産業廃棄物等の高度利活用による省エネ型水質処理技術の開発
智田 俊雄* 小島 均* 鹿島 恭子* 井坂 昭雄*
平野 聡* 鈴木 一良** 荒川 治重** 小島 隆**
酸化地への流入水量は，１回／週の頻度でメスシリンダー

１．はじめに霞ケ浦の水質は様々な試みにかかわらず改善効果はないに等しく，年々悪化の一途をたどっているのが現状である。
水の浄化は対象とする水質によって浄化方法が異なり，対象とする水質に最適な処理法，処理システムを用いる必要があるが，既存の浄化装置では霞ケ浦のように窒素・燐による富栄養化がすすんでいる閉鎖型湖沼には向いておらず，窒素・燐の除去能力に優れた，霞ヶ浦に最適な水質浄化システ
ムの開発が必要である。
茨城水浄化技術研究会と茨城県工業技術センターは，霞ヶ浦に流入する小河川水の浄化，特に窒素，リンの除去を目的とし，微生物や植物を活用した「多自然型」，「省エネ型」「ロ－コスト」の水浄化システムにより，ＢＯＤ＝１０(mg/l)
以下ＳＳ＝１０(mg/l)以下窒素除去率＝５０％以上リン除去率＝５０％以上を目標として実験を実施し，概ね達成できたのでその結果を報告する。とストップウォッチにより計測した。固定床接触酸化水路１，２，３及び植生水路１，２，３の入口には，瞬間及び積算水量計を設置し１回／週の頻度で水量を計測した。
2) 酸化池目的とした酸化池の役割は，ＳＳを主にＢＯＤ，ＣＯＤ等の一部除去である。
酸化池の仕様は，縦５０ｍ×横１１ｍ×深さ０.５ｍで，処理水量は２７５（m3/day），滞留時間は約１日である。酸化池１にはパピルス，ケナフなどを植えた筏を面積の１/４程度設置した。
3) 固定床接触酸化水路
固定床接触酸化水路では①後段の植生水路で植物による窒素及びリンの除去を進めるためにOrgＮ及びNH4-Nの硝化［org-N，NH4-N→NOx-Ｎ］
及びOrgＰの無機化［orgＰ→PO4-Ｐ］②ＢＯＤ及びＳＳの除去（処理水質：１０mg/l以下）を処理

２．実験の方法の目的とした。固定床接触酸化水路はコンクリート製のＵ字2.1 実験施設の概要

溝を使用し，産業廃棄物から製造した異なる微生物担体を設1) 実験施設のフロ－置した。接触酸化水路の仕様は，長さ２０ｍ×幅０.６ｍ×有実験には土浦市内を流れ，霞ヶ浦に流入する小河川の一効水深０.４ｍで担体の充填割合は２０％とし，担体の充填層つである新川の河川水を使用した。

は約１ｍで水路内に等間隔で４箇所設置した。酸素の供給は実験施設のフロ－を図１に示す。新川から水中ポンプによ浄化槽用ブロワ－を用い充填層の間で曝気して行い，空気倍り汲み上げた河川水は分配槽で等分し酸化地１及び２に流率は約３倍とした。各水路は出口部を除き遮光せず藻類を自入させた。酸化地１，２の処理水は，混合槽で混ぜ合せ固然に繁殖させた。処理水量は，各水路ともそれぞれ４.８

定床接触酸化水路１，２，３に等水量で導入した。同様に（m3/day），滞留時間は約１日である。

固定床接触酸化水路１，２，３の処理水を混合槽で混合し，4) 植生水路

分配槽を通じて植生水路１，２，３に等水量で導入した。

植生水路は下記の項目の処理を目的とした。
①接触酸化水路で除去できなかったＢＯＤ，ＣＯＤ，ＳＳの除去②ＴＮ，ＴＰ除去
植生水路は，ゼオライトを充填したプラスチック製の籠に
水路１はパピルス，水路２はケナフ 水路３はハ－ブ類を植えた。また，水路１及び水路２は，平成１０年１１月より植生をクレソン及びセリに植え替え，また冬期の低温対策として，平成１０年１２月より植生水路をビニールハウスで覆い保温した。
植生水路の仕様は固定床接触酸化水路と同じくコンクリート製のＵ字溝を使用し長さ２０ｍ×幅０.６ｍ×有効水
深０.４ｍで植生籠は水路全面に設置した。処理水量は平成１０年７月中は０．４３(m3/day)で運転したが窒素及びりんの負荷が丌足し植生の生育が思わしくなかったため処理水量を１.４４(m3/day)に増加した。
2.2 実験の方法及び水質測定

図１ 実験施設フロー

前述の実験施設により新川河川水の処理を行い，酸化池，接触酸化水路及び植生水路におけるＢＯＤ，ＣＯＤ，ＳＳ，窒素及びリンの除去能力を検討した。

*

茨城県工業技術ｾﾝﾀ- **茨城水浄化技術研究会

平成１０年６月を予備運転期間とし施設の調整等を行

ＢＯＤはＲＵＮ１～２に約５(mg/l)で，ＲＵＮ3～５に５った後，同年７月から平成１１年３月までを間，下記に示す～１１(mg/l)と増加傾向が見られたが，処理目標値の１０

項目の測定を実験施設フロ－図に示す測定点で原則として（mg/l）をほぼ常時下回った。ＣＯＤは１２～１５（mg/l）

１週間に１回の頻度で行った。

でほぼ安定していた。ＳＳは変動が大きく，冬期に減尐傾向

全前実験期間を２ヶ月ごとのＲＵＮに分け，デ－タの解析はＲＵＮごとに行った。

が見られた。
ＴＮはＲＵＮ１～２に約９(mg/l)，以後５～６(mg/l)であＲＵＮ１：平成１０年 ７月から ８月った。ＴＰは冬期に向けて減尐した。

ＲＵＮ２：平成１０年 ９月から１０月

3.2 酸化池の処理結果

ＲＵＮ３：平成１０年１１月から１２月

ＢＯＤ，ＳＳ，ＣＯＤ，ＴＮ及びＴＰの処理水質と除去

ＲＵＮ４：平成１１年 １月から ２月

率を図3-1-1～図3-5-2に，水温等を表２示す。

ＲＵＮ５：平成１１年 ３月
水質の測定は下記には示す項目・方法により行った。
水温：ガラス温度計 ｐＨ，ＤＯ 電極法

表２ 酸化池１及び２の処理水水質（Ｈ10.7～Ｈ11.3）

項目
水温(℃)

透視度：JIS K0102 9.透視度
ＢＯＤ：JIS K0102 21.生物化学酸素要求量
ＣＯＤ：JIS K0102 17. CODMn
ＳＳ ：JIS K0102 4.1懸濁物質
ＴＮ ：JIS K0102 45.2紫外線吸光光度法
NH4-N：JIS K0102 45.2 イオンクロマトグラフ法
NOx-N：JIS K0102 43.2.5イオンクロマトグラフ法

酸化池 RUN1 RUN2 RUN3 RUN4 RUN5
125.921.2
10.65.3
11.1225.821.6
10.75.2
11.2
18.6
8.0
7.0
7.58.2
ｐH28.78.0
7.5
7.8
7.5
DO
1
9.1
4.3
7.5
6.6
8.3(mg/l)
29.4
4.8
10.2
7.97.7
透視度
150<43423122(cm)250<39302121

ＴＰ ：JIS K0102 46.3.1ペルオキソ二硫酸カリウム
各池はＲＵＮ１に海苔状の藻類，ＲＵＮ２では浮き草が繁分解法殖したがＲＵＮ３後半にはほぼ消失した。

PO4-P：イオンクロマトグラフ法

各池とも水温は原水とほぼ同様の値であった。ｐＨ及びＤ

３．実験結果Ｏは池内に繁殖した藻類の影響で原水よりも高い値であっ3.1 原水の水質た。透視度は実験の進行に伴い徐々に低下した。

表１に実験期間中の新川河川水（以後原水）のＲＵＮ別の酸化池１処理水のＢＯＤは2～8(mg/l) 除去率-35～60(%)，

水温，ｐＨ，ＤＯ，透視度を，図２にＢＯＤ，ＣＯＤ，ＳＳ，ＳＳは3～22(mg/l) 除去率-20～90(%)，ＣＯＤは9～15(mg/l)

ＴＮ及びＴＰの測定結果を示す。

除去率は-18～38(%)であった。ＴＮは3～6(mg/l) 除去率は4～60(%)，ＴＰは0.3～0.6(mg/l)除去率は16～60(%)であった。

表４ 新川河川水の水質（Ｈ10.7～Ｈ11.3）
項

酸化池２処理水のＢＯＤは3～14(mg/l) 除去率は-74～目

RUN1

RUN2RUN3

RUN4RUN5水 温 ( ℃ )

25.0

21.2

11.26.310.744(%)，ＳＳは5～20(mg/l) 除去率は-53～80(%)，ＣＯＤは11ｐＨ

7.2

7.8

7.4

7.3

7.6～15(mg/l) 除去率は-16～26(%)であった。ＴＮ は3 ～Ｄ Ｏ ( mg/l )

5.0

6.7

8.8

7.6

7.16(mg/l)

透 視 度 ( cm )

24.6

25.3

28.4

19.9

19.9

去率は10～60(%)であった。

除去率は2 ～ 53(%) ，Ｔ Ｐ は0.3 ～0.6(mg/l) 除

両酸化池とも，いずれの項目でもＲＵＮ１及び２では高い除去率を示したがＲＵＮ３～５では急激に悪化しほとんど除去できず，特にＳＳは溢流し（ＲＵＮ３，４），特に酸化地２では顕著であった。これは，池内に沈降した汚泥（沈殿したＳＳや死滅した藻類）が強い季節風により攪拌された水流によってまき上げられたためと考えられる。しかし，植生筏を設置した酸化地１ではこの現象がかなり抑えられた。また，両酸化池の処理性能を比べると，いずれの水質項目でも植生筏を設置した酸化池１が優れていた。
実験期間中に微生物処理に大きな影響を及ぼす水温の変
図２ 新河河川水の水質：ＢＯＤ,ＳＳ，ＣＯＤ,ＴＰ（Ｈ10.7～Ｈ11.3）

化（平均水温がＲＵＮ3で１５℃を下まわった）がＲＵＮ2と水温は，ＲＵＮ１～2は２０℃台，ＲＵＮ３と５は１０℃と考えられ，また，酸化池内の藻類変化が大きく影響してい台，ＲＵＮ4では６℃あった。ＲＵＮ3～ＲＵＮ5は微生物のると推測され，ＲＵＮ１及びＲＵＮ２で各水質項目の除去が活動が低下すると考えられる。ｐＨは７台で安定していた。

進んだのは，酸化池内に繁殖した藻類による部分が大きいとＤＯはＲＵＮ１～２では５～６(mg/l)，ＲＵＮ3～５では７～９(mg/l)で酸化池入口での曝気の必要はなかった。透視度は２０ｃｍ台で安定していた。

ＲＵＮ3の間に起こり，これを境にして処理特性が変化した考えられる。

3.3 固定床接触酸化水路の処理結果あるが，定性的に硝化やリンの無機化が進行したと考えられ，固定床接触酸化水路に導入した酸化池処理水のＢＯＤ等の測定結果を表３に示す。
ＢＯＤ，ＣＯＤ及びＳＳは実験期間後期に向け増加傾向であった。ＴＮはＲＵＮ１，２では3(mg/l)台であったがＲＵＮ３～５では4～6(mg/l)に増大した。ＴＰは概ね0.3～0.6(mg/l)

植生水路での窒素・リンの除去の前処理として有効である。
3.4 植生水路の処理結果
植生水路に供給した固定床接触酸化水路処理水の水温等を表５に，ＢＯＤ等の値を表６に示す。

であった。

表５ 固定床接触酸化水路処理水の水質表３ 酸化池処理水水質：ＢＯＤ，ＳＳ，ＣＯＤ，
形態別Ｎ及びＰ（H10.7～H11.3）単位（ｍｇ／ｌ）
RUN1ＢＯＤRUN22.42.3RUN4
11.6（Ｈ10.7～Ｈ11.3）
目

RUN1

RUN2

RUN3

RUN4

RUN5

水 温 ( ℃ )

25.3

21.0

10.1

5.2

10.8

RUN5ｐＨ

9.0

8.5

7.7

7.7

8.0

7.7

Ｄ Ｏ (mg/l)

8.0

8.7

11.6

8.8

8.4

透視度 (cm)

50<50<50<4126

ＳＳ

10.2

8.8

12.4

16.0

ＣＯＤ

4.5

7.8

17.1

22.5

ＴＮ

3.48

3.32

6.14

4.78

ＮＨ４＋org-N

2.68

1.81

3.13

2.87

Nox-N

0.80

1.51

3.01

1.90

ＴＰ

0.44

0.27

0.64

0.45

org-P

0.20

0.21

0.46

0.43

項

水温はＲＵＮ1～２では２０℃台，ＲＵＮ３で１０℃台からＲＵＮ４で約５℃と低下した後ＲＵＮ５で約１０℃となった。ｐＨはＲＵＮ１～２で８台がＲＵＮ3，ＲＵＮ4で７台となった。ＤＯは，実験期間を通じて概ね８(mg/l)以上であり，固定床接触酸化水路で十分にＤＯが供給されていれば，ＢＯＤ，ＣＯＤ，ＳＳ，ＴＮ及びＴＰの水路別の実験期間同処理水の再曝気の必要はないと考えられる。

中の平均水質処理水質を表４に示す。各水路の処理水質はほぼ同じであるので，各水路の処理能力にはほとんど差異がな

表６ 固定床接触酸化水路処理水水質：ＢＯＤ，ＳＳ，いと考えられるので，固定床接触酸化水路の処理特性についＣＯＤ，形態別Ｎ及びＰ（H10.7～H11.3）ては水路３の結果で代表する。
RUN1-7 RUN1-8

表４ 固定床接触酸化水路の処理水平均水質（Ｈ10.7～Ｈ11.3）単位（ｍｇ／ｌ）

RUN2

RUN3

RUN4

RUN5ＢＯＤ

1.5

1.3

1.7

3.54.54.5

ＳＳ

1.0

3.9

0.8

1.6

4.5

9.1

ＣＯＤ

9.4

8.0

6.6

6.7

7.9

12.4

項目ＢＯＤ

ＳＳＣＯＤ

ＴＮ

ＴＰ

水路１

2.9

3.2

8.2

3.53

0.30

ＴＮ

1.99

3.39

2.54

4.35

5.05

3.63

水路２

2.9

2.9

7.9

3.59

0.29

ＮＨ４＋org-N

1.65

2.19

0.98

1.14

1.546

1.73

0.29

NOx-N

0.34

1.20

1.31

3.21

3.48

1.89

ＴＰ

0.28

0.37

0.17

0.32

0.36

0.35

org-Ｐ

0.07

0.12

0.07

0.11

0.18

0.30

ＰＯ４－Ｐ

0.21

0.25

0.10

0.21

0.18

0.05

水路３

2.9

2.0

7.6

3.34

固定床接触酸化水路３の処理水水質と除去率を
図4-1～図4-5に示す。
固定床接触酸化水路３処理水のＢＯＤは1～4(mg/l) 除去率30～70(%)，ＳＳは6～10（mg/l）除去率70～90(%)，ＣＯＤは1～4（mg/l）除去率13～43(%)であった。処理水ＴＮは2～5

植生水路に供給した固定床接触酸化水路処理水のＢＯＤ（mg/l）除去率は20～40(%)であった。ＴＰは0.2～0.3（mg/l）は1.5～4.5(mg/l)でＲＵＮ５に向かいやや増加傾向であった。

除去率は20～50(%)であった。

ＳＳは1～9(mg/l)，ＣＯＤは7～12(mg/l)であった。ＴＮは2～

硝化の指標として酸化池処理水のNOx-N／ＴＮ比及び固5(mg/l)で，植生水路で主に除去されるNOx-Ｎは0.3～3.5(mg/l)

定床接触酸化水路のNOx-N／ＴＮ比とNOx-N濃度を図4-6にであった。ＴＰは0.17～0.37(mg/l)で，植生水路で主に除去さ示す。NOx-N／ＴＮ比を比較すると固定床接触酸化水路のれるPO4-Ｐは0.05～0.25(mg/l)であった。

NOx-N／ＴＮ比が実験期間を通じて酸化池処理水より高く，ＲＵＮ４を除き酸化池処理水NOx-Ｎを上回り，固定床接触酸化水路内で硝化が進行していたと考えられる。
同様にリンの無機化の指標として酸化池処理水のPO4-Ｐ／ＴＰ比及び固定床接触酸化水路のPO4-Ｐ／ＴＰ比とPO4Ｐ濃度を図4-8に示す。PO4-Ｐ／ＴＰ比を比較すると固定床
接触酸化水路のPO4-Ｐ／ＴＰ比が実験期間を通じて酸化池処理水より高く，酸化池処理水PO4-Ｐを上回り，固定床接触各植生水路のＢＯＤ，ＣＯＤ及びＳＳの処理水水質と除去率を図5-1-1～図5-3-3に示す。
処理水のＢＯＤは，各水路とも処理水質は実験期間通じて1～2(mg/l)であった。同じくＳＳは1(mg/l)前後，ＣＯＤは4～7(mg/l)であった。
ＢＯＤ，ＣＯＤ及びＳＳの除去に関しては，各水路間の差異はほとんどないと考えられる。
また，植生の植え替えを行った植生水路１，２のＲＵＮ２

酸化水路内でリンの無機化が進行していたと考えられる。とＲＵＮ３間に処理水質及び除去率等の大きな変化はみら

今回の実験では固定床接触酸化水路内では担体に着いたれないので，ＢＯＤ，ＣＯＤ，ＳＳについては植替えの影響

微生物や水路内に繁殖した藻類，担体によるＳＳの濾過等複数の除去機構が平行して起こるため定量的な把握は困難ではほとんどないと思われる。

ＴＮ及びＴＰの水路別の処理水水質と除去率を図5-3-1～
図5-3-3に示す。

能力が酸化池２と比較し酸化池と植生の併用の有効性を確認できた。

植生水路１処理水のＴＮは1～2(mg/l)除去率はＲＵＮ１-7

産業廃棄物を原料とした微生物担体を用いた固定床接触を除き16～77（%)で，ＲＵＮ１-8に最大値を示した。ＴＰは酸化水路は，硝化やリンの無機化が低水温期でも進行し，植0.04～0.12(mg/l) 除去率は25～90（%）であった。

生による窒素やリンの除去の前処理として有効であるばか植生水路２処理水のＴＮは1～3(mg/l)除去率はＲＵＮ１-7を除き35～65（%)で，ＲＵＮ１-8に最大値を示した。ＴＰは0.08～0.22(mg/l)除去率は20～80(%)であった。

りでなくＴＮ／ＴＰの除去能も持ち，簡易な処理ではあるが河川水等の低負荷水浄化に有効であることを確認した。
植生水路は，NOx-Ｎ及びPO4-Ｐの除去を主に考えたがＢ

植生水路３処理水のＴＮは2～5(mg/l)除去率はＲＵＮ１-7ＯＤやＣＯＤも除去でき，低負荷の河川水等の浄化に有効でを除き40～60（%)，ＴＰは0.07～0.27(mg/l) 除去率は40～75ある。しかし，水温の変化（季節）の影響及び植生の種類に（%）であった。

より窒素・リンの除去能が変化し，年間を通じて安定した処

ＴＮ及びＴＰ除去能力は植生水路１がやや除去能力が高く，水路２，３は同様の能力であった。
季節（水温，気温）の影響は，ＴＮ除去能は植生の成長期であるＲＵＮ１，２に各水路ともピ－クを示し，水温（気温）が低下し始めるＲＵＮ３以後は半減するが，ＴＰ除去能はＴＮほどの変化は見られなかった。

４．考察

実験施設全体の処理水水質と除去率を除去性能の高かった系［酸化池１→固定床接触酸化水路３→植生水路１］の実験結果から除去能の高いＲＵＮ２と低い場合のＲＵＮ４の実験結果を用いＢＯＤ，ＳＳ，ＣＯＤの結果を図6-1～6-3にＴＮ，ＴＰを図6-4～6-5に示す。
ＢＯＤは原水とした新川河川水のＢＯＤ濃度が５～１０(mg/l)と低かったこともあり目標水質の１０(mg/l)を下まわった。また，低濃度にも拘わらず約８０％の除去率であった。
ＳＳは目標水質１０(mg/l)を下回り，除去率も９０％以上であった。ＣＯＤは約５(mg/l)，除去率が６０％であった。
ＴＮは，水温が高く植物の生育が良いＲＵＮ２では約８０％の除去率であったが水温が低下し，また冬季のＲＵＮ４
では除去率は６０％と低下した。

理が難しいが，水路の保温や植物の選択・組み合わせを検討することでより効率的で安定した処理が可能であると考えられる。
今回の実験で効果の高いと考えられる組み合わせを下記に示す。
■ 酸化池 ：酸化池１ 植生筏付き■ 接触酸化水路：水路②：チュラルテック製担体③：ＪＩＫ製担体（アクセラ）■ 植生水路 ：初夏から秋：パピルス又はケナフ，初冬から冬：ハ－ブ，クレソン等
今回の実験で，［酸化池，接触酸化水路，植生水路］を組み合わせた多自然型の汚濁河川水浄化法が，ＴＮ／ＴＰの除去だけではなくＢＯＤやＣＯＤの除去にも有効であることが判明した。
今後は今回の実験で取得した知見を基に実システムの開発に向け，メンテナンスやランニングコスト算出のための実証施設での実験を行う計画である。

謝 辞
この研究の実施に当たり懇切な御指導を頂いた筑波大学
応用生物学系 松村正利教授，同農林工学系 前川孝昭教授，

ＴＰは水温が高く植物の生育が良いＲＵＮ２，水温が１

茨城大学広域水圏環境科学教育研究センタ－三村信男教授

０℃を割ったＲＵＮ４とも約８０％の高い除去率であった。

同工学部都市システム工学科 神子助教授，農林水産省 農

これらの事からＢＯＤ，ＣＯＤ，ＳＳ，ＴＰについては，業研究センター 水質保全研究室 尾崎保夫室長 並びに新実験施設と同等の処理システムで新川河川水と同等の水質川実験場の使用をご許可くださいました建設省霞ヶ浦工事であれば当初の目標を満足できると考えられる。

事務所様 ほか地域の皆様にこの場をお借りして感謝申し

また，ＴＮ除去能を向上させるためには植物が生育しにくあげます。

い冬期の対策が必要である。

５．まとめ[参考文献]

酸化池は，池内に生育する藻類による浄化がかなりの割合

1) Journal of JSES Vol.23,No.1,18～23(1997)を持つと考えられ，水温が大きく低下するＲＵＮ２とＲＵＮ

2) 担体利用処理法技術マニュアル1994年度版

３後半に各項目の除去能力が低下した。特にＲＵＮ４ではＳ（（財）下水道新技術推進機構）

Ｓの溢流が起こったが，植生筏を設置した酸化池１では酸化3) 最新高度水処理技術，(1999)（エヌ･ティ－･エス）

池２と比較しＳＳの溢流を抑制でき，他の実験期間での除去