(57)【要約】【課題】簡易でかつ小規模の設備を用いて、供給電力の変動がない電源を有する排水浄化装置を提供すること。【解決手段】トイレ設備１から排出される排水を浄化する浄化処理手段２と、前記浄化処理手段で浄化された処理水を貯留する貯留手段３と、燃料電池７と、を備えた排水浄化装置であって、前記浄化処理手段２は、曝気手段５、撹拌手段４及び溶存酸素濃度計６を有する曝気槽２４を備えており、前記燃料電池７は金属燃料空気電池であることを特徴とする排水浄化装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トイレ設備から排出される排水を浄化する浄化処理手段と、
前記浄化処理手段で浄化された処理水を貯留する貯留手段と、
燃料電池と、
を備えた排水浄化装置であって、
前記浄化処理手段は、曝気手段、撹拌手段及び溶存酸素濃度計を有する曝気槽を備えており、
前記燃料電池は金属燃料空気電池である
ことを特徴とする排水浄化装置。
【請求項２】
前記金属燃料空気電池がマグネシウム燃料空気電池である請求項１に記載の排水浄化装置。
【請求項３】
前記曝気手段及び撹拌手段が、風力及び／又は人力で駆動可能である請求項１又は２に記載の排水浄化装置。
【請求項４】
雨水集水手段と、雨水貯槽とを備えた請求項１〜３の何れかに記載の排水浄化装置。
【請求項５】
前記処理水の殺菌設備を備えた請求項１〜４の何れかに記載の排水浄化装置。
【請求項６】
太陽光発電設備及び／又は風力発電設備を備えた請求項１〜５の何れかに記載の排水浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トイレ設備から排出された排水を浄化処理し、処理水を再生水としてトイレ設備に再循環するための排水浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、阪神淡路大震災、東日本大震災、熊本地震と災害が頻発している。地震、津波、大火などの災害が発生すると、多くの家屋が消失したり、電気、水道などのインフラ設備が使用不能となったりすることがある。このような場合、被災者は仮設住宅等が完成するまで公園等を緊急避難所として利用せざるを得ない場合がある。そして、公園等に避難した被災者は、上記緊急避難所に設置された仮設トイレ等を使用することになる。また、仮設トイレであってもくみ取り式ではなく水洗式トイレが求められている。
更に、海外における渇水地域やインフラ設備が遅れている地域においてはトイレ用の水を確保することが困難であり、再生水の利用が求められている。
【０００３】
特許文献１には、設置が簡単で、大規模地震が発生した場合にも、破損することなく機能する小型の循環式水洗トイレが記載されている。
この循環式水洗トイレは、図４に示すように、便器１と、この便器１に供給する洗浄水を貯留する洗浄水タンク２と、便器１からの排出物を貯留する汲み取り槽３と、この汲み取り槽３の上澄み液を浄化する浄化槽４と、上澄み液を汲み取り槽３から浄化槽４に流入させる上澄み液用配管５と、浄化槽４で浄化された中水を貯留する中水槽６と、この中水槽６に貯留された中水を洗浄水タンク２に循環する循環装置７とを備えている。汲み取り槽３、浄化槽４及び中水槽６は、それぞれの槽本体の一部が地中に埋め込まれて設置されている。そして、循環装置７を駆動するために、外部電源から電力を供給するか、建屋の屋根Ｒに設置された太陽光発電機８から電力を供給するようにしている。
【０００４】
特許文献２には、外部から水を供給することなく運転することができる循環式水洗トイレについて記載されている。
この循環式水洗トイレは図５に示すように、便器１からの被処理物２を生物化学的に処理する浄化槽３、浄化槽３において生物化学的処理を行った後の処理水から固形物を分離する膜分離手段１１、固形物分離後の処理水からリン化合物を固形物に捕捉する脱リン手段３３と、脱リン処理液から塩類を除去する塩類除去手段３５、塩類を除去した後の処理水を水洗水として貯留する水洗水貯槽３９を有する循環式水洗トイレが記載されている。
【０００５】
被処理物２は、浄化槽３の沈殿槽４において固形物を分離した後に、比較的大きな浮遊固形物を分離網５を有する第１分離槽６、小さな浮遊固形物を分離可能な微細分離網７を有する第２分離槽８によって小さな浮遊固形物も分離した後に、さらに微細分離網９によって微細な固形物も分離した後に、脱窒槽１０に流入し、脱窒槽１０から浄化水を分離する膜分離手段１１を設けた膜分離槽１２へ溢流する。
そして、必要な電力は発酵槽４１におけるメタン発酵で発生したメタンガスを改質装置４２で改質して得た水素ガスを燃料とする燃料電池、又は、太陽電池、風力発電等によって供給するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−４７４２０号公報
【特許文献２】特開２０００−２０４６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の従来の循環式トイレが電源として採用している太陽光発電や風力発電は、太陽光や風力という変動しやすい自然エネルギーを利用するものであるため、安定した電力を確保することができず、また、太陽光発電は夜間には電力を供給できない。
また、特許文献２に記載のメタン発酵を利用する燃料電池は、ある程度大きな容量のメタン発酵槽が必要となり、また、発電量にも変動がある。
【０００８】
本発明は、簡易でかつ小規模の設備を用いて、供給電力の変動がない電源を有する排水浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る排水浄化装置は以下に記載する通りの構成を有する。
【００１０】
（１）トイレ設備から排出される排水を浄化する浄化処理手段と、
前記浄化処理手段で浄化された処理水を貯留する貯槽手段と、
燃料電池と、
を備えた排水浄化装置であって、
前記浄化処理手段は、曝気手段、撹拌手段及び溶存酸素濃度計を有する曝気槽を備えており、
前記燃料電池は金属燃料空気電池である
ことを特徴とする排水浄化装置。
（２）前記金属燃料空気電池がマグネシウム燃料空気電池である上記（１）に記載の排水浄化装置。
（３）前記曝気手段及び撹拌手段が、風力及び／又は人力で駆動可能である上記（１）又は（２）に記載の排水浄化装置。
（４）雨水集水手段と、雨水貯槽とを備えた上記（１）〜（３）の何れかに記載の排水浄化装置。
（５）前記処理水の殺菌設備を備えた上記（１）〜（４）の何れかに記載の排水浄化装置。
（６）太陽光発電設備及び／又は風力発電設備を備えた上記（１）〜（５）の何れかに記載の排水浄化装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡易でかつ小規模の設備を用いて、供給電力の変動がない電源を有する排水浄化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の排水浄化装置の概要を示す図である。
【図２】本発明の排水浄化装置の実施形態を示す図である。
【図３】本発明の排水浄化装置の実施形態を示す図である。
【図４】従来の循環式水洗トイレを示す図である。
【図５】従来の循環式水洗トイレを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の排水浄化装置の概要を図１に基づいて説明する。
排水浄化装置は浄化処理手段２、貯留手段３及び金属燃料空気電池７を備えている。
トイレ設備１から排出された排水１０は、排水１０を浄化処理するための浄化処理手段２に流入して浄化される。浄化処理手段２の構造としては曝気槽２４を備えた従来公知の浄化槽の構造を採用することができる。曝気槽２４には撹拌手段４、曝気手段５、溶存酸素濃度計６が設けられている。
【００１４】
浄化処理手段２で浄化された処理水１１は貯留手段３に流入して貯留される。
処理水１１は貯留手段３からトイレ設備１に水洗水１１ａとして供給される。
また、浄化処理手段２の外部には金属燃料空気電池７が配置されている。
この金属燃料空気電池７は排水浄化装置のための電力供給源として用いられる。
【００１５】
金属燃料空気電池は負極活物質に金属を用い、正極活物質には空気中の酸素を利用する電池であり、正極（空気極）にはガス拡散電極を用い、水を電解液として用いる。
金属燃料空気電池としてはマグネシウム燃料空気電池を使用することが好ましいので、以下では、金属燃料空気電池としてマグネシウム燃料空気電池を用いた場合について説明する。
【００１６】
マグネシウム燃料空気電池は下記の電極反応を利用して起電力を発生するものであり、負極をマグネシウムとし、電解液として水を供給することによって起電力が発生する燃料電池である。
負極  ：  ２Ｍｇ→２Ｍｇ２＋＋４ｅ−                  （−２．３６３Ｖ）
正極  ：  Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−  →  ４ＯＨ−        （＋０．４０１Ｖ）
全反応：  ２Ｍｇ＋Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ  →  ２Ｍｇ（ＯＨ）２
【００１７】
貯留手段３内の処理水１１の一部を電解液１１ｂとしてマグネシウム燃料空気電池７に供給することによって、電力Ｐを取り出すことができる。
マグネシウム燃料空気電池７は水を電解液として供給することにより発電が可能である。このため、本発明の排水処理装置において再生した処理水１１をマグネシウム燃料空気電池７に電解液として使用することにより、災害時やインフラ設備がない地域においてもトイレ等の照明用電源や、曝気槽２４の曝気手段の駆動用電源、撹拌手段の駆動用電源として有効に利用することできる。
また、処理水に代えて処理水に食塩を添加して作製した食塩水を用いても良い。
【００１８】
次に、図２及び図３に基づいて、本発明の排水浄化装置の実施形態について説明する。
本実施形態においては図１に示した浄化処理手段２は、図２に示す汚泥分離槽２２、嫌気ろ床槽２３及び曝気槽２４から構成されている。また、図１において示した処理水の貯留手段３は、図２に示す処理水貯槽３１及び膜ろ過槽３２から構成されている。
そして、汚泥分離槽２２、嫌気ろ床槽２３、曝気槽２４、処理水貯槽３１及び膜ろ過槽３２は一体化されて浄化槽２０を形成している。
【００１９】
トイレ設備１には照明１５と水洗便器１６とが設けられている。
水洗便器１６から排出された排水１０は浄化槽２０の排水流入手段２１から汚泥分離槽２２に流入する。汚泥分離槽２２においては排水１０が固体と液体とに分離される。
汚泥分離槽２２で固体を分離し、これを別途処理するようにしておくことにより、汚泥分離槽２２の下流側での処理量を減らすことができるので、浄化槽２０をコンパクト化することができる。
【００２０】
汚泥分離槽２２で固体を分離された排水は嫌気ろ床槽２３に流入する。
嫌気ろ床槽２３において排水中の浮遊物が取り除かれるとともに、ろ材の表面に付着した嫌気性微生物によって有機物が分解される。この嫌気ろ床槽は２段に設けても良い。
【００２１】
嫌気ろ床槽２３を流出した排水は曝気槽２４に流入する。曝気槽２４では曝気手段５によって空気が供給されるとともに、撹拌手段４によって槽内の排水が撹拌される。これにより、好気性微生物によって有機物の吸着・酸化分解が行われ、排水は高度に浄化される。曝気槽２４には溶存酸素濃度計６が設けられており、曝気槽２４内の排水中の酸素濃度を計測し、排水中の酸素濃度が好気性微生物の活動に十分かどうかをモニターする。曝気槽２４内の排水の酸素濃度が不足するとき、曝気量を高めたり撹拌速度を速めたりする。
なお、撹拌手段４及び曝気手段５はマグネシウム燃料空気電池７を電源として駆動することも可能であるが、排水浄化装置が小規模である場合には、撹拌手段４及び曝気手段５を人力や風力で駆動することも可能であるので、撹拌手段４及び曝気手段５を人力や風力で駆動できるようにしておき、マグネシウム燃料空気電池の消耗を防ぐことが好ましい。
【００２２】
曝気槽２４を流出した処理水は処理水貯槽３１において貯留される。
処理水貯槽３１内の処理水は膜ろ過槽３２で膜処理されたのち、必要に応じて適宜配置される殺菌設備によって殺菌処理を施され、処理水排出手段３３により取り出して、トイレ設備１に水洗水１１ａとして供給される。
処理水の一部は電解液１１ｂとしてマグネシウム燃料空気電池７に供給される。
また、雨水集水手段及び雨水貯槽を別途設けて、雨水貯槽内の雨水を処理水貯槽３１内の処理水と共に、トイレ設備１に供給するようにしてもよい。
雨水集水手段によって集めた雨水を処理水貯槽３１に貯留するようにしても良い。
【００２３】
マグネシウム燃料空気電池７を多数個使用すれば大きな電力を得ることができるので、この電力をトイレ設備１の照明１５、溶存酸素濃度計６の電源として使用する他、撹拌手段４及び曝気手段５の駆動電源としても使用することができる。
しかしながら、マグネシウム燃料空気電池７を多数個使用するとコストがかかるため、排水浄化装置が小規模である場合には、電力の使用はトイレ設備１の照明１５、溶存酸素濃度計６の電源としての使用にとどめて、撹拌手段４及び曝気手段５の駆動は人力や風力によって行うことが考えられる。
例えば、図２に示したものでは、撹拌手段４に風車を設けて風力により撹拌するようにしているが、排水浄化装置が小規模である場合には、これを人力で駆動できるようにしても良い。
また、曝気装置５としては人力式（手動式又は足踏み式等）の空気注入ポンプを用いることにより、曝気槽２４に空気を注入することができる。
【００２４】
処理水排出手段３３として電動ポンプを使用しても良いが、図３に示すように、浄化槽２０の膜ろ過槽３２に蛇口４０を取り付けて処理水をバケツ４１等に受けて、バケツ４１等で処理水１１をトイレ設備１に運搬して水洗水１１ａとして使用するようにしてもよい。
また、膜ろ過槽３２にホースを取付けてホースに設けた手動ポンプ４２でトイレ設備１に水洗水１１ａを供給するようにしても良い。
【００２５】
マグネシウム燃料空気電池の消耗を防ぐために、マグネシウム燃料空気電池を太陽光発電装置及び／又は風力式発電装置と併用することが好ましい。
太陽光発電装置は夜間には発電することができないし、風力式発電装置は風がない時には発電することができない。また、太陽光発電装置及び風力式発電装置は一定の電力を得ることができない。マグネシウム燃料空気電池７を併用することによって電力の不足分をカバーすることにより安定した電力を得ることができる。
太陽光発電装置としてはソーラーパネルを用い、図３に示すように浄化槽２０の天井部の上面にソーラーパネル４３を設置するようにしてもよい。
【００２６】
本発明の排水浄化装置は排水浄化装置によって得られた再生水を用いることにより電源を確保することができ、人力、風力、太陽光を利用することにより、外部からの電源がない状態においても従来通りの排水処理ができると共にトイレ設備の使用ができるので、災害時やインフラ設備のない地域において有用な装置である。
【符号の説明】
【００２７】
（図１〜３について）
１  トイレ設備
２  浄化処理手段
３  貯留手段
４  撹拌手段
５  曝気手段
６  溶存酸素濃度計
７  金属燃料空気電池（マグネシウム燃料空気電池）
１０  排水
１１  処理水
１１ａ  水洗水
１１ｂ  電解液
１５  照明
１６  水洗便器
２０  浄化槽
２１  排水流入手段
２２  汚泥分離槽
２３  嫌気ろ床槽
２４  曝気槽
３１  処理水貯槽
３２  膜ろ過槽
３３  処理水排出手段
４０  蛇口
４１  バケツ
４２  手動ポンプ
４３  ソーラーパネル
Ｐ  電力
【００２８】
（図４について）
１  便器
２  洗浄水タンク
３  汲み取り槽
４  浄化槽
５  上澄み液用配管
６  中水槽
７  循環装置
８  太陽光発電機
Ｒ  建屋の屋根
【００２９】
（図５について）
１  便器
２  被処理物
３  浄化槽
４  沈殿槽
５  分離網
６  第１分離槽
７  微細分離網
８  第２分離槽
９  微細分離網
１０  脱窒槽
１１  膜分離手段
１２  膜分離槽
３３  脱リン手段
３５  塩類除去手段
３９  水洗水貯槽
４１  発酵槽
４２  改質装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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