(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気供給口と排気口とを有し、有機汚泥を収納して有機汚泥を発酵させる発酵槽と、
発酵槽の空気供給口に接続され、発酵槽へ空気を供給する通気装置と、
通気装置の入側または出側に配置され、発酵槽へオゾンを注入するオゾン発生装置と、
を備え、
発酵槽の排気口に、排気口からの排気ガス中に水を注入する水注入機構を設け、
発酵槽の入側と、水注入機構の出側との間に、空気を発酵槽を経ないで水注入機構の出側へバイパスするバイパス経路を設けたことを特徴とする発酵処理装置。
【請求項２】
空気供給口と排気口とを有し、有機汚泥を収納して有機汚泥を発酵させる発酵槽と、
発酵槽の空気供給口に接続され、発酵槽へ空気を供給する通気装置と、
通気装置の入側または出側に配置され、発酵槽へオゾンを注入するオゾン発生装置と、
発酵槽内に設けられ有機汚泥を撹拌する撹拌装置と、
発酵槽の排気口と通気装置の入側との間に設けられ、排気口からの排ガスを通気装置を出側へ戻す循環経路と、
発酵槽の排気口に設けられ、排気口からの排気ガス中に水を注入する水注入機構と、
水注入機構の出側に設けられ、排気ガスに紫外線を照射して残留オゾンを分解する紫外線照射装置と、
発酵槽、通気装置、オゾン発生装置、循環経路、水注入機構および紫外線照射装置を覆う収納容器と、
を備えたことを特徴とする発酵処理装置。
【請求項３】
発酵槽の入側と、水注入機構の出側との間に、空気を発酵槽を経ないで水注入機構の出側へバイパスするバイパス経路を設けたことを特徴とする請求項２記載の発酵処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水処理場、浄化槽、農業集落排水処理施設で生成する有機汚泥を発酵処理し、有機肥料を製造する発酵処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より下水汚泥、畜産汚泥に代表される有機汚泥に対しては、脱水後埋め立て、焼却、海洋投棄等の処理がなされてきた。しかし、処分用地の不足のため、処理費用が高くなってきている。また、埋め立てや、海洋投棄は地球環境保全上ふさわしい方法とはいえない。
【０００３】
一般に、有機汚泥は生物細菌を含むため、バイオマス資源として再利用が可能であり、その一方法として有機汚泥を発酵させ有機肥料として緑地、農地に還元する方法が近年注目されている。
【０００４】
有機汚泥を発酵し有機肥料化する方法としては、下水汚泥、浄化槽、農業集落排水処理施設で生成する有機汚泥を汚泥乾燥機で脱水、乾燥し、微生物による発酵に適した含水率６０％程度に調整して、通気性の良好な発酵室に保管して発酵させる方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の方法では、有機汚泥を発酵させ有機肥料化するために、約１ケ月の時間を要するという問題点がある。また、有機汚泥の発酵に伴い強烈な悪臭を放つメルカプタン等の硫黄化合物、アンモニア、窒素酸化物等の臭気成分が発生するため、発酵室内で作業する作業員の効率を低下させたり、周囲環境を悪化させるという問題点がある。
【０００６】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、有機汚泥の発酵を促進し、肥料化に要する時間を短縮するとともに、発酵に伴い発生する臭気成分が外方へ排出することを防止できる発酵処理装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、空気供給口と排気口とを有し、有機汚泥を収納して有機汚泥を発酵させる発酵槽と、発酵槽の空気供給口に接続され、発酵槽へ空気を供給する通気装置と、通気装置の入側または出側に配置され、発酵槽へオゾンを注入するオゾン発生装置と、を備え、発酵槽の排気口に、排気口からの排気ガス中に水を注入する水注入機構を設け、発酵槽の入側と、水注入機構の出側との間に、空気を発酵槽を経ないで水注入機構の出側へバイパスするバイパス経路を設けたことを特徴とする発酵処理装置である。
【０００８】
本発明によれば、通気装置により空気供給口を介して発酵槽内へ空気を供給することができるので、発酵槽内において有機汚泥の発酵効率を向上させて有機肥料化までの所要時間を短縮することができる。また、発酵槽内において、発酵過程で有機汚泥から発生する臭気成分をオゾン発生装置から注入されるオゾンにより分解、除去することができるため、排気口から排出される排気ガスによって周囲環境を悪化させることはない。
【０００９】
また本発明は、空気供給口と排気口とを有し、有機汚泥を収納して有機汚泥を発酵させる発酵槽と、発酵槽の空気供給口に接続され、発酵槽へ空気を供給する通気装置と、通気装置の入側または出側に配置され、発酵槽へオゾンを注入するオゾン発生装置と、発酵槽内に設けられ有機汚泥を撹拌する撹拌装置と、発酵槽の排気口と通気装置の入側との間に設けられ、排気口からの排ガスを通気装置を出側へ戻す循環経路と、発酵槽の排気口に設けられ、排気口からの排気ガス中に水を注入する水注入機構と、水注入機構の出側に設けられ、排気ガスに紫外線を照射して残留オゾンを分解する紫外線照射装置と、発酵槽、通気装置、オゾン発生装置、循環経路、水注入機構および紫外線照射装置を覆う収納容器と、を備えたことを特徴とする発酵処理装置である。
【００１０】
本発明によれば、発酵槽、通気装置、オゾン発生装置、循環経路、水注入機構および紫外線照射装置は収納容器内に収納されているので、全体の設置スペースをコンパクトにすることができる。また排気ガスが周囲に放出されることを防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
以下、図面を参照して本発明による発酵処理装置の第１の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明による発酵処理装置の第１の実施の形態を示す図である。
【００１３】
図１に示すように、発酵処理装置は空気供給口７と排気口８とを有し、有機汚泥４を収納して有機汚泥４を発酵させる発酵槽１と、発酵槽１の空気供給口７に接続され発酵槽１へ空気を供給する通気装置２と、通気装置２と発酵槽１との間の空気供給経路２ａに（通気装置２の出側に）接続され発酵槽１へオゾンを注入するオゾン発生装置３とを備えている。また発酵槽１には、有機汚泥４を発酵槽１内へ投入するための汚泥投入口５と、発酵が完了し有機肥料化して汚泥を発酵槽１外方へ取出すための汚泥排出口６とが各々設けられている。さらにオゾン発生装置３は、図示しない放電管を有している。
【００１４】
図１において、下水、浄化槽、農業集落排水処理施設等から回収され、汚泥乾燥機等で脱水、乾燥し、微生物による発酵に適した含水率６０％程度に調整された有機汚泥４が汚泥投入口５から発酵槽１内へ投入され、有機汚泥４内に生息している好気性菌によって発酵反応が行われる。このとき、好気性菌が活発し発酵反応を行なうため必要な空気は、通気装置２によって常時空気供給口７から発酵槽１内へ供給される。
【００１５】
また、好気性菌による発酵反応の際には臭気成分、例えば（ｉ）  アンモニア等と、（ｉｉ）微量でも強烈な悪臭を発するメチルメルカプタン等の硫黄化合物とからなる臭気成分が発生する。
【００１６】
一方、通気装置２からの供給空気は、オゾン発生装置３からオゾンが注入される。このオゾンは、強力な酸化力を発揮することが知られており、発酵反応に伴って発生した臭気成分の内、特に微量でも悪臭を発するメチルメルカプタン等の硫黄化合物がオゾンの酸化反応により分解除去される。
【００１７】
このように本実施の形態によれば、通気装置２により、有機汚泥の発酵に必要な酸素を含む空気が常時強制的に発酵槽１内に供給されるので、発酵槽１内での発酵反応が良好に行われる。このため発酵槽１内で汚染を有機肥料化するために要する時間を短縮することができ、さらに発酵反応に伴って発生する臭気成分が、オゾン発生装置３から注入されるオゾンにより分解除去されるので、臭気成分の周囲環境への拡散を防止することができる。
【００１８】
第２の実施の形態
次に図２により本発明による実施形態について説明する。図２に示す第２の実施形態は、通気装置２と空気供給口７との間の空気供給経路２ａにオゾン発生装置３を設置したものであり、オゾン発生装置３は内部にオゾン発生ランプ９を複数本有している。各オゾン発生ランプ９は、上側と下側が互い違いに開放された仕切り板１０によって仕切られ、単パスの流路が形成され、このため、空気はオゾン発生ランプ９の発光面に沿って流れるようになっている。
【００１９】
図２において、その他の構成は図１に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００２０】
図２において、図１に示す第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２１】
図２において、オゾン発生装置３のオゾン発生ランプ９は、波長１８５ｎｍの紫外線を発光するランプであって、空気中の酸素分子の一部を解離してオゾンを生成する。このようにオゾン発生装置３がオゾン発生ランプ９を有するので、従来の放電等を利用したオゾン発生装置に比べて安価にオゾンを得ることができる。また発光特性の低下したランプ９を交換することにより発酵処理装置のメンテナンスを簡略化することができる。
【００２２】
第３の実施の形態
次に図３により本発明による第３の実施形態について説明する。図３に示す第３の実施形態は、発酵槽１内に装置１１を設けたものであり、この撹拌装置１１は撹拌パドル軸管１４と、撹拌パドル軸管１４に固着されたパドル１１ａとからなり、撹拌装置１１の撹拌パドル軸管１４は発酵槽１の下部に設置された駆動用モータ１２とベルト１３によって連結されている。
【００２３】
図３において、その他の構成は図２に示す第２の実施形態と略同一である。
【００２４】
図３において、図２に示す第２の実施形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２５】
図３において、発酵槽１に収納された有機汚泥４は、撹拌装置１１のパドル１１ａによって撹拌され、好気性菌による発酵反応に必要な酸素を含む空気が有機汚泥４全体にまんべんなく供給される。このため有機汚泥４全体を均一に発酵させることができ、有機肥料化するまでの時間を短縮することができる。
【００２６】
さらに、空気供給口７から供給される空気には、オゾン発生装置３で発生したオゾンが含まれており、有機汚泥４の発酵反応に伴い発生する臭気成分をこのオゾンによる酸化分解反応によって除去する。この場合、有機汚泥４がパドル１１ａによって撹拌され、発酵反応に伴って発生した臭気成分は、有機汚泥４の堆積層内に閉じ込められることなく排出される。このためオゾンによる酸化分解反応の効率を向上させることができる。オゾンは濃度が増加すると人体に悪影響を及ぼすことが知られているが、本実施形態によれば、注入されたオゾンを有効に消費できるので、外方へ排出されるオゾン量を軽減することができる。
【００２７】
なお、図３において、撹拌パドル軸管１４は中空管となっているが、撹拌パドル軸管１４の代わりに中実棒を用いてもよい。
【００２８】
第４の実施の形態
次に図４により本発明による第４の実施形態について説明する。図４に示す第４の実施形態は、撹拌装置１１が中空管状の撹拌パドル軸管１４を有し、撹拌パドル軸管１４に空気吹出しノズル１５を複数設けたものである。撹拌パドル軸管１４は、軸受け１６を介して空気供給口７と連通している。
【００２９】
図４において、その他の構成は図３に示す実施形態と略同一である。
【００３０】
図４において、図３に示す第３の実施形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３１】
図４において、通気装置２により送られる空気は、オゾン発生装置３、および空気供給口７を経て撹拌パドル軸管１４へ送られる。その後、空気は撹拌パドル軸管１４の空気吹出しノズル１５を通って発酵槽１内へ供給され、排気口８から発酵槽１の外方へ排出される。
【００３２】
この間、好気性菌による発酵反応に必要な酸素と、臭気成分を酸化分解するのに必要なオゾンを含む空気は、撹拌パドル軸管１４に形成された吹出しノズル１５から有機汚泥４の堆積層内部へ直接供給される。このため、有機汚泥４の発酵反応の効率を高め、有機汚泥４の有機肥料化するために要する時間を短縮することができる。このため注入されたオゾンを効率的に酸化分解反応により消費することができ、これによりオゾンの排出量を低減することができる。
【００３３】
第５の実施の形態
次に図５および図６により本発明による第５の実施形態について説明する。図５に示す第５の実施形態は、オゾン発生装置３を通気装置２の入側の空気供給経路２ａに設置するとともに、発酵槽１の排気口８を出た排気空気の一部を分岐してオゾン発生装置３と通気装置２の間の空気供給経路２ａに戻るように循環経路１７を設けたものである。発酵槽１の排気口８の出側において、循環経路１７と分岐する排気経路１９には、排気ファン１８が設置されでいる。また、循環経路１７と、排気経路１９と、オゾン発生装置３の入側の空気供給経路２ａにはそれぞれ流量調整バルブ２０が設置されており、発酵槽１から排出された空気のほとんどが循環経路１７を通って通気装置２の入側へ戻されるように各流量調整バルブ２０の開度が調整される。また、オゾン発生装置３を通る空気量と、排気経路１９を通る排気ガスの量は同一になっており、その量は好気性菌による有機汚泥４の発酵に必要な酸素量を供給できる程度となっている。さらに、オゾン発生装置３から供給されるオゾン量は、発酵槽１内で臭気成分の酸化分解反応に使われたオゾン量を補充する程度とする。
【００３４】
図５において他の構成は、図４に示す第４の実施形態と略同一である。図５において、図４に示す第４の実施形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３５】
他方図６はオゾンによる臭気成分の酸化分解反応の時間的特性を示している。図６において横軸は経過時間を示しており、縦軸は臭気成分の官能臭気強度を示している。
【００３６】
図６に示すように、オゾンによる臭気成分の酸化分解反応は比較的遅く、数十秒単位で進行する反応である。このため、発酵槽１に供給されるオゾンを含む空気をすぐに排気すると、十分に臭気成分との酸化分解反応に使わないままオゾンを無駄に外方へ排出してしまうことになる。
【００３７】
これに対して本実施形態によれば、オゾンと臭気成分を含む空気を発酵槽１の入側と出側との間で循環することにより、臭気成分の酸化分解反応に必要な時間を確保することができる。このため注入したオゾンを有効に酸化分解反応させるために使うことができ、より確実に臭気成分を分解除去することができる。従って、排気経路１９から外方へ排出される排気ガス中のオゾン量を大幅に低減することができる。
【００３８】
第６の実施の形態
次に図７により本発明による第６の実施形態について説明する。図７に示す第６の実施形態は、オゾン発生装置３を通気装置２の入側の空気供給経路２ａに設置する代わりに、循環経路１７に設置したものであり、他の構成は図５に示す第５の実施形態と略同一である。
【００３９】
図７において、図５に示す第５の実施形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４０】
図７において、発酵槽１から排出された空気の大部分を循環経路１７を通すことにより、臭気成分を含む空気とオゾンを発酵槽１の入側と出側との間で循環させ、これによりオゾンを有効に利用して臭気成分を分解することができる。
【００４１】
さらにオゾン発生手段としてオゾン発生ランプ９を用いていることにより、オゾン発生ランプ９から照射される波長１８５ｎｍの紫外線光によって臭気成分を解離分解することができる。このため、臭気成分の分解除去性能が向上し、注入オゾン量を低減することができる。
【００４２】
第７の実施の形態
次に図８により本発明による第７の実施形態について説明する。図８に示す第７の実施形態は、排気口８と排気ファン１８との間の排気経路１９に、排気口８からの排気ガス中に水を注入する水注入機構２１を設けたものである。水注入機構２１は内部にシャワーノズル２２を有し、このシャワーノズル２２に給水管２３から水流量計２４および水流量調整バルブ２５を介して所定流量に設定された水が供給される。水注入機構２１からの排水は、水注入機構２１に設けられた排水管２６から排出されるようになっている。図８において、他の構成は図７に示す第６の実施形態と略同一である。
【００４３】
図８において、図７に示す第６の実施形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４４】
図８に示すように、発酵槽１内において、有機汚泥４の発酵反応に伴って発生する臭気成分のうち、メチルメルカプタン等の硫黄化合物等に比べてアンモニアが多量に発生することがある。有機汚泥４の発酵反応の進行に伴ってアンモニアの量が増加すると、発酵槽１からの排気ガス中に含まれるアンモニア濃度が増大し強い刺激臭を発することになる。臭気成分のうち硫黄酸化物等は、オゾン発生装置３から注入されるオゾンの酸化分解反応によって分解除去されるが、アンモニアをオゾンにより酸化分解することはむずかしい。
【００４５】
アンモニアは水溶解性の高い物質なので、図８に示すように、排気経路１９の途中に水注入機構２１を設置し、排出ガス中に水を注入することによって、排気ガス中に含まれるアンモニアを水に溶解させてアンモニア水を生成し、このアンモニア水を排水管２６から放出することにより、アンモニア臭の発散を防止することができる。
【００４６】
第８の実施の形態
次に図９により本発明による第８の実施形態について説明する。図９に示す第８の実施形態は、排気経路１９の水注入機構２１の後方に、紫外線照射装置２７を設置したものである。
【００４７】
紫外線照射装置２７は、その内部に好ましくは波長２５３．７ｎｍの紫外線を中心に発光する紫外線ランプ２８を複数本有しており、各紫外線ランプ２８の間は上側と下側が互い違いに開放された照射室仕切り板２９によって仕切られ、単パスの流路が形成されている。図９において、その他の構成は図８に示す第７の実施形態と略同一である。
【００４８】
図９において、図８に示す第７の実施形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４９】
図９に示すように、発酵槽１内部においてオゾンによる酸化分解反応が行なわれ、水注入機構２１によりアンモニアの回収が行われる。しかしながら水注入機構２１から放出される排ガス中の臭気成分を完全に除去することはむずかしく、またオゾン発生装置３から注入したオゾンを完全に分解反応用に消費し尽すことは難しい。したがって、排気ファン１８から放出される排気ガス中には、残留臭気成分および残留オゾンが含まれることも考えられる。
【００５０】
本実施形態によれば、紫外線照射装置２７に内蔵された紫外線ランプ２８がオゾン吸収に適した波長２５３．７ｎｍの紫外線光（ｈν）を発生させるので、水注入機構２１から放出される排気ガス中のオゾン（Ｏ３  ）を分解し、排気ガス中の水分（Ｈ２  Ｏ）と反応してＯＨラジカルを生成することができる。この反応は、以下の式で表される。
【００５１】
Ｏ３  ＋ｈν→Ｏ２  ＋Ｏ＊  
Ｈ２  Ｏ＋Ｏ＊  →２・ＯＨ
ここで、Ｏ＊  は酸素の励起原子を表している。
【００５２】
このオゾン分解反応で生成されたＯＨラジカルは、オゾンよりも強力な酸化力を発揮するため、排気中に残った稀薄な臭気成分を酸化分解することができ、残留オゾンも低減することができる。
【００５３】
第９の実施の形態
次に図１０により本発明による第９の実施形態について説明する。図１０に示す第９の実施形態は、空気供給経路２ａから吸込んだ空気の一部を循環経路１７との合流部よりも上流側においてバイパス経路３０の一端側で分岐し、バイパス経路３０の他端側を排気経路１９に設置された水注入機構２１の出側に接続したものであり、他の構成は図８に示す第７の実施形態と略同一である。
【００５４】
図１０において、図８に示す第７の実施形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５５】
図１０に示すように、空気供給経路２ａから吸込んだ空気の一部をバイパス経路３０により水注入機構２１の出側の排気経路１９へ送り込み、排気経路１９内の排気ガスと混合することにより、排気ガス中の残留臭気成分と残留オゾンの濃度を低減することができる。この場合、バイパス経路３０に設置された流量調整バルブ２０により、バイパス経路３０内のバイパス流量を調整することによって、排気ファン１８から放出される排気ガス中の臭気成分やオゾンの残留濃度を調整することができる。
【００５６】
第１０の実施の形態
次に図１１および図１２により本発明による第１０の実施形態について説明する。図１１に示す第１０の実施形態は発酵槽１、通気装置２、オゾン発生装置３、循環経路１７、水注入機構２１、紫外線照射装置２７をはじめとして図９に示す第８の実施形態の構成要素を全て同一の収納容器３１内に収納したものである。また、水注入機構２１と紫外線照射装置２７とにより排気処理装置３２が構成されている。
【００５７】
図１１および図１２において、その他の構成は図９に示す第８の実施の形態と略同一である。図１１および図１２において、図９に示す第８の実施形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５８】
図１１および図１２に示すように、同一の収納容器３０の中に全構成要素が収納されているため、装置の設置スペースを軽減でき、移動および運搬を容易に行なうことができる。特に、小規模処理施設が地域に分散している場合には、場所も取らず、運搬の容易な本実施形態による発酵処理装置が有効となる。
【００５９】
なお、本実施形態では、同一の収納容器３０に、図９に示す第８の実施形態の構成要素を収納した場合について説明したが、同一の収納容器３０に他の実施形態の構成要素をすべて収納してもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発酵槽内へ空気を供給することにより、有機汚泥の発酵効率を向上させて有機肥料化までの所要時間を短縮することができ、かつ発酵過程で発生する臭気成分を分解、除去することができる。このため周囲環境を悪化させることなく、有用な有機肥料を効率よく製造することができる。また全体の設置スペースをコンパクトにすることができ、かつ排気ガスが周囲へ放出されることを防止することができるので、より確実に周囲環境の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による発酵処理装置の第１の実施形態を示す構成図。
【図２】本発明による発酵処理装置の第２の実施形態を示す構成図。
【図３】本発明による発酵処理装置の第３の実施形態を示す構成図。
【図４】本発明による発酵処理装置の第４の実施形態を示す構成図。
【図５】本発明による発酵処理装置の第５の実施形態を示す構成図。
【図６】オゾンによる臭気成分の酸化分解反応の時間的特性を示す構成図。
【図７】本発明による発酵処理装置の第６の実施形態を示す構成図。
【図８】本発明による発酵処理装置の第７の実施形態を示す構成図。
【図９】本発明による発酵処理装置の第８の実施形態を示す構成図。
【図１０】本発明による発酵処理装置の第９の実施形態を示す構成図。
【図１１】本発明による発酵処理装置の第１０の実施形態を示す構成図。
【図１２】本発明による発酵処理装置の第１０の実施形態の発酵処理装置を示す構成図。
【符号の説明】
１  発酵槽
２  通気装置
３  オゾン発生装置
４  有機汚泥
７  空気供給口
８  排気口
１１  撹拌装置
１４  撹拌パドル軸管
１５  空気吹出しノズル
１７  循環経路
１８  排気ファン
１９  排気経路
２０  流量調整バルブ
２１  水注入機構
２７  紫外線照射装置
３０  バイパス経路
３１  収納容器
【図１】
0003595749.tif 000002
【図２】
0003595749.tif 000003
【図３】
0003595749.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003595749.tif 000008
【図８】
0003595749.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003595749.tif 000011
【図１１】
0003595749.tif 000012
【図１２】
0003595749.tif 000013