JP3735817B2

JP3735817B2 - 有機系廃水の処理装置及び処理方法

Info

Publication number: JP3735817B2
Application number: JP2002378785A
Authority: JP
Inventors: 正幸山田; 睦美鈴木; 義雄浦野; 朋子高橋
Original assignee: Gunma Prefecture
Current assignee: Gunma Prefecture
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP2004209312A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機系廃水を浄化処理する技術に係わり、特に豚の屎尿をはじめとする畜産廃水を微生物の代謝反応により低コストで効率よく浄化できるようにした有機系廃水の処理装置及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、有機物を多く含む生活廃水などを土中に浸透せしめ、土中に生息する微生物の代謝反応により有機物を生物的に分解し、有機系廃水の垂れ流しによる湖沼などの富栄養化を防止するという実用例が知られる。
【０００３】
その種の装置として、汚水（有機系廃水）を滴下するため落水細隙を形成した排水路を土中に埋設すると共に、その排水路の下に遮水受樋を埋設し、落水細隙より滴下した汚水を遮水受樋との間に存する土に浸透させるという汚水浄化排水処理装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
又、ユニットハウジング内に収容した土壌中に生物化学的前処理槽と連結される穴付きの汚水管を埋設し、その汚水管にエアー導入パイプを接続すると共に汚水管の側方に濾材を置き、汚水管の穴から流出した汚水が濾材を通してユニットハウジング内の土壌に浸透するようにし、更に汚水管の下に接続管を介して汚泥引抜き管を埋設し、この汚泥引抜き管を通じて残留汚泥を前処理槽に戻すようにした汚水の土壌処理装置が知られる（例えば、特許文献２）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−７７０７３号公報
【特許文献２】
特開平１１−３１９８６３号公報
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、上記のような従来装置では、土壌への汚水（有機系廃水）の浸透によって好気性微生物の代謝反応による有機物の分解除去を行うことが可能であるものの、土壌中の酸素不足や寒冷期などにおける温度低下が原因で好気性微生物の活動が鈍り、これによる有機物の分解能が低下して処理に時間を要するという問題があった。
【０００６】
又、従来装置では土壌表面から放出される悪臭が大気中に拡散するという問題があり、しかも特許文献１に係る装置では多量の汚水を流した場合に有機物や窒素分を含んだ汚水が未処理のまま受樋の先端から流出して地下水を汚染するなどの公害を惹起するという問題があった。
【０００７】
更に、何れの従来装置も漏水防止用にコンクリートなどで成る受樋やユニットハウジングなどを利用することから設備コストが高く、これを畜産廃水の処理に利用しようとしても中小規模の畜産農家では導入が難しく、その多くは素掘りや野積といった不適切な処理が行われている。
【０００８】
本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その目的は畜産廃水を主とする有機系廃水を低コストで好適に処理することのできる装置及び方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、有機系廃水に好気性処理を施すための酸化槽を備えた有機系廃水の処理装置において、前記酸化槽は漏水防止用の遮水シートにより仕切った所定深さの土壌を有機系廃水の散布領域として、その土壌表面に有機系廃水を散布するための散水パイプを敷設すると共に、前記土壌中に外気を放出するための送気パイプと、前記土壌の表面から底部に達した有機系廃水の浸透成分で成る好気性処理水を抜き取るための回収パイプとを埋設して構成され、前記酸化槽の上部には保温室を形成するカバーが設けられる一方、前記回収パイプを通じて抜き取られた好気性処理水から窒素を除去するのに必要な炭素源が入れられる脱窒槽を備え、その脱窒槽には好気性処理水を導入するための給水パイプと、好気性処理水の脱窒により得られる嫌気性処理水を外部放出するための排水パイプとが配管されて成ることを特徴とする。
【００１０】
又、以上のような処理装置において、カバーにより形成される酸化槽上の保温室を加温するための暖房手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
加えて、酸化槽を構成する土壌がモミガラから成る中間層を有し、その中間層に送気パイプが設けられることを特徴とする。
【００１２】
更に、脱窒槽は内面が遮水シートにより被覆された地堀穴に炭素源と成すモミガラを収容して構成され、しかも脱窒槽に入れる炭素源としてアルコールが収容されるタンクを備え、給水パイプには脱窒槽に向かう好気性処理水に前記タンクのアルコールを混入するための混合器が介在されることを特徴とする。
【００１３】
一方、有機系廃水の処理方法として、漏水防止用の遮水シートにより仕切った所定深さの土壌中に外気を導入する一方、前記土壌の表面に固形分を除去するための前処理を施した有機系廃水を散布し、その有機系廃水が土壌中の好気性微生物により有機物を分解されることにより成る好気性処理水を前記土壌の底部から抜き取り、これを内面が遮水シートにより被覆される地堀穴に導入して嫌気条件下での脱窒素細菌による脱窒を進行せしめた後に前記地堀穴から外部放出することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の適用例を図面に基づいて詳細に説明する。先ず、図１は本発明の有機系廃水処理に係る工程図を示す。図１に示す処理システムにおいて、１は養豚などの畜舎、２は畜舎に併設される屎尿槽であり、この屎尿槽２には有機系廃水として家畜の排泄物（主に尿）が集められ、その排泄物がポンプ３により汲み出される構成としてある。４は上記ポンプにより汲み出された排泄物の固形分と水分とを分離する沈降タンクであり、その底部からは沈殿物が抜き取られ、その沈殿物が汚泥タンク５に回収可能とされる一方、沈降タンク４の上澄液はポンプ６により汲み出されて濾過槽７に送られる構成としてある。
【００１５】
濾過槽７は、ハウス８内の地面を掘削した穴の内側全面に漏水防止用の遮水シート９を張り、その内側におが屑を収容して構成される。又、ハウス８内には濾過槽７に隣り合う貯留槽１０が設けられる。この貯留槽１０も地面を掘削した穴の内側全面に漏水防止用の遮水シート１１を張って成り、その内部には濾過槽７の底部から抜き取られる濾液が自然流入するようにしてある。尚、濾過槽７のおが屑は定期的に交換され、使用済みのおが屑、並びに汚泥タンク５に集められた汚泥は堆肥として利用される。
【００１６】
一方、上記のようにして固形分の除去された有機系廃水（尿成分）は、ポンプ１２により貯留槽１０から酸化槽１３に送られ、この酸化槽１３により好気性処理を施され、これによって有機物（ＢＯＤ成分）の分解除去された尿成分が好気性処理水として酸化槽１３の底部から抜き取られて貯留槽１４に集められるようにしてある。尚、１５は尿成分に含まれる有機物を分解するための好気性微生物を賦活化し、且つ土壌のリン酸や有機物の吸着力を高く維持するべく酸化槽１３中に外気を供給する給気源（送風機）である。
【００１７】
又、貯留槽１４に集められた好気性処理水は、ポンプ１６により酸化槽１３の後段に設けられる脱窒槽１７に送られ、この脱窒槽１７により脱窒を主とする嫌気性処理を施され、これによって窒素濃度の低下された嫌気性処理水とされた後、その嫌気性処理水が直接、好ましくは図示するような殺菌装置１８を介して河川などへ外部放出されるようにしてある。
【００１８】
以下、酸化槽と脱窒槽の構造を詳しく説明すれば、図２〜図６は酸化槽に係わり、図７〜図１０は脱窒槽に係わるものである。先ず、図２〜図６により酸化槽の構成を説明すると、係る酸化槽１３は図２及び図３に示すよう漏水防止用にビニールシートやポリエチレンシートといった合成樹脂製の遮水シート１９で仕切った所定深さの土壌２０を有機系廃水の散布領域とし、その表面に固形分の除去された有機系廃水を散布するための散水パイプ２１を並列状に敷設するなどして構成される。因に、固形分を除去した有機系廃水とは、上記のように沈降タンクなどで固形分を沈降分離又は濾過分離して成る廃水（本例において尿成分）であり、固形分を完全に除去することを指すものではない。尚、散水パイプ２１としては所定間隔に図示せぬ噴水口を穿設した塩ビ管が用いられ、その各両端は図４のように導管２１Ａを介してポンプ１２に接続され、そのポンプ１２が給水源としての貯留槽１０（図１参照）内に設置されるようになっている。
【００１９】
ここで、酸化槽を構成する土壌２０の大きさは廃水処理量に応じて様々であるが、概ね幅３〜６m、長さ１０〜３０m、深さ１〜２m程度に設定される。又、これは方形状に区画した地面を所定深さまで掘削し、その内側全面に厚さ１ｍｍ程度の遮水シート１９を張った後、掘削した土砂などを遮水シート１９上に埋め戻して造成されるが、本例の土壌２０は上から順に掘り起こした黒ボク土その他の土で成る上部層２０Ａ、通気抵抗の小さい粒状物（本例においてモミガラ）で成る中間層２０Ｂ、掘り起こした土で成る下部層２０Ｃ、並びに通水性を有する多孔質部材（本例において軽石）から成る底部層２０Ｄとの４層構造とされる。
【００２０】
そして、中間層２０Ｂには外気を放出する送気パイプ２２が並列状に埋設され、底部層２０Ｄには土壌の表面より達した有機系廃水の浸透成分（好気性処理水）を抜き取るための回収パイプ２３が並列状に埋設される。このうち、送気パイプ２２は図示せぬ複数の噴気孔を形成するフレキシブル管（本例においてタキロン社製コルゲート管）で成り、その各両端は図３及び図５に示すよう土壌２０上に置かれる給気源１５と導管２２Ａにより連結される。又、回収パイプ２３は、透水性を有する網状管（本例においてタキロン社製トリカルパイプ）で成り、その各一端は図３及び図６のように導管２３Ａを介して貯留槽１４に接続される。
【００２１】
一方、図２及び図３に示すように、酸化槽１３の上部にはアーチ状のカバー２６により保温室２７が形成される。カバー２６は園芸用ハウスのように金属パイプなどから成る骨組みにビニールシートなどを張設したものであり、その一端には作業者が出入りできるような図示せぬ扉が設けられ、側面部は園芸用ハウスと同じく開閉自在とされている。
【００２２】
そして、以上のような酸化槽１３によれば、カバー２６により土壌２０への雨水の進入や悪臭の外部拡散を防止しながら、散水パイプ２１より土壌２０の表面に散布される有機系廃水を土壌２０中に浸透せしめ、当該廃水中に含まれるリンを吸着したり、土壌中に生息する好気性微生物の代謝反応により有機物を分解除去したりする事ができる。特に、給気源１５により土壌２０中に外気を導入し、これを送気パイプ２２から土壌２０中に放出することによって好気性微生物を賦活化し、これによる有機物の分解除去を促進することができる。
【００２３】
尚、好気性微生物は有機物の一部を水、炭酸ガス、及びアンモニアに分解し、更にアンモニア態窒素を酸化（硝化）して亜硝酸又は硝酸態窒素を生成するが、寒冷期には送気パイプ２２による土壌中への外気放出だけでは好気性微生物の賦活化が不十分であることから、土壌２０の温度低下を防止するために保温室２７内には加温用の暖房手段として温風機やストーブといった暖房機２８が設けられる。但し、暖房機２８の本体を保温室の外部に設置し、これによって得た熱をダクトなどにて保温室内に導入するようにしてもよい。これにより土壌２０の季節的温度変動を抑制し、年間を通じて好気性微生物による有機物の分解を良好に行うことができる。斯くて、土壌２０の表面に散布された有機系廃水は、好気性微生物により有機物を分解されつつ当該土壌に浸透し、その底部まで達した浸透成分が残留ＢＯＤ濃度の低い無色透明な好気性処理水として回収パイプ２３により底部層２０Ｄから抜き取られ、これが貯留槽１４を通じて脱窒槽１７へ送られることになる。
【００２４】
次に、脱窒槽について説明すると、脱窒槽１７は酸化槽１３により処理できずに残った有機物を嫌気性微生物による代謝反応により分解し、しかも酸化槽１３で生成された好気性処理水中の亜硝酸又は硝酸を脱窒素細菌によって窒素ガスや亜酸化窒素に還元するためのものであり、これは図７及び図８のように所定の深さを有する地堀穴２９の内面全体を遮水シート３０で被覆し、その内部に好気性処理水から窒素を除去するのに必要な炭素源としてモミガラ３１を収容するなどして構成される。尚、地堀穴２９の大きさは様々であるが、概ね幅３〜６m、長さ１０〜２０mの区画地を深さ１〜２mまで掘削し、その内面全体に遮水シート３０として厚さ１mm程度のビニールシートなどを張ることにより造成される。
【００２５】
又、地堀穴２９の上部には好気性処理水を導入するための給水パイプ３２が並列状に設けられ、底部には脱窒素細菌による脱窒により好気性処理水の窒素濃度が低下されて成る嫌気性処理水を外部放出するための排水パイプ３３が並列状に敷設される。このうち、給水パイプ３２は地堀穴２９上に架設される支持軸３４により支持され、その上流側は図９のように一本の本管部３２Ａとしてポンプ１６に接続され、そのポンプ１６が給水源として好気性処理水を蓄える貯留槽１４（図１参照）内に設置される構成としてある。尚、図９において、３５はアルコール（メタノール）が収容されるタンクであり、給水パイプの本管部３２Ａには脱窒槽１７内に向かう好気性処理水にタンク３５内のアルコールを混入するための混合器３６が介在され、その混合器３６とタンク３５とがパイプ３７により連結されている。
【００２６】
又、排水パイプ３３は、逆凹字形の留具３８により地堀穴２９の底部に固定され、その下流側は一本の引出部３３Ａとして地堀穴２９の上部から外部に延長される。特に、排水パイプの引出部３３Ａには外部放出する嫌気性処理水に塩素などによる殺菌処理を施すための殺菌装置１８（図１、図８、図１０参照）が介在される。尚、本例において、給水パイプ３２には所定の間隔で噴水口を穿設した塩ビ管が用いられ、排水パイプ３３には図示せぬ複数の吸水口をもつ透水性のフレキシブル管が用いられる。
【００２７】
一方、脱窒槽１７の上部にも雨水の浸入を防止することなどを目的として、金属パイプなどから成る骨組みにビニールシートなどを張設して成る園芸用ハウスのようなカバー３９が設けられるが、このカバー３９内にも脱窒槽１７による嫌気性処理が年間を通して均一に行えるよう暖房機を設けることが望ましい。
【００２８】
ここで、以上のような脱窒槽１７によれば、給水パイプ３２より地堀穴２９内に導入される好気性処理水を嫌気条件下で良好に処理することができる。特に、酸化槽１３内で生成された亜硝酸又は硝酸が、脱窒素細菌の働きにより窒素ガスや亜酸化窒素に変換されて脱窒槽１７より放出される。そして、このような脱窒により好気性処理水を窒素濃度の低下された嫌気性処理水とし、これを排水パイプ３３により河川などへ放出することができる。尚、脱窒の進行が不十分である場合には、炭素源としてのモミガラ３１に加え、タンク３５内のアルコールを給水パイプ３２を通じて脱窒槽１７に供給することが好ましく、これよって脱窒の進行を大幅に促進することができる。因に、窒素濃度が一定値以下まで低下された嫌気性処理水は、脱窒槽１７の上部から好気性処理水を供給することにより脱窒槽１７の底部から押し出されるが、これをポンプにより脱窒槽１７の底部から抜き取るようにしてもよい。又、嫌気性処理水を河川などへ放出する前において、本例では大腸菌などの余剰菌を死滅させるべく殺菌装置１８による殺菌処理を施すようにしているが、これを必ずしも設ける必要はない。
【００２９】
【実施例】
酸化槽１３として、幅４m、長さ１５mの区画地を深さ１．２mまで掘削し、その内側全面に遮水シート１９として厚さ１mmのビニールシートを張り、その上に回収パイプ２３として内径５０mmのタキロン社製トリカルパイプを二本敷設し、その周囲に直径２０mm程度の軽石を１０cm厚に敷き詰めて底部層２０Ｄとし、次いで底部層２０Ｄ上に図示せぬネットを介して掘削土を入れて４０ｃｍ厚の下部層２０Ｃとした。又、下部層２０Ｃ上に送気パイプ２２として内径５０mmのタキロン社製コルゲート管を７本等間隔に並列状に並べ、その周囲にモミガラを敷き詰めて１５ｃｍ厚の中間層２０Ｂとし、その上に黒ボク土を充填して４０ｃｍ厚の上部層２０Ａとした。更に、以上のようにして得た土壌の表面に、散水パイプ２１として直径３．５mmの穴を３０ｃｍ間隔であけた内径４０mmの塩ビ管７本を等間隔で並列状に敷設した。
【００３０】
又、脱窒槽１７として、幅１．５ｍ、長さ２mの区画地を深さ８０ｃｍまで掘削し、その内側全面に遮水シート３０として厚さ１ｍｍのビニールシートを張り、これにより成る地堀穴２９の底部に排水パイプ３３として内径５０ｍｍのタキロン社製コルゲート管を三本並列状に敷設し、その上から地堀穴２９内にモミガラ２ｍ^３を入れ、地堀穴２９の上部には給水パイプ３２として直径３．５ｍｍの穴を１０ｃｍ間隔であけた内径４０ｍｍの塩ビ管４本を等間隔で並列状に敷設した。
【００３１】
そして、豚の尿を図１に示すような沈降タンク４に入れ、その上澄液を散水パイプ２１に送って土壌２０の表面に一回で１５Ｌ／ｍ^２散布しつつ、土壌２０中には給気源１５より０．７ｍ^３／分の外気を送り込み、これを送気パイプ２２より土壌２０中に放出した。
【００３２】
その後、土壌２０の底部に達した浸透成分を回収パイプ２３により抜き取り、これを給水パイプ３２を通じて適量のメタノールを加えながら地堀穴２９内に導入し、一定期間放置して脱窒を進行させた。
【００３３】
以上のような処理を年間を通して繰り返し行い、水質の変化を測定した。その結果を下表１に示す。
【００３４】
【表１】

表１から明らかなように、酸化槽１３の通過後においてＢＯＤ成分などが大幅に低下し、脱窒槽１７の通過後では窒素の大部分が除去されていることが判る。但し、冬期などには酸化槽上の保温室２７を加温し、土壌２０の表面温度が年間を通じて１５℃になるよう調整した。
【００３５】
以上、本発明について説明したが、酸化槽の土壌は長期の使用により汚泥などによる目詰まりを起こし、これによって有機系廃水の浸透性が損なわれ、しかも目詰まりが悪化した場合には内部全体に外気が良好に行き渡らなくなるので、土壌の表面部を耕運機などにて定期的に掘り返すことが望ましい。
【００３６】
又、酸化槽を成す土壌の耐用年数はリンの吸着力が低下する５年前後と見積もっているが、沈降タンクや濾過槽などによる前処理を十分に行うことで耐用年数を大幅に延長できると思われる。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、遮水シートにより仕切った所定深さの土壌を利用し、その土壌表面に畜産廃水をはじめとする有機系廃水を散布するほか、その土壌中に外気を放出するようにしていることから、地下水を汚染せずして有機系廃水を好気性微生物による代謝反応により低コストで効率よく処理し、残存有機物濃度が低い無色透明の良好な水質にすることができる。
【００３８】
又、土壌の上部にカバーによる保温室が形成されることから、外気温の低下による好気性微生物の活動低下を防げるほか、雨水が浸入したり悪臭が外部に拡散したりするのを防止でき、しかも保温室内を加温する暖房手段を備えることから寒冷期でも土壌の温度低下を防止して好気性微生物を賦活化することができる。
【００３９】
更に、酸化槽の後段に脱窒槽を設け、有機系廃水に対して好気性処理後に脱窒を主とする嫌気性処理が施されるようにしていることから、酸化槽で生成された亜硝酸又は硝酸を窒素ガスとして除去することができる。特に、酸化槽ほか脱窒槽も地堀穴の内面を遮水シートで被覆するなどした簡易構造とされることから、中小規模の畜産農家などでも畜産廃水の処理用として容易に導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る有機系廃水の処理工程図
【図２】酸化槽の横断面図
【図３】酸化槽の縦断面図
【図４】散水パイプの配管図
【図５】送気パイプの配管図
【図６】回収パイプの配管図
【図７】脱窒槽の横断面図
【図８】脱窒槽の縦断面図
【図９】給水パイプの配管図
【図１０】排水パイプの配管図
【符号の説明】
１３酸化槽
１５給気源（送風機）
１７脱窒槽
１９遮水シート
２０土壌
２１散水パイプ
２２送気パイプ
２３回収パイプ
２６カバー
２７保温室
２８暖房機（暖房手段）
２９地堀穴
３０遮水シート
３１モミガラ（炭素源）
３２給水パイプ
３３排水パイプ
３５アルコールタンク
３６混合器

Claims

有機系廃水に好気性処理を施すための酸化槽を備えた有機系廃水の処理装置において、前記酸化槽は漏水防止用の遮水シートにより仕切った所定深さの土壌を有機系廃水の散布領域として、その土壌表面に有機系廃水を散布するための散水パイプを敷設すると共に、前記土壌中に外気を放出するための送気パイプと、前記土壌の表面から底部に達した有機系廃水の浸透成分で成る好気性処理水を抜き取るための回収パイプとを埋設して構成され、前記酸化槽の上部には保温室を形成するカバーが設けられる一方、前記回収パイプを通じて抜き取られた好気性処理水から窒素を除去するのに必要な炭素源が入れられる脱窒槽を備え、その脱窒槽には好気性処理水を導入するための給水パイプと、好気性処理水の脱窒により得られる嫌気性処理水を外部放出するための排水パイプとが配管されて成ることを特徴とする有機系廃水の処理装置。
カバーにより形成される酸化槽上の保温室を加温するための暖房手段を備えた請求項１記載の有機系廃水の処理装置。
酸化槽を構成する土壌がモミガラから成る中間層を有し、その中間層に送気パイプが設けられることを特徴とする請求項１記載の有機系廃水の処理装置。
脱窒槽は、内面が遮水シートにより被覆された地堀穴に炭素源と成すモミガラを収容して構成される請求項１記載の有機系廃水の処理装置。
脱窒槽に入れる炭素源としてアルコールが収容されるタンクを備え、給水パイプには脱窒槽に向かう好気性処理水に前記タンクのアルコールを混入するための混合器が介在される請求項１記載の有機系廃水の処理装置。
漏水防止用の遮水シートにより仕切った所定深さの土壌中に外気を導入する一方、前記土壌の表面に固形分を除去するための前処理を施した有機系廃水を散布し、その有機系廃水が土壌中の好気性微生物により有機物を分解されることにより成る好気性処理水を前記土壌の底部から抜き取り、これを内面が遮水シートにより被覆される地堀穴に導入して嫌気条件下での脱窒素細菌による脱窒を進行せしめた後に前記地堀穴から外部放出することを特徴とする有機系廃水の処理方法。