(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）糞尿混合液を収容すると共に、該混合液に４０ｇ／ｍ3以上の濃度を有するオゾンを供給するように構成されており、オゾン処理によって該糞尿混合液の有機物質を分解して一次処理液を生成する第一反応槽と、（ｂ）内部に充填濾過層を有しており、該第一反応槽から排出された一次処理液を濾過することで、二次処理液を生成する第一濾過槽と、（ｃ）該第一濾過槽から排出された二次処理液にオゾンを供給することで、三次処理液を生成する第二反応槽と、（ｄ）内部に充填濾過層を有しており、該第二反応槽から排出された三次処理液を濾過することで四次処理液を生成する第二濾過槽と、を有し、前記第一、第二濾過槽の内部は上下方向に延出しており、上側にはプラス電極が、下側にはマイナス電極がそれぞれ配設されており、前記両電極に電圧を印加することで、下方から上方に向かって電子流を形成することを特徴とする糞尿浄化処理装置。
【請求項２】
該第二反応槽には４０ｇ／ｍ3以上の濃度を有するオゾンを供給することを特徴とする請求項１に記載の糞尿浄化処理装置。
【請求項３】
該第一反応槽に供給されるオゾンは６０ｇ／ｍ3以上の濃度を有することを特徴とする請求項１，２いずれかに記載の糞尿浄化処理装置。
【請求項４】
オゾンの供給路にはオゾン活性化装置が配設されており、該装置はオゾン供給路を形成する筒状体と、該オゾン供給路に沿って長さ方向に延出するワイヤー電極とを有しており、該ワイヤー電極に負の高電圧を印加するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の糞尿浄化処理装置。
【請求項５】
両電極間には少なくとも一枚以上の多孔導電性プレートが介装されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の糞尿浄化処理装置。
【請求項６】
前記濾材は粒状体であり、下方から上方に向かって径が小さくなっていることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の糞尿浄化処理装置。
【請求項７】
該充填濾過層に用いられる濾材は、ゼオライトであることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の糞尿浄化処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は糞尿処理装置および糞尿処理方法に係り、詳しくは、糞尿混合液を固液分離することなく浄化することができる糞尿浄化処理装置および糞尿浄化処理方法に関するものである。本明細書においては、牛や豚等の家畜の糞尿処理を好適な実施の形態として説明するが、本発明に係る装置および方法は人糞尿（例えば仮設トイレに用いる）やペットの糞尿の浄化処理にも採用され得るものである。
【０００２】
【従来の技術】
牛や豚等が排出する糞尿をどのように処理するかは畜産農業に携わる者にとって大きな関心事である。特に、畜産において多頭飼育が一般的であることに鑑みれば、排泄される糞尿の量は膨大であり、糞尿は悪臭を放つと共に衛生面でも問題を有しており、これをそのまま放置したり、あるいは廃棄すれば大きな公害問題・社会問題となる。
【０００３】
従来の糞尿処理は、糞尿を固液分離して、得られた固形物を肥料等として再利用する一方、固形物を分離することで得られる処理水を循環利用するものであり、固液分離処理の分だけ工程が複雑になっていた。しかも、得られる処理水の水質には限界があるため、処理水の再利用方法にも制限があり、例えば、装置洗浄用の洗浄水として循環利用するに止まっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記不具合を解決するために創案されたものであって、糞尿混合液を固液分離することなく、該混合液を直接処理することで、比較的短時間で良好な水質を有する処理水を得ることを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を達成するために本発明が採用した技術手段は、糞尿混合液を収容すると共に、該混合液に４０ｇ／ｍ3以上の濃度を有するオゾンを供給するように構成されており、オゾン処理によって該糞尿混合液の有機物質を分解して一次処理液を生成する第一反応槽と、内部に充填濾過層を有しており、該第一反応槽から排出された一次処理液を濾過することで、二次処理液を生成する第一濾過槽と、該第一濾過槽から排出された二次処理液にオゾンを供給することで、三次処理液を生成する第二反応槽と、内部に充填濾過層を有しており、該第二反応槽から排出された三次処理液を濾過することで四次処理液を生成する第二濾過槽とを有することを特徴とするものである。
【０００６】
本発明では、糞尿混合液に対して、４０ｇ／ｍ３以上（より濃度が高い方が糞尿混合液の分解速度が速く、好ましくは６０ｇ／ｍ３の濃度）を有する高濃度オゾンを注入することに特徴を有する。ここで付言すると、オゾンに殺菌作用、脱臭作用があることは周知であり、このようなオゾンの性質を用いた糞尿処理手段は、例えば、特開平１１−１８８３７３号に開示されている。このものでは、糞尿を固液分離した後、分離された液体にオゾンを供給することで、処理液を脱臭するものである。
【０００７】
これに対して、本発明に係る出願人が鋭意実験したところ、ある濃度以上の高濃度を有するオゾンを糞尿に供給することで、実施化に耐え得る程度の比較的短時間で糞尿が分解されることが観察された。これは驚くべきことである。なぜなら、通常のオゾン発生機によって得られるオゾンの濃度は３０ｇ／ｍ３から３５ｇ／ｍ３であり、この程度の濃度のオゾンを糞尿に注入した時には、糞尿の分解は観察されないからである。高濃度オゾンを注入することによる糞尿の時系的な変化は実施の形態に詳述する。
【０００８】
本発明の他の特徴は、活性化されたオゾンを供給することにある。活性化されたオゾンとは、Ｏ２に結合した酸素原子が、その最外殻電子がラジカル化されることで、より活性化されたオゾンを言う。活性化されたオゾンは、糞尿混合液における有機物質の分解効率を高める（すなわち、有機物質の分解速度を早くする）。活性化されたオゾンは、オゾン発生装置によって生成されたオゾンを反応槽に供給するための供給路に、オゾン活性化装置を配設することによって得られる。オゾン活性化装置は、オゾンの供給路に臨むと共に、負の高電圧を印加するようにしたマイナス電極を有しており、例えば、オゾンの供給路と、該供給路に沿って延出するワイヤー状のマイナス電極を有している。そして、該マイナス電極に負の高電圧を印加させることで、オゾンが通過する時に、Ｏ２に結合した酸素原子が、その最外殻電子をラジカル化されるように構成されている。尚、マイナス電極の構成はワイヤー状のものに限定されるものではなく、例えば、フィン状のものでもよい。
【０００９】
本発明の他の特徴は、濾過槽において電圧を負荷することで、電界式濾過槽を形成することにある。濾過槽は充填濾過層を有すると共に、濾過槽の上側にはプラス電極が、下側にはマイナス電極がそれぞれ配設されている。両電極に電流を流すことで、濾過槽において、濾過方法と反対の方向に向かって電子流が発生し、このことによって濾過効率が高められる。実際に電流を流さない場合と比較したところ、電流を流さない場合では、硝酸性窒素の値が１００ｐｐｍから５０ｐｐｍに、電流を流した場合では、硝酸性窒素の値が１００ｐｐｍから２５ｐｐｍになった。したがって、電流を流すことで２倍の濾過効率を得られることがわかった。
【００１０】
充填濾過槽に用いられる濾材は、糞尿処理や水処理に用いられる公知の濾材から好適に選択され、好ましくは、濾材はゼオライトである。もっとも、充填濾過層に充填される濾材はゼオライト系の濾材に限定されるものではなく、例えば、セラミックス系の濾材、コークス等を用いてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、牛豚等の糞尿浄化処理装置のフローチャートであり、図２はフローチャートを部分的に示す詳細図である。糞尿浄化処理装置は、糞尿混合原液ないし未処理の糞尿混合液を貯留する糞尿ピット１と、糞尿混合液をオゾン処理する第一反応槽２と、一次処理液を濾過する第一濾過槽３と、二次処理液をオゾン処理する第二反応槽４と、三次処理液を濾過する第二濾過槽５と、該オゾン処理に用いるオゾンを生成するオゾン発生機６とを備えている。実施の形態のものでは、糞尿ピット１、第一反応槽２、第一濾過槽３、第二反応槽４、第二濾過槽５はいずれも上下方向に延出している。図２は、第二反応槽４および第二濾過槽５を示しているが、第一反応槽２と第二反応槽４、第一濾過槽３と第二濾過槽５はそれぞれ同一の構成を有しており、第一反応槽２、第一濾過槽３の説明については適宜図２を参酌することができる。
【００１２】
先ず、処理液の流れについて説明する。糞尿ピット１と第一反応槽２とは搬送路７を介して流体連通されており、糞尿ピット１に収容された未処理の糞尿混合汚水は搬送路７を介して第一反応槽２に搬送される。搬送路７は上下方向に延在する第一反応槽２の内部の下方部位まで延出しており、搬送路７の排出口は第一反応槽２の内部の下方部位に臨んでいる。尚、搬送路７には逆止弁、定量ポンプが介装されている。
【００１３】
第一反応槽２と第一濾過槽３とは搬送路８を介して連通されている。搬送路８の一端側の溢出口は第一反応槽２の上端側の側壁より第一反応槽２の内部に連通しており、搬送路８の他端側の排出口は第一濾過槽３の上端部位に臨んでいる。したがって、第一反応槽２でオゾン処理されオーバーフローした一次処理液は搬送路８を介して第一濾過槽３に上方から供給されるようになっている。
【００１４】
第一濾過槽３と第二反応槽４とは搬送路９を介して連通されている。搬送路９の一端側は上下方向に延在する第一濾過槽３の下方部位の二次処理液槽３ａと連通しており、搬送路９の他端側は上下方向に延出する第二反応槽４の内部の下方部位まで延出しており、搬送路９の排出口は第二反応槽４の内部の下方部位に臨んでいる。したがって、二次処理液は、第一濾過槽３を下方に向かって流れることで濾過処理され、三次処理液として搬送路９を介して第二反応槽４に導入される。尚、搬送路９には定量ポンプが介装されている。
【００１５】
第二反応槽４と第二濾過槽５とは搬送路１０を介して連通されている。搬送路１０の一端側の溢出口は第一反応槽４の上端側の側壁より第一反応槽４の内部に連通しており、搬送路１０の他端側の排出口は第一濾過槽５の上端部位に臨んでいる。したがって、第一反応槽４でオゾン処理されてオーバーフローした三次処理液は、搬送路１０を介して第一濾過槽５に上方から供給されるようになっている。そして、三次処理液は、第一濾過槽５を下方に向かって流れることで、下方の四次処理液槽５ａに収容され、排出口を介して四次処理液として排出される。
【００１６】
次に、第一反応槽２および第二反応槽４におけるオゾン処理について説明する。オゾンを供給する構成は第一反応槽２と第二反応槽４とで同様なので、第一反応槽２に基づいて説明する。第一反応槽２に導入されるオゾンは、オゾン発生機６によって生成される。オゾン発生機６では、６０ｇ／ｍ３の高濃度のオゾンが生成され、高濃度オゾンを第一反応槽２に導入するように構成されている。
【００１７】
オゾン発生機６で生成されたオゾンは、オゾン供給路１１を介して第一反応槽２に供給される。第一反応槽２に貯留された糞尿混合液は、循環ポンプを備えた循環路１２を介して循環しており、オゾン供給路１１と循環路１２とはエジェクタ１３を介して連通しており、エジェクタ１３からオゾンが循環路１２内を循環する糞尿混合液に注入される。
【００１８】
循環路１２の排出端部は第一反応槽２内部下方部位に位置しており、該排出口近傍には攪拌手段として例示する回転ミキサー１４（図２参照）が配設されている。第一反応槽２の内部下方に注入されたオゾン混合糞尿液は第一反応槽２内の糞尿混合液と接触・攪拌されながら、略均質にオゾン処理がなされる。そして、第一反応槽２でオゾンと攪拌されることで処理された一次処理液はオーバーフローしながら搬送路８を介して第一濾過槽３に供給されるようになっている。
【００１９】
オゾン発生機６で生成されるオゾンの濃度は通常のオゾン発生装置で生成されるオゾン濃度に比べて極めて高濃度であることに加えて、さらに、オゾンの供給路１１にはオゾン活性化装置１５が配設されている。オゾン活性化装置１５は、オゾン発生機６とエジェクタ１３との間に位置して配設されている。
【００２０】
オゾン活性化装置１５は、円筒状の筒体１５ａとその内部を延出するワイヤー電極１５ｂとからなり、筒体１５ａ内部がオゾン搬送路を形成している。直流電源２０ａから、放電ワイヤー１５ｂにはマイナスの直流高電圧（―６ＫＶ）が印加されるように構成されており、筒体１５ａには正の直流高電圧（６ＫＶ）を印加するように構成されている。オゾンが円筒状のオゾン供給路を通過する時、Ｏ２に結合した酸素原子がその最外殻電子をラジカル化し、活性化されたＯ３となって、第一反応槽２に供給される。
【００２１】
第二反応槽４におけるオゾン供給手段は、前述した第一反応槽２におけるオゾン供給手段と同様である。本実施の形態では、第二反応槽４にも高濃度かつ活性化されたオゾンが導入されるが、第二反応槽４においては、通常の濃度（例えば３５ｇ／ｍ３）のオゾンであっても、ある程度の有効な効果が得られる。これに対して、第一反応槽２では、糞尿混合原液の有機物質を分解させるには、高濃度のオゾンが不可欠である。もっとも、処理時間を短くするためには、第二反応槽４においても、高濃度のオゾンを注入することが好ましく、また、活性化したオゾンを注入することが好ましい。
【００２２】
次に、第一濾過槽３、第二濾過槽５の構成について説明する。両者の構成は同様なので、図２に示す第一濾過槽５に基づいて説明する。第一濾過槽５は上下方向に延出する側壁を備えた略円筒状部材であり、内部に濾過材として例示する小径のゼオライト粒子が充填されており、下側にマイナス電極１６を配設し、上側にプラス電極１７が配設されている。両電極１６，１７間には上下方向に間隔を存して円板状の多孔導電性プレート１８が配設されており、各プレート１８間にはゼオライトが充填されている。このようなプレート１８を設けることで、電気抵抗を下げることができるものと考えられる。円板状のプレート１８には複数の孔が形成されており、第一反応槽２より導入された一次処理液が濾過されながら下方に移動することが可能なようになっている。各充填層を形成するゼオライトの粒径は、層毎に下方から上方に向かって小さくなっており、最下層では５ｍｍの粒径、最上層では０．１ｍｍの粒径を有している。粒径の寸法を上下逆転させて実験したところ、本実施の形態のように、上から下へと粒径を大きくした方が濾過の効率が良いことがわかった。
【００２３】
直流電源２０ｂより、マイナス電極１６、プラス電極１７に直流電圧（３０から３５Ｖ）を印加することで、電子が濾過層の下側から上側に向かって流れ、濾液が下方に流れる際、水以外の物質を通過させにくくし、濾過効果を高めるように構成されている。また、電子の流れはゼオライトの還元作用を高める効果をも有しており、これによって後述する逆洗の頻度を少なくする。
【００２４】
図２から明らかなように、濾過槽５はそれぞれ二つの槽を備えており、搬送路１０に設けた三方弁１９の選択によって、いずれかの槽を選択するようになっている（濾過槽３も同様の構成である。）。それぞれの槽には逆洗用の搬送路２１が連通されており、稼動していない方の槽に逆洗用水を供給し、濾過槽の残渣を洗い出すことで、目詰まりを防止する。そして、残渣や滓を含む逆洗処理水は逆洗処理水供給路２２を介して糞尿ピット１に送られる。
【００２５】
【実験例１】
牛の糞尿処理を視覚的に観察した。オゾン発生機は４０ｇ／ｈであり、試料は牛の糞尿５００ｃｃである。また、オゾンの濃度は６０ｇ／ｍ３であり、オゾン活性化装置を用いた。
まず、第一工程として、沈殿物含有糞尿にオゾンを注入し、経時的な変化を観察した。
０．５時間経過後：発泡が弱くなる。
１．０時間経過後：発泡はかなり治まり液は濃茶褐色である。
１．５時間経過後：発泡はかなり治まり液は茶褐色となる。
２．０時間経過後：琥珀色の不透明な液となる。
２．５時間経過後：オレンジ色の不透明な液となる。
３．０時間経過後：半透明な薄い黄色の液となる。
３．５時間経過後：少し濃い目のレモンイエローの液となる。
４．０時間経過後：レモンイエローの液となる。
４．５時間経過後：淡いレモンイエローの液となる。
高濃度のオゾンを注入することで、糞尿の有機物質が分解されたものと考えられる。尚、第一工程の処理時間は約５時間である。
【００２６】
第二工程において、前記一次処理液を濾過することで、少し白濁していたレモンイエローが透明な黄色（淡黄色）となった。第二工程では、高濃度オゾン処理によって分断された有機物質の残骸・残滓（分解されたウロビリン、ステルコビリン等の成分を含む）が除去されたものと考えられる。尚、第二工程に要した時間は約５分である。
【００２７】
第三工程において、前記二次処理液にオゾンを投入すると、数分後で液の色が黄色から白色に変化した。２時間経過後、液は白濁した。ここでは、ウロビリン、ステルコビリン等の成分がオゾンによって分解されたものと考えられる。し尿着色成分は、ステルコビリンおよびウロビリンと呼ばれる酸化物に起因するものと考えられ、これらはその分子構造から発色団や助色団を有し、尿特有の黄褐色を呈する。オゾンはステルコビリンおよびウロビリンの不飽和結合を容易に切断し発色機能を消失させる。尚、第三工程の処理時間は約２時間である。
【００２８】
第四工程において、前記三次処理液を濾過することで、白濁していた液が透明無色（無臭）の液体となった。ここでは、主として、分解された発色団（分解されたウロビリン、ステルコビリン）の除去が行われたものと考えられる。尚、第四工程に要した時間は、約５分である。
【００２９】
【実験例２】
実験例１の工程に従って二つの豚の糞尿を試料として浄化処理を行い、得られた浄化水（四次処理液）の成分を分析した。尚、一部検査項目が異なる。結果は、従来の糞尿処理（例えば微生物を用いたもの）に比べて有利なものである。
【表１】
0004313475.tif 000002
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、固液分離することなく、簡単な工程で、比較的短時間で糞尿混合液を浄化することができる。しかも、得られた浄化水は従来の糞尿処理装置によって得られる処理水と比較してより清浄であり、本発明によって得られる処理水は様々な再利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る糞尿浄化処理装置のフローチャートである。
【図２】 図１の一部を詳細に示すフローチャートである。
【図３】オゾン活性化装置の概略図である。
【符号の説明】
２  第一反応槽
３  第一濾過槽
４  第二反応槽
５  第二濾過槽
６  オゾン発生機
１５  オゾン活性化装置
【図１】
0004313475.tif 000003
【図２】
0004313475.tif 000004
【図３】
0004313475.tif 000005