(57)【要約】【課題】設備の簡素化が可能でメンテナンス等の手間が掛からず、畜産糞尿等の汚水に含まれる着色物質や臭気物質等を効果的に除去できる汚水処理装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】畜産糞尿等の汚水ＯＳに含まれる着色物質や臭気物質等を吸着できるフィルタ３を備えた汚水処理装置１０である。フィルタは、多孔質のセラミックス層３２内に粉末グラファイト３１が分散配置された多孔質フィルタ３である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
畜産糞尿等の汚水に含まれる着色物質や臭気物質等を吸着できるフィルタを備えた汚水処理装置であって、
前記フィルタは、多孔質のセラミックス層内に粉末グラファイトが分散配置された多孔質フィルタであることを特徴とする汚水処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載された汚水処理装置において、
前記多孔質フィルタは、開口部を上方にして起立した筒状体であることを特徴とする汚水処理装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された汚水処理装置において、
前記粉末グラファイトは、アルミを放電加工するグラファイト電極から放電によって剥離したグラファイト粒子であって、１６目以下から６０目以上のメッシュ範囲内に選別されていることを特徴とする汚水処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載された汚水処理装置の製造方法であって、
前記粉末グラファイトと、粘土、鉱石粉末などのセラミックス原料と、凝集剤と、結着材とを加えた水溶液を混錬する混錬工程と、
前記混錬工程にて混錬された水溶液を石膏で形成した水切り型枠に注ぎ込み、前記水切り型枠内の水溶液から外周側の水分を石膏に吸収させて多孔質フィルタ相当部を形成する水切り工程と、
前記水切り工程にて形成した前記多孔質フィルタ相当部を乾燥させる乾燥工程と、
前記乾燥工程にて乾燥させた前記多孔質フィルタ相当部を微量酸素雰囲気下で加熱して前記セラミックス原料を焼結させる焼成工程とを経て前記多孔質フィルタを形成することを特徴とする汚水処理装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載された汚水処理装置の製造方法において、
前記粉末グラファイトの気孔が着色物質や臭気物質等を吸着して飽和状態となった時には、前記多孔質フィルタを有酸素雰囲気下で前記粉末グラファイトの燃焼温度未満の温度で加熱する再加熱工程を備えたことを特徴とする汚水処理装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚水処理装置及びその製造方法に関し、詳しくは、畜産糞尿等の汚水に含まれる着色物質や臭気物質等を効果的に吸着できる粉末グラファイトが多孔質のセラミックス層内に分散配置された多孔質フィルタを備えた汚水処理装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
畜産糞尿等の汚水処理には、基本工程として、１次処理（固液分離）によって固形物を除去し、２次処理（微生物処理）によって残存する有機物を微生物の働きを介して除去する方法が、一般的に用いられている。しかし、上記基本工程では、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）や浮遊物質の除去は可能であるが、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）や着色物質、臭気物質等を除去することができない。そのため、基本工程で処理した汚水に対して、排水基準を上回る窒素、リン、着色、臭気等の難分解性物質を化学的又は物理的方法等で除去するための高度処理が行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、固液分離した畜産屎尿の汚水に対して上記高度処理を行うべく、図９に示すように、固液分離槽１０１、電解浮上槽１０２、無隔膜電解槽１０３、電気透析槽１０４、天然ゼオライトカラム１０５、活性炭カラム１０６を備えた畜産屎尿の浄化処理装置１００が開示されている。上記浄化処理装置１００では、まず、固液分離槽１０１内に高分子凝集剤１０７を投入し、収容した畜産屎尿１０８を固液分離する。次に、分離された液体分（汚水１０９）を電解浮上槽１０２に移し、支持電解質である食塩を添加する。また、食塩を添加した汚水１０９に直流を通電し電気分解を行う。次に、電解浮上槽１０２で脱色・脱臭された処理水１０９ａを無隔膜電解槽１０３へ流入し、食塩を添加する。食塩を添加した処理水１０９ａに直流を通電し無隔膜電解を行う。また、処理水１０９ａを電気透析槽１０４で電気透析する。さらに、処理水１０９ａを天然ゼオライトカラム１０５中に流通させ脱アンモニアを行う。最後に、処理水１０９ａを活性炭カラム１０６中に流通させ脱臭・脱色を行い、浄化水１１０を排出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２５６２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記浄化処理装置１００には、電解浮上槽１０２、無隔膜電解槽１０３、電気透析槽１０４を備えているので、設備が大型化して処理コストがかかり、維持メンテナンスも煩雑であるという問題があった。
また、天然ゼオライトはアンモニア系の陽イオンを吸着できるが、低脂肪酸由来の複雑な混合臭気物質の吸着効果が少ないので、あらゆる臭気物質を吸着する活性炭を併用せざるを得ない。ところが、天然ゼオライトや活性炭は、臭気物質等を吸着する気孔容積が飽和すると機能を失うので、収容する筒体（カラム）から取り出して交換等を行う必要があった。そのため、その交換等に伴う手間が掛かり、また、交換等の間は処理を休止せざるを得ないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、設備の簡素化が可能でメンテナンス等の手間が掛からず、畜産糞尿等の汚水に含まれる着色物質や臭気物質等を効果的に除去できる汚水処理装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の汚水処理装置及びその製造方法は、次のような構成を有している。
（１）畜産糞尿等の汚水に含まれる着色物質や臭気物質等を吸着できるフィルタを備えた汚水処理装置であって、
前記フィルタは、多孔質のセラミックス層内に粉末グラファイトが分散配置された多孔質フィルタであることを特徴とする。
【０００８】
本発明においては、フィルタは、多孔質のセラミックス層内に粉末グラファイトが分散配置された多孔質フィルタであるので、汚水が多孔質フィルタを通過するとき、着色物質や臭気物質等を粉末グラファイトの微細な気孔によって吸着でき、電気分解等の大掛かりな設備が不要となる。また、多孔質フィルタは、多孔質のセラミックス層内に粉末グラファイトが分散配置されているので、粉末グラファイトの気孔に着色物質や臭気物質等が吸着されて飽和状態となった時には、多孔質フィルタを交換等するだけで、未処理の汚水に含まれる着色物質や臭気物質等を速やかに吸着できる。
よって、本発明によれば、設備の簡素化が可能でメンテナンス等の手間が掛からず、畜産糞尿等の汚水に含まれる着色物質や臭気物質等を効果的に除去できる汚水処理装置を提供することができる。
【０００９】
（２）（１）に記載された汚水処理装置において、
前記多孔質フィルタは、開口部を上方にして起立した筒状体であることを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、多孔質フィルタは、開口部を上方にして起立した筒状体であるので、多孔質フィルタの筒状体内に汚水を注入し一定時間貯留しておくだけで、汚水に含まれる着色物質や臭気物質等が除去された処理水が、筒状体の底部及び側壁部の外表面から排出される。筒状体の底部及び側壁部の外表面から排出された処理水は、無色、無臭の状態に脱色、脱臭されて、そのまま河川等に放出することもできる。したがって、本汚水処理装置は、筒状体の多孔質フィルタを、畜産糞尿等の汚水の処理量に対応して必要個数だけ隣接して配置するという簡単な構造で形成することができる。その結果、設備のより一層の簡素化が可能でメンテナンス等の手間が掛からず、畜産糞尿等の汚水に含まれる着色物質や臭気物質等をより一層効果的に除去できる。
【００１１】
（３）（１）又は（２）に記載された汚水処理装置において、
前記粉末グラファイトは、アルミを放電加工するグラファイト電極から放電によって剥離したグラファイト粒子であって、１６目以下から６０目以上のメッシュ範囲内に選別されていることを特徴とする。ここで、「１６目」は、JIS公称目開き１．００ｍｍに相当し、「６０目」は、JIS公称目開き２５０μｍに相当する（JIS Z 8801-1:2006）。
【００１２】
本発明においては、粉末グラファイトは、アルミを放電加工するグラファイト電極から放電によって剥離したグラファイト粒子であって、１６目以下から６０目以上のメッシュ範囲内に選別されているので、所定の粒径範囲に含まれる粉末グラファイトをセラミックス層内に略均等に分散できることによって、セラミックス層内に形成される気孔と粉末グラファイトとを連通させることができ、多孔質フィルタの透水性を高めることができる。また、アルミを放電加工するグラファイト電極から放電によって剥離したグラファイト粒子は、微細な気孔を多数有する多孔体である。そのため、汚水に含まれる着色物質や臭気物質等を効率的に吸着でき、汚水の浄化に掛かる処理時間を短縮できる。また、アルミを放電加工するグラファイト電極から放電によって剥離したグラファイト粒子には、陽イオンとして作用するアルミが気孔内に付着されている。このアルミの陽イオンは、着色物質や臭気物質等の陰イオンを吸着することができ、畜産糞尿等の汚水に含まれる着色物質や臭気物質等をより一層効果的に除去できる。また、放電加工のグラファイト電極を再利用することによって、資源の有効活用と設備費の低減に貢献できる。
【００１３】
（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載された汚水処理装置の製造方法であって、
前記粉末グラファイトと、粘土、鉱石粉末などのセラミックス原料と、凝集剤と、結着材とを加えた水溶液を混錬する混錬工程と、
前記混錬工程にて混錬された水溶液を石膏で形成した水切り型枠に注ぎ込み、前記水切り型枠内の水溶液から外周側の水分を石膏に吸収させて多孔質フィルタ相当部を形成する水切り工程と、
前記水切り工程にて形成した前記多孔質フィルタ相当部を乾燥させる乾燥工程と、
前記乾燥工程にて乾燥させた前記多孔質フィルタ相当部を微量酸素雰囲気下で加熱して前記セラミックス原料を焼結させる焼成工程とを経て前記多孔質フィルタを形成することを特徴とする。
【００１４】
本他の発明においては、粉末グラファイトと、粘土、鉱石粉末などのセラミックス原料と、凝集剤と、結着材とを加えた水溶液を混錬する混錬工程と、混錬工程にて混錬された水溶液を石膏で形成した水切り型枠に注ぎ込み、水切り型枠内の水溶液から外周側の水分を石膏に吸収させて多孔質フィルタ相当部を形成する水切り工程と、水切り工程にて形成した多孔質フィルタ相当部を乾燥させる乾燥工程と、乾燥工程にて乾燥させた多孔質フィルタ相当部を微量酸素雰囲気下で加熱してセラミックス原料を焼結させる焼成工程とを経て多孔質フィルタを形成するので、粉末グラファイトとセラミックス原料等を含む水溶液が混錬されるとき、粉末グラファイトがセラミックス原料内に偏在せずに分散して配置され、また、所定の粒径範囲に選別された粉末グラファイトの気孔から放出される大量の気泡が、分散して配置された粉末グラファイトの周辺に付着する。そのため、水切り工程にて形成した多孔質フィルタ相当部は、粉末グラファイトの気孔及び粉末グラファイトの周辺に付着した多数の気泡を通じて外周側の水が抜けることによって、所定の厚さを有して粘土状に固化される。また、焼成工程では、乾燥させた多孔質フィルタ相当部を微量酸素雰囲気下で加熱してセラミックス原料を焼結させるので、粉末グラファイトの周辺に付着した多数の気泡によって、セラミックス層内に粉末グラファイト同士を連結する気孔が形成される。また、粉末グラファイトは、燃焼温度以上に加熱されるが、微量酸素雰囲気下で加熱されるので、略燃焼されることなくそのまま残存した状態で、多孔質のセラミックス層内に分散して配置される。その結果、多孔質のセラミックス層内に粉末グラファイトが分散配置された多孔質フィルタを簡単に形成できる。
よって、本他の発明によれば、設備の簡素化が可能でメンテナンス等の手間が掛からず、畜産糞尿等の汚水に含まれる着色物質や臭気物質等を効果的に除去できる汚水処理装置の製造方法を提供することができる。
【００１５】
（５）（４）に記載された汚水処理装置の製造方法において、
前記粉末グラファイトの気孔が着色物質や臭気物質等を吸着して飽和状態となった時には、前記多孔質フィルタを有酸素雰囲気下で前記粉末グラファイトの燃焼温度未満の温度で加熱する再加熱工程を備えたことを特徴とする。
【００１６】
本他の発明においては、粉末グラファイトの気孔が着色物質や臭気物質等を吸着して飽和状態となった時には、多孔質フィルタを有酸素雰囲気下で粉末グラファイトの燃焼温度未満の温度で加熱する再加熱工程を備えたので、多孔質フィルタ内の粉末グラファイトを残存させつつ、粉末グラファイトの気孔が吸着した着色物質や臭気物質等を燃焼させて、多孔質フィルタを簡単に再生させることができる。そのため、よりメンテナンスコストを低減しつつ、畜産糞尿等の汚水に含まれる着色物質や臭気物質等を効果的に除去できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、設備の簡素化が可能でメンテナンス等の手間が掛からず、畜産糞尿等の汚水に含まれる着色物質や臭気物質等を効果的に除去できる汚水処理装置及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る汚水処理装置の概略構成図である。
【図２】図１に示すＡ部の模式的詳細断面図である。
【図３】図１に示す汚水処理装置における多孔質フィルタの側壁外表面の顕微鏡写真図である。
【図４】図１に示す汚水処理装置における多孔質フィルタに分散配置された粉末グラファイトの顕微鏡写真図である。
【図５】図１に示す汚水処理装置における多孔質フィルタを製造するフローチャート図である。
【図６】図５に示す水切り工程の模式図である。
【図７】図５に示す焼成工程の模式図である。
【図８】図１に示す汚水処理装置の多孔質フィルタによって畜産糞尿の汚水を処理したときの試験結果を表す図表である。
【図９】特許文献１に記載された畜産屎尿の浄化処理装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
はじめに、本実施形態の汚水処理装置の構成及び動作方法を詳細に説明する。次に、本実施形態の汚水処理装置の製造方法について詳細に説明する。最後に、本実施形態における汚水処理装置の多孔質フィルタによる汚水処理試験の結果を説明する。
【００２０】
＜本汚水処理装置の構成及び動作方法＞
まず、本実施形態に係る汚水処理装置の構成及び動作方法について、図１〜図４を用いて説明する。図１に、本実施形態に係る汚水処理装置の概略構成図を示す。図２に、図１に示すＡ部の模式的詳細断面図を示す。図３に、図１に示す汚水処理装置における多孔質フィルタの側壁外表面の顕微鏡写真図を示す。図４に、図１に示す汚水処理装置における多孔質フィルタに分散配置された粉末グラファイトの顕微鏡写真図を示す。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態に係る汚水処理装置１０は、畜産糞尿等の汚水ＯＳに含まれる着色物質や臭気物質等を吸着できるフィルタ３を備えた汚水処理装置である。すなわち、本汚水処理装置１０には、畜産糞尿ＴＨを収容して固形物ＫＴと汚水ＯＳとを分離する固液分離槽１と、複数個のフィルタ（多孔質フィルタ）３を有し、固液分離槽１で分離した汚水ＯＳに含まれる着色物質や臭気物質等を多孔質フィルタ３を介して吸着除去する汚水処理槽２とを備えている。多孔質フィルタ３は、開口部３Ｔを上方にして起立した筒状体である。したがって、上記筒状体内に汚水ＯＳを注入し一定時間貯留しておくだけで、汚水ＯＳに含まれる着色物質や臭気物質等が除去された処理水ＳＳが、筒状体の底部及び側壁部の外表面から排出される。なお、筒状体は、円筒状、角筒状、楕円筒状などに形成できる。
【００２２】
また、汚水処理槽２には、多孔質フィルタ３を載置する網状の中床２２を備え、中床２２の下方に多孔質フィルタ３で濾過された処理水ＳＳを排出する排出管２３が接続されている。排出管２３には、排出バルブ２３１が装着されている。また、固液分離槽１と汚水処理槽２とが、汚水供給管２１で接続されている。汚水供給管２１には、送給ポンプ２１１と多孔質フィルタ３への供給バルブ２１２とが装着されている。供給バルブ２１２は、各多孔質フィルタ３の開口部３Ｔに対向して配置されている。
【００２３】
本汚水処理装置１０において、畜産糞尿ＴＨを収容する固液分離槽１の中へ高分子凝集剤等を投入すると、固形物ＫＴと汚水ＯＳとが分離され、固形物ＫＴが浮上する。浮上した固形物ＫＴは、別に回収する。また、固液分離槽１で分離した汚水ＯＳは、汚水供給管２１を経由して汚水処理槽２の各多孔質フィルタ３内へ供給される。多孔質フィルタ３で濾過した処理水ＳＳは、排出管２３から外部へ排出される。
【００２４】
また、図２〜図４に示すように、汚水ＯＳを濾過するフィルタ３は、多孔質のセラミックス層３２内に粉末グラファイト３１が分散配置された多孔質フィルタ３である。すなわち、粉末グラファイト３１は、セラミックス層３２に形成された多数の気孔３２１と連通した状態で、セラミックス層３２内に分散配置されている。したがって、多孔質フィルタ３で濾過される汚水ＯＳは、セラミックス層３２の気孔３２１を介して粉末グラファイト３１に接触する。
【００２５】
ここで、粉末グラファイト３１は、アルミを放電加工するグラファイト電極から放電によって剥離したグラファイト粒子であって、１６目以下から６０目以上のメッシュ範囲内に選別されているものが好ましい。ここで、「１６目」は、JIS公称目開き１．００ｍｍに相当し、「６０目」は、JIS公称目開き２５０μｍに相当する（JIS Z 8801-1:2006）。
【００２６】
上記グラファイト電極は、銅電極等の金属材料電極と異なり融点を持たず、粒子から構成され微細な気孔を多数有する多孔体である。また、グラファイト電極を用いてアルミを放電加工する際、アーク放電による熱衝撃等によって粒子間の破壊現象が起こり、粒子状のグラファイト（グラファイト粒子）が剥離されると推定されている。なお、グラファイト電極は、一般に、一次粉砕されたコークス（骨材）にピッチ（バインダー）を混錬し、更に２次粉砕した後、ゴム製成形型に入れた状態でＣＩＰ装置を用いて水圧により等方性加圧し、非酸化性雰囲気でその成形体を約１０００℃で焼成し、更に２４００〜３０００℃の高温で黒鉛化することで製造される。
【００２７】
したがって、粉末グラファイト３１には、多数の微細な気孔３１１がそのまま維持されており、この微細な気孔３１１によって汚水ＯＳに含まれる着色物質や臭気物質等を吸着することができる。また、アルミを放電加工するグラファイト電極から放電によって剥離したグラファイト粒子には、陽イオンとして作用するアルミが気孔３１１内に付着されている。アルミの陽イオンは、着色物質や臭気物質等の陰イオンを吸着することができる。
【００２８】
なお、粉末グラファイト３１が、１６目以下から６０目以上のメッシュ範囲内に選別されていることによって、セラミックス層３２に粉末グラファイト３１同士を連通する適正な大きさの気孔３２１を多数形成することができる。その理由は、本汚水処理装置１０の製造方法において詳述する。
【００２９】
＜本汚水処理装置の製造方法＞
次に、本実施形態の汚水処理装置の製造方法について、図５〜図７を用いて詳細に説明する。図５に、図１に示す汚水処理装置における多孔質フィルタを製造するフローチャート図を示す。図６に、図５に示す水切り工程の模式図を示す。図７に、図５に示す焼成工程の模式図を示す。
【００３０】
図５に示すように、本実施形態の汚水処理装置１０の製造方法には、多孔質フィルタ３の新作工程として、混錬工程Ｓ１と水切り工程Ｓ２と乾燥工程Ｓ３と焼成工程Ｓ４とを備えている。まず、混錬工程Ｓ１において、粉末グラファイト３１と、粘土、鉱石粉末などのセラミックス原料と、凝集剤と、結着材とを加えた水溶液（スラリー）を混錬する。
【００３１】
なお、粉末グラファイト３１とセラミックス原料との配合割合は、粉末グラファイト３１を４０〜５０重量％、セラミックス原料を６０〜５０重量％程度の割合が好ましく、水は、粉末グラファイト３１とセラミックス原料とを加えた重量に対して、４割程度が好ましい。
【００３２】
ここで、粉末グラファイト３１は、１６目以下から６０目以上のメッシュ範囲内に選別されているので、上記水溶液（スラリー）ＫＳを混錬するとき、粉末グラファイト３１がセラミックス原料内に偏在することなく略均等に分散して配置される。また、所定の粒径範囲に選別された粉末グラファイト３１の気孔３１１からは大量に気泡が放出され、その気泡が分散して配置された粉末グラファイト３１の周辺に付着する。
【００３３】
次に、水切り工程Ｓ２において、混錬工程Ｓ１にて混錬された水溶液（スラリー）ＫＳを石膏で形成した水切り型枠４に注ぎ込み、水切り型枠４内の水溶液ＫＳから外周部５１の水分を石膏に吸収させて多孔質フィルタ相当部５を形成する（図６を参照）。多孔質フィルタ相当部５は、粉末グラファイト３１の気孔３１１及び粉末グラファイト３１の周辺に付着する多数の気泡を通じて外周部５１の水が抜けることによって、所定の厚さを有して粘土状に固化される。
【００３４】
このとき、多孔質フィルタ相当部５の内表面は、微小な凹凸面に形成される。多孔質フィルタ相当部５が粘土状に固化された後、内周部５２に残った水溶液（スラリー）ＫＳを排出する。多孔質フィルタ相当部５は、水溶液（スラリー）ＫＳを排出することによって僅かに収縮するので、水切り型枠４内から簡単に取り出すことができる。
【００３５】
次に、乾燥工程Ｓ３において、水切り工程Ｓ２にて形成した多孔質フィルタ相当部５を乾燥させる。そして、焼成工程Ｓ４において、乾燥工程Ｓ３にて乾燥させた多孔質フィルタ相当部５を微量酸素雰囲気下で加熱してセラミックス原料を焼結させる。具体的には、図７に示すように、電気炉６の中に配置した容器６１内に粉末グラファイト３１を収容し、収容した粉末グラファイト３１内に乾燥させた多孔質フィルタ相当部５を埋没させることによって微量酸素雰囲気を形成して、ヒータ６２を加熱させる。ヒータ６２の加熱温度は約１０００〜１２００℃とし、加熱時間は約１０時間程度である。
【００３６】
また、焼成工程Ｓ４では、乾燥させた多孔質フィルタ相当部５を微量酸素雰囲気下で加熱してセラミックス原料を焼結させるので、粉末グラファイト３１の周辺に付着した多数の気泡によって、セラミックス層３２内に粉末グラファイト３１同士を連結する気孔３２１が形成される。また、粉末グラファイト３１は、その燃焼温度（約５００〜６００℃）以上に加熱されるが、微量酸素雰囲気下で加熱されるので、略燃焼されることなくそのまま残存した状態で、多孔質のセラミックス層３２内に分散して配置される。その結果、多孔質のセラミックス層３２内に粉末グラファイト３１が分散配置された多孔質フィルタ３を簡単に製造することができる。
【００３７】
また、図５に示すように、本実施形態の汚水処理装置１０の製造方法には、多孔質フィルタ３の再生工程として、再加熱工程Ｓ５を備えている。すなわち、多孔質フィルタ３における粉末グラファイト３１の気孔３１１が、着色物質や臭気物質等を吸着して飽和状態となった時には、多孔質フィルタ３を有酸素雰囲気下で粉末グラファイト３１の燃焼温度未満の温度で加熱する再加熱工程を備えている。そのため、多孔質フィルタ３内の粉末グラファイト３１を残存させつつ、粉末グラファイト３１の気孔３１１が吸着した着色物質や臭気物質等を燃焼させて、多孔質フィルタ３を簡単に再生させることができる。
【００３８】
＜汚水処理試験の結果＞
次に、本実施形態に係る汚水処理装置１０の多孔質フィルタ３による汚水処理試験の結果を、図８を用いて説明する。図８に、図１に示す汚水処理装置の多孔質フィルタによって畜産糞尿の汚水を処理したときの試験結果を表す図表を示す。ここで、糞尿原液（汚水ＯＳ）は、図１に示す固液分離槽１で分離した汚水ＯＳである。
【００３９】
図８には、汚水処理試験の評価項目である１生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、２化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、３浮遊物質量、４窒素含有量、５色度に対して、各基準値と、糞尿原液（汚水ＯＳ）の状態と、実施例による処理後の結果と、比較例による処理後の結果とが、それぞれ対比できるように記載されている。
【００４０】
なお、実施例の多孔質フィルタ３は、本実施形態の汚水処理装置１０の構成、製造方法で説明したように、多孔質のセラミックス層３２内に粉末グラファイト３１が分散配置された多孔質フィルタであって、開口部３Ｔを上方にして起立した筒状体である。また、粉末グラファイト３１は、アルミを放電加工するグラファイト電極から放電によって剥離したグラファイト粒子であって、１６目以下から６０目以上のメッシュ範囲内に選別されているものである。また、多孔質フィルタ３は、図５に示す新作工程（混錬工程Ｓ１、水切り工程Ｓ２、乾燥工程Ｓ３、焼成工程Ｓ４）によって製造されている。
【００４１】
一方、比較例は、前記多孔質フィルタ３と同形状の筒状体であって、多孔質のセラミックスのみで形成されている。したがって、実施例と比較例との相違は、粉末グラファイト３１の有無のみである。
【００４２】
図８に示す試験結果によれば、１生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）は、糞尿原液２１０ｍｇ／Ｌに対して、実施例が３４ｍｇ／Ｌで、比較例が７０ｍｇ／Ｌであった。そのため、実施例、比較例とも基準値（１６０ｍｇ／Ｌ）以下であったが、実施例は比較例の１／２程度に減少できている。
【００４３】
また、２化学的酸素要求量（ＣＯＤ）は、糞尿原液６２０ｍｇ／Ｌに対して、実施例が１００ｍｇ／Ｌで、比較例が４４０ｍｇ／Ｌであった。そのため、実施例は基準値（１６０ｍｇ／Ｌ）以下であったが、比較例は基準値（１６０ｍｇ／Ｌ）を大幅に超えていた。
【００４４】
また、３浮遊物質量は、糞尿原液１２ｍｇ／Ｌに対して、実施例が４ｍｇ／Ｌで、比較例が１３ｍｇ／Ｌであった。そのため、実施例、比較例とも基準値（２００ｍｇ／Ｌ）以下であったが、実施例は比較例の１／３程度に減少できている。なお、比較例の１３ｍｇ／Ｌは、糞尿原液１２ｍｇ／Ｌに対して僅かに大きいが、測定誤差が含まれていると解される。
【００４５】
また、４窒素含有量は、糞尿原液８００ｍｇ／Ｌに対して、実施例が１１０ｍｇ／Ｌで、比較例が２１０ｍｇ／Ｌであった。そのため、実施例は基準値（１２０ｍｇ／Ｌ）以下であったが、比較例は基準値（１２０ｍｇ／Ｌ）を大幅に超えていた。なお、実施例は比較例の１／２程度に減少できている。
【００４６】
また、５色度は、糞尿原液：濃い褐色に対して、実施例が無色透明で、比較例が薄い黄色であった。そのため、実施例は基準値（無色透明）を充足するが、比較例は一定の脱色効果が見られるものの、基準値（無色透明）を充足できなかった。
【００４７】
ここで、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）は、水中の有機物が好気性微生物の働きによって分解されるときに消費される酸素の量であり、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）は、水中の有機物を過マンガン酸カリウム等の酸化剤で酸化した際に消費される酸素の量であり、いずれも有機物汚濁を測る指標として用いられている。化学的酸素要求量（ＣＯＤ）は、酸化剤を使うため、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）では測定できない難分解性有機物も測定できる利点がある。また、窒素含有量は、アンモニアなどの窒素化合物を多く含む場合に増加する。また、畜産糞尿における臭気物質には、硫化水素、メチルメルカプタンなどの硫黄化合物や、アンモニアなどの窒素化合物や、揮発性脂肪酸などの炭素化合物などの嫌気性有機物が多く含まれている。
【００４８】
したがって、１生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、２化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、３浮遊物質量、４窒素含有量のいずれの項目においても、実施例による処理後の結果が、比較例による処理後の結果を大きく上回っていることから、畜産糞尿における臭気物質をより効果的に吸着できると判断できる。
【００４９】
また、畜産糞尿における着色物質には、カルボキシル基を多く含むフミン酸などが考えられるが、酸であれば一般に陰イオンを持っている。畜産糞尿における臭気物質にも、揮発性脂肪酸などの酸があり、陰イオンを持っている。そのため、陽イオンを持つ粉末グラファイト３１やそれに付着しているアルミが、着色物質や臭気物質等の吸着に有効に作用していると考えられる。
【００５０】
よって、実施例は、多孔質のセラミックス層３２内に粉末グラファイト３１が分散配置された多孔質フィルタ３であるので、汚水ＯＳが多孔質フィルタ３を通過するとき、着色物質や臭気物質等を粉末グラファイト３１の微細な気孔３１１によって効果的に吸着できたと考えられる。
【００５１】
＜作用効果＞
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る汚水処理装置１０によれば、フィルタ３は、多孔質のセラミックス層３２内に粉末グラファイト３１が分散配置された多孔質フィルタ３であるので、汚水ＯＳが多孔質フィルタ３を通過するとき、着色物質や臭気物質等を粉末グラファイト３１の微細な気孔３１１によって吸着でき、電気分解等の大掛かりな設備が不要となる。また、多孔質フィルタ３は、多孔質のセラミックス層３２内に粉末グラファイト３１が分散配置されているので、粉末グラファイト３１の気孔３１１に着色物質や臭気物質等が吸着されて飽和状態となった時には、多孔質フィルタ３を交換等するだけで、未処理の汚水ＯＳに含まれる着色物質や臭気物質等を速やかに吸着できる。
よって、本実施形態によれば、設備の簡素化が可能でメンテナンス等の手間が掛からず、畜産糞尿等の汚水ＯＳに含まれる着色物質や臭気物質等を効果的に除去できる汚水処理装置１０を提供することができる。
【００５２】
また、本実施形態によれば、多孔質フィルタ３は、開口部３Ｔを上方にして起立した筒状体であるので、多孔質フィルタ３の筒状体内に汚水ＯＳを注入し一定時間貯留しておくだけで、汚水ＯＳに含まれる着色物質や臭気物質等が除去された処理水ＳＳが、筒状体の底部及び側壁部の外表面から排出される。筒状体の底部及び側壁部の外表面から排出された処理水ＳＳは、無色、無臭の状態に脱色、脱臭されて、そのまま河川等に放出することもできる。したがって、本汚水処理装置１０は、筒状体の多孔質フィルタ３を、畜産糞尿等の汚水ＯＳの処理量に対応して必要個数だけ隣接して配置するという簡単な構造で形成することができる。その結果、設備のより一層の簡素化が可能でメンテナンス等の手間が掛からず、畜産糞尿等の汚水ＯＳに含まれる着色物質や臭気物質等をより一層効果的に除去できる。
【００５３】
また、本実施形態によれば、粉末グラファイト３１は、アルミを放電加工するグラファイト電極から放電によって剥離したグラファイト粒子であって、１６目以下から６０目以上のメッシュ範囲内に選別されているので、所定の粒径範囲に含まれる粉末グラファイト３１をセラミックス層３２内に略均等に分散できることによって、セラミックス層３２内に形成される気孔３２１と粉末グラファイト３１とを連通させることができ、多孔質フィルタ３の透水性を高めることができる。また、アルミを放電加工するグラファイト電極から放電によって剥離したグラファイト粒子からなる粉末グラファイト３１は、微細な気孔３１１を多数有する多孔体である。そのため、汚水ＯＳに含まれる着色物質や臭気物質等を効率的に吸着でき、汚水ＯＳの浄化に掛かる処理時間を短縮できる。また、アルミを放電加工するグラファイト電極から放電によって剥離したグラファイト粒子には、陽イオンとして作用するアルミが気孔内に付着されている。このアルミの陽イオンは、着色物質や臭気物質等の陰イオンを吸着することができ、畜産糞尿等の汚水ＯＳに含まれる着色物質や臭気物質等をより一層効果的に除去できる。また、放電加工のグラファイト電極を再利用することによって、資源の有効活用と設備費の低減に貢献できる。
【００５４】
本汚水処理装置１０の製造方法に係る他の実施形態によれば、粉末グラファイト３１と、粘土、鉱石粉末などのセラミックス原料と、凝集剤と、結着材とを加えた水溶液ＫＳを混錬する混錬工程Ｓ１と、混錬工程Ｓ１にて混錬された水溶液ＫＳを石膏で形成した水切り型枠４に注ぎ込み、水切り型枠４内の水溶液ＫＳから外周側の水分を石膏に吸収させて多孔質フィルタ相当部５を形成する水切り工程Ｓ２と、水切り工程Ｓ２にて形成した多孔質フィルタ相当部５を乾燥させる乾燥工程Ｓ３と、乾燥工程Ｓ３にて乾燥させた多孔質フィルタ相当部５を微量酸素雰囲気下で加熱してセラミックス原料を焼結させる焼成工程Ｓ４とを経て多孔質フィルタ３を形成するので、粉末グラファイト３１とセラミックス原料等を含む水溶液ＫＳが混錬されるとき、粉末グラファイト３１がセラミックス原料内に偏在せずに略均等に分散して配置され、また、所定の粒径範囲に選別された粉末グラファイト３１の気孔３１１から放出される大量の気泡が、分散して配置された粉末グラファイト３１の周辺に付着する。そのため、水切り工程Ｓ２にて形成した多孔質フィルタ相当部５は、粉末グラファイト３１の気孔３１１及び粉末グラファイト３１の周辺に付着した多数の気泡を通じて外周側の水が抜けることによって、所定の厚さを有して粘土状に固化される。また、焼成工程Ｓ４では、乾燥させた多孔質フィルタ相当部５を微量酸素雰囲気下で加熱してセラミックス原料を焼結させるので、粉末グラファイト３１の周辺に付着した多数の気泡によって、セラミックス層３２内に粉末グラファイト３１同士を連結する気孔３２１が形成される。また、粉末グラファイト３１は、燃焼温度以上に加熱されるが、微量酸素雰囲気下で加熱されるので、略燃焼されることなくそのまま残存した状態で、多孔質のセラミックス層３２内に分散して配置される。その結果、多孔質のセラミックス層３２内に粉末グラファイト３１が分散配置された多孔質フィルタ３を簡単に形成できる。
よって、本他の実施形態によれば、設備の簡素化が可能でメンテナンス等の手間が掛からず、畜産糞尿等の汚水ＯＳに含まれる着色物質や臭気物質等を効果的に除去できる汚水処理装置１０の製造方法を提供することができる。
【００５５】
また、本他の実施形態によれば、粉末グラファイト３１の気孔３１１が着色物質や臭気物質等を吸着して飽和状態となった時には、多孔質フィルタ３を有酸素雰囲気下で粉末グラファイト３１の燃焼温度未満の温度で加熱する再加熱工程Ｓ５を備えたので、多孔質フィルタ３内の粉末グラファイト３１を残存させつつ、粉末グラファイト３１の気孔３１１が吸着した着色物質や臭気物質等を燃焼させて、多孔質フィルタ３を簡単に再生させることができる。そのため、よりメンテナンスコストを低減しつつ、畜産糞尿等の汚水ＯＳに含まれる着色物質や臭気物質等を効果的に除去できる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、例えば、畜産糞尿等の汚水に含まれる着色物質や臭気物質等を効果的に吸着できる粉末グラファイトが多孔質のセラミックス層内に分散配置された多孔質フィルタを備えた汚水処理装置及びその製造方法として利用できる。
【符号の説明】
【００５７】
１          固液分離槽
２          汚水処理槽
３          多孔質フィルタ（フィルタ）
３Ｔ        開口部
４          水切り型枠
５          多孔質フィルタ相当部
１０        汚水処理装置
３１        粉末グラファイト
３２        セラミックス層
ＯＳ        汚水
ＫＳ        水溶液
Ｓ１        混錬工程
Ｓ２        水切り工程
Ｓ３        乾燥工程
Ｓ４        焼成工程
Ｓ５        再加熱工程
【図１】
2019214017.tif 000003
【図２】
2019214017.tif 000004
【図３】
2019214017.tif 000005
【図４】
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【図５】
2019214017.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2019214017.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月10日(2018.12.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
畜産糞尿の汚水に含まれる着色物質や臭気物質を吸着できるフィルタを備えた汚水処理装置であって、
前記フィルタは、多孔質のセラミックス層内に粉末グラファイトが分散配置された多孔質フィルタであること、
前記粉末グラファイトは、前記セラミックス層に形成された多数の気孔と連通した状態で、前記セラミックス層内に分散配置され、前記多孔質フィルタで濾過される前記汚水は、前記セラミックス層の気孔を介して前記粉末グラファイトに接触すること、
前記汚水が前記多孔質フィルタを通過するとき、着色物質や臭気物質を前記粉末グラファイトの微細な気孔によって吸着することを特徴とする汚水処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載された汚水処理装置において、
前記多孔質フィルタは、開口部を上方にして起立した筒状体であることを特徴とする汚水処理装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された汚水処理装置において、
前記粉末グラファイトは、アルミの放電加工に用いたグラファイト電極から粒子間で剥離されたグラファイト粒子であって、１６目以下から６０目以上のメッシュ範囲内に選別されていることを特徴とする汚水処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載された汚水処理装置の製造方法であって、
前記粉末グラファイトと、粘土、鉱石粉末のセラミックス原料と、凝集剤と、結着材とを加えた水溶液を混練する混練工程と、
前記混練工程にて混練された水溶液を石膏で形成した水切り型枠に注ぎ込み、前記水切り型枠内の水溶液から外周側の水分を石膏に吸収させて多孔質フィルタ相当部を形成する水切り工程と、
前記水切り工程にて形成した前記多孔質フィルタ相当部を乾燥させる乾燥工程と、
前記乾燥工程にて乾燥させた前記多孔質フィルタ相当部を微量酸素雰囲気下で加熱して前記セラミックス原料を焼結させる焼成工程とを経て前記多孔質フィルタを形成することを特徴とする汚水処理装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載された汚水処理装置の製造方法において、
前記粉末グラファイトの気孔が着色物質や臭気物質を吸着して飽和状態となった時には、前記多孔質フィルタを有酸素雰囲気下で前記粉末グラファイトの燃焼温度未満の温度で加熱する再加熱工程を備えたことを特徴とする汚水処理装置の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月11日(2019.3.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
畜産糞尿の汚水に含まれる着色物質や臭気物質を吸着できるフィルタを備えた汚水処理装置であって、
前記フィルタは、多孔質のセラミックス層内に粉末グラファイトが分散配置された多孔質フィルタであること、
前記粉末グラファイトは、前記セラミックス層に形成された多数の気孔と連通した状態で、前記セラミックス層内に分散配置され、前記多孔質フィルタで濾過される前記汚水は、前記セラミックス層の気孔を介して前記粉末グラファイトに接触すること、
前記汚水が前記多孔質フィルタを通過するとき、着色物質や臭気物質を前記粉末グラファイトの微細な気孔によって吸着すること、
前記粉末グラファイトは、アルミの放電加工に用いたグラファイト電極から粒子間で剥離されたグラファイト粒子であって、１６目以下から６０目以上のメッシュ範囲内に選別されていることを特徴とする汚水処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載された汚水処理装置において、
前記多孔質フィルタは、開口部を上方にして起立した筒状体であることを特徴とする汚水処理装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された汚水処理装置の製造方法であって、
前記粉末グラファイトと、粘土、鉱石粉末のセラミックス原料と、凝集剤と、結着材とを加えた水溶液を混練する混練工程と、
前記混練工程にて混練された水溶液を石膏で形成した水切り型枠に注ぎ込み、前記水切り型枠内の水溶液から外周側の水分を石膏に吸収させて多孔質フィルタ相当部を形成する水切り工程と、
前記水切り工程にて形成した前記多孔質フィルタ相当部を乾燥させる乾燥工程と、
前記乾燥工程にて乾燥させた前記多孔質フィルタ相当部を微量酸素雰囲気下で加熱して前記セラミックス原料を焼結させる焼成工程とを経て前記多孔質フィルタを形成することを特徴とする汚水処理装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載された汚水処理装置の製造方法において、
前記粉末グラファイトの気孔が着色物質や臭気物質を吸着して飽和状態となった時には、前記多孔質フィルタを有酸素雰囲気下で前記粉末グラファイトの燃焼温度未満の温度で加熱する再加熱工程を備えたことを特徴とする汚水処理装置の製造方法。