(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
家畜の糞と尿とが混合して排出された糞尿混合物を機械的分離手段にて固形糞と糞尿液に分離し、この分離された糞尿液に、鉱石を酸性水溶液にて溶解して得られた酸性資材を混合して糞尿液を酸性にし、次にアルカリ性資材を添加して上記糞尿酸性液をアルカリ性にすることにより、糞尿液に混合又は溶解して存在していた有機及び無機成分を沈殿分離することを特徴とする糞尿処理システム。
【請求項２】
請求項１記載の酸性資材が、酸性鉱石を酸性水溶液に溶解したものである糞尿処理システム。
【請求項３】
請求項１記載の酸性資材が、ケイ酸塩及びアルミナを含有する鉱石を酸性水溶液に溶解したものである糞尿処理システム。
【請求項４】
酸性水溶液は、硫酸又は塩酸水溶液であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の糞尿処理システム。
【請求項５】
請求項１記載のアルカリ性資材が石灰又は苛性ソーダである糞尿処理システム。
【請求項６】
請求項１記載の機械的分離手段にて得られた固形糞を堆肥化手段にて堆肥使用し、糞尿液を処理して得られた上澄み液を液体肥料又は土壌改良材等の産業資材に利用し、上記糞尿液を処理し、得られた沈殿物を肥料用資材、堆肥化資材、あるいは、培養土資材等の産業資材に利用するリサイクル型糞尿処理システム。
【請求項７】
糞尿混合物は、牛又は豚の糞尿であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の糞尿処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、牛及び豚等の家畜が排泄する糞尿を簡単な構造の処理施設を用いて安価に処理が出来て、ほぼ完全に各種産業資材として、リサイクル利用を可能にした糞尿処理システムに関する。。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、多頭飼育の乳用牛牛舎においては、各牛がストールを介して繋がれているので糞尿は、混合してバン・クリーナシステム等によって集められ、スクリュープレス等の固液分離機にかけられて糞と尿に分けられ、糞は堆肥施設に運ばれ、尿は尿貯留槽に流入させて一時的に貯留した後に農地への散布又は河川放流水質基準に適合すれば、河川等へ放流するのが一般的であった。
糞と尿は、一応分離されるが完全な分離ではなく、高性能のフィルタープレス機であっても２％程度、通常のスクリュープレス及びロールプレスでは１０％程度の糞が尿液に混入しているのが実態である。
この糞が除去されないと尿液の多様なリサイクル活用も困難であり、また、河川等への放流についても放流水質基準に達しない。
従来、この糞尿液を活性汚泥処理後に無機質系又は高分子系の凝集剤を添加してフロックを形成して浮上又は沈降処理されているが、設備が複雑でランニングコストが高価である。
従ってこの糞尿液について、今日まで低コストで効率的な処理方法が開発されていないのが現状であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の処理方式に活用されていなかった「強酸性」及び「強アルカリ」資材を利用して、機械的固液分離後の糞尿液から、さらに尿と糞とに分離するとともに、尿から有機物を除去し、加えて、分離された上澄み液及び糞について、リサイクル製品化を図り、有益な利用・活用機能を発揮した後に最終的に全て「土壌」に還元するシステムの提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、家畜の糞尿混合物から有機物質を除去する方法として、請求項１に記載したように、家畜の糞と尿とが混合して排出された糞尿混合物を機械的分離手段にて固形糞と糞尿液に分離し、この分離された糞尿液に、鉱石を酸性水溶液にて溶解して得られた酸性資材を混合して糞尿液を酸性にし、次にアルカリ性資材を添加して上記糞尿酸性液をアルカリ性にすることにより、糞尿液に混合又は溶解して存在していた有機及び無機成分を沈殿分離する糞尿処理システムとした。
【０００５】
ここで酸性資材は、花崗岩等の酸性鉱石を硫酸等の強酸性水溶液に溶解させて得たものをいう。
酸性鉱石を溶解する酸は、この硫酸又は塩酸に限定されるものでは無いが、硫酸を用いると、酸性鉱石を紛状にしたものを濃硫酸に入れ、水で希釈すると自然発熱するので加温しなくても溶解反応が進行する。
また、希釈倍率は用途に合わせて任意に調整されるが、実用的にはｐＨ０．５〜１．０にするのが好ましい。
【０００６】
酸性資材の製造に供される他の鉱石としては、「石英片岩」（主産地：岐阜県）ケイ酸塩及びアルミナが多く含有する「戸室石」（主産地：石川県）、「蛭石」（主産地：福島県）、全国で産出される「珪藻土」が上げられる。
【０００７】
本発明に用いられるアルカリ性資材は、上記強酸性水溶液にて処理した糞尿液に添加して強アルカリ性側に戻すのが第一の目的である。
従って、アルカリ性に戻すことが出来るものであれば石灰及び苛性ソーダに限定されるものでは無いが、実用的には安価に入手出来、後で肥料に再利用しやすい石灰が好ましい。
【０００８】
請求項１に記載した糞尿液処理システムを用いて、家畜から排泄される糞と尿の混合物から上澄み液と沈殿物とを分離して、上澄み液及び沈殿物をそれぞれ産業資材として利用することにより、最終的には、全て「土壌」に還元する処理システムの提供を目的にされた発明が請求項６に記載の発明である。
即ち、請求項１記載の機械的分離手段にて得られた固形糞を堆肥化手段にて堆肥使用し、糞尿液を処理して得られた上澄み液を液体肥料又は土壌改良材等の産業資材に利用し、上記糞尿液を処理して得られた沈殿物を肥料用資材、堆肥化資材、あるいは、培養土資材等の産業資材に利用するリサイクル型糞尿処理システムとした。
【０００９】
上記のリサイクル型糞尿処理システムを、例えば、牛舎から排出される糞尿の例にて示したのが図１及び図２に示す処理システム例である。
図１は、糞尿液の処理を共同施設で行う場合で、図２は、この糞尿液処理を各畜産農家で処理する場合の例である。
酪農家の畜舎から、バン・クリーナシステム等によって集められた糞と尿の混合物は、スクリュープレス等にて機械的に固形分と液体分に分離される（以下、第１次糞・尿分離という）。
この場合に、固形分として取り出される糞の含水率は、約７０〜８０％程度になる。
これを堆肥施設に運び、若干の水分調整資材を混合し、自然発酵させ、堆肥として再利用される。
なお、この堆肥施設は、一般的に牛舎施設として整備されている場合が多い。
【００１０】
一方、この第１次糞・尿分離にて得られた糞尿液には、なお糞が約１０％程度含まれている場合が殆どである。これを糞尿液貯留槽に一時的に貯留される。
これを図１に示すように、共同施設で処理する場合には、その糞尿液処理槽に運搬移送し、図２に示すように各畜産農家で処理する場合には、その糞尿液処理槽に移送し、酸性資材を投入し、撹拌後にｐＨを確認し、アルカリ資材を投入して、強アルカリ性になるようにする。
すると、糞尿液から糞の固形分及び糞尿液中に溶解していた炭水化物、蛋白質や脂肪類がヘドロ状に沈殿分離してくる。
【００１１】
上澄み液は強アルカリ性を示すが、上記の処理により無菌、無臭の透明な液体となり、液肥原料等として図１に示すように再利用出来る。
なお、ｐＨ調整が必要な場合には、本発明における酸性資材を活用することができ、土壌改良資材（水成石灰）として利用できる。
また、他の成分を添加調整して殺菌剤、除草剤、消臭剤への利用も可能である。
【００１２】
固・液再分離にて沈殿したヘドロ状有機物は、一部糞尿液の再利用又は堆肥醗酵促進資材に再利用出来るとともに、乾燥させることにより、有機石灰肥料や、配合肥料原料に利用できる。
また、堆肥、珪藻土、戸室石等を混合することにより、培養土、土壌化資材等として利用できる。
【００１３】
図１に示したように、固・液再分離工程は、各酪農家にて実施してもよいが、複数の酪農家から回収して集中的に処理できる処理装置を設けると、より効果的で経済的である。
その後の産業資材への再利用においても、それぞれの専門分野の企業がサポートすることが、本発明のリサイクル型糞尿処理システムの効果的運用に結び付く。
【００１４】
本発明においては、鉱石から抽出した酸性資材とアルカリ資材としての石灰を用いて再度、糞尿液に含まれている糞及び有機成分を分離することによって、上澄み部分は河川放流水質基準以下に浄化し、無臭・無菌・透明で有機成分を殆ど含まない液体に変質させるように作用する。
この液体のｐＨは、１２〜１３の強アルカリ性液であるが、リサイクルの用途に応じて必要な場合には、再度、酸性資材を添加することによってｐＨの調整ができる。
【００１５】
分離、沈殿したヘドロ部分には、乾燥させると窒素・燐酸・加里等の肥料成分は乾物換算で１％前後含有している。
また、石灰の残渣が混合しているので、この特徴を活用して多様な用途の開発が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施の形態を説明するが、まず、処理工程の流れを説明する。
機械的に糞・尿を分離した糞尿液を糞尿貯留槽から糞尿処理槽に移す（以下、処理原液という）。
次に、図３の酸性及びアルカリ性資材投入比率によるｐＨ及び沈殿率の比較調査結果に示すように、処理原液にｐＨ０．５〜１．０の酸性資材を処理原液の２．０％〜３．５％を混入し、撹拌することによって処理液の均質化を促進し、ｐＨ３．０〜３．５のヘドロ状の処理液となる。
ここで、酸性資材は、次のように製造した。
戸室石を紛状に粉砕し、これに約同重量の濃硫酸を加えて撹拌混合する。
次に、先の混合液と重量にして約同量の珪藻土処理水を添加すると発熱反応し、溶解したものを珪藻土処理水をさらに約１０〜１５倍量加えて、ｐＨ０．５〜１．０に調整して酸性資材を得た。
上記処理液にアルカリ性資材としての石灰を処理液の２．０％〜３．５％を混入し、撹拌することにって処理液の均質化を促進し、図３に示すようにｐＨ１１〜１３のアルカリ性の処理液となった。
処理液は、３０分〜２時間後に処理槽の中で固形部分は、分離・沈殿し、液体成分は、透明で無菌の上澄み液となって分離した。
図３にて、ＳＶ３０が所定量の糞尿液にそれぞれ所定割合の酸性資材とアルカリ性資材を投入後３０分経過時の沈殿量を、ＳＶ６０が６０分経過時の沈殿量を比較調査した値を示す。
なお、図３におけるＳＶ３０及びＳＶ６０の数値は、１０００ｍｌ当たりの糞尿液に対する下に形成した沈殿層の容量を示す。
この上澄み液を測定した結果、ＢＯＤ及びＳＳ等が河川の水質基準濃度以下であった。
分離した上澄み部分と、分離・沈殿したヘドロ状部分は、各々別の取り出し口から取り出し、リサイクルの用途に応じて容器に移し替える。
上澄み液について、ｐＨを調節する必要がある場合には、処理槽から取り出した後のリサイクル用途に対応して、酸性資材を添加する。
なお、処理後の上澄み液が無菌・無臭となるのは、強酸性及び強アルカリ性資材の使用によって糞尿中の微生物が死滅することによるものである。
【００１７】
次に、必要な処理施設について説明する。
（ア）第１次糞・尿分離施設
機械的処理により、糞と尿を分離する。糞は、水分率７５％程度になる。
尿は、１０％程度の固形物（糞）を含んだ液となり、従来の方法では処理の極めて困難な糞尿液となる。
（イ）糞尿液貯留槽
固・液分離した糞尿液は、この貯留槽に貯留される。糞尿液貯留槽は、牛舎の基本施設の一部であり、一般的に牛舎施設として建設されている。
既設の牛舎を利用する場合には、新しい処理方法による必要な処理能力に、つい、十分検討して既施設と新規追加施設との整合性のある設計がされなければならない。
一般的に糞尿液貯留槽の容量は、飼養頭数・１頭当たり１日の尿排泄量（畜舎清掃用水を含む）・貯留期間によって計算できるが、糞尿の最終的な活用方法・処理槽の容量・利用回転日数・処理能力等の整合性を十分に考慮して設定されなければならない。
（ウ）堆肥施設
機械的に糞尿分離された糞の部分は、水分７５％程度の糞となって堆肥施設に運ばれ、自然醗酵して堆肥化される。
堆肥施設は、一般的に牛舎施設として整備されている。
（エ）糞尿液処理槽
糞尿液処理槽は、貯留槽からくみ出された処理原液を強酸性資材及び強アルカリ性資材を混入して、撹拌、沈殿ができ、糞尿液中の固形物を分離する施設である。
【００１８】
【発明の効果】
本発明においては、糞尿液に天然に産出する鉱石を酸性溶液に溶解させて添加することにより、これら鉱石に含まれるケイ酸イオンやアルミイオン等を中心に複合化された各種イオンの働きにより、処理原液中から固形分を分離し、河川等への放流基準以下に清浄度を上げることができる。
また、酸性資材及びアルカリ性資材も天然に産出するものである。
従って、これらを添加して沈殿分離させた有機物等の固形分も上澄み液に残留している成分も天然成分である。
即ち、上記にて得られた上澄み液や固形分を図１又は図２に示した各種産業資材として再利用することにより、全て最終的には土壌に還元出来ることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る糞尿のリサイクル型処理システムにおいて、糞尿液処理を共同施設で行う場合の例を示す。
【図２】本発明に係る糞尿のリサイクル型処理システムにおいて、糞尿液処理を畜産農家で行う場合の例を示す。
【図３】酸性及びアルカリ性資材の投入比率によるｐＨ及び沈殿率の比較結果を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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