コンポスト浄化槽2

コンポスト浄化槽2 　-前ばっ気汚泥貯留槽を持つモアコンパクト型浄化槽-

前のコンポスト浄化槽のペ－ジでは、その原理を説明しましたが、今回はこれに近い仕組みを実際に用いている浄化槽の紹介をしたいと思います。最近急速に普及し始めて種類を増やしつつあるモアコンパクト型は、単独浄化槽並みの大きさに容積を縮小した合併浄化槽で、一年分の汚泥を小さな容積の中に貯留しなければならないため、”前ばっ気汚泥貯留”を採用している例が多くなっています。前ばっ気汚泥貯留は、流入水をばっ気する部屋を設けて、汚泥を粉砕、好気性消化させ、スカム化を促進させます。浮上スカムは、沈殿汚泥よりも濃度がかなり高く（数倍）、固形物を小さな容量の中に蓄えることが可能になります。

下の写真は、汚泥の引抜をしていない単独浄化槽の沈殿分離室のスカムです。

スカムは水面から20cm程度浮いており、表面はコンポスト化が進んでおり乾燥しています。スカムは沈殿汚泥に比べて固形物濃度が高いというメリットの他に、大気中に露出していて、高濃度の酸素を直接吸収できるという大きな利点があります。沈殿汚泥では、水中の酸素を吸収するしか呼吸の方法がありませんが、水中と大気中の酸素濃度を比べてみますと、

水中：最大で　10mg/l　程度（飽和濃度）

大気中：約20％　⇒　20g/100g　⇒　230mg/l　（100gの窒素N2ガスが占める容積は、1気圧、25℃で87.3Ｌになりますので）

となり、水中に比べて20倍以上も大気中の酸素濃度が高いことがわかります。この高酸素濃度の大気を利用できるのです。酸素分子の拡散速度も水中よりは大気中の方が速いので、好気細菌の活性は水中よりも大幅に高まり、大気中の汚泥の分解速度は飛躍的に増大するでしょう。実際、汚泥のコンポスト化は、汚泥に木材チップを混ぜて攪拌しながら大量の空気を送風して行なっています。そして、その温度は反応熱のため80℃から100℃以上まで上昇します。湿式燃焼よりも乾式燃焼の方が遥かに反応速度が速いことがわかります。

実は酸素は水に溶け難い部類に入ります。水中の細菌は溶存酸素を利用しますから、ブロワ－でばっ気して酸素を溶け込ませる必要があるのですが、効率が良くないために電力が多く必要となります。大気を直接利用できればこの無駄を省くことができるのです。

浮上スカムの大気呼吸を促進させるには、大気に接触する表面積を増加させることが効果的です。上の写真のスカムの表面はフカフカの多孔性となっています。多分ミミズや昆虫等がいるのでしょう。生ゴミのコンポスト化にミミズを利用する”ミミズコンポスト”は、消化速度が速いことで知られています。スカム表面にミミズを住まわせることで分解速度を上げることができるでしょうね。実際の浄化槽でもスカムにミミズが発生している現場もあります。

沈殿汚泥よりも高密度、高分解速度のスカムを積極的に利用するモアコンパクト浄化槽の例を下に示します。フジクリ－ンのＣＡ型で、説明会の展示を撮影させて頂きました。

浄化槽の中の流れは複雑ですが、水の流れを水色の矢印で、汚泥の流れを赤色の矢印で示しました。浄化槽は、右から”汚泥ばっ気貯留槽”、”嫌気ろ床槽”、水処理を行なう”ばっ気槽”の順で配置されていますが、ここでは汚泥の処理に注目します。

まず、流入水は汚泥ばっ気貯留槽に入ります。ここで大きな汚泥は底に沈み、沈殿汚泥①となります。

続いて水は嫌気ろ床槽に入ります。ここで水に含まれる残った汚泥がろ床材に捕捉されます。汚泥を取り除かれた水は、接触ばっ気槽に行き、浄化されて最終的に消毒されて放流されます。

ろ床の汚泥は底に沈み、沈殿汚泥②となります。これはエアリフトポンプで汲み上げられて、返送ラインを通じて汚泥ばっ気貯留槽に送られます。ここで沈殿汚泥①に合流します。

沈殿汚泥①は、”汚泥ばっ気攪拌装置”により、ばっ気、破砕されて、好気消化、微細化されます。そして、嫌気化した貯留汚泥層の中で脱窒が生じ、窒素ガスの泡が発生し、これが微細化された汚泥に付着し、浮上させます。浮上した汚泥はスカムとなります。

ＣＡ型のスカム層は、汚泥ばっ気貯留槽と嫌気ろ床槽に隔壁開口部を通じてまたがり、広い貯留空間があります。ここでスカムを多く貯留することができるのと同時に、大気と接する表面積も広いため分解速度も高そうです。

以上のように、ＣＡ型は、汚泥のスカム化を促進する構造を持っており、モアコンパクト型の限られたスペ－スに1年分の汚泥を貯留できるように作られています。

フジクリ－ンは、ＣＡ型の前にＣＦ型というモアコンパクト型を作って販売、普及させています。これも前ばっ気汚泥貯留槽を持つモアコンパクト型で、ＣＡ型はＣＦ型で開発された技術を用いて作られています。ということは、ＣＦ型の前ばっ気汚泥貯留槽がうまく動いている証拠であり、後続のＣＡにもこの技術が使われる事になったのでしょうね。他のメ－カ－でも前ばっ気汚泥貯留槽は多くの型で採用されています。

以下追加　H29.3.30

さて、CA浄化槽が登場してから、かなりな台数が設置され、その稼働状況を見ることができるようになりました。

そこで、前ばっ気の肝心かなめの単位装置、汚泥ばっ気攪拌装置の開口部を見ると、しっかりと高濃度の汚泥が保持、攪拌されているのが確認できます。ここが他の浄化槽の前ばっ気槽と違うところで、他のものは、流入水や返送水に押し流されてしまい、ここまで高濃度にはなりません。

CA型は、沈殿汚泥のばっ気攪拌がしっかりとなされていることになります。ここで妙な泡が出ている場合がありました。

上の図は、CA断面図の一番右側の汚泥ばっ気貯留槽を上から見た写真です。写真の上の方から流入水が浄化槽に入ってきます。黄色い枠で囲まれた汚泥ばっ気攪拌装置からは泡が出ていて内部が分かりませんが、ここで底の汚泥をエアリフトポンプでくみ上げ、攪拌しています。他の浄化槽だと、ここに流入水、返送水が入るようになっていますが、この場合汚泥が押し流されてしまい、高濃度の汚泥を保持することができません。CA型では、流入部のバッフルと汚泥ばっ気攪拌装置を分離することで、ばっ気汚泥が流出することを防いでいます。

ここで、妙な泡が発生しているのは何故なのでしょう？粘性の特徴的な泡です。

これは、おそらく放線菌Nocadia属による泡です。よく汚水処理施設で発生して、粘性泡に汚泥をまとわりつかせて流出させて問題になります。放線菌は好気性で、汚泥の滞留時間が長いと発生しやすくなります。Nocadia属は菌外に粘性物質を放出し、これが気泡表面を覆うと粘性の、消えないしつこい泡となります。汚泥ばっ気貯留槽では、長い汚泥貯留時間と好気性という条件が満たされるため、放線菌が発生するのでしょう。

・・・しかし、これは意図された設計なのではないでしょうか？通常の汚水処理施設では、ばっ気槽でのスカムの生成は、沈殿槽での汚泥の流出につながるので問題となりますが、CA型浄化槽では、逆にスカムの生成を目的としいます。放線菌を繁殖させて粘性物質を作り出せば、常圧浮上汚泥濃縮に使われている起泡助剤（界面活性剤）と同じ効果が出せるようになります。ばっ気攪拌、好気性消化され、微細化した汚泥は、脱窒により発生する窒素ガスの泡で浮上しやすくなりますが、いったん浮いても再びスカムが崩れて沈降してしまいます。このとき、粘性物質が加えられれば、気泡が崩れにくくなり安定したスカムが形成されます。古い単独浄化槽の全ばっ気型で、沈殿室に勢いのある、多量のスカムが発生していることが、よくありますが、これもCAのばっ気貯留槽と同じ条件がそろうためだと思われます。

またCA型では、ばっ気筒の上から泡とともにあふれ出た汚泥も、スカム上面に合流します。これらの効果で、安定したスカムの生成を意図しているのではないでしょうか。

もしそうだとすると、CA型はスカム生成に新原理が投入された浄化槽ということになります。

しかし、汚泥ばっ気貯留槽の沈殿汚泥部は、脱窒のための嫌気条件と、放線菌増殖のための好気条件が同時に求められるため、結構設計が難しいでしょうね。また、汚泥の効果的な好気性消化により、スカム全体量も大幅に減少しているようです。このこと自体は大変良いことなのですが、微細化した汚泥が嫌気ろ床槽に入りやすく、ここで目詰まりをおこすケースも見られます。CA型の運転状況を見て、さらなる改良型が作られることになるのではないでしょうか？よりスカム化を促進する次の浄化槽を見てみたいものです。

今後さらにCA型の動向を見ていきたいと思います。

《以下追加H30/2/12》

さて、スカム上面にミミズを繁殖させれば、ミミズ・コンポストと化し、汚泥の分解をさらに加速させることができる、と上に書きました。

その好例が出てきましたので、ここに示したいと思います。

撮影時期は、極寒の1月で、浄化槽は一般的な小容量型の合併浄化槽CS型です。7人槽に対し一人使用で、長期間汚泥の引き抜きをしていませんので、“汚泥の出ない浄化槽”となっていると思われます。

流入口は、循環ラインや逆洗ラインが、担体流動槽から返流しており、スカムを崩さないためにバップルが設置されています。