排水処理システム及びトイレ装置
【課題】屎尿及び生活雑排水の効率的な処理が可能な排水処理システム及びこれに使用するトイレ装置を提供する。
【解決手段】尿含有排水を屎と分離した状態で排出する尿排出部１０と、尿排出部１０から供給される尿含有排水を好気条件下で微生物により硝化する尿硝化部５１と、尿硝化部５１で硝化された尿含有排水及びＢＯＤ源を含有する排水を嫌気条件下で微生物により脱窒する脱窒部１５０と、を備える排水処理システムである。
【解決手段】尿含有排水を屎と分離した状態で排出する尿排出部１０と、尿排出部１０から供給される尿含有排水を好気条件下で微生物により硝化する尿硝化部５１と、尿硝化部５１で硝化された尿含有排水及びＢＯＤ源を含有する排水を嫌気条件下で微生物により脱窒する脱窒部１５０と、を備える排水処理システムである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理システム及びトイレ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
屎尿、及び、屎尿以外のＢＯＤ源を含有する排水（例えば、台所排水、洗濯機排水、風呂排水等の生活雑排水等）の処理方法として、浄化槽を用いたシステムが知られている。浄化槽において、屎尿を含むし尿排水やＢＯＤ源を含有する排水を含む大量の排水（例えば、２００〜２５０Ｌ／（日・人））中に含まれる窒素成分の除去を目的とする場合、主として、微生物による窒素の硝化及び脱窒反応を利用した生物学的硝化脱窒法が広く用いられている。
【非特許文献１】稲盛悠平、生活排水対策ハンドブック、１９９８年１２月、産業用水調査会、ｐｐ１５８−１６１
【非特許文献２】浄化槽の維持管理、第３版、財団法人日本環境整備教育センター、１９９９年７月、ｐｐ２０−２１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の浄化槽では、屎尿排水及び屎尿以外のＢＯＤ源を含有する排水を合わせて処理している。したがって、被処理水の水量が多くなる（例えば、２００〜２５０Ｌ／（日・人）程度）と共に、被処理水が希釈されてしまう。
【０００４】
このような条件下では、窒素成分の硝化、脱窒による窒素の除去を達成しようとする場合、硝化を進行させるための処理工程において被処理水中のＢＯＤ源も分解、消失してしまい、窒素を高度に除去するうえで理想的な、被処理水中にＢＯＤ源が多量に存在し、尚且つ、窒素成分については硝化が十分に進行している環境を作り出すことは原理的に困難であった。このため、窒素濃度が相対的に高い排水を浄化槽において処理する場合、ＢＯＤで示される汚濁成分の除去を達成しながら、同時に窒素成分の効率的な硝化及び脱窒を行うことが困難であった。
【０００５】
言い換えると、窒素成分とＢＯＤ源とが混合された状態で曝気を行うため、窒素成分の硝化と同時にＢＯＤ源も酸化されてしまう。このため、硝化された窒素成分が脱窒（還元）されるため必要なＢＯＤ源が不足するうらみがある。そして、脱窒を行うためにはこの問題を解決するために処理水の循環や曝気の時間調節など装置及び運転の両面に過大な負担が必要であった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、尿及びＢＯＤ源を含有する排水の効率的な脱窒処理が可能な排水処理システム及びこれに使用するトイレ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】
【０００７】
本発明者らは、屎尿及び生活雑排水において、窒素成分の大部分は（例えば約８０％程度）は屎尿に由来し、さらに、屎及び尿の中でも窒素成分の約９０％は尿に由来することに着目し、本発明に想到するに至った。
【０００８】
本発明にかかる排水処理システムは、尿含有排水を屎と分離した状態で排出する尿排出部と、尿排出部から供給される尿含有排水を好気条件下で微生物により硝化する尿硝化部と、尿硝化部で硝化された尿含有排水及びＢＯＤ源を含有する排水を嫌気条件下で微生物により脱窒する脱窒部と、を備える。
【０００９】
これによれば、家庭等から出る屎尿及びＢＯＤ源を含有する排水のうち特に窒素分が濃縮されている尿が、屎や、生活雑排水等のＢＯＤ源を含む排水と分離された状態で尿硝化部において事前に硝化される。特に、尿が屎と分離されているので臭いの発生等が抑えられ、また、尿が生活雑排水等のＢＯＤ源を含む排水と分離されているので水量も小さく、尿素やアンモニア等の窒素成分を簡易に微生物により亜硝酸態窒素や硝酸態窒素に変化できる。さらに、尿の硝化により生成した硝酸態及び亜硝酸態窒素が脱窒部に供給される。硝酸態及び亜硝酸態窒素とＢＯＤ源を含む排水とを原料とする脱窒及びこれに伴うＢＯＤ源除去は、アンモニア態窒素とＢＯＤ源とを原料とする脱窒及びＢＯＤ源除去に比べて、極めて迅速に行われる。したがって、浄化槽において脱窒及びＢＯＤ源の除去が極めて効率良く行われる。このため、排水処理システム全体におけるＢＯＤ源を含有する排水、例えば、台所排水、風呂排水、洗濯機排水等の生活雑排水等）及び尿について、窒素及びＢＯＤ源の処理をきわめて効率よく行うことができる。
【００１０】
ここで、脱窒部に供給される、ＢＯＤ源を含有する排水は、尿を含まないことが好ましいが、尿を含んでも発明の実施は可能である。
【００１１】
ここで、尿排出部としては、尿便器、排せつ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、及び、屎及び尿の混合物を固液分離して尿含有排水を排出する固液分離器の内の少なくとも１つを例示できる。
【００１２】
また、尿排出部が、屎尿分離便器又は固液分離器である場合には、屎尿分離便器又は固液分離器から尿と分離した状態で排出される屎が脱窒部に供給されることが好ましい。この場合には、屎中に豊富に含まれるＢＯＤ源を用いて脱窒を効率よく行える。
【００１３】
一方、尿排出部が、屎尿分離便器又は固液分離器である場合には、さらに、攪拌部を備えることが好ましい。攪拌部は、屎尿分離便器又は固液分離器から尿と分離した状態で排出される屎を多孔質材と混合して攪拌する。
【００１４】
この場合、屎が浄化槽とは別の攪拌装置にて乾式にて処理されるので、浄化槽における処理負荷を小さくすることができて好ましい。攪拌装置内で処理された屎は堆肥等として利用可能である。
【００１５】
また、尿硝化部は、尿含有排水に対して曝気を行う曝気手段を有すると硝化を好適に行える。
【００１６】
また、脱窒部の前段に、尿排出部から供給される尿含有排水を脱窒する事前脱窒部をさらに備えると好ましい。
【００１７】
事前脱窒槽等を有して、硝化により生成した硝酸及び亜硝酸性窒素を利用して尿を事前に脱窒すると、後段である脱窒部における脱窒負荷を下げることができる。
【００１８】
また、脱窒部の前段に、尿排出部から供給される尿含有排水中のリンを除去するリン除去部をさらに備えることも好ましい。
【００１９】
リン除去部としては、例えば、リン成分の吸着処理が可能な多孔質濾材や、電解手段が挙げられる。
【００２０】
また、尿処理装置は、さらに、分離された尿を、カキ殻、珊瑚、石灰石等、炭酸カルシウムを含有するｐＨ緩衝材と接触させることも好ましい。
【００２１】
これによれば、硝化の進行により尿のｐＨが低下することが抑制され、硝化用微生物の活性の低下が抑制できる。
【００２２】
また、脱窒部は、浄化槽とすることが好ましい。特に、嫌気性槽及び嫌気性槽に接続された好気性槽を有する浄化槽が好ましい。この場合には、嫌気性槽に尿硝化部で硝化された尿含有排水を供給することが好ましい。
【００２３】
一方、脱窒部は、下水管路であってもよい。この場合も、脱窒が好適に行われ、また、既設の下水管路を利用できるので好ましい。
【００２４】
また、ＢＯＤ源を含有する排水が供給される脱窒部には風呂からの排水が供給されても良いが、風呂からの排水を脱窒部に供給せずに土壌と接触させるろ過部をさらに備えてもよい。
【００２５】
これによれば、ＢＯＤ源を含有する排水の中でも、窒素成分やＢＯＤ源が特に少なくかつ体積が多い風呂排水を浄化槽に流さずに処理できるため、浄化槽の処理負荷を低減できる。
【００２６】
本発明にかかるトイレ装置は、尿含有排水を屎と分離した状態で排出する尿排出部と、尿排出部から供給される尿含有排水を硝化する尿硝化部と、を備える。
と備える。
【００２７】
これによれば、上述の排水処理システムに適したトイレ装置が提供できる。このような、トイレ装置は、従来の浄化槽に接続するのも容易である。
【００２８】
ここで、尿排出部は、尿便器、排せつされた尿を屎と混合することなく尿含有排水として排出する屎尿分離便器、及び、屎及び尿の混合物を固液分離して尿含有排水を排出する固液分離器の内の少なくとも１つであることが好ましい。
【００２９】
また、尿硝化部は、尿含有排水に対して曝気を行う曝気手段を有することが好ましい。
【００３０】
さらに、尿硝化部は尿排出部から排出された尿含有排水を貯留する尿タンクを有し、さらに、屎尿分離便器から屎を排出する屎排出管と、尿タンクから溢流した液体を屎排出管に合流させる尿合流管と、を備えることが好ましい。
【００３１】
このようなトイレ装置では、トイレ装置からの出口が１つで済むので、従来のトイレ装置との交換による上記排水処理システムの実現が特に容易である。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、屎尿及び生活雑排水の効率的な処理が可能な排水処理システム及びこれに使用するトイレ装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１は、第１の実施形態にかかる排水処理システム２００を示すフロー図である。この排水処理システム２００は、浄化槽（脱窒部）１５０、トイレ装置１００、及び、土壌ろ過装置１９０を主として備えている。
【００３４】
トイレ装置１００は、主として、屎尿分離便器１０、及び、尿処理装置５０を備えている。屎尿分離便器１０は、排せつされた尿を屎と混合することなく尿含有排水として、屎と分離された状態で排出する。屎尿分離便器１０から排出された尿含有排水はラインＬ１を介して尿処理装置５０に供給される。尿処理装置５０は、後述するように尿硝化部５１を有すると共に、必要に応じて脱リン部５２及び事前脱窒部５３を有しており、尿含有排水に対して硝化作用、脱リン作用、脱窒作用等が行われる。
【００３５】
ここで、尿含有排水とは、尿を含むが実質的に屎（固形分）を含まない排水であり、例えば、尿のみでも良く、尿と水洗用洗浄水等との混合物等が例示できる。
【００３６】
尿硝化部５１による硝化作用は、たとえば、尿含有排水に対して、散気（曝気）、攪拌等の操作により空気、酸素富化空気等の酸素含有ガスを効率よく接触させ、好気性細菌の作用により行わせれば良い。硝化により尿含有排水中の尿素等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。
【００３７】
脱リン部５２による脱リン作用は、たとえば、尿含有排水に対して、多孔質濾材を接触させて吸着させる吸着法や、鉄やアルミニウムを電極とした電解手段により除去する電解法により実施できる。なお、尿処理装置５０における脱リン作用は必須ではない。
【００３８】
事前脱窒部５３による尿含有排水の脱窒作用は、例えば、嫌気性環境下において嫌気性細菌により行わせればよい。
【００３９】
尿処理装置５０により、硝化や脱リン等された尿含有排水はラインＬ３を介して浄化槽１５０に供給される。また、屎尿分離便器１０で尿と分離して排出された屎含有排水もラインＬ２を介して浄化槽１５０に送られる。さらに、台所ＤからのＢＯＤ源を含有する排水もラインＬ１０を介して浄化槽１５０に供給される。
【００４０】
浄化槽１５０では、嫌気性微生物による脱窒や、好気性微生物による未硝化アンモニア性窒素成分の硝化等が行われる。
【００４１】
脱窒においては、主として、嫌気性条件下で、脱窒部５１において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、屎や台所排水等の中のＢＯＤ源（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。
【００４２】
硝化においては、未硝化のアンモニア性窒素が、好気性微生物により硝酸態及び亜硝酸態窒素に酸化される。具体的には、曝気等により空気等の酸素含有ガスを排水に対して接触させればよい。
【００４３】
風呂Ｂからの排水は、土壌ろ過装置１９０を通過する。土壌ろ過装置１９０は、団粒ろ材等の土壌を充填層として有するろ過装置である。窒素分やＢＯＤ源が少ない風呂Ｂからの排水は、このような処理でも容易に浄化される。
【００４４】
なお、図示は省略するが、洗濯機からの排水や、洗面所からの排水を脱窒槽１３０に供給してもよいが、これらも汚濁成分が少ないので土壌ろ過装置１９０に供給することが好ましい。また、台所Ｄからの排水以外でも、ＢＯＤ源となる有機物を含む排水、例えば、事業所から出る厨房排水等の事業系排水等、ＢＯＤ源となる有機物を含む排水であれば浄化槽１５０に供給することができる。
【００４５】
続いて、トイレ装置１００の具体例について、図２を参照して説明する。
【００４６】
図２のトイレ装置１００は、屎尿分離便器１０と尿処理装置５０とが一体化したものであり、屎尿分離便器１０、、水タンク２４、尿排出管としてのラインＬ１、屎排出管としてのラインＬ２、尿合流管としてのラインＬ３、尿処理装置５０を主として備えている。尿処理装置５０は、尿タンク３０、散気管４２、ブロア４４、濾材５５、覆い部４８、通気口４８ｂ等を備えている。
【００４７】
屎尿分離便器１０は、窪み部１０ａと窪み部１０ｂとを有しており、窪み部１０ａで尿を受け止める一方、窪み部１０ｂで屎を受け止める。これにより、排出された屎と尿と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。窪み部１０ａの底部にはラインＬ１が接続されており、受け止めた尿を尿含有排水として尿タンク３０内に導く。なお、好ましくは、尿含有排水は、尿と、水タンク２４からの少量の水（例えば、約０．１Ｌ／回）との混合物であるが、水洗用の水を含有せず尿のみを尿含有排水としてもよい。
【００４８】
尿タンク３０内には散気管４２が設けられている。散気管４２にはライン４６を介してブロア４４から空気が供給される。なお、ブロア４４から、酸素発生器により発生させた酸素富化空気等の空気以外の酸素含有ガスを供給しても良い。散気管４２、ライン４６及びブロア４４が曝気手段４７を構成している。また、尿タンク３０及び曝気手段４７が尿硝化部５１を構成している。これにより、尿タンク３０内において酸素含有ガスの気泡が発生し、尿含有排水が好気性雰囲気に維持され、尿タンク３０内の好気性微生物により尿由来の窒素成分がアンモニア性窒素を経て亜硝酸性及び硝酸性窒素に酸化されることとなる。
【００４９】
また、尿タンク３０内には、濾材５５が配置されている。濾材５５としては、多孔質濾材、非多孔質濾材等が挙げられる。
【００５０】
多孔質濾材は、団粒濾材とも言われるものであり、例えば、焼赤玉土、鹿沼土、ゼオライト、軽石、黒ボク土、シラス土壌焼結体、琉球石灰、バガス炭、セラミクス製の多孔質粒状濾材等が挙げられる。このような多孔質濾材５５により、硝化用微生物を固定させて硝化を促進させられると共に、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できる。ここでは、多孔質濾材が脱リン部５２を構成する。
【００５１】
また、非多孔質濾材としては、プラスチック製の充填材が挙げられるが、炭酸カルシウムを含有したｐＨ緩衝材、例えば、貝殻（カキ殻等）等を用いることが好ましい。尿の硝化により尿が酸性となると、尿タンク３０内において硝化用の微生物の生育が阻害される場合があるが、このｐＨ緩衝材によりｐＨの変動を抑制することによって硝化作用を一層促進できるからである。もちろん、多孔質濾材と、非多孔質濾材とを混合しても良い。
【００５２】
なお、このような濾材５５は、樹脂メッシュ製等の濾材容器５６に収容されている。また、尿タンク３０の上方は、覆い部４８により覆われている。覆い部４８の上端には、開閉可能な蓋部４８ａと、通気口４８ｂとが設置されている。濾材５５の濾材容器５６にはフック５７が設けられており、このフック５７が蓋部４８ａの開口の縁に引っかかるようになっている。これにより、所定の期間毎に、濾材５５を交換するのが容易である。なお、濾材５５を濾材容器５６無しに直接尿タンク３０内に充填しても良いのは言うまでもない。なお、使用済みの多孔質濾材５５は、リンを豊富に含むので、例えば、肥料等の土壌改良剤として再利用可能である。
【００５３】
尿タンク３０の側面の一部は、硝化や脱リンがなされた尿が溢流可能な堰３０ａとされており、溢流した処理済の尿含有排水は、ラインＬ３（尿合流管）を介してラインＬ２と合流するようになっている。
【００５４】
屎尿分離便器１０からは、さらに、尿と分離された状態で屎含有排水が排出する。屎含有排水は、Ｕ字に曲げられたラインＬ２を介して浄化槽１５０の脱窒槽１３０に供給される。なお、本実施形態では、排泄された屎は水タンク２４からの少量の水（例えば、約４Ｌ／回）に押し流されて、ラインＬ２を介して浄化槽１５０に流入する。
【００５５】
このような屎尿分離便器１０を使用すると、トイレにおける水使用量が減るので好ましく、例えば、従来型５０Ｌ／（日・人）の１／８程度とすることができる。この節約量は家庭での平均全排水２００Ｌ／（日・人）の２０％程度となる。
【００５６】
続いて、浄化槽（脱窒部）１５０の例について図３を参照して簡単に説明する。この浄化槽１５０は、第１脱窒層１３０、第２脱窒槽１３１、硝化槽１４０を主として備えている。便器１０で分離された屎含有排水はラインＬ２を介して第１脱窒槽１３０に流入し、尿処理装置５０で硝化処理された尿含有排水はラインＬ３を介して第１脱窒槽１３０に流入し、台所ＤからのＢＯＤ源を含む排水はラインＬ１０を介して第１脱窒槽１３０に流入する。
【００５７】
第１脱窒層１３０及び第２脱窒槽１３１には、多孔質や非多孔質の濾材１３５が充填されている。また、硝化槽１４０には、多孔質や非多孔質の濾材１４５が充填されている。さらに、硝化槽１４０には、ブロア１６０に接続され空気等の酸素含有ガスを散気する散気管１６５が設けられている。また、硝化槽１４０内の排水の一部を第１脱窒槽１３０に戻すラインＬ８及びポンプ１７０が設けられている。
【００５８】
第１脱窒層１３０及び第２脱窒槽１３１は嫌気性条件に維持され、濾材中の嫌気性微生物により、主として、尿処理装置５０や硝化槽１４０において生成した硝酸態及び亜硝酸態窒素の還元すなわち脱窒、及び、これに伴う、台所排水等のＢＯＤ源を含有する排水や、屎等に由来するＢＯＤ源の分解除去が行われる。
【００５９】
硝化槽１４０においては、好気性濾床中の微生物により、未硝化のアンモニア性窒素の硝化が行われる。
【００６０】
なお、前段に硝化槽１４０を配置し、後段に脱窒槽１３０，１３１を配置しても実施は可能である。また、本実施形態では、嫌気処理による脱窒と、好気処理による硝化とを互いに異なる槽で行っているが、例えば、図３の槽１３０及び１３１を有さずに、１つの槽１４０のみを有する浄化槽を用いて硝化及び脱窒を行っても良い。この場合には、散気管１６５による曝気を間欠的に行うことにより、嫌気性条件における脱窒と、好気性条件による硝化とを回分式に行うことができる。
【００６１】
続いて、トイレ装置１００の他の例として、尿処理装置５０が屎尿分離便器１０とは離れて設置された装置について図４を参照して説明する。この尿処理装置５０は、事前脱窒槽３１（事前脱窒部５３）、第１硝化槽３２、第２硝化槽３３を主として有するものである。事前脱窒槽３１には団粒ろ材等の多孔質濾材（脱リン部）５７が充填されており、ラインＬ１を介して、屎尿分離便器１０から排出された尿含有排水が供給される。ラインＬ１は、尿含有排水を事前脱窒槽３１の下部に供給し、処理済尿を第１硝化槽３２に溢流させることが好ましい。
【００６２】
第１硝化槽３２は脱窒槽３１に接続され、脱窒槽（脱窒部）３１から処理済の尿含有排水を受け入れる。第２硝化槽３３は第１硝化槽３２に接続されており、第１硝化槽３２から供給された尿含有排水を受け入れる。第１硝化槽３２及び第２硝化槽３３が尿硝化部及び部及びに対応する。
【００６３】
第１硝化槽３２及び第２硝化槽３３には、ブロア４４に接続された散気管４２が設けられている。また、第１硝化槽３２及び第２硝化槽３３には、濾材５５、例えば、多孔質濾材や、炭酸カルシウムを含むｐＨ緩衝材が充填されている。さらに、第２硝化槽３３の処理済尿含有排水の一部はラインＬ３を介して浄化槽１５０の事前脱窒槽１３０に供給される一方、残りはラインＬ７及びポンプ３８を介して事前脱窒槽３１にリサイクルされる。
【００６４】
事前脱窒槽３１では、嫌気性濾床により、尿中のＢＯＤ源と、第２硝化槽３３からリサイクルされた亜硝酸性及び硝酸性窒素とによる脱窒及び有機物の分解が行われる。また、事前脱窒槽３１では、多孔質濾材５１により、リンの吸着が行われる。
【００６５】
第１硝化槽３２及び第２硝化槽３３では、好気性濾床により、アンモニア性窒素の硝化が行われる。なお、ラインＬ７によるリサイクルは、第２硝化槽３３の出口におけるアンモニア性窒素の濃度が５ｍｇ／Ｌ程度まで低下するように、例えば、尿含有排水の循環回数が２〜４回程度となるように設定することが好ましい。
【００６６】
このように、浄化槽１５０に流入する前に、尿含有排水を、硝化を行なう硝化槽３２，３３だけでなく、事前脱窒槽３１を設けた尿処理装置５０により処理することにより、浄化槽１５０における脱窒負荷をより低下させられるという利点がある。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態に係る排水処理システム２００によれば、種々の排水のうち特に窒素分が濃縮されている尿が、屎尿分離便器１０により屎と分離された状態で排出され、さらに台所排水等の大量のＢＯＤ源含有排水による希釈がされない状態で尿処理装置５０内において事前に硝化される。ここで、特に、尿が屎と分離されているので尿処理装置５０における臭いの発生等が抑えられ、また、尿が生活雑排水等と分離されていて水量が小さいままであるので、容量の小さい装置により尿素やアンモニア等の窒素成分を容易に亜硝酸態窒素や硝酸態窒素に変化させられる。具体的には、尿処理装置５０での尿自体の処理量は、例えば１〜２Ｌ／（日・人）程度であるので、水洗用の水を含めてもこの尿処理装置５０の容量を極めて小さいものとすることができる。また、尿にはＳＳ（固形分）が少なく、沈殿物の問題や固体窒素分の処理についてのトラブルが殆ど起らないので、この点からも尿処理装置５０は極めて簡易なものとすることができる。
【００６８】
さらに、尿の硝化により生成した硝酸態窒素や亜硝酸態窒素が浄化槽１５０の脱窒槽１３０に供給されて他のＢＯＤ含有排水と混合する。硝酸態及び亜硝酸態窒素とＢＯＤ源とを原料とする脱窒及びＢＯＤ除去は、アンモニア態窒素とＢＯＤ源とを原料とする脱窒及びＢＯＤ除去に比べて、極めて迅速に行われるので、浄化槽１５０の脱窒槽１３０等においてＢＯＤ源の除去及び脱窒が極めて効率良く行われる。このため、排水処理システム２００全体における窒素やＢＯＤの処理をきわめて効率よく行うことができる。
【００６９】
したがって、浄化槽１５０の容量も極めて小さいものとすることができる。例えば、既設の単独浄化槽を本実施形態の浄化槽１５０として転用することが可能である。この場合、トイレ装置１００を取り替え、生活雑排水等のＢＯＤ源を含む排水を浄化槽１５０の脱窒槽１３０に供給するのみでよいので、改造費も抑えられ、さらに、処理後の排水の質を合併浄化槽と同等以上の極めて高いものとすることができる。また、ブロアやポンプ用の電力コストの低減も可能である。
【００７０】
また、尿処理装置５０中の多孔質の濾材５２によりリンの除去も可能となる。加えて、水量は多いが比較的窒素分やＢＯＤ源の少ない風呂Ｂの排水を、浄化槽１５０に投入しないで土壌ろ過装置１９０で処理するので、より一層、浄化槽１５０での排水処理の効率化が可能となっている。たとえば、風呂の排水は例えば４０Ｌ／（人・日）程度であるので、削減効果が大きい。なお、土壌ろ過装置１９０では、濾材として、土壌等の団粒ろ剤を用いると、排水が流通し易いため、目詰まりをより起こしにくくなって、メンテナンスコストを削減できる。なお、風呂Ｂの排水を浄化槽１５０に供給しても本発明の実施は可能である。
【００７１】
続いて、第２実施形態に係る排水処理システム２０２について、図５を参照して説明する。本実施形態に係る排水処理システム２０１が図１に係る排水処理システム２００と異なる主な点は、トイレ装置１０１，１０２であるのでこれについて説明する。
【００７２】
トイレ装置１０１は、第１実施形態のトイレ装置１００の屎尿分離便器１０に変えて、屎尿混合便器１３及び固液分離器１１を備えている。
【００７３】
具体的には、屎尿混合便器１３は、例えば、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、排泄された屎および尿を混合した状態で排出する便器である。
【００７４】
また、固液分離器１１としては、例えば、図６の（ａ）に示すような沈殿分離型の固液分離器１１ａを採用できる。この固液分離器１１は、沈殿槽１２１及び沈殿槽１２２を有している。屎尿混合便器１３からの屎尿混合排水は、ラインＬ８を介して沈殿槽１２１の中ほどに供給される。屎の大部分は沈殿槽１２１中で沈殿し、屎の一部はスカムとして浮上する。尿含有排水は、沈殿槽１２１の中央部に分離される。沈殿槽１２１の中程と沈殿槽１２２の中程とは連通管１２４により連通されており、尿含有排水は沈殿槽１２２に移送される。沈殿槽１２２において追加的な沈殿分離がなされた後に、排出管１２４により沈殿槽１２２の中程から液体として尿含有排水が排出され、ラインＬ１を介して尿処理装置５０に供給される。
【００７５】
一方、沈殿槽１２１及び沈殿槽１２２で沈殿した屎はラインＬ２を介して浄化槽１５０に供給される。
【００７６】
さらに、固液分離器１１としては、例えば、図６の（ｂ）に示すような垂直円筒型の固液分離器１１ｂでも良い。具体的には、下部の径が上部の径に比べて拡幅された垂直管１１０を有し、垂直管１１０の拡幅部に垂直管１１２が下方から指し込まれており、屎尿中の液体は主として、垂直管１１０の内面を伝って流下して垂直官１１２の外側に捕集する一方、固形分は垂直管１１２内に捕集される。そして、液体として捕集した尿含有排水はラインＬ１を介して尿処理装置５０に供給され、固形分として捕集した屎はラインＬ２を介して浄化槽に供給される。
【００７７】
なお、固液分離器１１は、これらに限られず、メッシュ等を利用したもの等でも構わない。
【００７８】
このような固液分離器でも、液体分として尿含有排水が得られ、固形分として屎含有物が得られる。
【００７９】
一方、図５に戻って、トイレ装置１０２においては、屎尿分離便器１０に代えて、尿便器１２が設けられている。尿便器１２は、尿のみを排泄させて尿のみを回収する便器であり、尿含有排水をラインＬ１を解して尿処理装置５０に供給する。
【００８０】
本実施形態においても、尿便器１２及び固液分離器１１から排出された尿含有排水が、尿処理装置５０に供給されるので、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００８１】
続いて、第３実施形態に係る排水処理システム２０２について、図７を参照して説明する。本実施形態に係る排水処理システム２０２が図１及び図５に係る排水処理システム２００、２０１と異なる主な点は、浄化槽１５０に代えて下水管路（脱窒部）１６０を用いている点である。下水管路１６０は、屎尿や生活雑排水等のＢＯＤ源含有排水の発生源の近くと、下水処理場１８０とを接続するものである。下水管路１６０は、通常地下に埋設されており、内部は嫌気的雰囲気に保たれる。
【００８２】
下水管路１６０は、流達時間が数時間〜数日程度となるものであることが好ましい。
【００８３】
すなわち、本実施形態では、主に都市のように、屎尿やＢＯＤ源を含有する排水の発生源において浄化槽を設けずに、発生源からの排水を下水管路１６０を通して下水処理場１８０に運んで集中的に脱窒や脱リン等の処理を行うシステムである。
【００８４】
本実施形態においては、下水管路１６０に流入する前に尿処理装置５０において尿含有排水が硝化等の処理を受け、その後、下水管路１６０において台所排水等のＢＯＤ源含有排水と合流する。そして、この下水管路１６０内は、嫌気性条件であり、前述の浄化槽１５０と同様にして脱窒及びＢＯＤ源の分解が行われる。したがって、下水処理場１８０における処理負荷を低減できて好ましい。なお、本実施形態では、風呂Ｂからの排水も下水管路１６０に流入して処理することが好ましい。
【００８５】
続いて、第４実施形態に係る排水処理システム２０３について、図１，４，７、８を参照して説明する。本実施形態に係る排水処理システム２０３が第１〜第３実施形態に係る排水処理システム２００と異なる主な点は、図１、４、７に示すように、屎尿分離便器１０、固液分離器１１において分離された屎が浄化槽１５０に入らずに、攪拌槽９０に供給される点である。
【００８６】
本実施形態の具体例について、図８を参照して説明する。屎尿分離便器１０、台所Ｄ，風呂Ｂ、尿処理装置５０、浄化槽１５０については、前述と同様であるので説明は省略する。攪拌槽９０は、円筒形状の筒部９１を有しており、筒部９１内には攪拌翼９２が設置されている。攪拌翼９２は、モータ９４によって回転可能とされている。さらに、筒部９１には、台所Ｄの流し台Ｄ１のし渣受けＤ２等において回収される生ごみ等のし渣を投入可能な投入口９６が形成されている。筒部９１内には予め、おが屑等の多孔質材が予め投入されている。攪拌槽９０内で、多孔質材と屎やし渣とを攪拌混合すると、屎やし渣の水分が適切に多孔質材に吸収されると共に、この多孔質材が担体となって好気性の菌が効率よく増殖する。従って、屎やし渣を発酵・分解させて臭いの少ないかつ減容、減重量された状態の有機物とすることができる。この有機物は、蓋９３より排出して有機肥料として使用可能である。なお、屎がこのような水分の少ない状態に所定期間おかれることにより有機物は減菌された状態となる。また、屎から発生するアンモニア等の臭気ガスもおがくずによって吸着される。
【００８７】
本実施形態では、屎が浄化槽や下水管路に供給されないので、浄化槽や下水管路における脱窒負荷やＢＯＤ除去負荷がより一層小さくなるので、浄化槽１５０の大きさのより一層の低減や、下水処理場１８０における処理負荷を低減でき、処理排水のより一層の清浄化が可能となる。
【００８８】
なお、本発明は上記実施形態に限られず様々な変形態様が可能である。例えば、図４の尿処理装置５０を図５、図７の尿処理装置に用いることも可能である。
【００８９】
また、脱窒部も、浄化槽１５０や下水管路１６０に限定されず、嫌気状態で脱窒が可能であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】図１は、第１実施形態に係る排水処理システムのフローを示す図である。
【図２】図２は、図１のトイレ装置１００の具体例を示す概略断面図である。
【図３】図３は、図１の浄化槽の具体例を示す概略断面図である。
【図４】図４は、図１のトイレ装置１００の他の例を示す概略断面図である。
【図５】図５は、第２実施形態に係る排水処理システムのフローを示す図である。
【図６】図６の（ａ）及び（ｂ）は、図５の屎尿混合便器１３及び固液分離器１１の具体例をそれぞれ示す概略断面図である。
【図７】図７は、第３実施形態に係る排水処理システムのフローを示す図である。
【図８】図８は、第４実施形態に係る排水処理システムの具体例を示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
１０…屎尿分離便器（尿排出部）、１１…屎尿混合便器、１２…尿便器（尿排出部）、１１…固液分離器（尿排出部）、３２…第１硝化槽（尿タンク）、３３…第２硝化槽（尿タンク）、４７…曝気手段、５０…尿処理装置、５１…尿硝化部、５２…リン除去部、５３…事前脱窒部、５５…濾材（多孔質濾材）、９０…攪拌装置（攪拌部）、トイレ装置…１００、１３０…脱窒槽、１４０…硝化槽、１５０…浄化槽（脱窒部）、１６０…下水管路（脱窒部）、１９０…ろ過装置（ろ過部）、Ｌ２…ライン（屎排出管）、Ｌ３…ライン（尿合流管）、２００，２０２、２０３…排水処理システム。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理システム及びトイレ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
屎尿、及び、屎尿以外のＢＯＤ源を含有する排水（例えば、台所排水、洗濯機排水、風呂排水等の生活雑排水等）の処理方法として、浄化槽を用いたシステムが知られている。浄化槽において、屎尿を含むし尿排水やＢＯＤ源を含有する排水を含む大量の排水（例えば、２００〜２５０Ｌ／（日・人））中に含まれる窒素成分の除去を目的とする場合、主として、微生物による窒素の硝化及び脱窒反応を利用した生物学的硝化脱窒法が広く用いられている。
【非特許文献１】稲盛悠平、生活排水対策ハンドブック、１９９８年１２月、産業用水調査会、ｐｐ１５８−１６１
【非特許文献２】浄化槽の維持管理、第３版、財団法人日本環境整備教育センター、１９９９年７月、ｐｐ２０−２１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の浄化槽では、屎尿排水及び屎尿以外のＢＯＤ源を含有する排水を合わせて処理している。したがって、被処理水の水量が多くなる（例えば、２００〜２５０Ｌ／（日・人）程度）と共に、被処理水が希釈されてしまう。
【０００４】
このような条件下では、窒素成分の硝化、脱窒による窒素の除去を達成しようとする場合、硝化を進行させるための処理工程において被処理水中のＢＯＤ源も分解、消失してしまい、窒素を高度に除去するうえで理想的な、被処理水中にＢＯＤ源が多量に存在し、尚且つ、窒素成分については硝化が十分に進行している環境を作り出すことは原理的に困難であった。このため、窒素濃度が相対的に高い排水を浄化槽において処理する場合、ＢＯＤで示される汚濁成分の除去を達成しながら、同時に窒素成分の効率的な硝化及び脱窒を行うことが困難であった。
【０００５】
言い換えると、窒素成分とＢＯＤ源とが混合された状態で曝気を行うため、窒素成分の硝化と同時にＢＯＤ源も酸化されてしまう。このため、硝化された窒素成分が脱窒（還元）されるため必要なＢＯＤ源が不足するうらみがある。そして、脱窒を行うためにはこの問題を解決するために処理水の循環や曝気の時間調節など装置及び運転の両面に過大な負担が必要であった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、尿及びＢＯＤ源を含有する排水の効率的な脱窒処理が可能な排水処理システム及びこれに使用するトイレ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】
【０００７】
本発明者らは、屎尿及び生活雑排水において、窒素成分の大部分は（例えば約８０％程度）は屎尿に由来し、さらに、屎及び尿の中でも窒素成分の約９０％は尿に由来することに着目し、本発明に想到するに至った。
【０００８】
本発明にかかる排水処理システムは、尿含有排水を屎と分離した状態で排出する尿排出部と、尿排出部から供給される尿含有排水を好気条件下で微生物により硝化する尿硝化部と、尿硝化部で硝化された尿含有排水及びＢＯＤ源を含有する排水を嫌気条件下で微生物により脱窒する脱窒部と、を備える。
【０００９】
これによれば、家庭等から出る屎尿及びＢＯＤ源を含有する排水のうち特に窒素分が濃縮されている尿が、屎や、生活雑排水等のＢＯＤ源を含む排水と分離された状態で尿硝化部において事前に硝化される。特に、尿が屎と分離されているので臭いの発生等が抑えられ、また、尿が生活雑排水等のＢＯＤ源を含む排水と分離されているので水量も小さく、尿素やアンモニア等の窒素成分を簡易に微生物により亜硝酸態窒素や硝酸態窒素に変化できる。さらに、尿の硝化により生成した硝酸態及び亜硝酸態窒素が脱窒部に供給される。硝酸態及び亜硝酸態窒素とＢＯＤ源を含む排水とを原料とする脱窒及びこれに伴うＢＯＤ源除去は、アンモニア態窒素とＢＯＤ源とを原料とする脱窒及びＢＯＤ源除去に比べて、極めて迅速に行われる。したがって、浄化槽において脱窒及びＢＯＤ源の除去が極めて効率良く行われる。このため、排水処理システム全体におけるＢＯＤ源を含有する排水、例えば、台所排水、風呂排水、洗濯機排水等の生活雑排水等）及び尿について、窒素及びＢＯＤ源の処理をきわめて効率よく行うことができる。
【００１０】
ここで、脱窒部に供給される、ＢＯＤ源を含有する排水は、尿を含まないことが好ましいが、尿を含んでも発明の実施は可能である。
【００１１】
ここで、尿排出部としては、尿便器、排せつ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、及び、屎及び尿の混合物を固液分離して尿含有排水を排出する固液分離器の内の少なくとも１つを例示できる。
【００１２】
また、尿排出部が、屎尿分離便器又は固液分離器である場合には、屎尿分離便器又は固液分離器から尿と分離した状態で排出される屎が脱窒部に供給されることが好ましい。この場合には、屎中に豊富に含まれるＢＯＤ源を用いて脱窒を効率よく行える。
【００１３】
一方、尿排出部が、屎尿分離便器又は固液分離器である場合には、さらに、攪拌部を備えることが好ましい。攪拌部は、屎尿分離便器又は固液分離器から尿と分離した状態で排出される屎を多孔質材と混合して攪拌する。
【００１４】
この場合、屎が浄化槽とは別の攪拌装置にて乾式にて処理されるので、浄化槽における処理負荷を小さくすることができて好ましい。攪拌装置内で処理された屎は堆肥等として利用可能である。
【００１５】
また、尿硝化部は、尿含有排水に対して曝気を行う曝気手段を有すると硝化を好適に行える。
【００１６】
また、脱窒部の前段に、尿排出部から供給される尿含有排水を脱窒する事前脱窒部をさらに備えると好ましい。
【００１７】
事前脱窒槽等を有して、硝化により生成した硝酸及び亜硝酸性窒素を利用して尿を事前に脱窒すると、後段である脱窒部における脱窒負荷を下げることができる。
【００１８】
また、脱窒部の前段に、尿排出部から供給される尿含有排水中のリンを除去するリン除去部をさらに備えることも好ましい。
【００１９】
リン除去部としては、例えば、リン成分の吸着処理が可能な多孔質濾材や、電解手段が挙げられる。
【００２０】
また、尿処理装置は、さらに、分離された尿を、カキ殻、珊瑚、石灰石等、炭酸カルシウムを含有するｐＨ緩衝材と接触させることも好ましい。
【００２１】
これによれば、硝化の進行により尿のｐＨが低下することが抑制され、硝化用微生物の活性の低下が抑制できる。
【００２２】
また、脱窒部は、浄化槽とすることが好ましい。特に、嫌気性槽及び嫌気性槽に接続された好気性槽を有する浄化槽が好ましい。この場合には、嫌気性槽に尿硝化部で硝化された尿含有排水を供給することが好ましい。
【００２３】
一方、脱窒部は、下水管路であってもよい。この場合も、脱窒が好適に行われ、また、既設の下水管路を利用できるので好ましい。
【００２４】
また、ＢＯＤ源を含有する排水が供給される脱窒部には風呂からの排水が供給されても良いが、風呂からの排水を脱窒部に供給せずに土壌と接触させるろ過部をさらに備えてもよい。
【００２５】
これによれば、ＢＯＤ源を含有する排水の中でも、窒素成分やＢＯＤ源が特に少なくかつ体積が多い風呂排水を浄化槽に流さずに処理できるため、浄化槽の処理負荷を低減できる。
【００２６】
本発明にかかるトイレ装置は、尿含有排水を屎と分離した状態で排出する尿排出部と、尿排出部から供給される尿含有排水を硝化する尿硝化部と、を備える。
と備える。
【００２７】
これによれば、上述の排水処理システムに適したトイレ装置が提供できる。このような、トイレ装置は、従来の浄化槽に接続するのも容易である。
【００２８】
ここで、尿排出部は、尿便器、排せつされた尿を屎と混合することなく尿含有排水として排出する屎尿分離便器、及び、屎及び尿の混合物を固液分離して尿含有排水を排出する固液分離器の内の少なくとも１つであることが好ましい。
【００２９】
また、尿硝化部は、尿含有排水に対して曝気を行う曝気手段を有することが好ましい。
【００３０】
さらに、尿硝化部は尿排出部から排出された尿含有排水を貯留する尿タンクを有し、さらに、屎尿分離便器から屎を排出する屎排出管と、尿タンクから溢流した液体を屎排出管に合流させる尿合流管と、を備えることが好ましい。
【００３１】
このようなトイレ装置では、トイレ装置からの出口が１つで済むので、従来のトイレ装置との交換による上記排水処理システムの実現が特に容易である。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、屎尿及び生活雑排水の効率的な処理が可能な排水処理システム及びこれに使用するトイレ装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１は、第１の実施形態にかかる排水処理システム２００を示すフロー図である。この排水処理システム２００は、浄化槽（脱窒部）１５０、トイレ装置１００、及び、土壌ろ過装置１９０を主として備えている。
【００３４】
トイレ装置１００は、主として、屎尿分離便器１０、及び、尿処理装置５０を備えている。屎尿分離便器１０は、排せつされた尿を屎と混合することなく尿含有排水として、屎と分離された状態で排出する。屎尿分離便器１０から排出された尿含有排水はラインＬ１を介して尿処理装置５０に供給される。尿処理装置５０は、後述するように尿硝化部５１を有すると共に、必要に応じて脱リン部５２及び事前脱窒部５３を有しており、尿含有排水に対して硝化作用、脱リン作用、脱窒作用等が行われる。
【００３５】
ここで、尿含有排水とは、尿を含むが実質的に屎（固形分）を含まない排水であり、例えば、尿のみでも良く、尿と水洗用洗浄水等との混合物等が例示できる。
【００３６】
尿硝化部５１による硝化作用は、たとえば、尿含有排水に対して、散気（曝気）、攪拌等の操作により空気、酸素富化空気等の酸素含有ガスを効率よく接触させ、好気性細菌の作用により行わせれば良い。硝化により尿含有排水中の尿素等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。
【００３７】
脱リン部５２による脱リン作用は、たとえば、尿含有排水に対して、多孔質濾材を接触させて吸着させる吸着法や、鉄やアルミニウムを電極とした電解手段により除去する電解法により実施できる。なお、尿処理装置５０における脱リン作用は必須ではない。
【００３８】
事前脱窒部５３による尿含有排水の脱窒作用は、例えば、嫌気性環境下において嫌気性細菌により行わせればよい。
【００３９】
尿処理装置５０により、硝化や脱リン等された尿含有排水はラインＬ３を介して浄化槽１５０に供給される。また、屎尿分離便器１０で尿と分離して排出された屎含有排水もラインＬ２を介して浄化槽１５０に送られる。さらに、台所ＤからのＢＯＤ源を含有する排水もラインＬ１０を介して浄化槽１５０に供給される。
【００４０】
浄化槽１５０では、嫌気性微生物による脱窒や、好気性微生物による未硝化アンモニア性窒素成分の硝化等が行われる。
【００４１】
脱窒においては、主として、嫌気性条件下で、脱窒部５１において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、屎や台所排水等の中のＢＯＤ源（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。
【００４２】
硝化においては、未硝化のアンモニア性窒素が、好気性微生物により硝酸態及び亜硝酸態窒素に酸化される。具体的には、曝気等により空気等の酸素含有ガスを排水に対して接触させればよい。
【００４３】
風呂Ｂからの排水は、土壌ろ過装置１９０を通過する。土壌ろ過装置１９０は、団粒ろ材等の土壌を充填層として有するろ過装置である。窒素分やＢＯＤ源が少ない風呂Ｂからの排水は、このような処理でも容易に浄化される。
【００４４】
なお、図示は省略するが、洗濯機からの排水や、洗面所からの排水を脱窒槽１３０に供給してもよいが、これらも汚濁成分が少ないので土壌ろ過装置１９０に供給することが好ましい。また、台所Ｄからの排水以外でも、ＢＯＤ源となる有機物を含む排水、例えば、事業所から出る厨房排水等の事業系排水等、ＢＯＤ源となる有機物を含む排水であれば浄化槽１５０に供給することができる。
【００４５】
続いて、トイレ装置１００の具体例について、図２を参照して説明する。
【００４６】
図２のトイレ装置１００は、屎尿分離便器１０と尿処理装置５０とが一体化したものであり、屎尿分離便器１０、、水タンク２４、尿排出管としてのラインＬ１、屎排出管としてのラインＬ２、尿合流管としてのラインＬ３、尿処理装置５０を主として備えている。尿処理装置５０は、尿タンク３０、散気管４２、ブロア４４、濾材５５、覆い部４８、通気口４８ｂ等を備えている。
【００４７】
屎尿分離便器１０は、窪み部１０ａと窪み部１０ｂとを有しており、窪み部１０ａで尿を受け止める一方、窪み部１０ｂで屎を受け止める。これにより、排出された屎と尿と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。窪み部１０ａの底部にはラインＬ１が接続されており、受け止めた尿を尿含有排水として尿タンク３０内に導く。なお、好ましくは、尿含有排水は、尿と、水タンク２４からの少量の水（例えば、約０．１Ｌ／回）との混合物であるが、水洗用の水を含有せず尿のみを尿含有排水としてもよい。
【００４８】
尿タンク３０内には散気管４２が設けられている。散気管４２にはライン４６を介してブロア４４から空気が供給される。なお、ブロア４４から、酸素発生器により発生させた酸素富化空気等の空気以外の酸素含有ガスを供給しても良い。散気管４２、ライン４６及びブロア４４が曝気手段４７を構成している。また、尿タンク３０及び曝気手段４７が尿硝化部５１を構成している。これにより、尿タンク３０内において酸素含有ガスの気泡が発生し、尿含有排水が好気性雰囲気に維持され、尿タンク３０内の好気性微生物により尿由来の窒素成分がアンモニア性窒素を経て亜硝酸性及び硝酸性窒素に酸化されることとなる。
【００４９】
また、尿タンク３０内には、濾材５５が配置されている。濾材５５としては、多孔質濾材、非多孔質濾材等が挙げられる。
【００５０】
多孔質濾材は、団粒濾材とも言われるものであり、例えば、焼赤玉土、鹿沼土、ゼオライト、軽石、黒ボク土、シラス土壌焼結体、琉球石灰、バガス炭、セラミクス製の多孔質粒状濾材等が挙げられる。このような多孔質濾材５５により、硝化用微生物を固定させて硝化を促進させられると共に、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できる。ここでは、多孔質濾材が脱リン部５２を構成する。
【００５１】
また、非多孔質濾材としては、プラスチック製の充填材が挙げられるが、炭酸カルシウムを含有したｐＨ緩衝材、例えば、貝殻（カキ殻等）等を用いることが好ましい。尿の硝化により尿が酸性となると、尿タンク３０内において硝化用の微生物の生育が阻害される場合があるが、このｐＨ緩衝材によりｐＨの変動を抑制することによって硝化作用を一層促進できるからである。もちろん、多孔質濾材と、非多孔質濾材とを混合しても良い。
【００５２】
なお、このような濾材５５は、樹脂メッシュ製等の濾材容器５６に収容されている。また、尿タンク３０の上方は、覆い部４８により覆われている。覆い部４８の上端には、開閉可能な蓋部４８ａと、通気口４８ｂとが設置されている。濾材５５の濾材容器５６にはフック５７が設けられており、このフック５７が蓋部４８ａの開口の縁に引っかかるようになっている。これにより、所定の期間毎に、濾材５５を交換するのが容易である。なお、濾材５５を濾材容器５６無しに直接尿タンク３０内に充填しても良いのは言うまでもない。なお、使用済みの多孔質濾材５５は、リンを豊富に含むので、例えば、肥料等の土壌改良剤として再利用可能である。
【００５３】
尿タンク３０の側面の一部は、硝化や脱リンがなされた尿が溢流可能な堰３０ａとされており、溢流した処理済の尿含有排水は、ラインＬ３（尿合流管）を介してラインＬ２と合流するようになっている。
【００５４】
屎尿分離便器１０からは、さらに、尿と分離された状態で屎含有排水が排出する。屎含有排水は、Ｕ字に曲げられたラインＬ２を介して浄化槽１５０の脱窒槽１３０に供給される。なお、本実施形態では、排泄された屎は水タンク２４からの少量の水（例えば、約４Ｌ／回）に押し流されて、ラインＬ２を介して浄化槽１５０に流入する。
【００５５】
このような屎尿分離便器１０を使用すると、トイレにおける水使用量が減るので好ましく、例えば、従来型５０Ｌ／（日・人）の１／８程度とすることができる。この節約量は家庭での平均全排水２００Ｌ／（日・人）の２０％程度となる。
【００５６】
続いて、浄化槽（脱窒部）１５０の例について図３を参照して簡単に説明する。この浄化槽１５０は、第１脱窒層１３０、第２脱窒槽１３１、硝化槽１４０を主として備えている。便器１０で分離された屎含有排水はラインＬ２を介して第１脱窒槽１３０に流入し、尿処理装置５０で硝化処理された尿含有排水はラインＬ３を介して第１脱窒槽１３０に流入し、台所ＤからのＢＯＤ源を含む排水はラインＬ１０を介して第１脱窒槽１３０に流入する。
【００５７】
第１脱窒層１３０及び第２脱窒槽１３１には、多孔質や非多孔質の濾材１３５が充填されている。また、硝化槽１４０には、多孔質や非多孔質の濾材１４５が充填されている。さらに、硝化槽１４０には、ブロア１６０に接続され空気等の酸素含有ガスを散気する散気管１６５が設けられている。また、硝化槽１４０内の排水の一部を第１脱窒槽１３０に戻すラインＬ８及びポンプ１７０が設けられている。
【００５８】
第１脱窒層１３０及び第２脱窒槽１３１は嫌気性条件に維持され、濾材中の嫌気性微生物により、主として、尿処理装置５０や硝化槽１４０において生成した硝酸態及び亜硝酸態窒素の還元すなわち脱窒、及び、これに伴う、台所排水等のＢＯＤ源を含有する排水や、屎等に由来するＢＯＤ源の分解除去が行われる。
【００５９】
硝化槽１４０においては、好気性濾床中の微生物により、未硝化のアンモニア性窒素の硝化が行われる。
【００６０】
なお、前段に硝化槽１４０を配置し、後段に脱窒槽１３０，１３１を配置しても実施は可能である。また、本実施形態では、嫌気処理による脱窒と、好気処理による硝化とを互いに異なる槽で行っているが、例えば、図３の槽１３０及び１３１を有さずに、１つの槽１４０のみを有する浄化槽を用いて硝化及び脱窒を行っても良い。この場合には、散気管１６５による曝気を間欠的に行うことにより、嫌気性条件における脱窒と、好気性条件による硝化とを回分式に行うことができる。
【００６１】
続いて、トイレ装置１００の他の例として、尿処理装置５０が屎尿分離便器１０とは離れて設置された装置について図４を参照して説明する。この尿処理装置５０は、事前脱窒槽３１（事前脱窒部５３）、第１硝化槽３２、第２硝化槽３３を主として有するものである。事前脱窒槽３１には団粒ろ材等の多孔質濾材（脱リン部）５７が充填されており、ラインＬ１を介して、屎尿分離便器１０から排出された尿含有排水が供給される。ラインＬ１は、尿含有排水を事前脱窒槽３１の下部に供給し、処理済尿を第１硝化槽３２に溢流させることが好ましい。
【００６２】
第１硝化槽３２は脱窒槽３１に接続され、脱窒槽（脱窒部）３１から処理済の尿含有排水を受け入れる。第２硝化槽３３は第１硝化槽３２に接続されており、第１硝化槽３２から供給された尿含有排水を受け入れる。第１硝化槽３２及び第２硝化槽３３が尿硝化部及び部及びに対応する。
【００６３】
第１硝化槽３２及び第２硝化槽３３には、ブロア４４に接続された散気管４２が設けられている。また、第１硝化槽３２及び第２硝化槽３３には、濾材５５、例えば、多孔質濾材や、炭酸カルシウムを含むｐＨ緩衝材が充填されている。さらに、第２硝化槽３３の処理済尿含有排水の一部はラインＬ３を介して浄化槽１５０の事前脱窒槽１３０に供給される一方、残りはラインＬ７及びポンプ３８を介して事前脱窒槽３１にリサイクルされる。
【００６４】
事前脱窒槽３１では、嫌気性濾床により、尿中のＢＯＤ源と、第２硝化槽３３からリサイクルされた亜硝酸性及び硝酸性窒素とによる脱窒及び有機物の分解が行われる。また、事前脱窒槽３１では、多孔質濾材５１により、リンの吸着が行われる。
【００６５】
第１硝化槽３２及び第２硝化槽３３では、好気性濾床により、アンモニア性窒素の硝化が行われる。なお、ラインＬ７によるリサイクルは、第２硝化槽３３の出口におけるアンモニア性窒素の濃度が５ｍｇ／Ｌ程度まで低下するように、例えば、尿含有排水の循環回数が２〜４回程度となるように設定することが好ましい。
【００６６】
このように、浄化槽１５０に流入する前に、尿含有排水を、硝化を行なう硝化槽３２，３３だけでなく、事前脱窒槽３１を設けた尿処理装置５０により処理することにより、浄化槽１５０における脱窒負荷をより低下させられるという利点がある。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態に係る排水処理システム２００によれば、種々の排水のうち特に窒素分が濃縮されている尿が、屎尿分離便器１０により屎と分離された状態で排出され、さらに台所排水等の大量のＢＯＤ源含有排水による希釈がされない状態で尿処理装置５０内において事前に硝化される。ここで、特に、尿が屎と分離されているので尿処理装置５０における臭いの発生等が抑えられ、また、尿が生活雑排水等と分離されていて水量が小さいままであるので、容量の小さい装置により尿素やアンモニア等の窒素成分を容易に亜硝酸態窒素や硝酸態窒素に変化させられる。具体的には、尿処理装置５０での尿自体の処理量は、例えば１〜２Ｌ／（日・人）程度であるので、水洗用の水を含めてもこの尿処理装置５０の容量を極めて小さいものとすることができる。また、尿にはＳＳ（固形分）が少なく、沈殿物の問題や固体窒素分の処理についてのトラブルが殆ど起らないので、この点からも尿処理装置５０は極めて簡易なものとすることができる。
【００６８】
さらに、尿の硝化により生成した硝酸態窒素や亜硝酸態窒素が浄化槽１５０の脱窒槽１３０に供給されて他のＢＯＤ含有排水と混合する。硝酸態及び亜硝酸態窒素とＢＯＤ源とを原料とする脱窒及びＢＯＤ除去は、アンモニア態窒素とＢＯＤ源とを原料とする脱窒及びＢＯＤ除去に比べて、極めて迅速に行われるので、浄化槽１５０の脱窒槽１３０等においてＢＯＤ源の除去及び脱窒が極めて効率良く行われる。このため、排水処理システム２００全体における窒素やＢＯＤの処理をきわめて効率よく行うことができる。
【００６９】
したがって、浄化槽１５０の容量も極めて小さいものとすることができる。例えば、既設の単独浄化槽を本実施形態の浄化槽１５０として転用することが可能である。この場合、トイレ装置１００を取り替え、生活雑排水等のＢＯＤ源を含む排水を浄化槽１５０の脱窒槽１３０に供給するのみでよいので、改造費も抑えられ、さらに、処理後の排水の質を合併浄化槽と同等以上の極めて高いものとすることができる。また、ブロアやポンプ用の電力コストの低減も可能である。
【００７０】
また、尿処理装置５０中の多孔質の濾材５２によりリンの除去も可能となる。加えて、水量は多いが比較的窒素分やＢＯＤ源の少ない風呂Ｂの排水を、浄化槽１５０に投入しないで土壌ろ過装置１９０で処理するので、より一層、浄化槽１５０での排水処理の効率化が可能となっている。たとえば、風呂の排水は例えば４０Ｌ／（人・日）程度であるので、削減効果が大きい。なお、土壌ろ過装置１９０では、濾材として、土壌等の団粒ろ剤を用いると、排水が流通し易いため、目詰まりをより起こしにくくなって、メンテナンスコストを削減できる。なお、風呂Ｂの排水を浄化槽１５０に供給しても本発明の実施は可能である。
【００７１】
続いて、第２実施形態に係る排水処理システム２０２について、図５を参照して説明する。本実施形態に係る排水処理システム２０１が図１に係る排水処理システム２００と異なる主な点は、トイレ装置１０１，１０２であるのでこれについて説明する。
【００７２】
トイレ装置１０１は、第１実施形態のトイレ装置１００の屎尿分離便器１０に変えて、屎尿混合便器１３及び固液分離器１１を備えている。
【００７３】
具体的には、屎尿混合便器１３は、例えば、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、排泄された屎および尿を混合した状態で排出する便器である。
【００７４】
また、固液分離器１１としては、例えば、図６の（ａ）に示すような沈殿分離型の固液分離器１１ａを採用できる。この固液分離器１１は、沈殿槽１２１及び沈殿槽１２２を有している。屎尿混合便器１３からの屎尿混合排水は、ラインＬ８を介して沈殿槽１２１の中ほどに供給される。屎の大部分は沈殿槽１２１中で沈殿し、屎の一部はスカムとして浮上する。尿含有排水は、沈殿槽１２１の中央部に分離される。沈殿槽１２１の中程と沈殿槽１２２の中程とは連通管１２４により連通されており、尿含有排水は沈殿槽１２２に移送される。沈殿槽１２２において追加的な沈殿分離がなされた後に、排出管１２４により沈殿槽１２２の中程から液体として尿含有排水が排出され、ラインＬ１を介して尿処理装置５０に供給される。
【００７５】
一方、沈殿槽１２１及び沈殿槽１２２で沈殿した屎はラインＬ２を介して浄化槽１５０に供給される。
【００７６】
さらに、固液分離器１１としては、例えば、図６の（ｂ）に示すような垂直円筒型の固液分離器１１ｂでも良い。具体的には、下部の径が上部の径に比べて拡幅された垂直管１１０を有し、垂直管１１０の拡幅部に垂直管１１２が下方から指し込まれており、屎尿中の液体は主として、垂直管１１０の内面を伝って流下して垂直官１１２の外側に捕集する一方、固形分は垂直管１１２内に捕集される。そして、液体として捕集した尿含有排水はラインＬ１を介して尿処理装置５０に供給され、固形分として捕集した屎はラインＬ２を介して浄化槽に供給される。
【００７７】
なお、固液分離器１１は、これらに限られず、メッシュ等を利用したもの等でも構わない。
【００７８】
このような固液分離器でも、液体分として尿含有排水が得られ、固形分として屎含有物が得られる。
【００７９】
一方、図５に戻って、トイレ装置１０２においては、屎尿分離便器１０に代えて、尿便器１２が設けられている。尿便器１２は、尿のみを排泄させて尿のみを回収する便器であり、尿含有排水をラインＬ１を解して尿処理装置５０に供給する。
【００８０】
本実施形態においても、尿便器１２及び固液分離器１１から排出された尿含有排水が、尿処理装置５０に供給されるので、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００８１】
続いて、第３実施形態に係る排水処理システム２０２について、図７を参照して説明する。本実施形態に係る排水処理システム２０２が図１及び図５に係る排水処理システム２００、２０１と異なる主な点は、浄化槽１５０に代えて下水管路（脱窒部）１６０を用いている点である。下水管路１６０は、屎尿や生活雑排水等のＢＯＤ源含有排水の発生源の近くと、下水処理場１８０とを接続するものである。下水管路１６０は、通常地下に埋設されており、内部は嫌気的雰囲気に保たれる。
【００８２】
下水管路１６０は、流達時間が数時間〜数日程度となるものであることが好ましい。
【００８３】
すなわち、本実施形態では、主に都市のように、屎尿やＢＯＤ源を含有する排水の発生源において浄化槽を設けずに、発生源からの排水を下水管路１６０を通して下水処理場１８０に運んで集中的に脱窒や脱リン等の処理を行うシステムである。
【００８４】
本実施形態においては、下水管路１６０に流入する前に尿処理装置５０において尿含有排水が硝化等の処理を受け、その後、下水管路１６０において台所排水等のＢＯＤ源含有排水と合流する。そして、この下水管路１６０内は、嫌気性条件であり、前述の浄化槽１５０と同様にして脱窒及びＢＯＤ源の分解が行われる。したがって、下水処理場１８０における処理負荷を低減できて好ましい。なお、本実施形態では、風呂Ｂからの排水も下水管路１６０に流入して処理することが好ましい。
【００８５】
続いて、第４実施形態に係る排水処理システム２０３について、図１，４，７、８を参照して説明する。本実施形態に係る排水処理システム２０３が第１〜第３実施形態に係る排水処理システム２００と異なる主な点は、図１、４、７に示すように、屎尿分離便器１０、固液分離器１１において分離された屎が浄化槽１５０に入らずに、攪拌槽９０に供給される点である。
【００８６】
本実施形態の具体例について、図８を参照して説明する。屎尿分離便器１０、台所Ｄ，風呂Ｂ、尿処理装置５０、浄化槽１５０については、前述と同様であるので説明は省略する。攪拌槽９０は、円筒形状の筒部９１を有しており、筒部９１内には攪拌翼９２が設置されている。攪拌翼９２は、モータ９４によって回転可能とされている。さらに、筒部９１には、台所Ｄの流し台Ｄ１のし渣受けＤ２等において回収される生ごみ等のし渣を投入可能な投入口９６が形成されている。筒部９１内には予め、おが屑等の多孔質材が予め投入されている。攪拌槽９０内で、多孔質材と屎やし渣とを攪拌混合すると、屎やし渣の水分が適切に多孔質材に吸収されると共に、この多孔質材が担体となって好気性の菌が効率よく増殖する。従って、屎やし渣を発酵・分解させて臭いの少ないかつ減容、減重量された状態の有機物とすることができる。この有機物は、蓋９３より排出して有機肥料として使用可能である。なお、屎がこのような水分の少ない状態に所定期間おかれることにより有機物は減菌された状態となる。また、屎から発生するアンモニア等の臭気ガスもおがくずによって吸着される。
【００８７】
本実施形態では、屎が浄化槽や下水管路に供給されないので、浄化槽や下水管路における脱窒負荷やＢＯＤ除去負荷がより一層小さくなるので、浄化槽１５０の大きさのより一層の低減や、下水処理場１８０における処理負荷を低減でき、処理排水のより一層の清浄化が可能となる。
【００８８】
なお、本発明は上記実施形態に限られず様々な変形態様が可能である。例えば、図４の尿処理装置５０を図５、図７の尿処理装置に用いることも可能である。
【００８９】
また、脱窒部も、浄化槽１５０や下水管路１６０に限定されず、嫌気状態で脱窒が可能であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】図１は、第１実施形態に係る排水処理システムのフローを示す図である。
【図２】図２は、図１のトイレ装置１００の具体例を示す概略断面図である。
【図３】図３は、図１の浄化槽の具体例を示す概略断面図である。
【図４】図４は、図１のトイレ装置１００の他の例を示す概略断面図である。
【図５】図５は、第２実施形態に係る排水処理システムのフローを示す図である。
【図６】図６の（ａ）及び（ｂ）は、図５の屎尿混合便器１３及び固液分離器１１の具体例をそれぞれ示す概略断面図である。
【図７】図７は、第３実施形態に係る排水処理システムのフローを示す図である。
【図８】図８は、第４実施形態に係る排水処理システムの具体例を示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
１０…屎尿分離便器（尿排出部）、１１…屎尿混合便器、１２…尿便器（尿排出部）、１１…固液分離器（尿排出部）、３２…第１硝化槽（尿タンク）、３３…第２硝化槽（尿タンク）、４７…曝気手段、５０…尿処理装置、５１…尿硝化部、５２…リン除去部、５３…事前脱窒部、５５…濾材（多孔質濾材）、９０…攪拌装置（攪拌部）、トイレ装置…１００、１３０…脱窒槽、１４０…硝化槽、１５０…浄化槽（脱窒部）、１６０…下水管路（脱窒部）、１９０…ろ過装置（ろ過部）、Ｌ２…ライン（屎排出管）、Ｌ３…ライン（尿合流管）、２００，２０２、２０３…排水処理システム。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
尿含有排水を、屎と分離した状態で排出する尿排出部と、
前記尿排出部から供給される尿含有排水を好気条件下で微生物により硝化する尿硝化部と、
前記尿硝化部で硝化された尿含有排水及びＢＯＤ源を含有する排水を嫌気条件下で微生物により脱窒する脱窒部と、
を備える排水処理システム。
【請求項２】
前記尿排出部は、尿便器、排せつ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、及び、屎及び尿の混合物を固液分離して尿含有排水を排出する固液分離器の内の少なくとも１つである請求項１に記載の排水処理システム。
【請求項３】
前記尿排出部は、前記屎尿分離便器又は前記固液分離器であり、
前記屎尿分離便器又は前記固液分離器から尿と分離した状態で排出される屎が前記脱窒部に供給される請求項２に記載の排水処理システム。
【請求項４】
前記尿排出部は、前記屎尿分離便器又は前記固液分離器であり、
さらに、前記屎尿分離便器又は前記固液分離器から尿と分離した状態で排出される屎を多孔質材と混合して攪拌する攪拌部を備える請求項２に記載の排水処理システム。
【請求項５】
前記尿硝化部は、前記尿含有排水に対して曝気を行う曝気手段を有する請求項１〜４の何れかに記載の排水処理システム。
【請求項６】
前記脱窒部の前段に、前記尿排出部から供給される尿含有排水を脱窒する事前脱窒部をさらに備える請求項１〜５の何れかに記載の排水処理システム。
【請求項７】
前記脱窒部の前段に、前記尿排出部から供給される尿含有排水中のリンを除去するリン除去部をさらに備える請求項１〜６のいずれかに記載の排水処理システム。
【請求項８】
前記リン除去部は、多孔質濾材又は電解手段を有する請求項７に記載の排水処理システム。
【請求項９】
前記尿硝化部において、前記尿含有排水が炭酸カルシウムを含むpH緩衝材と接触する請求項１〜８のいずれかに記載の排水処理システム。
【請求項１０】
前記脱窒部は、浄化槽である請求項１〜９の何れかに記載の排水処理システム。
【請求項１１】
前記浄化槽は、嫌気性槽及び前記嫌気性槽に接続された好気性槽を有する請求項１０に記載の排水処理システム。
【請求項１２】
前記脱窒部は、下水管路である請求項１〜９の何れかに記載の排水処理システム。
【請求項１３】
風呂からの排水を土壌と接触させるろ過部をさらに備えた請求項１〜１２のいずれかに記載の排水処理システム。
【請求項１４】
尿含有排水を、屎と分離した状態で排出する尿排出部と、
前記尿排出部から供給される尿含有排水を微生物により硝化する尿硝化部と、
を備えるトイレ装置。
【請求項１５】
前記尿排出部は、尿便器、排せつされた尿を屎と混合することなく尿含有排水として排出する屎尿分離便器、及び、屎及び尿の混合物を固液分離して尿含有排水を排出する固液分離器の内の少なくとも１つである請求項１４に記載のトイレ装置。
【請求項１】
尿含有排水を、屎と分離した状態で排出する尿排出部と、
前記尿排出部から供給される尿含有排水を好気条件下で微生物により硝化する尿硝化部と、
前記尿硝化部で硝化された尿含有排水及びＢＯＤ源を含有する排水を嫌気条件下で微生物により脱窒する脱窒部と、
を備える排水処理システム。
【請求項２】
前記尿排出部は、尿便器、排せつ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、及び、屎及び尿の混合物を固液分離して尿含有排水を排出する固液分離器の内の少なくとも１つである請求項１に記載の排水処理システム。
【請求項３】
前記尿排出部は、前記屎尿分離便器又は前記固液分離器であり、
前記屎尿分離便器又は前記固液分離器から尿と分離した状態で排出される屎が前記脱窒部に供給される請求項２に記載の排水処理システム。
【請求項４】
前記尿排出部は、前記屎尿分離便器又は前記固液分離器であり、
さらに、前記屎尿分離便器又は前記固液分離器から尿と分離した状態で排出される屎を多孔質材と混合して攪拌する攪拌部を備える請求項２に記載の排水処理システム。
【請求項５】
前記尿硝化部は、前記尿含有排水に対して曝気を行う曝気手段を有する請求項１〜４の何れかに記載の排水処理システム。
【請求項６】
前記脱窒部の前段に、前記尿排出部から供給される尿含有排水を脱窒する事前脱窒部をさらに備える請求項１〜５の何れかに記載の排水処理システム。
【請求項７】
前記脱窒部の前段に、前記尿排出部から供給される尿含有排水中のリンを除去するリン除去部をさらに備える請求項１〜６のいずれかに記載の排水処理システム。
【請求項８】
前記リン除去部は、多孔質濾材又は電解手段を有する請求項７に記載の排水処理システム。
【請求項９】
前記尿硝化部において、前記尿含有排水が炭酸カルシウムを含むpH緩衝材と接触する請求項１〜８のいずれかに記載の排水処理システム。
【請求項１０】
前記脱窒部は、浄化槽である請求項１〜９の何れかに記載の排水処理システム。
【請求項１１】
前記浄化槽は、嫌気性槽及び前記嫌気性槽に接続された好気性槽を有する請求項１０に記載の排水処理システム。
【請求項１２】
前記脱窒部は、下水管路である請求項１〜９の何れかに記載の排水処理システム。
【請求項１３】
風呂からの排水を土壌と接触させるろ過部をさらに備えた請求項１〜１２のいずれかに記載の排水処理システム。
【請求項１４】
尿含有排水を、屎と分離した状態で排出する尿排出部と、
前記尿排出部から供給される尿含有排水を微生物により硝化する尿硝化部と、
を備えるトイレ装置。
【請求項１５】
前記尿排出部は、尿便器、排せつされた尿を屎と混合することなく尿含有排水として排出する屎尿分離便器、及び、屎及び尿の混合物を固液分離して尿含有排水を排出する固液分離器の内の少なくとも１つである請求項１４に記載のトイレ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−１９６０８１（Ｐ２００７−１９６０８１Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４３０３（Ｐ２００６−１４３０３）
【出願日】平成１８年１月２３日（２００６．１．２３）
【出願人】（５０６０２４８７０）オーループ有限会社 (1)
【出願人】（５０６０２５４４２）株式会社水環境研究所 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月２３日（２００６．１．２３）
【出願人】（５０６０２４８７０）オーループ有限会社 (1)
【出願人】（５０６０２５４４２）株式会社水環境研究所 (4)
【Ｆターム（参考）】
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