― 144 ―〔報告〕

畜産汚水を対象とした高度処理に関する研究
和波

一夫

暉之*

嶋津

(*前・環境科学研究所

１ はじめに羽田野一幸****クリオン㈱谷田貝

敦******㈱ニッチツ)

２ 調査方法硝酸・亜硝酸性窒素の水質汚染について、我が国では
1)(1) 実験装置。

硝酸性窒素除去の高度処理実験装置を養豚汚水処理

水質汚濁防止法排水基準の暫定基準が適用されている畜施設内に設置して、同汚水処理施設の処理工程水（活性産業等の窒素排水濃度が高い業種は、今後、基準を遵守汚泥膜処理水）を原水にして実験を行った。実験装置の環境基準超過率が高く、その対策が求められているするための適切な技術導入が必要である

2)。

概要を表１、図１に示す。また、実験装置の外観を図２

当研究所では、窒素除去に関して独立栄養性細菌であに示す。現在、同汚水処理施設は、日量約 100 ㎥の汚水

る硫黄酸化菌を用いた硝酸性窒素除去技術の研究を進めを固液分離後に活性汚泥法、膜処理、凝集沈殿法で処理てきた。
また､難分解性有機物質及び富栄養化の主因であしている。本実験では流量、ばっ気量、逆洗時間等の条るりんについてはメンテナンスフリーの除去技術の研究件を適宜変化させ実験を行った。実験装置 A は、インゴ3),4)。当研究所のこれらの研究成果を活用

ットを割ってブロック化した硫黄―カルシウム系脱窒材

し、硝酸性窒素およびりんを同時除去する高度処理装置を脱窒槽（第 2・3 槽）に充填し、実験装置 B は、ラシヒを開発するため、民間会社 2 社と共同研究を行った。平

リング状（直径と長さが等しい中空の円筒形の充填物）

成 16 年度は下水処理場の処理工程水（沈殿槽上澄水）をの硫黄―カルシウム系脱窒材を脱窒槽に充填した。硫黄を行ってきた5)。平成 17 年度は、畜産

酸化脱窒細菌は、栄養源となる硫黄を硝酸性窒素の酸素業の高濃度窒素排水を対象に実証試験を行ったので、そを利用して酸化し、窒素ガスは大気中に放出する。そのの結果を報告する。

際の副生物として硫酸カルシウムが生成される。

利用して実証試験を実施した

表１ 実験装置の概要
槽名称

容量

充填材等

第１槽 ： 接触ばっ気槽

0.4m3

珪酸カルシウム系ろ材を充填してばっ気

第２槽 ： 脱窒槽

0.4m3

硫黄―カルシウム系脱窒材を充填

第３槽 ： 脱窒槽

0.4m3

硫黄―カルシウム系脱窒材を充填

第４槽 ： 再ばっ気槽
各槽容量計

30.4m

珪酸カルシウム系ろ材を充填してばっ気

1.6m3
処理水量 (処理時間）

処理水量の条件

実験装置Ａ

6 月 7 日から 7 月 21 日まで

1 ㎥/日 （38 時間）

実験装置Ａ

7 月 22 日から 8 月 11 日まで

2 ㎥/日 (19 時間）

実験装置Ａ

8 月 12 日から 8 月 26 日まで

3 ㎥/日 (13 時間）

実験装置Ａ

8 月 27 日から 11 月 24 日まで

1.5 ㎥/日 (26 時間）

実験装置Ｂ

9 月 21 日から 11 月 24 日まで

1.5 ㎥/日 (26 時間）

各槽の容量（実験装置Ａ、実験装置Ｂも同じ）
原水の流入方式

流量調整型 ： 20 分後ごとに定量流入

東京都環境科学研究所年報2006

― 145 ―点線内が実験装置A,B（処理フローは共通）

膜処理水槽（処理工程水）原水槽

接触ばっ気槽脱窒槽１・２

再ばっ気槽

沈殿槽

余剰汚泥槽
逆洗水
調整池

返送水槽

図１ 実験装置の処理フロー

接触ばっ気槽（第 1 槽）と再ばっ気槽（第 4 槽）にはりんを吸着する珪酸カルシウム系ろ材（TBX）を充填し、常時エアレーションを行い、流入水中の有機物の除去および窒素成分を接触ばっ気槽で硝酸性窒素に硝化させるとともに、流入水中のりんをりん酸カルシウムとして除去する。
(2) 実験時期
実験装置 A（第 1 系施設）は 2005 年 6 月から 2005 年
11 月まで、実験装置 B（第 2 系施設）は 2005 年 9 月から2005 年 11 月まで稼動させ、1 週間に 1 回の頻度でサンプリングを行った。
図２ 実験装置の外観
３ 結果(1) 処理水質
ア 水温
原水等の水温を図３に示す。土地条件から実験装置を35地上部に設置したので、外気温の影響は大きく、実験装30

置処理水の水温は、8 月には 30℃以上まで上昇し、11 月

25には 10℃以下まで低下した。

20℃

水温

イ ＢＯＤ等

15

ＢＯＤ(Ｔ−ＢＯＤ、生物化学的酸素要求量)、Ｃ−Ｂ
ＯＤ（ＡＴＵ添加し硝化作用を抑制したＢＯＤ）
、ＣＯＤ

原水 水温
№１処理水 水温№２処理水 水温105（化学的酸素要求量）、ＤＯＣ（溶存性有機体炭素量）の06/1

経時変化を図４〜７に示す。原水のＢＯＤは 1mg/l から

7/1

8/1

9/1

10/1

11/112/1

図３ 水温変化

100mg/l 程度の大きな変動があったが、処理水は 2 mg/l前後の安定した値であった。一方、Ｃ−ＢＯＤについては原水、処理水とも 2mg/l 前後の低い値であった。

比べるとＣＯＤは、原水・処理水とも 100mg/l 以上の高原水のＢＯＤはＮＨ4−Ｎ(アンモニア性窒素)濃度とい濃度であった。ＤＯＣも原水・処理水とも 60〜90mg/lの相関性が高く（図８）、Ｃ−ＢＯＤは全期間とも低いの高い濃度であった。これは、原水に生物分解できない濃度であることから、原水のＢＯＤが高くなったのは、物質が残存し、当実験装置によっても分解できない物質

ＮＨ4−Ｎの硝化による酸素消費と推測された。ＢＯＤにが残存しているものと考えられる。

東京都環境科学研究所年報2006

― 146 ―

100
ＤＯＣ
90

12 0BOD(T- BOD)

原水 T-ＢＯＤ

80№１処理水 T-ＢＯＤ

10 0№２処理水 T-ＢＯＤ

7060mg/lmg/l80605040
原水 TOC№１処理水 TOC
№２処理水 TOC

304020201006/1

06/1

7/ 18/ 19 /1

1 0 /111 /112 / 18/1

7/1

図４ ＢＯＤ

9/1

10/1

11/1

12/1

図７ ＤＯＣ

1 205№１処理水 C-ＢＯＤ

1 00№２処理水 C-ＢＯＤ

4

原水 T-ＢＯＤ
原水 NH4-NＴ- BODとNH4 -Nの濃度変化

原水 C-ＢＯＤ

C - BOD

80

mg/l

mg/l

32604012006/1

7/1

8/1

9/1

10/1

11/1

12/1

06/1

7 /1

図５ Ｃ−ＢＯＤ

8/1

9/ 110/1

1 1/112/1

図８−１ Ｔ−ＢＯＤとＮＨ4−ＮNH4 -N、T-BODの関係

180
ＣＯＤ

160120140mg/l10080
原水 ＣＯＤ№１処理水 ＣＯＤ
№２処理水 ＣＯＤ

6040

T-BOD mg/l

10012080604020020006/1

7/1

8/1

9/1

10/1

11/1

20406080

NH4 -N mg/l

12/1

図８−２ Ｔ−ＢＯＤとＮＨ4−Ｎ

図６ ＣＯＤ

東京都環境科学研究所年報

2006

100

― 147 ―ウ Ｔ−Ｎ等処理が安定した 10 月下旬以降は排水基準以下であった。

Ｔ−Ｎ（全窒素）と硝酸性窒素等の濃度経時変化を図

このように、実験後期は、実験装置 A、実験装置 B とも９、10 に、また、Ｔ−Ｎ除去率の経時変化を図 11 に示

Ｔ−Ｎの排水基準に適合した処理水を得ることができた。

す。原水のＴ−Ｎ及び硝酸性窒素等の濃度は 9 月下旬から 10 月上旬にかけて上昇し、これに対応して処理水のＴ全窒素除去率−Ｎも上昇した。原水のＴ−Ｎが上昇したのは、秋期の100

３m3/日２m3/日

90

養豚生産ライン増加に伴う負荷量増加が原因と考えられ１m3/日１．５m3/日

80

る。

70

逆洗1時間1室1分に変更％

60

第1系除去率％

脱窒材補充50
第2系除去率％40

25 030

原水 T-N№１処理水 T-N
№２処理水 T-N

第１室のバッキ停止

T- N
20

20 0

逆洗浄直後に採水

10

15

16

1718

11月24日

1411月8日

1311月16日

11月1日

12

10月27日

1110月20日

1010月13日

99月29日

810月6日

9月1日

79月8日

8月25日

69月20日

8月18日

58月4日

48月11日

37月21日27月28日7月7日

1

7月14日

mg/l

15 0

6月23日

019202110 0

図 11 Ｔ−Ｎ除去率の変化

5006 /1

7 /1

8/1

9/ 1

10 /1

11 /1

1 2/1

エ Ｔ−Ｐ
Ｔ−Ｐ（全りん）濃度の経時変化を図 12 に、除去率

図９ Ｔ−Ｎの経時変化を図 13 に示す。原水のＴ−ＰはＴ−Ｎと同様に 9 月下旬から 10 月上旬にかけて上昇した。
これに対し、処理水のＴ−Ｐは処理水のＴ−Ｎのようには変化せ250
原水 NOX-N№１処理水 NOX-N№２処理水 NOX-N

200

ず、原水濃度が高くても処理水濃度は 30 mg/l 前後の安NOx- N定した値であった。実験装置 A のＴ−Ｐ除去率は、図 13に示すとおり、実験後期は 40％以上を維持した。ただし、m g/ l

150

Ｔ−Ｐの排水基準と照らし合わせると、実験装置 A の処
100理水の多くは、排水基準 16mg/l を超える濃度であった。
実験装置 B は 9 月下旬から稼動させたが、稼動初期と終50期を除いて排水基準以上の濃度であった。なお、実験に

06/1

7/1

8/1

9/1

10/1

11/1

12/1

用いた原水は、養豚汚水処理施設の凝集沈澱処理する前
図 10 ＮＯＸ−Ｎの処理工程水であり、この実験処理水が直ちに放流水となるわけではない。実験処理水は原水と比べてＴ−Ｐ濃実験装置 A のＴ−Ｎ除去率は、図 11 に示すとおり流度が低く、除去率も 40％以上あることから、同処理施設量増加にともなって低下した。この対策として流量を 8へのＴ−Ｐ負荷量を下げる点で当実験装置は有効である。

月下旬以降 3 ㎥/日から 1.5 ㎥/日に下方設定し、脱窒材を補充した結果、除去率は上昇した。秋期からの水温低下にともなって除去率は低下すると予測していたが、11月の水温低下時期であっても除去率は 50％以上を維持した。Ｔ−Ｎの排水基準 120mg/l と照らし合わせると、実験装置 A の処理水は、実験期間中すべて排水基準以下であった。実験装置 B は、9 月下旬から稼動させたが、東京都環境科学研究所年報2006

― 148 ―16090

原水 T-P№１処理水 T-P
№２処理水 T-P

T-N 第1系施設
11月1日
11月8日
11月16日
11月24日

14070

12060

100mg/L

mg / l

80

T- P

50

80

4060
3040
20

20

1000
6/1

7/1

8/1

9/1

10/1

11/1

12/1

原水

図 12 Ｔ−Ｐ

第１槽出口

第２槽出口

第３槽出口

処理水

図 14 槽別の窒素Ｔ−Ｎ濃度

第1系施設のT-P除去率、水温T-N流入量とT-N除去量
20080

18070

16060

除去率％

40原水水温℃

30

処理水水温℃

T-N除去量 g/日

1405012010080
7/21602040

1006月23日
18/258/1820
7月21日
48月11日
79月1日
109月29日 10月20日
131611月8日
190050100

150200250300350400T-N流入量 ｇ/日

図 13 Ｔ−Ｐ除去率と水温
図 15 Ｔ−Ｎ流入量と除去量(2) 窒素及びりんの除去能
T-P流入量とT-P除去量

ア 槽別のＴ−Ｎ濃度

100

除去率が安定した 11 月の槽別Ｔ−Ｎ濃度変化を図 1490に示す。第 1 槽（接触ばっ気槽）出口、第 2・3 槽（脱窒80

窒素除去の約 7 割が第 2 槽（脱窒槽）で行われていることが確認された。

70
T-P 除 去 量 g/日槽）出口、第 4 槽（再ばっ気槽）出口の濃度変化から、

7/2160508/25408/1830

イ 窒素及びりんの流入量と除去量の関係

20

前述のとおり、Ｔ−Ｎの除去率は、流量・逆洗時間等の条件を一定にした 10 月下旬以降は、水温が 10℃程度

100020まで低下しても、除去率の大幅な低下はなかった。
一方、406080100
T-P流入量 ｇ/日

120140160

図 16 Ｔ−Ｐ流入量と除去量

6 月から 10 月下旬までは、流量設定を適宜変化させたのと、原水の濃度も変動したことから、除去率に大きな変動があった。そこで、本処理装置の除去能力を判断するあり、8 月 18 日と 8 月 25 日の検体は、流量を 3 ㎥/日（処ために流入量と除去量との関係を検討する。

理時間 13 時間）に設定した脱窒素・脱りん材との接触時

Ｔ−Ｎ及びＴ−Ｐの流入量と除去量を図 15、16 に示間が他に比べて短くした時のものであることから、このす。
図中の 7 月 21 日の検体は逆洗直後に採水したもので3 回のデータを除いて考察すると、Ｔ−Ｎ及びＴ−Ｐの東京都環境科学研究所年報2006

― 149 ―流入量と除去量は正の相関傾向が見られる。
このことは、

4) 嶋津暉之ら：高度処理型小型合併処理浄化槽の研究、流量が 1 ㎥/日から 2 ㎥/日の範囲（処理時間で 19〜38

東京都環境科学研究所年報 1998, pp.195-204 (1998)時間）であれば、Ｔ−Ｎ及びＴ−Ｐの流入量が増加する

5) 和波一夫ら：硝酸性窒素等の高度処理装置の開発に関と除去量も比例して増加することを示している。

する研究、東京都環境科学研究所年報 2005, pp.257-260(2005)

４ 検討課題(1) 脱窒材の改良
実験装置 A は、硫黄―カルシウム系脱窒材はインゴッ
トを割ってブロック化（大きさは、こぶし大）したもの
で、単位重量あたりの表面積が比較的小さい。単位重量あたりの表面積が大きい形状に成型した硫黄―カルシウ
ム系脱窒材を用いれば、窒素除去率の大幅な向上を期待できると考えて、ラシヒリング状の硫黄―カルシウム系脱窒材を開発し実験装置Ｂに充填したが、その除去率は実験装置Ａに比べ低かった。これは、ラシヒリング状の細く入り組んだ表面に生物膜が付着して定期的な逆洗だけでは生物膜の剥離が十分に行えないことが原因のひとつとして考えられる。硫黄との接触面積を大きくしながら、かつ、生物膜の剥離を容易に行える脱窒材の開発が今後の課題である。
(2) 脱りん材の改良
りんの除去率は概ね 40〜75％であったが、高濃度の汚水を排水基準以下に処理するためには、より高い除去率を確保する必要がある。りんの除去率を高めるためには単にりんの吸着だけでなく、晶析脱りんの現象も並行して進むように、脱りん材の改良が必要である。

謝辞
本実験装置の設置および原水の提供については、Ｆ養豚会社の多大なご協力をいただいた。採水作業等の現地調査は群立機器株式会社：篠崎秀明氏、渡辺是文氏が担当された。ここに関係各位に深く感謝の意を表します。

参考文献
1) 田瀬則雄：硝酸・亜硝酸性窒素による水質汚染の現状と動向、水環境学会誌, Vol.26,No.9, pp.546-550 (2003)
2) 田中康男：畜産業における汚水処理技術の現状と今後の展望、水環境学会誌, Vol.26,No.9, pp.557-562 (2003)
3) 嶋津暉之ら：小規模処理による難分解性有機物質の除去に関する研究、東京都環境科学研究所年報 2000,
pp.144-152 (2000)

東京都環境科学研究所年報2006