JPS61212386A

JPS61212386A - 汚水の浄化方法及び装置

Info

Publication number: JPS61212386A
Application number: JP5272985A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Wakatsuki; 若月　利之; Takao Kunimatsu; 国松　孝男; Shuichi Komura; 小村　修一; Yuji Abe; 安部　裕治
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-03-16
Filing date: 1985-03-16
Publication date: 1986-09-20
Anticipated expiration: 2010-12-13
Also published as: JPH07115022B2

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】〔産業上の利用分野及び従来技術〕本発明は、汚水特に下水や凍原の一次、二次処理水や生
活雑排水を、土壌を利用して更に高度に浄化する土壌浄
化法及び土壌浄化原理を利用した汚水浄化装置の改良に
関するものである。

理想的な汚水浄化方法は、汚水中のＳＳ分、ＢＯＤ及び
ＣＯＤ分、アンモニアその他の有機物を吸着や分解除去
したり脱臭するだけでなく、窒素骨や燐の除去を質、量
ともに効率的に実行し、且つ十分な耐用年数（例えば１
０年以上）を有するものであると言うことができる。然
るに、従来から我国で広く行われている撒水濾床法や活
性汚泥法は、大量のエネルギーを消費する上に悪臭成分
や燐、窒素骨の除去に対しては殆ど無力である。

そこで最近、脱臭や燐、窒素骨の除去を効率的に行う土
壌浄化法が脚光を浴びてきている。これは、土壌動物や
土壌微生物の消化・分解機能や土壌コロイドの持つ吸着
機能を積極的に利用するもので、省エネルギー省コスト
に優れたものである。

しかし、現在実施されている土壌処理法は完全に理想的
なものとは言い難い。これは、理想的な汚水浄化方法で
あるために土壌に要求される諸条件が相矛盾しているに
も拘わらず、それらの諸条件について十分な考察や検討
がなされていないことに起因する。

〔従来技術の問題点〕

即ち土壌浄化法において、ＳＳ分、ＢＯＤ及びＣＯＤ分
、アンモニアその他の有機物の分解除去や脱臭或いは硝
化を効率的に行なうためには、通気性のよい土壌中で好
気的生物活性を高めながら処理を行なう必要がある。こ
の目的には、マサ土のように粗粒で通気性のよい土壌が
向くが、マサ土では窒素骨の除去は勿論、長期的に見れ
ば燐の除去も効率的に行なうことは困難である。

まず、燐（正燐酸及びポリ燐酸）の除去を行なうために
は、土壌中に活性アルミニウム（場合によっては活性鉄
）が十分な量存在することが不可欠であるが、マサ土に
はこれらの成分が極めて少ない。通常、乾土重量当たり
にして０．１％以下である。（ここでは、土壌中の成分
のうち、０．１５Ｍ蓚酸ナトリウム−蓚酸混液（ｐ　Ｈ
３，５）に可溶性のアルミニウム及び鉄を、夫々活性ア
ルミニウム及び活性鉄と定義する。）従って、従来のマ
サ上等を主体とする浄化装置では１〜２年以内に燐の除
去能力が半減するのが普通である。

一方、活性アルミニウム含量の高い土壌は、腐植質或い
は非腐植質の火山灰土壌、褐色或いは黄褐色森林土壌、
赤黄色土壌、灰色或いは褐色低地土壌等であるが、これ
らは一般に粘土含量が高く、通気性及び透水性に劣る。

従って、これらは細粒質で浄化装置内に充填した場合目
詰りが起き易く、汚水負荷量を大きく出来ないという致
命的な欠点を有する。

次に窒素骨の除去の為には、好気的条件下でアンモニア
態窒素の硝化或いは亜硝酸化、次いで十分な炭素源の存
在と相対的な嫌気条件下で、微生物による脱窒反応（Ｎ
２やＮ２０の生成と揮散）が行なわれる必要がある。こ
のためには、好気的な土壌層と嫌気的な土壌層が共存す
る必要がある。

以上の考察から判るように、汚水浄化装置内の土壌の具
備すべき性質は以下の３点に要約できる。

■　透水性が十分高いこと。土地の有効利用の見地から
考えて、汚水の１日当たりの処理能力が１００〜２００
　Ｊ／ｎ？以上必要である。

■　燐の除去能力が高いこと。２００１　／　ｎ？・日
の負荷量として、全燐濃度の平均が５ｍｇ／ｌ。

除去率９５％以上で１０年の耐用年数とすると、活性ア
ルミニウムの量は、活性アルミニウムと燐の吸着比が１
：１で燐の吸着効率を２５％として、１５Ｋｇ／ｎ（以
上必要である。従って、充填土壌の仮比重を０．８ｇ／
ｃｊ、土壌層の厚みを１．５　ｍとすれば、活性アルミ
ニウムの含量が１．２５％以上の土壌を使用すれば良い
ことになる。我国に広く分布する黒ボク土壌は、通常こ
の条件を満足している。

■　透水・好気的土壌層と、脱窒に必要な有機物の供給
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、且つ両層に十分に接触・
浸透できる構造になっていること。

前記した理想的な汚水処理方法は、この相矛盾する３つ
の条件が共に満足されてこそ可能となる。

しかし従来の土壌浄化法では、装置内に充填する土壌の
浄化能力に全面的に依存しているにもかかわらず、土の
種類、性質、構造成いは土壌層構造についての十分な検
討・研究が行われておらず、端々通気性土壌の必要性が
述べられている程度である。

〔問題を解決する手段、実施例〕

そこで本発明者は、現在の土壌浄化法を更に理想的なも
のにするべく鋭意研究した結果、前記した土壌それ自体
についての考察を行い、本発明を完成させたものである
。

そして本発明は、性質の極めて異なる２種類の土壌、即
ち通気性及び透水性に優れた土壌（以下「透水・好気性
土壌」とする）と、通気性及び透水性は劣るが活性アル
ミニウム乃至活性鉄及び炭素源に富む土壌（以下「難透
水・嫌気性土壌」とする）を、夫々層状１段階状等に組
合せることにより、汚水の浄化に必要な相互に矛盾する
諸条件を満足させるもので、多段土壌層法とでも言うべ
きものである。以下、本発明を図面に示す実施例に基づ
いて詳細に説明する。

（構造）第１図及び第２図は、本発明に係る汚水浄化装置（１）
の−例を示す。この汚水浄化装置（１）は、被覆土壌層
（２）中に配設した汚水撒水管（３）の下方に、透水・
好気性土壌層（４）・・・と難透水・嫌気性土壌層（５
）・・・を層状２段階状に充填したものである。尚、図
では、同種の土壌層が１／２ずつずれて重なり合い、且
つ他種の土壌層と連なって１つの層を形成したものが５
段積みになっている。また被覆土壌層（２）は、マサ土
等の一通気性土壌からなり、芝生等を植えることができ
る。汚水撒水管（３）の周囲は礫層（６）で囲まれ、礫
層（６）の上面は目詰り防止用の網状体（７）、下面は
汚水拡散用の隔板（８）で囲まれていおり、全体として
トレンチ（９）を構成している。この隔板（８）は、プ
ラスチック成型品でもよいし、プラスチックやゴムの柔
軟なシートを用いてもよい。

また最下層には、礫層（１のに囲まれた有孔の排水管（
１１）　（コルゲート管等）が配設され、該礫層（１０
）の上面には網状体（１２）が設けられている。

そしてこれら全体が、コンクリート等不透水性素材から
なる槽（１３）内に納められている。尚、槽（１３）は
周囲だけのものでもよく、コンクリートやプラスチック
の他に、粘土、木材等透水性の低い素材も用いられ、時
には石積みや岩盤等も利用できる。また汚水撒水管（３
）は、目詰りや冬期の浄化能力の低下を考慮しそ、２組
配置している。

具体的な装置としては、例えば被覆土壌層（２）を５０
ｃｍ、各土壌層（４）　・（５）の厚みを２０ｃｍとし
く土壌層全体で約１．５ｍ）、周囲を厚み５〜１０ｃｍ
程度のコンクリート槽（１３）で囲んで処理済みの汚水
を集水できるようにする。槽（１３）の大きさは、汚水
の処理量にもよるが例えば最大で中３ｍ長さ２０ｍ程度
とし、より大量の処理のためには、このような装置を多
数並列すればよい。尚、有機物の分解を助けるためにミ
１ズ等の小動物を槽内で飼うようにしてもよい。

次に、本発明において透水・好気性土壌層（４）を構成
する土壌とは、粗粒で粘土含量が１０％以下。

シルト含量３５％以下のもので、土性分類は砂土、壌質
砂土、砂壌土或いはこれらより粗い土壌を言う。マサ土
、砂丘未熟上、粗粒火山灰土、粗粒褐色森林土酸いは粗
粒褐色低地土壌等が概ね透水・好気性土壌として適当で
ある。

この透水・好気性土壌の主要な役割は、汚水を難透水・
嫌気性土壌層（５）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、ＳＳ分、Ｂ
ＯＤ及び０００分その他の有機物の好気的分解や硝化、
税臭等が行なわれる。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、飽和透水性係
数が１０″２〜１０　’　ｃｌｌ／　ｓよりも大）が要
求される。場合によっては、粒径が０．２〜２、Ｏｓｎ
程の砂、２ｍｍ〜数ｃｍ程度までの粒径を持つ礫をこの
透水・好気性土壌層（４）に用いることができる。更に
、その一部特に下部等では、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のであれば何でも用い
られる。

一方、難透水・嫌気性土壌層（５）を構成する土壌は、
粘土及び腐植の含量が合計２０％以上（腐植含量が３〜
５％以上が望ましい）で、且つ活性アルミニウムがＡＮ
として少なくとも対乾土２〜３重量％以上より好ましく
は５重量％以上のものであることが望ましい。比較的細
粒の黒ボク土壌（Ｓ核質の火山灰土壌）、褐色或いは黄
褐色森林土壌の表層、灰色低地土壌等が難透水・嫌気性
土壌として適切である。難透水・嫌気性土壌の飽和透水
係数は、自然の土壌構造の破壊を考慮した再充填土壌と
して、透水・好気性土壌の１０分の１以下で、略１０’
　〜１０−’ｃｍ／ｓ以下である。尚、活性アルミニウ
ム含量が少ない難透水・嫌気性土壌の場合は使用量を多
くすればよい。例えば、Ａｉとして２〜３重量％の場合
は５重量％の場合の１．７〜２．５倍程度の難透水・嫌
気性土壌が必要となる。これは、使用する土壌層の段数
を増やすとか、一層内の難透水・嫌気性土壌の割合を増
やすことで簡単に実現できる。また炭素源として、木の
葉その他の動植物体、余剰活性汚泥等Ｃ／Ｎ比の高い物
質を混入しておいてもよい。

（作用）しかして、汚水撒水管（３）から礫層（６）や被覆土壌
ｒｒＩ（２）中に浸透した汚水ＣＡ）は、土壌生物の消
化分解作用や土の吸着や濾過作用により、ＳＳ分。

ＢＯＤ及びＣＯＤ分その他の有機物の好気的分解や除去
が行なわれる。またアンモニア態窒素も硝化細菌の作用
で硝化されて、処理水（Ｂ）となる。

これが、従来の土壌浄化法（毛管浄化法）である。

そしてこの処理水（Ｂ）の一部は、被覆土壌層（２）の
表面から蒸発散する。他の一部は、トレンチ（９）の下
方に配置された両土壌層（４）・（５）間を重力的に浸
透流下する。透水・好気性土壌層（４）は、通気性、透
水性の高い土壌よりなるため、処理水（Ｂ）は主として
透水・好気性土壌層（４）を通り（実線矢印）、より酸
化的条件下に置かれる。

透水・好気性土壌層（４）の上下及び左右には、難透水
・嫌気性土壌層（５）が連なっている。従って、透水・
好気性土壌層（４）中を流れる処理水（Ｂ）は難透水・
嫌気性土壌層（５）に接触したり一部浸透拡散しく点線
矢印）、処理水（Ｂ）中の燐酸（正及びポリ）は、難透
水・嫌気性土壌層（５）中に容易に吸着固定される。一
方、処理水（Ｂ）中のＮＯ２やＮＯ３は同じく嫌気的で
炭素源に富む難透水・嫌気性土壌層（５）中で、脱窒菌
の作用によりＮ２やＮ２０に変化し、膜室される。尚、
各種重金属も吸着除去される。

かくして、ＳＳ分、ＢＯＤ及びＣＯＤ分その他の有機物
に加えて窒素分や燐が略完全に除去された浄化水（Ｃ）
が、排水管（１１）を通って装置外に排出される。

ところで、本発明装置（１）による浄化の程度や処理可
能量は、透水・好気性土壌層（４）と難透水・嫌気性土
壌層（５）の割合や配置状態、更には夫々用いる土壌の
種類や含有成分等により変化する。従って、汚水の量や
質及び目的とする浄化水の質等により最適な土壌層の組
合せを夫々具体的に決定するとよい。

例えば、透水・好気性土壌層（４）と難透水・嫌気性土
壌層（５）の好ましい比率は、汚水中の燐酸（正及びポ
リ）濃度によって異なる。実験結果によると、全燐とし
て１０　ｐｐｍ含まれる汚水を２００１／ｄというよう
な高負荷・高速処理を目的とする場合は、難透水・嫌気
性土壌の活性アルミニウム含量が１０％以上のときは難
透水・嫌気性土壌層（５）と透水・好気性土壌層（４）
の比が概略１対１である。活性アルミニウムの含量が５
〜１０％の時は２対１．３〜５％のときは４対１程度で
ある。

汚水中の燐酸（正及びポリ）濃度が５ｐｐｍ＋処理量が
１００１７ｃｄ程度であれば、活性アルミニウムの濃度
は上述の数値の４分の１程度でも良いことになる。

両土壌層の使用量の比率は、第１図の構造のものの場合
、各土壌層（４）・（５）の長さの割合に比例する。、
或いは、第３図の如く土壌層（４）・（５）の連なった
ものの間に更に他の透水・好気性土壌！（１４）を介挿
するなど、第１図のものとは異なった構造のものとし、
夫々の土壌層（４）・（５）・（１◇の割合を変えて両
者の比率を種々調整することも出来る。

また、第１図における勾配θや、第１図、第３図におけ
る各土壌層の積み重ね段数や厚み等により、透水性更に
は浄化率が変化する。特に第３図の如（、処理水（Ｂ）
がＮ透水・嫌気性土壌層（５）により良く接するような
構造の場合、浄化率は向上する。

尚、第３図に示す具体的装置としては、透水・好気性土
壌層（４）と難透水・嫌気性土壌層（５）を夫々１５ｃ
ｎ＋程度の厚みとし、使用量比を１対２とし、また両層
（４）・（５）間に５ｃｍ厚程度の透水・好気性土壌層
（１／Ｄを介挿したものが考えられる。その他の構造は
第１図に示すものと略同様にする。

一般に、浄化水（Ｃ）の質よりも処理液量を重視した大
量処理の場合は、第１図の如き構造をとるとか、透水・
好気性土壌層（４）の割合を太き（して透水性を高めれ
ばよい、逆に、浄化水（Ｃ）の質を重視する場合は、第
３図の如く処理水（Ｂ）が難透水・嫌気性土壌層（５）
に接し易い構造とするか、難透水・嫌気性土壌層（５）
の割合を高くして透水性を低くすればよい。

このように本発明の汚水浄化装置は、透水・好気性土壌
層（４）と難透水・嫌気性土壌層（５）を組合せて汚水
を処理する多段土壌層法の原理に基づくもので、各層（
匂・（５）の比や積層構造・積層段数を変化さすること
により、処理可能量と浄化水の質が任意に制御できるこ
とが大きな特徴である。

（比較例）　、次に、本発明方法と従来法による土壌式浄化装置の汚水
浄化能を比較した結果を表１に示す。

尚本発明方法による装置（実施例）とは、実施例１が第
１図に示す構造のもの、実施例２が第３図に示す構造の
ものである。また従来方法による装置（比較例）とは、
トレンチの構造は本発明装置と同様であるがトレンチ下
部の充填土壌が多段土壌構造を持たず、マサ土のみ（比
較例１）及び黒ボクのみ（比較例２）のもので、実施例
と同じ厚さく１ｍ）に充填されている装置によるもので
ある。

そして、ここで用いた透水・好気性土壌としてのマサ土
、の活性アルミニウム及ｑ活性鉄の含量は、夫々０．１
及び０．３％（整土重量基ｉ）、難透水・嫌気性土壌と
しての黒ボクの活性アルミニウム及び活性鉄の含量は夫
々５．６％及び０．６％（乾土重量基準）であった、ま
たトレンチ下部のｆｌ　　　　　　− 土壌の仮比重は、比較例１のマサ土が１．５、比較例？
の黒ボクが０．８であるのに対（、客施例１゜２とも夫
々１．２であった。

この表から、比較例１では汚水処理筒−量は大きいが浄
化水の質は格段に落？ることがわかる。

また比較例２では目詰りを起こし易くて処理可能量が小
さく、燐の除去能力は高いが、脱窒は殆ど期待できない
、これに対し実施例（本発明装置）は１．２とも実用上
十分な処理可能量であり４、しかも膜室、燐の除去とも
従来装置よりも優れており、本発明装置が汚水処理可能
量及び質的処理能力の点で極めて優れていることがわか
る。　。

（他の実施例）以上は、透水・好気性土壌層（４）と難透水・嫌気性土
壌層（５）を、被覆土壌層（２）中に配設されている汚
水撒水管（３）の下方に配置したものについて説明した
が、本発明装置はこのような構造のもの←限らない。

例えば、透水・好気性土壌層（４）と！ｉｉ３水・嫌気
性土壌層（５）は第４図の如く汚水撒水管（３）の側方
や上方に配置されてもよい、この場合、汚水撒水管（３
）からの汚水の浸透を妨げないように、透水・好気性土
壌層（４）の間に難透水・嫌気性土壌層（５）を点在さ
せるようにするとよい。

或いは、第５図のように汚水撒水管（３）の上方に別途
多孔の排水管（１５）を設け、汚水撒水ＩＦ　（３）と
排水管（１５）の間及びその周囲を含めて、透水・好気
性土壌層（４）と難透水・嫌気性土壌層（５）を配置す
るようにしてもよい、これは、風呂排水や洗濯排水等が
一度に排出されて一次的に汚水量が多くなるような場合
、潜水を被覆土壌層（２）に逆浸透させて排水管（１５
）から排出させるようにしたもので、逆浸透中に処理水
を難透水・嫌気性土壌層（５）で浄化させるものである
。

また、汚水の供給源は汚水撒水管（３）に限らず、例え
ば第６図の如く地中に設けた汚水槽（１６）でもよい、
そして、この汚水槽（１６）の開口部から周囲に透水・
好気性土壌層（４）と難透水・嫌気性土壌層（５）を設
けて、処理水（Ｂ）を浄化水（Ｃ）とすることもできる
。

第４図〜第６図においては槽（１３）及び排水管（１１
）は図示を省略したが、第１図の場合と同様これらを設
けて集水式としてもよく、またこれらを略して地下浸透
式にしてもよい。勿論第１図及び第３図に示す装置でも
槽（１３）を省略して地下浸透式としてもよい。地下浸
透式とする場合、各土壌層（４）・（５）を広くするな
ど汚水が難透水・嫌気性土壌層に接し易いような構造と
する。或いは、第１図における槽（１３）の代わりに（
特に周囲を）黒ボク等の難透水・嫌気性土壌で囲っても
よい。

尚、透水・好気性土壌や難透水・嫌気性土壌層は、第１
図及び第３図の場合を含めて夫々ある塊として配置すれ
ばよく、必ずしも層状のものに限るわけではないが、処
理効率及び設計・施工の面から見て層状のものが最も良
い。

〔効果〕

以上詳述したように：本発明方法は、有孔汚水撒水管等
の汚水供給源から周囲の土壌層ｉに浸透させた汚水を、
汚水中に含まれるＳ′Ｓ分、ＢＯＤ或いはＣＯＤ分」ア
レモニアその他の有機物を通気性及び透水性に優れた土
壌層中で好気的分解や硝化作用を加えつつ流下或いは逆
浸透させ、その途中に於いて通気性や透水性に劣るが活
性アルミニウムや活性鉄及ｄ炭素源に富む土壌層に接触
。

−散、浸透させて燐の吸着と脱窒を行→るものである。

従って本発明方法によれば、汚水の脱臭や汚濁有機物の
分解除去のみならず、従来の土壌浄化法では困難乃至不
可能であった全燐や全窒素分の除去が質・量ともに効率
的に行うことが可能となる。

特に、土壌中の活性アルミニウムの含量がある基準値以
上の場合、通常の生活雑排水や深床の一次。

二次処理水等であれば千年以上にわたって高い燐除去能
を保持することができる。

また本発明装置は、汚水撒水管や汚水槽の開口部が配設
されている被覆土壌層自体、或いは被覆土壌層の側方や
特に下方に、透水・好気性土壌層と難透水・嫌気性土壌
層を層状１段階状に配置したものである。従って、構築
するのに高度な技術もいらず、処理操作も簡単で省エネ
ルギー、省コストなものである。しかも、透水・好気性
土壌層と難透水・嫌気性土壌層の比率や積層構造を工夫
することにより、汚水の処理可能量や浄化水の質を自在
に制御できる等多くの利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る汚水浄化装置の一例を示す縦断面
図、第２図は同じく横断面図である。第３図乃至第６図
は夫々異なる他の例を示し、第３図及び第６図は縦断面
図、第４図及び第５図は横断面図である。１・・・・・・・・・・・・汚水浄化装置２・・・・・
・・・・・・・被覆土壌層３・・・・・・・・・・・・
汚水撒水管４・１４・・・・・・透水・好気性土壌層５
・・・・・・・・・・・・難透水・嫌気性土壌層６・１
０・・・・・・礫層７・１２・・・・・・網状体８・・・・・・・・・・・・隔板９・・・・・・・・・・・・トレンチ１１・１５・・・・・・排水管１３・・・・・・・・・・・・槽１６・・・・・・・・・・・・汚水槽Ａ・・・・・・・・・・・・汚水Ｂ・・・・・・・・・・・・処理水Ｃ・・・・・・・・・・・・浄化水第５回纂６回

Claims

【特許請求の範囲】１、汚水供給源から周囲の土壌層中に浸透させた汚水を
、汚水中に含まれるＳＳ分、ＢＯＤ及びＣＯＤ分、アン
モニアその他の有機物を通気性及び透水性に優れた土壌
層中で好気的分解や硝化作用を加えつつ流下或いは逆浸
透させ、その途中に於いて通気性や透水性に劣るが活性
アルミニウムや活性鉄及び炭素源に富む土壌層に接触、
拡散、浸透させて、汚水中の燐の吸着除去と脱窒を行わ
せることを特徴とする汚水の浄化方法。２、汚水の処理可能量及び処理の程度を、汚水が通過す
る両土壌層の配置、段数或いは量的割合を変えることに
より任意に設定できるものである特許請求の範囲第１項
記載の汚水の浄化方法。３、周囲を不透水性素材で囲み、浄化水を下部に集水す
るものである特許請求の範囲第１項又は第２項記載の汚
水の浄化方法。４、有孔汚水撤水管或いは汚水槽開口部が位置する被覆
土壌層の少なくとも下方の一部に、通気性及び透水性に
優れた土壌層と、通気性及び透水性は劣るが活性アルミ
ニウム乃至活性鉄及び炭素源に富む土壌層を、層状、段
階状に配置したことを特徴とする汚水の浄化装置。５、最下層に礫層で囲まれた排水管を配設し、周囲及び
底面を不透水性素材で囲んでなる特許請求の範囲第４項
記載の汚水の浄化装置。