JPS6336895A - 土壌を用いた汚水浄化装置 - Google Patents

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】 〔技術分野〕 本発明は、汚水特に下水や凍原の一次、二次処理水や生
活雑排水或いは養豚場その他からの重盗廃水等を、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・分解機能
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８８分やＢＯ
Ｄ、ＣＯＤ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
や活性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。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ちのとして、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活性鉄それに炭素源に冨む土壌層（
以下「Ｆｔ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−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
に浄化層（４）、更にその下方に排水層（５）を設けた
ものである。浄化Ｎ（４）は、黒ボク土壌（６）からな
る難透水・嫌気性土壌集団とマサ±（７）からなる透水
・好気性土壌集団を組み合わした層と、マサ±（７）の
みからなる層を交互に積み重ねて構成されている。かく
すると、汚水（Ａ）はマサ上（７）の部分を通って下方
に流下する間に黒ボク土壌（６）の集団に十分に接触・
浸透する。上記装置（イ）以外に、各土壌の種類やその
組合せ、積層や充瞑構造を種々変えることにより、設置
面積や汚水の処理量、水質に応じた浄化装置を作ること
ができる。

これらの多段土壌層法による装置は、従前の土壌浄化装
置に比べて有機分の分解除去や乳臭及び燐。

窒素の除去等全ての面で優れている。

〔従来技術の欠点〕

しかし、上記装置（イ）をはじめ従来の多段土壌層法に
よる汚水浄化装置では、窒素浄化能が不安定であった。

即ち汚水からの窒素の除去能力は、立地環境や、負荷量
と水質の変動、気候の変化等に影響を受け、必ずしも十
分でない場合が見られた。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明者は、前記欠点の原因究明及びその対策に
ついて鋭意研究した結果、窒素浄化能についても十分な
能力を有する多段土壌層法による汚水浄化装置の開発に
成功した。

即ち汚水中の窒素分の除去の為には、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を行い、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（Ｎ２やＮ２０の生成と揮散）が行なわれる
必要がある。そして窒素浄化能の不安定さは、（ａ＋装
置内における窒素滞留時間の不足による硝化・亜硝酸化
反応の不十分さ、（ｂ）装置内における炭素源の不足に
よる脱窒反応の不十分さに起因すると推断される。

そこで、前記（′ｂ）については難透水・嫌気性土壌中
に木炭、木片その他の植物体等炭素率（Ｃ／Ｎ比）の高
い物質を混入したり、土壌を炭素率の高い物質製の透水
性容器や袋体で被覆した土壌ブロックを用いて装置を構
築する等により対処した。

一方（ａ）については、アンモニア吸着能力の高いゼオ
ライトに着目し、これを透水・好気性土壌として従来用
いていたマサ土或いはその類似品と一部或いは全部を置
き換えることにより、安定した窒素浄化能を備えた装置
を開発することに成功した。

以下、本発明を図面に示す実施例により詳細に説明する
。

〔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図における装
置（イ）と諮問し構造で、浄化層（４）の上層部にマサ
土（７）に代えて粒状のゼオライト（８）を充瞑したも
のである。尚、図示の装置（１１（（イ）も同じ）は実
用規模のもので、中７５ｃｍ、長さ１５０ｃｍ、深さ１
５０ｃｍの内法寸法の鉄製の槽（９）の中に各土壌を納
めている。

被覆土壌層（２）は、厚さ４０ｃｍ程度の透水・通気性
土壌（マサ土）からなる。有孔の汚水撒水管（３）の周
囲はａ層（１０）で囲まれ、礫層（１０）の上面は目詰
り防止用の網状体（ＩＩ）、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１５ｃ
ｍ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。

＠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（４
）と接している。一方浄化層（４）は、上から４０ｃｍ
の間に粒径が１〜３ｍｍのゼオライト（クリノプチライ
ト）（８）の粒子の層、その下側５０ｃｍにマサ±（７
）の層が夫々充填されている。そして各層には１５ｘ３
０（及び２０）Ｘ７５ｃｍサイズの黒ボク土壌（６）の
集団が図の如く配置されている。尚各層の黒ボク土壌（
６）の集団は、汚水（Ａ）が十分接触浸透できるように
１０ｃｍずつずらして設けている。向上記数字は例示で
、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
作用で硝化や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（
４）に重力的に浸透流下する。この際、処理水（Ｂ）は
主としてゼオライト８）及びマサ土（７）の部分を通り
、より酸化的条件下に置かれ、更に硝化や亜硝酸化反応
が進む（実線矢印）。

特にゼオライト（８）の場合、粒径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。

一方、ゼオライト（８）或いはマサ土（７）の層の上下
或いは前後には黒ボク土壌（６）の集団が連なっている
。そしてこれらの界面では、処理水（Ｂ）が自由に浸透
・移動し、黒ボク土壌（６）層の中にも浸透する（点線
矢印）。

この過程で、処理水（Ｂ）中の燐酸（正及びポリ）は黒
ボク土壌（６）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（６）中
で脱窒菌の作用によりＮ２やＮ２０に変化し、脱窒され
る。また、各種重金属も吸着除去される。

か（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） 難透水パ嫌気性土壌としては、前記した黒ボク土壌（６
）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）以上含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。

一方マサ±（７）の替わりに用いられる透水・好気性土
壌としては、砂丘未熟上、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ある。

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’〜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を混入して
もよい。

ゼオライトとしてはその他モルデナイト型のものも用い
られるが、できるだけＣＥＣの大きいものが好ましい。

粒度は透水率等を考慮して適宜なものとする。尚、上記
例ではゼオライト（８）の眉とマサ土（７）の層を二重
したが更に細分しても良く、両者の混合物を充填しても
よい。混合割合は５０％以上が好ましい。

尚、浄化層（４）の他被覆土壌層（２）にもゼオライト
（８）を用いることが可能である。この場合、特に有孔
汚水撒水管（３）等汚水供給源の周囲に用いると透水性
の向上や目詰り防止の面で有効である。

このように、本発明装置による浄化の程度や処理可能量
は、透水・好気性土壌と難透水・嫌気性土壌の割合や配
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。

またより実際的な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（９）は底部を
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。

（他の実施例） 次に第３図及び第４図に示す汚水浄化装置（１＾）は、
８Ｘ２５Ｘ７５ｃｍサイズのジュート製袋体（ＩＣ）に
１０Ｋｇの黒ボク土壌（６）を充填した一種の土壌ブロ
ック（ＩＢ）・・・を約２ｃｍの間隙をあけて並べた層
（６層）と、同じ＜１３Ｋｇの赤色土壌（２０）を充填
した土壌ブロック（２１）・・・を約２ｃｍの間隙をあ
けて並べた層（２層）を、上下２ｃｍの間隙をあけて積
層して浄化層（４）としたものである。赤色土壌（２０
）は黒ボク土壌（６）の代用品であり、この割合を変え
てもよく、何れか一方にしてもよい。尚、偶数段目の土
壌ブロック（１９）は１／２ずつずらすため両端に黒ボ
ク土壌（６）或いは赤色土壌（２０）を詰めている。

上記各間隙には、１〜３ｍｍの粒径のゼオライト（クリ
ップチオライト）粒子が充填されている。

ゼオライト粒子は、本装置では前記役割の他目詰りを防
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。

本装置（ＩＡ）では、第４図に示す如くあたかもジュー
ト性袋体（ＩＢ）とゼオライト（８）が黒ボク土壌（６
）（赤色土壌（２０））を二重に被覆した状態となって
いる。この土壌ブロック（６）の外壁となるジュート製
袋体（１８）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？Ｕ３・移動を可能にしている。この袋
体（１８）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、ゼ
オライト□袋体−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。

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、プラスチックフィルムのス
プリントヤーン等プラスチック製品も使用可能である。

但しこの場合炭素源を充填土壌中に混入することが好ま
しい。

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。

次に第５図に示す汚水浄化装置（ＩＢ）は、袋体（１８
）に代えて透水性のある容器（２２）を用いた例を示す
。この容器（２２）は、第６図に示す如く底面（２３）
に透孔（２４）・・・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（２５）の上部と両
側方に夫々寸法ａ（！：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（
２４）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（２２）に、黒ボク土壌（６）及び赤色
土壌（２０）を充填して難透水・嫌気性土壌ブロック（
２０）、　　（２７）とし、ゼオライト（８）の粒子を
充填して透水・好気性土壌ブロック（２８）とし、これ
らを図の如く敷き詰め積層して浄化層（４）としたもの
である。そして、各土壌ブロック（２６）・（２７）・
（２８）・・・の間には上下方向にａｃｍ、長さ方向に
ｂｃｍの間隙（２９）が夫々でき、この間隙（２９）が
処理水（Ｂ）や浄化水（Ｃ）の通路となる。

本装置（ＩＢ）における黒ボク土壌（赤色土壌）の役割
は、前記装置（ＩＡ）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７）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（２６）、　
　（２７）、　　（２８）・・・間の間隙（２９）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製袋体（
１８）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（２２）は、木箱の地膜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１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、その場合には充愼土壌中に炭素源を別途
購入しておくことが好ましい。本装置（ＩＢ）の変形例
としては、ゼオライトと共にマサ土等他の透水・好気性
土壌を用いること、間隙（２９）を大きくしてここに透
水・好気性土壌としてマサ土（７）やゼオライト（８）
を充填すること等が考えられる。

以上は、汚水供給源として汚水撒水管（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（
３０）の場合にも当然に用いられる。この場合、汚水槽
（３０）の開口部周縁及びその下方に上記した如き浄化
層（４）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（４）を配置し
てもよい。

尚、汚水供給の方式や浄化層（４）の上方部分の構造は
その他種々考えられるが、要は汚水や処理水を効率良く
浄化層（４）に供給するものであればよい。

（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方による装
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±重量基準）は
、夫々０．１と０．３％、５．６と０．６％であった。

表−１ この表から、従来装置（比較例）はＢＯＤやＣＯＤ分、
全燐の除去に優れた効果を示すが、本発明装置はこれら
はもとよりのこと全窒素について高い除去能を備え、且
つ実用上十分な処理可能容ｉｔ　＜Ｉｔ／ｒｄ・日）を
有していることが判る。特に、実施例２に示す装置は極
めて高い窒素浄化能を示す。

〔効果〕

以上詳述したように、本発明は汚水が供給される下方に
透水・好気性土壌層とｎ透水・嫌気性土壌層を層状２段
階状に配置した多段土壌層法による浄化層を備えたもの
において、透水・好気性土壌の一部または全部にゼオラ
イト粒子を用いたものである。

従って、多段土壌層法の特徴である有機物の分解除去や
脱臭及び燐の除去を低コストで有効確実に行なうととも
に、窒素浄化能を著しく向上させることができ、汚水処
理の分野において大きな貢献をなすものである。

【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。 １−１４・ＩＢ・・・汚水浄化装置 ２・・・・・・・・・・・・・・・被覆土壌層３・・・
・・・・・・・・・・・・汚水撒水管４・・・・・・・
・・・・・・・・浄化層５・・・・・・・・・・・・・
・・排水層６・・・・・・・・・・・・・・・黒ボク土
壌７・・・・・・・・・・・・・・・マサ土８・・・・
・・・・・・・・・・・ゼオライト９・・・・・・・・
・・・・・・・槽 １８・・・・・・・・・・・・・・・袋体１９・２１・
２６・２７・２８・・・・・・・・・土壌ブロック２２
・・・・・・・・・・・・・・・容器イ・・・・・・・
・・・・・従来の浄化装置Ａ・・・・・・・・・・・・
汚水 Ｂ・・・・・・・・・・・・処理水 Ｃ・・・・・・・・・・・・浄化水 し°１、−入 ′５５ 第８回 第卸イ 手続−？＋ｌ？正書（方式）７゜ １．　事件の表示 昭和６１年特許願第０１０７３１号 ２、発明の名称　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　８゜土壌を用いた汚水浄化装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人　　　　　　　　　　　　９
゜住所　島根県松江市西用津町７８７番地の５８．３−
５０２氏名　着力　利之 ４、代理人 住所　大阪市北区天神橋二丁目３番１０号昭和６２年５
月６日付（全送日６２．５．２６　）補正の内容 （１）願書中発明者「国松孝男」の住所を「滋賀県栗太
郡栗東町大字霊仙寺２４番地の２５Ｊと補正します。 （２）明細書第２０頁第７行目の「斜視図、第８図は」
とあるのをｒ斜視図、第７図は第５図の部分拡大図、第
８図は」と補正します。 理由 発明者の住所の補正については別紙理由書の通り。 添付書類の目録

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、通気性及び透水性に優れた土壌層或いは土壌集団と
   、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或いは土壌集団を組み合わせ
   た多段式土壌浄化層を備えたものにおいて、通気性及び
   透水性に優れた土壌の一部または全部にゼオライトを用
   いることを特徴とする土壌を用いた汚水浄化装置。 ２、浄化層の上方に配置する被覆土壌層の一部特に汚水
   供給部の周囲に、ゼオライトを用いるものである特許請
   求の範囲第１項記載の土壌を用いた汚水浄化装置。