JP2005522399A

JP2005522399A - 動物肥料の処理方法及び処理装置

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Publication number: JP2005522399A
Application number: JP2003583942A
Authority: JP
Inventors: ブレイジョン−フランスワーズ; メルシエギー; ベランジェージェナビエブ; シャルティエミリアム; ルブランダニエル
Original assignee: Institut National de La Recherche Scientifique INRS
Current assignee: Institut National de La Recherche Scientifique INRS
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2005-07-28
Also published as: US7156999B2; WO2003086977A1; US20070029243A1; US20050000906A1; AU2003218580A1; BR0309150A; MXPA04009789A; CA2380797A1; CN1330582C; CN1653000A; EP1494971A1

Abstract

最終液体分及び最終固体分を生成し、最終液体分の浮遊物質（SS）含有量が約３g/L以下である動物肥料の処理方法は、水滞留時間（HRT）が約４乃至約２４時間の浮遊装置（６）内で、肥料の少なくとも一部に対してポリマにより第１生物学的受動浮遊ステップを施して、第１浮遊固体分及び第１浮遊液体分を生成するステップと、別の処理とを備える。動物肥料の処理装置は、HRTが約４乃至約２４時間の主要浮遊装置（６）を備え、主要浮遊装置（６）は、肥料の表面の少なくとも一部から浮遊固体（８）を除去する上澄み吸収手段（７）と、タンク底の少なくとも一部から沈澱した汚染物質を除去する浚泄手段（１２）を有し、肥料の少なくとも一部が主要浮遊装置（６）に導かれて、第１浮遊固体分、第２液体分、及び第１沈澱固体分に分離され、第２液体分のSS含有量が約３ｇ／Ｌである。

Description

本発明は、動物肥料の処理方法及び処理装置に関し、特に、機械及び／又は水圧（hydraulic）による固液分離ステップ又は固液分離装置を夫々備える動物肥料の処理方法及び処理装置に関する。

豚の飼育は大きな豚舎の中で３段階で行われ、夫々が分離した区域で開始される。１）子豚は、まず最初に、豚飼育小屋で母親と一緒に生後約１４日間を過ごし、２）子豚は、その後、豚保育ペンに移され、３）子豚は、その後、屠殺までの飼育最終段階のために肥育畜舎に移される。これらの３つの段階において、夫々、特定の飼料が必要となり、特定の肥料が生成される。１頭の豚は１日平均７．６リッタ（Ｌ）の肥料を生成し、この生成される肥料はカナダだけでも毎年約３０００万ｍ^３に達する。肥料生成には多くの問題がある。生成された肥料の一部は、農業上の目的のためのランドスプレディング（land spreading）に使用されるが、土壌は急激にリンの飽和レベルに達し、その後、このリン過剰分が周囲の表面の水路にしみ込み、地下水中に蓄えられる。大気汚染は、肥料穴（manure pits）中の嫌気性発酵により生成される悪臭から生じる。肥料は、１９．８ｇ／ＬのＢＯＤ_５、５２．４ｇ／ＬのＣＯＤ、６．１ｇ／Ｌの全窒素、及び１．９ｇ／Ｌの全リン成分（Ｐ_ｔ）の平均含有量を有する（MAPAQ，１９８６）。肥料には、豚の飼料に、最終的には環境に残存する銅や亜鉛等の重金属が含まれる。肥料の処理又は形質変換（transformation）のために種々の方法が考案されている。

カナダ国ケベック（Quebec）州において、肥料処理のために最も広く用いられた技術はランドスプレディングである。他の公知の技術は、その略全てが、１）機械的分離、２）好気性処理（硝化及び脱窒を用いたもの及び用いないもの双方を含む）、３）嫌気性処理、４）堆肥化、５）濾過処理、浸透処理、及び限外濾過処理、６）乾燥及び肥料化、７）生物学的処理、８）浮遊処理（flotation processes）のカテゴリの一つに分類される。

機械的分離
Grise（2000）は、セルロース（植物）基生成物を添加した後に肥料固体をねじプレスを用いて分離した後に、それにより生成された液体を生物学的フィルタで処理する方法を述べている（例えば、特許文献１参照）。ＳＬＳ技術は遠心分離に基づく方法を用いている（FPPQ, 2001）。Miknevich及びHassickは、スクリーンを有し、ポリアクリルアミドの添加後の肥料に対して機械的隔離板内で濾過する方法について１９９８年に述べている（例えば、特許文献２参照）。Solution Biofertile（登録商標）プロセスは、より複雑なプロセスであって、その最初の工程にスクリーン及びねじプレスを施し、それにより生成された液体を処理する処理プロセスを使用する（FPPQ, 2001）。

硝化及び脱窒を用いた及び用いない好気性処理
Marr（1968）は、微生物活性により温度を７〜３７℃に容易に維持される肥料の液体分の中温性好気性処理（mesophilic aerobic treatment）について述べている。処理温度は病原微生物を除去するのに十分常に高くないので、堆肥化又は石灰石処理によって更に衛生的なものにすることが必要な場合がある（Degremont, 1989; EPA, 1979）。

Vallee等（1989）は、ケベック州のSt-Elzearで実施された方法であって、固体分をスクリーニングする第１ステップに続いて、液体分をバイオリアクタにおいて嫌気性処理し、液体分に対して通気ラグーンにおいて最終研磨する方法を述べている。その結果生じた水分はトウモロコシ飼料の耕作用土地の灌漑に使用される。それにより回収される固体分は生肥料の約２５％に達し、CODが６１％に、全固形分が８３％に、全リン成分（Ｐ_ｔ）が８７％に減少した。バイオリアクタ内での液体の中温性好気性処理には、最小１０日間の液体保存時間（HRT）が必要とされ、バイオリアクタ飼料（bioreactor feed）中に存在するものと比較して、CODが８４％、NH₄が６４％、Ｐ_ｔが５６％減少した。最終ラグーニングは、COD_５の減少及び浮遊物質（SS）の減少に特に有効であり、これらは、バイオリアクタ廃液中での濃度と比較して、夫々、９７％及び８８％となる。１００００、２００００、及び５００００頭の豚を飼育する養豚場におけるこの方法の操業コストを分析したところ、豚一頭当たりの年間コストがカナダ＄１３から＄９に達するとの結論となった（Vallee等（1989）、Gariepy等（1989）、Cayer等（1989））。この種の方法は複雑で、コストがかかり、不利である。

今日、窒素の除去や窒素、リン、カリウムの回収を備える多くの方法がヨーロッパにおいて用いられている。これらの方法は、固体分の乾燥及び遠心分離と、液相に対して硝化及び脱窒を行う生物学メカニズム適用とを備える。主な方法及び製造業者は、Agroclar（登録商標）、Denitral（登録商標）、OTV（登録商標）、Technipompe（登録商標）、Technolyse（登録商標）、Val-Epure（登録商標）である。例えば、フランスの方法Agroclarは、固−液相分離、液相の通気、及びスラッジ（sludge）濃縮を備える好気性の生物学的方法である。その方法はスラッジに当初含まれている窒素を最大９５％除去し、当初含まれているリンを最大７０％除去する。このプロセスは、集中単位（centralized unit）で行った場合、１立方メータ当たり約カナダ＄１０のコストがかかると言われている。これらの方法は、それらのコスト及び複雑さから、中規模の農場での肥料管理には適用できない。

Kolber（2001）は、硝化処理及び脱窒処理を行った後固−液分離及び乾燥下地上の固体乾燥ステップを備える方法を示す（例えば、特許文献３参照）。Teran等（2000）は、第１固体分離後にラグーンにおいて操作される好気性の方法を示す（例えば、特許文献４参照）。

EnvirograinのSolution Biofertile（登録商標）は、まず堆肥をふるい分けた後、液体部を好気性処理し、集中プラント(centralized plant)で、分離された固体を冷却乾燥する。この方法では１立方メータ当たり約カナダ＄５〜１０のコストがかかる（FPPQ, 2001）。CRIQのBiosor Lisier（登録商標）法は、同時スラッジ引抜き（concomitant sludges drawing）により肥料をデカンティングし、上澄み液を砂濾過し、濾過された上澄み液を有機基質（泥炭、堆肥、細砕石、樹皮）上で好気性バイオ濾過し、この最初のバイオ濾過した廃液を混合基板上で洗練し、必要に応じて、デカント後のスラッジを好気性消化する各ステップを備える。Biosor Lisier（登録商標）法では１立方メータ当たり約カナダ＄１０乃至＄１５CADのコストがかかる（FPPQ, 2001）。

Marr（1968）は、５５℃の温度を必要とし、微生物によって確実になされる生物学的好気性の好熱性処理を備える方法を述べている。この方法は有機物質の酸化の増大、必要酸素の減少、及びチョック（chocks）に対するシステムの安定性の増大を確実にする（Matsch and Drnevich, 1977）。有機物質は、最適条件下で、反応炉内で２乃至３日間滞留させることで、十分に酸化する（IAF, 1985; Bisaillon et al., 1984）。Shooner及びSamson（1996）は、好熱性の自熱条件の反応炉内で行われる生肥料処理を述べている。滞留時間を５乃至１５日間とした強力な通気により、COD、BOD、及び病原性微生物の実質的減少と悪臭除去が達成された。

嫌気性処理
嫌気性処理方法は、農場のエネルギ源として利用できるガス(メタン)形成を促進するために、酸素の非存在下で有機物質を減少することが狙いである。BioscanのBiorek(登録商標)技術（FPPQ, 2001）及びドイツの会社Schwarting Umwelt Gmbhがこの方法を採用している（Schwarting, 2002）。McElvaney(2001)もまたこのような方法を述べている（例えば、特許文献５参照）。

堆肥化
この固相発酵処理は、水流がない状態で基質又は担体として作用する固相における微生物の成長を行うものである。堆肥化によりかなりの熱放出が生じ、温度展開（temperature evolution）は、３つの段階を辿る。即ち、中温性段階（３０−４０℃）、７０℃に達し得る温度での好熱性段階、及び堆肥が周囲温度まで低下する冷却及び成熟段階である。温度は、衛生化（hygienization）（即ち、堆肥蒸煮（compost cooking）が生ぜずに活性給湿と共に微生物分解（Mustin, 1987）が生じる状態）を達成するために６０乃至６５℃に維持されるのが望ましい。堆肥化には、最適な炭素（carbone）／窒素比に留意すべきである、即ち、２５乃至３５の間（BNQ基準は最大２５を推奨する）とするべきである。堆肥は高い施肥値の無臭腐植土を生成する。施肥値は、１キログラム当たりカナダドルで、窒素の場合$1.11、K₂0の場合$0.53、P₂0₅の場合$0.95である。堆肥化により達成される容積縮小により、生肥料ではより困難であった輸送及びスプレディングが容易になる（Texier, 1996; Menart, 1996）。

Texier（1996）は農場で集中単位で行われる堆肥化方法を述べている。デンプン結合剤（Prolis（登録商標））は、わらへの接着性が増加するために堆肥と混合される。この方法で農場を堆肥化するには１立方メータ当たり約カナダ＄１７のコストがかかる。このコストの約４１％はデンプン結合剤のコストに起因するものである。UQARは楓及びアスペンチップ及び樹皮を用いて良い結果が得られたものの、樹脂の残留物については成功していないことが判明した（Maheux et al., 1996）。UQAR法による堆肥化は、大きな農場で１立方メータ当たり約カナダ$１２（年に１１０００ｍ^３の肥料）のコストがかかる。プラントのドアで堆肥を引き渡した場合、コストが１立方メータ当たりカナダ$８CAD近くまで減少し、その販売増大により、さらにそのコストが減少すると考えられる。しかしながら、このアプローチは一定の地域における楓やアスペンの残留物が入手できないために制限される。BiomaxのCompost Air（登録商標）技術、 Meunerie J. B. Dionne、FilsのEco-compost（登録商標）技術、及びGlobal Earth Products Inc. の Marvel-Total（登録商標）管理システム技術もまた堆肥化を利用している。Eco-compost（登録商標）技術及びCompost Air（登録商標）技術は１立方メータ当たり約カナダ＄５から＄１０のコストがかかると言われている。

濾過処理、浸透処理、及び限外濾過処理
Bilstad等（1992）は、肥料から分離した液相に存在する窒素の９５％を回収する逆浸透プロセスを述べている。Tetrault及びGrandbois (1999)は、機械的固体分離後に行われる限外濾過及び２つの浸透プロセスを備え、Purin Pur（登録商標）によって使用されるプロセスを述べている（例えば、特許文献６参照）。

乾燥及び肥料生産
Cloutier(1996)は、精油所から回収されたポリマペレット上に吸着された肥料（manure）を、Hydro-Quebec及びBN Metal製の機器を用いて、肥料（fertilizers）及び腐植土に変換する方法を述べている。Legros (1998)は、集中プラントで肥料を乾燥する肥料処理法を述べている。これにより生成された肥料(fertilizer)は硝酸塩及び燐酸塩に富み、輸送及び散布しやすく、且つ無臭である。Atrium社によるこの方法を適用した場合、集中プラントの建設のために１８００万の支出を必要とする。

生物学的処理
多くの研究が豚肥料の部分的又は完全な生物学的処理について行われてきた。それらは肥料の悪臭を根源から除去する手段を教示している。Jolicoeur及び Morin(1987)とRainville及び Morin (1985)とは、悪臭を発する揮発性の脂肪酸を分解するために、豚舎の床上に伸展したアシネトバクタ・カルコアセチカス（Acinetobacter calcoaceticus）を使用することを述べている(Bourque et al., 1987)。Pabai等(1996)は、これらの脂肪酸を分解することができるリパーゼ酵素を生成する微生物を隔離するための多くの研究が行われていることを報告している。他の記述された処理としては、藻類（クロレラ）及び青緑色細菌門（Scenedesmus）の生成に伴うラグーニング（de la Noue et al., 1994）、水生植物（Salivinia molesta）に伴う好気性の固定ベッド(Yang及びChen, 1994)、及び強力な通気による安定化を行った後に青緑色細菌門の成長（最大スピルリナ）を行う処理(Canizares及びDomiguez, 1993)を含む。肥料の商業的価値を比較する方法は、藻類又は水生植物（ヨシ（Phragmites sp））の生成(Cooper及びFindlater, 1990)、紡錘状菌（clostridium） (アセトブチリカム紡錘状菌（Clostridium acetobutylicum）、ブチリカム紡錘状菌（Clostridium butyricum）)による揮発性の脂肪酸生成（Marx et al., 1990）、球状ロドバクテリア（Rhodobacter sphaeroides）による５−アミノレブリン酸除草剤の生成（Sasaki et al., 1990）、及びストレプトミセス（Streptomyces）・アルビドグラバス（albidoglavus）による抗菌性を有する生物肥料の生成（Hayashida et al., 1988）を含むと述べられている。Cooper 及びFindlater (1990)もまた固体粒子を予め除去した液体部分を浄化するためのヨシ（Phragmites sp）の使用について述べている。この後者の方法は、熱帯、半乾、及び高温乾燥の気候(Mandi et al., 1996)と、地中海的、穏やかな亜寒帯の気候である３５を越える国において、廃液を洗練するために使用されている（デンマーク、スウェーデン、フィンランド、ノルウェイのような北方の国における２５０施設）。このような施設はドイツにおいては２５年間使用され、依然として非常に効率的である。この方法は年中、即ち冬の間も稼動し、MENVIQは排水処理におけるその有効性を述べている(Bordeleau, 1993)。

浮遊
浮遊は多数の排水処理方法に用いられている。Jackson(1978)は、ガスの浮遊プロセスによる液体のバルクからの固体分離を含む排水処理で、液体中の溶解ガスを浮遊目的のためのガス泡の供給源として使用する排水処理を述べている（例えば、特許文献７参照）。Chudacek等（1997）は、ジェット噴射エアーによる浮遊を伴う液体から固体粒子を除去する方法を述べている（例えば、特許文献８参照）。Ramirez及びJohnson（1980）（例えば、特許文献９参照）及びCoyne（1996）（例えば、特許文献１０参照）は、エアーの外部供給源を使用する浮遊方法を述べている。Itoh（1987）は浮遊を促進するために粉砕石炭及びエアーの使用を述べている（例えば、特許文献１１参照）。Roshanravan（1995）は嫌気性消化槽、常設タンク、及び浮遊セルを用いる方法を述べている（例えば、特許文献１２参照）。嫌気性消化中に生成されたガスはタンク内で圧縮される。水と混合したガスは、次いで、浮遊を助成するためにタンクから浮遊セルに導かれる。これらの引用文献のいずれも肥料処理法の使用を示唆せず、且つ全て、それらの方法の実施のために付加ガス又は圧縮ガス（メタン、エアー、又はエアーと他のガスの混合気）を使用する。
米国特許第６０３３５７０号明細書米国特許第５７７６３５０号明細書米国特許第６１９０５６６号明細書米国特許第６０３９８７４号明細書米国特許第６２５４７７５号明細書米国特許第５８８５４６１号明細書米国特許第４０６９１４９号明細書米国特許第５６６０７１８号明細書カナダ国特許第１０９１８３０号明細書米国特許第５５４０８３６号明細書米国特許第４６７１８８１号明細書米国特許第５４３７７８５号明細書

上述した方法のほとんどは、中規模の農場、即ち２０００頭の豚操業に使用するのに適切でない。環境内の廃液処理を含む農場の処理には、現在、生産者から大きな投資が必要とされている。上記方法の設備及び実施コストの一部分のみに資金が提供されるにもかかわらず、上述の方法は生成された様々な生成物の廃物再利用を含まない。

従って、従来技術の方法の欠点を回避する中規模の農場のための肥料処理法が必要である。

本発明に係る方法による肥料処理は、従来の方法に対して、単純で比較的安価であるという利点を有する。本発明方法の見積コストは、毎年４０００ｍ^３の肥料を生成する２０００頭の豚農場の場合１立方メータ当たり約カナダ＄６である。その操業コストは、格段に減少し、処理中に生成する固体（天然肥料等）の市販化により、操業コストを零にすることも可能である。本発明を実施するために使用される設備は操作が単純で、メンテナンスの必要性も最小であるので、本発明に係る方法は小中規模の豚舎にとって特に有利となる。設備が一旦設置されると、農場スタッフ自身によって操作することが可能である。問題があった場合には、技術支援が必要な場合もある。本発明に係る方法は、また、農場の現設備を使用することができる利点があり、コストを低く維持することができる。さらに、本発明に係る方法はリンで飽和した農用土壌の潅漑に適する十分に清浄された液体分を生成することができる。

概して、本発明に係る方法及び装置は、７を越えるNH₄／P_t 比を有利に有する液体を生成する。この比は、Quebec政府機関の農業研究及び開発によって定立された実行通達に対して十分に満足するものである。初期肥料浮遊物質（SS）とNH₄ ^＋及びP_tの含有量が非常に少ないときは、この比には達しない。これらの場合では、生成された最終液体分も灌漑目的に明らかに適しており、本発明の目的を満足する。

本発明の方法及び装置は、また、生肥料に初期に含まれている全てのリン（P_t）の実質量、即ち、本明細書に示す具体的な実施の形態に従ったP_tの初期濃度約３１．５乃至約８５．９％を、液体分から除去することができる。

これらの方法及び装置は、また、生成した液体分から、初期に生肥料に含まれていた浮遊物質（SS）の実質量、即ち、ここに示す具体的な実施の形態に従った浮遊物質（SS）の約６５乃至約９７．２％を好適に除去し、最終SS濃度約０．１乃至３ｇ／Ｌを達成することができる。本発明の方法及び装置で生成された液体分の低含有量固体も、また、悪臭及び伸展中の管閉塞を好適に低減することができる。

これらの方法及び装置の適用の結果得られる固体量は、その体積の１２．４％に達し、概ね生肥料の略２０乃至２５％となる。

本発明に係る方法及び装置は、適当なポリマ、反応時間、肥料齢等を選択することにより全ての種類の動物肥料を処理するために使用することができる。そのため、本発明に係る方法及び装置は、幼児豚（nursery pigs）、肥育豚（feeder pigs）、分娩豚（farrowing pigs）からの肥料を処理するのに有効であることが証明された。

本明細書で使用される「固−液分離ステップ」なる用語は、公知の固−液分離を意味し、浮遊、遠心分離、デカンテーション、濾過（約４５μｍ以下の粒子の場合）、ドラム型スクリーン、重力テーブル（gravity tables）等を含むスクリーニング（約４５μｍより大の粒子の場合）を含む。

本発明に係る方法は、少なくとも１つの生物学的受動浮遊と、第１浮遊の前に行われる約０．０５ｍｍより大きい固体粒子を除去する粗固体粒子分離処理、及び第１生物学的浮遊の後に行われる固−液分離ステップから成る群から選択された１つの別の処理を備える。この固−液分離ステップは、本明細書に定義されているように多くの処理のいずれであってもよい。この分離ステップを第２浮遊ステップとした場合に最適な結果が得られる。ここで、実施例７は、デカンテーションのような他の固−液分離ステップによっても許容できる結果が得られることを示している。従って、上述した第１浮遊及び別の処理を施した肥料は、最終SS濃度が約０．１乃至約３ｇ／Ｌの液体分を得るのに十分であると云える。そのため、肥料に一回の浮遊及び粗固体粒子を除去するための別の処理を施した場合に、この目標値が達成されることは、例えば、実施例１乃至７から明らかである。尚、幾つかの実施例における２３Ｌ浮遊装置のデカンテーションに加えて用いられるスクリーニングは、専ら、システムの目詰まり回避するために用いられるものであり、省略することができる。本明細書に示す結果から明らかなように、許容可能な結果がデカンテーションステップのみで得られる。

粗固体粒子分離処理は、遠心分離、デカンテーション、濾過（約４５μｍ以下の粒子に対する）、ドラム型スクリーン、重力テーブル等を含むスクリーニング（約４５μｍより大の粒子に対する）等の、当業者に公知の多数の粗固体粒子分離手段によって実施することができる。

第２生物学的受動浮遊は、第１浮遊中に完全に除去されていないコロイドを除去するために用いられる。

さらに具体的には、本発明によれば、最終液体分及び最終固体分を生成し、最終液体分の浮遊物質（SS）含有量が約３ｇ／Ｌ以下である動物肥料の処理方法が提供され、水滞留時間（HRT）が約４乃至約２４時間の浮遊装置で、肥料の少なくとも一部に対してポリマにより第１生物学的受動浮遊ステップを施して、第１浮遊固体分及び第１浮遊液体分を生成する処理を含む。具体的な実施の形態においては、本方法は、更に、第１生物学的受動浮遊の前に、肥料に対して粗固体粒子分及び第１液体分を生成するための粗固体粒子分離ステップを施すステップを備え、前記第１液体分が肥料の前記一部を成す。より具体的な実施の形態においては、本発明に係る方法は、第１浮遊液体分に対して最終液体分を生成する別の固−液分離を施すステップを更に備える。更により具体的な実施の形態においては、固−液分離ステップは、水滞留時間（HRT）が約０．５乃至約４時間の第２浮遊装置の最終液体分を生成する第２生物学的受動浮遊ステップである。より具体的な実施の形態においては、第１浮遊ステップは水滞留時間（HRT）が少なくとも約５．５時間である。

他の具体的な実施の形態によれば、粗固体粒子分離ステップはデカンテーションステップ又はスクリーニングステップである。他の具体的な実施の形態によれば、このポリマはポリアクリルアミドポリマである。

本発明の他の態様によれば、水滞留時間（HRT）が約４乃至約２４時間の主要浮遊装置を備える肥料処理装置が提供される。この主要浮遊装置は、肥料の表面の少なくとも一部から浮遊固体を除去する上澄み吸収手段と、タンク底の少なくとも一部から沈澱した汚染物質を除去する浚泄手段とを有し、肥料の少なくとも一部が主要浮遊装置に導かれて、第１浮遊固体分、第２液体分、及び第２沈澱固体分に分離され、この第２液体分の浮遊物質（SS）含有量は約３ｇ／Ｌ以下である。

より具体的な実施の形態においては、粗固体粒子分離手段と、水滞留時間（HRT）が約４乃至約２４時間の主要浮遊装置と、水滞留時間（HRT）が約０．５乃至約４時間の補助浮遊装置とを備える肥料処理装置が提供される。この主要浮遊装置及び補助浮遊装置は、肥料の表面の少なくとも一部から浮遊固体を除去する上澄み吸収手段と、タンク底の少なくとも一部から沈澱した汚染物質を除去する浚泄手段とを有し、肥料は粗固体粒子分離手段に導かれて、そこで第１液体分及び第１沈澱固体分に分離される。この第１液体分は、次いで、主要浮遊装置に導かれて、そこで第１浮遊固体分、第２液体分、及び第２沈澱固体分に分離される。第２液体分は、次いで、補助浮遊装置に導かれて、そこで第２浮遊固体分、第３液体分、及び第３沈澱固体分に分離され、沈澱固体分及び浮遊固体分は、夫々、液体分から上澄み吸収され、浚泄される。第３液体分の浮遊物質（SS）含有量は約３ｇ／Ｌ以下である。より具体的な実施の形態においては、粗固体粒子分離手段はデカンテーション・タンクである。より具体的な実施の形態においては、主要浮遊装置は水滞留時間（HRT）が少なくとも約５．５時間である。尚、各実施の形態によれば、補助浮遊装置をデカンテーションを含む他の固−液分離ステップを行うタンクと置換可能である。

本明細書で使用される「肥料」なる用語は、動物の糞便、残留食料、毛等の動物廃物であって、豚に限らず牛の肥料等の動物廃物を意味する。より具体的な実施の形態によれば、この用語は豚の肥料を意味する。

本明細書で使用される「生物学的受動浮遊」なる用語は、濃縮又は圧縮されずまた外部のガス供給源によって支援されずに、肥料に存在する微生物によって生成されるガスのみをその作用のために用いる浮遊を意味している。

本明細書で使用される「リンで飽和した土壌」なる用語は、リン含有量が高く、農耕学者の見解によれば、未処理肥料のリン含有量よりも顕著に増加した場合に当該土壌及び環境に有害である程のリン含有量を有する土壌を意味する。

本明細書で使用される「浚泄手段」なる用語は、タンク底から沈澱固体を除去することができる手段を意味する。ボトムスクレーパ（bottom scrapers）、ポンプ、スクリューコンベヤ等を含むと解釈してもこの定義の範囲を越えない。

本明細書で使用される「上澄み吸収手段」なる用語は、浮遊固体を除去することができる手段を意味する。表面スクレーパ（surface scrapers）、濾器（skimmer）等を含むと解釈してもこの定義の範囲を越えない。

本明細書で使用される「ポリマ」なる用語は、浮遊物を凝集可能な物質を意味する。従って、この定義の範囲を越えることなく、正負に荷電したポリアクリルアミド等の排水処理の浮遊又は脱水に使用されるポリマは、全て、本発明に従って使用可能である。特殊肥料処理に最適なポリマは特定の肥料を用いて実験的に決定された効率に従って選択される。

本明細書で使用される「粗固体粒子」なる用語は、動物の毛や残留食料等の大きい固体粒子を意味している。「粗固体粒子」なる用語は、この定義の範囲を越えることなく、約０．１ｍｍ以上の大きさの固体粒子を含む。

本発明の他の目的、利点、及び特徴は、添付図面を参照して、例示的に挙げられた好ましい実施の形態の非限定的な以下の記述を読むことによってより明らかになるであろう。

本発明は、表面に綿状沈澱物（flocs）が発生するのに十分な量の肥料中の微生物によって生成されるガス（CO₂,H₂S,NH₃等）によって可能とされる生物学的受動浮遊による動物肥料の処理方法に関する。

本発明の具体的な実施の形態は、バッチ、半連続、又は連続モードで容易に作用され得る３つの主要なステップ、即ち、１）容易に沈澱可能な固体（毛、使用済みマッシュ樹皮等）の分離を可能にする第１の迅速デカンテーションと、２）有機ポリマ（凝集剤及び／又は凝固剤）を予め付加して処理された固体のデカンテーションを同時に行う肥料の生物学的受動浮遊と、３）有機ポリマ（凝集剤）の前付加と同じタンクでのデカンテーションを同時に行う第２生物学的受動浮遊とを備える。

図１に例示するように、肥料は一時肥料貯蔵庫（１）から第１デカンテーションタンク（２）に導かれる。次いで、それらはポリマ無しで（ポリマを加えてもよい）、水滞留時間（HRT）、即ち０．２５乃至２時間沈澱させて、容易に沈澱可能な固体の除去を可能な状態にする。これらの固体は、次いで、第１デカンテーションタンク（２）の底から抽出され、固体貯蔵器（３）側に導かれる。肥料中の全固体初期含有量は好ましくは５乃至７０g/Lである。予め行われた最適試験によって決定される適切な量のポリマ（綿状沈澱）（４）は第１デカンテーションタンク（２）からの廃出液体（５）に加えられ、次いで、ポリマ（綿状沈澱）（４）は、例えば、重力やポンピングにより、水滞留時間（HRT）が約４乃至２４時間で特徴付けられる主要浮遊装置（６）に導入される。主要浮遊装置（６）において、肥料は綿状沈澱物（floc）が表面に発生するのに十分な量のガス（CO₂,H₂S,NH₃等）を生成する。次いで、機械的な上澄み吸収手段（７）は、浮遊固体（８）を上澄み吸収して回収コーン（９）に導く。固体（１１）の他の部分は主要浮遊装置（６）の底（１０）に沈澱し、この主要浮遊装置（６）にはタンクの底に沈澱した固体を除去する底浚泄手段（１２）が装備されていることが好ましい。第３段階において、主要浮遊装置（６）から流出する液体（１３）は、例えば、ポンピングや重力によって、好ましくは水滞留時間（HRT）が０．５乃至４時間である補助浮遊装置（１４）に導かれる。次いで、ポリマ（綿状沈澱）を、同じく上澄み吸収手段（１７）が装備された補助浮遊装置の吸気口(不図示)に、定期実験(不図示)によって望ましいと判断された場合に、追加してもよい。

これらの上澄み吸収手段によって回収された固体は、次いで、前の２つの段階で回収された固体が収容された同じ固体貯蔵器（３）に好ましくは導かれる。浮遊物質（SS）、COD、及び全リン（P_ｔ）を７０乃至９０％除去することは、上述した３つの段階を有する本発明の実施の形態に係る方法において通常行われる。このシステム廃液（１８）は、７より大きいNH_４／P_tの比を呈し、リンで飽和した土壌中で潅漑用水として使用することは可能である。廃液（１８）は、潅漑用水として使用できるように、肥料穴（１９）内に保存できるので有利である。廃液（１８）は、生肥料（１）と比較して臭いが格段に少なく、従来の土地スプレディング装置を使用して土地スプレディングを行うことができる。各段階後の生成した固体混合物は、乾燥固体含有量が約７乃至１７％で、平均値が１０乃至１２％である。これらの固体は適当なタンク（３）に保存され、農場における堆肥化のために使用したり、吸引トラック内の堆肥化装置に輸送することができる。最後に、これらの固体は、セルロース物質（例えば、木片やのこくず）と混合され、土地スプレディングに直接用いることができる。

水滞留時間（HRT）１２時間でバッチ操作で行った分娩装置の肥料（farrowing unit manure）の処理
分娩装置の肥料をふるい分けして全ての粗材料を除去し、Percol７５５７（登録商標）ポリマの１ｇ／L溶液３．８Lをふるい分け後の肥料（screened manure）と混合した。下記の表１にデカンテーションを１２時間行って得られた結果を示す。

２３Lの浮遊装置をバッチモードで操作した結果、肥料の水滞留時間（HRT）を約１２時間減少させることができ、一方性能基準（N-NH₄/P_t> 7）を満たすことができた。

SSについては８５．５％の除去、全リン（P_t）については５８．９％の除去が達成された。比N-NH₄/P_tは８．５に達した。

水滞留時間（HRT）４．６時間で連続モードで行った分娩装置の肥料の処理
全固体濃度が１．７％である肥料を２３Lの浮遊装置内で３ｍｍでふるい分けした。肥料流量を７０ｍL／ｍｉｎとし、Percol７５５７（登録商標）ポリマ溶液（１ｇ／L）の流量を１４ｍL／ｍｉｎ、即ち全体積の１６．７％（ｖ／ｖ）に設定して、水滞留時間（HRT）４．６時間が得られた。下記の表２に除去率を示す。SSについては８７．８％の除去、P_tについては５９．８％の除去が達成され、その結果、N-NH₄/P_tが８．１に増加して目的とする性能基準、即ち比N-NH₄/P_t> 7を満たした。

水滞留時間（ＨＲＴ）６．４時間で連続モードで行った豚保育肥料の処理
肥料を２３Lの浮遊装置内で３ｍｍでふるい分けした。肥料の流量を５０ｍL／ｍｉｎに設定し、Percol７５５７（登録商標）ポリマ溶液（１ｇ／L）の流量を１０ｍL／ｍｉｎ、即ち全体積の１６．７％（ｖ／ｖ）に設定して、水滞留時間（HRT）６．４時間が得られた。下記の表３に除去率を示す。SSについては９５．４％の除去、P_tについては７７．３％の除去、CODについては６８．５％の除去が達成され、比N-NH₄/P_tが１０に達して目的とする性能基準を満たした。

以下の実施例を３１５Lの浮遊装置で行った。

水滞留時間（ＨＲＴ）１１時間で連続モードで行った分娩装置肥料の処理
まず、肥料を沈澱させ(settled)（１時間）、３ｍｍでふるい分けして粗物質（coarse matters）を除去した。肥料の流量を３９７ｍL／ｍｉｎとし、LPM９５１１（登録商標）ポリマ溶液（１ｇ／L）の流量を８０ｍL／ｍｉｎ、即ち全体積の１６．７％（ｖ／ｖ）に設定して、水滞留時間（HRT）１１時間が得られた。下記の表４に除去率を示す。SSについては９５．４％の除去、P_tについては８５．９％の除去が達成され、N-NH₄/P_t比が１４を越えて目的とする性能基準を満たした。

水滞留時間（ＨＲＴ）１１時間で連続モードで行った豚保育肥料の処理
まず、肥料を沈澱させ（１時間）、３ｍｍでふるい分けして粗物質を除去した。肥料の流量を３９７ｍL／ｍｉｎとし、LPM９５１１（登録商標）ポリマ溶液（１ｇ／L）の流量を８０ｍL／ｍｉｎに設定して、水滞留時間（HRT）１１時間が得られた。下記の表５に除去率を示す。SSについては８４．８％の除去、P_tについては３１．５％の除去が達成された。N-NH₄/P_t比の増加は比較的小さかった。このことは、分娩装置で生成される肥料の性状を豚保育で生成される肥料と比較することで説明される。豚保育で生成される肥料はアンモニア含有量がリン含有量に比べて高い。結果として、未処理の肥料におけるN-NH₄/P_t比（７．８）が比較的高くなる。このような高いアンモニア含有量の肥料にこの方法を適用して得られる主な利点として、SSの除去、それによる肥料の外観（visual aspect）の改善、及び悪臭の低減が得られる。

水滞留時間（ＨＲＴ）１１時間で連続モードで行った肥育豚肥料の処理
まず、肥料を沈澱させ（１時間）、３ｍｍでふるい分けして粗物質を除去した。この方法は肥育豚肥料に対して１１時間の連続した水滞留時間（HRT）実施した。肥料の流量を３９７ｍL／ｍｉｎとし、LPM９５１１（登録商標）ポリマ溶液（１ｇ／L）の流量を８０ｍL／ｍｉｎに設定して、水滞留時間（HRT）１１時間が得られた。下記の表６に除去率を示す。SSについては９６．５％の除去、P_tについては５７％の除去が達成された。N-NH₄/P_t比についての性能基準に達していないが、この処理によって生成される廃液は、SS含有量が少ないので、上述した実施例で生成される廃液よりも潅漑目的に適している。この結果は、肥料の固体含有量が非常に少なく、NH₄ ⁺含有量（４５０ｍｇ／L）が他の実施例における肥料のNH₄ ⁺含有量範囲（１８００−３６００ｍｇ／L）と比較して少ないことに起因するものである。

水滞留時間（ＨＲＴ）５．５時間で連続モードで行った肥育豚肥料の処理
この方法を肥育豚肥料に対して５．５時間の連続した水滞留時間（HRT）実施した。肥料の流量を７９４ｍL／ｍｉｎに設定し、LPM９５１１（登録商標）ポリマ溶液（１ｇ／L）の流量を１６０ｍL／ｍｉｎに設定して、水滞留時間（HRT）５．５時間が得られた。結合ポリマ及び廃液の体積の約１６．７％に相当するポリマ量（１ｇ／L）を添加して、浮遊装置廃液を３０分間沈澱させた。下記の表７に除去率を示す。N-NH₄/P_t比については２０．７、SS除去については９５．５％に達した。未処理肥料のN-NH₄/P_t比が既に性能基準（１０．９）を満たしているので、当該処理は性能基準を達成するために必要でない。しかし、当該処理により外観が著しく改善され、悪臭が大幅に低減した。

尚、この実施例で用いられた肥料は、その含有量が実施例６で用いられた肥料とかなり異なっていた。肥料は同じ農場から生成されたものであるが、別の日に得られた。そのため、未処理肥料の平均N-NH₄/P_t比が１０．９であったのに対して、実施例６で用いられた肥料の平均N-NH₄/P_t比は２．５であった。これは、肥料が得られた日によって、肥料の含有量が大分変化することを示す。

水滞留時間（ＨＲＴ）８時間で連続モードで行った肥育豚肥料の処理
まず、肥料をデカンテーションし（１時間）、次いで、３ｍｍでふるい分けし、第１浮遊装置及び補助浮遊装置内で処理した。肥料の流量を５５０ｍL／ｍｉｎとし、LPM９５１１（登録商標）ポリマ溶液（１ｇ／L）の流量を１１０ｍL／ｍｉｎに設定して、水滞留時間（HRT）８時間が得られた。流量が２００ｍL／ｍｉｎである固体を主要浮遊装置の底から取り出した結果、廃液の流量が４６６ｍL／ｍｉｎとなった。この流量が４６６ｍL／ｍｉｎの廃液を、補助浮遊装置に入る前の６６ｍL／ｍｉｎの流量のLPM９５１１（登録商標）ポリマと混合した。下記の表８に除去率を示す。SSについては９７．２％の除去、P_tについては７５．３％の除去、CODについては５１．０％の除去が達成された。N-NH₄/P_t比が３２．２に達することにより、肥料をリン過剰の土壌のランドスプレディングに問題なく使用することができる。この処理を行った結果、少ないSS含有量により、肥料の外観が著しく改善され、悪臭が実質的に低減した。

分離固体の固体分
下記の表９に、上記各実施例で生成した固体分の特性を示す。肥料を農場内で３ｍｍでふるい分けした後にそのオーバーフロー分を定量化しなかったので、２３Lの浮遊装置内で実施された試験に用いられた沈澱固体を特性付けすることができなかった。この表は処理後の固体特性の可変性を示す。

この可変性は以下のパラメータの関数とすることができる。３１５L浮遊装置内で分離するための第１デカンテーションにおける沈澱固体は、大部分が穀物果皮（cereal peels）及び毛で構成されて窒素及びリンは比率がより低くなるので、窒素及びリンの含有量が少ない。また、第１デカンテーションの固体の乾燥度が格段により高くなる。また、この処理によって生成した固体分の全処理肥料量に対する比率は、実施例４乃至８で夫々、２６．７％、１９．６％、１２．４％、３６．２％、及び４２．９％である。水滞留時間（HRT）が５．５時間及び８時間である場合には満足できる結果が得られるが、水滞留時間（HRT）１１時間で行った実施試験では最適な結果が得られた。本明細書で示された各実施例において生成された分離及び再生成固体の乾燥度は７％から１７％の範囲で変化した。

以上、本発明を、好ましい実施の形態により説明したが、本発明は、添付のクレームに記載の本発明の精神及び特徴から逸脱することなく変形することが可能である。

参考文献１

参考文献２

参考文献３

参考文献４

参考文献５

参考文献６

本発明の具体的な実施の形態に係る方法のステップを概略的に説明するための図である。

符号の説明

１肥料貯蔵庫
２第１デカンテーションタンク
３固体貯蔵器
４ポリマ（綿状沈澱）
５廃出液体
６浮遊装置
７上澄み吸収手段
８浮遊固体
１２浚泄手段

Claims

最終液体分及び最終固体分を生成し、前記最終液体分の浮遊物質（SS）含有量が約３g/L以下である動物肥料の処理方法であって、
水滞留時間（HRT）が約４乃至約２４時間の浮遊装置内で、前記肥料の少なくとも一部に対してポリマにより第１生物学的受動浮遊ステップを施して、第１浮遊固体分及び第１浮遊液体分を生成するステップと、
前記肥料に対して、前記第１浮遊の前に約０．０５ｍｍより大きい固体粒子を除去して前記肥料の前記一部を成す第１液体分を生成する粗固体粒子分離ステップを施すステップ、及び前記第１浮遊液体分に対して最終液体分を生成する別の固−液分離ステップを施すステップから成る群から選択された別の処理ステップと
を備えることを特徴とする動物肥料の処理方法。
前記別の処理ステップは前記肥料に対して粗固体粒子分離ステップを施すことを特徴とする請求項１記載の動物肥料の処理方法。
前記別の処理ステップは固−液分離ステップであり、該固−液分離ステップは第２生物学的受動浮遊ステップであることを特徴とする請求項１記載の動物肥料の処理方法。
前記第２生物学的受動浮遊ステップは水滞留時間（HRT）が約０．５乃至約４時間の補助浮遊装置内で実施されることを特徴とする請求項３記載の動物肥料の処理方法。
最終液体分及び最終固体分を生成する動物肥料の処理方法であって、
前記肥料に対して粗固体粒子分離ステップを施して、粗固体粒子分及び第１液体分を生成するステップと、
水滞留時間（HRT）が約４乃至約２４時間の主要浮遊装置内で、前記第１液体分に対してポリマにより第１生物学的受動浮遊ステップを施して、第１浮遊固体分及び第１浮遊液体分を生成するステップと、
水滞留時間（HRT）が約０．５乃至約４時間の補助浮遊装置内で、前記第１浮遊液体分に対して固−液分離ステップ及び第２生物学的受動浮遊ステップを施して、第２浮遊固体分及び最終液体分を生成するステップと
を備え、
前記最終液体分は約３g/L以下の浮遊物質（SS）含有量であることを特徴とする動物肥料の処理方法。
前記第１浮遊ステップは水滞留時間（HRT）が少なくとも５．５時間であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の動物肥料の処理方法。
前記第１浮遊ステップは水滞留時間（HRT）が少なくとも約８時間であることを特徴とする請求項６記載の動物肥料の処理方法。
前記粗固体粒子分離ステップはデカンテーションステップであることを特徴とする請求項２及び５乃至７のいずれか１項に記載の動物肥料の処理方法。
前記ポリマはポリアクリルアミドポリマであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の動物肥料の処理方法。
前記動物肥料は豚肥料であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の動物肥料の処理方法。
水滞留時間（HRT）が約４乃至約２４時間の主要浮遊装置を備える動物肥料の処理装置であって、前記主要浮遊装置は肥料の表面の少なくとも一部から浮遊固体を除去する上澄み吸収手段と、タンク底の少なくとも一部から沈澱した汚染物質を除去する浚泄手段とを有し、前記肥料の少なくとも一部は前記主要浮遊装置に導かれて、第１浮遊固体分、第２液体分、及び第１沈澱固体分に分離され、第２液体分の浮遊物質（SS）含有量が約３ｇ／Ｌ以下であることを特徴とする動物肥料の処理装置。
粗固体粒子分離手段及び水滞留時間（HRT）が約０．５乃至約４時間の補助浮遊装置を更に備え、該補助浮遊装置は前記肥料の表面の少なくとも一部から浮遊固体を除去する上澄み吸収手段と、タンク底の少なくとも一部から沈澱した汚染物質を除去する浚泄手段とを有し、前記肥料は前記粗固体粒子分離手段に導かれて、第１液体分及び第１粗固体粒子分に分離され、次いで、前記第１液体分は前記主要浮遊装置に導かれて、第１浮遊固体分、第２液体分、及び第１沈澱固体分に分離され、次いで、前記第２液体分は前記補助浮遊装置に導かれて、第２浮遊固体分、第３液体分、及び第２沈澱固体分に分離され、沈澱固体分及び浮遊固体分は、液体分から、夫々、上澄み吸収され及び浚泄され、前記第３液体分は浮遊物質含有量が約３ｇ／Ｌ以下であることを特徴とする請求項１１記載の動物肥料の処理装置。
前記粗固体粒子分離手段がデカンテーションタンクであることを特徴とする請求項１１又は１２記載の動物肥料の処理装置。
前記主要浮遊装置は水滞留時間（HRT）が少なくとも約５．５時間であることを特徴とする請求項１１又は１２記載の動物肥料の処理装置。
前記動物肥料は豚肥料であることを特徴とする請求項１１又は１２記載の動物肥料の処理装置。