JP2022169414A - 排水浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】豚舎などの極めて有機物の含有量の多い排水でも簡単な構造で、ＢＯＤ値を下げることができる排水処理装置を提供しようとするものである。【解決手段】本発明の排水浄化装置は、オゾン発生器１５で発生したオゾンをインジェクター１６送る。インジェクター１６によってオゾンはヒドロキシラジカルとなり、汚水中の有機物を分解する。また、インジェクター１６を通過する汚水は循環ポンプ２１によって循環し、汚水中の有機物はさらに分解される。【選択図】図３

Description

本発明は、特に養豚場より排出される豚の糞尿等の汚水を処理する排水浄化装置に関するものである。

従来より、畜産場の糞尿を処理する設備としては、液体状の物を曝気槽で処理したり、固形の物は発酵によって処理していた。特に牛糞や鶏糞は発酵させる事で肥料としての用途があるが、豚の糞は肥料としての価値が低く、以下のような処理方法が採られている。
つまり、養豚場から排出される汚水量は成豚一頭あたり４から６リットルと言われており、糞と汚水のＢＯＤはそれぞれ６０，０００と５，０００ｐｐｍと言われているが、固液分離されても汚水には糞が混入しそのＢＯＤは１０，０００ｐｐｍ前後になる場合が多い。

一般的には固液分離により糞は堆肥化を行うが、糞まじりの高濃度汚水はこのまま放流してはならず浄化する必要がある。最近は汚水を長時間曝気して酸化がある程度進んで悪臭が減少し、ＢＯＤが３，０００－５，０００ｐｐｍ程度にまで低下したものを液体肥料として有効利用する試みが行われてきた。これは自然界の循環として注目されてきたが、農家が肥料として使用する時期が限られており、また使用量も限られているので毎日発生するこの液肥がだぶつき結局は浄化して放流しなければならないのが現状である。

浄化方法は活性汚泥法とその改良した方法を中心とした生物酸化法、膜分離活性汚泥法など多くが開発され利用されているが、多くの問題を抱えているのが現状である。
また初期投資や維持管理費が高いだけでなく設置面積が大きく、運転方法が難しく専門家が管理する大型施設以外中小施設では管理ができていないのが実情である。さらに大きな問題はこの方法では曝気をするので悪臭が周囲に拡散し、必然的に大量に発生する余剰汚泥の処理が大きな問題になっている。このため、汚泥は今までは処理業者が海洋投棄や埋め立てなどをしてきたが近年国際条約によって海洋投棄は禁じられまた埋立地の確保が難しくなって困っているというのが現状である。

このような事情から規模の大きな農場では活性汚泥法などにより浄化が行われているが中小規模の農家ではその負担が大きく設備投資が厳しい状況である。大規模農場でもその設備投資が大きくまた運転技術が難しく維持費も高くつくばかりでなく曝気による悪臭の拡散と必然的に発生する余剰汚泥の処分に困っているのが現状である。そこで酵素を使って糞尿の分解を促進するという技術が開発された。

このようなものの例として、特許文献１に開示されたものがある。これは糞尿を混合原水槽１に貯溜し、混合原水槽１内に、パイナップル果汁から抽出したブロメライン酵素にその触媒機能を促進する酵母とクエン酸水とを混合した糞尿分解処理剤を散布し、糞尿分解処理剤を散布した糞尿を、複数の処理槽に順次越流させながら、糞尿中の微生物を活性化させ、この微生物の働きでその糞尿における主に有機物を分解処理して水質を浄化するようにしている。

特開２００４－２７５９４９

上記の特許文献１に開示された技術には、パイナップルより得られる酵素を使って効果的に養豚場より排出される糞尿を処理するものであり、浄化の効果が高いものである。しかし、パイナップルを使うため処理費用が高くなるという問題がある。また処理量が増加するにつれ、材料として多量のパイナップルが必要になり、パイナップルの栽培量も増やす必要がある。

本発明は以上の点に着目し、材料として入手の容易な木材を使い、また空気を使う事によって、処理費用が安価であり、処理量が多量になっても対応が容易であり、さらに設備の専有面積も小さな排水浄化装置を提供しようとするものである。

本発明は、複数の処理槽からなり、最初の処理槽には豚の糞尿から固形物を取り除いた排液を入れるとともにヒドロキシラジカルによって悪臭と難分解性物質を分解し、次の槽によって排液に酸素を供給して酸化し、次に流量調節槽に送り、排液を木材チップと微生物が充填されている反応槽に通して生分解し、次にヒドロキシルラジカルにより脱色、殺菌させる殺菌槽を通すようにしたものである。

本発明の排水浄化装置は、以上のように養豚場から出るし尿をヒドロキシラジカルによって悪臭を除き、木材チップと微生物によって好気菌の活動を促進し、最後に再びヒドロキシラジカルによって殺菌しているため、悪臭が発生せず、またＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）が少なくなっているので、下水に放流しても問題がない。

さらにヒドロキシラジカルを使っているため、酸化力が強く、豚の糞に含まれる糖質やタンパク質や脂質などあらゆる有機物質と反応するため、臭気成分が短時間で分解される。そして、微生物による分解の前にヒドロキシラジカルによって殺菌しているため、嫌気菌などの雑菌がなくなり好気菌が有効に機能することができる。

本発明の排水浄化装置は、ヒドロキシラジカルを使って殺菌した後に酸素によって酸化しており、脂肪分の微生物による分解が促進される。

本発明の排水浄化装置の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の排水浄化装置の汚水の流れを示す流れ図である。 本発明の排水浄化装置の分解槽の詳細を示す側面図である。 本発明の排水浄化装置の反応槽の詳細を示す側面図である。

本発明の請求項１に記載の発明は、複数の処理槽からなり、最初の処理槽には豚の糞尿から固形物を取り除いた排液を入れるとともにヒドロキシラジカルによって悪臭と難分解性物質を分解し、次の槽によって排液に酸素を供給して酸化し、次に流量調節槽に送り、排液を木材チップと微生物が充填されている反応槽に通して生分解し、次にヒドロキシルラジカルにより脱色、殺菌させる殺菌槽を通すようにしたものであり、これによって養豚場から排出されるし尿であっても臭気を発生する事なく、処理する事ができ、ＢＯＤの低い排液となるため、下水に放流しても問題がない排水処理装置を実現できる。

以下本発明の排水浄化装置について、実施例を示す図面とともに説明する。本発明の排水浄化装置は、図１～図４に示される複数の処理槽よりなる。先ず、豚舎から発生する汚水と糞の混合した物を図１に示すように豚舎１から原水槽２に入れ、スクリーン３で濾過し、固形物と液体とに分離する。ここで、固形分は外から飛んで来た樹木の小枝とか葉などであり、固形物は焼却する。豚の糞はこのスクリーンを通過し、尿などの液体とともに原水槽２に貯められる。この原水槽２で泥や土などの比重の大きな固形物は沈殿する。

次に原水槽２の沈殿上澄みがポンプ４によって、４つの分解槽５～８に送られる。つまり分解槽は第１分解槽５、第２分解槽６、第３分解槽７、第４分解槽８から構成される。各分解槽５～８は図３に示す構成を有している。この分解槽５～８は。ヒドロキシラジカルのマイクロバブルを発生させるようになっている。ここでマイクロバブルは微細な気泡のことであり、ＩＳＯ（国際標準化機構）規格においてはＩＳＯ ２０４８０－１：２０１７により、直径１～１００μｍの気泡と定義されている。第４分解槽８を通過した汚水は、流量調整槽９を通過し、第１反応槽～第３反応槽１２を通過する。第１反応槽～第３反応槽１２は図４に示す構成を有している。第３反応槽１２を通過した汚水は、脱色・消毒槽１３を通過した後、下水などに放流される。また下水に放流する代わりに液肥として田畑に流すこともできる。

次に図２に示す第１分解槽５～第４分解槽８について図３に沿って詳細に説明する。１４は酸素ボンベであり、ここからオゾン発生器１５に酸素が送られる。オゾン発生器１５は、プラズマ放電や紫外線で酸素からオゾンを発生させるものであり、一般に市販されているため、詳細な説明は省略する。オゾン発生器１５で発生したオゾンはインジェクター１６に送られ、ここでマイクロバブルを発生させ、ヒドロキシラジカルのマイクロバブルとなって、汚水中の有機物を酸化させる。オゾン発生器１５から出たオゾンで高濃度酸素が発生し、この高濃度酸素により生分解し、同時にマイクロバブルによって浮遊物や油分を浮上させることで除去する。インジェクター１６の前後には圧力計１７と圧力計１８とが設置され、この２つの圧力計１７、１８の示す圧力の差が所定の範囲内になるようにバイパス弁１９を調整する。つまり圧力計１７、１８の示す圧力の差が所定の範囲内であると、インジェクター１６を通過する汚水の流量も所定の範囲内になり、適切にヒドロキシラジカルのマイクロバブルが発生する。２０は汚水タンクであり、この中の汚水が循環ポンプ２１によってインジェクター１６に送られる。流量調整槽９は汚水の流量に対して十分な容量を有しており、第４分解槽８から流れて来る流量が下流の反応槽の処理能力を超えている場合には、ここに汚水を貯め、第４分解槽８から送られる汚水の量が少ない場合には、ここに貯めた汚水を放流する。

次に図２に示す第１反応槽１０～第３反応槽１２について図４に沿って詳細に説明する。２２は反応槽本体であり、この中に特殊な木材チップ２３が充填されている。この木材チップ２３は多孔質が適しているので、針葉樹が良い。また殺菌作用のある樹脂の含有が少ない方が良い。このことから、ベイマツ ベイシダ ホワイトウッドなどが適している。このような木材をチップ化し、遠赤外線を与える炉で熱処理して、２５ミクロン前後の均等な大きさの孔が広がった多孔質で、表面積が１０ｍ２／ｇｒになったものである。

２４は多孔質セラミックなどで作られ、木材チップ２３内に設けられた散気管である。この散気管２４に空気が送られ、木材チップ２３の表面には好気菌が多数繁殖し、内部には嫌気菌が繁殖する。この結果、汚水は木材チップ２３と接触し、好気菌によって汚水中の有機物を酸化分解させ、嫌気菌によって還元分解される。２５は汚水を反応槽本体２２に入れる導水管であり、２６は処理された汚水を出す導水管である。また２７は木材チップ２３が流失するのを防ぐスノコである。このような構造の第１反応槽１０～第３反応槽１２は十分に汚水が処理されるように高さが１５００ｍｍ以上で５０００ｍｍ程度が好ましく、散気管２４は下から４５０ｍｍ程度の所が好ましい。また、多量の汚水を処理する場合には、反応槽本体２２をコンクリートで製作し、高さも５０００ｍｍ程度とするとよい。

第３反応槽１２を通った汚水は、脱色・消毒槽１３を通過して下水に放流したり、畑に液肥として放流する。脱色・消毒槽１３では塩素消毒やオゾン消毒をする。この技術は一般的であるため、詳細な説明を省略する。本発明の排水浄化装置は以上の構成よりなり、次にその処理方法について説明する。先ず豚舎１から豚のし尿が排出される。これを原水槽２に入れ、原水槽２のスクリーン３で大きな固形物を取り除くとともに、小石や砂などの比重の大きな物は沈殿によって取り除かれる。大きな固形物や比重の大きな物の取り除かれた汚水はポンプ４によって第１分解槽５～第４分解槽８へと送られる。この段階で汚水のＢＯＤ値は１０，０００ｐｐｍ程度である。

各分解槽は図３に示される構造を有しており、酸素ボンベ１４より供給される酸素は、紫外線やプラズマなどを利用したオゾン発生器１５でオゾンとなる。ここでオゾン発生器１５は市販の物が使える。こうして発生したオゾンは、インジェクター１６によって、マイクロバブルとなりヒドロキシラジカルとなって有機物を分解する。ヒドロキシラジカルはオゾンそのままに比較して２０００倍の酸化力があると言われている。一方で、ヒドロキシラジカルは有機物の分子の２重結合や３重結合の切断には適していないが、インジェクター１６によってヒドロキシラジカルにならずオゾンとして残ったものによって切断される。

オゾンが２重結合や３重結合の切断に適していることは、ハリーズオゾン分解として知られている。よってここでインジェクター１６によって適切にマイクロバブルとオゾンが溶解した水とを作ることで、汚水中の有機物の分解が極めて良好な状態となる。ただ、ヒドロキシラジカルの寿命は１００万分の１秒という短時間であるので、循環ポンプ２１によって循環させることで汚水がヒドロキシラジカルに触れる時間を実質的に長くすることができる。また圧力計１７と圧力計１８とでインジェクター１６前後の圧力損失を見ることができ、これによってインジェクター１６を通過する汚水の流量を知ることができる。つまりインジェクター１６によるヒドロキシラジカルの量とオゾンの量の比を、圧力計１７，１８を見てバルブ１９を調整することで、適切にすることができる。

発明者の実験では１０時間の連続運転でＢＯＤ値は７０％下がり、全窒素（Ｔ―Ｎ）は６５％下がった。ここで１０時間でＢＯＤ値が７０％も下がっているので、汚水中の有機物が微生物によって分解されたとは考えられず、ヒドロキシラジカルの酸化分解反応の結果であると考えられる。さらに汚水のＴ－Ｎ中アンモニア性窒素（ＮＨ４－Ｎ）が酸化分解のみ起こっているならば硝酸性窒素（ＮＯ３）になっていなければならない。しかし、この処理でアンモニア性窒素は大幅に減少し、Ｔ－Ｎも大幅に減少しているが、ＮＯ３は少ししか増加しておらず、時間とともにＮＯ３はさらに減少していった。これらの結果もヒドロキシラジカルはただの酸化反応だけではなく原子間結合の切断まで行っていることを示していると考えられる。

次にマイクロバブルの効果としてその微細な気泡が短命のヒドロキシラジカルをマイクロバブルが包み込み少しはその寿命を延ばす効果も期待される。もうひとつはマイクロバブルの微細な泡が汚水中の浮遊物質（ＳＳ）を浮上させることができる。この浮遊物を浮上させ除去することによって浄化をさらに進めることが出来るものと考えられる。したがって、槽の上部に浮遊物を常に取り除くような装置を取り付けるとよい。浄化する汚水の一日処理量やその濃度などの状況によりオゾン濃度や処理時間を調整するとよい。

以前より汚水中に溶存酸素を多くして生物化学的生分解を活発に行わしめ生分解を促進させることは多くの例が報告されている。しかし、汚水中へ空気をいくら送り込んでも溶存酸素濃度（ＤＯ）は０．５ｐｐｍ程度である。このため、最近はさまざまな溶存酸素（ＤＯ）を増やす機器類が多く出回っており溶存酸素濃度を高め生分解効率を高めているが，これらは酸素発生器で得られた酸素を曝気させるのでロスが多く維持費が高くつく問題があるので実用化は難しいのが現状である。これに対し、本発明のものでは、汚水中でも溶存酸素濃度（ＤＯ）が５０ｐｐｍにも達する。つまり本発明の第１～第４分解槽５～８は、図３から分かるように、オゾン発生器１５とマイクロバブルを発生させるエジェクター１６が組み合わされ、従来の活性汚泥法における曝気による溶存酸素（ＤＯ）の１００倍の濃度で生分解が行われるのでその効率は比較にならないほど高いものである。なお、汚水に溶解している酸素はマイクロバブルの微細な気泡となって少しずつ浮上するが、そのときにも汚水中の浮遊物を浮上させるので槽の上部に浮遊物除去機を取り付けるとよい。また以上の例では分解槽を４台設けたが、汚水の有機物濃度などに応じて台数を増減してもよい。

第４分解槽４を出た汚水は流量調整槽９を経て第１反応槽１０～第３反応槽１２を通過する。ここで各反応槽の作用について説明する。第１反応槽１０～第３反応槽１２はそれぞれ同一の構成である。第１反応槽１０には導水管２５を介して流量調整槽９から汚水が流れ込む。反応槽本体２２内部には多孔質の木材チップ２３が充填されており、既に説明のとおり木材チップ２３の小さなチップ中に好気菌と嫌気菌とが生息している。つまりチップは多孔質で、その表面には好気菌が生育し、チップの多孔質の孔の内部には嫌気菌が生息している。そして多孔質の散気管２４に空気（場合によっては酸素あるいは酸素と空気の混合気であってもよい）を流し、この空気によって木材チップ２３の表面には好気菌が多数繁殖し、内部には嫌気菌が繁殖する。この結果、汚水は木材チップ２３と接触し、好気菌によって汚水中の有機物を酸化分解させ、嫌気菌によって還元分解される。還元分解された汚水は導水管２６を通って次の反応槽に送られ、第３反応槽１２を通過した汚水は、脱色・消毒槽１３で殺菌されて下水あるいは液肥として畑に送られる。以上の実施例では反応槽を３台設けたが、汚水の有機物濃度や気候によって、その台数を増減することもできる。反応槽１２を出た汚水の一部を豚舎清掃水として循環させると同時に一部を豚の飲料水として与え、また豚舎の天井に０，１ｐｐｍ濃度のオゾン発生器を取り付け噴霧させることにより悪臭の除去及び抗菌、抗ウィルス作用により豚舎の疫病の防止に寄与することができる。

本発明の排水浄化装置は、以上の説明のとおり簡単な構造で、ほとんどの構成部材は市販のものを利用可能であり、養豚場などの極めて有機物濃度の高い汚水であっても下水に放流可能なレベルまでＢＯＤ値やＴ－Ｎも十分に低くすることができる。

１ 豚舎
２ 原水槽
３ スクリーン
４ ポンプ
５ 第１分解槽
６ 第２分解槽
７ 第３分解槽
８ 第４分解槽
９ 流量調整槽
１０ 第１反応槽
１１ 第２反応槽
１２ 第３反応槽
１３ 脱色・消毒槽
１４ 酸素ボンベ
１５ オゾン発生器
１６ インジェクター
１７ 圧力計
１８ 圧力計
１９ バルブ
２０ 汚水タンク
２１ 循環ポンプ
２２ 反応槽本体
２３ 木材チップ
２４ 散気管
２５ 導水管
２６ 導水管

Claims (4)

1. 汚水から固液分離機により固形物を除外し，原水槽に溜め、前処理としてこの汚水を分解槽に送りヒドロキシラジカルのマイクロバブルによって悪臭と難分解性物質を分解し、次の槽にて高濃度酸素により生分解し、同時にマイクロバブルによって浮遊物や油分を浮上させることで除去し、次に微生物の生育する木材チップが充填された反応槽に送り、この反応槽で汚水中の有機物がさらに生分解され次に脱色殺菌槽でヒドロキシルラジカルにより脱色、殺菌したことを特徴とする汚水処理装置。
2. 分解槽で発生させるヒドロキシラジカルはオゾン発生器からのオゾンをインジェクターに通して発生させ、さらにヒドロキシラジカルの発生した汚水を循環ポンプでインジェクターに循環して通すことによってマイクロバブルを発生させ、これによってヒドロキシラジカルの寿命を長くするようにし、汚水中の有機物の元素間共有結合を切断することによって有機物を分解するようにしたことを特徴とする請求項１記載の汚水処理。
3. 分解槽で処理された汚水をさらに処理する反応槽を設け、この反応槽には多孔質の木材チップと微生物を充填し、充填された木材チップに酸素を供給する散気管を設けたことを特徴とする請求項１記載の排水浄化装置。
4. 前記高濃度酸素反応槽で処理された処理水の一部を豚舎清掃水として循環させると同時に一部を豚の飲料水として与え、また豚舎の天井に０，１ｐｐｍ濃度のオゾン発生器を取り付け噴霧させることにより豚舎内の悪臭の除去及び抗菌、抗ウィルス作用により豚舎の疫病の防止に寄与するようにした請求項１記載の排水処理装置。

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