JP4167189B2 - 尿汚水の処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、家畜の糞尿を処理する装置に関するもので、特に、固液分離された家畜の尿汚水を微生物の作用にて分解処理する装置に関する。

従来、家畜の尿汚水を処理する方法としては、図６に示すように、まず、畜舎５１から排出され原水槽５２に貯留された糞尿を沈殿槽５３に送り、糞などの固形物を沈降させた後、その液相部分を揚水ポンプ５４にて固液分離装置５５に送って尿汚水を固液分離する。そして、この尿汚水を、その表面に好気性微生物が養生付着された多孔質体から成る担体５６ａが設置された曝気槽５６に送るとともに、この曝気槽５６内にブロワー等の空気ポンプ５６ｂにより空気を吐出させながら、上記尿汚水を上記微生物により分解する分解処理を行う。上記分解処理された尿汚水は、濾過槽５７にて水質汚染物質を吸着して分離した後、河川などに放流される。また、上記糞などの固形分は別途発酵処理するなどして堆肥として再利用される。
ところで、上記微生物を活性化し増殖させるためには、適度の温度（例えば、１０〜３０℃）と十分な溶存酸素濃度が必要であるが、上記のように、曝気槽５６内に空気ポンプ５６ｂにより空気を吐出させただけでは気泡の粒子径が大きいので、上記曝気槽５６内の尿汚水中に十分酸素を溶け込ますことができなかった。そのため、上記微生物を十分に活性化させることができず、また、微生物の増殖を図ることもできないことから、上記尿汚水を効率よく処理することが困難であった。

そこで、上記気泡を微細化するため、空気の吐出口に微細な気孔を有するセラミックなどの焼結体を配置し、上記焼結体を介して、上記空気ポンプ５６ｂからの空気を上記曝気槽５６内に吐出させることにより上記気泡を微細化する方法も考えられるが、上記尿汚水中には固液分離装置５５では分離されない微粒子が多数混在しているため、上記焼結体がすぐに目詰まりをおこしてしまうといった問題点があった。
一方、図７に示すように、上記空気ポンプ５６ｂに代えて、吸入側に吸気調整弁６１が設けられた渦巻きポンプ６２を備えた気体溶解処理ユニット６０を設けて、曝気槽７０内の処理水（尿汚水）中の溶存酸素濃度を高める方法が提案されている。この気体溶解処理ユニット６０は、図示しない固液分離装置から計量槽６３に送られ、第１の移送管Ｌ１を介して曝気槽７０に供給される尿汚水と、曝気槽７０内の尿汚水を吸上げる第２の移送管Ｌ２からの尿汚水とを、モータ６２Ｍにより回転する渦巻きポンプ６２の吸引側に連結された集合管Ｌ３で集水して上記渦巻きポンプ６２に送るとともに、上記吸引側に設けられた吸気調整弁６１により吸気される空気量を調整して、上記吸引した空気の気泡が微細な状態で上記尿汚水に混合されるように吸引し、更に、この微細気泡を含む尿汚水を気液混合筒６４にて十分混合させた後、供給管Ｌ４から上記曝気槽７０に供給するもので、これにより、上記尿汚水中に十分な酸素を溶け込ますことができるので、上記曝気槽７０内に設置された担体７１に養生付着されている微生物を十分に活性化することができ、上記尿汚水を効率よく分解処理することが可能となる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２０５２９８号公報

しかしながら、上記渦巻きポンプ６２を用いて気泡を微細化する方法では、吸気される空気量の調整が難しいだけでなく、渦巻きポンプ６２の吸引側から単に空気を混入させているだけなので、尿汚水中の気泡を十分に微細化させることが困難であった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、尿汚水を分解する微生物が付着された担体が設置された曝気槽中に微細な気泡を含んだ尿汚水を循環させて、上記尿汚水を効率よく分解処理することのできる尿汚水の処理装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明は、曝気槽に貯留された固液分離された尿汚水を、上記曝気槽内に設置された担体表面に付着された微生物により分解処理する尿汚水の処理装置であって、吸込み側に吸気管が取付けられた水中ポンプが底部に設置された第１の曝気槽と、この第１の曝気槽の上部に設置された第２の曝気槽と、上記水中ポンプから吐出された尿汚水を上記第２の曝気槽内へ吐出させる第１の吐出手段と、上記第２の曝気槽上部の尿汚水を上記第１の曝気槽内へ戻すための循環用の吐出管、及び、上記吐出管の内部に配設された、一端が空気中に開口し他端が上記吐出管の吐出口側に開口する空気導入管を備えた第２の吐出手段とを備え、上記第２の曝気槽内へ微細気泡を含んだ尿汚水を吐出させるとともに、上記第２の曝気槽から微細気泡を含んだ尿汚水を上記第１の曝気槽内へ戻すように構成したことを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の尿汚水の処理装置において、上記水中ポンプを、上記水中ポンプの吸込み側の周囲を覆う遮蔽部材と、この遮蔽部材の底部側に設けられた、尿汚水導入孔を有する底盤とを備えた取付部材に取付けるとともに、一端が空気中に開口し、他端が上記水中ポンプの吸込み口に開口する吸気管を上記取付部材に取付けたものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の尿汚水の処理装置において、上記循環用の吐出管の吐出口側に、先端側に凹部を有し、この凹部の中心に吐出口が設けられたノズルを取付けて、上記第１の曝気槽内へ戻される尿汚水中の気泡を更に微細化するようにしたものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の尿汚水の処理装置において、上記水中ポンプから吐出される尿汚水を上記第１の曝気槽内へ吐出させる、先端側に凹部を有し、この凹部の中心側に吐出口が設けられたノズルを設けて、微細気泡を含んだ尿汚水を水中ポンプから上記第１の曝気槽内へ吐出させるようにしたものである。

本発明によれば、表面に微生物が付着された担体と吸込み側に吸気管が取付けられた水中ポンプとを備えた第１の曝気槽の上部に第２の曝気槽を設置し、上記水中ポンプから吐出された尿汚水中の気泡を微細化させながら上記第２の曝気槽内へ吐出させるとともに、上記第２の曝気槽内の尿汚水を、内部に空気導入管が設置された循環用の吐出管を介して、上記第１の曝気槽内へ戻すことにより、上記第１及び第２の曝気槽内の溶存酸素濃度を十分に高めることができるようにしたので、簡単な構成で、上記微生物を活性化できるとともに、上記微生物を増殖させることができ、上記尿汚水を効率よく分解処理することができる。

このとき、上記水中ポンプを、上記水中ポンプの吸込み側の周囲を覆う遮蔽部材と、この遮蔽部材の底面側に尿汚水導入孔が設けられた取付部材に取付け、第１の曝気槽内の尿汚水を上記尿汚水導入孔から上記水中ポンプの吸入側に送るようにすれば、尿汚水に含まれる気泡を効率よく微細化することができる。
また、上記帰還用の吐出管の先端側に、先端側に凹部を有するノズルを取付けて、上記第２の曝気槽内の尿汚水を上記第１の曝気槽内へ戻すようにすれば、新たなポンプを用いることなく、上記尿汚水中の気泡を更に微細化することができる。
更に、上記水中ポンプから吐出される尿汚水を、先端側に凹部を有するノズルから上記第１の曝気槽内へ吐出させるようにすれば、第１の曝気槽内の溶存酸素濃度を更に高めることができる。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本最良の形態に係る尿汚水の処理装置１の構成を示す図で、同図において、２は表面に尿汚水を分解処理する微生物が付着された多孔質セラミックス製の担体３と、吸入側に吸気管４が配置された水中ポンプ５を備えた曝気放水ポンプ装置６とが設置された第１の曝気槽、７は上記第１の曝気槽２の上部に設置された第２の曝気槽、８は上記水中ポンプ５の排出管５ｎから吐出された尿汚水を上記第２の曝気槽７へ送る第１の移送管、９は上記第２の曝気槽７内に設置され表面に尿汚水を分解処理する微生物が付着された担体１０の底部側に設けられた第１の吐出手段で、この第１の吐出手段９は上記第１の移送管８を介して圧送される尿汚水に含まれる気泡を微細化させながら上記第２の曝気槽７内へ吐出させる複数のノズル９ｎを備えている。
また、１１は上記第２の曝気槽７の上部から上記第１の曝気槽２内へ尿汚水を戻すための帰還用の吐出管１２と、この吐出管１２の内部に設置された、一端が空気中に開口し他端が上記吐出管１２の吐出口側に開口する空気導入管１３とを備えた第２の吐出手段で、本例では、この第２の吐出手段１１の吐出口側（上記帰還用の吐出管１２の下端側）に、更に、上記吐出管１２の底部に連通する第１の微細気泡噴出手段１４を連結し、上記吐出管１２から吐出される尿汚水中の気泡を更に微細化して上記第１の曝気槽２内へ戻すようにしている。また、１５，１５は上記水中ポンプ５の排出管５ｎに取付けられた第２の移送管１６，１６に連結され、上記水中ポンプ５から吐出される尿汚水中の気泡を更に微細化して上記第１の曝気槽２内へ噴出させる第２の微細気泡噴出手段、１７は上記水中ポンプ５の尿汚水吸入み側を覆うゴミ取り用のスクリーンである。
本例では、図２（ａ），（ｂ）に示すように、上記第２の微細気泡噴出手段１５を、曝気放水ポンプ装置６を中心に対象に複数個（ここでは４個）配置して、第１の曝気槽２内へ微細気泡を均一に放出することができるようにしている。

上記曝気放水ポンプ装置６は、図３にも示すように、モータ５Ｍと、このモータ５Ｍにより回転するスクリュー羽根５ｋと、上記スクリュー羽根５ｋの送り側に設けられた排気管５ｎとを備えた水中ポンプ５と、上記モータ５Ｍを取付けるための取付部材１８と、一端が空気中に開口し、他端が上記水中ポンプ５の吸入み口に開口する吸気管４とを備えたもので、上記取付部材１８は上記水中ポンプ５の吸込み口側を覆う遮蔽部材１８ａと、この遮蔽部材１８ａの底面側に取付けられる、複数の尿汚水導入孔１８ｈが形成された底盤１８ｂと、この底盤１８ｂを上記第１の曝気槽２の底面から所定距離を離隔させる脚部１８ｃとを備えている。また、上記取付部材１８は、上記遮蔽部材１８ａの上部側において、上記遮蔽部材１８ａを貫通する吸気管４の先端側を上記水中ポンプ５の吸込み口傍に位置するように支持するように構成されており、これにより、第１の曝気槽２内の尿汚水を上記尿汚水導入孔１８ｈからのみ上記水中ポンプ５の吸入み口に導入する。なお、本例では、図１及び図２に示すように、上記取付部材１８の周囲をゴミ取り用のスクリーン１７で覆って、上記水中ポンプ５にゴミなどの固形物が吸引されることがないようにしているので、上記水中ポンプ５を効率よく稼動させることができる。

第２の吐出手段１１の帰還用の吐出管１２は、図１及び図４に示すように、その上部に上記第２の曝気槽７上部の尿汚水を帰還用の吐出管１２内へ導入するための尿汚水導入口１２ｓが設けられた管本体１２ａと、空気導入管１３の吐出側において、その径が小さくなるようなテーパー部１２ｂと、空気導入管１３の吐出側下部に設けられ、上記管本体１２ａを通って落下する尿汚水に上記空気導入管１３からの空気を巻き込んで微細気泡を発生させる気液混合室１２ｃとを備えており、この気液混合室１２ｃの下部側は、導入された尿汚水中の気泡を更に微細化して第１の曝気槽２内に噴出させる複数の微細気泡噴出用のノズル１４ｎを備えた第１の微細気泡噴出手段１４に連結されている。図５は上記微細気泡噴出用のノズル１４ｎの詳細を示す図で、このノズル１４ｎは先端側に凹部１４ｐを有し、この凹部１４ｐの中心に吐出口１４ｑが設けられており、第１の微細気泡噴出手段１４の本体１４ａに連通する排出路１４ｒへ圧送される尿汚水中の微細気泡を更に微細化して第１の曝気槽２内に噴出させるように構成されている。すなわち、上記帰還用の吐出管１２の気液混合室１２ｃから、上記第１の微細気泡噴出手段１４の本体１４ａを介して、上記排出路１４ｒへ圧送される尿汚水は、上記吐出口１４ｑが狭いことから、上記凹部１４ｐの内部にて乱流が発生するため、上記尿汚水中の微細気泡は更に微細化される。したがって、上記ノズル１４ｎの吐出口１４ｑからは更に微細化された気泡を含む尿汚水が噴出される。
なお、上記第２の移送管１６に連結された第２の微細気泡噴出手段１５，１５及び微細気泡噴出用のノズル１５ｎの構成も、上記微細気泡噴出手段１４と同様である。

次に、本発明による尿汚水の処理方法ついて説明する。
まず、第１及び第２の曝気槽２，７内に図示しない固液分離装置で分離された尿汚水をそれぞれ収納した後、モータ５Ｍを駆動して水中ポンプ５を稼動させる。上記水中ポンプ５のスクリュー羽根５ｋが回転すると、第１の曝気槽２内の尿汚水が取付部材１８の尿汚水導入孔１８ｈを通って上記水中ポンプ５の吸引側に引き込まれる。このとき、上記尿汚水は、上記尿汚水導入孔１８ｈからのみ上記水中ポンプ５に導入されるので、上記水中ポンプ５の吸込み口近傍では吸込まれる尿汚水の流速が大きくなる。したがって、上記吸込み口近傍は負圧となるので、大気中の空気が上記吸気管４から上記吸込み口近傍に供給される。この空気はスクリュー羽根５ｋで上記尿汚水に巻き込まれて混合されるので、微細な気泡を含んだ尿汚水が、上記水中ポンプ５の排出管５ｎから、第１及び第２の移送管８，１６，１６にそれぞれ送られる。このとき、上記吸気管４の他端側（空気中に位置している側）に設けられたエア調整バルブ４ａの開度を調整することにより、上記気泡の大きさを調整することができる。
上記第１の移送管８に送られた尿汚水は、第１の吐出手段９のノズル９ｎから上記第２の曝気槽７内へ吐出される。このとき、上記尿汚水に含まれる気泡は上記ノズル９ｎにより更に微細化されるので、上記気泡内の酸素を第２の曝気槽７内の尿汚水に十分溶け込ませることができ、上記尿汚水の溶存酸素濃度を十分に高めることができる。したがって、第２の曝気槽７内に設置された担体１０表面に付着している微生物を十分に活性化できるとともに、上記微生物を増殖させることができるので、上記尿汚水を効率よく分解処理することができる。

また、上記第１の吐出手段９から第２の曝気槽７内へ尿汚水が供給されると、上記第２の曝気槽７内の水位は上昇する。この水位が帰還用の吐出管１２の上部に形成された尿汚水導入口１２ｓまで達すると、第２の曝気槽７上部の尿汚水は、エアーを巻き込みながら、上記尿汚水導入口１２ｓから管本体１２ａ内へと流れ込み、テーパー部１２ｂで空気導入管１３の周りに集められた後、気液混合室１２ｃまで落下して第１の微細気泡噴出手段１４の本体１４ａ内へ吐出される。このとき、上記尿汚水はほぼ第２の曝気槽７の高さ分だけ落下することからその流速は極めて大きくなる。そのため、気液混合室１２ｃでは、上記尿汚水は空気導入管１３の下部の空気を巻き込みながら第１の微細気泡噴出手段１４内に吐出されるので、上記尿汚水中には多数の微細な気泡が発生する。この尿汚水に含まれる微細な気泡は、第１の微細気泡噴出手段１４のノズル１４ｎから噴出される時に更に微細化され、上記第１の曝気槽２内へ噴出される。これにより、新たなポンプを用いることなく、第１の曝気槽２内へ微細な気泡を含んだ尿汚水を戻すことができるので、上記第１の曝気槽２内の尿汚水の溶存酸素濃度を十分高めることができる。したがって、上記第１の曝気槽２内に設置された担体３表面に付着した微生物を十分に活性化できるとともに、上記微生物を増殖させることができ、上記尿汚水を効率よく分解処理することができる。
一方、第２の移送管１６，１６に送られた尿汚水は、第２の微細気泡噴出手段１５，１５の各ノズル１５ｎ，１５ｎから上記第１の曝気槽２内へ吐出されるので、第１の曝気槽２内の尿汚水の溶存酸素濃度を更に高めることができる。この溶存酸素濃度が高い尿汚水は、再び水中ポンプ５により第２の曝気槽７へと送られるので、上記第２の曝気槽７でも微生物が更に活性化され、尿汚水を更に効率よく分解処理することができる。

このように、本最良の形態によれば、それぞれ、表面に微生物が付着された担体３，１０が設置された２つの曝気槽を準備し、第１の曝気槽２の底部に吸込み側に吸気管４が取付けられた水中ポンプ５を備えた曝気放水ポンプ装置６を設置するとともに、上記第２の曝気槽７を上記第１の曝気槽２の上部に設置し、上記水中ポンプ５から吐出された尿汚水を第１の吐出手段９のノズル９ｎから上記第２の曝気槽７内へ吐出させるとともに、上記第２の曝気槽７内の尿汚水を、内部に空気導入管１３が設置された循環用の吐出管１２の吐出側に連結された第１の微細気泡噴出手段１４のノズル１４ｎを介して、上記第１の曝気槽２内へ吐出して戻すようにしたので、簡単な構成で、上記第１及び第２の曝気槽２，７内の溶存酸素濃度を十分に高めることができる。したがって、上記担体３，１０に付着している微生物を活性化できるとともに、上記微生物を増殖させることができるので、上記第１及び第２の曝気槽２，７内の尿汚水を効率よく分解処理することができる。更に、上記水中ポンプ５から吐出される尿汚水を、第２の微細気泡噴出手段１５，１５に設けられた先端側に凹部を有するノズル１５ｎから上記第１の曝気槽２内へ吐出させるようにしたので、上記第１の曝気槽２内の溶存酸素濃度を更に高めることができる。

なお、上記最良の形態では、帰還用の吐出管１２から第１の微細気泡噴出手段１４を介して第１の曝気槽２内に多数の微細な気泡を含んだ尿汚水を吐出させるようにしたが、上記帰還用の吐出管１２の気液混合室１２ｃから直接第１の曝気槽２内に尿汚水を吐出させるようにしても、上記尿汚水中の気泡を十分に微細化することができる。
また、上記例では、担体３，１０として多孔質セラミックス製の担体を用いたが、上記担体として牡蠣貝などの貝類を用いてもよい。このとき、上記尿汚水の処理装置１と同様の処理装置を複数段用い、前段の処理装置には気孔の大きな貝類を担体とし、後段の処理装置には微細な気孔を有するセラミックなどの担体を用いれば、スクリーン等で固液分離しても尿汚水中の固形物を前段の処理装置で取り除くことができるので、固液分離装置を省略することができる。
また、上記最良の形態では、遮蔽部材１８ａと複数の尿汚水導入孔１８ｈが形成された底盤１８ｂとを備えた取付部材１８に水中ポンプ５と吸気管４とを取付けたが、上記取付部材１８を省略し、枠部材などにより水中ポンプ５を上記第１の曝気槽２の底面から所定距離を離隔させて保持するだけでもよい。但し、吸気管４については、その先端部が上記水中ポンプ５の吸込み口近傍に位置するように、上記枠部材あるいはゴミ取り用のスクリーン１７に取付ける必要がある。
また、第１の曝気槽２の上部に複数個の第２の曝気槽７を設けるとともに、水中ポンプ５の容量を大きくすれば、大量の尿汚水を効率よく分解処理することができる。

本発明によれば、簡単な構成で、尿汚水を容易に分解処理することができるので、家畜の糞尿処理を効率的にかつ安価に行うことができるとともに、自然環境の浄化や保存に貢献することができる。

本発明の最良の形態に係る尿汚水の処理装置の構成を示す図である。 本最良の形態に係る微細気泡噴出手段の配置を示す図である。 本最良の形態に係る水中ポンプの構成を示す図である。 本最良の形態に係る第２の吐出手段の要部断面図である。 本最良の形態に係る微細気泡噴出用のノズルの要部断面図である。 従来の尿汚水の処理方法を示す図である。 従来の尿汚水の処理装置を示す図である。

符号の説明

１ 尿汚水の処理装置、２ 第１の曝気槽、３，１０ 微生物の担体、４ 吸気管、
４ａ エア調整バルブ、５ 水中ポンプ、５Ｍ モータ、５ｋ スクリュー羽根、
５ｎ 排出管、６ 曝気放水ポンプ装置、７ 第２の曝気槽、８ 第１の移送管、
９ 第１の吐出手段、９ｎ ノズル、１１ 第２の吐出手段、１２ 帰還用の吐出管、
１２ａ 管本体、１２ｂ テーパー部、１２ｃ 気液混合室、１２ｓ 尿汚水導入口、
１３ 空気導入管、１４ 第１の微細気泡噴出手段、
１４ｎ，１５ｎ 微細気泡噴出用のノズル、１５ 第２の微細気泡噴出手段、
１６ 第２の移送管、１７ ゴミ取り用のスクリーン、１８ 取付部材、
１８ａ 遮蔽部材、１８ｂ 底盤、１８ｃ 脚部、１８ｈ 尿汚水導入孔。

Claims (4)

1. 曝気槽に貯留された固液分離された尿汚水を、上記曝気槽内に設置された担体表面に付着された微生物により分解処理する尿汚水の処理装置であって、吸込み側に吸気管が取付けられた水中ポンプが底部に設置された第１の曝気槽と、この第１の曝気槽の上部に設置された第２の曝気槽と、上記水中ポンプから吐出された尿汚水を上記第２の曝気槽内へ吐出させる第１の吐出手段と、上記第２の曝気槽上部の尿汚水を上記第１の曝気槽内へ戻すための循環用の吐出管、及び、上記吐出管の内部に配設された、一端が空気中に開口し他端が上記吐出管の突出口側に開口する空気導入管を備えた第２の吐出手段とを備え、上記第２の曝気槽内へ微細気泡を含んだ尿汚水を吐出させるとともに、上記第２の曝気槽から微細気泡を含んだ尿汚水を上記第１の曝気槽内へ戻すようにしたことを特徴とする尿汚水の処理装置。
2. 上記水中ポンプを、上記水中ポンプの吸込み側の周囲を覆う遮蔽部材と、この遮蔽部材の底部側に設けられた、尿汚水導入孔を有する底盤とを備えた取付部材に取付けるとともに、一端が空気中に開口し、他端が上記水中ポンプの吸込み口に開口する吸気管を上記取付部材に取付けたことを特徴とする請求項１に記載の尿汚水の処理装置。
3. 上記循環用の吐出管の吐出口側に、先端側に凹部を有し、この凹部の中心に吐出口が設けられたノズルを取付けて、上記第１の曝気槽内へ戻される尿汚水中の気泡を更に微細化するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の尿汚水の処理装置。
4. 上記水中ポンプから吐出される尿汚水を上記第１の曝気槽内へ吐出させる、先端側に凹部を有し、この凹部の中心側に吐出口が設けられたノズルを設けて、微細気泡を含んだ尿汚水を水中ポンプから上記第１の曝気槽内へ吐出させるようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の尿汚水の処理装置。
   

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