(57)【要約】  本発明は、効率的で、信頼性が高く、実施するのに比較的費用がかからない方法によって特に畜舎から放出されるアンモニア及び臭気の量を大幅に低減し、同時に、典型的な豚舎又は鶏舎の換気空気においてアンモニアを０〜２ｐｐｍの濃度まで除去し、臭気をわずかに不都合なレベルまで除去する方法及び装置を提供する。
2008534243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｉ）浄化すべき空気の流れを多孔質担体媒体と接触させる工程、
ｉｉ）前記担体媒体を水性液体で洗浄する工程、
ｉｉｉ）工程ｉｉ）で使用された水性液体をタンクに回収する工程
を含む空気清浄法であって、
前記担体媒体がその表面に硝化細菌と従属栄養微生物のコロニーを含む材料であり、
工程ｉｉ）で適用される水性液体が栄養素の点で前記細菌及び微生物の生存能と活性を確保する組成を有し、
異なるタイプの細菌と微生物の間のバランスが工程ｉｉｉ）で回収される液体を測定することにより制御され、必要に応じて、工程ｉｉ）で使用される液体の溶存化合物に関する組成がこの測定に基づいて調節される、空気清浄法。
【請求項２】
ｉａ）浄化すべき空気の流れを第１フィルターの多孔質担体媒体と接触させる工程、
ｉｂ）前記空気を第２フィルターの多孔質担体媒体と接触させる工程、
ｉｉ）各フィルターの前記担体媒体をそれぞれ水性液体で洗浄する工程、
ｉｉｉ）各フィルターに関して工程ｉｉ）で使用された水性液体を回収する工程
を含む空気清浄法であって、
各フィルターの前記担体媒体がその表面に独立栄養硝化細菌と従属栄養微生物のコロニーを含む材料を有し、
工程ｉｉ）で適用される水性液体が栄養素の点で前記細菌及び微生物の生存能と活性を確保する組成を有し、
異なるタイプの細菌と微生物の間のバランスが工程ｉｉｉ）で回収される液体を測定することにより制御され、必要に応じて、工程ｉｉ）で使用される液体の溶存化合物に関する組成がこの測定に基づいて調節される、空気清浄法。
【請求項３】
前記担体媒体が連続的に洗浄される、請求項１又は２に記載の空気清浄法。
【請求項４】
前記担体媒体の表面積／体積比が３００〜１０００ｍ2／ｍ3、例えば、４００〜６００ｍ2／ｍ3である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気清浄法。
【請求項５】
前記担体媒体が、セルロース、例えば、紙又は紙状材料、例えば、ボール紙又は板紙、好ましくは紙を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気清浄法。
【請求項６】
前記担体媒体が、空気を流しうる本質的に平行な配向の複数の流路を形成するよう配置される複数の段ボールシートによって形成されたパッドを含む、請求項５に記載の空気清浄法。
【請求項７】
前記担体媒体が、焼成された多孔質発泡クレー骨材又はガラス繊維シートからなる材料を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気清浄法。
【請求項８】
前記硝化細菌が、ニトロソモナス・エウロペア（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ ｅｕｒｏｐｅａ）、ニトロソモナス・モビリス（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ ｍｏｂｉｌｉｓ）、ニトロソモナス属の一種（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ ｓｐ）、ニトロソスピラ属の一種（Ｎｉｔｒｏｓｏｓｐｉｒａ ｓｐ）及びニトロバクター属の一種（Ｎｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ）を含む群より選択され、好ましくはニトロソモナス・エウロペア（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ ｅｕｒｏｐｅａ）である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の空気清浄法。
【請求項９】
前記従属栄養微生物が、サイトファーガ（Ｃｙｔｏｐｈａｇａ）、ベータプロテオバクテリア（Ｂｅｔａ Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ）、ガンマプロテオバクテリア（Ｇａｍｍａ Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ）を含む群より選択される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の空気清浄法。
【請求項１０】
前記工程ｉｉ）で適用されるべき水性液体が主要栄養素と微量栄養素を含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の空気清浄法。
【請求項１１】
前記主要栄養素が、リン酸塩、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、カリウムイオン、ナトリウムイオン及び／又は硫黄イオンを含む、請求項１０に記載の空気清浄法。
【請求項１２】
前記微量栄養素が、ビタミン類及び微量金属、例えば、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｉ、Ｍｏ及び／又はＳｅの塩を含む、請求項１０に記載の空気清浄法。
【請求項１３】
前記工程ｉｉｉ）において、前記第１フィルターの洗浄処理に由来する水性液体が第１タンクに回収され、前記第２フィルターの洗浄処理に由来する水性液体が第２タンクに回収され、液体の流れが前記第２タンクから前記第１タンクへ確立され、該第２タンクが新鮮な水で補給され、該第１タンクに含まれる水性液体の一部が廃棄され、また、前記工程ｉｉ）において、前記第１フィルターの担体媒体が前記第１タンクに由来する水性液体で洗浄され、前記第２フィルターの担体媒体が前記第２タンクに由来する水性液体で洗浄されて、向流洗浄プロセスとなるようにされる、請求項２に記載の空気清浄法。
【請求項１４】
前記工程ｉｉｉ）において、前記第１フィルターの洗浄処理に由来する水性液体が第１タンクに回収され、前記第２フィルターの洗浄処理に由来する水性液体が第２タンクに回収され、液体の流れが前記第２タンクから前記第１タンクへ確立され、該第１タンクに含まれる水性液体の一部が廃棄され、また、前記工程ｉｉ）において、前記第１フィルターの担体媒体が前記第１タンクに由来する水性液体で洗浄され、前記第２フィルターの担体媒体が新鮮な水で洗浄されて、向流洗浄プロセスとなるようにされる、請求項２に記載の空気清浄法。
【請求項１５】
前記工程ｉｉｉ）で回収された水性液体の少なくとも一部が、前記工程ｉｉ）で使用されるよう再循環される、請求項１に記載の空気清浄法。
【請求項１６】
前記工程ｉｉｉ）において、フィルターの洗浄処理に由来する水性液体がタンクに回収され、該タンクに含まれる水性液体の一部が廃棄され、該タンクが新鮮な水で補給され、また、前記工程ｉｉ）において、フィルターの担体媒体が前記タンクに由来する水性液体で洗浄される、請求項１に記載の空気清浄法。
【請求項１７】
前記工程ｉｉｉ）において、フィルターの洗浄処理に由来する水性液体がタンクに回収され、該タンクに含まれる水性液体の一部が廃棄され、また、前記工程ｉｉ）において、フィルターの担体媒体が新鮮な水で洗浄される、請求項１に記載の空気清浄法。
【請求項１８】
前記水性液体の測定が、（２つ以上のフィルターの場合に）対応するタンクに向かう途中で浄化すべき空気と接触する最初のフィルターであるフィルターを出る液体に関して行われるか、又は前記対応するタンク中に存在する液体に関して行われる、請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の空気清浄法。
【請求項１９】
前記工程ｉｉｉ）で回収された水性液体に関して行われる測定が、以下のパラメータ、すなわち、導電率、アンモニア濃度、アンモニウム濃度、亜硝酸塩濃度、リン酸塩濃度のうち１つ又は複数の測定に関するものである、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の空気清浄法。
【請求項２０】
前記工程ｉｉｉ）で回収された水性液体に関して行われる測定が該液体の導電率の測定に関するものであり、前記工程ｉｉ）で適用される水性液体が５〜８０ｍＳ／ｃｍ、例えば、８〜６０ｍＳ／ｃｍ、例えば、１０〜４０ｍＳ／ｃｍ、例えば、１２〜３０ｍＳ／ｃｍ、好ましくは１５〜２５ｍＳ／ｃｍ、例えば、１７〜２３ｍＳ／ｃｍの導電率を示すよう調節される、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の空気清浄法。
【請求項２１】
浄化すべき空気がアンモニア及び／又は他の臭気化合物を含む、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の空気清浄法。
【請求項２２】
浄化すべき空気が、畜舎、特には豚舎若しくは鶏舎に由来する空気であるか又は家畜糞尿堆肥化設備に由来する空気である、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の空気清浄法。
【請求項２３】
硝化細菌と従属栄養微生物のコロニーの形成、確立及び生存能を可能にする表面特性を有する多孔質材料の担体媒体であって筐体中に収容された担体媒体、
前記筐体に空気の流れを供給して該空気を前記担体媒体の表面と接触させるための手段、及び該担体媒体と接触された空気を該筐体の外に導くための手段、
前記担体媒体を水性液体で洗浄するための手段、
洗浄後の水性液体を回収するための手段、
洗浄に使用された液体の特性を測定するための測定手段、及び
洗浄に使用される水性液体の組成を調節するための制御手段
を含む、空気清浄用装置。
【請求項２４】
独立栄養硝化細菌と有機従属栄養微生物のコロニーの形成、確立及び生存能を可能にする表面特性を有する多孔質材料の担体媒体を含む第１フィルター、
独立栄養硝化細菌と有機従属栄養微生物のコロニーの形成、確立及び生存能を可能にする表面特性を有する多孔質材料の担体媒体を含む第２フィルターであって、前記第１フィルターと該第２フィルターが筐体中に収容されている第２フィルター、
前記筐体に空気の流れを供給して該空気を前記第１フィルターの担体媒体の表面と接触させ、続いて該空気を前記第２フィルターの担体媒体の表面と接触させるための手段、
各フィルターの担体媒体とそれぞれ接触された空気を前記筐体の外に導くための手段、
前記第１フィルターの担体媒体を水性液体で洗浄するための手段、
前記第１フィルターの担体媒体を洗浄した後に得られた水性液体を回収するための手段、
前記第２フィルターの担体媒体を水性液体で洗浄するための手段、
前記第２フィルターの担体媒体を洗浄した後に得られた水性液体を回収するための手段、
洗浄に使用された液体の特性を測定するための測定手段、及び
洗浄に使用される水性液体の組成を調節するための制御手段
を含む、空気清浄用装置、特には豚舎由来の空気を清浄にするための装置。
【請求項２５】
洗浄に再利用するために洗浄に使用された水性液体を再循環するための手段をさらに含む、請求項２３又は２４に記載の空気清浄用装置。
【請求項２６】
前記担体媒体の表面積／体積比が３００〜１０００ｍ2／ｍ3、例えば、４００〜６００ｍ2／ｍ3である、請求項２３〜２５のいずれか１項に記載の空気清浄用装置。
【請求項２７】
前記担体媒体が、セルロース、例えば、紙又は紙状材料、例えば、ボール紙又は板紙、好ましくは紙を含む、請求項２３〜２６のいずれか１項に記載の空気清浄用装置。
【請求項２８】
前記担体媒体が、空気を流しうる本質的に平行な配向の複数の流路を形成するよう配置される複数の段ボールシートによって形成されたパッドを含む、請求項２７に記載の空気清浄用装置。
【請求項２９】
前記測定手段が、以下のパラメータ、すなわち、導電率、アンモニウム濃度、アンモニア濃度、亜硝酸塩濃度、リン酸塩濃度のうち１つ又は複数の測定に関するものである、請求項２３〜２８のいずれか１項に記載の空気清浄用装置。
【請求項３０】
前記第１フィルターの洗浄処理に由来する水性液体を収容するための第１タンク、前記第２フィルターの洗浄処理に由来する水性液体を収容するための第２タンク、液体の流れを前記第２タンクから前記第１タンクへ確立するための手段、該第２タンクを新鮮な水で補給するための手段、該第１タンクに含まれる水性液体の一部を廃棄するための手段、前記第１フィルターの担体媒体を前記第１タンクに由来する水性液体で洗浄するための手段、前記第２フィルターの担体媒体を前記第２タンクに由来する水性液体で洗浄して向流洗浄プロセスとなるようにするための手段を含む、請求項２４に記載の空気清浄用装置。
【請求項３１】
前記第１フィルターの洗浄処理に由来する水性液体を収容するための第１タンク、前記第２フィルターの洗浄処理に由来する水性液体を収容するための第２タンク、液体の流れを前記第２タンクから前記第１タンクへ確立するための手段、該第１タンクに含まれる水性液体の一部を廃棄するための手段、前記第１フィルターの担体媒体を前記第１タンクに由来する水性液体で洗浄するための手段、前記第２フィルターの担体媒体を新鮮な水で洗浄して向流洗浄プロセスとなるようにするための手段を含む、請求項２４に記載の空気清浄用装置。
【請求項３２】
フィルターの洗浄処理に由来する水性液体を収容するためのタンク、該タンクに含まれる水性液体の一部を廃棄するための手段、該タンクを新鮮な水で補給するための手段、フィルターの担体媒体を前記タンクに由来する水性液体で洗浄するための手段を含む、請求項２３に記載の空気清浄用装置。
【請求項３３】
フィルターの洗浄処理に由来する水性液体を収容するためのタンク、該タンクに含まれる水性液体の一部を廃棄するための手段、フィルターの担体媒体を新鮮な水で洗浄するための手段を含む、請求項２３に記載の空気清浄用装置。
【請求項３４】
（２つ以上のフィルターの場合に）対応するタンクに向かう途中で浄化すべき空気と接触する最初のフィルターであるフィルターを出る液体に関して測定を行うか、又は前記対応するタンク中に存在する液体に関して測定を行うための手段を含む、請求項３０〜３３のいずれか１項に記載の空気清浄用装置。
【請求項３５】
１つ又は複数のフィルター上の圧力に関するパラメータ及び／又は以下のパラメータ、すなわち、アンモニア及び臭気、例えば、臭気単位、並びに特定の主要臭気化合物、例えば、酪酸、パラクレゾール、モノメチルフェノール、ジメチルフェノール、トリメチルフェノール及びトリメチルアミンのうち１つ又は複数を使用することによって制御するための手段をさらに含む、請求項２３〜３４のいずれか１項に記載の空気清浄用装置。
【請求項３６】
請求項２３〜３５のいずれか１項に記載の空気清浄用装置を含む構造体。
【請求項３７】
空気、特には畜舎、例えば、豚舎若しくは鶏舎又は家畜糞尿堆肥化設備における空気の清浄のための、請求項２３〜３５のいずれか１項に記載の空気清浄用装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、換気空気、特には農舎の換気空気からアンモニア、臭気及び粉塵を除去する方法に関する。さらに本発明は、このような方法に使用する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
畜産は地域住民には最大の臭気公害源の１つとされ、またアンモニアの大排出源として環境への栄養負荷の増大にもつながるとされる。農業特に畜産の工業化が進むにつれて農場は大規模化する傾向にあるが、それは単位あたりの飼育家畜数がますます多くなり、近隣環境への影響が大きく増大することを意味する。それと同時に、社会には余暇活動用の緑地の確保という一般的な要求が存在するし、また都市周辺の居住区が拡大の一途をたどっているため、拡大する一方の農場に市街地が接近し続けている。周知のように、農業特に畜産は不快な臭い／臭気を発生させる。そうした臭気は主に家畜糞尿に由来するが、特にアンモニアとメタンは強烈な悪臭の一因となっている。またパラクレゾール（４−メチル−フェノール）、ＤＭＳ（硫化モノメチル、硫化ジメチル及び硫化トリメチル）、トリメチルアミン、並びに揮発性脂肪酸類特にプロピオン酸、２−メチルプロピオン酸、ｎ−酪酸、ｎ−吉草酸及びイソ吉草酸などは特に豚舎由来の悪臭の主要原因物質と思われる。
【０００３】
人口密度の高い工業国では特に公害防止規制が強まる一方である。さらに、農場から周囲の環境に放出される臭い／臭気の強度に対する規制もまた、許容基準の引き下げという形で強化の一途をたどっている。
【０００４】
従って、畜舎の排出空気を処理して近隣環境に対する畜産の影響を小さくするような方法と手段を提供することが課題となっている。
【０００５】
特に工業化された大規模経営の畜舎では、大量の換気により動物、例えば、豚や鶏に適切な環境を与え温度や新鮮な空気を確保してやる必要がある。前述のように畜舎環境に由来する最大の悪臭源はアンモニアではあるが、換気空気中には、混ざり合って又は単独で、悪臭をもたらすような他の原因物質も数多く含まれている。
【０００６】
臭いの測定は不可能であるが、臭いのレベルの違いを判別するために種々の方法が開発されてきた。そうした方法の１つは広く使用されているオルファクトメーター法である。畜舎から出る換気空気の分析によれば、換気空気中には２００種余りの臭気分子が種々の濃度で存在しており、それらが一体となって特有の農場臭を発生させている。西側世界で行われている通常の許容基準規制はしたがって、２００種余りの臭気発生物質のうちの１種又は数種を対象とするのではなく複合換気空気を対象としている。つまり、許容基準の対象はそうした意味での換気空気であり、個別の成分ではない。
【０００７】
現下の欧州の標準的な許容基準決定法はいわゆるオルファクトメーター法である。オルファクトメーター法では、多かれ少なかれ希釈した空気試料を多数の被験者に嗅がせるが、畜舎の換気空気に由来する空気試料は清浄空気で希釈してある。被検者は嗅覚が並外れて鈍い人や並外れて鋭い人は一人も混じらず、ほぼ平均的な人々からなるように選考する。空気試料の清浄空気による希釈度が下がるにつれ、用意された気流中に何らかの臭いを感知しうる被験者の数が多くなっていく。被験者の半数が畜舎換気空気に由来する空気試料の臭いを嗅ぎ取ることができたときが、臭いの閾値となる。この閾値は臭気濃度であるが、これを立方メートルあたりの臭気単位として記録する。例えば、１０００臭気単位／ｍ3の臭気濃度は１ｍ3の換気空気を希釈して体積を１０００ｍ3とすればこの閾値に達することを意味する。
【０００８】
豚舎内の一般的な臭気濃度はまちまちであるが、通常は問題の豚舎の事情次第で数百〜２０００臭気単位／ｍ3の間である。臭気濃度は検出可能であるが、それは特定豚舎がどの程度臭うかを決めるうえでやはり重要な因子である臭気強度については何も示さない。臭気の濃度と強度は対数関係にあるため、臭気濃度に応じて強度を評価して、例えば、豚舎を市境又は他の居住区にどこまで接近させて設置してもよいかという限界を決めることが可能である。
【０００９】
これらの限界はみな国レベルの立法により決められるが、畜舎から放出される臭気を少なくすれば畜舎の設置及び／又は居住区の設置の自由度が高まる。
【００１０】
国によっては、立法の焦点がオルファクトメーター法で求められる臭気濃度に加えて又はそれに代わって、換気空気中の個別成分に絞られようとしている。そうした場合には、立法には一般に主要臭気のリスト（一般に前述の主要臭気のうちのいくつか）と個別成分ごとの基準濃度が含まれる。その場合は、換気空気中に含まれるリスト記載の単数又は複数の臭気の濃度はそれぞれ基準濃度を下回らなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、効率的で、信頼性が高く、耐久性に優れ、また実施するのに比較的費用がかからない方法によって特に畜舎から放出されるアンモニア、臭気及び粉塵の量を大幅に低減し、同時に、典型的な畜舎の換気空気中のアンモニア、臭気及び粉塵を約９５％まで削減する方法を提供することである。このような高い削減レベルでは、そうでなければ畜舎からの換気空気によって引き起こされる公害の実質的にすべてが解消される。
【００１２】
本発明のもう１つの目的は前記の空気清浄法の実施に好適な装置の提供である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
これらの目的は、本発明の第１態様では、
ｉ）浄化すべき空気の流れを多孔質担体媒体と接触させる工程、
ｉｉ）前記担体媒体を水性液体で洗浄する工程、
ｉｉｉ）工程ｉｉ）で使用された水性液体をタンクに回収する工程
を含む空気清浄法であって、
前記担体媒体がその表面に硝化細菌と従属栄養微生物のコロニーを含む材料であり、
工程ｉｉ）で適用される水性液体が栄養素の点で前記細菌及び微生物の生存能と活性を確保する組成を有し、
異なるタイプの細菌と微生物の間のバランスが工程ｉｉｉ）で回収される液体を測定することにより制御され、必要に応じて、工程ｉｉ）で使用される液体の溶存化合物に関する組成がこの測定に基づいて調節される、空気清浄法を提供することにより対処される。
【００１４】
本発明の第２態様では、
ｉａ）浄化すべき空気の流れを第１フィルターの多孔質担体媒体と接触させる工程、
ｉｂ）前記空気を第２フィルターの多孔質担体媒体と接触させる工程、
ｉｉ）各フィルターの前記担体媒体をそれぞれ水性液体で洗浄する工程、
ｉｉｉ）各フィルターに関して工程ｉｉ）で使用された水性液体を回収する工程
を含む空気清浄法であって、
各フィルターの前記担体媒体がその表面に独立栄養硝化細菌と有機従属栄養微生物のコロニーを含む材料を有し、
工程ｉｉ）で適用される水性液体が栄養素の点で前記細菌及び微生物の生存能と活性を確保する組成を有し、
異なるタイプの細菌と微生物の間のバランスが工程ｉｉｉ）で回収される液体を測定することにより制御され、必要に応じて、工程ｉｉ）で使用される液体の溶存化合物に関する組成がこの測定に基づいて調節される、空気清浄法が提供される。
【００１５】
本発明の第３態様では、
硝化細菌と従属栄養微生物のコロニーの形成、確立及び生存能を可能にする表面特性を有する多孔質材料の担体媒体であって筐体中に収容された担体媒体、
前記筐体に空気の流れを供給して該空気を前記担体媒体の表面と接触させるための手段、及び該担体媒体と接触された空気を該筐体の外に導くための手段、
前記担体媒体を水性液体で洗浄するための手段、
洗浄後の水性液体を回収するための手段、
洗浄に使用された液体の特性を測定するための測定手段、及び
洗浄に使用される水性液体の組成を調節するための制御手段
を含む、空気清浄用装置が提供される。
【００１６】
本発明の第４態様では、
独立栄養硝化細菌と有機従属栄養微生物のコロニーの形成、確立及び生存能を可能にする表面特性を有する多孔質材料の担体媒体を含む第１フィルター、
独立栄養硝化細菌と有機従属栄養微生物のコロニーの形成、確立及び生存能を可能にする表面特性を有する多孔質材料の担体媒体を含む第２フィルターであって、前記第１フィルターと該第２フィルターが筐体中に収容されている第２フィルター、
前記筐体に空気の流れを供給して該空気を前記第１フィルターの担体媒体の表面と接触させ、続いて該空気を前記第２フィルターの担体媒体の表面と接触させるための手段、
各フィルターの担体媒体とそれぞれ接触された空気を前記筐体の外に導くための手段、
前記第１フィルターの担体媒体を水性液体で洗浄するための手段、
前記第１フィルターの担体媒体を洗浄した後に得られた水性液体を回収するための手段、
前記第２フィルターの担体媒体を水性液体で洗浄するための手段、
前記第２フィルターの担体媒体を洗浄した後に得られた水性液体を回収するための手段、
洗浄に使用された液体の特性を測定するための測定手段、及び
洗浄に使用される水性液体の組成を調節するための制御手段
を含む、空気清浄用装置が提供される。
【００１７】
本発明の第５態様では、上記タイプの装置を含む構造体が提供される。
【００１８】
最後に、本発明の第６態様は、空気清浄のための上記タイプの装置の使用に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
アンモニアは畜舎、例えば、豚舎又は鶏舎に由来する空気中の支配的な成分である。アンモニアの溶解と酸化はフィルターのアンモニアと臭気の低減を左右する。アンモニアが酸化すると硝酸（ＨＮＯ3）と亜硝酸（ＨＮＯ2）が生成するが、酸の生成は好都合である。酸は水性液体のアンモニア捕集能を高め、以って空気中のアンモニア濃度を低下させるからである。酸濃度が高くなりすぎると硝化細菌の活性が低下し、酸の生成が鈍る。このプロセスはいわゆる「亜硝酸ブレーキ」である。このプロセスと並行して、生成した酸がアンモニアと反応し中和される。アンモニアの溶解は塩基生成過程だからである。酸が中和されると、硝酸由来のアンモニア酸化抑制効果が低下してアンモニア酸化活性が再び上昇する。これらの自己調節過程が一緒になって、各過程の安定化が図られる。
【００２０】
空気清浄の手段はすでに公知である（例えば、本出願人の先行特許出願：国際公開第０１／９３９９０号パンフレットを参照。そこでは細菌を含むバイオパッドの形の担体媒体の表面に空気を導くことを特徴とする空気浄化法が教示されている）が、このシステムは約７０％の脱臭効果をもたらすにすぎない。
【００２１】
しかし、試験とさらなる研究の結果から、脱臭効果がこのように低めにとどまる理由は、バイオパッド上に提供される条件がそこに存在する種々の細菌の最適なバランス及び活性をもたらす結果にならないことにあるらしいと判明した。
【００２２】
そこで、空気清浄に使用された先行技術のバイオパッドでは１つの機能的微生物群が支配的になり、最適脱臭すなわちバイオパッドの適正機能に必要とされる他種微生物の抑制を招くのではないかとの結論に達した。
【００２３】
本発明者らによるさらなる研究から、先行技術の担体媒体（バイオパッド）の表面は３層構造をなし、最外層に高密度の炭素酸化細菌を、中間層に多数の硝化細菌を、また最内層に嫌気性過程を担う比較的少数の活性細菌を、それぞれ含むことが判明した。
【００２４】
こうした成層分布は、低増殖速度の独立栄養硝化細菌が従属栄養生物の増殖に負け続けてしまうことを、また有機物負荷が高まると従属栄養生物の活性が上昇して硝化細菌が酸素を奪われてしまうことを示唆する。
【００２５】
前述のように、先行技術バイオパッドの稼働時には特定機能群の微生物が時折アンバランスに増殖し、例えば、有機従属栄養細菌（炭素酸化細菌）対硝化細菌のようにある生物種が他生物種の犠牲のうえに優位に立つという結果になることが判明した。
【００２６】
効率的な空気清浄装置では、有機物は臭気物質を含めて担体媒体表面のバイオフィルム外層に存在する細菌と真菌によって分解される。アンバランスなバイオパッドでは、微生物とアンモニア及び臭気化合物との密接な接触が低減する。こうした密接な接触の低減は、例えば、栄養制限に起因するスライム形成や異常増殖の場合に起こりかねない。同様に、老廃物、例えば、亜硝酸や他の代謝産物の蓄積又は乾燥も硝化／脱臭微生物を抑制しかねない。
【００２７】
このアンバランスなバイオパッドはこうして、脱臭効率を低下させる。
【００２８】
本発明者らによる研究では、主に炭素酸化細菌を含む最外層は主に硝化細菌を含む中間層よりも増殖がずっと高速であり、したがって中間層の細菌コロニーの抑制を招くことが見出された。
【００２９】
さらに、最外層の炭素酸化細菌は密度を増す傾向にあるため、中間層の硝化細菌は空気の利用がますます制約されることになる。
【００３０】
これらの事実からはバイオパッドが時間の経過に伴い適正に機能しなくなるとの結論になるし、また特に窒素化合物は分解されずにバイオパッドを通過することも見出された。
【００３１】
本発明者らは、今回、空気清浄用に用いられるバイオパッド中の「アンバランスな」細菌コロニーの問題を克服する方法を見出した。
【００３２】
本発明の方法によれば、バイオパッドは各種細菌コロニーの規模の望ましさという点でのバランスが、該細菌及び微生物に供給される水性液体の組成を制御することにより、維持される。本発明の制御法によれば、水性液体の溶存化合物に関する組成は、換気空気中のアンモニア及び臭気の最大限の除去を確実なものにするような範囲内に維持される。
【００３３】
したがって、本発明の方法によれば、担体媒体の洗浄に使用した回収液体を測定することにより細菌コロニー又は微生物の状態が監視され、必要に応じて、この測定に基づいて、続いて担体媒体に供給されることになる液体の組成が溶存化合物の濃度に関して調節される。
【００３４】
［担体媒体］
一般に、本発明の方法及び装置には任意の種類の多孔質担体媒体を使用してよい。ただし、該担体媒体はその表面が空気を比較的自由に通過させうること、また表面が平滑すぎないことを条件とする。さらに、その水結合能が担体媒体上で増殖するバイオフィルムを湿潤に保ち、また老廃物を洗浄処理用の水性液体で容易に洗い流しうるよう保証してくれることも条件となる。最後に、担体媒体は高表面積／体積比であり、またきわめて生物難分解性であるか又は好ましくは不活性であることも求められる。表面積／体積比は好ましくは３００〜１０００ｍ2／ｍ3、例えば、４００〜６００ｍ2／ｍ3である。有用な担体媒体の例はバイオパッド（後述）、ガラス繊維又は焼成した多孔質発泡クレー骨材などである。
【００３５】
本発明の好ましい実施形態では、担体媒体としてバイオパッドを使用する。
【００３６】
バイオパッドは含浸セルロース製段ボール紙を素材として多数の流路が形成される結果となるように特定のやり方で組み立ててもよい。１枚の段ボール紙をコルゲート構造の頂部と底部でもう１枚と、角度を変えて、貼り合わせる。その上にさらにもう１枚を、ただし１枚目と同じ角度で、貼り合わせる。これを十分な厚さになるまで繰り返し、ブロックが得られるようにする。次いでそのブロックを小さくカットして矩形ブロックとする。ブロックの向きをそろえて、空気が一方向に通るようにする。導入される水は空気の流れに対して任意の向きに流れてよいが、空気の流れに対して垂直の向きであるのが好ましい。
【００３７】
本発明の好ましい実施形態では、多孔質担体媒体を通る空気の流れは実質的に水平の向きであり、また担体媒体の洗浄処理に使用する液体の流れは実質的に垂直の向きである。
【００３８】
フィルターはまた、例えば、焼成した多孔質発泡クレー顆粒、例えば、Ｌｅｃａを素材としてもよい。顆粒を粉砕し、詰め込めば、露出表面のきわめて大きい、比較的高通気量のフィルターが実現するためである。
【００３９】
前述のように、豚舎内の空気は種々の成分に由来する１００〜２００種もの臭気物質を含むが、農場環境につきもののアンモニアに関しては豚舎内の濃度は一般に５〜２５ｐｐｍ（１００万分の１）であろう。少なくとも指定２機能タイプの微生物すなわち硝化細菌と従属栄養微生物が表面に存在するバイオパッドを換気空気が通過するとき、望ましい溶存化合物組成の水によりバイオパッドが絶えず湿潤化されるという使用条件下では、バイオパッドを出る空気中の実測アンモニア濃度は一般に０〜２ｐｐｍの範囲内であろう。
【００４０】
一般的なクーリングパッドはＭｕｎｔｅｒのＣＥＬｄｅｋ ７０６０であるが、メーカーのデータシートによればこのパッドは１００ｍｍ厚だと貫流風速１．５ｍ／ｓの場合で１２Ｐａの圧力損失となる。このパッドは圧力損失指数が１．７であり、木材チップの数値１．６に近い（Ｐｈｉｌｉｐｓらの（１９９５）Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，第６２巻：２０３−２１４）。この圧力損失は（０．０５／１．５）1.7×１２／１００ｍｍ＝０．３７Ｐａ／ｍへと換算することができる。これは従来のバイオパッドの１００分の１の数値であり、この方法は極厚の、したがって相応に表面積の小さい、バイオパッドが使用可能であることを実際上意味する。当然、バイオパッドの筐体のコンパクト化になる。別の言い方をすれば、通風機の電力消費の相当な節約が可能になる。
【００４１】
バイオパッドは、その構造上、頂部に多量の水を加えれば後は水が端から滴ることなくひとりでに行き渡るので、湿潤に保つことができる。したがって、水の分布は重力、フィルターの高透水性及びフィルター内流路の構造的配置に規定される。
【００４２】
ＭｕｎｔｅｒのＣＥＬｄｅｋ ７０６０クーリングパッドの表面積／体積比は４４０ｍ2／ｍ3である。
【００４３】
通常、このメーカーから供給された状態のバイオパッド又は他の任意のフィルターには必要な細菌や微生物は一切付属しない。
【００４４】
したがってフィルター材の露出面にそうした細菌や微生物のコロニーを確立する必要がある。これは、本発明に関連する生化学過程を担うような細菌が換気空気中に含まれるため、自然に行われることもある。あるいは、単数又は複数の細菌培養液をフィルター材上にまいて、フィルターの性能を強めると同時に特定の好ましい細菌群の増殖を促すようにしてもよい。したがって、豚舎環境では、効率的な規模の細菌及び微生物コロニーが２〜６週間でフィルター材上に形成されることになろう。
【００４５】
好ましくは、担体媒体上に存在するコロニーはバイオフィルムの形をとる。
【００４６】
留意しなければならないが、本願及び添付の特許請求の範囲では「清浄対象の空気の流れを多孔質担体媒体に接触させる」という表現は「空気を担体媒体自体に直接接触させる」ことを必ずしも示唆するものではない。この表現はむしろ、担体媒体の表面に存在する任意の生物資源、例えば、バイオフィルムを含む担体媒体の表面に空気を接触させることを示唆するものである。したがって、ほとんどの場合、前記の表現は「清浄対象の空気を多孔質担体媒体上に存在するバイオフィルムに接触させる」という意味に解釈して然るべきである。
【００４７】
本発明のある好ましい実施形態では、本発明の装置及び方法は１つの多孔質担体媒体を必要とする。本発明の別の好ましい実施形態では、本発明の装置及び方法は２つの多孔質担体媒体を必要とする。
【００４８】
［担体媒体上に存在する微生物］
本発明によれば、担体媒体は稼働時には独特の種類の微生物を含む。つまり、本発明の方法及び装置の稼働時には担体媒体はその表面に硝化細菌と従属栄養微生物の両方のコロニーを有する。これらのコロニーは好ましくはバイオフィルムの形で存在する。
【００４９】
本発明の有利な実施形態では、好ましい微生物は各種の従属栄養細菌／真菌に加えて、サイトファーガ目（Ｃｙｔｏｐｈａｇａｌｅｓ）、ベータプロテオバクテリア（β−Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ）及びガンマプロテオバクテリア（γ−Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ）の系統群、並びにサイトファーガ（Ｃｙｔｏｐｈａｇａ）、ニトロソモナス（Ｎｉｔｏｓｏｍｏｎａｓ）及びニトロソスピラ（Ｎｉｔｒｏｓｏｓｐｉｒａ）の各属に属する。
【００５０】
バイオフィルムの厚さは一般に０．１５〜２ｍｍであるが、最大５ｍｍでもよい。アンモニア／臭気除去活性はほとんどがバイオフィルムの外側帯に認められる。この最活性帯の厚さは一般に０．０２〜０．３５ｍｍであり、また酸素（Ｏ2）浸透深さに規定される。この外側層と第２最外層は該外側帯内に位置する。
【００５１】
この特徴的なバイオフィルム外側表面層は多数の炭素酸化細菌を含有する。その中にはベータ及びガンマプロテオバクテリア（β−及びγ−Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ）の系統群に属するものも含まれる。研究によれば、これらの従属栄養細菌は高速増殖細菌であり、空気中の成分すなわち揮発性脂肪酸類（ＶＦＡ）、アミン及び容易に取り込める類似の低分子成分を分解する。そうした成分は空気中の主要な臭気物質である。
【００５２】
これらの従属栄養細菌は、その活性が本発明装置の担体媒体のバイオフィルムの脱臭効率を左右するという意味で、担体媒体表面の基本要素である。
【００５３】
バイオフィルムの第２最外層は多数の硝化細菌を含有する。
【００５４】
本発明の好ましい実施形態では、バイオフィルムの第２最外層はニトロソモナス（Ｎｉｔｏｓｏｍｏｎａｓ）属の硝化細菌を含む。該層の最も好ましい細菌種は、アンモニア酸化の支配種として他種の硝化細菌の抑制につながることが見出されているニトロソモナス・エウロペア（Ｎｉｔｏｓｏｍｏｎａｓ ｅｕｒｏｐｅａ）／Ｎ．モビリス（Ｎ．ｍｏｂｉｌｉｓ）である。ニトロソモナス・エウロペアは高濃度のアンモニア下で増殖しうることが知られている。しかし、バイオパッドの機能的アンモニア酸化細菌群は他のニトロソスピラ（Ｎｉｔｒｏｓｏｓｐｉｒａ）属の硝化細菌を含んでもよい。ニトロソスピラはニトロソモナスとは対照的に高基質親和性（低Ｋm値）を特徴とする。第３に、バイオフィルム中にはニトロバクター属の一種（Ｎｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ）の亜硝酸酸化細菌もまた存在してよい。
【００５５】
バイオフィルム中の硝化細菌は本発明の重要な機能的微生物である。該硝化細菌はアンモニア酸化と起こりうる後続の亜硝酸酸化の両過程によるアンモニア除去機能で中心的な役割を果たすからである。
【００５６】
さらに、サイトファーガ属の細菌がバイオフィルム中に存在してもよい。サイトファーガは好気性の有機従属栄養細菌であり、種々の複雑な天然高分子、例えば、タンパク質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、細胞壁、脂質、セルロース、寒天、キチン、でんぷん、ペクチン、ケラチンなどを利用することができる。サイトファーガはおそらく粉塵や微生物由来の有機物の除去に関与する。
【００５７】
バイオフィルム中のサイトファーガの役割は有機物特に複雑な不溶性物質、例えば、粉塵や微生物由来有機物の分解である。それによって、バイオフィルムは異常増殖物を分解し、以ってバイオフィルム中の自己清浄又は「摂食」効果を強めることができる。
【００５８】
研究によれば、該バイオフィルム中には真菌が存在してもよい。これらの真菌微生物は本発明では脱臭効率に関係するらしいことも研究で示された。
【００５９】
該バイオフィルムの内側層は無酸素性であり、細菌数は比較的少ない。
【００６０】
加えて、バイオフィルム中に認められる多様な無脊椎動物相、例えば、昆虫の幼虫や線虫、貧毛類などの動物相もバイオフィルム上で「摂食者」としてふるまう。この摂食はバイオフィルムの厚さを薄くする効果がある。
【００６１】
微生物はバイオパッド表面にまいてもよい。その場合には微生物が所期のアンモニア／臭気清浄能を実現するためにはまず安定空気中に存在し、その後にバイオパッド上にコロニーを形成し増殖しなければならない場合と比べて、バイオパッドはその最適機能状態にずっと速く到達するであろう。
【００６２】
［測定手段］
担体媒体上に存在する種々の細菌及び微生物の多数のコロニーの間の適正バランスを確保するためには、担体媒体の洗浄処理に使用する水性液体の組成を制御する。
【００６３】
本発明の方法の好ましい実施形態では、洗浄処理用水性液体の組成は洗浄処理に使用する水の導電率を測定することにより制御する。
【００６４】
タンク内の水性液体の導電率は好ましくは５〜８０ｍＳ（ミリジーメンス）／ｃｍの値、例えば、８〜６０ｍＳ／ｃｍ、１０〜４０ｍＳ／ｃｍ、１２〜３０ｍＳ／ｃｍなどの値に、好ましくは１５〜２５ｍＳ／ｃｍ、例えば、１７〜２３ｍＳ／ｃｍなどに維持する。
【００６５】
特にニトロソモナス属とサイトファーガ属の２属の微生物は、タンク内の導電率ひいてはアンモニウム、亜硝酸及び硝酸の濃度が好ましい導電率、例えば、１５〜２３ｍＳ／ｃｍに維持されるようなレベルに保たれる環境を好むことが見出された。このタンク内濃度は、タンクに追加する新鮮な水の量を加減することによって、またそれと同時に随意に、これらの成分の濃度は導電率に影響するため、成分濃度が高くなりすぎたタンク内の水を部分的に抜き取ることによって、調節することができる。
【００６６】
本発明の方法は、バイオパッドも水循環手段も組み立て、設置及び維持管理がかなり容易であり、また設備の適正機能の制御が水タンク内に２本の電極を配し、それらを電極間の水の導電率を測定するためのメーターに接続することにより行われるという意味で、きわめて信頼性が高い。システムが最適稼働状態にあるかどうかは、メーターの示度が直接示してくれる。特に５〜８０ｍＳ／ｃｍの範囲の導電率では、水の使用量と空気中アンモニア／臭気除去能のバランスが最適となった。
【００６７】
本発明の別の好ましい実施形態では、洗浄処理用の水性液体の組成が、洗浄処理に使用する水のアンモニウム濃度、アンモニア濃度、亜硝酸塩濃度、リン酸塩濃度を測定することによって調節される。
【００６８】
最後に、二次的な方策として、本発明の方法及び装置はフィルター上の圧力差に関連するパラメータ及び／又は次のうちの１つ又は複数のパラメータを使用して制御してもよい。すなわち、空気中に存在するアンモニアの濃度と臭気の度合い、例えば、臭気単位、及び特定の主要臭気化合物、例えば、酪酸、パラクレゾール、モノ−、ジ−及びトリ−メチルフェノール、それにトリメチルアミン。すなわち、洗浄処理に使用する水性液体の測定による装置の制御とは別に、装置に入る空気の測定値が所定基準を上回る空気の質を示す場合には装置を定期的に停止させてもよい。
【００６９】
［自動制御手段］
前述のように、本発明の方法と最適プロセス条件は前記の水性液体パラメータとの関連で誘導される。しかし、本発明の別の好ましい実施形態では、所定区間内に制御される他のパラメータ、例えば、タンク内の水の栄養水準、ｐＨ及び温度、それにフィルター上の圧力差などを追加的に監視することが可能であり、その場合には多孔質担体媒体を循環する水の量又は回転率が担体媒体を通過する空気の流量やタンクから得られるプロセスパラメータとの関連で制御される。こうした監視によって方法の適正な稼働を自動化することが可能になるが、その場合にはコンピューター又は他の類似手段を用いて、例えば、水タンク内の２電極間の実測導電率、担体媒体に供給される水の流量といったデータを収集し、これらのパラメータを所定区間と比較して、タンク内の汚染水を部分的に新鮮な水と入れ替える、担体媒体を通過する水の流量を加減する、特定の栄養素を追加するといった必要な調節を自動的に行う。
【００７０】
［水性液体による洗浄処理］
こうした制御ユニットは、所定の間隔又は事情下で多孔質担体媒体の清浄処理を実行するよう予めプログラムしておいてもよい。この清浄処理は後述の低圧水ジェットを作り出すことができるノズルをフィルターの前に配置して行ってもよい。該制御ユニットはまた、稼働のための必要資料を提供するに足るデータを記録してもよい。
【００７１】
洗浄処理に使用する水の量は重要である。タンク内の塩濃度の上昇に伴い、アンモニア／臭気除去に由来する老廃物特にアンモニウム、亜硝酸及び硝酸などの生成物をかなり高濃度で含む汚染水を何らかのやり方で処理しなければならないためである。したがって、廃水は可能な限り少量に抑えることができれば、廃棄物の処理がより経済的で、より容易になるので、望ましい。汚染水は肥料として使用してもよいし、再生して他の目的に、又は他タイプの肥料として、使用してもよい。
【００７２】
担体媒体上の生化学過程により、微生物はほぼすべてのアンモニアをアンモニウム、亜硝酸及び硝酸へと変換し、また有機物を無機化して二酸化炭素や無機窒素及び硫化物にするであろう。粉塵などの不溶性粒子は大部分が水と共にタンクに運ばれ、沈殿しよう。
【００７３】
洗浄用水の流量を特定のレベルに維持して、微生物が繁茂するに足る量の給水と廃水を最小限に抑えるという意味での節水との兼ね合いをはかることだけでなく、担体媒体の、換気空気を通過させる性能もまた重要である。したがって、本発明の別の好ましい実施形態では、担体媒体はバイオパッドを含み、該バイオパッドは通風方向の厚さが５０〜２００ｍｍ、より好ましくは１２０〜２００ｍｍ、最も好ましくは約１５０ｍｍであり、またバイオパッド貫流風速は１ｍ／ｓ（メートル／秒）未満、好ましくは０．８ｍ／ｓである。１５０ｍｍという最も好ましい厚さのバイオパッドでは、バイオパッド貫流風速が約０．７〜１．０ｍ／ｓ、最も好ましくは０．８ｍ／ｓとなり、空気が前述の、互いに間隔をあけて配置した２個又は数個のフィルター壁を通過し、また各バイオパッドで約０．１５〜０．１９秒のあいだ微生物と接触するように、換気手段を配置する。言い換えると、２種類の微生物を含んでなりそれ自体の厚さが各々０．１５ｍｍであるバイオパッドは、大量の換気空気を通過させ、その間にアンモニア濃度を平均２ｐｐｍ未満に減らし、また臭気を周辺近隣に何ら迷惑を及ぼさないレベルまで低下させることができることを意味する。
【００７４】
本発明の好ましい実施形態では、洗浄処理に使用する水性液体はまた主要栄養素と微量栄養素を共に含む。そうした栄養素はリン酸塩、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、カリウムイオン、ナトリウムイオン及び／又は硫黄イオン、ビタミン類、それに微量金属、例えば、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｉ、Ｍｏ及び／又はＳｅの塩からなる群より選択することができる。
【００７５】
複数のフィルターを使用して空気清浄法を実施する場合には、第１フィルターの洗浄に使用する液体はそうした主要栄養素と微量栄養素を共に含んでもよい。あるいは、別の方法として、第１フィルターの洗浄に使用する液体だけでなく第２フィルターの洗浄に使用する液体もまた、そうした主要栄養素と微量栄養素を共に含んでもよい。
【００７６】
担体媒体中に最適稼働条件を維持するためには、担体媒体が詰まってその中を空気が通りにくくなることのないよう、粒子特に無機粒子を所定の間隔で除去してもよい。
【００７７】
したがって、担体媒体をフラッシュ洗浄して凝集粉塵又は厚いバイオフィルムをきれいに落とすという時折の手作業の必要を解消するために、自動洗浄ロボットをフィルターの手前に取り付けるのが好ましい。この洗浄ロボットは１つ又は複数のノズルからなり、濃密な低圧水ジェットをフィルターに噴射して清浄対象の空気を通す各流路を水ジェットでフラッシュ洗浄する。フィルターのフラッシュ洗浄にはタンクからの水を使用する。この洗浄は所定の間隔で、及び／又はフィルター上の圧力差に応じて、及び／又は豚舎の生産バッチ豚集団入れ替え時の空気清浄システムの停止といった規定の事情下に、行う。フラッシュ洗浄の所定間隔は１、４、８、２４、４８、７２又は最高９６時間とする。洗浄ロボットを始動させるフィルター上の圧力差の限界は２０〜５０Ｐａの範囲内であり、最も好ましくは３０Ｐａである。
【００７８】
担体媒体には微生物がきわめて強固に付着しているので、この洗浄はかなり激しく行って、担体媒体全体の徹底した洗浄により最大限の換気能が維持されると同時に、微生物にとっての最適条件が、したがってバイオパッドの臭気／アンモニア除去能が、確保されるようにしてもよい。
【００７９】
頂部から供給される大量の水は、水の揚程をやや上回る水圧で仕事が行われうることを意味する。これは、ノズルの小孔ではなく分配管のずっと大きな孔が使用できることを意味する。したがって、水を浄化するために数個のタンクを用意する必要はなく、目の粗いこし器で間に合う。バイオパッドは含浸セルロースを素材とするため、細菌による分解を受けない。したがって、その耐用年数は１０年以上となろう。
【００８０】
パッド表面には、アンモニアを亜硝酸へと、そしてさらには硝酸へと、変換するアンモニア／亜硝酸酸化細菌などの微生物のバイオフィルムが形成される。ＮＯｘもＮ2Ｏもあまり形成されない。蓄積窒素のうち０〜４、５％、０〜２％がそれぞれＮ2Ｏ−Ｎ（亜硝酸態窒素）、ＮＯ−Ｎ（硝酸態窒素）として放出されるにすぎないためである。
【００８１】
試験結果によれば、本発明の方法は温度感受性ではない。冬期には畜舎内の家畜を冷やすための換気空気量が少なくて済むため、バイオパッドと接触するアンモニアや臭気分子を含む換気空気の量も少なくなるし、また夏期には比較的気温が高くなり、バイオパッド中に維持される細菌もそれに応じて活発になるため、バイオパッドを通過する換気空気量の増加に由来するアンモニアや臭気を除去することができる。
【００８２】
［図面の説明］
添付図面は本発明の方法の実施に適した装置の略図にすぎないが、次に、添付図面を参照しながら本発明を詳しく説明する。
【００８３】
図１はフィルターを１つだけ使用する本発明の装置の一般的な原理を示す。多孔質担体媒体１は清浄対象の空気２が担体媒体の中を通過しうるように配置される。担体媒体は管３を経由する水性液体で洗浄処理される。水性液体は水タンク４に回収される。水は担体媒体１と水タンク４の間を循環させることができる。水タンクには新鮮な水５が追加される。水性液体は水タンク４から管６を経てシステム外に廃棄される。
【００８４】
図２はフィルターを２つ使用する本発明の装置の一般的な原理を示す。２つの多孔質担体媒体１及び２は清浄対象の空気３が担体媒体の中を通過しうるように配置される。担体媒体は管４を経由する水性液体で洗浄処理される。水性液体は水タンク５及び６に回収される。各担体媒体用に水タンクが１つずつ存在する。水性液体は対応する担体媒体に循環させることができる。２つの水タンクのうちの第２タンク５には新鮮な水７が追加される。２つの水タンクのうちの第２タンク５からは第１タンク６に水性液体が供給される。２つの水タンクのうちの第１タンク６からは管８を経て水性液体がシステム外に廃棄される。
【００８５】
図３は図２の好ましい実施形態の詳細を示す。２つのバイオパッド１及び２は、換気空気が第１バイオパッド１を、次いで第２バイオパッド２を、順次通過しうるように配置する。水タンク３を設け、適当なポンプ６及び７、配管１１及び１２を介して水性液体をタンクからバイオパッド１及び２の頂部に循環させ、水性液体が、例えば、重力の作用でバイオパッド１及び２の全体を湿らせるようにする。その後、バイオパッド１及び２を出た水性液体は適当な配管１３及び１４を経て水タンク３へと戻される。
【００８６】
水タンク３は障壁５で２つに仕切られている。システムには管１０から新鮮な水が供給される。タンクのうち給水管１０のある部分の水性液体はこのタンクからポンプ６と適当な配管１２を介して第２バイオパッド２に循環させ、また適当な配管１４を介してポンプ６と給水管１０を含む水タンクに戻す。
【００８７】
給水管の付いたタンク部分の水性液体はオーバーフロー流路４を介して、別の、ポンプ７を含むタンク部分へと導く。ポンプ７を含むタンク部分の水性液体はこのタンクからポンプ７と適当な配管を介してバイオパッド１へと導き、さらには適当な配管１３を介してポンプ７を含む水タンクに戻す。
【００８８】
ポンプ８は水タンクから水性液体を排出し、排出された水性液体は適当な配管９を介して廃棄される。
【００８９】
バイオパッド１に供給される水性液体の導電率を測定するために、電気センサー１６を設けるが、センサー１６は測定装置１５と電気的に接続している。測定装置１５はマイクロプロセッサーとインタフェース手段を具備し、センサー１６による測定値への反応という形でポンプ８が起動し、汚染した液体を力強く排出すると、後は給水管１０上に設けた別の弁が開き、補水して、水タンク３内の汚染物質濃度を引き下げるようにする。
【実施例】
【００９０】
換気空気からアンモニア、臭気及び粉塵を除去するためのこうした方法及び装置の実施例として、肥育舎からの排気を前述の設備に通した。該設備は、間隔をあけて２列に配した厚さ１０ｃｍのＭｕｎｔｅｒｓ社製蒸発式クーリングパッドを担体媒体としている。排気はこのフィルターを通過させてから周囲に放出した。担体媒体の寸法は、最大限の換気でフィルター貫流風速が０．８ｍ／ｓとなるように決めた。
【００９１】
各フィルターの隣に水タンクを配置し、そこから各フィルターにそれぞれ水性液体を供給した。各水タンクから対応する各担体媒体への水性液体の再循環には各水タンク内に設けたポンプを必要な配管や弁と共に用いた。担体媒体頂部には配水管路を設けて水性液体が担体媒体に沿って均一に分配されるようにした。水性液体の量は、担体媒体を絶えず湿潤に保つと同時に廃棄物を洗い流すように調節した。水タンクには新鮮な水を加え、後ろ側の担体媒体に、すなわち排気が通過する２番目の担体媒体に供給されるようにした。廃水は前側の担体媒体すなわち排気を通過させる最初の担体媒体に水を供給する水タンクからシステム外へとポンプで排出した。廃水の流出は、前側の担体媒体と対応する水タンクとの間を循環する水性液体の実測導電率と結び付けて制御した。導電率センサーは液体を前方の担体媒体から対応する水タンクへと戻す配管内に設けた。
【００９２】
システムを始動させると、フィルターが湿潤状態にあり舎内空気を通過させるため、排気中の固有微生物は確実に担体媒体にコロニー形成し生存能と活性を有するバイオフィルムを確立した。バイオフィルムは担体媒体の洗浄処理にも支えられて、アンモニア、臭気及び粉塵を確実に除去することができた。
【００９３】
流出は前記の流出戦略により最小限に抑えられた。導電率が限界に達すると、前側の担体媒体すなわち第１担体媒体に供給する水タンクから所定量の水性液体が排出された。導電率が限界を超えると、該水タンクからの水性液体排出量は線形に増加した。ならし運転期がすぎると、平均導電率は１０〜２５ｍＳ／ｃｍの範囲内特に１７〜２２ｍＳ／ｃｍの範囲内に保たれた。
【００９４】
排気からアンモニア、臭気及び粉塵を除去するこの方法の効率とこの方法に用いる前記装置の効率は、前記肥育舎の排気中のアンモニア、臭気及び粉塵を、該排気が装置を通過する前に、また該排気が装置を通過した後の出口で大幅に希釈される前に、それぞれ測定することにより証明された。得られた結果は次のとおりである。
【００９５】
排気中のアンモニア濃度は清浄処理前で３０ｐｐｍ、２つのフィルターの通過による清浄処理後で０ｐｐｍ（検出不能；検出限界＜０．５ｐｐｍ−ＮＨ3）であった。これらの値は２か月間、定期的に測定した。
【００９６】
単一成分の濃度測定では、硫化水素（ＣＡＳ ７７８３−０６−０４）を０．００４０ｐｐｍから０．０２２０ｐｐｍに、硫化ジメチル（ＣＡＳ ７５−１８−３）を０．０９２ｐｐｍから０．０１９０ｐｐｍに、二硫化ジメチル（ＣＡＳ ６２４−９２−０）を０．０６５０ｐｐｍから＜０．０００５に、メチルメルカプタン（ＣＡＳ ７４−９３−１）を０．３９０ｐｐｍから０．００６５ｐｐｍに、トリメチルアミン（ＣＡＳ ７５−５０−３）を＜０．００１ｐｐｍに、それぞれ低下させる性能のあることが示された。これらの値は無作為選択日に得られた。揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）量は１か月間測定した。ＶＦＡのプロピオン酸（ＣＡＳ ７９−０９−４）、酪酸（ＣＡＳ １０７−９２−６）、イソ吉草酸（ＣＡＳ ５０３−７４−２）及びｎ−吉草酸（ＣＡＳ １０９−５２−４）はいずれも１０〜１００ｐｐｍ台から約０．００１ｐｐｍに低下した。
【００９７】
図３に示すような若干変更を加えた装置を使用する別の実施例では、２か月間の平均実測アンモニア濃度は清浄処理前の排気中で９．０ｐｐｍ、清浄処理後で１．２ｐｐｍであった。該設備では、別の２か月間では平均アンモニア濃度は清浄処理前で４．３ｐｐｍ、清浄処理後で２．１ｐｐｍであった。同じ設備での臭気測定値（単位：ＯＵE／ｍ3＝立方メートルあたり欧州臭気単位）は２２４９から１１３３への、１３００から５８０への、３５８から１２７への、また１２６から１０５への、臭気低減をそれぞれ示した。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】１つの担体媒体だけを使用する本発明の装置の略図である。
【図２】２つの担体媒体を使用する本発明の装置の略図である。
【図３】２つの担体媒体を使用する本発明の装置の詳細図である。
【図１】
2008534243.tif 000003
【図２】
2008534243.tif 000004
【図３】
2008534243.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成19年1月23日(2007.1.23)
【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】
ｉ）浄化すべき空気の流れを多孔質担体媒体と接触させる工程、
ｉｉ）前記担体媒体を水性液体で洗浄する工程、
ｉｉｉ）工程ｉｉ）で使用された水性液体をタンクに回収する工程
を含み、
前記担体媒体がその表面に硝化細菌と従属栄養微生物のコロニーを含む材料であり、
工程ｉｉ）で適用される水性液体が栄養素の点で前記細菌及び微生物の生存能と活性を確保する組成を有し、
異なるタイプの細菌と微生物の間のバランスが工程ｉｉｉ）で回収される液体を測定することにより制御され、必要に応じて、工程ｉｉ）で使用される液体の溶存化合物に関する組成がこの測定に基づいて調節される空気清浄法であって、前記測定が導電率の測定に関するものであり、前記工程ｉｉ）で適用される水性液体が５〜８０ｍＳ／ｃｍの導電率を示すよう調節されることを特徴とする、空気清浄法。
【請求項２】
ｉａ）浄化すべき空気の流れを第１フィルターの多孔質担体媒体と接触させる工程、
ｉｂ）前記空気を第２フィルターの多孔質担体媒体と接触させる工程、
ｉｉ）各フィルターの前記担体媒体をそれぞれ水性液体で洗浄する工程、
ｉｉｉ）各フィルターに関して工程ｉｉ）で使用された水性液体を回収する工程
を含み、
各フィルターの前記担体媒体がその表面に独立栄養硝化細菌と従属栄養微生物のコロニーを含む材料を有し、
工程ｉｉ）で適用される水性液体が栄養素の点で前記細菌及び微生物の生存能と活性を確保する組成を有し、
異なるタイプの細菌と微生物の間のバランスが工程ｉｉｉ）で回収される液体を測定することにより制御され、必要に応じて、工程ｉｉ）で使用される液体の溶存化合物に関する組成がこの測定に基づいて調節される空気清浄法であって、前記測定が導電率の測定に関するものであり、前記工程ｉｉ）で適用される水性液体が５〜８０ｍＳ／ｃｍの導電率を示すよう調節されることを特徴とする、空気清浄法。
【請求項３】
前記担体媒体が連続的に洗浄される、請求項１又は２に記載の空気清浄法。
【請求項４】
前記担体媒体の表面積／体積比が３００〜１０００ｍ2／ｍ3、例えば、４００〜６００ｍ2／ｍ3である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気清浄法。
【請求項５】
前記担体媒体が、セルロース、例えば、紙又は紙状材料、例えば、ボール紙又は板紙、好ましくは紙を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気清浄法。
【請求項６】
前記担体媒体が、空気を流しうる本質的に平行な配向の複数の流路を形成するよう配置される複数の段ボールシートによって形成されたパッドを含む、請求項５に記載の空気清浄法。
【請求項７】
前記担体媒体が、焼成された多孔質発泡クレー骨材又はガラス繊維シートからなる材料を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気清浄法。
【請求項８】
前記硝化細菌が、ニトロソモナス・エウロペア（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ ｅｕｒｏｐｅａ）、ニトロソモナス・モビリス（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ ｍｏｂｉｌｉｓ）、ニトロソモナス属の一種（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ ｓｐ）、ニトロソスピラ属の一種（Ｎｉｔｒｏｓｏｓｐｉｒａ ｓｐ）及びニトロバクター属の一種（Ｎｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ）を含む群より選択され、好ましくはニトロソモナス・エウロペア（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ ｅｕｒｏｐｅａ）である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の空気清浄法。
【請求項９】
前記従属栄養微生物が、サイトファーガ（Ｃｙｔｏｐｈａｇａ）、ベータプロテオバクテリア（Ｂｅｔａ Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ）、ガンマプロテオバクテリア（Ｇａｍｍａ Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ）を含む群より選択される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の空気清浄法。
【請求項１０】
前記工程ｉｉ）で適用されるべき水性液体が主要栄養素と微量栄養素を含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の空気清浄法。
【請求項１１】
前記主要栄養素が、リン酸塩、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、カリウムイオン、ナトリウムイオン及び／又は硫黄イオンを含む、請求項１０に記載の空気清浄法。
【請求項１２】
前記微量栄養素が、ビタミン類及び微量金属、例えば、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｉ、Ｍｏ及び／又はＳｅの塩を含む、請求項１０に記載の空気清浄法。
【請求項１３】
前記工程ｉｉｉ）において、前記第１フィルターの洗浄処理に由来する水性液体が第１タンクに回収され、前記第２フィルターの洗浄処理に由来する水性液体が第２タンクに回収され、液体の流れが前記第２タンクから前記第１タンクへ確立され、該第２タンクが新鮮な水で補給され、該第１タンクに含まれる水性液体の一部が廃棄され、また、前記工程ｉｉ）において、前記第１フィルターの担体媒体が前記第１タンクに由来する水性液体で洗浄され、前記第２フィルターの担体媒体が前記第２タンクに由来する水性液体で洗浄されて、向流洗浄プロセスとなるようにされる、請求項２に記載の空気清浄法。
【請求項１４】
前記工程ｉｉｉ）において、前記第１フィルターの洗浄処理に由来する水性液体が第１タンクに回収され、前記第２フィルターの洗浄処理に由来する水性液体が第２タンクに回収され、液体の流れが前記第２タンクから前記第１タンクへ確立され、該第１タンクに含まれる水性液体の一部が廃棄され、また、前記工程ｉｉ）において、前記第１フィルターの担体媒体が前記第１タンクに由来する水性液体で洗浄され、前記第２フィルターの担体媒体が新鮮な水で洗浄されて、向流洗浄プロセスとなるようにされる、請求項２に記載の空気清浄法。
【請求項１５】
前記工程ｉｉｉ）で回収された水性液体の少なくとも一部が、前記工程ｉｉ）で使用されるよう再循環される、請求項１に記載の空気清浄法。
【請求項１６】
前記工程ｉｉｉ）において、フィルターの洗浄処理に由来する水性液体がタンクに回収され、該タンクに含まれる水性液体の一部が廃棄され、該タンクが新鮮な水で補給され、また、前記工程ｉｉ）において、フィルターの担体媒体が前記タンクに由来する水性液体で洗浄される、請求項１に記載の空気清浄法。
【請求項１７】
前記工程ｉｉｉ）において、フィルターの洗浄処理に由来する水性液体がタンクに回収され、該タンクに含まれる水性液体の一部が廃棄され、また、前記工程ｉｉ）において、フィルターの担体媒体が新鮮な水で洗浄される、請求項１に記載の空気清浄法。
【請求項１８】
前記水性液体の測定が、（２つ以上のフィルターの場合に）対応するタンクに向かう途中で浄化すべき空気と接触する最初のフィルターであるフィルターを出る液体に関して行われるか、又は前記対応するタンク中に存在する液体に関して行われる、請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の空気清浄法。
【請求項１９】
前記工程ｉｉｉ）で回収された水性液体に関して行われる測定が、以下のパラメータ、すなわち、アンモニア濃度、アンモニウム濃度、亜硝酸塩濃度、リン酸塩濃度のうち１つ又は複数の測定に関するものである、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の空気清浄法。
【請求項２０】
前記工程ｉｉ）で適用される水性液体が８〜６０ｍＳ／ｃｍ、例えば、１０〜４０ｍＳ／ｃｍ、例えば、１２〜３０ｍＳ／ｃｍ、好ましくは１５〜２５ｍＳ／ｃｍ、例えば、１７〜２３ｍＳ／ｃｍの導電率を示すよう調節される、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の空気清浄法。
【請求項２１】
浄化すべき空気がアンモニア及び／又は他の臭気化合物を含む、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の空気清浄法。
【請求項２２】
浄化すべき空気が、畜舎、特には豚舎若しくは鶏舎に由来する空気であるか又は家畜糞尿堆肥化設備に由来する空気である、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の空気清浄法。
【請求項２３】
硝化細菌と従属栄養微生物のコロニーの形成、確立及び生存能を可能にする表面特性を有する多孔質材料の担体媒体であって筐体中に収容された担体媒体、
前記筐体に空気の流れを供給して該空気を前記担体媒体の表面と接触させるための手段、及び該担体媒体と接触された空気を該筐体の外に導くための手段、
前記担体媒体を水性液体で洗浄するための手段、
洗浄後の水性液体を回収するための手段、
洗浄に使用された液体の特性を測定するための測定手段、及び
洗浄に使用される水性液体の組成を調節するための制御手段
を含む、特に請求項１に記載の空気清浄法の実施に適した空気清浄用装置であって、前記測定手段が前記液体の導電率を５〜８０ｍＳ／ｃｍに維持するために洗浄に使用される水性液体の組成を調節するよう構成された導電率制御手段を含むことを特徴とする、空気清浄用装置。
【請求項２４】
独立栄養硝化細菌と有機従属栄養微生物のコロニーの形成、確立及び生存能を可能にする表面特性を有する多孔質材料の担体媒体を含む第１フィルター、
独立栄養硝化細菌と有機従属栄養微生物のコロニーの形成、確立及び生存能を可能にする表面特性を有する多孔質材料の担体媒体を含む第２フィルターであって、前記第１フィルターと該第２フィルターが筐体中に収容されている第２フィルター、
前記筐体に空気の流れを供給して該空気を前記第１フィルターの担体媒体の表面と接触させ、続いて該空気を前記第２フィルターの担体媒体の表面と接触させるための手段、
各フィルターの担体媒体とそれぞれ接触された空気を前記筐体の外に導くための手段、
前記第１フィルターの担体媒体を水性液体で洗浄するための手段、
前記第１フィルターの担体媒体を洗浄した後に得られた水性液体を回収するための手段、
前記第２フィルターの担体媒体を水性液体で洗浄するための手段、
前記第２フィルターの担体媒体を洗浄した後に得られた水性液体を回収するための手段、及び
洗浄に使用された液体の特性を測定するための測定手段
を含む、特に請求項２に記載の空気清浄法の実施に適した空気清浄用装置、特には豚舎由来の空気を清浄にするための装置であって、前記測定手段が前記液体の導電率を５〜８０ｍＳ／ｃｍに維持するために洗浄に使用される水性液体の組成を調節するよう構成された導電率制御手段を含むことを特徴とする、空気清浄用装置。
【請求項２５】
洗浄に再利用するために洗浄に使用された水性液体を再循環するための手段をさらに含む、請求項２３又は２４に記載の空気清浄用装置。
【請求項２６】
前記担体媒体の表面積／体積比が３００〜１０００ｍ2／ｍ3、例えば、４００〜６００ｍ2／ｍ3である、請求項２３〜２５のいずれか１項に記載の空気清浄用装置。
【請求項２７】
前記担体媒体が、セルロース、例えば、紙又は紙状材料、例えば、ボール紙又は板紙、好ましくは紙を含む、請求項２３〜２６のいずれか１項に記載の空気清浄用装置。
【請求項２８】
前記担体媒体が、空気を流しうる本質的に平行な配向の複数の流路を形成するよう配置される複数の段ボールシートによって形成されたパッドを含む、請求項２７に記載の空気清浄用装置。
【請求項２９】
前記測定手段が、以下のパラメータ、すなわち、アンモニウム濃度、アンモニア濃度、亜硝酸塩濃度、リン酸塩濃度のうち１つ又は複数の測定にさらに関するものである、請求項２３〜２８のいずれか１項に記載の空気清浄用装置。
【請求項３０】
前記第１フィルターの洗浄処理に由来する水性液体を収容するための第１タンク、前記第２フィルターの洗浄処理に由来する水性液体を収容するための第２タンク、液体の流れを前記第２タンクから前記第１タンクへ確立するための手段、該第２タンクを新鮮な水で補給するための手段、該第１タンクに含まれる水性液体の一部を廃棄するための手段、前記第１フィルターの担体媒体を前記第１タンクに由来する水性液体で洗浄するための手段、前記第２フィルターの担体媒体を前記第２タンクに由来する水性液体で洗浄して向流洗浄プロセスとなるようにするための手段を含む、請求項２４に記載の空気清浄用装置。
【請求項３１】
前記第１フィルターの洗浄処理に由来する水性液体を収容するための第１タンク、前記第２フィルターの洗浄処理に由来する水性液体を収容するための第２タンク、液体の流れを前記第２タンクから前記第１タンクへ確立するための手段、該第１タンクに含まれる水性液体の一部を廃棄するための手段、前記第１フィルターの担体媒体を前記第１タンクに由来する水性液体で洗浄するための手段、前記第２フィルターの担体媒体を新鮮な水で洗浄して向流洗浄プロセスとなるようにするための手段を含む、請求項２４に記載の空気清浄用装置。
【請求項３２】
フィルターの洗浄処理に由来する水性液体を収容するためのタンク、該タンクに含まれる水性液体の一部を廃棄するための手段、該タンクを新鮮な水で補給するための手段、フィルターの担体媒体を前記タンクに由来する水性液体で洗浄するための手段を含む、請求項２３に記載の空気清浄用装置。
【請求項３３】
フィルターの洗浄処理に由来する水性液体を収容するためのタンク、該タンクに含まれる水性液体の一部を廃棄するための手段、フィルターの担体媒体を新鮮な水で洗浄するための手段を含む、請求項２３に記載の空気清浄用装置。
【請求項３４】
（２つ以上のフィルターの場合に）対応するタンクに向かう途中で浄化すべき空気と接触する最初のフィルターであるフィルターを出る液体に関して測定を行うか、又は前記対応するタンク中に存在する液体に関して測定を行うための手段を含む、請求項３０〜３３のいずれか１項に記載の空気清浄用装置。
【請求項３５】
１つ又は複数のフィルター上の圧力に関するパラメータ及び／又は以下のパラメータ、すなわち、アンモニア及び臭気、例えば、臭気単位、並びに特定の主要臭気化合物、例えば、酪酸、パラクレゾール、モノメチルフェノール、ジメチルフェノール、トリメチルフェノール及びトリメチルアミンのうち１つ又は複数を使用することによって制御するための手段をさらに含む、請求項２３〜３４のいずれか１項に記載の空気清浄用装置。
【請求項３６】
請求項２３〜３５のいずれか１項に記載の空気清浄用装置を含む構造体。
【請求項３７】
空気、特には畜舎、例えば、豚舎若しくは鶏舎又は家畜糞尿堆肥化設備における空気の清浄のための、請求項２３〜３５のいずれか１項に記載の空気清浄用装置の使用。
【国際調査報告】
2008534243.tif 000006
2008534243.tif 000007
2008534243.tif 000008
2008534243.tif 000009