下，可采取下述措施。

比如，在用于通过通风元件或加热元件去除处理槽内部水分的有机废弃物处理装置的情况下，通过预先在处理槽内部添加盐类或pH值调节剂，可增加盐浓度或pH值。此外，按照上述方式，由于厨房废弃物消化分解生成物的累积，还可提高盐浓度或pH值。

如上所述，通过对处理槽内部的盐浓度或pH值进行调节，可形成一个不利于食物中毒细菌繁殖的环境。

因此，在本发明的有机废弃物处理装置中，通过对处理材料的含水率进行调节，可在不对处理材料进行更换的情况下长期使用该处理材料，但是为了在长期使用期间抑制食物中毒细菌等的不正常繁殖，最好按照上面所述，对处理槽内部的环境，特别是盐浓度和pH值进行调节。

上面针对废弃物进行完全处理的情况进行了说明，但是显然本发明也适合用于对分解处理过程中的生成物进行混合并再利用的情况。

如上面所述，按照本发明的有机废弃物处理装置，由于处理材料的含水率保持在可抑制处理材料之间粘结形成团块，这样可防止因处理材料之间粘结形成团块而使废弃物的处理能力降低，从而可长期地使用处理材料。

另外，如上所述，按照本发明，由于可抑制处理材料之间粘结形成团块，这样还可防止上述团块形成时产生的其它问题，即在附着于处理材料上的微生物进行厌氧繁殖时产生的臭味。

还有，由于采用本发明使用的含水率可使水分全部气化，这样本发明的装置可作为不排水的处理装置使用。

再有，按照本发明，即使在处理槽内部的环境处于较高盐浓度或较高pH值的状态下，仍可高效率地对废弃物进行处理，这样可抑制处于较低盐浓度和pH值为中性区域的最适合条件下大肠杆菌等食物中毒细菌的繁殖，同时可对有机废弃物进行处理。

Claims (4)

1.一种通过微生物分解有机废弃物的方法，该方法包括下述步骤：

在处理槽内部将所述处理材料和有机废弃物相混合；和

在使所述处理材料的含水率保持在约35％～约45％范围内的同时，将所述有机废弃物和所述处理材料进行混合，其中由于处理材料之间粘结而形成团块得以抑制，且分解的材料的积累基本上是恒定的，且其中不用更换或添加处理材料每天导入的有机废弃物被持续分解和处理至少90天。

2.一种运行有机废弃物处理装置的方法，该装置通过微生物对有机废弃物进行分解处理，该装置包括附着微生物的处理材料，含有所述处理材料的处理槽，在处理槽中搅拌处理材料的搅拌元件，对所述处理材料的含水率进行调节的含水率调节元件，所述方法包括：

确定所述处理材料是否形成团块；和

如果形成团块，通过所述含水率调节元件降低处理材料的含水率，使处理材料的含水率范围约为35-45％，

其中不用更换或添加处理材料每天导入的有机废弃物被持续分解和处理至少90天。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述含水率调节元件包括提供空气给处理槽的通风元件，其中通过调节由通风元件提供给处理槽的空气的量对含水率进行调节。

4.一种分解有机废弃物的方法，包括：

在一处理槽中将含有微生物的处理材料与有机废弃物混合；

从混合物中除去水分，以控制混合物的含水率在约35-45％；和

使有机废弃物的分解产物在处理槽中积累以增加混合物的盐浓度和/或改变混合物的pH，

其中不用更换或添加处理材料每天导入的有机废弃物被持续分解和处理至少90天。

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