JPH02119992A - 汚水の浄化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、汚水の処理方法、特に生活排水や尿尿処理水
、下水等の汚水中に含まれる窒素骨や燐分を土壌を利用
して高度に処理する新規な方法及び装置に関する。

［従来の技術］ 従来実施されている土壌浄化法の問題点、及び土壌に要
求される性質は、以下の３点に要約される。

■　透水性が十分高く、目詰りが起きにくいこと。

■　活性アルミニウムや活性鉄等の燐酸を吸着できる化
合物の含量が高いこと。

■　アンモニア態窒素の硝化に必要な好気的な土壌と、
微生物による脱窒作用に必要な炭素源の供給が可能でし
かも相対的に嫌気的な土壌層が共存し、汚水は両層を十
分な速さで通過し、且つ両層に十分接触浸透できる構造
になっていること。

この、相矛盾する条件を共に満足させうるちのとして、
本発明者は通気性及び透水性に優れた土壌層（砂、マサ
上、ゼオライト粒等の層：以下「透水・好気性土壌層」
と言う）と、通気性、透水性は劣るが活性アルミニウム
や活性鉄及び炭素源に冨む土壌層（黒ボク、赤土等の屓
：以下［Ｐｆ透水・嫌気性土壌層」と言う）を組み合わ
した、多段土壌層法とでも言うべき理想的な土壌浄化方
法及び装置を開発した（特願昭６０−５２７２９、特開
昭６ｌ−２１２３８６）。

更に、第４図に示すように、！＃透水・嫌気性土壌１６
を透水性のある容器や袋体１３に詰めた一種の土壌ブロ
ック１７として８ｍ水・嫌気性土壌層を形成することに
よって、施工性の問題を解決した。また、これらの容器
や袋体の素材として、木材やジュート等の炭素率（Ｃ／
Ｎ比）の高いものを用いることによって、脱窒能力の向
上を確保した（特願昭６ｌ−１０７３０）。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上記した従来の多段土壌層法による装置につ
いては、特にＴ＃透水・嫌気性土壌（土壌ブロック）に
いくつかの問題が存在する。即ち、透水・好気性土壌は
アンモニア態窒素の硝化に必要な条件を十分溝たしてお
り、また高負荷に耐える良好な透水性を示し何ら問題は
ない。

これに対し、Ｈ透水・嫌気性土壌は微生物による脱窒作
用に必要な炭素源の供給は十分であったが、嫌気的な土
壌層として考慮した場合、脱窒能力の安定化及び微生物
（脱窒菌）の活性の高さの点ではまだ改善の余地が認め
られた。即ち、窒素浄化能は脱窒菌の脱窒反応速度によ
って規定されるが、汚水はＨ透水・嫌気性土壌中をあま
り通過せず主としてブロックの周縁部を通過する。その
ため、流入負荷ｉｔ　（Ｉ！／−・日）を増やすと周縁
部での流速が速くなって浄化能が低下する。また、流入
負荷が一定の場合は多段土壌層の厚みと浄化能は比例す
るが、容量負荷量＜１／イ・日）を−定とし土壌層の厚
みを厚く　（例えば２倍）して流入負荷量を増やす（例
えば２倍）と、浄化率は悪化する傾向にある。従って、
装置の汚水処理可能容１　（１７ｒｄ・日）を増やすに
は面積を大きくする必要がある。そのため、施工場所が
限定されるし、高コストになり実施化に大きな障害とな
る。

〔課題を解決するための手段］ 本発明は上記に鑑みなされたもので、脱窒作用に重要な
影響を及ぼすＨ透水・嫌気性土壌に代わって、透水性に
優れた土壌や充填材に金属鉄を混合した易透水・嫌気性
の改良土壌（以下「易透水・嫌気性土壌」と言う）を使
用することにより、処理能力の増大とともに、脱窒菌の
活性を向上させて脱窒能力を飛躍的に向上できるように
するものである。

即ち、還元鉄等の金属鉄が空気を含んだ水と接触した場
合、中性域では空気中の酸素による酸化作用により微量
の鉄イオンが溶出する。この現象を利用して、汚水中の
酸素を消費することにより土壌層を嫌気的雰囲気に保ち
、脱窒菌の活性を向上させる。更に、嫌気性土壌部分の
透水性を良くして、万遍なく汚水が浸透して脱窒作用を
良好に行わせんとするものである。

金属鉄は、必ずしも純鉄に限らない。また、反応性の点
では還元鉄が好ましいが、必ずしもこれに限らない。金
属鉄の形状は、取り扱い易さや溶性を考慮すると、粒状
のものが好ましい。その大きさは、通常５〜２０メソシ
ュ程度のものを用いる。

金属鉄の使用割合は、金属鉄の純度や粒の大きさ、原水
（汚水）中の窒素濃度や溶存酸素量、処理水量等などを
基に計算或いは実験によって決定される。鉄粒の場合、
通常２〜ＩＯ重量％特に４〜６％程度が好ましい。これ
より少ないと、脱窒効率が落ちるし、多ずぎると鉄イオ
ンの溶出の問題が生じる。

尚、金属鉄が熔解して生じる鉄イオンは、情酸イオンと
結合して沈澱するので、燐の除去にも優れた効果を示す
。

易透水・嫌気性土壌層を構成する土壌としては、砂、マ
サ土の他、砂丘未熟上、粗粒火山灰土、粗粒褐色森林上
等透水性の優れた土壌が用いられ・る。

また、土壌の替わりに用いられる充填材としては、ゼオ
ライト粒やパーライト、バーミキュライト等の天然或い
は人工の粒状鉱物の他、プラスチック粉砕品等も用いら
れる。これらの土壌や充填材中の炭素含量が少ない場合
は、炭素源として、ジュート、稲藁、木の葉、その他の
動植物体、余剰活性汚泥等炭素率（Ｃ／Ｎ比）の高い物
質を混入しておいてもよい。

易透水・嫌気性土壌は、そのまま装置内に充填してもよ
いが、透水性のある容器や袋体に詰めた一種の土壌ブロ
ックとすると、取り扱いが極めて筒中になる。また、金
属鉄と土壌との比重の違いによる装置全体としての金属
鉄の偏在も防止されるし、透水・好気性土壌との使用割
合も設計通りにできる等の利点も生じる。また、これら
の容器や袋体の素材として、木材やジュート等の炭素率
（Ｃ／Ｎ比）の高いものを用いると、脱窒能力の向上が
図れる。

一方、前記易透水・嫌気性土壌層或いはプロ・ツクの間
に充填される透水・好気性土壌としては、砂やマサ士等
前記易透水・嫌気性土壌と同じものの他に、同じくゼオ
ライト粒その他の充填材も用いられる。

この透水・好気性土壌の主要な役割は、汚水を易透水・
嫌気性土壌の層やブロックになるべく効率的に接触、拡
散、浸透できるようにするとともに、装置の目詰りを防
止して速やかに透水させることである。また、この透水
・好気性土壌を中心として、８８分、ＢＯＤ及びＣＯＤ
分その他の有機物の好気的分解や硝化、脱臭等が行なわ
れる。

従って、この土壌には通気性及び透水性が大きいこと（
例えば、飽和過水性係数が１０″２〜ｌ０−３ＣＩＩＩ
／Ｓよりも大）が要求される。場合によっ°ζは、砂や
礫、適当な大きさの木の枝や人工芝等、透水性を促進さ
せるもを混入してもよい。

透水・好気性土壌として、ゼオライト粒を用いた場合に
は、ゼオライトはアンモニウムイオン保持能が大きく、
吸着された”アンモニウムイオンは硝化菌の作用を受け
てｌｉ＋！＋酸態窒素に変化し、ゼオライト粒から離脱
する。そして、再びアンモニウムイオンが吸着されると
いう過程が繰り返される。

こうした挙動は装置内における窒素の滞留時間を長くす
る効果を持ら、窒素除去に有利に働くことになる。更に
、ゼオライトの大きなＣＥＣは硝化に伴う汚水のｐｌ＋
低下に対する緩衝作用を持っており、装置内における微
生物活動を保護するなど好ましい作用を行なうものであ
る。

［作用］ しかして、第１図で模式的に示すように、汚水供給源と
しての汚水撒水管１から供給された汚水（原水）（Ａ）
は、マサ上等からなる被覆土壌層２中で、土壌生物の消
化分解作用や土の吸着や濾過作用により８８分やＢＯＤ
及びＣＯＤ成分その他の有機物の好気的分解や除去作用
を受ける。またアンモニア態窒素も硝化細菌等の作用で
硝化されて、処理水（Ｆ３）となる。

この処理水（ｒ（）の一部は被覆土壌層２の表面から蒸
散するが、大部分はトレンチ３下方の浄化層４に重力的
に浸透流下する。浄化層４は、透水・好気性土壌５の屑
と易透水・嫌気性土壌６の層を複数屓（図では２Ｔ−）
積層したものである。浄化層４としては、易透水・嫌気
性土壌６をジュート製袋体等に充填した易透水・嫌気性
土壌ブロックを、上下と前後左右を間隙をあけて配置し
、その間隙に透水・好気性土壌５を充填したものでもよ
い。

透水・好気性土壌５中に浸透した処理水（Ｂ）はより酸
化的条件下に置かれ、被覆土壌層２と同様に有機物の好
気的分解や硝化作用を受ける。尚、ゼオライト粒を用い
ている場合は、ここでアンモニア態窒素の固定や硝化も
行なわれる。

次いで、処理水（Ｂ）は易透水・嫌気性土壌６中に浸透
し、その中に含まれる還元剤例えば鉄粒に接触して、次
の反応を生じる。

Ｆｅ（１一体）　　　　［；’ｅ２■＋２ｅＯそのため
、処理水（Ｂ）や易透水・嫌気性土壌６中の酸素を多量
に消費する。この作用によって易透水・嫌気性土壌６の
層全体が常に嫌気性に保たれ、脱窒菌の活性が向上する
。従って、処理水（Ｂ）中のＮＯ２やＮＯ３Ｎ（硝酸態
窒素）は、該土壌６の層中を浸透流下する時に脱窒菌に
よってＮ２やＮ２０に変化し、効率的に脱窒される。

またこの過程で、処理水（Ｂ）中の燐酸（正及びポリ）
は易透水・嫌気性土壌中の鉄イオンＦｅ２Φと反応して
燐酸鉄の沈澱となり、土壌６の層中に吸着固定される。

かくして、ＳＳ分、ＢＯＤ及びＣＯＤ成分その他の有機
物に加えて窒素分や燐が大幅に除去された浄化水（Ｃ）
が、排水層７に集められ、排水管８を通って装置外に排
出される。

［実施例］ 次に、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第２図は、本発明に係る実験室規模の汚水浄化装置の一
例を示す。この汚水浄化装置９は、中１０ｃｍ、長さ４
５ｃｍ、深さ４５ｃｍの内法寸法のアクリル製の槽１０
の中に各土壌を納めたものである。

即ち、上部から汚水撒水管１を配置した被覆土壌層２、
中央部は浄化層４、下部は排水管８を組み込んだ排水層
７となっている。排水層７には礫１１を充填する。符号
１２はネ・７トである。

被覆土壌層２（厚み５ｃｍ）及び浄化層４に於ける透水
・好気性土壌５（厚み５ｍｍ）は、ゼオライト粒（２〜
３１φ）を使用した。

一方、易透水・嫌気性土壌６としてはマサ土に鉄粒（１
０〜２０メソシエ）を５％混合したものを用いた。この
改良された易透水・嫌気性土壌６の活性アルミニウム及
び活性鉄の含量（軟土重量基準）は０．１％と５．３％
であった。そして、この易透水・嫌気性土壌６を３ｃｍ
ｘ　５ｃｍＸ　Ｉ　Ｏｃｍ　（−部３ｃｍＸ　２．５ｃ
ｍＸ　１０ｃｍ）サイズのジュート製袋体１３に充填（
２００ｇ）して易透水・嫌気性土壌ブロック１４とし、
これを、上下と左右に５ｍｍの間隔をおいて並べた。各
層の土壌ブロック１４は、処理水（Ｂ）が十分に接触浸
透できるように２．５ｃｍずつずらして配置した。使用
した土壌ブロック１４は７７（Ｍで９段積みした。

このジュート製袋体１３は、単に易透水・嫌気性土壌を
充填するユニットを構成しているだけでなく、それ自体
好気的土壌と嫌気的土壌の界面に存在する網状体であり
、両層の接触界面であらゆる方向に水の浸透・移動を可
能にしている。またジュート製袋体１３は、炭素率（Ｃ
／Ｎ比）が極めて高い（通常５０以上）ので脱窒菌の炭
素源ともなり、装置の脱窒活性を高める働きもする。尚
、前記汚水浄化装置９の構造や土壌ブロック１４の素材
形状はあくまでも一例であり、本発明はこれらに限定さ
れるものではない。

Ｌ７かして、この汚水浄化装置９に、原水（Ａ）として
人工汚水（ＮＯ３Ｎ４０ｍｇ／ｌ！　＋ＰＯ４−Ｐ２０
ｍｇ／／）を１７！／日の割合で供給した。

実験は、昭和６１年９月から１ケ月間連続して行なった
。その結果（平均値）は、表−１に示すようにＴ−Ｎ、
Ｔ”−Ｐとも９９％以上で、極めて満足すべきものであ
った。尚、この装置で１１／日の供給量は、２５β／ｄ
・日の流入負荷量に相当する。

次に、従来例として第４図に示す装置を用いて同様の汚
水浄化試験を行なった結果を同じく表１に示す。この従
来の汚水浄化装置１５は、第２図の本発明装置において
、易透水・嫌気性土壌６０代わりに黒ボク土壌１６を充
填したＨ透水・嫌気性土壌ブロック１７を用いた点のみ
が異り、他は全く同しものである。尚、黒ボク土壌の活
性アルミニウム及び活性鉄の含量（軟土重量基準）は５
゜６％と０．６％であった。

比較例１は前記実施例と同様に排水管８を第４図（イ）
の状態にして、ＩＮ／日の原水供給を３ケ月間連続し７
て行なった。表−１の数値は平均値であり、浄化水（０
）のＴ−Ｎ？ＪＭ度は経時的に上昇し３ケ月で浄化能が
著しく低下した。

比較例２は、比較例１に引き続いて１１／日の負荷水量
で２ケ月間連続して原水を供給した。但表　　−１ であった。

以上の比較例の結果から見て、従来型装置では浄化水（
Ｃ）のＴ−Ｎの目標処理水質を１０ｍｇ／ｌとした場合
、長期的には流入負荷量は２５Ｉ！／ｄ・口程度が限度
であると思われる。

表−２ し、この場合は排水管８を第４図の（ロ）の状態にＵ７
て浄化層４を湛水状態（嫌気状態）にして使用した。そ
の結果、浄化水中のＴ−ＩＪが当初５ＩＩ１ｇ／ｅ程度
まで低下したが再び上昇し、２ケ月後にはＴ−Ｎの浄化
能が著しく低下した。尚、比較例１、比較例２とも、Ｔ
−Ｐの除去率は９９％以上次に、本発明装置がどの程度
の流入負荷量に耐えるかを実験してみた。即ち、昭和６
２年５月から原水（Ａ）の供給量を増やして得られた浄
化水（Ｃ）の浄化の程度を調べる実験を行なった。その
結果（各期間中の平均値）を表−２に示す。

尚、装置９は前記実施例と同じものを用いた。

原水（Ａ）は、人工汚水（Ｎ　Ｏ：ｌ　−Ｎ　３６．６
ｍｇ／ｅ−１−Ｐ　Ｏ、＋　−Ｐ２１．４ｍｇ／　ｌ）
を用い、ソノ供給は表中備考欄に示す通りに行いこれら
を連続して計３ケ月半行なった。また、表−２中の流入
負荷量（β／ｌ・日）は、この装置での供給量をｄ当た
りに換算したものである。この結果、本発明装置では浄
化水（Ｃ）のＴ−Ｎの目標処理水質を１０ｍｇ／ｌとし
た場合、２５０７！／ｎ？−日程度の流入負荷量及び高
速処理に十分耐え得ることが判明した。これは、施工面
精やコストを勘案して実用に十分耐え得るものである。

上記実施例に示した装置は、易透水・嫌気性土壌６をジ
ュート製袋体１３に充填して土壌ブロック化して使用し
たものであるが、勿論これに限定されるものではない。

例えば、第３図に示すように透水・好気性土壌５と易透
水・嫌気性土壌６を層状に多段化（図では２段）した汚
水浄化装置１８も十分な脱窒能力を発揮させることが可
能である。

この汚水浄化装置１８は、汚水撒水管１の周りに礫１９
を充填し浄化層４との間にネット２０を配設したもので
ある。浄化層４の上部を占める透水・好気性土壌５とし
ては、前記したゼオライトの他、マサ土、砂等が使用で
きる。浄化層４の下部の易透水・嫌気性土壌６としては
、マサ土や砂等に鉄粒を５％程度混入した改良土壌が使
用できる。さらに、炭素源として前記炭素率（Ｃ／Ｎ比
）の高い物質を混入する。その他、汚水の供給源として
汚水槽や汚水枡も考えられる。

要は、本発明は透水・好気性土壌５と易透水・嫌気性土
壌６の層やブロックを組み合わして浄化層４とし、且つ
易透水・嫌気性土壌６として透水性に優れた土壌に鉄粒
その他の還元剤を混入したものであり、汚水浄化装置の
他の部分の構成には何ら限定さるものではない。

［発明の効果コ 以上詳述したように、本発明の汚水浄化方法は、透水性
土壌に還元剤を混入した易透水・嫌気性土壌を使用し、
この土壌層に供給した汚水中の酸素を消費させることに
より土壌層を強制的に嫌気状態とし、脱窒菌の活性を向
上させて脱窒効果を飛躍的に向上せしめるものである。

更に、この易透水・嫌気性土壌と透水・好気性土壌とを
多段に組み合わせて、透水・好気性土壌中で汚水中のＳ
Ｓ分等の有機物の好気的分解や除去を行わせると同時に
アンモニア態窒素の硝化をはかり、易透水・嫌気性土壌
中で脱窒及び脱燐させて汚水の総合的な浄化を図るもの
である。

従って、嫌気性土壌層の透水性向上とあいまって装置の
汚水処理可能容量を大幅に増大させ、高負荷運転が可能
となり、装置をコンパクト化できるため、施工場所の選
定を含めて施工及びコスト面でも従来にない優れた効果
を奏するものである。

又本発明の汚水浄化装置は、嫌気性土壌として入手が部
用な砂やマサ土を使用し、還元剤としても鉄粒等を用い
るので、安価且つ容易に構築できるとともに、使用する
土壌全体が透水性に優れており、コンパクトな装置で大
量の汚水を処理することができる。また、易透水・嫌気
性土壌をジュート製袋体等に充填してブロック化すると
、易透水・嫌気性土壌層全体として見ると還元剤と透水
性土壌との混合割合の均一化が図れるとともに、取り扱
いが筒中になる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の汚水浄化原理を説明する概略図、第２
図は本発明にかかる実験室規模の汚水浄化装置の一例を
示しくａ）は縦断面図、（ｂｌは同図（ａｌにおけるＸ
−Ｘ線部分で断面した装置の縦断面図、第３図は実験室
規模の汚水浄化装置の他の例を示しくａｌは縦断面図、
（ｂ）は同図（ａ）における’ｙ’−Ｙ線部分で断面し
た装置の縦断面図、第４図は比較例を示しくａｌは縦断
面図、（ｂｌは同図（ａｌにおけるＺ−Ｚ線部分で断面
した装置の縦断面図である。 １・・・・・・汚水撒水管 ２・・・・・・被覆土壌層 ４・・・・・・浄化層 ５・・・・・・透水・好気性土壌 ６・・・・・・易透水・嫌気性土壌 ９・１８・・・・・・汚水浄化装置 １３・・・・・・ジュート製袋体 １４・・・・・・易透水・嫌気性土壌ブロックＡ・・・
・・・汚水（原水） Ｂ・・・・・・処理水 Ｃ・・・・・・浄化水 第１回 第４回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属鉄を混入した土壌或いは充填材の層に汚水を供
   給して汚水中の酸素を消費することにより土壌或いは充
   填材の層を嫌気的雰囲気に保ち、脱窒菌の活性を向上さ
   せて脱窒を効果的に行わせることを特徴とする汚水の浄
   化方法。 ２、汚水を透水・好気的な土壌或いは充填材の層に通水
   して汚水中のアンモニア態窒素を硝化させたのち、金属
   鉄を混入した土壌或いは充填材の層に浸透させて脱窒さ
   せることを特徴とする汚水の浄化方法。 ３、金属鉄とともに、炭素源を混入するものである請求
   項１又は請求項２記載の汚水の浄化方法。 ４、汚水供給源の下方に、透水・好気的な土壌或いは充
   填材の層又はブロックと、金属鉄を混入した土壌或いは
   充填材の層又はブロックとを組み合わして配置したこと
   を特徴とする汚水の土壌式浄化装置。