JP4122763B2

JP4122763B2 - 動物排泄物の処理方法及び処理装置

Info

Publication number: JP4122763B2
Application number: JP2001371700A
Authority: JP
Inventors: 廣幸渡邊
Original assignee: Ｔｅｌ−Ｃｏｎテクノ株式会社
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2021-12-05
Also published as: JP2003171195A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、畜産農家や動物飼育施設において家畜や飼育動物から生じる糞尿等の動物排泄物の処理方法に関し、特に、動物排泄物を分解して堆肥を生成する動物排泄物の処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、廃棄物の処理方法が開発されているが、家畜や飼育動物の糞尿等の排泄物は、一般廃棄物のように処理が進んでおらず、豚、牛、鶏など一部の動物についてのみ肥料化が行われているだけで、しかもその量は１〜２割程度である。畜産農家などにおいて生じる家畜排泄物の処理においては、１００ｍ²以下の小規模な畜産農家では個々に処理を行い、２００ｍ²以上の畜産農家では、排水基準が適用されるため、これに従って処理する必要がある。このような状況から、一般農家では農地に散布するのが現状であり、動物園や動物関連の学校等では処分が問題となっている。また、糞尿が山林等に不法投棄されることも増えている。このような状況において、農畜産施設や動物飼育施設、養魚場などから排出される糞尿等に起因する水質悪化や赤潮等の微小生物の異常発生が問題となり、水質総量規制における対策強化対象となっている。このため、このような動物の糞尿の処理を進行させる必要があり、動物の糞尿の処理を進行させる用途を開発し需要を拡大することが求められている。
【０００３】
従来の畜産農家での家畜の糞尿処理は、糞と尿とを分離し、糞は、山積みにしてシャベル機などで切り返しを行いながら堆肥に発酵させて処理しており、得られる堆肥は農地に施与する。
【０００４】
この処理形態には様々なものがあり、それにより処理時間も異なるが、通常、１８０日から５年もの長期間となる。比較的短期間での処理でも９０日を要し、この場合、完熟した堆肥は得られない。また、糞が山積みになっている状態は、悪臭や地下水の汚染など周囲の環境条件の悪化を伴う。さらに、完熟していない堆肥は窒素分が多いため、田畑に施与すると窒素過多を生じ易いため、植物の成長にあまり適していない。
【０００５】
また、尿については、生物処理を行っている畜産農家もあるが、思うように処理できないのが現状である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、家畜排泄物を短期間で堆肥化処理でき、周囲へ悪臭などの害を及ぼすことなく、農地への施与に適した堆肥が得られる処理方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、短期間で処理可能な処理条件を見出し、本発明に係る排泄物の処理方法を成すに至った。
【０００８】
本発明の一見地によれば、動物排泄物の処理方法は、動物排泄物と植物繊維質とを含む被処理物を、凹面側を進行方向に向けた屈曲羽を用いて攪拌して雰囲気との接触を促進しながら該被処理物の温度が４３〜４４℃になるように加熱する攪拌／加熱工程を有し、該攪拌は、該被処理物に対する微生物の作用によって該被処理物の温度が上昇して７５℃以上になるまで継続することを要旨とする。
【０００９】
上記被処理物の温度が７５℃以上になった後に、前記被処理物を８０℃以上に加熱する工程を有してよい。
【００１０】
また、本発明の一見地によれば、動物排泄物の処理装置は、軸中心が水平になるように配置されて動物排泄物を含有する被処理物が収容される円筒形の処理槽と、該処理槽内で該軸中心と同軸状に回転する複数の攪拌羽根を有する攪拌装置と、温度調節された空気を前記処理槽に供給する送気装置とを有し、前記攪拌羽根は、凹面側を回転進行方向に向けた屈曲羽を有することを要旨とする。
【００１１】
また、本発明の他の見地によれば、動物排泄物の処理装置は、動物排泄物を含有する被処理物が収容される処理槽と、該処理槽内で同軸状に回転する複数の攪拌羽根を有する該被処理物を攪拌するための攪拌装置と、温度調節された空気を前記処理槽に供給する送気装置とを有し、該攪拌羽の回転時に該被処理物の雰囲気との接触面において該攪拌羽の回転軸方向と平行の該被処理物の移動が生じるように当該複数の攪拌羽根がずれて配置され、前記攪拌羽根は、凹面側を回転進行方向に向けた屈曲羽を有することを要旨とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
畜産排水処理として、生物処理槽や充填剤などを用いて家畜の尿の処理を試行したが、排水処理基準値以下になるように処理することは極めて難しく、最終的には市水の投入によって基準値以下に希釈することが必要となった。そこで、糞尿を糞便と尿とに分離することなく処理する方法を試みたところ、堆肥化の進行や状態が攪拌によって大きく変化するが、状態によっては非常に早く処理ができ、空気との接触及び酸素の供給が重要であることが確認された。また、外気温度によっても大きく左右され、外気温度が低下する冬季においては処理速度が極度に低下することが確認された。このようなことを考慮した結果、条件設定を適切に行うことによって、３〜４日程度の短時間の処理で家畜や飼育動物等の排泄物を堆肥化できることが見出された。
【００１３】
以下、本発明に係る家畜排泄物の処理方法について説明する。
【００１４】
例えば反芻動物が植物質を摂食した場合、粉砕された植物質は唾液と混合される。植物質は主にセルロース、ペクチン、デンプン、若干のタンパク質及び脂質からなり、これらの成分は、消化器に共生する微生物（細菌及び原生動物）によって嫌気性条件下での発酵または代謝を介して脂肪酸、アミノ酸、アンモニアなどに分解される。従って、排泄物には、このような植物質成分の未消化（未分解）物や不完全分解物、吸収されずに排出される分解物、共生微生物の分解物などが含まれる。他の雑食性家畜の場合においても、基本的には同様で、餌の動物質の成分であるタンパク質及び脂質由来の差及び家畜の消化特性による差がある。
【００１５】
通常、畜産農家や畜舎などでは、糞尿等の排泄物を回収し易くするために、藁、籾殻、チップ材（木質廃材）等のような植物繊維質を用いた敷設物が用いられ、排泄物は敷設物に吸収又は付着した状態で一緒に回収されるので、排泄物の処理はこのような敷設物の共存下で行われる。排泄物のＣ／Ｎ比（炭素／窒素比）は低く、植物繊維質のＣ／Ｎ比は高いので、両者の混合物はＣ／Ｎ比が適性に調整され、窒素、リン及びカリウムの３要素を含む植物の育成に適した良好な堆肥を効率よく得ることが可能である。
【００１６】
本発明の排泄物処理方法では、まず、排泄物及び敷設物（以下、これらを併せて被処理物と称する）を処理槽に投入し、糞、尿及び植物繊維質ができる限り均質になるようによく混合して、次の堆肥化処理工程を開始する。
【００１７】
堆肥化処理工程では、処理槽内の被処理物と雰囲気との接触が多くなるように攪拌しながら、被処理物の温度が約４３〜４４℃になるように加熱する。被処理物は粘性のある流動性の固液混合物であるので、バブリング等のような通常のエア供給による方法では空気との接触面積を大きくすることは難しく、また、空気が被処理物内でクローズドセル状態に保持され易い。このため、本発明では、攪拌羽（詳細は後記する）を用いて、空気がクローズドセル状態になり難いように被処理物を攪拌する。雰囲気との接触を多くすることにより、被処理物の酸素吸収を促進すると共に、処理の初期においては被処理物からのアンモニアの放出を容易にする。つまり、界面を挟む物質移動を促進する。処理槽外部の空気を処理槽へ供給して処理槽内の空気を排出することにより、処理槽内の雰囲気を徐々に新たな空気に置換する。空気の供給速度は、約１ｔの被処理物について、約０．５〜１．５ｍ³／分が好ましい。外部より供給される空気は、４３〜５０℃、好ましくは４４〜４６℃程度に加熱され、被処理物を前述の温度に加熱するための熱媒体として利用される。堆肥化処理の進行を促進するためには、被処理物全体が一様に素早く目的温度に到達するような加熱手段を用いるのが好ましく、攪拌される被処理物に供給される空気を熱媒体とする加熱方法は、これに適したものである。処理槽の加熱による被処理物の加熱では、加熱速度が遅く局部過熱や温度のぶれが生じ易いので、あくまでも保温を目的として、４３〜５０℃、好ましくは４４〜４６℃程度に処理槽を加熱するのが望ましい。
【００１８】
この処理工程の間に、以下の第１〜３段階が進行する。
【００１９】
第１段階では、被処理物の加熱及び攪拌によって、被処理物に含まれるアンモニアが徐々に空気中に放出され、放出量は被処理物に最初に含まれるアンモニアの約４０％に達する。アンモニアの放出と共に被処理物のｐＨ値が低下して中性に近づき、被処理物の温度が上昇し始める。つまり、アンモニアの放出により微アルカリ性状態になることによって、細菌類、特に好気性菌及び通性嫌気性菌（バチルス、シュードモナス、エンテロバクター、ニトロソモナス、ニトロバクター、ズーグレアなど）の生育が活発化して有機物の分解、好気的発酵が進行し、この活動に伴う発熱によって温度が上昇する。被処理物が静置される場合には発熱は滞留しがちであるが、攪拌により拡散されるため温度は均一になり、有機物の分解も均一に進行する。第１段階の所要時間は約１２〜２４時間、概して約１日前後であり、この間に、被処理物の温度は徐々に上昇して約５０〜５５℃に達する。被処理物の温度が上昇しない場合には、被処理物のｐＨ値の測定により攪拌が適切であるか確認し、適切である場合には強制的に約５０〜５５℃に加熱する。
【００２０】
第２段階では、好気性菌（枯草菌、粘液細菌等のセルロース分解性菌など）及び通性嫌気性菌が活発に活動し、水分を含んだ敷設物の繊維質の分解が進行する。繊維質の分解には、被処理物の温度が約５０〜５５℃に上昇していることが必要であり、第１段階の適正な進行による温度上昇がなければ進行しない。第２段階の所要時間は約３６〜４８時間、概して約２日（４８時間）前後であり、この間に、被処理物の温度は反応熱により更に上昇して、この段階の終了時には約７５℃以上、概して約７５〜７７℃に達する。
【００２１】
第３段階では、約７５〜７７℃の温度で更に微生物の活動が続き、残留アンモニアは多くが高温によって被処理物外に放出される。従って、被処理物中の含窒素成分は、硝化細菌によりアンモニアから生成される亜硝酸塩及び硝酸塩となり、被処理物は良好な堆肥となる。堆肥は、水分が気化することにより次第に粒状化する。この段階に要する時間は約１２時間程度である。従って、上記１〜３段階の堆肥化処理に必要な時間は、約３．５〜４日、概して約３．５日（８４時間）前後である。
【００２２】
上記堆肥化処理工程で得られた堆肥に滅菌処理を施すと、施肥後の病原菌及び病害虫による被害を防止することができる。このような滅菌処理工程は、温度が７５〜７７℃の第３段階後の堆肥を外部から加熱して温度を約８０℃以上、好ましくは約８０〜８５℃に上げることによって可能である。熱供給は、処理槽及びこれに供給する空気を上記温度に加熱することによって行われる。所要時間は約２〜３時間であるので、約３．５〜４日、概して約３．５日（８４時間）前後で上記１〜３段階の堆肥化処理及び滅菌処理を行うことができる。
【００２３】
動物の種類によって排泄物の内容に差があるが、牛類の排泄物は塩化ナトリウムの含有量が多く、これから得られる堆肥の塩分量も多くなる。これに関して、上記の排泄物処理法においてカルシウム、マグネシウム等を含むミネラル源を排泄物に添加して堆肥化すると、塩素分の一部は塩化カルシウム、塩化マグネシウム等に変換されるので、施肥後の土壌の塩害等を防止することができる。このようなミネラル源として、例えば、貝殻類などのカルシウム含有物が挙げられる。また、上記の排泄物処理方法において、木炭、竹炭などの炭化物を排泄物に添加することも非常に有効である。炭化物は、脱臭剤として処理中の排泄物の臭気を吸着し、被処理物の水分割合を適度に調節する働きをするので、得られる堆肥の品質を向上させる上でも有効である。また、施肥後の土壌中で有用微生物を適度に繁殖させる効果もある。
【００２４】
上述の排泄物処理方法を実施するための装置は、上記堆肥化処理及び滅菌処理が行われる処理槽と、処理槽から排出されるアンモニアを含んだ排気を処理するための排気処理手段とが必要となる。この装置の一実施形態を図１を参照して説明する。
【００２５】
図１の装置１は、中心軸が水平になるように設置された円筒形の処理槽３と、温度調節した空気を処理槽３へ供給するための送気部５と、処理槽３から排出される空気を処理するための排気処理部７とを有する。処理槽３は、同軸状に回転するように取り付けられた攪拌装置１５を内部に有する。送気部５は、ヒータ及びポンプ（図示省略）を備え、排気処理部７は、水封タンク９と脱臭装置１１とを備える。
【００２６】
装置１において、処理槽３の軸方向中央部の頂部に設けられたホッパ１３から処理槽３内に処理槽容量の６〜９割程度の容積の被処理物を投入すると、処理槽３内に同軸状に回転するように設けられた攪拌装置１５によって攪拌され、送気部５でヒータによって温度調節されポンプによって送出された空気が、処理槽３の軸方向両端部の頂部に接続される配管１７を介して処理槽３へ供給されて、攪拌される被処理物と接触する。
【００２７】
処理槽３から排出される排気は、ホッパ１３の首部に周設されて複数の枝管により首部の内側と連通する配管１９ａ及びこれに接続される導管１９を通って水封タンク９に導入される。水封タンク９内には処理水を収容する水槽と活性炭充填槽とが設けられており、排気を処理水と接触させた後に活性炭充填槽を通過させるように構成される。これにより、排気に含まれるアンモニア等の水溶性成分が処理水に吸収され、処理水に吸収されずに通過した残留分や水に不溶な有機成分は活性炭に吸着される。水封タンク９で処理された排気は、更に、配管２１，２３を介して脱臭装置１１の２つの直列接続された脱臭カラム２５ａ，２５ｂに送られ、排気に残留する微量の気化臭気成分を除去する。処理槽３から水封タンク９及び脱臭装置１１への排気の送出は、シロッコ型の送風器２７によって付勢される。
【００２８】
処理槽３の外周部はヒータ及びセンサーが取り付けられ、断熱材で被覆され、処理槽３内を所望の温度に加熱・保持可能に構成される。加熱温度はヒータの制御によって調節される。送気部５から供給される空気の温度は、送出部５のヒータの制御によって調節され、被処理物の温度制御は、送気部５から供給される空気の温度制御によって実質的に行われ、空気温度は、被処理物の目的温度より１〜数℃高い温度に設定すると好ましい。
【００２９】
上述の排泄物の処理方法を実施する上では、被処理物と雰囲気との接触を多くすることが重要である。通常の場合、空気との接触面積を多くするには、激しい攪拌を行うか、あるいは、被処理物を流動させる方法を採用するが、これらは本発明においては微生物の生育及び活動を阻害する恐れがあるため、さほど好ましい方法ではなく、被処理物からのアンモニア放出が難しくなる。このため、本発明で用いる処理槽３は、微生物を繁殖させながら雰囲気との接触を多くすることを可能とするために、以下に説明するような特定の構造を有する攪拌装置１５を備えている。
【００３０】
図２は、処理槽３の内部を示すために処理槽３の中央部を切り欠いた斜視図である。攪拌装置１５は、処理槽３の軸中心に沿って軸支され外部モータの動力を駆動源として回転される駆動軸２９と、駆動軸２９に固定される複数の攪拌羽３１とを有し、攪拌羽３１は、互いの軸方向の間隔が一定になるように配置される。
【００３１】
各攪拌羽３１は、図３に示すように、１２０度間隔で駆動軸２９から放射方向に延伸する３つの羽軸３３と、各羽軸３３の先端部及び中央部に取り付けられる６つの屈曲羽３５とを有する。屈曲羽３５は、長方形を長軸方向中央位置で短軸方向に約１３５度の角度で屈曲させた対称形状に作製され、駆動軸２９の回転時に羽軸３３が進行する方向に屈曲羽３５の凹面側を向けて羽軸３３に固着される。従って、駆動軸が回転すると、屈曲羽３５は凹面側に空気を保持しながら被処理物中に浸入するが、空気は屈曲羽３５が被処理物に進入する間に容易に被処理物から離脱するので、内部の被処理物が空気と接触し易いが、攪拌抵抗は比較的小さい。しかも、屈曲羽３５が浸入した直後の被処理物の表面形状の変化が大きく雰囲気との接触が多い。屈曲羽３５は、羽軸３３対して垂直に屈曲羽３５に立設するリブ３７によって補強される。
【００３２】
上記のように、軸中心が水平な円筒形状の処理槽内で同軸状に回転する攪拌羽を用いることにより、雰囲気と接触する上面部分に位置する被処理物は常に置き変わり、雰囲気との接触効率が良い。
【００３３】
本発明における攪拌装置１５は、攪拌羽３１の羽軸３３の延伸方向の設定に特徴がある。詳細には、６つの攪拌羽３１を１組として羽軸３３の延伸方向が周期的に変化するように配置され、第１の攪拌羽３１の羽軸の位置を回転角度で０度とすると、第２〜第６の攪拌羽３１の羽軸位置は、順に、３０度、−３０度、１０度、−１０度及び６０度だけ各々ずれている。つまり、攪拌羽３１の位置は、整列せずにずらして配置されている。このように攪拌羽の回転方向の配置がずれた攪拌装置１５を駆動すると、被処理物が駆動軸２９の周囲を回転移動するだけでなく、被処理物の上面（雰囲気との接触界面）部分に対して軸方向と平行な引っ張り力及び押圧力が交互に作用して軸方向と平行な移動が生じる。図３のような配置では、被処理物の上面部分が軸方向に集中・拡散を繰り返すような規則的且つ周期的な往復揺動が見られるようになる。この結果、被処理物の雰囲気との接触部分が常に置き変わり、雰囲気と接触する部分が多くなる。
【００３４】
図３のような攪拌羽を用いずに被処理物の上面部分を軸方向に移動させることは可能であり、例えば、一般的な整列した攪拌羽を用いて攪拌すると共に、処理槽自体を軸中心方向に揺動させたり傾斜させることによって軸中心方向と平行な力を被処理物に作用させ、類似の被処理物の流れを生じさせることができる。あるいは、処理槽の軸方向両端にポンプ等を設置して被処理物を吸引又は放出して上面部分が軸中心と平行に動くように処理槽内を還流させるようにしてもよい。
【００３５】
【実施例】
以下、実験結果に基づいて、本発明をさらに詳細に説明する。
【００３６】
（実施例）
スクレイパーを用いて牛４０頭から回収した糞尿と藁との混合物である非処理物約２ｔを図１の処理装置１のホッパ１３から処理槽３に投入して貝殻３kg及び木炭３kgを添加し、攪拌装置１５を駆動して３時間程度均一に混合した。
【００３７】
この後、攪拌装置１５の回転速度を１０回／分に調節して、処理槽３の温度を約４５℃に保温し、４５℃程度に温度調節された空気を約２ｍ³／分の速度で送気部５から送出して配管１７を介して処理槽３へ供給し、攪拌される被処理物と接触させた。また、送風器２７を駆動して、処理槽３内の排気を水槽及び活性炭槽を有する水封タンク９及び活性炭脱臭カラムによる脱臭装置１１へ導入した。被処理物の攪拌及び加熱空気の供給は２日間継続した。この間の被処理物の温度は、初期において４３〜４４℃であったが、徐々に上昇して約１日経過後に約５０℃に達し、さらに約２日経過すると約７５℃に達した。また、この間の処理槽からの排気は、処理開始から約１日までは多量のアンモニアを含んでいたが、その後急激に減少し少なくなった。
【００３８】
被処理物の温度が約７５℃の状態でさらに約１２時間攪拌した後、送気部５から送出する空気及び処理槽３の温度を約８０℃に加熱して被処理物の攪拌を約２時間継続し、攪拌及び加熱を止めて放冷し処理を終了した。
【００３９】
上記の処理により得られた堆肥の組成は、分析により、水分量３６．６重量％、窒素（Ｎ）量１．６２重量％、燐酸（Ｐ₂ Ｏ₅ ）量２．２０重量％、カリ（Ｋ₂ Ｏ）量３．５０重量％、ナトリウム（Ｎａ）０．６８重量％であり、ｐＨ（乾物：水＝１：１０）は９．１、全炭素（Ｃ）は２２．１重量％、炭素率（Ｃ／Ｎ）は１３．６重量％であった。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、農畜産製品の製造に伴って生じる動物排泄物を、悪臭などの害を生じることなく短時間で処理し堆肥化することが可能となる。従って、廃棄物の循環再利用を促進することができ、その工業的価値は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排泄物の処理装置の一実施形態を示す概略構成図。
【図２】図１の処理装置の攪拌装置の構成を説明するために一部を省略した処理槽の斜視図。
【図３】図２の攪拌装置の攪拌羽を示す斜視図。
【符号の説明】
１処理装置、３処理槽、５送気部、９水封タンク、
１１脱臭装置、１３ホッパ、１５攪拌装置、２７送風器、
２９駆動軸、３１攪拌羽、３３羽軸、３５屈曲羽、
３７リブ

Claims

動物排泄物と植物繊維質とを含む被処理物を、凹面側を進行方向に向けた屈曲羽を用いて攪拌して雰囲気との接触を促進しながら該被処理物の温度が４３〜４４℃になるように加熱する攪拌／加熱工程を有し、該攪拌は、該被処理物に対する微生物の作用によって該被処理物の温度が上昇して７５℃以上になるまで継続することを特徴とする動物排泄物の処理方法。
前記被処理物の温度が７５℃以上になった後に、前記被処理物を８０℃以上に加熱する工程を有することを特徴とする請求項１記載の処理方法。
軸中心が水平になるように配置されて動物排泄物を含有する被処理物が収容される円筒形の処理槽と、該処理槽内で該軸中心と同軸状に回転する複数の攪拌羽根を有する攪拌装置と、温度調節された空気を前記処理槽に供給する送気装置とを有し、前記攪拌羽根は、凹面側を回転進行方向に向けた屈曲羽を有することを特徴とする動物排泄物の処理装置。
動物排泄物を含有する被処理物が収容される処理槽と、該処理槽内で同軸状に回転する複数の攪拌羽根を有する該被処理物を攪拌するための攪拌装置と、温度調節された空気を前記処理槽に供給する送気装置とを有し、該攪拌羽の回転時に該被処理物の雰囲気との接触面において該攪拌羽の回転軸方向と平行の該被処理物の移動が生じるように当該複数の攪拌羽根がずれて配置され、前記攪拌羽根は、凹面側を回転進行方向に向けた屈曲羽を有することを特徴とする動物排泄物の処理装置。