專利名稱：堆肥的制造方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及堆肥的制造方法及其裝置，具體地說，就是處理由食品加工廠等排出的有機廢棄物，短時間制造惡臭少的優質堆肥的方法及其裝置。
長久以來，在產生有機廢棄物的食品制造業、食品加工業、畜產業等，為有效利用這些廢棄物而進行著堆肥，在處理城市垃圾的自治體，為減少體積或將其轉變為穩定物質的目的，也在進行著堆肥。特別是食品加工廠等排出的有機廢棄物，在從工廠排出的時候多數水分含量很高，在夏季等時候放置時，短期內就會繁殖各種雜菌，在開始腐敗的同時，產生主要是腐敗臭的惡臭，產生環境保護的問題。
另外，在堆肥的時候，由于廢棄物中水分的含量多，發酵槽內產生部分的厭氧環境，在混合存在厭氧菌和好氧菌的狀態下進行發酵，發酵效率差，使蛋白質或脂肪等發酵堆肥到穩定為止一般需要幾個月。
而且，由于上述的發酵效率差，在制造堆肥時通常伴有以胺類、氨等為主要成分的惡臭，而且還有不能充分發酵的可能，在作為堆肥使用時重新開始發酵，有產生惡臭的可能。此外，堆肥中不能避免有阻礙植物生長的因子低級脂肪酸的蓄積。
作為抑制上述的手段，嘗試了利用各種微生物的方法。不過，實際上并未獲得滿意的效果。
此外，得到的堆肥有時是土壤一樣的微粉末，或者存在大量的未分解的纖維類物質等，在裝袋、運輸、貯存、撒播時處置不方便。特別是微粉末的產品在撒播時容易飛散，不得不選擇在無風的天氣撒播。
本發明的第1個目的是確立一種堆肥制造方法，可以解決上述以往的問題，在好氧的條件下進行有機廢棄物的發酵堆肥化，可以穩定而且短時間的堆肥，在縮短產生惡臭的氨、胺類的時間而且防止惡臭的再發生的同時，抑制阻礙植物生長的因子低級脂肪酸(異丁酸、丁酸、異戊酸、醋酸等)的產生和蓄積。
另外，為改善堆肥撒播時的操作性，有必要制成將其規定的大小和重量。
根據本發明人的研究，發現為實現、維持對堆肥有效的好氧性發酵環境，在發酵時，在保持有機廢棄物(以下稱為原料)中氧氣濃度在規定值以上的同時，必須使原料中的水分含量保持適當量。因此，本發明人經反復研究，發現為保持均勻發酵，在攪拌發酵槽內的所有原料同時，向所有原料普遍地提供氧氣，而且補充水分，使原料中水含量保持60±5％，從而使好氧菌實現均勻且良好的發酵。
另外，在以啤酒糟為原料進行好氧發酵的時候，在一次發酵期間，首先酒糟中的少量糖分解，然后由半纖維素、纖維素分解產生的糖作為菌體繁殖的能源而被利用。另一方面，據本發明人的推測，在纖維素分解緩慢的時候，好氧菌通過由蛋白質分解，經氨基酸分解成胺類、氨的代謝途徑(以下稱為胺、氨代謝系統)獲得繁殖的能量。因此，可以認為，將由蛋白質到氨基酸的代謝系統轉變為以糖為能源的代謝繁殖系統，就可以抑制惡臭的發生了。
上述推測，可由下述報告證實在該報告中，在發酵初期，一次性加入糖蜜與完全不加入糖蜜的情況相比，可以抑制惡臭的發生。然而，根據本發明人的研究，上述一次性加入方式，由于發酵進行緩慢，不僅有糖代謝，也有蛋白質-氨基酸代謝系統的比較活化的可能，可能不能充分抑制惡臭的產生。
因此，本發明的第2目的，是提供一種方法，為解決上述課題，是控制使好氧發酵以糖分解代謝為主進行發酵，為此，為使好氧發酵不向以蛋白質-氨基酸分解代謝為主轉變，按預定時間分次加入糖類，使以糖為主要能源的代謝繁殖系統成為主體進行發酵，從而大幅度地抑制發酵時惡臭的主要原因胺類或氨的產生，而且制造優質的堆肥。
因此，本發明涉及一種堆肥制造方法，其特征在于，在向有機廢棄物中接種好氧的堆肥種菌制造堆肥的時候，攪拌該廢棄物的同時供應氧氣，同時補充水分，使水含量為60±5％。
另外，本發明涉及一種堆肥制造方法，其特征在于，在向有機廢棄物中接種好氧的堆肥種菌制造堆肥的時候，在發酵活躍的期間，為使發酵主體以糖分解代謝為主，也就是說在發酵主體在轉變為胺-氨代謝系統之前，將糖類分批加入該廢棄物中。
此外，本發明涉及一種堆肥的制造裝置，其中有具有氧氣供應手段，灑水手段和攪拌手段的發酵槽以及檢測或判斷發酵槽內有機廢棄物的水分含量，根據該檢測或判斷結果通過灑水手段控制灑水量的手段。


圖1是本發明裝置的1種實施方案的側斷面說明圖。
圖2是本發明裝置的1種實施方案的平面說明圖。
圖3表示啤酒糟堆肥時的發酵溫度變化。
圖4表示啤酒糟發酵時排出氣相中胺和氨的濃度。
圖5表示啤酒糟的發酵物中低級脂肪酸的消長。
圖6表示啤酒糟的發酵中纖維素酶活性的消長。
圖7表示啤酒糟堆肥時發酵日數和發酵溫度的變化。
圖8表示啤酒糟發酵時胺類和氨發生量的變化。
圖9表示加入糖類的時間和發酵溫度的變化的關系。
圖10表示分批加入糖類的區域和一起加入糖類區域中氨的生成量。
圖11表示分批加入糖類的區域和一起加入糖類區域的發酵物中所含低級脂肪酸的量。
本發明的有機廢棄物是指食品制造廠、食品加工廠等排出的廢物，例如啤酒廠排出的啤酒糟、水產加工廠排出的魚粕、豆腐廠排出的豆腐渣等殼類糟粕。上述廢棄物中，含有碳水化合物、蛋白質、脂肪等，水分含量通常為55～70％(不過，為利于搬運或再利用，要調整水分含量。)。原料的有機廢棄物的水分含量如果在上述范圍以外，為了進行高效的好氧發酵，必須調整水分含量。
另外，在發酵有機廢棄物時添加的糖類，只要是制造堆肥的種菌能夠利用的均可，優選糖蜜或廢糖蜜。特別優選精制糖時產生的含有糖蜜的廢糖蜜。
作為制造堆肥的種菌，可使用現成的堆肥，也可以使用市售的微生物。
根據本發明，用于堆肥制造的裝置，采用如
圖1和圖2所示的發酵裝置。裝置的主要部位是發酵槽，通常采用開放型發酵槽。該發酵槽中，設置有用于保持發酵原料中氧氣濃度在一定濃度以上的氧氣供應手段和保持原料發酵物中水分處于最佳狀態的灑水手段。此外，為保持槽內繁殖的好氧菌的均勻，具有用于定期攪拌全部發酵原料的攪拌手段。
在堆肥制造過程中，隨著溫度的上升，原料中不可避免的要有水分的蒸發，放置之后好氧發酵不能順利地進行，因此應如前所述，通過灑水裝置適當補充水分。為此，有必要了解發酵中原料的水分含量。因此，本發明的裝置中，可設置檢測發酵槽中原料水分含量的手段以及根據該檢測結果通過灑水裝置控制灑水量的裝置，或者也可以在發酵裝置試運行時測定的相對于溫度對原料的水分含量、發酵持續時間對原料水分含量關系的數據而首先確定水分補充的時間、補充量，以此作為裝置的控制數據設置灑水手段的控制裝置，通過對發酵中的原料的溫度或發酵持續時間進行監視、測定，將該測量數據賦予控制裝置，調控灑水手段，調節原料中的水分含量。
圖1是堆肥制造裝置的側斷面說明圖。圖2是該裝置的平面說明圖。圖中1是開放型發酵槽，2是送氣管，3是送氣鼓風機，4是灑水管，5是攪拌機，6是攪拌葉片。此外，雖然圖中未表示出來，但本發明中，還有通過灑水管4補充原料中水分的灑水裝置，檢測原料中水分含量的檢測手段以及接受該檢測手段的檢測數據調控灑水裝置的調控手段。
作為灑水裝置的調控方法，除上述以外，也有如前述的基于原料溫度或發酵持續時間，存儲以水分補充時間和補充量所示的裝置控制數據的控制手段，測量原料溫度或發酵持續時間，根據上述存儲通過控制手段控制灑水裝置而控制的方法。
以下，參考附圖對本發明進行說明。首先，將原料加入發酵槽，接種種菌，開始發酵。通過在發酵槽的長向往復運動的攪拌機5的轉動的攪拌葉片6對原料全體進行攪拌。對原料全體進行攪拌，使增殖了的好氧菌擴散到整體中。期望在發酵期間每天攪拌2次以上。由此，可使增殖的好氧菌實現均勻。另外，通過送氣扇向原料整體通入氧氣，使氧氣(通常是空氣)在原料整體中得到分散。其結果，向發酵槽內通入氧氣，使發酵槽內原料層的氧氣濃度保持在15％以上，優選17～21％，可使原料整體在好氧條件下進行發酵。
另外，為調節發酵原料的水分含量，通過檢測手段測定原料中的水分含量。將測定值轉達到控制手段，由此決定對原料的灑水量，通過灑水管4的調整進行控制。由此，可保持發酵中原料的水分含量為60±5％。結果，可使好氧菌順利地進行發酵。制造堆肥所需時間，通常為3～4周。
發酵中的原料逐漸帶有粘著性，放置以后與周圍結合，有可能使氧氣不能擴散到原料整體，難于繼續進行好氧發酵。為此，在本發明中，對原料進行攪拌，使團塊粉碎，使氧氣擴散到原料全體。
另外，通過好氧發酵制造堆肥時，由于持續高溫發酵狀態，由于發酵熱量的緣故水分蒸發強烈，有難于維持良好發酵狀態的可能。為此，定期檢查發酵原料的水分，根據檢測的情況決定灑水量，補充不足的水分，使水分含量補充最佳的60±5％。
添加糖類時的添加時間以發酵開始后的發酵狀態作為指標。發酵活躍之后，與此相伴而發熱，發酵溫度激烈上升，在該高溫狀態持續1～2周，1次發酵結束。然后，在之后的大約2周內，在大約20～30℃的發酵溫度下，主要通過放線菌或絲狀菌進行2次發酵，整個發酵過程大約30天，完成堆肥。
1次發酵時，可以認為發酵中的微生物反復進行增殖、菌體增加、活動、增殖的循環。一次性加入時，糖類作為增殖的能量使菌數增加，當糖類用盡之后，由于分解蛋白質或半纖維素產生能量，由于代謝而產生很多胺-氨。而當分次加入時，細菌以糖類作為增殖的能量而增殖，菌體攝取發酵物的蛋白質作為菌體的蛋白質。當糖類沒有之后，增殖暫時停止，發酵溫度降低。此時，再加入糖類，可以認為由于糖類的加入，增殖變得活躍，抑制了胺-氨的生成。此發酵持續進行至發酵物中的蛋白質用盡為止。
以此2周期間為基準，當加入糖類之后也未見溫度上升時，表示1次發酵結束，在此時停止加入糖類。
如此繼續進行發酵，堆肥緩緩增加粘著性，與周圍相粘著形成團塊。然后，通過持續進行攪拌，使堆肥具有規定大小和重量，得到處理性能優良的堆肥。
對此，對以啤酒糟為原料的情況進行說明，所得的堆肥為薄片狀，粒度多為大約5～10mm。因此，撒播堆肥時不會有被風等吹散的顧慮。另外，堆肥粘著性增加的原因，考慮是因為表面的半纖維素、纖維素在發酵過程中分解，生成糖類的緣故。
以下，通過實施例等對本發明進行說明，但并非對本發明構成限制。實施例1啤酒廠產生的啤酒糟(水分67％)約15m3填充入制造堆肥用分發酵槽。該啤酒糟20g懸濁于純水100ml中時，pH5.4。將啤酒糟用裝填機(バケットロ-ダ-)按每次約1m3裝填入寬2m、高1.2m、深13m的批式(バッチ)發酵槽中，將啤酒糟堆肥作為種菌按2％(v/v)添加，混合之后，用攪拌機再充分攪拌，則完成了堆肥的下料。
下料結束后的發酵管理條件，在發酵槽底面間隔60cm平行放置每10cm開有直徑2mm孔的送氣管。該送氣管通過強制送氣鼓風機保持連續進氣，此時發酵槽內的氧氣濃度為15％以上。為保持水分(60±5％)，采用灑水管，在用上述攪拌機攪拌(2次/日)的同時進行灑水。
下料后，在2～3日內發酵槽內的啤酒糟升溫，發酵時的最高溫度可達70℃以上(圖3)。在發酵進行同時，產生氨、胺等氣體，發酵物中可確認有異丁酸、異戊酸、醋酸等生成(圖5)。
之后，送氣同時繼續進行發酵，氨、胺或低級脂肪酸等約2周后幾乎消失(圖4)，發酵溫度也降至40℃以下(圖3)，作為堆肥變為穩定的狀態。因此，此后攪拌次數減少為1次/日，繼續進行送氣，產生絲狀菌或放線菌，纖維素酶的活性上升，促進纖維素等難分解物質的分解(圖6)。
自發酵開始30日后，得到堆肥約7m3。此堆肥為片狀，粒度多為5～10mm左右。試驗例1向啤酒廠產生的啤酒糟(調整為水分含量55～70％)約15m3(7.8噸)中加入作為種菌的堆肥，比例為2％(w/w)，混合后轉移至寬2m、高1.2m、深13m的批式發酵槽中，完成了堆肥的下料。
下料結束后的發酵管理條件，在發酵槽底面間隔60cm平行放置每10cm開有直徑2mm孔的送氣管(直徑5cm)。通過該送氣管向發酵槽內強制進氣。由此，使發酵槽內的氧氣濃度為15％以上。另外，采用灑水管保持水分60±5％，同時為使發酵均勻進行，采用槳式攪拌機攪拌1日2次以上。
為調節發酵狀態，確定糖類分次添加的時間，在測定發酵層中心和底面附近發酵溫度變化的同時，用氣體檢測管測定胺類和氨氣的濃度變化。結果如圖7和圖8所示。
結果可見，啤酒糟的發酵溫度自下料開始后第2日開始急劇上升，3～4日以后，發酵溫度達最高的約70℃，可見發酵在活躍進行。與此同時，胺類和氨氣的產生也很旺盛，可見在發酵初期其發生量與溫度有關。實施例2與試驗例1采用同樣原料進行好氧發酵。即，在1次發酵階段，發酵開始，經過2～3日左右，由于發酵產熱，溫度上升為發酵時的最高溫度65±10℃(圖7)。在此時，向原料整體中加入廢糖蜜(中日本冰糖株式會社制)100kg(相當于原料總量的0.1％左右)。與此同時，補充水分，對原料進行攪拌。此時，發酵溫度情況如圖9所示。圖9表示了自發酵開始第5日間發酵溫度的詳細變化。也就是圖7的發酵溫度圖的部分細節。圖9中，在第3日最初發酵溫度緩慢降低。由此可以判斷是因為由糖分解代謝的分解因能源糖分的減少而減弱。為此，在箭頭A的時間將廢糖蜜100kg加入原料中，由此，由圖9可見發酵再次活化。
另外，在A點發酵溫度急劇下降，如前所述，這是在添加廢糖蜜的同時補充水分并對原料進行攪拌的結果，而且在進行實驗時的外溫下降到10℃也是一個原因。
自A點經過6～8小時后的B點，發酵溫度急劇下降是因為對原料進行攪拌(1日攪拌2次)。然后，下一次添加廢糖蜜的時間是自發酵開始之后第5日。與A點相同，添加廢糖蜜100kg，同時補充水分并對原料攪拌。之后，直至1次發酵結束(約2周時間)每隔2～3天添加廢糖蜜100kg(分次添加區)。約2周后，在1次發酵結束之后，再進行約2周的2次發酵，整個發酵過程約30天，發酵結束。
在發酵期間，測定了氨氣和低級脂肪酸的濃度。結果如
圖10和
圖11所示。為進行比較，對將廢糖蜜在發酵開始時一次性加入的一次性添加區進行了試驗，測試結果也記錄下來。此外，對完全不添加廢糖蜜的無添加區也進行了測定。各成分的測定結果如表1所示。
由圖可見，分次添加區和一次性添加區相比，氨氣的發生量約被抑制了50％。而且，阻礙植物生長的低級脂肪酸的產生量，與一次性添加區相比，也抑制到了一半以下。
另外，就堆肥成分相比較而言，3個試驗區的各指標無顯著性差異，可見添加廢糖蜜對堆肥構成成分無影響。
根據本發明，可以把自食品加工廠排出的有機廢棄物作為堆肥的制造原料而有效利用，而且由于始終處于好氧性狀態進行發酵，在發酵期中抑制了惡臭的產生，同時可以短時間、高效地完成發酵。另外，還提供了抑制了植物生長阻礙因子的低級脂肪酸的產生和蓄積的優質堆肥的制造方法及其裝置。
權利要求
1.堆肥的制造方法，其特征在于，在有機廢棄物中接種好氧性堆肥種菌制造堆肥的時候，在攪拌該廢棄物同時供應氧氣，同時補充水分，使水分含量為60±5％。
2.堆肥的制造方法，其特征在于，在有機廢棄物中接種好氧性堆肥種菌制造堆肥的時候，在發酵開始之后在發酵主要轉變為胺-氨代謝系統之前分次向該廢棄物中加入糖類。
3.堆肥的制造裝置，有具有氧氣供應手段、灑水手段和攪拌手段的發酵槽以及檢測或判斷發酵槽內有機廢棄物的水分含量、根據該檢測或判斷結果通過灑水手段調控灑水量的手段。
全文摘要
本發明提供了堆肥的制造方法，其特征在于，在有機廢棄物中接種好氧性堆肥種菌制造堆肥的時候，在攪拌該廢棄物同時供應氧氣，同時補充水分，使水分含量為60±5%，而且，在有機廢棄物中接種好氧性堆肥種菌制造堆肥的時候，在發酵開始之后在發酵主要轉變為胺－氨代謝系統之前分次向該廢棄物中加入糖類。另外，根據本發明，提供了堆肥的制造裝置，有具有氧氣供應手段，灑水手段和攪拌手段的發酵槽以及檢測或判斷發酵槽內有機廢棄物的水分含量，根據該檢測或判斷結果通過灑水手段調控灑水量的手段。根據本發明，可以把自食品加工廠排出的有機廢棄物經過處理而制造優質堆肥，同時可以抑制惡臭主要原因氨和胺類或者植物生長阻礙因子的低級脂肪酸的產生，可以穩定、短時間地制造堆肥。
文檔編號C05F17/02GK1228070SQ9880072
公開日1999年9月8日 申請日期1998年5月29日 優先權日1997年5月30日
發明者八木橋信治, 栗原利夫, 山下晉司, 小林富二男, 中北保一 申請人:札幌啤酒株式會社