JP2019181465A - 汚水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】土壌ブロックを多段に積層してなる汚水処理装置において、土壌ブロックにおける処理土壌層の母材である真砂土の有効径、含水率及び処理土壌層の硬度を最適化し、汚水処理量の増大と、汚水中に含まれているＢＯＤ、窒素及び燐を効果的に除去できる汚水処理装置を提供する。【解決手段】処理槽１１０内に多段に積層される土壌ブロック１２０を、処理土壌層１２３を収容する土壌ブロック枠１２１と、処理土壌層１２３を包み込むんで土壌が流出するのを防止する不織布１２２と、汚水を浄化する処理土壌層１２３とで構成する。処理土壌層１２３は、母材となる真砂土が体積比において７５〜８０％を構成し、かつ、真砂土の有効径が０．０７５〜０．２５０ｍｍとなるようにする。【選択図】 図１

Description

本発明は、汚水処理装置に関し、より詳しくは土壌ブロックを多段に積層して汚水を処理する浄化装置を構成する処理土壌層の組成だけでなく、真砂土の有効径及び含水率、処理土壌層の硬度を最適化することにより、汚水の処理量を増大させるとともに、汚水中に含まれているＢＯＤ、窒素及び燐を効果的に除去することが出来る土壌ブロックを利用した汚水浄化装置に関するものである。

これまでの治水・利水中心の河川整備は、流水の滞留時間の減少により河川の自浄作用の喪失をもたらし、河川環境への被害を誘発した。一方、河川汚染は水量が大きく汚染濃度が低い特徴により、河川の全量を対象に処理する方法は経済面では現実的でない。したがって、河川の自浄能力を回復させ、かつ、清浄な水そのものを維持することを可能にする親環境型水質浄化技術への要求が徐々に高まっている。

これに応えんとして適用された接触酸化技術、人工湿地、人工植栽島等を利用した水質浄化技術は、植栽や微生物による生物学的除去効率と周辺環境効率向上等の利点はあるが、洪水時には構造自体が崩壊してしまう恐れがあるため、その機能を持続的に維持できない。このような限界を克服するには、地表水、地下水、敷地等を含めた流域空間を有効に利用することのできる自然親和型水質浄化法が要求されている。

このような観点から、韓国特許第５８６４９６号に提示されている汚水、湖沼水、下廃水処理装置の放流水処理のための伏流式浄化装置及びこれを利用した浄化処理法は、河川の高水敷や湖水辺敷地に伏流式浄化施設を建設し、土壌の濾過、吸着及び微生物による有機物分解と共に植物を植栽して窒素と燐を除去する等の水質改善を期待している。しかし、上記の方法は装置の処理量が土壌層の透水係数に絶対的に依存しているため、透水性が低い土壌を使用した場合、求める処理量を得ることが難しく、長期間運転した場合、目詰まりが発生して計画処理量を確保できない事態に陥る。

このような問題点を解決するため、多段土壌層法が開発された。日本特許公開公報第２００４−１５４６９６号等に開示されている多段土壌層法によると、その浄化法は基本的には土壌を利用することを根本としているが、構造を改善して装置への流入水の流れを変化させていることを特徴としている。

具体的には、土壌を一定な形にブロック化して、対象地域や反応槽にレンガ積み状に土壌層を積み上げ、土壌層の間に通水層を形成して透水性を向上させている。このような方法の場合、処理土壌層を立体的に活用することで処理量を増大することが出来る長所がある。

多段土壌層は、図１４のような断面構造を持つ土壌層を組み合わせた方式である。
単粒砕石で構成された透水性の高い通水層と透水性は低いが浄化能力の高い処理土壌層（混合土壌を充填した土壌ブロック）をレンガ状に組み合わせた構造を持つ処理槽に、上部から散水管によって汚水を下降浸透させながら処理する方式である。このような構造により、従来の土壌処理法による処理水質を保ちながら、処理量を飛躍的に高めることが出来た。

また、韓国公開特許第２０１５−００９１８１５号に、土壌、吸着剤、鉄分及びアルミナ等で土壌ブロックを形成し、土壌ブロックを多段に積層することにより汚水中の窒素、燐を除去する技術が提示されている。

このように土壌を利用した水質浄化法は、処理量を増大させると共に汚水中に含まれている窒素、燐等の多様な汚染物質を効果的に除去する方向に発展している。現時点において、土壌を用いた汚水処理法での最大処理量を達成した工法は、多段土壌層法の先端技術である「土壌ブロック積層工法」である。この工法は汚濁が進行した河川水に限らず、あらゆる有機物由来の汚水を親水用水レベルまで浄化する能力を獲得している。

しかし、土壌ブロックが積層された土壌処理槽による汚水処理法において、一定水準以上の汚水を継続的に処理するには、何よりも先ずコアとなる土壌ブロックが正しく製作されねばならない。そのためには、土壌ブロックを形成する物質の組成だけではなく、真砂土の有効径、含水率、処理土壌層の硬度等が考慮されねばならない。

韓国特許第５８６４９６号公報 日本特許公開第２００４−１５４６９６号公報 韓国特許公開第２０１５−００９１８１５号公報

本発明は上記のような問題点を解決するために案出されたものであり、土壌ブロックを多段に積層し汚水を処理する浄化装置を構築する際、土壌ブロックを構成する処理土壌層の組成だけでなく、処理土壌層の母材である真砂土の有効径、含水率及び処理土壌層の硬度を最適化することによって汚水の処理量を増大すると共に、汚水中に含まれているＢＯＤ、窒素及び燐を効果的に除去することが出来る土壌ブロックを利用した汚水処理装置を提供することがその目的である。

上記の目的を達成するため、本発明による汚水処理装置は、
汚水が処理される空間を提供する処理槽と、
上記処理槽内に垂直方向に離隔されて多段形で積層されている土壌ブロックと、
各段の土壌ブロックの間と各段に水平配置されている土壌ブロックの間とに配置された通水層とを有し、
上記土壌ブロックは、処理土壌層が備えられる空間を提供する土壌ブロック枠と、上記処理土壌層を包み込んで処理土壌層が土壌ブロックから流出することを防止するとともに処理土壌層を透過する汚水を下部の土壌ブロックまたは通水層に伝達する役割を果たす不織布と、汚水を浄化する処理土壌層とを含んで構成され、
上記処理土壌層は、母材となる真砂土が体積比において７０〜８０％を構成し、かつ、前記真砂土の有効径が０．０７５〜０．２５０ｍｍであることを特徴とする。

そして、好適な実施態様として、上記真砂土の含水率は１１〜１４％であることを特徴とする。また、上記処理土壌層の硬度は、山中式標準硬度計基準で１１．０〜１５．０ｍｍであることを特徴とする。

また、本発明に係る汚水処理装置は他の実施態様として、
汚水が処理される空間を提供する処理槽と、
上記処理槽内に垂直方向に離隔されて多段形で積層される管状の土壌ブロックと、
各段に水平配置されている管状の土壌ブロックの間に配置される管状の通水ブロックと、
垂直方向に隣接する管状の土壌ブロックまたは通水ブロックの間に配置された通水層とを有し、
上記管状の土壌ブロックは管状の不織布と当該不織布内に具備される処理土壌層で構成され、上記通水ブロックは管状の網枠と当該管状の網枠内に具備される通水層で構成され、
上記処理土壌層は、母材となる真砂土が体積比において７０〜８０％を構成し、かつ、前記真砂土の有効径が０．０７５〜０．２５０ｍｍである
ことを特徴とする。

そして、好適な実施態様として、上記真砂土の含水率は１１〜１４％であることを特徴とする。また、上記処理土壌層の硬度は、山中式標準硬度計基準で１１．０〜１５．０ｍｍであることを特徴とする。

本発明による土壌ブロックを利用した汚水処理装置には、次のような効果がある。
土壌ブロックの処理土壌層を構成する際、処理土壌層の組成、真砂土の有効径及び含水率、処理土壌層の硬度を最適化することにより、汚水の処理量を増大させるとともに、汚水中に含まれているＢＯＤ、窒素及び燐を効果的に除去することができる。

本発明の第１実施例に基づく土壌ブロックを利用した汚水処理装置を模式的に示した構成図である。 本発明の第２実施例に基づく土壌ブロックを利用した汚水処理装置を模式的に示した構成図である。 実験期間中の装置１及び装置２のＢＯＤ除去量を示す説明図である。 実験期間中の装置１及び装置２のＳＳ除去量を示す説明図である。 実験期間中の装置１及び装置２のＣＯＤ除去量を示す説明図である。 実験期間中の装置１及び装置２の総燐（ＴＰ）除去量を示す説明図である。 実験期間中の装置１及び装置２の総窒素（ＴＮ）とＮＨ₄除去能を示す説明図である。 実験期間中の装置１及び装置２の総燐（ＴＰ）除去能を示す説明図である。 本発明の第１実施例に示す土壌ブロックと汚水処理装置の製造手順（その１）を示す説明図である。 同土壌ブロックと汚水処理装置の製造手順（その２）を示す説明図である。 同土壌ブロックと汚水処理装置の製造手順（その３）を示す説明図である。 同土壌ブロックと汚水処理装置の製造手順（その４）を示す説明図である。 真砂土の粒径加積曲線を示す説明図である。 多段土壌層の断面構造の一例を模式的に示す断面図である。

本発明は、土壌ブロックが多段に積層された汚水処理装置に関する技術を提示する。
本発明は汚水処理装置を構成する際、土壌ブロックを最適化することによって汚水処理量を増大させると共に、汚水中に含まれているＢＯＤ、窒素及び燐を効果的に除去することが出来る技術を提示する。

本発明による土壌ブロックは、一定量の処理土壌層がブロック化されたものである。土壌ブロックの処理量と土壌ブロックによるＢＯＤ、窒素および燐の除去は、処理土壌層の組成、真砂土の有効径と含水率、処理土壌層の硬度によって決定され、本発明は処理土壌層の組成、真砂土の有効径と含水率、処理土壌層の硬度等の因子が最適化された土壌ブロックを提示する。

本発明による土壌ブロックを構成する処理土壌層は、真砂土、腐葉土、木炭、及び軽石により構成される。真砂土は処理土壌層の母材たる構成要素であり、透水性が優れており粒径を制御しやすいという利点がある。

腐葉土は土壌微生物の棲息空間を提供すると共に、土壌微生物の餌となるため、多くの微生物が付着している。土壌ブロック内の腐葉土は２〜３ヶ月を経過すると、土壌微生物によって完全に分解され、処理土壌層内に空隙を提供する。

軽石は処理土壌層の水分を調整する役割を果たす。軽石は豊富な空隙を保有しており、処理土壌層内に水分が多くなった場合、一定量の水分が軽石内に貯蔵され、処理土壌層が乾燥した場合、貯蔵された水分が放出され、処理土壌層の水分が一定になるよう維持することが出来る。このような軽石の機能により真砂土がぬかるむ現象を避けることが出来る。

木炭は処理土壌層に透水性及び通気性を与える役割を果たすと同時に脱色、脱臭、脱リン機能を持っている。

詳述した真砂土、腐葉土、軽石及び木炭により処理土壌層を構成する上において、全体処理土壌層体積比は、真砂土７０〜８０％、腐葉土７．５〜１５％、軽石５〜１０％、木炭７．５〜１５％、の組成割合にて構成されている。

腐葉土の場合、７．５％未満であれば土壌微生物による浄化効果が小さく、１５％を超えると腐葉土による空隙が過大に形成され処理土壌層が沈下する危険性を伴う。

軽石の場合、処理土壌層の平方メートル当り日汚水処理量（Ｌ／ｍ² ｄａｙ）即ち、処理土壌層の単位汚水処理量（Ｌ／ｍ² ｄａｙ）を考慮して添加割合を決定する。軽石５％は単位汚水処理量の最低値に該当し、軽石１０％は単位汚水処理量の最大値に該当する。

木炭の場合、７．５％未満であれば処理土壌層の透水性及び通気性が低下すると共に、脱色、脱臭、脱リンが効果的に機能しなくなり、１５％を超えると経済性が悪くなる。

一方、上記真砂土、腐葉土、木炭及び軽石以外に本発明による汚水処理装置が設置される現地の土壌が処理土壌層の一構成要素になることもできるが、この場合、現地土壌の有効径が真砂土の有効径範囲内に収まらなければならない。真砂土の有効径については後述することにする。

土壌ブロックの処理水量、そして土壌ブロックによるＢＯＤ、窒素及び燐の除去を向上させるには、詳述したような処理土壌層の組成以外に真砂土の有効径及び含水率、処理土壌層の硬度が最適化されねばならない。本発明による真砂土の有効径及び含水率、処理土壌層の硬度について説明すると、以下の通りである。

先ず、真砂土の有効径が最適化されねばならない。
土壌を利用して汚水を浄化する際、汚水浄化の主体は微生物であるが、汚水処理量を決定する因子は土壌の粒径と間隙である。土壌間隙を通過する流体の透水性は、土壌の粒度分布に大きく影響される。土壌の有効径（Ｄ１０）とは、通過質量百分率の１０％に相当する粒径のことであり、土壌の透水係数はこの有効径（Ｄ１０）により決定される。より正確には、土壌の透水係数は有効径（Ｄ１０）の２乗に比例する。

真砂土の有効径は１次的には処理対象の水質、計画処理量、単位処理量を考慮して決定するが、同時に本発明による処理土壌層の配合条件、土壌ブロックの積層数、土壌の目詰まり等の汚水浄化装置の設計条件をも考慮して決定されねばならない。そのため、本出願人は下記の表１のような条件にて実験を行った。

下記表１は、処理土壌層の配合条件、土壌ブロックの材質、土壌ブロックの積層数等を多様な汚水条件下で多様な真砂土の有効径を適用して実験を行った。下記表２は、これらの実験を通じて得られたデータを分析する過程で見つけた、最適な真砂土の粒径による通過質量（％）を示している。表２及び図１３を参照すると、通過質量１０％範囲内に相当する真砂土の粒径（有効径）は０．０７５〜０．２５０ｍｍであった。従って、真砂土の最適有効径は０．０７５〜０．２５０ｍｍとして設計することが望ましい。

次に、本発明による真砂土の含水率及び処理土壌層の硬度は、以下の事項を考慮して決定された。

本発明の土壌ブロックを構成する母材である真砂土は、１１〜１４％の含水率であることが望ましい。真砂土の含水率が１１％より小さいか１４％より大きいと、真砂土、腐葉土、軽石、木炭の一体化（ブロック化）がスムースに行われなく、１１〜１４％の含水率を通じて処理土壌層の一体化が形成されるとともに、汚水の移動を可能とさせる土壌ブロック内の間隙を確保することが出来る。

また、本発明による処理土壌層は、一定水準の硬度が要求される。処理土壌層の硬度は、処理土壌層の締固め作業によって得られる。即ち、土壌ブロック内に処理土壌層を充填した状態で締固め作業を行うことにより処理土壌層に硬度を付与することが出来る。締固め作業を実施しない場合、即ち、処理土壌層の硬度が低い場合、自然圧密により処理土壌層の沈下が発生し、処理土壌層の沈下は通水層を含んだ全体処理槽の沈下を誘発する。また、処理土壌層の硬度が低いと、処理土壌層の微細粒子が土壌間隙内下部に沈殿し目詰まりを誘発する。反面、締固めが過度に行われ処理土壌層の硬度が基準値より大きいと、空隙が押しつぶされ、浸透性と通気性が悪化し、浄化機能が損なわれる。

以上の点を考慮して、本発明による処理土壌層の硬度は、硬度計基準で１１．０〜１５．０ｍｍに設定することが望ましい。

処理土壌層の硬度は、土壌硬度計を利用した硬度測定法（山中式標準型）を利用することができる。山中式標準型硬度計を処理土壌層に突き刺した後、硬度計に貫入された処理土壌層の目盛を確認することで処理土壌層の硬度を評価することが出来る。参考に上述した硬度計を利用した山中式硬度測定方法は、土壌の硬度を測定する分野で広く知られている方法である。
以上、本発明による土壌ブロックに関する説明を行った。

次に、本発明の土壌ブロックが適用された汚水処理装置について説明する。
本発明による土壌ブロックを利用した汚水処理装置は、土壌ブロックの形状及び配置状況に従って、第１実施例と第２実施例に区分される。第１実施例の場合、土壌ブロックは直六面体形状をなし、第２実施例での土壌ブロックは管状（円筒形）になっている。第１実施例と第２実施例で用いた真砂土の有効径（Ｄ１０）は、どちらも０．２１ｍｍである。

本発明の第１実施例による土壌ブロックを利用した汚水浄化装置は、図１に示すような処理槽１１０を備えている。上記処理槽１１０は、土壌ブロック１２０と通水層１３０と備えられる空間を提供する。

上記処理槽１１０内には、複数の土壌ブロック１２０が垂直方向に離隔されて多段形（多段積層構造）で備えられる。また、各段において、水平方向に複数の土壌ブロック１２０が備えられる。各段の土壌ブロック１２０の間、および各段に水平配置されている土壌ブロック１２０の間には、通水層１３０が備えられている。通水層１３０は、均一粒径の礫層で構成されており、単粒砕石や軽石等の無機材質が用いられる。

土壌ブロック１２０は、土壌ブロック枠１２１と、不織布１２２と、処理土壌層１２３とで構成される。土壌ブロック枠１２１は、上面が開口した直方体形状をなし、処理土壌層１２３が備えられる空間を提供する。不織布１２２は、処理土壌層１２３を包み込んで処理土壌層１２３が土壌ブロック１２０から流出することを防止するとともに、処理土壌層１２３を透過する汚水を下部の土壌ブロック１２０または通水層１３０に伝達する役割を担っている。土壌ブロック１２０は、土壌ブロック枠１２１内に不織布１２２を敷き詰め、この中に処理土壌層１２３を充填し、適度に締め固めることによって製造することが出来る。土壌ブロック１２０の製造方法及び汚水処理装置の設置方法については、後に詳述する。

また、最上段の土壌ブロック１２０上に汚水を均一に分配する散水管１４０が設置されるが、この散水管１４０は、各段の通水層１３０内に設置することもできる。

一方、上記土壌ブロック枠１２１内に充填される処理土壌層１２３は、上述したような組成、有効径、含水率及び硬度を持つ。具体的には、処理土壌層１２３は、全処理土壌層体積比 真砂土７０〜８０％、腐葉土７．５〜１５％、木炭７．５〜１５％、軽石５〜１０％の組成割合にて構成されている。処理土壌層１２３の母材である真砂土の有効径は０．０７５〜０．２５０ｍｍの範囲内に収まらねばならず、混合時の含水率は１１〜１４％が望ましい。また、土壌ブロック製作時、処理土壌層１２１の硬度は、山中式標準型硬度計基準によれば１１．０〜１５．０ｍｍの範囲内にて締固めされねばならない。

次に、本発明の第２実施例による土壌ブロックを利用した汚水処理装置は、第１実施例と同様に、処理槽２１０を備えている（図２参照）。上記処理槽２１０は、土壌ブロック２２０と、通水ブロック２３０と、通水層２４０とが備えられる空間を提供する。第１実施例による土壌ブロック１２０は直六面体形状であったが、この第２実施例の土壌ブロック２２０は円筒形状（管状）をしている。このような管状の土壌ブロック２２０は、垂直方向に離間して多段形で繰り返し配置され、各段でも、複数の土壌ブロック２２０が水平方向に隣接して繰り返し配置される。

各段の水平配置において、第１の実施例の場合、複数の土壌ブロック１２０が離間して配置されるが、第２実施例の場合、複数の土壌ブロック２２０が隣接して配置される。また、各段の水平配置において、土壌ブロック２２０に隣接して通水ブロック２３０が備えられる。具体的には、各段の水平配置において、複数の土壌ブロック２２０が接して配置され、このような複数の土壌ブロック２２０の群（土壌ブロック群）の間には、土壌ブロック２２０と隣接する形で通水ブロック２３０が配置される。上記通水ブロック２３０は、上記土壌ブロック２２０と同様に管状をしている。また、垂直方向に隣接する土壌ブロック２２０または通水ブロック２３０との間の空間には、通水層２４０が備えられる。

一方、管状の土壌ブロック２２０は、管状のブロック網枠に敷き詰めた不織布２２１と、上記不織布２２１内に具備される処理土壌層２２２とで構成される。この土壌ブロック２２０は、管状の不織布２２１に処理土壌層２２２となる混合土壌を充填し、適度な締固めを行って構成される。不織布２２１は、処理土壌層２２２を包み、処理土壌層２２２が土壌ブロック２２０から流出するのを防止すると共に、処理土壌層２２２を通過する汚水を下段の土壌ブロック２２０と通水層２４０に伝達する枠割を担っている。

上記通水ブロック２３０は、管状の網枠（たとえば、ステンレスなどの金属製の網枠）２３１と管状の網枠２３１内に具備される通水層２３２になる。なお、この通水層２３２及び上記通水層２４０は、第１実施例と同じく均一粒径の礫層で構成されており、単粒砕石や軽石等の無機材質が用いられる。

最上段の土壌ブロック２２０上には、第１実施例と同様に、汚水を均一に分配する散水管２５０が設置されるが、この散水管２５０は各段の通水層２４０内に敷設することもできる。

上記土壌ブロック２２０内に具備される処理土壌層２２２は、上述したような組成、有効径、含水率及び硬度を持つ。具体的には、処理土壌層は、全処理土壌層体積比 真砂土７０〜８０％、腐葉土７．５〜１５％、木炭７．５〜１５％、軽石５〜１０％の組成割合にて構成されている。また、処理土壌層の母材である真砂土の有効径は０．０７５〜０．２５０ｍｍの範囲内に収まらなければならず、混合時の含水率は１１〜１４％が望ましい。また、土壌ブロック製作時、処理土壌層２２０の硬度は、山中式標準型硬度計基準によれば １１．０〜１５．０ｍｍの範囲内にて締固めされねばならない。

次に、本発明の第１実施例による土壌ブロックの製造方法及び第１実施例による汚水処理装置の設置方法について説明する。

第１実施例による土壌ブロックを製造するため、処理土壌層となる混合土壌を準備する。混合土壌は、真砂土７０〜８０％、腐葉土７．５〜１５％、木炭７．５〜１５％、軽石５〜１０％の割合にて混合し、真砂土の有効径は０．０７５〜０．２５０ｍｍ、混合時の含水率は１１〜１４％の条件を満足させる。

次いで、土壌ブロック枠１２１を準備し（図９（ａ）参照）、土壌ブロック枠１２１内に不織布１２２を敷き詰め、これに上記混合土壌を充填する（図９（ｂ）参照）。この後、土壌ブロック枠１２１内に充填された混合土壌を転圧して締固めて処理土壌層を形成し（図１０（ａ）参照）、処理土壌層の硬度が１１．０〜１５．０ｍｍであることを確認する。このような工程を実施することで第１実施例による土壌ブロック１２０が完成する。

第１実施例による汚水処理装置の設置方法は以下の通りである。
汚水処理装置の処理槽１１０の下段に支持板を設置した後（図１０（ｂ）参照)、支持板上に複数の土壌ブロック１２０を水平方向に敷設する（図１１（ａ）参照）。続いて、複数の土壌ブロック１２０を全て覆うように一定高さの通水層１３０を敷設する（図１１（ｂ）参照）。その後、通水層１３０の上に再度複数の土壌ブロック１２０を水平方向に配置する。このような土壌ブロック１２０の配置、通水層の敷設過程を反復実施することで、土壌ブロック１２０が多段に積層された汚水処理装置が完成する。最上段の土壌ブロック１２０の上段には、汚水を均等に分配する散水管１４０が設置される（図１２参照）が、このような散水管１４０は格段の通水層１３０の間に設置することも可能である。

以上、本発明による土壌ブロック及びこれを利用した汚水浄化装置について説明した。
次に、実験例を通してより具体的に説明することにする。

＜実験例１：実験方法＞
本発明の第１実施例及び第２実施例による汚水処理装置を用いて原水を処理し、ＢＯＤ除去能、ＳＳ及びＣＯＤ除去能、燐及び窒素の除去能、大腸菌除去能等を評価した。以下の説明では、実験に使用された第１実施例による汚水処理装置は「装置１」、第２実施例による汚水処理装置は「装置２」と称することにする。

装置１の土壌ブロックは、ステンレス鋼材質の枠を土壌ブロック枠として採用し、不織布で混合土壌を包んでいる。装置１の土壌ブロック寸法は、Ｗ２００×Ｌ４００×Ｈ５０ｍｍとした。装置１の全体大きさは、Ｗ１．３０×Ｌ０．８０×Ｈ２．００ｍとして設計した。土壌ブロック間の通水層は軽石を用いた。装置２は、円筒形状の網枠に処理土壌層を充填した土壌ブロックを用いた。装置２の全体大きさは装置１と同じく、Ｗ１．３０×Ｌ０．８０×Ｈ２．００ｍとして設計し、土壌ブロック間の通水層は軽石を用いた。

装置１と装置２において、処理土壌層と通水層の容積比はどちらも同じく４：６の構成比である。土壌ブロック中、混合土壌の材料である真砂土、腐葉土、木炭、軽石の構成比は形状に関係なく同じ比率で製作され、その構成比率は真砂土７５％、腐葉土１０％、木炭１０％、軽石５％とした。

原水は農業集落排水処理水を利用しその平均水質は、ＢＯＤ２０．０ｍｇ／ｌ，ＳＳ１０．０ｍｇ／ｌ，Ｔ−Ｐ３．０ｍｇ／ｌ，Ｔ−Ｎ１８．３ｍｇ／ｌであった。実験期間は、２０１７年８月２０日〜１２月１６日であり、装置１と装置２に７．０Ｌ／ｍ²・ｍｉｎ(４．２Ｌ／ｍ³・ｍｉｎ)の空気量を２４時間連続供給した。

＜実験例２：処理水量＞
１０８日間、装置１と装置２を稼働させた結果、装置１の日平均処理量は８．４ｍ³／ｍ²日、装置２は７．６ｍ³／ｍ²日であった。装置１と装置２の期間別処理量は下記の表３の通りである。

＜実験例３：一般項目＞
水温、pH、ORPについては、原水と処理水に大きな差はなかった。
ＤＯ（溶存酸素量）は原水より処理水の方が高く、装置内が十分好気的な状態になっている事が分かる。これは、土壌層への送気を２４時間連続して７．０ｌ／ｍ²・ｍｉｎ（４．２ｌ／ｍ³・ｍｉｎ)に設定した効果であると考えられる。

＜実験例４：ＢＯＤ除去能>
下記表４は、装置１と装置２のＢＯＤ除去能を表したものである。

表４と図３を参照すると、初期の３週間は、７．５ ｍ³／ｍ²・日の負荷量で装置を稼動させたが、第１及び第２装置ともＢＯＤ除去能は、いずれも同一傾向を示し安定していた。以降、９月１３日に負荷量を８．５ｍ³／ｍ²・日に上げ約５週間実験を継続したが、ＢＯＤ除去能は２ｍｇ／ｌ以下を安定して達成し、目標値（５ｍｇ／ｌ）を充分クリアしている。次いで、１０月１６日に負荷量を１０ｍ³／ｍ²・日に増やして４週間実験を継続したが、ＢＯＤ除去能は２ｍｇ／ｌ以下を安定して達成し、目標値（５ｍｇ／ｌ）をクリアした。

原水の温度とＢＯＤ除去能間の関連性を見ると、夏期から秋期の間、気温・水温が比較的高く、土壌の生物活性が高く保たれた条件下では、水量水質負荷が１０ｍ³／ｍ²・日、原水ＢＯＤ濃度が２０ｍｇ／ｌを超えても、処理水はＢＯＤ５ｍｇ／ｌ以下をクリア出来る性能が示された。冬期に水温が１５℃を下回る条件下では、前処理槽内の生物活性が低下し、原水ＢＯＤ濃度は設定値（２０ｍｇ／ｌ）を定常的に超えている。同時に土壌処理槽内の生物活性も低下しているので、処理水目標値であるＢＯＤ５ｍｇ／ｌを超える結果となった。しかし、原水ＢＯＤが設定値の２０ｍｇ／ｌ以下に維持される条件では、処理水目標値はクリア出来ると考えられる。また、汚水処理装置が第１及び第２装置よりも大きくなり、地下に埋設された条件では、外界からの温度変化に対する緩衝能が今回の実験装置に比べて大きくなり、冬期においても今回の実験結果を上回る浄化性能が期待できる。

一方、負荷量とＢＯＤ除去能との関連性は、負荷量が７．５から１０ｍ³／ｍ²・日に増加しても、除去率は９０％以上を維持できることが確認された。負荷量を１０ｍ³／ｍ²・日に設定した後、１１月下旬まで４週間程度はＢＯＤ除去能に大きな影響は認められず、安定した処理水質を維持していた。１２月に入りＢＯＤ除去能が低下する傾向を示し始めたが、これは、主に低温による生物活性の低下が原因と判断される。

＜実験例５：ＳＳ及びＣＯＤ除去能＞
図４は、期間ごとの装置１と装置２のＳＳ除去量を示した実験結果であり、図４は期間ごとの装置１と装置２のＳＳ除去量を示した実験結果である。図４を参照すると、原水のＳＳ（懸濁物質）は１１月１１日まで２装置とも除去率は９０％以上であり、冬期でも原水のＳＳは７０％程度は除去されており、実験期間中を通して安定していた。

図５によると、原水のＣＯＤｃｒ(化学的酸素要求量―重クロム酸カリウム法)は、装置１と装置２ともＢＯＤと同様気温による変動が大きく、冬期に値が高くなり（Ｍａｘ６４ｍｇ／ｌ）除去能は良くなる。
負荷量とＳＳ，ＣＯＤ除去能を探ってみると、ＢＯＤ除去能と同じように負荷量が７．５から１０ｍ³／ｍ²・日に増加しても除去率は安定していた。

＜実験例６：燐の除去能＞
下記の表５は、負荷量ごとの装置１と装置２の総燐（ＴＰ）除去率を表している。

図６は、測定期間による装置１と装置２の総燐（ＴＰ）除去量を表している。
表５から、負荷量が８．５ｍ³／ｍ²・日未満の時、Ｔ−Ｐ（総リン）は１０〜２０％程度除去できていたが、負荷量を１０．５ｍ³／ｍ²・日に増やした後では、殆ど除去されてない結果となった。また、１０月１６日より負荷量１０ｍ³／ｍ²・日に増加させ４週間処理し、再び負荷量を減少させ７ｍ³／ｍ²・日で処理を行ったが、リンはほとんど除去されなかった。

＜実験例７：窒素の除去能＞
装置１の窒素除去能について解析をおこなった。下記表６は、装置１の窒素除去能実験結果を示しており、解析対象項目はＴＮ(総窒素)、ＮＨ₄ ，ＮＯ₃ とした。図７は、実験期間中のＴＮ（総窒素）、ＮＨ₄ ，ＮＯ₃ 除去能を示す実験結果である。

装置１に対する窒素除去能実験を行った処、表６及び図７によると、原水中のＮＨ₄−Ｎ（アンモニア態窒素）とＮＯ₂ −Ｎ（亜硝酸態窒素）は、大部分がＮＯ₃ −Ｎ（硝酸態窒素）に変り、硝化作用が進行している。しかし、硝化後のＮＯ₃ −Ｎは、Ｎ₂ （窒素ガス）までには分解せず、そのまま処理水として流出しているため、Ｔ−Ｎ（総窒素）をみると、負荷量に関係なく原水と処理水の濃度差は殆どない。つまりＴ−Ｎとしては除去できていない結果となった。

表６及び図７が示す様に、ＮＨ₄の平均除去率は８９．４％であり、非常に高いことが判る。これは、処理水の平均ＤＯ（溶存酸素量）が７ｍｇ／ｌ以上であることに起因し、装置１の運転条件が強い好気的条件により、硝酸化反応が活発に進行した結果である。

一方、硝酸態窒素が窒素ガスとして脱窒されるためには、脱窒菌（嫌気性微生物）による脱窒作用が促進されねばならないが、そのためには、装置内部が嫌気条件にあることと、脱窒に必要な炭素源（水素供与体）が必要である。実験中半期までは、好気環境及び原水中の有機物濃度が低いことにより、脱窒にとっての必要条件が満たされていなかった。そのため、硝酸態窒素はそのまま止まり、総窒素の濃度はそれ程変わらなかった。実験後半期の冬季に入り、気温・水温が低下し原水ＢＯＤが高くなり、さらに負荷量が１０ｍ³／ｍ²・日に増加するにつれ、１０〜１５％のＴ−Ｎ除去が認められた。

実験後半期に脱窒反応が一部進行した理由は、以下のように推測される。冬期は水温の低下により原水ＢＯＤ濃度が増加し、処理できず残った一部のＢＯＤが脱窒に必要な水素供与体として利用されたこと。また、原水ＳＳが装置１内部に蓄積し、負荷量の増加に伴い装置１の内部が一部嫌気的に変わったことによるものと判断される。

＜実験例８：大腸菌除去能＞
図８は、実験期間中の装置１及び装置２の大腸菌除去能を示す実験結果である。図８によると、原水の大腸菌群数は３００〜３，６００個／ｍｌであり、装置１及び装置２処理水の大腸菌群数は１００〜１，０００個／ｍｌを示しており、放流水質基準（３，０００個／ｍｌ以下）をクリアしている。

なお、上述した実施形態はあくまでも本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなくその範囲内で種々の設計変更が可能である。

１１０ 処理槽
１２０ 土壌ブロック
１２１ 土壌ブロック枠
１２２ 不織布
１２３ 処理土壌層
１３０ 通水層
１４０ 散水管
２２０ 土壌ブロック
２２１ 不織布
２２２ 処理土壌層
２３２ 通水層
２３０ 通水ブロック
２４０ 通水層

Claims (8)

1. 汚水が処理される空間を提供する処理槽と、
   前記処理槽内に垂直方向に離隔されて多段形で積層されている土壌ブロックと、
   各段の土壌ブロックの間と各段に水平配置されている土壌ブロックの間とに配置された通水層とを有し、
   前記土壌ブロックは、処理土壌層が備えられる空間を提供する土壌ブロック枠と、前記処理土壌層を包み込んで処理土壌層が土壌ブロックから流出することを防止するとともに処理土壌層を透過する汚水を下部の土壌ブロックまたは通水層に伝達する役割を果たす不織布と、汚水を浄化する処理土壌層とを含んで構成され、
   前記処理土壌層は、母材となる真砂土が体積比において７０〜８０％を構成し、かつ、前記真砂土の有効径が０．０７５〜０．２５０ｍｍである
   ことを特徴とする汚水処理装置。
2. 前記真砂土の含水率は１１〜１４％であることを特徴とする請求項１に記載の汚水処理装置。
3. 前記処理土壌層の硬度は、山中式標準硬度計基準で１１．０〜１５．０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の汚水処理装置。
4. 最上段の土壌ブロック上段、及び各段の通水層内に汚水を均等に分配する散水管が設置されることを特徴とする請求項１に記載の汚水処理装置。
5. 汚水が処理される空間を提供する処理槽と、
   前記処理槽内に垂直方向に離隔されて多段形で積層される管状の土壌ブロックと、
   各段に水平配置されている管状の土壌ブロックの間に配置される管状の通水ブロックと、
   垂直方向に隣接する管状の土壌ブロックまたは通水ブロックの間に配置された通水層とを有し、
   前記管状の土壌ブロックは管状の鋼枠と当該管状の鋼網内に具備される処理土壌層で構成され、前記通水ブロックは管状の網網と当該管状の網網内に具備される通水層で構成され、
   前記処理土壌層は、母材となる真砂土が体積比において７０〜８０％を構成し、かつ、前記真砂土の有効径が０．０７５〜０．２５０ｍｍである
   ことを特徴とする汚水処理装置。
6. 前記真砂土の含水率は１１〜１４％であることを特徴とする請求項５に記載の汚水処理装置。
7. 前記処理土壌層の硬度は、山中式標準硬度計基準で１１．０〜１５．０ｍｍであることを特徴とする請求項５に記載の汚水処理装置。
8. 最上段の土壌ブロック上段、及び各段の通水層内に汚水を均等に分配する散水管が設置されることを特徴とする請求項１に記載の汚水処理装置。