汚泥層による畑地排水中の硝酸性窒素の除去技術

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要約

農業集落排水施設から廃棄される汚泥は、水処理プロセスから引き抜かれ数ヵ月経ても高い脱窒能力を示す。このため、畑地排水等の硝酸性窒素汚濁水を汚泥層に浸透させることで、容易に硝酸性窒素を除去できる。

• キーワード:汚泥、畑地排水、硝酸性窒素、脱窒、透水係数、酸素消費
• 担当:農工研・農地・水資源部・農地工学研究室、農村総合研究部・資源循環システム研究チーム
• 連絡先:電話029-838-7508、電子メールsaru@affrc.go.jp
• 区分:農村工学
• 分類:研究 普及

背景・ねらい

硝酸性・亜硝酸性窒素(NO_X-N)は、環境省の地下水質測定調査で環境基準項目中で最も高い超過率を示している。NO_X-N汚染の原因の1つとして畑地からのNO_X-N溶脱があり、畑地排水の浄化に対応した簡易で確実なNO_X-N除去技術が求められる。
本研究では、簡易なNO_X-N除去技術開発のため農業集落排水施設から廃棄される汚泥の脱窒能力に着目し、汚泥を層状にして利用することを考え、硝酸性窒素(NO₃-N)除去能力を調査した。

成果の内容・特徴

• 農業集落排水施設から採取した汚泥2l(濃度12,800mg・l ^-1)を図1のカラム模型に注入すると、余剰な水分が排出され砂層上に厚さ5.6cmの層を形成した。なお、カラム模型は20℃の恒温室に設置した。
• 汚泥層上に3回注入した硝酸カリウム(KNO₃)水溶液のNO₃-N濃度と同水溶液が汚泥層を浸透した後の全窒素(T-N)濃度は図2のとおりであった。KNO₃水溶液は1回約950mlを注入し、前回注入したKNO₃水溶液の浸透が終了する毎に新たに注入した。浸透水も注入毎にサンプリング・分析を行った。注入したKNO₃水溶液のNO₃-N濃度が平均約59mg・l ^-1に対してT-N濃度は平均約13mg・l ^-1(ほとんどがNO₃-N)と汚泥層浸透の間にNO₃-N除去が行われた。
• 汚泥層の上部にKNO₃水溶液を注入した際、カラム内の水位の経時変化は図3のとおりとなった。透水係数を算定すると、10^-6cm・s^-1(20℃)程度と粘土と同程度の難透水性を示した。このことは、NO₃-N汚濁水が汚泥層を浸透するのに時間を要し、汚泥層内での脱窒反応時間が確保できることを示す。
• 汚泥は水処理プロセスから引抜かれ数ヵ月経ても10⁶～10⁸MPN・g^-1MLSSの脱窒菌を有し、高い潜在的な脱窒能力を示す。また、汚泥は6割以上が有機物(MLVSS)で脱窒反応の水素供与体となる。なお、MPNは最確数、MLSSは活性汚泥浮遊物質、MLVSSは活性汚泥有機性物質を示す。
• 汚泥の酸素消費量は図4に示すとおりであり、グラフの傾きから酸素消費速度は5.9～16.8mg・g^-1MLVSS・d^-1(20℃)である。汚泥層及び同層を浸透するNO₃-N汚濁水は、容易に嫌気状態となり、脱窒反応が発現する。

成果の活用面・留意点

• 農業集落排水汚泥は6割程度が利用されず廃棄されており、畑地排水のNO₃-N除去への適用は資源の循環利用の面からも期待される。
• 汚泥は、事前に間欠曝気することで汚泥が含有する窒素分の溶出を抑制できる。
• 汚泥層からの有機物、リンや大腸菌などのNO₃-N以外の汚濁物質の流出が懸念されるので対策が必要である。例えば、汚泥層の支持層にこれら汚濁物質の吸着能を持たせるなどして、流出を防止することが考えられる。

具体的データ

その他

• 研究中課題名:持続的利用可能な高生産性土地基盤の整備技術の開発
• 実施課題名:農地利用集積手法を含め、省力型の畑地かんがい計画手法の開発
• 課題ID:412-b-00-001-00-I-06-5101
• 予算区分:交付金研究
• 研究期間:2003～2005年度
• 研究担当者:凌祥之、山岡賢、廣瀬裕一、上田達己
• 発表論文等:山岡賢・凌祥之・上田達己(2006),汚泥層の透水性及び窒素除去能力,農土論集 243,pp.85-93