(57)【要約】      （修正有）【課題】コンパクトで、安価に提供でき、かつ短期間で充分にＢＯＤ、ＣＯＤおよび窒素分を低減させることを可能にするし尿処理装置およびし尿処理方法を提供する。【解決手段】固形分が除去され、分解微生物と半導体特性を有するケイ素質多孔粉体とを含むし尿を貯留し、半導体特性を有する第１ケイ素質多孔板８と、第１ケイ素質多孔板８に向けてし尿を噴射させるための第１噴射手段７と、貯留したし尿に空気を供給するための第１空気ノズル９とを備える第１槽２と、第１循環手段１０により供給される第２槽３と、第２槽３に貯留した第１処理水を、第２噴射手段１３に供給する第２循環手段１６と、第２噴射手段１３に供給する第１処理水と、第２空気供給手段１７と、第２槽３に殺菌剤を供給する殺菌剤供給手段１８とを含み、空気を含むし尿および空気を含む第１処理水を、第１ケイ素質多孔板８および第２ケイ素質多孔板１４に衝突させることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形分が除去され、分解微生物と半導体特性を有するケイ素質多孔粉体とを含むし尿を貯留し、半導体特性を有する第１ケイ素質多孔板と、前記第１ケイ素質多孔板に向けて前記し尿を噴射させるための第１噴射手段と、貯留した前記し尿に空気を供給するための第１空気ノズルとを備える第１槽と、
前記第１槽に貯留した前記し尿を、前記第１噴射手段に供給する第１循環手段と、
前記第１噴射手段に供給される前記し尿と、前記第１空気ノズルとに空気を供給する第１空気供給手段と、
前記第１循環手段により供給され、前記第１槽内で処理された第１処理水を貯留し、半導体特性を有する第２ケイ素質多孔板と、前記第２ケイ素質多孔板に向けて前記第１処理水を噴射させるための第２噴射手段と、貯留した前記第１処理水に空気を供給するための第２空気ノズルとを備える第２槽と、
前記第２槽に貯留した前記第１処理水を、前記第２噴射手段に供給する第２循環手段と、
前記第２噴射手段に供給する前記第１処理水と、前記第２空気ノズルとに空気を供給する第２空気供給手段と、
前記第２槽に殺菌剤を供給する殺菌剤供給手段とを含み、
前記空気を含む前記し尿および前記空気を含む前記第１処理水を、前記第１ケイ素質多孔板および前記第２ケイ素質多孔板に衝突させることを特徴とする、し尿処理装置。
【請求項２】
前記し尿処理装置は、前記第２槽から排出される第２処理水中の残留成分を捕捉する半導体特性を有するケイ素質多孔充填物を含む捕捉手段をさらに含む、請求項１に記載のし尿処理装置。
【請求項３】
前記ケイ素質多孔粉体、前記第１ケイ素質多孔板、前記第２ケイ素質多孔板および前記ケイ素質多孔充填物は、半導体特性を有するシリコンを５質量％〜６０質量％、金属シリコンを４０質量％〜９５質量％含有する、請求項１または２に記載のし尿処理装置。
【請求項４】
前記ケイ素質多孔粉体、前記第１ケイ素質多孔板、前記第２ケイ素質多孔板および前記ケイ素質多孔充填物は、さらにトルマリンを１質量％〜１０質量％、酸化チタンを１０質量％〜４０質量％、銀ゼオライトを２質量％〜１５質量％、銀を０．５質量％〜５質量％含有する、請求項３に記載のし尿処理装置。
【請求項５】
前記第１槽内および前記第２槽内にそれぞれ、前記し尿および前記第１処理水中の有機物の分解によって発生する気泡を消失させるための第１散液手段および第２散液手段をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のし尿処理装置。
【請求項６】
固形分が除去され、分解微生物と半導体特性を有するケイ素質多孔粉体とを含むし尿を第１槽に供給する段階と、
前記第１槽内に供給され貯留された前記し尿に、第１空気供給手段により空気を供給する段階と、
前記貯留されたし尿を、第１循環手段によって第１噴射手段に供給するとともに、前記第１循環手段によって供給される前記し尿に、第１空気供給手段によって空気を供給する段階と、
前記空気を含む前記し尿を前記第１噴射手段から噴射させ、半導体特性を有する第１ケイ素質多孔板に衝突させる段階と、
前記第１循環手段により、第１槽内で処理された第１処理水を第２槽に供給する段階と、
前記第２槽内に供給され貯留された前記第１処理水に、前記第２空気供給手段により空気を供給する段階と、
前記貯留された第１処理水を、第２循環手段によって第２噴射手段に供給するとともに、前記第２循環手段によって供給される前記第１処理水に、第２空気供給手段によって空気を供給する段階と、
前記空気を含む前記第１処理水を前記第２噴射手段から噴射させ、半導体特性を有する第２ケイ素質多孔板に衝突させる段階と、
殺菌剤供給手段により前記第２槽内に殺菌剤を供給する段階とを含む、し尿処理方法。
【請求項７】
前記し尿処理方法は、半導体特性を有するケイ素質多孔充填物を含む捕捉手段により、前記第２槽から排出される第２処理水中の残留成分を捕捉する段階をさらに含む、請求項６に記載のし尿処理方法。
【請求項８】
前記ケイ素質多孔粉体、前記第１ケイ素質多孔板、前記第２ケイ素質多孔板および前記ケイ素質多孔充填物は、半導体特性を有するシリコンを５質量％〜６０質量％、金属シリコンを４０質量％〜９５質量％含有する、請求項６または７に記載のし尿処理方法。
【請求項９】
前記ケイ素質多孔粉体、前記第１ケイ素質多孔板、前記第２ケイ素質多孔板および前記ケイ素質多孔充填物は、さらにトルマリンを１質量％〜１０質量％、酸化チタンを１０質量％〜４０質量％、銀ゼオライトを２質量％〜１５質量％、銀を０．５質量％〜５質量％含有する、請求項８に記載のし尿処理方法。
【請求項１０】
第１散液手段および第２散液手段により、前記第１槽内および前記第２槽内の前記し尿および前記第１処理水中の有機物の分解によって発生する気泡を消失させる段階をさらに含む、請求項６〜９のいずれか１項に記載のし尿処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家畜などから排出されるし尿を分解処理するし尿処理装置およびし尿処理方法に関し、より詳細には、し尿に分解微生物と半導体特性を有する粉状のケイ素質多孔体とを混合し、し尿中の有機物を分解微生物により分解するとともに、空気を含ませたし尿を噴射させ、板状のケイ素質多孔体に衝突させることにより、電気化学的に分解するし尿処理装置およびし尿処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、畜産場では、家畜から排出されるし尿は、貯留槽に貯留され、水で希釈して河川などに放流したり、液肥として利用されたり、曝気処理のみが行われ、悪臭や濁りなどが充分に処理されないまま、放流や液肥として利用されている。し尿を処理しないまま河川に放流する場合、特に、し尿中に多く含まれるリン酸や窒素により、水の汚染を促進させ、悪臭を放つといった環境上の問題が生じていた。また、大規模畜産場では、分解微生物を用いたし尿処理設備が使用されている。このし尿処理設備は、一般に、固形分の沈澱除去、曝気、微生物分解処理といった工程で行われ、数十日といった長い処理期間を要するため、ランニングコストがかかり、また、設備自体も大規模であるといった問題があった。
【０００３】
上述した問題に鑑み、小規模で、処理期間を短くし、効率的に微生物処理を行うし尿処理装置が提案されている。例えば、固形分を除去した後、残りの液体に光合成菌の存在下で一次曝気処理して、し尿中の有機物を分解し、その後、放線菌の存在下で二次曝気処理して、し尿中の残留有機物を分解し、さらにその後、通水性の珪酸カルシウムを濾材として使用し、液体中の燐酸分および窒素分を除去する装置が提案されている（特許文献１参照）。この装置は、さらに、貝殻粉末を凝集剤として使用することで、無臭の透明な精製水を転換することができ、し尿から臭い、色および泡が無く、濁りもほとんどない透明な水を得ることができるものである。
【０００４】
また、し尿中の窒素酸化物を分解処理するために、好気性バクテリアを活用し、その好気性バクテリアを活性化するため、より多くの酸素を与え、分解を促進する方法および装置が提案されている（特許文献２参照）。この装置は、１日の処理量に応じて、小型の培養槽を並列に組み合わせ、培養槽内に担体をアルカリ性物質の石灰石を集積することを特徴としている。これにより、担体もアルカリ性に保つことができ、バクテリアが生存し易い状態を与えて、効果的に処理することができるようにされている。この装置では、アンモニアを硝酸と水に、硫化水素を硫酸に、メチルメルカプタンと硫化メチルと二硫化メチルを硫酸と炭酸ガスと水に分解し、上記硝酸および硫酸をアルカリ性の石灰石によって中和し、肥料にすることができる。
【０００５】
上述した装置はいずれも、し尿処理期間を短くし、装置をコンパクトにし、かつランニングコストを低下させることができるものの、処理水中の、特にＢＯＤ（微生物学的に酸化分解される成分）、ＣＯＤ（化学的に酸化分解される成分）および窒素分を充分に低減させることができないといった問題があった。すなわち、現在の水質汚濁防止法に係る排水基準では、５０ｍ３以上の排水処理において、ＢＯＤおよびＣＯＤは、日間平均１２０ｍｇ／Ｌ以下であり、窒素分は日間平均６０ｍｇ／Ｌであるが、将来の排水基準の引き上げにより、排水基準を満たすことが困難になる可能性がある。したがって、処理期間を短くでき、装置がコンパクトであり、装置およびランニングコストを安価にすることができるとともに、ＢＯＤ、ＣＯＤおよび窒素分を充分に低減させることを可能にする装置が望まれている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−０３３５８８号公報（第２頁）
【特許文献２】
特開平１１−３０９４７４号公報（第２頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した問題に鑑み、処理水中のＢＯＤ、ＣＯＤおよび窒素分を充分に低減させることができ、かつコンパクトで、安価で提供でき、さらには短期間で処理することを可能にするし尿処理装置およびし尿処理方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体特性を有するケイ素質多孔体粉末を、バクテリアといった分解微生物とともに供給し、ケイ素質多孔体粉末に保持される酸素や鉄分などのミネラルを分解微生物に与えて活性化させ、この活性化させた分解微生物によりし尿中の有機物の分解を促進させ、次に、ある程度に分解された有機物を空気とともにケイ素質多孔体に衝突させ、有機物を電気化学的に分解させることで、中間生成物を伴うことなく、窒素および炭酸ガスなど直接に分解されることを見出すことによりなされたものである。
【０００９】
すなわち、本発明の請求項１の発明によれば、固形分が除去され、分解微生物と半導体特性を有するケイ素質多孔粉体とを含むし尿を貯留し、半導体特性を有する第１ケイ素質多孔板と、前記第１ケイ素質多孔板に向けて前記し尿を噴射させるための第１噴射手段と、貯留した前記し尿に空気を供給するための第１空気ノズルとを備える第１槽と、
前記第１槽に貯留した前記し尿を、前記第１噴射手段に供給する第１循環手段と、
前記第１噴射手段に供給される前記し尿と、前記第１空気ノズルとに空気を供給する第１空気供給手段と、
前記第１循環手段により供給され、前記第１槽内で処理された第１処理水を貯留し、半導体特性を有する第２ケイ素質多孔板と、前記第２ケイ素質多孔板に向けて前記第１処理水を噴射させるための第２噴射手段と、貯留した前記第１処理水に空気を供給するための第２空気ノズルとを備える第２槽と、
前記第２槽に貯留した前記第１処理水を、前記第２噴射手段に供給する第２循環手段と、
前記第２噴射手段に供給する前記第１処理水と、前記第２空気ノズルとに空気を供給する第２空気供給手段と、
前記第２槽に殺菌剤を供給する殺菌剤供給手段とを含み、
前記空気を含む前記し尿および前記空気を含む前記第１処理水を、前記第１ケイ素質多孔板および前記第２ケイ素質多孔板に衝突させることを特徴とする、し尿処理装置が提供される。
【００１０】
本発明の請求項２の発明によれば、前記し尿処理装置は、前記第２槽から排出される第２処理水中の残留成分を捕捉する半導体特性を有するケイ素質多孔充填物を含む捕捉手段をさらに含む、し尿処理装置が提供される。
【００１１】
本発明の請求項３の発明によれば、前記ケイ素質多孔粉体、前記第１ケイ素質多孔板、前記第２ケイ素質多孔板および前記ケイ素質多孔充填物は、半導体特性を有するシリコンを５質量％〜６０質量％、金属シリコンを４０質量％〜９５質量％含有する、し尿処理装置が提供される。
【００１２】
本発明の請求項４の発明によれば、前記ケイ素質多孔粉体、前記第１ケイ素質多孔板、前記第２ケイ素質多孔板および前記ケイ素質多孔充填物は、さらにトルマリンを１質量％〜１０質量％、酸化チタンを１０質量％〜４０質量％、銀ゼオライトを２質量％〜１５質量％、銀を０．５質量％〜５質量％含有する、し尿処理装置が提供される。
【００１３】
本発明の請求項５の発明によれば、前記第１槽内および前記第２槽内にそれぞれ、前記し尿および前記第１処理水中の有機物の分解によって発生する気泡を消失させるための第１散液手段および第２散液手段をさらに含む、し尿処理装置が提供される。
【００１４】
本発明の請求項６の発明によれば、固形分が除去され、分解微生物と半導体特性を有するケイ素質多孔粉体とを含むし尿を第１槽に供給する段階と、
前記第１槽内に供給され貯留された前記し尿に、第１空気供給手段により空気を供給する段階と、
前記貯留されたし尿を、第１循環手段によって第１噴射手段に供給するとともに、前記第１循環手段によって供給される前記し尿に、第１空気供給手段によって空気を供給する段階と、
前記空気を含む前記し尿を前記第１噴射手段から噴射させ、半導体特性を有する第１ケイ素質多孔板に衝突させる段階と、
前記第１循環手段により、第１槽内で処理された第１処理水を第２槽に供給する段階と、
前記第２槽内に供給され貯留された前記第１処理水に、前記第２空気供給手段により空気を供給する段階と、
前記貯留された第１処理水を、第２循環手段によって第２噴射手段に供給するとともに、前記第２循環手段によって供給される前記第１処理水に、第２空気供給手段によって空気を供給する段階と、
前記空気を含む前記第１処理水を前記第２噴射手段から噴射させ、半導体特性を有する第２ケイ素質多孔板に衝突させる段階と、
殺菌剤供給手段により前記第２槽内に殺菌剤を供給する段階とを含む、し尿処理方法が提供される。
【００１５】
本発明の請求項７の発明によれば、前記し尿処理方法は、半導体特性を有するケイ素質多孔充填物を含む捕捉手段により、前記第２槽から排出される第２処理水中の残留成分を捕捉する段階をさらに含む、し尿処理方法が提供される。
【００１６】
本発明の請求項８の発明によれば、前記ケイ素質多孔粉体、前記第１ケイ素質多孔板、前記第２ケイ素質多孔板および前記ケイ素質多孔充填物は、半導体特性を有するシリコンを５質量％〜６０質量％、金属シリコンを４０質量％〜９５質量％含有する、し尿処理方法が提供される。
【００１７】
本発明の請求項９の発明によれば、前記ケイ素質多孔粉体、前記第１ケイ素質多孔板、前記第２ケイ素質多孔板および前記ケイ素質多孔充填物は、さらにトルマリンを１質量％〜１０質量％、酸化チタンを１０質量％〜４０質量％、銀ゼオライトを２質量％〜１５質量％、銀を０．５質量％〜５質量％含有する、し尿処理方法が提供される。
【００１８】
本発明の請求項１０の発明によれば、第１散液手段および第２散液手段により、前記第１槽内および前記第２槽内の前記し尿および前記第１処理水中の有機物の分解によって発生する気泡を消失させる段階をさらに含む、し尿処理方法が提供される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して詳細に説明するが、本発明は以下に示す実施の形態に限定されるものではない。図１は、本発明のし尿処理装置の概略を示した図である。図１では、本発明のし尿処理装置が、固形分が分離されたし尿を貯留する貯留槽１と、貯留槽１に貯留されたし尿を処理するための第１槽２と、第１槽２で処理された処理水をさらに処理するための第２槽３とから構成されているのが示されている。畜産場から排出されるし尿は、まず、遠心分離機などを使用し、固形分が分離され、溶液が貯留槽１に供給される。なお、この溶液中には、細かい固形分が含まれていてもよい。貯留槽１に供給された上記溶液には、分解微生物と、ケイ素質多孔粉体とが散布され、混合される。本発明においては、貯留槽１底部に空気ノズルを設け、適宜空気を供給することができる。散布されるケイ素質多孔粉体は、半導体特性を有する粒状のシリコンと、粒状の金属シリコンとを含む組成物を焼成することにより得ることができる。本発明に使用するケイ素質多孔粉体は、上記の２種類のシリコンを含む組成物を焼成することにより得ることができるが、上述したように製造コスト、性能といった点からさらに組成範囲および種々の添加剤を加えて焼成を行うことが好ましい。なお、添加剤としては、トルマリン、酸化チタン、銀ゼオライト、銀を挙げることができる。
【００２０】
本発明に使用するケイ素質多孔粉体は、多孔質であるため、空気を充分に保持し、分解微生物に空気を供給することもでき、分解微生物にとって生息しやすい環境を与えることができる。また、ケイ素質多孔粉体は、カリウムや鉄といったミネラル成分を含み、分解微生物にこれらミネラル成分を供給することができる。ケイ素質多孔粉体を分解微生物とともに供給することで、分解微生物に上記ミネラル成分や酸素を与えることができ、分解微生物を活性化させ、増殖させて、し尿中の有機物の分解を促進させることができる。また、ケイ素質多孔粉体は、溶液中に上記ミネラル成分が流出することにより、溶液をｐＨ８〜９の弱アルカリ性に保持することができ、分解微生物の生存および増殖しやすい条件を与えることもできる。
【００２１】
本発明において分解微生物は、し尿中の有機物を分解できるものであればいかなるものであってもよいが、特に、微生物分解を受けにくい、炭素−炭素結合、炭素−酸素−炭素結合をもつ３つのモノリグノールの重合体からなる３次元網目状構造であるリグニンを分解する担子菌、子のう菌、放線菌、緑濃菌などのバクテリアを使用することができる。
【００２２】
図１に示す貯留槽１内では、ケイ素質多孔粉体により活性化された分解微生物が、溶液中の有機物を取り囲み、上記結合を切断するなどして有機物を細かく分解する。分解微生物は、ケイ素質多孔粉体から酸素およびミネラルを得て活性化し、貯留槽１内の有機物を分解する。図１に示す貯留槽１には、溶液中に浸漬された溶液ポンプ４が、ストレーナ５により包囲された状態で配設されており、ストレーナ５は、さらに固形分を除去して、溶液のみが溶液ポンプ４に吸引されるようにし、その溶液が、溶液ポンプ４により第１槽２に供給される。溶液ポンプ４およびストレーナ５は、貯留槽１の所定深さ位置に配設されており、貯留槽１の底部に堆積しやすい固形分を直接吸引しないようにされている。
【００２３】
図１に示す第１槽２内には、槽の上部に第１散液手段６と、第１散液手段６に下部方向に離間して配設される第１噴射手段７と、第１噴射手段７から下部方向に離間して配設される複数の第１ケイ素質多孔板８と、槽底部に第１空気ノズル９とが設けられている。第１空気ノズル９は、貯留槽１から溶液ポンプ４により供給された溶液中に浸漬された状態とされていて、溶液中に空気を供給することができるようにされている。この空気は、溶液中に含まれる分解微生物を活性化させるために供給される。なお、第１槽２内に溶液が供給された場合、その溶液面は、第１ケイ素質多孔板８から下部方向に離間して配設され、第１ケイ素質多孔板８は、溶液中に浸漬されないようになっている。また、本発明のし尿処理装置は、第１槽２の下部に貯留された溶液を、上部の第１噴射手段７に供給するための第１循環手段１０と、第１空気ノズル９に空気を供給するための第１空気供給手段１１とを備えている。第１槽２の下部に貯留した溶液を、第１循環手段１０により第１噴射手段７に供給する際、第１空気供給手段１１から空気が供給され、途中で混合され、第１噴射手段７からは、空気を含んだ溶液が噴射される。第１噴射手段７は、溶液を複数の穴から所定角度で噴射させることができるようにされていて、噴射された溶液が、空気とともに第１ケイ素質多孔板８の面全体に適切に衝突するようにされている。衝突した溶液は、落下して貯留された溶液中に戻される。
【００２４】
図１に示す第１ケイ素質多孔板８への溶液の衝突は、第１ケイ素質多孔板８において電解反応を生じさせ、有機物が効果的に電気化学的に分解されるものと推定される。この反応により、有機物を直接、微生物による分解で発生する硝酸や硫酸、硫化水素、窒素酸化物も、窒素および炭酸ガスなどに分解される。本発明は、貯留槽１において分解微生物により結合を切断するなどして有機物をある程度分解し、ケイ素質多孔板８に空気とともに衝突させることで、硝酸やアンモニアなどの中間生成物を生成することなく、有機物を分解することができるものである。なお、貯留した溶液中での分解微生物による分解反応により初期段階において気泡が発生するが、この気泡は、第１循環手段１０を使用して第１散液手段６から散液して消失させることができる。散液には、第１槽２内に貯留された溶液を使用することができる。また、本発明において貯留した溶液中の固形分濃度が高くなる場合には、水を供給することができ、これにより、第１循環手段１０による溶液の循環を適切に行うことができる。本発明においては、第１循環手段１０による循環を所定回数または所定時間行うことができる。本発明では、処理水中のＢＯＤ、ＣＯＤおよび窒素分を充分に低減させるために、例えば、５〜１０時間とすることができ、好ましくは６〜８時間とすることができる。所定時間循環を行い、溶液中の有機物を充分に分解した後、第２槽３へ供給することができる。第２槽３への供給は、第１循環手段１０を使用して行うことができる。
【００２５】
本発明の装置では、上述した循環を繰り返すことにより、上述した電気化学的に分解することができ、この電気化学的な分解反応は、アンモニアや硝酸といった中間生成物を生成することがなく、また、生成させないので、これらの処理を行う装置が不要となる。また、第１槽２内では、貯留したし尿、すなわち溶液中での分解微生物による分解に加え、第１ケイ素質多孔板８で上記反応を生じさせることで、充分な分解と、短期間での処理を行うことが可能となる。なお、生成した窒素ガスおよび炭酸ガスは、例えば、第１槽２内での処理が終了後、大気中へ放出することができる。この場合、窒素酸化物、硫化水素、アンモニアといった大気汚染ガスが含まれていないか否かを、ガス検知機を使用して検出し、汚染ガスが排出基準濃度以下であるか否かを確認して放出することができる。
【００２６】
図１に示す第２槽３は、第１槽２と同様の構成とされていて、槽上部に第２散液手段１２と、第２散液手段１２から下部方向に離間して配設される第２噴射手段１３と、第２噴射手段１３から下部方向に離間して配設される複数の第２ケイ素質多孔板１４と、槽底部に第２空気ノズル１５とが設けられている。第２空気ノズル１５は、第１槽２から第１循環手段１０により供給された第１処理水中に浸漬された状態とされていて、第１処理水中に空気を供給することができるようにされている。ここで、第１処理水とは、第１槽２内で第１ケイ素多孔板８への衝突を繰り返し、有機物が分解されたものをいい、具体的には、所定時間、第１循環手段１０により循環させて分解処理され、その後、第１循環手段１０を使用して第２槽３へ供給されるものをいう。第２槽３内に第１処理水が供給された場合、その溶液面は、第２ケイ素質多孔板１４から下部方向に離間して配設され、第２ケイ素質多孔板１４は、第１処理水中に浸漬されないようになっている。また、本発明のし尿処理装置は、第２槽３の下部に貯留した第１処理水を、上部の第２噴射手段１３に供給するための第２循環手段１６と、第２空気ノズル１５に空気を供給するための第２空気供給手段１７とを備えている。第２槽３の下部に貯留した第１処理水を、第２循環手段１６により第２噴射手段１３に供給する際、第２空気供給手段１７から空気が供給され、途中で混合され、第２噴射手段１３からは、空気を含んだ処理水が噴射される。第２噴射手段１４は、溶液を複数の穴から所定角度で噴射させることができるようにされていて、噴射された処理水は、空気とともに第２ケイ素質多孔板１４の面全体に適切に衝突するようにされている。衝突した処理水は、落下して貯留した処理水中に戻される。
【００２７】
図１に示す第２槽３の下部に貯留される処理水には、殺菌剤供給手段１８により殺菌剤が供給され、殺菌処理が行われ、その後、第２循環手段１６を使用して排出される。本発明において殺菌剤として、いかなるものでも使用できるが、例えば、次亜塩素酸を使用することができ、これにより、処理水を脱色することもできる。次亜塩素酸の添加により、処理水中には、塩素分が含まれるが、この塩素分は、上記第２ケイ素質多孔板１４への衝突により、中間生成物である有機塩化物を生成することなく、塩素とされる。この塩素は、残留成分として処理水中に含まれる。図１に示す実施の形態では、さらに、ケイ素質多孔充填物を備えるフィルタといった捕捉手段１９が設けられ、第２槽３から排出される第２処理水中の塩素などの残留成分を捕捉することができる。なお、捕捉手段１９は、処理水を流す方向とは逆方向に水を流して逆洗浄し、捕捉した残留成分を除去し、再利用することができる。
【００２８】
本発明では、第１槽２においてし尿を充分に処理することができるものの、さらに処理し、また、処理水を脱色し、殺菌するために、第２槽３を設けることができる。すなわち、第１槽２において、すでに、溶液中のＢＯＤ、ＣＯＤおよび窒素分は充分に低減されているものの、微量のＢＯＤ、ＣＯＤおよび窒素分が含まれており、かつ溶液は略黒色であり、これらを処理するために、第２槽３を設け、第２槽３により処理することができる。また、第２槽３を別に設ける理由は、上記処理を行うほか、第１槽２では、分解微生物による分解が必要とされており、殺菌剤を供給する槽を別に設ける必要があるためである。第２槽３内では、第１槽２内で行われる電気化学的な分解反応と同様の反応により、微量のＢＯＤ、ＣＯＤおよび窒素分を分解処理することができる。また、第２槽３内へは、次亜塩素酸が供給され、上述したようにして処理された処理水を殺菌し、脱色することができる。このように、脱色された処理水は、透明であり、捕捉手段１９へ送られ、残留成分である塩素や重金属などが捕捉され、ろ過される。本発明の装置による処理では、捕捉手段１９から排出される処理水中のＢＯＤ、ＣＯＤはいずれも、４０ｍｇ／Ｌ以下とすることができ、窒素分に至っては、２０ｍｇ／Ｌ以下とすることができる。ここで、窒素分は、アンモニア、アンモニウム化合物、亜硝酸化合物、硝酸化合物などの窒素含有成分、すなわち、アンモニア性窒素、亜硝酸性窒素および硝酸性窒素を合計したものである。本発明の装置は、ＢＯＤ、ＣＯＤおよび窒素分のほか、浮遊物質（ＳＳ）、重金属、塩素、燐酸といった残留成分についても充分に低減させることができる。
【００２９】
本発明においては、第１ケイ素質多孔板８および第２ケイ素質多孔板１４の形状を所定径で、所定厚さの円盤状のものとすることができ、例えば、０．２５ｍ径で、０．０２５ｍ厚さのものを複数枚配置し、それに向けて噴射させるように第１噴射手段７および第２噴射手段１３を設けることができる。例えば、溶液および処理水を０．０２５ｍ３／分で供給し、それに空気を０．０５ｍ３／分で供給することができる。また、貯留した溶液および処理水中に供給する空気を０．０１５ｍ３／分で供給することができる。この場合、第１槽２における処理時間を８時間、第２槽３における処理時間を８時間で、計１６時間でし尿１ｍ３／日を処理することができる。なお、この場合のし尿量は、上述したように、固形分を分離した後の量である。また、この場合、次亜塩素酸は５Ｌ／日とすることができる。貯留槽１に添加する分解微生物およびケイ素質多孔粉体は、それぞれ貯留するし尿１ｍ３に対し、０．３ｋｇ、０．０６ｋｇとすることができる。上述した数値は、一例であり、これらに限られるものではなく、適宜設定することができるものである。
【００３０】
本発明において第１循環手段１０、第２循環手段１６としては、溶液ポンプ、処理水ポンプを使用することができる。第１空気供給手段１１、第２空気供給手段１７としては、空気ブロワを使用することができる。さらに、第１槽２、第２槽３は、所定径、所定高さで、耐腐食性の材料のものを使用することができる。耐腐食性の材料としては、例えば、ステンレス鋼や繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を使用することができる。また、第１および第２循環手段１０、１６の吐出側の循環ラインにおいて、第１および第２散液手段６、１２に溶液を供給し、または供給を停止するために、弁を設けることができる。
【００３１】
図２は、第１槽２を拡大し、内部を詳細に示した断面図である。なお、第２槽３は、次亜塩素酸を供給するラインが別途設けられるほか、図２に示す構造と同じであるため、第２槽３についての説明は省略する。図２に示す第１槽２は、円筒形とされ、側部を貫通するように、図１に示す第１循環手段１０へ供給するライン２０と、第１循環手段１０から戻るライン２１と、第１空気供給手段１１から空気を供給するライン２２と、貯留槽１からし尿を供給するライン２３と、散液するために第１散液手段６に接続されるライン２４と、第１噴射手段７に接続されるライン２５とが所定位置に配設されている。また、第１槽２の内部には、槽上部から第１散液手段６、第１噴射手段７、第１ケイ素質多孔板８、槽底部に第１空気ノズル９が配設されている。
【００３２】
図２に示すライン２３は、液面より高い位置とされ、さらに高い位置にケイ素質多孔板７、ケイ素質多孔板７に離間して第１噴射手段７が設けられている。図２に示す実施の形態では、空気を供給するライン２２は、槽側面を貫通する部分が液面より高くなるように配設されており、貯留するし尿である溶液がライン２２を通して図１に示す第１空気供給手段１１へ流れないようにされている。第１空気ノズル９は、管の側面に複数の穴が設けられた構造とされており、液中に空気を供給することができるようになっている。また、第１空気ノズル９は、複数配設されており、貯留した溶液中に均一に空気を供給することができるようにされている。第１槽２内で有機物の分解が起こると、気泡を生じ、槽内が気泡で充満することを抑制するため、第１散液手段６から貯留する溶液の一部を散液することができるようになっている。散液は、図１に示す第１循環手段１０を使用して溶液を吸引し、第１散液手段６に供給することにより行うことができる。
【００３３】
図３は、第１槽２内に複数の第１ケイ素質多孔板８を配設したところを示した図である。図３に示す実施の形態では、第１槽２の内部に設けられたリング２６に、２つのＬ字鋼２７がそれぞれ対向するように５組設けられていて、さらに、Ｌ字鋼２７ａとＬ字鋼２７ｂとの間を橋渡すように別のＬ字鋼２８が対向するように設けられていて、これらＬ字鋼２７、２８に囲まれた部分に１つの円盤状の第１ケイ素質多孔板８が配置されている。なお、図３に示す実施の形態では、上述したようにしてＬ字鋼２７、２８で囲まれた部分が２１箇所形成され、２１個の第１ケイ素質多孔板８が配置されている。また、図３では、第１ケイ素質多孔板８の中央部にそれぞれ、第１ケイ素質多孔板８から上方に離間して設けられる第１噴射手段７が示されており、第１噴射手段７から第１ケイ素質多孔板８に向けて溶液を噴射させることができるようにされている。
【００３４】
図４は、第１噴射手段と第１ケイ素質多孔板とを拡大して示した図である。第１噴射手段７は、第１ケイ素質多孔板８の上方に離間して配設されており、第１ケイ素質多孔板８の対向する面の所定領域に向けて噴射させることができるようにされている。図４に示す実施の形態では、上記所定領域が第１ケイ素質多孔板８の円形の表面領域とほぼ同じになるように離間距離が設定されており、第１噴射手段７から噴射された溶液が、第１ケイ素質多孔板８の全面に適切に衝突させることができるようにされている。衝突した溶液は、第１ケイ素質多孔板８間の隙間部２９を通して貯留する溶液に向けて落下し、貯留する溶液に戻すことができる。
【００３５】
図５は、第１槽２内底部に配設した第１空気ノズルを詳細に示した図である。図５に示す実施の形態では、第１空気ノズル９は、中央部から第１槽２の側面に向けて延びる管３０に、複数の穴３１が設けられた構造とされている。また、図６に示す実施の形態では、貯留する溶液に均一に空気を供給するために、第１空気ノズル９は、所定間隔で６つ設けられている。本発明においては、必要に応じて第１空気ノズル９の数を増減することができ、また、図５に示す構造に限らず、溶液中に均一に空気を供給することができる構造であればいかなる構造であってもよい。具体的には、液面に向いた面に複数の穴が設けられた円盤状のものや、１つまたは２つの上記管とし、回転手段を設け、その管を回転させるようにした構成とすることもできる。
【００３６】
本発明に使用されるケイ素質多孔粉体、ケイ素質多孔板８、１６、捕捉手段１９に使用されるケイ素質多孔充填物といったケイ素質多孔体は、半導体特性を有するシリコンを単独で用いることも可能であるが、コストおよびその製造性などの点から、ケイ素質多孔体の質量に対して５質量％〜６０質量％で金属シリコンと混合したものを用いても、充分な分解作用を付与することができる。さらに、分解作用という点においては、トルマリン、酸化チタン、銀ゼオライト、銀といった添加物質を用いてケイ素質多孔体を形成することが好ましい。上述したケイ素質多孔体は、半導体特性を有するシリコンを５質量％〜６０質量％、金属シリコンを４０質量％〜９５質量％とし、それに加えて、トルマリンを１質量％〜１０質量％、酸化チタンを１０質量％〜４０質量％、銀ゼオライトを２質量％〜１５質量％、銀を０．５質量％〜５質量％含むことで、より好ましい分解作用を付与することができる。
【００３７】
なお、ケイ素質多孔体による有機物の分解作用についての役割は明確ではないが、ケイ素質多孔体が光触媒として機能することにより酸素ラジカルやヒドロキシルラジカルなどによる電解反応を生じ、水や供給される空気に含まれる酸素イオンや水酸化物イオンといったイオンの存在で電解反応を生じ、水や供給される空気がケイ素質多孔体に衝突することにより、ケイ素質多孔体の結晶に応力が加えられることによって電解反応を生じ、これらの電気化学的反応が、本発明のケイ素質多孔体による分解作用を付与しているものと推定される。
【００３８】
本発明に使用するケイ素質多孔体の製造方法を詳細に説明すると、まず、半導体特性を有する粒状のシリコンを５質量％〜６０質量％、粒状の金属シリコンを４０質量％〜９５質量％とし、それに加えて、トルマリンを１質量％〜１０質量％、酸化チタンを１０質量％〜４０質量％、銀ゼオライトを２質量％〜１５質量％、銀を０．５質量％〜５質量％、無水珪酸ナトリウムを０．５質量％〜５質量％含む組成物を混練りする工程と、混練りされた組成物を成形して成形体を形成する工程とを含む。このためにはこれまで知られたいかなる粉砕・混合手段でも用いることができる。ついで、このようにして得られた成形体を非酸化性雰囲気中で７００℃〜１４００℃の温度で焼結させる。この焼結は、電気炉といった装置を用い、非酸化性雰囲気中で焼成することもできるが、炭焼きがま中で炭焼き時に焼成することにより、炭素の浸透または固着工程と、焼成とを同時に行うことができるので特に好ましい。非酸化性雰囲気とは、少なくとも酸素といった酸化性の気体を含まない雰囲気をいい、例えば、Ａｒ、Ｎ２、ＣＯ２といった気体を主に含む環境をいう。
【００３９】
ついで、導電性カーボンを本発明に使用するケイ素質多孔体に含有させる。この浸透工程は、竹炭を製造するための炭焼きがまは、良好なグラファイトからなる煤を発生させる点で特に好ましい。しかしながら、本発明に使用するケイ素質多孔体においては、電気炉中で同様の雰囲気を発生させ、焼成を行うこともできる。竹炭は、ミネラルを約２質量％〜２．５質量％含み、ミネラルの主なものは、カリウム、カルシウム、リン、ナトリウム、鉄、マグネシウム、マンガン、亜鉛、セレンなどがバランスよく含まれており、有害な水銀、六価クロム、砒素などの有害物質は含まれてはいない。こうした煤を発生させ、これらミネラルを含浸させることができる。
【００４０】
なお、本発明に使用するケイ素質多孔体は、半導体特性を有するシリコンを含み、有機物を吸着するのではなく、電気化学的に主として分解し、また、塩素や重金属といった残留成分については吸着することにより除去することができる。このため、本発明に使用するケイ素質多孔体は、有機物の分解特性が良好で、かつ、これらの特性が長期間にわたって低下することなく、持続するものである。
【００４１】
（実施例）
図１〜図５に示す装置を使用してし尿処理し、処理後の残留ＢＯＤ、ＣＯＤおよび窒素分を測定した。し尿は、遠心分離して固形分を分離した溶液のみを貯留槽１へ供給した。貯留槽１は、３０ｍ３の容量のものを使用し、底部には、図５に示す空気ノズルが設けられ、適宜空気を供給した。貯留槽１に収容されたし尿に３ｋｇのリグニン分解用バクテリアと、０．０６ｋｇのケイ素質多孔粉体とを散布し、空気ノズルから供給される空気によりし尿中に分散させた。溶液ポンプにより６ｍ３の容量の第１槽２に供給し、第１循環手段１０および第１空気供給手段１１を起動し、し尿を０．０２５ｍ３／分で循環するとともに、第１空気ノズル９から０．０１５ｍ３／分で空気を供給し、かつ、循環する上記し尿中に０．０５ｍ３／分で空気を供給した。第１槽２内には、０．２５ｍ径で、厚さ０．０２５ｍの２１枚のケイ素質多孔板８が上述したようにＬ字鋼で形成された部分に配置されていて、空気を含むし尿を第１噴射手段７から噴射させた。
【００４２】
第１槽２の下部に貯留した溶液を循環させ、噴射させることを繰り返し、８時間経過後、第１循環手段１０による第１噴射手段７への供給を停止し、第２槽３への供給を開始した。第２槽３においても、第１槽２において実施された条件と同じ条件で、循環および噴射を行い、かつ次亜塩素酸を約５Ｌ供給した。第２槽３へ供給し、８時間経過後、０．２５ｍ径で、長さ０．８ｍの上述した方法により成形したケイ素質多孔充填物を通し、残留成分をろ過した。
【００４３】
以下の表１には、し尿中のＢＯＤ（ｍｇ／Ｌ）、ＣＯＤ（ｍｇ／Ｌ）およびアンモニア性窒素（ｍｇ／Ｌ）、亜硝酸性窒素（ｍｇ／Ｌ）、硝酸性窒素（ｍｇ／Ｌ）といった窒素分と、上記ケイ素質多孔充填物を通して排出された処理水中のＢＯＤ、ＣＯＤおよび上記窒素分を示す。なお、水質は、ＢＯＤについてはＪＩＳ  Ｋ  ０１０２−２１および３２．３、ＣＯＤについてはＪＩＳ  Ｋ  ０１０２−１７、窒素分についてはＪＩＳ  Ｋ  ０１０２−４３−１および４３−２に基づき分析した。
【００４４】
【表１】
2004344771.tif 000003
【００４５】
なお、上記表１中、処理後のＣＯＤは、１ｍｇ／Ｌ未満であり、し尿中の硝酸性窒素は、０．０１ｍｇ／Ｌ未満である。本発明のし尿処理装置を使用することで、ＢＯＤおよびＣＯＤを上述した現在の水質汚濁防止法に係る排水基準である１２０ｍｇ／Ｌに比較し、大幅に低減できることを見出すことができた。また、アンモニア性窒素および亜硝酸性窒素も充分に低減できることを見出すことができた。なお、硝酸性窒素に関しては、し尿中にはほとんど含まれていなかったが、次亜塩素酸の添加により、分解された窒素が酸化され、それが硝酸となり、その値が増加したものと考えられる。しかしながら、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素と硝酸性窒素とを含む全窒素分は、これらを加算し、１１．２４ｍｇ／Ｌとなり、水質汚濁防止法に係る排水基準である６０ｍｇ／Ｌに比較し、充分に低減できることを見出すことができた。また、浮遊物質（ＳＳ）については、本発明のし尿処理装置に供給するし尿中に３３０ｍｇ／Ｌ含まれていたが、本発明のし尿処理装置により処理し、６７ｍｇ／Ｌまで低減させることができ、浮遊物質についても充分に低減させることができることを見出すことができた。
【００４６】
【発明の効果】
上述したように、本発明のし尿処理装置および該装置を用いたし尿処理方法は、し尿中のＢＯＤ、ＣＯＤおよび窒素分を大幅に低減させることができ、将来の排水基準の引き上げにも充分に対応できる。
【００４７】
また、本発明のし尿処理装置は、短時間で、かつ効果的に分解処理することができ、また、コンパクトで、安価に提供することができる。ケイ素質多孔充填物は、洗浄することで再利用することができ、また、ケイ素質多孔板は洗浄および取り換えが不要であり、追加のコストおよびメンテナンスが不要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のし尿処理装置の概略を示した図。
【図２】本発明のし尿処理装置に使用される第１槽を詳細に示した図。
【図３】本発明のし尿処理装置に使用されるケイ素質多孔板を第１槽内に配設したところを示した図。
【図４】本発明のし尿処理装置に使用されるケイ素質多孔板と噴射手段とを示した図。
【図５】本発明のし尿処理装置に使用される空気ノズルの詳細を示した図。
【符号の説明】
１…貯留槽
２…第１槽
３…第２槽
４…溶液ポンプ
５…ストレーナ
６…第１散液手段
７…第１噴射手段
８…第１ケイ素質多孔板
９…第１空気ノズル
１０…第１循環手段
１１…第１空気供給手段
１２…第２散液手段
１３…第２噴射手段
１４…第２ケイ素質多孔板
１５…第２空気ノズル
１６…第２循環手段
１７…第２空気供給手段
１８…殺菌剤供給手段
１９…捕捉手段
２０、２１、２２、２３、２４、２５…ライン
２６…リング
２７、２７ａ、２７ｂ、２８…Ｌ字鋼
２９…隙間部
３０…管
３１…穴
【図１】
2004344771.tif 000004
【図２】
2004344771.tif 000005
【図３】
2004344771.tif 000006
【図４】
2004344771.tif 000007
【図５】
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