Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
2h/2h の短い非ばっ気時間では異なるが、非ばっ気工程を短時間サイクルで組み込むことで、 $ N_{2}O $ 、 $ CH_{4} $ 放出量、転換率を大幅に低減可能である、といったことが明らかとなった（表 B）。また、後者を実現するためには、蓄電池、タイマー等を組み込むことで十分に対応可能と考えられた。

次いで、2基の実機浄化槽を用いて、屋外実証試験を実施した。浄化槽は鉄電解脱リン方式浄化槽を採用した。BOD:200 mg・L^{-1}、T-N:45 mg・L^{-1}、SS:160 mg・L^{-1}に調整した実生活排水を、13:00～20:00と23:00～4:00に流入させた。両浄化槽とも、散気：70～75 L・min^{-1}、循環：12L・min^{-1}、電解槽散気：15L・min^{-1}にばっ気量を設定してあるが、浄化槽Aは省エネルギー運転として、流入のない4:00～8:00に散気用プロアを停止させた。また、これに続く実験として、各浄化槽のプロワをそれぞれ上記の3機能を兼ねるばっ気量60L・分^{-1}の1台とした上、浄化槽Aについてはブロワのon/offが45分/15分の間欠ばっ気運転を行った。夾雑物除去槽、嫌気ろ床槽、接触ろ床槽、処理水槽から試料を採取し、各種分析結果を解析した。

春季～秋季の温暖期においてはばっ気停止運転、間欠ばっ気運転等の導入により、ブロワ等の消費電力の削減に加え、污水処理性能の維持及び$\mathrm{N}_{2}\mathrm{O}$、$\mathrm{CH}_{4}$ 発生抑制の観点からも、一定の導入効果が期待できると考えられる。今後の課題としては、冬季の低水温時における窒素除去性能の確保と、それに付随しての$\mathrm{N}_{2}\mathrm{O}$ 発生抑制に関する研究開発が、特に挙げられる。本研究成果により、浄化槽の生物膜法での間欠ばっ気の有効性・重要性が明らかとなり、今後の展開が期待される。

表 B ラボスケール実験におけるガス収支

N₂O	CH₄
運転条件	24h当り放出量	N₂O-N転換率(流入N当り)	N₂O-N転換率(除去N当り)	24h当り放出量	CH₄-C/BOD比(流入BOD当り)	CH₄-C/BOD比(除去BOD当り)
mgN·day⁻¹	%	%	mgC·day⁻¹	%	%
cont.	20.1	1.2	4.0	338.0	7.8	8.5
18h/6h	58.0	3.3	12.7	196.5	4.5	4.9
12h/12h	297.9	17.1	39.5	173.6	4.0	5.1
6h/6h	6.7	0.3	0.6	51.4	0.9	0.9
4h/4h	4.6	0.2	0.4	8.7	0.2	0.2
2h/2h	4.6	0.2	0.4	5.8	0.1	0.1

## サブテーマ 4 省エネルギー方式浄化槽の処理機能解析に基づく技術の開発に関する研究

(社団法人福島県浄化槽協会)

閉鎖性水域の水質改善のため、昭和60年に湖沼法が施行され、BOD等の有機物質や窒素・リン等の栄養塩類の流入削減が求められた。湖沼における全リンの環境基準達成率 $ ^{14)} $ は、ここ数年50％代で推移している。特に近年は、湖沼等の閉鎖性水域や水道水源地域において、個別住宅である一般家庭においても窒素及びリン除去型浄化槽の設置が求められている $ ^{15)} $ 。既往の小型浄化槽におけるリン除去手法については、吸着法 $ ^{16)-18)} $ 、鉄材浸漬法 $ ^{19)-21)} $ 、鉄電解法 $ ^{22)-25)} $ 等の独自技術の適用を検討したケースがある。
これらの既往研究では、長期に渡ってリン除去効果が持続しないことや、後段に新たに槽や散気装置を設ける必要がある事、要求電力の増加等が指摘されている。その中で、鉄電解脱リン法が小型合併処理浄化槽においては唯一の脱リン法として実用化されている。一般家庭用の窒素及びリン除去型浄化槽は、平成14年にフジクリーン工業(株)からCRX型が製造・販売されたが、全国で現在使用されている合併処理浄化槽314万基 $ ^{26} $ に占める割合はごく僅かである。

本研究では、追加電力を要しないペレット型リン除去剤を用い、リン除去効果、およびBOD、窒素を含めた栄養塩類の除去能に対する影響解析を行った。また、併せて $ CO_{2} $ 排出量の低減効果について省エネルギー化、低炭素化の観点から鉄電解脱リン法との比較解析を行った。

一般家庭に設置された浄化槽で、鉄電解法によるリン除去装置の処理機能の解析評価を前試験として行い、併せて、同施設の四季変動による生物相の変化を解析した結果、処理水 BOD については概ね所期の性能を確保できた。T-N 濃度については、全測定時において、目標である $ 10mg\cdotL^{-1} $ 以下を達成されており、季節変遷を通して所期の性能を充足していることが明らかとなった。T-P 濃度については、鉄電解法によるリン除去効果の季節変遷を通してみた場合、平均 $ 1.4mg\cdotL^{-1} $ と、概ね所期の性能を満足しており、その際、電流値の設定、および鉄電極の交換など維持管理が適正に行われることの重要性が示唆された。また、ベンチスケール試験におけるペレット型リン除去剤の機能解析においては、リン除去効果と併せて、有機物、窒素の同時除去を考えた場合、嫌気槽への酸素持ち込みによる窒素除去不足の生じる可能性が示唆され、循環比の設定が重要であることが示唆された。これにより、BOD、T-N、T-P ともに目標水質を達成可能なことが示された。

次いで、同浄化槽において、鉄電解法に替えて、電力を要しないペレット型リン除去剤を導入し、脱リン効果解析をPhase I～Phase IIIとして行った。その結果、リン除去性能に関しては、添加を開始した夏季の25℃以上と水温の高かった時期に関しては目標水質であるT-P濃度1mg·L $ ^{-1} $ 以下が達成された。しかし、その後水温が低下するとともにペレット型リン除去剤の溶解量が低下し、溶解量不足となることがわかった。また、ペレット型リン除去剤の添加によるBOD除去性能への影響は無いと考えられた。T-Nに関しては、期間を通して概ね10mg·L $ ^{-1} $ 以下を達成していることがわかり、また、形態別窒素濃度からみた場合、アンモニア態窒素はほぼ変わらず、硝化反応が適正に進行していることが示唆された。また、亜硝酸・硝酸態窒素は冬季に若干の上昇がみられたものの、循環比の引き下げ変更があったことを考慮すると妥当な値であり、総じて硝化脱窒反応による窒素除去は良好であった。

上記の特に低水温期に溶解量不足となる結果を踏まえ、循環装置の循環管を改造し、溶解筒を合計6本設置して実験を試みたPhase IVの結果、夏季から冬季にかけてペレット型リン除去剤の溶解量は、80g·day $ ^{-1} $ 以上を確保でき、T-P濃度は1mg·L $ ^{-1} $ 以下を達成することができた。この結果より、ペレット型リン除去剤の添加モル比は1.4以上でT-P濃度1mg·L $ ^{-1} $ 以下を達成できることが明らかとなった。この添加濃度におけるBOD、窒素除去能は、夏季から冬季にかけて大きな差は認められなかった。以上のことから、ペレット型リン除去剤は、合併処理浄化槽において、水温を指標とした浸漬深さの調整等により溶解量を適性に維持することにより、鉄電解脱リン法と同等のリン除去能を確保し、同時にBOD、窒素除去機能を保持可能なことが示唆された。

なお、サブテーマ4では、鉄電解脱リン法が電力を消費するのに対して、この電力消費を必要としない、ペレット型リン除去法を用いた無動力方式でリン除去を行った。これらを$\mathrm{CO}_{2}$ 排出量で比較すると、鉄電解脱リン法の$9.74\ \mathrm{kgCO_{2}}\cdot\mathrm{年}^{-1}\cdot\mathrm{人}^{-1}$ に対し、ペレット型リン除去法では$1.83\mathrm{kgCO_{2}}\cdot\mathrm{年}^{-1}\cdot\mathrm{人}^{-1}$ とな
り、鉄電解法と比較して約 81％を削減した省エネ運転下で高度処理が可能なことがわかり、本システムの普及展開が期待された。

## サブテーマ 5 省エネルギー方式低動力型対応充填担体技術の開発

(フジクリーン工業株式会社)

低炭素社会創造のための取り組みが、あらゆる分野において強化されている。浄化槽においてもブロワの消費電力が基準値以下の製品が低炭素社会対応型浄化槽として認定され、その整備に対して助成制度が設けられている $ ^{27} $ 。一方、閉鎖性水域における富栄養化対策は、依然として重要な課題であることから、生活排水中の窒素やリンを除去可能な高度処理型浄化槽の普及促進が期待されている。つまり、省エネルギー化と高度処理化の両立に対する社会的ニーズが高まりつつあるといえる。

浄化槽のばっ気装置には、処理に必要な酸素要求量を満たすのに十分な空気量を送気する機能に加えて、好気槽内の污水を均等に攪拌できる機能が求められる $ ^{28)} $ 。省エネルギー化を考えた場合、酸素要求量を満たす範囲で空気量を削減するアイデアを最初に思いつくが、空気量を削減すると同時に攪拌強度まで低下して浄化槽の機能に悪影響が出る可能性がある。そこで、一定以上の攪拌強度を維持したまま空気量を削減する技術として、間欠ばっ気運転による省エネルギー化が注目されている。中野らは、家庭用浄化槽の夜間間欠ばっ気運転による省エネルギー化と水質への影響について調査し、流入負荷が比較的低い物件においては1日のうち6時間ばっ気を停止しても処理水質に影響がなかったと報告している $ ^{29)} $ 。さらに、夜間だけでなく昼間も含めて1日のうち10時間ばっ気を停止させる間欠運転を行い、実使用人員比が0.4以下であれば水質に影響がなかったとされている $ ^{30)} $ 。これらの結果から、間欠運転を導入して省エネルギー化を実現できる可能性がありそうだが、流入負荷が正確に把握されているわけではなく、またばっ気停止時間と処理性能の関係も不明なため、実際の浄化槽の設計に応用できるデータは得られていない。

そこで、本研究では、好気処理槽に接触ろ床方式を採用した5人槽規模の実大試験槽を試作し、構造の最適化と間欠ばっ気運転導入の実現性について検討することにした。接触ろ床槽は、網様ロール状ろ材をランダムに充填することで、微生物を多く集積するとともに、散気装置からの気泡がろ材に衝突し、気泡が微細化されることによる酸素溶解の効率向上を意図した設計とした $ ^{31)} $ ， $ ^{32)} $ 。処理性能を評価するにあたっては、流入负荷が完全にコントロールされた原水を、浄化槽性能評価試験方法の流入パターンに従って流入させることで、性能の評価を厳密に行うとともに、実際の浄化槽の設計に応用可能なデータを収集した。

本試験の結果から、接触ろ床方式を採用し、嫌気ろ床槽の構造を最適化することで、水温が13℃と20℃の両条件において、ばっ気風量が45L・分 $ ^{-1} $ （連続ばっ気）という少風量であってもBOD、T-N、SS≤10mg・L $ ^{-1} $ という高度処理型の水質を達成できる可能性が示された。このとき、エアリフトに利用する風量を含めた総風量は約60L・分 $ ^{-1} $ であった。さらに、間欠ばっき運転の1サイクルを70分に固定し、ばっ気停止時間を10～40分の4段階に変化させることで、ばっ気停止時間が処理性能に及ぼす影響を詳細に把握した結果、ばっ気停止時間を20分以内にすれば処理性能に悪影響を及ぼさないことが分かった。この場合、間欠運転によって最大で29％のばっ気時間（=ブロワ運転時間）を削減できることになる。以上の結果を適用すると、従来機種の110L・分 $ ^{-1} $ に対して、ブロワ風量を60L・分 $ ^{-1} $ に削減し、さらにブロワ運転時間を29％削減できることになり、トータルで消費電力量を約61％削減できる可能性が明らかとなった。
ブロワの消費電力については、本研究で得られた風量60L・分 $ ^{-1} $ を供給するためのブロワの消費電力を見ると、1984年時点では105W（50Hz）/110W（60Hz）であったのに対し、1990年時点では59W（50Hz、60Hz）、2006年時点では47W（50Hz、60Hz）まで削減されている $ ^{33)} $ 。その後、2010年度から低炭素社会対応型浄化槽整備推進事業が実施され、省エネブロワを用いた浄化槽の設置に対して助成制度が設けられ、省エネ型浄化槽の設置がさらに加速された $ ^{34)} $ ， $ ^{35)} $ 。本研究においては、ブロワ風量の削減だけでなく、ブロワ自体の消費電力削減についても研究を重ね、従来のフェライト磁石よりも強力なネオジム磁石を使用することで、60L・分 $ ^{-1} $ ブロワの消費電力を33Wまで低減することに成功した。これは1990年度比で44%の削減となる。

このように、浄化槽におけるこれまでに開発されてこなかった、低ばっ気動力ブロワ及び好気槽等の担体充填比率等の適正化による硝化脱室能の向上に基づく省エネ化が達成でき、普及展開が期待される。

## サブテーマ6 地域特性を踏まえた浄化槽の消費エネルギー解析と省エネシステム管理技術

(公益財団法人日本環境整備教育センター)

全国浄化槽推進市町村協議会（全浄協）に回収された管理票の件数から求めた設置基数の推移は、嫌気ろ床接触ばっ気方式の設置が平成9年度をピークに減少に転じており、その後、性能評価型浄化槽の設置が増加している。性能評価型浄化槽のうちBODのみを除去対象とする方式は大部分が小容量型浄化槽に分類されるものであり、これらは、主に二次処理装置の容量が小さいため、一定のばっ気強度を保つために必要な空気量が少なくて済む特長を有している。小容量型浄化槽の設置は平成16年度をピークに減少に転じており、その後はBODおよび窒素を除去対象とする性能評価型浄化槽の設置基数が増加している。近年、設置される型式の特長は、槽容量が小さくかつBODおよび窒素を除去対象とすることが挙げられる。

処理方式ごとに平成20年度末における累積設置基数の多い型式を抽出し調査対象とした。さらに、性能評価型浄化槽については、平成20年度末の累積設置基数は多くないものの、その後設置基数が増加している型式を調査対象として追加し、各型式の定格消費電力を用いて処理方式ごとの定格消費電力を算出した結果を表 C に示す。処理方式ごとの消費電力は、調査対象とした型式の設置基数で重み付けした加重平均によって求めた。

嫌気ろ床接触ばっ気方式は人槽の増加に伴って消費電力が段階的に上昇する傾向が認められた。一方、BOD除去タイプの性能評価型では5、7人槽の消費電力に大きな差が認められず、10人槽のみ高い値を示した。BOD除去型の嫌気ろ床接触ばっ気方式と性能評価型を比較すると、5人槽では嫌気ろ床接触ばっ気方式の消費電力が小さく、7、10人槽では性能評価型の消費電力が小さい結果となった。

窒素除去型においては構造例示型よりも性能評価型の設置基数がはるかに多く、この性能評価型の消費電力は他のいずれの方式よりも低いことが明らかとなった。そのため、本研究で検討している再生可能エネルギーを活用した浄化槽にとっては、有利な方向であることが明らかとなった。

一方、窒素・リン除去型および膜分離活性污泥方式の消費電力は BOD 除去型および窒素除去型よりも高い値を示した。これは同一人槽における吐出風量が大きいことが主な原因と考えられた。また、窒素・リン除去型における鉄電解装置の消費電力は消費電力全体の9〜14％に相当していた。
表 C 処理方式ごとの定格消費電力の平均値および設置基数

項目	消費電力(W)	設置基数(基)
5人槽	7人槽	10人槽
BOD除去型
分離接触ばっ気方式	101	135	181	4、441
嫌気ろ床接触ばっ気方式	58	74	116	475、698
性能評価型	64	69	91	558、063
窒素除去型
脱窒ろ床接触ばっ気方式	101	140	-	42
性能評価型	51	59	88	120、594
窒素・リン除去型
性能評価型	102	105	128	735
膜分離活性污泥方式
性能評価型	189	212	245	51

浄化槽污泥の収集運搬には、通常バキューム車が使用されるが、道幅が狭い住宅地を走行するため、比較的小型な2t車や3t車を使用するのが一般的である。この場合、10人槽以下の戸建住宅用浄化槽であっても1基あたりの污泥発生量が多いため $ ^{36} $ 、多くの浄化槽から污泥を収集し、それらをまとめてし尿処理施設に運搬する形態はとれず、し尿処理施設との間を往復しなければならないため、運搬効率が悪い点が課題となる。また、国全体の整備済みし尿処理施設の処理能力は十分であるといえるが、個別の施設の処理能力と処理量の関係をみると、全施設の約13%において本来の処理能力を超過する量を受け入れている $ ^{37} $ 。さらに、現状では浄化槽污泥の引抜きが徹底されていない $ ^{38} $ ， $ ^{39} $ ことを考慮すると、污泥の引抜きが適正に実施された場合には処理能力が不足する施設がさらに増加すると考えられる。つまり、浄化槽污泥の発生量に対して、その受け皿となるし尿処理施設の処理能力が不足していることが課題となっている。浄化槽污泥濃縮車（以下、濃縮車と示す）は、本来、これらの課題を解決するための設備として運用されはじめたが、同時に、運搬効率の向上や処理污泥の減容により、污泥の運搬および処理の省エネ化、低炭素化にも寄与する技術であると考えられる。

浄化槽からの温室効果ガスの排出は、処理過程での排出量が多く、中でも浄化槽用ブロワの運転に係る電力に由来する$\mathrm{CO}_{2}$ 排出量、し尿処理施設におけるユーティリティ投入に係る$\mathrm{CO}_{2}$ 排出量および浄化槽からの$\mathrm{CH}_{4}$、$\mathrm{N}_{2}\mathrm{O}$ の直接排出の3項目の占める割合が高いため、これらの削減が重要な課題となっている$^{40})$。このうち、し尿処理施設における$\mathrm{CO}_{2}$ 排出量の削減は、高効率ばっ気装置への更新や設備の制御方式の変更等による電力消費量の削減、脱臭方式やリン回収設備の増設による薬剤使用量の削減、汚泥の助燃剤化等による化石燃料使用量の削減などを盛り込んだ基幹的設備改良事業により推進されている$^{41})$。また、平成10年度から従来のし尿処理施設に対する補助事業を地方公共団体の単独事業とし、資源化設備を備えた汚泥再生処理センターに対する国庫補助事業が始まった$^{42})$ことで、し尿処理施設の更新に伴い、し尿や浄化槽汚泥の循環利用とともに温室効果ガス排出量の削減が促進されるよう政策誘導がなされている。

し尿処理施設のもたらす環境負荷を総合的に評価した研究事例として松井ら $ ^{43)} $ による報告がある。この研究では、複数の処理方式のし尿処理施設および汚泥再生処理センターを対象とした $ CO_{2} $ 排出量の積算結果から、処理汚泥量1kLあたりの $ CO_{2} $ 排出量は、運転時に使用される電力および燃料の寄与が大半を占めることを報告している。さらに、土木工事、建築工事、解体工事、電力に関するエネルギー消費量と
施設規模との間に負の相関が認められ、スケールメリットがあることを指摘している。濃縮車を導入した場合、し尿処理施設内の設備は変更されず、投入される汚泥の減容に伴い薬品使用量が減少する等の一部の設備の運転方法が変化するか、もしくは、し尿処理施設の更新に際して、より小規模な施設に変更され、それらがし尿処理施設のもたらす環境負荷に影響を及ぼすと考えられる。しかし、既往研究においては、処理量の変化が環境負荷に及ぼす影響や施設規模ごとの環境負荷が明確にされておらず、これらを定量的に評価することが課題となる。

浄化槽汚泥の収集運搬に関する既往研究は皆無であり、濃縮車導入による省エネ化、低炭素化の効果は不明確である。また、市場に投入された濃縮車の詳細な性能や、油脂分離槽等の浄化槽以外の設備に対する濃縮車の適用可能性について検討が不十分である。そこで本研究では、バキューム車と濃縮車の燃料消費量の比較、市場に投入された濃縮車の性能比較、油脂分離槽への濃縮車の適用可能性に関する検討を行うとともに、濃縮車の導入がし尿処理施設のもたらす環境負荷に及ぼす影響について検討することとした。

バキューム車と濃縮車の燃料消費量の比較検討から、1件当りの燃料消費量はバキューム車を使用したケースよりも浄化槽污泥濃縮車を使用したケースの方が小さいことから、濃縮車の使用によって燃費の悪化は認められるものの、車輛走行距離の大幅な低下を達成できるため、清掃作業全体に係る燃料消費を削減できることが明らかとなった $ ^{44} $ 。濃縮車が導入されたし尿処理施設への影響については、し尿処理施設への負荷率が低下し、施設の運転に係るCO $ _{2} $ 排出量が低下すること $ ^{45} $ 、し尿処理施設の更新に際し小規模な施設での処理が可能となることから、環境負荷の低減を図れることが示された。現在、市場に投入されている三社の濃縮車に関し、A社が先行して開発され、市場にも数多く投入されており、そのノウハウの蓄積と凝集分離の確実性、効率的な濃縮(搬出率30%程度)が得られた。一方、後発のB社とC社については、凝集剤の選定と操作マニュアル等のソフト面の充実が未だ不十分であり、今後の確立が望まれる。濃縮車の油脂分離槽への適用については、カチオン系の高分子凝集剤の単独使用よりPACを併用することで高分子凝集剤の使用量を大幅に削減することができた。油分の回収率は凝集、分離で95%以上、反応前に吸引したスカムを含めると大部分が除去され、油分を濃縮し回収できることが明らかになった。

## 環境政策への貢献

再生可能エネルギーを活用した新たな生活排水対策の省エネルギー浄化槽を開発する上で、太陽光発電等の有効性、好気時間の短縮の有効性、温室効果ガス発生抑制能の有効性、リン除去新システムの有効性、省エネルギーブロワの有効性、発生污泥の污泥濃縮車の有効性等、所期の目標以上の成果が得られ、新技術としての大きな効果が期待できることが明らかとなった。特に、電力供給の不足する例えば離れ島等の地域および地震・津波などの震災における商用電力供給停止時における震災対応型浄化槽として水環境の保全及び公衆衛生を確保する上で再生可能エネルギーの活用の目途が立ったことは環境政策に貢献する大きな成果であったといえる。なお、下水道は震災に対してパイプラインが寸断されると機能が破壊され無防備であること、それに対して浄化槽は長いパイプラインが無く処理機能上影響が最小であることから、再生可能エネルギー活用とハイブリッド化することでの浄化槽の価値は計り知れないものがあるといえる。
## 研究成果の実現可能性

近年注目を浴びている再生可能エネルギーの活用、スマートグリッドにおいて、地域ごとの再生可能エネルギーを効果的に活用するには、地域ごとの確保可能な発電ポテンシャルの程度をより正確に予測する必要があり、これが予測可能になることで、システム整備における安全率を下げ、保険的に大きな設備を導入する必要性を抑えることが可能になると確信される。また、電力供給不足地域および震災対応型の浄化槽整備に対策としての開発成果の活用は実現可能性大である。また、汚泥対策で汚泥濃縮者車および電力消費の少ないリン除去法、嫌気・好気の適正運転操作条件を導入することで大きな省エネ効果と処理の高度化が得られるがこれらの技法は、現状の動力費を50％近く削減でき実現可能性は大である。

## 結論

産業系・民生系・廃棄物系等の幅広い分野で、国際的動向にある地球温暖化対策として、省エネルギー化のきめ細かな対策の取り組みが強化されている。水処理分野でも、下水道ではばっ気風量の適正化、嫌気好気化による亜酸化窒素の発生抑制等省エネ化が進んでいるが、浄化槽でも取り組み強化が必至な状況にある。本研究では、これらの点を踏まえ、震災対応型浄化槽・浄化槽汚泥の省動力型処理技法・窒素/リンの省電力型処理技法・太陽光/風力エネルギーの発生ポテンシャル解析等を行い、低炭素型社会創りにおいて重要な生活排水対策の要である、①浄化槽のばっ気効率・ブロワエネルギー効率向上による消費電力50％以上削減、②電力を要しないリン除去法・嫌気/好気サイクルの最適化による有機物・窒素除去法導入による必要電力の大幅削減、③汚泥濃縮車の運用による省エネ化、④システム電力源として従来の化石エネルギー利用を再生可能エネルギー活用に転換したゼロエミッション化による、既存・新技術適用型の地球温暖化ポテンシャル削減最大化と、⑤国民の安心性を保持可能な衛生的安全性確保の両立するパラダイムシフト化新技術管理システムの開発することができた。
### 1. 研究背景と目的

### 1.1 低炭素社会型環境最小負荷省エネルギー方式浄化槽システム構築の開発に関する研究と総括

低炭素社会型浄化槽システムとして風力・太陽光発電等導入技術の四季変化を通したエネルギー供給・消費量のデータ収集、地域特性を踏まえた既存電力ミニマム化導入手法の解析評価と同時に、個別家庭に設置したシステムの省電力下の水質特性、反応槽の微生物特性等の機能解析を行い、脱温暖化型、防災型の環境最小負荷浄化槽等の総合システムを開発する。

### 1.2 省エネルギー方式微生物機能向上・汚泥減容化高度処理浄化槽技術開発に関する研究

恒温室においてミニチュアリアクターによる基礎試験を行い、排水処理特性および生物特性に及ぼす動力停止の影響を評価し、実機の運転指標となる動力停止条件および操作条件と処理特性との関係性を精査した。さらに、マテリアルフローを精査し、動力停止条件と汚泥発生特性の関係性を把握した。これらの結果を総括し、浄化槽の運転設計指針を確立することを目的とした。

基礎試験における設計指針を基盤に、実機浄化槽を用いて、屋外における実証試験を実施した。動力停止条件下における排水処理および污泥特性を明らかにした。四季変動の影響を検証することで、実用化に向けた実証試験データの収集を目的とした。

### 1.3 省エネルギー方式浄化槽の温室効果ガス発生抑制技術の開発

サブテーマ 2 と連動し、まず恒温室において、ラボスケールの浄化槽を用いて、常時ばっ気の場合と夜間等のばっ気停止を想定した場合の温室効果ガス（ $ N_{2}O $ 、 $ CH_{4} $ ）発生特性についてのデータの蓄積を図るとともに実規模浄化槽への展開を見据えた運転操作条件の整理を行う。次いで、屋外設置の実機浄化槽による実証試験を用い、動力停止運転条件下における GHGs 抑制条件等の検討を行うことを目的とした。

### 1.4 省エネルギー方式浄化槽の処理機能解析に基づく技術の開発に関する研究

ペレット型リン除去剤導入脱リン方式システムの BOD、窒素、リン除去機能を解析し、小規模(個別家庭)・中大規模の学校、レストラン、コンビニ等の浄化槽に適用するための省エネルギー型脱リンシステム技術を開発することを目的とした。また、ペレット型リン除去剤の理想の溶解量を得るための対策を確立するとともに、ペレット型リン除去剤と既存方式である鉄電解法とのリン除去機能の比較解析を目的とした。

### 1.5 省エネルギー方式低動力型対応充填担体技術の開発

家庭用の高度処理型浄化槽に必要なエネルギーは、好気処理槽における酸素供給と、硝化液循環エアリフトポンプおよび流量調整用移送エアリフトポンプへの空気供給が挙げられる。好気処理槽では多くの酸素が必要とされる。過去の研究において、好気ろ材としてヘチマ様ろ材を用いることで、散気管から供給された気泡が微細化され、酸素溶解効率が飛躍的に向上することが明らかにされており、処理水BOD、T-N≤20mg·L^{-1}の浄化槽に採用されつつある。さらに、ピークカット方式を採用することで、流量調整用移送エアリフトポンプに必要な空気量を大幅に削減できる可能性が示されている。

ヘチマ様ろ材を使用した高効率散気方式(接触ろ床方式)とピークカット方式を、家庭用の高度処理型浄化槽に採用することで、従来モデル（フジクリーンCRN型）の2/3以下のブロワ風量（601・分 $ ^{-1} $ 以下）
で BOD≦10mg·L⁻¹ 、T-N≦10mg·L⁻¹ 、SS≦10mg·L⁻¹ の水質を達成することを目的とし、種々の検討を行った。また、更なる省エネ化を目的とした間欠ばっ気運転の適用について検討した。

### 1.6 地域特性を踏まえた浄化槽の消費エネルギー解析と省エネシステム管理技術

小型浄化槽は分散型污水処理システムとして必要不可欠であるが、省エネ型浄化槽とするための再生可能エネルギーを活用した対象となるための基礎情報として、現在設置されている浄化槽および新しく開発されつつある性能評価型浄化槽の消費電力量の推移を整理する。

次に、戸別の浄化槽では污泥処理が完結しないことから、収集運搬およびし尿処理施設を含めた省エネが必要である。そのために浄化槽污泥濃縮車(以下、濃縮車という)の活用が、污泥の収集運搬およびし尿処理施設の運転や更新時にどのように影響するかを検討する。

## 2 ．研究方法

### 2.1 低炭素社会型環境最小負荷省エネルギー方式浄化槽システム構築の開発に関する研究と総括

#### 2.1.1 再生可能エネルギーの発生ポテンシャル

低炭素社会型環境最小負荷省エネルギー方式浄化槽システムの開発と統合化を図る上で、生活排水対策の要である浄化槽を再生可能エネルギーとしての太陽光発電・風力発電を活用して稼働させ、省エネルギー化の可能性および生物処理の根幹をなす微生物特性と酸素濃度との関係を解析評価することとした。具体的には、日本の代表的な地点として関東地域、東北地域、上越地域、中部地域、九州地域（図1）での発生ポテンシャルについて検討することとした。

図１ 再生可能エネルギーの発生ポテンシャル評価のための現場サイト
#### 2.1.2 風力・太陽光発電ハードシステムの概要

風力発電システムは風の力でプロペラを回し、その回転運動を発電機に伝えて電気を起こすものでCO₂を排出せずに365日、24時間、発電するポテンシャルを有する地球に優しい発電方法である。風車の種類を風車回転軸の方向で分類すると、水平軸型と垂直軸型の2つに大別される。本研究ではプロペラ型風車を採用した。プロペラ型風車とは発電用風車として多く使われている。羽根の枚数は1～5枚と、多くの羽根から構成される多翼型で一般的に3枚翼(写真1)が多くパワーバンドの広い安定した出力が得られるものである。风向きに対する制御が必要となるが、強風時に風を受け流す機構と併用できる特徴を有するものである。なお、風力発電システムにおけるパワー係数と周速比との関係を図2に示す。

代表的な中核研究施設である独)国立環境研究所バイオ・エコエンジニアリング研究施設では、1,000Wの3枚プロペラ型風車を採用設置した。太陽光発電システムは必要な電圧を確保するため、直列にソーラーパネルを接続し、電流を確保するためにそれらを更に並列に接続するものである。ソーラーパネルは太陽からの光エネルギーを用い、光起電力効果を応用して電気を発生させるものである。最大のメリットは、エネルギー源が無尽蔵で、クリーンである点で、石油を燃焼させて電気を起こす火力発電のように、発電時にCO₂（二酸化炭素）や、SOₓ（硫黄酸化物）、NOₓ（窒素酸化物）などの大気汚染物質を発生させることが無いことである。独)国立環境研究所バイオ・エコエンジニアリング研究施設ではW2,450、D1,600、H2,450（mm）の85W/1枚のソーラーパネルを16枚設置（写真2、発電能力1,360W）し、再生可能エネルギーの発電能力を評価することとしたものである。本方式において代表例として独)国立環境研究所バイオ・エコエンジニアリング研究施設のシステムを図3に示す。

図２ 風力発電システムのパワー係数と周速比との関係 (株式会社ニッコー環境エネルギー機器 風車の性能より)
図3 再生可能エネルギーを活用した浄化槽導入ハードシステム

写真 1 風車 (3 枚翼)

写真 2 現場監視端末

#### 2.1.3 風力・太陽光発電ソフトシステム概要

本方式において代表例として独)国立環境研究所バイオ・エコエンジニアリング研究施設のシステムを図4に示す。風力・太陽光発電の発生ポテンシャルを解析・評価する上での、解析システムは太陽光・風力発電の発生電圧電流を電圧電流変換器にて4-20mA変換しPLC(programmable logic controller)のAD変換器（アナログ信号をデジタル信号に変換）に取り込みそれをデジタル6,000分解しPLCのメモリーに展開(写真3)し、その数値をRS232Cによりパソコンに取り込みデータベースシステムに保存する最適システム(写真4)である。データはWIFI経由インターネットを使用しVPN(Virtual Private Network バーチャルプライベートネットワーク公衆回線をあたかも専用回線であるかのように利用できる技術)にて中央監視装置からリアルタイムに設置ポイントの現況を監視（図5、6、7）できる。

なお、①愛知県愛西市、②福島県福島市、③茨城県美浦村、④熊本県熊本市に設置した太陽光発電システムのパネル数、パネル面積等は、①2枚：1.2m²：定格170W、②12枚：6m²：定格1,020W、③16枚：8m²：定格1,360W、④130枚：160m²：20kWである。①福島県福島市、②茨城県美浦村、③石川県白山市に設置した風力発電システムの能力は、①定格62W、②定格1,000W、③定格1,000Wである。
図４ 再生可能エネルギーを活用した太陽光・風力発電導入ソフトシステム

写真 3 太陽光風力の電力監視盤

写真 4 現場監視端末

図 5 VPN による監視状況（風力）
図 6 VPN による監視状況（太陽光）

図 7 VPN による監視状況（積算）

#### 2.1.4 風力・太陽光発電システムと商用電力切り替え機構

本実験においては、浄化槽の電源を維持しつつ、できる限り再生可能エネルギーで供給するというシステムを構築している。そのため、発電した電力は全てバッテリーに蓄電され、そこから浄化槽に電力を供給する機構としている。バッテリーからの供給が出来ないほどにバッテリー電圧が低下している場合、電源を商用に切り替えて浄化槽に供給するようなシステム構成になっている。

### 2.2 省エネルギー方式微生物機能向上・汚泥減容化高度処理浄化槽技術開発に関する研究

実生活排水を濃度・流入調整して試験できる環境が整備された独）国立環境研究所・バイオエコエンジニアリング研究施設で実施した。
#### 2.2.1 ミニチュアリアクター試験における動力停止条件に関する検討

##### 2.2.1.1 実験装置と運転条件

試験装置は、5槽からなる反応槽の全体有効容積は29 L、沈殿槽の有効容積は6 Lとした（図8、写真5）。A0法（嫌気好気活性污泥法）を採用し、第1槽は嫌気槽、第2槽から第4槽は好気槽とした。供試排水は、農業集落排水処理施設の実生活排水をBOD:200 mg・L^{-1}、TN:45 mg・L^{-1}、TP:5 mg・L^{-1}、SS:120 mg・L^{-1}に調整して用いた。排水は24時間定量流入とし、BOD容積負荷は0.34 kg・m^{-3}・day^{-1}とした。沈殿槽に貯留した污泥は循環ポンプにより反応槽へ返送するとともに、MLSSが2,000 mg・L^{-1}になるよう污泥引き抜きを行った。電力制御として、すべての電気機器（ブロワ、嫌気槽攪拌機、污泥返送ポンプ）の稼働時間をタイマー制御した。間欠運転条件は1日当たりの電力供給を12hrで一定とし、12hr間欠、6hr間欠、4hr間欠、2hr間欠と変化させた。なお、電力制御を行わない24hr連続運転を対照系とした。また、流入水量に対する污泥返送比は、対照系および12hr間欠運転においては標準法に準じた0.4に、6hr、4hr、2hr間欠運転においては2に設定した。実験条件について表1にまとめて示す。

##### 2.2.1.2 試料の採取と分析

本実験では、沈殿槽において沈殿分離した後の流出水を処理水とした。経日サンプリングについては、1日分の処理水を実験系ごとに貯蔵し、良く攪拌した後に、処理水としてサンプリングを行った。なお、経日サンプリングは週1回の頻度で行った。また、本実験ではPhaseごとに処理水の終日サンプリングも実施した。2hrごとの処理水を貯蔵し、良く攪拌した後にサンプリングした。なお終日サンプリングは各Phaseの安定期である最終週に行った。測定項目は、処理水および反応槽のBOD、T-N、NH_{4}-N、NO_{2}-N、NO_{3}-N、T-P、DOとした。

図8 試験装置の概略
写真 5 ミニチュアリアクター試験装置

表 1 実験条件

污泥返送比	0	6	12	18	24
原水流入	-	24 hr連続流入
対照系実験系(電力50 %停止)	0.4*1
12 hr間欠運転	0.4
6 hr間欠運転	4*2
4 hr間欠運転	4
2 hr間欠運転	4

#### 2.2.2 ミニチュアリアクター試験における汚泥発生に関する検討

##### 2.2.2.1 実験装置と運転条件

ミニチュアリアクターによる実験を行い、排水処理特性および生物特性に及ぼすばっ気停止の影響を評価した。また、物質収支の算定による解析も行った。実験装置は、2槽からなる反応槽の有効容積は29L、沈殿槽の有効容積は6Lとした（図9）。反応槽に攪拌機を設置することで完全混合の実験系とした。AO法（嫌気好気活性污泥法）を採用し、第1槽は嫌気槽、第2槽は好気槽とした。供試排水は、農業集落排水処理施設の実生活排水を$\mathrm{BOD}:200\mathrm{mg}\cdot\mathrm{L}^{-1}$、$\mathrm{TN}:45\mathrm{mg}\cdot\mathrm{L}^{-1}$、$\mathrm{TP}:5\mathrm{mg}\cdot\mathrm{L}^{-1}$、$\mathrm{SS}:120\mathrm{mg}\cdot\mathrm{L}^{-1}$に調整して用いた。排水は24時間定量流入とし、BOD容積負荷は$0.4\mathrm{kg}\cdot\mathrm{m}^{-3}\cdot\mathrm{day}^{-1}$とした。沈殿槽に貯留した污泥は循環ポンプにより反応槽へ返送するとともに、MLSSが$3,000\mathrm{mg}\cdot\mathrm{L}^{-1}$になるように常時、污泥引き抜きを行う構造とした。
電力制御として、ブロワの稼働時間をタイマー制御した。間欠運転条件は1日当たりの電力供給を12hrで一定とし、12hr間欠、0.25hr（15min）間欠と変化させた。なお、電力制御を行わない24hr連続運転を対照系とした。また、流入水量に対する汚泥返送比は、すべての条件で2に設定した。

##### 2.2.2.2 試料の採取と分析

試料の採取と分析は、2.2.1.2と同様に実施した。加えて、終日サンプリングでは、反応槽内の汚泥を採取するとともに発生するガスもサンプリングした。測定項目は、CHN コーダ（アムコ製 EA1112）を用いた汚泥サンプルの成分分析と N₂O モニタ（日本サーモ製 46C）を用いたガスサンプルの N₂O 分析を追加した。また、活性汚泥の検鏡を行い、生物相を確認した。

図9 試験装置の概略

#### 2.2.3 鉄電解脱リン方式浄化槽による実証試験に関する検討

A および B と称する 2 基の実機浄化槽（5 人槽）を用いて、屋外実証試験を実施した。浄化槽は鉄電解脱リン方式浄化槽（CRX 型、フジクリーン工業（株）製）を採用した。BOD : 200 mg・L^{-1}、T-N : 45 mg・L^{-1}、SS : 160 mg・L^{-1} に調整した実生活排水を、(財)日本建築センターが定める浄化槽の性能評価試験方法（現場評価試験 1）に従い、13:00～20:00 と 23:00～4:00 に流入させた。両浄化槽とも、散気 : 70～75L・min^{-1}、循環 : 12L・min^{-1}、電解槽散気 : 15L・min^{-1} にばっ気量を設定してあるが、浄化槽 A は省エネルギー運転として、流入のない 4:00～8:00 に散気用ブロアを停止させた（実証試験 1）。また、これに続く実験として、各浄化槽のブロワをそれぞれ上記の 3 機能を兼ねるばっ気量 60L・分^{-1} の 1 台とした上、浄化槽 A についてはブロワの on/off が 45 分/15 分の間欠ばっ気運転を行った（実証試験 2）。夾雑物除去槽、嫌気ろ床槽、接触ろ床槽、処理水槽から試料を採取し、各種分析結果を解析した。水質分析項目は、BOD、ATU-BOD、S-BOD、TOC、SS、T-N、T-P、NH_{4}-N、NO_{2}-N、NO_{3}-N、PO_{4}-P とした。また、槽内の分析項目である DO、pH、ORP や SS、VSS、污泥厚、スカム厚も測定した。
### 2.3 省エネルギー方式浄化槽の温室効果ガス発生抑制技術の開発

#### 2.3.1 実験装置

##### 2.3.1.1 ラボスケール実験装置

ミニチュアリアクターによる基礎試験を行い、排水処理特性および生物特性に及ぼす動力停止の影響を解析評価した。さらに、排水処理性能を維持できる動力停止条件および操作条件を検討した。

試験装置は、5 槽からなる反応槽の全体有効容積は 29L、沈殿槽の有効容積は 6L とした（図 10）。A0 法（嫌気好気活性污泥法）を採用し、第 1 槽は嫌気槽、第 2 槽から第 4 槽は好気槽とした。供試排水は、農業集落排水処理施設の実生活排水を BOD:200mg・L^{-1}、TN:45mg・L^{-1}、TP:5mg・L^{-1}、SS:120mg・L^{-1} に調整して用いた。排水は 24 時間定量流入とし、BOD 容積負荷は 0.34kg・m^{-3}・day^{-1} とした。沈殿槽に貯留した污泥は循環ポンプにより反応槽へ返送するとともに、MLSS が 2,000mg・L^{-1} になるよう污泥引き抜きを行った。

電力制御として、すべての電気機器（ブロワ、嫌気槽攪拌機、污泥返送ポンプ）の稼働時間をタイマー制御した。実験系は6系設定し、好気槽のばっ気／非ばっ気時間を24h/0h（連続ばっ気）、18h/6h、12h/12h、6h/6h、4h/4h、2h/2hとした。

図 10 ラボスケール試験装置の概略

##### 2.3.1.2 屋外実機浄化槽

A および B と称する 2 基の実機浄化槽（5 人槽：フジクリーン(株)製）を用いて検討した。実機浄化槽の概略を図 11 に、また各槽の滞留時間を図 12 に示す（図 11、12 はフジクリーン(株)作成）。BOD:200mg・L^{-1}、T-N:45mg・L^{-1}、SS:160mg・L^{-1} に調整した実生活排水を、（財）日本建築センターが定める浄化槽の性能評価試験方法（現場評価試験 1）に従い、13:00～20:00と23:00～4:00に流入させた。両浄化槽とも、3 台のブロワを用い、散気：70～75L・分^{-1}、循環：12L・分^{-1}、電解槽散気：15L・分^{-1} にばつ気量を設定してあるが、浄化槽 A は省エネルギー運転として、流入のない 4:00～8:00 に散気用ブロアを停止させた（実証試験 1）。また、これに続く実験として、各浄化槽のブロワをそれぞれ上記の 3 機能を兼ね
るばっ気量 60L・分 $ ^{-1} $ の 1 台とした上、浄化槽 A についてはブロワの on/off が 45 分/15 分の間欠ばっ気運転を行った（実証試験 2）。

図 11 屋外実機浄化槽の概略

図 12 実機浄化槽の各槽の滞留時間

#### 2.3.2 試料の採取および分析方法

##### 2.3.2.1 大気中への放出ガス採取方法

ラボスケール実験では、図10に示した装置の生物処理反応槽（嫌気槽および好気槽）の上部全体を覆うようにカバーを取り付け、生物処理工程から大気中に放出されるガスを採取した。また、実機浄化槽では、浄化槽からのばっ気ガス排出口を1ヶ所になるように改造し、そこから採取したガスを連続モニタリング装置に導入・測定した。

##### 2.3.2.2 溶存態のガス試料採取方法

ラボスケール、屋外実機浄化槽ともに、嫌気槽、好気槽、沈殿槽（＝処理水に相当）から水試料を採取し、ヘッドスペース法により試料中の溶存ガスを採取した。

##### 2.3.2.3 ガス分析方法

採取したガスの分析は、手作業にて採取したガス（大気中へのものおよび溶存態のもの）については、ECD-GCを用いて $ N_{2}O $ を、FID-GCを用いて $ CH_{4} $ をそれぞれ分析した。また、 $ N_{2}O $ 連続モニタリング装置を用いて、屋外実機浄化槽から大気中に放出される $ N_{2}O $ を連続分析した。

##### 2.3.2.4 水試料の採取と分析

各実験において、流入水・生物処理反応槽内水・処理水について適宜採取・分析した。分析項目は、BOD、 $ NH_{4}-N $ 、 $ NO_{2}-N $ 、 $ NO_{3}-N $ 、T-N、T-P、DO等とした。
### 2.4 省エネルギー方式浄化槽の処理機能解析に基づく技術の開発に関する研究

#### 2.4.1 ベンチスケール浄化槽システムにおけるペレット型リン除去剤の効果解析

ベンチスケール净化槽におけるペレット型リン除去剤の効果解析においては、福島大学構内にベンチスケール净化槽を構築し、人工排水を供試し、ペレット型リン除去剤の適用を試みた。ベンチスケール净化槽システムは、ペレット型リン除去剤添加系（以下「添加系」という。）、ペレット型リン除去剤を添加しない系（以下「対照系」という。）の2系列を運転した。本実験に用いたベンチスケール净化槽の概略は図13に示す通りである。本ベンチスケール净化槽は、嫌気・好気循環方式の高度処理合併処理净化槽を模したものであり、嫌気ろ床槽第1室、嫌気ろ床槽第2室、好気担体流動槽、沈殿槽から構成した。それぞれの容積は10L、10L、7.2L、6Lとし、階段状に設置した。嫌気ろ床槽第1室にはポリエチレン製の網目状中空担体（φ28mm×28mm、比表面積330m²·m⁻³、HP-60、タキロン）を約5L、嫌気ろ床槽第2室には約8L充填させた。また、好気担体流動槽には流動担体としてポリエチレン製中空担体（φ14mm×15mm、比表面積456m²·m⁻³、ゼビオチューブ、ゼビオプラスト）を約2.5L投入した。担体流動好気槽底部からは散気を行った。散気は、担体が十分に攪拌される程度の風量とした。沈殿槽から嫌気ろ床槽第1室へは電磁定量ポンプを用いて污泥返送および好気処理水（硝化液）を常時循環させ、嫌気・好気循環による硝化脱室プロセスを設けた。また、本ベンチスケール净化槽においては、実機净化槽で用いられる溶解筒の代わりに、円筒形のプラスチック製シリンジを用意し、穴を数カ所空けたものを溶解容器として用い、この中にペレット型リン除去剤を充填させた。本試験において供試したペレット型リン除去剤は、直径20mm、高さ10mmの円柱型ペレットに成形し、1錠あたりの質量は約5gとした。なお、基礎実験結果を基に、添加濃度は、原水中のP濃度に対する凝集剤中のAl濃度モル比を1程度とした。また、添加系好気槽には必要に応じてpHコントローラーを設置し、リン除去剤添加によるpHが中性となるよう制御した。分析項目としては、TOC、T-N、T-P、NH₄-N、NO₂⁺-N、PO₄²⁻-P、pH、ORP、DO等をJIS K0102および下水試験法に準じて測定した。微生物相の観察には光学顕微鏡を用いて検鏡を行った。

ペレット型リン除去剤は、硫酸カリウムアルミニウム（AlK(SO_{4})_{2}·12H_{2}O）を主剤としており、これに微量の副原料を加え、ペレット様に加圧成形したものである。硫酸カリウムアルミニウムは、古くから凝集剤として使用されており、漬け物や海産物加工等に食品添加物としての使用されていることからも、人体に対して比較的安全性の高い物質といえる。この加圧成形したペレット型リン除去剤は、水溶液中ではアルミニウムイオン、硫酸イオン、カリウムイオンに電離する特徴を有しており、また、同時に、浄化槽の消毒剤と同様に水に触れた部分から緩やかに溶解する特徴も有している。これにより徐放性を確保することで、一定期間のリン除去効果を狙ったものであり、リン凝集剤としては従来に無い固形タイプである。このペレット型リン除去剤は図14に示す通りである。すなわち、適用にあっては、浄化槽の消毒剤を充填する薬剤筒と同様の機能がある溶解筒に入れ、処理水と接触させることで、ペレット型リン除去剤から電離されたアルミニウムイオンと排水中に存在するリン酸イオンを反応させ、リン酸アルミニウムの沈殿物を生じさせる。
図 13 ベンチスケール浄化槽の概要

図 14 ペレット型リン除去剤の溶解方法

#### 2.4.2 既設実機浄化槽におけるペレット型リン除去剤の効果解析

研究対象浄化槽として、福島県内の一般家庭に設置された浄化槽を用いた（図15）。この浄化槽は、流量調整型嫌気濾床・担体流動生物濾過循環方式による窒素・リン除去型高度処理合併処理浄化槽の5人槽タイプで、実使用人員は4人であった。嫌気ろ床槽は第1室、第2室と区分され、それぞれにろ材が充填されており、汚泥貯留と脱窒反応が行われている。嫌気ろ床槽第2室流出口には、移送用エアリフトポンプが設けられており、流量調整が行われている。担体流動生物ろ過槽は、上層の好気部と下層のろ過部に分かれており、上層の好気部では、微生物の好気反応によるBOD除去反応と硝化反応が行われ、下層のろ過部では、中空円筒状担体により、SSのろ過が行われている。担体流動生物ろ過槽で処理された水は、処理水槽に移送され、処理水槽底部から循環用エアリフトポンプにより、嫌気ろ床槽第1室に汚泥と硝化液を循環する構造となっている。この循環水ラインを分岐した箇所に、ペレット型リン除去剤の溶解ボックスを設け、そこに、ペレット型リン除去剤を充填した溶解筒を立てて供試した。溶解筒内には、直径60mm、高さ50mm、質量200gのペレット型リン除去剤を充填した。また、この溶解ボックス内には、バルブにより全循環水量を0〜100%の範囲で溶解ボックス内への導水量を調節可能とする機能を設けた。また、ペレット型リン除去剤の溶解量を調整するための浸漬深さのコントロールは、溶解ボックス内の水位調整や溶解筒底部のねじ込み式足の高さ調節により適宜行った。なお、鉄電解法に関しては、ペレット型リン除去剤と入れ替えるかたちで撤去し、試験を行った。

図 15 実機浄化槽の概略
本実験における浄化槽の運転条件は表2に示す通りである。ペレット型リン除去剤を設置しなかったPhase I（6月23日～8月11日）、溶解筒を1本設置したPhase II（8月11日～10月30日）、同様に、溶解筒を1本設置した低水温期間のPhase III（10月30日～11月30日）、そして次年度、Phase II～Ⅲでの処理水T-Pおよびペレット型リン除去剤の溶解量を基に、溶解筒を6本設置したPhase IV（6月8日～11月16日）に分けて実施した。また、表2には、各期間中における流入水量と循環量および溶解ボックス内の通過水量を示した。調査対象浄化槽への流入生活排水量は、水道使用量とみなし、水道メーター値を毎週1回記録し、それを1日あたりの浄化槽流入量に換算した。本研究期間における1日あたりの流入水量はPhase I～Ⅲを通じて、平均0.75m³・day⁻¹で、Phase IVでは0.84m³・day⁻¹であった。これを使用人員1人当たりとすると、それぞれ0.19m³・day⁻¹、および0.22m³・day⁻¹であり、既往の統計データと比較して標準的な水量であった。また、循環水量に関して、ペレット型リン除去剤設置前のPhase Iにおいては、調査時に循環水量を特に調節しなかったことから、循環水量は5.63m³・day⁻¹となっており、これは、流入水量の6.9倍に相当し、浄化槽の維持管理要領書に記載されている循環水量である、流入水量の3～4倍と比較して多く循環されていた。本研究ではペレット型リン除去剤を溶解させる必要があるため、溶解ボックス内への導水量を確保する必要があると考え、Phase II以降の循環水量はペレット型リン除去剤の溶解を加味して表2の様に運転した。循環水量はPhase II、Ⅲで流入水量の6倍相当となるよう調整し、溶解量確保のため、そのうちの60～100％の範囲で溶解ボックスへと導水した。また、Phase IVでは、6本の溶解筒を設置したことから、Phase II、Ⅲと比較して少ない導水量で溶解量を確保できるため、循環水量は4倍相当とし、その30％程度を溶解ボックスへと導水した。ペレット型リン除去剤の添加濃度は、ベンチスケール試験での結果を踏まえ、Al/Pモル比で1～2となるように溶解させ、80g・day⁻¹以上の溶解量を目標とした。この溶解量は、浄化槽流入水のリン濃度を5.0mg・L⁻¹、流入水量を0.71m³・day⁻¹と仮定して計算すると、Al/Pモル比1.4となり、1週間当たり2.8個のペレット型リン除去剤が必要となる。同様にモル比1.4で、Phase IVにおいては、3.3個のペレット型リン除去剤が必要となる。

表 2 本実験における浄化槽の運転条件

Phase	期間	流入水量 ( $ m^{3}\cdot day^{-1} $ )	循環水量 ( $ m^{3}\cdot day^{-1} $ )	ボックス内流量 ( $ m^{3}\cdot day^{-1} $ )
Phase I	6/23～8/11	0.82	5.63	-
Phase II	8/11～10/30	0.71	4.10	2.73
Phase III	10/30～11/30	0.72	4.61	3.94
Phase IV	6/8～11/16	0.84	3.42	1.06

### 2.5 省エネルギー方式低動力型対応充填担体技術の開発

#### 2.5.1 接触ろ床方式による好気処理性能の評価

以下の要領で接触ろ床方式の処理性能の評価をおこなった。

##### 2.5.1.1 実験場所

5 人槽相当の実大試験槽を製作し、国立環境研究所バイオ・エコエンジニアリング研究施設の恒温試験室に設置した。水温が $ 13^{\circ}C $ または $ 20^{\circ}C $ で一定の条件下における厳密な比較試験を実施した。
##### 2.5.1.2 流入条件

原水の流入パターンは、（一財）日本建築センターが定める浄化槽の性能評価試験方法（短期負荷試験）にしたがった（図16）。15:00の流入水量は浴室等からのピーク排水を想定した59L・分 $ ^{-1} $ 、これ以外の時間帯における流入水量は13L・分 $ ^{-1} $ に設定した。また、流入水質の設定値は、BOD：200mg・L $ ^{-1} $ 、T-N：45mg・L $ ^{-1} $ 、SS：160mg・L $ ^{-1} $ とした。

図 16 1 日の原水流入パターン

##### 2.5.1.3 試験槽の処理方式

試験槽は FRP 製の 5 人槽相当とし、実製品と同等の形状とした。試験槽は、夾雑物除去槽、嫌気産槽、接触ろ床槽、処理水槽、消毒槽からなる。試験槽の処理フローならびに各槽の滞留時間を図 17 に示す。また、試験槽の構造図を図 18 に、接触ろ床槽の模式図について図 19 に示す。

図 17 試験槽の処理フローと各槽の滞留時間