JP4907112B2 - 尿浄化方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、尿を浄化する方法及び装置に関する。

特許文献１には、家畜糞尿等の有機性廃棄物を固体成分と液体成分に分離した後、分離液からカリウムを回収し、発酵槽中の固体成分に散布する装置及び方法が記載されている。特許文献２には、エンドレスの発酵槽内を３０乃至９０°Ｃの発酵処理部と１００乃至２００°Ｃの高温処理部に区分し、事前の脱水処理無しで家畜糞尿等を加熱、発酵、乾燥、熟成させる方法及び装置が記載されている。特許文献３には、家畜糞尿などの有機性廃棄物を層流状の簀子（すのこ）により２０乃至３０°Ｃに保温し、攪拌発酵させる方法及び装置が記載されている。特許文献４には、糞尿に水分調整材を混ぜて攪拌し、水分調整材と糞尿の混合物を移送しながら発酵させる方法及び装置が記載されている。

液体成分の浄化には、下水処理と同様の曝気処理が使用される。特許文献５には、仕上げに蛎殻を使用することが記載されている。

家畜糞尿処理用の容器が、特許文献６，７に記載されている。
特開２００３−０６３８８６号公報 特開２００３−１０４７８５号公報 特開２００３−１７１１９１号公報 特開２００３−２３６５９０号公報 特開２００３−２２５６９６号公報 特開２００２−３３７９７６公報 特開２０００−０７９９８４公報

従来の方法は何れも、尿を単独で効率良く浄化するものではなく、長い時間、又は、加熱のための大量の電力を必要とする。

また、家畜の尿等の、固形分が少ない高濃度の有機廃水を処理する従来の技術は、有機廃水を希釈した上で、比較的低温（４０℃以下）で活性汚泥法等の好気性菌によって処理するものである。従って、大量の尿を処理するには、効率が悪く、時間もかかる。

本発明は、従来よりも効率的に尿を浄化する方法及び装置を提示することを目的とする。

本発明に係る尿浄化方法は、太陽光が入射する太陽熱発酵槽内に尿を処理対象液として入れ、当該太陽熱発酵槽内で当該処理対象液を第１の所定温度以上に維持して嫌気性発酵を起こさせ、夜間には、当該太陽熱発酵槽から保温槽に当該処理対象液を移送して第２の所定温度に維持することを特徴とする。

本発明に係る尿浄化装置は、処理対象液を収容可能であり、太陽光により当該処理対象液を加熱し、発酵を起こさせる太陽熱発酵槽と、当該処理対象液を保温する保温槽と、当該太陽熱発酵槽から当該保温槽に当該処理対象液を移送する第１の移送手段とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、高濃度であっても、効率的に尿を浄化できる。太陽熱を併用するので、エネルギー消費が少なく、経済的である。また、栄養価の高い液肥を供給することも可能である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例の概略構成図を示す。

本実施例は、家畜又は人の尿からなる原水を貯留する処理原水貯留槽１０、原水に着色し攪拌する原水攪拌槽１２、太陽光により原水又は処理途中の液を加熱、発酵させる太陽熱発酵槽１４、夜間に処理中の液を所定温度に保持する保温槽１６、及び処理済みの液を貯留する処理水貯留槽１８を具備する。太陽熱発酵槽１４は、太陽光を受けやすいように傾けられており、例えば、屋根上に南向きに設置される。制御装置２０が、これらの槽１０〜１８間での液体の移動、原水攪拌槽１２における着色と攪拌、並びに、発酵槽１４及び保温槽１６における温度を制御する。

処理原水貯留槽１０に、原水、即ち処理対象の尿が搬入される。制御装置２０は、オペレータの指示に従い、槽１０，１２間をつなぐパイプ２２上のモータ２４を動作させて、処理原水貯留槽１０から原水攪拌槽１２に適当な量の原水を移送する。原水攪拌槽１２の上には、着色剤を収容した着色剤容器２６がある。着色剤は、太陽光を吸収しやすくなるように原水を着色する材料であり、例えば、硫酸第１鉄である。制御装置２０は、オペレータの指示に従い、所定量の着色剤を原水攪拌槽１２内に投入し、攪拌装置２８で攪拌する。

原水攪拌槽１２は、パイプ３０により、太陽熱発酵槽１４の上部に繋がっている。パイプ３０上に、電磁バブル３２と、揚水モータ３４が配置されている。制御装置２０は、タイマ２１を参照する所定の時間スケジュールに基づく動作又はオペレータによる指示に従い、電磁バルブ３２を開け、且つ揚水モータ３４を作動させることで、原水攪拌槽１２で着色及び攪拌された原水を、処理対象液として太陽熱発酵槽１４に移送する。太陽熱発酵槽１４にある程度の処理対象液が入ったら、制御装置２０は揚水モータ３４を止め、電磁バルブ３２を閉める。

太陽熱発酵槽１４では、処理対象液は、５０°Ｃ以上の高温、好ましくは７０乃至７５°Ｃの高温に加熱される。これにより、高温菌が、処理対象液を嫌気発酵させる。曇天又は雨天時に備え、補助加熱のための電気ヒータ３６を太陽熱発酵槽１４に設置し、発酵槽１４内の原水の温度を感知する温度センサ３８を太陽熱発酵槽１４に設置してある。制御装置２０は、温度センサ３８の感知した液温に従い、太陽熱発酵槽１４内の処理対象液が７０乃至７５°Ｃの液温を維持するように、電気ヒータ３６で補助的に加熱する。晴天時には、ヒータ３６を使用しなくても、太陽熱発酵槽１４内の液は、７０°Ｃ以上になりうる。

太陽光の受光面積を大きくとるために、太陽熱発酵槽１４は、比表面積の大きい平たい形状になっており、そのために、熱損失が大きくなる。そこで、発酵槽１４には、上記温度を維持しやすいように、槽１４の側面及び底面を断熱材１４ａで覆っている。また、太陽光が原水に効率的に入射するように、発酵槽１４の表面を透明板１４ｂ，１４ｃで覆ってある。但し、本実施例では、太陽熱発酵槽１４の表面の下側を透明な強化ガラス板１４ｂで覆い、上側を透明なポリカーボネート板１４ｃで覆っている。強度の面では、強化ガラスはポリカーボネートより優れ、断熱性では、ポリカーボネートが強化ガラスよりも優れている。発酵槽１４は水平面から傾斜させてあるので、発酵槽１４の下側には、処理対象液の大きな加重がかかる。そこで、発酵槽１４の表面の下側には、強度を優先して強化ガラス板１４ｂを使用する。

断熱を優先して全面をポリカーボネート板にすると、ポリカーボネート板が厚くなり、その結果、重量が増してしまうし、太陽光の透過率も減少する。他方、全面を強化ガラスにすると、断熱が悪く、太陽熱の利用効率が低下し、補助ヒータ３６の利用頻度が上がる。即ち、エネルギー効率が悪化する。

装置稼働の初期に、発酵槽１４内に、多孔質の微生物付着担体４０、例えば、微生物が付着した貝殻や炭等を入れておく。担体４０により微生物を初期的に導入して発酵を促進させる。以後は、担体４０上で微生物が増殖するので、担体４０を発酵槽１４内に放置しておけばよい。

日没後は、太陽熱発酵槽１４内の温度が低下する。この温度低下をヒータ３６で補おうとすると、大量の電力が必要になる。そこで、本実施例では、太陽が沈む前後に、発酵槽１４内の処理対象液を、断熱を強化した保温槽１６に移送する。太陽熱発酵槽１４から保温槽１６への移送のために、発酵槽１４の下部と、発酵槽１４よりも低い位置に設置した保温槽１６との間をパイプ４２で結び、パイプ４２上に電磁バルブ４４を設置してある。制御装置２０はタイマ２１を参照し、夕方の所定時刻に電磁バルブ４４を開ける。これにより、発酵槽１４内の発酵中の処理対象液が、保温槽１６に流下する。

保温槽１６は透明なポリカーボネート容器からなる。ポリカーボネートは透明であるだけでなく、強度、耐熱性及び断熱性に優れるからである。必要により、保温槽１６の周囲（底面、側面及び上面）を断熱布等で覆う。保温槽１６の素材に透明ポリカーボネートを使用することで、保温槽１６内の様子を外から容易に確認できる。

保温槽１６は、太陽熱醗酵槽１４で醗酵させた又は発酵途中の高温の処理対象液の液温を維持し、発酵を維持させるものである。太陽熱醗酵槽１４は、太陽熱を積極的に利用して処理水を加熱し高温とするために、太陽熱温水器と同様に太陽に対面する面が大きな平板状の形状を有するが、保温槽１６は、熱損失を抑制して高温状態を維持すればよいので、比表面積が小さな密閉した円筒状の容器からなる。保温槽１６は、断熱性が高いので、内部の処理液の温度低下速度は遅く、補助熱源である電気ヒータ４８の利用頻度も低い。更に、深夜電力を併用することで、加熱コストを低減できる。

保温槽１６内にも、多孔質の微生物付着担体４６を予め入れてある。これにより、保温槽１６内で微生物を増殖及び定着させる。保温槽１６内の温度を５０乃至７０°Ｃに維持するために、電気ヒータ４８と、液温を感知する温度センサ５０を保温槽１６内に配置してある。制御装置２０は、温度センサ５０の出力に従い、保温槽１６内の液温が５０乃至７０°Ｃに維持されるように、電気ヒータ４８に電流を供給する。保温槽１６内では、発酵による発熱も処理対象液の温度を上昇させる。

朝になって、保温槽１６内の処理対象液を未だ浄化又は発酵させる必要がある場合には、保温槽１６から発酵槽１４に処理対象液を移送する。そのために、保温槽１６の底面と、電磁バルブ３２と揚水ポンプ３４との間の揚水パイプ３０とを、パイプ５２で結合してある。また、パイプ５２には、処理済みの液を処理水貯留槽１８に移送するための電磁バルブ５４を設置してある。処理水貯留槽１８は、保温槽１６よりも低い位置に設置されている。

朝になって、保温槽１６内の処理対象液を再度、太陽熱発酵槽１４内で嫌気発酵させる必要があるときには、制御装置２０は、電磁バルブ５４をパイプ３０側に開け、揚水モータ３４を作動させる。これにより、保温槽１６内の処理対象液は、パイプ５２とパイプ３０を介して太陽熱発酵槽１４に送り込まれる。そして、この処理対象液は、太陽熱発酵槽１４内で太陽熱及びヒータ３６により７０乃至７５°Ｃに加温され、嫌気発酵する。

もはや発酵が不要になった段階、具体的には、発酵により悪臭成分等の汚濁物質が分解されてほとんど無臭になるほどに、浄化された段階では、制御装置５４は、電磁バルブ５４を槽１８の方向に開ける。これにより、保温槽１６の処理済みの液が、処理水貯留槽１８に落下する。処理水貯留槽１８内の処理水は、充分に浄化されおり、栄養価が高いので液肥として使用できる。

このように、本実施例では、尿を希釈することなしに原水のまま、５０°Ｃ以上の高温、嫌気状態を維持することで、高温菌により有機物を分解する。また、少なくとも２４時間、７０°Ｃ以上を維持することで、汚水を殺菌できるので、そのまま液肥として利用可能になる。

原水を予め着色することで、太陽光の吸収効率が向上する。槽１４自体に吸熱性を持たせるよりも効率的に、原水を加熱できる。

高温嫌気性発酵に必要な熱エネルギーを太陽光から得るので、加熱のためのエネルギー効率が良い。即ち、稼働コストを低減できる。

太陽熱発酵槽１４と保温槽１６の利用方法には、２つの方法がある。第１の方法では、日照がある昼間には、主に太陽熱を利用して、太陽熱発酵槽１４内で処理水を７０℃以上の高温に加熱する。そして、日没後から翌朝までは、処理水を保温槽１６内で５０°Ｃ以上を維持する。朝になったら、保温槽１６から太陽熱発酵槽１４に再び処理水を移送し、太陽熱で加熱する。この工程を、処理水の浄化又は発酵が完了するまで、繰り返す。

第２の方法では、太陽熱発酵槽１４内で、少なくとも２４時間、７０°Ｃ以上を維持する。これにより、高温嫌気性発酵が進行するだけでなく、雑菌や雑草の種子の多くが死滅する。その後、太陽熱発酵槽１４から保温槽１６に処理水を移送し、５０°Ｃ以上を維持して、更に発酵を進める。この方法は、第１の方法よりも電力を消費するが、処理能力は、第１の方法の２倍近くになる。

本実施例に係る方法では、処理対象の廃水を最初に７０°Ｃ以上の高温状態に２４時間以上、維持して高温嫌気性発酵を起こさせ、その後に、さらに５０°Ｃ以上を維持することで、廃水中の悪臭成分等の有機質の嫌気分解を促進させることになる。従って、この温度及び発酵の条件を満たす限り、槽１４，１６の一方のみを使用しても、目的を達成できる。例えば、晴天日数が多く、温暖な地域では、畜舎の屋根上に太陽熱醗酵槽１４のみを設置し、保温槽１６を省略できる。一方、寒冷で晴天日数が少ないオホーツク沿岸地域や道東の酪農地帯では、太陽熱の利用はあまり期待できないので、電気ヒータ４８を使用する保温槽１６を主として利用する。

尿を浄化する方法及び装置として説明したが、結果として栄養価の高い液肥を製造できるので、本発明に係る方法は、液肥を製造する方法及び装置としても評価できる。

特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の一実施例の概略構成図である。

符号の説明

１０：処理原水貯留槽
１２：原水攪拌槽
１４：太陽熱発酵槽
１４ａ：断熱材
１４ｂ：ガラス板
１４ｃ：ポリカーボネート板
１６：保温槽
１８：処理水貯留槽
２０：制御装置
２１：タイマ
２２：パイプ
２４：モータ
２６：着色剤容器
２８：攪拌装置
３０：パイプ
３２：電磁バブル
３４：揚水モータ
３６：電気ヒータ
３８：温度センサ
４０：微生物付着担体
４２：パイプ
４４：電磁バルブ
４６：微生物付着担体
４８：電気ヒータ
５０：温度センサ
５２：パイプ
５４：電磁バルブ

Claims (17)

1. 太陽光が入射する太陽熱発酵槽（１４）内に尿を処理対象液として入れ、
   当該太陽熱発酵槽（１４）内で当該処理対象液を第１の所定温度以上に維持して嫌気性発酵を起こさせ、
   夜間には、当該太陽熱発酵槽（１４）から保温槽（１６）に当該処理対象液を移送して第２の所定温度に維持する
   ことを特徴とする尿浄化方法。
2. 更に、当該尿が浄化されるまで、当該保温槽（１６）から当該太陽熱発酵槽（１４）への当該処理対象液の移送と、当該太陽熱発酵槽（１４）から当該保温槽（１６）への移送を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の尿浄化方法。
3. 更に、当該太陽熱発酵槽（１４）内の当該処理対象液を補助加熱するステップを具備すること特徴とする請求項１又は２に記載の尿浄化方法。
4. 当該保温槽（１６）内の当該処理対象液を加温するステップを具備することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の尿浄化方法。
5. 当該尿を事前に着色するステップを具備することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の尿浄化方法。
6. 当該第１の所定温度が５０°Ｃであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の尿浄化方法。
7. 当該第１の所定温度が７０°Ｃであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の尿浄化方法。
8. 当該第２の所定温度が、５０°Ｃ以上であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の尿浄化方法。
9. 処理対象液を収容可能であり、太陽光により当該処理対象液を加熱し、発酵を起こさせる太陽熱発酵槽（１４）と、
   当該処理対象液を保温する保温槽（１６）と、
   当該太陽熱発酵槽（１４）から当該保温槽（１６）に当該処理対象液を移送する第１の移送手段（４２，４４）
   とを具備することを特徴とする尿浄化装置。
10. 更に、当該保温槽（１６）から当該太陽熱発酵槽（１４）に当該処理対象液を移送する第２の移送手段（５２，５４、３４）を具備することを特徴とする請求項９に記載の尿浄化装置。
11. 更に、当該太陽熱発酵槽（１４）内の当該処理対象液を５０°Ｃ以上の第１の所定温度に加熱する補助加熱手段（３６）を具備することを特徴とする請求項９又は１０に記載の尿浄化装置。
12. 当該第１の所定温度が７０°Ｃ以上であることを特徴とする請求項１１に記載の尿浄化装置。
13. 更に、当該保温槽（１４）内の当該処理対象液を第２の所定温度に加熱する加熱手段（４８）を具備することを特徴とする請求項９乃至１２の何れか１項に記載の尿浄化装置。
14. 当該第２の所定温度が、５０°Ｃ以上であることを特徴とする請求項１３に記載の尿浄化装置。
15. 更に、当該処理対象液を着色剤で着色する装置（１２，２６，２８）を具備することを特徴とする請求項９乃至１４の何れか１項に記載の尿浄化装置。
16. 更に、処理済みの液を液肥用に保管する処理水貯留槽（１８）を具備することを特徴とする請求項９乃至１５の何れか１項に記載の尿浄化装置。
17. 当該太陽熱発酵槽（１４）の表面は、下部が強化ガラス板（１４ｂ）で覆われ、上部がポリカーボネート板（１４ｃ）で覆われていることを特徴とする請求項９乃至１６の何れか１項に記載の尿浄化装置。

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