专利名称：堆肥的制造方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及堆肥的制造方法及其装置，具体地说，就是处理由食品加工厂等排出的有机废弃物，短时间制造恶臭少的优质堆肥的方法及其装置。
长久以来，在产生有机废弃物的食品制造业、食品加工业、畜产业等，为有效利用这些废弃物而进行着堆肥，在处理城市垃圾的自治体，为减少体积或将其转变为稳定物质的目的，也在进行着堆肥。特别是食品加工厂等排出的有机废弃物，在从工厂排出的时候多数水分含量很高，在夏季等时候放置时，短期内就会繁殖各种杂菌，在开始腐败的同时，产生主要是腐败臭的恶臭，产生环境保护的问题。
另外，在堆肥的时候，由于废弃物中水分的含量多，发酵槽内产生部分的厌氧环境，在混合存在厌氧菌和好氧菌的状态下进行发酵，发酵效率差，使蛋白质或脂肪等发酵堆肥到稳定为止一般需要几个月。
而且，由于上述的发酵效率差，在制造堆肥时通常伴有以胺类、氨等为主要成分的恶臭，而且还有不能充分发酵的可能，在作为堆肥使用时重新开始发酵，有产生恶臭的可能。此外，堆肥中不能避免有阻碍植物生长的因子低级脂肪酸的蓄积。
作为抑制上述的手段，尝试了利用各种微生物的方法。不过，实际上并未获得满意的效果。
此外，得到的堆肥有时是土壤一样的微粉末，或者存在大量的未分解的纤维类物质等，在装袋、运输、贮存、撒播时处置不方便。特别是微粉末的产品在撒播时容易飞散，不得不选择在无风的天气撒播。
本发明的第1个目的是确立一种堆肥制造方法，可以解决上述以往的问题，在好氧的条件下进行有机废弃物的发酵堆肥化，可以稳定而且短时间的堆肥，在缩短产生恶臭的氨、胺类的时间而且防止恶臭的再发生的同时，抑制阻碍植物生长的因子低级脂肪酸(异丁酸、丁酸、异戊酸、醋酸等)的产生和蓄积。
另外，为改善堆肥撒播时的操作性，有必要制成将其规定的大小和重量。
根据本发明人的研究，发现为实现、维持对堆肥有效的好氧性发酵环境，在发酵时，在保持有机废弃物(以下称为原料)中氧气浓度在规定值以上的同时，必须使原料中的水分含量保持适当量。因此，本发明人经反复研究，发现为保持均匀发酵，在搅拌发酵槽内的所有原料同时，向所有原料普遍地提供氧气，而且补充水分，使原料中水含量保持60±5％，从而使好氧菌实现均匀且良好的发酵。
另外，在以啤酒糟为原料进行好氧发酵的时候，在一次发酵期间，首先酒糟中的少量糖分解，然后由半纤维素、纤维素分解产生的糖作为菌体繁殖的能源而被利用。另一方面，据本发明人的推测，在纤维素分解缓慢的时候，好氧菌通过由蛋白质分解，经氨基酸分解成胺类、氨的代谢途径(以下称为胺、氨代谢系统)获得繁殖的能量。因此，可以认为，将由蛋白质到氨基酸的代谢系统转变为以糖为能源的代谢繁殖系统，就可以抑制恶臭的发生了。
上述推测，可由下述报告证实在该报告中，在发酵初期，一次性加入糖蜜与完全不加入糖蜜的情况相比，可以抑制恶臭的发生。然而，根据本发明人的研究，上述一次性加入方式，由于发酵进行缓慢，不仅有糖代谢，也有蛋白质-氨基酸代谢系统的比较活化的可能，可能不能充分抑制恶臭的产生。
因此，本发明的第2目的，是提供一种方法，为解决上述课题，是控制使好氧发酵以糖分解代谢为主进行发酵，为此，为使好氧发酵不向以蛋白质-氨基酸分解代谢为主转变，按预定时间分次加入糖类，使以糖为主要能源的代谢繁殖系统成为主体进行发酵，从而大幅度地抑制发酵时恶臭的主要原因胺类或氨的产生，而且制造优质的堆肥。
因此，本发明涉及一种堆肥制造方法，其特征在于，在向有机废弃物中接种好氧的堆肥种菌制造堆肥的时候，搅拌该废弃物的同时供应氧气，同时补充水分，使水含量为60±5％。
另外，本发明涉及一种堆肥制造方法，其特征在于，在向有机废弃物中接种好氧的堆肥种菌制造堆肥的时候，在发酵活跃的期间，为使发酵主体以糖分解代谢为主，也就是说在发酵主体在转变为胺-氨代谢系统之前，将糖类分批加入该废弃物中。
此外，本发明涉及一种堆肥的制造装置，其中有具有氧气供应手段，洒水手段和搅拌手段的发酵槽以及检测或判断发酵槽内有机废弃物的水分含量，根据该检测或判断结果通过洒水手段控制洒水量的手段。
图1是本发明装置的1种实施方案的侧断面说明图。
图2是本发明装置的1种实施方案的平面说明图。
图3表示啤酒糟堆肥时的发酵温度变化。
图4表示啤酒糟发酵时排出气相中胺和氨的浓度。
图5表示啤酒糟的发酵物中低级脂肪酸的消长。
图6表示啤酒糟的发酵中纤维素酶活性的消长。
图7表示啤酒糟堆肥时发酵日数和发酵温度的变化。
图8表示啤酒糟发酵时胺类和氨发生量的变化。
图9表示加入糖类的时间和发酵温度的变化的关系。
图10表示分批加入糖类的区域和一起加入糖类区域中氨的生成量。
图11表示分批加入糖类的区域和一起加入糖类区域的发酵物中所含低级脂肪酸的量。
本发明的有机废弃物是指食品制造厂、食品加工厂等排出的废物，例如啤酒厂排出的啤酒糟、水产加工厂排出的鱼粕、豆腐厂排出的豆腐渣等壳类糟粕。上述废弃物中，含有碳水化合物、蛋白质、脂肪等，水分含量通常为55～70％(不过，为利于搬运或再利用，要调整水分含量。)。原料的有机废弃物的水分含量如果在上述范围以外，为了进行高效的好氧发酵，必须调整水分含量。
另外，在发酵有机废弃物时添加的糖类，只要是制造堆肥的种菌能够利用的均可，优选糖蜜或废糖蜜。特别优选精制糖时产生的含有糖蜜的废糖蜜。
作为制造堆肥的种菌，可使用现成的堆肥，也可以使用市售的微生物。
根据本发明，用于堆肥制造的装置，采用如
图1和图2所示的发酵装置。装置的主要部位是发酵槽，通常采用开放型发酵槽。该发酵槽中，设置有用于保持发酵原料中氧气浓度在一定浓度以上的氧气供应手段和保持原料发酵物中水分处于最佳状态的洒水手段。此外，为保持槽内繁殖的好氧菌的均匀，具有用于定期搅拌全部发酵原料的搅拌手段。
在堆肥制造过程中，随着温度的上升，原料中不可避免的要有水分的蒸发，放置之后好氧发酵不能顺利地进行，因此应如前所述，通过洒水装置适当补充水分。为此，有必要了解发酵中原料的水分含量。因此，本发明的装置中，可设置检测发酵槽中原料水分含量的手段以及根据该检测结果通过洒水装置控制洒水量的装置，或者也可以在发酵装置试运行时测定的相对于温度对原料的水分含量、发酵持续时间对原料水分含量关系的数据而首先确定水分补充的时间、补充量，以此作为装置的控制数据设置洒水手段的控制装置，通过对发酵中的原料的温度或发酵持续时间进行监视、测定，将该测量数据赋予控制装置，调控洒水手段，调节原料中的水分含量。
图1是堆肥制造装置的侧断面说明图。图2是该装置的平面说明图。图中1是开放型发酵槽，2是送气管，3是送气鼓风机，4是洒水管，5是搅拌机，6是搅拌叶片。此外，虽然图中未表示出来，但本发明中，还有通过洒水管4补充原料中水分的洒水装置，检测原料中水分含量的检测手段以及接受该检测手段的检测数据调控洒水装置的调控手段。
作为洒水装置的调控方法，除上述以外，也有如前述的基于原料温度或发酵持续时间，存储以水分补充时间和补充量所示的装置控制数据的控制手段，测量原料温度或发酵持续时间，根据上述存储通过控制手段控制洒水装置而控制的方法。
以下，参考附图对本发明进行说明。首先，将原料加入发酵槽，接种种菌，开始发酵。通过在发酵槽的长向往复运动的搅拌机5的转动的搅拌叶片6对原料全体进行搅拌。对原料全体进行搅拌，使增殖了的好氧菌扩散到整体中。期望在发酵期间每天搅拌2次以上。由此，可使增殖的好氧菌实现均匀。另外，通过送气扇向原料整体通入氧气，使氧气(通常是空气)在原料整体中得到分散。其结果，向发酵槽内通入氧气，使发酵槽内原料层的氧气浓度保持在15％以上，优选17～21％，可使原料整体在好氧条件下进行发酵。
另外，为调节发酵原料的水分含量，通过检测手段测定原料中的水分含量。将测定值转达到控制手段，由此决定对原料的洒水量，通过洒水管4的调整进行控制。由此，可保持发酵中原料的水分含量为60±5％。结果，可使好氧菌顺利地进行发酵。制造堆肥所需时间，通常为3～4周。
发酵中的原料逐渐带有粘着性，放置以后与周围结合，有可能使氧气不能扩散到原料整体，难于继续进行好氧发酵。为此，在本发明中，对原料进行搅拌，使团块粉碎，使氧气扩散到原料全体。
另外，通过好氧发酵制造堆肥时，由于持续高温发酵状态，由于发酵热量的缘故水分蒸发强烈，有难于维持良好发酵状态的可能。为此，定期检查发酵原料的水分，根据检测的情况决定洒水量，补充不足的水分，使水分含量补充最佳的60±5％。
添加糖类时的添加时间以发酵开始后的发酵状态作为指标。发酵活跃之后，与此相伴而发热，发酵温度激烈上升，在该高温状态持续1～2周，1次发酵结束。然后，在之后的大约2周内，在大约20～30℃的发酵温度下，主要通过放线菌或丝状菌进行2次发酵，整个发酵过程大约30天，完成堆肥。
1次发酵时，可以认为发酵中的微生物反复进行增殖、菌体增加、活动、增殖的循环。一次性加入时，糖类作为增殖的能量使菌数增加，当糖类用尽之后，由于分解蛋白质或半纤维素产生能量，由于代谢而产生很多胺-氨。而当分次加入时，细菌以糖类作为增殖的能量而增殖，菌体摄取发酵物的蛋白质作为菌体的蛋白质。当糖类没有之后，增殖暂时停止，发酵温度降低。此时，再加入糖类，可以认为由于糖类的加入，增殖变得活跃，抑制了胺-氨的生成。此发酵持续进行至发酵物中的蛋白质用尽为止。
以此2周期间为基准，当加入糖类之后也未见温度上升时，表示1次发酵结束，在此时停止加入糖类。
如此继续进行发酵，堆肥缓缓增加粘着性，与周围相粘着形成团块。然后，通过持续进行搅拌，使堆肥具有规定大小和重量，得到处理性能优良的堆肥。
对此，对以啤酒糟为原料的情况进行说明，所得的堆肥为薄片状，粒度多为大约5～10mm。因此，撒播堆肥时不会有被风等吹散的顾虑。另外，堆肥粘着性增加的原因，考虑是因为表面的半纤维素、纤维素在发酵过程中分解，生成糖类的缘故。
以下，通过实施例等对本发明进行说明，但并非对本发明构成限制。实施例1啤酒厂产生的啤酒糟(水分67％)约15m3填充入制造堆肥用分发酵槽。该啤酒糟20g悬浊于纯水100ml中时，pH5.4。将啤酒糟用装填机(バケットロ-ダ-)按每次约1m3装填入宽2m、高1.2m、深13m的批式(バッチ)发酵槽中，将啤酒糟堆肥作为种菌按2％(v/v)添加，混合之后，用搅拌机再充分搅拌，则完成了堆肥的下料。
下料结束后的发酵管理条件，在发酵槽底面间隔60cm平行放置每10cm开有直径2mm孔的送气管。该送气管通过强制送气鼓风机保持连续进气，此时发酵槽内的氧气浓度为15％以上。为保持水分(60±5％)，采用洒水管，在用上述搅拌机搅拌(2次/日)的同时进行洒水。
下料后，在2～3日内发酵槽内的啤酒糟升温，发酵时的最高温度可达70℃以上(图3)。在发酵进行同时，产生氨、胺等气体，发酵物中可确认有异丁酸、异戊酸、醋酸等生成(图5)。
之后，送气同时继续进行发酵，氨、胺或低级脂肪酸等约2周后几乎消失(图4)，发酵温度也降至40℃以下(图3)，作为堆肥变为稳定的状态。因此，此后搅拌次数减少为1次/日，继续进行送气，产生丝状菌或放线菌，纤维素酶的活性上升，促进纤维素等难分解物质的分解(图6)。
自发酵开始30日后，得到堆肥约7m3。此堆肥为片状，粒度多为5～10mm左右。试验例1向啤酒厂产生的啤酒糟(调整为水分含量55～70％)约15m3(7.8吨)中加入作为种菌的堆肥，比例为2％(w/w)，混合后转移至宽2m、高1.2m、深13m的批式发酵槽中，完成了堆肥的下料。
下料结束后的发酵管理条件，在发酵槽底面间隔60cm平行放置每10cm开有直径2mm孔的送气管(直径5cm)。通过该送气管向发酵槽内强制进气。由此，使发酵槽内的氧气浓度为15％以上。另外，采用洒水管保持水分60±5％，同时为使发酵均匀进行，采用桨式搅拌机搅拌1日2次以上。
为调节发酵状态，确定糖类分次添加的时间，在测定发酵层中心和底面附近发酵温度变化的同时，用气体检测管测定胺类和氨气的浓度变化。结果如图7和图8所示。
结果可见，啤酒糟的发酵温度自下料开始后第2日开始急剧上升，3～4日以后，发酵温度达最高的约70℃，可见发酵在活跃进行。与此同时，胺类和氨气的产生也很旺盛，可见在发酵初期其发生量与温度有关。实施例2与试验例1采用同样原料进行好氧发酵。即，在1次发酵阶段，发酵开始，经过2～3日左右，由于发酵产热，温度上升为发酵时的最高温度65±10℃(图7)。在此时，向原料整体中加入废糖蜜(中日本冰糖株式会社制)100kg(相当于原料总量的0.1％左右)。与此同时，补充水分，对原料进行搅拌。此时，发酵温度情况如图9所示。图9表示了自发酵开始第5日间发酵温度的详细变化。也就是图7的发酵温度图的部分细节。图9中，在第3日最初发酵温度缓慢降低。由此可以判断是因为由糖分解代谢的分解因能源糖分的减少而减弱。为此，在箭头A的时间将废糖蜜100kg加入原料中，由此，由图9可见发酵再次活化。
另外，在A点发酵温度急剧下降，如前所述，这是在添加废糖蜜的同时补充水分并对原料进行搅拌的结果，而且在进行实验时的外温下降到10℃也是一个原因。
自A点经过6～8小时后的B点，发酵温度急剧下降是因为对原料进行搅拌(1日搅拌2次)。然后，下一次添加废糖蜜的时间是自发酵开始之后第5日。与A点相同，添加废糖蜜100kg，同时补充水分并对原料搅拌。之后，直至1次发酵结束(约2周时间)每隔2～3天添加废糖蜜100kg(分次添加区)。约2周后，在1次发酵结束之后，再进行约2周的2次发酵，整个发酵过程约30天，发酵结束。
在发酵期间，测定了氨气和低级脂肪酸的浓度。结果如
图10和
图11所示。为进行比较，对将废糖蜜在发酵开始时一次性加入的一次性添加区进行了试验，测试结果也记录下来。此外，对完全不添加废糖蜜的无添加区也进行了测定。各成分的测定结果如表1所示。
由图可见，分次添加区和一次性添加区相比，氨气的发生量约被抑制了50％。而且，阻碍植物生长的低级脂肪酸的产生量，与一次性添加区相比，也抑制到了一半以下。
另外，就堆肥成分相比较而言，3个试验区的各指标无显著性差异，可见添加废糖蜜对堆肥构成成分无影响。
根据本发明，可以把自食品加工厂排出的有机废弃物作为堆肥的制造原料而有效利用，而且由于始终处于好氧性状态进行发酵，在发酵期中抑制了恶臭的产生，同时可以短时间、高效地完成发酵。另外，还提供了抑制了植物生长阻碍因子的低级脂肪酸的产生和蓄积的优质堆肥的制造方法及其装置。
权利要求
1.堆肥的制造方法，其特征在于，在有机废弃物中接种好氧性堆肥种菌制造堆肥的时候，在搅拌该废弃物同时供应氧气，同时补充水分，使水分含量为60±5％。
2.堆肥的制造方法，其特征在于，在有机废弃物中接种好氧性堆肥种菌制造堆肥的时候，在发酵开始之后在发酵主要转变为胺-氨代谢系统之前分次向该废弃物中加入糖类。
3.堆肥的制造装置，有具有氧气供应手段、洒水手段和搅拌手段的发酵槽以及检测或判断发酵槽内有机废弃物的水分含量、根据该检测或判断结果通过洒水手段调控洒水量的手段。
全文摘要
本发明提供了堆肥的制造方法，其特征在于，在有机废弃物中接种好氧性堆肥种菌制造堆肥的时候，在搅拌该废弃物同时供应氧气，同时补充水分，使水分含量为60±5%，而且，在有机废弃物中接种好氧性堆肥种菌制造堆肥的时候，在发酵开始之后在发酵主要转变为胺－氨代谢系统之前分次向该废弃物中加入糖类。另外，根据本发明，提供了堆肥的制造装置，有具有氧气供应手段，洒水手段和搅拌手段的发酵槽以及检测或判断发酵槽内有机废弃物的水分含量，根据该检测或判断结果通过洒水手段调控洒水量的手段。根据本发明，可以把自食品加工厂排出的有机废弃物经过处理而制造优质堆肥，同时可以抑制恶臭主要原因氨和胺类或者植物生长阻碍因子的低级脂肪酸的产生，可以稳定、短时间地制造堆肥。
文档编号C05F17/02GK1228070SQ9880072
公开日1999年9月8日 申请日期1998年5月29日 优先权日1997年5月30日
发明者八木桥信治, 栗原利夫, 山下晋司, 小林富二男, 中北保一 申请人:札幌啤酒株式会社