・ 水 処 理 に 関 わ る 微 生 物 （ 特 に 微 生 物 等 ） に 対 す る 生理活性の誘起

AB

（学科等名）環境システム工学科 著者名 川越保徳

・溶存酸素濃度の上昇と維持 か つ て 、 家 畜 の 排 泄 物 は 堆 肥 や 液 肥 な ど の 貴 重 な

資 源 と し て 、 農 作 物 、 飼 料 作 物 の 生 産 の た め に 有 効 利 用 さ れ て い た 。 し か し 近 年 は 、 一 戸 当 た り の 飼 養 規 模 の 拡 大 、 高 齢 化 に 伴 う 労 働 者 不 足 等 の 影 響 か ら 家 畜 排 泄 物 の 有 効 利 用 は 難 し い 。 一 方 、 家 畜 排 泄 物 に よ る 地 下 水 や 湖 沼 な ど の 周 辺 水 ・ 土 壌 環 境 の 汚 染 が 危 惧 さ れ て お り 、 特 に 豚 舎 廃 水 等 は 高 い 色 度 と 悪 臭 を 有 し 、 未 処 理 の ま ま 排 出 さ れ た 場 合 に は 周 辺 住 民 と ト ラ ブ ル が 起 こ る な ど 地 域 に 及 ぼ す 影 響 が 大 き い 。 そ こ で 現 在 、「 家 畜 排 泄 物の 管 理 の 適性 化 およ び 利 用 の 促 進 に関 する 法 律 （ 通 称 ： 家畜 排泄 物 法）」 が 平成

年に施行され、家畜排泄物の適性管理と処理 施 設 の 整 備 が 進 め ら れ て い る 。 ま た 、 平 成 １ ３ 年 に は 、「 水質 汚 濁防 止 法 」 に お ける 排 水 中 の窒 素 等の 基 準が畜産廃水にも適用されることとなった。

・ 水 処 理 に 関 わ る 微 生 物 （ 特 に 微 生 物 等 ） に 対 す る 生理活性の誘起

・

に固有の物理学的特性による水質浄化

AB

図 １ に 養 豚 場 現 地 で 用 い た 処 理 装 置 の 概 要 を 示 す 。 本 装 置 は 、 送 液 ポ ン プ と 開 水 路 か ら な る シ ン プ ル な 構 造 で 、 こ れ を 豚 舎 の 横 に 設 置 し た 。 開 水 路 の 大 き さは、長さ

×幅

×深さ

とした。養豚廃 水 を 開 水 路 に 投 入 し 、 ポ ン プ に よ っ て 開 水 路 先 端 部 の ノ ズ ル に 送 液 し た 。 廃 水 は ノ ズ ル 部 分 で 空 気 を 巻 き 込 み 、 負 圧 で 生 じ た バ ブ ル と と も に 開 水 路 下 部 に 敷 設 さ れ た パ イ プ に 送 ら れ る 。 そ の 後 、 パ イ プ に 設 け ら れ た 多 数 の 孔 か ら 廃 液 が 流 出 し 、 開 水 路 に 埋 設 さ れ た 砂 礫 を 通 っ て 、 再 び ポ ン プ に で 循 環 さ れ る 。 砂 礫 で は 物 理 学 的 な ろ 過 効 果 が 得 ら れ る 。 ま た 、 砂 礫 表 面 や 砂 礫 間 隙 に は 多 く の 微 生 物 の 生 息 が 推 定 さ れ る こ と か ら 、 ノ ズ ル で 供 給 さ れ る 酸 素 に よ る 好 気 的 生 物 処 理 能 が 期 待 で き る 。 現 地 実 験 は １ サ イ ク ル ７ 日 間 で の 回 分 実 験 と し 、 １ サ イ ク ル あ た り 約

の 廃 水 を 処 理 し た 。 ま た 、 実 験 室 に お い て も 小 型 の 開水路（長さ

処理条件に関する基礎実験を行った。

し か し 、 畜 産 農 家 は 概 し て 小 規 模 な と こ ろ が 多 く 、 水 処 理 メ ー カ ー 等 が 推 奨 す る 処 理 施 設 を 設 置 し 、 管 理 す る の は コ ス ト や 技 術 面 で 困 難 で あ る 。 す な わ ち 、 畜 産 廃 水 等 の 処 理 に は 従 来 技 術 よ り も 低 い 初 期 ・ 運 転 コ ス ト で 維 持 で き 、 か つ 技 術 的 に 維 持 管 理 の 容 易 な 新 規 な 排 水 処 理 技 術 の 開 発 が 必 要 と な る 。 そ こ で 本 申 請 研 究 で は 、 高 価 な 装 置 ・ 設 備 を 必 要 と せ ず 、 運 転 管 理 も 比 較 的 容 易 な 表 記 排 水 処 理 技 術 の 確 立 を 目 的 と し て 実 内 実 験 お よ び 現 地 実 験 を 行 い 、 知 見 が 得られたので報告する。

AB

発生装置には（株）他自然テクノワークスが開

発 し た 塩 化 ビ ニ ル 製 の ノ ズ ル を 用 い た 。 流 入 液 は ノ ズ ル に 導 入 さ れ る 際 に 空 気 を 引 き 込 み 、 さ ら に ノ ズ ル 内 外 で 発 生 す る 急 激 な 圧 力 変 化 に よ っ て 微 細 気 泡 が 発 生 す る 。こ れは マ イ ク ロ バ ブ ル（

） と 発 生 機 構 が 似 て い る 。 流 速 や ノ ズ ル 内 外 の 圧 力 差は

発

生装置と大きく異なり、MB 発生を確認しているわけ

では無いが、

と同様に以下の効果を有する可能性 が期待される。

Pump ろ床

ノズル

AB

豚 舎 か ら 排 出 さ れ た 排 泄 物 ・ 廃 液 は 一 度 貯 留 槽 に 集 め ら れ 、 ス ク リ ー ン に て 固 液 分 離 し た も の を 実 験 に 供 し た 。 処 理 評 価 の た め の 分 析 項 目 は 、

、 溶 存 酸 素 （

）、 懸 濁 物 質 （

）、 全 有 機 炭 素 （

）、

Development of pig farm-wastewater treatment system by Active Bubble circulation open ditch filter bed

Yasunori KAWAGOSHI

Civil and Environmental Engineering

BOD

、 ア ン モ ニ ア 性 窒 素 （

）、 亜 硝 酸 性 窒 素

（

）、硝酸性窒素（

）とした。

図２にノズルの有無による

への影響を示す。図 ２ か ら 明 ら か な よ う に 、 ノ ズ ル が 無 い 場 合 に は 、

は １ 週 間 経 過 し て も ０

と 殆 ど 変 化 が み ら れ な か っ た の に 対 し 、 ノ ズ ル が あ る 場 合 に は 、 処 理 開 始 １ 日後から

が上昇し、以降は常時

以上で維持 さ れ た 。 本 結 果 か ら 、 ノ ズ ル を 設 置 す る だ け で 、 別 途 に 曝 気 装 置 （ デ ィ フ ュ ー ザ ー ） を 必 要 と す る こ と な く 安 定 に 酸 素 が 供 給 さ れ 、 開 水 路 内 に 好 気 条 件 が 確 立 さ れ る こ と が 分 か っ た 。 ま た 、 廃 水 中 の ア ン モ ニ ア 性 窒 素 濃 度 も ノ ズ ル の 有 無 に 大 き く 影 響 さ れ る ことが明らかになった。

0 2 4 6 8 10

0 1 2 3 4 5 6 7

Time (Day)

ノズル有 ノズル無

図２ ノズルの有無による溶存酸素への影響

実験開始から約１ヶ月後の

年６月、９月、10 月 時 に お け る 現 地 処 理 装 置 で の 分 析 結 果 を 図 ４

（

）、 図 ５ （ 濁 度 ）、 図 ６ （

） に そ れ ぞ れ示す。

SS

と

は処理開始後１日目に急激に減少し、そ れ 以 降 大き な 変 化は 見 ら れな か っ た 。

除 去 率 は処 理 開 始 １日後 で 約

１ 日 で 懸 濁 物 の 殆 ど が 除 去 可 能 で あ る こ と が 分 か っ た。また、

も１日後に

～

程度が除去され、

７日後には約

の測定 で は 懸 濁 物 も 含 め て 測 定 し て い る こ と か ら 、 １ 日 目 の急激な

除去は、主に

に由来する

の除 去 に よ る も の と 考 え ら れ る 。 一 方 、 養 豚 廃 水 の 様 に 周 辺 住 民 の 目 に 触 れ や す い 廃 水 の 処 理 を 評 価 す る 場 合には、

や

といった一般的な水質指標のみな ら ず 、 臭 気 や 濁 り な ど の 体 感 的 な 指 標 も 重 要 に な る 。 今 回 は 濁 り の指 標と し て 濁 度 を 測 定し た（ 図 ５）。 濁 度 は 処 理 開 始 ３ 日 後 に

以 上 低 下 、 ５ 日 後 に は 濁

度

にまで低下しており、見かけ上殆ど透明な処理 水が得られた。

畜 産 廃 水 に は 高 濃 度 の 窒 素 が 、 主 に ア ン モ ニ ア 性 窒 素 お よ び 有 機 体 窒 素 と し て 含 ま れ る こ と が 知 ら れ て い る 。 図 ６ か ら 明 ら か な よ う に 、 ア ン モ ニ ア 性 窒 素濃度は初期濃度

～

のものが、処理開始 １日後に

～

まで減少し、３日後には

～

、 さ らに ７ 日 後に は

～

と な り 、 最 高

の 処 理 率 が 得 ら れ た 。 た だ し 、 硝 酸 、 亜 硝 酸 窒 素 と ア ン モ ニ ア 性 窒 素 の 量 の バ ラ ン ス は と れ て い な い こ と か ら 、 本 処 理 シ ス テ ム で の ア ン モ ニ ア 除 去 は 揮 散 に よ る 可 能 性 が 高 い 。 そ こ で 現 在 、 開 水 路 や ノ ズ ル 部 ビ ニ ー ル カ バ ー 等 を 設 置 し 、 大 気 中 へ の 揮 散 を 防 ぐ と と も に 揮 散 ア ン モ ニ ア 量 を 調 べ て 窒 素 収支を検討しているところである。

0 200 400 600 800

0 1 2 3 4 5 6 7

Time (Day)

0 20 40 60 80 100 6月(BOD) 9月(BOD) 10月(BOD) 6月(SS) 9月(SS) 10月(SS)

図３

の経時変化と

除去率の推移

0 200 400 600 800 1,000

0 1 2 3 4 5 6 7

Time (Day)

6月 9月 10月

図４ 濁度の経時変化

0 200 400 600 800 1,000

0 1 2 3 4 5 6 7

経過日数（日）

9月 10月 6月

図５ アンモニア性窒素の経時変化