畦畔埋設型水田排水浄化装置

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要約

本装置は水田排水中に含まれる水質汚濁の原因物質、特に有機物を除去するための畦畔に埋設する水質浄化装置である。水田からの排水は、有機物吸着に優れた木炭が封入された浄化水路を通過することで浄化される。本装置は畦畔に埋設するので農作業に支障が生じないうえ、浄化効果が長期間持続するので木炭交換等の維持管理の手間も少ない。

• キーワード:木炭、水質浄化、接触時間、有機物、栄養塩
• 担当:農工研・農村環境部・水環境保全研究室
• 連絡先:電話029-838-7545、電子メールtakaki@affrc.go.jp
• 区分:農村工学
• 分類:技術及び行政 普及

背景・ねらい

用排水路およびポンプ施設を用いた高度な循環灌漑の用排水方式は農業地帯からの排出負荷削減に寄与するものの、水域の滞留性のため有機性汚濁や富栄養化が顕在しやすい特徴を持っている。農地から流出した水質汚濁物質を含む排水は、水路あるいは河川において希釈・拡散されたものを浄化するよりも、ほ場排水口において物質の濃度が高いうちに浄化するほうが労力もコストもかからない。そこで、水田からの表面排水中の水質汚濁原因物質、特に有機物を直接除去し、かつ簡易的な低コスト技術としての水質浄化装置を提案する。

成果の内容・特徴

• 提案された水質浄化装置は、浄化水路部分が排水枡の両側に連結した、畦畔に埋設する形態を取る(図1)。浄化体として有機物吸着に優れている木炭を利用し、ナイロン網等に充填した木炭を浄化水路に封入する。想定平均排水量を0.06m³/hとした場合の木炭充填量は250-300 Lである。
• 水田表面水を排水する際に、浄化水路を経由して水質浄化が行われた後、排水枡へ流出する構造となっている(図2)。浄化水路内中央部に仕切りを設け、浄化水路の流入口から侵入した排水が、図の青矢印に沿って浄化水路長の約2倍の距離を進行するものとする。これによって排水と木炭との接触時間が保たれ、浄化効果が向上する。
• 浄化装置の目詰まりによる排水不良、または豪雨等の余剰排水時に使用する直接排水流出部をコンクリート製の排水枡に設け、排水量に応じて堰高を調整できる可動式の堰板等を付帯させる(図1)。また、浄化水路の上部にはコンクリート等の蓋を設置し、維持管理のために浄化水路内部の木炭の交換が可能となるようにする。
• 水質浄化装置の形態は、装置本体である水路部分を畦畔部分に埋設して設置するため、水田面積を縮小することがない。したがって、水田作業に悪影響を及ぼすことなく、水田からの排水を浄化することができる。
• 浄化効果を検証するために、アクリル製の簡易型浄化装置を試作し、水田内部に図3のように設置したところ、有機物に加えて栄養塩の除去も確認された。
• アクリル製の簡易型浄化装置を使用して、排水と木炭との接触時間を2時間前後とした場合、全有機炭素(TOC)および全窒素(TN)の除去率を20-40%の範囲で50日以上維持できた(図4)。参考のため実施した室内稲ポット栽培試験では、有機物に対して約120日の除去効果が持続した。

成果の活用面・留意点

• 木炭を利用する際には、前処理として設置前に浄水で洗浄することが望ましい。また、装置の目詰まりを防止するため、装置内の排水流入口側と流出側における各網等の容積に対して、たとえば木炭容積比を5:7(もしくは3:5)とする。
• 使用木炭を選択する際には、有機物吸着に優れている高温炭化(焼成温度850℃以上)の木炭を使用するとより効果的である。

具体的データ

その他

• 研究中課題名:水質保全機能を持続的に発揮させる汚濁負荷削減技術の開発
• 実施課題名:木炭を利用した水質浄化装置内での微生物群集構造の解明
• 課題ID:421-a-00-006-00-I-06-8602
• 予算区分:交付金研究
• 研究期間:2006～2008年度
• 研究担当者:髙木強治、白谷栄作、中達雄、吉永育生、人見忠良、濵田康治、三浦麻(JST重点研究支援協力員)
• 発表論文等:三浦麻・吉永育生・人見忠良・濵田康治・髙木強治・白谷栄作(2006)、
                    再資源炭による水田排水の浄化実験、平成18年度農土学会大会講要、
                    pp.226-227 特許出願、水質浄化装置、2006-339053