(57)【要約】【課題】  牛、豚、鶏等の家畜から排泄される屎尿を、有機物濃度が非常に低く河川放流が可能な清浄な水へと変えることができる屎尿処理装置を提供すること。【解決手段】  屎尿を水で希釈するための希釈槽と、該希釈槽にて屎尿を希釈して得られた原水中に含まれる所定大きさ以上の異物を分離除去するための分離装置と、該分離装置にて異物が除去されて得られた処理水を貯留する原水調整槽と、該原水調整槽から取り出された処理水中に含まれる有機物を揺動床式の微生物担持体に担持された微生物により分解する処理槽と、該処理槽から取り出された処理水中に含まれる固形分を沈殿させる沈殿槽とを順次備えている屎尿処理装置とする。【選択図】  図１
2007069113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動物の屎尿を微生物を利用して浄化処理するための処理装置であって、屎尿を水で希釈するための希釈槽と、該希釈槽にて屎尿を希釈して得られた原水中に含まれる所定大きさ以上の異物を分離除去するための分離装置と、該分離装置にて異物が除去されて得られた処理水を貯留する原水調整槽と、該原水調整槽から取り出された処理水中に含まれる有機物を揺動床式の微生物担持体に担持された微生物により分解する処理槽と、該処理槽から取り出された処理水中に含まれる固形分を沈殿させる沈殿槽とを順次備えていることを特徴とする屎尿処理装置。
【請求項２】
前記原水調整槽が、内部に揺動床式の微生物担持体が配置された好気性雰囲気槽とされていることを特徴とする請求項１記載の屎尿処理装置。
【請求項３】
前記原水調整槽と沈殿槽との間に、嫌気性菌が生存する第一の処理槽と、好気性菌が生存する第二の処理槽が順次配置され、前記第一の処理槽内部には第二の処理槽に比べて少量の空気が供給されており、前記沈殿槽にて沈殿した固形分を前記第一の処理槽へと戻す循環経路を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の屎尿処理装置。
【請求項４】
前記沈殿槽の上澄み液が供給される第三の処理槽と、該第三の処理槽から取り出された処理水中に含まれる固形分を沈殿させる第二の沈殿槽とを備え、前記第三の処理槽は、内部に揺動床式の微生物担持体が配置された好気性雰囲気槽とされており、前記第二の沈殿槽にて沈殿した固形分を前記第一の処理槽へと戻す循環経路を備えていることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の屎尿処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は屎尿処理装置に関し、より詳しくは、牛、豚、鶏等の家畜から排泄される屎尿を、微生物を利用して浄化処理するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
牛、豚、鶏等の家畜から排泄される屎尿は、有機物及び窒素を多量に含んでおり、そのまま河川に放流すると河川の富栄養化を引き起こし、生態系に悪影響を及ぼす可能性があるため、河川に放流する前に有機物を減少させるための処理を行うことが必要である。
【０００３】
屎尿の処理装置としては、微生物を利用して有機物の分解を行う処理装置が従来から知られている。
このような処理装置のうち、代表的なものは、溶存酸素の存在していない嫌気槽と、溶存酸素が存在する好気槽とを連結し、嫌気槽において脱窒菌の作用により硝酸性窒素（NO３−N）を還元して窒素ガスとする脱窒反応を行わせ、好気槽において硝化菌の作用によりアンモニア性窒素（NH４−N）を硝酸性窒素に酸化する酸化反応を行わせるものであり、例えば特許文献１にはこのような処理装置の一例が開示されている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された従来の処理装置には多くの解決すべき問題点が存在していた。
先ず、牛舎や豚舎から排出された屎尿を希釈せずにそのまま処理槽へと供給しているため、処理槽（嫌気槽・好気槽）内の微生物が屎尿中の有機物を処理しきれなくなり、その結果、有機物濃度が充分に低減されないまま放流されてしまうおそれがあった。
また、牛舎や豚舎から排出された屎尿には植物性残渣が含まれていることが多いが、屎尿に含まれる植物性残渣が除去されることなく処理槽へと供給されるため、処理後の水が植物性残渣によって濃い黄色に着色されてしまい、脱色処理を行っても無色透明に近い水へと戻すことは困難であった。
【０００５】
また、牛舎や豚舎から排出された屎尿中には多くの微生物が含まれているため、処理槽（嫌気槽・好気槽）の前に前処理槽（活性汚泥槽）を設けて屎尿をこれに供給することで、前処理を行うようにしているが、前処理槽では単に空気を供給して好気性雰囲気としているだけであるから、充分な前処理が行われなかった。
【０００６】
更に、好気槽内の処理水を嫌気槽へと還流させた際に、好気槽内に生存する好気性菌の一部が嫌気槽内へと入るが、嫌気槽内は完全な嫌気性雰囲気となっているため、好気性菌は生存することができずに死滅してしまう。そのため、還流を何度も繰り返すうちに菌が少しずつ減少して処理能力の経時的低下を引き起こす可能性があった。
【０００７】
また、家畜の屎尿中には消化されていない未消化物が含まれていることが多く、このような未消化物は、処理槽中の微生物によっても分解することが困難である場合が多いが、従来の処理装置では未消化物が処理槽（嫌気槽・好気槽）へと供給された場合に、これを途中で取り除くことができないため、処理効率が低下するおそれがあった。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２９０８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記したような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、牛、豚、鶏等の家畜から排泄される屎尿を、有機物濃度が非常に低く河川放流が可能な清浄な水へと変えることができる屎尿処理装置を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明は、動物の屎尿を微生物を利用して浄化処理するための処理装置であって、屎尿を水で希釈するための希釈槽と、該希釈槽にて屎尿を希釈して得られた原水中に含まれる所定大きさ以上の異物を分離除去するための分離装置と、該分離装置にて異物が除去されて得られた処理水を貯留する原水調整槽と、該原水調整槽から取り出された処理水中に含まれる有機物を揺動床式の微生物担持体に担持された微生物により分解する処理槽と、該処理槽から取り出された処理水中に含まれる固形分を沈殿させる沈殿槽とを順次備えていることを特徴とする屎尿処理装置に関する。
【００１１】
請求項２に係る発明は、前記原水調整槽が、内部に揺動床式の微生物担持体が配置された好気性雰囲気槽とされていることを特徴とする請求項１記載の屎尿処理装置に関する。
【００１２】
請求項３に係る発明は、前記原水調整槽と沈殿槽との間に、嫌気性菌が生存する第一の処理槽と、好気性菌が生存する第二の処理槽が順次配置され、前記第一の処理槽内部には第二の処理槽に比べて少量の空気が供給されており、前記沈殿槽にて沈殿した固形分を前記第一の処理槽へと戻す循環経路を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の屎尿処理装置に関する。
【００１３】
請求項４に係る発明は、前記沈殿槽の上澄み液が供給される第三の処理槽と、該第三の処理槽から取り出された処理水中に含まれる固形分を沈殿させる第二の沈殿槽とを備え、前記第三の処理槽は、内部に揺動床式の微生物担持体が配置された好気性雰囲気槽とされており、前記第二の沈殿槽にて沈殿した固形分を前記第一の処理槽へと戻す循環経路を備えていることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の屎尿処理装置に関する。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明によれば、屎尿を水で希釈するための希釈槽と、該希釈槽にて屎尿を希釈して得られた原水中に含まれる所定大きさ以上の異物を分離除去するための分離装置を備えていることによって、高有機物濃度・高固形分濃度の屎尿がそのまま処理槽へと供給されることがなく、屎尿中に含まれる有機物を処理槽内の微生物によって確実に処理することができ、有機物濃度が充分に低減された処理水を得ることができる。
また、処理槽に供給される前段階で、屎尿中に含まれる植物性残渣を除去することができるため、処理後の水が植物性残渣によって着色されることがなく、無色透明に近い綺麗な処理水を得ることが可能となる。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、原水調整槽が、内部に揺動床式の微生物担持体が配置された好気性雰囲気槽とされているため、処理槽に供給される前段階の原水調整槽内部において、屎尿中に含まれる微生物や加水分解・酸発酵を利用した前処理が充分に行われることとなり、後工程の処理槽の負担を大きく軽減することができる。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、嫌気性菌が生存する第一の処理槽の内部に少量の空気が供給されていることで、好気性菌を含む沈殿槽内の固形分が第一の処理槽に還流された際に、好気性菌が第一の処理槽内で死滅せずに生存することが可能となり、これによって、経時的な微生物の減少が防がれて高い処理能力を長期間に亘って維持することができる。
【００１７】
請求項４に係る発明によれば、２つの好気性雰囲気槽（第二の処理槽と第三の処理槽）の間に第一の沈殿槽が配置されているため、処理槽中の微生物によっても分解することが困難な未消化物があっても、これを２つの処理槽の間の沈殿槽で取り除くことができ、処理効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る屎尿処理装置の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明に係る屎尿処理装置の好適な実施形態を示すフロー図である。
本発明に係る屎尿処理装置は、牛、豚、鶏等の家畜の屎尿を、微生物を利用して浄化処理するための処理装置であって、希釈槽（１）と、分離装置（２）と、原水調整槽（３）と、第一の処理槽（４）と、第二の処理槽（５）と、第一の沈殿槽（６）と、第三の処理槽（７）と、第二の沈殿槽（８）と、中継槽（９）と、処理水槽（１０）を順次備えている。
【００１９】
希釈槽（１）は、畜舎等から排出された屎尿を貯留し、貯留した屎尿に対して水を供給して希釈するための槽である。
希釈槽（１）の内部には、水中攪拌機（１１）と水中ポンプ（Ｐ）が配設されている。
水中攪拌機（１１）は、屎尿と希釈水とを満遍なく混合するために設けられており、水中ポンプ（Ｐ）は希釈された屎尿（原水）を汲み上げて分離装置（２）へと供給するために設けられている。
【００２０】
分離装置（２）は、スクリュープレス（２１）と、第一の振動スクリーン（２２）と、原水中継槽（２３）と、第二の振動スクリーン（２４）とから構成されている。
分離装置（２）では、希釈槽（１）から汲み上げられた原水は、先ずスクリュープレス（２１）に供給されて固液分離され、水分は第一の振動スクリーン（２２）へと供給され、固形分は分離除去される。
第一の振動スクリーン（２２）に供給された水分は更に固液分離され、水分は原水中継槽（２３）へと送られ、固形分は分離除去される。
【００２１】
原水中継槽（２３）は、スクリュープレス（２１）及び第一の振動スクリーン（２２）から取り出された水分を一旦貯留するための槽であって、その内部には水中ポンプ（Ｐ）が配設されている。
原水中継槽（２３）に貯留された原水は、水中ポンプ（Ｐ）によって汲み上げられて第二の振動スクリーン（２４）へと供給される。
【００２２】
第二の振動スクリーン（２４）は、第一の振動スクリーン（２２）よりも目が細かいスクリーンを有している。例えば、第一の振動スクリーン（２２）は８０メッシュ、第二の振動スクリーンは１２０メッシュとされている。
第二の振動スクリーン（２４）に供給された水分は更に固液分離され、水分は原水調整槽（３）へと送られ、固形分は分離除去される。
【００２３】
このように、分離装置（２）において、メッシュ粗さの異なる複数のスクリーンを用いて固液分離処理を行うことにより、原水中に含まれる所定大きさ以上の異物（例えば藁などの植物性残渣）を確実に分離除去することができる。
【００２４】
原水調整槽（３）は、分離装置（２）にて植物性残渣などの異物が除去された水（処理水）を、一旦貯留し、貯留された処理水を内部に配置された水中ポンプ（Ｐ）によって適宜汲み上げて第一の処理槽（４）へと供給する。
このような原水調整槽（３）を設けることによって、後工程にある処理槽の処理能力に応じて、後工程への処理水の供給量を適当に調整することが可能となる。
【００２５】
原水調整槽（３）の内部（水中）は、ブロワ（Ｂ）から空気が供給されていることによって好気性雰囲気となっている。そして、その内部（水中）には、揺動床式の微生物担持体（１２）が配置されている。
本発明において用いられる揺動床式の微生物担持体（１２）とは、微生物を担持する部材が水流に伴って揺れ動く、即ち揺動することができる構成を有しているものである。
かかる微生物担持体（１２）としては、例えば、ポリエステルフィラメント糸等からなる経糸と、この経糸から放射状に突出されたアクリル繊維等からなる房状の緯糸とから形成された糸材が、複数本並設された構成のものが用いられる。
【００２６】
このような微生物担持体（１２）では、房状の緯糸によって微生物を含んだ多くの汚泥を保持することができるとともに、房状の緯糸が揺動することにより水中の有機物との接触機会が増加するため、非常に高い有機物分解能力を発揮することができる。
また、緯糸に汚泥が付着すると、微生物担持体（１２）の中心部付近は嫌気性雰囲気となって嫌気性菌が住み着くようになる。そのため、この担持体を好気性雰囲気の槽（好気槽）内に配設すると、好気槽内においても、嫌気性菌による脱窒反応が生じることとなり、処理効率が高められる。
更に、房状の緯糸が揺動することによって、緯糸上に過剰に付着した汚泥が連続的に剥離するようになり、常に一定量の汚泥のみを保持することが可能となり、汚泥の一斉剥離や閉塞が生じることを防ぐことができる。
また、水流が糸材同士の間を乱流を生じながら通過することで、逆洗の効果が得られ、固定床のように定期的な逆洗の必要がない。
【００２７】
通常、このような微生物担持体は処理槽内にのみ配設されるものであるが、本発明では処理槽の前に配置される原水調整槽（３）内にも配設している。
これによって、処理槽に供給される前段階の原水調整槽内部において、屎尿中に含まれる微生物を利用した前処理が充分に行われることとなり、後工程の処理槽の負担を大きく軽減することができる。
【００２８】
第一の処理槽（４）は、多数の嫌気性菌が生存している嫌気性雰囲気に近い槽であるが、ブロワ（Ｂ）から少量の空気が供給されていることによって、水中には溶存酸素（ＤＯ：Dissolved Oxygen）が僅かに（具体的には、0.05〜0.1mg／L程度）存在している。従って、完全な嫌気性雰囲気ではなく、僅かに好気性に近い雰囲気（以下、微好気性雰囲気という）である。
【００２９】
第一の処理槽（４）の内部にも、上記した構造をもつ揺動床式の微生物担持体（１２）が配設されており、この微生物担持体（１２）に住み着いた多数の嫌気性菌により、非常に高い有機物処理能力を発揮することができる。
具体的には、脱窒菌の作用により、処理水中に含まれる窒素が除去される。
【００３０】
第一の処理槽（４）の底面と微生物担持体（１２）の底面との間には空間（１３）が形成されている。この空間（１３）は、微生物担持体（１２）を台上に載置するか若しくは上から吊り下げることにより形成される。
微生物担持体（１２）の外側位置において、第一の処理槽（４）の底面近傍には攪拌機（１１）が配置されている。攪拌機（１１）は図では１台のみ示されているが、微生物担持体（１２）の周りを囲うように複数台配置することもできる。
水中攪拌機（１１）は、空間（１３）に向かう水流を生み出し、この水流が微生物担持体（１２）の底部から入って上方へと抜けることにより、微生物担持体（１２）に住み着いた嫌気性菌と汚水の接触の機会が増し、処理効率が大きく高められる。
【００３１】
第一の処理槽（４）にて処理された後の処理水は、第二の処理槽（５）へと送られる。
第二の処理槽（５）は、多数の好気性菌が生息している好気性雰囲気の槽であり、ブロワ（Ｂ）から多量の空気が供給されていることによって、水中の溶存酸素（ＤＯ）が第一の処理槽（４）に比べて多く（具体的には、2.0〜5.0mg／L程度）存在している。
【００３２】
第二の処理槽（５）内部の水中には、第一の処理槽（４）内に配設されているものと同様の揺動床式の微生物担持体（１２）が配設されている。
第二の処理槽（５）内部の水中には曝気によって常に酸素が供給されて、多量の溶存酸素が存在する好気性雰囲気となっており、微生物担持体（１２）には多くの好気性菌が住み着いている。
【００３３】
第二の処理槽（５）は、揺動床式の微生物担持体（１２）に住み着いた多数の好気性菌により、非常に高い有機物処理能力を発揮することができる。
具体的には、硝化菌の作用により、汚水中に含まれるアンモニア性窒素が硝酸性窒素に酸化する硝化反応が生じることとなる。
また、第二の処理槽（５）では、リン成分が好気性菌の内部に取り込まれることによって除去される。
【００３４】
第二の処理槽（５）にて処理された後の処理水は、続いて第一の沈殿槽（６）へと送られる。
第一の沈殿槽（６）は、第二の処理槽（５）にて処理された後の処理水に含まれる固形分（汚泥等）を沈殿させることにより、処理水を固液分離するものである。
第一の沈殿槽（６）の底部に沈殿した固形分の一部は、循環経路（１４）を通って第一の処理槽（４）及び第二の処理槽（５）へと戻されることにより、再度これらの処理槽において処理され、残りは汚泥貯槽（１５）へと送られる。
このとき、第一の処理槽（４）内が完全な嫌気性雰囲気ではなく微好気性雰囲気となっているので、沈殿槽内の固形分中に含まれる好気性菌が第一の処理槽に還流された際に、好気性菌が第一の処理槽内で死滅せずに生存することが可能となり、これによって経時的な微生物の減少が防がれて高い処理能力が維持される。
【００３５】
汚泥貯槽（１５）内には水中ポンプ（Ｐ）が配設されており、第一の沈殿槽（６）から供給された固形分は、水中ポンプ（Ｐ）により汲み上げられた後、脱水機（１６）により脱水される。
【００３６】
第一の沈殿槽（６）の上澄み水は、第三の処理槽（７）へと送られる。
第三の処理槽（７）は、第二の処理槽（５）と同様の構成を有する。
すなわち、第三の処理槽（７）も、多数の好気性菌が生息している好気性雰囲気の槽であり、ブロワ（Ｂ）から多量の空気が供給されていることによって、水中の溶存酸素（ＤＯ）が第一の処理槽（４）に比べて多く（具体的には、2.0〜5.0mg／L程度）存在している。
【００３７】
第三の処理槽（７）内部の水中にも、第一の処理槽（４）内に配設されているものと同様の揺動床式の微生物担持体（１２）が配設されている。
第三の処理槽（７）内部の水中には曝気によって常に酸素が供給されて、多量の溶存酸素が存在する好気性雰囲気となっており、微生物担持体（１２）には多くの好気性菌が住み着いている。
【００３８】
第三の処理槽（７）も、揺動床式の微生物担持体（１２）に住み着いた多数の好気性菌により、非常に高い有機物処理能力を発揮することができる。
具体的には、硝化菌の作用により、汚水中に含まれるアンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）が硝酸性窒素に酸化する硝化反応が生じることとなる。
また、第三の処理槽（７）でも、リン成分が好気性菌の内部に取り込まれることによって除去される。
【００３９】
本発明においては、２つの好気性雰囲気槽（第二の処理槽と第三の処理槽）の間に第一の沈殿槽が配置されているため、処理槽中の微生物によっても分解することが困難な未消化物があっても、これを２つの処理槽（５）（７）の間の沈殿槽（６）で取り除くことができ、処理効率を向上させることができる。
【００４０】
第三の処理槽（７）で処理された後の処理水は、第二の沈殿槽（８）へと送られる。
第二の沈殿槽（８）は、第三の処理槽（７）にて処理された後の処理水に含まれる固形分（汚泥等）を沈殿させることにより、処理水を固液分離するものである。
第二の沈殿槽（８）の底部に沈殿した固形分の一部は、循環経路（１７）を通って第一の処理槽（４）へと戻されることにより、再度第一の処理槽（４）において処理され、残りは汚泥貯槽（１５）へと送られる。
【００４１】
第二の沈殿槽（８）の上澄み水は、中継槽（９）へと送られた後、ポンプ（Ｐ）によって汲み上げられて、ろ過装置（１８）及び光酸化処理装置（１９）へと順次送られる。
光酸化処理装置（１８）においては処理水の脱色処理がなされ、脱色処理後の処理水は処理水槽（１０）に貯留される。
【００４２】
処理水槽（１０）に貯留された処理水の一部は、ポンプ（Ｐ）の作動により循環経路（図示略）を通って希釈槽（１）へと戻されて希釈水として利用され、残りの処理水は河川等へと放流される。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明に係る汚水処理装置の実施例を挙げることによって、本発明の効果をより明確にする。但し、本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。
（実施例）
図１に示す処理装置を用いて、乳牛舎から排出された屎尿の処理を行った。
屎尿処理の工程において、処理前の水（希釈槽で希釈する前の屎尿）と処理後の水（処理水槽の水）を採取し、水素イオン濃度（ｐＨ）、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、浮遊物質量（ＳＳ）、ノルマルヘキサン抽出物質含有量（n-Hex）、全窒素量を夫々測定し、処理後の水については色度も測定した。
結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
2007069113.tif 000003
【００４５】
この結果から、本発明に係る処理装置は、家畜の屎尿を河川への放流が可能な程度にまで浄化することが可能であり、しかも透明に近い色の処理水を得ることができることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、畜舎から排出される、有機物を多量に含む屎尿を清浄化処理するために利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る屎尿処理装置の好適な実施形態を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００４８】
１      希釈槽
２      分離装置
２１    スクリュープレス
２２    第一の振動スクリーン
２３    原水中継槽
２４    第二の振動スクリーン
３      原水調整槽
４      第一の処理槽
５      第二の処理槽
６      第一の沈殿槽
７      第三の処理槽
８      第二の沈殿槽
９      中継槽
１０    処理水槽
１１    水中攪拌機
１２    微生物担持体
１３    空間
１４    循環経路
１５    汚泥貯槽
１６    脱水機
１７    循環経路
１８    ろ過装置
１９    光酸化処理装置
Ｂ      ブロワ
Ｐ      ポンプ
【図１】
2007069113.tif 000004