(57)【要約】【課題】災害等で停電及び上下水管が損傷した場合であっても、水洗トイレを自立運転させることができる水洗トイレシステムを提供する。【解決手段】水洗トイレシステム１０は、バイオガス原料を貯留する原料槽２０と、トイレ６８の使用で生じた汚水を中水と汚泥とに分離する第２汚水処理手段３８と、バイオガス原料及び汚泥を発酵させてバイオガスを発生させる発酵槽２２と、中水をトイレ６８に供給するポンプ６６と、バイオガスを用いて電力を生成し、第２汚水処理手段３８とポンプ６６に電力を供給する発電機２４と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオガス原料を貯留する原料槽と、
トイレの使用で生じた汚水を中水と汚泥とに分離する汚水処理手段と、
前記バイオガス原料及び前記汚泥を発酵させてバイオガスを発生させる発酵槽と、
前記中水を前記トイレに供給するポンプと、
前記バイオガスを用いて電力を生成し、前記汚水処理手段と前記ポンプに前記電力を供給する発電機と、
を有する水洗トイレシステム。
【請求項２】
前記汚水処理手段によって分離された前記汚泥を濃縮する汚泥濃縮手段をさらに有する、請求項１に記載の水洗トイレシステム。
【請求項３】
前記発電機で前記電力を生成した際の廃熱を用いて前記発酵槽を加温する加温装置をさらに有する、請求項１又は２に記載の水洗トイレシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水洗トイレシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、トイレの排水を生物学的に処理して処理水と汚泥とに分離し、処理水を水洗水として循環させることで、トイレの排水を水洗水として再利用するトイレシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２０４６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されているトイレシステムでは、汚泥を発酵させてメタンガスを発生させ、このメタンガスを改質して得た水素ガスを燃料電池の燃料とすることにより、ポンプ等の機器類の電力を得ている。しかし、汚泥の発酵によって得られるメタンガスは量が少ないため、ポンプ等の機器類を稼働させるだけの十分な電力を得ることはできず、トイレを自立運転させることが難しかった。
【０００５】
本発明は上記事実に鑑み、災害等で停電及び上下水管が損傷した場合であっても、水洗トイレを自立運転させることができる水洗トイレシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の水洗トイレシステムは、バイオガス原料を貯留する原料槽と、トイレの使用で生じた汚水を中水と汚泥とに分離する汚水処理手段と、前記バイオガス原料及び前記汚泥を発酵させてバイオガスを発生させる発酵槽と、前記中水を前記トイレに供給するポンプと、前記バイオガスを用いて電力を生成し、前記汚水処理手段と前記ポンプに前記電力を供給する発電機と、を有する。
【０００７】
上記構成によれば、原料槽に貯留されているバイオガス原料を発酵させてバイオガスを発生させることで、バイオガスから電力を生成することができる。この電力を用いてトイレの使用で生じた汚水を汚水処理手段によって中水と汚泥とに分離し、ポンプで中水をトイレに供給することで、中水をトイレ用水として再利用するとともに、汚泥をバイオガス原料として利用することができる。これにより、災害等で停電及び上下水管が損傷した場合であっても、水洗トイレを自立運転することができる。
【０００８】
請求項２に記載の水洗トイレシステムは、請求項１に記載の水洗トイレシステムであって、前記汚水処理手段によって分離された前記汚泥を濃縮する汚泥濃縮手段をさらに有する。
【０００９】
上記構成によれば、汚水処理手段によって分離された汚泥を、汚泥濃縮手段によってさらに濃縮することで、汚泥を発酵させてバイオガスを発生させる際の効率を高めることができる。
【００１０】
請求項３に記載の水洗トイレシステムは、請求項１又は２に記載の水洗トイレシステムであって、前記発電機で前記電力を生成した際の廃熱を用いて前記発酵槽を加温する加温装置をさらに有する。
【００１１】
上記構成によれば、発電機で電力を生成した際の廃熱を利用して発酵槽を加温することで、廃熱を有効活用することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る建物によれば、災害等で停電及び上下水管が損傷した場合であっても、水洗トイレを自立運転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態の一例に係る水洗トイレシステムの全体図である。
【図２】実施形態の一例に係る水洗トイレシステムの平常時における処理手順を示すフロー図である。
【図３】実施形態の一例に係る水洗トイレシステムの災害時における処理手順を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態の一例における水洗トイレシステムについて、図１〜図３を用いて説明する。
【００１５】
（平常時のフロー）
まず、図１及び図２を用いて、本実施形態の水洗トイレシステム１０の構成、及び平常時の処理手順（平常運転モード）について説明する。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態の水洗トイレシステム１０は、例えば高層建物等の構造物１２内に設けられており、大きく分けて発電システム１４と汚水処理システム１６とを有している。発電システム１４は、スクリーン１８と、原料槽２０と、発酵槽２２と、発電機２４と、を有している。
【００１７】
構造物１２内の厨房施設等で発生した水分を含んだ厨芥（以下、「有機廃棄物」と称する。）は、まず、スクリーン１８に送られる。なお、厨房施設には、例えばディスポーザ２６が設置されており、有機廃棄物はディスポーザ２６によって粉砕された状態でスクリーン１８へと送られる。
【００１８】
スクリーン１８は一定の大きさの複数の間隙を有しており、スクリーン１８では、有機廃棄物が間隙よりも大きい固形成分と、間隙よりも小さい微小固形成分及び水分とに分離される。また、スクリーン１８で分離された有機廃棄物の間隙よりも大きい固形成分は、バイオガス原料として、スクリーン１８の下流に設けられた原料槽２０で貯留される。
【００１９】
原料槽２０には、有機廃棄物（バイオガス原料）の量（水位）を検出する図示しない水位計と、原料槽２０に貯留されている有機廃棄物を発酵槽２２に供給するポンプ２８とが設けられており、常に一定量（例えば３日分〜７日分）の有機廃棄物が原料槽２０に貯留された状態となるよう発酵槽２２に供給される有機廃棄物の量が調整されている。
【００２０】
発酵槽２２では、バイオガス原料としての有機廃棄物を発酵させることで、メタンを含む可燃ガス（以下、「バイオガス」と称する。）が生成される。なお、発酵槽２２内は、加温装置３０によって高温発酵の場合は５０℃〜６０℃、中温発酵の場合は３０℃〜４０℃の発酵に適した温度条件に保たれている。
【００２１】
生成されたバイオガスは発電機２４へと送られ、発酵後に残る水（残渣水）は、排出弁３２を経由して後述する第１汚水処理手段３６の水処理槽４６に送られる。なお、排出弁３２は三方弁とされており、排出弁３２には発酵槽２２と後述する調整槽３４とを連通する連通路３３が接続されている。
【００２２】
発電機２４では、発酵槽２２から供給されたバイオガスを燃焼させることで、電力が生成される。生成された電力は、ポンプ２８や後述する第２汚水処理手段３８のブロワ６２、ポンプ６６等に供給される。また、発電時に生じた廃熱は、加温装置３０に供給されて発酵槽２２の加温に用いられる。
【００２３】
汚水処理システム１６は、調整槽３４と、第１汚水処理手段３６と、第２汚水処理手段３８と、汚水槽４０と、を有している。
【００２４】
構造物１２内の厨房施設の洗い場４２等からの有機廃棄物を含む排水、及びスクリーン１８で分離された有機廃棄物の微小固形成分及び水分は、調整槽３４に貯留される。また、調整槽３４に貯留された排水等は、第１汚水処理手段３６で処理される。本実施形態では、第１汚水処理手段３６は、例えば浮上槽４４と水処理槽４６とを有している。
【００２５】
浮上槽４４では、加圧浮上方式によって排水に含まれる汚泥を浮上させて分離する。具体的には、図示しない加圧ポンプによって浮上槽４４内の排水中に空気を圧縮溶解させ、微細気泡に排水中の汚泥を付着させて浮上させる。分離された汚泥は、図示しない吸引ポンプによって吸引されて原料槽２０に送られ、バイオガス原料として利用される。
【００２６】
一方、浮上槽４４内に残った排水は、水処理槽４６に送られる。水処理槽４６には、微生物が付着した担体４６Ａが保持されており、水処理槽４６で排水が生物学的に処理される。処理された排水は、排出弁４８を経由して下水に放流される。
【００２７】
なお、第１汚水処理手段３６は、浮上槽４４及び水処理槽４６以外の槽を有していてもよく、また、浮上槽４４を複数設けて排水中の汚泥を段階的に分離してもよい。さらに、加圧浮上方式ではなく自然浮上方式又は沈殿方式によって汚泥を分離してもよい。第１汚水処理手段３６による排水の処理方法は、上記方法には限られず、他の公知の好気性処理法等を用いることができる。
【００２８】
構造物１２内の洗面台５０等からの雑排水は、スクリーン５２によってゴミ等の大きな固形物が取除かれた後、第２汚水処理手段３８で処理される。本実施形態では、第２汚水処理手段３８は、膜分離活性汚泥法によって汚水を処理する構成とされており、例えば一時貯留槽５４と、無酸素槽５６と、膜分離槽５８と、を有している。
【００２９】
洗面台５０等からの雑排水は、一時貯留槽５４で一時的に貯留された後、無酸素槽５６で脱窒処理され、膜分離槽５８で生物学的に処理されて中水と汚泥とに分離される。膜分離槽５８には、微細な孔を有する分離膜６０と、ブロワ６２に接続された散気管６４とが設けられており、ブロワ６２によって散気管６４を介して膜分離槽５８内に空気を供給することで、微生物が活性化され、膜分離槽５８内の雑排水の処理が促進される。
【００３０】
なお、第２汚水処理手段３８は、他の公知の好気性処理法等によって汚水を処理する構成とされていてもよく、一時貯留槽５４、無酸素槽５６、及び膜分離槽５８以外の槽を有していてもよい。
【００３１】
分離膜６０によってろ過された中水は、ポンプ６６によってトイレ６８に供給され、トイレ用水として利用される。なお、トイレ６８には、導入弁７０が設けられた雨水導入路７２が接続されており、雨水導入路７２から導入された雨水が中水とともにトイレ用水として利用可能とされている。
【００３２】
一方、第２汚水処理手段３８の一時貯留槽５４、無酸素槽５６、及び膜分離槽５８の底に堆積した汚泥は、排出弁７４を経由して調整槽３４に送られる。なお、排出弁７４は三方弁とされており、排出弁７４には加圧浮上装置７６を経由して第２汚水処理手段３８と原料槽２０とを連通する連通路７８が接続されている。
【００３３】
また、構造物１２内のトイレ６８の使用で生じた汚水は、汚水槽４０に一時的に貯留され、排出弁８０を経由して下水に放流される。排出弁８０は三方弁とされており、排出弁８０にはスクリーン５２を経由して汚水槽４０と第２汚水処理手段３８とを連通する連通路８２が接続されている。
【００３４】
なお、本実施形態の水洗トイレシステム１０は、上記のポンプ２８、６６やブロワ６２、導入弁７０、排出弁３２、４８、７４、８０等を制御する図示しない制御装置を有しており、この制御装置によって平常運転モードと災害運転モードとに切替可能とされている。
【００３５】
（災害時のフロー）
次に、図１及び図３を用いて本実施形態の水洗トイレシステム１０の災害時の処理手順（災害運転モード）について説明する。
【００３６】
災害等で停電及び上下水管が損傷した場合、本実施形態の水洗トイレシステム１０は、災害運転モードに切替えられる。具体的には、制御装置によって導入弁７０及び排出弁４８を閉じるとともに、排出弁３２、７４、８０を切替える。これにより、汚水（排水）が下水へ放流されることを防ぐとともに、図１及び図３に点線矢印で示すように、処理ルートが変更される。
【００３７】
原料槽２０には、常に一定量の有機廃棄物がバイオガス原料として貯留されている。このため、災害等で停電した場合、まず、原料槽２０に貯留されている有機廃棄物を発酵槽２２で発酵させてバイオガスを生成し、生成されたバイオガスを発電機２４で燃料させて電力を生成する。
【００３８】
そして、発電機２４で生成された電力を、ポンプ２８、６６や第２汚水処理手段３８のブロワ６２等の水洗トイレシステム１０の機能維持に必要な機器類に供給することで、機器類を稼働させる。また、発電時に生じた廃熱は、加温装置３０に供給されて発酵槽２２の加温に用いられる。なお、発酵後に残る水（残渣水）は、連通路３３を経由して調整槽３４に送られ、調整槽３４に貯留される。
【００３９】
一方、構造物１２内のトイレ６８の使用で生じた汚水は、汚水槽４０に一時的に貯留された後、連通路８２及びスクリーン５２を経由して第２汚水処理手段３８に送られ、第２汚水処理手段３８で生物学的に処理されて中水と汚泥とに分離される。
【００４０】
分離された中水は、ポンプ６６によってトイレ６８に供給され、トイレ用水として利用される。また、分離された汚泥は、連通路７８を経由して加圧浮上装置７６に送られる。加圧浮上装置７６は、汚泥濃縮手段の一例であり、前述した加圧浮上方式によって汚泥から水分を分離することで、汚泥を濃縮する。加圧浮上装置７６によって濃縮された汚泥（濃縮汚泥）は、図示しない吸引ポンプによって吸引されて原料槽２０に送られ、バイオガス原料として利用される。
【００４１】
（作用及び効果）
本実施形態の水洗トイレシステム１０によれば、発電システム１４において、原料槽２０に貯留されているバイオガス原料を発酵させてバイオガスを発生させ、バイオガスから電力を生成することで、水洗トイレシステム１０の機能維持に必要な機器類の電力を自給することができる。
【００４２】
特に本実施形態によれば、常に一定量の有機廃棄物がバイオガス原料として原料槽２０に貯留されているため、災害等で停電した場合であっても、電力が復旧するまでの間（例えば３日〜７日）、バイオガス原料を用いて必要な電力を継続して生成することができる。これにより、他の非常用発電機等に頼ることなく、水洗トイレシステム１０の機器類を稼働させることができる。
【００４３】
また、本実施形態の水洗トイレシステム１０によれば、災害運転モードに切替えることで、汚水処理システム１６において、トイレ６８の使用で生じた汚水を中水と汚泥とに分離することができる。
【００４４】
このため、災害等で上水管が損傷して断水した場合、及び下水管が損傷して汚水を放流できない場合であっても、分離した中水をポンプ６６でトイレ６８に供給することで、中水をトイレ用水として再利用するとともに、分離した汚泥をバイオガス原料として利用することができる。すなわち、本実施形態の水洗トイレシステム１０によれば、災害等で停電及び上下水管が損傷した場合であっても、水洗トイレを自立運転することができる。
【００４５】
また、本実施形態の水洗トイレシステム１０によれば、災害運転モードにおいて、第２汚水処理手段３８で分離された汚泥は、加圧浮上装置７６によって濃縮された後、バイオガス原料として原料槽２０に供給される。これにより、汚泥を発酵させてバイオガスを発生させる際の効率を高めることができる。
【００４６】
さらに、本実施形態の水洗トイレシステム１０によれば、発電機２４で電力を生成した際の廃熱を加温装置３０に供給し、廃熱を用いて発酵槽２２を加温する。このため、加温用の熱源を別途用意する必要がなく、廃熱を有効活用することができる。
【００４７】
また、本実施形態の水洗トイレシステム１０によれば、構造物１２内の厨房施設等で発生した厨芥をバイオガス原料として用いている。このため、バイオガス原料として他の固形燃料等を貯蔵しておく必要がなく、また、腐敗性の厨芥（生ごみ）を構造物１２内で燃焼させて処理することができるため、衛生状態の悪化を抑制することができる。
【００４８】
（その他の実施形態）
以上、本発明について実施形態の一例を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能である。
【００４９】
例えば、上記実施形態では、災害運転モードにおいて、第２汚水処理手段３８で分離された汚泥は、汚泥濃縮手段としての加圧浮上装置７６によって濃縮された後、原料槽２０に供給されていた。
【００５０】
しかし、加圧浮上装置７６は設けられていなくてもよく、第２汚水処理手段３８で分離された汚泥がそのまま原料槽２０に供給される構成とされていてもよい。また、汚泥濃縮手段は加圧浮上装置７６には限られず、自然浮上方式又は沈殿方式で汚泥を濃縮する構成とされていてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、構造物１２内の厨房施設等で発生した厨芥をバイオガス原料として用いていた。しかし、バイオガス原料は厨芥には限られず、例えば厨芥以外の有機物（例えば、廃油、剪定枝、紙、木質ペレット等）を構造物１２内に貯蔵しておき、災害時にそれらを原料槽２０に供給し、厨芥とともにバイオガス原料として使用する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１０          水洗トイレシステム
２０          原料槽
２２          発酵槽
２４          発電機
３０          加温装置
３８          第２汚水処理手段（汚水処理手段）
６６          ポンプ
６８          トイレ
７６          加圧浮上装置（汚泥濃縮装置の一例）
【図１】
2020012340.tif 000003
【図２】
2020012340.tif 000004
【図３】
2020012340.tif 000005