尿処理方法、及び、尿処理装置
【課題】尿中の窒素成分や炭素成分を効率よく除去できる尿処理方法及び尿処理装置を提供する。
【解決手段】屎を含まない、尿又は尿含有水を、空気中に暴露している多孔体に接触させる工程を備える尿処理方法である。多孔体４３と、多孔体４３を収容しかつ空気に対して開放された開口４１ａを有する容器４１と、上記多孔体４３に対して、屎を含まない、尿又は尿含有水を供給する供給部５と、を備える尿処理装置１００である。
【解決手段】屎を含まない、尿又は尿含有水を、空気中に暴露している多孔体に接触させる工程を備える尿処理方法である。多孔体４３と、多孔体４３を収容しかつ空気に対して開放された開口４１ａを有する容器４１と、上記多孔体４３に対して、屎を含まない、尿又は尿含有水を供給する供給部５と、を備える尿処理装置１００である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、尿処理方法、及び尿処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、屎尿含有排水等の排水の処理方法として、生物学的硝化・脱窒法が知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】水質環境工学 −下水の処理・処分・再利用、松尾友矩他、技報堂出版、1993年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の方法では大きな設備が必要であり、かならずしも効率が十分ではない。本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、尿中の窒素成分や炭素成分を効率よく除去できる尿処理方法及び尿処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る尿処理方法は、屎を含まない、尿又は尿含有水を、空気中に暴露している多孔体に接触させる工程を備える。
【０００６】
本発明に係る尿処理装置は、多孔体と、上記多孔体を収容しかつ空気に対して開放された開口を有する第一容器と、上記多孔体に対して、屎を含まない、尿又は尿含有水を供給する供給部と、を備える。
【０００７】
本発明によれば、屎を含まない、尿又は尿含有水を、空気中に暴露している多孔体に接触させることにより、微生物の働きにより効率よく窒素成分の硝化が可能である。また、硝化により生成した亜硝酸態窒素や硝酸態窒素と、尿中の炭素成分とが微生物の働きにより反応し、脱窒及び炭素成分の炭酸ガス等への酸化が行なわれ、水中の窒素成分及び炭素成分の低下がなされる。そして、屎を含まない、尿又は尿含有水は、窒素濃度が非常に高く、また容量が少ないため、多孔体を収容する容器の大きさも非常に小さくすむ。
また、屎を含まない、尿又は尿含有水は、固体分が少ないので、多孔体の詰まり等の発生が少ない。さらに、水中曝気用のポンプ等が不要で動力費が少ない。
【０００８】
ここで、上記方法は、上記尿又は尿含有水を、尿便器、又は、排泄された尿を屎と混合することなく排出する屎尿分離便器から得ることが好ましい。また、上記装置の供給部は、尿便器、又は、排泄された尿を屎と混合することなく排出する屎尿分離便器を含むことが好ましい。
【０００９】
また、上記方法は、上記空気中に暴露している多孔体が上記尿又は尿含有水に浸漬しないように上記多孔体に上記尿又は尿含有水を供給することにより上記接触を行うことが好ましい。また、上記装置の上記第一容器の底部に、上記第一容器内の多孔体が上記尿又は尿含有水に浸漬しないように上記第一容器に供給された上記尿又は尿含有水を上記第一容器の外部に排出させる排水孔が形成されることが好ましい。
【００１０】
これにより、多孔体を空気中に曝露しつつ、尿又は尿含有水の連続処理が可能である。
【００１１】
また、上記方法は、容器内で、上記空気中に暴露している多孔体を上記尿又は尿含有水で浸漬することにより上記接触をした後、上記容器から上記尿又は尿含有水を排出して上記多孔体を再び空気中に暴露させることを繰り返すことが好ましい。また、上記装置は、第二容器と、上記第一容器の上記尿又は尿含有水を上記第二容器に供給する第一移液部と、上記第二容器の上記尿又は尿含有水を上記第一容器に供給する第二移液部と、を備えることが好ましい。
【００１２】
これにより、多孔体の空気への曝露と、曝露した多孔体と尿又は尿含有水との接触とを交互に行うことができ、多孔体全体を接触に活用できるという効果がある。
【００１３】
また、上記多孔体は、粒子層であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、尿中の窒素成分や炭素成分を効率よく除去できる尿処理方法及び尿処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、第一実施形態に係る尿処理装置の概略フロー図である。
【図２】図２は、第二実施形態に係る尿処理装置の概略フロー図である。
【図３】図３の（ａ）、（ｂ）は、第二実施形態に係る尿処理装置の動作を示す概略図である。
【図４】図４は、実施例４の５６日経過後の結果を示すグラフである。
【図５】図５は、実施例４の６８日経過後の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、同一または相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１７】
（第一実施形態）
図１は、第一実施形態に係る尿処理装置の一部断面模式図である。この尿処理装置１００は、主として、屎尿分離トイレ装置１０、尿便器２０、尿タンク３０、充填塔（第一容器）４０を主として備えている。
【００１８】
屎尿分離トイレ装置１０は、屎尿分離便器１１、水タンク１８、尿排出管１２、屎排出管１３、便座１４を主として備えている。
【００１９】
屎尿分離便器１１は、尿用窪み部１１ａと屎用窪み部１１ｂとを有しており、尿用窪み部１１ａで人から排出される尿を受け止める一方、屎用窪み部１１ｂで人から排出される屎を受け止める。
【００２０】
尿用窪み部１１ａの底部には尿排出管１２が設けられており、尿排出管１２の端部は、ラインＬ１を介して尿タンク３０に接続されている。
【００２１】
屎用窪み部１１ｂの底部にはＵ字に曲げられた屎排出管１３が設けられており、屎排出管１３の端部は、ラインＬ３を介して、後述するラインＬ４に合流している。
【００２２】
水タンク１８からの水は、尿用窪み部１１ａ及び屎用窪み部１１ｂの両方に供給される。
【００２３】
このような屎尿分離トイレ装置１０によれば、人から排出された屎及び尿を互いに混合させること無く、それぞれ分離された状態で排出可能である。なお、通常、尿排出管１２から排出されるものは、尿と、水タンク１８からの少量の水（例えば、約０．１Ｌ／回）との混合物である尿含有水であるが、水洗用の水を使用しない場合も有り、この場合、尿排出管１２から排出されるものは、水で薄められていない尿そのものである。また、屎排出管１３から排出されるものは、通常、屎と、水タンク１８からの少量の水（例えば、約４Ｌ／回）との混合物であが、屎のみの場合もある。
【００２４】
尿便器２０は、人に尿のみを排泄させて尿を回収する便器である。尿便器２０は、人から排出される尿を受ける尿受部２１と、尿受部２１の底部に設けられた尿排出管２２とを備えており、尿排出管２２の端部はラインＬ１を介して尿タンク３０に接続されている。尿便器２０で回収された尿は、尿単独で、又は、水タンク２８からの少量の水と共に、ラインＬ１を介して尿タンク３０に供給される。
【００２５】
尿タンク３０は、尿又は尿含有水（以降、尿排水と呼ぶことがある。）を貯留するタンクである。大きさは特に限定されないが例えば、５〜１０日分の尿の排出量を貯留できる大きさとすることができる。尿タンク３０内の尿排水の尿の濃度は、例えば、５〜１００体積％、好ましくは、８〜１００体積％である。
【００２６】
尿タンク３０内の尿排水は、ラインＬ２及びポンプＰ１を介して、充填塔４０に供給される。
【００２７】
本実施形態では、ラインＬ１、Ｌ２、ポンプＰ１、尿タンク３０、屎尿分離便器１１、及び尿便器２１が、屎を含まない尿排水を後述する多孔体４３に供給する供給部５を構成している。
【００２８】
充填塔４０は、上端に空気に対して開放された開口４１ａを有する筒状容器である。充填塔の底部には、液体を通過可能とする排水孔４２ａを有する支持材４２が設けられており、支持材４２の上に、多孔体４３が支持されている。このような支持材４２としては、貫通孔を複数有する多孔板、メッシュ、粗粒子層等が挙げられる。
【００２９】
多孔体４３は、尿排水に対して、硝化や脱窒等の反応場を与えるものである。具体的に多孔体４３としては、多孔であるものであれば特に限定されない。例えば、織布、不織布等の布材の充填層、
ハニカム状、筒状、波板状、球状等の樹脂製のろ材粒子の充填層、
黒ボク土、鹿沼土、焼赤玉土等の土壌粒子、炭酸カルシウム粒子、ゼオライト粒子、発泡したパーライト粒子、軽石、粉砕貝殻（カキ殻等）、セラミクス製の多孔質粒子等、の多孔質粒子の充填層が挙げられる。多孔質粒子の充填層を用いると、リンの吸着効果もある。これらの粒子を混合してもよい。
【００３０】
このような多孔体４３により、硝化用微生物や脱窒用微生物を固定させて尿排水の硝化や脱窒を促進させられる。また、多孔質粒子の充填層を用いた場合には、尿中のリンを多孔質濾材５５に吸着等させて回収することが容易である。なお、このような多孔体４３は、樹脂メッシュ製等の通水性のある袋に収容されていることも好ましく、この場合交換が容易である。
【００３１】
多孔体４３の充填高さや充填直径は特に限定されず、処理すべき尿排水の負荷量に応じて適宜設定できる。
【００３２】
また、支持材４２の下方には、多孔体４３及び支持材４２を通過した尿排水を回収する受け部４４が設けられている。受け部４４にはラインＬ４が接続されラインＬ４の先には、浄化槽７０が接続されている。
【００３３】
浄化槽７０は、上流側から順に、嫌気槽７０ａ、曝気槽７０ｂを有するものであり、公知の種々の物を利用できる。
【００３４】
続いて、本実施形態の尿処理装置１００を用いた尿処理方法について説明する。
まず、人が、屎尿分離トイレ装置１０や尿便器２０を用いて排泄を行い、排泄された尿が、屎と分離された状態で、尿単独で、又は、尿含有水として、尿タンク３０に供給される。続いて、尿タンク３０に貯留された尿排水は、ポンプＰ１により、定量的に或いは、定期的に、多孔体４３の上部に供給される。供給された尿排水は、多孔体４３の孔内を流下し、さらに、分散板４２の排水孔４２ａを通過して受け部４４により回収され、ラインＬ４を介して浄化槽７０に排出される。
【００３５】
このとき、多孔体４３は、上部が解放された容器４１内に配置されると共に、多孔体４３の支持材４２は液を下方に通過可能とする排水孔４２ａを有しており、多孔体４３が尿排水に浸漬して水没することは無い。従って、多孔体４３内は空気に曝露しており、多孔体４３には空気が常時供給されることとなるので、多孔体４３内の少なくとも一部は好気的雰囲気に保たれている。したがって、好気性細菌による硝化作用により、尿排水中の窒素成分が、アンモニア態窒素を経由して亜硝酸態窒素や硝酸態窒素に変化する（硝化工程）。
【００３６】
また、多孔体４３内の一部は、嫌気的雰囲気に保たれている部分があるものと考えられる。したがって、主として、このような嫌気的雰囲気に保たれている部分では、尿が硝化されることにより生成した亜硝酸態及び硝酸態窒素が、嫌気性微生物により尿中の炭素成分（有機物）を利用して窒素に還元され（脱窒）、同時に、炭素成分も炭酸ガス等の無機成分に分解される。
【００３７】
さらに、多孔体４３として、土壌等の多孔質粒子を用いることにより、リンを吸着することも可能である。
【００３８】
処理された尿排水は、ラインＬ４を介して浄化槽７０に供給される。浄化槽７０には、屎尿分離便器１１の屎排出管１３から尿と分離して排出された屎も供給される。浄化槽７０の嫌気槽７０ａでは、屎中の炭素分と、充填塔４０からの尿排水中に残存する亜硝酸態及び硝酸態窒素が、屎中の炭素成分（有機物）を利用して嫌気性微生物により窒素に還元される。浄化槽７０の曝気槽７０ｂでは、曝気により排水中に残存する窒素成分の硝化が好気性微生物により行われる。必要に応じて、曝気槽７０ｂ内の排水は、一部、嫌気槽７０ａに戻される。
【００３９】
本実施形態によれば、尿排水を空気中に暴露している多孔体４３に接触させることにより、微生物の働きにより効率よく窒素成分の硝化が可能である。また、多孔体４３中には嫌気領域も生ずると考えられ、硝化により生成した亜硝酸態及び硝酸態窒素と尿中の炭素成分とが微生物の働きにより反応し、脱窒及び炭素成分の炭酸ガス等への酸化が行なわれ、水中の窒素成分及び炭素成分の低下もなされる。これにより、排水の窒素負荷を容量の少ないままに大きく低下できる。また、屎を含まない、尿又は尿含有水は、窒素濃度が高く、容量が少ないので、比較的小さな容量の充填塔でも十分な処理が可能である。さらに、屎を含まない尿排水は固体分が少ないので、多孔体４３の詰まり等の発生が少ない。さらに、水中曝気用のポンプ等が不要で動力費が少ない。
【００４０】
（第二実施形態）
続いて、図２及び図３を参照して、第二実施形態に係る尿処理装置２００について説明する。ここでは、第一実施形態に係る尿処理装置１００と異なる点のみについて説明し、重複する説明は割愛する。
【００４１】
尿処理装置２００は、充填塔４０に変えて、浸漬槽（第一容器）５０ａ、浸漬槽（第二容器）５０ｂを備えている。浸漬槽５０ａ，５０ｂは、それぞれ上端に空気に対して開放された開口５１ａを有する有底容器５１と、有底容器５１内に充填された多孔体４３と、を備える。上述のように、多孔態４３は、樹脂メッシュ製等の通水性のある袋４３に収容されていることも好ましい。
【００４２】
浸漬槽５０ａ内には、ポンプＰ１及びラインＬ２を介して、尿タンク３０から尿排水が供給される。浸漬槽５０ａ内の尿排水は、ポンプＰ２ａ及びラインＬ５ａを介して、浸漬槽５０ｂ内に供給可能となっている一方、浸漬槽５０ｂ内の尿排水は、ポンプＰ２ｂ及びラインＬ５ｂを介して、浸漬槽５０ａ内に供給可能となっている。ここで、ポンプＰ２ａ及びラインＬ５ａが第一移液部ＴＲ１を構成し、ポンプＰ２ｂ及びラインＬ５ｂが第二移液部ＴＲ２を構成している。
【００４３】
また、ポンプＰ２ａ，Ｐ２ｂの駆動を制御するコントローラ９５を有している。
【００４４】
さらに、浸漬槽５０ｂ内の液体は、バルブＶ４を有するラインＬ４を介して、浄化槽７０に供給可能となっている。
【００４５】
続いて、本実施形態の尿処理装置２００による尿処理方法について説明する。
予め、浸漬槽５０ａ内には尿排水が無い状態とし、浸漬槽５０ａの多孔体４３が空気に曝露するようにしておく。続いて、図３の（ａ）に示すように、尿タンク３０からの尿排水をポンプＰ１及びラインＬ２を介して、浸漬槽５０ａ内に供給し、浸漬槽５０ａ内の、空気に曝露していた多孔体４３を尿排水で浸漬する。この際に、浸漬槽５０ｂ内には尿排水が無い状態とし、浸漬槽５０ｂの多孔体４３が空気に曝露するようにしておく。
【００４６】
所定時間経過した後、図３の（ｂ）に示すように、浸漬槽５０ａ内の排水をポンプＰ２ａ及びラインＬ５ａにより浸漬槽５０ｂに供給し、浸漬槽５０ｂ内の空気に曝露していた多孔体４３を尿排水で浸漬すると共に、浸漬槽５０ａ内には尿排水がない状態とし、浸漬槽５０ａの多孔体４３が空気に曝露するようにする。
さらに、所定時間経過した後、図３の（ａ）に示すように、浸漬槽５０ｂ内の排水をポンプＰ２ｂ及びラインＬ５ｂにより浸漬槽５０ａに供給し、浸漬槽５０ａ内の空気に曝露していた多孔体４３を尿排水で浸漬すると共に、浸漬槽５０ｂ内には尿排水がない状態とし、浸漬槽５０ｂの多孔体４３が空気に曝露するようにする。
【００４７】
そして、このような、多孔体４３の空気への曝露及び尿排水による浸漬を所定時間毎に交互に繰り返す。
繰り返し回数は特に限定されないが、例えば、１日に１０〜５０回とすることができる。また、多孔体４３を排水で浸漬しておく所定時間も特に限定されないが、例えば、１０〜６０分とすることができる。
【００４８】
本実施形態によれば、多孔体４３の空気への曝露と、多孔体４３の尿排水との接触とが、交互に繰り返されることにより、第一実施形態と同様に、多孔体４３上の微生物による排水の硝化、脱窒等が行なわれる。特に、曝露及び浸漬の繰り返し回数や、浸漬や曝露時間を任意に設定できるので、処理後の尿排水の性状をコントロールすることが容易である。
【００４９】
処理後の尿排水は、ラインＬ４及びバルブＶ４を介して、浄化槽７０に供給することが出来る。
【００５０】
本発明は上記実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。
例えば、充填塔４０や、浸漬槽５０ａ，５０ｂの形状は、上記実施形態のものに限定されず様々な形状のものを利用できる。
【００５１】
また、上記実施形態では、充填塔４０や浸漬槽５０ａ，５０ｂで処理した排水を浄化槽７０に供給しているが、これに限られず、例えば、図１〜図４に点線で示しているように、ラインＬ５を介して、下水管路８０に流し、その後、下水処理場９０に供給することも可能である。
【００５２】
また、第二実施形態では、２つの浸漬槽５０ａ，５０ｂ内にいずれも多孔体４３が設けられているが、いずれか一方の浸漬槽内のみに多孔体４３が設けられていても実施は可能である。
【００５３】
また、上記実施形態では、供給部５は、屎尿分離便器１１や、尿便器２０を備えているが、屎と分離された状態で尿排水を供給できれば供給部の形態も特に限定されない。例えば、充填塔４０や浸漬槽５０から離れた場所で尿排水を収集することも可能であり、この場合、例えば、供給部５には屎尿分離便器１１及び尿便器２０は不要である。また、尿タンク３０、ラインＬ２、及び、ポンプＰ１を必要とせず、屎尿分離便器１１及び尿便器２０からの尿排水を直接充填塔４０や浸漬槽５０ａ，５０ｂに供給してもよい。勿論、屎尿分離便器１１及び尿便器２０の内、いずれか一方の便器のみを有していてもよいことは言うまでもない。また、第一移液部ＴＲ１や、第二移液部ＴＲ２の形態も特に限定されない。
【実施例】
【００５４】
（実施例１〜３、比較例１：間欠浸漬型）
図２に示すような実験装置を用いて尿排水の処理を行なった。浸漬槽５０ａ，５０ｂはそれぞれ２Ｌのポリ瓶であり、一方の浸漬槽５０ｂのみにメッシュの袋に収容された多孔体を配置し、浸漬槽５０ａには多孔体を配置しなかった。
【００５５】
多孔体として、実施例１〜３の順にそれぞれ、０．８Ｌの鹿沼土、赤玉土、黒ボク土をメッシュ袋にいれたものを用いた。また、比較例１は、多孔体を用いない対照系であり、多孔体を用いない以外は実施例１と同じとした。
【００５６】
人尿を純水で１０倍の体積に希釈したものを「試験原水」とした。浸漬槽５０に供給する前の「試験原水」について、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量），Ｄ−ＢＯＤ（溶解性ＢＯＤ），ＣＯＤ（化学的酸素要求量），Ｄ−ＣＯＤ（溶解性ＣＯＤ），Ｔ−Ｎ（総窒素），ＤＴ−Ｎ（溶解性総窒素），ＮＨ４−Ｎ（アンモニア性窒素），ＮＯ２−Ｎ（亜硝酸性窒素），ＮＯ３−Ｎ（硝酸性窒素），Ｔ−Ｐ（総リン）、およびＤＴ−Ｐ（溶解性総リン）の各項目について分析を行った結果を表１に示す。Ｃ／Ｎ比としてＤＯＣ（溶解性有機炭素）／Ｔ−Ｎの比率を求めると０．４７５となり、１．０を大きく下回っており、組成的には窒素過多の性状であることが確認された。
【００５７】
【表１】
【００５８】
まず、「試験原水」を、浸漬槽５０ａに１．２Ｌ供給した。その後、１分間毎にポンプＰ２ａ又はポンプＰ２ｂを動かし、尿排水が浸漬槽５０ａ，５０ｂ間を交互に移動するようにし、このような操作を合計１２０時間行なった。尿排水が一方の浸漬槽に移動している状態で、他方の浸漬槽５０ａ内の多孔体が空気に曝露した。また、試験期間を通じて室温を２０℃に制御し、試験水の水温制御は実施しなかった。試験中には、土壌の入った浸漬槽５０ｂから原水があふれることはなかった。また、サンプリングは、処理開始から、０．５，１，２，４，６，２４，４８，７２，９６，１２０ｈｒ経過後にそれぞれ、土壌の入っていない浸漬槽５０ａから５０ｍＬずつ行った。各サンプルは２５ｍＬ、２本に分注し、サンプル分析までの間、冷凍保存した。
【００５９】
冷凍保存していたサンプルは、緩やかに解凍した後、水質の分析を行った。実施例１〜３では、サンプルに土壌が含まれていたため、土壌を取り除いた溶存態成分（孔径１μｍのガラス繊維濾紙濾過液）を分析することとした。そのため、サンプルの分析項目は、ＤＯＣ，ＤＴ−Ｎ，ＮＨ４−Ｎ，ＮＯ２−Ｎ，ＮＯ３−Ｎ，ＤＴ−Ｐとした。
具体的には、ＤＯＣはＴＯＣ−ＶＣＳＨ（島津製作所）、その他のＤＴ−Ｎ，ＮＨ４−Ｎ，ＮＯ２−Ｎ，ＮＯ３−Ｎ，ＤＴ−ＰはＴＲＡＣＣＳ ８００（ＢＲＡＮ ＬＵＥＢＢＥ）で測定した。また、１２０ｈｒのサンプルについてはＤ−ＢＯＤ，Ｄ−ＣＯＤを追加分析した。
【００６０】
なお、実験するに従い、水分が蒸発して成分濃度が上昇するため、この濃度上昇を差し引く補正を以下のように行なった。すなわち、実験終了後（１２０ｈｒ）に浸漬槽内に残存した試験水の量を測定し、試験原水投入量から各時間におけるサンプル量を差し引き、試験期間中における水分蒸発量を算定した。その結果、試験期間中において３２５ｍＬ（試験開始時１．２Ｌ）の水分蒸発が起こっていた。試験期間中の蒸発水分量が各時間当たり一定であると仮定すると１時間当たり２．７１ｍＬの水分が蒸発したことになる。この値に各サンプリング時間におけるサンプル量と水分蒸発量を考慮し、表２のとおり補正係数を設定した。そして、得られた濃度を、それぞれ、以下の補正係数で除することにより、水分蒸発による濃縮分を補正した濃度を取得した。補正後のサンプルの各種濃度を表３及び表４に示す。
【００６１】
【表２】
【表３】
【表４】
【００６２】
（比較例１）
１２０時間（５日間）を経過した時点では、総窒素が１６２０→１２００ｍｇ／Ｌ、ＤＯＣが７６９→４４４ｍｇ／Ｌ、とそれぞれ２６％、４３％低下した。アンモニア態窒素が６７→１９６ｍｇ／Ｌと上昇しているが、その他の項目はほとんど変化がなかった。ＤＯＣの低下とアンモニアの上昇は、実験期間中に容器の内壁等に細菌が繁殖した結果、尿中の成分が一部分解したことによるもの、総窒素の低下は主としてアンモニアが揮散したためと考えられた。
【００６３】
（実施例１：鹿沼土）
総窒素とＤＯＣについて実験開始後の３０分〜１時間程度の短時間に数値の大きな低下が認められた。総窒素は初期値：１６２０ｍｇ／Ｌが３０分後には１１１５ｍｇ／Ｌに、１時間後には８７４ｍｇ／Ｌと１２０時間後までの低下量の５５％がこの１時間に生じた。
【００６４】
ＤＯＣは初期値：７６９ｍｇ／Ｌが３０分後に５６３ｍｇ／Ｌとなり、１２０時間後までの低下量の３１％が最初の３０分間に集中して生じた。
【００６５】
リンは初期値：１３２ｍｇ／Ｌが２時間後には３．２９ｍｇ／Ｌと、短時間に９８％の高率で除去された。
【００６６】
その他の項目はアンモニア態窒素が実験期間中、緩やかに上昇した程度で、硝酸態、および亜硝酸態の窒素は非常に低い値で推移した。
【００６７】
総窒素は初期の急激な数値の低下後も徐々に低下し、低下率は比較例１の場合よりも大きく、実験開始直後における数値の低下後に、８７４→２７８ｍｇ／Ｌと更に６９％低下した。
【００６８】
ＤＯＣが総窒素と同様の低下率で減少したこと、および硝酸態、亜硝酸態の窒素が痕跡程度しか存在していないことより判断すると、この間の総窒素の低下現象は、多孔質体の内外で窒素の硝化、および脱窒が同時に進行している可能性が考えられた。また、実験初期における総窒素、ＤＯＣ、およびリン濃度の急激な低下現象は多孔体の物性に起因する吸着によるものと考えられた。
【００６９】
（実施例２：赤玉土）
実施例１の結果と同様に、総窒素とＤＯＣが１時間以内に大きく低下した。初期の低下率は実施例１に較べると、総窒素の低下率では６割程度と劣るが、ＤＯＣの低下率では約４割優れた結果となった。その他の傾向は実施例１の場合とほぼ同じであった。
【００７０】
リンについては２時間後にはゼロとなった。赤玉土には鉄分がかなり含まれており、これがＤＯＣとリンが短時間で吸着除去されたと推定される一つの要因と考えられる。
ＤＯＣは初期値：７６９ｍｇ／Ｌが実験終了時には４２ｍｇ／Ｌとなり、９４％も除去されており、総窒素も低下していることを合わせて考えると、硝化、脱窒が進行していることが示唆された。
【００７１】
（実施例３：黒ボク土）
実施例１、２と同様に、黒ボク土の系も総窒素とＤＯＣの大きな初期低下、およびその後の緩やかな低下が認められた。その他の項目もほとんど同じ様な傾向を示したが、アンモニア態窒素は初期値：６７ｍｇ／Ｌから、４８時間後には２２２ｍｇ／Ｌにまで上昇した後、再度低下した。硝酸態、亜硝酸態の窒素は合計で最初１．７ｍｇ／Ｌであったものが、２４時間後には２３ｍｇ／Ｌに達し再度低下した。
【００７２】
この傾向は、実施例１，２とは大きく異なるものであり、黒ぼく土には、硝化反応を促進する何らかの特性が備わっていることが考えられた。
【００７３】
（液サンプルの官能試験：外観、及び、臭気）
さらに、１２０時間経過後のサンプルに対して、外観及び臭気の官能試験を行なった。対照系である比較例１が最も濃い黄褐色となり、以下、実施例１、実施例３の順であった。赤玉土を入れた実施例２は無色透明であった。また、溶存態のサンプル色は、実施例１、実施例２、及び、比較例１において、経過時間とともに黄褐色が濃くなる傾向にあった。
【００７４】
さらに、実験終了時（１２０ｈｒ）のサンプルの臭気を嗅いだところ、実施例１〜３は無臭であった。しかし、比較例１は「放置した尿臭」が感じられた。
【００７５】
（１２０時間経過後の多孔体の状態）
実験終了時の土壌の状態を目視確認した。実施例１の鹿沼土は、無機質な雰囲気であり、土壌間の空隙率は確保されていた。実施例２の赤玉土は、土壌間の空隙率は確保されていた。実施例３の黒ボク土は、粘土状であり土壌間の空隙率は微小であった。
【００７６】
（実施例４：充填塔型）
図１のような充填塔４０を用いて実験を行なった。充填塔４０は、内径約１０ｃｍ、長さ３０ｃｍの透明なアクリルパイプ製であり、底部には排水孔を有する支持材として砂層を充填し、その上に多孔体として黒ぼく土を２０ｃｍの厚さになるように詰めた。
【００７７】
試験原水には実施例１と同じ物を用いた。試験原水を、カラム上部から定量ポンプＰ１で多孔体４３の表面に滴下し、多孔体４３及び支持材を通過した処理水を容器に回収した。実験は、２５℃の室温で、試験原水を２０ｍＬ／ｈｒで１２時間供給し、その後、１２時間供給停止することを、３ヶ月に亘って繰り返した。一日の合計供給量は２４０ｍＬであった。曝気や循環等は行なっておらず、試験原水は多孔体層を一回のみ通過するいわゆるワンパス操作であった。
【００７８】
黒ボク土の性状は、実施例３に基づいて、塩基置換容量３０ｍｅｑ／１００ｇ、リン吸収係数９．６ｍｇ／ｇ、強熱減量２３．４％と計算された。なお、黒ボク土による初期吸着の影響を排除すべく、事前に、黒ボク土を尿素溶液にしばらく浸漬して吸着飽和させ、その後、カラムにその黒ボク土を充填し、尿素を使用した予備実験により吸着による窒素濃度に変化が生じないことを確認してから実験を行なった。また、黒ボク土には、通水性を高めるべく予めパーライト（土壌改良剤）を２０体積％程度混合しておいた。
【００７９】
（結果）
実験は、同一の２つの充填塔Ａ，Ｂを用い、平行して行なった。試験原水を供給して約２ヶ月（５６日）が経過した時点での結果は図４に示すとおりである。
【００８０】
処理前の試験原水の総窒素（Ｔ−Ｎ）が１３８０ｍｇ／Ｌ、硝酸態窒素（ＮＯ３−Ｎ）及び亜硝酸態窒素（ＮＯ２−Ｎ）の合計が０．１ｍｇ／Ｌ以下であったのに対して、充填塔Ａでは、処理水の総窒素（Ｔ−Ｎ）が７４０ｍｇ／Ｌ、硝酸態窒素（ＮＯ３−Ｎ）及び亜硝酸態窒素（ＮＯ２−Ｎ）の合計は３３０ｍｇ／Ｌであった。また、充填塔Ｂでは、処理水の総窒素（Ｔ−Ｎ）が９３０ｍｇ／Ｌ、硝酸態窒素（ＮＯ３−Ｎ）及び亜硝酸態窒素（ＮＯ２−Ｎ）の合計は４１０ｍｇ／Ｌであった。いずれも、硝化が進行していることがわかった。
【００８１】
ＴＯＣ（全有機炭素）は、試験原水で１１００ｍｇ／Ｌあったものが、充填塔Ａでは１４ｍｇ／Ｌ、充填塔Ｂでは１７ｍｇ／Ｌとなり、有機物はほとんど分解されていた（除去率：９８％以上）。
【００８２】
総窒素が大きく低下していることから、充填塔内では硝化が進むのと並行してさらに脱窒が生じたものと考えられる。また、全リンは原水で７６ｍｇ／Ｌあったものが充填塔Ａ、Ｂともに０．１ｍｇ／Ｌと、ほとんど除去されていた。さらに、処理水はほぼ無色透明で、臭気も感じられなかった。
【００８３】
次に、５６日後から更に約２週間が経過した６８日後の結果を図５に示す。
図４と同様な傾向を示しているが、充填塔Ａ、Ｂ共に有機態窒素（Ｏｒｇ−Ｎ）の濃度が大きく低下しており、窒素はほとんどが無機態の形になっていた。硝化の進行した窒素成分については、亜硝酸より硝酸が卓越していた。試験原水の総窒素１１５０ｍｇ／Ｌに対し、処理水は充填塔Ａが５３０ｍｇ／Ｌ、充填塔Ｂでは９１０ｍｇ／Ｌとなり、処理水中の総窒素に対する硝化態の窒素の比を硝化率とすると、充填塔Ａ、Ｂでそれぞれ４７％と５４％となった。充填塔通過後には総窒素濃度が低下しており、これは全て硝化、脱窒反応によるものと考えると、その場合には硝化率は充填塔Ａ、Ｂでそれぞれ７６％、６４％となった。カラム実験による硝化では、処理水中の有機物濃度はＴＯＣで評価したが、カラム通過後には有機物がほとんど消失しており、このために脱窒がこれ以上、進み難くなっていると考えられる。
【００８４】
実施例４では、尿を窒素量の面積負荷で２２．６〜３９．０ｇ−Ｎ／ｍ２・日の条件で継続運転した場合、総窒素量は２１〜５４％除去され、ＴＯＣは９８％以上が除去された。処理水中の残存窒素は９５〜９７％が無機態の窒素であり、硝化率は３９〜５４％となった。水量面積負荷は２９．４Ｌ／ｍ２・日（２４．９ｍｍ／日）となり、この程度では長期間に亘りカラム内を浸透・通過する際に閉塞等の問題を生じることはなかった。尿中のリンは多孔質体に吸着除去されると考えられ、実験期間中、安定して９９．５％以上の高い除去率が得られた。
【符号の説明】
【００８５】
５…供給部、１１…屎尿分離便器、２１…尿便器、４１、５１…容器、４２ａ…排水孔、４３…多孔体、１００、２００…尿処理装置、ＴＲ１…第一移液部、ＴＲ２…第二移液部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、尿処理方法、及び尿処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、屎尿含有排水等の排水の処理方法として、生物学的硝化・脱窒法が知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】水質環境工学 −下水の処理・処分・再利用、松尾友矩他、技報堂出版、1993年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の方法では大きな設備が必要であり、かならずしも効率が十分ではない。本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、尿中の窒素成分や炭素成分を効率よく除去できる尿処理方法及び尿処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る尿処理方法は、屎を含まない、尿又は尿含有水を、空気中に暴露している多孔体に接触させる工程を備える。
【０００６】
本発明に係る尿処理装置は、多孔体と、上記多孔体を収容しかつ空気に対して開放された開口を有する第一容器と、上記多孔体に対して、屎を含まない、尿又は尿含有水を供給する供給部と、を備える。
【０００７】
本発明によれば、屎を含まない、尿又は尿含有水を、空気中に暴露している多孔体に接触させることにより、微生物の働きにより効率よく窒素成分の硝化が可能である。また、硝化により生成した亜硝酸態窒素や硝酸態窒素と、尿中の炭素成分とが微生物の働きにより反応し、脱窒及び炭素成分の炭酸ガス等への酸化が行なわれ、水中の窒素成分及び炭素成分の低下がなされる。そして、屎を含まない、尿又は尿含有水は、窒素濃度が非常に高く、また容量が少ないため、多孔体を収容する容器の大きさも非常に小さくすむ。
また、屎を含まない、尿又は尿含有水は、固体分が少ないので、多孔体の詰まり等の発生が少ない。さらに、水中曝気用のポンプ等が不要で動力費が少ない。
【０００８】
ここで、上記方法は、上記尿又は尿含有水を、尿便器、又は、排泄された尿を屎と混合することなく排出する屎尿分離便器から得ることが好ましい。また、上記装置の供給部は、尿便器、又は、排泄された尿を屎と混合することなく排出する屎尿分離便器を含むことが好ましい。
【０００９】
また、上記方法は、上記空気中に暴露している多孔体が上記尿又は尿含有水に浸漬しないように上記多孔体に上記尿又は尿含有水を供給することにより上記接触を行うことが好ましい。また、上記装置の上記第一容器の底部に、上記第一容器内の多孔体が上記尿又は尿含有水に浸漬しないように上記第一容器に供給された上記尿又は尿含有水を上記第一容器の外部に排出させる排水孔が形成されることが好ましい。
【００１０】
これにより、多孔体を空気中に曝露しつつ、尿又は尿含有水の連続処理が可能である。
【００１１】
また、上記方法は、容器内で、上記空気中に暴露している多孔体を上記尿又は尿含有水で浸漬することにより上記接触をした後、上記容器から上記尿又は尿含有水を排出して上記多孔体を再び空気中に暴露させることを繰り返すことが好ましい。また、上記装置は、第二容器と、上記第一容器の上記尿又は尿含有水を上記第二容器に供給する第一移液部と、上記第二容器の上記尿又は尿含有水を上記第一容器に供給する第二移液部と、を備えることが好ましい。
【００１２】
これにより、多孔体の空気への曝露と、曝露した多孔体と尿又は尿含有水との接触とを交互に行うことができ、多孔体全体を接触に活用できるという効果がある。
【００１３】
また、上記多孔体は、粒子層であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、尿中の窒素成分や炭素成分を効率よく除去できる尿処理方法及び尿処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、第一実施形態に係る尿処理装置の概略フロー図である。
【図２】図２は、第二実施形態に係る尿処理装置の概略フロー図である。
【図３】図３の（ａ）、（ｂ）は、第二実施形態に係る尿処理装置の動作を示す概略図である。
【図４】図４は、実施例４の５６日経過後の結果を示すグラフである。
【図５】図５は、実施例４の６８日経過後の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、同一または相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１７】
（第一実施形態）
図１は、第一実施形態に係る尿処理装置の一部断面模式図である。この尿処理装置１００は、主として、屎尿分離トイレ装置１０、尿便器２０、尿タンク３０、充填塔（第一容器）４０を主として備えている。
【００１８】
屎尿分離トイレ装置１０は、屎尿分離便器１１、水タンク１８、尿排出管１２、屎排出管１３、便座１４を主として備えている。
【００１９】
屎尿分離便器１１は、尿用窪み部１１ａと屎用窪み部１１ｂとを有しており、尿用窪み部１１ａで人から排出される尿を受け止める一方、屎用窪み部１１ｂで人から排出される屎を受け止める。
【００２０】
尿用窪み部１１ａの底部には尿排出管１２が設けられており、尿排出管１２の端部は、ラインＬ１を介して尿タンク３０に接続されている。
【００２１】
屎用窪み部１１ｂの底部にはＵ字に曲げられた屎排出管１３が設けられており、屎排出管１３の端部は、ラインＬ３を介して、後述するラインＬ４に合流している。
【００２２】
水タンク１８からの水は、尿用窪み部１１ａ及び屎用窪み部１１ｂの両方に供給される。
【００２３】
このような屎尿分離トイレ装置１０によれば、人から排出された屎及び尿を互いに混合させること無く、それぞれ分離された状態で排出可能である。なお、通常、尿排出管１２から排出されるものは、尿と、水タンク１８からの少量の水（例えば、約０．１Ｌ／回）との混合物である尿含有水であるが、水洗用の水を使用しない場合も有り、この場合、尿排出管１２から排出されるものは、水で薄められていない尿そのものである。また、屎排出管１３から排出されるものは、通常、屎と、水タンク１８からの少量の水（例えば、約４Ｌ／回）との混合物であが、屎のみの場合もある。
【００２４】
尿便器２０は、人に尿のみを排泄させて尿を回収する便器である。尿便器２０は、人から排出される尿を受ける尿受部２１と、尿受部２１の底部に設けられた尿排出管２２とを備えており、尿排出管２２の端部はラインＬ１を介して尿タンク３０に接続されている。尿便器２０で回収された尿は、尿単独で、又は、水タンク２８からの少量の水と共に、ラインＬ１を介して尿タンク３０に供給される。
【００２５】
尿タンク３０は、尿又は尿含有水（以降、尿排水と呼ぶことがある。）を貯留するタンクである。大きさは特に限定されないが例えば、５〜１０日分の尿の排出量を貯留できる大きさとすることができる。尿タンク３０内の尿排水の尿の濃度は、例えば、５〜１００体積％、好ましくは、８〜１００体積％である。
【００２６】
尿タンク３０内の尿排水は、ラインＬ２及びポンプＰ１を介して、充填塔４０に供給される。
【００２７】
本実施形態では、ラインＬ１、Ｌ２、ポンプＰ１、尿タンク３０、屎尿分離便器１１、及び尿便器２１が、屎を含まない尿排水を後述する多孔体４３に供給する供給部５を構成している。
【００２８】
充填塔４０は、上端に空気に対して開放された開口４１ａを有する筒状容器である。充填塔の底部には、液体を通過可能とする排水孔４２ａを有する支持材４２が設けられており、支持材４２の上に、多孔体４３が支持されている。このような支持材４２としては、貫通孔を複数有する多孔板、メッシュ、粗粒子層等が挙げられる。
【００２９】
多孔体４３は、尿排水に対して、硝化や脱窒等の反応場を与えるものである。具体的に多孔体４３としては、多孔であるものであれば特に限定されない。例えば、織布、不織布等の布材の充填層、
ハニカム状、筒状、波板状、球状等の樹脂製のろ材粒子の充填層、
黒ボク土、鹿沼土、焼赤玉土等の土壌粒子、炭酸カルシウム粒子、ゼオライト粒子、発泡したパーライト粒子、軽石、粉砕貝殻（カキ殻等）、セラミクス製の多孔質粒子等、の多孔質粒子の充填層が挙げられる。多孔質粒子の充填層を用いると、リンの吸着効果もある。これらの粒子を混合してもよい。
【００３０】
このような多孔体４３により、硝化用微生物や脱窒用微生物を固定させて尿排水の硝化や脱窒を促進させられる。また、多孔質粒子の充填層を用いた場合には、尿中のリンを多孔質濾材５５に吸着等させて回収することが容易である。なお、このような多孔体４３は、樹脂メッシュ製等の通水性のある袋に収容されていることも好ましく、この場合交換が容易である。
【００３１】
多孔体４３の充填高さや充填直径は特に限定されず、処理すべき尿排水の負荷量に応じて適宜設定できる。
【００３２】
また、支持材４２の下方には、多孔体４３及び支持材４２を通過した尿排水を回収する受け部４４が設けられている。受け部４４にはラインＬ４が接続されラインＬ４の先には、浄化槽７０が接続されている。
【００３３】
浄化槽７０は、上流側から順に、嫌気槽７０ａ、曝気槽７０ｂを有するものであり、公知の種々の物を利用できる。
【００３４】
続いて、本実施形態の尿処理装置１００を用いた尿処理方法について説明する。
まず、人が、屎尿分離トイレ装置１０や尿便器２０を用いて排泄を行い、排泄された尿が、屎と分離された状態で、尿単独で、又は、尿含有水として、尿タンク３０に供給される。続いて、尿タンク３０に貯留された尿排水は、ポンプＰ１により、定量的に或いは、定期的に、多孔体４３の上部に供給される。供給された尿排水は、多孔体４３の孔内を流下し、さらに、分散板４２の排水孔４２ａを通過して受け部４４により回収され、ラインＬ４を介して浄化槽７０に排出される。
【００３５】
このとき、多孔体４３は、上部が解放された容器４１内に配置されると共に、多孔体４３の支持材４２は液を下方に通過可能とする排水孔４２ａを有しており、多孔体４３が尿排水に浸漬して水没することは無い。従って、多孔体４３内は空気に曝露しており、多孔体４３には空気が常時供給されることとなるので、多孔体４３内の少なくとも一部は好気的雰囲気に保たれている。したがって、好気性細菌による硝化作用により、尿排水中の窒素成分が、アンモニア態窒素を経由して亜硝酸態窒素や硝酸態窒素に変化する（硝化工程）。
【００３６】
また、多孔体４３内の一部は、嫌気的雰囲気に保たれている部分があるものと考えられる。したがって、主として、このような嫌気的雰囲気に保たれている部分では、尿が硝化されることにより生成した亜硝酸態及び硝酸態窒素が、嫌気性微生物により尿中の炭素成分（有機物）を利用して窒素に還元され（脱窒）、同時に、炭素成分も炭酸ガス等の無機成分に分解される。
【００３７】
さらに、多孔体４３として、土壌等の多孔質粒子を用いることにより、リンを吸着することも可能である。
【００３８】
処理された尿排水は、ラインＬ４を介して浄化槽７０に供給される。浄化槽７０には、屎尿分離便器１１の屎排出管１３から尿と分離して排出された屎も供給される。浄化槽７０の嫌気槽７０ａでは、屎中の炭素分と、充填塔４０からの尿排水中に残存する亜硝酸態及び硝酸態窒素が、屎中の炭素成分（有機物）を利用して嫌気性微生物により窒素に還元される。浄化槽７０の曝気槽７０ｂでは、曝気により排水中に残存する窒素成分の硝化が好気性微生物により行われる。必要に応じて、曝気槽７０ｂ内の排水は、一部、嫌気槽７０ａに戻される。
【００３９】
本実施形態によれば、尿排水を空気中に暴露している多孔体４３に接触させることにより、微生物の働きにより効率よく窒素成分の硝化が可能である。また、多孔体４３中には嫌気領域も生ずると考えられ、硝化により生成した亜硝酸態及び硝酸態窒素と尿中の炭素成分とが微生物の働きにより反応し、脱窒及び炭素成分の炭酸ガス等への酸化が行なわれ、水中の窒素成分及び炭素成分の低下もなされる。これにより、排水の窒素負荷を容量の少ないままに大きく低下できる。また、屎を含まない、尿又は尿含有水は、窒素濃度が高く、容量が少ないので、比較的小さな容量の充填塔でも十分な処理が可能である。さらに、屎を含まない尿排水は固体分が少ないので、多孔体４３の詰まり等の発生が少ない。さらに、水中曝気用のポンプ等が不要で動力費が少ない。
【００４０】
（第二実施形態）
続いて、図２及び図３を参照して、第二実施形態に係る尿処理装置２００について説明する。ここでは、第一実施形態に係る尿処理装置１００と異なる点のみについて説明し、重複する説明は割愛する。
【００４１】
尿処理装置２００は、充填塔４０に変えて、浸漬槽（第一容器）５０ａ、浸漬槽（第二容器）５０ｂを備えている。浸漬槽５０ａ，５０ｂは、それぞれ上端に空気に対して開放された開口５１ａを有する有底容器５１と、有底容器５１内に充填された多孔体４３と、を備える。上述のように、多孔態４３は、樹脂メッシュ製等の通水性のある袋４３に収容されていることも好ましい。
【００４２】
浸漬槽５０ａ内には、ポンプＰ１及びラインＬ２を介して、尿タンク３０から尿排水が供給される。浸漬槽５０ａ内の尿排水は、ポンプＰ２ａ及びラインＬ５ａを介して、浸漬槽５０ｂ内に供給可能となっている一方、浸漬槽５０ｂ内の尿排水は、ポンプＰ２ｂ及びラインＬ５ｂを介して、浸漬槽５０ａ内に供給可能となっている。ここで、ポンプＰ２ａ及びラインＬ５ａが第一移液部ＴＲ１を構成し、ポンプＰ２ｂ及びラインＬ５ｂが第二移液部ＴＲ２を構成している。
【００４３】
また、ポンプＰ２ａ，Ｐ２ｂの駆動を制御するコントローラ９５を有している。
【００４４】
さらに、浸漬槽５０ｂ内の液体は、バルブＶ４を有するラインＬ４を介して、浄化槽７０に供給可能となっている。
【００４５】
続いて、本実施形態の尿処理装置２００による尿処理方法について説明する。
予め、浸漬槽５０ａ内には尿排水が無い状態とし、浸漬槽５０ａの多孔体４３が空気に曝露するようにしておく。続いて、図３の（ａ）に示すように、尿タンク３０からの尿排水をポンプＰ１及びラインＬ２を介して、浸漬槽５０ａ内に供給し、浸漬槽５０ａ内の、空気に曝露していた多孔体４３を尿排水で浸漬する。この際に、浸漬槽５０ｂ内には尿排水が無い状態とし、浸漬槽５０ｂの多孔体４３が空気に曝露するようにしておく。
【００４６】
所定時間経過した後、図３の（ｂ）に示すように、浸漬槽５０ａ内の排水をポンプＰ２ａ及びラインＬ５ａにより浸漬槽５０ｂに供給し、浸漬槽５０ｂ内の空気に曝露していた多孔体４３を尿排水で浸漬すると共に、浸漬槽５０ａ内には尿排水がない状態とし、浸漬槽５０ａの多孔体４３が空気に曝露するようにする。
さらに、所定時間経過した後、図３の（ａ）に示すように、浸漬槽５０ｂ内の排水をポンプＰ２ｂ及びラインＬ５ｂにより浸漬槽５０ａに供給し、浸漬槽５０ａ内の空気に曝露していた多孔体４３を尿排水で浸漬すると共に、浸漬槽５０ｂ内には尿排水がない状態とし、浸漬槽５０ｂの多孔体４３が空気に曝露するようにする。
【００４７】
そして、このような、多孔体４３の空気への曝露及び尿排水による浸漬を所定時間毎に交互に繰り返す。
繰り返し回数は特に限定されないが、例えば、１日に１０〜５０回とすることができる。また、多孔体４３を排水で浸漬しておく所定時間も特に限定されないが、例えば、１０〜６０分とすることができる。
【００４８】
本実施形態によれば、多孔体４３の空気への曝露と、多孔体４３の尿排水との接触とが、交互に繰り返されることにより、第一実施形態と同様に、多孔体４３上の微生物による排水の硝化、脱窒等が行なわれる。特に、曝露及び浸漬の繰り返し回数や、浸漬や曝露時間を任意に設定できるので、処理後の尿排水の性状をコントロールすることが容易である。
【００４９】
処理後の尿排水は、ラインＬ４及びバルブＶ４を介して、浄化槽７０に供給することが出来る。
【００５０】
本発明は上記実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。
例えば、充填塔４０や、浸漬槽５０ａ，５０ｂの形状は、上記実施形態のものに限定されず様々な形状のものを利用できる。
【００５１】
また、上記実施形態では、充填塔４０や浸漬槽５０ａ，５０ｂで処理した排水を浄化槽７０に供給しているが、これに限られず、例えば、図１〜図４に点線で示しているように、ラインＬ５を介して、下水管路８０に流し、その後、下水処理場９０に供給することも可能である。
【００５２】
また、第二実施形態では、２つの浸漬槽５０ａ，５０ｂ内にいずれも多孔体４３が設けられているが、いずれか一方の浸漬槽内のみに多孔体４３が設けられていても実施は可能である。
【００５３】
また、上記実施形態では、供給部５は、屎尿分離便器１１や、尿便器２０を備えているが、屎と分離された状態で尿排水を供給できれば供給部の形態も特に限定されない。例えば、充填塔４０や浸漬槽５０から離れた場所で尿排水を収集することも可能であり、この場合、例えば、供給部５には屎尿分離便器１１及び尿便器２０は不要である。また、尿タンク３０、ラインＬ２、及び、ポンプＰ１を必要とせず、屎尿分離便器１１及び尿便器２０からの尿排水を直接充填塔４０や浸漬槽５０ａ，５０ｂに供給してもよい。勿論、屎尿分離便器１１及び尿便器２０の内、いずれか一方の便器のみを有していてもよいことは言うまでもない。また、第一移液部ＴＲ１や、第二移液部ＴＲ２の形態も特に限定されない。
【実施例】
【００５４】
（実施例１〜３、比較例１：間欠浸漬型）
図２に示すような実験装置を用いて尿排水の処理を行なった。浸漬槽５０ａ，５０ｂはそれぞれ２Ｌのポリ瓶であり、一方の浸漬槽５０ｂのみにメッシュの袋に収容された多孔体を配置し、浸漬槽５０ａには多孔体を配置しなかった。
【００５５】
多孔体として、実施例１〜３の順にそれぞれ、０．８Ｌの鹿沼土、赤玉土、黒ボク土をメッシュ袋にいれたものを用いた。また、比較例１は、多孔体を用いない対照系であり、多孔体を用いない以外は実施例１と同じとした。
【００５６】
人尿を純水で１０倍の体積に希釈したものを「試験原水」とした。浸漬槽５０に供給する前の「試験原水」について、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量），Ｄ−ＢＯＤ（溶解性ＢＯＤ），ＣＯＤ（化学的酸素要求量），Ｄ−ＣＯＤ（溶解性ＣＯＤ），Ｔ−Ｎ（総窒素），ＤＴ−Ｎ（溶解性総窒素），ＮＨ４−Ｎ（アンモニア性窒素），ＮＯ２−Ｎ（亜硝酸性窒素），ＮＯ３−Ｎ（硝酸性窒素），Ｔ−Ｐ（総リン）、およびＤＴ−Ｐ（溶解性総リン）の各項目について分析を行った結果を表１に示す。Ｃ／Ｎ比としてＤＯＣ（溶解性有機炭素）／Ｔ−Ｎの比率を求めると０．４７５となり、１．０を大きく下回っており、組成的には窒素過多の性状であることが確認された。
【００５７】
【表１】
【００５８】
まず、「試験原水」を、浸漬槽５０ａに１．２Ｌ供給した。その後、１分間毎にポンプＰ２ａ又はポンプＰ２ｂを動かし、尿排水が浸漬槽５０ａ，５０ｂ間を交互に移動するようにし、このような操作を合計１２０時間行なった。尿排水が一方の浸漬槽に移動している状態で、他方の浸漬槽５０ａ内の多孔体が空気に曝露した。また、試験期間を通じて室温を２０℃に制御し、試験水の水温制御は実施しなかった。試験中には、土壌の入った浸漬槽５０ｂから原水があふれることはなかった。また、サンプリングは、処理開始から、０．５，１，２，４，６，２４，４８，７２，９６，１２０ｈｒ経過後にそれぞれ、土壌の入っていない浸漬槽５０ａから５０ｍＬずつ行った。各サンプルは２５ｍＬ、２本に分注し、サンプル分析までの間、冷凍保存した。
【００５９】
冷凍保存していたサンプルは、緩やかに解凍した後、水質の分析を行った。実施例１〜３では、サンプルに土壌が含まれていたため、土壌を取り除いた溶存態成分（孔径１μｍのガラス繊維濾紙濾過液）を分析することとした。そのため、サンプルの分析項目は、ＤＯＣ，ＤＴ−Ｎ，ＮＨ４−Ｎ，ＮＯ２−Ｎ，ＮＯ３−Ｎ，ＤＴ−Ｐとした。
具体的には、ＤＯＣはＴＯＣ−ＶＣＳＨ（島津製作所）、その他のＤＴ−Ｎ，ＮＨ４−Ｎ，ＮＯ２−Ｎ，ＮＯ３−Ｎ，ＤＴ−ＰはＴＲＡＣＣＳ ８００（ＢＲＡＮ ＬＵＥＢＢＥ）で測定した。また、１２０ｈｒのサンプルについてはＤ−ＢＯＤ，Ｄ−ＣＯＤを追加分析した。
【００６０】
なお、実験するに従い、水分が蒸発して成分濃度が上昇するため、この濃度上昇を差し引く補正を以下のように行なった。すなわち、実験終了後（１２０ｈｒ）に浸漬槽内に残存した試験水の量を測定し、試験原水投入量から各時間におけるサンプル量を差し引き、試験期間中における水分蒸発量を算定した。その結果、試験期間中において３２５ｍＬ（試験開始時１．２Ｌ）の水分蒸発が起こっていた。試験期間中の蒸発水分量が各時間当たり一定であると仮定すると１時間当たり２．７１ｍＬの水分が蒸発したことになる。この値に各サンプリング時間におけるサンプル量と水分蒸発量を考慮し、表２のとおり補正係数を設定した。そして、得られた濃度を、それぞれ、以下の補正係数で除することにより、水分蒸発による濃縮分を補正した濃度を取得した。補正後のサンプルの各種濃度を表３及び表４に示す。
【００６１】
【表２】
【表３】
【表４】
【００６２】
（比較例１）
１２０時間（５日間）を経過した時点では、総窒素が１６２０→１２００ｍｇ／Ｌ、ＤＯＣが７６９→４４４ｍｇ／Ｌ、とそれぞれ２６％、４３％低下した。アンモニア態窒素が６７→１９６ｍｇ／Ｌと上昇しているが、その他の項目はほとんど変化がなかった。ＤＯＣの低下とアンモニアの上昇は、実験期間中に容器の内壁等に細菌が繁殖した結果、尿中の成分が一部分解したことによるもの、総窒素の低下は主としてアンモニアが揮散したためと考えられた。
【００６３】
（実施例１：鹿沼土）
総窒素とＤＯＣについて実験開始後の３０分〜１時間程度の短時間に数値の大きな低下が認められた。総窒素は初期値：１６２０ｍｇ／Ｌが３０分後には１１１５ｍｇ／Ｌに、１時間後には８７４ｍｇ／Ｌと１２０時間後までの低下量の５５％がこの１時間に生じた。
【００６４】
ＤＯＣは初期値：７６９ｍｇ／Ｌが３０分後に５６３ｍｇ／Ｌとなり、１２０時間後までの低下量の３１％が最初の３０分間に集中して生じた。
【００６５】
リンは初期値：１３２ｍｇ／Ｌが２時間後には３．２９ｍｇ／Ｌと、短時間に９８％の高率で除去された。
【００６６】
その他の項目はアンモニア態窒素が実験期間中、緩やかに上昇した程度で、硝酸態、および亜硝酸態の窒素は非常に低い値で推移した。
【００６７】
総窒素は初期の急激な数値の低下後も徐々に低下し、低下率は比較例１の場合よりも大きく、実験開始直後における数値の低下後に、８７４→２７８ｍｇ／Ｌと更に６９％低下した。
【００６８】
ＤＯＣが総窒素と同様の低下率で減少したこと、および硝酸態、亜硝酸態の窒素が痕跡程度しか存在していないことより判断すると、この間の総窒素の低下現象は、多孔質体の内外で窒素の硝化、および脱窒が同時に進行している可能性が考えられた。また、実験初期における総窒素、ＤＯＣ、およびリン濃度の急激な低下現象は多孔体の物性に起因する吸着によるものと考えられた。
【００６９】
（実施例２：赤玉土）
実施例１の結果と同様に、総窒素とＤＯＣが１時間以内に大きく低下した。初期の低下率は実施例１に較べると、総窒素の低下率では６割程度と劣るが、ＤＯＣの低下率では約４割優れた結果となった。その他の傾向は実施例１の場合とほぼ同じであった。
【００７０】
リンについては２時間後にはゼロとなった。赤玉土には鉄分がかなり含まれており、これがＤＯＣとリンが短時間で吸着除去されたと推定される一つの要因と考えられる。
ＤＯＣは初期値：７６９ｍｇ／Ｌが実験終了時には４２ｍｇ／Ｌとなり、９４％も除去されており、総窒素も低下していることを合わせて考えると、硝化、脱窒が進行していることが示唆された。
【００７１】
（実施例３：黒ボク土）
実施例１、２と同様に、黒ボク土の系も総窒素とＤＯＣの大きな初期低下、およびその後の緩やかな低下が認められた。その他の項目もほとんど同じ様な傾向を示したが、アンモニア態窒素は初期値：６７ｍｇ／Ｌから、４８時間後には２２２ｍｇ／Ｌにまで上昇した後、再度低下した。硝酸態、亜硝酸態の窒素は合計で最初１．７ｍｇ／Ｌであったものが、２４時間後には２３ｍｇ／Ｌに達し再度低下した。
【００７２】
この傾向は、実施例１，２とは大きく異なるものであり、黒ぼく土には、硝化反応を促進する何らかの特性が備わっていることが考えられた。
【００７３】
（液サンプルの官能試験：外観、及び、臭気）
さらに、１２０時間経過後のサンプルに対して、外観及び臭気の官能試験を行なった。対照系である比較例１が最も濃い黄褐色となり、以下、実施例１、実施例３の順であった。赤玉土を入れた実施例２は無色透明であった。また、溶存態のサンプル色は、実施例１、実施例２、及び、比較例１において、経過時間とともに黄褐色が濃くなる傾向にあった。
【００７４】
さらに、実験終了時（１２０ｈｒ）のサンプルの臭気を嗅いだところ、実施例１〜３は無臭であった。しかし、比較例１は「放置した尿臭」が感じられた。
【００７５】
（１２０時間経過後の多孔体の状態）
実験終了時の土壌の状態を目視確認した。実施例１の鹿沼土は、無機質な雰囲気であり、土壌間の空隙率は確保されていた。実施例２の赤玉土は、土壌間の空隙率は確保されていた。実施例３の黒ボク土は、粘土状であり土壌間の空隙率は微小であった。
【００７６】
（実施例４：充填塔型）
図１のような充填塔４０を用いて実験を行なった。充填塔４０は、内径約１０ｃｍ、長さ３０ｃｍの透明なアクリルパイプ製であり、底部には排水孔を有する支持材として砂層を充填し、その上に多孔体として黒ぼく土を２０ｃｍの厚さになるように詰めた。
【００７７】
試験原水には実施例１と同じ物を用いた。試験原水を、カラム上部から定量ポンプＰ１で多孔体４３の表面に滴下し、多孔体４３及び支持材を通過した処理水を容器に回収した。実験は、２５℃の室温で、試験原水を２０ｍＬ／ｈｒで１２時間供給し、その後、１２時間供給停止することを、３ヶ月に亘って繰り返した。一日の合計供給量は２４０ｍＬであった。曝気や循環等は行なっておらず、試験原水は多孔体層を一回のみ通過するいわゆるワンパス操作であった。
【００７８】
黒ボク土の性状は、実施例３に基づいて、塩基置換容量３０ｍｅｑ／１００ｇ、リン吸収係数９．６ｍｇ／ｇ、強熱減量２３．４％と計算された。なお、黒ボク土による初期吸着の影響を排除すべく、事前に、黒ボク土を尿素溶液にしばらく浸漬して吸着飽和させ、その後、カラムにその黒ボク土を充填し、尿素を使用した予備実験により吸着による窒素濃度に変化が生じないことを確認してから実験を行なった。また、黒ボク土には、通水性を高めるべく予めパーライト（土壌改良剤）を２０体積％程度混合しておいた。
【００７９】
（結果）
実験は、同一の２つの充填塔Ａ，Ｂを用い、平行して行なった。試験原水を供給して約２ヶ月（５６日）が経過した時点での結果は図４に示すとおりである。
【００８０】
処理前の試験原水の総窒素（Ｔ−Ｎ）が１３８０ｍｇ／Ｌ、硝酸態窒素（ＮＯ３−Ｎ）及び亜硝酸態窒素（ＮＯ２−Ｎ）の合計が０．１ｍｇ／Ｌ以下であったのに対して、充填塔Ａでは、処理水の総窒素（Ｔ−Ｎ）が７４０ｍｇ／Ｌ、硝酸態窒素（ＮＯ３−Ｎ）及び亜硝酸態窒素（ＮＯ２−Ｎ）の合計は３３０ｍｇ／Ｌであった。また、充填塔Ｂでは、処理水の総窒素（Ｔ−Ｎ）が９３０ｍｇ／Ｌ、硝酸態窒素（ＮＯ３−Ｎ）及び亜硝酸態窒素（ＮＯ２−Ｎ）の合計は４１０ｍｇ／Ｌであった。いずれも、硝化が進行していることがわかった。
【００８１】
ＴＯＣ（全有機炭素）は、試験原水で１１００ｍｇ／Ｌあったものが、充填塔Ａでは１４ｍｇ／Ｌ、充填塔Ｂでは１７ｍｇ／Ｌとなり、有機物はほとんど分解されていた（除去率：９８％以上）。
【００８２】
総窒素が大きく低下していることから、充填塔内では硝化が進むのと並行してさらに脱窒が生じたものと考えられる。また、全リンは原水で７６ｍｇ／Ｌあったものが充填塔Ａ、Ｂともに０．１ｍｇ／Ｌと、ほとんど除去されていた。さらに、処理水はほぼ無色透明で、臭気も感じられなかった。
【００８３】
次に、５６日後から更に約２週間が経過した６８日後の結果を図５に示す。
図４と同様な傾向を示しているが、充填塔Ａ、Ｂ共に有機態窒素（Ｏｒｇ−Ｎ）の濃度が大きく低下しており、窒素はほとんどが無機態の形になっていた。硝化の進行した窒素成分については、亜硝酸より硝酸が卓越していた。試験原水の総窒素１１５０ｍｇ／Ｌに対し、処理水は充填塔Ａが５３０ｍｇ／Ｌ、充填塔Ｂでは９１０ｍｇ／Ｌとなり、処理水中の総窒素に対する硝化態の窒素の比を硝化率とすると、充填塔Ａ、Ｂでそれぞれ４７％と５４％となった。充填塔通過後には総窒素濃度が低下しており、これは全て硝化、脱窒反応によるものと考えると、その場合には硝化率は充填塔Ａ、Ｂでそれぞれ７６％、６４％となった。カラム実験による硝化では、処理水中の有機物濃度はＴＯＣで評価したが、カラム通過後には有機物がほとんど消失しており、このために脱窒がこれ以上、進み難くなっていると考えられる。
【００８４】
実施例４では、尿を窒素量の面積負荷で２２．６〜３９．０ｇ−Ｎ／ｍ２・日の条件で継続運転した場合、総窒素量は２１〜５４％除去され、ＴＯＣは９８％以上が除去された。処理水中の残存窒素は９５〜９７％が無機態の窒素であり、硝化率は３９〜５４％となった。水量面積負荷は２９．４Ｌ／ｍ２・日（２４．９ｍｍ／日）となり、この程度では長期間に亘りカラム内を浸透・通過する際に閉塞等の問題を生じることはなかった。尿中のリンは多孔質体に吸着除去されると考えられ、実験期間中、安定して９９．５％以上の高い除去率が得られた。
【符号の説明】
【００８５】
５…供給部、１１…屎尿分離便器、２１…尿便器、４１、５１…容器、４２ａ…排水孔、４３…多孔体、１００、２００…尿処理装置、ＴＲ１…第一移液部、ＴＲ２…第二移液部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屎を含まない、尿又は尿含有水を、空気中に暴露している多孔体に接触させる工程を備える尿処理方法。
【請求項２】
前記尿又は尿含有水を、尿便器、又は、排泄された尿を屎と混合することなく排出する屎尿分離便器から得る、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記空気中に暴露している多孔体が前記尿又は尿含有水に浸漬しないように前記多孔体に前記尿又は尿含有水を供給することにより前記接触を行う請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
容器内で、前記空気中に暴露している多孔体を前記尿又は尿含有水で浸漬することにより前記接触をした後、前記容器から前記尿又は尿含有水を排出して前記多孔体を再び空気中に暴露させることを繰り返す請求項１又は２記載の方法。
【請求項５】
前記多孔体は粒子の充填層である請求項１〜４のいずれか一項記載の方法。
【請求項６】
多孔体と、前記多孔体を収容しかつ空気に対して開放された開口を有する第一容器と、前記多孔体に対して、屎を含まない、尿又は尿含有水を供給する供給部と、を備える尿処理装置。
【請求項７】
前記供給部は、尿便器、又は、排泄された尿を屎と混合することなく排出する屎尿分離便器を含む請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記第一容器の底部には、前記第一容器中の前記多孔体が前記尿又は尿含有水に浸漬しないように前記第一容器に供給された前記尿又は尿含有水を前記第一容器の外部に排出させる排水孔が形成された請求項６又は７記載の装置。
【請求項９】
第二容器と、前記第一容器の前記尿又は尿含有水を前記第二容器に供給する第一移液部と、前記第二容器の前記尿又は尿含有水を前記第一容器に供給する第二移液部と、を備える請求項６又は７記載の装置。
【請求項１０】
前記多孔体は粒子の充填層である請求項６〜９のいずれか一項記載の装置。
【請求項１】
屎を含まない、尿又は尿含有水を、空気中に暴露している多孔体に接触させる工程を備える尿処理方法。
【請求項２】
前記尿又は尿含有水を、尿便器、又は、排泄された尿を屎と混合することなく排出する屎尿分離便器から得る、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記空気中に暴露している多孔体が前記尿又は尿含有水に浸漬しないように前記多孔体に前記尿又は尿含有水を供給することにより前記接触を行う請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
容器内で、前記空気中に暴露している多孔体を前記尿又は尿含有水で浸漬することにより前記接触をした後、前記容器から前記尿又は尿含有水を排出して前記多孔体を再び空気中に暴露させることを繰り返す請求項１又は２記載の方法。
【請求項５】
前記多孔体は粒子の充填層である請求項１〜４のいずれか一項記載の方法。
【請求項６】
多孔体と、前記多孔体を収容しかつ空気に対して開放された開口を有する第一容器と、前記多孔体に対して、屎を含まない、尿又は尿含有水を供給する供給部と、を備える尿処理装置。
【請求項７】
前記供給部は、尿便器、又は、排泄された尿を屎と混合することなく排出する屎尿分離便器を含む請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記第一容器の底部には、前記第一容器中の前記多孔体が前記尿又は尿含有水に浸漬しないように前記第一容器に供給された前記尿又は尿含有水を前記第一容器の外部に排出させる排水孔が形成された請求項６又は７記載の装置。
【請求項９】
第二容器と、前記第一容器の前記尿又は尿含有水を前記第二容器に供給する第一移液部と、前記第二容器の前記尿又は尿含有水を前記第一容器に供給する第二移液部と、を備える請求項６又は７記載の装置。
【請求項１０】
前記多孔体は粒子の充填層である請求項６〜９のいずれか一項記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−５４２（Ｐ２０１２−５４２Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３５７２７（Ｐ２０１０−１３５７２７）
【出願日】平成２２年６月１５日（２０１０．６．１５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 研究集会名 第４４回 日本水環境学会年会（平成２２年） 主催者名 社団法人 日本水環境学会 開催日 平成２２年３月１６日
【出願人】（５１０１６７９１４）ＮＰＯ法人次世代水回り研究会 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１５日（２０１０．６．１５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 研究集会名 第４４回 日本水環境学会年会（平成２２年） 主催者名 社団法人 日本水環境学会 開催日 平成２２年３月１６日
【出願人】（５１０１６７９１４）ＮＰＯ法人次世代水回り研究会 (1)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]