オゾンによる豚舎廃水の殺菌・脱色と再利用｜宮崎大学農学部 霧村研究室との共同研究で検証

オゾンマートは、空間の除菌・脱臭にとどまらないオゾン活用の可能性を探るため、宮崎大学農学部の霧村研究室と共同研究を行っています。本記事では、業務用オゾン発生器「オゾンクラスター1400」を用いて、豚舎廃水の殺菌・脱色と、処理後の廃水を野菜栽培に再利用できるかを検証した結果を整理します。畜産の廃水処理にオゾンを検討するとき、何が確認できて、何を前提として押さえておくべきかを判断できる内容を目指します。

検証の目的と背景｜豚舎廃水処理の課題とオゾン活用

オゾンには除菌・脱臭の用途が知られていますが、活用できる場面はそれだけではありません。養豚がさかんな地域では豚舎の廃水処理が課題になっており、ここでもオゾンの活用が期待されています。今回は、その可能性を検証した共同研究の内容を紹介します。

宮崎大学農学部 霧村研究室との共同研究について

霧村研究室では、食料自給率の向上だけでなく、「環境保全」「持続的経済発展」「エネルギー安全保障」を同時に実現する農業システムの構築を目指し、新エネルギーや高効率な栽培技術の開発を研究しています。今回のオゾンによる廃水処理の検証も、その研究の一環として行いました。

農業に欠かせない水は、世界的にみると貴重な資源です。同じく肥料の成分となるリンも、枯渇が危ぶまれています。廃水を水や肥料として再利用できれば、こうした資源を守ることにつながります。オゾンによる廃水処理は、その手段のひとつとして検討されています。

豚舎廃水（メタン発酵後の廃水）が抱える課題

豚舎の廃水は、浄化処理を行い、一定の基準を満たしたうえで農地に還元されるか、河川へ放流されます。処理には、メタン発酵によって廃水を微生物に分解させ、発生するガスを再利用する方法が用いられています。

しかし、メタン発酵を経た廃水は黄色がかった色をしていて見た目が悪く、悪臭や微生物による汚濁も残ります。そのため、下水処理に多額の費用がかかることが課題となっていました。そこで、費用を抑えて廃水を処理し、水や肥料分を再利用する新たな方法として、オゾンに着目しました。

検証の前提｜オゾンが廃水に作用する仕組み

オゾンは酸素原子が3つ結合した気体で、強い酸化作用を持っています。空気中の酸素は酸素原子が2つ結合したものですが、放電や紫外線によって酸素原子が3つ結合すると、オゾンができます。オゾン装置は、この原理で空気中や水中の酸素からオゾンを作り出します。

この強い酸化作用が、廃水中の微生物や色素にはたらくと考えられます。今回の検証は、オゾンの酸化作用が豚舎廃水の殺菌・脱色、そして再利用にどのように作用するかを確かめるものです。

検証の設計と使用機器

検証には、業務用オゾン発生器「オゾンクラスター1400」を使用しました。

オゾンマートで扱うオゾン装置は、大きく「空気からオゾンを作るタイプ」と「水からオゾンを作るタイプ」に分かれます。水からオゾンを作るタイプは、水道水かミネラルウォーターでのみ使用できます。今回は廃水中でオゾンを発生させる必要があったため、空気からオゾンを作るタイプの中でも強力にオゾンを生成できるオゾンクラスター1400で発生させたオゾンを、廃水に溶け込ませる手法をとりました。

廃水の殺菌・脱色の検証結果

まず、オゾンが廃水の衛生面と見た目にどう作用するかを確かめました。いずれもこの検証条件での結果であり、廃水の量や成分が変われば結果も変わります。

殺菌：一般細菌・大腸菌の検出推移

豚舎の廃水には、細菌や大腸菌を含む微生物が存在します。この廃水をオゾンで処理したところ、本検証では、一般細菌は6分、大腸菌は3分で検出されなくなりました。

脱色：色素分解による透明化

廃水は、黄色がかった色をしています。これをオゾンで処理すると、酸化作用によって色素が分解され、本検証では約5分で無色透明に近づきました。

処理済み廃水の野菜栽培への再利用の検証結果

殺菌・脱色に続いて、処理した廃水を野菜栽培に使えるかどうかも検証しました。

生育：小松菜・リーフレタスの比較

オゾンで処理した廃水を野菜栽培に使っても問題ないかを確認するため、小松菜とリーフレタスで生育実験を行いました。次の4種類の水を与えて栽培し、生育具合を比較しています。

• ① 普通の水に化学肥料を足した水
• ② オゾンで処理した廃水を1/2に希釈し、化学肥料を足した水
• ③ オゾンで処理した廃水に化学肥料を足した水（廃水に肥料分が含まれる分、化学肥料は①の半分）
• ④ オゾンで処理していない廃水

その結果、オゾンで処理した廃水を使って栽培しても、普通の水で栽培した場合と変わらないか、それ以上に生育することが確認できました。栽培を始めて5週間後に重さ（収穫量）で比較しても、廃水を使った野菜は、普通に栽培した野菜と遜色なく育っていました。

機能性：抗酸化作用（DPPHラジカル消去能）の傾向

生育に問題がないとわかったため、育てた小松菜とリーフレタスの抗酸化作用も調べました。一般に、抗酸化作用が高い食品は美容や健康に良いとされています。抗酸化作用は、試験用の「DPPHラジカル」という物質を消去する力（DPPHラジカル消去能）で評価されます。

今回の実験では、廃水を使って育てた小松菜やリーフレタスのほうが、普通の水で育てたものよりもDPPHラジカル消去能が高い傾向がみられました。

検証結果から読み取れること

ここまでの結果から、いくつかのことが読み取れます。いずれも本検証の範囲で読み取れる内容であり、条件が変われば結果も変わりうる点に注意が必要です。

殺菌・脱色が短時間で進んだことからは、オゾンの強い酸化作用が、廃水中の微生物や色素に作用したと考えられます。

処理後の廃水で育てた野菜が、普通の水と遜色なく生育したことからは、廃水に含まれる肥料分が栽培に活用された可能性があると考えられます。オゾンで処理しても、栽培に必要な成分が損なわれにくかったことを示していると読み取れます。

抗酸化作用が高まる傾向については、あくまで本検証で観察された傾向です。仕組みや条件によって変わりうるため、ここから「廃水で育てると必ず機能性が高まる」と断定することはできません。

全体として、この検証条件のもとでは、オゾン処理が豚舎廃水の殺菌・脱色と再利用に有効に働く可能性が示されたと整理できます。

検証結果を実際の廃水処理に応用するときの前提条件

今回の検証は、特定の条件下で行った実験です。実際の現場で応用を考えるときは、いくつかの前提を整理しておくことが大切です。

• 実際の廃水は、量・成分・季節などによって変動するため、同じ条件・同じ時間で同じ結果になるとは限りません。
• 使用したオゾンクラスター1400は、業務用かつ無人環境での使用を前提とした機器です。導入時は、無人での運転や使用後の換気など、運用条件の整理が必要になります。
• 処理に必要な時間やオゾン量などの運用条件は、対象とする廃水ごとに確認する必要があります。
• 再利用先（農業利用など）では、利用先の基準や安全性の確認が別途必要になる場合があります。
• 製品の仕様や導入条件は、メーカーや製品仕様で確認することが前提になります。

これらは廃水の種類や現場の運用によって前提が異なります。自分のケースに当てはめて、どこまで今回の検証が参考になるかを見極める姿勢が、結果として判断の精度を高めます。

オゾンによる廃水処理が拓く可能性

今回の検証では、焼酎粕の分解後に生じる廃水に対するオゾンの殺菌・脱色の作用と、野菜栽培への再利用の可能性を確認できました。さらに、処理した廃水を使った栽培で、抗酸化作用が高まる傾向もみられました。

検証を重ねて効果を確かめ、処理効率を高めていくことで、オゾン発生器を用いた方法で廃水を再利用し、環境への負担を軽減できる可能性があります。廃水をその場で処理できるようになれば、処理施設へ送るためのインフラにかかるコストを抑えられる可能性もあります。

また、これまで十分に活用できていなかった廃水を、肥料の代わりに利用できれば、肥料のもととなる資源の節約につながると考えられます。生産性の向上と持続可能性がいっそう重視される現在において、オゾンによる廃水処理は、有望なリサイクルの選択肢のひとつになりうると考えられます。