(57)【要約】【課題】適度の量の酸素を簡易的な手段により供給し、上記微生物を増殖させ、アンモニア臭の発生を抑制するのと同時に、上述の酸素供給によっても発生したアンモニア臭を簡易的に除去する発酵槽を提供することを課題とする。【解決手段】気密的に閉じられた内部に、周辺雰囲気の酸素量の増加とともに生物学的分解の際に生じうるアンモニア臭の発生が抑制される有機物を含有する被処理物（ｗ１、ｗ２）が収容され、大気中の空気から酸素を分離して上記発酵槽内に供給する酸素富化器（５）と、上記アンモニアを酸化して窒素にするとともに、上記アンモニアの酸化によって一部生成された窒素酸化物を窒素にする酸化・脱硝化手段（６）とを有し、かつ気密的に閉じられた発酵槽とした。また、上記酸素富化器として、板状の固体電解質の両面に電極（５１、５２）を形成し、この電極に直流電流を供給する電源を有するものを用いた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密的に閉じられた内部に、周辺雰囲気の酸素量の増加とともに生物学的分解の際に生じうるアンモニア臭の発生が抑制される有機物を含有する被処理物が収容される発酵槽であって、大気中の空気から酸素を分離して上記発酵槽内に供給する酸素富化器と、上記アンモニアを酸化して窒素にするとともに、上記アンモニアの酸化によって一部生成された窒素酸化物を窒素にする酸化・脱硝化手段とを有してなり、かつ
上記酸素富化器は、酸素イオンの透過量が調整可能である固体電解質によって構成されていることを特徴とする発酵槽。
【請求項２】
上記酸素富化器は、上記固体電解質の上記大気側面にカソード電極が形成されるとともに、上記固体電解質の上記発酵槽の内側面にアノード電極が形成されており、かつ上記酸化手段及び上記脱硝手段は、上記アノード電極の表面に形成された酸化・脱硝膜であることを特徴とする請求項１に記載の発酵槽。
【請求項３】
上記被処理物は、上記有機物を含有する有機物含有水であり、かつこの有機物含有水中には、上記酸素富化器によって供給される酸素を当該水中に曝気する酸素供給管が配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発酵槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物学的分解の際にアンモニア臭を発生しうる有機物を含有する堆肥原料、水等の被処理物を発酵させるための発酵槽に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、上述の被処理物を発酵させることにより、堆肥原料の堆肥化や、排水の処理等が行われている。
【０００３】
ところで、これらの被処理物は、生物学的分解の際に、有機物の周辺雰囲気の酸素量が少ないと、微生物が増殖せず、上記生物学的分解によってアンモニア臭が発生してしまうという問題がある。
このため、これらの被処理物を発酵させる発酵槽においては、周辺雰囲気の酸素量を増加させるために、内部に適量の酸素を供給できる簡易な酸素供給手段や、発生したアンモニア臭を簡易的に除去する消臭手段の開発が望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、適度の量の酸素を簡易的な手段により供給し、上記微生物を増殖させ、アンモニア臭の発生を抑制するのと同時に、上述の酸素供給によっても発生したアンモニア臭を簡易的に除去する発酵槽を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、固体電解質の両面に電極が形成された酸素富化器によって、大気中の空気から酸素を分離して、発酵槽内に酸素を供給することができるとともに、上記電極への電流供給量を調整することにより、上記発酵槽内への酸素供給量が調整できることを見出し、本発明を完成させたものである。
【０００６】
すなわち、請求項１に記載の発明は、気密的に閉じられた内部に、周辺雰囲気の酸素量の増加とともに生物学的分解の際に生じうるアンモニア臭の発生が抑制される有機物を含有する被処理物が収容される発酵槽であって、大気中の空気から酸素を分離して上記発酵槽内に供給する酸素富化器と、上記アンモニアを酸化して窒素にするとともに、上記アンモニアの酸化によって一部生成された窒素酸化物を窒素にする酸化・脱硝化手段とを有してなり、かつ上記酸素富化器が、酸素イオンの透過量が調整可能である固体電解質によって構成されていることを特徴とする発酵槽である。
【０００７】
ここで、被処理物としては、例えば、有機物含有水や堆肥原料を用いることができるものであり、生物学的分解の際に周辺雰囲気の酸素量の増加とともにアンモニア臭の発生が抑制される有機物を含有するものであれば、あらゆるものを用いることができる。
また、上記酸化・脱硝化手段としては、例えば、Ｐｔ、Ｐｄ等のアンモニアの酸化作用及び脱硝作用を有する金属触媒又は、アンモニアの酸化作用を有する金属触媒と脱硝化作用を有する金属触媒との混合物を用いることができる。そして、発酵槽において発生したアンモニアを窒素にするように、上記金属触媒又はそれらの混合物を溶剤等に混合したものを、発酵槽内部に塗布し、或いは塗布した部材を発酵槽内部に設置することにより、設けられている。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発酵槽において、上記酸素富化器は、上記固体電解質の上記大気側面にカソード電極が形成されるとともに、上記固体電解質の上記発酵槽の内側面にアノード電極が形成されており、かつ上記酸化手段及び上記脱硝手段は、上記アノード電極の表面に形成された酸化・脱硝膜であることを特徴とするものである。
【０００９】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発酵槽において、上記被処理物が、上記有機物を含有する有機物含有水であり、かつこの有機物含有水中には、上記酸素富化器によって供給される酸素を当該水中に曝気する酸素供給管が配設されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、固体電解質によって構成される簡易な装置の酸素富化器を用いて、酸素イオンの透過量を調整することにより、発酵槽内に適量の酸素を供給することができ、その結果、有機物の生物学的分解に伴ってアンモニア臭が発生することを抑制できる。それと同時に、酸化・脱硝手段によって、発酵槽内において発生したアンモニアを酸化除去するとともに、一部生成された窒素酸化物を脱硝により窒素にして簡易的に除去することができる。
斯くして、酸化・脱硝手段によるアンモニア臭の除去と、酸素富化器によるアンモニア臭の発生の抑制とを同時に行うことによって、発酵槽内のアンモニア臭を効率的に除去することができる。
【００１１】
その際、請求項２に記載の発明によれば、固体電解質の両面に形成されたカソード電極及びアノード電極への電流供給量を調整することにより、発酵槽内に適量の酸素を供給することができる。
加えて、アノード電極の表面に酸化・脱硝膜を形成することによって、酸素富化器と酸化・脱硝膜とが一体化され、制御が容易になるとともに、発酵槽内のスペースを被処理物の収容のために有効利用することができ、発酵槽が大型化することを防止できる。
また、酸素富化器によってアノード電極側に供給された酸素を利用して、アノード電極の表面に形成されている酸化・脱消膜により、アンモニアを酸化することができるため、アンモニア臭を効率的に除去することができる。その結果、発酵槽内のアンモニア臭の除去効率を著しく高めることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、有機物含有水を処理する場合に、酸素供給管を用いて、有機物含有水中に酸素を曝気することによって、上記酸素富化器により供給された酸素を直接的に水中に浮遊する有機物に対し供給することができる。このため、確実に微生物の増殖を促し、アンモニア臭が発生することを抑制することができ、その結果、確実に発酵槽内のアンモニア臭を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る発酵槽の２つの実施形態について、図１ないし図３を用いて、説明する。
まず、第１の実施形態の発酵槽について説明し、次いで、この発酵槽の作用について説明する。
【００１４】
本実施形態の発酵槽は、図１に示すように、略有底四角柱状の容器１の開口部を覆うように、蓋体２が被せられており、内部には有機物含有水（被処理物）ｗ１が貯留されている。
この容器１は、その側部に、原水（有機物含有水）を供給する供給管１１が接続されており、この供給管１１の開口部の対向面に、発酵処理後の処理水（有機物含有水）を排出する排出管１２が接続されている。
【００１５】
また、ファン３０が頂上部に設置された酸素供給管３が設けられており、この酸素供給管３は、その排出口が有機物含有水ｗ１中に設けられ、水中に酸素を曝気するようになっている。
さらに、上記有機物含有水の界面上の空間Ａの酸素濃度を計測する濃度計４が設けられており、この濃度計４は、空間Ａの酸素濃度を計測することにより、上記有機物含有水ｗ１中の酸素濃度を間接的に測定するようになっている。
【００１６】
他方、蓋体２は、取り外し可能であり、酸素富化器５が介装されている。
この酸素富化器５は、図１及び図２に示すように、酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質５０の大気側面にカソード電極５１が形成されるとともに、容器１の内側面には、アノード電極５２が形成されている。
【００１７】
そして、カソード電極５１、アノード電極５２間に直流電圧Ｖを印加することによって、カソード電極５１において電子が供給され、酸素が酸素イオン（Ｏ2-）となり、この酸素イオンがおよそ４００℃〜８００℃の温度下において上記固体電解質５０を透過し、この固体電解質５０を透過した酸素イオンがアノード電極５２において電子を放出し、酸素として放出される。このため、固体電解質５０がカソード電極５１側からアノード電極５２側に大気中の空気から酸素のみを選択的に透過させる酸素透過膜として作用するようになっている。
【００１８】
ここで、固体電解質５０としては、例えば、イットリア添加ジルコニア（ＹＳＺ）が用いられるとともに、電極５１、５２としては、ＬＳＣ：Ｌａ0.6Ｓｒ0.4ＣｏＯ3が用いられている。或いは、固体電解質５０として、コバルト添加ランタンガレート（ＬＳＧＭＣ）が用いられるとともに、電極５１、５２として、ＳＳＣ：Ｓｍ0.5Ｓｒ0.5ＣｏＯ3が用いられている。
【００１９】
なお、直流電圧Ｖを印加して、固体電解質５０に酸素イオンのみを選択的に透過させる直流通電法による上記酸素富化器５に代えて、アノード電極５２側に透過する酸素をポンプ等によって吸引し、カソード電極５１側とアノード電極側５２の酸素分圧差にて酸素イオンのみを選択的に透過させる濃淡電池短絡法による酸素富化器を用いてもよい。また、固体電解質５０として酸素イオンと電子の両方が伝導できる混合伝導体を用いて、電極５１、５２を形成せずに透過する酸素をポンプ等によって吸引することにより、酸素イオンの透過とともに逆方向に電子が流れる混合伝導体法による酸素富化器を用いてもよい。
【００２０】
そして、上記濃度計４により間接的に測定された有機物含有水ｗ１中の酸素濃度が基準値以下の場合には、上記電極５１、５２間に供給する電流量を増加させることにより、上記固体電解質５０を透過する酸素量を増加させ、上記空間Ａに供給される酸素量を増加させるようになっている。
【００２１】
さらには、この空間Ａに供給された酸素は、上記酸素供給管３により、上記水中に曝気され、有機物含有水ｗ１中に拡散されるため、水中に浮遊する有機物に対して適量の酸素が供給されるようになっている。これにより、有機物含有水ｗ１は、適量の酸素が供給される中、有機物の生物学的分解が進行するため、アンモニアの生成が抑制される。
【００２２】
また、上記アノード電極５２の表面には、酸化・脱硝膜６が形成されている。
この酸化・脱硝膜６は、Ｐｔ、Ｐｄ等のアンモニアの酸化作用及び脱硝作用を有する金属触媒紛を、溶媒及びバインダー等に混合し、次いで、上記アノード電極５２の表面に塗布し、この塗布膜を焼結させることによって得られるものである。
【００２３】
一方、上記適量の酸素の供給によってもアンモニアが発生した場合、このアンモニアは、一部が水中に溶解し、アンモニウムイオンとして、上記排出管１２から排出されるとともに、水中に溶解しきれなかった残部が上記空間Ａにおいて蓋体２近傍まで上昇し、上記酸化・脱硝膜６によって、酸化され、以下のように窒素又は窒素酸化物となる。
４ＮＨ3＋３Ｏ2→２Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ
４ＮＨ3＋５Ｏ2→４ＮＯ＋６Ｈ2Ｏ
【００２４】
これにより、一部生成された窒素酸化物は、以下のように脱硝され、窒素となる。
６ＮＯ2＋８ＮＨ3→７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ
６ＮＯ2＋４ＮＨ3→５Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ
４ＮＯ2＋４ＮＨ3→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ
【００２５】
また、酸化・脱硝膜６は、アノード電極５２の表面に形成されているため、カソード電極５１側からアノード電極５２側に供給された酸素を利用して、上記アンモニアの酸化を進行させることにより、速やかにアンモニア臭を除去する。
なお、アンモニアは、窒素の分子量が約２８、一酸化窒素の分子量が約２０、二酸化窒素の分子量が約４６であるのに対し、その分子量が約１７と小さいために、空間Ａにおいて上昇するようになっている。
【００２６】
ところで、上記酸化・脱硝膜６は、その形成箇所が上記アノード電極５２の表面に限定されるものでなく、例えば、空間Ａを覆うように容器１の上部に多孔質体を設置し、この多孔質体の有機物含有水ｗ１の界面側に全面に渡って形成されていてもよいものである。この場合には、酸素富化器５によって供給された酸素が多孔質体の孔を流通し、次いで、酸素供給管３から水中に供給される。
【００２７】
また、上記酸化・脱硝膜６を上記蓋体２の空間Ａ側に形成し、かつ上記酸素富化器５を上記ファン３０の近傍であって、上記蓋体２に向けて酸素が放出されるように設置してもよい。この場合には、酸素富化器５によって供給された一部の酸素がファン３０により酸素供給管３から有機物含有水ｗ１中に供給されるとともに、残部の酸素がアンモニア等を上記蓋体２に向けて流動させるため、アンモニアが酸化・脱硝膜６によって上述のように反応し、除去される。
【００２８】
さらには、上記酸化・脱硝膜６は、上記アノード電極５２に供給された酸素と、アノード電極５２に放出される酸素イオンの電子とにより、上述のアンモニアの酸化及び脱硝が行える場合には、アノード電極５２をそのまま酸化・脱硝手段として用いてもよく、必ずしも形成しなくてもよいものである。
【００２９】
次いで、上述の発酵槽についての作用を説明する。
まず、酸素富化器５を４００℃〜８００℃にするとともに、直流電源によって電極５１、５２間に電流を供給するとともに、上記ファン３０を起動させる。すると、大気中の酸素が酸素富化器５によって空間Ａに供給され、この空間Ａの酸素が酸素供給管３によって有機物含有水ｗ１中に曝気される。
【００３０】
これにより、有機物含有水ｗ１は、適量の酸素が供給される中、有機物が生物学的に分解されるため、アンモニアの発生が抑制される。この有機物の生物学的分解は、例えば、有機物含有水ｗ１中に細菌が充填されていることにより、容器１内において細菌が増殖し、この細菌によって有機物が分解されることにより行われる。
【００３１】
次いで、時間が経過するに連れ、空間Ａの窒素量が増加し、濃度計４によって測定される有機物含有水ｗ１の酸素濃度が基準値より低下するようになる。
その際には、制御手段（図示を略す）によって、電極により電極５１、５２間に供給される電流量を増加させることにより、有機物含有水ｗ１中に適量の酸素が繰り返し供給され、アンモニアの発生が抑制される。
【００３２】
他方、上述の酸素供給によっても発生した少量のアンモニアは、一部がアンモニウムイオンとして有機物含有水ｗ１中に溶解し、残部がアンモニウムイオンとして有機物含有水ｗ１中に溶解せず、有機物含有水ｗ１から空間Ａに放出され、アンモニア臭の発生要因となりうる。
しかしながら、アンモニアは、空間Ａにおいてそのまま上昇し、酸化・脱硝膜６により酸化され、窒素になるとともに、一部生成された窒素酸化物も脱硝されることにより窒素になる。これにより、有機含有水ｗ１は消臭される。
このようにして、有機物が生物学的に分解された処理水は、排出管１２から排出される。
【００３３】
また、有機物含有水ｗ１は、繰り返し、供給管１１から原水として供給され、この供給管１１から供給された原水の有機物が、上述のように、容器１内において生物学的に分解され、処理水として排出管１２から排出される。
他方、容器１内には、繰り返し有機物含有水ｗ１が供給されることにより、微生物等が蓄積する。このため、定期的に蓋体２を取り外し、容器１内に溜まった微生物等を排出し、洗浄するとともに、窒素の量が増加している空間Ａの気体を大気と入れ替える。
【００３４】
次いで、発酵槽を新たに始動させる際には、酸素富化器５を４００℃〜８００℃にするとともに、直流電源により電極５１、５２間に電流を供給する。また、これと併行して、供給管１１から原水を供給し、容器１内に有機物含有水ｗ１を貯留する。
【００３５】
そして、容器１内に所定量の有機物含有水ｗ１が供給された段階において、ファン３０を起動させ、上述の生物学的な分解を進行させるとともに、供給管１１から原水を供給することにより、上述のように容器１内において有機物が生物学的に分解され、処理水として排出管１２から排出され、繰り返し発酵槽において有機物含有水ｗ１が処理される。
【００３６】
次いで、第２の実施形態の発酵槽及びその発酵槽の作用について、図３を用いて、説明する。
本実施形態の発酵槽は、図３に示すように、堆肥原料ｗ２（被処理物）を気密的に収容する処理槽７の内部が伝熱部材７０によって、上部空間Ｂと下部空間Ｃとに仕切られている。
【００３７】
この上部空間Ｂには、上記伝熱部材７０の近傍に、堆肥原料ｗ２を載置する載置台７１が設けられている。
この載置台７１は、内部に空洞が形成されており、上記堆肥原料ｗ２の載置面に、この空洞に連通する上記堆肥原料ｗ２よりも小さい径の孔７１ａが全面に渡って複数形成されている。
また、処理槽７の天井部は、その上部空間Ｂ側面に上記酸化・脱硝膜６が形成され、この酸化・脱硝膜６の周囲に、複数の酸素富化器５が設置されている。
【００３８】
これらの酸素富化器５は、カソード電極５１が大気中に露出され、アノード電極５２が上記空間Ｂ内に設置され、堆肥原料ｗ２の生物学的分解により一部発生してしまったアンモニアを酸化・脱硝膜６に向けて上昇させるように配設されている。また、このアノード電極５２の表面には、酸化・脱硝膜６が形成されている。
さらに、上部空間Ｂには、上記堆肥原料ｗ２内の酸素濃度を計測する濃度計９が設置されている。
【００３９】
他方、上記下部空間Ｃには、当該空間Ｃに水平に配設された１本の幹配管７２ｃと、この幹配管７２ｃの中央部から上方に向けて分岐する枝配管７２ｂとからなる酸素供給管７２が配設されている。上記枝配管７２ｂは、伝熱部材７０を貫通して、上記載置台７１の空洞に連通するように、上記載置台７１の中央部に接続されている。
【００４０】
また、上記幹配管７２ｃは、その両端部が大気中に開放されており、枝配管７２ｂとの連結部を鋏む左右両部に、それぞれ酸素富化器５が介装されている。これらの酸素富化器５は、枝配管７２ｂとの接続部側にアノード電極５２側が配設されており、その外周に起動用のヒータ（図示を略す）が設けられている。
【００４１】
次いで、上述の発酵槽を用いて、堆肥原料ｗ２を堆肥にする際の作用について、説明する。
まず、起動用ヒータを作動させ、上記固体電解質５０を４００℃以上に加熱するとともに、下部空間Ｃに設置された酸素富化器５の電極５１、５２間に直流電源によって電流を供給し、次いで、載置台７１上に堆肥原料ｗ２を載置する。
【００４２】
すると、大気中の空気から酸素のみが分離され、酸素富化器５を透過し、幹配管７２ｃ、枝配管７２ｂを介して、酸素が漸次、上記載置台７１の孔７１ａから放出される。
また、上部空間Ｂに設置された酸素富化器５は、処理槽７の外部に設置されたヒータ（図示を略す）により加熱され、固体電解質が４００℃〜８００℃になると、直流電源によって電極５１、５２間に電流を供給することにより、大気中の空気から酸素のみを分離し、上部空間Ｂに供給する。
【００４３】
その際、これらの酸素富化器５は、酸素を透過するに連れ、放熱する。このため、下部空間Ｃに設置された酸素富化器５の放熱によって下部空間Ｃの空気が加熱され、伝熱部材７０を介して上部空間Ｂが加熱されるとともに、上部空間Ｂに設置された酸素富化器５の放熱によって上部空間Ｂが加熱される。これにより、載置台７１上に載置された堆肥原料ｗ２が発酵するのに適した温度に保たれる。
【００４４】
そして、堆肥原料ｗ２は、適量の酸素が供給される中、有機物が生物学的に分解され、堆肥化されるため、アンモニアの発生が抑制される。この有機物の生物学的分解は、例えば、堆肥原料ｗ２中に細菌が充填されていることにより、処理槽７内において細菌が増殖し、この細菌によって有機物が分解されることにより行われる。
【００４５】
他方、上述の酸素供給によっても発生した少量のアンモニアは、空間Ｂにおいて、他の成分よりも分子量が小さいことからそのまま上昇する。その際、アンモニアは、上部空間Ｂに供給される酸素や上記孔７１ａから放出される酸素によって加速的に酸化・脱硝膜６に向けて上昇し、酸化・脱硝膜６によって、効率的に酸化され、脱硝されることにより窒素になる。これにより、堆肥原料ｗ２は消臭される。
また、アンモニアは、第１の実施形態と同様に、上部空間Ｂに設置された酸素富化器５と、そのアノード電極５２の表面に形成された酸化・脱硝膜６とによって、アノード電極５２側に供給された酸素を利用して効率的に除去される。
【００４６】
次いで、時間の経過とともに、空間Ｂの窒素量が増加し、濃度計９によって計測される酸素濃度が基準値より低下するようになる。
その際には、第１実施形態と同様に、制御手段（図示を略す）によって、電極５１、５２間に供給される電流量を増加させることにより、堆肥原料ｗ２中に適量の酸素が繰り返し供給され、アンモニアの発生が抑制される。
これと併行して、堆肥原料は、有機物が生物学的に分解され、堆肥化される。
【００４７】
上述の実施形態によれば、有機物の生物学的分解の際、上記酸素富化器５の電流量の調整によって適量の酸素を有機物に対して供給することができ、アンモニア臭の発生を抑制することができる。それと同時に、酸素富化器５のアノード電極５２の表面に酸化・脱硝膜６が形成されているため、カソード電極５１側からアノード電極５２側に供給された酸素を利用して、上記アンモニアの酸化を進行させ、当該酸素富化器５とその表面に形成された酸化・脱硝膜６によってアンモニア臭を除去することができる。
【００４８】
なお、本発明は、上述の実施形態により何ら限定されるものではない。例えば、酸化・脱硝膜６は、酸素富化器５と別に設けられていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る発酵槽の一例を示す説明図であって、被処理物として有機物含有水ｗ１を収容する場合に用いられる発酵槽の説明図である。
【図２】図１における主要部の詳細説明図である。
【図３】本発明に係る発酵槽の一例を示す説明図であって、被処理物として堆肥原料ｗ２を収容する場合に用いられる発酵槽の説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
ｗ１      有機物含有水（被処理物）
ｗ２      堆肥原料（被処理物）
５      酸素富化器
６      酸化・脱硝膜（酸化・脱硝化手段）
５１    カソード電極
５２    アノード電極
【図１】
2007209950.tif 000003
【図２】
2007209950.tif 000004
【図３】
2007209950.tif 000005