JPH0741251B2

JPH0741251B2 - 汚水浄化装置

Info

Publication number: JPH0741251B2
Application number: JP1073086A
Authority: JP
Inventors: 利之若月; 孝男国松; 修一小村; 裕治安部
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-01-20
Filing date: 1986-01-20
Publication date: 1995-05-10
Anticipated expiration: 2010-05-10
Also published as: JPS63240991A

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕本発明は、汚水特に下水や屎尿の一次，二次処理水や生
活雑排水或いは養豚場その他からの酪農廃水等を、土壌
を利用して高度に浄化する土壌浄化装置の改良に関す
る。

〔技術的背景〕

土壌浄化法は、土壌動物や土壌微生物の消化・分解昨日
や土壌コロイドの持つ吸着機能を積極的に利用して汚水
を浄化するものである。従って、汚水中のSS分やBOD,CO
D分、アンモニアその他の有機物の吸着や分解除去は勿
論のこと、従来広く用いられている撒水濾床法や生活汚
泥法では除去し難い燐や窒素分の除去や脱臭も容易に行
えしかも省エネルギー省コストに優れている。

しかし、従来実施されている土壌浄化法は完全に理想的
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。そこで本発明者は鋭
意研究した結果、土壌浄化装置に用いる土壌に要求され
る性質は以下の３点に要約できるとの知見を得た。

透水性が十分高く、目詰りが起こりにくいこと。こ
れは、汚水処理能力を決定する。土地の有効利用の見地
から重要な性質である。

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。これは、汚水からの燐の除去能
力を決定する。

アンモニア態窒素の硝化や亜硝酸化に必要な好気的
な土壌層と、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。これは、汚水中の汚濁物
質の分解浄化だけでなく、汚水中の窒素除去能力を決定
する。

この相矛盾する条件を共に満足させうるものとして、本
発明者は通気性及び透水性に優れた土壌層（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生活鉄それに炭素源に富む土壌層
（以下「難透水・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い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号）。

第９図に示す装置（イ）はその一例で、マサ土からなる
被覆土壌層（２）中に配設した汚水撒水管（３）の下方
に、黒ボク土壌からなる難透水・嫌気性土壌集団（ロ）
…とマサ土からなる透水・好気性土壌集団（ハ）から構
成される層と、マサ土からなる透水・好気性土壌層
（ニ）を、交互に積み重ねた浄化層（ホ）を設けたもの
である。かくすると、汚水は下方に流下する間に難透水
・嫌気性土壌集団（ロ）に十分に接触・浸透する。その
他、難透水・嫌気性土壌層と水・好気性土壌層を階段状
に積み重ねる等種々な構造のものが考えられる。透水・
好気性土壌としてはその他ゼオライト等、難透水・嫌気
性土壌としては赤土等が用いられるが、これら各土壌の
種々とその組合せ、更には積層や充填構造を種々変える
ことにより、敷地面積や被処理汚水の量，性質に応じた
浄化装置を作ることができる。

〔従来技術の欠点〕

上記した多段土壌層法による装置の特徴は、換言すれば
設計通りに施工されていなければ所期の効果を発揮し難
いと言うことである。ところが、実際の施工に際しては
第９図の如く簡単な構造のものでも一つの水平な層の中
に各土壌集団（ロ）・（ハ）がモザイク状に組み込まれ
るため、施工に極めて手間がかかる。また層の厚みや面
積を設計通りに仕上げることは実際上困難であるし、締
め固めの程度によって層の厚みや透水性も変わる。しか
も、両種の土壌が混じり合った箇所では所定の効果が生
じない。

〔問題点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、設計に合わせて一
つの層或いは集団を構成するに必要な量の土壌を、予め
透水性のある容器や袋体に詰めておき、これを並べたり
積み重ねることによって容易に多段土壌層法による汚水
浄化装置を施工することが出来るようにするものであ
る。

そして、一つの考え方としては難透水・嫌気性土壌のみ
を容器や袋体に詰め、この一種の土壌ブロックを透水・
好気性土壌層の間に介在させて浄化層を形成させるもの
である。また他の考え方としては、難透水・嫌気性土壌
のブロックと透水・好気性土壌のブロックを適宜間隔を
置いて所定の位置に敷設・積層し、空隙はそのままにす
るか或いは透水・好気性土壌を充填することにより浄化
層を形成するものである。尚、これらの容器や袋体の素
材として炭素率（C/N比）の高いものを用いると、脱窒
が良好に行なわれる。

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。

〔構成〕

（第１の実施例）第１図及び第２図は、本発明に係る汚水浄化装置の一例
を示す。この汚水浄化装置（１）は、第９図に示す装置
（イ）と同じ構造で、難透水・嫌気性土壌集団（ロ）…
の代わりに、透水性の袋体（４）に難透水・嫌気性土壌
（５）を詰めた土壌ブロック（６）…を用いたものであ
る。図示の装置（１）（（イ）も同じ）は実用規模のも
ので、幅75cm,長さ150cm,深さ150cmの内法寸法の鉄製の
槽（７）の中に各土壌を収めたものである。そしてその
上部は汚水撒水管（３）を配設した被覆土壌層（２）、
中央部は浄化層（８）、下部は排水層（９）となってい
る。尚、被覆土壌層（２）でも硝化その他の反応が行な
われるが、主たる反応が中央部で行なわれるので本発明
では中央部を浄化層（８）と定義する。

被覆土壌層（２）は、厚さ40cm程度の透水・好気性土壌
（マサ土）からなる。汚水撒水管（３）の周囲は礫層
（10）で囲まれ、礫層（10）の上面は目詰り防止用の網
状体（11），下面は汚水拡散用の隔板（12）で囲まれて
おり、全体としてトレンチ（13）を構成している。この
隔板（12）は汚水の分散を良好にするもので、プラスチ
ックやゴムの成型品や柔軟なシートが好適に用いられ
る。また排水層（９）は厚さ15cm程度の礫層（14）から
なり、底部に有孔の排水管（15）（コルゲート管等）を
配置する。礫層（14）の上面は網状体（16）で覆われ、
その上側は厚み5cm程度の砂層（17）を介して浄化層
（８）と接している。

一方浄化層（８）は、土壌ブロック（６）と透水・好気
性土壌（18）とから構成される。土壌ブロック（６）は
15×30（及び20）×75cmサイズのジュート製袋体（４）
に22kg（及び15kg）の黒ボク土壌を充填したもので、こ
れを10cmの間隙をおいて並べる。そしてその間隙を透水
・好気性土壌（18）としてのマサ土で埋めて一つの層を
構成し、その上に厚さ10cm程度の透水・好気性土壌（1
8）としてマサ土の層を設ける。この各層（４層と３
層）を交互に配置して全体を約90cmとする。各層の土壌
ブロック（６）は、汚水が難透水・嫌気性土壌（５）に
十分接触浸透できるように10cmずつずらして設けてい
る。尚上記の各数字は一例であり、これらに限定される
ものではない。

（作用）しかして、汚水撒水管（３）から礫層（10）や被覆土壌
層（２）中に浸透した汚水（Ａ）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或いは亜
硝酸化されて、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。

この処理水（Ｂ）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（13）下方の浄化層
（８）に重力的に浸透流下する。この際、処理水（Ｂ）
は主として透水・好気性土壌（18）の部分を通りより酸
化的条件下に置かれる（実線矢印）。

一方、透水・好気性土壌（18）の上下及び左右には土壌
ブロック（６）…が連なっている。この土壌ブロック
（６）の外壁となるジュート製袋体（４）は、単に黒ボ
ク土壌を充填するユニットを構成しているだけでなく、
それ自体マサ土と黒ボク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。この袋体（４）は巨大な細胞壁にも
譬えることができ、処理水（Ｂ）はあたかも植物組織中
を自由に動くが如く、マサ土袋体（４）黒ボク土壌
と自由に浸透・移動する（点線矢印）。尚、ジュート製
袋体（４）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。

この程度で、処理水（Ｂ）中の燐酸（正及びポリ）は土
壌ブロック（６）中の黒ボク土壌に容易に吸着固定され
る。また処理水（Ｂ）中のNO₂やNO₃は、同じく黒ボク土
壌中で脱窒菌の作用によりN₂やN₂Ｏに変化し、脱窒され
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（15）を通って装置外に排出される。

（変形例）ところで、袋体（４）は透水性を考慮して目の粗い編織
物が好ましい。また素材はジュート（麻）に限らず、稲
藁やヤシ繊維その他C/N比の高い天然繊維質のもの好適
に用いられる。もっとも、プラスチックフイルムのスプ
リットヤーン等プラスチック製品も使用可能である。但
しその場合、好ましくは炭素源を充填土壌中に混入する
とよい。

難透水・嫌気性土壌（５）としては、前記した黒ボク土
壌の他、赤黄色土壌、褐色・黄褐色森林土壌或いは灰色
低地土壌等、活性アルミニウムや活性鉄が１〜２重量％
（対乾土）以上ふくまれているものならば使用できる。
場合によっては、活性アルミニウム含量を高めるため
に、充填土壌に活性アルミニウム含有資材を混合して用
いてもよい。また炭素源として、木の葉その他の動植物
体、余剰活性汚泥等炭素率（C/N比）の高い物質を混入
しておいてもよい。

一方透水・好気性土壌（18）としては、マサ土の他砂丘
未熟土、粗粒火山灰土、粗粒褐色森林土或いは粗粒褐色
低地土壌等が用いられる。更に、ゼオライトも最も好ま
しいものの一つである。

この透水・好気性土壌の主要な役割は、汚水を難透水・
嫌気性土壌の層（土壌ブロック（６））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,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
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^-3cm/sより
も大）が要求される。場合によっては、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のを
混入してもよい。

尚、一般に汚水（Ａ）中の１価のNaイオン濃度は２価の
Caイオン濃度よりも高いため、長期間汚水を浸透処理す
ると土壌コロイドはNa型となって容易に分散し、土壌浄
化装置全体の不可逆的目詰りの大きな原因となる。そこ
で、汚水撒水管（３）の周囲等に粒径数cmの石灰石を充
填したり、その前段階で汚水中にCaイオンを添加させて
おくと、汚水（Ａ）中のCa/Na比が高くなり、土壌コロ
イドがCa型となって安定な構造を保つ。

ところで、本発明装置による浄化の程度や処理可能量
は、透水・好気性土壌（18）と土壌ブロック（６）の役
割や配置状態、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。また、より実際的な装置の大きさ
特に巾と長さは、汚水の処理量，装置の構造，敷地面積
等により決まるが、最大で巾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。槽（７）は底面を省略してもよく、またその素材
は他コンクリート，プラスチック，その他粘土や木材等
透水請求項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。

（他の実施例）第３図及び第４図に示す汚水浄化装置（1A）は、前記例
のものよりも小さい袋体（４）（８×25×75cmサイズ）
に10kgの黒ボク土壌を充填した土壌ブロック（6K）…を
約2cmの間隙をあけて並べた層（６層）と、同じく13kg
の赤色土壌を充填した土壌ブロック（6R）…を並べた層
（２層）を、上下2cmの間隙をあけて積層したものであ
る。赤色土壌は黒ボク土壌の代用品であり、この割合を
変えてもよく、いずれか一方のみにしてもよい。尚、偶
数段目の土壌ブロックは1/2ずつずらすため両端に黒ボ
ク土壌或いは赤色土壌を詰めている。

上記各間隙には、透水・好気性土壌（18）として粒径が
１〜3mmのゼオライト（クリノプチオライト）粒子が充
填されている。ゼオライト粒子は、本装置では目詰りを
防止し、処理水（Ｂ）の浸透・流下を助ける通水路の役
割をもっている。そして、使用するゼオライトの粒径や
ゼオライト層の厚みを変えることにより、処理水（Ｂ）
の透水性を制御できる。また、ゼオライトはアンモニウ
ムイオン保持能が大きいので、装置内における窒素の滞
留時間を長くする効果を持つ。更に、ゼオライトの大き
なCECは硝化に伴う処理水（Ｂ）のpH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。またそれ自身が各微生物の住処となる。ゼオライト
はモルデナイト型のものでもよい。

本装置（1A）では、第４図に示す如くあたかもジュート
製袋体（４）とゼオライトが黒ボク土壌（赤色土壌）を
二重に被覆した状態となっており、これらが有機的に作
用して、汚水中の有機性汚濁物質（BOD,COD,SS）の分解
作用だけでなく、燐や窒素分の浄化にも極めて優れた能
力を発揮する。尚、図中実線矢印は透水・好気性土壌
（18）中での処理水（Ｂ）の流れ、点線矢印は難透水・
嫌気性土壌（５）中での処理水（Ｂ）の流れを示す。

次に第５図に示す汚水浄化装置（1B）は、袋体（４）に
代えて透水性のある容器（19）を用いた例を示す。この
容器（19）は、第６図に示す如く底面（20）に透孔（2
1）…を多数設け、且つ上面を開口したトレー状の木箱
である。尚、ツマ面（22）の上部と両側方に夫々寸法ａ
とｂの出っ張りを設け、多数積み重ねた場合間隙ができ
るようになっている。また透孔（21）…を大きくし、土
壌脱落防止用の網状体で塞ぐようにしてもよい。

そしてこの容器（19）に、黒ボク土壌及び赤色土壌を充
填して難透水・嫌気性土壌ブロック（23K）・（23R）と
し、ゼオライト粒子を充填して透水・好気性土壌ブロッ
ク（23Z）とし、これらを図の如く敷き詰め積層して浄
化層（８）としたものである。そして、各土壌ブロック
（23）…間には上下方向にacm,長さ方向にbcmの間隙（2
4）ができ、この間隙（24）が処理水（Ｂ）や浄化水
（Ｃ）の通路となり且つ好気的雰囲気を与える。

本装置（1B）における黒ボク土壌（赤色土壌）の役割
は、前記装置（1A）と同じである。ただ本例では、ゼオ
ライトも土壌ブロック化されている点が異なる。従っ
て、全ての土壌がユニット化できるので工事の省力化，
規格化に役立つとともに、各土壌ブロック（23）間の間
隙を調整することにより汚水の流れを簡単に制御できる
特徴を有する。更に、炭素率の大きい木箱はジュート性
袋体（４）と同様にそれ自身が脱窒菌の炭素源となり、
効率的な窒素浄化能を実現する。

容器（19）は、木箱の他段ボール箱等微生物的な分解を
受けて炭素源を供給するものであれば何でもよい。容器
の形状や透孔の数，形状，位置も適宜選定すればよい。
なお、容器としてプラスチックの多孔性成型物も利用で
きる。但しその場合には充填土壌中に炭素源を別途混入
しておくことが好ましい。本装置（1B）の変形例として
は、ゼオライトの代わりにマサ土等他の透水・好気性土
壌（18）を用いること、間隙（24）を大きくしてここに
透水・好気性土壌（18）を充填すること等が考えられ
る。更に、図は省略するが袋体（４）に土壌を充填した
ものを上下間隙をあけて縦横に架設したパイプ等で支え
るようにして浄化層（４）を形成することも考えられ
る。

以上は、汚水供給源として被覆土壌層（２）中に汚水撒
水管（３）を配設したものについて述べたが、本発明は
第８図の如く汚水槽（25）の場合にも当然に用いられ
る。この場合、汚水槽（25）の開口部周縁及びその下方
に上記した如き浄化層（８）を展開させるとよい。また
汚水撒水管（３）を用いる場合でもその側方や上方に浄
化層（８）を配置してもよい。

尚、汚水供給の方式や浄化層（４）の上方部分の構造等
はその他種々考えられるが、要は処理水（Ｂ）を効率浴
浄化層（４）に供給するものであれば良い。或いは、浄
化層（４）自体にマサ土の層を多くし、ここで硝化反応
も行わせるようにすることも考えられる。

（従来の土壌浄化装置との比較）次に、本発明装置と従来の単なる多段土壌層法により装
置による汚水浄化能を比較した結果を表１に示す。

尚、表中本発明装置（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、実施例３が第５図に示す構造のものである。また従
来の多段式装置（比較例）は第９図に示す構造のもので
ある。これら各装置に用いたマサ土及び黒ボク土壌中の
活性アルミニウム及び活性鉄の含量（乾土重量基準）
は、夫々0.1と0.3％,5.6と0.6％であった。

比較例装置も、多段土壌層構造を有し表から判るように
高度の浄化能を有するが、実施例の装置は何れも実用上
十分な処理可能容量（l/m²・日）を有し、且つ浄化能も
比較例と同等かそれ以上の能力を示している。特に実施
例２に示すものは窒素浄化能が極めて高く、その他BOD
等の浄化能も高く優れたものと言うことができる。

一方、略同様な構造である第１図の装置（実施例１）と
第９図に示す多段式の従来装置（比較例）を施工するに
要する時間は、夫々約２日と４日であり、本発明装置の
場合効率が約２倍以上も向上する。この差は大型化した
実際の装置ではより大きくなり、構造が複雑な場合その
差はより開く。また、本発明の場合容易に設計通りのも
のが施工でき、期待通りの効果を発揮する。

〔効果〕以上詳述したように、本発明は難透水・嫌気性土壌と透
水・好気性土壌の層或いは集団を積層した多段土壌層法
による汚水浄化装置を施工するに際し、難透水・嫌気性
土壌更には透水・好気性土壌の一定量を透水性に優れた
袋体或いは容器に充填して一種のブロック化し、この土
壌ブロックを敷設・集積するものである。

従って本発明によれば、構造の複雑な多段土壌層式の汚
水浄化装置が設計通り正確に作れ、その機能を十分発揮
せしめることができるとともに規格化ができて施工に手
間がかからず施工コストの低減化が図れる。また、土壌
ブロックを作る袋体や容器に炭素率の高いものを用いる
と、脱窒反応が顕著に行なわれる等、経済的・技術的な
面で種々な利点を有するものである。

【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、第３図は他の実施例を示
す縦断面図、第４図は第３図の部分拡大図、第５図は更
に他の例を示す汚水浄化装置の縦断面図、第６図は第５
図の装置に用いる透水性容器の斜視図、第７図は第５図
の部分拡大図、第８図は汚水供給源が異なる他の例を示
す汚水浄化装置の縦断面図、第９図は従来例を示す縦断
面図である。１・1A・1B……汚水浄化装置２……被覆土壌層３……汚水撒水管４……袋体５……難透水・嫌気性土壌６・6K・6R……土壌ブロック８……浄化層９……排水層 13……トレンチ 15……排水管 18……透水・好気性土壌 19……容器 23K.23R.23Z……土壌ブロック 24……間隙 25……汚水槽Ａ……汚水Ｂ……処理水Ｃ……浄化水

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通気性及び透水性は劣るが活性アルミニウ
ム乃至活性鉄に富む土壌を透水性のある容器や袋体に詰
めたものを、間に通気性及び透水性に優れた土壌層を介
して積み重ねた浄化層を備えたことを特徴とする汚水浄
化装置。
【請求項２】炭素率の高い素材で作られた容器或いは袋
体を用いるものである特許請求の範囲第１項記載の汚水
浄化装置。
【請求項３】通気性及び透水性に優れた土壌を詰めた透
水性の容器や袋体と、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に富む土壌を詰めた透水性の容器
や袋体を、周囲に空隙を設けた状態で層状、段階状に積
み重ねた浄化層を備えたことを特徴とする汚水浄化装
置。
【請求項４】周囲の空隙に、通気性及び透水性に優れた
土壌を充填してなる特許請求の範囲第３項記載の汚水浄
化装置。
【請求項５】炭素率の高い素材で作られた容器或いは袋
体を用いるものである特許請求の範囲第３項記載の汚水
浄化装置。