JP2019025435A - バイオフィルター装置及びこれを用いた下水汚泥残渣脱水ろ液処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】微細な有機物粒子を回収することができ、フィルターが目詰まりを起こすことなく繰り返し使用が可能なバイオフィルター装置及びこれを用いた下水汚泥残渣脱水ろ液処理システムを提供すること。【解決手段】好気性菌体が生息する菌体生息媒体４を具備するバイオフィルター２を備えたバイオフィルター装置１であって、菌体生息媒体４が、下水汚泥残渣ペレットの内部にバチルス菌を担持させると共に表層部に乳酸菌を担持させた菌担持下水汚泥残渣ペレットを発酵させて製造した発酵下水汚泥残渣ペレットを含むバイオフィルター装置１、及びこれを用いた下水汚泥残渣脱水ろ液処理システムである。【選択図】図１

Description

本発明は、バイオフィルター装置及びこれを用いた下水汚泥残渣脱水ろ液処理システムに関する。詳しくは、下水汚泥残渣の脱水処理時に発生する脱水ろ液中の難吸着性浮遊物質等を回収するバイオフィルター装置及びこれを用いた下水汚泥残渣脱水ろ液処理システムに関する。

近年、下水処理場等から発生する下水汚泥残渣のリサイクルが進められており、脱水処理を行った下水汚泥残渣は、肥料化・燃料化などバイオマス資源として利用されている。
一例として、国土交通省でもＢ−ＤＡＳＨプロジェクト（下水道革新的技術実証事業）を実施しており、これらの問題の解決に力を入れている。

下水汚泥残渣のバイオマス資源の特徴としては、（１）人間の生活環境に伴い一定量は必ず発生すること、（２）成分・状態が一定していること、（３）燃料や肥料、セメント原料などに利用することが可能であること、などが分かっている。この特徴を生かし、２０１２年の国土交通省のＢ−ＤＡＳＨプロジェクトの一つである三菱長崎機工株式会社が開発した下水汚泥処理システムの実用化に向けた実用化研究が、長崎市東部下水処理場で実施された。このシステムは、水熱反応技術と高速メタン発酵技術を組み合わせた新しい汚泥減量化技術であり、このシステムはメタサウルスと呼ばれている（特許文献１及び２参照）。このシステムでは、排出された汚泥量が既存のシステムに比べて５分の１に減量することに成功し、廃棄処分する際、処分費の大幅削減が可能となった。しかしながら、脱水汚泥発生量を大幅に削減したものの、主として廃棄処分が行われている。

そこで、下水処理場を含む地域のゼロエミッションの観点から低分子化処理された下水汚泥残渣の有効利用方法が検討された。このシステムで発生した低分子化処理された下水汚泥残渣は、植物の成長に必要な成分として窒素・リン・カリウムを含んでいることから、この下水汚泥残渣を肥料化もしくは土壌改良剤として利用しようという試みがなされ、現在、この下水汚泥残渣は「東長崎実証１号」として農林水産大臣登録肥料に登録されている。

さらに、本発明者らは、上記「東長崎実証１号」を改良し、非常に肥効の高い機能性コンポストを提案している（特許文献３参照）。

一方、下水処理場等で下水汚泥残渣を脱水処理する際に発生する脱水ろ液にも再生可能な資源が多く含まれており、農業への利活用が有効だと考えられるが、そのまま液肥又は農地用水として使用した場合、液中に含まれるアンモニアや雑菌等により植物体に悪影響を与える。さらには、土壌環境の汚染につながることが大きな問題であり、利活用に関して普及が進んでいない。

現在、この下水処理場等から発生する脱水ろ液は、一定の処理がなされた後、放流水として海に流しているのが現状であるが、色度やＣＯＤの増加が問題となりつつある。

下水処理場から発生する脱水ろ液の水質改善のための方法としては、脱水ろ液の処理に活性炭、ゼオライト等の物理的フィルターを用いる方法や、凝集剤などの薬品処理を施した後、遠心分離装置等にかけて処理する方法があるが、これらの処理には多大なコストやエネルギーを要する。

さらに、これら従来の処技技術においては、処理時間の関係もあるが、処理できる懸濁粒子の大きさの適応範囲が１μｍ〜１ｍｍ程度と比較的大きいため、それ以下の微細な有機物粒子（難分解性物質）の回収がなされないという問題もあった。

上記の脱水ろ液の処理技術の他に、自然が保持している浄化能力を利用した水処理技術が存在する。この処理方法は土壌浸透式水浄化法などと呼ばれ、土壌表面に汚水を散布することとで、汚水等を土壌中に直接浸透させ、汚水中の汚濁物質および窒素やリンなどを吸着し、生化学的な菌体分解作用により、有機物の除去・浄化する方法である。土壌浸透法で浄化材とする資材は、自然の土層やマサ土、黒ボク土、赤玉土等と、活性炭や木炭などの天然の凝集資材を沈殿させた物などを用いて、人工的に構築した資材で浄化が行われてきた。しかしながら、土壌浸透法の通水速度は遅く、浄化処理に時間がかかり、さらには現在の汚水処理法に比べ、浄化する敷地面積を必要とすることが問題となる。また、汚水中に含まれる浮遊有機物やろ材の劣化により目詰まりを起こすなど実用的な水準まで普及できていない現実である。

特開２０１２−２００６９１号公報 特開２０１２−２００６９２号公報 ＰＣＴ／ＪＰ２０１７／２７６６２

本発明の課題は、微細な有機物粒子を回収することができ、フィルターが目詰まりを起こすことなく繰り返し使用が可能なバイオフィルター装置及びこれを用いた下水汚泥残渣脱水ろ液処理システムを提供することにある。
また、本発明の他の課題は、これらの装置やシステムで処理された処理液を有効に利用する方法を提供することにある。

本発明者らは、下水処理場等で下水汚泥残渣の脱水処理時に発生する脱水ろ液の処理方法について鋭意研究した結果、本発明者らの開発した発酵下水汚泥残渣ペレット（ＰＣＴ／ＪＰ２０１７／２７６６２記載の機能性コンポスト）を用いると共に、従来の土壌浸透式水浄化法を応用することにより、通常の物理的フィルターでは回収困難な微細な有機物粒子を回収することができ、脱水ろ液中のＣＯＤ及び色度を顕著に低減することが可能であること、さらには、フィルターが目詰まりを起こすことなく、繰り返し使用できることを見いだし、本発明を完成するに至った。
また、本発明の方法で処理した脱水ろ液処理液は、処理前の脱水ろ液に比べて硝酸態窒素量が飛躍的に増加しており、液肥として非常に有用であることを見いだした。

すなわち、本発明は、以下のとおりのものである。
［１］好気性菌体が生息する菌体生息媒体を具備するバイオフィルターを備えたバイオフィルター装置であって、前記菌体生息媒体が、下水汚泥残渣ペレットの内部にバチルス菌を担持させると共に表層部に乳酸菌を担持させた菌担持下水汚泥残渣ペレットを発酵させて製造した発酵下水汚泥残渣ペレットを含むことを特徴とするバイオフィルター装置。
［２］下水汚泥残渣ペレットが、難分解性高分子を低分子化する低分子化処理が施された下水汚泥残渣をペレット加工したものであることを特徴とする［１］記載のバイオフィルター装置。
［３］菌体生息媒体が、団粒土壌を含むことを特徴とする［１］又は［２］記載のバイオフィルター装置。
［４］少なくとも団粒土壌、植物性有機資材、及び発酵下水汚泥残渣ペレットを含む菌体生息媒体を具備する第１のバイオフィルターと、少なくとも団粒土壌、及び発酵下水汚泥残渣ペレットを含む菌体生息媒体を具備する第２のバイオフィルターと、を備えたことを特徴とする［１］〜［３］のいずれか記載のバイオフィルター装置。
［５］下水汚泥残渣の脱水ろ液を処理するために用いられることを特徴とする［１］〜［４］のいずれか記載のバイオフィルター装置。

［６］下水汚泥残渣の脱水ろ液中の腐敗菌及びアンモニアを低減する無害化処理装置と、該無害化処理装置で処理した脱水ろ液をろ過する［１］〜［５］のいずれか記載のバイオフィルター装置とを備えたことを特徴とする下水汚泥残渣脱水ろ液処理システム。
［７］無害化処理装置が、菌体を用いる処理装置であることを特徴とする［６］記載の下水汚泥残渣脱水ろ液処理システム。
［８］バイオフィルター装置で処理した処理液の一部を、無害化処理装置に投入する返送機構を備えたことを特徴とする［６］又は［７］記載の下水汚泥残渣脱水ろ液処理システム。

［９］下水汚泥残渣の脱水ろ液中の腐敗菌及びアンモニアを低減する無害化処理工程と、該無害化処理した脱水ろ液を［１］〜［５］のいずれか記載のバイオフィルター装置に投入してろ過するろ過工程と、を有することを特徴とする下水汚泥残渣脱水ろ液の処理方法。
［１０］無害化処理工程が、菌体を用いる処理であることを特徴とする［９］記載の下水汚泥残渣脱水ろ液の処理方法。
［１１］無害化処理工程で用いる菌体が、乳酸菌及びバチルス菌を含む複合菌体であることを特徴とする［１０］記載の下水汚泥残渣脱水ろ液の処理方法。
［１２］無害化処理工程が、脱水ろ液に、ろ過工程後の菌体を含む処理液を添加する工程であることを特徴とする［１０］記載の下水汚泥残渣脱水ろ液の処理方法。
［１３］ろ過工程が、所定量の脱水ろ液を投入後、所定期間をあけて次の所定量の脱水ろ液を投入するバッチ処理であることを特徴とする［９］〜［１２］のいずれか記載の下水汚泥残渣脱水ろ液の処理方法。
［１４］下水汚泥残渣の脱水ろ液が、難分解性高分子を低分子化する低分子化処理が施された下水汚泥残渣の脱水ろ液であることを特徴とする［９］〜［１３］のいずれか記載の下水汚泥残渣脱水ろ液の処理方法。

［１５］下水汚泥残渣の脱水ろ液中の腐敗菌及びアンモニアを低減する無害化処理工程と、該無害化処理した脱水ろ液を［１］〜［５］のいずれか記載のバイオフィルター装置に投入してろ過するろ過工程と、を有することを特徴とする液肥の製造方法。
［１６］無害化処理工程が、菌体を用いる処理であることを特徴とする［１５］記載の液肥の製造方法。
［１７］無害化処理工程で用いる菌体が、乳酸菌及びバチルス菌を含む複合菌体であることを特徴とする［１６］記載の液肥の製造方法。
［１８］無害化処理工程が、脱水ろ液に、ろ過工程後の菌体を含む処理液を添加する工程であることを特徴とする［１６］記載の液肥の製造方法。
［１９］ろ過工程が、所定量の脱水ろ液を投入後、所定期間をあけて次の所定量の脱水ろ液を投入するバッチ処理であることを特徴とする［１５］〜［１８］のいずれか記載の液肥の製造方法。
［２０］下水汚泥残渣の脱水ろ液が、難分解性高分子を低分子化する低分子化処理が施された下水汚泥残渣の脱水ろ液であることを特徴とする［１５］〜［１９］のいずれか記載の液肥の製造方法。
［２１］脱水ろ液に比較して硝酸態窒素量が増加した液肥を製造することを特徴とする［１５］〜［２０］のいずれか記載の液肥の製造方法。

本発明のバイオフィルター装置及びこれを用いた下水汚泥残渣脱水ろ液処理システムによれば、微細な有機物粒子を回収して脱水ろ液中のＣＯＤ及び色度を顕著に低減することができ、また、フィルターの目詰まりを起こすことなく繰り返し使用することができる。また、これらの装置やシステムで処理された処理液は、硝酸態窒素量が多く肥効の高い液肥として用いることができる。

本発明の一実施形態に係るバイオフィルター装置の概略説明図である。 本発明の一実施形態に係る下水汚泥残渣脱水ろ液処理システムの概略説明図である。 本発明の一実施形態に係る発酵下水汚泥残渣ペレットの製造方法のフロー図である。 脱水ろ液（原液）の植物に与える影響を示す図であり、左図が、脱水ろ液（原液）にトマトの脇芽を投入直後の写真であり、右図が、脱水ろ液に投入してから２４時間経過後の写真である。 脱水ろ液（原液）の植物に与える影響を示す図であり、脱水ろ液に投入してから４日経過後の写真である。 菌体処理を行った処理液の写真である。１は、原液１Ｌであり、２は、原液１Ｌバチルス菌１００ｍＬであり、３は、原液１Ｌ乳酸菌１００ｍＬであり、４は、原液１Ｌバチルス菌１００ｍＬ乳酸菌１００ｍＬであり、５は、原液１Ｌバチルス菌１００ｍＬ撹拌ありであり、６は、原液１Ｌ乳酸菌１００ｍＬ撹拌ありであり、７は、原液１Ｌバチルス菌１００ｍＬ乳酸菌１００ｍＬ撹拌である。 菌体処理した脱水ろ液の植物に与える影響を示す図であり、脱水ろ液に投入してから１０日経過後の写真である。 実施例２における、菌体処理液及び各層から排出された処理液における色度（３９０ｎｍ）と全窒素（５４０ｎｍ）のスペクトルの分析結果である。左のグラフが色度を示し、右のグラフが全窒素量を示す。 実施例３における、各層から排出された処理液における色度（３９０ｎｍ）と全窒素（５４０ｎｍ）のスペクトルの分析結果である。左のグラフが色度を示し、右のグラフが全窒素量を示す。 実施例４における、バイオフィルター装置に投入する前と後の液体における色度（３９０ｎｍ）の経時変化を示す図である。左のグラフが投入前（菌体処理液）を示し、右のグラフが投入後（ろ過処理液）を示す。 実施例４における、バイオフィルター装置に投入する前と後の液体における全窒素（５４０ｎｍ）の経時変化を示す図である。左のグラフが投入前（菌体処理液）を示し、右のグラフが投入後（ろ過処理液）を示す。 実施例４における、バイオフィルター装置投入前（菌体処理液）と投入後（ろ過処理液）の硝酸態窒素濃度の結果を示す図である。 実施例４における、バイオフィルター装置投入前（菌体処理液）と投入後（ろ過処理液）の電気伝導度の結果を示す図である。左のグラフが投入前（菌体処理液）を示し、右のグラフが投入後（ろ過処理液）を示す。

本発明のバイオフィルター装置は、好気性菌体が生息する菌体生息媒体を具備するバイオフィルターを備え、菌体生息媒体が、下水汚泥残渣ペレットの内部にバチルス菌を担持させると共に表層部に乳酸菌を担持させた菌担持下水汚泥残渣ペレットを発酵させて製造した発酵下水汚泥残渣ペレット（以下、本発明の発酵ペレットということがある）を含むことを特徴とする。

本発明のバイオフィルター装置は、生活排水や畜産排水等の処理に用いることができる。具体的に本発明のバイオフィルター装置は、下水汚泥残渣の脱水ろ液の処理に用いることが好ましく、リグニンやセルロース等の難分解性高分子を低分子化する処理が施された下水汚泥残渣の脱水ろ液の処理に用いることが特に好ましい。

本発明のバイオフィルター装置は、従来回収が困難であった微細な有機物粒子を吸着（捕獲）して、十分なＣＯＤ及び色度の低減を図ることができる。
なお、本発明でいう微細な有機物粒子（難吸着性物質）とは、通常の濾紙等では回収できない、例えば、粒径が１ｎｍ〜１μｍ程度の粒子をいう。

バイオフィルターとしては、例えば、所定の容積を有し、底面に開口部（孔）を有する容器に、菌体生息媒体が収容されたもの挙げることができる。本発明のバイオフィルター装置においては、このバイオフィルターを１つ備える構成であってもよいが、２段以上の多段の構成であることが好ましい。２段以上備えることにより、前段で粗いろ過を行い、後段で精密なろ過を行う等、処理対象にあわせて目詰まりの起こりにくい構成とすることができる。また、各段の間に空間又は空気導入部を設けることにより、各バイオフィルター（菌体生息媒体）内への空気の導入が促進され、好気性菌体の活性を向上させることができる。

ここで、図１は、バイオフィルターを２段備えたバイオフィルター装置の概略説明図である。図１に示すように、本発明の一実施形態に係るバイオフィルター装置１は、バイオフィルター２を縦方向に２段に重ねて構成されている。バイオフィルター２は、底部に１〜１０ｍｍ、好ましくは１〜６ｍｍ程度の小孔３を多数具備し、内部に菌体生息媒体４を収容してなる。

本発明のバイオフィルター装置における好気性菌体が生息する菌体生息媒体としては、好気性菌体が生息できる環境の媒体であれば特に制限されるものではなく、有機資材や無機資材を用いて構成することができる。ここで、好気性菌体とは、枯草菌、糸状菌、硝化細菌等の自然の土壌に生息する好気性菌体や、本発明の発酵ペレットに生息する好気性菌体などをいう。本発明の菌体生息媒体は、本発明の発酵ペレットを含んでおり、好気性菌体が豊富に存在することから、かかる好気性菌体が、ろ過処理により吸着した微細な有機物粒子等を効果的に分解し、バイオフィルターの目詰まりを抑制することができる。一方、このバイオフィルター装置の菌体生息媒体には、好気性菌体の代謝物質からなるフィラメント（有機のり）が大量に形成され、これにより、従来回収が困難であった極めて微細な有機物粒子の吸着がより容易となる。これらの作用により、十分なＣＯＤ及び色度の低減を図ることができる。なお、本発明のバイオフィルター装置に用いる発酵下水汚泥残渣ペレット（本発明の発酵ペレット）についての詳細は、後述する。

菌体生育媒体の構成要素として、例えば、土壌は、有機資材、無機資材及び好気性菌体を含むことから、特に好ましく用いることができる。土壌を用いる場合、団粒土壌を用いることが好ましく、例えば、田畑等の団粒構造が形成された土壌や、造粒処理を行った土壌を用いることができる。本発明においては、本発明の発酵ペレットを肥料として施用した田畑の団粒土壌を用いることが特に好ましい。団粒土壌を用いることにより、バイオフィルターの孔隙率が高くなり、透水性、浸透性が向上し、処理効率が高くなる。なお、本発明の菌体生息媒体は、本発明の発酵ペレットを含んでおり、豊富な菌体やフルボ酸等を含んでいることから、菌体の代謝等により、継続的に団粒構造の形成が進行する。

有機資材は、土壌を用いる場合は土壌に含まれているため必ずしも別途用いる必要はないが、適宜必要に応じて用いることができる。有機資材としては、植物性有機物を用いることが好ましい。植物性有機資材としては、具体的に、腐葉土、落ち葉、ワラ、モミ、雑草、おが屑、糠、なたね粕等を挙げることができる。有機資材は、好気性菌体の栄養源となると共に、菌体生息媒体の物理的な空間を形成する（孔隙率を上げる）機能を有する。

無機資材は、有機資材同様、土壌を用いる場合は土壌に含まれているため必ずしも別途用いる必要はないが、適宜必要に応じて用いることができる。無機資材としては、例えば、活性炭、炭、セラミックス、ゼオライト、パーライト、けいそう土焼成粒、バーミキュライト、ベントナイト等を用いることができる。無機資材は、菌体生息媒体の形態保持の機能を有すると共に、資材の吸着能等の機能を用いてろ過性を高めることができる。

バイオフィルターを２以上用いる場合、少なくとも団粒土壌、植物性有機資材、及び発酵下水汚泥残渣ペレットを含む菌体生息媒体を具備する第１のバイオフィルターと、少なくとも団粒土壌、及び発酵下水汚泥残渣ペレットを含む菌体生息媒体を具備する第２のバイオフィルターとを用いることが好ましい。第１のバイオフィルターの菌体生息媒体に含まれる植物性有機資材とは、土壌や発酵下水汚泥残渣ペレットに含まれる有機資材以外のものをいう。

第１のバイオフィルターにおいては、植物性有機資材を含むことにより、物理的な空間を形成して孔隙率を上げることができ、第２のバイオフィルターに比して浸透性のよいフィルターとすることができる。一方、第２のバイオフィルターは、有機資材を含んでいても含んでいなくてもよいが、含む場合には、第１のバイオフィルターよりも少量とし、第１のバイオフィルターに比して密な構造（孔隙率の低い構造）とすることが好ましい。また、密な構造の第２のバイオフィルターは、第１のバイオフィルターに比して、厚さを薄くしてバイオフィルター内の酸素量を確保することが好ましい。このような孔隙率の異なるバイオフィルターを用いることにより、脱水ろ液を効率的に処理できると共に、フィルターの目詰まりを抑制することができる。

第１のバイオフィルターにおいては、土壌と植物性有機資材との重量比が、１：０．５〜５．０であることが好ましく、１：０．８〜４．０であることがより好ましく、１：１．０〜３．０であることがさらに好ましい。また、土壌と発酵下水汚泥残渣ペレットの重量比は、１：０．００１〜０．５であることが好ましく、１：０．００５〜０．３であることがより好ましく、１：０．０１〜０．１であることがさらに好ましい。

第２のバイオフィルターにおいては、土壌と植物性有機資材との重量比が、１：０〜３．０であることが好ましく、１：０．１〜２．０であることがより好ましく、１：０．３〜１．０であることがさらに好ましい。また、土壌と発酵下水汚泥残渣ペレットの重量比は、１：０．００１〜０．５であることが好ましく、１：０．００５〜０．３であることがより好ましく、１：０．０１〜０．１であることがさらに好ましい。

なお、第１のバイオフィルター及び第２のバイオフィルターと異なる別の構成の第３、第４、それ以上の種類のバイオフィルターを備えていてもよい。また、各バイオフィルター間には、ろ過処理された処理液に対して、酸素を含む空気（外気）を接触させるための空気接触空間を設けることが好ましい。この空気接触空間は、外気を導入できる構成であればよく、自然の状態で外気を導入できる構成であってもよいし、エアポンプ等を用いて人工的に外気を導入する構成であってもよい。

上記の本発明のバイオフィルター装置は、本発明の下水汚泥残渣脱水ろ液処理システムに用いることができる。かかる下水汚泥残渣脱水ろ液処理システムとしては、下水汚泥残渣の脱水ろ液中の腐敗菌及びアンモニアを低減する無害化処理装置と、無害化処理装置で処理した脱水ろ液をろ過する上記バイオフィルター装置と備えるものを挙げることができる。

ここで、無害化処理装置は、バイオフィルター装置の菌体生息媒体に生息する好気性菌体の生育に影響がないように、少なくとも脱水ろ液に含まれる腐敗菌及びアンモニアを低減する処理を行う装置である。ここで、無害化処理は、薬品を用いて行うことも可能であるが、後述するように、バイオフィルター装置で処理した処理液は液肥としての利用も可能であり、この場合、薬品を用いることは安全性の点等から好ましくない。したがって、菌体を用いて処理を行うことが好ましい。

かかる無害化処理に用いる菌体としては、乳酸菌及びバチルス菌を含む複合菌体であることが好ましく、さらに酵母菌を含むことがより好ましい。乳酸菌及びバチルス菌としては、後述する本発明の発酵ペレットの製造で用いる菌を用いることができる。また、酵母菌としては、サッカロミセス属（Saccharomyces）、シゾサッカロミセス属（Shizosaccharomyces）、カンジダ属（Candida）等の酵母菌を用いることができる。

また、バイオフィルター装置で脱水ろ液を処理した処理液には、無害化処理が可能な菌体が含まれていることから、無害化処理にこの処理液を用いてもよい。すなわち、下水汚泥残渣脱水ろ液処理システムは、バイオフィルター装置で処理した処理液の一部を、無害化処理装置に投入する返送機構を備えていることが好ましい。これにより、別途、無害化処理のための菌体を用いることなく、循環処理が可能となる。

以下、下水汚泥残渣脱水ろ液処理システムの一例について図面を用いて説明する。ここでは、本発明のバイオフィルター装置でろ過処理した処理液を液肥として使用する場合を説明する。
図２に示すように、本発明の一実施形態に係る下水汚泥残渣脱水ろ液処理システム１０は、下水処理場等で下水汚泥残渣を脱水処理する際に発生する脱水ろ液を収容する脱水ろ液タンク１１と、脱水ろ液の無害化処理を行う無害化処理装置１２と、無害化処理を行った脱水ろ液をろ過するバイオフィルター装置１３とを備えている。脱水ろ液タンク１１と無害化処理装置１２は配管１４により接続され、無害化処理装置１２及びバイオフィルター装置１３は配管１５により接続されている。バイオフィルター装置１３は、バイオフィルター１３ａと物理的フィルター１３ｂとを備えている。また、バイオフィルター装置１３の下流には、処理液（液肥）保持タンク１６が設けられており、排出配管１７によりシステム外に処理液（液肥）を排出すると共に、返送配管１８により、バイオフィルター装置１３で処理された処理液の一部を、菌体の活性化を図る菌体保持タンク１９を介して、無害化処理装置１２へ返送する。なお、符号２０は送給ポンプを示し、符号２１はエアフィルターを示し、符号２２はエアポンプを示し、符号２３は送気管を示し、符号２４は液肥用バルブを示す。

続いて、上記のような本発明のバイオフィルター装置や下水汚泥残渣脱水ろ液処理システムを用いた本発明の下水汚泥残渣脱水ろ液処理方法について説明する。
本発明の下水汚泥残渣脱水ろ液処理方法としては、下水汚泥残渣の脱水ろ液中の腐敗菌及びアンモニアを低減する無害化処理工程と、該無害化処理した脱水ろ液を上記本発明のバイオフィルター装置に投入してろ過するろ過工程とを有することを特徴とする。本発明の処理方法においては、微細な有機物粒子を多く含む、難分解性高分子を低分子化する処理が施された下水汚泥残渣の脱水ろ液を処理する場合に特に有用である。

無害化処理工程は、上記説明した無害化処理装置を用いて処理する工程であり、上記のように、バイオフィルター装置の菌体生息媒体に生息する好気性菌体の生育に影響がないように、脱水ろ液に含まれる腐敗菌及びアンモニアを低減する処理を行う工程である。具体的な処理方法は、上記無害化処理装置で説明したものと同様であるので、説明を省略する。

ろ過工程は、無害化処理した脱水ろ液を上記本発明のバイオフィルター装置に投入してろ過する工程であるが、所定量の脱水ろ液を投入後、吸着有機物を菌体が分解、消化するための所定期間をあけて次の所定量の脱水ろ液を投入するバッチ処理であることが好ましい。すなわち、所定量の脱水ろ液をバイオフィルター装置に投入した後、脱水ろ液はろ過処理され排出されるが、この排出後も所定期間放置しておく。この間に、バイオフィルター（菌体生息媒体）に吸着された微細な有機物粒子を、菌体生息媒体に生息する好気性菌体が分解、消化する。このように所定期間放置することにより、吸着された微細な有機物粒子が分解され、バイオフィルターの目詰まりを防止することができる。すなわち、次の脱水ろ液を投入するまでの所定期間は、菌体生息媒体に生息する好気性菌体が、所定量の脱水ろ液の投入によりバイオフィルターに吸着された微細な有機物粒子を分解、消化し終える期間であることが好ましく、これによりフィルターの目詰まりを防止して繰り返し使用することが可能となる。特に、本発明においては、発酵ペレットを用いることから、菌体が豊富に繁殖しており、微細な有機物粒子の分解、消化が短時間で進行する。

上記のような本発明の下水汚泥残渣脱水ろ液処理方法で処理した処理液は、液肥として利用することができる。なお、無害化処理した脱水ろ液も液肥として利用が可能であるが、本発明の方法で処理した処理液はこの無害化した脱水ろ液よりも多くの硝酸態窒素量を含んでおり、高い肥効の液肥となる。

本発明の液肥の製造方法は、下水汚泥残渣の脱水ろ液中の腐敗菌及びアンモニアを低減する無害化処理工程と、該無害化処理した脱水ろ液を上記本発明のバイオフィルター装置に投入してろ過するろ過工程とを有することを特徴とする。原料となる下水汚泥残渣の脱水ろ液としては、上記本発明の下水汚泥残渣脱水ろ液処理方法と同様に、微細有機物粒子を多く含む、難分解性高分子を低分子化する処理が施された下水汚泥残渣の脱水ろ液を用いることが好ましい。なお、無害化処理工程及びろ過工程については、上記本発明の下水汚泥残渣脱水ろ液処理方法で説明した工程と同様であることから説明を省略する。

続いて、本発明の菌体生息媒体に含まれる発酵下水汚泥残渣ペレットについて詳細に説明する。この発酵下水汚泥残渣ペレットは、本発明者らが開発したＰＣＴ／ＪＰ２０１７／２７６６２に記載の機能性コンポストである。

本発明における発酵下水汚泥残渣ペレットは、上記のように、下水汚泥残渣ペレットの内部にバチルス菌を担持させると共に表層部に乳酸菌を担持させた菌担持下水汚泥残渣ペレットを発酵させて製造したものであり、原料となる下水汚泥残渣ペレット（バチルス菌及び乳酸菌を担持する前のもの）としては、下水汚泥残渣をペレット状にしたものであればよく、例えば、１辺又は直径が５〜１５ｍｍ、長さが２０〜４０ｍｍ程度の直方体又は円柱体のペレットを挙げることができ、発酵現場までの運搬や発酵処理までの保管等を考慮すると、含水率が２０％以下のものが好ましい。かかるペレットは、一般的な下水処理が施された下水汚泥残渣をペレット加工したものであってもよいが、リグニンやセルロースなどの難分解性高分子を低分子化する処理が施された下水汚泥残渣をペレット加工したものであることが好ましい。低分子化処理に際しては、食品残渣等の各種有機資源を加えてもよい。かかる低分子化処理としては、水熱処理、オゾン処理、生物活性炭処理、超音波処理（例えば、特開２００３−１４４０９７号公報）等を例示することができ、各種処理を組み合わせてもよい。具体的な水熱処理による低分子化処理としては、例えば、特開２０１２−２００６９１号公報や特開２０１２−２００６９２号公報に記載の水熱反応を利用した方法を挙げることができる。

菌担持下水汚泥残渣ペレットの調製は、内部にバチルス菌を担持させ、表層部に乳酸菌を担持させることができればその方法は特に制限されるものではなく、菌担持下水汚泥残渣ペレットは、水分調整された下水汚泥残渣ペレットにバチルス菌を添加し、ペレット表層部を乾燥した後、乳酸菌を添加して調製することが好ましく、具体的には、後述する平面化工程（Ｓ１）と、原料水分調整工程（Ｓ２）と、バチルス菌添加工程（Ｓ３）と、ペレット表層部乾燥工程（Ｓ４）と、乳酸菌添加工程（Ｓ５）とを有する調製方法を例示することができる。

また、菌担持下水汚泥残渣ペレットの発酵方法としては、菌担持下水汚泥残渣ペレットの発酵を行うことができる方法であれば特に制限されるものではなく、発酵効率の点から、菌担持下水汚泥残渣ペレットを山積みにして発酵する方法が好ましい。かかる山積みにして発酵させる方法としては、菌担持下水汚泥残渣ペレットを山状に積み上げ発酵する方法であればよく、山積みの形態としては、円錐状、角錐状、載頭円錐状、載頭角錐状や、これらの形状が所定方向に延設された山脈状等を挙げることができる。具体的には、後述する山積工程（Ｓ６）及び発酵工程（Ｓ７）における方法を例示することができる。

図３に示すように、本発明における発酵下水汚泥残渣ペレットの製造方法は、例えば、下水汚泥残渣ペレットを平面状に広げる平面化工程（Ｓ１）と、下水汚泥残渣ペレットの水分調整を行う原料水分調整工程（Ｓ２）と、平面化工程（Ｓ１）及び原料水分調整工程（Ｓ２）を経た下水汚泥残渣ペレットに対してバチルス菌を添加するバチルス菌添加工程（Ｓ３）と、バチルス菌添加工程を経た下水汚泥残渣ペレットの表層部を乾燥するペレット表層部乾燥工程（Ｓ４）と、ペレット表層部乾燥工程（Ｓ４）を経た下水汚泥残渣ペレットに対して乳酸菌を添加する乳酸菌添加工程（Ｓ５）と、乳酸菌添加工程（Ｓ５）を経た下水汚泥残渣ペレットを山積みにする山積工程（Ｓ６）と、山積工程（Ｓ６）を経た下水汚泥残渣ペレットを発酵させる発酵工程（Ｓ７）とを有しており、これ以外の工程を有していてもよい。また、発酵工程（Ｓ７）は、好ましくは、切返工程（Ｓ７１）及び発酵時水分調整工程（Ｓ７２）を有する。

平面化工程（Ｓ１）は、下水汚泥残渣ペレットを平面状に広げる工程であり、一様にペレットが広がった状態になっていればよく、一部ペレットが重なった状態であってもよい。この平面化工程により、添加するバチルス菌を全体に付着させることが可能となると共に、バチルス菌の代謝による急激な温度上昇を抑制することが可能となる。

原料水分調整工程（Ｓ２）は、下水汚泥残渣ペレットの水分調整を行う工程であって、原料ペレットがもともと適切な水分量であれば必ずしも必要はない。本工程では、水の付与及び必要に応じて乾燥することにより、バチルス菌が付与される担体を所定の水分量（含水率）に調整する。本工程は、その処理の全部又は一部がバチルス菌添加工程と同時に行われてもよく、例えば、下水汚泥残渣ペレットに所定量の水を加え、その後に、バチルス菌溶解水を加えて最終的な水分量を調整してもよく、予め下水汚泥残渣ペレットに水を加えることなく、下水汚泥残渣ペレットにバチルス菌溶解水を加えて最終的な水分量を調整してもよい。ここで調整される下水汚泥残渣ペレットの含水率としては、２５〜７０質量％であることが好ましく、３０〜６０質量％であることがより好ましく、４０〜６０質量％であることがさらに好ましい。なお、ここでいう含水率は、バチルス菌添加の際に同時に水が添加される場合は、これを含めた含水率をいい、バチルス菌添加時（直後）の含水率を意味する。本工程により、ペレットを膨潤させ、菌体をペレット内部まで浸透させることができると共に、菌体の活性を高めることができる。

また、この原料水分調整工程は、その処理の一部又は全部を平面化工程の前に行ってもよい。すなわち、平面状に広げる前に水分調整し、かかる水分調整されたペレットを平面状に広げてもよい。

バチルス菌添加工程（Ｓ３）は、平面化工程（及び原料水分調整工程）を経た下水汚泥残渣ペレットに対してバチルス菌を添加する工程であり、バチルス菌を所定量の水に溶解した状態で、ペレット全体に一様に添加することが好ましい。上記のように、下水汚泥残渣ペレットが平面状に広げられている場合には、バチルス菌を全体に付着させることが容易となる。

添加するバチルス菌としては、例えば、Bacillus subtilis、Bacillus tequilensis、Bacillus vallismortis、Bacillus mojavensis、Bacillus amyloliquefaciens、Bacillus subtilis subsp. subtilis、Bacillus subtilis subsp.spizizenii、Bacillus subtilis subsp. inaquosorum、Bacillus subtilis var. nattoを挙げることができ、これらの中でも、Bacillus subtilis var. natto（納豆菌）が好ましい。これらのバチルス菌は１種単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。バチルス菌の入手方法としては、特に制限されるものではなく、市販品を用いることができる。また、例えば、納豆等のバチルス菌を含む食品そのものや、これから単離されたバチルス菌を用いてもよい。

続く、ペレット表層部乾燥工程（Ｓ４）は、下水汚泥残渣ペレットの表層部を乾燥する工程であり、ペレットの表層部を乾燥させることにより、バチルス菌をペレット内部に担持させる工程である。このペレット表層部乾燥工程では、例えば、バチルス菌添加後１２〜４８時間自然乾燥を行うが、必要に応じてペレット群を撹拌しながら乾燥してもよい。なお、平面状でそのまま乾燥させた場合、ペレット群の上層部と下層部で均一な乾燥状態とならないが、少なくともペレット群上層部は、ペレット単体の表層部の一部が乾燥した状態となるように乾燥する。

乳酸菌添加工程（Ｓ５）は、表層部が乾燥された下水汚泥残渣ペレットに対して乳酸菌を添加する工程であり、平面状に広げられたペレットに上方から乳酸菌を添加し、ペレット表層部に乳酸菌を担持させる工程である。添加する乳酸菌としては、例えば、ラクトバチルス属（Lactobacillus）、ビフィドバクテリウム属（Bifidobacterium）、ラクトコッカス属（Lactococcus）、エンテロコッカス属（Enterococcus）、ストレプトコッカス（Streptococcus）、ペディオコッカス属（Pediococcus）、リューコノストック属 （Leuconostoc）の乳酸菌を挙げることができる。これらの乳酸菌は、１種単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。乳酸菌の入手方法としては、特に制限されるものではなく、市販品を用いることができる。また、例えば、ヨーグルト等の乳酸菌を含む食品そのものや、これから単離された乳酸菌を用いてもよい。

なお、乳酸菌の添加は、少なくとも平面状に広げられた状態の下水汚泥残渣ペレットに対して行うが、次工程において山積み状態とした下水汚泥残渣ペレットに対しても再度行うことにより、より全体のペレットに乳酸菌を付与することが可能となる。

原料である下水汚泥残渣ペレットに対してバチルス菌を添加し、ペレット表層部を乾燥させた後、乳酸菌を添加することにより、バチルス菌をペレット内部に担持させると共に、表層部に乳酸菌を担持させることができ、ペレットに２種類の菌の２層構造を形成することができる。２種類の温度活性領域の異なる菌体を用いることにより、相互的に各菌体が活性化するため、物理的な加熱装置を必要とせず、自然発酵のみで６０℃〜７０℃の発酵温度を持続させることができる。

山積工程（Ｓ６）は、下水汚泥残渣ペレットを山積みにする工程であり、例えば、乳酸菌の添加終了後、１時間以内に行うことが好ましく、３０分以内に行うことがより好ましい。この工程は、例えば、平面状のペレット群を外側から包み込むように山を形成することが好ましく、できる限り高い山を形成することが望ましく、安息角で山積みすることが特に好ましい。また、ペレット群を山脈状（所定方向に延設した状態）に山積みして発酵を行うことが、大量の菌担持下水汚泥残渣ペレットを効率的に発酵できることから好ましい。

発酵工程（Ｓ７）は、山積状態の下水汚泥残渣ペレットを発酵させる工程であり、必要に応じて、切り返し（切返し工程：Ｓ７１）及び水分調整（発酵時水分調整工程：Ｓ７２）を１回又は２回以上行う。すなわち、ペレット群の発酵温度が低下した際に、切返しを行うと共に、水分量を調節することで、酸素の供給及び菌体分布の平均化を図り、均一な発酵と有用微生物の増殖を持続させることを可能とする。また、この切り返しにより、ペレットの表層部が粉状となってペレット本体から分離され、塊状のペレットと粉の混合体となる。

本発明においては、山積状態で発酵を進めることから、山積み状のペレット群の中央部から頂点に向かって微生物により高温域が長時間形成されるため、内部におけるバチルス菌及び乳酸菌を含む有用微生物の活性が上がる。また、外側表層部と深層部に温度差の異なる領域が形成され、温度領域の異なる菌体の活性領域を形成することができる。例えば、表面から深さ５〜１０ｃｍの層に、糸状菌類が増殖し、その内側で乳酸菌類及び酸化細菌類が増殖し、深層部でバチルス菌類が増殖する。表層付近の温度は、３０〜４５℃程度の温度領域に保持され、深層部の温度は、６０〜７０℃程度の温度領域に保持される。

発酵過程においては、山積み状のペレット群では、次のような作用が生じていると考えられ、これにより、自然発酵のみで高速に発酵下水汚泥残渣ペレットの生産が可能となると考えられる。
まず、下水汚泥残渣ペレットに担持したバチルス菌及び乳酸菌の活動を見た場合、乳酸菌は、その活性温度域がバチルス菌よりも低いため、ペレットの発酵の促進剤となり、バチルス菌の活動温度域まで温度を上昇させる。すなわち、まず、活性温度域１５〜４２℃である乳酸菌が、ペレット単体表層部で水溶性成分である単糖類を分解し、その分解過程で発生した代謝熱でペレット単体の温度を上昇させる。さらに、乳酸菌は代謝により大量の乳酸や抗生物質を作り出すため、ペレット単体の表面周囲の環境を酸性にし、酸に耐性のない他の微生物を寄せつけなくなり、また抗生物質により雑菌などの微生物を排除する。ペレット単体表層部の乳酸菌が活性することによりペレット単体温度が徐々に上昇し、ペレット単体内部に存在している高温域で活性を行うバチルス菌（活性温度域２０〜６５℃）が徐々に活動し始める。

バチルス菌は、ペレット単体内部の有機物を分解して単糖類へ変換し、その単糖類は、再び表層部の乳酸菌の代謝により利用される。これらの多数の微生物が一斉にペレット単体の有機物を分解することによって発生した代謝熱が、狭い範囲で山積み状のペレット群深層部の温度を６０〜７０℃まで上昇させる。山積み状のペレット群深層部の温度を６０〜７０℃まで上昇させることにより、耐熱性の乏しい病原菌や雑菌などを死滅させることが可能となる。さらに、山積み状のペレット群深層部の温度が乳酸菌死滅温度に達した場合、乳酸菌は死滅するが、死滅した乳酸菌はバチルス菌の代謝に利用されるため、バチルス菌を安定して増殖させることが可能となり、さらに乳酸菌の乳酸などの代謝副産物をペレット単体に付加させることが可能となる。ただし、山積み状のペレット群の外側表層部では乳酸菌死滅温度に達しないため、深層部に比べて乳酸菌と酸化細菌を含む多数の微生物が存在している。このように、本発明の発酵過程において乳酸菌とバチルス菌を用いることにより、加熱装置を必要とせず自然発酵を効率よく行うことが可能となる。

他方、山積み状のペレット群全体でみた場合、山積みした初期段階では、糸状菌類が多量に繁殖し、山積み状のペレット群の外側表層部に５〜１０ｃｍの厚さで糸状菌類の高密度層が生成された後、全体に糸状菌類が繁殖を始めると同時に、内部温度の上昇とともにバチルス菌の増殖やその他の酸化細菌類の代謝の活性が上がり、深層部では６０〜７０℃の高温域に、山積み状のペレット群の側面表層部では３０〜４５℃の低温度域の温度差が生まれる。この温度差の違いにより、山積み状のペレット群の表層部では低温域で活動する糸状菌類の活動が活発となり、その内側では、乳酸菌、酸化細菌類及びバチルス菌の混合の活動域となり、深層部では高温域で活性を行うバチルス菌が活発に活動する。

また、山積み状のペレット群の深層部では、有用微生物による好気性発酵が行われ、糖類、タンパク質、ヘミセルロースやセルロースが分解され、水と二酸化炭素、アンモニアに無機化されるが、一部は微生物の代謝産物として残存する。一部の生成された水蒸気などは、頂上部から放出されるが、山積み状のペレット群の表層部の糸状菌類の高密度層により、一部は側面部からは放出されず、頂上部から放出されなかった代謝産物を含む水蒸気は山積みにしたペレット内部で自然対流する。自然対流する過程において代謝産物が重合して難分解性化合物が生成され、ペレットに含まれるリグニンやタンニンなどの難分解性の残存物と代謝産物の重合物が反応し、腐植物質（フルボ酸やフミン酸）を生成する。また、山積み状のペレット群の頂上部から複合された代謝産物の水蒸気の一部が放出されることで、山積みの内部が減圧され、減圧されたことによって側面表層部の隙間から空気を取り込む作用が働き、山積み状のペレット群の内部の有用微生物の好気性発酵が促進され、さらに重合反応が起こる。

本発明の発酵下水汚泥残渣ペレットの製造方法においては、山積みされたペレットの頂部及び下部を除く中央部を被覆材で覆って発酵させることが好ましい。被覆材としては、シート、載頭円錐状の型枠等を挙げることができ、紫外線を遮断する材料からなることが好ましい。

被覆材で覆って発酵させることにより、山積み状のペレット群が保温され、内部の温度が上昇して発酵が促進され、山積み状のペレット群の発酵がより均一に進む。すなわち、この被覆材の保温効果により、発酵が進みにくい山積み状のペレット群の中央下部（深層部）の温度が上昇して発酵が促進され、これにより、発酵により生成したアンモニアを含む水蒸気等が山の頂部から放出されると共に、これに伴って山の底部側面から外気が導入される。さらに、外気の導入により酸化細菌類等の活動が活発となってさらに内部の発酵が促進するという好循環が生まれる。また、被覆材により、発酵により発生したアンモニアを含む水蒸気等の外部への拡散を防止して、製造される発酵下水汚泥残渣ペレットに含まれるアンモニアを含む水蒸気等の含有量を増加させ、活性した菌によりアンモニアを効率よく消化させて、発酵下水汚泥残渣ペレット内部に硝酸態窒素の含有量を増加させることができる。また、被覆材により紫外線を防止して、発酵時に有用な菌（表面に生息する糸状菌等）が死滅することを防ぐことができる。

また、発酵下水汚泥残渣ペレットの製造方法においては、山積み状のペレット群の下方中央から上方に向かって空気を導入してもよい。これにより、発酵の進みにくい山積み状のペレット群の中央下部（深層部）の発酵を促進させることができる。なお、山積み状のペレット群の下方中央からの空気導入量を多くし、その周囲の空気導入量を少なくして、山積み状のペレット群の下方全体から空気を導入してもよい。

発酵下水汚泥残渣ペレットは、発酵開始から１４〜２０日程度で完成することができる。発酵下水汚泥残渣ペレットは、原料の下水汚泥残渣ペレットに比して、２〜３倍以上のフルボ酸やフミン酸を含有する。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。

［予備試験］
脱水ろ液内には、腐敗菌や雑菌類等が存在し、生の状態でバイオフィルター装置に投入すると、バイオフィルター内部の菌体減少、微生物層のバランスの崩れなどが懸念された。したがって、脱水ろ液の無害化前処理を実施する方法を考案し、無害化処理（菌体処理）された液体をバイオフィルター装置で処理することで、ＣＯＤ及び色度を低減することを目的とした。
なお、本実施例における脱水ろ液としては、長崎市東部下水処理場で低分子化処理（水熱処理）が施された下水汚泥残渣の脱水ろ液を使用した。

１．菌体処理液の植物に対する影響
（１）脱水ろ液（原液）の植物に与える影響の確認試験
トマトの脇芽を用いた脱水ろ液の発根障害試験を実施した。なお、従来の発芽試験は時間がかかりすぎるため、短時間で影響が確認できるトマトの脇芽を使った試験を採用した。

試験管内に、脱水ろ液を充填した試験体を３つ用意し、トマトの脇芽を試験体溶液中に投入し、初根及び葉の障害を確認した。
その結果、２４時間経過で３検体ともに萎れの現象が確認された（図４参照）。その後の経過において、４日で茎部の腐敗が確認された（図５参照）。
これらの結果から、脱水ろ液には腐敗菌類が存在することが明らかとなった。

（２）菌体無害化処理による脱水ろ液（原液）の変化の確認試験
上記のように、脱水ろ液の植物に対する影響の確認試験において、脱水ろ液中に含まれる腐敗菌等の影響により、トマトの脇芽が腐敗することが確認された。この脱水ろ液の障害の低減のために、菌体処理による問題解決を試みた。

具体的には、容器に脱水ろ液を投入した後、バチルス菌単独、乳酸菌単独、及びバチルス菌及び乳酸菌の複合菌をそれぞれ投入し混合した。それぞれの菌体について、撹拌有無による２処理を実施した。

図６に、各処理液の写真を示す。１は、原液１Ｌであり、２は、原液１Ｌバチルス菌１００ｍＬであり、３は、原液１Ｌ乳酸菌１００ｍＬであり、４は、原液１Ｌバチルス菌１００ｍＬ乳酸菌１００ｍＬであり、５は、原液１Ｌバチルス菌１００ｍＬ撹拌ありであり、６は、原液１Ｌ乳酸菌１００ｍＬ撹拌ありであり、７は、原液１Ｌバチルス菌１００ｍＬ乳酸菌１００ｍＬ撹拌である。

実施の結果、バチルス菌において、脱水ろ液の色の変化が顕著に確認された。乳酸菌においては、臭気の低減が顕著に確認された。これらの方法の中でバチルス菌及び乳酸菌の複合菌で撹拌処理を施した処理方法が最も有効であることが確認された。

（３）菌体処理した脱水ろ液の植物に与える影響の観察
上記（２）で最も有効であったバチルス菌と乳酸菌の複合菌の撹拌処理を用いて上記（１）と同様の初根試験を実施した。
試験の結果、３日で初根を確認し、１０日で根の状態が良好に生育していることが確認された（図７）。すなわち、バチルス菌及び乳酸菌の複合菌で菌体処理を施した処理液は、試験体トマトの茎の断面細胞を腐敗させることなく、水分吸収が行えることが確認された。この菌体処理により、脱水ろ液（原液）に含まれる腐敗菌が抑制されたと推察される。

［脱水ろ液の無害化処理（菌体処理）］
予備試験において、脱水ろ液の菌体処理には、バチルス菌及び乳酸菌が有効であることが確認された。本実施例では、この２種類の菌体に酵母菌を混合した菌体処理液を用いることにした。なお、酵母菌は、死ぬと、アミノ酸、ミネラル、核酸、植物ホルモン及びビタミンなどの生理活性物質を放出する。バチルス菌は、糖分と酵母菌から放出されたアミノ酸を餌にタンパク質を分解する酵素（プロテアーゼ）を生成し、生成した酵素によりタンパク質が分解され、アミノ酸やビタミンＢ群を合成する。乳酸菌は、バチルス菌が合成したアミノ酸やビタミンＢ群や糖を餌にして乳酸を作る。各菌体が生成した成分は、各菌体により利用されるため、本実施例では、乳酸菌、バチルス菌及び酵母菌を使用した。

具体的には、１０リットルのポリタンクに、糠から培養した乳酸菌と、納豆から抽出したバチルス菌と、酵母菌と、糖とを混合した菌体混合液を１リットル投入した後、脱水ろ液５リットルと混合し、エアレーション量１リットル／ｍｉｎを施し、５日〜１０日間処理をした。処理前後において、検知管によりアンモニア濃度を測定した。その結果を表１に示す。なお、表１の値は、数回同じ試験を実施した際の平均値を示す。

表１に示すように、アンモニア濃度は、菌体処理を行うことで、低減されることが明らかとなった。
また、脱水ろ液の実際の臭気は、通常、アンモニア以外にも下水処理場特有の嫌な臭気を感じるが、菌体処理液はアンモニアの臭気が減少し、下水処理場特有の嫌な臭気も感じられなかった。
したがって、乳酸菌及びバチルス菌を用いた菌体処理は、脱水ろ液を無害化させることができることが明らかとなった。

［バイオフィルター装置］
本発明のバイオフィルター装置は、第１のバイオフィルターと第２のバイオフィルターとを用いて構成された。

（第１のバイオフィルターの菌体生息媒体Ａ）
菌体生息媒体に用いた発酵ペレットを肥料として施用して作物を栽培した後の畑の土壌を網目１分（３．０３ｍｍ）の篩で石や植物根を取り除いた土壌と、バーク堆肥やピートモス、パーライト、ココピートなどで構成されている市販の培養土（商品名：有機入り野菜畑の土とを混合割合（重量）１：２で混合し、そこに本発明の発酵ペレットを混合したものを用いた。

表２に、菌体生息媒体Ａを構成する粒子の大きさ別の存在割合を示す。本測定は、菌体生息媒体Ａ１ｋｇの中からペレットを分離し、３ｍｍ及び２ｍｍの篩にかけて粒子別に分離した。本測定を３回実施し、その平均値を求めた。

表２より、２ｍｍ以下の粒子が最も多く４３．７％であり、２〜３ｍｍの粒子は２３％であり、ペレットは２％の割合で混合されていた。その他は、３ｍｍを超える粒子の大きな有機物などである。

（第２のバイオフィルターの菌体生息媒体Ｂ）
本発明の発酵ペレット（機能性コンポスト）を肥料として施用し作物を栽培した後の畑の土壌を網目１分（３．０３ｍｍ）の篩で石や植物根を取り除いた土壌：本発明の発酵ペレットの混合割合（重量）１：０．０１で混合したものを用いた。

なお、これら菌体生息媒体Ａ及び菌体生息媒体Ｂは、物理的構造だけで構成されているわけではなく、発酵ペレットを投入することにより、ペレットに含まれる菌体とフルボ酸などの効果によって媒体内部の菌体が活性化され、媒体内部に定着している菌体の増殖および硝化による代謝物（有機のり）の放出で形成されたフィラメントにより形成された構造のものであり、物理的要素と生物的要素を併せもっている。なお、発酵ペレットを加えない畑の土をふるいにかけた団粒構造の物理的要素の媒体だけでは、微細有機物粒子（難吸着性物質）の吸着は十分でないことが確認された。

上記バイオフィルターに用いた本発明の発酵ペレットは、以下のように製造した。
原料となる下水汚泥残渣ペレットとしては、低分子化処理された下水汚泥残渣からなる「東長崎実証１号」（農林水産大臣登録肥料）を、直径１０ｍｍ、長さ２５ｍｍ程度の形状にペレット化したものを用いた。

まず、フレキシブルコンテナから原料となる下水汚泥残渣ペレット約１０００ｋｇを取り出し、平面状に広げ、１週間放置した。

１週間放置後の平面状に広げた下水汚泥残渣ペレットの上方から水１７０Ｌを全体に投入し、加水を行った。その後、市販の納豆から単離したバチルス菌を水に溶解し、３０Ｌに調整したものを、下水汚泥残渣ペレット全体に投入した。当初は、上層部しか湿っていなかったが、約３時間後には下部まで湿っていた。

バチルス菌を添加した下水汚泥残渣ペレットを１２時間乾燥させた後、乳酸菌（米糠から培養した乳酸菌）２００ｍＬを溶解した水１０Ｌを、下水汚泥残渣ペレットの上方から投入し、山積みにした後、再度、乳酸菌２００ｍＬを溶解した水１０Ｌを全体に散布し、さらに水１０Ｌを散布した。

１週間発酵させた後、１回目の切り返しを行い、山積み後に、水１００Ｌを添加した。

さらに５日間発酵させた後、２回目の切り返しを行い、山積み後に、水１００Ｌを添加し、さらに、８日間発酵させて、本発明の発酵ペレットを完成させた。

［実施例１］
５０φ高さ６００ｍｍのパイプの中に菌体生息媒体Ａを充填し、実施例１のバイオフィルター装置とした。この実施例１のバイオフィルター装置に、無害化処理（菌体処理）を施した脱水ろ液全１リットルを数回に分けてバッチ式で投入した。脱水ろ液、菌体処理液、及び実施例１のバイオフィルター装置に５回ろ過した処理液のＣＯＤ、色度及び濁度の結果を表３に示す。

表３に示すように、菌体処理を実施することで、ＣＯＤと濁度は減少するが、色度は増加した。実施例１のバイオフィルター装置で５回した時のＣＯＤは、脱水ろ液に比べて約４倍低くなり、色度は、脱水ろ液に比べて約５倍低くなり、濁度は、脱水ろ液に比べて約１０倍低くなった。１〜４回ろ過時も、目視ではあるが、同じように色度が低減していた。

［実施例２］
実施例１より、菌体生息媒体Ａは、ＣＯＤ及び色度の低減、並びに微細有機物粒子（難吸着性物質）の吸着が可能であることが明らかとなった。そこで、より実用的な試験を実施した。

寸法約４８５×３３０×２５０（ｍｍ）の底部に多数の小孔が形成された容器に菌体生息媒体Ａを充填したものを３段積みにし、菌体処理を施した脱水ろ液２０リットルを連続式で投入し、その時に各層から排出した液体について可視光吸光度計によるスペクトル分析を実施した。

図８は、菌体処理液及び各層から排出された処理液における色度（３９０ｎｍ）と全窒素（５４０ｎｍ）のスペクトルの分析結果である。左のグラフが色度を示し、右のグラフが全窒素量を示す。色度は、菌体処理液に比べて、各段のバイオフィルターを通過した液体において低い値が計測された。しかし、各段のバイオフィルターにおける色度の差は少ないことを確認した。また、全窒素量は、菌体処理液に比べて、各段で低い値となり、さらに、バイオフィルターの段数が増えるにつれ値が減少傾向を示した。この全窒素量の減少傾向は、液中に含まれる不可給態窒素（未分解有機物）が、バイオフィルターに吸着されたことにより減少傾向を示したと考えられる。

したがって、本実施例の結果から、菌体生息媒体Ａにより、色度の低減及び微細有機物粒子（難吸着性物質）量の吸着が可能であり、多段式にした場合、難吸着性物質量は減少するが、色度は変化しないことが明らかとなった。

［実施例３］
実施例２より、菌体生息媒体Ａは、色度の低減及び難吸着性物質の吸着が可能であることが明らかとなったが、多段式にしても色度の減少が確認できなかった。そこで、菌体生息媒体Ａよりも孔隙率の低い媒体と複合して利用することで色度の低減効果を向上する方法を検討した。

２００φ高さ２０ｃｍの容器に菌体生息媒体Ａを充填したバイオフィルターを上段１、２段目に、２００φ高さ２０ｃｍの容器に菌体生息媒体Ｂを充填したバイオフィルターを下段３、４段の計４段積みにし、菌体処理を施した脱水ろ液を１００ｍｌ／ｍｉｎの速度で合計１リットルをバッチ式で合計４リットル投入した。その時に、各層から排出された処理液について可視光吸光度計によるスペクトル分析を実施した。図９は、各層から排出された処理液における色度（３９０ｎｍ）と全窒素（５４０ｎｍ）のスペクトルの分析結果である。左のグラフが色度を示し、右のグラフが全窒素量を示す。

図９に示すように、本実施例における色度の結果は、下段に進むにつれ減少傾向を示した。また、全窒素量も下段に進むにつれ減少傾向を示した。最下段のバイオフィルターから排出された処理液における色度と全窒素量は、実施例２で得られた結果に比べて低減できたことが確認された。

［実施例４］
実施例３において、異なるバイオフィルター（菌体生息媒体）を使用することで、ＣＯＤ及び色度、並びに難吸着性物質の吸着効果をより得られることが明らかとなった。そこで、本実施例では、さらに実用的な例として、実施例３で構築した４段構造の下に、４段構造から排出された際に、溶出された土壌粒子などを濾す媒体（物理的フィルター）を設置した。

実施例４のバイオフィルター装置の構成は、約０．２７ｍ^２で高さ２０ｃｍのプラスチック船（寸法８２０×５１１×２０７ｍｍ）の底部に多数の小孔が形成された容器を４つで構成された構造である。１段目と２段目の菌体生息媒体の構成は、各菌体生息媒体の底にヤシ殻を１ｃｍ程敷き込み、その上に菌体生息媒体Ａを約１５ｃｍ程度敷き詰めたものである。３段目と４段目の菌体生息媒体の構成は、同様に、底にヤシ殻を１ｃｍ程敷き込み、その上に菌体生息媒体Ｂを約１０ｃｍ程度敷き詰めたものである。

この４段構造の下に、同サイズのプラスチック船の底からシュロのシート、その上に川砂、その上に木炭を敷き詰めた３層構造の媒体を設置した。本実施例では、この全５段構造で試験を実施した。

全５段で構成されたバイオフィルター装置の上部開口部から、菌体処理を施した脱水ろ液を水で５倍希釈したものを１０リットル／ｍｉｎの速度で投入し、１０分間隔で計５回、合計５０リットル／ｄａｙをバッチ式で投入した。

投入した菌体処理液と、本発明のバイオフィルター装置から排出された処理液について、可視光吸光度計によるスペクトル分析、硝酸態窒素濃度、電気伝導度、ｐＨ及びカリウムイオン濃度の分析を実施した。試験は、５日間の投入後、２日間はバイオフィルター内部の有機物を菌体により消化させる期間とし、この７日間を１サイクルとし、合計２サイクルの１４日間の菌体処理液投入試験を実施した。なお、１日目、１５日目及び１６日目は、ため水のみを投下した。合計投入量は６００Ｌである。

図１０に、バイオフィルター装置に投入する前と後の液体における色度（３９０ｎｍ）の経時変化を示す。左のグラフが投入前（菌体処理液）を示し、右のグラフが投入後（ろ過処理液）を示す。
１日目は、フィルターの立ち上がりのため、ため水を透過しており、この時の色度は、フィルター装置透過前も後も同程度を示した。２日目以降は、菌体処理液の色度に比べて、透過後の液体の色度を判定するスペクトルの分析の結果は０．１以下であり、低くなった。１５日目及び１６日目は、水を透過しているため、同程度の値を示した。
以上の結果より、本バイオフィルター装置は、液体中の色度低減につながることが明らかとなった。

図１１に、バイオフィルター装置に投入する前と後の液体における全窒素（５４０ｎｍ）の経時変化を示す。左のグラフが投入前（菌体処理液）を示し、右のグラフが投入後（ろ過処理液）を示す。投入前と投入後の全窒素の波長帯におけるスペクトル分析結果は、投入前に比べて投入後のスペクトルの値が減少した。この傾向は、菌体処理液投入を５日間毎日透過しても変わらなかった。一方、水だけを透過した日については、同程度の値を示した。

以上の結果から、全窒素が減少したのは、本バイオフィルター装置のバイオフィルターにより、難吸着性物質が吸着されたことによるものであることが確認された。したがって、菌体処理液の投入量によるバイオフィルター内の負荷が増加しても、色度の低減効果及び難吸着性物質の吸着効果は低減されなかった。

参考として、本実施例において色度計による色度と濁度の測定を実施した結果を、表４に示す。測定は、別の日で２回実施した。下水処理場で採取し測定した脱水ろ液の色度は２０００に対し、本実施例における、ろ過液の色度は３５０であり、濁度は１０〜２０であった。実施例１で行った色度及び濁度の結果に比べ、色度は低減し濁度はほとんど変化を確認できなかった。したがって、実施例４における試験構成は、実施例３以前の試験構成に比べて、色度の低減をさらに向上させる技術を確立した。

図１２に、本実施例におけるバイオフィルター装置投入前（菌体処理液）と投入後（ろ過処理液）の硝酸態窒素濃度の結果を示す。硝酸態窒素濃度が高い方が、ろ過処理液である。

図１２に示すように、硝酸態窒素濃度は、菌体処理液に比べてろ過液で高い値であった。しかし、投入から５日目の投入時にはほとんどその値は、同じになった。８日目以降の透過試験においても同様の傾向が確認され、投入開始から４日目までは、菌体処理液に比べて、ろ過処理液で硝酸態窒素濃度が高い結果となったが、５日目はほとんど同じ値になった。この傾向は、２日間の菌体によるバイオフィルター内部に吸着された有機物の消化期間において、バイオフィルター内部の硝酸態窒素濃度が上昇したことにより、以降の透過において、内部の硝酸態窒素が流亡し、ろ過処理液に含まれる硝酸態窒素濃度が上昇したと考察される。

したがって、２日間の消化期間により、バイオフィルター内部に吸着された難分解性有機物が内部の菌体により分解・消化されることで、内部の目詰まりが起きにくくなる。さらに、ろ過液は、多機能的に利用できる液肥として利用できる。また。投入量が蓄積されたとしても、硝酸態窒素濃度は上昇しないことから、有機物の分解・消化並びに流亡のサイクルが確認された。

図１３に、本実施例におけるバイオフィルター装置投入前（菌体処理液）と投入後（ろ過処理液）の電気伝導度の結果を示す。左のグラフが投入前（菌体処理液）を示し、右のグラフが投入後（ろ過処理液）を示す。

図１３に示すように、本実施例における電気伝導度の経時変化において、菌体処理液は、その質により変動があるが、ろ過処理液は、試験開始から１６日目まで菌体処理液の投入におけるフィルター内にかかる負荷が増加したとしても減少傾向を示した。この結果は、透過初期においては、フィルター内にもともと存在していたイオンが流亡したものと考えられるが、５日目以降は、硝酸態窒素と同様で、菌体による有機物の分解によるイオンの放出及び透過による流亡が繰り返されたものと考えられる。

以上の結果から、本バイオフィルター装置は、脱水ろ液を菌体処理した菌体処理液を用いて透過することで、色度及びＣＯＤの低減、並びに微細有機物粒子（難吸着性物質）の吸着効果を有し、２日間のバイオフィルター内部の菌体による有機物分解・消化作用により、目詰まりの改善効果及びろ液の液肥としての利用が可能であること明らかとなった。

なお、ろ液を原液のまま作物に完遂したとしても枯れず、生育は良好であった。

本発明は、下水処理場等で下水汚泥残渣を脱水処理する際に発生する脱水ろ液の処理に用いることができることから、産業上の有用性は高い。

１ バイオフィルター装置
２ バイオフィルター
３ 小孔
４ 菌体生息媒体
１０ 下水汚泥残渣脱水ろ液処理システム
１１ 脱水ろ液タンク
１２ 無害化処理装置（菌体混合タンク）
１３ バイオフィルター装置
１３ａ バイオフィルター
１３ｂ 物理的フィルター
１４ 配管
１５ 配管
１６ 処理液（液肥）保持タンク
１７ 排出配管
１８ 返送配管
１９ 菌体保持タンク
２０ 送給ポンプ
２１ エアフィルター
２２ エアポンプ
２３ 送気管
２４ 液肥用バルブ

Claims (21)

1. 好気性菌体が生息する菌体生息媒体を具備するバイオフィルターを備えたバイオフィルター装置であって、
   前記菌体生息媒体が、下水汚泥残渣ペレットの内部にバチルス菌を担持させると共に表層部に乳酸菌を担持させた菌担持下水汚泥残渣ペレットを発酵させて製造した発酵下水汚泥残渣ペレットを含むことを特徴とするバイオフィルター装置。
2. 下水汚泥残渣ペレットが、難分解性高分子を低分子化する処理が施された下水汚泥残渣をペレット加工したものであることを特徴とする請求項１記載のバイオフィルター装置。
3. 菌体生息媒体が、団粒土壌を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のバイオフィルター装置。
4. 少なくとも団粒土壌、植物性有機資材、及び発酵下水汚泥残渣ペレットを含む菌体生息媒体を具備する第１のバイオフィルターと、
   少なくとも団粒土壌、及び発酵下水汚泥残渣ペレットを含む菌体生息媒体を具備する第２のバイオフィルターと、
   を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載のバイオフィルター装置。
5. 下水汚泥残渣の脱水ろ液を処理するために用いられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載のバイオフィルター装置。
6. 下水汚泥残渣の脱水ろ液中の腐敗菌及びアンモニアを低減する無害化処理装置と、
   該無害化処理装置で処理した脱水ろ液をろ過する請求項１〜５のいずれか記載のバイオフィルター装置と、
   を備えたことを特徴とする下水汚泥残渣脱水ろ液処理システム。
7. 無害化処理装置が、菌体を用いる処理装置であることを特徴とする請求項６記載の下水汚泥残渣脱水ろ液処理システム。
8. バイオフィルター装置で処理した処理液の一部を、無害化処理装置に投入する返送機構を備えたことを特徴とする請求項６又は７記載の下水汚泥残渣脱水ろ液処理システム。
9. 下水汚泥残渣の脱水ろ液中の腐敗菌及びアンモニアを低減する無害化処理工程と、
   該無害化処理した脱水ろ液を請求項１〜５のいずれか記載のバイオフィルター装置に投入してろ過するろ過工程と、
   を有することを特徴とする下水汚泥残渣脱水ろ液の処理方法。
10. 無害化処理工程が、菌体を用いる処理であることを特徴とする請求項９記載の下水汚泥残渣脱水ろ液の処理方法。
11. 無害化処理工程で用いる菌体が、乳酸菌及びバチルス菌を含む複合菌体であることを特徴とする請求項１０記載の下水汚泥残渣脱水ろ液の処理方法。
12. 無害化処理工程が、脱水ろ液に、ろ過工程後の菌体を含む処理液を添加する工程であることを特徴とする請求項１０記載の下水汚泥残渣脱水ろ液の処理方法。
13. ろ過工程が、所定量の脱水ろ液を投入後、所定期間をあけて次の所定量の脱水ろ液を投入するバッチ処理であることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか記載の下水汚泥残渣脱水ろ液の処理方法。
14. 下水汚泥残渣の脱水ろ液が、難分解性高分子を低分子化する処理が施された下水汚泥残渣の脱水ろ液であることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか記載の下水汚泥残渣脱水ろ液の処理方法。
15. 下水汚泥残渣の脱水ろ液中の腐敗菌及びアンモニアを低減する無害化処理工程と、
    該無害化処理した脱水ろ液を請求項１〜５のいずれか記載のバイオフィルター装置に投入してろ過するろ過工程と、
    を有することを特徴とする液肥の製造方法。
16. 無害化処理工程が、菌体を用いる処理であることを特徴とする請求項１５記載の液肥の製造方法。
17. 無害化処理工程で用いる菌体が、乳酸菌及びバチルス菌を含む複合菌体であることを特徴とする請求項１６記載の液肥の製造方法。
18. 無害化処理工程が、脱水ろ液に、ろ過工程後の菌体を含む処理液を添加する工程であることを特徴とする請求項１６記載の液肥の製造方法。
19. ろ過工程が、所定量の脱水ろ液を投入後、所定期間をあけて次の所定量の脱水ろ液を投入するバッチ処理であることを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか記載の液肥の製造方法。
20. 下水汚泥残渣の脱水ろ液が、難分解性高分子を低分子化する処理が施された下水汚泥残渣の脱水ろ液であることを特徴とする請求項１５〜１９のいずれか記載の液肥の製造方法。
21. 脱水ろ液に比較して硝酸態窒素量が増加した液肥を製造することを特徴とする請求項１５〜２０のいずれか記載の液肥の製造方法。