養豚場の廃水から高品質のストルバイト肥料を回収する高度な技術

豚の排泄物は、環境、特に表層水源を汚染するリスクの高い廃棄物源です。しかし、循環型経済の観点から見ると、豚の排泄物は貴重な資源であり、枯渇した天然資源の一部を補うことができるNPK栄養素を提供します。

世界全体、特にベトナムの傾向としては、住宅地にある家庭規模の小規模養豚から農場規模（産業または家庭）の集中養豚へと大きく移行しており、毎日大量の廃棄物が発生し、深刻な環境汚染を引き起こし、国民の怒りを買う環境ホットスポットとなっています。

養豚場の環境汚染問題を解決するため、バイオガス技術は豚の排泄物処理に広く応用されています。バイオガスタンクは、レンガ、プレキャスト複合材、または防水シートで構築できます。一部の農場では、バイオガスタンクに排水を送る前に、堆肥分離機を使用して固形廃棄物を回収しています。

しかし、バイオガス技術の最大の限界は、微生物の嫌気性分解メカニズムによって有機成分を処理し、調理、発電、照明に使用できるCH4ガスを回収することしかできないことです。NPK栄養素はほとんど処理されておらず、これが富栄養化、表層水、地下水、大気の汚染を引き起こす原因となっています。

豚の汚水は、固形廃棄物、汚水、排気ガスの3つの主要成分を含む混合物です。豚1頭あたり、平均して1日あたり約20～25リットルの汚水と約0.5～3.0kgの糞尿を排出します。これは豚の年齢、飼料、給餌量によって異なります。したがって、汚水は豚の尿、牛舎の清掃水、豚の入浴水、飲み水の流出などが混ざり合い、豚の糞尿の一部または全部を含む、最も大きな割合を占めます。

廃水の組成は多様で、浮遊物質、溶存有機物および無機物、特に窒素、リン、カリウムが含まれます。豚の廃水には多くの微生物と病原性生物学的因子が含まれています。豚の廃水中の汚染物質濃度は、糞便や尿の組成、こぼれた餌や食べ残しの量、抗生物質の使用量、畜舎システム、廃水の収集・処理など、多くの要因に依存します。

分析結果によると、豚の廃水にはリン、カリウム、窒素などの栄養素が非常に高濃度に含まれている。

世界には、養豚廃水からNPKを除去するための様々な処理方法があります。硝化・生物学的脱窒、金属イオン沈殿・吸着、NH3ガス分離・沈殿、電気化学変換、イオン交換、微生物電気分解などです。しかし、これらの方法は、効率が低く、エネルギー消費量が多く、経済的に実現可能ではなく、特に実用化が限られているという欠点があります。現在、養豚廃水処理においてストルバイト（MgNH ₄ PO ₄ ）を回収する流動床結晶化（FBC）技術は、高い処理効率、低い投資コスト、容易な操作性などの利点を有し、工業規模での本格的な開発が期待される新しい技術です。

流動床反応塔を用いたFBC技術は、SiO ₂ 、Al ₂ O ₃などのシードを用いて不均一な造粒物を形成し、反応物の付着と発達を促す環境を作り出すため、回収されたストルバイト製品は純度が低く、湿度が高く（品質が低い）、実用上再利用が制限される傾向があります。同時に、FBC技術のもう一つの大きな欠点は、大量のスラッジが発生し、その処理にコストがかかることです。

今日のベトナムの養豚産業の環境問題を徹底的に解決するために、近年、 ハノイ国立大学レベルの天然資源環境研究所の強力な研究グループ「資源回収と持続可能なエネルギー再生」は、流動床均一晶析（FBHC）技術の研究開発と完成に注力し、FBC技術の限界と欠点を克服してきました。 FBHCは、低用量の化学物質、高純度のストルバイト（MgNH ₄ PO ₄ ）結晶、および低い水分含有量（5％未満）の使用により、汚泥を完全に固体に変換し、操作が簡単で、処理タンクシステムを構築する必要がなく、機器システムの設置にほとんどスペースを必要としないことから、FBC技術と従来の沈殿法よりも優れた先進技術と見なされています。

ストロング研究グループは、ハノイ国立大学ホアラックキャンパスの HT1 ビル 3 階の実験室環境で設計された機器モジュールから、集中養豚場の廃水処理に適用され、高品質の緩効性ミネラル肥料 (ストルバイト) 用の NPK を回収する FBHC 技術を完成させ、習得しました。

2023年から2025年にかけて実施される、レ・ヴァン・ザン博士が主導するハノイ市レベルの科学技術課題「流動床ストルバイト造粒技術を用いた養豚場廃水からの窒素・リン回収技術による有機肥料製造に関する研究」の枠組みにおいて、ストロング研究グループは、ソンタイ町にある300頭規模の養豚場向けに、昼夜5^{立方メートル}の処理能力を持つFBHC技術を適用した設備システムを設計、製造、設置、運用しました。この処理設備システムの試運転結果は良好な結果を示しました。

これまで、天然資源環境研究所のストロング研究グループ「資源回収および持続可能なエネルギー再生」は、FBHC技術の経済・技術・環境効率を計算し、数千頭から数万頭規模の養豚場に導入可能な大容量機器システムを設計しました。ストロング研究グループが開発し完成させたFBHC技術は、循環型経済の方向で、家庭規模（数百頭）から産業規模（数万頭）までの集中養豚場からの廃水による環境汚染問題を包括的に解決する、先進的で現代的かつ完全に実現可能な技術的ソリューションを提供し、気候変動対策（パリ協定）と温室効果ガス排出削減（COP26）に関する国際公約の履行に向けたベトナムの強力な取り組みの中で、持続可能な養豚の促進と豚肉製品の競争力強化に貢献しています。

豚の廃水中のNPKを回収し、緩効性肥料として再利用するFHBC技術の概要図。

この研究成果は、強力な研究グループを育成し、研究開発ミッションを遂行するための主要な研究室の開発に投資し、人々や企業に移転可能な科学技術製品を完成させるという、国立大学の重点的かつ重要な投資成果の1つであり、科学技術の発展、イノベーション、国家のデジタル変革における飛躍的進歩に関する2024年12月22日付政治局決議第57-NQ/TW号を積極的かつ効果的に早期に実現することに貢献することを目指しています。

さらに、ストロング研究グループは、FBHC 技術を適用して、さまざまな種類の産業廃水 (電気メッキ産業、鉄鋼生産産業など) を処理し、有価金属 (Al、Ni、B、Fe、F、Zn、Cu) やリン酸やホウ酸などの無機酸を含む廃水を回収する研究を行っています。

准教授、ルー・ジ・アン博士

（ベトナム国家大学天然資源環境研究所、ハノイ）

出典: https://nhandan.vn/cong-nghe-tien-tien-thu-hoi-phan-bon-struvite-chat-luong-cao-tu-nuoc-thai-chan-nuoi-lon-post886226.html