JP2005199213A - 回分式活性汚泥法による高濃度の畜舎生排水などの処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 この出願発明は、畜舎生排水を希釈する水資源の浪費がなくなり、また、糞を分離する機械装置や人手を省けるので農家の負担が減り、畜産農家の経営が楽になるという優れた効果を有する有機性排水の処理方法提供することを課題とする。
【解決手段】 この出願発明は、高濃度の有機性排水を、高濃度のまま回分式酸化溝により処理する有機性排水の処理方法に関する。
【選択図】図１

Description

この出願発明は、高濃度の有機性排水、とくに、豚舎や牛舎の糞尿、洗浄水を含む畜舎排水など（以後、畜舎生排水などと称する）、ブロイラー処理工程で排出される高いＢＯＤ濃度の廃水を、水で希釈したり糞などを分離せずに処理する回分式活性汚泥法の運転方法に関する。

畜舎生排水など有機物濃度が高い排水の処理は、従来、排水を水で希釈したり、糞などを分離して有機物濃度を低くして処理して行われている。

この出願発明で使用する排水処理技術に関する用語はつぎのとおりである。
・ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）有機物による汚れを示す重要な指標の一つ。
微生物によって分解されやすい有機物量の指標になる。汚水処理の目的
は、このＢＯＤを低下させることを目的としている。単位はmg／リットル
・ＢＯＤ容積負荷 ばっ気槽の単位容積あたり、一日に処理できるＢＯＤ量。
単位はＢＯＤ−ｋｇ／立方メートル・日。
・活性汚泥 汚水を浄化する能力をもった微生物の塊。
・ＭＬＳＳ 活性汚泥の量を示すもので、単位はmg／リットル。
・ばっ気 水に空気を送って酸素を供給すること。
・ばっ気槽 活性汚泥と汚水を混合撹拌し、ばっ気を行う槽。
・回分式活性汚泥法 ばっ気槽で、ばっ気と沈殿をくり返し、上ずみ液（処理水）を得る活性汚泥による処理方法であり、つぎの４サイクルで行われている。
１汚水の流入
２ばっ気
３沈殿
４上ずみの排出
・種汚泥 ばっ気槽の働きを早めるために、最初に入れる活性汚泥。
・回分式酸化溝 回分式活性汚泥法の一つ。水が対流する状態の池。

畜舎汚水の浄化処理施設や処理方法についてまとまった文献の一つは、財団法人畜産環境整備機構１９９８年発行「家畜糞尿処理・利用の手引き」（参考文献１）である。

同書５頁、６行目から次のように記している。
「家畜が排泄する汚染物質のほとんどがふんに由来するため、ふん尿混合汚水の浄化処理は膨大な汚染物質量を対象とするために、技術的には可能であっても、処理コスト面や管理労力面の制約から畜産農家には対応することができにくい。（引用終わり）」と記して、畜舎内で糞尿の分離を行った場合のＢＯＤ＝５０ｇ／頭・日の浄化処理を前提としている。

畜舎排水処理の先進県の一つである神奈川県は、汚水に希釈水を加えて処理する方式をとっている。
http://www.nlbc.go.jp/chikusan/jokasyori/joka1442.htm
（参考文献２）の３項や、フローチャートに示すように、希釈水によってばっ気槽のＢＯＤ濃度が調整されている。

宮崎県畜産会では、ＢＯＤとして先に述べた糞尿の分離を行った場合の数値ＢＯＤ＝５０ｇ／頭・日を採用している。
http://miyazaki.lin.go.jp/osui/osui_manual/3.html
（参考文献３）はそのプリントアウトである。
参考文献１ 家畜糞尿処理・利用の手引き
参考文献２ 神奈川県の糞尿処理方式 ホームページから
参考文献３ 宮崎県の糞尿処理方式 ホームページから

しかしながら、以上の技術によれば、希釈する水や、糞を分離する人の手間や設備にコストがかかるという問題があった。（以後、水で希釈したり、糞を分離した畜舎排水を「畜舎低負荷排水」と称する）

この出願発明は、このような問題を解決するものであり、（ふん尿混合処理の場合の設計諸元数値として、ＢＯＤ量＝２００ｇ／頭・日が与えられている。（汚水処理の基本技術と施設規模の算定・平成１５年３月社団法人沖縄県畜産会１１頁）ふん尿を分離した場合の４倍のＢＯＤ量処理を）安価に、かつ容易に行えるようにすることを目的とするものである。

また、従来の方式では、処理装置においても、ばっ気槽としての回分式酸化溝本体の他に、参考文献２にあるように畜舎低負荷排水を貯める原水槽（図では投入槽にあたる）、ばっ気槽で処理した水を貯める処理水槽を必要とした。また、これら三つの槽をつなぐ配管、ポンプ、タイマーも必要であった。さらに処理装置の運転においても専門的人員が必要であり、畜産農家にとって負担が大きかった。

そこで、この出願発明は、畜舎生排水などの処理装置の建設コストとランニングコストを削減し、農家が自ら運転し、ＢＯＤ１０，０００mg／リットルを越える「畜舎生排水」を処理し、液肥として畑に還元できる処理施設をローコストで提供することを目的とする。

発明者は、ブロイラー処理工程で排出される高いＢＯＤ濃度の廃水処理も試みている。

この出願発明は、高濃度の、とくに数千ｍｇ／リットル以上の有機性排水、とくに、豚舎や牛舎の糞尿、洗浄水を含む畜舎排水を、高濃度のまま回分式酸化溝により処理する有機性排水の処理方法に関する。

またこの出願発明は、回分式酸化溝に投入する畜舎生排水を時間的に制御するための原水槽とポンプやタイマーをなくし、たらたらと連続的に畜舎生排水を入れる新規性のある運転方法である。

さらにこの出願発明は、回分式酸化溝の容積を、畜舎生排水の滞留日数を５０日以上の容積にすることにより、処理した水を畑に散布するなど必要な日時に抜き出すことが可能になる新規性のある運転方法である。

またこの出願発明は、上記三つの発明の結果、従来の回分式酸化溝で行われている
１汚水の流入
２ばっ気
３沈殿
４上ずみの排出
という４サイクルを、「汚水の流入」と「上ずみの排出」をルーズにして、
１ばっ気
２沈殿
へと２サイクルの回分運転を可能にした。

このように安価で、運転管理がしやすく畜産経営上の利用性が高い運転方法を沖縄の地で実証的に発明したので、「沖縄型・回分式酸化溝」と名付ける。

これまで研究者や浄化槽メーカーなどは、高濃度の「畜舎生排水」を処理が困難なものとする見識にたち、希釈水の使用や、糞の分離を行う手法を続けてきた。参考文献１、２、３に見たとおりである。また浄化槽メーカーは、「高度処理」として、複雑な機械システムを構築し、高価な装置にするのが主流である。それで、この様に回分式活性汚泥法の特長を生かした処理方法の発明には至らなかったのであろう。

この出願発明は、畜舎生排水を希釈する水資源の浪費がなくなり、また、糞を分離する機械装置や人手を省けるので農家の負担が減り、畜産農家の経営が楽になるという優れた効果がある。
さらに、ＢＯＤ高濃度の畜舎生排水を処理するために、漏水テストに使った水を有効に使うことができる。

この出願発明は、原水槽を省くことができる。また、畜舎生排水を回分式酸化溝に投入するポンプやタイマーを省けるので、製造費用、維持費用を共に減らすことができる。

この出願発明は、処理水槽を省くことができる。また処理水の抜き出しを時間制御するタイマーを省けるので、製造費用、維持費用を共に減らすことができる。

この出願発明は、沖縄型・回分式酸化溝においては、システムを構成する要素が減り、運転管理を畜産農家が自ら行えるようになる。

平成１１年１１月１日から施行され、平成１６年１１月１日から全面実施される「家畜排せつ物の管理の適正化及び利用の促進に関する法律」によって、畜産農家は、何らかの対応をとる必要があるが、この出願発明は、これらの法律に対応することができるので、畜産農家にとって利用性の高いものである。

この出願発明の一実施形態を、図１に示す。
回分式酸化溝本体１であり、この形状は、現在まで各地で製造されている形状と特に変わるところはなく、通常使用されているものが使用される。
また流入口２、上ずみ取り出し口３、余剰汚泥取り出し口４の形状も特に変わるところはない。水車５はタイマーでバッチ（回分）運転され、設定された時間で運転、停止をくり返す。水面６は、高濃度の有機性排水が処理されている量を示している。

ばっ気装置としてはとくに限定されないが、取扱の簡便さから水車を使うことが好ましい。
水車の能力と数はとくに限定されないが、一日に必要とするＢＯＤから決めることが好ましい。
酸化溝の形状、大きさはとくに限定されないが、水路としての溝の幅は空気を吹き込み、水流を起こす関係で幅３ｍ〜５ｍが好ましい。深さはとくに限定されないが、水車によるばっ気に伴う撹拌と安全面から１．１〜１．５ｍが好ましい。
以下、実施例により具体的に養豚を事例として説明する。

肥育豚が一日に排せつする量は、糞尿混合で２０リットルである。このことは処理装置設計の基礎データである。（汚水処理の基本技術と施設規模の算定・平成１５年３月社団法人沖縄県畜産会１１頁）
この実施例においては、５０日滞留と設計するので、肥育豚一頭あたり１立方メートルの容積である。肥育豚の頭数がわかれば容積が決まる。

畜舎排水を処理する場合の一日当たりのＢＯＤ容積負荷は０．５ｋｇ／立方メートル以下が推奨されている。また、汚水の滞留日数を長くする方が処理水は安定することも一般に知られている。

一日に肥育豚一頭が排せつする糞尿のＢＯＤ量は２００ｇとされている。（汚水処理の基本技術と施設規模の算定・平成１５年３月社団法人沖縄県畜産会１１頁）この実施例においては、一頭あたり１立方メートルの容積で設計しているので、「沖縄型・回分式酸化溝」は、一日あたりのＢＯＤ容積負荷は２００ｇ／立方メートル＝０．２ｋｇ／立方メートルという低負荷運転をしていることになる。

これらは一般に知られており、また、沖縄型・回分式酸化溝本体の作り方もこれまでのとおりに行うことができる。

この出願発明は処理の方法に特徴あり、また、回分式酸化溝の漏水テストを活用することができる。

回分式酸化溝の大きさ（容積）と水車の馬力、台数は、飼育頭数から決まる。
回分式酸化溝の水深を、１．３ｍとした。
５０日の滞留日数を設定しているので、一日に流入する畜舎生排水の深さは、２．６ｃｍである。
１３０ｃｍ／５０＝２．６ｃｍ

つぎに図２で示されるように、池の送水量の左端は漏水テストに入れた初期の水深を示しているが、畜舎生排水を入れ始め、水車を運転し空気を吹き込む。
毎日畜舎生排水を一日当たり深さ２．６ｃｍ投入して一か月ほどで所定の水深に達する。
汚泥の生成を促すために流入 日〜 日である初期に種汚泥を入れて運転を開始する。

池の総水量に対する毎日流入する畜舎生排水の割合は、流入するに伴ってに低下する。

運転を開始すると、当初の微生物がいない（ＭＬＳＳがゼロ）状態から、およそ点線のように酸化溝の中で微生物群すなわち活性汚泥を増え、１０，０００ｍｇ／リットル（５，０００〜１０，０００ｍｇ／リットルの範囲になることが多い）の高濃度のＭＬＳＳで運転する池になる。
したがって、このように活性化された池の中に高濃度の畜産生排水が入っても、たくさんの微生物が分解する。
このようにして処理することにより、定常的な状態になると、ＢＯＤが２５〜２５０ｍｇ／リットルである上澄み液２．６ｃｍ／日を流出口３から取り出す。

なお、漏水テストの水深が５０ｃｍの場合には、畜舎生汚水を投入する一日当たりの量は２．６ｃｍであるので、投入初日は、およそ２０分の１に薄めて処理したことになる。池の総水量に対して流入する畜舎生汚水の割合は徐々に低下し、所定の水深になる頃には、５０分の１程度になる。

運転初期に漏水テストの水を使用して運転を開始し、水深が定常状態になるまでの期間に高濃度の活性汚泥を発生させる。
この過程の発明が、畜舎生汚水を水によって希釈したり、糞の分離をせずに、回分式酸化溝の中で畜舎生汚水を定常的に処理できる運転方法である。

沈殿や上ずみを取り出している時も、畜舎から流れ込む排水を流れに任せて、たらたらと畜産生排水を入れ続けるという進歩性である。沈殿時には、酸化溝中の処理水の対流は止まっており、上ずみの取り出し口と離れた位置で畜産生排水をたらたらと入れても、取り出す上ずみへの影響はない。そのことを沖縄大学に発明者が作った回分式酸化溝で実験して発見した。
それで畜産生排水を貯める原水槽やポンプ、タイマーが不要になる。

滞留日数を５０日としてあるので、数日分をまとめて上ずみを抜き出しても、処理能力にほとんど影響がないことが予見できた。畜産農家に設置した沖縄型・回分式酸化溝で実用に付したところ、畑にまくなどの農家の作業に合わせて、３日に１度ほどの抜き出しでも安定していることが実証できた。それで、上ずみを定時に抜き出して貯める処理水池、タイマーなどが不要になる、という進歩性を獲得できた。（すでに計算したとおり、一日に深さ２．６ｃｍ分の排水が貯まるので、３日分の上ずみは深さ７．８ｃｍ分である。）

また、この出願発明は、従来の回分式酸化溝で行われている
１汚水の流入
２ばっ気
３沈殿
４上ずみの排出
という４サイクルを、「汚水の流入」と「上ずみの排出」をルーズにして、
１ばっ気
２沈殿
へと２サイクルの回分運転を可能にしたことである。

この出願発明は、一つの酸化溝だけでまかなうことができるので、原水槽や処理水槽がいらなくなる。またポンプやタイマーなども減るので初期投資が減る。システムを構成する要素が減るので管理する手間、維持費も大幅に減り、運転も自ら行えるなどの大きな効果を得た。

この出願発明は肥育豚１００頭規模の沖縄型・回分池酸化溝で行い、順調に稼動した。
酸化溝の位置は、豚舎より高いので、排水はポンプで注入している。現在は３日に一度、上ずみを抜いている。

また、この出願発明は肥育豚１００頭規模の沖縄型・回分式酸化溝は豚舎より低い位置にあるので、排水は溝から自然に流入している。
上ずみを３日に一度抜いて、畑にまいている。レタスについては、１年に３度の収穫から５度の収穫に増えている。

さらに、この出願発明は肥育豚４００頭規模の沖縄型・回分式酸化溝である。
上ずみを３日に一度抜いて、キビ畑にまいている。

この出願発明の実施例は、肥育豚４００頭規模の沖縄型・回分式酸化溝である。
上ずみを３日に一度抜いて、キビ畑にまいている。

いずれの実施例においても、水車の運転、停止の制御はタイマーで自動化し、上ずみの排出、利用は人力でバルブを開閉している。余剰汚泥の引き抜きも人力でバルブの開閉をして、適宜取り出している。

この出願発明により設置した沖縄型・回分式酸化溝の第二の事例について、処理水の水質の実測値をあげる。（詳細は参考文献４）

ＢＯＤは、図３に示すとおりに、畜舎生排水が３，０００〜１５，０００mg／リットルであったのが、処理後には約２５〜２５０、平均１６４mg／リットル。除去率は、９３〜９９％、平均９８％である。

ＭＬＳＳは、図４に示すとおりに徐々に増え、１０，０００mg／リットル前後で運転している。一時的に減っているのは、活性汚泥を畑に頻繁に入れたためである。

全窒素は、図５に示すとおりに、畜舎生排水が４００〜３，６００mg／リットル、平均１，５１２mg／リットルであったのが、処理後には約３０〜３７０、平均１５６．５mg／リットル。除去率はおよそ、９０％である。

リンの除去率は５９％である。処理した上ずみや、汚泥を畑に使用した結果、一年で３回の収穫であったレタスが、４回、５回と収穫を増やした実績がある。

図６は、この出願発明のフローチャートで、従来技術のフローチャートの例を図７に示す。酸化溝におけるばっ気装置は、いずれにも必要である。従来技術で必要とした原水槽、流入ポンプＰ１及び排出ポンプＰ２及び処理水槽が、この出願発明の方式では不要となった。コストが減り、運転も楽なシンプルなシステムである。

養豚排水の処理を事例にあげたが、酪農などの牛舎排水、食品工場などから排出される高濃度の有機物排水の処理にも適用できる。

畜舎生排水が流れる位置よりも、高い位置にしか回分型酸化溝を作れないケースもある。その場合にも、原水槽から畜舎生排水をポンプアップして、たらたら入れてもよい。タイマーでポンプを制御する必要はない。

高濃度のＭＬＳＳを維持できるように運転すれば、ばっ気中の酸化溝の混合水を抜き取って利用することにより、上ずみの排出と余剰汚泥の排出とが同時に可能になる。

この出願発明は、高濃度の有機性排水、とくに、豚舎や牛舎の糞尿、洗浄水を含む畜舎排水など（以後、畜舎生排水などと称する）を、水で希釈したり糞などを分離せずに処理する回分式活性汚泥法の運転方法に関する。

この出願発明の一実施形態を示す斜視図である。 酸化溝中の総水量、畜産生排水量、ＭＬＳＳの関係を示す図である。 ＢＯＤの実測結果である。 ＭＬＳＳの実測結果である。 全窒素の実測結果である。 この出願発明による処理方式のフローチャートである。 従来の処理方式のフローチャートの一例である。

符号の説明

１ 回分式酸化溝本体１
２ 流入口
３ 上ずみ取り出し口
４ 余剰汚泥取り出し口
５ 水車
６ 水面

Claims (12)

1. 有機性排水を、有機性排水により活性汚泥を増加させて処理することを特徴とする有機性排水の処理方法。
2. 活性汚泥の増加を２０日以上行うことを特徴とする請求項１に記載の有機性排水の処理方法。
3. 酸化溝により行うことを特徴とする請求項１または２に記載の有機性排水の処理方法。
4. 活性汚泥の増加をばっ気により行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機性排水の処理方法。
5. 酸化溝は回分式酸化溝であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機性排水の処理方法。
6. 有機性排水の処理を活性汚泥に入れた後３０日〜５０日間行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の有機性排水の処理方法。
7. 酸化溝の洗浄水に活性汚泥を加えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の有機性排水の処理方法。
8. 有機性排水が高濃度の有機性排水であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の有機性排水の処理方法。
9. 連続的に有機性排水を処理することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の有機性排水の処理方法。
10. 回分式酸化溝から処理された水を抜き出すことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の有機性排水の処理方法。
11. 回分式酸化溝から沈殿物を取り出すことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の有機性排水の処理方法。
12. 有機性排水が畜舎排水であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の有機性排水の処理方法。

Images