JP7308599B2 - 糞尿処理液用消泡剤組成物、及びその使用方法 - Google Patents

Description

本発明は糞尿処理時の発泡を抑制する消泡剤組成物、及びその使用方法に関する。

家畜等の糞尿を処理する一般的な方法として、固形物を含む糞尿スラリーに対して曝気処理を行うことで好気性発酵処理を行い、これを加工またはそのまま肥料等に使用している。糞尿スラリーの曝気処理を行う際は曝気装置を用いるが、この工程において多くの泡立ちが発生する。従来、この泡立ちは消泡装置を用いて抑制していた。しかし、この方法では、粘度の高い糞尿液に対する消泡性が不十分なため、処理しきれない場合がり、消泡剤を併用する必要があった。

また、家畜糞尿は発酵処理後、肥料として農耕地に散布される。この時、糞尿スラリーを好気性発酵処理施設から散布設備のタンクへ移送時に多量の泡が発生し、タンクが糞尿スラリーで満たされる前にタンクから泡が溢れるため、タンクの容量を効率的に使用できない。そこで、好気性発酵処理施設内の糞尿スラリーや、移送時のタンクに消泡剤を添加する必要がある。

消泡剤は消泡成分として油脂、鉱油、シリカ、アルコール等を用いたものが一般的である。しかし、多くの場合、環境負荷が大きく、使用する量や使用可能な場面に制限がある。特に、糞尿液の様な処理後に肥料として環境へ放出されるものに対しては使用量の制限から十分な消泡効果が得られず使われてこなかった。

消泡剤の中でもシリコーン系消泡剤は比較的環境負荷が低く、高い破泡性を有しているため、化学工業における製造工程や排水処理工程等の一般的な消泡剤用途以外にも食品工業や農薬散布液等幅広い用途で使用されている。中でも、エマルション型の消泡剤は拡散力に優れるため、発泡液体に対して撹拌を必要とせず、速やかな破泡効果を及ぼすことが出来る。

しかし、エマルション型消泡剤は消泡能力の持続性が低く、また、糞尿スラリーの様な高粘度、高ＢＯＤ（Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｏｘｙｇｅｎ ｄｅｍａｎｄ）値の過酷な条件下においては消泡能力が低下し、充分な能力を発揮することが困難であった。そのため、このような糞尿スラリーに対する消泡剤組成物の検討は多くはされてこなかった。

特表２００５－５２５９３１号公報 特開２０１１－２０６６５７号公報 特開平１－１３５５１０号公報 特開２０１４－００８４５５号公報 特開２０００－２８８３０８号公報

従来技術においては消泡能力が不足し、また消泡能力を持続させることが困難である糞尿スラリーの様な高粘度、かつ高ＢＯＤ値の発泡液に対しても高い消泡能力を有する消泡剤組成物を提供することを目的とする。

本発明者らは上記課題を達成するため鋭意検討を行った結果、本発明の完成に至った。

すなわち、本発明は、
「（１）５～５０重量％のシリコーン樹脂、５０～９５重量％の水を含有することを特徴とする消泡剤組成物、
（２）５～５０重量％のシリコーン樹脂、０．１～５重量％の防腐剤、４５～９４．５重量％の水を含有することを特徴とする消泡剤組成物、
（３）（２）に記載の防腐剤がベンゾチアゾリン－３－オンであることを特徴とする（２）に記載の消泡剤組成物、
（４）（１）～（２）に記載のシリコーン樹脂が、オルガノシロキサン、ポリオルガノシロキサン、ポリシロキサンからなる群より選ばれる１種である（１）～（３）のいずれか一項に記載の消泡剤組成物、
（５）糞尿施設及び、糞尿を肥料として散布する施肥設備のタンクに発生する気泡を抑制、破泡することを特徴とする（１）～（４）のいずれか一項に記載の消泡剤組成物、
（６）（５）に記載の糞尿施設が、好気性発酵型糞尿施設であって、該糞尿処理施設内糞尿を水平面に円を描くように対流させ、対流する糞尿表面に（１）～（５）のいずれか一項に記載の消泡剤組成物を添加する消泡剤組成物の使用方法、
（７）（１）～（５）のいずれか一項に記載の消泡剤組成物を（６）記載の好気性発酵型糞尿施設に付属する曝気処理設備の空気投入口から添加する消泡剤組成物の使用方法、
（８）（５）に記載の糞尿施設が好気性発酵型、及び嫌気性発酵型糞尿施設であって、当該糞尿施設から糞尿を施肥用のタンクに移す際、移送するスピードに合わせて一定量を自動的に調節しながら加える（１）～（５）のいずれか一項に記載の消泡剤組成物の使用方法、
（９）（１）～（５）のいずれか一項に記載の消泡剤組成物を予め水で５０～５００倍に希釈することを特徴とする（８）に記載の消泡剤組成物の使用方法、
（１０）（１）～（５）のいずれか一項に記載の消泡剤組成物を糞尿に対して２～３０ｐｐｍの濃度になるよう添加する（６）～（９）のいずれか一項に記載の消泡剤組成物の使用方法、
（１１）（５）～（６）、及び（８）のいずれか一項に記載の糞尿施設から施肥用のタンクへの糞尿の移送スピードが毎分２０００～８０００Ｌである（６）～（１０）のいずれか一項に記載の消泡剤組成物の使用方法、
（１２）糞尿の固形分が１０％以上である（６）～（１１）のいずれか一項に記載の消泡剤組成物の使用方法、」
に、関する。

本発明の消泡剤組成物は糞尿を処理することで発生する気泡を速やかに破泡および抑泡し、糞尿処理の省力化に貢献出来る。

以下に本発明の消泡剤組成物についてより詳しく説明する。

本発明に適用可能な糞尿とは哺乳類が排出する糞尿全般であり牛、豚等の家畜および人のいずれでもよく、またこれらに限定されるものではない。これらで構成される糞尿スラリーは処理施設に移送される前に固形分の除去は行わないことが望ましく、固形分が１０％以上であることが好ましい。固形分の含量が１０％を下回ると著しく多量の泡を生じ、本発明に適用できない場合がある。また、糞尿スラリーは一般工業廃水と比べ、例えばＢＯＤ値が１６０００ｐｐｍ、粘度が１０００ｍＰａ・ｓと著しく高いため、消泡が困難となる。

本発明の消泡剤組成物は、シリコーン樹脂、界面活性剤、水、添加剤を混合することで、製造出来る。

本発明の消泡剤組成物に用いられるシリコーン樹脂はオルガノシロキサン、ポリオルガノシロキサン及びポリシロキサンのいずれでもよく、またこれらに限定されるものではないが、好ましくは、式（１）化合物である。また、これらシリコーン樹脂はその分子構造中に任意の構造の置換基を含むことが出来る。

［式（１）において、ｎは１以上の整数を表す。］

本発明の消泡剤組成物中のシリコーン樹脂の含有割合は、通常５～５０重量％、好ましくは１０～３０重量％である。消泡剤組成物中の含有量が５重量％に満たない場合は消泡性成分の十分な効力発現が期待できず、５０重量％を超えると流動性が低下し、液中での拡散性が低下し、効力発現がばらつくといった問題が生じる。

本発明の消泡剤組成物中には防腐剤を含むことができ、その含有量は０．０１～１０重量％、好ましくは０．０５～７．０重量％、より好ましくは０．１～５重量％である。防腐剤含有量が０．０１重量％を下回ると期待する防腐効果が得られず、１０重量％を超過すると必要以上の添加となって環境に負荷を生じることとなる。防腐剤としては具体的にはピリチオンナトリウム、ピリチオン亜鉛、ポリヘキサメチレンビクアニド、ベンゾチアゾリン－３－オンなどが挙げられ、その中でもベンゾチアゾリン－３－オンが好ましい。

本発明の消泡剤組成物中にはノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤の中から選ばれる１種または１種以上の界面活性剤を含むことができ、好ましくはノニオン系界面活性剤もしくは／およびアニオン性界面活性剤であり、その含有量は、好ましくは０．１～５重量％である。

ノニオン系界面活性剤として、アルコールエトキシレート、脂肪酸エトキシレート、アルキルフェノールエトキシレート、ソルビタンエステル、ソルビタンエステルエトキシレート、エチレンオキシド／ プロピレンオキシド共重合体、グリコールエステル、グリセリルエステル、ポリグリセリド及びポリオキシアルキレングリセリドエステルが挙げられるが、これらに限定されるものではない。ノニオン系界面活性剤の消泡剤組成物中の含有量は、好ましくは０．１～５重量％である。

アニオン系界面活性剤について、アルコール硫酸塩、アルキルアリールスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、エトキシル化アルコール硫酸塩、エトキシル化アルキルフェノールの硫酸塩及びスルホン酸塩、脂肪酸エステルの硫酸塩、アルキルフェノールの硫酸塩及びスルホン酸塩、縮合ナフタレンのスルホン酸塩、ナフタレンのスルホン酸塩、スルホコハク酸エステルのナトリウム誘導体、石油スルホン酸エステルのアルカリ塩、アルカリリン酸エステルが挙げられるが、いずれもこれらに限定されるものではない。アニオン系界面活性剤の消泡剤組成物中の含有量は、好ましくは０．１～５重量％である。

カチオン性界面活性剤として、一級、二級および三級のアルキルアミン、一級、二級および三級のアルキルアミニウム塩（ただし、アミン基は配合物中で実質的にプロトン化される）、四級アルキルアンモニウム塩などのオニウム塩、ならびにそれらの混合物が含まれる。広範囲の一級、二級、三級および双性イオン性のアルキルアミンおよび四級のアルキルアンモニウム塩が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

本発明の消泡剤組成物はその他の添加剤を含むことが出来、その含有量は、好ましくは０．１～５重量％である。添加剤について、特に限定はされないが、安定剤、増粘剤といったものが挙げられる。また、これら添加剤は１種または１種以上を含んでいてもよい。

糞尿スラリーは処理施設で発酵させ、肥料として利用する。発酵の方法は好気性発酵型と嫌気性発酵型の２つがあり、その中でも嫌気性発酵型は泡の発生が少なく、消泡剤は必要とされない。一方、好気性発酵型は糞尿スラリー中に空気を吹き込むことで発酵を促すため、吹き込んだ空気が泡の発生を促進するため、消泡剤が必要となる。

好気性発酵型糞尿処理施設には糞尿スラリーの液面より高い位置に糞尿投入ノズルと、糞尿スラリー液面より下部に好気性発酵を促す空気を吹き込むためのノズルが設置されている。糞尿スラリーはその粘度の高さから本発明の消泡剤組成物を投入しても撹拌なしでは全体に行き渡らず、消泡性能が限定的となるおそれがある。その対策として施設に撹拌設備を付帯したり、糞尿投入ノズルの先端と施設外周の接線からなる角度が１５°～６５°になるようノズルを設置し、当該ノズルから投入される糞尿の勢いを利用したりして施設内の糞尿を撹拌する。これらの対策によって糞尿スラリー液面の上から投入した本発明の消泡剤組成物を糞尿スラリー全体に行き渡らせて良好な消泡性が得られる。また、空気吹き込みノズルも撹拌を促すため、このノズルから空気と共に本発明の消泡剤組成物を糞尿スラリーに流し込むことによって、良好な効果が得られる。これら２つの方法のうち、どちらか一方もしくは両方法を採用することで施設全体均一かつ良好な消泡性能を保つことができる。

本発明の消泡剤組成物は好気性発酵型糞尿処理施設への使用以外に、糞尿スラリーを好気性発酵型糞尿処理施設から施肥設備のタンクに移送する場面での使用が挙げられる。糞尿スラリーが投入される際に生じる泡がタンクから溢れてしまい、タンクに満量まで糞尿スラリーを投入することができない。そこで、糞尿スラリーの投入に合わせて本発明の消泡剤組成物の一定量を投入することで消泡し、タンク満量まで糞尿スラリーを投入でき、効率の良い施肥作業が可能となる。

本発明の消泡剤組成物のタンクへの投入は、消泡性能を発揮する濃度以上となるよう、糞尿スラリーの投入スピードに合わせて行う必要がある。当該消泡剤組成物はごく少量で消泡性能を発揮するため、原液では量の調整が難しい場合は、予め水で希釈することができる。希釈倍率は通常５０～５００倍であり、好ましくは７０～２００倍、より好ましくは８０～１５０倍である。希釈倍率が５０倍を下回ると糞尿スラリーの投入スピードに対して当該消泡剤組成物の投入量を調整することが困難となる。また、希釈倍率が５００倍を上回るとタンクに投入する当該消泡剤組成物の希釈液が多量となり、タンクに投入できる糞尿スラリー量が少なくなるため、非効率となる。

本発明の消泡剤組成物はごく少量で消泡性能を発揮するため、添加量は糞尿スラリーに対して２～３０ｐｐｍが好ましく、４～１５ｐｐｍがより好ましい。２ｐｐｍ以下では効果的な消泡性能が得られず、３０ｐｐｍ以上では消泡性能は濃度に依存せず一定であるため、必要以上の添加は不経済である。

以下実施例により、本発明を更に詳細に説明する。

＜製造例１＞
容器にシリコーンエマルション（信越化学工業製、商品名：ＫＭ－７２Ｆ）４９．７５重量部、市水４９．７５重量部及びプロクセルＧＸＬ（Ｓ）（アーチケミカルズ製、ベンゾチアゾリン－３－オン）０．５０重量部を加えてよく混合することで消泡剤組成物を得た。

＜試験例１＞
（試験方法）２０００ｍ^３の糞尿処理施設に家畜糞尿を溜める。その後、実施例区では、家畜糞尿に製造例１消泡剤組成物を１５Ｌ添加し、破泡性を目視で確認した。破泡性は○、△、×の３段階で評価し、○は糞尿処理施設全体のうち糞尿表面の泡が５％以下、△は尿表面の泡が５～５０％、×は５０～１００％覆われている状態とした。その後、処理した家畜糞尿を移送用タンクへ移送し、同体積のタンクに満量の家畜糞尿を積載した際の積載重量について、実施例区を１００％とした場合の無処理区の割合を比較することで抑泡性を評価した。比較例区では、消泡剤組成物を添加しなかったこと以外、実施例区と同様に処理した。

表１のように、実施例区では、高い破泡性及び抑泡性を発揮させることができ、移送時の積載重量が増えることにより、糞尿処理の省力化が可能であることが分かる。一方、比較例区では泡立ちを抑制する事が出来ず、タンク当たり積載量が減ってしまうため、省力化が困難であることが分かる。

＜試験例２＞
本発明の消泡剤組成物２Ｌを予め水で希釈して２００Ｌとした。施肥設備付帯の移送用タンク（容積１３５００Ｌ）に糞尿スラリーを５４００Ｌ／分の移送スピードで送り、同時に前記の消泡剤組成物希釈液が糞尿スラリーに対して７ｐｐｍとなるよう３．８Ｌ／分でタンクに投入した。その結果、多量の泡の発生なく、タンク全量を糞尿スラリーで満たすことが可能であった。

Claims (7)

1. ５～５０重量％のシリコーン樹脂、５０～９５重量％の水を含有する消泡剤組成物による、糞尿施設及び、糞尿を肥料として散布する施肥設備のタンクに発生する気泡を抑制、破泡するための使用方法であって、
   好気性発酵型糞尿施設において、該糞尿処理施設内糞尿を水平面に円を描くように対流させ、対流する糞尿表面に前記消泡剤組成物を、糞尿に対して２～３０ｐｐｍの濃度になるよう添加する使用方法。
2. ５～５０重量％のシリコーン樹脂、５０～９５重量％の水を含有する消泡剤組成物による、糞尿施設及び、糞尿を肥料として散布する施肥設備のタンクに発生する気泡を抑制、破泡するための使用方法であって、
   前記消泡剤組成物を、好気性発酵型糞尿施設に付属する曝気処理設備の空気投入口から、糞尿に対して２～３０ｐｐｍの濃度になるよう添加する使用方法。
3. ５～５０重量％のシリコーン樹脂、５０～９５重量％の水を含有する消泡剤組成物による、糞尿施設及び、糞尿を肥料として散布する施肥設備のタンクに発生する気泡を抑制、破泡するための使用方法であって、
   糞尿施設から糞尿を施肥用のタンクに移す際、同時に前記消泡剤組成物を糞尿スラリーに対して２～３０ｐｐｍの濃度になるよう添加速度を調節しながら加える使用方法。
4. ５～５０重量％のシリコーン樹脂、０．１～５重量％の防腐剤、４５～９４．５重量％の水を含有する消泡剤組成物である、請求項１～３のいずれか一項に記載の使用方法。
5. 消泡剤組成物を予め水で５０～５００倍に希釈することを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の使用方法。
6. 糞尿施設から施肥用のタンクへの糞尿の移送スピードが毎分２０００～８０００Ｌである請求項３に記載の使用方法。
7. 糞尿の固形分が１０％以上である請求項１～６のいずれか一項に記載の使用方法。